本技術涉及充放電，尤其是涉及一種基于大功率雙向逆變器的雙向快充方法及其系統。

背景技術：

1、近年來，隨著便攜式儲能產品在戶外活動、家庭應急等場景中的廣泛應用，對于高效、快速且可靠的充電和放電需求日益增加。傳統的雙向逆變器通常采用獨立設計的充電電路和放電電路來實現這些功能，即充電時使用專用的充電模塊將市電轉化為直流電給電池組充電，而放電時則利用單獨的放電模塊將電池組的直流電轉換為交流電供外部負載使用。

2、然而，在現有的技術方案中，充電電路和放電電路是相互獨立的兩個模塊，這不僅增加了整體電路的復雜性和元器件的數量，而且使得具備充電模塊和放電模塊的雙向充電電路規模較大，占用大量的物理空間；此外，由于這兩個模塊分別配置了各自的整流電路和逆變電路，進一步導致了電路體積龐大、成本上升的問題；同時，充電與放電模式之間的切換不夠靈活，特別是在充電過程中禁止或限制向外放電，即使允許也會顯著延長充電時間，影響用戶體驗。

3、因此，如何簡化雙向逆變器的電路設計，減小其體積，提高能量轉換效率，成了亟待解決的問題。

技術實現思路

1、為了簡化雙向逆變器的電路設計，減小雙向逆變器的體積，提高能量轉換效率，本技術提供一種基于大功率雙向逆變器的雙向快充方法及其系統。

2、第一方面，本技術的發明目的采用如下技術方案實現：

3、一種基于大功率雙向逆變器的雙向快充方法，所述大功率雙向逆變器包括升壓降壓切換模塊和逆變整流模塊，所述升壓降壓切換模塊連接電池組并具備升壓、降壓功能以及進行放電模式、充電模式的模式切換；所述方法包括：

4、在放電模式中，電池組輸出的直流電經所述升壓降壓切換模塊升壓至預設電壓值，升壓的直流電再經過所述逆變整流模塊轉換成供給外部負載的交流電；所述逆變整流模塊在放電模式中作為逆變電路使用；

5、在充電模式中，外部供電電源輸入的交流電由所述逆變整流模塊整流成直流電，整流后的直流電再通過所述升壓降壓切換模塊降壓至供給所述電池組的電壓值，所述逆變整流模塊在充電模式中作為整流電路使用。

6、通過采用上述技術方案，電池組為可充放電的蓄電池組；本技術提供了一種基于大功率雙向逆變器的雙向快充技術，通過整合升壓降壓切換模塊和逆變整流模塊的功能，區別于現有技術中充電功能和放電功能都需要獨立的整流電路和逆變電路的需求，從而大大簡化了雙向逆變器的電路設計，降低了元器件的數量，并減小了雙向逆變器的體積，即節省了空間并提高了雙向逆變器的集成度；通過使用升壓降壓切換模塊，在充電時可直接將交流電轉化為適配電池組的直流電，在放電時則能將電池組的直流電升高到適合外部負載使用的電壓水平，整個過程中的能量轉換更加直接有效，減少了能量損失，提升了系統充電和放電效率。

7、本技術在一較佳示例中：所述升壓降壓轉換模塊包括用于將電池組輸入電壓按照固定比例升壓的第一級電路和用于將母線電壓調整至預設穩定值的第二級電路，所述逆變整流模塊包括用于穩定輸出交流電的第三級pfc逆變電路；

8、在放電模式中，所述第一級電路對電池組電壓進行初次升壓，所述第二級電路對電池組電壓進行二次升壓并穩定母線電壓至預設電壓值，所述第三級pfc逆變電路完成直流電到交流電的轉換；

9、在充電模式中，外部供電電源先經過所述第三級pfc逆變電路進行pefc整流升壓處理，由所述第二級電路調節充電電壓至預設充電值，通過所述第一級電路降壓，給所述電池組充電；所述升壓降壓轉換模塊基于電池組的實時電壓值切換執行不同的充電模式。

10、通過采用上述技術方案，通過三級電路設計的組合，實現從電池組到交流輸出或從外部電源到電池組充電的高效電壓轉換，在放電模式中，第一級和第二級電路共同作用以確保母線電壓達到預設值，有利于提高能量傳輸的效率；而在充電模式中，通過第三級電路進行pfc整流升壓處理，并由第二級電路調節至預設充電值，再經第一級電路降壓給電池組充電，通過分階段的電壓處理方式可以避免過充或欠充現象，保護電池壽命；進一步地，升壓降壓轉換模塊基于電池組的實時電壓值切換執行不同的充電模式，使得雙向快充系統能夠自適應地調整到最佳的工作狀態，從而優化了充放電過程，能夠保持高效的性能表現。

11、本技術在一較佳示例中：所述第一級電路包括全橋llc隔離升壓電路，所述第二級電路包括boost-buck雙向電路，所述第三級pfc逆變電路為圖騰式pfc逆變電路；

12、所述全橋llc隔離升壓電路的輸入側還連接有充電繼電器，在所述充電器繼電器閉合時，在充電模式中用于給所述全橋llc隔離升壓電路輸出整流充電信號；

13、所述第三級pfc逆變電路的輸出側還連接有放電繼電器，在放電模式中，在所述母線電壓穩定至預設電壓值時，控制所述放電繼電器閉合，以給外部負載供電。

14、通過采用上述技術方案，本發明引入三級電路設計，即第一級的初次升壓、第二級的二次升壓及穩定母線電壓、第三級pfc你變電路，以更高效地實現直流到交流的轉換以及充電過程中的電壓調整，特別是引入了boost-buck雙向電路的應用，使得大功率雙向逆變器可以在保持輸出穩定的前提下靈活調整電壓，確保了不同工作模式下的高效率；第一級電路采用全橋llc隔離升壓電路也能夠提高電壓轉換效率、提供了電氣隔離，此外，充電繼電器和放電器的使用能夠有助于精確控制信號傳輸路徑，在需要時切斷不必要的電流路徑，放置潛在的充電、放電安全風險；圖騰式pfc逆變電路的應用也進一步提升了雙向快充系統的響應速度和靈活性。

15、本技術在一較佳示例中：在放電模式中，具體包括：所述全橋llc隔離升壓電路還連接有前饋預充電電路，所述前饋預充電電路在電池組電壓達到預設放電區間時時采用全波整流的作業方式；

16、實時監測高壓直流母線電壓vdc作為前饋信號，在重載輕載快速切換過程中，大功率雙向逆變器的輸出電壓有效值vrms波動范圍控制在±5%以內；

17、實時檢測瞬時電流和瞬時電壓，計算瞬時功率和有功功率，并輸出至預設用戶終端；

18、dcdc部分：基于所述全橋llc隔離升壓電路諧振將電池組電壓按照固定升壓比開環升壓至高壓直流母線電壓vdc，其中電池組電壓最低時高壓直流母線電壓vdc最小，電池電壓最高時高壓直流母線電壓vdc達到最大值；

19、dcac部分：使用spwm算法輸出pwm波形至第三級pfc逆變電路，第三級pfc逆變電路將高壓直流母線電壓vdc逆變轉換成有效值為vrms的正弦交流電壓，采用pid算法對高壓直流母線電壓vdc和輸出電壓進行閉環控制，使得輸出的正弦交流電壓有效值穩定。

20、通過采用上述技術方案，電池組電壓達到預設放電區間（例如40-50v）時采用全波整流的作業方式，確保了系統啟動時的平穩過渡；通過實時監測高壓直流母線電壓vdc并將其作為前饋信號，在重載和輕載快速切換過程中，能夠將大功率雙向逆變器的輸出電壓有效值vrms波動范圍控制在很小的波動范圍內，例如波動范圍±5%以內，通過精準的電壓控制提升系統的動態響應速度和穩定性；而通過對電路中的瞬時電流和瞬時電壓的檢測，有利于用戶進行更精細的能量管理和故障診斷，dcdc部分基于全橋llc隔離升壓電路諧振進行諧振升壓，確保了升壓過程的高效性和穩定性。

21、本技術在一較佳示例中：在充電模式中，具體包括：

22、acdc部分：實時檢測電網側輸入電壓，利用鎖相環算法檢測電網電壓相位和頻率；所述第三級pfc逆變電路基于pfc算法和電網電壓相位，將電網側電壓整流并升壓至高壓直流母線電壓vdc，并通過pid算法調整電網側電流與電網側電壓同頻同相，實現接近1的功率因數；

23、dcdc部分：通過全橋llc隔離升壓電路諧振將高壓直流母線電壓vdc降壓至電池電壓，并采用電壓環pid算法和電流環pid算法進行閉環控制，以對電池組的恒流恒壓充電；

24、實時檢測電池電壓，按固定比例調整高壓直流母線電壓vdc，使dcdc部分的全橋llc隔離升壓電路一直處于諧振狀態。

25、通過采用上述技術方案，實時檢測電網側輸入電壓并利用鎖相環（pll）算法檢測電網電壓的相位和頻率，確保了逆變器輸出與電網的精確同步；第三級pfc逆變電路基于pfc算法和電網電壓相位，將電網側電壓整流并升壓至高壓直流母線電壓vdc，并通過pid算法調整電網側電流與電網側電壓同頻同相，實現了接近1的功率因數，有利于減少無功功率損失；在dcdc部分中，通過全橋llc隔離升壓電路的諧振特性，將高壓直流母線電壓vdc降壓至電池電壓，并采用電壓環pid算法和電流環pid算法進行閉環控制，以實現對電池組的恒流恒壓充電，然后實時檢測電池電壓，并按固定比例調整高壓直流母線電壓vdc，使dcdc部分的全橋llc隔離升壓電路一直處于諧振狀態，從而保證了即使在電池電壓變化時，系統也能維持最佳的工作狀態。

26、本技術在一較佳示例中：所述方法還包括：

27、獲取目標充電設備與電網之間的實時電力交互數據，所述實時電力交互數據包括功率流向信息；

28、根據所述功率流向信息，動態調整雙向逆變器的工作模式，以適應不同的充電或放電需求；

29、設置多個電力交互閾值區間，用于區分不同級別的功率輸入狀況或功率輸出狀況；

30、依據當前的電力交互數據及對應的電力交互閾值區間，通過調節雙向逆變器的參數實現快速充電或放電過程的優化控制。

31、通過采用上述技術方案，雙向逆變器的工作模式基于功率流向信息進行動態調整，以快速響應電力需求的變化，通過設置多個電力交互閾值區間，在不同的充電模式或不同的放電模式下區分不同級別的功率輸入狀況和功率輸出狀況，以根據實際的電力交互情況做出最合適的參數調節，有利于提高能量轉換效率。

32、本技術在一較佳示例中：所述動態調整雙向逆變器的工作模式，包括：

33、根據所述功率流向信息，識別出首次出現的顯著功率變化點作為調整起始點；

34、根據預設的響應時間和所述首次出現的顯著功率變化點，確定一個后續的功率調整時段；所述功率調整時段的最大持續時間不超過預設的最長時間限制，在所述功率調整時段內可以完成一次或多次工作模式的調整；

35、基于實時監控到的電力交互數據的變化情況，判定是否需要啟動新的功率調整時段以及選擇合適的工作模式調整策略。

36、通過采用上述技術方案，引入顯著功率變化點作為調整起始點、預設響應時間和功率調整時段、多次工作模式轉換以及基于實時數據的判定機制，顯著提升了雙向快充系統的響應速度、靈活性；根據實時電力交互數據調整工作模式，從而更好地適應電力市場的波動和分布式能源系統的復雜環境，同時次調整都基于顯著的功率變化點和實時數據，減少了不必要的調整次數，從而降低了雙向快充系統因頻繁切換而產生的磨損和潛在故障風險。

37、本技術在一較佳示例中：所述方法還包括：

38、在確定多個電力交互閾值區間時，記錄每個電力交互閾值區間的設定時間；

39、監控判斷每個電力交互閾值區間的設定時間是否超過預設的時間限制；

40、若存在某個電力交互閾值區間的設定時間超過預設的時間限制，則優化調整所述電力交互閾值區間內的操作參數，并輸出優化調整提示信息。

41、通過采用上述技術方案，電力交互閾值區間分別對應于充電模式中的不同充電模式區間進行對應設置，例如電池組的不同充電模式區間包括恒流充電階段、恒壓充電階段，充滿階段和浮充充電階段的四個階段，電池組的不同放電模式區間包括開放電路電壓階段、平臺階段、極化階段和放電結束階段共四個階段；同一充電模式區間或同一放電模式區間至少設置一個電力交互閾值區間，同時還可實時監控并判斷每個電力交互閾值區間是否在當前電力需求的工作模式下運行過長時間，不再適用于當前最佳工作狀態的監控標準，因而在某個電力交互閾值區間的設定時間超過預設的時間限制時，雙向快充系統會自動優化調整該區間內的操作參數，動態調整機制使得系統能夠在長時間運行后重新校準到最優工作狀態，同時通過及時識別并處理超時的電力交互閾值區間，雙向快充系統可以避免因長時間未更新而引起的延遲問題，保持了操作的連續性和穩定性。

42、本技術在一較佳示例中：所述方法還包括：

43、根據當前實時電力交互數據中的功率流向信息，判斷所述當前實時電力交互數據是否符合多個已設定的電力交互閾值區間；

44、若當前實時電力交互數據滿足多個已設定的電力交互閾值區間；則計算與多個已設定電力交互閾值區間的最小響應時間和最大響應時間的時間差；

45、在某一個已設定的電力交互閾值區間的時間差滿足預設的整合條件時，將當前實時電力交互數據對應的控制策略整合入所述電力交互閾值區間內。

46、通過采用上述技術方案，引入多區間匹配機制、最小最大響應時間的時間差計算、以及基于預設整合條件的智能整合策略，顯著提升了雙向快充系統的匹配精度，具體地，先根據當前實時電力交互數據中的功率流向信息，判斷該數據是否符合多個已設定的電力交互閾值區間，系統能夠實現對當前電力狀況的精確匹配；在當前實時電力交互數據滿足多個已設定的電力交互閾值區間時，計算與這些區間的最小響應時間和最大響應時間的時間差，不僅考慮了響應速度，還綜合評估了不同區間的適應性；在某一個已設定的電力交互閾值區間的時間差滿足預設的整合條件時，將當前實時電力交互數據對應的控制策略整合入該區間內，通過智能整合策略使得雙向快充系統能夠動態調整其操作模式，以適應不斷變化的電力需求，同時通過上述多區間匹配、時間差計算及智能整合策略，系統可以更靈活地應對各種不同的電力需求和環境變化，增強了系統的自適應能力；智能整合策略有利于減少不必要的工作模式切換次數。

47、第二方面，本技術的發明目的采用如下技術方案實現：

48、一種基于大功率雙向逆變器的雙向快充系統，用于執行如上所述的一種基于大功率雙向逆變器的雙向快充方法，所述系統包括：

49、升壓降壓切換模塊，連接電池組，具備升壓、降壓功能以及進行放電模式、充電模式的模式切換；

50、逆變整流模塊，與所述升壓降壓切換模塊相連，在放電模式中作為逆變電路使用，將升壓后的直流電轉換為供給外部負載的交流電；在充電模式中作為整流電路使用，將外部供電電源輸入的交流電整流成直流電；

51、所述系統被配置為：

52、在放電模式中，電池組輸出的直流電經所述升壓降壓切換模塊升壓至預設電壓值，升壓后的直流電再經過所述逆變整流模塊轉換成供給外部負載的交流電；

53、在充電模式中，外部供電電源輸入的交流電由所述逆變整流模塊整流成直流電，整流后的直流電再通過所述升壓降壓切換模塊降壓至供給所述電池組的電壓值。

54、綜上所述，本技術包括以下至少一種有益技術效果：

55、1.結合升壓降壓切換模塊和逆變整流模塊的雙向功能集成、精確的電壓控制、穩定的電力傳輸、以及優化的用戶體驗和服務質量等特性，顯著提升了雙向快充系統的能量轉換效率；

56、2.引入電力交互閾值區間的設定時間記錄、超時監控與判斷、自動優化調整以及優化調整提示信息輸出等機制，顯著提升了雙向快充系統的響應速度；

57、3.引入多區間匹配機制、最小最大響應時間的時間差計算、以及基于預設整合條件的智能整合策略，顯著提升了雙向快充系統的匹配精度、靈活性、自適應能力、穩定性和可靠性。