CN108667297B - 一种电动车用复合电源装置及其工作方法 - Google Patents

一种电动车用复合电源装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动车用复合电源装置及其工作方法，包括超级电容、蓄电池组和驱动电机，超级电容依次经交错并联双向DC/DC变换电路和三相桥式逆变电路与驱动电机连接，通过三相桥式逆变电路驱动控制驱动电机；蓄电池组分别与交错并联双向DC/DC变换电路和三相桥式逆变电路连接。本发明有效改善蓄电池的工作状况，提高蓄电池使用寿命和可靠性，提高电动车的动态性能和续驶里程。

Description

一种电动车用复合电源装置及其工作方法
技术领域
本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种电动车用复合电源装置及其工作方法。
背景技术
随着节能减排政策的推广，绿色出行理念深入人心，高效零污染的电动汽车的普及势在必行。但是现阶段蓄电池的能量密度较低且成本高，充电后的续驶里程较短等问题，使电动汽车发展和推广受到严重的制约，而再生制动技术能够回收车辆制动能量并用于驱动行驶，成为目前提高纯电动汽车行驶里程的有效途径之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电动车用复合电源装置及其工作方法，该电源充分利用蓄电池和超级电容的优点，可提高电动车的启动和加速性能，并在电动车减速和制动运行时回收制动能量，延长电动车的续驶里程。
本发明采用以下技术方案：
一种电动车用复合电源装置，包括超级电容、蓄电池组和驱动电机，超级电容依次经交错并联双向DC/DC变换电路和三相桥式逆变电路与驱动电机连接，通过三相桥式逆变电路驱动控制驱动电机；蓄电池组分别与交错并联双向DC/DC变换电路和三相桥式逆变电路连接。
具体，交错并联双向DC/DC变换电路包括NMOS管Q1、NMOS管Q2、NMOS管Q3和NMOS管Q4，NMOS管Q1、NMOS管Q2、NMOS管Q3和NMOS管Q4对应并联有二极管DQ1、二极管DQ2、二极管DQ3和二极管DQ4，NMOS管Q1和NMOS管Q3的漏极以及NMOS管Q2和NMOS管Q4的源极分别与三相桥式逆变电路连接。
进一步的，超级电容的一端分两路，分别与电感L1和电感L2的一端连接，电感L1的另一端分别与NMOS管Q1的源极和NMOS管Q2漏极连接，电感L2的另一端分别与NMOS管Q3的源极和NMOS管Q4漏极连接；超级电容的另一端与NMOS管Q2和NMOS管Q4的源极经三相桥式逆变电路与驱动电机连接。
具体，交错并联双向DC/DC变换电路还包括NMOS管S1和NMOS管S2，NMOS管S1和NMOS管S2对应并联有二极管DS1和二极管DS2，蓄电池组的正极与NMOS管S1的漏极连接，NMOS管S1的源极与NMOS管S2的源极连接，NMOS管S1并联有二极管DS1，NMOS管S2并联有二极管DS2，NMOS管S2的漏极经三相桥式逆变电路与驱动电机连接，蓄电池组的负极经三相桥式逆变电路与驱动电机连接。
具体的，三相桥式逆变电路包括NMOS管V1、NMOS管V2、NMOS管V1、NMOS管V4、NMOS管V5和NMOS管V6，NMOS管V1、NMOS管V2、NMOS管V3、NMOS管V4、NMOS管V5和NMOS管V6对应并联有二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管DQ4、二极管DQ5和二极管DQ6；
NMOS管V1、NMOS管V3和NMOS管V5的漏极分别与交错并联双向DC/DC变换电路的NMOS管Q1、NMOS管Q3以及NMOS管S2的漏极连接；NMOS管V4、NMOS管V6和NMOS管V2的源极分别与蓄电池组的负极、NMOS管Q2和NMOS管Q4的源极以及超级电容的另一端连接。
进一步的，NMOS管V1的源极和NMOS管V4的漏极与驱动电机的一项连接；NMOS管V3的源极和NMOS管V6的漏极与驱动电机的另一相连接，NMOS管V5的源极和NMOS管V2的漏极与驱动电机的第三相连接。
一种电动车用复合电源装置的工作方法，当电动车启动、上坡时，交错并联双向DC/DC变换电路的开关NMOS管Q2、Q4工作，开关NMOS管Q1、Q3断开交错并联双向DC/DC变换电路工作在Boost模式；超级电容向负载输出功率；同时蓄电池组处的开关NMOS管S1闭合，S2断开，通过与S2反并联的二极管组成回路，蓄电池组也向外输出功率，三相桥式逆变电路处于逆变状态。
当电动车正常运行时，交错并联双向DC/DC变换电路不工作，处于待机状态，4个开关NMOS管Q1、Q2、Q3、Q4处于断开状态，蓄电池组向负载供电，三相桥式逆变电路处于逆变状态。
当电动车制动、减速时，交错并联双向DC/DC变换电路的开关NMOS管Q1、Q3工作，Q2、Q4断开，交错并联双向DC/DC变换电路工作在Buck模式；超级电容处充电模式，同时蓄电池组的开关NMOS管S1、S2断开；超级电容充满后，如果仍无法满足制动功率要求，蓄电池组开关NMOS管S2闭合，通过与S1反并联的二极管组成回路，蓄电池组吸收功率，三相桥式逆变电路处于整流状态。
具体的，当电动车停止时，如果超级电容的电压达不到工作电压范围，蓄电池组对超级电容进行充电，交错并联双向DC/DC变换电路工作于Buck状态，三相桥式逆变电路不工作。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种电动车用复合电源装置，其特征在于，超级电容依次经交错并联双向DC/DC变换电路和三相桥式逆变电路与驱动电机连接，通过三相桥式逆变电路驱动控制驱动电机；蓄电池组分别与交错并联双向DC/DC变换电路和三相桥式逆变电路连接，采用交错并联技术，提升了变换器的电流容量和功率密度，减小大电流对超级电容的冲击，提高电动车的整体性能和效率，在单以蓄电池为再生制动能量储存装置方式的基础上加入超级电容，电动汽车对低压大电流、动态响应快的双向DC/DC变换器的需求出发，充分利用超级电容的高功率、高效率和长寿命的特点来改善蓄电池的工作状况，提高了蓄电池使用寿命和可靠性。
进一步的，NMOS管Q1、NMOS管Q2、NMOS管Q3和NMOS管Q4对应交错并联有二极管DQ1、二极管DQ2、二极管DQ3和二极管DQ4，提升双向DC/DC变换电路的电流容量和功率密度，减小输入输出电流纹波，提高电动车的动态性能和续驶里程；而且通过在蓄电池组和直流母线之间加入两个不同时导通的开关，避免了电池组的频繁充、放电，对电池组起到很好的保护作用。
综上所述，本发明有效改善蓄电池的工作状况，提高蓄电池使用寿命和可靠性，提高电动车的动态性能和续驶里程。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明结构示意框图；
图2为本发明电路图。
其中，1.超级电容；2.交错并联双向DC/DC变换电路；3.蓄电池组；4.三相桥式逆变电路；5.驱动电机。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种电动车用复合电源装置，采用超级电容-蓄电池的交错并联双向DC-DC变换器的复合电动车电源装置。该装置不但可以提升双向DC/DC变换器的电流容量和功率密度，减小输入输出电流纹波，提高电动车的动态性能和续驶里程；而且通过在电池组和直流母线之间加入两个不同时导通的开关，避免了电池组的频繁充、放电，对电池组起到很好的保护作用。
请参阅图1，本发明一种电动车用复合电源装置包括超级电容1、蓄电池组3、交错并联双向DC/DC变换电路2、三相桥式逆变电路4和驱动电机5，超级电容1经交错并联双向DC/DC变换电路2与三相桥式逆变电路4连接，通过三相桥式逆变电路4驱动控制驱动电机5，蓄电池组3分别与交错并联双向DC/DC变换电路2和三相桥式逆变电路4连接。
请参阅图2，交错并联双向DC/DC变换电路2包括NMOS管Q1、NMOS管Q2、NMOS管Q3和NMOS管Q4，NMOS管Q1、NMOS管Q2、NMOS管Q3和NMOS管Q4对应并联有二极管DQ1、二极管DQ2、二极管DQ3和二极管DQ4。
超级电容C的一端分两路，分别与电感L1和电感L2的一端连接，电感L1的另一端分别与NMOS管Q1的源极和NMOS管Q2漏极连接，电感L2的另一端分别与NMOS管Q3的源极和NMOS管Q4漏极连接；NMOS管Q1和NMOS管Q3的漏极经三相桥式逆变电路4与驱动电机5连接，超级电容C的另一端与NMOS管Q2和NMOS管Q4的源极经三相桥式逆变电路4与驱动电机5连接。
蓄电池组3的正极与交错并联双向DC/DC变换电路2中NMOS管S1的漏极连接，NMOS管S1的源极与NMOS管S2的源极连接，NMOS管S1并联有二极管DS1，NMOS管S2并联有二极管DS2，NMOS管S2的漏极经三相桥式逆变电路4与驱动电机5连接，蓄电池组3的负极经三相桥式逆变电路4与驱动电机5连接。
三相桥式逆变电路4包括NMOS管V1、NMOS管V2、NMOS管V1、NMOS管V4、NMOS管V5和NMOS管V6，NMOS管V1、NMOS管V2、NMOS管V3、NMOS管V4、NMOS管V5和NMOS管V6对应并联有二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管DQ4、二极管DQ5和二极管DQ6。
NMOS管V1、NMOS管V3和NMOS管V5的漏极分别与交错并联双向DC/DC变换电路2的NMOS管Q1、NMOS管Q3以及NMOS管S2的漏极连接；NMOS管V4、NMOS管V6和NMOS管V2的源极分别与蓄电池组3的负极、NMOS管Q2和NMOS管Q4的源极以及超级电容C的另一端连接。
NMOS管V1的源极和NMOS管V4的漏极与驱动电机5的一项连接；NMOS管V3的源极和NMOS管V6的漏极与驱动电机5的另一相连接，NMOS管V5的源极和NMOS管V2的漏极与驱动电机5的第三相连接。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种电动车用复合电源装置的工作方法如下：
电动车启动、上坡时，交错并联双向DC/DC变换电路2的开关NMOS管Q2、Q4工作，开关NMOS管Q1、Q3断开交错并联双向DC/DC变换电路2工作在Boost模式；超级电容向负载输出功率；同时蓄电池组3处的开关NMOS管S1闭合，S2断开，通过与S2反并联的二极管组成回路，蓄电池组3也向外输出功率，三相桥式逆变电路4处于逆变状态。
电动车正常运行时，交错并联双向DC/DC变换电路2不工作，处于待机状态，4个开关NMOS管Q1、Q2、Q3、Q4处于断开状态，蓄电池组3向负载供电，三相桥式逆变电路4处于逆变状态。
电动车制动、减速时，交错并联双向DC/DC变换电路2的开关NMOS管Q1、Q3工作，Q2、Q4断开，交错并联双向DC/DC变换电路2工作在Buck模式；超级电容C处充电模式，同时蓄电池组3的开关NMOS管S1、S2断开；超级电容C充满后，如果仍无法满足制动功率要求，蓄电池组3开关NMOS管S2闭合，通过与S1反并联的二极管组成回路，蓄电池组3吸收功率，三相桥式逆变电路4处于整流状态。
电动车停止时，如果超级电容C的电压达不到工作电压范围，蓄电池组3对超级电容C进行充电，交错并联双向DC/DC变换电路2工作于Buck状态，三相桥式逆变电路4不工作。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电动车用复合电源装置的工作方法，其特征在于，电动车用复合电源装置包括超级电容(1)、蓄电池组(3)和驱动电机(5)，超级电容(1)依次经交错并联双向DC/DC变换电路(2)和三相桥式逆变电路(4)与驱动电机(5)连接，通过三相桥式逆变电路(4)驱动控制驱动电机(5)；蓄电池组(3)分别与交错并联双向DC/DC变换电路(2)和三相桥式逆变电路(4)连接；
交错并联双向DC/DC变换电路(2)包括NMOS管Q1、NMOS管Q2、NMOS管Q3和NMOS管Q4，NMOS管Q1、NMOS管Q2、NMOS管Q3和NMOS管Q4对应并联有二极管DQ1、二极管DQ2、二极管DQ3和二极管DQ4，NMOS管Q1和NMOS管Q3的漏极以及NMOS管Q2和NMOS管Q4的源极分别与三相桥式逆变电路(4)连接；
交错并联双向DC/DC变换电路(2)还包括NMOS管S1和NMOS管S2，NMOS管S1和NMOS管S2对应并联有二极管DS1和二极管DS2，蓄电池组(3)的正极与NMOS管S1的漏极连接，NMOS管S1的源极与NMOS管S2的源极连接，NMOS管S1并联有二极管DS1，NMOS管S2并联有二极管DS2，NMOS管S2的漏极经三相桥式逆变电路(4)与驱动电机(5)连接，蓄电池组(3)的负极经三相桥式逆变电路(4)与驱动电机(5)连接；
三相桥式逆变电路(4)包括NMOS管V1、NMOS管V2、NMOS管V1、NMOS管V4、NMOS管V5和NMOS管V6，NMOS管V1、NMOS管V2、NMOS管V3、NMOS管V4、NMOS管V5和NMOS管V6对应并联有二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管DQ4、二极管DQ5和二极管DQ6；
NMOS管V1、NMOS管V3和NMOS管V5的漏极分别与交错并联双向DC/DC变换电路(2)的NMOS管Q1、NMOS管Q3以及NMOS管S2的漏极连接；NMOS管V4、NMOS管V6和NMOS管V2的源极分别与蓄电池组(3)的负极、NMOS管Q2和NMOS管Q4的源极以及超级电容(1)的另一端连接；
当电动车启动、上坡时，交错并联双向DC/DC变换电路(2)的开关NMOS管Q2、Q4工作，开关NMOS管Q1、Q3断开交错并联双向DC/DC变换电路(2)工作在Boost模式；超级电容向负载输出功率；同时蓄电池组(3)处的开关NMOS管S1闭合，S2断开，通过与S2反并联的二极管组成回路，蓄电池组(3)也向外输出功率，三相桥式逆变电路(4)处于逆变状态；
当电动车正常运行时，交错并联双向DC/DC变换电路(2)不工作，处于待机状态，4个开关NMOS管Q1、Q2、Q3、Q4处于断开状态，蓄电池组(3)向负载供电，三相桥式逆变电路(4)处于逆变状态；
当电动车制动、减速时，交错并联双向DC/DC变换电路(2)的开关NMOS管Q1、Q3工作，Q2、Q4断开，交错并联双向DC/DC变换电路(2)工作在Buck模式；超级电容(1)处充电模式，同时蓄电池组(3)的开关NMOS管S1、S2断开；超级电容(1)充满后，如果仍无法满足制动功率要求，蓄电池组(3)开关NMOS管S2闭合，通过与S1反并联的二极管组成回路，蓄电池组(3)吸收功率，三相桥式逆变电路(4)处于整流状态。
2.根据权利要求1所述的电动车用复合电源装置的工作方法，其特征在于，当电动车停止时，如果超级电容(1)的电压达不到工作电压范围，蓄电池组(3)对超级电容(1)进行充电，交错并联双向DC/DC变换电路(2)工作于Buck状态，三相桥式逆变电路(4)不工作。
3.根据权利要求2所述的电动车用复合电源装置的工作方法，其特征在于，超级电容(1)的一端分两路，分别与电感L1和电感L2的一端连接，电感L1的另一端分别与NMOS管Q1的源极和NMOS管Q2漏极连接，电感L2的另一端分别与NMOS管Q3的源极和NMOS管Q4漏极连接；超级电容(1)的另一端与NMOS管Q2和NMOS管Q4的源极经三相桥式逆变电路(4)与驱动电机(5)连接。
4.根据权利要求1所述的电动车用复合电源装置的工作方法，其特征在于，NMOS管V1的源极和NMOS管V4的漏极与驱动电机(5)的一项连接；NMOS管V3的源极和NMOS管V6的漏极与驱动电机(5)的另一相连接，NMOS管V5的源极和NMOS管V2的漏极与驱动电机(5)的第三相连接。
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《用于电动汽车的交错并联双向DC-DC变换器设计》;孙文;中国优秀硕士论文电子期刊网;10-23页 *

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