专利名称：三路并联输出的充电电源模块均流控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及电动汽车充电站/换电站技术领域，特别是充电电源模块内和模块间的均流技术。
背景技术：
电动汽车是节能、无污染的交通工具，电动汽车的充电技术也在不断的发展。电动汽车充电电源通常采用多个电源模块并联供电，以实现大功率输出。充电电源的并联运行是电源产品模块化，大容量化的一个有效方法，并联运行一方面可以使小功率模块方便组合成大功率的电源系统，其容量可以任意扩展，另一方面
可以根据使用场合的需要自由组合，方便灵活。但实际中由于工艺技术水平的限制和器件特性本身的差异等多种原因，使各个直接并联的电源电路和电源模块很难保证均匀分担负载电流，这样会造成某些模块轻载，某些模块过载，过载模块的热应力和电应力大，寿命下降，所以，在并联系统中必须采用均流技术来平衡负载电流分配。目前在大功率电源模块中，常用的均流方法有:输出阻抗法、主从控制法、平均电流法、最大电流法。输出阻抗法是最简单的均流方法，电流平衡性差，容易受元器件的容差，老化和物理条件的改变；主从控制法的均流精度高，但最大缺点是一旦主控电源模块出现故障，整个系统完全失控；平均电流法也可以实现精确均流，但具体应用时，一旦某个模块不能工作或均流母线短路时，会遭成电源系统故障。最大均流法是目前采用最广泛的硬件均流方法，但是需要相对较多的硬件和成本。所以各种硬件均流方法均有自己的优点和缺点。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的缺陷，提供一种电路元器件少、电流平衡性好的基于CAN总线的三路并联输出的充电电源模块均流系统及方法。本发明三路并联输出的充电电源模块均流控制系统采用的技术方案如下:由监控单元和多个电源模块单元组成，每个电源模块单元均采用并行的三项AC输入、三路DC输出并联的结构，并联的平行三路为A项、B项、C项电路，每一项电路均由电磁干扰滤波器、功率因素校正器、半桥LLC谐振变换器依次串联组成，每一项电路中的每个功率因素校正器以及每个半桥LLC谐振变换器均连接CPU控制电路，每个CPU控制电路均经CAN模块接口和CAN总线连接监控单元。本发明三路并联输出的充电电源模块均流控制方法采用的技术方案是具有如下步骤:I)监控单元指定任意一个电源模块单元为主模块，其余电源模块单元为从模块，主模块的A项电路为主电路；2 )CPU控制电路读取主电路A项电路的输出电流值，并把其做为电流参考值，主模块的B、C两项电路的输出电流在CPU控制电路控制下跟随A项电路的输出电流；3)主模块将其A项电路的输出电流参考值通过CAN总线广播给其余从模块作为输出电流参考，从模块将接受的电流参考值作为单项电路输出电流目标值，在PU控制电路控制从模块的A，B, C三项电路输出电流值跟随主模块的A项电路的输出电流值。本发明指定一路为主电路，其余电路的输出电流以一定的响应速度跟随主电路的输出电流值，监控单元实时监控电源模块单元运行状态，如果当前主模块一旦出现运行故障，可及时切换到一个运行正常的模块为主模块，即避免了一旦主模块出现故障，系统出错的状态，能增强系统的容错能力，故障率低。由于系统的增容是通过CAN总线，所以系统扩容是不需要改变系统硬件和结构的，成本相对较低、电路元器件少、系统扩展能力较好，均流方案容易通过软件升级来实现，相较于其他控制方法更加简易和灵活。
图1是三路并联输出的充电电源模块均流控制系统结构 图2、图3是单项电路的均流误差调节电路 图中:1.监控单元；2.电源模块单元；3.电磁干扰滤波器；4.功率因素校正器；5.半桥LLC谐振变换器；6.CPU控制电路；7.CAN模块接口。
具体实施例方式如图1所示:充电站/换电站三路并联输出的充电电源模块输出电流均流系统由监控单元I和多个电源模块单元2组成；监控单元I和电源模块之间采用CAN总线连接，与CAN BUS (控制器局域网总线)实现参数信息的通信。每个电源模块单元I均采用并行的三项AC输入、三路DC输出并联的结构，采用并行的二项电路，有利于电网负载的平衡。将模块内并联的平行二路称为A项、B项、C项电路。每一项电路都是由电磁干扰滤波器3 (EMI filter)、功率因素校正器4 (PFC)、半桥LLC谐振变换器5 (PFC)依次串联组成。功率因素校正器4可防止电网谐波干扰，采用BOOST (升压)PFC有源功率因素校正电路，输出电压的标称值为直流400V，半桥LLC谐振变换器5将直流400V输入转变成50-120V的直流输出。每一项电路中的每个功率因素校正器4以及每个半桥LLC谐振变换器5均连接CPU控制电路6。每个CPU控制电路6均经CAN模块接口 7和CAN总线连接监控单元I(Supervisor module)。CPU控制电路6用于监测电源模块单元I的正常工作状态,如输入电压范围、频率范围、温度范围及功率因素校正器4、半桥LLC谐振变换器5的输出状态，并做及时保护动作。同时，通过CAN通讯，实现系统间的通讯功能和均流功能。CPU控制电路6采用TMS320F28035芯片，主频是60MHZ，采用128KB闪存，外设有12位16通道ADC(数字模拟转换器)，高分辨率PWM (脉宽调制)输出，CAN控制器等，适合对电源模块管理。所有均流工作原理的本质是通过调整改变输出电压，从而改变负载电流。在电源模块单元2中，就是改变半桥LLC谐振变换器5的输出电压。半桥LLC谐振变换器5可使功率管零电压打开和小电流关闭，使电源模块单元2的功率转换效率更高，功率密度更大。半桥LLC谐振变换器5的输出电压和输出电流调节采用电流型控制方法，反馈环路包括电压反馈外环、电流内环，可控制半桥LLC谐振变换器5的输出电压和输出电流。电路的输出电流(即半桥LLC谐振变换器5输出电流)，经取样电路后，成为LLC取样电流，此LLC取样电流经单级运算放大器和RC滤波器后，成为LLC取样电流。如图2所示，LLC取样电流信号经电流放大滤波电路(主要由运算放大器358构成)处理后，成为LLC电流采样信号，此电流采样信号也是电路的瞬时输出电流值，提供给CPU控制电路6，CPU控制电路6通过A/D读取电路的瞬时输出电流值，对此瞬时输出电流值经过处理，与要跟随的电流值相比较，产生PWM型输出均流误差。如图3所示，PWM型输出均流误差经过RC滤波器后，再经运算放大器构成的跟随器阻抗隔离，输出电压设定也经过另一个滤波放大电路处理，将经过RC滤波、放大电路处理后的PWM型输出均流误差值与经过滤波放大电路处理后的输出电压设定值叠加，改变电压反馈环路的电压参考基准，来调整输出电压，进而改变输出电流。所以，均流的实现，是通过改变输出电压参考基准来改变输出电压的。监控单元I设定基本运行参数，如输出电压、最大输出电流等。同时指定任意一个电源模块单元2为主模块。系统内的其余电源模块单元2默为从模块。这些基本运行参数由监控单元I通过CAN总线通讯传递给每个电源模块单元2。被指定为主模块的这个电源模块单元2的A项电路自动为主电路(虽然B、C项电路亦可，但因为模块内A项与辅助电源关系，首选A项)。主模块中的CPU控制电路6读取主电路A项的输出电流值，并把其做为电流参考值，主模块中的B，C两项电路的输出电流在CPU控制电路6控制下亦跟随A项电路的输出电流，保证了主模块的三项均流。同时主模块把A项的输出电流参考值通过CAN总线广播给其余从模块作为输出电流参考。从模块单元把通过CAN总线接受的电流参考值(主模块A项输出电流值)，作为单项电路输出电流目标值，在CPU控制电路6控制下，从模块的A，B，C三项电路输出电流值亦动态的跟随主模块A项输出电流值，这样的均流控制很容易实现了模块内和模块间的均流。
权利要求
1.一种三路并联输出的充电电源模块均流控制系统，由监控单元(I)和多个电源模块单元(2)组成，每个电源模块单元(I)均采用并行的三项AC输入、三路DC输出并联的结构，并联的平行三路为A项、B项、C项电路，其特征是:每一项电路均由电磁干扰滤波器(3)、功率因素校正器(4)、半桥LLC谐振变换器(5)依次串联组成，每一项电路中的每个功率因素校正器(4)以及每个半桥LLC谐振变换器(5)均连接CPU控制电路(6)，每个CPU控制电路(6)均经CAN模块接口( 7)和CAN总线连接监控单元(I)。
2.根据权利要求1所述的三路并联输出的充电电源模块均流控制系统，其特征是:半桥LLC谐振变换器(5)的输出电流经取样电路、单级运算放大器、RC滤波器，输出LLC取样电流，LLC取样电流信号经电流放大滤波电路输入CPU控制电路(6)，CPU控制电路(6)对此信号处理后产生PWM型输出均流误差，PWM型输出均流误差值经滤波、运放电路处理后与经滤波放大电路处理的输出电压设定值叠加，调整输出电压。
3.根据权利要求2所述的三路并联输出的充电电源模块均流控制系统，其特征是:功率因素校正器(4)输出电压标称值为400V，半桥LLC谐振变换器(5)输出电压为50-120V。
4.一种如权利要求1所述三路并联输出的充电电源模块均流控制系统的控制方法，其特征是具有如下步骤: 1)监控单元(I)指定任意一个电源模块单元(2)为主模块，其余电源模块单元(2)为从模块,主模块的A项电路为主电路； 2)CPU控制电路(6)读取主电路A项电路的输出电流值，并把其做为电流参考值，主模块的B、C两项电路的输出电流在CPU控制电路(6)控制下跟随A项电路的输出电流； 3)主模块将其A项电路的输出电流参考值通过CAN总线广播给其余从模块作为输出电流参考，从模块将接受的电流参考值作为单项电路输出电流目标值，CPU控制电路(6)控制从模块的A，B, C三项电路输出电流值跟随主模块的A项电路的输出电流值。
全文摘要
本发明公开一种用于电动汽车充电站/换电站的三路并联输出的充电电源模块均流控制系统及方法，每一项电路均由电磁干扰滤波器、功率因素校正器、半桥LLC谐振变换器依次串联组成，每个功率因素校正器及变换器均连接CPU控制电路，每个CPU控制电路均经CAN总线连接监控单元；指定任意一个电源模块单元为主模块，其余为从模块；主模块B、C两项电路的输出电流跟随A项；将A项电路的输出电流参考值通过CAN总线广播给其余从模块，从模块将接受的电流参考值作为单项电路输出电流目标值，CPU控制从模块的三项电路输出电流值跟随主模块的A项电路；避免了一旦主模块出现故障出错的状态，增强容错能力，扩展能力较好。
文档编号H02J7/00GK103187753SQ20121052850
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者曹冠英 申请人:江苏嘉钰新能源技术有限公司