專利名稱：一種單向升降壓型大功率dc/dc變換器及混合動力車的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及變流產品，具體涉及一種單向升降壓型大功率DC/DC變換器及混合動力車，主要解決燃料電池在混合動力車上的應用匹配問題。
背景技術：
由于燃料電池具有以下特性:輸出特性較軟，輸出電壓隨著輸出電流的增大而減小，在負載大時，輸出電壓下降較陡。實際應用中燃料電池的輸出功率波動較大，例如汽車的加速、減速以及制動等都會導致燃料電池的輸出波動。另一方面燃料電池的輸出電壓若直接送給動力蓄電池、電機控制器則電壓偏低或偏高，并且與燃料電池的特性難以匹配，因此，在燃料電池與動力蓄電池、電機控制器之間加入DC / DC變換器實現升壓(降壓)與其特性進行匹配。現有的燃料電池轎車動力系統中，因燃料電池不具有電能回饋吸收作用，雙向DC/DC變換器不能滿足應用要求。均采用單向升壓型或單向降壓型DC/DC非隔離型變換器，這2種DC/DC變換器均采用IGBT作為功率開關管，電感作為儲能元件。現有DC/DC變換器主電路方案中僅有2只功率開關管，組成了單橋臂，將電感的一端連接于單橋臂 的中間點，組成BOOST電路或BUCK電路拓撲結構，通過控制二個功率開關管的導通或關斷，只能實現單向升壓或者單向降壓的功能，滿足不了電機輸出功率偏大時燃料電池輸出電壓比動力蓄電池電壓低及電機輸出功率偏小時燃料電池輸出電壓比動力蓄電池電壓高的要求，且要求以上兩種工況下燃料電池都必須輸出功率的工況需求，給燃料電池動力系統。因此有必要對現有技術進行改進。
實用新型內容針對現有DC/DC變換器存在只能實現單向升壓或者單向降壓的功能，且滿足不了電機輸出功率偏大時燃料電池輸出電壓比動力蓄電池電壓低及電機輸出功率偏小時燃料電池輸出電壓比動力蓄電池電壓高的要求的問題，本實用新型提供一種單向升降型大功率DC/DC變換器，滿足燃料電池在混合動力車上的全工況應用要求，同時還提供一種應用了該變換器的混合動力車。本實用新型為解決技術問題采用的技術方案是:一種單向升降型大功率DC/DC變換器，包括由8個功率開關管構成的兩組雙橋臂、8個開關管控制器、2個電抗器、2個放電電容和2個電壓傳感器及2個電流傳感器，所述兩組雙橋臂并聯連接在燃料電池和動力蓄電池的正負兩端，所述每個開關管控制器連接每一個功率開關管；2個電抗器將兩組雙橋臂的橋臂進行交叉連接，即電抗器連接一組雙橋臂中的一條單臂和另一組雙橋臂中的一條單橋臂；所述2個放電電容分別安裝在燃料電池和動力蓄電池的正負兩端；所述2個電壓傳感器分別連接于所述燃料電池和動力蓄電池的正負兩端，所述2個電流傳感器分別連接所述2個電抗器，所述2個電壓傳感器和2個電流傳感器均連接所述開關管控制器。進一步地，所述功率開關管為小電流功率開關管。[0008]進一步地，所述開關管控制器還連接混合動力車的整車控制器。一種混合動力車，在該混合動力車的燃料電池和動力蓄電池之間設有上述DC/DC控制器。本實用新型的工作原理在于:電壓傳感器和電流傳感器采集電壓、電流信號送入開關管控制器，開關管控制器根據整車控制信號和電壓、電流信號控制功率開關管的動作，使得兩組雙橋臂的定頻PWM脈沖信號相位相差180°，從而實現兩組雙橋臂的移相控制功能，使得燃料電池向動力蓄電池單向輸出，從而解決背景技術中存在的問題。本實用新型的有益效果在于:(I)本實用新型由于采用移相控制，提高了輸出頻率，減小了輸出電流紋波。( 2 )本實用新型由于采用多重并聯電路，降低了電感設計制造難度。(3)本實用新型由于采用小電流等級功率開關管形成大功率輸出，減輕了重量，降低了成本。(4)本實用新型由于具有單向升降壓功能，可滿足燃料電池在混合動力轎車上的全工況應用要求。
圖1是本實用新型所述DC/DC變換器的電路結構拓撲圖；圖中，SV1-SV2為電壓傳感器，SI1-SI2為電流傳感器，Q1-Q8為功率開關管，L1-L2為電抗器，FUl為快速熔斷器，CON為開關管控制器，A-燃料電池，B-動力蓄電池。
具體實施方式
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以下結合附圖和具體實施方式
來進一步闡述本實用新型。一種單向升降型大功率DC/DC變換器，如圖1所示，包括由8個功率開關管Q1-Q8構成的兩組雙橋臂、開關管控制器C0N、電抗器L1-L2、放電電容C1-C2和電壓傳感器SV1-SV2及電流傳感器SI1-SI2，其中由Ql、Q2構成的單橋臂和由Q5、Q6構成的單橋臂組合成一組雙橋臂，由Q3、Q4構成的單橋臂和由Q7、Q8構成的單橋臂組成一組雙橋臂，所述兩組雙橋臂并聯連接在燃料電池A和動力蓄電池B的正負兩端，所述開關管控制器CON連接每一個功率開關管；電抗器L1、L2將兩組雙橋臂的單橋臂進行交叉連接，即電抗器LI連接由Ql、Q2構成的單橋臂和由Q3、Q4構成的單橋臂，L2用于連接由Q5、Q6構成的單橋臂和由Q7、Q8構成的單橋臂；所述放電電容Cl安裝在燃料電池A的正負兩端，所述放電電容C2安裝在動力蓄電池B的正負兩端；所述電壓傳感器SVl連接于所述燃料電池A的正負兩端，所述電壓傳感器SV2連接在動力蓄電池B的正負兩端，所述電流傳感器SIl連接所述電抗器LI，所述電流傳感器SI2連接所述電抗器L2，所述電壓傳感器SV1-SV2和電流傳感器SI1-SI2均連接所述開關管控制器。作為本使用新型的進一步實施方式，所述功率開關管Q1-Q8為小電流功率開關管。作為本使用新型的進一步實施方式，所述開關管控制器CON還連接鏈接混合動力車的整車控制器。本實用新型的工作原理為:開關管控制器CON接收整車控制信號，并采集電壓傳感器SV1、SV2、電流傳感器SI1、SI2信號，所述整車控制信號優先級高于所述電壓、電流信號，整車控制信號表明燃料電池可以輸出時，所述控制器才接收所述傳感器的信號，通過比較傳感器信號，控制各功率開關管導通和關斷，來實現將燃料電池A電壓升高或降低并向動力蓄電池B輸出能量的功能，具體控制策略如下:當燃料電池A端電壓比動力蓄電池B電壓低時，此時，SVl信號值〈SV2信號值，根據整車控制信號及檢測到的SVUSV2信號，開關管控制器CON發出定頻的PWM脈沖信號控制Q4、Q8通斷，其中控制Q8的PWM脈沖信號滯后控制Q4的PWM脈沖信號180°，同時開關管控制器CON發出高電平信號控制Q1、Q5始終導通，開關管控制器CON發出低電平信號控制Q2、Q3、Q6、Q7始終關斷；Q4導通時，燃料電池A能量流經Q1、L1、Q4，儲存于LI上；Q4關斷時，儲存于LI上的能量經Q3向C2輸出。同理，Q8導通時，燃料電池A能量流經Q5、L2、Q8，儲存于L2上；Q8關斷時，儲存于L2上的能量經Q6向C2輸出；從而，C2濾波后向動力蓄電池B輸出能量，實現燃料電池A端向動力蓄電池B端升壓輸送能量功能。當燃料電池A端電壓比動力蓄電池B電壓高時，此時，SVl信號值〉SV2信號值，根據整車控制信號及檢測到的SVUSV2信號，開關管控制器CON發出定頻的PWM脈沖信號控制Q1、Q5通斷，其中控制Q5的PWM脈沖信號滯后控制Ql的PWM脈沖信號180°，同時開關管控制器CON發出高電平信號控制Q3、Q7始終導通，開關管控制器CON發出低電平信號控制Q2、Q4、Q6、Q8始終關斷；Q1導通時，燃料電池A能量流經Cl、Q1、L1、Q3向C2輸出；Q4關斷時，儲存于LI上的能量經Q3繼續向C2輸出。同理，Q5導通時，燃料電池A能量流經C1、Q5、L2、Q7向C2輸出；Q5關斷時，儲存于L2上的能量經Q7繼續向C2輸出；從而，C2濾波后向動力蓄電池B輸出能量，實現燃料電池A端向動力蓄電池B端降壓輸送能量功能。通過軟件編程方法實現開關管控制器CON發出兩路定頻PWM脈沖信號功能，且兩路定頻PWM脈沖信號相位相差180°，從而實現兩組重并聯橋臂的移相控制功能，進而實現將燃料電池A電壓升高或降低并 向動力蓄電池B輸出能量的功能。所述開關管控制器CON是集成有DSP芯片，或是其他可編程芯片，并具有模擬信號處理電路的單板。一種混合動力車，在該混合動力車的燃料電池和動力蓄電池之間設有上述DC/DC控制器。應注意，上述實施方式僅為本實用新型的優選實施方式，本領域普通技術人員在不脫離本實用新型實質及技術啟示下所做的不具新穎性和創造性的變形和潤飾，均應視為在本實用新型的保護范圍之內，本實用新型的保護范圍具體視其權利要求書而定。
權利要求1.一種單向升降型大功率DC/DC變換器，包括由8個功率開關管構成的兩組雙橋臂、8個開關管控制器、2個電抗器、2個放電電容和2個電壓傳感器及2個電流傳感器，所述兩組雙橋臂并聯連接在燃料電池和動力蓄電池的正負兩端，所述每個開關管控制器連接每一個功率開關管；2個電抗器將兩組雙橋臂的橋臂進行交叉連接，即電抗器連接一組雙橋臂中的一條單臂和另一組雙橋臂中的一條單橋臂；所述2個放電電容分別安裝在燃料電池和動力蓄電池的正負兩端；所述2個電壓傳感器分別連接于所述燃料電池和動力蓄電池的正負兩端，所述2個電流傳感器分別連接所述2個電抗器，所述2個電壓傳感器和2個電流傳感器均連接所述開關管控制器。
2.根據權利要求1所述一種單向升降型大功率DC/DC變換器，其特征在于，所述功率開關管為小電流功率開關管。
3.根據權利要求1所述一種單向升降型大功率DC/DC變換器，其特征在于，所述開關管控制器還連接混合動力車的整車控制器。
4.一種混合動力車，其特征在于，在該混合動力車的燃料電池和動力蓄電池之間設有如權利要求1-3任 意一項所述單向升降型大功率DC/DC控制器。
專利摘要一種單向升降型大功率DC/DC變換器，包括由8個功率開關管構成的兩組雙橋臂、開關管控制器、電抗器、放電電容和電壓傳感器及電流傳感器，所述兩組雙橋臂并聯連接在燃料電池和動力蓄電池的正負兩端；電抗器將兩組雙橋臂的橋臂進行交叉連接；所述放電電容分別安裝在燃料電池和動力蓄電池的正負兩端；所述電壓傳感器連接于所述燃料電池和動力蓄電池的正負兩端，所述電流傳感器連接所述電抗器，所述電壓傳感器和電流傳感器均連接所述開關管控制器。通過軟件編程方法實現開關管控制器發出兩路相位相差180°的定頻脈沖信號功能，從而實現兩組重并聯橋臂的移相控制功能，進而實現將燃料電池電壓升高或降低并向動力蓄電池輸出能量的功能。本實用新型還提供一種混合動力車。
文檔編號H02M3/155GK203151375SQ20132004660
公開日2013年8月21日 申請日期2013年1月29日 優先權日2013年1月29日
發明者彭再武, 蔣時軍, 王堅, 毛懿坪, 高素欣 申請人:湖南南車時代電動汽車股份有限公司