一种高功率密度双向充放电电路、控制方法及电源技术

本发明专利技术属于充放电领域，提供了一种双向高功率密度充放电电路及控制方法，其中，双向充放电电路包括前级主电路拓扑、后级主电路拓扑、第一控制芯片和第二控制芯片；前级主电路拓扑为三相PWM整流/逆变器；后级主电路拓扑为DC‑DC双向全桥变换器；第一控制芯片用于产生控制前级主电路拓扑的PWM控制信号，实现正向整流从电网取电，或者实现逆变向电网放电，研制了双向AC‑DC电源的高功率密度小型化系统设计方法，实现了V2G模块的小型化设计，解决了双向隔离充放电模块功率密度不高的，体积大的问题；第二控制芯片用于产生控制后级主电路拓扑的PWM控制信号，以实现双向宽移相角度多重移相控制；第一控制芯片和第二控制芯片相互通信。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率密度双向充放电电路、控制方法及电源
本专利技术属于充放电领域，尤其涉及一种高功率密度双向充放电电路、控制方法及电源。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。实现充放电模块宽DC电压范围内充放电，兼顾乘用车和大巴车的充放电需求，DC端电压范围至少要求达到200-750V。然而，现有的方案中DC-DC变换器用半桥LLC拓扑，无法做到大功率，高功率密度；采用双向全桥LLC控制方案复杂，特别是双向DC宽电压范围内工作时，从高压到低压时，开关频率范围变化宽，谐波频谱太宽，造成滤波困难，而且无法实现宽电压范围内MOS管的软开关动作，双向闭环控制时性能稳定性差，特别是低压轻载效率不高，所以在目前同等15kW功率等级以上的情况下，双向全桥LLC拓扑也不容易用来实现小型化大功率宽电压输出的双向充放电模块。现有的一种双向AC/DC换流器，前后级的主功率开关管均采用了IGBT(绝缘栅双极性晶体管)，IGBT单管在大功率情况下实现开关频率20kHz就很不错了，20kHz开关动作对于电源模块来说实在是满足不了小型化高功率密度和高效率的模块需求。目前现有的一种双向功率变换电动汽车充放电系统，其后级DC-DC变换器均采用了半桥LLC谐振式变换器，此电路一是无法实现高电压单机15kW及以上大功率充放电模块，这与目前市场和行业标准的充电模块功率(15kw/20kW和30kW)等级不符合，二是虽然是描述采用具有反并联二极管的功率开关管，但还是采用了IGBT(绝缘栅双极性晶体管)。专利技术人发现，IGBT管无法实现高频开通和关断，且开通关断损坏大，无法实现高功率密度，即也就很难实现宽电压小型化高功率，对于目前的电动汽车快速发展的充放电模块来说，该技术在行业内已经远远落后了。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的第一个方面提供一种高功率密度双向充放电电路，其充放电范围适合目前电动乘用车和电动大巴车的电池电压充放电范围。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高功率密度双向充放电电路，包括：前级主电路拓扑、后级主电路拓扑、第一控制芯片和第二控制芯片；前级主电路拓扑为三相PWM整流/逆变器；后级主电路拓扑为DC-DC全桥变换器；第一控制芯片用于产生控制前级主电路拓扑的PWM控制信号；第二控制芯片用于产生控制后级主电路拓扑的PWM控制信号，以实现双向多重移相控制；第一控制芯片和第二控制芯片相互通信。为了解决上述问题，本专利技术的第二个方面提供一种双向充放电电路的控制方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高功率密度双向充放电电路的控制方法，包括：接收充放电电能流动方向命令和充放电电能传输功率命令，获取电池组的电压信号和电流信号；对于前级主电路拓扑和后级主电路拓扑采用分级控制，以实现双向多重移相控制。本专利技术的第三个方面提供一种电源，其包括上述所述的高功率密度双向充放电电路。本专利技术的有益效果是：(1)提出了一种高频高功率密度双向电源的电路拓扑及控制方法，实现了双向AC-DC电源的小型化，拓宽了电池侧电压范围，实现了电池侧电流的高精度双向充放控制。(2)提出了一种数字电源高精度移相控制方法，解决了移相角范围窄的缺点，可以任意实现0-360°，可以防止在极限动态情况下丢失占空比波的情况，防止管子直通损坏，提高了双向模块的稳定性。(3)为了解决电动汽车所需的宽DC电压范围内双向充放电，电池侧电压范围至少可以达到200～750V，兼顾目前市场绝大部分的乘用车和大巴的充放电需求，本专利技术提供了一种双向充放电电路，其包括前级主电路拓扑、后级主电路拓扑、第一控制芯片和第二控制芯片，基于双DSP数字控制各主功率电路的方法来实现充放模块的工作状态，实现了前级主电路拓扑和后级主电路拓扑的独立控制。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术实施例的双向充放电电路结构框图；图2是本专利技术实施例的双向充放电电路主电路拓扑图；图3是本专利技术实施例的双向充放电电路前级PWM控制逻辑图；图4是本专利技术实施例的双向充放电路后级控制逻辑图；图5是本专利技术实施例的双向充放电路后级移相角控制图；图6是本专利技术实施例的双向充放电电路的控制过程。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本专利技术的限制。本实施例采用前后两级式主电路拓扑即三相PWM整流/逆变器+双向多重移相DC-DC全桥变换器，控制方式双DSP数字控制，前后级主管功率管均用耐压为1200V的SICMOS，如图2所示。系统结构框图如图1所示。三相电网输入，在充电时由三相电网的能力转化到电池中，在放电时电池的能量转化到电网中。EMI滤波电路：可以减小对内部电路的高频干扰，提高模块的稳定性。三相PWM整流/逆变器实现充电或者放电时有源功率因素校正功能和为DC-DC变换器提供稳定的母线电压，前级三相PWM整流/逆变器采用主功率管采用高压SIMOS，如果要实现大功率，母线电压需要足够高，本专利技术设计的母线电压在800V左右，三相PWM整流/逆变器的每主功率开关管的耐压值至少大于800V，可选择只能是IGBT和SICMOS，本实施例为了实现高功率密度，只能高频化，前级开关率至少20kHZ以上，目前的IBGT开关频率在20kHZ以上工作时效果差，无法进一步实现高频，而SCIMOS开关频率在至少可以100kHz工作，所以选择耐压为1200V的SICMOS。该三相PWM整流/逆变器采用DSP28335实现控制算法，需要采样至少包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率密度双向充放电电路，其特征在于，包括：/n前级主电路拓扑、后级主电路拓扑、第一控制芯片和第二控制芯片；/n前级主电路拓扑为三相PWM整流/逆变器；后级主电路拓扑为DC-DC全桥变换器；/n第一控制芯片用于产生控制前级主电路拓扑的PWM控制信号；/n第二控制芯片用于产生控制后级主电路拓扑的PWM控制信号，以实现双向多重移相控制；/n第一控制芯片和第二控制芯片相互通信。/n

【技术特征摘要】
1.一种高功率密度双向充放电电路，其特征在于，包括：
前级主电路拓扑、后级主电路拓扑、第一控制芯片和第二控制芯片；
前级主电路拓扑为三相PWM整流/逆变器；后级主电路拓扑为DC-DC全桥变换器；
第一控制芯片用于产生控制前级主电路拓扑的PWM控制信号；
第二控制芯片用于产生控制后级主电路拓扑的PWM控制信号，以实现双向多重移相控制；
第一控制芯片和第二控制芯片相互通信。


2.如权利要求1所述的高功率密度双向充放电电路，其特征在于，三相PWM整流/逆变器的输入端通过滤波电路与三相电网相连。


3.如权利要求1所述的高功率密度双向充放电电路，其特征在于，DC-DC全桥变换器的输出端通过共模输出电路与电池侧相连。


4.如权利要求1所述的高功率密度双向充放电电路，其特征在于，第一控制芯片和第二控制芯片通过SCI相互通信。


5.如权利要求1所述的高功率密度双向充放电电路，其特征在于，在所述第二控制芯片中，采用比较寄存器CMPA和CMPB搭配实现移相控制理，在一个开关周期内，后级主电路拓扑的一个桥臂上开关管和下开关管是占空比均为0.5，上开关管和下开关管互补导通，采用此移相方法，解...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐亮，刘爱忠，谭春晓，于波峰，胡勇，李勇，徐加永，黄厚诚，李新涛，李清川，陈立勇，吴韶鑫，钟少伟，高冲，杨元锋，
申请(专利权)人：山东鲁能软件技术有限公司智能电气分公司，
类型：发明
国别省市：山东;37