CN104852578A - 一种混合动力汽车车载双向直流变换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混合动力汽车车载双向直流变换装置，其包括多相双向功率变换单元、逻辑处理单元、核心控制单元和信号检测单元；多相双向功率变换单元是由两个或两个以上的功率单元组成，其一端电连接负载，另一端电连接逻辑处理单元；逻辑处理单元电连接核心控制单元；核心控制单元电连接信号检测单元；信号检测单元连接负载。本发明能实现车载高压电源向低压电源的功率转换和实现车载电源能量的双向流动，能够满足车载高压电源和低压电源系统的需要，实现能量的双向流动的自适应控制，可以显著提高车载高压锂电池的使用寿命和效率。
Description
技术领域
本发明涉及混合动力汽车技术领域，尤其涉及一种混合动力汽车车载双向直流变换装置。
背景技术
汽车工业的不断发展造成石油需求的急剧增加和日益严重的环境污染，研究和开发清洁、高效和智能的交通车辆成为必然的选择，而电动汽车以车载电池为动力或者采用油电混合的供电方式，极大的降低了排放。
电动汽车电能动力系统动态性能差，不支持能量的双向流动的特点使得其作为动力源完全独立的车辆行驶提供动力还不完善。因此多能源匹配构成动力系统成为目前可行的方案，然而各种辅助能量装置的电气特性往往特性上有很大的差异，双向直流变换器使得各种能量装置构成的混合动力系统能够稳定的、可靠的和高效的工作，是电动汽车动力系统的重要部件，是构成能量双向流动和实现能量有效管理和改善动力性能等不可缺少的关键环节。
目前，各种电动汽车所使用的DC-DC变换器存在着自身损耗较大，能量转换效率低等问题，而且大多数方案没有考虑到高压电池和低压电池同时的使用效率和寿命，因此设计出符合高压电池输出特性和满足低压电池与电器的双向直流变换器不断可以改善电池的输出特性，还可以更加有效的保护高压电池和提高电池的寿命和效率。
基于以上原因，本发明为混合动力汽车的车载双向直流变换装置，能够能量的双向流动，保证高低压电器设备可靠有效的工作，特别是能够高压电池大功率输出的需要，提高电池的寿命和效率，改善电动汽车的启动特性和加速特性。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供了一种能实现车载高压电源向低压电源的功率转换和实现车载电源能量的双向流动，能够满足车载高压电源和低压电源系统的需要，实现能量的双向流动的自适应控制，可以显著提高车载高压锂电池的使用寿命和效率的混合动力汽车车载双向直流变换装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：
上述的混合动力汽车车载双向直流变换装置，其包括多相双向功率变换单元、逻辑处理单元、核心控制单元和信号检测单元；所述多相双向功率变换单元是由两个或两个以上的功率单元组成，其一端电连接负载，另一端电连接逻辑处理单元；所述逻辑处理单元电连接所述核心控制单元，其根据负载的轻重并接收由所述核心控制单元发出的控制逻辑信号，以判断多少组功率单元为负载提供能量；所述核心控制单元电连接所述信号检测单元，其通过对所述信号检测单元的信号进行判断和分析，判断系统应该投入的所述功率单元的组数，并发出移相控制的逻辑信号；所述信号检测单元连接负载，其用于检测所述功率单元的温度、电池电压及双向的电流信号，并将检测到的信号通过CAN总线将该双向直流变换装置的电参数发送给整车控制系统。
所述混合动力汽车车载双向直流变换装置，其中：每个所述功率单元均包括第一EMI单元、第一防反接单元、电流可逆DC单元、第二防反接单元、第二EMI单元、驱动单元及控制与保护单元；所述第一EMI单元一端双向电连接其中一节电池，另一端双向电连接所述第一防反接单元；所述第一防反接单元一端双向电连接所述电流可逆DC单元；所述电流可逆DC单元一端双向电连接所述第二防反接单元；所述第二防反接单元一端双向电连接所述第二EMI单元；所述第二EMI单元一端双向电连接另一节电池；所述驱动单元一端电连接所述电流可逆DC单元，另一端电连接所述控制与保护单元；所述控制与保护单元两端分别电连接于所述第一、第二EMI单元。
所述混合动力汽车车载双向直流变换装置，其中：所述多相双向功率变换单元具有两组以及两组以上的所述功率单元对负载提供能量时，所述核心控制单元通过检测电流的流向和电流的大小，发出逻辑控制信号，使得所述双向直流变换装置工作在高压—低压模式或者低压—高压模式，同时根据电流的大小判断需要多少组所述功率单元提供能量。
所述混合动力汽车车载双向直流变换装置，其中：所述多相双向功率变换单元具有两组或者两组以上的所述功率单元对负载提供能量时，所述逻辑处理单元实现移相处理 ，使得各组所述功率单元实现能量的互补，以减小输出电压纹波。
所述混合动力汽车车载双向直流变换装置，其中：所述核心控制单元具有实现所述双向直流变换装置的过流保护、过压保护、欠压保护、过热保护、短路保护以及防反接功能。
所述混合动力汽车车载双向直流变换装置，其中：所述核心控制单元包括相位控制信号模块、PWM脉冲发生模块和保护模块；所述相位控制信号模块是在相位控制发出后经所述逻辑处理单元后控制所述功率单元；所述PWM脉冲发生模块为控制功率器件；所述保护模块是进行输入电池过压、欠压保护，输出电池过压/欠压保护、输入/输出过流保护、双向直流变换装置过热保护，并将电压、电流、温度电参数通过CAN总线发送给整车控制系统。
所述混合动力汽车车载双向直流变换装置，其中：所述逻辑处理单元包括电机工况识别模块及电流分析和判断模块；所述电机工况识别模块用于判断车的工况即在启动和重载模式下要工作在低压到高压的工作模式；所述电流分析和判断模块通过分析所述核心控制单元采集的电流大小和电流方向决定所述多相双向功率变换单元的工作模式和所述功率单元的个数。
所述混合动力汽车车载双向直流变换装置，其中：所述信号检测单元检是将测到的信号通过电信号连接电路输入到所述核心控制单元的AD入口和I/O入口。
有益效果：
本发明混合动力汽车车载双向直流变换装置可实现车载高压电源向低压电源的功率转换和实现车载电源能量的双向流动，采用双向直流变换结构、多相功率变换器和自适应控制技术，能够满足车载高压电源和低压电源系统的需要，实现能量的双向流动的自适应控制，能适用于油电混合的具有高压和低压两种电源等级的车载电源系统，并且具有较高的可靠性和效率；同时，本发明实现车载高压锂电池转换成低压直流电流对负载供电，同时在车载锂电需要发出较大功率时，低压电池能量反向流动，给锂电池补充能量，可以显著提高车载高压锂电池的使用寿命和效率，促进了油电混合型混合动力汽车的国产化进程。
附图说明
图1为本发明混合动力汽车车载双向直流变换装置的整体结构示意图；
图2为本发明混合动力汽车车载双向直流变换装置的多相双向功率变换单元的结构示意图；
图3为本发明混合动力汽车车载双向直流变换装置的单个功率单元的结构示意图；
图4为本发明混合动力汽车车载双向直流变换装置的逻辑处理单元的结构树形图；
图5为本发明混合动力汽车车载双向直流变换装置的核心控制单元的结构树形图。
具体实施方式
如图1至3所示，本发明混合动力汽车车载双向直流变换装置，包括多相双向功率变换单元1、逻辑处理单元2、核心控制单元3和信号检测单元4。
该多相双向功率变换单元1一端电连接负载5，另一端电连接逻辑处理单元2；该多相双向功率变换单元1是由两个或者两个以上的功率单元组成，每一个功率单元均包括第一EMI单元11、第一防反接单元12、电流可逆DC单元13、第二防反接单元14、第二EMI单元15、驱动单元16以及控制与保护单元17；其中，该第一EMI单元11一端双向电连接其中一节电池a，另一端双向电连接第一防反接单元12；该第一防反接单元12一端双向电连接电流可逆DC单元13；该电流可逆DC单元13一端双向电连接第二防反接单元14；该第二防反接单元14一端双向电连接第二EMI单元15；该第二EMI单元15一端双向电连接另一节电池b；该驱动单元16一端电连接电流可逆DC单元13，另一端电连接控制与保护单元17；该控制与保护单元17一端电连接于第一EMI单元11与电池a的连接点，另一端电连接于第二EMI单元15与电池b的连接点。
该逻辑处理单元2一端电连接于多相双向功率变换单元1，另一端电连接于核心控制单元3；该逻辑处理单元2包括电机工况识别模块21及电流分析和判断模块22；该电机工况识别模块21用于判断车的工况,在启动和重载模式下要工作在低压到高压的工作模式；该电流分析和判断模块22通过分析核心控制单元3采集的电流大小和电流方向决定多相双向功率变换单元1的工作模式和功率单元的个数。其中，该逻辑处理单元2根据负载5的轻重，核心控制单元3发出控制逻辑信号，同时逻辑处理单元2判断多少组功率单元为负载5提供能量，提高系统的工作效率；当多相双向功率变换单元1有两组或者两组以上的功率单元提供能量时，逻辑处理单元2实现移相处理 ，使得各组功率单元实现能量的互补，减小输出电压纹波。
该核心控制单元3一端电连接逻辑处理单元2，另一端电连接信号检测单元4，该核心控制单元3包括相位控制信号模块31、PWM脉冲发生模块32和保护模块33；该相位控制信号模块31在核心控制单元3相位控制发出后经逻辑处理单元2后控制功率单元；该PWM脉冲发生模块32为控制功率器件；该保护模块33主要是进行输入电池过压、欠压保护，输出电池过压/欠压保护、输入/输出过流保护、双向直流变换装置过热保护，并将电压、电流、温度等电参数通过CAN总线发送给整车控制系统。该核心控制单元3通过对信号检测单元4的信号进行判断和分析，判断系统应该投入的功率单元的组数，同时发出移相控制的逻辑信号；其中，核心控制单元3实现双向直流变换装置的过流保护、过压保护、欠压保护、过热保护功能、短路保护功能以及防反接功能。同时，当多相双向功率变换单元1有两组以及两组以上的功率单元对负载5提供能量时，核心控制单元3通过检测电流的流向和电流的大小，发出逻辑控制信号，使得双向直流变换装置工作在高压—低压模式或者低压—高压模式，同时根据电流的大小判断需要多少组功率单元提供能量；当多相双向功率变换单元1有两组及以上功率单元提供能量时，实现多相控制技术，输出电压的相位实现互补，极大的减小了输出电压的纹波和提高了系统效率。
该信号检测单元4一端电连接核心控制单元3，另一端连接负载5；其中，该信号检测单元4用于检测多相双向功率变换单元1的功率单元的温度、电池a和电池b的电压、双向的电流信号；信号检测单元4检测到的信号通过电信号连接电路输入到核心控制单元3的AD入口和I/O入口。
其中，本发明采用双向直流变换拓扑结构即采用电流可逆的直流变化结构，可实现在高压电池实现向低压负载提供功率时，本发明工作在降压工作模式，在发动机启动或者车载高压电池输出大功率时，低压电池实现向高压电池的能量回馈，提高高压电池的使命和效率，此时本发明工作在升压工作模式。
本发明能实现车载高压电源向低压电源的功率转换和实现车载电源能量的双向流动，能够满足车载高压电源和低压电源系统的需要，实现能量的双向流动的自适应控制，可以显著提高车载高压锂电池的使用寿命和效率。
Claims (8)
1.一种混合动力汽车车载双向直流变换装置，其特征在于：所述双向直流变换装置包括多相双向功率变换单元、逻辑处理单元、核心控制单元和信号检测单元；
所述多相双向功率变换单元是由两个或两个以上的功率单元组成，其一端电连接负载，另一端电连接逻辑处理单元；
所述逻辑处理单元电连接所述核心控制单元，其根据负载的轻重并接收由所述核心控制单元发出的控制逻辑信号，以判断多少组功率单元为负载提供能量；
所述核心控制单元电连接所述信号检测单元，其通过对所述信号检测单元的信号进行判断和分析，判断系统应该投入的所述功率单元的组数，并发出移相控制的逻辑信号；
所述信号检测单元连接负载，其用于检测所述功率单元的温度、电池电压及双向的电流信号，并将检测到的信号通过CAN总线将该双向直流变换装置的电参数发送给整车控制系统。
2.如权利要求1所述的混合动力汽车车载双向直流变换装置，其特征在于：每个所述功率单元均包括第一EMI单元、第一防反接单元、电流可逆DC单元、第二防反接单元、第二EMI单元、驱动单元及控制与保护单元；
所述第一EMI单元一端双向电连接其中一节电池，另一端双向电连接所述第一防反接单元；
所述第一防反接单元一端双向电连接所述电流可逆DC单元；
所述电流可逆DC单元一端双向电连接所述第二防反接单元；
所述第二防反接单元一端双向电连接所述第二EMI单元；
所述第二EMI单元一端双向电连接另一节电池；
所述驱动单元一端电连接所述电流可逆DC单元，另一端电连接所述控制与保护单元；
所述控制与保护单元两端分别电连接于所述第一、第二EMI单元。
3.如权利要求1所述的混合动力汽车车载双向直流变换装置，其特征在于：所述多相双向功率变换单元具有两组以及两组以上的所述功率单元对负载提供能量时，所述核心控制单元通过检测电流的流向和电流的大小，发出逻辑控制信号，使得所述双向直流变换装置工作在高压—低压模式或者低压—高压模式，同时根据电流的大小判断需要多少组所述功率单元提供能量。
4.如权利要求1所述的混合动力汽车车载双向直流变换装置，其特征在于：所述多相双向功率变换单元具有两组或者两组以上的所述功率单元对负载提供能量时，所述逻辑处理单元实现移相处理 ，使得各组所述功率单元实现能量的互补，以减小输出电压纹波。
5.如权利要求1所述的混合动力汽车车载双向直流变换装置，其特征在于：所述核心控制单元具有实现所述双向直流变换装置的过流保护、过压保护、欠压保护、过热保护、短路保护以及防反接功能。
6.如权利要求1或5所述的混合动力汽车车载双向直流变换装置，其特征在于：所述核心控制单元包括相位控制信号模块、PWM脉冲发生模块和保护模块；所述相位控制信号模块是在相位控制发出后经所述逻辑处理单元后控制所述功率单元；所述PWM脉冲发生模块为控制功率器件；所述保护模块是进行输入电池过压、欠压保护，输出电池过压/欠压保护、输入/输出过流保护、双向直流变换装置过热保护，并将电压、电流、温度电参数通过CAN总线发送给整车控制系统。
7.如权利要求1所述的混合动力汽车车载双向直流变换装置，其特征在于：所述逻辑处理单元包括电机工况识别模块及电流分析和判断模块；所述电机工况识别模块用于判断车的工况即在启动和重载模式下要工作在低压到高压的工作模式；所述电流分析和判断模块通过分析所述核心控制单元采集的电流大小和电流方向决定所述多相双向功率变换单元的工作模式和所述功率单元的个数。
8.如权利要求1所述的混合动力汽车车载双向直流变换装置，其特征在于：所述信号检测单元检是将测到的信号通过电信号连接电路输入到所述核心控制单元的AD入口和I/O入口。
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