可實現能量雙向控制的層疊式升壓拓撲的製作方法
2023-07-04 15:01:51 1
可實現能量雙向控制的層疊式升壓拓撲的製作方法
【專利摘要】升壓電路廣泛應用於電動汽車、電壓、直流電機驅動等領域。如電動汽車行業：目前普遍採用蓄電池供電，通過升壓電路將電壓提升後，在連接車載逆變器實現對直流電機或交流電機的控制。因此升壓電路的設計和性能直接影響了系統的特性。然而，傳統拓撲依然存在大量的電池串聯。大量的電池單體串聯會導致長期使用後，由於電池特性的不一致難以避免，會導致各單體電池電壓不均衡，充放電深度不同，從而影響系統效率，降低使用壽命。本發明是一種可實現能量雙向控制的層疊式升壓拓撲。採用本發明，以某一組電池作為電能控制單元，通過層疊式升壓電路控制各層級之間的電壓，從而幫助低壓電池組實現恆壓控制。本發明的採用，能夠顯著提高升壓系統中各電池單體或低壓電池組之間的電壓均衡性，從而提升系統穩定性和可靠性，進而提升車輛系統的續航裡程。
【專利說明】可實現能量雙向控制的層疊式升壓拓撲
[0001]
【技術領域】 本發明是一種採用功率開關器件和電感、電容等無源器件組成的可實現能量雙向控制 的層疊式升壓拓撲。可以作為供電電源使用，或直接驅動負載電機。採用層疊式結構可獨 立控制各層的電壓，能夠控制能量雙向流動，用於電動汽車領域可實現低壓電池組的分段 電壓管理，有利於穩定各級電池組電壓，提升電池利用率和使用壽命，延長續航裡程。
[0002]
【背景技術】 隨著電力電子技術的迅猛發展，在新能源發電、軌道交通、電動汽車伺服控制、調速系 統等各個領域，電力電子系統都得到了廣泛的應用。如電動汽車行業：目前普遍採用蓄電池 供電，通過升壓電路將電壓提升後，在連接車載逆變器實現對直流電機或交流電機的控制。 因此升壓電路的設計和性能直接影響了系統的特性。然而，傳統拓撲依然存在大量的電池 串聯。大量的電池單體串聯會導致長期使用後，由於電池特性的不一致難以避免，會導致 各單體電池電壓不均衡，充放電深度不同，從而影響系統效率，降低使用壽命。本發明是一 種採用功率開關器件和電感、電容等無源器件組成的可實現能量雙向控制的層疊式升壓拓 撲。採用本發明，以某一組電池作為電能控制單元，通過層疊式升壓電路控制各層級之間的 電壓，從而幫助低壓電池組實現恆壓控制。本發明的採用，能夠顯著提高升壓系統中各電池 單體或低壓電池組之間的電壓均衡性，從而提升系統穩定性和可靠性，進而提升車輛系統 的續航裡程。
[0003]
【發明內容】
： 首先，作為輸入，％、1^、5(|與511、隊可獨立的組成多組升壓電路。當仏電壓低於設定的 基準電壓時，可控制\和Sn，使得％為仏充電。當仏電壓高於基準電壓時，可控制\和 S12，使得仏向隊放電。當U2電壓低於設定的基準電壓時，可控制&和S21，使得隊為仏和 U2整體充電；隨後再控制\和S12，使得仏向隊放電，從而實現了只提高U2電壓而不改變仏 電壓的功能。當U 2電壓高於設定的基準電壓時，可控制\和S22，使得仏和U2整體向％放 電；隨後再控制S。和S n，使得％向Ui充電，從而實現了只降低U2電壓而不改變Ui電壓的 功能。其它電池組的控制過程依次類推。
[0004]
【專利附圖】
【附圖說明】： 圖1為可實現能量雙向控制的層疊式升壓拓撲結構圖 圖2為控制系統的結構圖； 圖3雙向開關的形式構成圖；
[〇〇〇5] 【具體實施方式】： 為實現上述目的，本發明採用以下方案： 本發明為可實現能量雙向控制的層疊式升壓拓撲，其實現一般基於全數字控制器，包 括DSP、各類單片機、CPLD或FPGA。由權利要求1可知，升壓電路的穩態電壓與開關器件的 佔空比成比例關係。通過傳感器或分壓電路採樣各級當前電壓，在控制器中進行電壓排序， 並與基準電壓進行比較。如電壓均高於基準電壓，則依據電壓值依次對電壓最高、次高…… 的單元放電。如電壓均低於基準電壓，則依據電壓值依次對電壓最低、次低……的單元充 電。如部分單元電壓高於基準電壓，部分低於基準電壓，則依據電壓差值進行排序，分別對 電壓較高的進行放電，電壓較低的進行充電。最終，實現各級電壓均衡。
【權利要求】
1. 一種由功率開關器件組成的可實現能量雙向控制的層疊式升壓拓撲，如圖1所示； 其特徵在於：包括由電源、電容、電感、電阻、電力電子器件組成的硬體系統；該結構具有能 量雙向控制，可擴展性，層疊數量可依據不同應用場合遞增或遞減的特點。
2. 由權利要求1可推知，採用DSP、單片機、CPLD或FPGA的控制器控制功率開關器件 的系統結構，如圖2所示；其特徵在於：控制系統由DSP或單片機，電力電子器件的驅動電 路，電流、電壓、轉速傳感器及其AD採樣電路，其它輔助電路組成；其功能包括：監控並計算 電機的轉速、電流、電壓等信息計算，計算開關器件導通和關斷佔空比，門控信號輸出，實現 負載電機控制或作為電源輸出給負載供電等。
3. 由權利要求1可推知，開關Si至Sn為雙向開關，以Si為例，包括Sn，S12，以次類推； 此外，以IGBT為例，雙向開關結構既可以共發射極連接，也可以共集電極連接，或採用二極 管橋與單個開關器件組成雙向開關均在保護範圍內；如圖3所示；圖3中，以IGBT為例自左 至右分別為共發射極連接、共集電極連接和採用二極體橋與單個開關器件組成的三種雙向 開關。
4. 該拓撲結構連接如下所示：輸入電源隊的正極接電感一端；電感另一端與開關器 件(如果是IGBT則為集電極，如果是MOSFET則為D極)上端和Si至S n的一側連接&至Sn 的另一側與電源Α至Un的正極連接；電源仏至Un的負極依次連接到下一級電源的正極， A的負極與％的負極、S。的下端(如果是IGBT則為發射極，如果是MOSFET則為S極)連接； 電容Q至Cn與電源A至U n並聯；電阻札至Rn與電源仏至Un並聯。
5. 由權利要求1可推知，電源可以是直流電源，電池，超級電容，電容器等各類直流供 電與儲能系統。
6. 由權利要求以可推知，電力電子器件包括二極體、MOSFET、IGBT、GTO、IGCT、晶閘管、 三極體等各類半導體器件。
7. 由權利要求1、2可推知，控制方法與普通升壓電路類似，每層升壓部分可獨立控 制，能量可以雙向流動。
8. 有權利要求1、4可推知，C1至Cn起到了穩定電源，消除諧波的作用；R1至Rn起到 了均壓電阻的作用；當電源為超級電容、電池、電容器時，Q至C n，札至Rn可以去掉，去掉Q 至Cn和&至Rn後的電路也在本專利保護範圍內。
【文檔編號】H02J7/00GK104113091SQ201310132203
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月17日 優先權日:2013年4月17日
【發明者】李萌 申請人:鄒城市遊騎兵汽車電控技術有限公司