[發(fā)明專利]一種直流充電模塊輸出串并聯(lián)電路及其控制方法

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• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112994468A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬家佐;楊志;唐軍
• 申請（專利權(quán)）人: 國創(chuàng)移動能源創(chuàng)新中心（江蘇）有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/32;H02J7/00
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 艾中蘭

本發(fā)明公開一種直流充電模塊輸出串并聯(lián)電路及其控制方法，所述電路包括第一、第二兩組LLC、一組電流采樣單元和一組電壓采樣單元；所述第一組LLC連接在直流充電模塊輸入電源的正端，所述第二組LLC連接在輸入電源的負端；兩組LLC原邊的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)且PWM驅(qū)動采用統(tǒng)一的閉環(huán)控制；兩組LLC的輸出正端之間連接有繼電器S1，輸出負端之間連接有繼電器S2、第一組LLC的輸出負端和第二組LLC的輸出正端之間連接有繼電器S3；所述電流采樣單元連接在任意一組LLC的輸出端，所述電壓采樣單元連接在直流充電模塊的輸出端。本發(fā)明硬件電路簡單，控制方法簡單，降低了模塊成本，提高了模塊效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及直流充電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及直流充電模塊的輸出串并聯(lián)電路。

背景技術(shù)

隨著電池技術(shù)的發(fā)展，在電動汽車領(lǐng)域，電動汽車對充電速率的要求越來越高，大功率快充成為目前許多充電企業(yè)研究的重點。目前市場上的充電模塊絕大部分都是三相輸入，PFC 部分也基本都是采用的三相無中線 VIENNA 結(jié)構(gòu)的拓撲，后級DC/DC一般采用LLC拓撲結(jié)構(gòu)，LLC電路可以工作在諧振開關(guān)頻率附近，可以實現(xiàn)全負載范圍的軟開關(guān)，因此可以通過高開關(guān)頻率實現(xiàn)高功率密度。當輸出功率加大時，一般可以通過兩組LLC并聯(lián)來達到增大輸出功率的目的。當輸出電壓范圍加大時，一般可以通過兩組LLC串聯(lián)來達到增大輸出電壓范圍的目的。

對于串聯(lián)LLC拓撲，會帶來輸出均壓的問題。對于并聯(lián)LLC拓撲，會帶來輸出均流的問題，在直流充電模塊中，目前常見的LLC輸出串并聯(lián)電壓電流采樣以及控制方法如下：

如圖1所示，為兩組LLC輸出串并聯(lián)電路，由于三相PFC輸出直流電壓比較高，兩組LLC輸入分別從上半母線電容C1和下半母線電容C2供電，電壓分別為Vin1和Vin2，總母線電壓為Vin。 Q1-Q4、Lr1、Cr1、T1、D1-D4、C3組成第1路LLC，Q5-Q8、Lr2、Cr2、T2、D5-D8、C4組成第2路LLC，Rs1為1路LLC輸出電流Io1采樣電阻，Rs2為2路LLC輸出電流Io2的采樣電阻，S1、S2、S3為輸出串并聯(lián)控制繼電器。

當兩組LLC輸出并聯(lián)工作時，繼電器S1和S2吸合，S3斷開，此時該電路輸出電流均流控制策略如下：當模塊要求輸出總電流為Io_R時，通過軟件分別設(shè)定Io1和Io2的目標給定值為Io_R/2，兩組LLC的PWM各自獨立恒流閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)兩路輸出均流，輸出總電流為Io_R。該方案是均流控制常用方案，該電路并聯(lián)工作時，需要2個電流采樣電路分別采集兩路的電流，1個電壓采樣電路采集輸出電壓。

當兩組LLC輸出串聯(lián)工作時，繼電器S1和S2斷開，S3吸合，由于為串聯(lián)工作，兩路輸出電流一致，電路控制策略如下：當模塊要求輸出電流為Io_R時，通過軟件分別設(shè)定Io1和Io2的目標給定值為Io_R，兩組LLC的PWM各自獨立閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)恒流輸出，對于兩路輸出電壓均壓問題，多采用被動均壓法，如盡量保持兩組LLC器件參數(shù)的一致性，以及在上下直流母線電容C1和C2加均壓電阻，讓Vin1和Vin2盡量一致時，Vo1和Vo2差異就會較小，但總體來講，輸出均壓效果不佳。該電路串聯(lián)工作時，需要1個電流采樣電路采集輸出電流，3個電壓采樣電路分別采集兩路的輸出電壓和輸出總電壓。

通過對圖1傳統(tǒng)的串并聯(lián)線路以及控制策略分析，可以看出有如下不足：一是控制比較復(fù)雜（兩組LLC獨立閉環(huán)控制），二是該電路總體需要2個電流采樣電路，3路電壓采樣電路，器件較多。

發(fā)明內(nèi)容

針對傳統(tǒng)輸出串并聯(lián)電路器件較多、控制方法較復(fù)雜的問題，本發(fā)明提出一種直流充電模塊輸出串并聯(lián)電路及其控制方法。

本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案：