一种含两个单向直流变换器的复合电源及其控制方法技术

一种含两个单向直流变换器的复合电源及其控制方法包括：电池组、开关、功率二极管集成盒、电机逆变器、单向Buck‑Boost变换器、超级电容和单向Buck变换器；其方式在于：复合电源根据电动汽车运行状态及超级电容电压确定两个单向直流变换器的四个数字控制接口的高低电平状态，从而控制两个单向直流变换器的工作模式。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直流变换器工作模式与控制方法能够避免电池组频繁无序充放电，在制动能量充足时，超级电容可以对电池组进行恒流充电，有效保护电池安全，延长电池使用寿命，并且避免了双向直流变换器在电流正反向交替工作期间产生的时间延迟问题，提升了复合电源系统的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种含两个单向直流变换器的复合电源及其控制方法
本专利技术属于电动汽车的车载电源领域，特别涉及一种含两个单向直流变换器的复合电源及其控制方法。
技术介绍
随着电动汽车的逐步推广，电池组受频繁充放电影响而导致寿命缩短的问题凸显。另外，世界各国的汽车生产商和研究机构都在进一步研究电动汽车部件性能和整车性能的全面提升和优化，而车载电源是提升电动汽车性能的最关键部件之一。由于电池技术短时间内不可能有突破性进展，采用超级电容与电池组成复合电源，避免电池组受频繁充放电的技术应运而生。随着研究的深入，复合电源结构得到不断改进以满足高性能电动汽车的需求。其中半主动结构的超级电容/电池组复合电源采用电池组直接并联在电机逆变器的两端，超级电容先串联一个双向直流变换器再并联电池组；电池组并联电机逆变器，起稳压作用，且电池组作为主能量源直接供电，能量不经过直流变换器转换，电池组输出效率高；超级电容的电压可以高于或低于电池组电压，选择更加灵活。尽管采用合适的控制策略能使超级电容输出功率跟随电机逆变器需求功率，但电池组直接并联在电机逆变器两端，会受高频充放电电流的冲击，缩短电池组工作寿命；另外，如果采用双向直流变换器连接超级电容和电池组，双向直流变换器在电流正反向交替工作期间存在一定的时间延迟，会影响到整个复合电源系统工作的稳定性和安全性。为有效避免电池组受频繁充电电流的冲击，需要设计电池组单向输出电路，当回收电动汽车制动能量时，单向输出电路能阻止能量回流至电池组，由超级电容优先回收能量。但单向输出电路不能使电池组回收能量，需要考虑超级电容充满电以后向电池组有序充电情况，因此，需要补充设计超级电容向电池组充电的电路或部件。另外，传统的复合电源在工作模式变化时，控制器根据电压和电流信号改变PWM控制信号来实现直流变换器的工作模式变化，程序复杂，而且程序的延时会导致系统在延时期间短暂不稳定甚至失控。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含两个单向直流变换器的复合电源及其控制方法，以解决上述问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种含两个单向直流变换器的复合电源，包括电池组、开关、功率二极管集成盒、电机逆变器、单向Buck-Boost变换器、超级电容和单向Buck变换器；电池组的正极分别连接开关的输入端口A，开关的输出端口B连接功率二极管集成盒的阳极集成输入端，功率二极管集成盒的阴极输出端分别连接电机逆变器的正极端口和单向Buck-Boost变换器的正极输入接口a1，电机逆变器的负极端口分别连接单向Buck-Boost变换器的负极输入接口b1和电池组的负极；单向Buck-Boost变换器的正极输出接口c1和负极输出接口d1分别连接超级电容的正极和负极；超级电容的正极和负极还分别连接单向Buck变换器的正极输入接口a2和负极输入接口b2；单向Buck变换器的正极输出接口c2和负极输出接口d2分别连接电池组的正极和负极。进一步的，电池组、开关、功率二极管集成盒所在输出电路为主电路，位于主电路的开关能够同时控制超级电容与电池组的输出。进一步的，电池组通过功率二极管集成盒实现单向输出，功率二极管集成盒由多个二极管组成。进一步的，单向Buck-Boost变换器为高低电平控制的数字式直流变换器，并且仅用于向超级电容单向升压或降压充电，不能对超级电容放电。进一步的，单向Buck变换器为高低电平控制的数字式直流变换器，并且仅用于对超级电容单向降压放电，不能对超级电容充电。进一步的，单向Buck-Boost变换器、超级电容和单向Buck变换器构成制动能量有序向电池组充电的辅助电路，并且，电池组能够通过单向Buck-Boost变换器向超级电容充电，而超级电容能够通过单向Buck变换器向电池组充电；同时，超级电容能够通过单向Buck变换器向电机逆变器提供能量。进一步的，一种含两个单向直流变换器的复合电源的控制方法，基于上述任意一项所述的一种含两个单向直流变换器的复合电源，包括以下步骤：步骤1，根据电动汽车运行状态与超级电容电压分别控制单向Buck-Boost变换器的数字接口D1和D2以及单向Buck变换器的数字接口D3和D4的高低电平输入；步骤2，判断单向Buck-Boost变换器和单向Buck变换器的数字接口的值，确定单向Buck-Boost变换器和单向Buck变换器的工作状态；进一步的，步骤2中，当D1＝0，D2＝0时，单向Buck-Boost变换器不工作；当D1＝0，D2＝1时，单向Buck-Boost变换器针对输入端进行降压恒流工作；当D1＝1，D2＝0时，单向Buck-Boost变换器针对输入端进行升压恒流工作。进一步的，步骤2中，当D3＝0，D4＝0时，单向Buck变换器不工作；当D3＝0，D4＝1时，单向Buck变换器针对输出端进行恒压工作；当D3＝1，D4＝0时，单向Buck变换器针对输出端进行恒流工作。进一步的，单向Buck-Boost变换器的数字接口D1和单向Buck变换器的数字接口D3和D4的高低电平切换采用滞环控制。与现有技术相比，本专利技术有以下技术效果：相比于半主动结构的超级电容/电池组复合电源，本专利技术的一种含两个单向直流变换器的电动汽车复合电源在电池输出主电路上增加一个开关，可以同时控制电池组和超级电容的输出；功率二极管集成盒使能量在主电路中单向输出，避免电池组直接受无序制动电流的冲击，有效保障电池组的安全，延长电池组的使用寿命；通过更加高效的数字式单向Buck-Boost变换器向超级电容充电或回收制动能量，有效解决了双向直流变换器在电流正反向交替工作切换时的延迟问题，有助于提升系统的稳定性；通过在超级电容和电池组之间串联数字式单向Buck变换器，既可以保证超级电容电量充满以后向电池组进行恒流充电，又可以实现超级电容向电机逆变器提供辅助能量，保证超级电容能够有效回收制动能量和提供大功率辅助输出，提高超级电容的利用效率。附图说明图1是本专利技术实施例的复合电源的电路拓扑图；图2是本专利技术实施例的功率二极管集成盒内部结构；图3是本专利技术实施例的半主动结构的超级电容/电池组复合电源。图4是本专利技术实施例的两个单向直流变换器的工作模式选择流程图；图5a至5c是本专利技术实施例的两个单向直流变换器的工作模式滞环控制原理图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明，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及具体使用情况作相应匹配调整。例如：功率二极管集成盒中的二极管数量与复合电源制动回收能量的最大功率有关；两个数字式单向直流变换器的工作模式滞环控制的滞环区间上下限值可根据实际应用情况进行调整。本实施例描述了一种含两个单向直流变换器的电动汽车复合电源及直流变换器工作模式控制方法，具体电路拓扑如图1所示，系统由电池组1、开关7、功率二极管集成盒2、电机逆变器3、单向Buck-Boost变换器4、超级电容5和单向Buck变换器6组成；电池组1的正极连接开关7的输入端口A，开关7的输出端口B连接功率二极管集成盒2的阳极输入端，功率二极管集成盒2的阴极输出端分别连接电机逆变器3的正极端口和单向Buck-Boost变换器4的正极输入接口a1，电机逆变器3的负极端口分别连接单向Buck-Boost变换器4的负极输入接口b本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含两个单向直流变换器的复合电源，其特征在于，包括电池组(1)、开关(7)、功率二极管集成盒(2)、电机逆变器(3)、单向Buck‑Boost变换器(4)、超级电容(5)和单向Buck变换器(6)；电池组(1)的正极分别连接开关(7)的输入端口A，开关的输出端口B连接功率二极管集成盒(2)的阳极集成输入端，功率二极管集成盒(2)的阴极输出端分别连接电机逆变器(3)的正极端口和单向Buck‑Boost变换器(4)的正极输入接口a1，电机逆变器(3)的负极端口分别连接单向Buck‑Boost变换器的负极输入接口b1和电池组(1)的负极；单向Buck‑Boost变换器的正极输出接口c1和负极输出接口d1分别连接超级电容(5)的正极和负极；超级电容(5)的正极和负极还分别连接单向Buck变换器(6)的正极输入接口a2和负极输入接口b2；单向Buck变换器(6)的正极输出接口c2和负极输出接口d2分别连接电池组(1)的正极和负极。

【技术特征摘要】
1.一种含两个单向直流变换器的复合电源，其特征在于，包括电池组(1)、开关(7)、功率二极管集成盒(2)、电机逆变器(3)、单向Buck-Boost变换器(4)、超级电容(5)和单向Buck变换器(6)；电池组(1)的正极分别连接开关(7)的输入端口A，开关的输出端口B连接功率二极管集成盒(2)的阳极集成输入端，功率二极管集成盒(2)的阴极输出端分别连接电机逆变器(3)的正极端口和单向Buck-Boost变换器(4)的正极输入接口a1，电机逆变器(3)的负极端口分别连接单向Buck-Boost变换器的负极输入接口b1和电池组(1)的负极；单向Buck-Boost变换器的正极输出接口c1和负极输出接口d1分别连接超级电容(5)的正极和负极；超级电容(5)的正极和负极还分别连接单向Buck变换器(6)的正极输入接口a2和负极输入接口b2；单向Buck变换器(6)的正极输出接口c2和负极输出接口d2分别连接电池组(1)的正极和负极。2.根据权利要求1所述的一种含两个单向直流变换器的复合电源，其特征在于，电池组(1)、开关(7)、功率二极管集成盒(2)所在输出电路为主电路，位于主电路的开关(7)能够同时控制超级电容与电池组的输出。3.根据权利要求1所述的一种含两个单向直流变换器的复合电源，其特征在于，电池组(1)通过功率二极管集成盒(2)实现单向输出，功率二极管集成盒(2)由多个二极管组成。4.根据权利要求1所述的一种含两个单向直流变换器的复合电源，其特征在于，单向Buck-Boost变换器(4)为高低电平控制的数字式直流变换器，并且仅用于向超级电容单向升压或降压充电，不能对超级电容放电。5.根据权利要求1所述的一种含两个单向直流变换器的复合电源，其特征在于，单向Buck变换器(6)为高低电平控制的数字式直流变换器，并且仅用于对超级电容单向降压放电，不能对超级电容充电。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，周佳辉，郑惠文，马光亮，张乐，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61