动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑、方法及系统技术方案

本发明专利技术属于动力电池或储能电池测试系统技术领域，提供了一种动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑、方法及系统。其中，该拓扑，包括三相PWM变换器、高频隔离三电平LLC谐振变换器和DC

【技术实现步骤摘要】
动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑、方法及系统


[0001]本专利技术属于动力电池或储能电池测试系统
，尤其涉及一种动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑、方法及系统。

技术介绍

[0002]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。
[0003]动力电池是新能源储能系统和电动汽车的核心部件，其性能好坏直接影响到系统性能。动力电池特性测试，对于电池研发、生产制造和应用管理都具有不可替代的重要意义。尤其是伴随新能源储能系统快速发展和电动汽车长续驶里程趋势，动力电池组大容量高压化趋势日益明显，对研发宽输出电压范围、响应快、高效率的大功率电池测控系统或测试仪器需求迫切。
[0004]动力电池测控系统由激励电源、软件平台、数据同步采集等子系统组成，其中激励电源是输出充放电激励信号，直接作用于电池的核心装置，其根本要求是大电流充放电转换速度快、无超调、低纹波、高效率、高功率密度等。目前，国际通用方案是采用工频隔离变压器和AC
‑
DC变换器、DC
‑
DC变换器组成；在该拓扑结构中，由于AC
‑
DC前面需要接入笨重的工频隔离变压器升压，不仅导致系统体积庞大、功率密度低、损耗大，而且采用传统硅基器件，开关频率低，充放电转换速度慢，测试准确性差，且超调纹波大，对电池造成损伤。针对上述问题，提出采用碳化硅功率开关器件和高频隔离变压器的新方案，大幅提升开关频率，用高频隔离变压器代替工频隔离变压器，构成了三相PWM变换器+高频隔离DC
‑
DC变换器+DC
‑
DC变换器的三级功率变换拓扑结构，有效提高电池测试的精准性，实现传统方案的革新和仪器的升级换代。
[0005]其中针对高频隔离DC
‑
DC变换器，LLC谐振型变换器在宽输入或输出电压范围内具有天然软开关特性等优点，适用于电池测控系统。但是，其二次侧拓扑结构通常采用的全桥电路、倍压电路等，已无法满足电池电压等级和功率等级不断提高的需求，在高压大功率应用场合中的适用性差。专利技术人发现，采用器件串联的解决方案虽能降低电压应力，但会带来均压问题；采用变换器串联的方法则会增加损耗，提高成本。

技术实现思路

[0006]为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供一种动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑、方法及系统，其采用双向三电平LLC谐振变换器，降低开关管电压应力；同时，高频隔离DC
‑
DC变换器采用多路并联形式，实现系统功率柔性可控。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术的第一个方面提供一种动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑，其包括：
[0009]三相PWM变换器、高频隔离三电平LLC谐振变换器和DC
‑
DC变换器这三级功率变换
拓扑结构；
[0010]所述三相PWM变换器的输入端与电网侧相连；所述高频隔离三电平LLC谐振变换器串接于三相PWM变换器和DC
‑
DC变换器之间，用于实现双向直流电压变换及隔离，抬高所述高频隔离三电平LLC谐振变换器与DC
‑
DC变换器之间的母线电压；所述DC
‑
DC变换器用于产生动力电池测试的充放电激励信号。
[0011]其中，高频隔离三电平LLC谐振变换器中的高频指的是至少20kHz。
[0012]作为一种实施方式，所述高频隔离三电平LLC谐振变换器采用多路并联形式。
[0013]本专利技术的第二个方面提供了一种如上述所述的动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑的控制方法，其包括：
[0014]通过电压环和均流环双环控制，实现两相三电平LLC谐振变换器的母线电压稳定与功率均衡；
[0015]采用电流双环控制DC
‑
DC变换器，输出为三电平半桥的占空比，实现充放电电流的快速精准响应。
[0016]作为一种实施方式，所述电流双环控制分别为电感电流内环与输出电流外环。
[0017]作为一种实施方式，对次级母线电压进行采样，并与参考电压作差，作为高频隔离三电平LLC谐振变换器的电压环的输入，根据高频隔离三电平LLC谐振变换器的不同模态选择输出高频隔离三电平LLC谐振变换器初次级侧的移相角或次级侧外开关管的占空比。
[0018]作为一种实施方式，对高频隔离三电平LLC谐振变换器的输出电流采样，并求其平均值，每一个通道的电流与该平均值作差，作为均流环的输入，输出高频隔离三电平LLC谐振变换器初级侧的占空比。
[0019]作为一种实施方式，在正向运行状态时调整谐振腔的输入电压。
[0020]作为一种实施方式，在反向运行状态时调整高频隔离三电平LLC谐振变换器的整流侧桥臂下管导通时间。
[0021]作为一种实施方式，当高频隔离三电平LLC谐振变换器工作于正向运行状态时，其半周期运行过程可分为6个运行模态；当高频隔离三电平LLC谐振变换器工作于反向运行状态时，与能量传递相关模态有三个。
[0022]本专利技术的第三个方面提供了一种动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑的控制系统，其包括控制器，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的中的动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑的控制方法中的步骤。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0024](1)与传统工频变压器和两级拓扑相比，本专利技术通过采用新器件、新拓扑和新控制提高系统功率密度，降低体积和重量，尤其是开关频率可用从几kHz提高到几十kHz，大幅提升系统动态响应速度，充放电转换时间短(可达毫秒级)，测试精准性高。
[0025](2)本专利技术提出的均流控制方法和双闭环控制策略实现过程简单，动态响应速度快、无超调，可推广应用于多相并联等领域，能实现功率等级柔性可控可调。
[0026]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0027]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。
[0028]图1是本专利技术实施例的三级功率变换拓扑结构图；
[0029]图2是本专利技术实施例的三电平LLC谐振变换器拓扑图；
[0030]图3是本专利技术实施例的三电平LLC谐振变换器正向运行时关键波形；
[0031]图4(a)是本专利技术实施例的三电平LLC谐振变换器正向运行时模态1的等效电路；
[0032]图4(b)是本专利技术实施例的三电平LLC谐振变换器正向运行时模态2的等效电路；
[0033]图4(c)是本专利技术实施例的三电平LLC谐振变换器正向运行时模态3的等效电路；
[0034]图4(d)是本专利技术实施例的三电平LLC谐振变换器正向运行时模态4的等效电路；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑，其特征在于，包括三相PWM变换器、高频隔离三电平LLC谐振变换器和DC
‑
DC变换器这三级功率变换拓扑结构；所述三相PWM变换器的输入端与电网侧相连；所述高频隔离三电平LLC谐振变换器串接于三相PWM变换器和DC
‑
DC变换器之间，用于实现双向直流电压变换及隔离，抬高所述高频隔离三电平LLC谐振变换器与DC
‑
DC变换器之间的母线电压；所述DC
‑
DC变换器用于产生动力电池测试的充放电激励信号。2.如权利要求1所述的动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑，其特征在于，所述高频隔离三电平LLC谐振变换器采用多路并联形式。3.一种如权利要求1
‑
2中任一项所述的动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑的控制方法，其特征在于，包括：通过电压环和均流环双环控制，实现两相三电平LLC谐振变换器的母线电压稳定与功率均衡；采用电流双环控制DC
‑
DC变换器，输出为三电平半桥的占空比，实现充放电电流的快速精准响应。4.如权利要求3所述的动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑的控制方法，其特征在于，所述电流双环控制分别为电感电流内环与输出电流外环。5.如权利要求3或4所述的动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑的控制方法，其特征在于，对次级母线电压进...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承慧，丁文龙，段彬，张陈忠，宋金秋，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：