CN114884185A - 一种高压脉冲充电系统 - Google Patents

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丁健
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Abstract

本发明公开了一种高压脉冲充电系统，涉及整流滤波电路，该系统主要包括绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器、脉冲升压变压器、反馈电路和控制驱动电路，整流滤波电路通过与绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器相连接，得到双极性第一脉冲，脉冲升压变压器将双极性第一脉冲转换为第二脉冲；控制驱动电路与反馈电路共同协助，从而输出绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器的工作指令，工作指令为所述反馈电路获取的双极性第一脉冲的电压值小于设定阈值时所确定的指令，使得达到高压脉冲所设定的高压，以达到小电流充电的目的，且可避免因电流过大导致电池包发热严重的问题。

Description

一种高压脉冲充电系统
技术领域
本发明涉及脉冲充电领域，特别是涉及一种高压脉冲充电系统。
背景技术
目前全球掀起新能源EV(Electric Vehicles，电动汽车)热潮，随着技术的不断更新和变革，高续航车型的陆续亮相使得人们对于续航的焦虑得到了很大程度的缓解，但充电慢依旧是EV的弱点。为解决这个问题，高电压平台技术和配套的超级充电系统是目前最被看好的解决方案之一。
当前业内最先量产800V高平台电压的保时捷Taycan，将最大充电功率提升到350Kw，充电速度为特斯拉第三代大功率直流充电桩的3倍，成为目前业内最高充电功率的超级充电桩。该充电桩额定电压和额定电流分别为850V/200A，虽然提高充电功率，但依然高达200A的大电流向电池包输出，对高压线束依旧有不可小觑的考验。例如，在充电时电流过大导致发热的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压脉冲充电系统，以达到小电流充电可避免因电流过大导致电池包发热严重的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种高压脉冲充电系统，包括：一级式拓扑结构和二级式拓扑结构；
所述一级式拓扑结构至少包括：
整流滤波电路，用于将输入的交流电压转换为直流电压；
所述二级式拓扑结构包括：
脉冲形成电路，与所述整流滤波电路相连接，用于将所述直流电压转换为双极性第一脉冲；
脉冲升压变压器，与所述脉冲形成电路相连接，用于将所述双极性第一脉冲转换为第二脉冲；所述双极性第一脉冲的电压值低于所述第二脉冲的电压值；
反馈电路，与所述脉冲升压变压器的初级电路连接，用于获取所述双极性第一脉冲；
控制驱动电路，与所述反馈电路和所述脉冲形成电路相连接，用于输出所述脉冲形成电路的工作指令；所述工作指令为所述反馈电路获取的双极性第一脉冲的电压值小于设定阈值时所确定的指令。
可选地，所述整流滤波电路包括：晶闸管和整流电路；
所述晶闸管用于根据晶闸管触发角调节所述整流电路的直流电压。
可选地，所述晶闸管触发角为：β＝180-Δθ*N；
其中，Δθ为晶闸管触发角每采样一次调整的角度，β为N次采样后晶闸管触发角。
可选地，所述高压脉冲充电系统还包括PI控制电路；
所述PI控制电路，与所述晶闸管连接，用于调节所述晶闸管触发角。
可选地，所述脉冲形成电路至少包括：
绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器，用于对前一级输出的直流电进行开关控制输出高压脉冲。
可选地，所述绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器的数量为一个或者多个；
当所述绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器的数量为多个时，所述绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器采用并联的方式进行连接。
可选地，所述整流电路为三相整流电路。
可选地，所述PI控制电路设置有软启动控制程序；所述软启动控制程序用于将输入的交流电压转换为直流电压。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种高压脉冲充电系统，包括一级式拓扑结构和二级式拓扑结构，通过整流滤波电路，将输入的交流电压转换为直流电压，经过绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器，将直流电压转换为双极性第一脉冲，通过脉冲升压变压器，将低电压的双极性第一脉冲转换为高电压的第二脉冲。在此过程中，通过控制驱动电路，控制脉冲升压变压器输入的双极性第一脉冲，进而得到满足设定要求的第二脉冲，以达到小电流充电的目的，且避免了因电流过大导致电池包发热严重的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明高压脉冲充电系统两级式拓扑结构图；
图2为高压脉冲充电系统框架结构设计图；
图3为闭环PI控制的系统框图；
图4为晶闸管触发角控制算法流程图；
图5为两个绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器直接并联原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种高压脉冲充电系统，以达到小电流充电可避免因电流过大导致电池包发热严重的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供的一种高压脉冲充电系统，包括两级拓扑结构，其中，一级式拓扑结构主要应用整流滤波电路，所述整流滤波电路用于将输入的交流电压转换为直流电压。二级式拓扑结构包括：绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器、脉冲升压变压器、反馈电路以及控制驱动电路。
如图2所示，在本发明实施例中，一级式拓扑结构主要用于获取高压直流电源，二级式拓扑结构通过对一级式拓扑结构产生的直流电源电压进行开关控制从而输出高压脉冲。
具体地，脉冲形成电路与所述整流滤波电路相连接，所述脉冲形成电路用于将所述直流电压转换为双极性第一脉冲。所述脉冲升压变压器与所述脉冲形成电路相连接，所述脉冲升压变压器用于将所述双极性第一脉冲转换为第二脉冲。所述反馈电路与所述脉冲升压变压器的初级电路连接，所述反馈电路用于获取双极性第一脉冲。所述控制驱动电路与所述反馈电路和所述脉冲形成电路连接，所述控制驱动电路用于输出所述脉冲形成电路的工作指令；所述工作指令为所述反馈电路获取的双极性第一脉冲的电压值小于设定阈值时所确定的指令；其中，所述双极性第一脉冲的电压值低于所述第二脉冲的电压值。
进一步地，所述整流滤波电路包括：晶闸管和整流电路，所述晶闸管用于根据晶闸管触发角调节所述整流电路的直流电压。优选地，所述整流电路为三相整流电路。
具体地，本发明采用晶闸管半控整流电路，如图4所示采用晶闸管作为功率开关元器件，通过控制晶闸管触发角来调整直流侧的输出电压大小，控制直流输出电压的大小，抑制冲击电流。
进一步地，晶闸管触发角控制如下：
在高压脉冲充电系统中，晶闸管触发角每周期采样一次，采样周期根据实际情况设置，晶闸管触发角每采样一次调整的角度为Δθ(该角度值自定义)，所述晶闸管触发角为：β＝180-Δθ*N，其中，Δθ为晶闸管触发角每采样一次调整的角度，β为N次采样后晶闸管触发角。
在图4所示中，对监测输出电压是否输出过程中，需要采用PI控制电路，所述PI控制电路与所述晶闸管连接，所述PI控制电路用于调节所述晶闸管触发角。所述PI控制电路具体循环过程详见图3。
具体地，数字化PI的控制算法公式如下：
u(k)＝u(k-1)+KP(E(K)-E(K-1)+K1T*E(K))；
其中，KP和KI分别是比例系数、积分系数，T为采样周期，u(k)、u(k-1)是PI控制器在k个采样周期后和k-1个采样周期后的输出结果，E(K)和E(K-1)分别是控制器在第k次和k-1次采样时的输入。再结合式上式按照图4所示的控制算法流程图对晶闸管触发角进行调整，直至输出电压符合标准。
故本发明实施例所述的PI控制电路设置有软启动控制程序，所述软启动控制程序用于将输入的交流电压转换为直流电压。
具体地，采用PI控制法为软启动控制策略，对晶闸管触发角进行控制，通过调节晶闸管触发角的步进角来控制直流输出电压，还可根据实际情况调节系统启动时间，使得输出电压平缓上升至期望值。
具体地，所述脉冲形成电路至少包括：绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器，用于对前一级输出的直流电进行开关控制输出高压脉冲。绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器，用于对前一级输出的直流电进行开关控制输出高压脉冲。
作为一种优选的实施方式，本发明实施例所述的绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器的数量为一个或者多个。
当所述绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器的数量为多个时，所述绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器采用并联的方式进行连接。
具体地，本发明的绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器，采用绝缘栅双极型晶体管开关模块并联方法，保证逆变电路功率等级提高，可安全应用至高压系统中。多个绝缘栅双极型晶体开关元件并联使用，其构成的逆变电路与单管绝缘栅双极型晶体构成的桥臂基本相近，绝缘栅双极型晶体模块并联时采用对角接法，并联原理图见图5。当需要高脉冲电压时，电压已超出开关能承受的最大电压值时，绝缘栅双极型晶体并联模块在打开开关瞬间均衡，实现动态均流，产生较低电压的脉冲，再通过脉冲升压变压器获得高压脉冲。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种高压脉冲充电系统，其特征在于，所述高压脉冲充电系统，包括：一级式拓扑结构和二级式拓扑结构；
所述一级式拓扑结构至少包括：
整流滤波电路，用于将输入的交流电压转换为直流电压；
所述二级式拓扑结构包括：
脉冲形成电路，与所述整流滤波电路相连接，用于将所述直流电压转换为双极性第一脉冲；
脉冲升压变压器，与所述脉冲形成电路相连接，用于将所述双极性第一脉冲转换为第二脉冲；所述双极性第一脉冲的电压值低于所述第二脉冲的电压值；
反馈电路，与所述脉冲升压变压器的初级电路连接，用于获取双极性第一脉冲；
控制驱动电路，与所述反馈电路和所述脉冲形成电路相连接，用于输出所述脉冲形成电路的工作指令；所述工作指令为所述反馈电路获取的双极性第一脉冲的电压值小于设定阈值时所确定的指令。
2.根据权利要求1所述的高压脉冲充电系统，其特征在于，所述整流滤波电路包括：晶闸管和整流电路；
所述晶闸管用于根据晶闸管触发角调节所述整流电路的直流电压。
3.根据权利要求2所述的高压脉冲充电系统，其特征在于，所述晶闸管触发角为：β＝180-Δθ*N；
其中，Δθ为晶闸管触发角每采样一次调整的角度，β为N次采样后晶闸管触发角。
4.根据权利要求2所述的高压脉冲充电系统，其特征在于，所述高压脉冲充电系统还包括PI控制电路；
所述PI控制电路，与所述晶闸管连接，用于调节所述晶闸管触发角。
5.根据权利要求1所述的高压脉冲充电系统，其特征在于，所述脉冲形成电路至少包括：
绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器，用于对前一级输出的直流电进行开关控制输出高压脉冲。
6.根据权利要求5所述的高压脉冲充电系统，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器的数量为一个或者多个；
当所述绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器的数量为多个时，所述绝缘栅双极型晶体管全桥逆变器采用并联的方式进行连接。
7.根据权利要求2所述的高压脉冲充电系统，其特征在于，所述整流电路为三相整流电路。
8.根据权利要求4所述的高压脉冲充电系统，其特征在于，所述PI控制电路设置有软启动控制程序；
所述软启动控制程序用于将输入的交流电压转换为直流电压。
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