一种用于电池充放电的双向CLLC变换器宽电压范围控制方法与流程

本发明涉及电池领域，具体涉及一种用于电池充放电的双向cllc变换器宽电压范围控制方法。

背景技术：

1、随着微网储能和电动汽车的发展与普及，电池充放电模块得到了大量研究和开发。其中双向电力变换器作为连接电池和中间直流母线的关键装置，需求越来越多。正向充电时，直流母线通过该变换器向电池充电；反向放电时，电池通过该变换器向直流母线放电。考虑人与设备安全需求不断提高，双向隔离型变换器因其能实现电气隔离逐渐取代非隔离型。同时，对于变换器的电压适用范围、效率、电磁干扰、体积、重量等提出了更高的要求。

2、双向cllc变换器因为其正向充电和反向放电时控制方法相同，具备双向电气隔离，且都能实现软开关、效率高、功率密度大等优势，得到了国内外学者和专家的广泛应用。然而其基于脉冲频率变化的调制方法，存在调节电压增益范围不高的问题，无法适用于不同电池电压等级的场合。以电动汽车为例，目前国内电动汽车动力电池电压等级以400v平台为主，并逐渐向800v平台转换，且不同电池类型，如三元锂电池和磷酸铁锂电池，不同电池节数电压范围不同。因此，市面上存在着大量不同电压的电动汽车，其充电范围在200v-1000v之间，甚至在某些特殊场合要求电压范围更宽如50v-1000v。因此，研究宽电压范围的双向cllc变换器控制方法具有重大的现实意义。

3、双向cllc电路图如图1所示，考虑正反向采用相同的控制策略，一般设计为对称结构，即变压器原边和副边等效参数相等，因此，下面仅介绍正向工作时电压增益调节原理。

4、cllc输出电压总增益大小等于变压器增益乘以变换器调制增益，变压器增益基本保持不变，变换器调制增益根据脉冲频率不同处于动态变化中，如图2所示。其中，纵坐标为输出电压增益，横坐标为频率归一化参数，即实际开关频率与谐振频率之比。由图2可以看出，变换器调制增益大小通过改变开关频率来调整，开关频率小于谐振频率时增益大于1，开关频率大于谐振频率时增益小于1。然而，变换器调制增益范围有限，尤其是降压增益幅度小，无法满足超宽电压范围的输出电压控制。且仅改变开关频率调制输出电压范围，容易导致变换器处于严重欠谐振或严重过谐振状态，进而导致变换器效率降低，尤其是轻载低压状态时，提高开关频率降压已无法实现，且提高开关频率可能会导致驱动异常、电磁干扰加大，开关损耗变高等问题。

5、为了增大变换器调制增益范围，有研究者采用移相加变频相结合的方式，即开关频率增大到最大限值后，采用移相控制来进一步降低输出电压增益。移相控制即控制超前臂(图1t1和t2)和滞后臂(图1t3和t4)的相位角，改变相位角的大小改变输出电压增益。还有的研究者在低压轻载时，让变换器工作在打嗝模式(burst mode)，即通过间歇性地让变换器工作，实现降压的目的。

6、移相加变频相结合的方式虽然能扩大变换器调制增益范围，但是移相调节较难实现软开关，会导致系统效率降低。打嗝模式方式会导致严重的电磁干扰，输出电压波动较大，且效率低下。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种用于电池充放电的双向cllc变换器宽电压范围控制方法。

2、该方法包括：

3、步骤一，设定双向cllc变换器开关频率上下限；

4、步骤二，设定母线电容电压上下限；

5、步骤三，在双向cllc变换器开关频率上下限内通过改变双向cllc变换器开关频率，调节双向cllc变换器输出电压范围；

6、步骤四，若步骤三调整后，电池电压未达到预设电压范围，则调整母线电容电压，使双向cllc变换器工作频率与其谐振频率的差值小于阈值；

7、步骤五，若步骤四调整后，电池电压未达到预设电压范围，则减小开关管的占空比。

8、进一步的，步骤一具体指，根据功率大小、谐振腔参数、磁性器件因素，确定双向cllc变换器开关频率的上下限。

9、进一步的，步骤二具体指，根据交流电压范围、功率器件耐压等级、电解电容耐压等级等因数，确定母线电容电压上下限。

10、进一步的，步骤四所述调整母线电容电压，具体指，通过pfc电路调整母线电容电压。

11、进一步的，步骤四所述调整母线电容电压，具体指，在设定母线电容电压上下限范围内调整母线电容电压。

12、进一步的，正向充电时，所述电池电压未达到预设电压范围具体指，电池电压低于预设的电压最小值。

13、进一步的，反向放电时，所述电池电压未达到预设电压范围具体指，电池电压高于预设的电压最大值。

14、本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

15、本发明提出一种混合式控制方法，该方法在保证输出电压增益的前提下尽可能地提高变换器效率，且减小了输出电压波动和电磁干扰。

技术特征：

1.一种用于电池充放电的双向cllc变换器宽电压范围控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种用于电池充放电的双向cllc变换器宽电压范围控制方法，其特征在于，步骤一具体指，根据功率大小、谐振腔参数、磁性器件因素，确定双向cllc变换器开关频率的上下限。

3.根据权利要求1所述一种用于电池充放电的双向cllc变换器宽电压范围控制方法，其特征在于，步骤二具体指，根据交流电压范围、功率器件耐压等级、电解电容耐压等级等因数，确定母线电容电压上下限。

4.根据权利要求1所述一种用于电池充放电的双向cllc变换器宽电压范围控制方法，其特征在于，步骤四所述调整母线电容电压，具体指，通过pfc电路调整母线电容电压。

5.根据权利要求1所述一种用于电池充放电的双向cllc变换器宽电压范围控制方法，其特征在于，步骤四所述调整母线电容电压，具体指，在设定母线电容电压上下限范围内调整母线电容电压。

6.根据权利要求1所述一种用于电池充放电的双向cllc变换器宽电压范围控制方法，其特征在于，正向充电时，所述电池电压未达到预设电压范围具体指，电池电压低于预设的电压最小值。

7.根据权利要求1所述一种用于电池充放电的双向cllc变换器宽电压范围控制方法，其特征在于，反向放电时，所述电池电压未达到预设电压范围具体指，电池电压高于预设的电压最大值。

技术总结
本发明涉及电池领域，具体涉及一种用于电池充放电的双向CLLC变换器宽电压范围控制方法。该方法包括：步骤一，设定双向CLLC变换器开关频率上下限；步骤二，设定母线电容电压上下限；步骤三，在双向CLLC变换器开关频率上下限内通过改变双向CLLC变换器开关频率，调节双向CLLC变换器输出电压范围；步骤四，若步骤三调整后，电池电压未达到预设电压范围，则调整母线电容电压，使双向CLLC变换器工作频率与其谐振频率的差值小于阈值；步骤五，若步骤四调整后，电池电压未达到预设电压范围，则减小开关管的导通时间占开关周期的比例。该方法在保证输出电压增益的前提下尽可能地提高变换器效率，且减小了输出电压波动和电磁干扰。

技术研发人员：钱晓东,杨飞,李俊
受保护的技术使用者：合肥钧联汽车电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16