CN103023351B - 电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流装置，控制部分通过分级协调控制策略控制各级电路的工作，第一级AC/DC电路交流侧连接电网，直流侧连接总直流母线，将电网交流电转换为稳定的直流电，输送给总直流母线；第二级DC/DC电路高压侧连接总直流母线，低压侧连接对应的分直流母线，将总直流母线的直流电转换为能够满足不同电池充电要求的更加精细的直流电，输送给相应的分直流母线；第三级DC/DC电路高压侧连接对应的分直流母线，低压侧连接蓄电池组，控制各蓄电池组进行均衡、精细、合理的充放电。本发明实现了电池组均衡的充放电，达到最优充电效果，提高了电池的循环寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种变流器，具体地，涉及一种电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流装置。
背景技术
电动汽车充放储一体化电站将电池充放电、电池更换及电池储能整合为一体，是现在电动汽车能源供给平台中备受关注的主流设计之一，其核心装备——一体化站的多用途能量转换装置是集电源技术、电力电子技术、软件技术、控制技术为一体的高新科技综合体，其开发研制必然会为这些技术的发展提供十分可观的市场需求，促进相关领域技术的发展。现今电池充电装置大多采用两级结构，由AC/DC及DC/DC电路直接组成，由于充电电池的种类不同，电池剩余容量不同，对充电电流的要求也不尽相同等原因，使得不同电池在同一级DC/DC电路下无法“因池而异”实现合理最优充电，不能满足精细化充电的要求，这大大影响了电池的均衡充放电效率，更会影响电池的循环使用寿命。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流装置。
根据本发明的一个方面，提供一种电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流装置，包括：第一级AC/DC电路、第二级DC/DC电路、第三级DC/DC电路和控制部分，其中，
第一级AC/DC电路交流侧连接电网，直流侧连接总直流母线，用以将电网交流电转换为稳定的直流电，输送给总直流母线；
第二级DC/DC电路高压侧连接总直流母线，低压侧连接对应的分直流母线，用以将总直流母线的直流电转换为能够满足不同电池充电要求的更加精细的直流电，输送给相应的分直流母线；
第三级DC/DC电路高压侧连接对应的分直流母线，低压侧连接蓄电池组，用以控制各蓄电池组进行均衡、精细、合理的充放电；
控制部分分别与第一级AC/DC电路、第二级DC/DC电路和第三级DC/DC电路连接，用以对第一级AC/DC电路、第二级DC/DC电路和第三级DC/DC电路的电压电流信息进行测量采样，通过分级协调控制策略控制各级电路的工作。
优选地，该第一级AC/DC电路包括PWM整流桥，滤波电容和吸收电阻，PWM整流桥由若干开关管组成，PWM整流桥交流侧经滤波电感连接电网，直流侧通过并联滤波电容连接总直流母线，吸收电阻与滤波电容并联连接。
优选地，该第二级DC/DC电路包括多个第一两电平Buck-Boost变换器；第一两电平Buck-Boost变换器包括开关管、滤波电容和吸收电阻，第一两电平Buck-Boost变换器电路高压侧连接总直流母线，低压侧通过并联滤波电容连接对应的分直流母线，吸收电阻与滤波电容并联连接。
优选地，该第三级DC/DC电路包括多个两电平Buck-Boost变换器组，两电平Buck-Boost变换器组包括多个第二两电平Buck-Boost变换器，第二两电平Buck-Boost变换器由开关管组成，同一组内的第二两电平Buck-Boost变换器电路高压侧连接对应的同一分直流母线，低压侧连接相同类型、SOC值的蓄电池组对电池进行充电，不同组间的两电平Buck-Boost变换器分别连接不同的分直流母线，并与不同类型、SOC值的蓄电池组连接对电池进行差异化充电。
根据本发明的另一个方面，提供一种电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流控制方法，包括以下步骤：
步骤一，控制部分控制第一级AC/DC电路将电网交流电转换为稳定的直流电，输送给总直流母线；
步骤二，控制部分控制第二级DC/DC电路将总直流母线的直流电转换为能够满足不同电池充电要求的更加精细的直流电，输送给相应的分直流母线；
步骤三，控制部分控制第三级DC/DC电路连接至相应的分直流母线，为各蓄电池组进行均衡、精细、合理的充放电。
优选地，步骤一中，控制部分采用电压反馈闭环控制策略控制第一级AC/DC电路，具体为：
控制部分对第一级AC/DC电路中直流侧滤波电容上的电压进行采样，与设置参考电压进行比较，得到的电压误差信号，经过PI调节器，得到的输出结果作为有功电流指令值，根据所要求的功率因数角，得到无功电流的指令值，进而得到三相正弦参考电压。然后将三相正弦参考电压与三角波相比形成各开关器件的通、断信号，采用电压反馈闭环控制，维持直流侧滤波电容上的电压恒定不变，将电网交流电转换为稳定的直流电，为下级DC/DC电路提供稳定的总直流母线电压。
优选地，步骤二中，控制部分采用基于电容电荷平衡的控制方法控制第二级DC/DC电路，具体为：
控制部分对第二级DC/DC电路中直流侧滤波电容上的电压进行采样，与设置参考电压进行比较，得到的电压误差信号，再经过计算，得出滤波电容目标电荷，与实际电荷数做比较，然后通过PI调节器调节电容的电流平均值，维持滤波电容的电压稳定在目标电压值，采用基于电容电荷平衡的控制方法为第三级并联DC/DC电路提供稳定的分直流母线电压。
优选地，步骤三中，控制部分采用电流反馈闭环控制策略控制第三级DC/DC电路，具体为：
控制部分对第三级DC/DC电路输出端的电流信号进行采样，将相同类型、SOC值、充电电流限值的电池组放置于同一组第二两电平Buck-Boost变换器下进行充电，并综合各因素确认电池组的充电电流给定目标值，将采样值与给定值做比较，通过PI调节器调节DC/DC电路的电流输出，对蓄电池组进行均衡、精细的充放电，其中，同一组内的两电平Buck-Boost变换器电路高压侧连接对应的同一分直流母线，低压侧连接相同类型、SOC值的蓄电池组对电池进行充电，不同组间的两电平Buck-Boost变换器分别连接不同的分直流母线，并与不同类型、SOC值的蓄电池组连接对电池进行差异化充电。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明能够依据不同类型电池的具体特性、每组电池所处的SOC(State of Charge)阶段、影响电池寿命的充电电流等因素，通过对三级变流装置的分级协调控制策略对电池组进行精细化的充放电，解决了现有技术中不同电池不能“因池而异”的技术问题，实现电池组均衡的充放电，达到最优充电效果，提高了电池的循环寿命。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流装置的拓扑结构图；
图2为本发明实施例的第一级AC/DC电路控制框图；
图3为本发明实施例的第二级DC/DC电路控制框图；
图4为本发明实施例的第三级DC/DC电路控制框图。
图中：1为第一级AC/DC电路，2为第二级DC/DC电路，3为第三级DC/DC电路，4为控制部分。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
请参阅图1，一种电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流装置,包括：第一级AC/DC电路1、第二级DC/DC电路2、第三级DC/DC电路3及控制部分4。第一级AC/DC电路1交流侧连接电网，直流侧连接总直流母线，用以将电网交流电转换为稳定的直流电，输送给总直流母线。第二级DC/DC电路2高压侧连接总直流母线，低压侧连接对应的分直流母线，用以将总直流母线的直流电转换为能够满足不同电池充电要求的更加精细的直流电，输送给相应的分直流母线。第三级DC/DC电路3高压侧连接对应的分直流母线，低压侧连接蓄电池组，用以控制各蓄电池组进行均衡、精细、合理的充放电。控制部分4分别与第一级AC/DC电路1、第二级DC/DC电路2和第三级DC/DC电路3连接，用以对第一级AC/DC电路1、第二级DC/DC电路2和第三级DC/DC电路3的电压电流信息进行测量采样，通过分级协调控制策略控制各级电路的工作。
第一级AC/DC电路1为PWM整流器拓扑结构，包括PWM整流桥，滤波电容及吸收电阻；PWM整流桥由六个开关管组成，第一级AC/DC电路交流侧经滤波电感连接电网，直流侧通过并联滤波电容连接总直流母线，吸收电阻与滤波电容并联连接。
第二级DC/DC电路2包括多个第一两电平Buck-Boost变换器21-2n，第一两电平Buck-Boost变换器由开关管、滤波电容及吸收电阻组成，第一两电平Buck-Boost变换器电路高压侧均连接总直流母线，低压侧通过并联滤波电容连接对应的分直流母线，吸收电阻与滤波电容并联连接。
第三级DC/DC电路3包括多个两电平Buck-Boost变换器组31-3n，两电平Buck-Boost变换器组包括多个第二两电平Buck-Boost变换器，第二两电平Buck-Boost变换器由开关管组成；同一组2n内的第二两电平Buck-Boost变换器电路高压侧连接对应的同一分直流母线，低压侧连接相同类型、SOC值的蓄电池组对电池进行充电，不同组间的第二两电平Buck-Boost变换器分别连接不同的分直流母线，并与不同类型、SOC值的蓄电池组连接对电池进行差异化充电。
控制部分4包括采样电路、中央处理器和PWM信号发生电路。采样电路对三级变流装置各部分电压电流信息进行测量采样，将采样得到的信息送入中央处理器，中央处理器通过分级协调控制策略驱动PWM信号发生电路发出PWM调制波，来控制三级电路的工作：其中第一级AC/DC电路1将电网交流电转换为稳定的直流电，输送给总直流母线，第二级DC/DC电路2将总直流母线的直流电转换为能够满足不同电池充电要求的更加精细的直流电，输送给相应的分直流母线，第三级DC/DC电路3控制各蓄电池组进行均衡、精细、合理的充放电，其中相同类型、SOC值、和充电电流限制的蓄电池组位于与同一分直流母线相连的第三级DC/DC电路3下，控制策略分级与协调相统一。第一级AC/DC电路1为电压反馈闭环控制，第一级AC/DC电路1通过对直流侧滤波电容上的电压进行采样，与设置参考电压进行比较，采用电压反馈闭环控制，维持直流侧滤波电容上的电压恒定不变，为下级DC/DC电路提供稳定的总直流母线电压。第二级DC/DC电路2为基于电容电荷平衡的控制方法，第二级DC/DC电路2通过对低压侧滤波电容上的电压进行采样，计算出滤波电容目标电荷，与实际电荷数做比较，通过PI调节器调节电容的电流平均值，维持滤波电容的电压稳定在目标电压值，为第三级并联DC/DC电路3提供稳定的分直流母线。第三级DC/DC电路3为电流反馈闭环控制，第三级DC/DC电路3根据不同电池组的类型、所处的具体充放电阶段，确定蓄电池组的充放电电流作为充放电电流给定目标值，与通过采样得到的实际电流做比较，通过PI调节器调节DC/DC电路的电流输出，对蓄电池组进行均衡、精细的充放电。
基于上述的电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流装置，本发明还提供一种电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流控制方法，包括以下步骤：
步骤一，控制部分控制第一级AC/DC电路将电网交流电转换为稳定的直流电，输送给总直流母线。
请参阅图2，控制部分4对第一级AC/DC电路1中直流侧滤波电容上的电压Udc1进行采样，与设置参考电压进行比较，得到的电压误差信号ΔUdc1经过PI调节器，得到的输出结果作为有功电流指令值根据所要求的功率因数角Φ，得到无功电流的指令值进而得到三相正弦参考电压Un。然后将三相正弦参考电压与三角波相比形成六个开关器件的通、断信号，控制部分4采用电压反馈闭环控制方法控制第一级AC/DC电路1的工作，维持直流侧滤波电容上的电压恒定不变，将电网交流电转换为稳定的直流电，为下级DC/DC电路提供稳定的总直流母线电压。
步骤二，控制部分控制第二级DC/DC电路将总直流母线的直流电转换为能够满足不同电池充电要求的更加精细的直流电，输送给相应的分直流母线。
请参阅图3，控制部分4对第二级DC/DC电路2中直流侧滤波电容上的电压Udc2进行采样，与设置参考电压进行比较，得到的电压误差信号ΔUdc2，再经过计算，得出滤波电容目标电荷与实际电荷数IC做比较，然后通过PI调节器调节电容的电流平均值，维持滤波电容的电压稳定在目标电压值，控制部分4采用基于电容电荷平衡的控制方法为第三级并联DC/DC电路提供稳定的分直流母线电压。
步骤三，控制部分控制第三级DC/DC电路连接至相应的分直流母线，为各蓄电池组进行均衡、精细、合理的充放电。
请参阅图4，控制部分4对第三级DC/DC电路3输出端的电流信号Icharge进行采样，将相同类型、SOC(State of Charge)值、充电电流限值的电池组放置于同一组Buck-Boost变换器下进行充电，综合这些因素确认电池组的充电电流给定目标值将采样值与给定值做比较，通过PI调节器调节DC/DC电路的电流输出，对蓄电池组进行均衡、精细的充放电。其中同一组内的两电平Buck-Boost变换器电路高压侧连接对应的同一分直流母线，低压侧连接相同类型、SOC值的蓄电池组对电池进行充电，不同组间的两电平Buck-Boost变换器分别连接不同的分直流母线，并与不同类型、SOC值的蓄电池组连接对电池进行差异化充电。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (6)
1.一种电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流装置，其特征在于，包括：第一级AC/DC电路、第二级DC/DC电路、第三级DC/DC电路和控制部分，其中，
所述第一级AC/DC电路交流侧连接电网，直流侧连接总直流母线，用以将电网交流电转换为稳定的直流电，输送给所述总直流母线；
所述第二级DC/DC电路高压侧连接总直流母线，低压侧连接对应的分直流母线，用以将总直流母线的直流电转换为能够满足不同电池充电要求的更加精细的直流电，输送给相应的分直流母线；
所述第三级DC/DC电路高压侧连接对应的分直流母线，低压侧连接蓄电池组，用以控制各蓄电池组进行均衡、精细、合理的充放电；所述第三级DC/DC电路包括多个两电平Buck-Boost变换器组，所述两电平Buck-Boost变换器组包括多个第二两电平Buck-Boost变换器，所述第二两电平Buck-Boost变换器由开关管组成，同一组内的第二两电平Buck-Boost变换器电路高压侧连接对应的同一分直流母线，低压侧连接相同类型、SOC值的蓄电池组对电池进行充电，不同组间的两电平Buck-Boost变换器分别连接不同的分直流母线，并与不同类型、SOC值的蓄电池组连接对电池进行差异化充电；
所述控制部分分别与所述第一级AC/DC电路、第二级DC/DC电路和第三级DC/DC电路连接，用以对所述第一级AC/DC电路、第二级DC/DC电路和第三级DC/DC电路的电压电流信息进行测量采样，通过分级协调控制策略控制各级电路的工作。
2.根据权利要求1所述的电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流装置，其特征在于，所述第一级AC/DC电路包括PWM整流桥，滤波电容和吸收电阻，所述PWM整流桥由若干开关管组成，所述PWM整流桥交流侧经滤波电感连接电网，直流侧通过并联滤波电容连接总直流母线，吸收电阻与滤波电容并联连接。
3.根据权利要求1所述的电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流装置，其特征在于，所述第二级DC/DC电路包括多个第一两电平Buck-Boost变换器；所述第一两电平Buck-Boost变换器包括开关管、滤波电容和吸收电阻，所述第一两电平Buck-Boost变换器电路高压侧连接总直流母线，低压侧通过并联滤波电容连接对应的分直流母线，吸收电阻与滤波电容并联连接。
4.一种电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，控制部分控制第一级AC/DC电路将电网交流电转换为稳定的直流电，输送给总直流母线；
步骤二，控制部分控制第二级DC/DC电路将总直流母线的直流电转换为能够满足不同电池充电要求的更加精细的直流电，输送给相应的分直流母线；
步骤三，控制部分控制第三级DC/DC电路连接至相应的分直流母线，为各蓄电池组进行均衡、精细、合理的充放电；控制部分采用电流反馈闭环控制策略控制第三级DC/DC电路，具体为：
控制部分对第三级DC/DC电路输出端的电流信号进行采样，将相同类型、SOC值、充电电流限值的电池组放置于同一组第二两电平Buck-Boost变换器下进行充电，并综合各因素确认电池组的充电电流给定目标值，将采样值与给定值做比较，通过PI调节器调节DC/DC电路的电流输出，对蓄电池组进行均衡、精细的充放电，其中，同一组内的两电平Buck-Boost变换器电路高压侧连接对应的同一分直流母线，低压侧连接相同类型、SOC值的蓄电池组对电池进行充电，不同组间的两电平Buck-Boost变换器分别连接不同的分直流母线，并与不同类型、SOC值的蓄电池组连接对电池进行差异化充电。
5.根据权利要求4所述的电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流控制方法，其特征在于，步骤一中，控制部分采用电压反馈闭环控制策略控制第一级AC/DC电路，具体为：
控制部分对第一级AC/DC电路中直流侧滤波电容上的电压进行采样，与设置参考电压进行比较，得到的电压误差信号，经过PI调节器，得到的输出结果作为有功电流指令值，根据所要求的功率因数角，得到无功电流的指令值，进而得到三相正弦参考电压，然后将三相正弦参考电压与三角波相比形成各开关器件的通、断信号，采用电压反馈闭环控制，维持直流侧滤波电容上的电压恒定不变，将电网交流电转换为稳定的直流电，为下级DC/DC电路提供稳定的总直流母线电压。
6.根据权利要求4所述的电动汽车充放储一体化电站功率流动三级变流控制方法，其特征在于，步骤二中，控制部分采用基于电容电荷平衡的控制方法控制第二级DC/DC电路，具体为：
控制部分对第二级DC/DC电路中直流侧滤波电容上的电压进行采样，与设置参考电压进行比较，得到的电压误差信号，再经过计算，得出滤波电容目标电荷，与实际电荷数做比较，然后通过PI调节器调节电容的电流平均值，维持滤波电容的电压稳定在目标电压值，采用基于电容电荷平衡的控制方法为第三级并联DC/DC电路提供稳定的分直流母线电压。
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| 冯俊淇,等."电动汽车充放储一体化站多用途变流装置工作特性分析".《现代电子技术》.2012, * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103023351A (zh) | 2013-04-03 |
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