双向AC-DC转换器制造技术

本发明专利技术提供一种双向AC‑DC转换器，其连接于电网与电池之间，具备滤波器、全桥型AC‑DC转换部、双有源桥型DC‑DC转换部以及控制部，AC‑DC转换部和DC‑DC转换部之间配置有母线电容，滤波器具备至少一个输入电感，在AC‑DC级中，控制部，以AC‑DC转换部的输入端的电流的相位和所述电网的电流的相位一致，并且母线电容两端的电压成为规定电压的方式，对AC‑DC转换部进行控制；在DC‑DC级中，控制部，以DC‑DC转换部的输出端的电流成为补偿了由输入电感产生的移相的第一参考电流的方式，对DC‑DC转换部进行控制。根据本发明专利技术的双向AC‑DC转换器，能够减小母线电容上的纹波。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种双向AC-DC转换器，特别涉及一种母线电容上的纹波电压小的双向AC-DC转换器。
技术介绍
将电动汽车与电力系统连接，进行从汽车到电力系统的电力供给的技术称为V2G(VehicletoGrid)。根据V2G技术，在电动汽车不作为移动工具使用时，可以将搭载于车上的大容量的电池作为电力存储设备而使用。随着对于在不同的电源之间的能量的传送的V2G技术的兴趣不断提高，双向的逆变·充电系统成为必要。非专利文献1中，公开了即使使用具有电网的二倍频的纹波电流对锂离子电池进行充电，其电池性能也不会发生大的劣化。另外，非专利文献2中形态中，利用具有电网的二倍频的正弦电流进行充电。如图8所示，非专利文献2的转换器具备以下的双向拓扑结构，充电时包含无桥PFC以及双向有源桥(DAB)模块，放电时包含全桥升压式转换器以及逆变器。双向逆变·充电系统能够提供对电池组等进行充电的AC-DC转换以及用于将电池连接于电网的DC-AC转换的两者。由此，能够在两个方向上利用电力元件，其结果，通过较少的元件能够实现较高的能量传输效率。图9是非专利文献2的电路框图。在图9中，电池充电功率由式(1)来表示。如果将该能量全部传输至电池的话，则电池的充电电流由下式(2)来表示。io＝pin/Vb＝2VacIacsin2(ωt)/Vb＝Iosin2(ωt)……(2)图10是非专利文献2的控制框图。该控制部以充电电流为Iosin2(ωt)的方式对DC-DC级的双向有源桥(DAB)模块进行控制。根据该结构，能够减小母线电容的容量。例如，输出功率为3kW，母线电容的两端的纹波电压为2％的情况下，能够将母线电容的容量减小到400μF。现有技术文献非专利文献1：BalaS,TengnerT,RosenfeldP,etal.TheeffectoflowfrenquencycurentrippleontheperformanceofaLithiumIronPhosphate(LFP)batteryenergystoragesystem[c].IEEEEnergyConversionCpngressandExposition,ECCE2012,2012:3485-3492.非专利文献2：Xue,L.,etal.,Dualactivebridgebasedbatterychargerforplug-inhybridelectricvehiclewithchargingcurrentcontaininglowfrequencyripple.2013,IEEE.p.1920-1925.
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题但是，非专利文献2中，并没有考虑AC-DC级中的用于滤除高频噪声的电感Lac中的能量的存储。由于该电感Lac中的能量，母线电容的两端的纹波电压会变大。该电感Lac的能量，由式(3)来表示。其电感Lac的功率由下式(4)来表示。传送到电池中的电力由下式(5)来表示其中，于是，在VinIin＞10(ωL1I2in)的情况下，输出侧的电流由下式(6)来表示，如上述那样，如果要将电感中的能量吸收，则有必要对输出电流(充电电流)进行相移。在输出功率为3kW，输入电压为110V，输入侧AC-DC级的电感为3mH的情况下，相位偏移角度为15.78°。因此，不得不考虑相位偏移角度如果不考虑该相位偏移角度则母线电压两端的纹波电压变大。解决技术问题的手段本专利技术是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于提供一种使母线电压两端的纹波电压更小、从而能够更加减小母线电容的电容值的双向AC-DC转换器。本专利技术是为了解决上述技术问题而作成的，本专利技术的一种双向AC-DC转换器，其连接于电网与电池之间，其特征在于，具备滤波器、全桥型AC-DC转换部、双有源桥型DC-DC转换部以及控制部，所述AC-DC转换部和所述DC-DC转换部之间配置有母线电容，所述滤波器具备至少一个输入电感，在AC-DC级中，所述控制部，以所述AC-DC转换部的输入端的电流的相位和所述电网的电流的相位一致，并且所述母线电容两端的电压成为规定电压的方式，对所述AC-DC转换部进行控制；在DC-DC级中，所述控制部，以所述DC-DC转换部的输出端的电流成为补偿了由所述输入电感产生的移相的第一参考电流的方式，对所述DC-DC转换部进行控制。根据本专利技术的双向AC-DC转换器，在AC-DC级中提高功率因数并将母线电容两端的电压维持在所期望的值，在DC-DC级中，实现补偿了输入电感的相移的二倍频的正弦充电，从而可以使母线电压两端的纹波电压更小、由此能够更加减小母线电容的电容值。另外，本专利技术的双向AC-DC转换器中，优选地，所述第一参考电流根据来自所述电网的输入电压和输入电流、所述电池两端的电压、以及由所述输入电感产生的移相角来计算。另外，本专利技术的双向AC-DC转换器中，优选地，所述移相角由来自所述电网的输入电压和输入电流、所述输入电感的值、以及所述电网的频率来计算。另外，本专利技术的双向AC-DC转换器中，优选地，所述控制部具备：采样单元，对来自所述电网的输入电压和输入电流进行采样；第二参考电流计算单元，根据所述输入电压和所述输入电流以及所述电池两端的电压来计算所述第二参考电流；移相角计算单元，根据所述输入电压和所述输入电流、所述输入电感的值、以及所述电网频率来计算移相角；锁相单元，对所述电网电压进行锁相，从而得到所述电网电压的相位；移相单元，对由所述锁相单元取得的相位进行移相，使该相位偏移所述移相角的二分之一；平方单元，对由所述移相单元输出的相位的余弦进行平方运算；以及乘法单元，将所述第二参考电流与所述平方单元的结果相乘，从而得到所述第一参考电流。专利技术的效果根据本专利技术的双向AC-DC转换器，能够补偿应输入电感而产生的相移，能够减小母线电容两端的纹波电压，因此能够减小母线电容的电容值。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式的双向AC-DC转换器的图。图2是表示本专利技术的实施方式的双向AC-DC转换器的充电模式的控制框图。图3是表示本专利技术的实施方式的双向AC-DC转换器的放电模式的控制框图。图4是表示本专利技术的实施方式的双向AC-DC转换器的充电模式的详细控制框图。图5是表示本专利技术的实施方式的双向AC-DC转换器的双有源桥(DAB)型DC-DC转换部的控制策略图。图6是比较在充电模式下现有的无解耦方式、非专利文献2、及本实施方式的母线电容及其纹波电压的图。图7是比较在放电模式下现有的无解耦方式、非专利文献2、及本实施方式的母线电容及其纹波电压的图。图8是表示现有技术的双向AC-DC转换器的图。图9是表示现有技术的双向AC-DC转换器的电路框图。图10是表示现有技术的双向AC-DC转换器的控制框图。具体实施方式以下，参照附图，详细地说明用于实施本专利技术的方式。图1是表示本专利技术的实施方式的双向AC-DC转换器的图。首先，使用图1说明本实施方式的双向AC-DC转换器的电路结构。图1的双向AC-DC转换器中，具备输入滤波器、全桥型AC-DC转换部、双有源桥(DAB)型DC-DC转换部以及控制部。全桥型AC-DC转换部具备开关元件T5～T8。DAB型DC-DC转换部具备开关元件T1～T4、T1’～T4’。在全桥型AC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向AC‑DC转换器，其连接于电网与电池之间，其特征在于，具备滤波器、全桥型AC‑DC转换部、双有源桥型DC‑DC转换部以及控制部，所述AC‑DC转换部和所述DC‑DC转换部之间配置有母线电容，所述滤波器具备至少一个输入电感，在AC‑DC级中，所述控制部，以所述AC‑DC转换部的输入端的电流的相位和所述电网的电流的相位一致，并且所述母线电容两端的电压成为规定电压的方式，对所述AC‑DC转换部进行控制；在DC‑DC级中，所述控制部，以所述DC‑DC转换部的输出端的电流成为补偿了由所述输入电感产生的移相的第一参考电流的方式，对所述DC‑DC转换部进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种双向AC-DC转换器，其连接于电网与电池之间，其特征在于，具备滤波器、全桥型AC-DC转换部、双有源桥型DC-DC转换部以及控制部，所述AC-DC转换部和所述DC-DC转换部之间配置有母线电容，所述滤波器具备至少一个输入电感，在AC-DC级中，所述控制部，以所述AC-DC转换部的输入端的电流的相位和所述电网的电流的相位一致，并且所述母线电容两端的电压成为规定电压的方式，对所述AC-DC转换部进行控制；在DC-DC级中，所述控制部，以所述DC-DC转换部的输出端的电流成为补偿了由所述输入电感产生的移相的第一参考电流的方式，对所述DC-DC转换部进行控制。2.如权利要求1所述的双向AC-DC转换器，其特征在于，所述第一参考电流根据来自所述电网的输入电压和输入电流、所述电池两端的电压、以及由所述输入电感产生的移相角来计算。3.如权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敏，贾紫蕊，张哲，邱茂航，
申请(专利权)人：浙江大学，TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：浙江;33