[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

说明书

本发明为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，主要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、低压全桥电路和高频变压器；高频变压器用于连接功率因数校正全桥电路、主要功率全桥电路、部分功率全桥电路和低压全桥电路，部分功率全桥电路与部分功率后级电压调节电路级联，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高压端口，与动力电池连接；低压全桥电路的输出端口作为低压端口，与蓄电池连接；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，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。

技术领域

本发明属于电动汽车充电技术领域，尤其涉及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。

技术背景

电动汽车的电源系统主要包括车载充电机(On-Board Charger,OBC)、低压DC-DC转换器(Low-voltage DC-DC Converter,LDC)、动力电池(即高压电池)、蓄电池(即低压电池)、负载以及电机驱动系统，所有设备通过高压和低压直流总线互连。OBC主要是将电网的交流电转换为直流电，再通过直流变换器对动力电池充电；LDC将动力电池的能量转换为低压，为蓄电池充电或汽车照明和电子设备等负载供电；电机驱动系统以动力电池为主要能源，为汽车提供驱动力。

车载充电机仅在电动汽车停止时为动力电池充电，而在车辆行驶时并不发挥任何作用，利用率较低，成为了电源系统的“死重”。为了提高车载充电机的利用率，同时提升电动汽车电源系统的功率密度，研究学者提出了多种OBC与LDC的拓扑级集成方案，其中较为主流的方案是通过功能选择开关对电动汽车的车载充电与低压转换功能进行切换。例如，IEEE电力电子期刊发表的论文“An Integrated Battery Charger With High PowerDensity and Efficiency for Electric Vehicles”提出了一种非隔离OBC与LDC集成拓扑，通过设置功能选择开关，实现电动汽车的车载充电、低压转换等功能。文献“OnboardReconfigurable Battery Charger for Electric Vehicles With Traction-to-Auxiliary Mode”与文献“Multifunctional Onboard Battery Charger for Plug-inElectric Vehicles”所提出的电源系统中，通过调整控制策略实现车载充电模式下功率的双向传输，并且通过设置功能选择开关，实现电动汽车的车载充电、低压转换等功能。但是此类设计方案仍存在不足：(1)大多数无法实现车载充电与低压转换的复合模式；(2)辅助开关的引入会产生额外损耗；(3)需要增加多个功率开关器件，系统成本增加。

为此，有研究学者基于多有源桥拓扑对OBC的DC-DC级和LDC级进行集成，通过移相控制实现不同工作模式的切换，从而省略了功能选择开关，以减小系统体积、提高功率密度以及降低成本。文献“Modelling and control of a triple-active-bridge converter”和“Multi-Port Multi-Cell DC/DC Converter Topology for Electric Vehicle’sPower Distribution Networks”均提出了一种基于隔离电压源型三有源桥变换器的集成充电系统，该系统可以同时实现车载充电模式与低压转换模式，也可以支持车载充电模式下功率的双向流动。但是，在宽电压范围下，现有的基于多有源桥拓扑的解决方案，存在较高的无功环流和电流应力，且难以保证功率器件的软开关运行。

本发明针对上述问题，提出了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。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明为了解决基于多有源桥拓扑的车用三端口双向直流变换器在宽电压范围下的软开关实现问题，提出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。