電動汽車雙回路電源切換裝置、控制系統及控制方法與流程
本發明屬于電動汽車技術領域，特別是涉及一種電動汽車雙回路電源切換裝置、控制系統及控制方法。
背景技術：
電動汽車上的電池系統一般有高壓電池組和低壓電池組，高壓電池組電壓通常有幾百伏，低壓電池組常見的電壓有12伏和24伏；通常助力轉向電機用電來自高壓電池組，當高壓電池組輸出突然切斷，助力轉向電機立即停止工作，轉向系統瞬間失去助力，將給行車安全帶來巨大隱患。
目前，當高壓電池組供電輸出出現異常時，能將低壓電池組經過升壓轉換后給電動汽車的某些重要負載設備提供短暫供電，使這些重要負載設備能繼續運行一段時間，行車安全得到大大提高。常用的備用供電系統中，如果備用供電需要電力電子變換的情況下，那么備用供電單元都會采用閉環控制的方式；正常情況下備用供電單元處在待機轉態，在主供電突然失效的情況下，備用供電單元由幾乎空載的待機狀態立即轉換為接近滿載的功率輸出狀態，這對備用供電單元的閉環控制技術提出了很高的要求。如果控制的不好會導致瞬時電壓跌落較多，甚至出現供電中斷，影響了后級重要負載設備供電的連續性。
為了提高電力電子變換的效率，目前很多采用了諧振變換的技術。在備用供電系統中，變換器是由幾乎空載的待機狀態立即轉換為接近滿載的功率輸出狀態，同時根據后級重要負載設備負載的不同會工作在不同的功率情況下，如果采用傳統閉環控制的話，電力電子變換其很難工作在最佳諧振狀態，影響了轉換效率。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種既加快升壓轉換單元的功率輸出相應時間，又可以使得電力電子變換器工作在完全諧振狀態，同時輔助相應的控制流程，使得電動汽車后級重要負載設備供電更加可靠的電動汽車雙回路電源切換裝置、控制系統及控制方法。
本發明的一技術解決方案是：一種電動汽車雙回路電源切換裝置，包括高壓供電電路和低壓轉換供電電路，所述低壓轉換供電電路包括低壓電池組、可調升壓電路和整流電路，所述可調升壓電路的輸入端與輸出端分別連接所述低壓電池組和整流電路的輸入端，所述升壓可調電路將所述低壓電池組的低壓電轉換成高壓電，再經過所述整流電路整流后輸出。
本發明的另一技術解決方案是：一種電動汽車雙回路電源切換控制系統，包括高壓電池組、低壓電池組、升壓轉換單元、控制處理單元及輸出切換單元；所述高壓電池組經所述輸出切換單元與負載設備連接；所述低壓電池組依次經所述升壓轉換單元、輸出切換單元與負載設備連接；所述控制處理單元經信號線連接所述升壓轉換單元與輸出切換單元，且所述控制處理單元控制所述升壓轉換單元與輸出切換單元。
作為優選：所述負載設備包括助力轉向驅動系統、剎車氣泵驅動系統。
作為優選：所述控制處理單元控制雙回路電源的輸出通路：所述高壓電池組供電正常時，所述控制處理單元控制電源輸出為高壓電池組，控制系統采用閉環模式控制升壓轉換單元輸出電壓；所述高壓電池組供電異常時，所述控制處理單元控制電源輸出切換為低壓電池組的低壓電經升壓轉換單元轉換成的高壓電，控制系統采用開環模式控制升壓轉換單元輸出電壓。
本發明的再一技術解決方案是：一種電動汽車雙回路電源切換控制方法，包括以下步驟：
s1：正常運行時，高壓電池組供電，控制系統處于待機狀態，采用閉環模式控制升壓轉換單元輸出電壓；
s2：判斷高壓電池組是否異常；
s3：若否，高壓電池組繼續供電，采用閉環模式控制升壓轉換單元輸出電壓，控制系統處于待機狀態；若是，低壓電池組經升壓轉換單元轉換為高壓電供電，控制系統切換為功率輸出狀態，采用開環模式控制升壓轉換單元輸出電壓；
s4：判斷是否運行到限定工作時間；
s5：若是，高壓電池組和低壓電池組均停止供電，負載設備停機；若否，再次判斷高壓電池組是否異常，并循環，直至運行到限定工作時間停機。
作為優選：所述閉環模式的控制方式是通過不斷調節開關占空比或不斷調節開關頻率來驅動升壓轉換單元，使升壓轉換單元的輸出電壓保持設定值的控制方式；所述開環模式的控制方式是以固定開關占空比和固定開關頻率來驅動升壓轉換單元，使升壓轉換單元的輸出電壓隨低壓電池組的電壓降低而降低的控制方式。
與現有技術相比，本發明的有益效果：
⑴設置升壓轉換單元、控制處理單元和輸出切換單元，升壓轉換單元在電壓電池組供電時將低電壓升壓處理；控制處理單元采集高壓電池組電壓、升壓輸出電壓、升壓輸出電流等信號，并分析計算，控制升壓轉換單元和輸出切換單元；輸出切換單元根據控制處理單元采集到的信息及分析計算，控制高壓電池組輸出和升壓轉換單元輸出之間的切換；系統高壓電池組輸出和低壓電池組經升壓轉換單元輸出時分別采用閉環模式和開環模式控制，可加快升壓轉換單元的功率輸出相應時間，避免出現高壓電池掉電后后級重要負載斷電，保證供電的不間斷，保證行車安全。
⑵開環模式控制下，通過設定最佳開關頻率和最佳占空比，使得升壓轉換單元處在完全諧振的工作狀態，轉換效率達到最大值，使得電動汽車后級重要負載設備供電更加可靠。
⑶開環模式控制下，升壓轉換單元輸出電壓會跟隨低壓電池組的電壓降低而降低，當輸出電壓降低后，后級重要負載設備的運行功率也可以得到降低，從而延長低壓電池組的后備輸出時間。
⑷控制處理單元通過采樣高壓電池組電壓和升壓轉換單元輸出電流判斷高壓電池組是否異常，在升壓轉換單元供電時，若監測到高壓電池組恢復正常，電壓輸出切換為高壓電池組，控制方式由開環模式切換為閉環模式，可避免汽車運行過程中電壓輸出的誤切換控制。
⑸系統設置了限定工作時間，在開環模式下運行到限定工作時間時，升壓轉換單元將停止運行，處于停機保護模式，可避免低壓電池組長時間大功率運行導致低壓電池組損壞。
附圖說明
圖1是本發明電動汽車雙回路電源切換裝置結構框圖；
圖2是圖1的可調升壓電路圖；
圖3是本發明電動汽車雙回路電源切換控制系統的結構框圖；
圖4是本發明電動汽車雙回路電源切換控制方法流程圖。
主要組件符號說明：
低壓電池組10，可調升壓電路20，整流電路30，高壓電池組40，升壓轉換單元50，控制處理單元60，輸出切換單元70，負載設備80。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步詳述：
圖1、圖2示出了本發明的一個實施例。
請參閱圖1、圖2所示，該電動汽車雙回路電源切換裝置，包括高壓供電電路和低壓轉換供電電路，低壓轉換供電電路包括低壓電池組10、可調升壓電路20和整流電路30，可調升壓電路20的輸入端與輸出端分別連接低壓電池組10和整流電路30的輸入端，升壓可調電路將低壓電池組10的低壓電轉換成高壓電，再經過整流電路30整流后輸出給下一級設備；因此，當高壓電池組異常時，低壓電池組10能經升壓可調電路升壓、并經整流電路30整流后及時給下一級設備短暫供電，保證了電動汽車的行車安全。
其中，可調升壓電路20包括變壓器tr1、變壓器tr2、開關器件q1、開關器件q2、開關器件q3、開關器件q4、輸入電容c1、輸入電容c2以及諧振電容c3。變壓器tr1原邊第一引腳11通過開關器件q1接低壓電池組10負極，變壓器tr1原邊第三引腳13通過開關器件q2接低壓電池組10負極，變壓器tr1原邊第二引腳12與低壓電池組10bat1極連接，c1接在變壓器tr1原邊第二引腳12與低壓電池組10負極之間。變壓器tr2原邊第一引腳21通過開關器件q3接低壓電池組10負極，變壓器tr2原邊第三引腳23通過開關器件q4接低壓電池組10負極，變壓器tr2原邊第二引腳22與低壓電池組10bat1正極連接，c2接在變壓器tr2原邊第二引腳22與低壓電池組10負極之間。變壓器tr1副邊的第二引腳15通過諧振電容c3和變壓器tr2副邊第一引腳24連接，諧振電容c3放置于兩個變壓器中間，其優點是有利于pcb布局，從而降低了整體尺寸；同時還能減少回路面積，降低寄生參數，改善了輸出特性。
整流電路30包括整流二極管d1、整流二極管d2、整流二極管d3、整流二極管d4以及輸出電容c4。變壓器tr1副邊第一引腳14分別與整流二極管d1的正極和整流二極管d3負極的連接。變壓器tr2副邊第二引腳25分別與整流二極管d2的正極和整流二極管d4負極的連接。輸出電容c4的一端分別與整流二極管d1的負極和整流二極管d2負極的連接。輸出電容c4的另一端分別與整流二極管d3的正極和整流二極管d4正極的連接。整流電路30接輸出電容c4，輸出電容c4起到輸出濾波作用。
可調升壓電路20采用兩組變壓器副邊電壓串聯輸出的方式，相比只用一組變壓器，其優點是單個變壓器的功率只有總變壓器功率的一半，單個開關器件功率需求也相應減半，有利于器件選型設計以及散熱設計；同時因為單個變壓器匝比也只相比只用一組變壓器的一半，變壓器原邊、副邊可以繞制得更加緊湊，從而降低了變壓器原邊漏感，進而降低開關器件的尖峰，提高電源效率。
變壓器tr1和變壓器tr2的寄生漏感與諧振電容c3組成諧振網絡。設變壓器tr1的寄生漏感值為l1，變壓器tr2的寄生漏感值為l2，則諧振網絡的諧振頻率值為
請參閱圖3所示，該電動汽車雙回路電源切換控制系統，包括高壓電池組40、低壓電池組10、升壓轉換單元50、控制處理單元60及輸出切換單元70；高壓電池組40經輸出切換單元70與負載設備80連接；低壓電池組10依次經升壓轉換單元50、輸出切換單元70與負載設備80連接；控制處理單元60經信號線連接升壓轉換單元50與輸出切換單元70，且控制處理單元60控制升壓轉換單元50與輸出切換單元70。其中，負載設備80包括助力轉向驅動系統、剎車氣泵驅動系統。
控制處理單元60控制雙回路電源的輸出通路的方式為：
高壓電池組40供電正常時，控制處理單元60控制電源輸出為高壓電池組40，控制系統采用閉環模式控制升壓轉換單元50輸出電壓；這時會控制升壓轉換單元50輸出電壓低于高壓電池組40電壓一定值，此狀態下為待機狀態，低壓電池組10沒有向后級重要負載設備80輸出功率。高壓電池組40供電異常時，控制處理單元60控制電源輸出切換為低壓電池組10的低壓電經升壓轉換單元50轉換成的高壓電，控制系統采用開環模式控制升壓轉換單元50輸出電壓。
升壓轉換單元50在電壓電池組供電時將低電壓升壓處理；控制處理單元60采集高壓電池組40電壓、升壓輸出電壓、升壓輸出電流等信號，并分析計算，控制升壓轉換單元50和輸出切換單元70；輸出切換單元70根據控制處理單元60采集到的信息及分析計算，控制高壓電池組40輸出和升壓轉換單元50輸出之間的切換；系統高壓電池組40輸出和低壓電池組10經升壓轉換單元50輸出時分別采用閉環模式和開環模式控制，可加快升壓轉換單元50的功率輸出相應時間，避免出現高壓電池掉電后后級重要負載斷電，保證供電的不間斷，保證行車安全。
控制處理單元60通過采樣高壓電池組40電壓和升壓轉換單元50輸出電流判斷高壓電池組40是否異常，在升壓轉換單元50供電時，若監測到高壓電池組40恢復正常，電壓輸出切換為高壓電池組40，控制方式由開環模式切換為閉環模式，可避免汽車運行過程中電壓輸出的誤切換控制。
請參閱圖4所示，該電動汽車雙回路電源切換控制方法，包括以下步驟：
s1：正常運行時，高壓電池組40供電，控制系統處于待機狀態，采用閉環模式控制升壓轉換單元50輸出電壓；
s2：判斷高壓電池組40是否異常；
s3：若否，高壓電池組40繼續供電，采用閉環模式控制升壓轉換單元50輸出電壓，控制系統處于待機狀態；若是，低壓電池組10經升壓轉換單元50轉換為高壓電供電，控制系統切換為功率輸出狀態，采用開環模式控制升壓轉換單元50輸出電壓；
s4：判斷是否運行到限定工作時間；
s5：若是，高壓電池組40和低壓電池組10均停止供電，負載設備80停機；若否，再次判斷高壓電池組40是否異常，并循環，直至運行到限定工作時間停機。
閉環模式的控制方式是通過不斷調節開關占空比或不斷調節開關頻率來驅動升壓轉換單元50，使升壓轉換單元50的輸出電壓保持設定值的控制方式；開環模式的控制方式是以固定開關占空比和固定開關頻率來驅動升壓轉換單元50，使升壓轉換單元50的輸出電壓隨低壓電池組10的電壓降低而降低的控制方式。
開環模式控制下，通過設定最佳開關頻率和最佳占空比，使得升壓轉換單元50處在完全諧振的工作狀態，轉換效率達到最大值，使得電動汽車后級重要負載設備80供電更加可靠。開環模式控制下，升壓轉換單元50輸出電壓會跟隨低壓電池組10的電壓降低而降低，當輸出電壓降低后，后級重要負載設備80的運行功率也可以得到降低，從而延長低壓電池組10的后備輸出時間。系統設置了限定工作時間，在開環模式下運行到限定工作時間時，升壓轉換單元50將停止運行，處于停機保護模式，可避免低壓電池組10長時間大功率運行導致低壓電池組10損壞。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明權利要求的涵蓋范圍。
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