CN106899206A - 一种电动汽车供电用大功率dc‑dc变换器及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电动汽车供电用大功率DC‑DC变换器及控制方法,属于电动汽车DC‑DC变换器技术领域,主要涉及一种电动汽车供电用大功率DC‑DC变换器及控制方法;一种电动汽车供电用大功率DC‑DC变换器,包括输入电源单元、BMS单元、逆变单元、控制单元和隔离驱动单元;输入电源单元包括光伏供电部分和燃料电池供电部分;BMS单元包括主控制器和外围采集电路;控制单元包括依次相连接的第一控制电路、通讯电路和第二控制电路;一种电动汽车供电用大功率DC‑DC变换器控制方法,包括以下步骤:步骤一,输入量的模糊化;步骤二,建立模糊规则并模糊推理;步骤三,输出量的去模糊化。本发明成本低,装置简单,易于实现。

Description

一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器及控制方法
技术领域
[0001] —种大功率DC-DC变换器及控制方法,属于电动汽车DC-DC变换器技术领域,主要 涉及一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器及控制方法。
背景技术
[0002]随着社会的发展和科技的进步,汽车工业得到了高速的发展。如今,随着近年来环 境问题和能源危机的逐步加重,传统能源汽车所造成的尾气污染日益加重,己经严重影响 到了人们的日常生活。因此,以电驱动为代表的清洁能源取代传统能源汽车成为了如今世 界上各大汽车企业所研宄的热点问题。用新能源电动汽车代替传统燃油汽车是汽车工业未 来发展的必然趋势。
[0003] 在电动汽车大力发展的情况下,越来越多的电动汽车大功率DC-DC变换器被设计 研发。然而,目前市场上的电动汽车大功率DC-DC变换器只通过一种方式供能,当此种方式 出现故障时不能替换,对电动汽车的续航行驶造成了极大的困扰,并且供能系统不稳定,不 能满足人们的需求。
发明内容
[0004] 为了解决上述问题,本发明公开了一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器及控 制方法,不仅结构简单、供能系统稳定,而且采用了多种供能方式互补供能,解决了电动汽 车续航行驶问题,成本低、自动化程度高、易于实现。
[0005] 本发明的目的是这样实现的:
[0006] 一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器,包括输入电源单元、BMS单元、逆变单 元、控制单元和隔离驱动单元,所述输入电源单元、BMS单元和逆变单元依次建立连接关系, 控制单元和隔离驱动单元依次建立连接关系,隔离驱动单元输出端与逆变单元建立连接关 系。
[0007] 所述输入电源单元包括并联连接的光伏供电部分和燃料电池供电部分;所述光伏 供电部分包括并联连接的光伏系统和超级电容系统,光伏系统包括滤波电容、谐振电容、保 险丝、第一功率管和谐振二极管,滤波电容的两端分别与太阳能极板的正极端和负极端建 立连接关系,所述滤波电容与串联连接的保险丝、谐振二极管和谐振电容并联连接,保险丝 和谐振二极管的中点与功率管的集电极端建立连接关系,功率管的发射极端与太阳能极板 的负极端建立连接关系。输入电源采用并联连接的光伏供电部分和燃料电池供电部分同时 工作,当遇到阴雨等一些极端天气使得光伏供电部分不能工作时,燃料电池供电部分工作, 确保电动汽车安全行驶。
[0008] 所述超级电容系统包括依次相连接的稳压部分和放大部分,所述稳压部分包括第 一稳压电阻、第二稳压电阻、第三稳压电阻和稳压源,串联连接的第一稳压电阻和第二稳压 电阻分别与太阳能极板的正极端和负极端建立连接关系,第一稳压电阻和第二稳压电阻的 中点与稳压源的参考端建立连接关系,稳压源的阴极端通过第三稳压电阻与太阳能极板的 正极端建立连接关系,稳压源的阳极端与太阳能极板的负极端建立连接关系;所述放大部 分包括第二功率管、第二功率管、第一限流电阻、第二限流电阻、弟二限流电阻和超级电谷, 第二功率管的发射极端与太阳能极板的正极端建立连接关系,第二功率管的集电极端与第 三功率管的基极端建立连接关系,第三功率管的发射极端与太阳能极板的负极端建立连接 关系,并联连接的第一限流电阻、第二限流电阻和第三限流电阻的一端与第二功率管的发 射极端和超级电容的正极端建立连接关系,并联连接的第一限流电阻、第二限流电阻和第 三限流电阻的另一端与第三功率管的集电极端建立连接关系,超级电容的负极端与太阳能 极板的负极端建立连接关系;所述第一稳压电阻、第二稳压电阻和第三稳压电阻的阻值比 为2:5:3;所述第一限流电阻、第二限流电阻和第三限流电阻的阻值比为1:3:2。在太阳能充 足的条件下,太阳能极板通过稳压放大给超级电容充电,当遇到极端天气,太阳能不充分 时,超级电容通过放电给太阳能极板提供能量,确保电动汽车的顺利运行。
[0009] 所述BMS单元包括主控制器和与主控制器想连接的外围采集电路,所述外围采集 电路包括电流采集电路、电压采集电路、转速采集电路和温度采集电路;所述主控制器为 ARM9控制器,工作频率200kHz。本发明公开的BMS单元不仅可以监测电动汽车动力电池系统 的工作状态以及异常情况,还可以通过人机界面对各监控参数加以自主设定,使控制更为 精准,监控数据更有准确。
[0010] 所述控制单元包括依次相连接的第一控制电路、通讯电路和第二控制电路,所述 第一控制电路包括第一控制芯片和与第一控制芯片相连接的第一外围电路,第二控制电路 包括第二控制芯片和与第二控制芯片相连接的第二外围电路;所述第一控制芯片为FPGA芯 片,型号为XC3S200A,工作频率200kHz;第一外围电路包括第一最小系统电路、数模转换电 路和IXD显示电路;所述第二控制芯片为CPLD芯片,型号为EPM7064S;第二外围电路包括第 二最小系统电路、USB接口电路和JTAG接口电路。
[0011] 所述通讯电路与第一控制电路和第二控制电路建立双向数据通讯连接。
[0012] 一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器控制方法,包括以下步骤:
[0013] 步骤一,输入量的模糊化:将输入量确定一个模糊子集,建立一个三角形隶属度函 数,用极差的方式对隶属度进行表述,分别表述出电压极差、〒均电流和均衡电流的隶属度 函数。
[0014] 步骤二,建立模糊规则并模糊推理:用模糊条件语句对隶属度函数进行模糊描述, 模糊控制器的控制规则是由一组彼此间通过“或”的连接关系连接起来的迷糊条件语句来 描述的,其中每一条模糊条件语句,当输入、输出语言变量在各自论域上反应各语言值的模 糊子集为己知时,都可以表达为论域集上的模糊关系。
[0015] 步骤三,输出量的去模糊化:模糊控制器接受模糊输入量,经过模糊逻辑推理,最 终得到被控数据量的模糊控制量。由于模糊控制量不能直接用于被控对象的控制,被控对 象的控制变量必须为精确控制量,所以,采用重心法对隶属度函数进行去模糊化,输出均衡 电流。
[0016]本发明与现有技术相比,具有如下有益效果:根据本发明公开的一种电动汽车供 电用大功率DC-DC变换器及控制方法,不仅结构简单、供能系统稳定,而且采用了多种供能 方式互补供能,解决了电动汽车续航行驶问题。模糊控制技术加入实现了多种供电方式的 均流,提高了本发明的控制精度。而且本发明成本低,工艺简单,对改善生活水平以及低碳 环保具有重要作用,适于推广。
附图说明
[0017]图1是根据本发明的实施例的一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器及控制方 法的结构示意图;
[0018]图2是是根据本发明的实施例的一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器及控制 方法的光伏系统电路图;
[0019]图3是是根据本发明的实施例的一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器及控制 方法的超级电容系统电路图。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
[0021] 一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器,包括输入电源单元、BMS单元、逆变单 元、控制单元和隔离驱动单元,所述输入电源单元、BMS单元和逆变单元依次建立连接关系, 控制单元和隔离驱动单元依次建立连接关系,隔离驱动单元输出端与逆变单元建立连接关 系。
[0022] 所述输入电源单元包括并联连接的光伏供电部分和燃料电池供电部分;所述光伏 供电部分包括并联连接的光伏系统和超级电容系统,光伏系统包括滤波电容C1、谐振电容 C2、保险丝F1、第一功率管T1和谐振二极管D1,滤波电容C1的两端分别与太阳能极板的正极 端和负极端建立连接关系,所述滤波电容C1与串联连接的保险丝F1、谐振二极管D1和谐振 电容C2并联连接,保险丝F1和谐振二极管D1的中点与功率管T1的集电极端建立连接关系, 功率管T1的发射极端与太阳能极板的负极端建立连接关系。输入电源采用并联连接的光伏 供电部分和燃料电池供电部分同时工作,当遇到阴雨等一些极端天气使得光伏供电部分不 能工作时,燃料电池供电部分工作,确保电动汽车安全行驶。
[0023] 所述超级电容系统包括依次相连接的稳压部分和放大部分,所述稳压部分包括第 一稳压电阻R1、第二稳压电阻R2、第三稳压电阻R3和稳压源Q1,串联连接的第一稳压电阻R1 和第二稳压电阻R2分别与太阳能极板的正极端和负极端建立连接关系,第一稳压电阻R1和 第二稳压电阻R2的中点与稳压源Q1的参考端建立连接关系,稳压源Q1的阴极端通过第三稳 压电阻R3与太阳能极板的正极端建立连接关系,稳压源Q1的阳极端与太阳能极板的负极端 建立连接关系;所述放大部分包括第二功率管T2、第三功率管T3、第一限流电阻R4、第二限 流电阻R5、第三限流电阻R6和超级电容C3,第二功率管T2的发射极端与太阳能极板的正极 端建立连接关系,第二功率管T2的集电极端与第三功率管T3的基极端建立连接关系,第三 功率管T3的发射极端与太阳能极板的负极端建立连接关系,并联连接的第一限流电阻R4、 第二限流电阻R5和第三限流电阻R6的一端与第二功率管T2的发射极端和超级电容C3的正 极端建立连接关系,并联连接的第一限流电阻R4、第二限流电阻R5和第三限流电阻R6的另 一端与第三功率管T3的集电极端建立连接关系,超级电容C3的负极端与太阳能极板的负极 端建立连接关系;所述第一稳压电阻R1、第二稳压电阻R2和第三稳压电阻R3的阻值比为2:5 :3;所述第一限流电阻R4、第二限流电阻R5和第三限流电阻R6的阻值比为1:3:2。在太阳能 充足的条件下,太阳能极板通过稳压放大给超级电容充电,当遇到极端天气,太阳能不充分 时,超级电容通过放电给太阳能极板提供能量,确保电动汽车的顺利运行。
[0024] 本发明使用多种供能方式进行互补供能,当天气好,太阳能充足时,太阳能极板给 电动汽车动力电池以及超级电容供电,当腿S单元检测到电动汽车动力电池电量不足时,燃 料电池通过化学反应作用给电动汽车动力电池,补充电能;当遇到极端恶劣环境,太阳能匮 乏时,超级电容通过放电,供能给太阳能极板补充电量。通过太阳能极板、燃料电池和超级 电容三种供能方式联合作用,确保电动汽车具有较强的续航能力,达到安全行驶的目的。 [0025] 所述BMS单元包括主控制器和与主控制器想连接的外围采集电路,所述外围采集 电路包括电流米集电路、电压米集电路、转速米集电路和温度米集电路;本发明公开的BMS 单元不仅可以监测电动汽车动力电池系统的工作状态以及异常情况,还可以通过人机界面 对各监控参数加以自主设定,使控制更为精准,监控数据更有准确。
[0026] 所述控制单元包括依次相连接的第一控制电路、通讯电路和第二控制电路,所述 第一控制电路包括第一控制芯片和与第一控制芯片相连接的第一外围电路,第二控制电路 包括第二控制芯片和与第二控制芯片相连接的第二外围电路。
[0027] 所述通讯电路与第一控制电路和第二控制电路建立双向数据通讯连接。
[0028] 一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器控制方法,包括以下步骤:
[0029]步骤一,输入量的模糊化:将输入量确定一个模糊子集,建立一个三角形隶属度函 数,用极差的方式对隶属度进行表述,分别表述出电压极差、平均电流和均衡电流的隶属度 函数。
[0030] 步骤二,建立模糊规则并模糊推理:用模糊条件语句对隶属度函数进行模糊描述, 模糊控制器的控制规则是由一组彼此间通过“或”的连接关系连接起来的迷糊条件语句来 描述的,其中每一条模糊条件语句,当输入、输出语言变量在各自论域上反应各语言值的模 糊子集为已知时,都可以表达为论域集上的模糊关系。
[0031] 步骤三,输出量的去模糊化:模糊控制器接受模糊输入量,经过模糊逻辑推理,最 终得到被控数据量的模糊控制量。由于模糊控制量不能直接用于被控对象的控制,被控对 象的控制变量必须为精确控制量,所以,采用重心法对隶属度函数进行去模糊化,输出均衡 电流。
[0032] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范 围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1. 一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器,其特征在于:包括输入电源单元、BMS单 元、逆变单元、控制单元和隔离驱动单元,所述输入电源单元、BMS单元和逆变单元依次建立 连接关系,控制单元和隔离驱动单元依次建立连接关系,隔离驱动单元输出端与逆变单元 建立连接关系。
2. 根据权利要求1所述的一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器,其特征在于:所述 输入电源单元包括并联连接的光伏供电部分和燃料电池供电部分;所述光伏供电部分包括 并联连接的光伏系统和超级电容系统,光伏系统包括滤波电容C1、谐振电容C2、保险丝F1、 第一功率管T1和谐振二极管D1,滤波电容C1的两端分别与太阳能极板的正极端和负极端建 立连接关系,串联连接的保险丝F1、谐振二极管D1和谐振电容C2并接在滤波电容C1两端,保 险丝F1和谐振二极管D1的中点与功率管T1的集电极端建立连接关系,功率管T1的发射极端 与太阳能极板的负极端建立连接关系。
3. 根据权利要求2所述的一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器,其特征在于:所述 超级电容系统包括依次相连接的稳压部分和放大部分,所述稳压部分包括第一稳压电阻 R1、第二稳压电阻R2、第三稳压电阻R3和稳压源Q1,串联连接的第一稳压电阻R1和第二稳压 电阻R2两端分别与太阳能极板的正极端和负极端建立连接关系,第一稳压电阻R1和第二稳 压电阻R2的中点与稳压源Q1的参考端建立连接关系,稳压源Q1的阴极端通过第三稳压电阻 R3与太阳能极板的正极端建立连接关系,稳压源Q1的阳极端与太阳能极板的负极端建立连 接关系。
4. 根据权利要求3所述的一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器,其特征在于:所述 第一稳压电阻R1、第二稳压电阻R2和第三稳压电阻R3的阻值比为2:5:3;所述第一限流电阻 R4、第二限流电阻R5和第三限流电阻R6的阻值比为1:3:2。
5. 根据权利要求3所述的一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器,其特征在于:所述 放大部分包括第二功率管T2、第三功率管T3、第一限流电阻R4、第二限流电阻R5、第三限流 电阻R6和超级电容C3,第二功率管T2的发射极端与太阳能极板的正极端建立连接关系,第 二功率管T2的集电极端与第三功率管T3的基极端建立连接关系,第三功率管T3的发射极端 与太阳能极板的负极端建立连接关系,并联连接的第一限流电阻R4、第二限流电阻R5和第 三限流电阻R6的一端与第二功率管T2的发射极端和超级电容C3的正极端建立连接关系,并 联连接的第一限流电阻R4、第二限流电阻R5和第三限流电阻R6的另一端与第三功率管T3的 集电极端建立连接关系,超级电容C3的负极端与太阳能极板的负极端建立连接关系。
6. 根据权利要求5所述的一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器,其特征在于:所述 BMS单元包括主控制器和与主控制器想连接的外围采集电路,所述外围采集电路包括电流 采集电路、电压采集电路、转速采集电路和温度采集电路。
7. 根据权利要求1所述的一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器,其特征在于:所述 控制单元包括依次相连接的第一控制电路、通讯电路和第二控制电路,所述第一控制电路 包括第一控制芯片和与第一控制芯片相连接的第一外围电路,第二控制电路包括第二控制 芯片和与第二控制芯片相连接的第二外围电路。
8. 根据权利要求7所述的一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器,其特征在于:所述 通讯电路与第一控制电路和第二控制电路建立双向数据通讯连接。
9. 一种电动汽车供电用大功率DC-DC变换器控制方法,其特征在于:包括以下步骤: 步骤一,输入量的模糊化:将输入量确定一个模糊子集,建立一个隶属度函数; 步骤二,建立模糊规则并模糊推理:用模糊条件语句对隶属度函数进行模糊描述; 步骤三,输出量的去模糊化:将进行模糊描述的隶属度函数进行去模糊化,输出均衡电 流。
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