CN208062874U - 一种主动复合电源功率分配装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种主动复合电源功率分配装置，包括蓄电池、第一及第二单向DC/DC转换器、可控开关管、超级电容器、逆变器、电动机、SOC估算模块、信号采样模块、第一及第二控制模块、第一至第三驱动模块；超级电容器、可控开关管及逆变器串接成第一回路；超级电容器依序通过第二单向DC/DC转换器、蓄电池、第一单向DC/DC转换器与逆变器串接；逆变器还连接电动机；可控开关管还通过第三驱动模块连接第二控制模块；第一及第二单向DC/DC转换器分别通过第一及第二驱动模块与第一控制模块相连；第一控制模块还通过信号采样模块连接电动机，通过SOC估算模块分别连接蓄电池及超级电容器。实施本实用新型，成本低、控制策略更加简便，传输效率更高。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种主动复合电源功率分配装置。
背景技术
蓄电池能量存储系统的功率密度较低，不能满足汽车在启动、加速和爬坡时的高功率密度需求。针对这一问题，有学者提出设计一个超大的蓄电池，通过增加蓄电池的大小来满足高功率密度的需求，但是这样成本必然会提高，并造成了蓄电池的容量浪费以及体积过于庞大等问题。另外，当汽车处于再生制动状态时，蓄电池不能快速回收再生制动能量，从而导致了能源的浪费。因此，有必要增加超级电容器辅助储能系统来满足混合动力汽车的高功率密度需求。
目前，在电动汽车中通过增加超级电容器来辅助储能系统所形成的复合电源结构有以下几种：(一)被动式结构，该结构主要是将蓄电池和超级电容器直接并联在直流母线上，但是不仅因结构单一、功率分配不灵活而造成大量超级电容器的容量被闲置浪费，而且还会无法有效地回收再生制动产生能量；(二)半主动式结构，该结构包含一个DC/DC转换器，但是该结构控制不够灵活，而且整体效率偏低；(三)全主动式结构，该结构包含两个DC/DC转换器，功能全面，但是结构较为复杂，效率低且成本高。例如，公布号为CN106364341A、名称为一种电动汽车的多模式切换复合电源拓扑结构及控制方法的发明专利，包括第一稳压电容、第二稳压电容、电池组、超级电容、电机逆变器、电压和电流采集电路以及ARM控制器；其中，第一储能电感、第一MOS管、第四二极管组成主升压电路；第二储能电感、第二MOS管、第三二极管组成辅助升降压电路；控制器根据电动汽车的实际需求功率控制MOS管的导通或断开，实现主升压电路和辅助升降压电路的切换工作或组合工作；输出时选择超级电容最优升压工作模式或行车充电模式；制动时优先采用超级电容单独回收能量。但是，该发明有以下缺点：由于二极管D5不能自主关断，导致汽车行驶的所有模式都有蓄电池对逆变器的直接供电，当蓄电池经过一定时间放电后电压会逐渐减小，不能稳定的对逆变器供电，对电机造成损害，减少电机的使用寿命，同时超级电容器对逆变器供电和进行能量回收时会经过DC/DC转换器导致效率低下，尤其是蓄电池的能量回收经过两次DC/DC转换器使得能量回收时的效率大大降低。
实用新型内容
本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种主动复合电源功率分配装置，采用单向DC/DC转换器代替原有传统的双向DC/DC转换器，具有成本更低、控制策略更加简便，超级电容器的传输效率更高等特点。
为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种主动复合电源功率分配装置，包括蓄电池、第一单向DC/DC转换器、可控开关管、超级电容器、第二单向DC/DC转换器、逆变器、电动机、SOC估算模块、信号采样模块、第一控制模块、第二控制模块、第一驱动模块、第二驱动模块以及第三驱动模块；其中，
所述超级电容器、可控开关管及逆变器串接成连通的第一回路；
所述超级电容器还依序通过所述第二单向DC/DC转换器、蓄电池、第一单向DC/DC转换器与所述逆变器串接在一起；
所述逆变器还直接与所述电动机相连；
所述可控开关管还通过所述第三驱动模块与所述第二控制模块相连，并由所述第二控制模块控制驱动所述第三驱动模块来实现导通或关断；
所述第一单向DC/DC转换器还通过所述第一驱动模块与所述第一控制模块的第一端相连，并由所述第一控制模块控制驱动所述第一驱动模块来实现导通或关断；
所述第二单向DC/DC转换器还通过所述第二驱动模块与所述第一控制模块的第二端相连，并由所述第一控制模块控制驱动所述第二驱动模块来实现导通或关断；
所述第一控制模块的第三端与所述信号采样模块相连并通过所述信号采样模块与所述电动机相连，第四端与所述SOC估算模块相连并通过所述SOC估算模块分别与所述蓄电池及所述超级电容器相连。
其中，所述第一单向DC/DC转换器包括第一MOS管，第一二极管和第一电感；其中，
所述第一二极管、第一MOS管及逆变器串接成连通的第二回路，且所述第一二极管的负极及所述第一MOS管的源极分别连接在所述逆变器上；所述第一电感的一端连接在所述第一二极管的正极与所述第一MOS管的漏极形成的连接处，另一端与所述蓄电池的正极相连；所述第一MOS管的源极还与所述蓄电池的负极相连、栅极与所述第一驱动模块相连。
其中，所述第二单向DC/DC转换器包括第二MOS管，第二二极管和第二电感；其中，
所述第二二极管、第二电感及超级电容器串接成连通的第三回路，且所述第二二极管的正极及所述第二电感的一端分别连接在所述超级电容器上；所述第二MOS管的源极连接在所述第二二极管的负极与所述第二电感的另一端形成的连接处，漏极与所述蓄电池的正极相连，栅极与所述第二驱动模块相连；所述第二二极管的正极还与所述蓄电池的负极相连。
其中，当所述第一驱动模块驱动所述第一单向DC/DC转换器工作为BOOST电路，所述第二驱动模块关断所述第二单向DC/DC转换器工作，以及所述第三驱动模块关断所述可控开关管导通时，所述蓄电池通过所述逆变器给所述电动机供电。
其中，当所述第一驱动模块关断所述第一单向DC/DC转换器工作，所述第二驱动模块关断所述第二单向DC/DC转换器工作，以及所述第三驱动模块驱动所述可控开关管导通时，所述超级电容器通过所述逆变器给所述电动机供电。
其中，当所述第一驱动模块驱动所述第一单向DC/DC转换器工作为BOOST电路，所述第二驱动模块关断所述第二单向DC/DC转换器工作，以及所述第三驱动模块驱动所述可控开关管导通时，所述超级电容器及所述蓄电池同时通过所述逆变器给所述电动机供电。
其中，当所述第一驱动模块关断所述第一单向DC/DC转换器工作，所述第二驱动模块驱动所述第二单向DC/DC转换器工作为BUCK模式，以及所述第三驱动模块关断所述可控开关管导通时，所述蓄电池通过所述第二单向DC/DC转换器给所述超级电容器充电。
其中，当所述第一驱动模块驱动所述第一单向DC/DC转换器工作为BOOST电路，所述第二驱动模块驱动所述第二单向DC/DC转换器工作为BUCK模式，以及所述第三驱动模块关断所述可控开关管导通时，所述蓄电池通过所述第二单向DC/DC转换器给所述超级电容器充电，以及同时通过所述第一单向DC/DC转换器及所述逆变器给所述电动机供电。
其中，当所述第一驱动模块关断所述第一单向DC/DC转换器工作，所述第二驱动模块关断所述第二单向DC/DC转换器工作，以及所述第三驱动模块驱动所述可控开关管导通时，所述电动机制动给所述超级电容器供电。
其中，所述可控开关管为第三MOS管；其中，所述第三MOS管的漏极与所述超级电容器相连，源极与所述逆变器相连，栅极与所述第三驱动模块相连。
实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：
本实用新型设计合理,整个系统灵活性强。相比传统的被动式，半主动式。该方法具有更灵活的可控性，提升了能量传输效率。相比经典的全主动式，该方法的成本更低，控制策略更加简便，超级电容器的传输效率更高
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本实用新型的范畴。
图1为本实用新型实施例提供的主动复合电源功率分配装置的系统结构示意图；
图2为图1中第一单向DC/DC转换器的电路连接结构示意图；
图3为图1中第二单向DC/DC转换器的电路连接结构示意图；
图4为图1中第三MOS管的电路连接结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。
如图1至图4所示，为本实用新型实施例中，提供的一种主动复合电源功率分配装置，包括蓄电池1、第一单向DC/DC转换器2、可控开关管3、超级电容器4、第二单向DC/DC转换器5、逆变器6、电动机7、SOC估算模块8、信号采样模块9、第一控制模块10、第二控制模块11、第一驱动模块12、第二驱动模块13以及第三驱动模块14；其中，
超级电容器4、可控开关管3及逆变器6串接成连通的第一回路；
超级电容器4还依序通过第二单向DC/DC转换器5、蓄电池1、第一单向DC/DC转换器2与逆变器6串接在一起；
逆变器6还直接与电动机7相连；
可控开关管3还通过第三驱动模块14与第二控制模块11相连，并由第二控制模块11控制驱动第三驱动模块14来实现导通或关断；
第一单向DC/DC转换器2还通过第一驱动模块12与第一控制模块10的第一端a1相连，并由第一控制模块10控制驱动第一驱动模块12来实现导通或关断；
第二单向DC/DC转换器5还通过第二驱动模块13与第一控制模块10的第二端a2相连，并由第一控制模块10控制驱动第二驱动模块13来实现导通或关断；
第一控制模块10的第三端a3与信号采样模块9相连并通过信号采样模块9与电动机7相连，第四端a4与SOC估算模块8相连并通过SOC估算模块8分别与蓄电池1及超级电容器4相连。
本实用新型实施例中的主动复合电源功率分配装置有六个工作模式，具体如下：
(1)当第一驱动模块12驱动第一单向DC/DC转换器2工作为BOOST电路，第二驱动模块13关断第二单向DC/DC转换器5工作，以及第三驱动模块14关断可控开关管3导通时，蓄电池1通过逆变器6给电动机7供电。
(2)当第一驱动模块12关断第一单向DC/DC转换器2工作，第二驱动模块13关断第二单向DC/DC转换器5工作，以及第三驱动模块14驱动可控开关管3导通时，超级电容器4通过逆变器6给电动机7供电。
(3)当第一驱动模块12驱动第一单向DC/DC转换器2工作为BOOST电路，第二驱动模块13关断第二单向DC/DC转换器5工作，以及第三驱动模块14驱动可控开关管3导通时，超级电容器4及蓄电池1同时通过逆变器6给电动机7供电。
(4)当第一驱动模块12关断第一单向DC/DC转换器2工作，第二驱动模块13驱动第二单向DC/DC转换器5工作为BUCK模式，以及第三驱动模块14关断可控开关管3导通时，蓄电池1通过第二单向DC/DC转换器5给超级电容器4充电。
(5)当第一驱动模块12驱动第一单向DC/DC转换器2工作为BOOST电路，第二驱动模块13驱动第二单向DC/DC转换器5工作为BUCK模式，以及第三驱动模块14关断可控开关管3导通时，蓄电池1通过第二单向DC/DC转换器5给超级电容器4充电，以及同时通过第一单向DC/DC转换器2及逆变器6给电动机7供电。
(6)当第一驱动模块12关断第一单向DC/DC转换器2工作，第二驱动模块13关断第二单向DC/DC转换器5工作，以及第三驱动模块14驱动可控开关管3导通时，电动机7制动给超级电容器4供电。
本实用新型实施例中，第一单向DC/DC转换器2包括第一MOS管T1，第一二极管D1和第一电感L1；其中，第一二极管D1、第一MOS管T1及逆变器串接成连通的第二回路，且第一二极管D1的负极(-)及第一MOS管T1的源极S分别连接在逆变器6上；第一电感L1的一端连接在第一二极管D1的正极(+)与第一MOS管T1的漏极D形成的连接处，另一端与蓄电池1的正极(+)相连；第一MOS管T1的源极S还与蓄电池1的负极(-)相连、栅极G与第一驱动模块12相连。
本实用新型实施例中，第二单向DC/DC转换器5包括第二MOS管T2，第二二极管D2和第二电感L2；其中：
第二二极管D2、第二电感L2及超级电容器4串接成连通的第三回路，且第二二极管D2的正极(+)及第二电感L2的一端分别连接在超级电容器4上；第二MOS管T2的源极S连接在第二二极管D2的负极(-)与第二电感L2的另一端形成的连接处，漏极D与蓄电池1的正极(+)相连，栅极G与第二驱动模块13相连；第二二极管D2的正极(+)还与蓄电池1的负极(-)相连。
本实用新型实施例中，可控开关管3为第三MOS管T3；其中，第三MOS管T3的漏极D与超级电容器4相连，源极S与逆变器4相连，栅极G与第三驱动模块14相连。
本实用新型实施例中的主动复合电源功率分配装置的工作原理为：电动机7的电压、电流经过电压电流传感器，将强电信号转换为弱电信号输入信号采样模块9，信号采样模块9进行模数转换输出信号至第一控制器模块10中。蓄电池1的电压、电流经过电压电流传感器，将强电信号转换为弱电信号进行模数转换输入SOC估算模块8，SOC估算模块8将输出蓄电池SOC数字信号传输至第一控制器模块10中，同时超级电容器4的电压经过电压传感器将强电信号转化为弱电信号进行模数转换输入SOC估算模块8，SOC估算模块8将输出超级电容器SOC数字信号传输至第一控制器模块10中。待第一控制器模块10输出驱动信号分别驱动第一单向DC/DC转换器2和第二单向DC/DC转换器5工作或不工作，以及同时第二控制器模块11输出驱动信号给第三驱动模块14来驱动控制可控开关管3导通及关断来实现六种工作模式。
实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：
本实用新型设计合理,整个系统灵活性强。相比传统的被动式，半主动式。该方法具有更灵活的可控性，提升了能量传输效率。相比经典的全主动式，该方法的成本更低，控制策略更加简便，超级电容器的传输效率更高。
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种主动复合电源功率分配装置，其特征在于，包括蓄电池、第一单向DC/DC转换器、可控开关管、超级电容器、第二单向DC/DC转换器、逆变器、电动机、SOC估算模块、信号采样模块、第一控制模块、第二控制模块、第一驱动模块、第二驱动模块以及第三驱动模块；其中，
所述超级电容器、可控开关管及逆变器串接成连通的第一回路；
所述超级电容器还依序通过所述第二单向DC/DC转换器、蓄电池、第一单向DC/DC转换器与所述逆变器串接在一起；
所述逆变器还直接与所述电动机相连；
所述可控开关管还通过所述第三驱动模块与所述第二控制模块相连，并由所述第二控制模块控制驱动所述第三驱动模块来实现导通或关断；
所述第一单向DC/DC转换器还通过所述第一驱动模块与所述第一控制模块的第一端相连，并由所述第一控制模块控制驱动所述第一驱动模块来实现导通或关断；
所述第二单向DC/DC转换器还通过所述第二驱动模块与所述第一控制模块的第二端相连，并由所述第一控制模块控制驱动所述第二驱动模块来实现导通或关断；
所述第一控制模块的第三端与所述信号采样模块相连并通过所述信号采样模块与所述电动机相连，第四端与所述SOC估算模块相连并通过所述SOC估算模块分别与所述蓄电池及所述超级电容器相连。
2.如权利要求1所述的主动复合电源功率分配装置，其特征在于，所述第一单向DC/DC转换器包括第一MOS管，第一二极管和第一电感；其中，
所述第一二极管、第一MOS管及逆变器串接成连通的第二回路，且所述第一二极管的负极及所述第一MOS管的源极分别连接在所述逆变器上；所述第一电感的一端连接在所述第一二极管的正极与所述第一MOS管的漏极形成的连接处，另一端与所述蓄电池的正极相连；所述第一MOS管的源极还与所述蓄电池的负极相连、栅极与所述第一驱动模块相连。
3.如权利要求1所述的主动复合电源功率分配装置，其特征在于，所述第二单向DC/DC转换器包括第二MOS管，第二二极管和第二电感；其中，
所述第二二极管、第二电感及超级电容器串接成连通的第三回路，且所述第二二极管的正极及所述第二电感的一端分别连接在所述超级电容器上；所述第二MOS管的源极连接在所述第二二极管的负极与所述第二电感的另一端形成的连接处，漏极与所述蓄电池的正极相连，栅极与所述第二驱动模块相连；所述第二二极管的正极还与所述蓄电池的负极相连。
4.如权利要求1所述的主动复合电源功率分配装置，其特征在于，当所述第一驱动模块驱动所述第一单向DC/DC转换器工作为BOOST电路，所述第二驱动模块关断所述第二单向DC/DC转换器工作，以及所述第三驱动模块关断所述可控开关管导通时，所述蓄电池通过所述逆变器给所述电动机供电。
5.如权利要求1所述的主动复合电源功率分配装置，其特征在于，当所述第一驱动模块关断所述第一单向DC/DC转换器工作，所述第二驱动模块关断所述第二单向DC/DC转换器工作，以及所述第三驱动模块驱动所述可控开关管导通时，所述超级电容器通过所述逆变器给所述电动机供电。
6.如权利要求1所述的主动复合电源功率分配装置，其特征在于，当所述第一驱动模块驱动所述第一单向DC/DC转换器工作为BOOST电路，所述第二驱动模块关断所述第二单向DC/DC转换器工作，以及所述第三驱动模块驱动所述可控开关管导通时，所述超级电容器及所述蓄电池同时通过所述逆变器给所述电动机供电。
7.如权利要求1所述的主动复合电源功率分配装置，其特征在于，当所述第一驱动模块关断所述第一单向DC/DC转换器工作，所述第二驱动模块驱动所述第二单向DC/DC转换器工作为BUCK模式，以及所述第三驱动模块关断所述可控开关管导通时，所述蓄电池通过所述第二单向DC/DC转换器给所述超级电容器充电。
8.如权利要求1所述的主动复合电源功率分配装置，其特征在于，当所述第一驱动模块驱动所述第一单向DC/DC转换器工作为BOOST电路，所述第二驱动模块驱动所述第二单向DC/DC转换器工作为BUCK模式，以及所述第三驱动模块关断所述可控开关管导通时，所述蓄电池通过所述第二单向DC/DC转换器给所述超级电容器充电，以及同时通过所述第一单向DC/DC转换器及所述逆变器给所述电动机供电。
9.如权利要求1所述的主动复合电源功率分配装置，其特征在于，当所述第一驱动模块关断所述第一单向DC/DC转换器工作，所述第二驱动模块关断所述第二单向DC/DC转换器工作，以及所述第三驱动模块驱动所述可控开关管导通时，所述电动机制动给所述超级电容器供电。
10.如权利要求1-9中任一项所述的主动复合电源功率分配装置，其特征在于，所述可控开关管为第三MOS管；其中，所述第三MOS管的漏极与所述超级电容器相连，源极与所述逆变器相连，栅极与所述第三驱动模块相连。
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| CN201820618987.7U CN208062874U (zh) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | 一种主动复合电源功率分配装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109532518A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-03-29 | 西安交通大学 | 一种含两个单向直流变换器的复合电源及其控制方法 |
| CN117791802A (zh) * | 2023-12-28 | 2024-03-29 | 广东鸿昊升能源科技有限公司 | 一种主动能式能量回收电池均衡管理系统及方法 |
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2018
- 2018-04-27 CN CN201820618987.7U patent/CN208062874U/zh active Active
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| CN117791802A (zh) * | 2023-12-28 | 2024-03-29 | 广东鸿昊升能源科技有限公司 | 一种主动能式能量回收电池均衡管理系统及方法 |
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