电压变换电路、电压变换方法以及存储介质

技术领域

本申请涉及变换器领域，具体而言，涉及电压变换电路、电压变换方法以及存储介质。

背景技术

近年来，在工业储能、大功率直流充电桩、换电站、固态变压器等应用领域，诸如双向隔离DCDC变换器(直流到直流变换器)的应用越来越普遍。目前，行业内的双向隔离DCDC变换器主要采用CLLC、CLLLC、DAB(Dual Active Bridge)等双向隔离的电路拓扑来实现。

如何提高DCDC变换器成为亟待解决的问题，有鉴于此，需要提出一种改进的电压变换电路。

发明内容

本申请的实施例提供了一种电压变换电路、电压变换方法以及存储介质，用于提高车辆在从车辆母线到车辆电池的正向充电和从车辆电池到车辆母线的反向放电模式下的效率。

根据本申请的一方面，提供一种电压变换电路，其包括：电压变换器，包括：第一逆变谐振电路，其配置成在直流的母线电压与第一交流电压之间进行转换；第二逆变谐振电路，其配置成在电池侧直流的电池电压与第二交流电压之间进行转换；和变压器，其原边线圈、副边线圈的匝数比为正有理数N，并且所述原边线圈接入所述第一交流电压，所述副边线圈接入所述第二交流电压；以及电压控制模块，其配置成将所述母线电压与所述电池电压的比值固定设置为N附近。

在本申请的一些实施例中，可选地，所述母线电压来自于外接的交直流转换器，并且在所述变换电路将所述母线电压变换为所述电池电压的充电过程中，所述电压控制模块指示所述交直流转换器调整输出的所述母线电压，将所述母线电压与所述电池电压的比值固定设置为N附近。

在本申请的一些实施例中，可选地，在所述变换电路将所述电池电压变换为所述母线电压的放电过程中，所述电压控制模块指示所述第一逆变谐振电路调整其参数，将所述母线电压与所述电池电压的比值固定设置为N附近。

在本申请的一些实施例中，可选地，所述第一逆变谐振电路、所述第二逆变谐振电路分别包括实现直流电压与方波电压之间转换的全桥逆变电路，和实现方波电压与正弦电压之间转换的谐振电路。

在本申请的一些实施例中，可选地，所述电压变换器为LLC变换器、CLLC变换器或者CLLLC变换器。

根据本申请的另一方面，提供一种电压变换方法，所述方法用于电压变换器，所述电压变换器包括：配置成在直流的母线电压与第一交流电压之间进行转换的第一逆变谐振电路；配置成在电池侧直流的电池电压与第二交流电压之间进行转换的第二逆变谐振电路；和原边线圈、副边线圈的匝数比为正有理数N的变压器。所述方法包括如下步骤：提供电压变换器，所述电压变换器包括：配置成在直流的母线电压与第一交流电压之间进行转换的第一逆变谐振电路；配置成在电池侧直流的电池电压与第二交流电压之间进行转换的第二逆变谐振电路；和原边线圈、副边线圈的匝数比为正有理数N的变压器；将所述原边线圈接入所述第一交流电压，并且将所述副边线圈接入所述第二交流电压；以及将所述母线电压与所述电池电压的比值固定设置为N附近。

在本申请的一些实施例中，可选地，所述母线电压来自于外接的交直流转换器，并且在所述变换电路将所述母线电压变换为所述电池电压的充电过程中，指示所述交直流转换器调整输出的所述母线电压，将所述母线电压与所述电池电压的比值固定设置为N附近。

在本申请的一些实施例中，可选地，在所述变换电路将所述电池电压变换为所述母线电压的放电过程中，指示调整所述第一逆变谐振电路的参数，将所述母线电压与所述电池电压的比值固定设置为N附近。

在本申请的一些实施例中，可选地，所述第一逆变谐振电路、所述第二逆变谐振电路分别包括实现直流电压与方波电压之间转换的全桥逆变电路，和实现方波电压与正弦电压之间转换的谐振电路。

在本申请的一些实施例中，可选地，所述电压变换器为LLC变换器、CLLC变换器或者CLLLC变换器。

根据本申请的另一方面，提供一种电压变换电路，其包括：存储器，其配置成存储指令；和处理器，其配置成执行所述指令以执行如上文所述的任意一种方法。

根据本申请的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，其特征在于， 当所述指令由处理器执行时，使得所述处理器执行如上文所述的任意一种方法。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本申请的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1示出了根据本申请的一个实施例的电压变换电路；

图2示出了根据本申请的一个实施例的电压变换电路；

图3示出了根据本申请的一个实施例的电压变换电路；

图4示出了根据本申请的一个实施例的电压关系图；

图5示出了根据本申请的一个实施例的正向增益等效电路；

图6示出了根据本申请的一个实施例的正向增益曲线图；

图7示出了根据本申请的一个实施例的反向增益等效电路；

图8示出了根据本申请的一个实施例的反向增益曲线图。

具体实施方式

出于简洁和说明性目的， 本文主要参考其示范实施例来描述本申请的原理。但是， 本领域技术人员将容易地认识到相同的原理可等效地应用于所有类型的电压变换电路、 电压变换方法以及存储介质， 并且可以在其中实施这些相同或相似的原理，任何此类变化不背离本申请的真实精神和范围。

根据本申请的一方面，提供一种电压变换电路。如图1所示， 电压变换电路10(以下简称电路10)包括电压变换器101和电压控制模块102。电压变换电路10可以用于实现直流电到直流电的变换，具体而言，电压变换电路10通过其电压变换器101在变换过程中可以将直流电先转换为交流形式， 随后通过变压器对交流电进行电压变换， 最后再将变换后的交流电处理为直流电。正因如此， 本申请的电压变换器101在业内也称为DCDC变换器，其工作原理可以参考现有技术，本文不在此赘述。电压变换器101的工作过程受到电压控制模块102的控制，从而达到不同的电压变换效果。电压变换器101的具体组成结构将在下文中加以详细说明。

根据本申请的一方面，提供一种电压变换电路。如图1所示，电压变换电路10包括电压变换器101和电压控制模块102。电压变换电路10可以实现直流到直流的转换，并且使得转换维持在较高的效率。

电压变换器101包括第一逆变谐振电路、第二逆变谐振电路和变压器110。电压变换器101的第一逆变谐振电路能够在直流的母线电压(承载在图1中所示的Bus+与Bus-两极之间的直流电压)与第一交流电压之间进行转换，第二逆变谐振电路能够在电池侧直流的电池电压(承载在图1中所示的Bat+与Bat-两极之间的直流电压)与第二交流电压之间进行转换。本文中的第一交流电压、第二交流电压是电压变换的中间产物，并且施加/产生在如下文将详细描述的变压器110的两边。

继续参考图1，变压器110的原边线圈Tp(图中左侧线圈)、副边线圈Ts(图中右侧线圈)的匝数比为正有理数N，并且所述原边线圈Tp接入所述第一交流电压，所述副边线圈Ts接入所述第二交流电压。一般而言，应用在车辆领域的变压器110的电池一侧(副边线圈Ts所在一侧)承载的第二交流电压相比于第一交流电压更低，因而N可以为3:1、5:3之类的有理数。

如所理解的，变压器110可以实现从原边线圈Tp一侧的输入电压到副边线圈Ts一侧的输出电压的转换，也可以实现从副边线圈Ts一侧的输入电压到原边线圈Tp一侧的输出电压的转换。一般而言，原边线圈Tp、副边线圈Ts的匝数比N将可以大于1，从而实现从原边到副边的降压，或者实现从副边到原边的升压。

电压变换电路10的电压控制模块102能够将所述母线电压与所述电池电压的比值固定设置为N附近。具体而言，在正向充电模式或者反向放电模式下，通过电压控制模块102控制母线电压始终为电池电压的N倍，即令V

应当理解，受限于实际环境或者工业精度，将所述母线电压与所述电池电压的比值固定设置为N有时是困难的，因而可以将所述母线电压与所述电池电压的比值固定设置为N附近(例如，在与N相差固定值、百分比的范围内)，这些情形都应当视为以N值为目标进行了电压控制，本申请的保护范围也延及此等情形。

在本申请的一些实施例中，如图1所示，电压变换器101为LLC变换器。在其他示例中，电压变换器101还可以是如图2所示的CLLC变换器或者图3所述的CLLLC变换器。在本申请的一些实施例中，第一逆变谐振电路、第二逆变谐振电路分别包括实现直流电压与方波电压之间转换的全桥逆变电路，和实现方波电压与正弦电压之间转换的谐振电路。如图1所示，LLC变换器101的第一逆变谐振电路由全桥逆变电路111和谐振电路(113、114、115)组成。其中，全桥逆变电路111包括如图所示的四个开关管，而谐振电路包括电容113、电容114和电感115。LLC变换器101的第二逆变谐振电路由全桥逆变电路112和谐振电路116组成。其中，全桥逆变电路112包括如图所示的四个开关管，而谐振电路116包括电容116。

转至图2，相比于图1所示的LLC变换器，图2中的CLLC变换器101的第二逆变谐振电路中的谐振电路增加了电容201。继续参考图3，图3所示的CLLLC变换器101在图2的基础上在其第二逆变谐振电路的谐振电路上增加了电感301。

采用LLC变换器的优势在于取消了副边谐振器件，从而相对于CLLC变换器、CLLLC变换器可以降低了成本。LLC变换器、CLLC变换器、CLLLC变换器的一般工作原理可以参照现有技术，本文在此不作赘述。

在本申请的一些实施例中，母线电压来自于外接的交直流转换器(图中未示出)，并且在变换电路10将母线电压变换为电池电压的充电过程中，电压控制模块102指示交直流转换器调整输出的母线电压，将母线电压与电池电压的比值固定设置为N附近。

在充电过程中，设电池电压下限为V

具体而言，在正向充电模式下，通过电压控制模块102将可以向交直流转换器发送指令，以指示交直流转换器调整输出的母线电压，从而控制母线电压始终为电池电压的N倍，即令V

图5示出了LLC变换器101的正向谐振等效电路，其正向谐振增益函数满足：

其中：M＝V

n＝Tp/Ts，为变压器110原副边匝数之比

λ＝Lr/Lm，为谐振电感Lr与励磁电感Lm之比；

fn＝f/fr，为归一化频率，即为当前工作频率与谐振频率fr之比；

为品质因数；

Rac＝n

Lr，为正向谐振电感；

Cr，为正向谐振电容；

Lm，为正向励磁电感；

为正向谐振频率。

此外，图6中示出了LLC变换器101的正向谐振增益曲线。

在本申请的一些实施例中，在变换电路10将电池电压变换为母线电压的放电过程中，电压控制模块102指示第一逆变谐振电路调整其参数，将母线电压与电池电压的比值固定设置为N附近。

具体而言，在反向放电模式下，通过电压控制模块102控制母线电压始终为电池电压的N倍，即令V

图7示出了LLC变换器101的反向谐振等效电路，其反向谐振增益函数满足：

其中：M＝V

fn＝f/fr'，为归一化频率，即为当前工作频率与反向谐振频率fr'之比；

为反向品质因数；

R'ac＝R

L'r＝Lr/n

C'r＝Cr/n

L'm＝Lm/n

为反向谐振频率。

此外，图8中示出了LLC变换器101的反向谐振增益曲线。

本申请的另一方面提供一种电压变换方法，所述方法用于利用电压变换器实现，并且所述电压变换器包括：配置成在直流的母线电压与第一交流电压之间进行转换的第一逆变谐振电路；配置成在电池侧直流的电池电压与第二交流电压之间进行转换的第二逆变谐振电路；和原边线圈、副边线圈的匝数比为正有理数N的变压器。所述方法包括如下步骤：将所述原边线圈接入所述第一交流电压，并且将所述副边线圈接入所述第二交流电压；以及将所述母线电压与所述电池电压的比值固定设置为N附近。根据本申请的电压变换方法可以实现直流到直流的转换，并且使得转换维持在较高的效率。电压变换方法的具体过程的开展可以按照电压变换电路10进行，上述内容一并引用于此，限于篇幅本文在此不作赘述。

在本申请的一些实施例中，所述母线电压来自于外接的交直流转换器，并且在所述变换电路将所述母线电压变换为所述电池电压的充电过程中，指示所述交直流转换器调整输出的所述母线电压，将所述母线电压与所述电池电压的比值固定设置为N附近。

在本申请的一些实施例中，在所述变换电路将所述电池电压变换为所述母线电压的放电过程中，指示调整所述第一逆变谐振电路的参数，将所述母线电压与所述电池电压的比值固定设置为N附近。

在本申请的一些实施例中，所述第一逆变谐振电路、所述第二逆变谐振电路分别包括实现直流电压与方波电压之间转换的全桥逆变电路，和实现方波电压与正弦电压之间转换的谐振电路。

在本申请的一些实施例中，所述电压变换器为LLC变换器、CLLC变换器或者CLLLC变换器。

根据本申请的另一方面，提供一种电压变换电路，其包括：存储器，其配置成存储指令；和处理器，其配置成执行指令以执行如上文所述的任意一种方法。

根据本申请的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其中存储有指令，当所述指令由处理器执行时，使得所述处理器执行如上文所述的任意一种电压变换方法。本申请中所称的计算机可读介质包括各种类型的计算机存储介质，可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。举例而言，计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、E

本申请以上实施例提出的双向隔离DCDC变换器可以用于大功率直流充电桩、双向换电站等场合，从而可以实现降本增效，因此具有很高的经济价值。以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此。本领域的技术人员可以根据本申请所披露的技术范围想到其他可行的变化或替换，此等变化或替换皆涵盖于本申请的保护范围之中。在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征还可以相互组合。本申请的保护范围以权利要求的记载为准。