交错并联DCDC变换器、控制方法、燃料电池电流注入方法与流程

交错并联dcdc变换器、控制方法、燃料电池电流注入方法
技术领域
1.本发明涉及交流电流注入技术领域，具体地涉及一种交错并联dcdc变换器及其控制方法。


背景技术：

2.在电池电堆和dc-dc变换器系统中，dc-dc变换器需要控制电堆输出的直流电流。同时，在电堆交流阻抗分析和检测的应用中，dc-dc变换器还需要实现对电堆进行给定频率和幅值的交流电流注入功能。dc-dc变换器的交流电流控制性能对于电堆交流阻抗分析和电堆系统稳定运行至关重要。
3.传统电池电堆的交流电流控制方法有：(a)基于单路dc-dc变换器拓扑的交流电流控制，这种方法存在开关频率电流纹波大的问题；(b)基于多路并联dc-dc变换器拓扑和pi算法的交流电流控制，这种方法的pi算法难以实现宽频率范围的交流电流精确控制；(c)基于多路并联dc-dc变换器拓扑和单路pir算法的交流电流控制，在实际运行中存在各路电流之间的耦合影响，使得单路pir控制难以实现交流电流频率和幅值的精确控制。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的是提供一种交错并联dcdc变换器及其控制方法，该交错并联dcdc变换器及其控制方法能够在实现交流电流频率和幅值的精准控制。
5.为了实现上述目的，本发明实施例提供一种交错并联dcdc变换器，所述变换器包括多路dcdc线路和控制器，其中，每路所述dcdc线路包括电感器、上桥臂功率管以及下桥臂功率管、电流传感器；
6.所述电感器的一端用于与电源的正极连接，所述电感器的另一端与所述上桥臂功率管的一端连接，每个所述dcdc线路的上桥臂功率管的另一端相互连接，用于输出正相电压，所述下桥臂功率管的一端与所述上桥臂功率管的一端连接，每个所述dcdc线路的下桥臂功率管的另一端相互连接，用于与所述电源的负极连接，所述电流传感器与所述上桥臂功率管的另一端连接，所述控制器与每个所述上桥臂功率管和下桥臂功率管的控制端、每个所述电感器的另一端、所述电流传感器连接，其中，相邻的两路dcdc线路的开关载波信号相位差为且n为dcdc线路的数量。
7.另一方面，本发明还提供一种交错并联dcdc变换器的控制方法，所述控制方法包括：
8.获取系统所需的电流指令；
9.根据所述电流指令确定直流分量和交流分量；
10.确定启动每路dcdc线路，以输出所述直流分量；
11.在随机的一路所述dcdc线路中输入所述交流分量，以输出所述交流分量。
12.可选地，所述控制方法进一步包括：
13.根据所述直流分量、所述电流传感器的采集电流的叠加电流或根据所述直流分量、所述交流分量、所述电流传感器的采集电流的叠加电流采用pir控制方法生成第一开关指令；
14.根据所述第一开关指令采用pwm控制模型生成第二开关指令；
15.根据所述第二开关指令控制所述上桥臂功率管和下桥臂功率管。
16.可选地，其特征在于，所述pir控制方法的传递函数为公式(1)，
[0017][0018]
其中，g
pir
为所述传递函数，k
p
、ki和kr分别为所述pir控制方法的增益参数，s为拉普拉斯算子，ωc、ω0为所述pir控制方法的频率。
[0019]
可选地，所述控制方法进一步包括：
[0020]
根据公式(2)和公式(3)更新所述传递函数，
[0021]
ω0＝2πf
ac
， (2)
[0022]
ωc＝2πkcf
ac
， (3)
[0023]
其中，f
ac
为所述交流分量的频率，kc为r控制器的截止频率系数，且0.01《kc《0.1。
[0024]
再一方面，本发明还提供一种燃料电池电流注入方法，所述注入方法包括：
[0025]
预设并联交错的dcdc变换器，所述变换器包括多路dcdc线路和控制器，其中，每路所述dcdc线路包括电感器、上桥臂功率管以及下桥臂功率管、电流传感器，所述电感器的一端用于与电源的正极连接，所述电感器的另一端与所述上桥臂功率管的一端连接，每个所述dcdc线路的上桥臂功率管的另一端相互连接，用于输出正相电压，所述下桥臂功率管的一端与所述上桥臂功率管的一端连接，每个所述dcdc线路的下桥臂功率管的另一端相互连接，用于与所述电源的负极连接，所述电流传感器与所述上桥臂功率管的另一端连接，所述控制器与每个所述上桥臂功率管和下桥臂功率管的控制端、每个所述电感器的另一端、所述电流传感器连接，其中，相邻的两路dcdc线路的开关载波信号相位差为且n为dcdc线路的数量；
[0026]
获取系统所需的电流指令；
[0027]
根据所述电流指令确定直流分量和交流分量；
[0028]
确定启动每路所述dcdc线路，以输出所述直流分量；
[0029]
在至少一路所述dcdc线路中输入所述交流分量，以输出所述交流分量。
[0030]
可选地，所述注入方法还包括：：
[0031]
根据所述直流分量、所述电流传感器的采集电流的叠加电流或根据所述直流分量、所述交流分量、所述电流传感器的采集电流的叠加电流采用pir控制方法生成第一开关指令；
[0032]
根据所述第一开关指令采用pwm控制模型生成第二开关指令；
[0033]
根据所述第二开关指令控制所述上桥臂功率管和下桥臂功率管。
[0034]
可选地，所述pir控制方法的传递函数为公式(1)，
[0035]
[0036]
其中，g
pir
为所述传递函数，k
p
、ki和kr分别为所述pir控制方法的增益参数，s为所述直流分量、所述电流传感器的采集电流的叠加电流，ωc、ω0为所述pir控制方法的频率。
[0037]
可选地，所述控制器进一步用于：
[0038]
根据公式(2)和公式(3)更新所述传递函数，
[0039]
ω0＝2πf
ac
， (2)
[0040]
ωc＝2πkcf
ac
， (3)
[0041]
其中，f
ac
为所述交流分量的频率，kc为r控制器的截止频率系数，且0.01《kc《0.1。
[0042]
再一方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行如上述任一所述的控制方法。
[0043]
通过上述技术方案，本发明提供的交错并联dcdc变换器及其控制方法通过设计交错并联多路dcdc变换电路，将直流分量分成多路，再于其中的一路dcdc线路注入交流分量，实现了对交流电流的开关频率纹波的抑制，实现了交流分量的精确控制。
[0044]
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0045]
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
[0046]
图1是根据本发明的一个实施方式的交错并联dcdc变换器的电路图；
[0047]
图2是根据本发明的一个实施方式的交错并联dcdc变换器的控制方法的流程图；
[0048]
图3是根据本发明的一个实施方式的交错并联dcdc变换器的控制方法的部分流程图；
[0049]
图4是根据本发明的一个实施方式的交错并联dcdc变换器的控制方法的部分逻辑框图；
[0050]
图5是根据本发明的一个实施方式的pir控制器的传递函数的逻辑框图；
[0051]
图6是根据本发明的一个实施方式的燃料电池电流注入方法的流程图；
[0052]
图7是根据本发明的一个实施方式的燃料电池电堆的工作过程的逻辑框图；
[0053]
图8是根据本发明的一个实施方式的燃料电池电流注入方法的流程图；
[0054]
图9是根据本发明的一个实施方式的燃料电池电流注入方法的逻辑框图。
具体实施方式
[0055]
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
[0056]
如图1所示是根据本发明的一个实施方式的交错并联dcdc变换器的电路图。在该图1中，该变换器可以包括多路dcdc线路和控制器。其中，每路dcdc线路可以包括电感器l(l1…
ln)、上桥臂功率管sa(s
1a
…sna
)以及下桥臂功率管sb(s
1b
…snb
)、电流传感器。其中，电感器l的一端可以用于与电源v
pack
的正极连接，电感器l的另一端可以与上桥臂功率管sa的一端连接，每个dcdc线路的上桥臂功率管sa的另一端可以相互连接，从而共同输出正相电压，下桥臂功率管sb的一端可以与上桥臂功率管sa的一端连接，每个dcdc线路的下桥臂功率
管sb的另一端相互连接，用于与电源v
pack
的负极连接，电流传感器可以与上桥臂功率管sa的另一端连接，控制器可以与每个上桥臂功率管sa和下桥臂功率管sb的控制端、每个电感器l的另一端以及电流传感器连接。
[0057]
在该如图1所示出的dcdc变换器工作时，该控制器可以用于执行如图2中所示出的方法。具体地，在该图2中，该方法可以包括：
[0058]
在步骤s10中，获取系统所需的电流指令；
[0059]
在步骤s11中，根据电流指令确定直流分量和交流分量；
[0060]
在步骤s12中，确定启动每路dcdc线路，以输出直流分量；
[0061]
在步骤s13中，在随机的一路dcdc线路中输入交流分量，以输出交流分量。
[0062]
在该如图2所示出的方法中，系统所需的直流分量通过多路dcdc线路被分成n路，每路对应的直流分量即为且相邻的每两路dcdc线路之间的上桥臂功率管sa、下桥臂功率管sb的开关频率相差这使得开关载波信号相位差为180
°
的两路dcdc线路之间的开关频率纹波被抵消，从而达到精确控制的目的。
[0063]
在该实施方式中，为了实现反馈控制，从而提高变换器的控制精度，控制器还可以用于执行如图3中所示出的方法。在该图3中，该方法可以包括：
[0064]
在步骤s20中，根据直流分量、电流传感器的采集电流的叠加电流或根据直流分量、交流分量、电流传感器的采集电流的叠加电流采用pir控制方法生成第一开关指令；
[0065]
在步骤s21中，根据第一开关指令采用pwm控制模型生成第二开关指令；
[0066]
在步骤s22中，根据第二开关指令控制上桥臂功率管和下桥臂功率管。
[0067]
该如图3所示出的控制方法的逻辑框图如图4所示。该pir控制方法即可以表示为pir控制器，即采用pir控制器作为电流环控制器。以第m路注入交流分量i
acm
为例，pir控制器中的pi控制器实现对直流电流给定的精确控制，谐振r控制器实现对电流指令中交流电流i
ac
的精确控制。由于第m路的交流电流i
acm
会在其他路耦合产生交流谐波，而在其他路的pir控制器中，pi控制器能够实现对直流分量给定的精确控制，谐振r控制器则可以实现对交流谐波的电流抑制。
[0068]
对于该pir控制器，虽然可以是本领域人员所知的多种方法。但是在本发明的一个优选示例中，该pir控制器的传递函数可以表示图5，也即公式(1)，
[0069][0070]
其中，g
pir
为传递函数，k
p
、ki和kr分别为pir控制方法的增益参数，s为拉普拉斯算子，ωc、ω0为pir控制方法的频率。
[0071]
更进一步地，为了针对频率的变化，可以针对注入的交流分量的频率来调节谐振r控制器的参数。具体地，即可以根据公式(2)和公式(3)更新该传递函数，
[0072]
ω0＝2πf
ac
， (2)
[0073]
ωc＝2πkcf
ac
， (3)
[0074]
其中，f
ac
为交流分量的频率，kc为r控制器的截止频率系数，且0.01《kc《0.1。
[0075]
另一方面，本发明还提供一种交错并联dcdc变换器的控制方法，如图2所示。在该图2中，该控制方法可以包括：
[0076]
在步骤s10中，获取系统所需的电流指令；
[0077]
在步骤s11中，根据电流指令确定直流分量和交流分量；
[0078]
在步骤s12中，确定启动每路dcdc线路，以输出直流分量；
[0079]
在步骤s13中，在随机的一路dcdc线路中输入交流分量，以输出交流分量。
[0080]
在该如图2所示出的方法中，系统所需的直流分量通过多路dcdc线路被分成n路，每路对应的直流分量即为且相邻的每两路dcdc线路之间的上桥臂功率管sa、下桥臂功率管sb的开关频率相差这使得开关载波信号相位差为180
°
的两路dcdc线路之间的开关频率纹波被抵消，从而达到精确控制的目的。
[0081]
在该实施方式中，为了实现反馈控制，从而提高变换器的控制精度，控制器还可以用于执行如图3中所示出的方法。在该图3中，该方法可以包括：
[0082]
在步骤s20中，根据直流分量、电流传感器的采集电流的叠加电流或根据直流分量、交流分量、电流传感器的采集电流的叠加电流采用pir控制方法生成第一开关指令；
[0083]
在步骤s21中，根据第一开关指令采用pwm控制模型生成第二开关指令；
[0084]
在步骤s22中，根据第二开关指令控制上桥臂功率管和下桥臂功率管。
[0085]
该如图3所示出的控制方法的逻辑框图如图4所示。该pir控制方法即可以表示为pir控制器，即采用pir控制器作为电流环控制器。以第m路注入交流分量i
acm
为例，pir控制器中的pi控制器实现对直流电流给定的精确控制，谐振r控制器实现对电流指令中交流电流i
ac
的精确控制。由于第m路的交流电流i
acm
会在其他路耦合产生交流谐波，而在其他路的pir控制器中，pi控制器能够实现对直流分量给定的精确控制，谐振r控制器则可以实现对交流谐波的电流抑制。
[0086]
对于该pir控制器，虽然可以是本领域人员所知的多种方法。但是在本发明的一个优选示例中，该pir控制器的传递函数可以表示图5，也即公式(1)，
[0087][0088]
其中，g
pir
为传递函数，k
p
、ki和kr分别为pir控制方法的增益参数，s为拉普拉斯算子，ωc、ω0为pir控制方法的频率。
[0089]
更进一步地，为了针对频率的变化，可以针对注入的交流分量的频率来调节谐振r控制器的参数。具体地，即可以根据公式(2)和公式(3)更新该传递函数，
[0090]
ω0＝2πf
ac
， (2)
[0091]
ωc＝2πkcf
ac
， (3)
[0092]
其中，f
ac
为交流分量的频率，kc为r控制器(或谐振r控制器)的截止频率系数，且0.01《kc《0.1。
[0093]
再一方面，本发明还提供一种燃料电池电流注入方法，该注入方法可以包括如图6所示出的步骤。在该图6中，该注入方法可以包括：
[0094]
在步骤s30中，预设交错并联dcdc变换器。该dcdc变换器的电路结构可以是如图1所示，在前文中已经详述，故此处不再赘述；
[0095]
在步骤s31中，获取系统所需的电流指令；
[0096]
在步骤s32中，根据电流指令确定直流分量和交流分量；
[0097]
在步骤s33中，确定启动每路dcdc线路，以输出直流分量；
[0098]
在步骤s34中，在至少一路dcdc线路中输入交流分量，以输出交流分量。
[0099]
在该实施方式中，燃料电池电堆的工作过程的结构框图可以是如图7所示。在该图7中，内阻检测用于确定当前的内阻，从而能够燃料电池电堆本身出现故障的情况下，及时断开供电。在该交错并联dcdc变换器工作时，系统的负载所需的直流分量通过多路dcdc线路被分成n路，每路对应的直流分量即为且相邻的每两路dcdc线路之间的上桥臂功率管sa、下桥臂功率管sb的开关频率相差这使得开关载波信号相位差为180
°
的两路dcdc线路之间的开关频率纹波被抵消，从而达到精确控制的目的。
[0100]
在该实施方式中，为了实现反馈控制，从而提高变换器的控制精度，控制器还可以用于执行如图8中所示出的方法。在该图8中，该方法可以包括：
[0101]
在步骤s40中，根据直流分量、电流传感器的采集电流的叠加电流或根据直流分量、交流分量、电流传感器的采集电流的叠加电流采用pir控制方法生成第一开关指令；
[0102]
在步骤s41中，根据第一开关指令采用pwm控制模型生成第二开关指令；
[0103]
在步骤s42中，根据第二开关指令控制上桥臂功率管和下桥臂功率管。
[0104]
该如图8所示出的注入方法的逻辑框图如图9所示。该pir控制方法即可以表示为pir控制器，即采用pir控制器作为电流环控制器。以第m路注入交流分量i
acm
为例，pir控制器中的pi控制器实现对直流电流给定的精确控制，谐振r控制器实现对电流指令中交流电流i
ac
的精确控制。由于第m路的交流电流i
acm
会在其他路耦合产生交流谐波，而在其他路的pir控制器中，pi控制器能够实现对直流分量给定的精确控制，谐振r控制器一方面可以实现本路的交流电流的精确控制，另一方面也可以实现对其他路的交流谐波的电流抑制。
[0105]
对于该pir控制器，虽然可以是本领域人员所知的多种方法。但是在本发明的一个优选示例中，该pir控制器的传递函数可以表示图5，也即公式(1)，
[0106][0107]
其中，g
pir
为传递函数，k
p
、ki和kr分别为pir控制方法的增益参数，s为拉普拉斯算子，ωc、ω0为pir控制方法的频率。
[0108]
更进一步地，为了针对频率的变化，可以针对注入的交流分量的频率来调节谐振r控制器的参数。具体地，即可以根据公式(2)和公式(3)更新该传递函数，
[0109]
ω0＝2πf
ac
， (2)
[0110]
ωc＝2πkcf
ac
， (3)
[0111]
其中，f
ac
为交流分量的频率，kc为r控制器(或谐振r控制器)的截止频率系数，且0.01《kc《0.1。
[0112]
再一方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行如上述任一所述的控制方法。
[0113]
通过上述技术方案，本发明提供的交错并联dcdc变换器及其控制方法通过设计交错并联多路dcdc变换电路，将直流分量分成多路，再于其中的一路dcdc线路注入交流分量，实现了对交流电流的开关频率纹波的抑制，实现了交流分量的精确控制。
[0114]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序
产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0115]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0116]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0117]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0118]
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
[0119]
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。存储器是计算机可读介质的示例。
[0120]
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
[0121]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0122]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。