[发明专利]基于同步整流Buck-Boost双向DC/DC变换器的复合电源控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及电动车辆的车载电源领域，涉及一种电动汽车用复合电源控制系统，尤其涉及一种基于同步整流Buck—Boost双向DC/DC变换器的复合电源控制系统。

背景技术

随着汽车工业的快速发展，能源危机和环境危机已成为当今社会最突出的两大主题。据调查显示，目前全世界拥有各类车辆年消耗燃油约7亿吨，按这种比例推算目前世界所蕴藏的石油资源仅可维持50～70 年；而且城市大气污染量有63%都来自燃油汽车的废气排放。因此，在这两大危机的压力下，电动汽车应运而生。

然而，电动车用蓄电池性能差所导致的车辆一次充电续驶里程短、起动加速爬坡性能差以及初始化成本高等问题，已成为限制电动汽车快速发展的最根本因素。研究开发高比能量、高比功率、充放电速度快、循环寿命长的车载电源成为时代发展的必然要求。但是，在现有技术条件下，任何一种单一能源都不能同时满足高比能量和高比功率的要求。于是国外就有专家提出了复合电源的概念，即：将高比能量的能源与高比功率的能源组合在一起共同成为车载电源，其中超级电容+蓄电池复合电源系统是未来研究热门之一。

在现有理论和技术方面，专利号为200810018098.8的“一种电动摩托车超级电容与蓄电池复合电源控制系统”和专利申请号为20102068944.8的“一种基于超级电容的电动汽车混合动力控制系统”给出了一种复合电源控制系统的拓扑结构，二者均是将超级电容与双向DC/DC变换器串联后再与蓄电池并联，为电机驱动控制装置提供动力源。其中，双向DC/DC变换器在系统中对蓄电池和超级电容两者间的电压进行合理的匹配，以满足电机的驱动与制动要求。但是该双向DC/DC变换器只能对超级电容进行升压充电和降压放电，这时超级电容工作在高压模式，使得当超级电容端电压较低时的那部分能量得不到充分利用，从而削弱了超级电容的驱动能力。

另外一种较为常见的控制方法和上述两篇专利具有同样的拓扑结构，即将超级电容与双向DC/DC变换器串联后再与蓄电池并联，为电机驱动控制装置提供动力源。但是这里所用的双向DC/DC变换器只能对超级电容进行降压充电和升压放电，超级电容工作在低压模式，使得当电机反电动势较低时，无法给超级电容充电，其能量回收效率低，削弱了超级电容的再生制动能力。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于同步整流Buck—Boost双向DC/DC变换器的复合电源控制系统，本发明不仅能够进行大功率放电，改善电动汽车起动、加速、爬坡性能，延长蓄电池使用寿命；还能够进行大功率充电，快速回收车辆再生制动时的能量，提高电动汽车的一次充电续驶里程。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种基于同步整流Buck—Boost双向DC/DC变换器的复合电源控制系统，包括电机、与电机相连的电机控制器以及与电机控制器分别相连的蓄电池、超级电容，蓄电池在与功率开关相连后接入电机控制器，超级电容与双向DC/DC变换器相连后接入电机控制器，所述功率开关包括并联的两个P沟道MOS管，双向DC/DC变换器包括四个N沟道MOS管以及一个储能电感，四个N沟道MOS管两两组成半桥结构，储能电感的两端分别接于两半桥结构的中间，其中第一半桥与功率开关的一端相连，功率开关的另一端与蓄电池的一极相连，第一半桥的另一端与蓄电池的另一极相连，蓄电池的另一极与超级电容的一极相连，第二半桥与超级电容并联， PWM脉冲加在变换器N沟道MOS管的栅极。

详细的技术方案是：一种基于同步整流Buck—Boost双向DC/DC变换器的复合电源控制系统，包括电机、与电机相连的电机控制器以及与电机控制器分别相连的蓄电池、超级电容，蓄电池在与功率开关相连后接入电机控制器，超级电容与双向DC/DC变换器相连后接入电机控制器，所述功率开关包括并联的两个P沟道MOS管，双向DC/DC变换器包括四个N沟道MOS管以及一个储能电感，四个N沟道MOS管两两组成半桥结构，储能电感的两端分别接于两半桥结构的中间，其中第一半桥与功率开关的一端相连，功率开关的另一端与蓄电池的一极相连，第一半桥的另一端与蓄电池的另一极相连，蓄电池的另一极与超级电容的一极相连，第二半桥与超级电容并联， PWM脉冲加在变换器N沟道MOS管的栅极，所述电机控制器为三相全桥逆变电路，三相全桥逆变电路的一端经与功率开关连接后与蓄电池的一极相连，三相全桥逆变电路的一端还与第一半桥的一端相连，三相全桥逆变电路的另一端与第一半桥的另一端、蓄电池的另一极相连。

对于上述技术方案，本发明对其还具有补充的可替代方案。