一种N-PMOS开关解耦的电动汽车复合电源及能量控制方法技术

一种N-PMOS开关解耦的电动汽车复合电源及能量控制方法，包括：电池组、双向DC-DC变换器、超级电容、NMOS开关、PMOS开关、稳压电容、二极管、DSP模块、电压检测模块、电流检测模块和电机逆变器；其方式在于：DSP模块能够根据功率大小来决定高低电平输出：当功率需求大时，DSP模块输出高电平，NMOS开关导通、PMOS开关关断，超级电容单独输出；当功率需求小时，DSP模块输出低电平，NMOS开关关断，PMOS开关导通，电池组单独输出。本发明专利技术所产生的有益效果是：本发明专利技术复合电源结构及其能量控制方法简单易行，并且能有效提高系统效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种N-PMOS开关解耦的电动汽车复合电源及能量控制方法，包括：电池组、双向DC-DC变换器、超级电容、NMOS开关、PMOS开关、稳压电容、二极管、DSP模块、电压检测模块、电流检测模块和电机逆变器；其方式在于：DSP模块能够根据功率大小来决定高低电平输出：当功率需求大时，DSP模块输出高电平，NMOS开关导通、PMOS开关关断，超级电容单独输出；当功率需求小时，DSP模块输出低电平，NMOS开关关断，PMOS开关导通，电池组单独输出。本专利技术所产生的有益效果是：本专利技术复合电源结构及其能量控制方法简单易行，并且能有效提高系统效率。【专利说明】
本专利技术属于电动车的车载电源领域，涉及一种电动汽车用双向DC-DC变换的复合 电源及其能量控制方法。 -种N-PMOS开关解耦的电动汽车复合电源及能量控制方 法
技术介绍
低碳减排是当今时代的潮流和未来可持续性发展的必然要求，在此大环境下，为 降低汽车的碳排放和节约燃油成本，世界各国都在加大力度进行电动汽车的研发，而车载 电源技术是制约电动汽车发展的瓶颈。由于电池技术在短时间内不可能有突破性进展，复 合电源应运而生。 现阶段电动汽车车载电源亟待解决的问题主要体现在：如何减小汽车在起动、力口 速、爬坡及高速巡航时大功率对电池组的损害性冲击；制动时如何实现对能量的快速回收 并同时保证电池组的安全；如何在不同条件下的实现车载电源的高效率工作。上述问题需 结合复合电源自身结构设计并考虑相应的能量管理策略来综合解决。 解决大功率输出对电池组损害性冲击的方法是超级电容直接输出方案：将电池与 DC-DC变换器串联后再与超级电容并联，然后跨接在逆变器两侧，超级电容起能量缓冲作 用。但是，从能量管理角度来看，超级电容直接输出方案使得小功率输出时电池组必须经过 DC-DC变换器工作，从而降低了小功率工作时电池组的输出效率。实现电池组在小功率输出 时高效率工作方法是电池组单独输出方案：将超级电容与DC-DC串联后再与电池组并联， 然后跨接在逆变器两侧，电池组起稳压作用。但是电池组单独输出方案会导致大功率对电 池组直接冲击，并且这种结构不利于实现超级电容对制动能量的优先回收。一些电动自行 车将超级电容和电池组直接并联在电机逆变器两端，虽然兼顾了两种方案，但超级电容和 电池组输出严重耦合，并且超级电容利用效率极低。目前，还没有相应的复合电源及能量控 制方法将两种方案有效整合并实现解耦控制。
技术实现思路
： 本专利技术的目的是提供一种N-PM0S开关解耦的电动汽车复合电源及能量控制方法。本 专利技术的复合电源及其能量控制方法不仅将电池组单独输出方案和超级电容直接输出方案 解耦，同时避免了大功率对电池组的直接冲击，还保证了小功率输出条件下复合电源高效 率工作和制动条件下超级电容优先回收制动能量。 为实现上述功能，本专利技术提供的技术方案是：一种N-PM0S开关解耦的电动汽车复 合电源，包括：电池组、双向DC-DC变换器、超级电容、NM0S开关、PM0S开关、稳压电容、二极 管、DSP模块、电压检测模块、电流检测模块和电机逆变器；电池组输出端分别连接PM0S开 关的漏极和双向DC/DC转换器的接口 1，源极连接二极管的输入端，二极管的输出端分别连 接NM0S开关的源极、稳压电容的正极和电机逆变器的一端，NM0S开关的漏极分别连接超级 电容的正极和双向DC/DC转换器接口 2,电机逆变器的另一端分别连接稳压电容负极、超级 电容的负极和双向DC/DC变换器的接口 4,电池组的输入端连接DC/DC转换器的接口 3 ;电 压检测模块连接稳压电容，用于检测稳压电容两端的电压；电流检测模块连接在电机逆变 器母线上，用于检测电机逆变器母线侧电流；电压检测模块和电路检测模块分别将检测数 据发送到DSP模块，DSP模块分别连接NMOS开关和PMOS开关的栅极，并根据电流和电压计 算实际功率，输出电平驱动PMOS开关和NMOS开关。 进一步，在启动和功率输出时，DSP模块输出电平同时控制PM0S开关和NM0S开关， 使一个开关导通，同时使另一个开关关断。 进一步，所述的超级电容的电压高于电池组电压。 进一步，所述的DSP模块采用单片机或其它专门驱动电路或芯片。 本专利技术还涉及一种N-PM0S开关解耦的电动汽车复合电源所采用的能量控制方 法：DSP模块能够根据功率大小来决定高低电平输出：当功率需求大时，DSP模块输出高电 平，NM0S开关导通、PM0S开关关断，超级电容单独输出；当功率需求小时，DSP模块输出低电 平，NM0S开关关断，PM0S开关导通，电池组单独输出。 进一步，当功率需求小于〇时，DSP模块不工作，制动能量通过NM0S开关向超级电 容和电池组充电。 进一步，复合电源在启动或大功率输出时，DSP模块输出高电平并保持一定时间， 此时NM0S开关导通，PM0S开关关断，避免这两种状态的大功率对电池组的冲击。 进一步，在功率输出时，DSP模块输出的高电平信号需延时一定时间，使NM0S开关 PM0S开关状态不频繁切换。 本专利技术所产生的有益效果是：复合电源统和了电池组单独输出方案和超级电容直 接输出方案的优点，并且通过N-PM0S开关控制使两路输出动作相反，实现了两种方案完全 解耦。NM0S开关和PM0S开关只需要DSP模块输出一个电平控制信号，大功率为超级电容直 接输出方案，DC-DC变换器跟随超级电容电压工作；小功率为电池组单独输出方案，减小能 量在DC-DC变换器上的损失；制动时超级电容优先回收制动能量。本专利技术复合电源结构及 其能量管理策略简单易行，并且能有效提高系统效率。 【专利附图】【附图说明】： 图1是本专利技术实施例的复合电源及能量控制方法结构图； 图2是本专利技术实施例的双向DC-DC变换器； 图3是本专利技术实施例的复合电源工作方案选择流程图； 图4是本专利技术实施例的超级电容最高效率工作点和电池组最大功率工作点。 【具体实施方式】： 下面结合附图对本专利技术作进一步的说明，实施例用于说明本专利技术而不限制本专利技术的范 围，部分参数可根据元件的具体参数做相应匹配调整。例如：实施例中DC-DC变换器的最高 效率工作点为12KW，实际操作时该值与DC-DC变换器的类型和实际参数相关。同样，电池组 的最大输出功率为16KW，该值与电池组模块数量、电池材料以及单体电池的串并联方式相 关。 本实施例描述了一种N-PM0S开关解耦的电动汽车复合电源及能量控制方法，具 体如图1所示，系统由电池组8、双向DC-DC变换器4、超级电容Cl、NM0S开关7、PM0S开关 6、稳压电容C2、二极管D1、DSP模块1、电压检测电路2、电流检测电路3和电机逆变器5组 成。电池组8输出端分别连接PM0S开关6的漏极和双向DC/DC转换器4的接口 1，源极连 接二极管D1的输入端，二极管D1的输出端分别连接NMOS开关7的源极、稳压电容C2的正 极和电机逆变器5的一端，NM0S开关7的漏极分别连接超级电容C1的正极和双向DC/DC转 换器4接口 2,电机逆变器5的另一端分别连接稳压电容C2负极、超级电容C1的负极和双 向DC/DC变换器4的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种N‑PMOS开关解耦的电动汽车复合电源，其特征在于，包括：电池组、双向DC‑DC变换器、超级电容、NMOS开关、PMOS开关、稳压电容、二极管、DSP模块、电压检测模块、电流检测模块和电机逆变器；电池组输出端分别连接PMOS开关的漏极和双向DC/DC转换器的接口1，源极连接二极管的输入端，二极管的输出端分别连接NMOS开关的源极、稳压电容的正极和电机逆变器的一端，NMOS开关的漏极分别连接超级电容的正极和双向DC/DC转换器接口2，电机逆变器的另一端分别连接稳压电容负极、超级电容的负极和双向DC/DC变换器的接口4，电池组的输入端连接双向DC/DC转换器的接口3；电压检测模块连接稳压电容，用于检测稳压电容两端的电压；电流检测模块连接在电机逆变器的母线上，用于检测电机逆变器母线侧电流；电压检测模块和电路检测模块分别将检测数据发送到DSP模块，DSP模块分别连接NMOS开关和PMOS开关的栅极，并根据电流和电压计算实际功率，输出电平驱动PMOS开关和NMOS开关。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，邹忠月，郝永辉，王嵩飞，陈辉，卫振廷，
申请(专利权)人：三门峡速达交通节能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41