用于混合动力汽车的高效率双向直流变换器的控制方法技术

本发明专利技术属于变换器控制技术领域，公开了一种用于混合动力汽车的高效率双向直流变换器的控制方法，采用高压侧电压、低压侧电流双闭环控制支路，通过改变占空比，实现高压侧电压调节和能量的双向流动控制；同时，采用电流裕度单闭环控制支路，通过调整开关频率，来改变第一电感L1和第二电感L2的电流峰峰值，以使电流裕度ΔI在整个运行条件下保持基本不变，既确保了开关管零电压软开关的可靠实现，又减小了通态损耗，从而使系统在整个低压侧电压和负载变化范围内均能高效运行，具有易于实现、成本较低、效率较高等优点。效率较高等优点。效率较高等优点。

【技术实现步骤摘要】
用于混合动力汽车的高效率双向直流变换器的控制方法


[0001]本专利技术属于变换器控制
，具体涉及一种用于混合动力汽车的高效率双向直流变换器的控制方法。

技术介绍

[0002]实现“碳达峰”和“碳中和”已成为世界共识。大力发展新能源汽车，以减少燃油消化和尾气排放，是达成上述宏伟目标的必由之路。混合动力新能源汽车在传统燃油车中引入另外一个动力源——电动机来配合内燃机工作，将内燃机的低效率区交给电动机，利用其宽广的高效率区间和理想的外特性，实现动力系统整体的高效率运行，并通过动力系统回收制动过程中的动能，减少滑行过程中的能量耗散，进而大幅度降低了油耗和排放，且具有更长的续航里程。此外，其发动机的平顺性也得以显著地提高，且系统新增成本较少。因此，混合动力新能源汽车已成为主流的燃油车减排技术路线之一。
[0003]双向直流变换器是混合动力系统的核心部件。其低压侧和高压侧分别连接动力电池和电机驱动器，实现二者之间能量的双向流动。传统升/降压双向直流变换器广泛应用于奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷和大众公司等著名车企的混合动力系统，具有元器件数量少、结构简单、体积小、成本较低等优点。为了改善乘坐舒适性，需要压低车载设备的体积和重量。这就要求进一步提高双向变换器的开关频率，减小滤波器的尺寸和重量。然而，传统升/降压双向直流变换器工作在硬开关状态。若开关频率上升，则开关损耗将迅速上升，导致系统运行效率降低，且会出现散热难题。为此，有学者提出了升/降压双向直流变换器的PWM软开关方案，以改善系统运行效率。其引入双向线性变化的辅助电感电流，消除了所有开关管开通过程中的损耗，具有效率高、成本低、易于实现等优点。但是，为了在整个运行条件下均能实现所有开关管的软开关，辅助电感需要在低压侧电压最低和最大负载下设计。这导致在低压侧电压较高或者轻载条件下，辅助电感的电流脉动量远大于满足软开关条件所需要的值，从而使得变换效率严重下降。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种用于混合动力汽车的高效率双向直流变换器的控制方法，可以使PWM软开关的升降压双向直流变换器在整个运行条件下均具有较小的通态损耗，因而具有更高的运行效率。
[0005]为了实现上述目的，现提出的方案如下：
[0006]一种用于混合动力汽车的高效率双向直流变换器的控制方法，所述高效率双向直流变换器包括：
[0007]低压侧直流电源U
L
、高压侧直流电源U
H
、第一开关管S1、第二开关管S2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电感L1、第二电感L2；
[0008]所述低压侧直流电源U
L
的正极与所述第三电容C3的第一端、所述第一电感L1的第一端连接；
[0009]所述第二开关管S2的漏极与所述第一电感L1的第二端、所述第二电感L2的第一端、所述第一开关管S1的源极连接；
[0010]所述第二电感L2的第二端与所述第一电容C1的第二端、所述第二电容C2的第一端连接；
[0011]所述第一开关管S1的漏极与所述第一电容C1的第一端、所述高压侧直流电源U
H
的正极连接；
[0012]所述高压侧直流电源U
H
的负极与所述低压侧直流电源U
L
的负极、所述第三电容C3的第二端、所述第二开关管S2的源极、所述第二电容C2的第二端连接；
[0013]所述控制方法包括以下步骤：
[0014]S1.将高压侧电压采样值u
H
与基准值u
H,ref
比较，得到误差信号u
H,e
；
[0015]S2.将所述误差信号u
H,e
送至PI调节器1，经过双向限幅环节1，得到基准值i
L1,ref
；
[0016]S3.将基准值i
L1,ref
与第一电感L1的电流反馈值i
L1
比较，得到的误差信号i
L1,e
送至PI调节器2，经过单向限幅环节2，得到调节信号u
r
；
[0017]S4.将第二电感L2的正向峰值电流采样值i
L2,peak
减去第一电感L1的谷值电流采样值i
L1,val
，得到电流裕度ΔI；
[0018]S5.调节信号u
r
与单极性三角载波u
c
交截，产生第二开关管S2的驱动信号u
gs,S2
；
[0019]所述单极性三角载波u
c
的开关频率f
s
根据如下方式确定：
[0020]将电流裕度ΔI与预设的基准值ΔI
ref
比较，得到的误差信号ΔI
e
送至PI调节器3，再经过最小值限制环节和压频转换环节，得出当前工况下的单极性三角载波u
c
的开关频率f
s
；所述最小值限制环节的最小值根据最小开关频率f
s,min
确定；
[0021]S6.将驱动信号u
gs,S2
取反，产生第一开关管S1的驱动信号u
gs,S1
。
[0022]进一步的，所述第一电感L1、第二电感L2的设计如下：
[0023][0024][0025]ΔI＝i
L2,peak
‑
i
L1,val
，
[0026]其中，D
max
为第二开关管S2的驱动信号占空比的最大值，U
L,min
为低压侧电压最小值，P
o,max
为输出功率的最大值，f
s,min
为最小开关频率，一般已在设计指标中给出，δ％为第一电感L1允许的最大电流脉动量与第一电感L1最大平均电流的百分比，L1为第一电感，U
H
为高压侧电压，I
L,max
为低压侧平均电流的最大值，ΔI为电流裕度，i
L2,peak
为第二电感L2的峰值电流，i
L1,val
为第一电感L1的谷值电流。
[0027]与现有技术相比，本专利技术提出的一种用于混合动力汽车的高效率双向直流变换器的控制方法，能够通过改变占空比，实现高压侧电压调节；同时，通过调整开关频率，来改变第一电感L1和第二电感L2的电流峰峰值，以使电流裕度ΔI在整个运行条件下保持在预设的基准值ΔI
ref
基本不变，进而既确保了开关管零电压软开关(Zero Voltage Switching,ZVS)的可靠实现，又减小了通态损耗，使变换器在全工作条件范围内均能高效运行，具有易于实现、成本较低、效率较高等优点，从而进一步提高了混合动力汽车的能源利用效率，具有更好的节能减排效果，且实现简单，没有明显增加系统成本。
附图说明
[0028]图1为本申请实施例的用于混合动力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于混合动力汽车的高效率双向直流变换器的控制方法，其特征在于，所述高效率双向直流变换器包括：低压侧直流电源U
L
、高压侧直流电源U
H
、第一开关管S1、第二开关管S2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电感L1、第二电感L2；所述低压侧直流电源U
L
的正极与所述第三电容C3的第一端、所述第一电感L1的第一端连接；所述第二开关管S2的漏极与所述第一电感L1的第二端、所述第二电感L2的第一端、所述第一开关管S1的源极连接；所述第二电感L2的第二端与所述第一电容C1的第二端、所述第二电容C2的第一端连接；所述第一开关管S1的漏极与所述第一电容C1的第一端、所述高压侧直流电源U
H
的正极连接；所述高压侧直流电源U
H
的负极与所述低压侧直流电源U
L
的负极、所述第三电容C3的第二端、所述第二开关管S2的源极、所述第二电容C2的第二端连接；所述控制方法包括以下步骤：S1.将高压侧电压采样值u
H
与基准值u
H,ref
比较，得到误差信号u
H,e
；S2.将所述误差信号u
H,e
送至PI调节器1，经过双向限幅环节1，得到基准值i
L1,ref
；S3.将基准值i
L1,ref
与第一电感L1的电流反馈值i
L1
比较，得到的误差信号i
L1,e
送至PI调节器2，经过单向限幅环节2，得到调节信号u
r
；S4.将第二电感L2的正向峰值电流采样值i
L2,peak
减去第一电感L1的谷值电流采样值i
L1,val
...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦岭，刘宇涵，许兴，饶家齐，周磊，段冰莹，钱天泓，田民，钱娇，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：