一種n-pmos開(kāi)關(guān)解耦的電動(dòng)汽車復(fù)合電源的制作方法
【專利摘要】一種N-PMOS開(kāi)關(guān)解耦的電動(dòng)汽車復(fù)合電源，包括：電池組、雙向DC-DC變換器、超級(jí)電容、NMOS開(kāi)關(guān)、PMOS開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓電容、二極管、DSP模塊、電壓檢測(cè)模塊、電流檢測(cè)模塊和電機(jī)逆變器；其方式在于：DSP模塊能夠根據(jù)功率大小來(lái)決定高低電平輸出：當(dāng)功率需求大時(shí)，DSP模塊輸出高電平，NMOS開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、PMOS開(kāi)關(guān)關(guān)斷，超級(jí)電容單獨(dú)輸出；當(dāng)功率需求小時(shí)，DSP模塊輸出低電平，NMOS開(kāi)關(guān)關(guān)斷，PMOS開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，電池組單獨(dú)輸出。本實(shí)用新型所產(chǎn)生的有益效果是：本實(shí)用新型復(fù)合電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且能有效提高系統(tǒng)效率。
【專利說(shuō)明】—種N-PMOS開(kāi)關(guān)解耦的電動(dòng)汽車復(fù)合電源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電動(dòng)車的車載電源領(lǐng)域，涉及一種電動(dòng)汽車用雙向DC-DC變換的復(fù)合電源。

【背景技術(shù)】
[0002]低碳減排是當(dāng)今時(shí)代的潮流和未來(lái)可持續(xù)性發(fā)展的必然要求，在此大環(huán)境下，為降低汽車的碳排放和節(jié)約燃油成本，世界各國(guó)都在加大力度進(jìn)行電動(dòng)汽車的研發(fā)，而車載電源技術(shù)是制約電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸。由于電池技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)不可能有突破性進(jìn)展，復(fù)合電源應(yīng)運(yùn)而生。
[0003]現(xiàn)階段電動(dòng)汽車車載電源亟待解決的問(wèn)題主要體現(xiàn)在:如何減小汽車在起動(dòng)、力口速、爬坡及高速巡航時(shí)大功率對(duì)電池組的損害性沖擊；制動(dòng)時(shí)如何實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的快速回收并同時(shí)保證電池組的安全；如何在不同條件下的實(shí)現(xiàn)車載電源的高效率工作。上述問(wèn)題需結(jié)合復(fù)合電源自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并考慮相應(yīng)的能量管理策略來(lái)綜合解決。
[0004]解決大功率輸出對(duì)電池組損害性沖擊的方法是超級(jí)電容直接輸出方案:將電池與DC-DC變換器串聯(lián)后再與超級(jí)電容并聯(lián)，然后跨接在逆變器兩側(cè)，超級(jí)電容起能量緩沖作用。但是，從能量管理角度來(lái)看，超級(jí)電容直接輸出方案使得小功率輸出時(shí)電池組必須經(jīng)過(guò)DC-DC變換器工作，從而降低了小功率工作時(shí)電池組的輸出效率。實(shí)現(xiàn)電池組在小功率輸出時(shí)高效率工作方法是電池組單獨(dú)輸出方案:將超級(jí)電容與DC-DC串聯(lián)后再與電池組并聯(lián)，然后跨接在逆變器兩側(cè)，電池組起穩(wěn)壓作用。但是電池組單獨(dú)輸出方案會(huì)導(dǎo)致大功率對(duì)電池組直接沖擊，并且這種結(jié)構(gòu)不利于實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容對(duì)制動(dòng)能量的優(yōu)先回收。一些電動(dòng)自行車將超級(jí)電容和電池組直接并聯(lián)在電機(jī)逆變器兩端，雖然兼顧了兩種方案，但超級(jí)電容和電池組輸出嚴(yán)重耦合，并且超級(jí)電容利用效率極低。目前，還沒(méi)有相應(yīng)的復(fù)合電源及將兩種方案有效整合并實(shí)現(xiàn)解耦控制。
[0005]實(shí)用新型內(nèi)容:
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種N-PMOS開(kāi)關(guān)解耦的電動(dòng)汽車復(fù)合電源。本實(shí)用新型的復(fù)合電源不僅將電池組單獨(dú)輸出方案和超級(jí)電容直接輸出方案解耦，同時(shí)避免了大功率對(duì)電池組的直接沖擊，還保證了小功率輸出條件下復(fù)合電源高效率工作和制動(dòng)條件下超級(jí)電容優(yōu)先回收制動(dòng)能量。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述功能，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是:一種N-PMOS開(kāi)關(guān)解耦的電動(dòng)汽車復(fù)合電源，包括:電池組、雙向DC-DC變換器、超級(jí)電容、NMOS開(kāi)關(guān)、PMOS開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓電容、二極管、DSP模塊、電壓檢測(cè)模塊、電流檢測(cè)模塊和電機(jī)逆變器；電池組輸出端分別連接PMOS開(kāi)關(guān)的漏極和雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器的接口 I，源極連接二極管的輸入端，二極管的輸出端分別連接NMOS開(kāi)關(guān)的源極、穩(wěn)壓電容的正極和電機(jī)逆變器的一端，NMOS開(kāi)關(guān)的漏極分別連接超級(jí)電容的正極和雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器接口 2，電機(jī)逆變器的另一端分別連接穩(wěn)壓電容負(fù)極、超級(jí)電容的負(fù)極和雙向DC/DC變換器的接口 4，電池組的輸入端連接DC/DC轉(zhuǎn)換器的接口 3 ;電壓檢測(cè)模塊連接穩(wěn)壓電容，用于檢測(cè)穩(wěn)壓電容兩端的電壓；電流檢測(cè)模塊連接在電機(jī)逆變器母線上，用于檢測(cè)電機(jī)逆變器母線側(cè)電流；電壓檢測(cè)模塊和電路檢測(cè)模塊分別將檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到DSP模塊，DSP模塊分別連接NMOS開(kāi)關(guān)和PMOS開(kāi)關(guān)的柵極，并根據(jù)電流和電壓計(jì)算實(shí)際功率，輸出電平驅(qū)動(dòng)PMOS開(kāi)關(guān)和NMOS開(kāi)關(guān)。
[0008]進(jìn)一步，在啟動(dòng)和功率輸出時(shí)，DSP模塊輸出電平同時(shí)控制PMOS開(kāi)關(guān)和NMOS開(kāi)關(guān)，使一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，同時(shí)使另一個(gè)開(kāi)關(guān)關(guān)斷。
[0009]進(jìn)一步，所述的超級(jí)電容的電壓高于電池組電壓。
[0010]進(jìn)一步，所述的DSP模塊采用單片機(jī)或其它專門(mén)驅(qū)動(dòng)電路或芯片。
[0011 ] 本實(shí)用新型所產(chǎn)生的有益效果是:復(fù)合電源統(tǒng)和了電池組單獨(dú)輸出方案和超級(jí)電容直接輸出方案的優(yōu)點(diǎn)，并且通過(guò)N-PMOS開(kāi)關(guān)控制使兩路輸出動(dòng)作相反，實(shí)現(xiàn)了兩種方案完全解耦。NMOS開(kāi)關(guān)和PMOS開(kāi)關(guān)只需要DSP模塊輸出一個(gè)電平控制信號(hào)，大功率為超級(jí)電容直接輸出方案，DC-DC變換器跟隨超級(jí)電容電壓工作；小功率為電池組單獨(dú)輸出方案，減小能量在DC-DC變換器上的損失；制動(dòng)時(shí)超級(jí)電容優(yōu)先回收制動(dòng)能量。本實(shí)用新型復(fù)合電源結(jié)構(gòu)及其能量管理策略簡(jiǎn)單易行，并且能有效提高系統(tǒng)效率。
[0012]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0013]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的復(fù)合電源及結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的雙向DC-DC變換器；
[0015]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的復(fù)合電源工作方案選擇流程圖；
[0016]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的超級(jí)電容最高效率工作點(diǎn)和電池組最大功率工作點(diǎn)。
[0017]【具體實(shí)施方式】:
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明，實(shí)施例用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不限制本實(shí)用新型的范圍，部分參數(shù)可根據(jù)元件的具體參數(shù)做相應(yīng)匹配調(diào)整。例如:實(shí)施例中DC-DC變換器的最高效率工作點(diǎn)為12KW，實(shí)際操作時(shí)該值與DC-DC變換器的類型和實(shí)際參數(shù)相關(guān)。同樣，電池組的最大輸出功率為16KW，該值與電池組模塊數(shù)量、電池材料以及單體電池的串并聯(lián)方式相關(guān)。
[0019]本實(shí)施例描述了一種N-PMOS開(kāi)關(guān)解耦的電動(dòng)汽車復(fù)合電源及，具體如圖一所示，系統(tǒng)由電池組8、雙向DC-DC變換器4、超級(jí)電容CUNMOS開(kāi)關(guān)7、PMOS開(kāi)關(guān)6、穩(wěn)壓電容C2、二極管D1、DSP模塊1、電壓檢測(cè)電路2、電流檢測(cè)電路3和電機(jī)逆變器5組成。電池組8輸出端分別連接PMOS開(kāi)關(guān)6的漏極和雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器4的接口 1，源極連接二極管Dl的輸入端，二極管Dl的輸出端分別連接NMOS開(kāi)關(guān)7的源極、穩(wěn)壓電容C2的正極和電機(jī)逆變器5的一端，NMOS開(kāi)關(guān)7的漏極分別連接超級(jí)電容Cl的正極和雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器4接口 2，電機(jī)逆變器5的另一端分別連接穩(wěn)壓電容C2負(fù)極、超級(jí)電容Cl的負(fù)極和雙向DC/DC變換器4的接口 4，電池組8的輸入端連接雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器4的接口 3 ;電壓檢測(cè)模塊2連接穩(wěn)壓電容，用于檢測(cè)穩(wěn)壓電容C2兩端的電壓；電流檢測(cè)模塊3連接在電機(jī)逆變器5的母線上，用于檢測(cè)電機(jī)逆變器5母線側(cè)電流；電壓檢測(cè)模塊2和電路檢測(cè)模塊3分別將檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到DSP模塊1，DSP模塊I分別連接NMOS開(kāi)關(guān)7和PMOS開(kāi)關(guān)6的柵極，并根據(jù)電流和電壓計(jì)算實(shí)際功率，輸出電平驅(qū)動(dòng)PMOS開(kāi)關(guān)6和NMOS開(kāi)關(guān)7。
[0020]電池組8標(biāo)準(zhǔn)電壓為超級(jí)電容電壓的50%，從而保證超級(jí)電容Cl最大放電能量為75%。PMOS開(kāi)關(guān)6串聯(lián)在電池組8輸出回路中，NMOS開(kāi)關(guān)7串聯(lián)在超級(jí)電容Cl輸出回路中，兩個(gè)開(kāi)關(guān)由DSP模塊I輸出的同一電平控制，在任何時(shí)刻均動(dòng)作相反，起互補(bǔ)解耦作用。二極管Dl串聯(lián)在電池組8輸出回路中，避免超級(jí)電容Cl和制動(dòng)能量直接向電池組8充電。DSP模塊I根據(jù)電機(jī)逆變器5母線電流信號(hào)和穩(wěn)壓電容的電壓信號(hào)來(lái)計(jì)算實(shí)際輸出功率，并根據(jù)功率大小輸出高低電平。
[0021]本實(shí)施例的雙向DC-DC變換器如圖二所示，其中，電池組8接左側(cè)，超級(jí)電容Cl接右側(cè)，左側(cè)至右側(cè)為升壓，右側(cè)至左側(cè)為降壓。從結(jié)構(gòu)上看，電池組8和超級(jí)電容Cl并聯(lián)在雙向DC-DC變換器4的兩端。
[0022]具體的工作方案選擇流程圖如圖三所示。復(fù)合電源啟動(dòng)后開(kāi)始工作，首先判斷功率是否為正，如果功率輸出為正則判斷功率的大小，進(jìn)一步選擇超級(jí)電容Cl直接輸出方案或者電池組8單獨(dú)輸出方案。如果不為正，再生制動(dòng)方案必須滿足電機(jī)逆變器5側(cè)穩(wěn)壓電容C2電壓高于超級(jí)電容Cl電壓，否則選擇其它制動(dòng)方式，進(jìn)入再生制動(dòng)方案后，根據(jù)制動(dòng)功率大小進(jìn)一步選擇超級(jí)電容Cl單獨(dú)回收方案、電池組8和超級(jí)電容Cl共同回收方案。
[0023]不同方案下的具體能量控制方法是:
[0024]復(fù)合電源在啟動(dòng)時(shí)或功率需求大時(shí)，DSP模塊I輸出高電平同時(shí)控制NMOS開(kāi)關(guān)7和PMOS開(kāi)關(guān)6，NMOS開(kāi)關(guān)7導(dǎo)通、PMOS開(kāi)關(guān)6關(guān)斷，為超級(jí)電容Cl直接輸出方案，并持續(xù)至少2秒。當(dāng)功率需求小時(shí)，DSP模塊I輸出低電平，NMOS開(kāi)關(guān)7關(guān)斷，PMOS開(kāi)關(guān)6導(dǎo)通，為電池組8單獨(dú)輸出方案，此時(shí)僅電池組8輸出功率，雙向DC-DC變換器4和超級(jí)電容Cl不工作。當(dāng)功率需求小于O時(shí)，DSP模塊I不工作，由于超級(jí)電容Cl電壓高于電池組8電壓，且二極管Dl抑制電池組8直接回收制動(dòng)能量，制動(dòng)能量只能通過(guò)NMOS開(kāi)關(guān)7續(xù)流二極管向超級(jí)電容Cl和電池組8充電。
[0025]超級(jí)電容Cl直接輸出時(shí)，當(dāng)超級(jí)電容SOC低于下限值MTR時(shí)，雙向DC-DC變換器4對(duì)電池組8最大功率升壓向超級(jí)電容Cl充電，為16KW ;當(dāng)超級(jí)電容SOC高于上限值M±R時(shí)，雙向DC-DC變換器4不工作，超級(jí)電容Cl單獨(dú)為電機(jī)逆變器5提供能量；超級(jí)電容SOC在下限值Mtr和上限值M±R之間時(shí)，雙向DC-DC變換器4以最高效率升壓工作，為12KW;DC-DC最高效率升壓工作點(diǎn)和電池組8最大功率工作點(diǎn)如圖四所示。電池組8單獨(dú)輸出方案時(shí)，最大功率不得超過(guò)12KW，超過(guò)該值切換為超級(jí)電容Cl直接輸出方案。
[0026]制動(dòng)時(shí)，如果制動(dòng)功率非常小，電機(jī)逆變器5母線側(cè)穩(wěn)壓電容電壓C2低于超級(jí)電容Cl電壓，則采用其它方式制動(dòng)。當(dāng)滿足再生制動(dòng)方案時(shí)，為保證超級(jí)電容Cl優(yōu)先回收制動(dòng)能量，超級(jí)電容SOC低于上限值M±R，為超級(jí)電容Cl單獨(dú)回收制動(dòng)能量方案，高于上限值時(shí)，部分制動(dòng)能量降壓向電池組8充電，但電池組8所回收的最大功率不超過(guò)12KW，且再生制動(dòng)功率應(yīng)小于或等于超級(jí)電容Cl和電池組8所能回收的最大功率,保證電池組8安全，此時(shí)為電池組8和超級(jí)電容Cl共同回收制動(dòng)能量方案。
[0027]以上實(shí)施例只為體現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思和特點(diǎn)，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，例如DSP模塊I可用單片機(jī)或其他專門(mén)驅(qū)動(dòng)電路或芯片代替，凡在本實(shí)用新型的精神和原則內(nèi)做等同替換或修飾，均涵蓋在本實(shí)用新型保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種N-PMOS開(kāi)關(guān)解耦的電動(dòng)汽車復(fù)合電源，其特征在于，包括:電池組、雙向DC-DC變換器、超級(jí)電容、?OS開(kāi)關(guān)、PMOS開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓電容、二極管、DSP模塊、電壓檢測(cè)模塊、電流檢測(cè)模塊和電機(jī)逆變器；電池組輸出端分別連接PMOS開(kāi)關(guān)的漏極和雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器的接口 1，源極連接二極管的輸入端，二極管的輸出端分別連接NMOS開(kāi)關(guān)的源極、穩(wěn)壓電容的正極和電機(jī)逆變器的一端，NMOS開(kāi)關(guān)的漏極分別連接超級(jí)電容的正極和雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器接口 2，電機(jī)逆變器的另一端分別連接穩(wěn)壓電容負(fù)極、超級(jí)電容的負(fù)極和雙向DC/DC變換器的接口 4，電池組的輸入端連接雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器的接口 3 ;電壓檢測(cè)模塊連接穩(wěn)壓電容，用于檢測(cè)穩(wěn)壓電容兩端的電壓；電流檢測(cè)模塊連接在電機(jī)逆變器的母線上，用于檢測(cè)電機(jī)逆變器母線側(cè)電流；電壓檢測(cè)模塊和電路檢測(cè)模塊分別將檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到DSP模塊，DSP模塊分別連接NMOS開(kāi)關(guān)和PMOS開(kāi)關(guān)的柵極，并根據(jù)電流和電壓計(jì)算實(shí)際功率，輸出電平驅(qū)動(dòng)PMOS開(kāi)關(guān)和NMOS開(kāi)關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種N-PMOS開(kāi)關(guān)解耦的電動(dòng)汽車復(fù)合電源，其特征在于:在啟動(dòng)和功率輸出時(shí)，DSP模塊輸出電平同時(shí)控制PMOS開(kāi)關(guān)和NMOS開(kāi)關(guān)，使一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，同時(shí)使另一個(gè)開(kāi)關(guān)關(guān)斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種N-PMOS開(kāi)關(guān)解耦的電動(dòng)汽車復(fù)合電源，其特征在于:所述的超級(jí)電容的電壓高于電池組電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種N-PMOS開(kāi)關(guān)解耦的電動(dòng)汽車復(fù)合電源，其特征在于:所述的DSP模塊采用單片機(jī)或其它專門(mén)驅(qū)動(dòng)電路或芯片。
【文檔編號(hào)】B60L11/18GK203937525SQ201420346817
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】王斌, 鄒忠月, 郝永輝, 王嵩飛, 陳輝, 衛(wèi)振廷 申請(qǐng)人:三門(mén)峽速達(dá)交通節(jié)能科技股份有限公司