一种基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统技术方案

本发明专利技术涉及电力电子技术领域，且公开了一种基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统，系统包括多套相互并联的LLC主电路和基于DSP的数字化控制电路；多套主电路结构相同，由输入整流滤波模块、LLC谐振模块、功率变压器模块和输出整流滤波模块组成；基于DSP的控制电路包括电压电流检测模块、故障保护模块、单一DSP数字化控制系统模块、人机界面模块、高频驱动模块组成。本发明专利技术首次使用多套相互并联的逆变主电路，采用先进的高频LLC谐振技术和DSP数字化控制技术，有效地提高了电动汽车充电电源的效率和输出功率，获得更高的功率密度，可靠性高、效率高、结构简单、体积小、成本低；实现大功率并联系统的DSP全数字化控制，系统升级方便，控制电路集成度高、一致性好、易于标准化、智能化程度高，特别适用于大功率电动汽车直流和脉冲充电。

A kind of digital parallel high power electric vehicle charging power system based on LLC

【技术实现步骤摘要】
一种基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统
本专利技术涉及电力电子
，具体为一种基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统。
技术介绍
以动力蓄电池为能源的电动汽车被认为是21世纪的绿色工程，它的出现将汽车工业的发展带入了一个全新的领域。目前，电动汽车核心部件中的蓄电池、充电器的发展还不能满足人们越来越高节奏生活的要求，有的一些理论和技术问题还有待攻关。目前，我国的电动汽车用动力蓄电池大多为铅酸蓄电池，这主要是由于铅酸蓄电池具有技术成熟、成本低、电池容量大、跟随负荷输出特性好、无记忆效应等优点。自铅酸蓄电池问世以来，由于各技术条件的限制，市场上多数采用的充电方法均未能遵从电池内部的物理化学规律，使整个充电过程存在着严重的过充电和析气现象，充电效率低。电动汽车用动力蓄电池与一般蓄电池还有所不同，它以较长时间中等电流持续放电为主，间或以大电流放电，用于启动、加速或爬坡。一般来说，电动汽车用蓄电池多工作在深度充放电工作状态。因此，对电动汽车用动力蓄电池的快速充电提出了不同于常规电池的要求，它必须具有充电时间短、对蓄电池使用寿命影响小的特点。目前，电动汽车充电电源主要通过PWM开关控制技术实现电流电压控制，电动汽车的材料、结构和驱动及控制等技术已经取得了很大的发展，但是电池能量存储技术、快速充电技术制约着电动汽车发展和普及，由于传统的基于移相PWM技术的充电电源存在以下问题：1.轻载时滞后臂MOSFET开关管难以实现零电压开通；2.副边整流二极管存在反向恢复问题并导致振铃电压尖峰难以处理，恶化整机可靠性；3.当重载时，原边电流过大导致的副边占空比丢失更加严重，使得电源能量没有得到充分的利用，并使得电压振铃进一步加剧。这使得电源效率没有得到充分利用，大大增加电能的损耗，愈发跟不上当前市场上要求越来越高的节能化需求。因此，研发高性能电池和适用于电动汽车专用充电电源系统，解决车载电池快速、高效、安全充电势在必行。随着DSP数字化控制技术的日益完善，运用DSP数字化控制技术对电动汽车充电电源进行数字化控制研究，开发出电动汽车专用充电设备，对电动汽车的发展和普及具有十分重要的理论意义和现实价值。我国在“十五”规划中已经把对电动汽车的研究列为国家高科技攻关项目和国家“863”科技攻关项目。经过几十年的研究，电动汽车制造技术己经趋于成熟，但在提高动力电池性能和突破充电技术瓶颈之前，实现电动汽车的普及还需要相当长的一段时间。尽管充电机系统控制技术取得了一定的成就，但距离满足电动汽车市场化的充电要求还有很长的一段路要走。目前电动汽车充电电源因受到半导体功率器件容量的限制和高频变压器磁性材料的制约，输出功率不大，单个逆变单元模块输出功率往往不能满足大功率充电的要求，国内外电动汽车充电电源一般以单个逆变单元模块输出为主，虽然在技术上比较成熟，但是输出功率小，充电速率慢，充电效率低。由此可见，现有的电动汽车充电电源技术，主要有以下几个方面的缺点：（1）电源效率低。（2）电源输出功率小。（3）对于大容量电池组，难以快速实现充电。
技术实现思路
（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统，具备高效节能和充电速度快等优点，解决了现有电动汽车充电电源效率低、电源输出功率小和对于大容量电池组，难以快速实现充电的问题。（二）技术方案为实现上述的目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统，包括多套相互并联的主电路以及与之相连接的基于DSP的数字化控制电路，所述并联的多套主电路结构相同，由依次连接的输入整流滤波模块、LLC谐振模块、功率变压器模块和输出整流滤波模块组成，所述输入整流滤波模块与三相交流输入电网相连接，所述输出整流滤波模块与电池负载相连接；所述基于DSP的数字化控制电路包括电压电流检测模块、故障保护模块、单一DSP数字化控制系统模块、人机界面模块、高频驱动模块组成，所述单一DSP数字化控制系统模块与人机界面模块相连接，所述电压电流检测模块还与电池负载相连接，所述高频驱动模块还与高频逆变模块相连接。为进一步实现本专利技术目的，所述一种基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统还包括故障保护模块，所述故障保护模块包括过压、欠压、过流、短路和过温保护电路；所述过压和欠压保护电路一端与接入的三相交流电网相连接，另一端与单一DSP数字化控制系统模块相连接；过流、短路保护电路一端与初级电流霍尔传感器相连接，另一端与单一DSP数字化控制系统模块相连接。过温保护电路一端与散热器上的温度继电器相连接，另一端与单一DSP数字化控制系统模块相连接；所述故障保护模块为常用的比较器，过压和欠压保护电路检测三相交流电压，为常用的电压检测器。优选的，所述单一DSP数字化控制系统主要由DSP数字信号处理器芯片TMS320F28335或TMS320F28035组成。优选的，所述单一DSP数字化控制系统主要调节相互并联的主电路的电压和电流输出，并提供人机交互界面。优选的，所述脉冲频率调制主要由DSP内嵌自带的事件管理器组成，以全软件方式分别产生多组两路互补脉冲频率调制信号分别用于并联主电路的PFM调制。优选的，所述故障保护模块由过压、欠压、过流和过温检测电路、与非门及外围电路相互连接组成。优选的，所述高频驱动模块将DSP数字化控制模块输出的互补PFM信号进行功率驱动放大后输入高频逆变模块，作为LLC谐振模块MOSFET开关管组的开关信号。优选的，所述单一DSP数字化控制系统模块控制并联主电路实现直流和脉冲充电。优选的，所述并联主电路的正弦电流相位进行调节，增大功率输出的同时减轻电网负担。优选的，所述并联主电路采用并联冗余配置方案，即使在单个主电路故障情况下也不会影响充电电源系统的正常工作，进一步提高了总系统冗余程度和可靠性。优选的，所述并联主电路LLC谐振模块工作于谐振频率最佳工作点。工作于谐振频率最佳工作点时，LLC谐振模块的增益和负载无关，原边电流接近正弦电流、原边MOSFET功率开关管可以实现零电压开通、副边整流二极管可以实现零电流关断，原副边的功率器件都得到最优的利用，效率最高，电磁干扰也最小。（三）有益效果与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统，具备以下有益效果：1、该基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统，采用并联式大功率LLC谐振变换器来获得更大功率的输出，从而获得更高的功率密度，可靠性高、效率高、结构简单、体积小、成本低。2、该基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统，控制核心采用基于单一DSP的全数字化控制技术，系统升级方便，控制电路集成度高、一致性好、易于标准化、智能化程度高。3、该基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统，采用了电压电流反馈的数字化控制技术，可实现直流和脉冲充电，系统的动态特性优良、控制精度高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统，包括多套相互并联的主电路以及与之相连接的基于DSP的数字化控制电路，其特征在于：所述并联的多套主电路结构相同，由依次连接的输入整流滤波模块、LLC谐振模块、功率变压器模块和输出整流滤波模块组成，所述输入整流滤波模块与三相交流输入电网相连接，所述输出整流滤波模块与电池负载相连接；所述基于DSP的数字化控制电路包括电压电流检测模块、故障保护模块、单一DSP数字化控制系统模块、人机界面模块、高频驱动模块组成，所述单一DSP数字化控制系统模块与人机界面模块相连接，所述电压电流检测模块还与电池负载相连接，所述高频驱动模块还与高频逆变模块相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统，包括多套相互并联的主电路以及与之相连接的基于DSP的数字化控制电路，其特征在于：所述并联的多套主电路结构相同，由依次连接的输入整流滤波模块、LLC谐振模块、功率变压器模块和输出整流滤波模块组成，所述输入整流滤波模块与三相交流输入电网相连接，所述输出整流滤波模块与电池负载相连接；所述基于DSP的数字化控制电路包括电压电流检测模块、故障保护模块、单一DSP数字化控制系统模块、人机界面模块、高频驱动模块组成，所述单一DSP数字化控制系统模块与人机界面模块相连接，所述电压电流检测模块还与电池负载相连接，所述高频驱动模块还与高频逆变模块相连接。


2.根据权利要求1所述的基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统，其特征在于：所述单一DSP数字化控制系统主要由DSP数字信号处理器芯片TMS320F28335或TMS320F28035组成。


3.根据权利要求1所述的基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统，其特征在于：所述单一DSP数字化控制系统主要调节相互并联的主电路的电压和电流输出，并提供人机交互界面。


4.根据权利要求1所述的基于LLC的数字化并联式大功率电动汽车充电电源系统，其特征在于：所述脉冲频率调制主要由DSP内嵌自带的事件管理器组成，以全软件方式分别产生多组两路互补脉冲频率调制信号分别用于并联主电路的PFM调制。


5.根据权利要求1所述的基于LLC的数字化并联式大功率电动汽...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴开源，李星林，丁新友，于洪国，
申请(专利权)人：广州市江珂新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44