[发明专利]一种含两个单向直流变换器的复合电源及其控制方法

说明书

一种含两个单向直流变换器的复合电源及其控制方法包括：电池组、开关、功率二极管集成盒、电机逆变器、单向Buck‑Boost变换器、超级电容和单向Buck变换器；其方式在于：复合电源根据电动汽车运行状态及超级电容电压确定两个单向直流变换器的四个数字控制接口的高低电平状态，从而控制两个单向直流变换器的工作模式。本发明所产生的有益效果是：本发明复合电源结构及其直流变换器工作模式与控制方法能够避免电池组频繁无序充放电，在制动能量充足时，超级电容可以对电池组进行恒流充电，有效保护电池安全，延长电池使用寿命，并且避免了双向直流变换器在电流正反向交替工作期间产生的时间延迟问题，提升了复合电源系统的稳定性和可靠性。

技术领域

本发明属于电动汽车的车载电源领域，特别涉及一种含两个单向直流变换器的复合电源及其控制方法。

背景技术

随着电动汽车的逐步推广，电池组受频繁充放电影响而导致寿命缩短的问题凸显。另外，世界各国的汽车生产商和研究机构都在进一步研究电动汽车部件性能和整车性能的全面提升和优化，而车载电源是提升电动汽车性能的最关键部件之一。由于电池技术短时间内不可能有突破性进展，采用超级电容与电池组成复合电源，避免电池组受频繁充放电的技术应运而生。

随着研究的深入，复合电源结构得到不断改进以满足高性能电动汽车的需求。其中半主动结构的超级电容/电池组复合电源采用电池组直接并联在电机逆变器的两端，超级电容先串联一个双向直流变换器再并联电池组；电池组并联电机逆变器，起稳压作用，且电池组作为主能量源直接供电，能量不经过直流变换器转换，电池组输出效率高；超级电容的电压可以高于或低于电池组电压，选择更加灵活。尽管采用合适的控制策略能使超级电容输出功率跟随电机逆变器需求功率，但电池组直接并联在电机逆变器两端，会受高频充放电电流的冲击，缩短电池组工作寿命；另外，如果采用双向直流变换器连接超级电容和电池组，双向直流变换器在电流正反向交替工作期间存在一定的时间延迟，会影响到整个复合电源系统工作的稳定性和安全性。

为有效避免电池组受频繁充电电流的冲击，需要设计电池组单向输出电路，当回收电动汽车制动能量时，单向输出电路能阻止能量回流至电池组，由超级电容优先回收能量。但单向输出电路不能使电池组回收能量，需要考虑超级电容充满电以后向电池组有序充电情况，因此，需要补充设计超级电容向电池组充电的电路或部件。另外，传统的复合电源在工作模式变化时，控制器根据电压和电流信号改变PWM控制信号来实现直流变换器的工作模式变化，程序复杂，而且程序的延时会导致系统在延时期间短暂不稳定甚至失控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含两个单向直流变换器的复合电源及其控制方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种含两个单向直流变换器的复合电源，包括电池组、开关、功率二极管集成盒、电机逆变器、单向Buck-Boost变换器、超级电容和单向Buck变换器；电池组的正极分别连接开关的输入端口A，开关的输出端口B连接功率二极管集成盒的阳极集成输入端，功率二极管集成盒的阴极输出端分别连接电机逆变器的正极端口和单向Buck-Boost变换器的正极输入接口a₁，电机逆变器的负极端口分别连接单向Buck-Boost变换器的负极输入接口b₁和电池组的负极；单向Buck-Boost变换器的正极输出接口c₁和负极输出接口d₁分别连接超级电容的正极和负极；超级电容的正极和负极还分别连接单向Buck变换器的正极输入接口a₂和负极输入接口b₂；单向Buck变换器的正极输出接口c₂和负极输出接口d₂分别连接电池组的正极和负极。

进一步的，电池组、开关、功率二极管集成盒所在输出电路为主电路，位于主电路的开关能够同时控制超级电容与电池组的输出。

进一步的，电池组通过功率二极管集成盒实现单向输出，功率二极管集成盒由多个二极管组成。