(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010178529.8
(22)申请日 2020.03.14
(71)申请人 青岛鼎信通讯股份有限公司
地址 266000 山东省青岛市高新区华贯路
858号4B楼12层
(72)发明人 李健勋 李鸿儒 范建华 徐鹏飞
赵新举 王庆园 纪华丽 金立亭
(51)Int.Cl.
H02M 3/335(2006.01)
(54)发明名称一种提高充电站能量路由器系统DCDC效率的控制策略(57)摘要本发明提出一种提高充电站能量路由器系统DCDC效率的控制策略，属于中高压电动汽车充电站领域。本发明通过采集谐振电流i r1信号，通过软件逻辑判定谐振电流过零点来动态调节IGBT(S 1、S 2、S 3、S 4、S 5、S 6、S 7、S 8)关断时刻从而解决串联谐振式隔离型DCDC拓扑由于在实际运行时，电容和电感器件参数随着温度、电流以及寿命影响导致变化从而产生的硬开关现象。保证能量双向流动能力的同时实现DCDC变换器全负载范围内的零电流开关，降低系统的开关损耗，提高了电动汽车充电站的整机效率，保证系统的动 态响应。权利要求书1页 说明书3页 附图3页CN 111600487 A 2020.08.28
C N 111600487
A
1.一种提高充电站能量路由器系统DCDC效率的控制策略，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
中高压充电站交流侧采用N个H桥级联结构直接并入中、高压交流电网，实现AC -DC变换；每个H桥结构后连接一个串联谐振型隔离变换器实现DCDC变换与隔离作用。3N个DCDC变换器输出并联构成低压直流母线供低压直流充电桩使用；其级联H桥实现对有功分量、无功分量的控制；中间DCDC环节通过调节原副边IGBT占空比与开关周期实现直流变压器特性，保证输出输入输出电压比未变压器变比；当有
汽车接入进行充电操作时，系统启动，DCDC环节对谐振电流进行采样，并进行谐振电流过零点时刻t 0判定；根据判定出的过零点时刻计算出谐振电流的谐振频率f res ，与谐振电流频率限定条件比较判断是否是真实过零点，如果满足条件则确定过零点时刻为t 0则立即更新所有IGBT的驱动信号，如果不满足条件则按照上一个周期开关方式重复输出。
2.根据权利要求1所述的一种提高充电站能量路由器系统DCDC效率的控制策略，其特征在于，所述串联谐振型隔离变换器DCDC环节S1、S4、S5、S8为第一组IGBT，S2、S3、S6、S7为第二组IGBT，两组IGBT驱动信号互补，通过检测过零点时刻来切换每一组开关的电平。
3.根据权利要求1所述的一种提高充电站能量路由器系统DCDC效率的控制策略，其特征在于，所述谐振电流过零点判定方法是通过将当前时刻谐振电流采样值i r1与上一时刻谐振电流采样值i r1_1相乘，如果乘积小于等于零当前采样时刻t 0为可能的过零点时刻。
4.根据权利要求1所述的一种提高充电站能量路由器系统DCDC效率的控制策略，其特征在于，所述的谐振电流频率限定条件是f res 大于等于0.8f res *且小于等于1.2f res *则认为是正确的电流过零点，其中f res *是系统固有谐振频率，
其公式为：
式中L和C分别为串联谐振式DCDC拓扑中的等效串联电感和串联电容。
5.根据权利要求1所述的一种提高充电站能量路由器系统DCDC效率的控制策略，其特征在于，所述的在获取正确的过零点时刻以后立即更新所有IGBT的驱动信号的更新方式为将驱动信号取反。
权 利 要 求 书1/1页CN 111600487 A
一种提高充电站能量路由器系统DCDC效率的控制策略
技术领域
[0001]本发明涉及中高压电动汽车充电站领域，尤其涉及提高中高压电动汽车充电站DCDC效率的控制策略。
背景技术
[0002]中高压电动汽车充电站采用输入串联输出并联型拓扑方案，降低了交流侧单个模块的开关频率和器件耐压等级，使得交流侧可直接并入中高压电网；其后级常使用串联谐振式隔离型DCDC拓扑，使用
开环控制就可以输入输出电压的变比关系并且能实现全功率范围的软开关，提高效率，因此被广泛应用。然而传统开环控制方案在实现能量双向流动功能时，因实际运行电容和电感器件参数随着温度、电流以及寿命影响会发生变化，从而导致固有谐振频率点发生偏移，谐振频率与开关频率无法准确对应从而导致硬开关现象，增加了系统损耗。
发明内容
[0003]本发明针对上述缺陷及需求，提出一种提高充电站能量路由器系统DCDC效率的控制策略，在保证DCDC隔离级能量双向流动功能的前提下，解决因系统电容、电感参数发生变化导致的硬开关问题，且简单易实现。本发明提供如下技术方案：
[0004]中高压充电站交流侧采用N个H桥级联结构直接并入中、高压交流电网，实现AC-DC 变换；每个H桥结构后连接一个串联谐振型隔离变换器实现DCDC变换与隔离作用。3N个DCDC 变换器输出并联构成低压直流母线供低压直流充电桩使用；其级联H桥实现对有功分量、无功分量的控制；中间DCDC环节通过调节原副边IGBT占空比与开关周期实现直流变压器特性，保证输出输入输出电压比未变压器变比；当有汽车接入进行充电操作时，系统启动，DCDC环节对谐振电流进行采样，并进行谐振电流过零点时刻t0判定；根据判定出的过零点时刻与本半个开关周期内开关管开通时刻t s计算出谐振电流的谐振频率f res，与谐振电流频率限定条件比较判断是否是真实过零点，如果满足条件则确定过零点时刻为t0则立即更新所有IGBT的驱动信号，如果不满足条件则按照上一个周期开关方式重复输出。
[0005]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：串联谐振型隔离变换器DCDC环节S1、S4、S5、S8为第一组IGBT，S2、S3、S6、S7为第二组IGBT，两组IGBT驱动信号互补，通过检测过零点时刻来切换每一组开关的电平。
[0006]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：谐振电流过零点判定方法是通过将当前时刻谐振电流采样值i r1与上一时刻谐振电流采样值i r1_1相乘，如果乘积小于等于零当前采样时刻t0为可能的过零点时刻。
[0007]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：谐振电流频率限定条件是f res大于等于0.8f res*且小于等于1.2f res*则认为是正确的电流过零点，其中f res*是系统固有谐振频率，其公式为：
[0008]
[0009]式中L和C分别为串联谐振式DCDC拓扑中的等效串联电感和串联电容。
[0010]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：在获取正确的过零点时刻以后立即更新所有IGBT的驱动信号的更新方式为将驱动信号取反
[0011]与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
[0012]本发明方案简单易行，控制方案复杂度低，可实现DCDC能量流动双向流动功能的同时，解决了电感、电容参数变化引起的硬开关现象，提高了系统的效率，减小了散热器的体积。
附图说明
[0013]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定
[0014]图1为中高压电动汽车充电站拓扑图；
[0015]图2为串联谐振式隔离型DCDC拓扑图；
[0016]图3为本发明所提控制策略流程图；
[0017]图4(a)为主电路电感或电容参数变化后串联谐振式隔离型DCDC电路主要波形图；[0018]图4(b)为采用本发明提出的控制策略后，主电路电感或电容参数变化后串联谐振式隔离型DCDC电路主要波形图。
具体实施方式
[0019]以下，结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。
[0020]本发明应用的中高压电动汽车充电站拓扑图如图1所示，中高压充电站交流侧采用N个H桥级联结构直接并入中、高压交流电网，实现AC-DC变换；每个H桥结构后连接一个串联谐振型隔离变换器实现DCDC变换与隔离作用。3N个DCDC变换器输出并联构成低压直流母线供低压直流充电桩使用；其级联H桥实现对有功分量、无功分量的控制；串联谐振式DCDC 电路拓扑如图2所示，S1、S4、S5、S8为第一组IGBT，S2、S3、S6、S7为第二组IGBT，两组IGBT驱动信号互补，通过调节原副边IGBT占空比与开关周期实现直流变压器特性，保证输出输入输出电压比未变压器变比。
[0021]采用的DCDC的控制策略流程图如图3所示：当有汽车接入进行充电操作时，系统启动，DCDC环节对谐振电流进行采样，并进行谐振电流过零点时刻t0判定，将当前时刻谐振电流采样值i r1与上一时刻谐振电流采样值i r1_1相乘，如果乘积小于等于零当前采样时刻t0为可能的过零点时刻。
[0022]根据判定出的过零点时刻与本半个开关周期内开关管开通时刻t s做差取倒数再除以2计算出谐振电流的谐振频率f res，谐振电流频率限定条件是f res大于等于0.8f res*且小于等于1.2f res*则认为是正确的电流过零点，其中f res*是系统固有谐振频率，其公式为：
[0023]
[0024]式中L和C分别为串联谐振式DCDC拓扑中的等效串联电感和串联电容。
[0025]在获取正确的过零点时刻以后立即将所有IGBT的驱动信号取反，如果不满足条件则按照上一个周期开关方式重复输出。
[0026]当DCDC主电路中电感或电容参数发生变化后串联谐振式隔离型DCDC电路主要波形图如图4(a)所示，从图中可以看出，电路处于硬关断状态；
[0027]采用本发明提出的控制策略后，当主电路电感或电容参数变化后串联谐振式隔离型DCDC电路主要波形如图4(b)所示，可见实现了软关断，提高了系统效率。
[0028]以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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