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储能系统技术 储能系统 LLC谐振 ★ 5.0

一种具有对称增益和抗直流偏置能力的双向LLC拓扑

A Bi-Directional LLC Topology With Symmetrical Gain and Anti-DC Bias Ability

作者 Qinghua Chen · Hanyu Wang · Ke Wu · Jiacai Zhuang · Yuanze Zhang
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2025年1月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 LLC谐振
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 双向LLC谐振变换器 电压增益 抗直流偏置 拓扑结构 策略有效性
语言:

中文摘要

双向 LLC 谐振变换器在许多关键应用中起着关键作用,如车载充电器和储能系统。然而,对于传统的双向 LLC 变换器,在反向运行时,电压增益会变窄,并且可能会出现直流偏置。因此,如何以最低成本在实现抗直流偏置能力的同时保证对称的增益是一个主要关注点。本文提出了一种新的双向 LLC 拓扑结构来解决上述问题。首先,在初级侧添加一个开关控制的辅助电感支路,以实现精确的双向电压增益。其次,在次级侧添加另一个小电感,其电流易于测量,用于控制抗直流偏置。最后,通过增加直流偏置抑制策略,所提出的拓扑结构可以确保电压增益对称,并且不存在直流偏置问题。仿真和实验结果证明了该方法的有效性。

English Abstract

Bi-directional LLC resonant converters play a key role in many critical applications, such as on-board charger and energy storage system. However, for conventional bidirectional LLC converters, the voltage gain becomes narrow and dc bias may occur during reverse operation. Therefore, how to guarantee a symmetrical gain while enabling anti-dc bias ability with minimum cost is a major concern. In this paper, a new bi-directional LLC topology is proposed to address the above issues. Firstly, a switch-controlled auxiliary inductor branch is added at primary side to have the exact bi-directional voltage gain. Secondly, another small inductor is added at secondary side, whose current is easily measured, to control the anti-dc bias. Finally, by adding the dc bias suppression strategy, the proposed topology can ensure the voltage gain symmetrical and have no dc bias problem. Simulation and experiment results demonstrate the effectiveness of the proposed method.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项双向LLC谐振变换器技术具有重要的战略应用价值。该技术通过创新性地引入开关控制辅助电感和直流偏置抑制策略,有效解决了传统双向LLC拓扑在反向运行时增益不对称和直流偏置的核心问题,这与我司在储能系统和车载充电器领域的技术需求高度契合。

在储能系统应用层面,双向LLC拓扑的对称增益特性能够显著提升能量双向流动的效率和可控性。我司的大型储能变流器(PCS)产品在电网调峰、削峰填谷等场景中需要频繁进行充放电切换,该技术可确保充放电模式下的一致性能表现,降低控制复杂度,提升系统整体效率。特别是抗直流偏置能力的增强,能够有效避免变压器磁芯饱和问题,这对提高储能系统的长期可靠性和降低维护成本具有实质意义。

对于新能源汽车充电桩和车载OBC业务,该技术的轻量化设计思路(通过最小成本实现功能优化)符合车载应用对功率密度和成本控制的严格要求。对称增益特性使得V2G(车辆到电网)双向充电场景更具可行性,这与我司布局的光储充一体化解决方案形成良好协同。

技术成熟度方面,论文已完成仿真和实验验证,但工程化应用仍需关注几个挑战:辅助电感和控制策略在大功率场景下的热管理、开关损耗优化,以及与现有产品平台的集成适配性。建议我司技术团队跟进该方向的深度研发,特别是在1500V高压储能系统和大功率快充领域进行针对性验证,抢占双向能量管理技术的制高点。