CN103441551A

CN103441551A - 一种新能源汽车车载光伏充电器电路及其控制方法

Info

Publication number: CN103441551A
Application number: CN2013104077417A
Authority: CN
Inventors: 崔兵兵; 张根发; 吴涛; 苏青峰; 刘长柱
Original assignee: Shanghai Lianfu New Energy Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Harbin communications bus Co. Ltd.
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-09-09
Also published as: CN103441551B

Abstract

本发明提供一种新能源汽车车载光伏充电器电路及其控制方法，所述新能源汽车车载光伏充电器电路包括功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、升压电感L1、辅助电感L2、功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3、功率二极管D4、滤波电容C1、滤波电容C2、BUS电容C3、继电器RY1和继电器RY2。本发明的新能源汽车车载光伏充电器电路及其控制方法采用辅助软开关升压拓扑结构，开关损耗小，转换效率高，适应的输入电压范围宽，同时本发明对光伏电池板进行输出最大功率点跟踪控制，对充电过程和充电电压进行实时监控，确保蓄电池充电的高效、安全、可靠。

Description

一种新能源汽车车载光伏充电器电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车及电力电子技术领域，尤其涉及一种新能源汽车车载光伏充电器电路及其控制方法。

背景技术

随着汽车技术的发展和人们生活水平的提高，越来越多的汽车走进千家万户，成为人们出行的重要交通工具。当前汽车动力仍以常规能源为主，即依赖于石油能源的开发，然而，世界现有的石油储备量有限，常规能源的危机成为汽车发展的一项瓶颈。同时，使用石油作为汽车的动力能源，排放出来的气体对城市的大气环境和地球的温室效应带来了巨大冲击，危害了人们现有的生活环境，因此，一直以来，人们积极寻找替代能源作为汽车的动力，以突破当前窘境。

近年来，太阳能由于具有众多的环保和经济方面的好处，自然而然地成为一种主要的绿色再生能源形态。在传统能源日渐匮乏的背景下，太阳能新能源汽车无疑是解决汽车能源问题的一道曙光。太阳能新能源汽车以其零排放，无污染，资源丰富等优势必将被广泛应用，从而创造巨大的经济效益和社会效益。

现有技术中的新能源汽车车载光伏充电器电路转换效率不高，影响了能源使用效益，因此，设计一种能够提高效率的新能源汽车车载光伏充电器电路及控制方法至关重要。

发明内容

由于对汽车蓄电池的充电的电压为360-580V，而光伏充电器的输出电压的电压范围为120-260V，光伏充电器的最大功率点电压为200V左右，这样，为了对汽车蓄电池进行充电，需要对光伏充电器的输出电压即PV电压进行升压。本发明解决的问题是如何实现一种开关损耗小、转换效率高、适应的输入电压范围宽的光伏充电器输出电压升压模式。

为了实现上述目的，本发明提供了一种新能源汽车车载光伏充电器电路，所述光伏充电器电路包括，功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、升压电感L1、辅助电感L2、功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3、功率二极管D4、滤波电容C1、滤波电容C2、BUS电容C3、继电器RY1和继电器RY2，升压电感L1的一端与滤波电容C1的一端连接后与光伏电池板的正极连接，滤波电容C1的另一端与光伏电池板的负极连接，升压电感L1的另一端与功率开关管Q1的集电极、辅助电感L2的一端、滤波电容C2的一端、功率二极管D1的阳极连接，功率开关管Q1的发射极与光伏电池板的负极连接，辅助电感L2的另一端与功率开关管Q2的集电极、功率二极管D3的阳极连接，功率开关管Q2的发射极与光伏电池板的负极连接，功率二极管D3的阴极与滤波电容C2的另一端、功率二极管D2的阳极连接，功率二极管D2的阴极与功率二极管D1的阴极、BUS电容C3的正极、功率开关管Q3的集电极连接，BUS电容C3的负极与光伏电池板的负极连接，功率开关管Q3的发射极与功率二极管D4的阳极连接，功率二极管D4的阴极与继电器RY1的一端连接，继电器RY1的另一端与蓄电池正极连接，继电器RY2的一端与光伏电池板的负极连接，继电器RY2的另一端与蓄电池的负极连接，功率开关管Q1和功率开关管Q2的PWM驱动频率为20kHz。

可选地，继电器RY1和继电器RY2为零电流吸合继电器。

可选地，在光伏电池板的正极负极两端设置最大功率点跟踪MPPT参数采样电路，MPPT参数采样电路对光伏电池板的输出电流和输出电压进行12位ADC采样，测量光伏电池板的输出功率，以跟踪光伏电池板的最大输出功率点。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种新能源汽车车载光伏充电器电路的控制方法，所述光伏充电器电路包括功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、升压电感L1、辅助电感L2、功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3、功率二极管D4、滤波电容C1、滤波电容C2、BUS电容C3、继电器RY1和继电器RY2，升压电感L1的一端与滤波电容C1的一端连接后与光伏电池板的正极连接，滤波电容C1的另一端与光伏电池板的负极连接，升压电感L1的另一端与功率开关管Q1的集电极、辅助电感L2的一端、滤波电容C2的一端、功率二极管D1的阳极连接，功率开关管Q1的发射极与光伏电池板的负极连接，辅助电感L2的另一端与功率开关管Q2的集电极、功率二极管D3的阳极连接，功率开关管Q2的发射极与光伏电池板的负极连接，功率二极管D3的阴极与滤波电容C2的另一端、功率二极管D2的阳极连接，功率二极管D2的阴极与功率二极管D1的阴极、BUS电容C3的正极、功率开关管Q3的集电极连接，BUS电容C3的负极与光伏电池板的负极连接，功率开关管Q3的发射极与功率二极管D4的阳极连接，功率二极管D4的阴极与继电器RY1的一端连接，继电器RY1的另一端与蓄电池正极连接，继电器RY2的一端与光伏电池板的负极连接，继电器RY2的另一端与蓄电池负极连接，功率开关管Q1和功率开关管Q2的PWM驱动频率为20kHz，所述控制方法包括：步骤1：Q1为主功率开关管，Q2为辅助功率开关管，辅助电感L2、功率开关管Q2与功率开关管Q1相配合，实现功率开关管Q1的零电压开通、功率开关管Q1的非零电压关断、功率开关管Q2的零电压关断和功率开关管Q2的近似于零电流开通；步骤2：通过控制功率开关管Q1和功率开关管Q2的开通关断，升压调节作为所述光伏充电器电路输出电压值的BUS电容C3的两端电压值，以恒压充电模式对汽车蓄电池进行充电。

可选地，所述光伏充电器电路以恒压充电模式对汽车蓄电池进行充电包括，在给汽车蓄电池充电之前，先闭合继电器RY1和继电器RY2，监测汽车蓄电池的电压值，然后升压调节BUS电容C3的两端电压值至汽车蓄电池的电压值，再开通功率开关管Q3，通过功率二极管D4给汽车蓄电池充电，在充电结束后，关断功率开关管Q3并断开继电器RY1和继电器RY2，防止汽车蓄电池反向放电。

可选地，所述通过控制功率开关管Q1和功率开关管Q2的开通关断，升压调节作为所述光伏充电器电路输出电压值的BUS电容C3的两端电压值包括：当功率开关管Q1零电压开通时，功率开关管Q2零电压关断，辅助电感L2中的存储能量通过功率二极管D3存储在滤波电容C2中；当功率开关管Q1非零电压关断时，功率开关管Q2近似于零电流开通，滤波电容C2中的存储能量过功率二极管D2释放到BUS电容C3中，同时升压电感L1中的存储能量通过功率二极管D1也释放到BUS电容C3中，提升BUS电容C3的两端电压值。

可选地，继电器RY1和继电器RY2采用零电流吸合，防止继电器吸合时打火。

可选地，对光伏电池板的输出电流和输出电压进行12位ADC采样，测量光伏电池板的输出功率，以跟踪光伏电池板的最大输出功率点。

本发明由于采用了上述技术方案，从而具有以下优点：本发明的新能源汽车车载光伏充电器电路及其控制方法，改造了现有技术中新能源汽车车载光伏充电器电路及其控制方法，采用辅助软开关升压拓扑结构对电路进行设计，开关损耗小，转换效率高，同时适应的输入电压范围宽，本发明还对光伏电池板进行输出最大功率点跟踪控制，以对充电过程和充电电压进行实时监控，确保蓄电池充电的高效、安全、可靠。

附图说明

图1为本发明一种新能源汽车车载光伏充电器电路的结构示意图；

图2为本发明又一种新能源汽车车载光伏充电器电路的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

首先，请参考图1，图1为本发明一种新能源汽车车载光伏充电器电路的结构示意图，所述光伏充电器电路即PV电路包括功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、升压电感L1、辅助电感L2、功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3、功率二极管D4、滤波电容C1、滤波电容C2、BUS电容C3、继电器RY1和继电器RY2，升压电感L1的一端与滤波电容C1的一端连接后与光伏电池板的正极连接，滤波电容C1的另一端与光伏电池板的负极连接，升压电感L1的另一端与功率开关管Q1的集电极、辅助电感L2的一端、滤波电容C2的一端、功率二极管D1的阳极连接，功率开关管Q1的发射极与光伏电池板的负极连接，辅助电感L2的另一端与功率开关管Q2的集电极、功率二极管D3的阳极连接，功率开关管Q2的发射极与光伏电池板的负极连接，功率二极管D3的阴极与滤波电容C2的另一端、功率二极管D2的阳极连接，功率二极管D2的阴极与功率二极管D1的阴极、BUS电容C3的正极、功率开关管Q3的集电极连接，BUS电容C3的负极与光伏电池板的负极连接，功率开关管Q3的发射极与功率二极管D4的阳极连接，功率二极管D4的阴极与继电器RY1的一端连接，继电器RY1的另一端与蓄电池正极连接，继电器RY2的一端与光伏电池板的负极连接，继电器RY2的另一端与蓄电池的负极连接，功率开关管Q1和功率开关管Q2的PWM驱动频率为20kHz。其中，继电器RY1和继电器RY2为零电流吸合继电器。

另外，请参考图2，图2为本发明又一种新能源汽车车载光伏充电器电路的结构示意图，相比较图1，图2中增加了对光伏充电器电路进行控制的多个电路装置，其中，Input EMI Filter输入EMI滤波器和Output EMI Filter输出EMI滤波器为光伏充电器电路的输入端和输出端进行电磁干扰滤波的装置，Interface为人机接口，DSP Controller即DSP控制器主要实现BUS电压检测、继电器控制、光伏电池板的正极负极两端的最大功率点跟踪MPPT参数采样、蓄电池充电电流和充电电压采样、功率开关管Q1和功率开关管Q2的PWM驱动频率控制，Control circuit控制电路用于实现功率开关管Q1和功率开关管Q2的PWM驱动频率控制，System Power为系统总电源，为各个控制电路装置进行供电，其中DSP Controller和Interface通过Can总线连接，Battery为汽车蓄电池，PE为接地线，所述参数采样对光伏电池板的输出电流和输出电压进行12位ADC采样，测量光伏电池板的输出功率，以跟踪光伏电池板的最大输出功率点。

所述光伏充电器电路的控制方法包括一下内容：

一、Q1为主功率开关管，Q2为辅助功率开关管，辅助电感L2、功率开关管Q2与功率开关管Q1相配合，实现功率开关管Q1的零电压开通、功率开关管Q1的非零电压关断、功率开关管Q2的零电压关断和功率开关管Q2的近似于零电流开通；

二、通过控制功率开关管Q1和功率开关管Q2的开通关断，升压调节作为所述光伏充电器电路输出电压值的BUS电容C3的两端电压值，以恒压充电模式对汽车蓄电池进行充电。

其中，所述光伏充电器电路以恒压充电模式对汽车蓄电池进行充电包括，在给汽车蓄电池充电之前，先闭合继电器RY1和继电器RY2，监测汽车蓄电池的电压值，然后升压调节BUS电容C3的两端电压值至汽车蓄电池的电压值，再开通功率开关管Q3，通过功率二极管D4给汽车蓄电池充电，在充电结束后，关断功率开关管Q3并断开继电器RY1和继电器RY2，防止汽车蓄电池反向放电。

其中，所述通过控制功率开关管Q1和功率开关管Q2的开通关断，升压调节作为所述光伏充电器电路输出电压值的BUS电容C3的两端电压值包括：当功率开关管Q1零电压开通时，功率开关管Q2零电压关断，辅助电感L2中的存储能量通过功率二极管D3存储在滤波电容C2中；当功率开关管Q1非零电压关断时，功率开关管Q2近似于零电流开通，滤波电容C2中的存储能量过功率二极管D2释放到BUS电容C3中，同时升压电感L1中的存储能量通过功率二极管D1也释放到BUS电容C3中，提升BUS电容C3的两端电压值。

其中，继电器RY1和继电器RY2采用零电流吸合，防止继电器吸合时打火，对光伏电池板的输出电流和输出电压进行12位ADC采样，测量光伏电池板的输出功率，以跟踪光伏电池板的最大输出功率点。

虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种新能源汽车车载光伏充电器电路，其特征在于，所述光伏充电器电路包括：功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、升压电感L1、辅助电感L2、功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3、功率二极管D4、滤波电容C1、滤波电容C2、BUS电容C3、继电器RY1和继电器RY2，升压电感L1的一端与滤波电容C1的一端连接后与光伏电池板的正极连接，滤波电容C1的另一端与光伏电池板的负极连接，升压电感L1的另一端与功率开关管Q1的集电极、辅助电感L2的一端、滤波电容C2的一端、功率二极管D1的阳极连接，功率开关管Q1的发射极与光伏电池板的负极连接，辅助电感L2的另一端与功率开关管Q2的集电极、功率二极管D3的阳极连接，功率开关管Q2的发射极与光伏电池板的负极连接，功率二极管D3的阴极与滤波电容C2的另一端、功率二极管D2的阳极连接，功率二极管D2的阴极与功率二极管D1的阴极、BUS电容C3的正极、功率开关管Q3的集电极连接，BUS电容C3的负极与光伏电池板的负极连接，功率开关管Q3的发射极与功率二极管D4的阳极连接，功率二极管D4的阴极与继电器RY1的一端连接，继电器RY1的另一端与蓄电池正极连接，继电器RY2的一端与光伏电池板的负极连接，继电器RY2的另一端与蓄电池的负极连接，功率开关管Q1和功率开关管Q2的PWM驱动频率为20kHz。

2.根据权利要求1所述的光伏充电器电路，其特征在于：

继电器RY1和继电器RY2为零电流吸合继电器。

3.根据权利要求1所述的光伏充电器电路，其特征在于：

在光伏电池板的正极负极两端设置参数采样电路，对光伏电池板的输出电流和输出电压进行12位ADC采样，测量光伏电池板的输出功率，以跟踪光伏电池板的最大输出功率点。

4.一种根据权利要求1所述的光伏充电器电路的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：Q1为主功率开关管，Q2为辅助功率开关管，辅助电感L2、功率开关管Q2与功率开关管Q1相配合，实现功率开关管Q1的零电压开通、功率开关管Q1的非零电压关断、功率开关管Q2的零电压关断和功率开关管Q2的近似于零电流开通；

步骤2：通过控制功率开关管Q1和功率开关管Q2的开通关断，升压调节作为所述光伏充电器电路输出电压值的BUS电容C3的两端电压值，以恒压充电模式对汽车蓄电池进行充电。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：

所述光伏充电器电路以恒压充电模式对汽车蓄电池进行充电包括，在给汽车蓄电池充电之前，先闭合继电器RY1和继电器RY2，监测汽车蓄电池的电压值，然后升压调节BUS电容C3的两端电压值至汽车蓄电池的电压值，再开通功率开关管Q3，通过功率二极管D4给汽车蓄电池充电，在充电结束后，关断功率开关管Q3并断开继电器RY1和继电器RY2，防止汽车蓄电池反向放电。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：

所述通过控制功率开关管Q1和功率开关管Q2的开通关断，升压调节作为所述光伏充电器电路输出电压值的BUS电容C3的两端电压值包括：

当功率开关管Q1零电压开通时，功率开关管Q2零电压关断，辅助电感L2中的存储能量通过功率二极管D3存储在滤波电容C2中；当功率开关管Q1非零电压关断时，功率开关管Q2近似于零电流开通，滤波电容C2中的存储能量过功率二极管D2释放到BUS电容C3中，同时升压电感L1中的存储能量通过功率二极管D1也释放到BUS电容C3中，提升BUS电容C3的两端电压值。

7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：

继电器RY1和继电器RY2采用零电流吸合，防止继电器吸合时打火。

8.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：

对光伏电池板的输出电流和输出电压进行12位ADC采样，测量光伏电池板的输出功率，以跟踪光伏电池板的最大输出功率点。