CN106427615B - 一种复合电源控制系统及其在不同工况时的切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合电源控制系统及其在不同工况时的切换方法，属于新能源汽车领域，本发明中能量管理系统通过CAN总线分别与整车控制器、第一采样装置、第二采样装置相连接，获取车辆的行驶信息、动力电池与超级电容的性能参数；超级电容与双向DC/DC变换器串联后，一路与动力电池并联构成复合电源，复合电源通过电机控制器控制电机；一路与可控整流装置串联构成充电回路；能量管理系统输出PWM控制信号，分别用于控制双向DC/DC变换器、可控整流装置的触发电路。采用本发明的复合电源控制系统控制电动汽车，元器件少，控制系统简单，易于实现，且能满足功能要求。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车领域，具体涉及一种复合电源控制系统及其在不同工况时的切换方法。
背景技术
PWM技术随着全控型器件在电路中的应用采用的控制方式，广泛应用在测量、通信、功率变换等许多领域。PWM控制技术在电力电子变流技术中占有十分重要的位置，在逆变、直流斩波、整流、交流－交流控制等所有电力电子电路中均可应用。PWM控制信号可有效降低噪声干扰，其应用使电路的控制性能大为改善。
在可控整流电路中，其控制方式可分为相位控制整流电路和斩波控制整流电路。相对来说，相控整流电路需要确定相位角，控制较精确，控制复杂程度也较高。而采用斩波控制，由PWM信号控制可控整流桥的输出，不需要确定相位角，可降低触发电路的复杂程度，同时还可降低PWM信号的频率。
双向DC/DC变换器在具备直流电源供电系统中被广泛应用。近年来DC/DC变换器越来越多的应用于高压大功率电源转换，如新能源汽车。但若使双向DC/DC变换器随需求功率大小改变其输出功率，实现较为困难。而使双向DC/DC变换器稳压输出，其技术较为成熟，容易实现。
中国专利CN105059129 A公开了一种复合电源，该复合电源具备多个一级直流供能装置和二级供能装置，多个二级供能装置之间一对一地通过单向或者双向DC/DC变换器连接。由于采用多个转换器，电路结构复杂，电磁干扰增加。
中国专利CN105896712 A公开了一种复合电能控制系统及其控制方法，其中蓄电池模块与电机系统并联，超级电容与电机系统并联，第一变换器与蓄电池模块串联后分别与第二变换器及超级电容及外围电源系统并联，家用电源与第一变换器串联后与蓄电池模块并联。该复合电能控制系统及其控制方法可使蓄电池模块与超级电容分别单独供电，家用电源系统可对蓄电池模块充电，蓄电池模块或外围电源系统可对超级电容充电，但该系统中需要两个变换器，且控制对象较多，控制较为复杂。
发明内容
本发明提供了一种复合电源控制系统及其在不同工况时的切换方法，可实现复合电源按功率需求输出功率，同时满足控制复杂程度低、易于操作、较易实现等要求，不仅适用于纯电动汽车领域，还适用于各种复合电源用电设备。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合电源控制系统，包括能量管理系统、整车控制器、超级电容、双向DC/DC变换器、动力电池、采样装置、电机、电机控制器、可控整流装置及可控整流装置的触发电路，
所述能量管理系统通过信息采集数据并进行数学计算，经计算机进行逻辑判断发出控制指令；能量管理系统可实现数据采集与监控，动力电池状态估计，过流、过充、温度保护，自检报警以及超级电容充电均衡；
所述能量管理系统通过CAN总线与整车控制器通信连接，获取车辆的行驶信息；
所述能量管理系统通过CAN总线分别与第一采样装置、第二采样装置相连接，所述第一采样装置用于采集动力电池的性能参数，所述第二采样装置采集超级电容的性能参数；所述超级电容与双向DC/DC变换器串联后分两路，一路与动力电池并联构成复合电源，另一路与可控整流装置串联构成充电回路，所述复合电源通过电机控制器控制电机，所述可控整流装置由可控整流装置的触发电路触发；所述能量管理系统输出PWM控制信号，分别用于控制双向DC/DC变换器、可控整流装置的触发电路。
上述方案中，所述双向DC/DC变换器至少有一个开关器件。
上述方案中，所述开关器件可以为绝缘栅双极型晶体管IGBT或金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。
上述方案中，所述可控整流装置可以为半控整流桥或全控整流桥。
上述方案中，所述动力电池的性能参数包括动力电池的电压、电流、剩余容量SOC及温度。
上述方案中，所述超级电容的性能参数包括超级电容的电压、电流。
一种复合电源控制系统在不同工况时的切换方法，其特征在于，当车辆起动时，能量管理系统判断汽车处于起步状态，双向DC/DC变换器升压，超级电容与动力电池共同驱动电机；当车辆匀速行驶时，动力电池驱动电机；当车辆加速或爬坡行驶时，能量管理系统根据车辆的功率需求，确定由动力电池单独驱动电机或超级电容与动力电池共同驱动电机；当车辆减速或制动时，双向DC/DC变换器输出的电压高于超级电容电压并保持电压稳定输出；同时能量管理系统输出PWM控制信号控制可控整流装置的触发电路，并对可控整流装置进行斩波控制，通过斩波控制调节超级电容回收电流的大小。
本发明的有益效果为：
1、可控整流装置与双向DC/DC变换器构成超级电容充电回路，可回收制动能量，可控整流装置的触发电路由能量管理系统发出的PWM控制信号控制，该PWM控制信号频率较低，易于实现，可用于调节超级电容回收电流的大小，提高纯电动汽车在轻度制动时的舒适性。
2、能量管理系统通过CAN总线与整车控制器、第一采样装置及第二采样装置建立通讯连接并进行信息传输；超级电容通过双向DC/DC变换器与动力电池并联，当动力电池放电功率达到其工作功率上限时，超级电容作为辅助电源开始与动力电池共同放电直到大功率需求阶段结束；在减速或制动时，将能量回收到超级电容进行储备，以备下次动力输出；由于降低了动力电池的峰值放电电流，从而减少对动力电池的冲击，同时减少动力电池的充放电次数，达到减缓动力电池的损耗、延长其使用寿命的目的。
附图说明
图1为复合电源控制系统的电路原理图；
图2为可控整流装置及其触发电路图；
图3为实施例2的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
如图1所示，复合电源控制系统的电路原理图，一种复合电源控制系统，包括能量管理系统、整车控制器、超级电容、双向DC/DC变换器、动力电池、采样装置、电机、电机控制器、可控整流装置及可控整流装置的触发电路。
双向DC/DC变换器至少有一个开关器件，开关器件可以为绝缘栅双极型晶体管IGBT或金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，本发明优选为绝缘栅双极型晶体管IGBT；可控整流装置可以为半控整流桥或全控整流桥，本发明优选为半控整流桥。
如图2所示，半控整流桥由二极管D1及晶闸管SCR组成的三条桥臂构成，该半控整流桥具有三条相同的触发信号发生支路，且三条触发信号发生支路并联，其中一条触发信号发生支路经电阻R1、二极管D2及稳压管ZD依次串联跨接于两个桥臂，电阻R2、光电耦合器及电阻R3依次串联且与稳压管ZD并联以输出稳定触发信号，PWM控制信号经电阻R4输入光电耦合器用于控制触发信号的产生。
能量管理系统通过信息采集数据并进行数学计算，经计算机进行逻辑判断发出控制指令；能量管理系统可实现数据采集与监控，动力电池状态估计，过流、过充、温度保护，自检报警以及超级电容充电均衡。
能量管理系统通过CAN总线与整车控制器通信连接，获取车辆的行驶信息。
能量管理系统通过CAN总线分别与第一采样装置、第二采样装置相连接，第一采样装置用于采集动力电池的性能参数，包括动力电池的电压、电流、剩余容量SOC及温度；第二采样装置采集超级电容的性能参数，包括超级电容的电压、电流；超级电容与双向DC/DC变换器串联后分两路，一路与动力电池并联构成复合电源，另一路与可控整流装置串联构成充电回路，复合电源通过电机控制器控制电机，可控整流装置由可控整流装置的触发电路触发；能量管理系统输出PWM控制信号，分别用于控制双向DC/DC变换器、可控整流装置的触发电路。
一种复合电源控制系统的工作过程：能量管理系统通过CAN总线从整车控制器获取踏板信息，从采样装置获取动力电池及超级电容性能参数，并进行判断，当能量管理系统判断车辆功率需求不大时，动力电池单独驱动电机，若此时动力电池剩余容量SOC充足、超级电容电压较低，动力电池在驱动电机的同时对超级电容充电，直到超级电容电压达到充电上限；当能量管理系统判断车辆功率需求大时，双向DC/DC变换器升压，超级电容与动力电池共同驱动电机；当能量管理系统判断整车减速或制动时，双向DC/DC变换器降压，超级电容回收能量，此时，可控整流装置由PWM控制信号控制，调节超级电容回收电流的大小。
下面结合纯电动汽车的各种工况说明复合电源控制系统的控制策略。
工况1：车辆起动时，能量管理系统从整车控制器获取加速踏板信号、车速信号，判断车辆处于起步状态，由于车辆起步时的大功率需求，超级电容与动力电池共同驱动电机；采样装置将超级电容电压及动力电池电压通过CAN总线传输到能量管理系统，能量管理系统输出PWM控制信号，使双向DC/DC变换器工作在放电状态。
工况2：车辆匀速行驶时，功率要求不高，此时由动力电池单独供电驱动电机，超级电容不工作，处于备用状态。
工况3：车辆加速或爬坡行驶时，能量管理系统根据车辆车功率需求确定复合电源控制系统的工作状态；当功率需求小于功力电池单独工作最大限值功率时，由动力电池单独驱动；当功率需求大于动力电池单独工作最大限值功率时，能量管理系统根据采样装置检测到的超级电容和动力电池电压，输出PWM控制信号，使超级电容与动力电池共同驱动电机。
工况4：车辆减速或制动时，能量管理系统从整车控制器获取加速踏板及制动踏板信号，确定复合电源控制系统工作于能量回收状态，并输出PWM控制信号使双向DC/DC变换器工作在能量回收状态且保持输出电压保持稳定；同时向可控整流装置输出另一PWM信号控制可控整流装置的触发电路，当车辆处于轻度制动时，通过PWM信号对可控整流装置进行斩波控制，调节制动电流大小，使制动踏板行程与制动力成线性关系，保证制动感觉良好；当车辆制动强度大于最大回馈制动强度时，PWM信号使可控整流装置全开，具有最大回馈制动电流；该工况下，能量回收到超级电容中，以备下次大功率驱动时与动力电池共同驱动。
实施例2
如图3所示，当复合电源控制系统处于超级电容与动力电池共同驱动状态时，需要对动力电池输出功率进行控制时，可在动力电池端串联一个可控开关器件及可控开关器件的触发电路并由PWM信号控制。在车辆需要大功率驱动时，可调控动力电池输出功率大小，其它功率需求由超级电容提供，使功力电池工作在较高效区间，减少动力电池损耗，延长其使用寿命。
作为其它实施方法，如果不对动力电池最大输出功率进行调控，则复合电源控制系统可以不配备与动力电池串联的可控开关器件及可控开关器件的触发电路。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种复合电源控制系统，其特征在于，包括能量管理系统、整车控制器、超级电容、双向DC/DC变换器、动力电池、采样装置、电机、电机控制器、可控整流装置及可控整流装置的触发电路；
所述能量管理系统通过信息采集数据并进行数学计算，经计算机进行逻辑判断发出控制指令；能量管理系统能够实现数据采集与监控，动力电池状态估计，过流、过充、温度保护，自检报警以及超级电容充电均衡；
所述能量管理系统通过CAN总线与整车控制器通信连接，获取车辆的行驶信息；
所述能量管理系统通过CAN总线分别与第一采样装置、第二采样装置相连接，所述第一采样装置用于采集动力电池的性能参数，所述第二采样装置采集超级电容的性能参数；所述超级电容与双向DC/DC变换器串联后分两路，一路与动力电池并联构成复合电源，另一路与可控整流装置串联构成充电回路，所述复合电源通过电机控制器控制电机，所述可控整流装置由可控整流装置的触发电路触发；所述能量管理系统输出PWM控制信号，分别用于控制双向DC/DC变换器、可控整流装置的触发电路。
2.根据权利要求1所述的一种复合电源控制系统，其特征在于，所述双向DC/DC变换器至少有一个开关器件。
3.根据权利要求2所述的一种复合电源控制系统，其特征在于，所述开关器件能够为绝缘栅双极型晶体管IGBT或金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。
4.根据权利要求1所述的一种复合电源控制系统，其特征在于，所述可控整流装置能够为半控整流桥或全控整流桥。
5.根据权利要求1所述的一种复合电源控制系统，其特征在于，所述动力电池的性能参数包括动力电池的电压、电流、剩余容量SOC及温度。
6.根据权利要求1所述的一种复合电源控制系统，其特征在于，所述超级电容的性能参数包括超级电容的电压、电流。
7.一种如权利要求1所述的复合电源控制系统在不同工况时的切换方法，其特征在于，当车辆起动时，能量管理系统判断汽车处于起步状态，双向DC/DC变换器升压，超级电容与动力电池共同驱动电机；当车辆匀速行驶时，动力电池驱动电机；当车辆加速或爬坡行驶时，能量管理系统根据车辆的功率需求，确定由动力电池单独驱动电机或超级电容与动力电池共同驱动电机；当车辆减速或制动时，双向DC/DC变换器输出的电压高于超级电容电压并保持电压稳定输出；同时能量管理系统输出PWM控制信号控制可控整流装置的触发电路，并对可控整流装置进行斩波控制，通过斩波控制调节超级电容回收电流的大小。
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| CN1154765A (zh) * | 1994-06-10 | 1997-07-16 | 诺思路·格鲁曼公司 | 电力车辆蓄电池充电器 |
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