[發(fā)明專利]一種簡(jiǎn)化升壓型電動(dòng)汽車復(fù)合電源結(jié)構(gòu)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710476287.9
• 申請(qǐng)日: 2017-06-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107332332B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪建林;續(xù)丹;周歡;王斌;馬光亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J7/34
• 分類號(hào): H02J7/34;H02M3/07;B60L53/31
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)化升壓型電動(dòng)汽車復(fù)合電源結(jié)構(gòu)及其控制方法，包括鋰電池、超級(jí)電容、MOSFET管、限流二極管、電感器及電容器，當(dāng)電動(dòng)汽車需求功率為正時(shí)，依據(jù)鋰電池和超級(jí)電容的SOC和輸出電壓，使復(fù)合電源構(gòu)成Boost升壓電路結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)MOSFET管SW1或SW2的占空比；當(dāng)電動(dòng)汽車需求功率為負(fù)時(shí)，復(fù)合電源構(gòu)成Buck降壓電路結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)MOSFET管SW3的占空比，實(shí)現(xiàn)鋰電池和超級(jí)電容制動(dòng)能量回收。本發(fā)明可滿足電動(dòng)汽車一般工況下的多模式工作，該復(fù)合電源簡(jiǎn)化了級(jí)聯(lián)DC?DC變換器的結(jié)構(gòu)，從而減少了復(fù)合電源的能耗，提高了能量轉(zhuǎn)換效率，且控制策略更為簡(jiǎn)單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及鋰電池、超級(jí)電容和通過(guò)MOS管、二極管、電容、電感組合形成的多工作模式的直流變換裝置及其控制方法。

背景技術(shù)

復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)又稱為復(fù)合電源技術(shù)，是在已有的動(dòng)力電池基礎(chǔ)上增加高功率密度的輔助儲(chǔ)能裝置，一般包括超導(dǎo)、飛輪和超級(jí)電容器等。其中在電動(dòng)汽車領(lǐng)域應(yīng)用的主要是二次鋰電池與超級(jí)電容器構(gòu)成的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)。

將超級(jí)電容器與鋰電池相結(jié)合構(gòu)成復(fù)合儲(chǔ)能電源系統(tǒng)，在工作過(guò)程中由超級(jí)電容器提供電動(dòng)汽車的高功率密度需求，同時(shí)充分快速地回收再生制動(dòng)能量，鋰電池則提供汽車的高能量密度需求。超級(jí)電容器和鋰電池可優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，同時(shí)最大程度地限制鋰電池或者超級(jí)電容器單一電源的不足，這無(wú)疑會(huì)大大提高電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)的性能。

將超級(jí)電容與鋰電池并聯(lián)構(gòu)成復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用到電動(dòng)汽車上，需要建立鋰電池與超級(jí)電容之間的能量雙向轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)，即雙向DC-DC變換器。復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)性能的優(yōu)劣往往體現(xiàn)在級(jí)聯(lián)DC-DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及控制策略的性能上，因此研究適合電動(dòng)汽車的復(fù)合電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和高效率、快響應(yīng)、高功率密度、高可靠性的DC-DC變換器控制策略，在電動(dòng)汽車的能量管理技術(shù)發(fā)展中有著十分重要的意義。

傳統(tǒng)的復(fù)合電源結(jié)構(gòu)一般含有多個(gè)DC-DC變換器電路，存在能耗大，控制策略復(fù)雜等問(wèn)題。

在復(fù)合電源的控制過(guò)程中，需要依據(jù)工況選擇合適的工作模式，還要保證在每一種工作模式下能夠具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和控制精度。復(fù)合電源工作過(guò)程中所對(duì)應(yīng)的Boost升壓變換器和Buck降壓變換器都是典型的非線性系統(tǒng)，一般的非線性控制算法如非線性PID、滑模控制算法等能夠?qū)﹄p向DC-DC變換器進(jìn)行控制，但是在高精度穩(wěn)定性控制方面性能不佳。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決常規(guī)復(fù)合電源的能耗高和控制精度低等問(wèn)題，提供一種簡(jiǎn)化升壓型電動(dòng)汽車復(fù)合電源結(jié)構(gòu)及其控制方法。

一種電動(dòng)汽車復(fù)合電源，該復(fù)合電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括鋰電池、超級(jí)電容、電容器以及三個(gè)MOSFET管、三個(gè)限流二極管和兩個(gè)電感器，超級(jí)電容的正極與電感器L1的一端相連，電感器L1的另一端與MOSFET管SW1的漏極、MOSFET管SW2的漏極、MOSFET管SW3的源極及電感器L2的一端相連；電感器L2的另一端與鋰電池的正極相連；MOSFET管SW3的漏極與電容器C1的正極及電動(dòng)汽車電機(jī)逆變器的輸入端相連；超級(jí)電容的負(fù)極與MOSFET管SW1的源極、MOSFET管SW2的源極、鋰電池的負(fù)極、電容器C1的負(fù)極及電動(dòng)汽車電機(jī)逆變器的輸出端相連；限流二極管D1、D2及D3對(duì)應(yīng)并聯(lián)在MOSFET管SW1、SW2及SW3的源極和漏極之間。

所述復(fù)合電源還包括與MOSFET管SW1、SW2及SW3的柵極相連的多工況功率分配及能量回收策略調(diào)節(jié)模塊；所述多工況功率分配及能量回收策略調(diào)節(jié)模塊包括用于在電動(dòng)汽車需求功率為正或?yàn)樨?fù)時(shí)，在所述復(fù)合電源內(nèi)對(duì)應(yīng)構(gòu)成Boost升壓電路結(jié)構(gòu)或Buck降壓電路結(jié)構(gòu)的MOSFET管截止/導(dǎo)通控制模塊。