一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机

技术特征：
1.一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，其特征在于，所述充电逆变一体机包括：双向ac-dc变换器、双向隔离型dc-dc谐振变换器、模式切换单元、采样单元和控制器；其中，储能电池与双向隔离型dc-dc谐振变换器低压端相连；双向ac-dc变换器直流端与双向隔离型dc-dc谐振变换器的高压端相连；双向ac-dc变换器交流端通过模式切换单元与电网和交流负载相连；所述采样单元与电网、双向ac-dc变换器的交流端和直流端、双向隔离型dc-dc谐振变换器的高压端和低压端相连；控制器输入端与采样单元相连，控制器输出端与双向ac-dc变换器、双向隔离型dc-dc谐振变换器以及模式切换单元相连。2.根据权利要求1所述的一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，其特征在于，所述模式切换单元由三个继电器rly1、rly2、rly3和一个软启动电阻r构成。3.根据权利要求1所述的一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，其特征在于，所述采样单元包括电网输入电压采样，双向ac-dc变换器交流端电压和电流采样、母线电压采样以及双向隔离型dc-dc谐振变换器低压端的电压和电流采样。4.根据权利要求1所述的一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，其特征在于，所述控制器包括充电控制和逆变控制；充电控制包括ac-dc直流电压环和交流电流环调节单元、dc-dc电压环和电流环调节单元、同步整流控制单元；ac-dc直流电压环调节单元根据直流母线电压期望值、直流母线电压实际值和电网电压，计算出双向ac-dc变换器电感电流期望值，ac-dc交流电流环调节单元根据电感电流期望值和双向ac-dc变换器电感电流实际值生成双向ac-dc变换器的控制信号，控制交流电感电流跟踪电网电压相位以及直流母线电压稳定；dc-dc电压环调节单元与dc-dc变换器电流环调节单元并联，实现变换器对储能电池恒压恒流的阶段式充电；低压端同步整流控制单元根据开关频率与谐振频率的关系生成整流管的驱动信号，控制双向dc-dc变换器低压端开关管实现同步整流；逆变模式控制包括dc-dc电压环调节单元和ac-dc交流电压环调节单元；dc-dc电压环调节单元根据直流母线电压期望值控制双向dc-dc变换器输出直流稳定，ac-dc变换器交流电压环调节单元根据交流电压期望值控制双向ac-dc变换器输出交流稳定。5.根据权利要求4所述的一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，其特征在于，所述充电控制的ac-dc直流电压环和交流电流调节单元通过采样单元采集高压直流母线的直流电压u
hv-1
，与母线电压基准u
hv-1*
进行比较，得出高压直流母线输出的误差δu
hv-1
，经pi控制器调节后输出电感电流幅值的基准值i
l*
与电网采样电压u
grid
相乘得出电感电流基准值i
l*
，电感电流i
l
与i
l*
进行比较，得到电感电流误差δi
l
，经pi控制器调节后输出占空比d1，控制双向ac-dc变换器开关管工作状态，以到达功率因数校正和高压直流母线输出电压稳定的目的。6.根据权利要求4所述的一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，其特征在于，所述充电控制的dc-dc电压环和电流环调节单元通过采样单元采集储能电池电压u
bat
，与恒压充电电压基准值u
bat*
比较得到电压误差δu
bat
，经pi控制器调节后输出频率f
v
；采集的储能电池电流i
bat
与充电电流基准值i
bat*
进行比较，得到电流误差δi
bat
，经pi控制器调节后输出频率f
i
；频率f
v
与频率f
i
进行比较，选取较小的频率作为开关频率f
s-1
，并以0.5占空比控制双向dc-dc变换器开关管工作状态，以达到对储能电池恒流充电和恒压充电自动切换的目的。7.根据权利要求4所述的一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，其特征在于，
所述充电控制的低压端同步整流控制单元通过对开关频率f
s-1
与谐振频率f
r
进行比较，得出双向dc-dc变换器低压端开关管的驱动控制信号，当f
s-1
≥f
r
时，低压端整流管驱动控制信号与高压端开关管相同；当f
s-1
＜f
r
时，低压端整流管与高压端开关管同时导通，导通时间为谐振周期t
r
的1/2。8.根据权利要求4所述的一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，其特征在于，所述逆变控制的dc-dc电压环调节单元通过采样单元采集直流母线电压u
hv-2
，与直流母线电压基准u
hv-2*
进行比较，得出直流母线电压的误差δu
hv-2
，经pi控制器调节后输出开关频率f
s-2
，并以0.5占空比控制双向dc-dc变换器开关管工作状态，以达到稳定高压直流母线输出电压的目的。9.根据权利要求4所述的一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，其特征在于，所述逆变控制的ac-dc电压环调节单元通过采样单元采集双向ac-dc变换器逆变输出电压u
o
，与输出电压基准u
o*
进行比较，得到输出电压的误差δu
o
，经pi控制器调节后输出调制比m，输出spwm信号，控制双向ac-dc变换器开关管工作状态，得到输出电压稳定、谐波含量低的正弦波。

技术总结
本发明提供了一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，属于电力电子技术领域。本发明针对传统充电逆变一体机的充电电路和逆变电路各自独立，结构上不共用的问题，采用了一种两级式双向AC-DC变换器的拓扑结构，并针对该结构提出了一种全数字控制方法代替传统的模拟控制，采用分布式数字控制策略，对两级变换器进行独立控制，并通过比较开关频率与谐振频率的关系得出整流管驱动信号，无需在硬件上设计单独的检测电路，简化了变换器的硬件电路设计，实现数字化同步整流控制。本发明与传统充电逆变一体机相比，具有功率器件利用率高、控制方法灵活、可靠、稳定和准确等特点，降低了控制电路成本，有效提高了变换器的功率因数、功率密度和工作效率。功率密度和工作效率。功率密度和工作效率。


技术研发人员：马秀娟 于露滢 孟凡刚 吴晋蒙 杜合溪 张伟
受保护的技术使用者：威海天力电源科技有限公司 哈尔滨工业大学（威海）
技术研发日：2022.06.02
技术公布日：2022/8/9