本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車領(lǐng)域，特別涉及一種電動(dòng)汽車雙向DC/DC變換器及其控制方法。

背景技術(shù)：

電動(dòng)汽車中的直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)是典型的有源負(fù)載，電動(dòng)機(jī)根據(jù)駕駛員的不同指令可以工作在電動(dòng)狀態(tài)又可以工作在再生發(fā)電狀態(tài)，既可以吸收車載蓄電池的電能將其轉(zhuǎn)換成機(jī)械能輸出，也可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能反饋給車載蓄電池。由此可見，電動(dòng)汽車的車載蓄電池與直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的功率流向是雙向的。而目前，大多數(shù)DC/DC變換器是單向工作的，即通過變換器的功率流向只能是單向的。因此，需要設(shè)計(jì)一種雙向DC/DC變換器完成功率的雙向流動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電動(dòng)汽車雙向DC/DC變換器，其能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車車載蓄電池與直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間功率的雙向流動(dòng)，并且能依據(jù)電源管理系統(tǒng)的要求切換升/降壓模式。

本發(fā)明的解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種電動(dòng)汽車雙向DC/DC變換器，包括電源管理系統(tǒng)和開關(guān)模塊；

所述開關(guān)模塊一端連接車載蓄電池，另一端連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

所述開關(guān)模塊的控制端連接電源管理系統(tǒng)的信號(hào)輸出端；

電源管理系統(tǒng)通過檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)來控制開關(guān)模塊中開關(guān)管的通斷組合，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與蓄電池之間的功率流向和升/降壓模式的轉(zhuǎn)換；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，使整個(gè)變換器工作在BOOST升壓模式，功率從蓄電池流向驅(qū)動(dòng)電機(jī)；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，使整個(gè)變換器工作在BUCK降壓模式，功率從驅(qū)動(dòng)電機(jī)流向蓄電池。

所述開關(guān)模塊包括IGBT開關(guān)管T1和IGBT開關(guān)管T2，所述IGBT開關(guān)管T1的發(fā)射極與IGBT開關(guān)管T2的集電極相連；

所述電源管理系統(tǒng)的信號(hào)輸出端依次經(jīng)脈沖發(fā)生電路和脈沖驅(qū)動(dòng)電路連接2個(gè)IGBT開關(guān)管的控制端，即門極。

所述的電動(dòng)汽車雙向DC/DC變換器，還包括第一RC電路和第二RC電路，其中：

開關(guān)模塊的一端經(jīng)第一RC電路連接車載蓄電池，另一端經(jīng)第二RC電路連接直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

所述第一RC電路和第二RC電路結(jié)構(gòu)相同；第一RC電路包括繼電器J1、電阻R1和電容C1；第二RC電路包括繼電器J2、電阻R2和電容C2；

繼電器J1和電阻R1相互并聯(lián)，兩端分別連接車載蓄電池的正極和電容C1的正極；車載蓄電池的負(fù)極和電容C1的負(fù)極相連；

繼電器J2和電阻R2相互并聯(lián)，兩端分別連接直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正極和電容C2的正極；直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)極和電容C2的負(fù)極相連；

電容C1的正極還經(jīng)電感L連接IGBT開關(guān)管T1的發(fā)射極和IGBT開關(guān)管T2的集電極；

IGBT開關(guān)管T1的集電極接電容C2的正極；IGBT開關(guān)管T2的發(fā)射極接電容C1、C2的負(fù)極；

所述繼電器J1和繼電器J2均受控于電源管理系統(tǒng)。

所述脈沖發(fā)生芯片采用ICE2PCS02芯片。

所述脈沖驅(qū)動(dòng)芯片采用IXDN604，用來增大驅(qū)動(dòng)脈沖的功率。

所述脈沖發(fā)生芯片和脈沖驅(qū)動(dòng)芯片之間接有光耦隔離芯片。

所述光耦隔離芯片采用HCPL3120芯片。

一種電動(dòng)汽車雙向DC/DC變換器的控制方法，所述電動(dòng)汽車雙向DC/DC變換器為上述的電動(dòng)汽車雙向DC/DC變換器；其控制方法為：

電源管理系統(tǒng)通過檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)來控制開關(guān)模塊中開關(guān)管的通斷組合，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與蓄電池之間的功率流向和升/降壓模式的轉(zhuǎn)換：

當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，控制所述IGBT開關(guān)管T1保持關(guān)斷狀態(tài)，所述IGBT開關(guān)管T2保持開關(guān)狀態(tài)(開關(guān)狀態(tài)就是在脈沖作用下正壓開通負(fù)壓關(guān)斷)，使整個(gè)變換器工作在BOOST升壓模式，功率從蓄電池流向驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，控制IGBT開關(guān)管T1保持開關(guān)狀態(tài)，IGBT開關(guān)管T2保持關(guān)斷狀態(tài)，使整個(gè)變換器工作在BUCK降壓模式，功率從驅(qū)動(dòng)電機(jī)流向車載蓄電池。

進(jìn)一步地，根據(jù)所述的功率流向，當(dāng)?shù)谝籖C電路/第二RC電路位于開關(guān)模塊的電壓輸入端時(shí)，控制繼電器J1/繼電器J2斷開，第一RC電路/第二RC電路作為預(yù)充電電路，用于防止因輸入電壓瞬變而損壞電容；當(dāng)?shù)谝籖C電路/第二RC電路位于開關(guān)模塊的電壓輸出端時(shí)，控制繼電器J1/繼電器J2閉合，第一RC電路/第二RC電路作為電容濾波電路，用于減小輸出電壓的紋波。具體地，所述繼電器J1閉合與電阻R1、電容C1組成電容濾波電路，繼電器J1斷開與電阻R1、電容C1組成預(yù)充電電路，所述繼電器J2閉合與電阻R2、電容C2組成電容濾波電路，繼電器J2斷開與電阻R2、電容C2組成預(yù)充電電路。

電源管理系統(tǒng)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和蓄電池的電壓，在BOOST升壓模式下將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電壓作為輸出電壓反饋給脈沖發(fā)生電路，在BUCK降壓模式下將蓄電池的電壓作為輸出電壓反饋給脈沖發(fā)生電路；脈沖發(fā)生電路根據(jù)輸出電壓的大小調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖的脈寬，經(jīng)過脈沖驅(qū)動(dòng)電路對(duì)驅(qū)動(dòng)脈沖的功率進(jìn)行放大后，控制IGBT模塊的開關(guān)，使得輸出電壓穩(wěn)定在給定值。

有益效果：

本發(fā)明的電動(dòng)汽車雙向DC/DC變換器及其控制方法在保持變換器兩端直流電壓極性不變的情況下，根據(jù)實(shí)際需要完成電動(dòng)汽車車載蓄電池與直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間功率的雙向流動(dòng)，并且能依據(jù)電源管理系統(tǒng)的要求切換升/降壓模式。使用本發(fā)明的雙向DC/DC變換器可以非常方便地實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳輸，使用的電力電子器件數(shù)目少，具有效率高、體積小和成本低等優(yōu)勢(shì)。由于雙向DC/DC變換器具有上述的優(yōu)點(diǎn)，使其在電動(dòng)汽車的發(fā)展過程中得到了廣泛的應(yīng)用。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的另一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例所述電動(dòng)汽車雙向DC/DC變換器的原理框圖；

圖2為圖1中所示電動(dòng)汽車雙向DC/DC變換器中主電路的電路圖；

圖3為圖1中所示電動(dòng)汽車雙向DC/DC變換器中脈沖發(fā)生電路的電路圖；

圖4為圖1中所示電動(dòng)汽車雙向DC/DC變換器中驅(qū)動(dòng)電路的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本文件的描述，可以對(duì)本文件中實(shí)施例中以及不同實(shí)施例中的特征進(jìn)行相應(yīng)組合。

本發(fā)明所述的電動(dòng)汽車雙向DC/DC變換器，如圖1所示，一種電動(dòng)汽車雙向DC/DC變換器，包括兩個(gè)RC電路、脈沖發(fā)生電路、脈沖驅(qū)動(dòng)電路和2個(gè)IGBT組成的開關(guān)模塊，其中：開關(guān)模塊的一端連接直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)，另一端連接車載蓄電池。電源管理系統(tǒng)通過檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)來決定驅(qū)動(dòng)電機(jī)與蓄電池之間的功率流向和升/降壓模式。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，整個(gè)變換器工作在BOOST升壓模式，功率流向是從蓄電池流向驅(qū)動(dòng)電機(jī)；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，整個(gè)變換器工作在BUCK降壓模式，功率流向是從驅(qū)動(dòng)電機(jī)流向蓄電池。由IGBT模塊中開關(guān)管的通斷組合可以實(shí)現(xiàn)BUCK降壓電路和BOOST升壓電路之間的轉(zhuǎn)換。同時(shí)電源管理系統(tǒng)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和蓄電池的電壓，在升壓模式下將驅(qū)動(dòng)電機(jī)電壓作為輸出電壓V_O反饋給脈沖發(fā)生電路，在降壓模式下將蓄電池電壓作為輸出電壓V_O反饋給脈沖發(fā)生電路。脈沖發(fā)生電路根據(jù)輸出電壓V_O的大小調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖PWM的脈寬，驅(qū)動(dòng)脈沖PWM經(jīng)過脈沖驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大后，控制IGBT模塊的開關(guān)，使得輸出電壓V_O穩(wěn)定在給定值。該變換器的兩端是相同的RC電路，由電源管理系統(tǒng)控制繼電裝置使其工作在不同的狀態(tài)。在輸入端的RC電路作為預(yù)充電電路，防止因輸入電壓瞬變而損壞電容；在輸出端的RC電路作為電容濾波電路，減小輸出電壓的紋波。其中，所述脈沖發(fā)生電路的一種電路原理圖，如圖3所示，芯片U1為ICE2PCS02脈沖發(fā)生芯片，脈沖頻率固定不可調(diào)，電阻R6、R7和R8構(gòu)成分壓電路，輸出電壓Vo發(fā)生變化，引起芯片管腳電壓的變化，從而調(diào)整輸出脈沖PWM占空比的大小，最終達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓Vo的目的。在升壓模式下，輸出電壓Vo為直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電壓；在降壓模式下，輸出電壓Vo為蓄電池的電壓。所述脈沖驅(qū)動(dòng)電路的一種電路原理圖，如圖4所示，其中，PWM為輸入脈沖，U1為IXDN604脈沖驅(qū)動(dòng)芯片，用來增大脈沖的功率，U2為HCPL3120光耦隔離芯片，用來隔離輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，D3為穩(wěn)壓二極管，G和E分別連接開關(guān)管IGBT的門極和發(fā)射極。兩個(gè)IGBT的脈沖發(fā)生電路和驅(qū)動(dòng)電路是一樣的。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖2所示，所述IGBT模塊包括IGBT開關(guān)管T1和IGBT開關(guān)T2，所述IGBT開關(guān)管T1的發(fā)射極與IGBT開關(guān)管T2的集電極相連。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖2所示，所述車載蓄電池的正負(fù)極分別連接繼電裝置Z1和電容C1的負(fù)極。所述直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正負(fù)極分別連接繼電裝置Z2和電容C2的負(fù)極。

所述IGBT開關(guān)管T1的發(fā)射極和IGBT開關(guān)管T2的集電極連接電感L。

所述繼電裝置Z1是由繼電器J1和電阻R1并聯(lián)組成，所述繼電裝置Z2是由繼電器J2和電阻R2組成。

所述電容C1的負(fù)極依次與電容C2的負(fù)極、IGBT開關(guān)管T2的發(fā)射極相連。

所述繼電裝置Z1分別與電容C1的正極、電感L相連，所述繼電裝置Z2分別與電容C2的正極、IGBT開關(guān)管T1的集電極相連。

所述繼電器J1閉合與電阻R1、電容C1組成電容濾波電路，繼電器J1斷開與電阻R1、電容C1組成預(yù)充電電路，所述繼電器J2閉合與電阻R2、電容C2組成電容濾波電路，繼電器J2斷開與電阻R2、電容C2組成預(yù)充電電路

所述IGBT開關(guān)管T1保持開關(guān)狀態(tài)，所述IGBT開關(guān)管T2保持關(guān)斷狀態(tài)，整個(gè)變換器工作在BUCK降壓模式，功率流向是從直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)流向車載蓄電池。

所述IGBT開關(guān)管T1保持關(guān)斷狀態(tài)，所述IGBT開關(guān)管T2保持開關(guān)狀態(tài)，整個(gè)變換器工作在BOOST升壓模式，功率流向是從車載蓄電池流向直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

上述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。