下一代800V电池架构高功率密度车载充电机实现方法

技术领域

本发明涉及下一代800V电池架构的高功率密度车载充电机的实现方法，属于电动汽车的车载充电机技术领域。

背景技术

随着近几年电动汽车快速发展和普及，续航焦虑和充电速度成为人们关注的话题。更高的装车电池容量和电池电压架构成为未来的必然趋势。车载充电机是装载在电动汽车上的重要单元，因而功率密度非常重要。

如图1所示，常用的两级结构的车载充电机中第一级有源功率因数校正电路实现AC/DC功能，第二级由隔离型DC/DC电路实现输出宽范围精确可调、低纹波高品质直流电。如图2所示，在保证单位功率因数的情况下，输入功率P

由上式可以得出：输入功率P

为了降低直流母线电容C

于20200911公开的、公开号为CN111645544A的发明专利申请提出一种复用电机中的三相变换器的方法降低直流母线电容。三相变换器可以看作一个全桥和一个半桥电路的组合，全桥可以作为整流器而半桥可以与外加电感电容构成有源滤波器。然而这种复用的方式很难对各系统进行针对性的优化，虽然复用了功率器件，但开关频率一般较低对功率密度的贡献有限。

于20191112公开的、公开号为CN110445227A的发明专利申请提出了一种复用直流变换器原边电路作为车载充电机有源滤波器的方法。然而该复用方法需要车载充电机和辅助电池充电器的功能完全隔离，无法同时使用限制了灵活性。并且该方法仅适用于辅助电池充电器原边有隔直电容的半桥结构。随着低压负载的增大，原边全桥结构更适用于大功率场合而需要被使用。另外，有源滤波器的软开关状态很难保证。

综上，为了降低直流母线电容，需要将输入低频功率转移，以提升系统功率密度。现存方案都有一定的局限性。因此使用更简单高效的方案来转移低频纹波，提升系统功率密度具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是：使用更简单高效的方案来转移低频纹波，提升系统功率密度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种下一代800V电池架构高功率密度车载充电机实现方法，其特征在于，使用两级电路拓扑结构，包括用于实现交流转直流功能的第一级AC/DC电路以及第二级隔离型DC/DC电路，位于位于第一级AC/DC电路与第二级隔离型DC/DC电路之间的直流母线电容C

优选地，将串联的电容C

式中，C

优选地，所述电容C

V

优选地，第二级隔离型DC/DC电路中，开关频率保持恒定，电感L

对于V

当V

当V

对于V

当V

当V

针对800V电池架构的动力电池，将输入功率的直流分量和低频纹波转移到电压更高的电池端降低了系统对直流母线电容容量的需求。通过改变电池端的串联滤波电容的电压分配储存输入端的低频纹波实现为动力电池直流充电。低频纹波转移控制与双有源桥控制虽然复用器件但实现过程完全分开，不会引入控制复杂度。双有源桥的控制会提前帮助低频纹波转移控制打开主开关且在一段时间内开关S5或S8保持常通状态，降低了开关损耗。

附图说明

图1示意了常用的两级结构的车载充电机；

图2示意了车载充电机输入电压电流与功率之间的关系；

图3示意了利用有源滤波器转移低频纹波；

图4示意了本发明所使用的拓扑结构；

图5示意了低频纹波和输出串联电容存储的能量对应关系；

图6示意了当电池电压为870V时，不同功率下，输出串联电容的容值C

图7示意了一个工频周期内V

图8示意了当V

图9示意了当V

图10示意了本发明所提出方案的仿真波形。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图4所示，为本发明所使用的拓扑结构，本发明的整个系统分为两级，包括第一级AC/DC电路以及第二级隔离型DC/DC电路。第一级AC/DC电路用于实现交流转直流的功能，其输入功率中包含直流分量、低频纹波和高频纹波。第二级隔离型DC/DC电路使用双有源桥结构提供隔离和调压功能。为了实现更好的低频纹波转移和更优的稳态性能，本发明需要将输入低频纹波转移到电压更高的电池端。位于第一级AC/DC电路与第二级隔离型DC/DC电路之间的直流母线电容C

式中：V

由于V

为了保证低频纹波能被输出串联电容吸收，低频纹波和输出串联电容存储的能量对应关系如图5所示，其中，阴影部分表示的吸收低频纹波所需要存储最大能量E

式中，T

若低频纹波能被输出串联电容吸收，需满足E

则当电池电压为870V时，不同功率下，输出串联电容的容值C

V

整个控制过程可以分为两种情况进行分析：第一种情况是V

接下来将以第一种情况的实现方式为例进行分析。第二级隔离型DC/DC电路的开关频率保持恒定，电感L

当V

当V

第二种情况V

当V

值得注意的是，该功能的实现是通过开关管S

如图10所示，输入电压v