[發明專利]用于電動和/或混合動力車輛的寬電壓范圍功率轉換系統

在審

• 申請號: 202011252638.6
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112776632A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: I·R·艾爾尼
• 申請（專利權）人: 法可特里亞股份有限公司
• 主分類號: B60L53/22
• 分類號: B60L53/22;H02M3/335
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東;黃綸偉

用于電動和/或混合動力車輛的寬電壓范圍功率轉換系統。本發明涉及一種用于電動和/或混合動力車輛的功率轉換系統，該功率轉換系統包括：變壓器，其具有至少兩個繞組；至少兩個功率模塊，其分別連接至變壓器的一個繞組；以及控制單元，其被適配成對功率模塊中的每一個功率模塊的工作進行控制。變壓器是可變匝數比變壓器，并且控制單元還被適配成基于分別在聯接至變壓器繞組的系統的兩個功率模塊處測量的輸入電壓和輸出電壓來動態地設定變壓器匝數比，以使表達式V_o/(V_in*N_m)最接近1。對于寬范圍的電壓，本發明的功率轉換系統在最佳轉換點或接近最佳轉換點工作，以便提高功率轉換效率，并減少無功功率和EMI噪聲。

技術領域

本發明涉及在端口(如在不同或相同電壓下工作的電源和/或負載)之間轉換和/或傳輸電功率的電子功率轉換系統。該系統優選地被適配成集成在電動和/或混合動力車輛中。

本發明的目的是提供一種基于變壓器的功率轉換系統，對于寬電壓變化，該功率轉換系統可以在最佳轉換點或接近最佳轉換點工作，以便提高功率轉換效率，并減少無功功率和EMI噪聲。

本發明的另一目的是提供一種能夠在電動車輛的多個端口之間進行多方向功率轉換和能量傳輸的功率轉換系統。

本發明的功率轉換系統可以利用減少的數量的部件來制造，從而降低了制造成本和尺寸，并且提高了效率和系統性能。

背景技術

車輛電氣系統集成了在相同或不同的dc標稱電壓下工作的各種設備或子系統。例如，電動車輛和混合動力車輛并入了在高電壓(通常在250伏至450伏或350伏至800伏的范圍內)下工作以通過逆變器為牽引系統供電的牽引電池；加熱系統；以及向需要較低電壓的車載設備供應低壓功率的輔助電池。最普遍的標稱低壓是與汽車環境中傳統上使用的設備相對應的12V和48V。

因此，通常在電動車輛和/或混合電動車輛中集成多個電壓電平及其所需的充電系統，即，高壓電池、低壓電池、牽引逆變器總線等。借助于功率模塊(通常是dc/dc轉換器以及通常作為PFC的一個ac/dc轉換器)在這些不同的電壓端口之間傳輸功率。

圖1例示了常規的電動車輛系統，該電動車輛系統包括用于從電網為電動或混合動力車輛再充電的子系統以及其它若干車輛電氣子系統。牽引電池的外部充電可以使用另選的充電系統來進行，諸如，通過包括功率因數校正(PFC)的ac/dc轉換器直接從電網進行充電，通過dc/dc轉換器直接從電網進行充電、通過無線充電器等等。進而，電動和混合動力車輛能夠從牽引電池、或者甚至在外部充電期間從外部電源對輔助電池進行充電，因此，提供了專用的功率轉換器，以用于內部子系統之間的這種功率轉換。

低壓輔助電池也可以用于將功率傳輸到高壓牽引電池，并且針對該功率傳輸，必須提供另一dc/dc功率轉換器。此外，牽引電池還可以用于向車輛的車載電子設備供電，使得并入有另一dc/dc雙向轉換器或相同的dc/dc雙向轉換器，以將牽引電池的電壓降低至車載設備的標稱電壓。

結果，在車輛中集成了多個不同拓撲功率轉換器。LLC諧振拓撲由于其寬電壓增益而通常用于實現轉換器，然而，這些轉換器僅允許單向功率流。圖2A、圖2B示出了通常用于在車輛中的不同電源/負載之間單獨地傳輸功率的現有技術的LLC轉換器。

常規方法是針對各個電壓轉換速率要求提供具有不同拓撲配置的特定轉換器，使得必須提供多個不同功率轉換器，以在不同電源與負載之間轉換和傳輸功率，因此，兩個或更多個轉換器連接至同一電源或負載。

這種常規方法導致了具有許多部件(功率半導體、變壓器、微控制器、傳感器、連接器導線、外殼等)的復雜電路，使得出現許多冗余，從而增加了制造成本和復雜性。

在大多數隔離式功率轉換器(如LLC或雙有源橋拓撲)中，當v_o/n等于v_in時，可以獲得最佳工作點，如圖6A所示并且在下式中表示：