一種新能源汽車車載光伏充電器電路及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種新能源汽車車載光伏充電器電路及其控制方法，所述新能源汽車車載光伏充電器電路包括功率開關(guān)管Q1、功率開關(guān)管Q2、功率開關(guān)管Q3、升壓電感L1、輔助電感L2、功率二極管D1、功率二極管D2、功率二極管D3、功率二極管D4、濾波電容C1、濾波電容C2、BUS電容C3、繼電器RY1和繼電器RY2。本發(fā)明的新能源汽車車載光伏充電器電路及其控制方法采用輔助軟開關(guān)升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，開關(guān)損耗小，轉(zhuǎn)換效率高，適應(yīng)的輸入電壓范圍寬，同時(shí)本發(fā)明對(duì)光伏電池板進(jìn)行輸出最大功率點(diǎn)跟蹤控制，對(duì)充電過程和充電電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保蓄電池充電的高效、安全、可靠。
【專利說(shuō)明】一種新能源汽車車載光伏充電器電路及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新能源汽車及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種新能源汽車車載光伏充電器電路及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，越來(lái)越多的汽車走進(jìn)千家萬(wàn)戶，成為人們出行的重要交通工具。當(dāng)前汽車動(dòng)力仍以常規(guī)能源為主，即依賴于石油能源的開發(fā)，然而，世界現(xiàn)有的石油儲(chǔ)備量有限，常規(guī)能源的危機(jī)成為汽車發(fā)展的一項(xiàng)瓶頸。同時(shí)，使用石油作為汽車的動(dòng)力能源，排放出來(lái)的氣體對(duì)城市的大氣環(huán)境和地球的溫室效應(yīng)帶來(lái)了巨大沖擊，危害了人們現(xiàn)有的生活環(huán)境，因此，一直以來(lái)，人們積極尋找替代能源作為汽車的動(dòng)力，以突破當(dāng)前窘境。
[0003]近年來(lái)，太陽(yáng)能由于具有眾多的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)方面的好處，自然而然地成為一種主要的綠色再生能源形態(tài)。在傳統(tǒng)能源日漸匱乏的背景下，太陽(yáng)能新能源汽車無(wú)疑是解決汽車能源問題的一道曙光。太陽(yáng)能新能源汽車以其零排放，無(wú)污染，資源豐富等優(yōu)勢(shì)必將被廣泛應(yīng)用，從而創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的新能源汽車車載光伏充電器電路轉(zhuǎn)換效率不高，影響了能源使用效益，因此，設(shè)計(jì)一種能夠提高效率的新能源汽車車載光伏充電器電路及控制方法至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]由于對(duì)汽車蓄電池的充電的電壓為360-580V,而光伏充電器的輸出電壓的電壓范圍為120-260V，光伏充電器的最大功率點(diǎn)電壓為200V左右，這樣，為了對(duì)汽車蓄電池進(jìn)行充電，需要對(duì)光伏充電器的輸出電壓即PV電壓進(jìn)行升壓。本發(fā)明解決的問題是如何實(shí)現(xiàn)一種開關(guān)損耗小、轉(zhuǎn)換效率高、適應(yīng)的輸入電壓范圍寬的光伏充電器輸出電壓升壓模式。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了 一種新能源汽車車載光伏充電器電路，所述光伏充電器電路包括，功率開關(guān)管Q1、功率開關(guān)管Q2、功率開關(guān)管Q3、升壓電感L1、輔助電感L2、功率二極管Dl、功率二極管D2、功率二極管D3、功率二極管D4、濾波電容Cl、濾波電容C2、BUS電容C3、繼電器RYl和繼電器RY2，升壓電感LI的一端與濾波電容Cl的一端連接后與光伏電池板的正極連接，濾波電容Cl的另一端與光伏電池板的負(fù)極連接，升壓電感LI的另一端與功率開關(guān)管Ql的集電極、輔助電感L2的一端、濾波電容C2的一端、功率二極管Dl的陽(yáng)極連接，功率開關(guān)管Ql的發(fā)射極與光伏電池板的負(fù)極連接，輔助電感L2的另一端與功率開關(guān)管Q2的集電極、功率二極管D3的陽(yáng)極連接，功率開關(guān)管Q2的發(fā)射極與光伏電池板的負(fù)極連接，功率二極管D3的陰極與濾波電容C2的另一端、功率二極管D2的陽(yáng)極連接，功率二極管D2的陰極與功率二極管Dl的陰極、BUS電容C3的正極、功率開關(guān)管Q3的集電極連接，BUS電容C3的負(fù)極與光伏電池板的負(fù)極連接，功率開關(guān)管Q3的發(fā)射極與功率二極管D4的陽(yáng)極連接，功率二極管D4的陰極與繼電器RYl的一端連接，繼電器RYl的另一端與蓄電池正極連接，繼電器RY2的一端與光伏電池板的負(fù)極連接，繼電器RY2的另一端與蓄電池的負(fù)極連接，功率開關(guān)管Ql和功率開關(guān)管Q2的PWM驅(qū)動(dòng)頻率為20kHz。
[0007]可選地，繼電器RYl和繼電器RY2為零電流吸合繼電器。
[0008]可選地，在光伏電池板的正極負(fù)極兩端設(shè)置最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT參數(shù)采樣電路，MPPT參數(shù)采樣電路對(duì)光伏電池板的輸出電流和輸出電壓進(jìn)行12位ADC采樣，測(cè)量光伏電池板的輸出功率，以跟蹤光伏電池板的最大輸出功率點(diǎn)。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了 一種新能源汽車車載光伏充電器電路的控制方法，所述光伏充電器電路包括功率開關(guān)管Ql、功率開關(guān)管Q2、功率開關(guān)管Q3、升壓電感L1、輔助電感L2、功率二極管Dl、功率二極管D2、功率二極管D3、功率二極管D4、濾波電容Cl、濾波電容C2、BUS電容C3、繼電器RYl和繼電器RY2，升壓電感LI的一端與濾波電容Cl的一端連接后與光伏電池板的正極連接，濾波電容Cl的另一端與光伏電池板的負(fù)極連接，升壓電感LI的另一端與功率開關(guān)管Ql的集電極、輔助電感L2的一端、濾波電容C2的一端、功率二極管Dl的陽(yáng)極連接，功率開關(guān)管Ql的發(fā)射極與光伏電池板的負(fù)極連接，輔助電感L2的另一端與功率開關(guān)管Q2的集電極、功率二極管D3的陽(yáng)極連接，功率開關(guān)管Q2的發(fā)射極與光伏電池板的負(fù)極連接，功率二極管D3的陰極與濾波電容C2的另一端、功率二極管D2的陽(yáng)極連接，功率二極管D2的陰極與功率二極管Dl的陰極、BUS電容C3的正極、功率開關(guān)管Q3的集電極連接，BUS電容C3的負(fù)極與光伏電池板的負(fù)極連接，功率開關(guān)管Q3的發(fā)射極與功率二極管D4的陽(yáng)極連接，功率二極管D4的陰極與繼電器RYl的一端連接，繼電器RYl的另一端與蓄電池正極連接，繼電器RY2的一端與光伏電池板的負(fù)極連接，繼電器RY2的另一端與蓄電池負(fù)極連接，功率開關(guān)管Ql和功率開關(guān)管Q2的PWM驅(qū)動(dòng)頻率為20kHz，所述控制方法包括:步驟1:Q1為主功率開關(guān)管，Q2為輔助功率開關(guān)管，輔助電感L2、功率開關(guān)管Q2與功率開關(guān)管Ql相配合，實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管Ql的零電壓開通、功率開關(guān)管Ql的非零電壓關(guān)斷、功率開關(guān)管Q2的零電壓關(guān)斷和功率開關(guān)管Q2的近似于零電流開通；步驟2:通過控制功率開關(guān)管Ql和功率開關(guān)管Q2的開通關(guān)斷，升壓調(diào)節(jié)作為所述光伏充電器電路輸出電壓值的BUS電容C3的兩端電壓值，以恒壓充電模式對(duì)汽車蓄電池進(jìn)行充電。
[0010]可選地，所述光伏充電器電路以恒壓充電模式對(duì)汽車蓄電池進(jìn)行充電包括，在給汽車蓄電池充電之前，先閉合繼電器RYl和繼電器RY2，監(jiān)測(cè)汽車蓄電池的電壓值，然后升壓調(diào)節(jié)BUS電容C3的兩端電壓值至汽車蓄電池的電壓值，再開通功率開關(guān)管Q3，通過功率二極管D4給汽車蓄電池充電，在充電結(jié)束后，關(guān)斷功率開關(guān)管Q3并斷開繼電器RYl和繼電器RY2，防止汽車蓄電池反向放電。
[0011 ] 可選地，所述通過控制功率開關(guān)管Ql和功率開關(guān)管Q2的開通關(guān)斷，升壓調(diào)節(jié)作為所述光伏充電器電路輸出電壓值的BUS電容C3的兩端電壓值包括:當(dāng)功率開關(guān)管Ql零電壓開通時(shí)，功率開關(guān)管Q2零電壓關(guān)斷，輔助電感L2中的存儲(chǔ)能量通過功率二極管D3存儲(chǔ)在濾波電容C2中；當(dāng)功率開關(guān)管Ql非零電壓關(guān)斷時(shí)，功率開關(guān)管Q2近似于零電流開通，濾波電容C2中的存儲(chǔ)能量過功率二極管D2釋放到BUS電容C3中，同時(shí)升壓電感LI中的存儲(chǔ)能量通過功率二極管Dl也釋放到BUS電容C3中，提升BUS電容C3的兩端電壓值。
[0012]可選地，繼電器RYl和繼電器RY2采用零電流吸合，防止繼電器吸合時(shí)打火。
[0013]可選地，對(duì)光伏電池板的輸出電流和輸出電壓進(jìn)行12位ADC米樣,測(cè)量光伏電池板的輸出功率，以跟蹤光伏電池板的最大輸出功率點(diǎn)。
[0014]本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，從而具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明的新能源汽車車載光伏充電器電路及其控制方法，改造了現(xiàn)有技術(shù)中新能源汽車車載光伏充電器電路及其控制方法，采用輔助軟開關(guān)升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，開關(guān)損耗小，轉(zhuǎn)換效率高，同時(shí)適應(yīng)的輸入電壓范圍寬，本發(fā)明還對(duì)光伏電池板進(jìn)行輸出最大功率點(diǎn)跟蹤控制，以對(duì)充電過程和充電電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保蓄電池充電的高效、安全、可靠。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明一種新能源汽車車載光伏充電器電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明又一種新能源汽車車載光伏充電器電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0018]首先，請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明一種新能源汽車車載光伏充電器電路的結(jié)構(gòu)示意圖，所述光伏充電器電路即PV電路包括功率開關(guān)管Q1、功率開關(guān)管Q2、功率開關(guān)管Q3、升壓電感L1、輔助電感L2、功率二極管D1、功率二極管D2、功率二極管D3、功率二極管D4、濾波電容Cl、濾波電容C2、BUS電容C3、繼電器RYl和繼電器RY2，升壓電感LI的一端與濾波電容Cl的一端連接后與光伏電池板的正極連接,濾波電容Cl的另一端與光伏電池板的負(fù)極連接，升壓電感LI的另一端與功率開關(guān)管Ql的集電極、輔助電感L2的一端、濾波電容C2的一端、功率二極管Dl的陽(yáng)極連接，功率開關(guān)管Ql的發(fā)射極與光伏電池板的負(fù)極連接，輔助電感L2的另一端與功率開關(guān)管Q2的集電極、功率二極管D3的陽(yáng)極連接，功率開關(guān)管Q2的發(fā)射極與光伏電池板的負(fù)極連接，功率二極管D3的陰極與濾波電容C2的另一端、功率二極管D2的陽(yáng)極連接，功率二極管D2的陰極與功率二極管Dl的陰極、BUS電容C3的正極、功率開關(guān)管Q3的集電極連接，BUS電容C3的負(fù)極與光伏電池板的負(fù)極連接，功率開關(guān)管Q3的發(fā)射極與功率二極管D4的陽(yáng)極連接，功率二極管D4的陰極與繼電器RYl的一端連接，繼電器RYl的另一端與蓄電池正極連接，繼電器RY2的一端與光伏電池板的負(fù)極連接，繼電器RY2的另一端與蓄電池的負(fù)極連接，功率開關(guān)管Ql和功率開關(guān)管Q2的PWM驅(qū)動(dòng)頻率為20kHz。其中，繼電器RYl和繼電器RY2為零電流吸合繼電器。
[0019]另外，請(qǐng)參考圖2，圖2為本發(fā)明又一種新能源汽車車載光伏充電器電路的結(jié)構(gòu)示意圖，相比較圖1，圖2中增加了對(duì)光伏充電器電路進(jìn)行控制的多個(gè)電路裝置，其中，InputEMI Filter輸入EMI濾波器和Output EMI Filter輸出EMI濾波器為光伏充電器電路的輸入端和輸出端進(jìn)行電磁干擾濾波的裝置，Interface為人機(jī)接口，DSP Controller即DSP控制器主要實(shí)現(xiàn)BUS電壓檢測(cè)、繼電器控制、光伏電池板的正極負(fù)極兩端的最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT參數(shù)采樣、蓄電池充電電流和充電電壓采樣、功率開關(guān)管Ql和功率開關(guān)管Q2的PWM驅(qū)動(dòng)頻率控制，Control circuit控制電路用于實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管Ql和功率開關(guān)管Q2的PWM驅(qū)動(dòng)頻率控制，System Power為系統(tǒng)總電源，為各個(gè)控制電路裝置進(jìn)行供電，其中DSPController和Interface通過Can總線連接,Battery為汽車蓄電池,PE為接地線,所述參數(shù)米樣對(duì)光伏電池板的輸出電流和輸出電壓進(jìn)行12位ADC米樣,測(cè)量光伏電池板的輸出功率，以跟蹤光伏電池板的最大輸出功率點(diǎn)。
[0020]所述光伏充電器電路的控制方法包括一下內(nèi)容:
[0021]一、Ql為主功率開關(guān)管，Q2為輔助功率開關(guān)管，輔助電感L2、功率開關(guān)管Q2與功率開關(guān)管Ql相配合，實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管Ql的零電壓開通、功率開關(guān)管Ql的非零電壓關(guān)斷、功率開關(guān)管Q2的零電壓關(guān)斷和功率開關(guān)管Q2的近似于零電流開通；
[0022]二、通過控制功率開關(guān)管Ql和功率開關(guān)管Q2的開通關(guān)斷，升壓調(diào)節(jié)作為所述光伏充電器電路輸出電壓值的BUS電容C3的兩端電壓值，以恒壓充電模式對(duì)汽車蓄電池進(jìn)行充電。
[0023]其中，所述光伏充電器電路以恒壓充電模式對(duì)汽車蓄電池進(jìn)行充電包括，在給汽車蓄電池充電之前，先閉合繼電器RYl和繼電器RY2，監(jiān)測(cè)汽車蓄電池的電壓值，然后升壓調(diào)節(jié)BUS電容C3的兩端電壓值至汽車蓄電池的電壓值，再開通功率開關(guān)管Q3，通過功率二極管D4給汽車蓄電池充電，在充電結(jié)束后，關(guān)斷功率開關(guān)管Q3并斷開繼電器RYl和繼電器RY2，防止汽車蓄電池反向放電。
[0024]其中，所述通過控制功率開關(guān)管Ql和功率開關(guān)管Q2的開通關(guān)斷，升壓調(diào)節(jié)作為所述光伏充電器電路輸出電壓值的BUS電容C3的兩端電壓值包括:當(dāng)功率開關(guān)管Ql零電壓開通時(shí)，功率開關(guān)管Q2零電壓關(guān)斷，輔助電感L2中的存儲(chǔ)能量通過功率二極管D3存儲(chǔ)在濾波電容C2中；當(dāng)功率開關(guān)管Ql非零電壓關(guān)斷時(shí)，功率開關(guān)管Q2近似于零電流開通，濾波電容C2中的存儲(chǔ)能量過功率二極管D2釋放到BUS電容C3中，同時(shí)升壓電感LI中的存儲(chǔ)能量通過功率二極管Dl也釋放到BUS電容C3中，提升BUS電容C3的兩端電壓值。
[0025]其中，繼電器RYl和繼電器RY2采用零電流吸合，防止繼電器吸合時(shí)打火，對(duì)光伏電池板的輸出電流和輸出電壓進(jìn)行12位ADC采樣，測(cè)量光伏電池板的輸出功率，以跟蹤光伏電池板的最大輸出功率點(diǎn)。
[0026]雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種新能源汽車車載光伏充電器電路，其特征在于，所述光伏充電器電路包括:功率開關(guān)管Ql、功率開關(guān)管Q2、功率開關(guān)管Q3、升壓電感L1、輔助電感L2、功率二極管Dl、功率二極管D2、功率二極管D3、功率二極管D4、濾波電容Cl、濾波電容C2、BUS電容C3、繼電器RYl和繼電器RY2，升壓電感LI的一端與濾波電容Cl的一端連接后與光伏電池板的正極連接，濾波電容Cl的另一端與光伏電池板的負(fù)極連接，升壓電感LI的另一端與功率開關(guān)管Ql的集電極、輔助電感L2的一端、濾波電容C2的一端、功率二極管Dl的陽(yáng)極連接，功率開關(guān)管Ql的發(fā)射極與光伏電池板的負(fù)極連接，輔助電感L2的另一端與功率開關(guān)管Q2的集電極、功率二極管D3的陽(yáng)極連接，功率開關(guān)管Q2的發(fā)射極與光伏電池板的負(fù)極連接，功率二極管D3的陰極與濾波電容C2的另一端、功率二極管D2的陽(yáng)極連接，功率二極管D2的陰極與功率二極管Dl的陰極、BUS電容C3的正極、功率開關(guān)管Q3的集電極連接，BUS電容C3的負(fù)極與光伏電池板的負(fù)極連接，功率開關(guān)管Q3的發(fā)射極與功率二極管D4的陽(yáng)極連接,功率二極管D4的陰極與繼電器RYl的一端連接，繼電器RYl的另一端與蓄電池正極連接，繼電器RY2的一端與光伏電池板的負(fù)極連接，繼電器RY2的另一端與蓄電池的負(fù)極連接，功率開關(guān)管Ql和功率開關(guān)管Q2的PWM驅(qū)動(dòng)頻率為20kHz。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏充電器電路，其特征在于:繼電器RYl和繼電器RY2為零電流吸合繼電器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏充電器電路，其特征在于:在光伏電池板的正極負(fù)極兩端設(shè)置參數(shù)米樣電路，對(duì)光伏電池板的輸出電流和輸出電壓進(jìn)行12位ADC采樣，測(cè)量光伏電池板的輸出功率，以跟蹤光伏電池板的最大輸出功率點(diǎn)。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏充電器電路的控制方法，其特征在于，所述方法包括:步驟1:Q1為主功率開關(guān)管，Q2為輔助功率開關(guān)管，輔助電感L2、功率開關(guān)管Q2與功率開關(guān)管Ql相配合，實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管Ql的零電壓開通、功率開關(guān)管Ql的非零電壓關(guān)斷、功率開關(guān)管Q2的零電壓關(guān)斷和功率開關(guān)管Q2的近似于零電流開通；步驟2:通過控制功率開關(guān)管Ql和功率開關(guān)管Q2的開通關(guān)斷，升壓調(diào)節(jié)作為所述光伏充電器電路輸出電壓值的BUS電容C3的兩端電壓值，以恒壓充電模式對(duì)汽車蓄電池進(jìn)行充電。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于:所述光伏充電器電路以恒壓充電模式對(duì)汽車蓄電池進(jìn)行充電包括，在給汽車蓄電池充電之前，先閉合繼電器RYl和繼電器RY2，監(jiān)測(cè)汽車蓄電池的電壓值，然后升壓調(diào)節(jié)BUS電容C3的兩端電壓值至汽車蓄電池的電壓值，再開通功率開關(guān)管Q3，通過功率二極管D4給汽車蓄電池充電，在充電結(jié)束后，關(guān)斷功率開關(guān)管Q3并斷開繼電器RYl和繼電器RY2，防止汽車蓄電池反向放電。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于:所述通過控制功率開關(guān)管Ql和功率開關(guān)管Q2的開通關(guān)斷，升壓調(diào)節(jié)作為所述光伏充電器電路輸出電壓值的BUS電容C3的兩端電壓值包括:當(dāng)功率開關(guān)管Ql零電壓開通時(shí)，功率開關(guān)管Q2零電壓關(guān)斷，輔助電感L2中的存儲(chǔ)能量通過功率二極管D3存儲(chǔ)在濾波電容C2中；當(dāng)功率開關(guān)管Ql非零電壓關(guān)斷時(shí)，功率開關(guān)管Q2近似于零電流開通，濾波電容C2中的存儲(chǔ)能量過功率二極管D2釋放到BUS電容C3中，同時(shí)升壓電感LI中的存儲(chǔ)能量通過功率二極管Dl也釋放到BUS電容C3中，提升BUS電容C3的兩端電壓值。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于:繼電器RYl和繼電器RY2采用零電流吸合，防止繼電器吸合時(shí)打火。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于:對(duì)光伏電池板的輸出電流和輸出電壓進(jìn)行12位ADC米樣,測(cè)量光伏電池板的輸出功率，以跟蹤光伏電池板的·最大輸出功率點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK103441551SQ201310407741
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】崔兵兵, 張根發(fā), 吳濤, 蘇青峰, 劉長(zhǎng)柱 申請(qǐng)人:上海聯(lián)孚新能源科技有限公司