CN102624236A - 车用大功率dc/dc驱动电源及驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车用大功率DC/DC驱动电源及驱动方法，汽车主电池同步信号通过继电器隔离控制电源向PWM控制器供电；功率开关组件推动隔离变压组件，经过整流滤波输出到主电池；输出电流/电压传感器经输出反馈处理送入PWM控制器；输入电流传感器获取隔离变压组件的峰值电流，当峰值电流超过设定值时自动关断并重启PWM控制器；过温后关断驱动电源输出；输入电流及输出电流电压线送入分析数据，如超过设定值，关断驱动电源输出或降低驱动电源输出功率；BMS采样二级蓄电池组，当单节电池低于设定值，则关断输出。本发明专为二级汽车驱动所设计的驱动电源，以较低的输入电压转换成适合汽车所需的高压，明显减小二级蓄电池使用串联数量，使电池易于标准化。

Description

车用大功率DC/DC驱动电源及驱动方法
技术领域
本发明涉及一种车用驱动电源及驱动方法，具体涉及一种车用大功率DC/DC驱动电源及驱动方法。
背景技术
随着能源、环保的问题日益突出，混合动力汽车及纯电动汽车被认定清洁绿色汽车，得到了高速发展。但目前阶段提供能量的蓄电池存在较明显的缺陷：其输出特性偏软及动态性能较差，即随输出功率的大小改变其电压也相应改变。另外各种型号汽车所需电压也不一致，为使蓄电池标准化，就需采用一个DC/DC的驱动电源进行电压匹配与转换。这种电源由于功率大，对电路架构选择的可靠性、安全性都需进行合理周密的考虑。以下从电路架构、安全可靠性方面介绍相关现有技术。
一、电路架构
目前混合动力汽车及纯电动车大功率DC/DC驱动电源一般采用单级BOOST、单级BUCK或单级桥式电路拓扑，单级BOOST及单级BUCK结构简单，也易设计成大功率。但其输入、输出供地，易发生触电事故。一旦输入或输出现故障后还会相互影响，如输出短路也极易造成输入短路。单极桥式拓扑虽可以设计成输入/输出电气隔离，所需元件也较少，但由于单级体积大，所需材料难获取，且价格昂贵，如开关管、磁芯元件。另外由于单级体积较大，不利于汽车空间的充分利用，表现单一尺寸，不利于外形结构优化。
二、安全可靠性
目前的车用大功率DC/DC电源，通过对二级储能蓄电池进行降压或升压操作，使输出特性不随负载变化而变化或随负载变化很小，解决了蓄电池输出特性偏软及动态性能差的问题。但其控制策略及保护还很简单，不能有效地保护二极蓄电池、主电池及驱动电源本身，不能完全满足车用驱动电源的要求。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供一种车用大功率DC/DC驱动电源及驱动方法，能安全可靠地保护二极蓄电池、主电池及驱动电源，并利于汽车空间的充分利用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种车用大功率DC/DC驱动电源，包括：PWM控制器；BMS控制信号处理单元，发送经处理的信号至所述PWM控制器；同步信号处理单元，接收来自控制电源的信号并将处理后的信号发送至所述PWM控制器；与所述PWM控制器相连的过温保护处理单元；功率开关组件，所述PWM控制器的输出信号经电流放大驱动后输入该功率开关组件；输入电流传感器，检测输入功率线并将输入电流数据输送到所述PWM控制器和所述功率开关组件；分别与所述输入功率线和功率开关组件相连的隔离变压组件；与所述隔离变压组件相连的全桥整流滤波器；输出电流传感器和输出电压传感器，接收来自所述全桥整流滤波器的信号，经反馈后输入所述PWM控制器。
相应地，一种车用大功率DC/DC驱动方法，包括如下步骤：汽车主电池同步信号通过一个继电器隔离控制电源向PWM控制器供电；PWM控制器处理后输出，经电流放大驱动功率开关组件；功率开关组件推动隔离变压组件，经过整流滤波输出到主电池；输出电流传感器和输出电压传感器经输出反馈处理，再送入PWM控制器，以实现输出在恒流模式或恒压模式工作；输入电流传感器获取隔离变压组件的峰值电流经输入电流处理后送入PWM控制器；当峰值电流超过设定值时自动关断并重启PWM控制器，以实现逐脉宽峰值限流防止偏磁导致的磁饱和；取一温度开关经过温处理后送入5V电压信号到PWM控制器，当过温后关断驱动电源输出，一旦温度低于过温保护值，则重启输出；输入电流及输出电流电压线送入分析数据，如超过设定值，通过控制信号线送入PWM控制器来关断驱动电源输出或降低驱动电源输出功率，以延长二级蓄电池及主电池寿命；BMS采样二级蓄电池组，当单节电池低于设定值，则关断输出。
本发明专为二级汽车驱动所设计的驱动电源，以较低的输入电压转换成适合汽车所需的高压，明显减小二级蓄电池使用串联数量，使电池易于标准化，同时采取上述一系列技术手段，对二级蓄电池及主电动池均采取优化控制，使之寿命大大延长，可靠性大大提高。众所周之，电池串联数量越低，其寿命越低，其管理越复杂，可靠性也越低。通过本发明，从技术理论上可以使电池可靠性降低5倍以上，其管理成本也降低5倍以上。
附图说明
图1是本发明的驱动电源与外部设备电气连接图。
图2是本发明的控制原理方框图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例及其附图对本发明进一步详细描述。
本发明的基本构思为：
1、采用多模块结构，使输入相当于并联，输出串联，把较低的二级蓄电池电压转换成汽车所需较高的输出电压；如图2中所示的采用四个功率开关管的方式，其中的输入电流传感器214的输出分别与四个功率开关管相连。
2、采用推挽拓扑结构，输入输出通过隔离变压组件传送能量，输入输出完全隔离，如图2所示，采用了四个隔离变压器，隔离变压器218与隔离变压器213相连，功率开关管217与隔离变压器213相连，输入功率线215的输出分别与四个隔离变压器相连。
3、输入级采用逐脉宽峰值限流方式，即采用了如图2所示的输入电流传感214，有效防止偏磁导致的磁饱和。
4、如图2所示采用输出反馈处理27，输出在恒流控制模式或恒压控制模式下工作，控制输出最大功率，防止二级蓄电池超过其额定倍率放电及超过主电池充电极限；
5、采用如图2所示的同步信号处理单元24，驱动电源工作触发信号取汽车主电池继电器同步信号，驱动电源只有在主电池需求充电时工作，保证其安全操作；
6、采用如图2所示的BMS控制信号处理单元22，把输出电压，电流及输入电流传给电池管理系统，由电池管理分析其数据，发出控制指令，优化电池控制方式，以延长电池寿命；
7、采用如图2所示的BMS控制信号处理单元22，驱动电源一个外切断信号与电池管理系统相连，电池管理系统检测单体电压过低时，关断驱动电源，停止放电，保证其每一单节电池安全；
8、同时经优化设计，使输出电压电流可通过外部电位器大范围调节，同一产品只需简单的调节，即可满足市场大部分车型，易于生产与维护，大大降低成本。
本发明优选实施例如图1所示，驱动电源与外部设备电气连接图分别由驱动电源1，汽车同步信号2，断路器3，二级蓄电池组4，控制信号5，BMS(电池管理系统)6，输入电流及输出电流电压线7，主电池8构成，图2示出了本发明的控制原理方框图，分别由PWM控制器21，BMS控制信号处理22，控制电源23，同步信号处理24，过温保护处理25，输入电流处理26，输出反馈处理27，PWM输出28，电流放大驱动29，输出电流传感器210，输入电压传感器211，全桥整流滤波输出212，隔离变压组件，即第一隔离变压器218-第四隔离变压器213；输入电流传感器214，输入功率线(输入负极219和输入正极215)，功率开关组件，即第一功率开关管216-第四功率开关管217构成。
BMS控制信号处理单元22发送经处理的信号至所述PWM控制器21。同步信号处理单元24接收来自控制电源23的信号并将处理后的信号发送至所述PWM控制器21。过温保护处理单元25与所述PWM控制器21相连。PWM控制器21的输出信号经电流放大驱动后输入第一功率开关管216-第四功率开关管217共四路。输入电流传感器214检测输入功率线(连接输入功率线的输入负极219)后将输入电流数据输送到所述第一功率开关管216-第四功率开关217，同时也通过输入电流处理器26输送到所述PWM控制器21。第一隔离变压器218-第四隔离变压器213共四路分别与所述输入功率线的输入正极215相连，且第一隔离变压器218-第四隔离变压器213分别连接了第一功率开关管216-第四功率开关217的输出。所述的第一隔离变压器218-第四隔离变压器213串联后再与全桥整流滤波器212相连。全桥整流滤波器212与输出电流传感器210和输出电压传感器211接收来自所述全桥整流滤波器212的信号，经反馈后输入所述PWM控制器21。
所述BMS控制信号处理单元22经控制信号线5连接BMS 6。所述BMS
6通过输入电流及输出电流电压线7接收来自所述驱动电源1的信号。所述驱动电源输出与主电池8相连并接收汽车主电池同步信号2。所述驱动电源输入与二级蓄电池组4相连，该二级蓄电池组4与驱动电源1之间设有断路器3。
详细电源驱动的实施方法如下：
步骤1：用汽车主电池同步信号2通过一个继电器隔离控制控制电源23，给PWM控制器21供电。
步骤2：PWM控制器21处理后输出PWM输出28，经电流放大驱动29，驱动第一功率开关管216-第四功率开关217。
步骤3：第一功率开关管216-第四功率开关217分别推动第一隔离变压器218-第四隔离变压器213，经过全桥整流滤波输出到主电池8。
步骤4：输出电流传感器210及输出电压传感器211送入输出反馈处理27，再送入PWM控制器21，实现输出在恒流模式方式或恒压模式方式工作。
步骤5：输入电流传感器214取变压器的峰值电流通过输入电流处理26送入PWM控制器21，如峰值电流超过设定值自动关断重起PWM控制器21，实现逐脉宽峰值限流防止偏磁导致的磁饱和。
步骤6：取一温度开关经过过温处理26送入PWM控制器21，当过温后关断输出，一旦温度低于设定值，又重起输出。
步骤7：输入电流及输出电流电压线7送入BMS6，BMS6分析数据，如超过设定值，通过控制信号线5送入PWM控制器21，优化控制，达到延长二级蓄电池及主电池寿命。
步骤8：BMS6采样二级蓄电池组4，当单节电池低于设定值，关断输出，实现单体电压过放，实现延长电池寿命。
采用上述控制电源和控制方法，能达到如下的技术效果：
1、通过多模块结构，使输入并联，输出串联，大大减小单体容积，便于材料选取，降低成本，同时易于用较低电压转换成汽车所需的较高电压，使输入尽可能串更少的电池串，延长电池寿命及降低电池管理成本，提高稳定性。
2、通过变压器隔离技术使输入输出电气隔离，提高安全性。
3、输出采用低压恒流，高压减流方式，专用于二级汽车驱动电池控制，避免对主电池过充。
4、输出开关与汽车主电池继电器控制信号同步，保证安全操作。
5、输出电压、电流监控数据到电池管理系统，优化电池控制方式，延长电池寿命。
6、外加切断信号与电池管理系统相连，保证单节电池安全。
7、输出电压电流可大范围调节，产品应用范围宽，同时易用生产与维护。
8、完善的保护功能包括(输入过流、输入欠压、输出过流、输出过压及过温保护)。
9、所有保护功能均设计成自动恢复功能，非常适合汽车驱动场合。

Claims (9)

1.一种车用大功率DC/DC驱动电源，其特征在于，包括：
PWM控制器；
BMS控制信号处理单元，发送经处理的信号至所述PWM控制器；
同步信号处理单元，接收来自控制电源的信号并将处理后的信号发送至所述PWM控制器；
与所述PWM控制器相连的过温保护处理单元；
功率开关组件，所述PWM控制器的输出信号经电流放大驱动后输入该功率开关组件；
输入电流传感器，检测输入功率线并将输入电流数据输送到所述PWM控制器和所述功率开关组件；
分别与所述输入功率线和功率开关组件相连的隔离变压组件；
与所述隔离变压组件相连的整流滤波器；
输出电流传感器和输出电压传感器，接收来自所述全桥整流滤波器的信号，经反馈后输入所述PWM控制器。
2.如权利要求1所述的车用大功率DC/DC驱动电源，其特征在于，所述输入功率线包括输入负极和输入正极，所述输入负极连接输入电流传感器，所述输入正极连接所述隔离变压组件。
3.如权利要求2所述的车用大功率DC/DC驱动电源，其特征在于，所述功率开关组件为四个分别与所述输入电流传感器并联的功率开关管；所述隔离变压组件为四个分别与所述输入正极并联的隔离变压器。
4.如权利要求3所述的车用大功率DC/DC驱动电源，其特征在于，所述四个隔离变压器串联后再与所述整流滤波器相连。
5.如权利要求1所述的车用大功率DC/DC驱动电源，其特征在于，所述BMS控制信号处理单元经控制信号线连接BMS。
6.如权利要求5所述的车用大功率DC/DC驱动电源，其特征在于，所述BMS通过输入电流及输出电流电压线接收来自所述驱动电源的信号。
7.如权利要求1所述的车用大功率DC/DC驱动电源，其特征在于，所述驱动电源输出与主电池相连并接收汽车主电池同步信号。
8.如权利要求1所述的车用大功率DC/DC驱动电源，其特征在于，所述驱动电源输入与二级蓄电池组相连，该二级蓄电池组与驱动电源之间设有断路器。
9.一种车用大功率DC/DC驱动方法，包括如下步骤：
汽车主电池同步信号通过一个继电器隔离控制电源向PWM控制器供电；
PWM控制器处理后输出，经电流放大驱动功率开关组件；
功率开关组件推动隔离变压组件，经过整流滤波输出到主电池；
输出电流传感器和输出电压传感器经输出反馈处理，再送入PWM控制器，以实现输出在恒流模式或恒压模式工作；
输入电流传感器获取隔离变压组件的峰值电流经输入电流处理后送入PWM控制器；当峰值电流超过设定值时自动关断并重启PWM控制器，以实现逐脉宽峰值限流防止偏磁导致的磁饱和；
取一温度开关经过温处理后送入5V电压信号到PWM控制器，当过温后关断驱动电源输出，一旦温度低于过温保护值，则重启输出；
输入电流及输出电流电压线送入分析数据，如超过设定值，通过控制信号线送入PWM控制器来关断驱动电源输出或降低驱动电源输出功率，以延长二级蓄电池及主电池寿命；
BMS采样二级蓄电池组，当单节电池低于设定值，则关断输出。
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