電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流裝置的製作方法

2024-03-25 12:01:05

專利名稱：電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種變流器，具體地，涉及一種電動汽車充放儲一體化電站功率流動
三級變流裝置。
背景技術：
電動汽車充放儲一體化電站將電池充放電、電池更換及電池儲能整合為一體，是現在電動汽車能源供給平臺中備受關注的主流設計之一，其核心裝備——一體化站的多用途能量轉換裝置是集電源技術、電力電子技術、軟體技術、控制技術為一體的高新科技綜合體，其開發研製必然會為這些技術的發展提供十分可觀的市場需求，促進相關領域技術的發展。現今電池充電裝置大多採用兩級結構，由AC/DC及DC/DC電路直接組成，由於充電電池的種類不同，電池剩餘容量不同，對充電電流的要求也不盡相同等原因，使得不同電池在同一級DC/DC電路下無法「因池而異」實現合理最優充電，不能滿足精細化充電的要求，這大大影響了電池的均衡充放電效率，更會影響電池的循環使用壽命。

發明內容
針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種電動汽車充放儲一體化電站功
率流動三級變流裝置。根據本發明的一個方面，提供一種電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流裝置，包括第一級AC/DC電路、第二級DC/DC電路、第三級DC/DC電路和控制部分，其中，第一級AC/DC電路交流側連接電網，直流側連接總直流母線，用以將電網交流電轉換為穩定的直流電，輸送給總直流母線；第二級DC/DC電路高壓側連接總直流母線，低壓側連接對應的分直流母線，用以將總直流母線的直流電轉換為能夠滿足不同電池充電要求的更加精細的直流電，輸送給相應的分直流母線；第三級DC/DC電路高壓側連接對應的分直流母線，低壓側連接蓄電池組，用以控制各蓄電池組進行均衡、精細、合理的充放電；控制部分分別與第一級AC/DC電路、第二級DC/DC電路和第三級DC/DC電路連接，用以對第一級AC/DC電路、第二級DC/DC電路和第三級DC/DC電路的電壓電流信息進行測量採樣，通過分級協調控制策略控制各級電路的工作。優選地，該第一級AC/DC電路包括PWM整流橋，濾波電容和吸收電阻，PWM整流橋由若干開關管組成，PWM整流橋交流側經濾波電感連接電網，直流側通過並聯濾波電容連接總直流母線，吸收電阻與濾波電容並聯連接。優選地，該第二級DC/DC電路包括多個第一兩電平Buck-Boost變換器；第一兩電平Buck-Boost變換器包括開關管、濾波電容和吸收電阻，第一兩電平Buck-Boost變換器電路高壓側連接總直流母線，低壓側通過並聯濾波電容連接對應的分直流母線，吸收電阻與濾波電容並聯連接。
優選地，該第三級DC/DC電路包括多個兩電平Buck-Boost變換器組，兩電平Buck-Boost變換器組包括多個第二兩電平Buck-Boost變換器,第二兩電平Buck-Boost變換器由開關管組成，同一組內的第二兩電平Buck-Boost變換器電路高壓側連接對應的同一分直流母線，低壓側連接相同類型、SOC值的蓄電池組對電池進行充電，不同組間的兩電平Buck-Boost變換器分別連接不同的分直流母線，並與不同類型、SOC值的蓄電池組連接對電池進行差異化充電。根據本發明的另一個方面，提供一種電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流控制方法，包括以下步驟步驟一，控制部分控制第一級AC/DC電路將電網交流電轉換為穩定的直流電，輸送給總直流母線；步驟二，控制部分控制第二級DC/DC電路將總直流母線的直流電轉換為能夠滿足不同電池充電要求的更加精細的直流電，輸送給相應的分直流母線；步驟三，控制部分控制第三級DC/DC電路連接至相應的分直流母線，為各蓄電池組進行均衡、精細、合理的充放電。優選地，步驟一中，控制部分採用電壓反饋閉環控制策略控制第一級AC/DC電路，具體為控制部分對第一級AC/DC電路中直流側濾波電容上的電壓進行採樣，與設置參考電壓進行比較，得到的電壓誤差信號，經過PI調節器，得到的輸出結果作為有功電流指令值，根據所要求的功率因數角，得到無功電流的指令值，進而得到三相正弦參考電壓。然後將三相正弦參考電壓與三角波相比形成各開關器件的通、斷信號，採用電壓反饋閉環控制，維持直流側濾波電容上的電壓恆定不變，將電網交流電轉換為穩定的直流電，為下級DC/DC電路提供穩定的總直流母線電壓。優選地，步驟二中，控制部分採用基於電容電荷平衡的控制方法控制第二級DC/DC電路，具體為控制部分對第二級DC/DC電路中直流側濾波電容上的電壓進行採樣，與設置參考電壓進行比較，得到的電壓誤差信號，再經過計算，得出濾波電容目標電荷，與實際電荷數做比較，然後通過PI調節器調節電容的電流平均值，維持濾波電容的電壓穩定在目標電壓值，採用基於電容電荷平衡的控制方法為第三級並聯DC/DC電路提供穩定的分直流母線電壓。優選地，步驟三中，控制部分採用電流反饋閉環控制策略控制第三級DC/DC電路，具體為控制部分對第三級DC/DC電路輸出端的電流信號進行採樣，將相同類型、SOC值、充電電流限值的電池組放置於同一組第二兩電平Buck-Boost變換器下進行充電，並綜合各因素確認電池組的充電電流給定目標值，將採樣值與給定值做比較，通過PI調節器調節DC/DC電路的電流輸出，對蓄電池組進行均衡、精細的充放電，其中，同一組內的兩電平Buck-Boost變換器電路高壓側連接對應的同一分直流母線，低壓側連接相同類型、SOC值的蓄電池組對電池進行充電，不同組間的兩電平Buck-Boost變換器分別連接不同的分直流母線，並與不同類型、SOC值的蓄電池組連接對電池進行差異化充電。與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果本發明能夠依據不同類型電池的具體特性、每組電池所處的SOC(State of Charge)階段、影響電池壽命的充電電流等因素，通過對三級變流裝置的分級協調控制策略對電池組進行精細化的充放電，解決了現有技術中不同電池不能「因池而異」的技術問題，實現電池組均衡的充放電，達到最優充電效果，提高了電池的循環壽命。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯圖1為電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流裝置的拓撲結構圖；圖2為本發明實施例的第一級AC/DC電路控制框圖；圖3為本發明實施例的第二級DC/DC電路控制框圖；圖4為本發明實施例的第三級DC/DC電路控制框圖。圖中I為第一級AC/DC電路，2為第二級DC/DC電路，3為第三級DC/DC電路，4為控制部分。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。請參閱圖1，一種電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流裝置，包括第一級AC/DC電路1、第二級DC/DC電路2、第三級DC/DC電路3及控制部分4。第一級AC/DC電路I交流側連接電網，直流側連接總直流母線，用以將電網交流電轉換為穩定的直流電，輸送給總直流母線。第二級DC/DC電路2高壓側連接總直流母線，低壓側連接對應的分直流母線，用以將總直流母線的直流電轉換為能夠滿足不同電池充電要求的更加精細的直流電，輸送給相應的分直流母線。第三級DC/DC電路3高壓側連接對應的分直流母線，低壓側連接蓄電池組，用以控制各蓄電池組進行均衡、精細、合理的充放電。控制部分4分別與第一級AC/DC電路1、第二級DC/DC電路2和第三級DC/DC電路3連接，用以對第一級AC/DC電路1、第二級DC/DC電路2和第三級DC/DC電路3的電壓電流信息進行測量採樣，通過分級協調控制策略控制各級電路的工作。第一級AC/DC電路I為PWM整流器拓撲結構，包括PWM整流橋，濾波電容及吸收電阻；PWM整流橋由六個開關管組成，第一級AC/DC電路交流側經濾波電感連接電網，直流側通過並聯濾波電容連接總直流母線，吸收電阻與濾波電容並聯連接。第二級DC/DC電路2包括多個第一兩電平Buck-Boost變換器21_2n，第一兩電平Buck-Boost變換器由開關管、濾波電容及吸收電阻組成，第一兩電平Buck-Boost變換器電路高壓側均連接總直流母線，低壓側通過並聯濾波電容連接對應的分直流母線，吸收電阻與濾波電容並聯連接。第三級DC/DC電路3包括多個兩電平Buck-Boost變換器組31_3n，兩電平Buck-Boost變換器組包括多個第二兩電平Buck-Boost變換器,第二兩電平Buck-Boost變換器由開關管組成；同一組2η內的第二兩電平Buck-Boost變換器電路高壓側連接對應的同一分直流母線，低壓側連接相同類型、SOC值的蓄電池組對電池進行充電，不同組間的第二兩電平Buck-Boost變換器分別連接不同的分直流母線，並與不同類型、SOC值的蓄電池組連接對電池進行差異化充電。控制部分4包括採樣電路、中央處理器和PWM信號發生電路。採樣電路對三級變流裝置各部分電壓電流信息進行測量採樣，將採樣得到的信息送入中央處理器，中央處理器通過分級協調控制策略驅動PWM信號發生電路發出PWM調製波，來控制三級電路的工作其中第一級AC/DC電路I將電網交流電轉換為穩定的直流電，輸送給總直流母線，第二級DC/DC電路2將總直流母線的直流電轉換為能夠滿足不同電池充電要求的更加精細的直流電，輸送給相應的分直流母線，第三級DC/DC電路3控制各蓄電池組進行均衡、精細、合理的充放電，其中相同類型、SOC值、和充電電流限制的蓄電池組位於與同一分直流母線相連的第三級DC/DC電路3下，控制策略分級與協調相統一。第一級AC/DC電路I為電壓反饋閉環控制，第一級AC/DC電路I通過對直流側濾波電容上的電壓進行採樣，與設置參考電壓進行比較，採用電壓反饋閉環控制，維持直流側濾波電容上的電壓恆定不變，為下級DC/DC電路 提供穩定的總直流母線電壓。第二級DC/DC電路2為基於電容電荷平衡的控制方法，第二級DC/DC電路2通過對低壓側濾波電容上的電壓進行採樣，計算出濾波電容目標電荷，與實際電荷數做比較，通過PI調節器調節電容的電流平均值，維持濾波電容的電壓穩定在目標電壓值，為第三級並聯DC/DC電路3提供穩定的分直流母線。第三級DC/DC電路3為電流反饋閉環控制，第三級DC/DC電路3根據不同電池組的類型、所處的具體充放電階段，確定蓄電池組的充放電電流作為充放電電流給定目標值，與通過採樣得到的實際電流做比較，通過PI調節器調節DC/DC電路的電流輸出，對蓄電池組進行均衡、精細的充放電。基於上述的電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流裝置，本發明還提供一種電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流控制方法，包括以下步驟步驟一，控制部分控制第一級AC/DC電路將電網交流電轉換為穩定的直流電，輸送給總直流母線。請參閱圖2，控制部分4對第一級AC/DC電路I中直流側濾波電容上的電壓Udcl進行採樣，與設置參考電壓C/^進行比較，得到的電壓誤差信號AUdcl經過PI調節器，得到的輸出結果作為有功電流指令值<，根據所要求的功率因數角Φ，得到無功電流的指令值<，進而得到三相正弦參考電壓Un。然後將三相正弦參考電壓與三角波相比形成六個開關器件的通、斷信號，控制部分4採用電壓反饋閉環控制方法控制第一級AC/DC電路I的工作，維持直流側濾波電容上的電壓恆定不變，將電網交流電轉換為穩定的直流電，為下級DC/DC電路提供穩定的總直流母線電壓。步驟二，控制部分控制第二級DC/DC電路將總直流母線的直流電轉換為能夠滿足不同電池充電要求的更加精細的直流電，輸送給相應的分直流母線。請參閱圖3，控制部分4對第二級DC/DC電路2中直流側濾波電容上的電壓Udc2進行採樣，與設置參考電壓行比較，得到的電壓誤差信號AUtk2，再經過計算，得出濾波電容目標電荷/〗，與實際電荷數U故比較，然後通過PI調節器調節電容的電流平均值，維持濾波電容的電壓穩定在目標電壓值，控制部分4採用基於電容電荷平衡的控制方法為第三級並聯DC/DC電路提供穩定的分直流母線電壓。
步驟三，控制部分控制第三級DC/DC電路連接至相應的分直流母線，為各蓄電池組進行均衡、精細、合理的充放電。請參閱圖4，控制部分4對第三級DC/DC電路3輸出端的電流信號Iehmge進行採樣，將相同類型、SOC(State of Charge)值、充電電流限值的電池組放置於同一組Buck-Boost變換器下進行充電，綜合這些因素確認電池組的充電電流給定目標值，將採樣值與給定值做比較，通過PI調節器調節DC/DC電路的電流輸出，對蓄電池組進行均衡、精細的充放電。其中同一組內的兩電平Buck-Boost變換器電路高壓側連接對應的同一分直流母線，低壓側連接相同類型、SOC值的蓄電池組對電池進行充電，不同組間的兩電平Buck-Boost變換器分別連接不同的分直流母線，並與不同類型、SOC值的蓄電池組連接對電池進行差異化充電。以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。
權利要求
1.一種電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流裝置，其特徵在於，包括第一級AC/DC電路、第二級DC/DC電路、第三級DC/DC電路和控制部分，其中，所述第一級AC/DC電路交流側連接電網，直流側連接總直流母線，用以將電網交流電轉換為穩定的直流電，輸送給所述總直流母線；所述第二級DC/DC電路高壓側連接總直流母線，低壓側連接對應的分直流母線，用以將總直流母線的直流電轉換為能夠滿足不同電池充電要求的更加精細的直流電，輸送給相應的分直流母線；所述第三級DC/DC電路高壓側連接對應的分直流母線，低壓側連接蓄電池組，用以控制各蓄電池組進行均衡、精細、合理的充放電；所述控制部分分別與所述第一級AC/DC電路、第二級DC/DC電路和第三級DC/DC電路連接，用以對所述第一級AC/DC電路、第二級DC/DC電路和第三級DC/DC電路的電壓電流信息進行測量採樣，通過分級協調控制策略控制所述各級電路的工作。
2.根據權利要求1所述的電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流裝置，其特徵在於，所述第一級AC/DC電路包括PWM整流橋，濾波電容和吸收電阻，所述PWM整流橋由若干開關管組成，所述PWM整流橋交流側經濾波電感連接電網，直流側通過並聯濾波電容連接總直流母線，吸收電阻與濾波電容並聯連接。
3.根據權利要求1所述的電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流裝置，其特徵在於，所述第二級DC/DC電路包括多個第一兩電平Buck-Boost變換器；所述第一兩電平 Buck-Boost變換器包括開關管、濾波電容和吸收電阻，所述第一兩電平Buck-Boost變換器電路高壓側連接總直流母線，低壓側通過並聯濾波電容連接對應的分直流母線，吸收電阻與濾波電容並聯連接。
4.根據權利要求1所述的電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流裝置， 其特徵在於，所述第三級DC/DC電路包括多個兩電平Buck-Boost變換器組，所述兩電平Buck-Boost變換器組包括多個第二兩電平Buck-Boost變換器，所述第二兩電平 Buck-Boost變換器由開關管組成，同一組內的第二兩電平Buck-Boost變換器電路高壓側連接對應的同一分直流母線，低壓側連接相同類型、SOC值的蓄電池組對電池進行充電，不同組間的兩電平Buck-Boost變換器分別連接不同的分直流母線，並與不同類型、SOC值的蓄電池組連接對電池進行差異化充電。
5.—種電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流控制方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟一，控制部分控制第一級AC/DC電路將電網交流電轉換為穩定的直流電，輸送給總直流母線；步驟二，控制部分控制第二級DC/DC電路將總直流母線的直流電轉換為能夠滿足不同電池充電要求的更加精細的直流電，輸送給相應的分直流母線；步驟三，控制部分控制第三級DC/DC電路連接至相應的分直流母線，為各蓄電池組進行均衡、精細、合理的充放電。
6.根據權利要求5所述的電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流控制方法， 其特徵在於，步驟一中，控制部分採用電壓反饋閉環控制策略控制第一級AC/DC電路，具體為控制部分對第一級AC/DC電路中直流側濾波電容上的電壓進行採樣，與設置參考電壓進行比較，得到的電壓誤差信號，經過PI調節器，得到的輸出結果作為有功電流指令值，根據所要求的功率因數角，得到無功電流的指令值，進而得到三相正弦參考電壓。然後將三相正弦參考電壓與三角波相比形成各開關器件的通、斷信號，採用電壓反饋閉環控制，維持直流側濾波電容上的電壓恆定不變，將電網交流電轉換為穩定的直流電，為下級DC/DC電路提供穩定的總直流母線電壓。
7.根據權利要求5所述的電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流控制方法，其特徵在於，步驟二中，控制部分採用基於電容電荷平衡的控制方法控制第二級DC/DC電路，具體為 控制部分對第二級DC/DC電路中直流側濾波電容上的電壓進行採樣，與設置參考電壓進行比較，得到的電壓誤差信號，再經過計算，得出濾波電容目標電荷，與實際電荷數做比較，然後通過PI調節器調節電容的電流平均值，維持濾波電容的電壓穩定在目標電壓值，採用基於電容電荷平衡的控制方法為第三級並聯DC/DC電路提供穩定的分直流母線電壓。
8.根據權利要求5所述的電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流控制方法，其特徵在於，步驟三中，控制部分採用電流反饋閉環控制策略控制第三級DC/DC電路，具體為 控制部分對第三級DC/DC電路輸出端的電流信號進行採樣，將相同類型、SOC值、充電電流限值的電池組放置於同一組第二兩電平Buck-Boost變換器下進行充電，並綜合各因素確認電池組的充電電流給定目標值，將採樣值與給定值做比較，通過PI調節器調節DC/DC電路的電流輸出，對蓄電池組進行均衡、精細的充放電，其中，同一組內的兩電平Buck-Boost變換器電路高壓側連接對應的同一分直流母線，低壓側連接相同類型、SOC值的蓄電池組對電池進行充電，不同組間的兩電平Buck-Boost變換器分別連接不同的分直流母線，並與不同類型、SOC值的蓄電池組連接對電池進行差異化充電。
全文摘要
本發明提供一種電動汽車充放儲一體化電站功率流動三級變流裝置，控制部分通過分級協調控制策略控制各級電路的工作，第一級AC/DC電路交流側連接電網，直流側連接總直流母線，將電網交流電轉換為穩定的直流電，輸送給總直流母線；第二級DC/DC電路高壓側連接總直流母線，低壓側連接對應的分直流母線，將總直流母線的直流電轉換為能夠滿足不同電池充電要求的更加精細的直流電，輸送給相應的分直流母線；第三級DC/DC電路高壓側連接對應的分直流母線，低壓側連接蓄電池組，控制各蓄電池組進行均衡、精細、合理的充放電。本發明實現了電池組均衡的充放電，達到最優充電效果，提高了電池的循環壽命。
文檔編號H02M7/04GK103023351SQ20121051452
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者解大, 馮俊淇, 楊敏霞, 婁宇成, 房新雨, 劉高維, 賈玉健 申請人:上海交通大學