车载充放电系统及其所适用的控制方法技术方案

本公开提供一种车载充放电系统及其所适用的控制方法，其中车载充放电系统的双向充电器在对高压电池充放电时，是以变频方式运行，且低压变换器亦跟随双向充电器而以变频方式运行，此外，双向充电器可依据输出增益的不同而有不同的开关时序配置，因此本公开的车载充放电系统不但可优化体积，降低成本，还可在输出增益小于1、等于1或大于1时皆进入软开关运行，进而提升效率。更甚者，当低压变换器独立工作时，双向充电器的第一桥臂的中点和第二桥臂的中点之间短路，而第三至第四桥臂的开关频率大于谐振电路的谐振频率，故防止总线电容的电压超过其耐压而损坏。

Vehicle Charging and Discharging System and Its Applicable Control Method

The present disclosure provides a vehicle-mounted charging and discharging system and its applicable control method, in which the bidirectional charger of the vehicle-mounted charging and discharging system operates in a frequency conversion mode when charging and discharging high voltage batteries, and the low voltage converter operates in a frequency conversion mode when following the bidirectional charger. In addition, the bidirectional charger can be configured in different switching sequence according to the output gain. The open on-board charging and discharging system can not only optimize the volume and reduce the cost, but also enter the soft switch operation when the output gain is less than 1, equal to 1 or greater, thereby improving the efficiency. Moreover, when the low voltage converter works independently, the short circuit between the middle point of the first arm and the middle point of the second arm of the bidirectional charger, and the switching frequency of the third to fourth arm is larger than the resonant frequency of the resonant circuit, so the bus capacitor voltage is prevented from exceeding its withstanding voltage and damage.

【技术实现步骤摘要】
车载充放电系统及其所适用的控制方法
本公开为电动车领域，特别涉及一种车载充放电系统及其所适用的控制方法。
技术介绍
目前，车载充电机和高压转低压直流-直流变换器是电动汽车必备的两个配件，其中车载充电机用来给车载动力高压电池充电，高压转低压直流-直流变换器是将车载动力电池的高电压通过直流-直流隔离变换器装换成低电压(通常12V)来为车内助力转向控制，照明，影音系统及传感装置等设备供电。未来随着用户体验的不断提升，具有放电功能的双向充电机将逐渐替代现有的单向充电机，双向充电机的特点是：除了具有给动力高压电池的充电功能外，还具有放电功能，通过将高压电池进行逆变输出交流电，给家用电器供电或者进行并网供电以实现能源的优化配置。双向充电机和低压直流-直流变换器如果只是体积上的叠加不仅占用空间，而且会增加成本，因此有必要将将两者在电路拓扑及控制上进行深度集成，通过共享开关器件和磁组件来达到减小体积，降低成本，提高功率密度的效果。三端口电路拓扑正是基于以上背景来提出的，由于其双向工作的特性，在器件配置和磁路设计上有很大的对称性，部分电路和磁路可以共享，最终可以通过有效的控制策略实现与两个独立部件叠加相同的功能，体积和成本得到优化。电动车是包含双向车载充放电系统，以利用双向车载充放电系统转换所接收的输入电能，进而供电给电动车内的高压电池以及低压负载来使用，而双向车载充放电系统亦可对高压电池放电，进而可以实现应急供电及并网发电的需求。对应高压电池以及低压负载两种不同供电需求，传统双向车载充放电系统通常是利用磁集成技术而构成三端口电路拓扑，亦即包含共享一个磁路的三个端口，其中的一端口可与相对于电动车的外部设备电连接，另一端口则与高压电池电连接，而最后一端口则与低压负载电连接。对于三端口电路的控制存在很多研究。请参阅图1，其为现有三端口网络的电路结构示意图，且公开于由Yun-SungKim,Chang-YeolOh,Won-YongSung,ByoungKukLee共同发表的“TopologyandControlSchemeofOBC–LDCIntegratedPowerUnitforElectricVehicles”论文(IEEETransactionsonPowerElectronicsVolume：32,Issue：3,2017.PP：1731–1743)，如图1所示，其高压直流-直流部分采用定频移相控制，是常用双主动全桥(DualActiveBridge；DAB)的工作线路，软开关范围有限，效率不能得到优化。请参阅图2，其为另一种现有三端口网络的电路结构示意图，且公开于由HaoMa,YuanTan,LiDu,XuHan,JingJi共同发表的“Anintegrateddesignofpowerconvertersforelectricvehicles”的论文(2017IEEE26thInternationalSymposiumonIndustrialElectronics(ISIE)pp：600-605)，如图2所示，为了扩展软开关的范围，便提出了如图2所示的拓扑控制结构，其是同样是双主动全桥控制方法，通过协调控制三个全桥电路来扩大了软开关的范围，但其低压输出全桥结构的拓扑在大电流输出时没有优势，只适合小功率的低压输出，在实际的电动车应用中实用范围有限。请参阅图3，其为现有CLLLC的双向谐振三端口变换器的电路结构示意图，且公开于由YichaoTang,JianghengLu,BinWu,ShenliZou,WeishengDing,AlirezaKhaligh共同发表的“AnIntegratedDual-OutputIsolatedConverterforPlug-inElectricVehicles”论文(IEEETransactionsonVehicularTechnology.Volume：67,Issue：2,2018.pp.966-976)，如图3所示，为了提升效率，便提出如图3所示的一种CLLLC的双向谐振三端口变换器，其特点是高压直流-直流充电机部分通过控制输入bus电压来保证谐振变换器工作在准谐振附近，从而有效的提高了效率，同时当低压输出直流-直流变换器独立工作时，可以看做LLC电路，保证了器件的软开关动作，其缺点是高压输入调压范围较宽，对器件选型有严格要求，设计成本会增加，另外用LLC线路作为低压宽范围输出时其调压范围受限，因此该方案实际应用也受到一定限制。由上可知，虽然传统双向车载充放电系统可通过三端口电路拓扑做到优化体积，降低成本，同时因传统双向车载充放电系统的控制方法是完全采用定频控制而具有控制简单的优点，然而，该定频控制方法在输出增益为1附近时才进入软开关，而在输出增益非为1附近时则为硬开关，导致传统双向车载充放电系统的软开关的范围较窄，因此效率并无法达到最优。
技术实现思路
本公开的目的在于提供一种车载充放电系统及其所适用的控制方法，从而解决传统车载充电系统因内部电路的控制方式是完全采用定频控制，导致软开关的范围较窄而无法达到最优效率的缺失。本公开的另一目的在于提供一种车载充放电系统及其所适用的控制方法，当车载充放电系统的低压变换器独立工作且采用定频或者变频控制时，可防止谐振电路的能量一直对总线电容充电，使得总线电容的电压可控制在合理范围。为达上述的目的，本公开的一优选实施例为提供一种车载充放电系统，包含：双向充电器，电连接于总线电容以及高压电池之间，用以于运行时对高压电池进行充电或放电，且包含：第一桥式电路，包含第一桥臂以及第二桥臂；谐振电路，与第一桥式电路电连接；变压器，包含第一绕组以及第二绕组，第一绕组是与谐振电路电连接，且第一绕组以及第二绕组相互磁耦合；以及第二桥式电路，通过第一电容电连接于第二绕组，且电连接于高压电池，且包含第三桥臂以及第四桥臂；以及低压变换器，电连接低压负载，用以于运行时将所接收的电能转换而供电给低压负载，且包含：为中心抽头的第三绕组，是与第一绕组以及第二绕组相互磁耦合；同步整流电路，包含分别与第三绕组的两端电连接的第一同步整流开关以及第二同步整流开关；以及功率开关电路，电连接于第三绕组的中心抽头端以及低压负载之间，且包含第一开关以及第二开关，第一开关是电连接于中心抽头端以及低压负载之间，第二开关与第一开关及同步整流电路电连接，且第一开关以及第二开关的开关状态为互补；其中车载充放电系统是运行于第一模式、第二模式、第三模式、第四模式或第五模式，在第一模式下，双向充电器对高压电池进行充电而低压变换器不运行，在第二模式下，双向充电器对高压电池进行充电而低压变换器运行，在第三模式下，双向充电器对高压电池放电而低压变换器不运行，而在第三模式下且双向充电器的输出增益小于1时，第一桥臂的上臂开关、下臂开关与第二桥臂的上臂开关、下臂开关工作是进行同步整流运行，而在第三模式下且双向充电器的输出增益大于或等于1时，第一桥臂的下臂开关及第二桥臂的下臂开关分别在流过谐振电路的谐振电流过零点时且经过移相时间后进行状态切换，而第一桥臂的上臂开关与第二桥臂的上臂开关进行同步整流运行，而在第四模式下，双向充电器对高压电池放电而低压变换器运行，且双向充电器在第四模式下的运行方式相同于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车载充放电系统，包含：一双向充电器，电连接于一总线电容以及一高压电池之间，用以于运行时对该高压电池进行充电或放电，且包含：一第一桥式电路，包含一第一桥臂以及一第二桥臂；一谐振电路，与该第一桥式电路电连接；一变压器，包含一第一绕组以及一第二绕组，该第一绕组是与该谐振电路电连接，且该第一绕组以及该第二绕组相互磁耦合；以及一第二桥式电路，通过一第一电容电连接于该第二绕组，且电连接该高压电池，且包含一第三桥臂以及一第四桥臂；以及一低压变换器，电连接一低压负载，用以于运行时将所接收的电能转换而供电给该低压负载，且包含：为中心抽头的一第三绕组，是与该第一绕组以及该第二绕组相互磁耦合；一同步整流电路，包含分别与该第三绕组的两端电连接的一第一同步整流开关以及一第二同步整流开关；以及一功率开关电路，电连接于该第三绕组的一中心抽头端以及该低压负载之间，且包含一第一开关以及一第二开关，该第一开关系电连接于该中心抽头端以及该低压负载之间，该第二开关与该第一开关及该同步整流电路电连接，且该第一开关以及该第二开关的开关状态为互补；其中该车载充放电系统是运行于一第一模式、一第二模式、一第三模式、一第四模式或一第五模式，在该第一模式下，该双向充电器对该高压电池进行充电而该低压变换器不运行，在该第二模式下，该双向充电器对该高压电池进行充电而该低压变换器运行，在该第三模式下，该双向充电器对该高压电池放电而该低压变换器不运行在该第三模式下且该双向充电器的输出增益小于1时，该第一桥臂的一上臂开关、一下臂开关与该第二桥臂的一上臂开关、一下臂开关进行同步整流运行，而在该第三模式下且该双向充电器的输出增益大于或等于1时，该第一桥臂的该下臂开关及该第二桥臂的该下臂开关分别在流过该谐振电路的一谐振电流过零点时且经过一移相时间后进行状态切换，而该第一桥臂的该上臂开关与该第二桥臂的该上臂开关进行同步整流运行，而在该第四模式下，该双向充电器对该高压电池放电而该低压变换器运行，且该双向充电器在该第四模式下的运行方式相同于在该第三模式下的运行方式，而该第一开关切换导通的时刻是与该第三桥臂的一下臂开关、该第四桥臂的一上臂开关及该第一同步整流开关切换导通的时刻同步，且与该第三桥臂的一上臂开关、该第四桥臂的一下臂开关及该第二同步整流开关的切换导通的时刻同步，而该第一开关的关断切换时刻是依据该低压负载的需求控制，在该第五模式下，该低压变换器是独立运行，且该第一桥臂的中点和该第二桥臂的中点之间是通过该第一桥臂以及该第二桥臂的运行而短路，而该第三桥臂及该第四桥臂的开关频率大于该谐振电路的谐振频率。...

【技术特征摘要】
1.一种车载充放电系统，包含：一双向充电器，电连接于一总线电容以及一高压电池之间，用以于运行时对该高压电池进行充电或放电，且包含：一第一桥式电路，包含一第一桥臂以及一第二桥臂；一谐振电路，与该第一桥式电路电连接；一变压器，包含一第一绕组以及一第二绕组，该第一绕组是与该谐振电路电连接，且该第一绕组以及该第二绕组相互磁耦合；以及一第二桥式电路，通过一第一电容电连接于该第二绕组，且电连接该高压电池，且包含一第三桥臂以及一第四桥臂；以及一低压变换器，电连接一低压负载，用以于运行时将所接收的电能转换而供电给该低压负载，且包含：为中心抽头的一第三绕组，是与该第一绕组以及该第二绕组相互磁耦合；一同步整流电路，包含分别与该第三绕组的两端电连接的一第一同步整流开关以及一第二同步整流开关；以及一功率开关电路，电连接于该第三绕组的一中心抽头端以及该低压负载之间，且包含一第一开关以及一第二开关，该第一开关系电连接于该中心抽头端以及该低压负载之间，该第二开关与该第一开关及该同步整流电路电连接，且该第一开关以及该第二开关的开关状态为互补；其中该车载充放电系统是运行于一第一模式、一第二模式、一第三模式、一第四模式或一第五模式，在该第一模式下，该双向充电器对该高压电池进行充电而该低压变换器不运行，在该第二模式下，该双向充电器对该高压电池进行充电而该低压变换器运行，在该第三模式下，该双向充电器对该高压电池放电而该低压变换器不运行在该第三模式下且该双向充电器的输出增益小于1时，该第一桥臂的一上臂开关、一下臂开关与该第二桥臂的一上臂开关、一下臂开关进行同步整流运行，而在该第三模式下且该双向充电器的输出增益大于或等于1时，该第一桥臂的该下臂开关及该第二桥臂的该下臂开关分别在流过该谐振电路的一谐振电流过零点时且经过一移相时间后进行状态切换，而该第一桥臂的该上臂开关与该第二桥臂的该上臂开关进行同步整流运行，而在该第四模式下，该双向充电器对该高压电池放电而该低压变换器运行，且该双向充电器在该第四模式下的运行方式相同于在该第三模式下的运行方式，而该第一开关切换导通的时刻是与该第三桥臂的一下臂开关、该第四桥臂的一上臂开关及该第一同步整流开关切换导通的时刻同步，且与该第三桥臂的一上臂开关、该第四桥臂的一下臂开关及该第二同步整流开关的切换导通的时刻同步，而该第一开关的关断切换时刻是依据该低压负载的需求控制，在该第五模式下，该低压变换器是独立运行，且该第一桥臂的中点和该第二桥臂的中点之间是通过该第一桥臂以及该第二桥臂的运行而短路，而该第三桥臂及该第四桥臂的开关频率大于该谐振电路的谐振频率。2.如权利要求1所述的车载充放电系统，其中该第一模式下，该第一桥臂的该上臂开关以及该下臂开关的开关状态为互补，该第二桥臂的该上臂开关以及该下臂开关的开关状态为互补，且该第一桥臂的该上臂开关以及该第二桥臂的该下臂开关的开关状态相同，该第一桥臂的该下臂开关以及该第二桥臂的该上臂开关的开关状态相同，而该第二桥式电路进行二极管整流运行或同步整流运行。3.如权利要求2所述的车载充放电系统，其中在该第一模式下，且该双向充电器的输出增益小于1时，该第三桥臂的该上臂开关以及该下臂开关的开关状态为互补，该第四桥臂的该上臂开关以及该下臂开关的开关状态为互补，且该第三桥臂的该上臂开关、该下臂开关与该第四桥臂的该上臂开关、该下臂开关进行同步整流运行。4.如权利要求2所述的车载充放电系统，其中在该第一模式下，且该双向充电器的输出增益大于或等于1时，该第三桥臂的该下臂开关与该第四桥臂的该下臂开关的开关状态为互补，且该第三桥臂的该下臂开关及该第四桥臂的该下臂开关分别在该谐振电流过零点且经过该移相时间后进行状态切换，而该第三桥臂的该上臂开关与该第四桥臂的该上臂开关进行同步整流运行。5.如权利要求2所述的车载充放电系统，其中该第二模式下，该双向充电器在该第二模式下的运行方式相同于在该第一模式下的运行方式，而该第一开关切换导通的时刻是与该第三桥臂的该下臂开关、该第四桥臂的该上臂开关及该第一同步整流开关切换导通的时刻同步，且与该第三桥臂的该上臂开关、该第四桥臂的该下臂开关及该第二同步整流开关切换导通的时刻同步，而该第一开关的关断切换时刻是依据该低压负载的需求控制。6.如权利要求1所述的车载充放电系统，其中在该第五模式下，该第一桥臂的该上臂开关及该第二桥臂的该上臂开关常通，或该第一桥臂的该下臂开关及该第二桥臂的该下臂开关常通，或该第一桥臂的该上臂开关、该下臂开关及该第二桥臂的该上臂开关、该下臂开关常通。7.如权利要求6所述的车载充放电系统，其中在该第五模式下，该第三桥臂的该上臂开关、该下臂开关及该第四桥臂的该上臂开关以及该第四桥臂的该下臂开关为移相控制。8.如权利要求6所述的车载充放电系统，其中在该第五模式下，该第三桥臂的该上臂开关及该下臂开关的开关状态为互补，该第四桥臂的该上臂开关以及该第四桥臂的该下臂开关的开关状态为互补，且于第三桥臂的中点电压和该第四桥臂的中点电压之差的一桥臂电压不为零期间，该第三桥臂的该上臂开关与该第四桥臂的该上臂开关导通。9.如权利要求7所述的车载充放电系统，其中在该第五模式下，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙浩，贾民立，章进法，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31