三电平逆变器、控制方法及充电方法与流程

本发明涉及电动汽车相关，特别是一种三电平逆变器、控制方法、充电方法、电子设备、存储介质及计算机程序产品。

背景技术：

1、目前在工业电驱动领域，随着直流电压等级和功率等级的升高，以及高速驱动器对于频率要求的提高，两电平逆变器的劣势逐渐暴露出来，如需要使用更高耐压的器件。然而，高 dv/dt 带来更大的电磁干扰（electromagnetic interference，emi）噪声问题，且开关频率提升后将导致效率快速下降。这些缺点限制了两电平逆变器在中高压大功率场合的应用。

2、与传统两电平逆变器相比，多电平逆变器通过增加输出电平的数量，具有输出电能质量高、较低的 thd、较低的 dv/dt，较低的器件耐压要求以及较高的效率等优势，可以弥补两电平逆变器在中高压大功率场合应用的不足。

3、现有的三电平拓扑结构snpc（simplified neutral point clamped）结构分为前级降压（buck）级和后级逆变（inverter）级。其中，四个开关管组成两个半桥构，同时与两个串联的直流母线电容以及电池连接，构成前级buck级，六个开关管组成三个半桥构成后级inverter级，后级inverter级和两电平逆变器一样。

4、然而，现有的三电平拓扑结构存在如下缺点：

5、1、需要中点电压平衡策略，以实时平衡两个直流电容的电压。

6、2、充电时，相比传统两电平无明显优势。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有技术的三电平拓扑结构需要中点电压平衡策略的技术问题，提供一种三电平逆变器、控制方法、充电方法、电子设备、存储介质及计算机程序产品。

2、本发明提供一种三电平逆变器，包括：与电池电连接的前级降压模块、与电机电连接的后级逆变模块、第一中间母线以及第二中间母线，所述电池包括电连接的电池第一部分和电池第二部分，其中：

3、所述前级降压模块包括：第一前级开关管、第二前级开关管、第三前级开关管、第四前级开关管、第一电容以及第二电容，所述第一前级开关管的第一极与所述第二前级开关管的第二极电连接，所述第二前级开关管的第一极与所述第三前级开关管的第二极电连接，所述第三前级开关管的第一极与所述第四前级开关管的第二极电连接，所述第一前级开关管的第二极分别与所述第一电容一端以及所述电池第一部分电连接，所述第一电容另一端与所述第二电容一端电连接，所述第四前级开关管的第一极分别与所述第二电容另一端以及所述电池第二部分电连接，所述第二前级开关管与所述第三前级开关管的连接点为第一连接点，所述第一电容和所述第二电容的连接点为第二连接点，所述电池第一部分和所述电池第二部分的连接点为第三连接点，所述第一连接点、所述第二连接点以及所述第三连接点电连接，所述第三连接点为所述电池的中点，所述第一电容与所述第二电容的电容值相等；

4、所述后级逆变模块通过所述第一中间母线与所述第一前级开关管和所述第二前级开关管的连接点电连接，所述后级逆变模块通过所述第二中间母线与所述第三前级开关管和所述第四前级开关管的连接点电连接。

5、进一步地，所述前级降压模块还包括第一电阻以及第二电阻，所述第一电阻一端与所述第一前级开关管的第二极电连接，另一端与所述第二电阻一端电连接，所述第二电阻另一端与所述第四前级开关管的第一极电连接，所述第一电阻和所述第二电阻的连接点与所述第一连接点、所述第二连接点以及所述第三连接点电连接，所述第一电阻与所述第二电阻的阻值相等。

6、本发明提供一种如前所述的三电平逆变器的控制方法，包括：

7、控制所述第一前级开关管和所述第三前级开关管闭合，断开所述第二前级开关管和所述第四前级开关管，或者控制所述第二前级开关管和所述第四前级开关管闭合，断开所述第一前级开关管和所述第三前级开关管；

8、控制所述后级逆变模块输出。

9、进一步地，所述控制所述第一前级开关管和所述第三前级开关管闭合，断开所述第二前级开关管和所述第四前级开关管，或者控制所述第二前级开关管和所述第四前级开关管闭合，断开所述第一前级开关管和所述第三前级开关管，包括：

10、检测所述电池第一部分和所述电池第二部分的荷电状态；

11、如果所述电池第一部分的荷电状态大于所述电池第二部分的荷电状态，则执行第一操作，否则执行第二操作，所述第一操作为：控制所述第一前级开关管和所述第三前级开关管闭合，断开所述第二前级开关管和所述第四前级开关管，所述第二操作为：控制所述第二前级开关管和所述第四前级开关管闭合，断开所述第一前级开关管和所述第三前级开关管；

12、持续检测所述电池第一部分和所述电池第二部分的荷电状态，根据所述电池第一部分和所述电池第二部分的荷电状态大小关系的变化，交替执行第一操作和第二操作。

13、更进一步地，所述根据所述电池第一部分和所述电池第二部分的荷电状态大小关系的变化，交替执行第一操作和第二操作，包括：

14、在执行所述第一操作时，当检测到所述电池第一部分的荷电状态小于所述电池第二部分的荷电状态减去第一荷电状态阈值的差值时，切换至执行所述第二操作；

15、在执行所述第二操作时，当检测到所述电池第二部分的荷电状态小于所述电池第一部分的荷电状态减去第一荷电状态阈值的差值时，切换至执行所述第一操作。

16、本发明提供一种如前所述的三电平逆变器的充电方法，包括：

17、响应充电请求；

18、在充电桩分别与所述第一中间母线以及所述第二中间母线电连接之后，控制充电桩充电，并交替执行第一操作和第二操作，所述第一操作为：控制所述第一前级开关管和所述第三前级开关管闭合，断开所述第二前级开关管和所述第四前级开关管，所述第二操作为：控制所述第二前级开关管和所述第四前级开关管闭合，断开所述第一前级开关管和所述第三前级开关管。

19、进一步地，所述交替执行第一操作和第二操作，包括：

20、检测所述电池第一部分和所述电池第二部分的荷电状态；

21、在执行所述第一操作时，当检测到所述电池第一部分的荷电状态大于所述电池第二部分的荷电状态与第二荷电状态阈值之和时，切换至执行第二操作；

22、在执行所述第二操作时，当检测到所述电池第二部分的荷电状态大于所述电池第一部分的荷电状态与第二荷电状态阈值之和时，切换至执行第一操作。

23、本发明提供一种电子设备，包括：

24、至少一个处理器；以及，

25、与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

26、所述存储器存储有可被至少一个所述处理器执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器执行，以使至少一个所述处理器能够执行如前所述的三电平逆变器的控制方法或者三电平逆变器的充电方法。

27、本发明提供一种存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行如前所述的三电平逆变器的控制方法或者三电平逆变器的充电方法的所有步骤。

28、本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如前所述的三电平逆变器的控制方法或者三电平逆变器的充电方法。

29、本发明的三电平逆变器，将电池分为电池第一部分和电池第二部分，在前级降压模块中，将电池第一部分和电池第二部分的连接点与第一电容和第二电容的连接点连接起来，从而使得第一电容和第二电容的电压相等，无需中点电压平衡策略。同时，本发明还提供三电平逆变器的控制方法，通过单独控制部分前级开关管闭合，部分前级开关管断开，从而减少开关次数，提高效率。最后，本发明还提供三电平逆变器的充电方法，通过交替控制部分前级开关管闭合，部分前级开关管断开，分别对电池第一部分和电池第二部分充电，达到低压充电桩给高压电池充电的目的，提高充电兼容性。