本發(fā)明屬于電動汽車、雙向充放電裝置、不間斷電源，尤其涉及一種提高充放電安全性的裝置。

背景技術：

1、近年來，電動汽車火災事故頻發(fā)，據(jù)統(tǒng)計，34%的電動汽車火災發(fā)生在靜默階段，24%發(fā)生在充電階段，這些非行駛工況下發(fā)生的自燃事故，引起了社會各界的極大擔憂，嚴重影響了公眾對電動汽車行業(yè)的信心?，F(xiàn)階段，電動汽車充放電安全防護，主要集中在電池本身的安全研究和充放電裝置的研究。

2、在現(xiàn)有充放電裝置研究中，有提出一種四開關buck-boost與電容鉗位llc級聯(lián)復用式變換器作為充電電路（魯宜汶,?李萍,?劉國忠,?趙峰,?王久和.?一種cc/cv平滑切換的寬輸出電壓充電電路[j].?電力系統(tǒng)保護與控制2024,?52（03）:25-37.），其優(yōu)點在于實現(xiàn)了電能高效傳輸，但復用橋臂控制復雜，存在橋臂共導可能，文中沒有給出樣機驗證，充放電安全性仍然存在風險；還有提出一種預充電電路的解決方案，通過優(yōu)化電路設計、提高元器件質(zhì)量、加強電路連接等措施，解決充電電路中的元器件損壞、電路連接不良的問題（[3]張瑞斌,?程輝.?電動汽車預充原理及失效案例分析[j].?汽車維修技師,?2024(16):52-54.），這種方法使得充放電的安全性提高了，但由于增加了預充電電路，成本會大大增加。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術存在的缺陷和不足，本發(fā)明旨在提供一種提高充放電安全性的裝置及方法，采用雙向boost/buck+開環(huán)llc+三電平的拓撲結(jié)構(gòu)，拓撲及控制算法簡單，可靠性高。并基于以上裝置設計，重點采用了一種“喚醒”、“休眠”部分硬件電路的方法，通過減小充放電裝置的工作應力、延緩硬件電路的壽命衰減、降低充放電功能失效，從而達到提升充放電設備安全性的目的。

2、該方案可以用于電動汽車或其他類似的充放電設備的應用場景。

3、其具體采用以下技術方案：

4、一種提高充放電安全性的裝置：包括相連接的雙向dc/dc模塊和雙向dc/ac模塊，所述雙向dc/dc模塊包括相連接的雙向boost/buck模塊和雙向llc模塊；所述雙向dc/dc模塊連接充放電設備，所述雙向dc/ac模塊連接電網(wǎng)；

5、所述雙向dc/dc模塊包括級聯(lián)以實現(xiàn)雙向dc/dc功能的雙向boost/buck模塊和雙向llc模塊；其中，雙向boost/buck模塊用于直流電壓的雙向升/降壓，雙向llc模塊采用開環(huán)設計，用于充放電設備側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的電氣隔離。

6、進一步地，所述雙向boost/buck模塊由6路雙向boost/buck電路組成，所述雙向llc模塊由6路雙向llc電路組成；其中，3路雙向boost/buck電路和3路雙向llc電路串行級聯(lián)實現(xiàn)充放電設備直流電壓和正母線電壓間的能量傳遞；另外3路雙向boost/buck電路和3路雙向llc電路串行級聯(lián)實現(xiàn)直流電壓和負母線電壓間的能量傳遞。

7、進一步地，每一路雙向boost/buck電路均連接有一直流切換裝置，包括并聯(lián)的開關rly1和串接有緩沖電阻r1的開關rly2：

8、放電方向上，將直流電壓生成母線電壓：

9、rly2閉合的同時，雙向llc電路開通，充放電設備側(cè)直流電壓通過緩沖電阻r1，對母線電解電容充電c1充電；

10、完成母線緩啟后，閉合rly1同時斷開rly2；此時雙向boost/buck電路構(gòu)成標準的boost電路；充放電設備側(cè)直流電壓通過boost電路進行升壓。

11、雙向llc電路作為電氣隔離的直流變換器，將boost電路的輸出電壓電氣隔離至正母線電壓；

12、充電方向上，母線電壓給充放電設備充電：

13、閉合rly1后；母線電壓通過雙向llc電路電氣隔離后，將母線電壓傳送至雙向boost/buck1進行降壓；雙向boost/buck電路此時構(gòu)成標準的buck電路，對充放電設備（如充放電設備電池）進行充電。

14、進一步地，所述雙向boost/buck模塊各支路開關頻率相同且各支路主開關管導通時刻相位依次相差60°。

15、進一步地，所述雙向llc電路的電壓增益設為2：1。

16、進一步地，所述雙向dc/ac模塊包括三相dc/ac電路和交流切換裝置；所述交流切換裝置用于切換并/離網(wǎng)；三相dc/ac電路用于正負母線與電網(wǎng)的能量傳遞，每一相均由3路t型三電平電路并聯(lián)組成。

17、進一步地，所述雙向boost/buck模塊各支路開關頻率相同且各支路主開關管導通時刻相位依次相差60°，以使6路雙向boost/buck電路交錯并聯(lián)閉環(huán)控制。

18、進一步地，所述雙向dc/dc模塊和/或雙向dc/ac模塊中的多個逆變電感采用同磁芯不同繞組的方式實現(xiàn)，分別用于不同組電路。

19、以及，基于以上裝置設計的提高充放電安全性的方法，其將1路接正母線、1路接負母線的雙向boost/buck電路和雙向llc電路，以及dc/ac電路三相電路的其中1支路構(gòu)成1組電路，使裝置共有3組電路；在緩啟完成后，根據(jù)設定的負載閾值啟用1組、2組或3組電路。其目的在根據(jù)負載量不同，選取最少的電路去工作，即喚醒；不工作的電路，即休眠。休眠的電路即減少了工作應力，降低了壽命損耗，從而提高了裝置硬件的安全性。

20、進一步地，通過對各組電路的啟用或關閉，以適應電池側(cè)充放電和電網(wǎng)側(cè)并離網(wǎng)時負載的變化。

21、進一步地，采用分時有序工作策略，以均衡各組電路啟用的時長。

22、針對電動汽車電池等充放電設備火災事故頻發(fā)的現(xiàn)象，提高充放電安全防護能力，本發(fā)明及其優(yōu)選方案設計了一種級聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)的充放電裝置，并通過實驗驗證了該裝置功能的正確性。通過以下幾點,提升了裝置充放電的安全性：

23、1)?充放電設備側(cè)采用多路并聯(lián)交錯形式，充放電電壓電流紋波小，保護了充放電設備的安全；

24、2)?采用基本的boost/buck拓撲，拓撲簡單；采用llc開環(huán)控制，控制簡單。不僅對充放電設備側(cè)和電網(wǎng)進行了電氣隔離，降低了裝置的高頻干擾，而且拓撲和控制簡單，降低了復雜拓撲和算法引起的充電裝置損壞風險。

25、3)?采用“喚醒”和“休眠”的控制策略，降低了裝置硬件的壽命衰減，提高了充放電的安全性，而且由于裝置輕載時休眠電路不工作，無損耗，運行效率較高，提升了充放電設備（如電動汽車電池）的續(xù)航能力。

技術特征：

1.一種提高充放電安全性的裝置，其特征在于：包括相連接的雙向dc/dc模塊和雙向dc/ac模塊，所述雙向dc/dc模塊包括相連接的雙向boost/buck模塊和雙向llc模塊；所述雙向dc/dc模塊連接充放電設備，所述雙向dc/ac模塊連接電網(wǎng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高充放電安全性的裝置，其特征在于：所述雙向boost/buck模塊由6路雙向boost/buck電路組成，所述雙向llc模塊由6路雙向llc電路組成；其中，3路雙向boost/buck電路和3路雙向llc電路串行級聯(lián)實現(xiàn)充放電設備直流電壓和正母線電壓間的能量傳遞；另外3路雙向boost/buck電路和3路雙向llc電路串行級聯(lián)實現(xiàn)直流電壓和負母線電壓間的能量傳遞。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高充放電安全性的裝置，其特征在于：每一路雙向boost/buck電路均連接有一直流切換裝置，包括并聯(lián)的開關rly1和串接有緩沖電阻r1的開關rly2：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高充放電安全性的裝置，其特征在于：所述雙向llc電路的電壓增益設為2：1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高充放電安全性的裝置，其特征在于：所述雙向dc/ac模塊包括三相dc/ac電路和交流切換裝置；所述交流切換裝置用于切換并/離網(wǎng)；三相dc/ac電路用于正負母線與電網(wǎng)的能量傳遞，每一相均由3路t型三電平電路并聯(lián)組成。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高充放電安全性的裝置，其特征在于：所述雙向boost/buck模塊各支路開關頻率相同且各支路主開關管導通時刻相位依次相差60°，以使6路雙向boost/buck電路交錯并聯(lián)閉環(huán)控制。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高充放電安全性的裝置，其特征在于：所述雙向dc/dc模塊和/或雙向dc/ac模塊中的多個逆變電感采用同磁芯不同繞組的方式實現(xiàn)，分別用于不同組電路。

8.一種提高充放電安全性的方法，其特征在于：基于如權(quán)利要求1-7其中任一所述的提高充放電安全性的裝置：將1路接正母線、1路接負母線的雙向boost/buck電路和雙向llc電路，以及dc/ac電路三相電路的其中1支路構(gòu)成1組電路，使裝置共有3組電路；在緩啟完成后，根據(jù)設定的負載閾值啟用1組、2組或3組電路。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的提高充放電安全性的方法，其特征在于：通過對各組電路的啟用或關閉，以適應電池側(cè)充放電和電網(wǎng)側(cè)并離網(wǎng)時負載的變化。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的提高充放電安全性的方法，其特征在于：采用分時有序工作策略，以均衡各組電路啟用的時長。

技術總結(jié)
本發(fā)明提出一種提高充放電安全性的裝置及方法，包括相連接的雙向DC/DC模塊和雙向DC/AC模塊，所述雙向DC/DC模塊包括相連接的雙向Boost/Buck模塊和雙向LLC模塊；所述雙向DC/DC模塊連接充放電設備，所述雙向DC/AC模塊連接電網(wǎng)；所述雙向DC/DC模塊包括級聯(lián)以實現(xiàn)雙向DC/DC功能的雙向Boost/Buck模塊和雙向LLC模塊；其中，雙向Boost/Buck模塊用于直流電壓的雙向升/降壓，雙向LLC模塊采用開環(huán)設計，用于充放電設備側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的電氣隔離。并基于“喚醒”、“休眠”部分電路的控制策略，通過減小充放電裝置的工作應力、延緩硬件電路的壽命衰減、降低充放電功能失效，從而達到提升充放電設備安全性的目的。

技術研發(fā)人員：石學雷
受保護的技術使用者：廈門大學嘉庚學院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19