CN206060535U - 一种电动汽车用车载大功率双向dc/dc装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置，包括信号连接的双向DC/DC模块与控制模块，所述双向DC/DC模块设于超级电容与蓄电池之间，包括电容侧回路和蓄电池侧回路，且所述电容侧回路和蓄电池侧回路通过高频电抗器L1串联。所述电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置基于DSP的全数字电压电流双闭环PI控制，保证系统稳定性和输出精度的同时，可加快动态响应速度，能根据双向DC/DC模块运行工况自动实现稳压稳流逻辑切换，自身具有稳流限压、稳压限流的功能，且基于SAE J1939通讯协议的CAN总线通讯，完全可满足电动汽车CAN总线通讯需求。

Description

一种电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置。

背景技术

为觧决能源日趋紧张及价格上涨的问题，发展电动汽车取代燃油型汽车，对节约能源、缓解环境污染具有重要的现实意义，对我国经济和社会的可持续发展至关重要。因而，迫使汽车研究和制造行业，开始加大了对汽车新能源的研究和开发力度，电动汽车的开发和研究己成为各国开发绿色汽车的主流。多年来，虽然世界各国著名的汽车厂商都在加紧研究和开发各类电动汽车，但一直未能有较大的进展和突破。近几年由于科学技术的迅速发展，有力地推动了电动汽车的研究和开发，各种各样的电动汽车频频问世，电动汽车即将大规模进入市场的可能性也越来越凸现出来。

车载大功率双向DC/DC充电装置是电动汽车的重要组成部分，它的研制直接关系到电动汽车的稳定与性能。研制该装置涉及到现代电力电子、电磁兼容、微电子及自动控制等多个技术领域，是确保电动汽车能够在性能上与传统汽车抗衡的关键部分之一。需求是车载大功率双向DC/DC充电装置发展的动力，该装置具有广阔的市场前景。

发明内容

基于此，本实用新型提供一种在车辆的各个状态下均具备相应的作用的电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置。

为此，本实用新型提供一种电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置，包括信号连接的双向DC/DC模块与控制模块，所述双向DC/DC模块设于超级电容与蓄电池之间，所述双向DC/DC模块包括电容侧回路和蓄电池侧回路，且所述电容侧回路和蓄电池侧回路通过高频电抗器L1串联。

进一步地，所述电容侧回路包括压敏电阻VR1、电压测量模块SV1、电流测量模块SC1、电容C1、电容C11、IGBT器件VT1和IGBT器件VT2；所述压敏电阻VR1与所述电压测量模块SV1并联后通过电流测量模块SC1与电容C1串联于所述电容侧回路中；所述电容C11并联于所述电容C1的两端；IGBT器件VT1、IGBT器件VT2分别与二极管VD1、二极管VD2连接后再串联于所述电容侧回路中。

其中，二极管VD1的负极与IGBT器件VT1的集电极相连，正极与IGBT器件VT1的发射极相连，IGBT器件VT1的门极连接控制模块的PWM控制信号；二极管VD2的负极与IGBT器件VT2的集电极相连，正极与IGBT器件VT2的发射极相连，IGBT器件VT2的门极连接控制模块的PWM控制信号。

进一步地，所述蓄电池侧回路包括电压测量模块SV2、电流测量模块SC2、电容C2、电容C21、IGBT器件VT3和IGBT器件VT4；IGBT器件VT3、IGBT器件VT4分别与二极管VD3、二极管VD4连接后再与电流测量模块SC2串联；电容C2、电容C21均并联于所述IGBT器件VT4与电流测量模块SC2之间；电压测量模块SV2并联于电容C21与电流测量模块SC2之间。

其中，二极管VD3的负极与IGBT器件VT3的集电极相连，正极与IGBT器件VT3的发射极相连，IGBT器件VT3的门极连接控制模块的PWM控制信号；二极管VD4的负极与IGBT器件VT4的集电极相连，正极与IGBT器件VT4的发射极相连，IGBT器件VT4的门极连接控制模块的PWM控制信号。

进一步地，所述控制模块包括：

用于为装置供电的电源板；

用于PWM脉冲的发生和稳流控制的主控板；

用于输入输出端口信号的转换的I/O板；

用于各PWM控制信号的功率放大以匹配各IGBT器件的驱动板；

用于各控制信号的转换和与所述电源板、主控板、I/O板、驱动板均连接的连接板。

当车辆需要充电时，双向DC/DC装置将充电站或充电桩的电压转换成需要的电压，分别给蓄电池、超级电容充电；当车辆运行时，双向DC/DC装置可以将超级电容、蓄电池的电压转换成所需要的电压给车辆主变、辅变系统供电；当车辆刹车时，双向DC/DC装置还可以将制动时的能量储存到超级电容和蓄电池。

所述电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置基于DSP的全数字电压电流双闭环PI控制，保证系统稳定性和输出精度的同时，可加快动态响应速度，能根据双向DC/DC模块运行工况自动实现稳压稳流逻辑切换，自身具有稳流限压、稳压限流的功能，且基于SAEJ1939通讯协议的CAN总线通讯，完全可满足电动汽车CAN总线通讯需求。

附图说明

图1为本实用新型中双向DC/DC模块的电路结构示意图；

图2为本实用新型中控制模块的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详述。

请参阅图1，本实用新型提供一种电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置，包括信号连接的双向DC/DC模块与控制模块，所述双向DC/DC模块设于超级电容与蓄电池之间，所述双向DC/DC模块包括电容侧回路和蓄电池侧回路，且所述电容侧回路和蓄电池侧回路通过高频电抗器L1串联。

所述电容侧回路包括压敏电阻VR1、电压测量模块SV1、电流测量模块SC1、电容C1、电容C11、IGBT器件VT1和IGBT器件VT2。

压敏电阻VR1作为保护器件，对后级电路进行保护，其与所述电压测量模块SV1并联后通过电流测量模块SC1与电容C1串联于所述电容侧回路中。

所述电压测量模块SV1用于测量超级电容侧电压。

所述电容C11并联于所述电容C1的两端，电容C1、电容C11起到滤波作用。

IGBT器件做降压斩波使用，IGBT器件VT1、IGBT器件VT2分别与二极管VD1、二极管VD2连接后再串联于所述电容侧回路中。

其中，二极管VD1的负极与IGBT器件VT1的集电极相连，正极与IGBT器件VT1的发射极相连，IGBT器件VT1的门极连接控制模块的PWM控制信号，用于控制IGBTVT1的开通和关断；二极管VD2的负极与IGBT器件VT2的集电极相连，正极与IGBT器件VT2的发射极相连，IGBT器件VT2的门极连接控制模块的PWM控制信号，用于控制IGBTVT2的开通和关断。

所述蓄电池侧回路包括电压测量模块SV2、电流测量模块SC2、电容C2、电容C21、IGBT器件VT3和IGBT器件VT4；IGBT器件VT3、IGBT器件VT4分别与二极管VD3、二极管VD4连接后再与电流测量模块SC2串联；电容C2、电容C21均并联于所述IGBT器件VT4与电流测量模块SC2之间；电压测量模块SV2并联于电容C21与电流测量模块SC2之间。

其中，二极管VD3的负极与IGBT器件VT3的集电极相连，正极与IGBT器件VT3的发射极相连，IGBT器件VT3的门极连接控制模块的PWM控制信号，用于控制IGBTVT3的开通和关断；二极管VD4的负极与IGBT器件VT4的集电极相连，正极与IGBT器件VT4的发射极相连，IGBT器件VT4的门极连接控制模块的PWM控制信号，用于控制IGBTVT2的开通和关断。

所述电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置具体工作过程如下：

在超级电容→蓄电池方向:

超级电容侧电压大于蓄电池侧电压，在降压BUCK模式运行时，只有功率器件(VT1、VD3)进行换流动作，而功率器件(VT2、VT3、VT4、VD1、VD2、VD4)不导通，VT1最大PWM占空比90％。

超级电容侧电压小于蓄电池侧电压，在升压BOOST模式运行时，只有功率器件(VT1、VT4、VD3)进行换流动作，而功率器件(VT2、VT3、VD1、VD2、VD4)不导通，VT1最大PWM占空比100％，VT4最大PWM占空比50％。

在蓄电池→超级电容方向:

蓄电池侧电压大于超级电容侧电压，在降压BUCK模式运行时，只有功率器件(VT3、VD1)进行换流动作，而功率器件(VT1、VT2、VT4、VD2、VD3、VD4)不导通，VT3最大PWM占空比90％。

蓄电池侧电压小于超级电容侧电压，在升压BOOST模式运行时，只有功率器件(VT2、VT3、VD1)进行换流动作，而功率器件(VT1、VT4、VD2、VD3、VD4)不导通，VT3最大PWM占空比100％，VT2最大PWM占空比50％。

所述双向DC/DC模块采用独特的两相交错电路技术，大幅度降低了IGBT器件的开关损耗，在保证变换效率的前提下将开关频率设计为12kHz，使得产品体积小、重量轻、无噪音；且能根据电动汽车的主控制器的指令，实现功率的双向转换。

请参阅图2，所述控制模块包括用于为装置供电的电源板10、用于PWM脉冲的发生和稳流控制的主控板20、用于输入输出端口信号的转换的I/O板30、用于各PWM控制信号的功率放大以匹配各IGBT器件的驱动板40、用于各控制信号的转换和与所述电源板10、主控板20、I/O板30、驱动板40均连接的连接板50。

所述主控板20采用TI公司的DSP(TMS320F28335)实现全数字控制和基于SAEJ1939的CAN总线通讯，完全满足电动汽车CAN总线通讯需求。利用DSP的EVA模块产生PWM控制信号输入至采用concept专门为IGBT器件设计的驱动板40中以驱动IGBT器件，实现PWM控制。

当车辆需要充电时，双向DC/DC装置将充电站或充电桩的电压转换成需要的电压，分别给蓄电池、超级电容充电；当车辆运行时，双向DC/DC装置可以将超级电容、蓄电池的电压转换成所需要的电压给车辆主变、辅变系统供电；当车辆刹车时，双向DC/DC装置还可以将制动时的能量储存到超级电容和蓄电池。

综上，所述电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置基于DSP的全数字电压电流双闭环PI控制，保证系统稳定性和输出精度的同时，可加快动态响应速度，能根据双向DC/DC模块运行工况自动实现稳压稳流逻辑切换，自身具有稳流限压、稳压限流的功能，且基于SAEJ1939通讯协议的CAN总线通讯，完全可满足电动汽车CAN总线通讯需求。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置，其特征在于，包括信号连接的双向DC/DC模块与控制模块，所述双向DC/DC模块设于超级电容与蓄电池之间，所述双向DC/DC模块包括电容侧回路和蓄电池侧回路，且所述电容侧回路和蓄电池侧回路通过高频电抗器L1串联。

2.根据权利要求1所述的电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置，其特征在于，所述电容侧回路包括压敏电阻VR1、电压测量模块SV1、电流测量模块SC1、电容C1、电容C11、IGBT器件VT1和IGBT器件VT2；所述压敏电阻VR1与所述电压测量模块SV1并联后通过电流测量模块SC1与电容C1串联于所述电容侧回路中；所述电容C11并联于所述电容C1的两端；IGBT器件VT1、IGBT器件VT2分别与二极管VD1、二极管VD2连接后再串联于所述电容侧回路中。

3.根据权利要求2所述的电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置，其特征在于，二极管VD1的负极与IGBT器件VT1的集电极相连，正极与IGBT器件VT1的发射极相连，IGBT器件VT1的门极连接控制模块的PWM控制信号；二极管VD2的负极与IGBT器件VT2的集电极相连，正极与IGBT器件VT2的发射极相连，IGBT器件VT2的门极连接控制模块的PWM控制信号。

4.根据权利要求1所述的电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置，其特征在于，所述蓄电池侧回路包括电压测量模块SV2、电流测量模块SC2、电容C2、电容C21、IGBT器件VT3和IGBT器件VT4；IGBT器件VT3、IGBT器件VT4分别与二极管VD3、二极管VD4连接后再与电流测量模块SC2串联；电容C2、电容C21均并联于所述IGBT器件VT4与电流测量模块SC2之间；电压测量模块SV2并联于电容C21与电流测量模块SC2之间。

5.根据权利要求4所述的电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置，其特征在于，二极管VD3的负极与IGBT器件VT3的集电极相连，正极与IGBT器件VT3的发射极相连，IGBT器件VT3的门极连接控制模块的PWM控制信号；二极管VD4的负极与IGBT器件VT4的集电极相连，正极与IGBT器件VT4的发射极相连，IGBT器件VT4的门极连接控制模块的PWM控制信号。

6.根据权利要求1所述的电动汽车用车载大功率双向DC/DC装置，其特征在于，所述控制模块包括：

用于为装置供电的电源板；

用于PWM脉冲的发生和稳流控制的主控板；

用于输入输出端口信号的转换的I/O板；

用于各PWM控制信号的功率放大以匹配各IGBT器件的驱动板；

用于各控制信号的转换和与所述电源板、主控板、I/O板、驱动板均连接的连接板。