專利名稱：三路并聯(lián)輸出的充電電源模塊均流控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動汽車充電站/換電站技術(shù)領(lǐng)域，特別是充電電源模塊內(nèi)和模塊間的均流技術(shù)。
背景技術(shù)：
電動汽車是節(jié)能、無污染的交通工具，電動汽車的充電技術(shù)也在不斷的發(fā)展。電動汽車充電電源通常采用多個電源模塊并聯(lián)供電，以實(shí)現(xiàn)大功率輸出。充電電源的并聯(lián)運(yùn)行是電源產(chǎn)品模塊化，大容量化的一個有效方法，并聯(lián)運(yùn)行一方面可以使小功率模塊方便組合成大功率的電源系統(tǒng)，其容量可以任意擴(kuò)展，另一方面
可以根據(jù)使用場合的需要自由組合，方便靈活。但實(shí)際中由于工藝技術(shù)水平的限制和器件特性本身的差異等多種原因，使各個直接并聯(lián)的電源電路和電源模塊很難保證均勻分擔(dān)負(fù)載電流，這樣會造成某些模塊輕載，某些模塊過載，過載模塊的熱應(yīng)力和電應(yīng)力大，壽命下降，所以，在并聯(lián)系統(tǒng)中必須采用均流技術(shù)來平衡負(fù)載電流分配。目前在大功率電源模塊中，常用的均流方法有:輸出阻抗法、主從控制法、平均電流法、最大電流法。輸出阻抗法是最簡單的均流方法，電流平衡性差，容易受元器件的容差，老化和物理條件的改變；主從控制法的均流精度高，但最大缺點(diǎn)是一旦主控電源模塊出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)完全失控；平均電流法也可以實(shí)現(xiàn)精確均流，但具體應(yīng)用時，一旦某個模塊不能工作或均流母線短路時，會遭成電源系統(tǒng)故障。最大均流法是目前采用最廣泛的硬件均流方法，但是需要相對較多的硬件和成本。所以各種硬件均流方法均有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種電路元器件少、電流平衡性好的基于CAN總線的三路并聯(lián)輸出的充電電源模塊均流系統(tǒng)及方法。本發(fā)明三路并聯(lián)輸出的充電電源模塊均流控制系統(tǒng)采用的技術(shù)方案如下:由監(jiān)控單元和多個電源模塊單元組成，每個電源模塊單元均采用并行的三項AC輸入、三路DC輸出并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，并聯(lián)的平行三路為A項、B項、C項電路，每一項電路均由電磁干擾濾波器、功率因素校正器、半橋LLC諧振變換器依次串聯(lián)組成，每一項電路中的每個功率因素校正器以及每個半橋LLC諧振變換器均連接CPU控制電路，每個CPU控制電路均經(jīng)CAN模塊接口和CAN總線連接監(jiān)控單元。本發(fā)明三路并聯(lián)輸出的充電電源模塊均流控制方法采用的技術(shù)方案是具有如下步驟:I)監(jiān)控單元指定任意一個電源模塊單元為主模塊，其余電源模塊單元為從模塊，主模塊的A項電路為主電路；2 )CPU控制電路讀取主電路A項電路的輸出電流值，并把其做為電流參考值，主模塊的B、C兩項電路的輸出電流在CPU控制電路控制下跟隨A項電路的輸出電流；3)主模塊將其A項電路的輸出電流參考值通過CAN總線廣播給其余從模塊作為輸出電流參考，從模塊將接受的電流參考值作為單項電路輸出電流目標(biāo)值，在PU控制電路控制從模塊的A，B, C三項電路輸出電流值跟隨主模塊的A項電路的輸出電流值。本發(fā)明指定一路為主電路，其余電路的輸出電流以一定的響應(yīng)速度跟隨主電路的輸出電流值，監(jiān)控單元實(shí)時監(jiān)控電源模塊單元運(yùn)行狀態(tài)，如果當(dāng)前主模塊一旦出現(xiàn)運(yùn)行故障，可及時切換到一個運(yùn)行正常的模塊為主模塊，即避免了一旦主模塊出現(xiàn)故障，系統(tǒng)出錯的狀態(tài)，能增強(qiáng)系統(tǒng)的容錯能力，故障率低。由于系統(tǒng)的增容是通過CAN總線，所以系統(tǒng)擴(kuò)容是不需要改變系統(tǒng)硬件和結(jié)構(gòu)的，成本相對較低、電路元器件少、系統(tǒng)擴(kuò)展能力較好，均流方案容易通過軟件升級來實(shí)現(xiàn)，相較于其他控制方法更加簡易和靈活。


圖1是三路并聯(lián)輸出的充電電源模塊均流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖2、圖3是單項電路的均流誤差調(diào)節(jié)電路 圖中:1.監(jiān)控單元；2.電源模塊單元；3.電磁干擾濾波器；4.功率因素校正器；5.半橋LLC諧振變換器；6.CPU控制電路；7.CAN模塊接口。
具體實(shí)施例方式如圖1所示:充電站/換電站三路并聯(lián)輸出的充電電源模塊輸出電流均流系統(tǒng)由監(jiān)控單元I和多個電源模塊單元2組成；監(jiān)控單元I和電源模塊之間采用CAN總線連接，與CAN BUS (控制器局域網(wǎng)總線)實(shí)現(xiàn)參數(shù)信息的通信。每個電源模塊單元I均采用并行的三項AC輸入、三路DC輸出并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，采用并行的二項電路，有利于電網(wǎng)負(fù)載的平衡。將模塊內(nèi)并聯(lián)的平行二路稱為A項、B項、C項電路。每一項電路都是由電磁干擾濾波器3 (EMI filter)、功率因素校正器4 (PFC)、半橋LLC諧振變換器5 (PFC)依次串聯(lián)組成。功率因素校正器4可防止電網(wǎng)諧波干擾，采用BOOST (升壓)PFC有源功率因素校正電路，輸出電壓的標(biāo)稱值為直流400V，半橋LLC諧振變換器5將直流400V輸入轉(zhuǎn)變成50-120V的直流輸出。每一項電路中的每個功率因素校正器4以及每個半橋LLC諧振變換器5均連接CPU控制電路6。每個CPU控制電路6均經(jīng)CAN模塊接口 7和CAN總線連接監(jiān)控單元I(Supervisor module)。CPU控制電路6用于監(jiān)測電源模塊單元I的正常工作狀態(tài),如輸入電壓范圍、頻率范圍、溫度范圍及功率因素校正器4、半橋LLC諧振變換器5的輸出狀態(tài)，并做及時保護(hù)動作。同時，通過CAN通訊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的通訊功能和均流功能。CPU控制電路6采用TMS320F28035芯片，主頻是60MHZ，采用128KB閃存，外設(shè)有12位16通道ADC(數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器)，高分辨率PWM (脈寬調(diào)制)輸出，CAN控制器等，適合對電源模塊管理。所有均流工作原理的本質(zhì)是通過調(diào)整改變輸出電壓，從而改變負(fù)載電流。在電源模塊單元2中，就是改變半橋LLC諧振變換器5的輸出電壓。半橋LLC諧振變換器5可使功率管零電壓打開和小電流關(guān)閉，使電源模塊單元2的功率轉(zhuǎn)換效率更高，功率密度更大。半橋LLC諧振變換器5的輸出電壓和輸出電流調(diào)節(jié)采用電流型控制方法，反饋環(huán)路包括電壓反饋外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)，可控制半橋LLC諧振變換器5的輸出電壓和輸出電流。電路的輸出電流(即半橋LLC諧振變換器5輸出電流)，經(jīng)取樣電路后，成為LLC取樣電流，此LLC取樣電流經(jīng)單級運(yùn)算放大器和RC濾波器后，成為LLC取樣電流。如圖2所示，LLC取樣電流信號經(jīng)電流放大濾波電路(主要由運(yùn)算放大器358構(gòu)成)處理后，成為LLC電流采樣信號，此電流采樣信號也是電路的瞬時輸出電流值，提供給CPU控制電路6，CPU控制電路6通過A/D讀取電路的瞬時輸出電流值，對此瞬時輸出電流值經(jīng)過處理，與要跟隨的電流值相比較，產(chǎn)生PWM型輸出均流誤差。如圖3所示，PWM型輸出均流誤差經(jīng)過RC濾波器后，再經(jīng)運(yùn)算放大器構(gòu)成的跟隨器阻抗隔離，輸出電壓設(shè)定也經(jīng)過另一個濾波放大電路處理，將經(jīng)過RC濾波、放大電路處理后的PWM型輸出均流誤差值與經(jīng)過濾波放大電路處理后的輸出電壓設(shè)定值疊加，改變電壓反饋環(huán)路的電壓參考基準(zhǔn)，來調(diào)整輸出電壓，進(jìn)而改變輸出電流。所以，均流的實(shí)現(xiàn)，是通過改變輸出電壓參考基準(zhǔn)來改變輸出電壓的。監(jiān)控單元I設(shè)定基本運(yùn)行參數(shù)，如輸出電壓、最大輸出電流等。同時指定任意一個電源模塊單元2為主模塊。系統(tǒng)內(nèi)的其余電源模塊單元2默為從模塊。這些基本運(yùn)行參數(shù)由監(jiān)控單元I通過CAN總線通訊傳遞給每個電源模塊單元2。被指定為主模塊的這個電源模塊單元2的A項電路自動為主電路(雖然B、C項電路亦可，但因?yàn)槟K內(nèi)A項與輔助電源關(guān)系，首選A項)。主模塊中的CPU控制電路6讀取主電路A項的輸出電流值，并把其做為電流參考值，主模塊中的B，C兩項電路的輸出電流在CPU控制電路6控制下亦跟隨A項電路的輸出電流，保證了主模塊的三項均流。同時主模塊把A項的輸出電流參考值通過CAN總線廣播給其余從模塊作為輸出電流參考。從模塊單元把通過CAN總線接受的電流參考值(主模塊A項輸出電流值)，作為單項電路輸出電流目標(biāo)值，在CPU控制電路6控制下，從模塊的A，B，C三項電路輸出電流值亦動態(tài)的跟隨主模塊A項輸出電流值，這樣的均流控制很容易實(shí)現(xiàn)了模塊內(nèi)和模塊間的均流。
權(quán)利要求
1.一種三路并聯(lián)輸出的充電電源模塊均流控制系統(tǒng)，由監(jiān)控單元(I)和多個電源模塊單元(2)組成，每個電源模塊單元(I)均采用并行的三項AC輸入、三路DC輸出并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，并聯(lián)的平行三路為A項、B項、C項電路，其特征是:每一項電路均由電磁干擾濾波器(3)、功率因素校正器(4)、半橋LLC諧振變換器(5)依次串聯(lián)組成，每一項電路中的每個功率因素校正器(4)以及每個半橋LLC諧振變換器(5)均連接CPU控制電路(6)，每個CPU控制電路(6)均經(jīng)CAN模塊接口( 7)和CAN總線連接監(jiān)控單元(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三路并聯(lián)輸出的充電電源模塊均流控制系統(tǒng)，其特征是:半橋LLC諧振變換器(5)的輸出電流經(jīng)取樣電路、單級運(yùn)算放大器、RC濾波器，輸出LLC取樣電流，LLC取樣電流信號經(jīng)電流放大濾波電路輸入CPU控制電路(6)，CPU控制電路(6)對此信號處理后產(chǎn)生PWM型輸出均流誤差，PWM型輸出均流誤差值經(jīng)濾波、運(yùn)放電路處理后與經(jīng)濾波放大電路處理的輸出電壓設(shè)定值疊加，調(diào)整輸出電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三路并聯(lián)輸出的充電電源模塊均流控制系統(tǒng)，其特征是:功率因素校正器(4)輸出電壓標(biāo)稱值為400V，半橋LLC諧振變換器(5)輸出電壓為50-120V。
4.一種如權(quán)利要求1所述三路并聯(lián)輸出的充電電源模塊均流控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是具有如下步驟: 1)監(jiān)控單元(I)指定任意一個電源模塊單元(2)為主模塊，其余電源模塊單元(2)為從模塊,主模塊的A項電路為主電路； 2)CPU控制電路(6)讀取主電路A項電路的輸出電流值，并把其做為電流參考值，主模塊的B、C兩項電路的輸出電流在CPU控制電路(6)控制下跟隨A項電路的輸出電流； 3)主模塊將其A項電路的輸出電流參考值通過CAN總線廣播給其余從模塊作為輸出電流參考，從模塊將接受的電流參考值作為單項電路輸出電流目標(biāo)值，CPU控制電路(6)控制從模塊的A，B, C三項電路輸出電流值跟隨主模塊的A項電路的輸出電流值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于電動汽車充電站/換電站的三路并聯(lián)輸出的充電電源模塊均流控制系統(tǒng)及方法，每一項電路均由電磁干擾濾波器、功率因素校正器、半橋LLC諧振變換器依次串聯(lián)組成，每個功率因素校正器及變換器均連接CPU控制電路，每個CPU控制電路均經(jīng)CAN總線連接監(jiān)控單元；指定任意一個電源模塊單元為主模塊，其余為從模塊；主模塊B、C兩項電路的輸出電流跟隨A項；將A項電路的輸出電流參考值通過CAN總線廣播給其余從模塊，從模塊將接受的電流參考值作為單項電路輸出電流目標(biāo)值，CPU控制從模塊的三項電路輸出電流值跟隨主模塊的A項電路；避免了一旦主模塊出現(xiàn)故障出錯的狀態(tài)，增強(qiáng)容錯能力，擴(kuò)展能力較好。
文檔編號H02J7/00GK103187753SQ20121052850
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者曹冠英 申請人:江蘇嘉鈺新能源技術(shù)有限公司