[发明专利]具有部分功率变换功能的电动汽车三端口双向直流变换器

权利要求书

1.一种具有部分功率变换功能的电动汽车三端口双向直流变换器，其特征在于，该变换器包括功率因数校正全桥电路、主要功率全桥电路、部分功率全桥电路、部分功率后级电压调节电路、低压全桥电路、高频变压器、第一～第四电容、第一～第三电感、滤波电容和滤波电感；

第一电感和高频变压器的第一绕组串联在功率因数校正全桥电路的两组功率开关之间，高频变压器的第二绕组串联在主要功率全桥电路的两组功率开关之间，第二电感和高频变压器的第三绕组串联在部分功率全桥电路的两组功率开关之间，第三电感和高频变压器的第四绕组串联在低压全桥电路的两组功率开关管之间；第一电容并联在功率因数校正全桥电路的端口侧，第二电容并联在主要功率全桥电路的端口侧，第三电容并联在部分功率全桥电路的输出端口与部分功率后级电压调节电路的输入端口之间，第四电容并联在低压全桥电路的端口侧；部分功率全桥电路的输出端口与部分功率后级电压调节电路的输入端口级联，部分功率后级电压调节电路的输出端口串联滤波电感和滤波电容，部分功率后级电压调节电路的输出端口与主要功率全桥电路的输出端口串联形成的端口作为该变换器的高压端口，与电动汽车的动力电池连接；低压全桥电路的输出端口作为该变换器的低压端口，与电动汽车的蓄电池连接；部分功率全桥电路和部分功率后级电压调节电路构成部分功率变换电路，用于传输总功率范围中的部分功率，对动力电池电压和蓄电池电压的变化范围进行补偿，使得变换器的端口电压与高频变压器匝数比匹配，实现变换器在全工作电压范围内的软开关运行。

2.根据权利要求1所述的具有部分功率变换功能的电动汽车三端口双向直流变换器，其特征在于，当所述变换器应用于电动汽车的电源系统时，通过调节移相角φ₁₂、φ₁₃、φ₁₄和占空比控制变换器的功率传输，实现电动汽车在不同充放电模式下的运行；其中，移相角φ₁₂为功率因数校正全桥电路桥臂中点电压与主要功率全桥电路桥臂中点电压之间的相角差，移相角φ₁₃为功率因数校正全桥电路桥臂中点电压与部分功率全桥电路桥臂中点电压之间的相角差，移相角φ₁₄为功率因数校正全桥电路桥臂中点电压与低压全桥电路桥臂中点电压之间的相角差；通过占空比调节部分功率后级电压调节电路的输出电压，使得部分功率后级电压调节电路输出电压与主要功率全桥电路输出电压之和等于高压端口电压；当主要功率全桥电路端口电压V_M高压端口电压V₂，即部分功率后级电压调节电路输出电压V_PP0，应调节位于部分功率后级电压调节电路上桥臂左侧的功率开关的占空比，即位于部分功率后级电压调节电路上桥臂右侧的功率开关关断，位于下桥臂右侧的功率开关保持导通，位于下桥臂左侧的功率开关与位于上桥臂左侧的功率开关互补导通；当主要功率全桥电路端口电压V_M高压端口电压V₂，即部分功率后级电压调节电路输出电压V_PP0，则应调节位于部分功率后级电压调节电路下桥臂左侧的功率开关的占空比，即位于部分功率后级电压调节电路上桥臂右侧的功率开关保持导通，位于下桥臂右侧的功率开关保持关断，位于上桥臂左侧的功率开关与位于下桥臂左侧的功率开关互补导通。

3.根据权利要求2所述的具有部分功率变换功能的电动汽车三端口双向直流变换器，其特征在于，电动汽车的充放电模式包括车载充电模式、低压转换模式以及复合模式，复合模式是指车载充电模式与低压转换模式同时运行；在车载充电模式中，调节功率因数校正全桥电路端口电压V₁，使得功率因数校正全桥电路端口电压的参考值V_1ref＝n₁/n₄*V₃；通过调节移相角φ₁₂使高压端口电流满足指定参考值并保持恒定，即恒流充电；通过调节移相角φ₁₃控制部分功率全桥电路端口电压V_P，使得部分功率全桥电路端口电压的参考值V_Pref＝n₃/n₄*V₃；通过调节移相角φ₁₄控制低压全桥电路端口电压V₃满足指定参考值V_3ref；根据高频变压器的第二绕组匝数与第四绕组匝数之比计算主要功率全桥电路端口电压V_M＝n₂/n₄*V₃，根据高压端口电压V₂与主要功率全桥电路端口电压V_M之差确定主要功率后级电压调节电路输出电压V_PP，通过调节占空比D，使得主要功率后级电压调节电路输出电压参考值V_PPref＝V₂-n₂/n₄*V₃，最终使得功率因数校正全桥电路、主要功率全桥电路、部分功率全桥电路以及低压全桥电路的端口电压大小之比等于高频变压器的绕组匝数之比，即V₁:V_M:V_P:V₃＝n₁:n₂:n₃:n₄，从而实现变换器各个端口电压与高频变压器匝数比的匹配；其中，n₁～n₄为高频变压器第一～四绕组匝数；

在低压转换模式中，通过调节移相角φ₁₂控制功率因数校正全桥电路端口电压V₁，使功率因数校正全桥电路端口电压的参考值V_1ref＝n₁/n₄*V₃；通过调节移相角φ₁₃控制部分功率全桥电路端口电压V_P，使部分功率全桥电路端口电压的参考值V_Pref＝n₃/n4*V₃；通过调节移相角φ₁₄控制低压全桥电路端口电压V₃满足指定参考值V_3ref；根据高频变压器的第二绕组匝数n₂与第四绕组匝数n₄之比计算得到主要功率全桥电路输出电压V_M＝n₂/n₄*V₃，根据高压端口电压V₂与主要功率全桥电路输出电压V_M之差计算部分功率后级电压调节电路的输出电压V_PP，通过调节占空比D，使得部分功率后级电压调节电路输出电压的参考值V_PPref＝V₂-n₂/n₄*V₃，最终使得功率因数校正全桥电路、主要功率全桥电路、部分功率全桥电路以及低压全桥电路的端口电压大小之比等于高频变压器的绕组匝数之比，实现现变换器各个端口电压与高频变压器匝数比的匹配，进而实现变换器在全工作电压范围内的软开关。