本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車、雙向充放電裝置、不間斷電源，尤其涉及一種提高充放電安全性的裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，電動(dòng)汽車火災(zāi)事故頻發(fā)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，34%的電動(dòng)汽車火災(zāi)發(fā)生在靜默階段，24%發(fā)生在充電階段，這些非行駛工況下發(fā)生的自燃事故，引起了社會(huì)各界的極大擔(dān)憂，嚴(yán)重影響了公眾對(duì)電動(dòng)汽車行業(yè)的信心?，F(xiàn)階段，電動(dòng)汽車充放電安全防護(hù)，主要集中在電池本身的安全研究和充放電裝置的研究。

2、在現(xiàn)有充放電裝置研究中，有提出一種四開(kāi)關(guān)buck-boost與電容鉗位llc級(jí)聯(lián)復(fù)用式變換器作為充電電路（魯宜汶,?李萍,?劉國(guó)忠,?趙峰,?王久和.?一種cc/cv平滑切換的寬輸出電壓充電電路[j].?電力系統(tǒng)保護(hù)與控制2024,?52（03）:25-37.），其優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了電能高效傳輸，但復(fù)用橋臂控制復(fù)雜，存在橋臂共導(dǎo)可能，文中沒(méi)有給出樣機(jī)驗(yàn)證，充放電安全性仍然存在風(fēng)險(xiǎn)；還有提出一種預(yù)充電電路的解決方案，通過(guò)優(yōu)化電路設(shè)計(jì)、提高元器件質(zhì)量、加強(qiáng)電路連接等措施，解決充電電路中的元器件損壞、電路連接不良的問(wèn)題（[3]張瑞斌,?程輝.?電動(dòng)汽車預(yù)充原理及失效案例分析[j].?汽車維修技師,?2024(16):52-54.），這種方法使得充放電的安全性提高了，但由于增加了預(yù)充電電路，成本會(huì)大大增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明旨在提供一種提高充放電安全性的裝置及方法，采用雙向boost/buck+開(kāi)環(huán)llc+三電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，拓?fù)浼翱刂扑惴ê?jiǎn)單，可靠性高。并基于以上裝置設(shè)計(jì)，重點(diǎn)采用了一種“喚醒”、“休眠”部分硬件電路的方法，通過(guò)減小充放電裝置的工作應(yīng)力、延緩硬件電路的壽命衰減、降低充放電功能失效，從而達(dá)到提升充放電設(shè)備安全性的目的。

2、該方案可以用于電動(dòng)汽車或其他類似的充放電設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)景。

3、其具體采用以下技術(shù)方案：

4、一種提高充放電安全性的裝置：包括相連接的雙向dc/dc模塊和雙向dc/ac模塊，所述雙向dc/dc模塊包括相連接的雙向boost/buck模塊和雙向llc模塊；所述雙向dc/dc模塊連接充放電設(shè)備，所述雙向dc/ac模塊連接電網(wǎng)；

5、所述雙向dc/dc模塊包括級(jí)聯(lián)以實(shí)現(xiàn)雙向dc/dc功能的雙向boost/buck模塊和雙向llc模塊；其中，雙向boost/buck模塊用于直流電壓的雙向升/降壓，雙向llc模塊采用開(kāi)環(huán)設(shè)計(jì)，用于充放電設(shè)備側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的電氣隔離。

6、進(jìn)一步地，所述雙向boost/buck模塊由6路雙向boost/buck電路組成，所述雙向llc模塊由6路雙向llc電路組成；其中，3路雙向boost/buck電路和3路雙向llc電路串行級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)充放電設(shè)備直流電壓和正母線電壓間的能量傳遞；另外3路雙向boost/buck電路和3路雙向llc電路串行級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)直流電壓和負(fù)母線電壓間的能量傳遞。

7、進(jìn)一步地，每一路雙向boost/buck電路均連接有一直流切換裝置，包括并聯(lián)的開(kāi)關(guān)rly1和串接有緩沖電阻r1的開(kāi)關(guān)rly2：

8、放電方向上，將直流電壓生成母線電壓：

9、rly2閉合的同時(shí)，雙向llc電路開(kāi)通，充放電設(shè)備側(cè)直流電壓通過(guò)緩沖電阻r1，對(duì)母線電解電容充電c1充電；

10、完成母線緩啟后，閉合rly1同時(shí)斷開(kāi)rly2；此時(shí)雙向boost/buck電路構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的boost電路；充放電設(shè)備側(cè)直流電壓通過(guò)boost電路進(jìn)行升壓。

11、雙向llc電路作為電氣隔離的直流變換器，將boost電路的輸出電壓電氣隔離至正母線電壓；

12、充電方向上，母線電壓給充放電設(shè)備充電：

13、閉合rly1后；母線電壓通過(guò)雙向llc電路電氣隔離后，將母線電壓傳送至雙向boost/buck1進(jìn)行降壓；雙向boost/buck電路此時(shí)構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的buck電路，對(duì)充放電設(shè)備（如充放電設(shè)備電池）進(jìn)行充電。

14、進(jìn)一步地，所述雙向boost/buck模塊各支路開(kāi)關(guān)頻率相同且各支路主開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)刻相位依次相差60°。

15、進(jìn)一步地，所述雙向llc電路的電壓增益設(shè)為2：1。

16、進(jìn)一步地，所述雙向dc/ac模塊包括三相dc/ac電路和交流切換裝置；所述交流切換裝置用于切換并/離網(wǎng)；三相dc/ac電路用于正負(fù)母線與電網(wǎng)的能量傳遞，每一相均由3路t型三電平電路并聯(lián)組成。

17、進(jìn)一步地，所述雙向boost/buck模塊各支路開(kāi)關(guān)頻率相同且各支路主開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)刻相位依次相差60°，以使6路雙向boost/buck電路交錯(cuò)并聯(lián)閉環(huán)控制。

18、進(jìn)一步地，所述雙向dc/dc模塊和/或雙向dc/ac模塊中的多個(gè)逆變電感采用同磁芯不同繞組的方式實(shí)現(xiàn)，分別用于不同組電路。

19、以及，基于以上裝置設(shè)計(jì)的提高充放電安全性的方法，其將1路接正母線、1路接負(fù)母線的雙向boost/buck電路和雙向llc電路，以及dc/ac電路三相電路的其中1支路構(gòu)成1組電路，使裝置共有3組電路；在緩啟完成后，根據(jù)設(shè)定的負(fù)載閾值啟用1組、2組或3組電路。其目的在根據(jù)負(fù)載量不同，選取最少的電路去工作，即喚醒；不工作的電路，即休眠。休眠的電路即減少了工作應(yīng)力，降低了壽命損耗，從而提高了裝置硬件的安全性。

20、進(jìn)一步地，通過(guò)對(duì)各組電路的啟用或關(guān)閉，以適應(yīng)電池側(cè)充放電和電網(wǎng)側(cè)并離網(wǎng)時(shí)負(fù)載的變化。

21、進(jìn)一步地，采用分時(shí)有序工作策略，以均衡各組電路啟用的時(shí)長(zhǎng)。

22、針對(duì)電動(dòng)汽車電池等充放電設(shè)備火災(zāi)事故頻發(fā)的現(xiàn)象，提高充放電安全防護(hù)能力，本發(fā)明及其優(yōu)選方案設(shè)計(jì)了一種級(jí)聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的充放電裝置，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該裝置功能的正確性。通過(guò)以下幾點(diǎn),提升了裝置充放電的安全性：

23、1)?充放電設(shè)備側(cè)采用多路并聯(lián)交錯(cuò)形式，充放電電壓電流紋波小，保護(hù)了充放電設(shè)備的安全；

24、2)?采用基本的boost/buck拓?fù)?，拓?fù)浜?jiǎn)單；采用llc開(kāi)環(huán)控制，控制簡(jiǎn)單。不僅對(duì)充放電設(shè)備側(cè)和電網(wǎng)進(jìn)行了電氣隔離，降低了裝置的高頻干擾，而且拓?fù)浜涂刂坪?jiǎn)單，降低了復(fù)雜拓?fù)浜退惴ㄒ鸬某潆娧b置損壞風(fēng)險(xiǎn)。

25、3)?采用“喚醒”和“休眠”的控制策略，降低了裝置硬件的壽命衰減，提高了充放電的安全性，而且由于裝置輕載時(shí)休眠電路不工作，無(wú)損耗，運(yùn)行效率較高，提升了充放電設(shè)備（如電動(dòng)汽車電池）的續(xù)航能力。

技術(shù)特征：

1.一種提高充放電安全性的裝置，其特征在于：包括相連接的雙向dc/dc模塊和雙向dc/ac模塊，所述雙向dc/dc模塊包括相連接的雙向boost/buck模塊和雙向llc模塊；所述雙向dc/dc模塊連接充放電設(shè)備，所述雙向dc/ac模塊連接電網(wǎng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高充放電安全性的裝置，其特征在于：所述雙向boost/buck模塊由6路雙向boost/buck電路組成，所述雙向llc模塊由6路雙向llc電路組成；其中，3路雙向boost/buck電路和3路雙向llc電路串行級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)充放電設(shè)備直流電壓和正母線電壓間的能量傳遞；另外3路雙向boost/buck電路和3路雙向llc電路串行級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)直流電壓和負(fù)母線電壓間的能量傳遞。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高充放電安全性的裝置，其特征在于：每一路雙向boost/buck電路均連接有一直流切換裝置，包括并聯(lián)的開(kāi)關(guān)rly1和串接有緩沖電阻r1的開(kāi)關(guān)rly2：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高充放電安全性的裝置，其特征在于：所述雙向llc電路的電壓增益設(shè)為2：1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高充放電安全性的裝置，其特征在于：所述雙向dc/ac模塊包括三相dc/ac電路和交流切換裝置；所述交流切換裝置用于切換并/離網(wǎng)；三相dc/ac電路用于正負(fù)母線與電網(wǎng)的能量傳遞，每一相均由3路t型三電平電路并聯(lián)組成。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高充放電安全性的裝置，其特征在于：所述雙向boost/buck模塊各支路開(kāi)關(guān)頻率相同且各支路主開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)刻相位依次相差60°，以使6路雙向boost/buck電路交錯(cuò)并聯(lián)閉環(huán)控制。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高充放電安全性的裝置，其特征在于：所述雙向dc/dc模塊和/或雙向dc/ac模塊中的多個(gè)逆變電感采用同磁芯不同繞組的方式實(shí)現(xiàn)，分別用于不同組電路。

8.一種提高充放電安全性的方法，其特征在于：基于如權(quán)利要求1-7其中任一所述的提高充放電安全性的裝置：將1路接正母線、1路接負(fù)母線的雙向boost/buck電路和雙向llc電路，以及dc/ac電路三相電路的其中1支路構(gòu)成1組電路，使裝置共有3組電路；在緩啟完成后，根據(jù)設(shè)定的負(fù)載閾值啟用1組、2組或3組電路。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的提高充放電安全性的方法，其特征在于：通過(guò)對(duì)各組電路的啟用或關(guān)閉，以適應(yīng)電池側(cè)充放電和電網(wǎng)側(cè)并離網(wǎng)時(shí)負(fù)載的變化。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的提高充放電安全性的方法，其特征在于：采用分時(shí)有序工作策略，以均衡各組電路啟用的時(shí)長(zhǎng)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種提高充放電安全性的裝置及方法，包括相連接的雙向DC/DC模塊和雙向DC/AC模塊，所述雙向DC/DC模塊包括相連接的雙向Boost/Buck模塊和雙向LLC模塊；所述雙向DC/DC模塊連接充放電設(shè)備，所述雙向DC/AC模塊連接電網(wǎng)；所述雙向DC/DC模塊包括級(jí)聯(lián)以實(shí)現(xiàn)雙向DC/DC功能的雙向Boost/Buck模塊和雙向LLC模塊；其中，雙向Boost/Buck模塊用于直流電壓的雙向升/降壓，雙向LLC模塊采用開(kāi)環(huán)設(shè)計(jì)，用于充放電設(shè)備側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的電氣隔離。并基于“喚醒”、“休眠”部分電路的控制策略，通過(guò)減小充放電裝置的工作應(yīng)力、延緩硬件電路的壽命衰減、降低充放電功能失效，從而達(dá)到提升充放電設(shè)備安全性的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：石學(xué)雷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廈門(mén)大學(xué)嘉庚學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19