技术特征：
1.一种双向能量变换系统的双阶拓扑集成结构，包括：依次电连接的充电机源边模块、变压器及谐振拓扑模块和充电机副边高压侧模块；所述充电机源边模块连接交流电源模块、所述充电机副边高压侧模块连接高压电池模块；其特征在于，所述充电机源边模块包括第一电感、三个半桥电路单元和一个第一电容；其中，所述第一电感的其中一端与所述交流电源模块的火线/零线连接，三个所述半桥电路单元并联后与所述第一电容并联连接后的第一引出端与所述第一电感的另一端连接、第二引出端与所述交流电压模块的零线/火线以及所述变压器及谐振拓扑模块的交流侧的一端共接、第三引出端与所述变压器及谐振拓扑模块的交流侧的另一端连接。2.根据权利要求1所述的双阶拓扑集成结构，其特征在于，所述三个半桥电路单元包括第一开关管和第二开关管、第三开关管和第四开关管，第五开关管和第六开关管；其中，所述第一电感的一端连接所述交流电源模块的火线/零线，所述第一电感的另一端、所述第一开关管的源极和所述第二开关管的漏极共接；所述第一电容的一端、所述第一开关管的漏极、所述第三开关管的漏极和所述第五开关管的漏极共接；所述第一电容的另一端、所述第二开关管的源极、所述第四开关管的源极和所述第六开关管的源极共接；所述第三开关管的源极、所述第四开关管的漏极、所述交流电源模块的零线/火线和所述变压器及谐振拓扑模块的交流侧的一端共接；所述第五开关管的源极、所述第六开关管的漏极和所述变压器及谐振拓扑模块的交流侧的另一端共接。3.根据权利要求2所述的双阶拓扑集成结构，其特征在于，所述交流电源模块包括开关控制单元；所述开关控制单元包括并联连接的电阻和开关；所述第一电感的一端通过所述开关控制单元连接交流电网的火线/零线。4.根据权利要求2所述的双阶拓扑集成结构，其特征在于，所述变压器及谐振拓扑模块包括第二电感、第二电容和变压器；所述第二电感的其中一端、所述第三开关管的源极、所述第四开关管的漏极、所述交流电源模块的零线/火线共接，所述第二电感的另外一端连接所述变压器的原边的其中一端；所述第二电容的其中一端、所述第五开关管的源极和所述第六开关管的漏极共接，所述第二电容的另外一端连接所述变压器的原边的另外一端；所述变压器的副边连接所述充电机副变高压侧模块。5.根据权利要求2所述的双阶拓扑集成结构，其特征在于，所述充电机副边高压侧模块包括第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管和第三电容；所述第七开关管的源极、所述第八开关管的漏极和所述充电机副边高压侧模块的变压器的副边的其中一端共接；所述第九开关管的源极、所述第十开关管的漏极和所述充电机副边高压侧模块的变压器的副边的另外一端共接；所述第七开关管的漏极、所述第九开关的漏极、所述第三电容的一端与所述高压电池模块的正极共接；所述第八开关管的源极、所述第十开关管的源极、所述第三电容的另一端与所述高压电池模块的负极共接并接地。
6.根据权利要求2-5任一项所述的双阶拓扑集成结构，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管包括场效应晶体管、双极性晶体管或绝缘栅极型晶体管。7.一种一体化控制方法，其特征在于，用于权利要求2-6任一项所述的双向能量变换系统的双阶拓扑集成结构，所述一体化控制方法包括正向充电工作模式控制和/或反向逆变工作模式控制；其中，所述正向充电工作模式控制包括：根据直流充电电压设定值、充电电流设定值和所述第一电容的第一电压设定值，控制所述充电机源边模块、所述变压器及谐振拓扑模块和所述充电机副边高压侧模块将所述交流电源模块提供的交流电变换为直流电，采用恒压充电模式或恒流充电模式充入所述高压电池模块；所述反向逆变工作模式控制包括：根据交流充电电压设定值和所述第一电容的第二电压设定值，控制所述充电机副边高压侧模块、所述变压器及谐振拓扑模块和所述充电机源边模块将所述高压电池模块提供的直流电变换为交流电，按照预设充电模式为交流负载供电；所述预设充电模式包括车对物充电模式、车对车模式和车辆到电网模式。8.根据权利要求7所述的一体化控制方法，其特征在于，所述正向充电工作模式控制，包括以下步骤：s11：对所述第一电容进行预充电；s12：软启动功率因数校正环节，将所述第一电容的电压控制为一固定电压；其中，所述功率因数校正环节包括所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第一电感和所述第一电容；s13：根据所述直流充电电压设定值、所述充电电流设定值、所述高压电池模块的实际充电电流值和实际充电电压值，进行闭环控制，以获取所述充电机源边模块期望输出的正负方波的多自由度控制变量；其中，所述多自由度控制变量包括：正负方波的频率、幅值及公共占空比；s14：将所述正负方波的多自由度控制变量转换为所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管的第一开关频率、第一移相角和第一占空比；并将所述第一开关频率、第一移相角和第一占空比传递至所述功率因数校正环节；s15：根据所述第一开关频率、第一移相角和第一占空比，控制所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管，并采集所述高压电池模块的所述实际充电电流值和所述实际充电电压值，执行步骤s13；s16：将所述第一电容的第一电压设定值与所述第一电容的实际电压值作差，进行电压外环闭环控制，以获取第一电流内环设定值；s17：将所述第一电流内环设定值与所述第一电感的实际电流值作差，进行电流内环闭环控制，以获取第一驱动占空比；s18：根据所述第三开关管和所述第四开关的第一开关频率和第一占空比以及所述第一驱动占空比，获取所述第一开关管和所述第二开关管的第一开关频率和第一占空比；s19：根据所述第一开关管和所述第二开关管的第一开关频率和第一占空比，控制所述
第一开关管和所述第二开关管，并采集所述第一电容的实际电压值和所述第一电感的实际电流值，执行步骤s16和步骤s17。9.根据权利要求8所述的一体化控制方法，其特征在于，所述根据所述第一开关管和所述第二开关管的第一开关频率和第一占空比，控制所述第一开关管和所述第二开关管，包括：将所述第一开关管和所述第二开关管的第一开关频率调节为所述第三开关管和所述第四开关管的第一开关频率的1/2或1/4。10.根据权利要求7所述的一体化控制方法，其特征在于，所述反向逆变工作模式控制，包括以下步骤：s21：将所述第一电容的第二电压设定值与所述第一电容的实际电压值作差，进行闭环控制，以获取所述充电机副边高压侧模块输出期望输出的正负方波电压的频率和公共占空比；s22：根据所述正负方波电压的频率和公共占空比，获取所述充电机副边高压侧模块的第七开关管、第八开关管、第九开关管和第十开关管以及所述充电机源边模块的所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管的第二开关频率、第二移相角和第二占空比；s23：根据所述第二开关频率、第二移相角和第二占空比，控制所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管、所述第十开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管，采集所述第一电容的实际电压值，执行步骤s21；以将所述第一电容的电压值控制为所述交流充电电压设定值；s24：将所述交流电压设定值与ac实际电压值作差，进行电压外环闭环控制，以获取第二电流内环设定值；s25：将所述第二电流内环设定值与ac实际电流值作差，进行电流内环闭环控制，以获取第二驱动占空比；s26：根据所述第三开关管和所述第四开关管的第二开关频率和第二占空比以及所述第二驱动占空比，获取所述第一开关管和所述第二开关管的第二开关频率和第二占空比；s27：根据所述第一开关管和所述第二开关管的第二开关频率和第二占空比，控制所述第一开关管和所述第二开关管，并采集ac实际电压值和ac实际电流值，执行步骤s24；以实现所述交流电压或交流电流的控制。11.根据权利要求10所述的一体化控制方法，其特征在于，所述根据所述第一开关管和所述第二开关管的第二开关频率和第二占空比，控制所述第一开关管和所述第二开关管，包括：控制所述第一开关管和所述第二开关管的第二开关频率与所述第三开关管和所述第四开关管的第二开关频率保持一致。12.根据权利要求11所述的一体化控制方法，其特征在于，所述根据所述第一开关管和所述第二开关管的第二开关频率和第二占空比，控制所述第一开关管和所述第二开关管，还包括：当所述第三开关管和所述第四开关管交替导通时，延长所述第一开关管/所述第二开关管的导通时间并降低所述第一开关管/第二开关管的开关频率。
13.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的双向能量变换系统的双阶拓扑集成结构或采用如权利要求7-12任一项所述的一体化控制方法进行功率因数校正控制、正向充电工作模式控制和/或反向逆变工作模式控制。
技术总结
本发明提供了一种双向能量变换系统的双阶拓扑集成结构、控制方法及车辆，双阶拓扑集成结构包括：充电机源边模块、变压器及谐振拓扑模块和充电机副边高压侧模块；充电机源边模块包括第一电感、三个半桥电路单元和一个第一电容；其中，第一电感的其中一端与交流电源模块的火线/零线连接，三个半桥电路单元并联后与第一电容并联连接后的第一引出端与第一电感的另一端连接、第二引出端与交流电压模块的零线/火线以及变压器及谐振拓扑模块的交流侧的一端共接、第三引出端与变压器及谐振拓扑模块的交流侧的另一端连接。本发明能够减少元器件使用数量，减小双向能量变换系统的体积并降低成本。低成本。低成本。
技术研发人员：王振世 王晨龙 杨红 陈磊敏 黄文卿 刘宁
受保护的技术使用者：联合汽车电子有限公司
技术研发日：2022.03.23
技术公布日：2022/7/29