CN112803767A - 用于动力电池充/放电的dc/dc变换器控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于电力控制技术领域，提供了一种用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，本发明提供的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，设置至少两个前馈控制模块和三个调节模块，提高了系统的稳定性和动态响应特性，设置至少两个限幅模块，除对双向DC/DC变换器的输出电流、电压进行限幅控制外，还可以实现恒流充电/放电控制过程中对电池电压的限幅控制、恒压充电控制过程中对电池电流的限幅控制，简化了控制系统的设计与调试，提高了电池系统充电/放电的稳定性。

Description

用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统
技术领域
本发明属于电力控制技术领域，尤其涉及用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统。
背景技术
近年来，电动汽车因具有节能、环保的优势，在国内数量增长十分迅速。随着电动汽车越来越多，电动汽车500kW～1MW级大功率快速充电技术得到了行业的高度关注。电动汽车的动力电池充电/放电时，过大的电压/电流纹波将严重影响电池(如锂电池)的使用寿命和安全，人们对电池充电/放电时的电池电压和电流纹波大小越来越重视。
为了给动力电池充电，电池侧通常采用DC/DC变换器(DC-DC converter)与电池连接。为了进一步提高DC/DC变换器的滤波性能，电池侧采用LCL型滤波器进行滤波，这样能大大减小电池端的纹波电压和纹波电流，提高电池寿命和安全性。而现有的对采用LCL型滤波器的动力电池充/放电的DC/DC变换器的控制系统的结构比较复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，以解决现有技术中采用LCL型滤波器的DC/DC变换器的控制系统的结构比较复杂的问题。
本发明实施例第一方面提供了一种用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，包括第一调节模块、第一限幅器、第二调节模块、第二限幅器、第一信号发生器、第三调节模块、第一前馈模块、第二前馈模块、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关；
第一调节模块、第一开关、第一限幅器、第二调节模块、第二限幅器、第一信号发生器和DC/DC变换器依次连接；第三调节模块通过第三开关与第一限幅器连接；第一前馈模块通过第四开关与第二调节模块连接；第二前馈模块通过第二开关与第二调节模块连接；第一限幅器通过第五开关与外部的第一信号采集模块连接；第一信号采集模块还分别与第一调节模块、第二调节模块、第三调节模块、第一前馈模块和第二前馈模块连接；第一调节模块、第一前馈模块和第三调节模块均与外部的第一参数给定模块连接。
在本发明的一个实施例中，第一调节模块包括第一减法器、第一调节器、第一前馈控制器和第一加法器；
第一减法器分别与第一参数给定模块、第一信号采集模块和第一调节器连接，第一加法器分别与第一调节器、第一前馈控制器和第一开关连接，第一前馈控制器还与第一参数给定模块连接；
第一减法器，以第一参数给定模块发送的电流给定信号和第一信号采集模块发送的当前电池电流信号作为输入信号，输出信号发送至第一调节器；
第一调节器，以第一减法器的输出信号作为输入信号，输出信号发送至第一加法器；
第一前馈控制器，以电流给定信号作为输入信号，输出信号发送至第一加法器；
第一加法器，以第一调节器的输出信号和第一前馈控制器的输出信号作为输入信号，输出信号在第一开关闭合时发送至第一限幅器；
第一限幅器，以在第一开关闭合时的第一加法器的输出信号或第一输出信号作为输入信号，输出信号发送至第二调节模块；其中，第一输出信号包括在第三开关闭合时的第三调节模块的输出信号和在第五开关闭合时的第一信号采集模块发送的当前电池电流信号。
在本发明的一个实施例中，第二调节模块包括第二减法器、第二调节器和第二加法器；
第二减法器分别与第一限幅器、第一信号采集模块和第二调节器连接，第二加法器分别与第二调节器、第四开关、第二开关和第二限幅器连接；
第二减法器，以第一限幅器的输出信号和第一信号采集模块发送的当前电感电流信号I作为输入信号，输出信号发送至第二调节器；
第二调节器，以第二减法器的输出信号作为输入信号，输出信号发送至第二加法器；
第二加法器，以第二调节器的输出信号和第二输出信号作为输入信号，输出信号发送至第二限幅器；其中，第二输出信号为在第四开关闭合时的第一前馈模块的输出信号或在第二开关闭合时的第二前馈模块的输出信号。
在本发明的一个实施例中，第三调节模块包括第三减法器和第三调节器；
第三减法器分别与第三调节器、第一信号采集模块和第一参数给定模块连接，第三调节器还与第三开关连接；
第三减法器，以第一参数给定模块发送的电压给定信号和第一信号采集模块发送的当前电池电压信号作为输入信号，输出信号发送至第三调节器；
第三调节器，以第三减法器的输出信号作为输入信号，输出信号在第三开关闭合时发送至第一限幅器。
在本发明的一个实施例中，用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统还包括第一限幅开关和第一给定开关；
第一限幅开关，第一端与第二前馈模块连接，第二端与第二限幅器连接；
第一给定开关，第一端与第一信号采集模块连接，第二端与第一参数给定模块连接；
第二限幅器，以第二调节模块的输出信号和在第一限幅开关闭合时的第二前馈模块的输出信号为输入信号，输出信号发送至第一信号发生器；
第一信号发生器根据第二限幅器的输出信号生成第一PWM波和第二PWM波，并将第一PWM波和第二PWM波发送至DC/DC变换器。
在本发明的一个实施例中，第一前馈模块，以第一参数给定模块发送的电压给定信号U和第一信号采集模块发送的母线电压信号作为输入信号，输出信号在第四开关闭合时发送至第二调节模块；
第二前馈模块，以第一信号采集模块发送的当前电池电压信号U和直流母线电压信号作为输入信号，输出信号在第一限幅开关闭合时发送至第二限幅器，输出信号还在第二开关闭合时发送至第二调节模块。
在本发明的一个实施例中，在电池恒流充电时，第一开关、第二开关和第一限幅开关处于闭合状态，第三开关、第四开关和第五开关处于断开状态，第一给定开关处于断开状态或闭合状态；
在电池恒压充电时，第三开关、第四开关和第五开关处于闭合状态，第一开关、第二开关、第一限幅开关和第一给定开关处于断开状态；
其中，电池恒流充电时，若第一给定开关处于闭合状态，则在恒流充电结束时，第一信号采集模块采集的当前电池电压作为第一参数给定模块的电压给定信号。
本发明实施例第二方面提供了另一种用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，包括第四调节模块、第三限幅器、第五调节模块、第四限幅器、第六调节模块、第二信号发生器、第五限幅器、第三前馈模块、第四前馈模块、第六开关、第七开关、第八开关和第九开关；
第六开关、第四调节模块、第三限幅器、第五调节模块、第四限幅器、第二信号发生器和DC/DC变换器依次连接；第六调节模块通过第八开关与第五限幅器连接；第五限幅器与第四调节模块连接；第三前馈模块通过第七开关与第五调节模块连接；第四前馈模块通过第九开关与第五调节模块连接；外部的第二参数给定模块分别与第六开关、第六调节模块和第三前馈模块连接；外部的第二信号采集模块分别与第四调节模块、第五调节模块、第六调节模块、第三前馈模块和第四前馈模块连接。
在本发明的一个实施例中，用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统还包括第二限幅开关和第二给定开关；
第二限幅开关，第一端与第三前馈模块连接，第二端与第四限幅器连接；
第二给定开关，第一端与第一信号采集模块连接，第二端与第二参数给定模块连接；
第四限幅器，以第五调节模块的输出信号和在第二限幅开关闭合时的第四前馈模块的输出信号为输入信号，输出信号发送至第一信号发生器；
第一信号发生器根据第二限幅器的输出信号生成第三PWM波和第四PWM波，并将第三PWM波和第四PWM波发送至DC/DC变换器。
在本发明的一个实施例中，在电池恒流充电时，第六开关、第七开关和第二限幅开关处于闭合状态，第八开关和第九开关处于断开状态，第二给定开关处于断开状态或闭合状态；
在电池恒压充电时，第八开关和第九开关处于闭合状态，第六开关、第七开关、第二限幅开关和第二给定开关处于断开状态；
其中，电池恒流充电时，若第二给定开关处于闭合状态，则在恒流充电结束时，第二信号采集模块采集的当前电池电压作为第二参数给定模块的电压给定信号。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：提供了一种用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，包括第一调节模块、第一限幅器、第二调节模块、第二限幅器、第一信号发生器、第三调节模块、第一前馈模块、第二前馈模块、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关；
第一调节模块、第一开关、第一限幅器、第二调节模块、第二限幅器、第一信号发生器和DC/DC变换器依次连接；第三调节模块通过第三开关与第一限幅器连接；第一前馈模块通过第四开关与第二调节模块连接；第二前馈模块通过第二开关与第二调节模块连接；第一限幅器通过第五开关与第一信号采集模块连接；第一信号采集模块还分别与第一调节模块、第二调节模块、第三调节模块、第一前馈模块和第二前馈模块连接；第一调节模块和第三调节模块均与第一参数给定模块连接。利用前馈控制模块和限幅模块，提高了系统的动态响应速度和可靠性，并且结构简单，容易实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种DC/DC变换器的电路示意图；
图4是本发明实施例提供的第三种用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的第四种用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统的结构示意图，包括第一调节模块10、第一限幅器11、第二调节模块12、第二限幅器13、第一信号发生器19、第三调节模块14、第一前馈模块16、第二前馈模块15、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4和第五开关S5；
第一调节模块10、第一开关S1、第一限幅器11、第二调节模块12、第二限幅器13、第一信号发生器19和DC/DC变换器100依次连接；第三调节模块14通过第三开关S3与第一限幅器11连接；第一前馈模块16通过第四开关S4与第二调节模块12连接；第二前馈模块15通过第二开关S2与第二调节模块12连接；第一限幅器11通过第五开关S5与外部的第一信号采集模块17连接；第一信号采集模块17还分别与第一调节模块10、第二调节模块12、第三调节模块14、第一前馈模块16和第二前馈模块15连接；第一调节模块10、第一前馈模块16和第三调节模块14均与外部的第一参数给定模块18连接。
参见图2，其示出了本发明实施例提供的另一种用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统的结构示意图。
参见图2，在本发明的一个实施例中，第一调节模块包括第一减法器101、第一调节器102、第一前馈控制器104和第一加法器103；
第一减法器101分别与第一参数给定模块18、第一信号采集模块17和第一调节器102连接，第一加法器103分别与第一调节器102、第一前馈控制器104和第一开关S1连接，第一前馈控制器104还与第一参数给定模块连接18；
第一减法器101，以第一参数给定模块18发送的电流给定信号I1和第一信号采集模块17发送的当前电池电流信号IB作为输入信号，输出信号发送至第一调节器102；
第一调节器102，以第一减法器101的输出信号作为输入信号，输出信号发送至第一加法器103；
第一前馈控制器104，以电流给定信号I1作为输入信号，输出信号发送至第一加法器103；
第一加法器103，以第一调节器102的输出信号和第一前馈控制器104的输出信号作为输入信号，输出信号在第一开关S1闭合时发送至第一限幅器11；
第一限幅器11，以在第一开关S1闭合时的第一加法器103的输出信号或第一输出信号作为输入信号，输出信号发送至第二调节模块12；其中，第一输出信号包括在第三开关S3闭合时的第三调节模块14的输出信号和在第五开关S5闭合时的信号采集模17块发送的当前电池电流信号IB。
参见图3，其示出了本发明实施例提供的一种DC/DC变换器的电路结构示意图，包括直流电压源Udc的正极与电力电子开关器件V1的集电极相连，直流电压源Udc的负极与电力电子开关器件V2的发射极相连，电力电子开关器件V1的发射极与电力电子开关器件V2的集电极相连，构成桥臂输出中点O；桥臂输出中点O与变换器侧滤波电感L1的一端相连，变换器侧滤波电感L1的另一端与电池侧滤波电感L2的一端相连，电池侧滤波电感L2的另一端与电池正极相连；滤波电容C的正极连接在变换器侧滤波电感L1与电池侧滤波电感L2之间，滤波电容C的负极一端与电池负极相连，另一端与电力电子开关器件V2的发射极相连。
第一信号采集模块17采集DC/DC变换器100中的参数，包括当前电池电流信号IB、当前电池电压信号U、当前电感电流信号IL及直流母线电压信号Udc；其中，当前电感电流信号为当前变换器侧滤波电感L1的电流信号。
第一参数给定模块18提供电流给定信号I1和电压给定信号U1，电流给定信号I1为恒流充电时的标准电流信号，电压给定信号U1为恒压充电时的标准电压信号。
可选的第一前馈控制器104为一个前馈比例控制系数，可以根据恒流模式充电时电池电流动态响应时间的需要在0～1.0间进行设定。
参见图2，在本发明的一个实施例中，第二调节模块12包括第二减法器121、第二调节器122和第二加法器123；
第二减法器121分别与第一限幅器11、第一信号采集模块17和第二调节器122连接，第二加法器123分别与第二调节器122、第四开关S4、第二开关S2和第二限幅器13连接；
第二减法器121，以第一限幅器11的输出信号和第一信号采集模块17发送的当前电感电流信号IL作为输入信号，输出信号发送至第二调节器122；其中，当前电感电流信号为当前变换器侧滤波电感L1的电流信号
第二调节器122，以第二减法器121的输出信号作为输入信号，输出信号发送至第二加法器123；
第二加法器123，以第二调节器122的输出信号和第二输出信号作为输入信号，输出信号发送至第二限幅器13；其中，第二输出信号为在第四开关S4闭合时的第一前馈模块16的输出信号或在第二开关S2闭合时的第二前馈模块的15输出信号。
参见图2，在本发明的一个实施例中，第三调节模块14包括第三减法器141和第三调节器142；
第三减法器141分别与第三调节器142、第一信号采集模块17和第一参数给定模块18连接，第三调节器141还与第三开关S3连接；
第三减法器141，以第一参数给定模块18发送的电压给定信号U1和第一信号采集模块17发送的当前电池电压信号U作为输入信号，输出信号发送至第三调节器142；
第三调节器142，以第三减法器141的输出信号作为输入信号，输出信号在第三开关S3闭合时发送至第一限幅器11。
参见图2，在本发明的一个实施例中，用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统还包括第一限幅开关S6和第一给定开关S7；
第一限幅开关S6，第一端与第二前馈模块15连接，第二端与第二限幅器连接13；
第一给定开关S7，第一端与第一信号采集模块17连接，第二端与第一参数给定模块18连接；
第二限幅器13，以第二调节模块12的输出信号和在第一限幅开关S6闭合时的第二前馈模块15的输出信号为输入信号，输出信号发送至第一信号发生器19；其中，第二调节模块12的输出信号即为第二加法器123的输出信号；
第一信号发生器19根据第二限幅器13的输出信号生成第一PWM波和第二PWM波，并将第一PWM波和第二PWM波发送至DC/DC变换器100。
其中，参见图3，第一PWM波和第二PWM波分别发送至DC/DC变换器100的第一开关管V1和第二开关管V2，用于分别控制第一开关管V1和第二开关管V2的通断，实现对电池电压的闭环控制和对当前电感电流IL、当前电池电流IB的限幅控制；其中，当前电感电流为当前变换器侧滤波电感L1的电流。
可选地，第二限幅器13的输出信号可以为占空比，第一信号发生器19根据该占空比生成两个互补的PWM波。
参见图2，在本发明的一个实施例中，第一前馈模块16，以第一参数给定模块18发送的电压给定信号U1和第一信号采集模块17发送的母线电压信号作为输入信号，输出信号第四开关S4闭合时发送至第二调节模块12；其中，第一前馈模块16可以包括一个前馈控制器。
第二前馈模块15，以第一信号采集模块17发送的当前电池电压信号U和直流母线电压信号Udc为输入信号，输出信号在第一限幅开关S6闭合时发送至第二限幅器13，输出信号还在第二开关S2闭合时发送至第二调节模块12。其中，第二前馈控制模块15可以包括一个前馈控制器。
可选的，第二前馈模块15是根据当前的电池电压U与直流母线电压Udc之比确定，还可以再考虑一个前馈比例控制系数进行设定。
可选的，第一前馈控制模块16是根据电池给定电压U1与直流母线电压Udc之比确定，还可以再考虑一个前馈比例控制系数进行设定。
参见图2，在本发明的一个实施例中，在电池恒流充电时，第一开关S1、第二开关S2和第一限幅开关S6处于闭合状态，第三开关S3、第四开关S4和第五开关S5处于断开状态，第一给定开关S7处于断开状态或闭合状态；
在电池恒压充电时，第三开关S3、第四开关S4和第五开关S5处于闭合状态，第一开关S1、第二开关S2、第一限幅开关S6和第一给定开关S7处于断开状态；
其中，电池恒流充电时，若第一给定开关S7处于闭合状态，则在恒流充电结束时，第一信号采集模块17采集的当前电池电压U作为第一参数给定模块18的电压给定信号U1。
当电池恒流放电时，仅需第一参数给定模块18发送的电流给定信号I1反向即可，其它控制过程与电池恒流充电控制的工作过程相同。
在本发明实施例提供的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统中，对当前电池电流的控制采用了变换器侧滤波电感的电流为内环、当前电池电流为外环的双闭环结构。
对当前电池电压的控制采用了变换器侧滤波电感的电流为内环、当前电池电压为外环的双闭环结构。
除此之外，本发明实施例提供的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统设置了三个前馈控制器，提高了系统的稳定性和动态响应特性。
本发明实施例提供的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统还设置了两个限幅器，除对DC/DC变换器的输出电流、电压进行限幅控制外，还可以实现恒流充电/放电过程中对电池电压的限幅控制、恒压充电控制过程中对电池电流的限幅控制；同时，还可以接收电池BMS(电池管理系统，Battery Management System)信息与指令，保证了双向DC/DC变换器和电池充电/放电运行时充电机(桩)装置和电池的安全。
参见图4，其示出了本发明实施例提供的第三种用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统的结构示意图，包括第四调节模块20、第三限幅器21、第五调节模块22、第四限幅器23、第六调节模块24、第二信号发生器29、第五限幅器25、第三前馈模块26、第四前馈模块30、第六开关S8、第七开关S9、第八开关S10和第九开关S11；
第六开关S8、第四调节模块20、第三限幅器21、第五调节模块22、第四限幅器23、第二信号发生器29和DC/DC变换器100依次连接；第六调节模块24通过第八开关S10与第五限幅器25连接；第五限幅器25与第四调节模块20连接；第三前馈模块26通过第七开关S9与第五调节模块22连接；第四前馈模块30通过第九开关S11与第五调节模块22连接；外部的第二参数给定模块28分别与第六开关S8、第六调节模块24和第四前馈模块30连接；外部的第二信号采集模块27分别与第四调节模块20、第五调节模块22、第六调节模块24、第三前馈模块26和第四前馈模块30连接。
参见图5，其示出了本发明实施例提供的第四种用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统的结构示意图。
参见图5，在本发明的一个实施例中，第四调节模块20包括第四减法器201、第四调节器202、第二前馈控制器204、第三加法器203；
第四减法器201分别与第二信号采集模块27、第六开关S8、第五限幅模块25及第四调节器202连接，第三加法器203分别与第四调节器202、第二前馈控制器204及第三限幅器21连接，第二前馈控制器204还与第六开关S8连接；
第四减法器201，以第二信号采集模块27发送的当前电池电流信号IB和第三输出信号作为输入信号，输出信号发送至第四调节器202；第三输出信号为第六开关S8闭合时第二参数给定模块28发送的电流给定信号I1或第八开关S10闭合时第五限幅器25的输出信号；
第四调节器202，以第四减法器201的输出信号为输入信号，输出信号发送至第三加法器203；
第二前馈控制器204，以第三输出信号为输入信号，输出信号发送至第三加法器203；
第三加法器203，以第二前馈控制器204的输出信号和第四调节器201的输出信号为输入信号，输出信号发送至第三限幅器21；
第三限幅器21，以第三加法器203的输出信号为输入信号，输出信号发送至第五调节模块22。
可选的，第二前馈控制器204为一个前馈比例控制系数，可以根据恒流模式充电式电池电流动态响应时间的需要在0～1.0间进行设定。
参见图5，在本发明的一个实施例中，第五调节模块22包括第五减法器221、第五调节器222及第四加法器223；
第五减法器221分别与第三限幅器21、第二信号采集模块27及第五调节器222连接，第四加法器分别与第九开关S11、第七开关S9、第五调节器222及第四限幅器23连接；
第五减法器221，以第三限幅器21的输出信号和第二信号采集模块27发送的当前电感电流信号IL作为输入信号，输出信号发送至第五调节器222；
第五调节器222，以第五减法器221的输出信号作为输入信号，输出信号发送至第四加法器223；
第四加法器223，以第五调节器222发送的输出信号和第二输出信号作为输入信号，输出信号发送至第四限幅器23；第二输出信号为第九开关S11闭合时第四前馈模块30的输出信号或第七开关S9闭合时第三前馈模块26的输出信号。
参见图5，在本发明的一个实施例中，第六调节模块24包括第六减法器241和第六调节器242；
第六减法器241分别与第二参数给定模块28、第二信号采集模块27及第六调节器242连接，第六调节器242还与第八开关S10连接；
第六减法器241，以第二参数给定模块28发送的电压给定信号U1和第二信号采集模块27发送的当前电池电压信号U为输入信号，输出信号发送至第六调节器242；
第六调节器242，以第六减法器241发送的输出信号作为输入信号，输出信号在第八开关S10闭合时发送至第五限幅器25；
第五限幅器25，在第八开关S10闭合时，以第六调节器242的输出信号为输入信号，输出信号发送至第四减法器201和第二前馈控制器204。
参见图5，在本发明的一个实施例中，用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统还包括第二限幅开关S12和第二给定开关S13；
第二限幅开关S12，第一端与第三前馈模块26连接，第二端与第四限幅器23连接；
第二给定开关S13，第一端与第二信号采集模块27连接，第二端与第二参数给定模块28连接；
第四限幅器23，以第五调节模块22的输出信号和在第二限幅开关S12闭合时的第三前馈模块26的输出信号为输入信号，输出信号发送至第二信号发生器29；其中，第五调节模块22的输出信号即为第四加法器223的输出信号；
第二信号发生器29根据第四限幅器23的输出信号生成第三PWM波和第四PWM波，并将第三PWM波和第四PWM波发送至DC/DC变换器100。
其中，参见图3，第三PWM波和第四PWM波分别发送至DC/DC变换器100的第一开关管V1和第二开关管V2，用于分别控制第一开关管V1和第二开关管V2的通断，实现对电池电压的闭环控制和对当前电感电流IL、当前电池电流IB的限幅控制。
可选地，第四限幅器23的输出信号可以为占空比，第二信号发生器29根据该占空比生成两个互补的PWM波
参见图5，在本发明的一个实施例中，第三前馈模块26，以第二信号采集模块27发送的直流母线电压信号Udc和当前电池电压信号U作为输入信号，输出信号在第二限幅开关S12闭合时发送至第四限幅器23，输出信号还在第七开关S9闭合时发送至第五调节模块22；其中，第三前馈模块26可以包括一个前馈控制器。
第四前馈模块30，以第二参数给定模块28发送的电压给定信号U1和第二信号采集模块27发送的直流母线电压信号Udc为输入信号，输出信号在第九开关S11闭合时发送至第五调节模块22；其中，第四前馈模块30可以包括一个前馈控制器。
可选的，第三前馈模块26是根据当前的电池电压U与直流母线电压Udc之比确定，还可以再考虑一个前馈比例控制系数进行设定，其中，前馈控制比例系数可以根据当前电池电压U与直流母线电压Udc之比进行设定。
可选的，第四前馈控制模块30是根据电池给定电压U1与直流母线电压Udc之比确定，还可以再考虑一个前馈比例控制系数进行设定，其中，前馈控制比例系数可以根据电池给定电压U1与直流母线电压Udc之比进行设定。
参见图5，在本发明的一个实施例中，在电池恒流充电时，第六开关S8、第七开关S9和第二限幅开关S12处于闭合状态，第八开关S10和第九开关S11处于断开状态；第二给定开关S13处于断开状态或闭合状态；
在电池恒压充电时，第八开关S10和第九开关S11处于闭合状态，第六开关S8、第七开关S9、第二限幅开关S12和第二给定开关S13处于断开状态；
其中，电池恒流充电时，若第二给定开关S13处于闭合状态，则在恒流充电结束时，第二信号采集模块27采集的当前电池电压U作为第二参数给定模块28的电压给定信号U1。
当电池恒流放电时，仅需第二参数给定模块28发送的电流给定信号I1反向即可，其它控制过程与电池恒流充电控制的工作过程相同。
在本发明实施例提供的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统中，对当前电池电流的控制采用了变换器侧滤波电感的电流为内环、当前电池电流为外环的双闭环结构。
对当前电池电压的控制采用了变换器侧滤波电感的电流为内环、当前电池电流为中环、当前电池电压为外环的三闭环结构。
除此之外，本发明实施例提供的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统设置了三个前馈控制器，提高了系统的稳定性和动态响应特性。
本发明实施例提供的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统还设置了三个限幅器，除对DC/DC变换器的输出电流、电压进行限幅控制外，还可以实现恒流充电/放电过程中对电池电压的限幅控制、恒压充电控制过程中对电池电流的限幅控制；同时，还可以接收电池BMS(电池管理系统，Battery Management System)信息与指令，保证了双向DC/DC变换器和电池充电/放电运行时充电机(桩)装置和电池的安全。
本发明实施例提供的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统及方法具有如下优点：
闭环控制结构中，充分利用了充电机(桩)及电池及其BMS的信息和指令，在控制系统环路结构中的适当位置设置了三种前馈控制；前馈控制器设置灵活，充电机控制器设计简单、容易实现，提高了充电机系统的稳定性、可靠性和动态响应速度。
闭环控制系统中，利用充电机(桩)及电池及其BMS的信息和指令，在控制环路结构中的适当位置设置了两(三)种限幅控制器，保证了双向DC/DC变换器和电池充电/放电运行时充电机(桩)装置和电池的安全；限幅控制器参数设置灵活、易于实现，提高了充电机系统的可靠性和电池的安全性。
充电机直流侧电压变换采用LCL滤波器结构，充电/放电电压、电流纹波低，改善了电池的充电/放电条件，提高了电池的充电效率和寿命。
通过对设计开关的控制，电流控制模式可以无缝切换为电压控制模式，电压控制模式也可以无缝切换为电流控制模式，减少了系统充电/放电工作模式改变对电池造成的冲击，提高了电池寿命和充电的安全性。
本发明既适用于大功率非车载传导式充电机如直流充电机(桩)对电动汽车的充电/放电控制，也适用于车载传导式充电机以及储能系统对电池充电/放电等的相关控制。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，其特征在于，包括第一调节模块、第一限幅器、第二调节模块、第二限幅器、第一信号发生器、第三调节模块、第一前馈模块、第二前馈模块、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关；第一调节模块、第一开关、第一限幅器、第二调节模块、第二限幅器、第一信号发生器和DC/DC变换器依次连接；第三调节模块通过第三开关与第一限幅器连接；第一前馈模块通过第四开关与第二调节模块连接；第二前馈模块通过第二开关与第二调节模块连接；第一限幅器通过第五开关与外部的第一信号采集模块连接；第一信号采集模块还分别与第一调节模块、第二调节模块、第三调节模块、第一前馈模块和第二前馈模块连接；第一调节模块、第一前馈模块和第三调节模块均与外部的第一参数给定模块连接。
2.如权利要求1所述的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，其特征在于，所述第一调节模块包括第一减法器、第一调节器、第一前馈控制器和第一加法器；
所述第一减法器分别与所述第一参数给定模块、所述第一信号采集模块和所述第一调节器连接，所述第一加法器分别与所述第一调节器、所述第一前馈控制器和所述第一开关连接，所述第一前馈控制器还与所述第一参数给定模块连接；
所述第一减法器，以所述第一参数给定模块发送的电流给定信号和所述第一信号采集模块发送的当前电池电流信号作为输入信号，输出信号发送至所述第一调节器；
所述第一调节器，以所述第一减法器的输出信号作为输入信号，输出信号发送至所述第一加法器；
所述第一前馈控制器，以所述电流给定信号作为输入信号，输出信号发送至所述第一加法器；
所述第一加法器，以所述第一调节器的输出信号和所述第一前馈控制器的输出信号作为输入信号，输出信号在所述第一开关闭合时发送至所述第一限幅器；
所述第一限幅器，以在所述第一开关闭合时的所述第一加法器的输出信号或第一输出信号作为输入信号，输出信号发送至所述第二调节模块；其中，所述第一输出信号包括在所述第三开关闭合时的所述第三调节模块的输出信号和在所述第五开关闭合时的所述第一信号采集模块发送的当前电池电流信号。
3.如权利要求1所述的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，其特征在于，所述第二调节模块包括第二减法器、第二调节器和第二加法器；
所述第二减法器分别与所述第一限幅器、所述第一信号采集模块和所述第二调节器连接，所述第二加法器分别与所述第二调节器、所述第四开关、所述第二开关和所述第二限幅器连接；
所述第二减法器，以所述第一限幅器的输出信号和所述第一信号采集模块发送的当前电感电流信号作为输入信号，输出信号发送至所述第二调节器；
所述第二调节器，以所述第二减法器的输出信号作为输入信号，输出信号发送至所述第二加法器；
所述第二加法器，以所述第二调节器的输出信号和第二输出信号作为输入信号，输出信号发送至所述第二限幅器；其中，所述第二输出信号为在所述第四开关闭合时的所述第一前馈模块的输出信号或在所述第二开关闭合时的所述第二前馈模块的输出信号。
4.如权利要求1所述的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，其特征在于，所述第三调节模块包括第三减法器和第三调节器；
所述第三减法器分别与所述第三调节器、所述第一信号采集模块和所述第一参数给定模块连接，所述第三调节器还与所述第三开关连接；
所述第三减法器，以所述第一参数给定模块发送的电压给定信号和所述第一信号采集模块发送的当前电池电压信号作为输入信号，输出信号发送至所述第三调节器；
所述第三调节器，以所述第三减法器的输出信号作为输入信号，输出信号在所述第三开关闭合时发送至所述第一限幅器。
5.如权利要求1至4任一项所述的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，其特征在于，所述用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统还包括第一限幅开关和第一给定开关；
所述第一限幅开关，第一端与所述第二前馈模块连接，第二端与所述第二限幅器连接；
所述第一给定开关，第一端与所述第一信号采集模块连接，第二端与所述第一参数给定模块连接；
所述第二限幅器，以所述第二调节模块的输出信号和在所述第一限幅开关闭合时的所述第二前馈模块的输出信号为输入信号，输出信号发送至所述第一信号发生器；
所述第一信号发生器根据所述第二限幅器的输出信号生成第一PWM波和第二PWM波，并将所述第一PWM波和所述第二PWM波发送至所述DC/DC变换器。
6.如权利要求5所述的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，其特征在于，所述第一前馈模块，以所述第一参数给定模块发送的电压给定信号和所述第一信号采集模块发送的母线电压信号作为输入信号，输出信号在所述第四开关闭合时发送至所述第二调节模块；
所述第二前馈模块，以所述第一信号采集模块发送的当前电池电压信号U和直流母线电压信号作为输入信号，输出信号在所述第一限幅开关闭合时发送至所述第二限幅器，输出信号还在所述第二开关闭合时发送至所述第二调节模块。
7.如权利要求6所述的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，其特征在于，在电池恒流充电时，所述第一开关、所述第二开关和所述第一限幅开关处于闭合状态，所述第三开关、所述第四开关和所述第五开关处于断开状态，所述第一给定开关处于断开状态或闭合状态；
在电池恒压充电时，所述第三开关、所述第四开关和所述第五开关处于闭合状态，所述第一开关、所述第二开关、所述第一限幅开关和所述第一给定开关处于断开状态；
其中，电池恒流充电时，若所述第一给定开关处于闭合状态，则在恒流充电结束时，所述第一信号采集模块采集的当前电池电压作为所述第一参数给定模块的电压给定信号。
8.一种用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，其特征在于，包括第四调节模块、第三限幅器、第五调节模块、第四限幅器、第六调节模块、第二信号发生器、第五限幅器、第三前馈模块、第四前馈模块、第六开关、第七开关、第八开关和第九开关；
所述第六开关、所述第四调节模块、所述第三限幅器、所述第五调节模块、所述第四限幅器、所述第二信号发生器和DC/DC变换器依次连接；所述第六调节模块通过所述第八开关与所述第五限幅器连接；所述第五限幅器与所述第四调节模块连接；所述第三前馈模块通过所述第七开关与所述第五调节模块连接；所述第四前馈模块通过所述第九开关与所述第五调节模块连接；外部的第二参数给定模块分别与所述第六开关、所述第六调节模块和所述第四前馈模块连接；外部的第二信号采集模块分别与所述第四调节模块、所述第五调节模块、所述第六调节模块、所述第三前馈模块和所述第四前馈模块连接。
9.如权利要求8所述的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，其特征在于，所述用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统还包括第二限幅开关和第二给定开关；
所述第二限幅开关，第一端与所述第三前馈模块连接，第二端与所述第四限幅器连接；
所述第二给定开关，第一端与所述第二信号采集模块连接，第二端与所述第二参数给定模块连接；
所述第四限幅器，以所述第五调节模块的输出信号和在所述第二限幅开关闭合时的所述第四前馈模块的输出信号为输入信号，输出信号发送至所述第二信号发生器；
所述第二信号发生器根据所述第二限幅器的输出信号生成第三PWM波和第四PWM波，并将所述第三PWM波和所述第四PWM波发送至所述DC/DC变换器。
10.如权利要求8至9任一项所述的用于动力电池充/放电的DC/DC变换器控制系统，其特征在于，
在电池恒流充电时，所述第六开关、所述第七开关和所述第二限幅开关处于闭合状态，所述第八开关和所述第九开关处于断开状态，所述第二给定开关处于断开状态或闭合状态；
在电池恒压充电时，所述第八开关和所述第九开关处于闭合状态，所述第六开关、所述第七开关、所述第二限幅开关和所述第二给定开关处于断开状态；
其中，电池恒流充电时，若所述第二给定开关处于闭合状态，则在恒流充电结束时，所述第二信号采集模块采集的当前电池电压作为所述第二参数给定模块的电压给定信号。
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