一種用于汽車復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于汽車復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率變換器，該變換器由電感、正向buck變換器、反向buck變換器、第一濾波器、第二濾波器組成；正、反向buck變換器內(nèi)含全控型功率開關(guān)器件和二極管；濾波器由電容構(gòu)成另外也可采用電感與電容組合的其它結(jié)構(gòu)。該汽車復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率變換器具備正向降壓、反向降壓和阻斷模式，能夠有效控制汽車復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)中的能量流動(dòng)、解決儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量雙向流動(dòng)控制，此外正向和反向buck變換器共用濾波電感且該功率變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、集成度高、成本低。
【專利說(shuō)明】一種用于汽車復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙向功率變換器，尤其涉及汽車復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用，特別涉及一種用于汽車復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)通常采用電池和超級(jí)電容，可帶來(lái)很多好處，如超級(jí)電容適于大電流放電，可提高電池壽命；超級(jí)電容的快速儲(chǔ)能功能使得有效回收及利用汽車的制動(dòng)能量成為可能，從而獲得顯著地節(jié)能效果。功率變換器是控制復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)能量流動(dòng)的重要部件，由于復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)存在不同的控制需求，功率變換器也需要具備不同的功能?，F(xiàn)有儲(chǔ)能系統(tǒng)中應(yīng)用的雙向變換器多為boost-buck形式，即兩個(gè)方向分別實(shí)現(xiàn)升壓和降壓功能。在實(shí)際應(yīng)用中，存在ー種特殊需求即超級(jí)電容儲(chǔ)能不足且電壓低于電池電壓時(shí)，需要電池為其充電；電池儲(chǔ)能不足且電壓低于超級(jí)電容電壓時(shí)需要超級(jí)電容為其充電；當(dāng)各自儲(chǔ)能在一定范圍內(nèi)時(shí)，不允許二者間有能量流動(dòng)。盡管buck變換器技術(shù)已為業(yè)內(nèi)所熟知，然而應(yīng)用兩個(gè)buck變換器簡(jiǎn)單反向并聯(lián)不能滿足上述需求，原因在于變換器中功率開關(guān)器件的續(xù)流ニ極管形成回路，造成儲(chǔ)能系統(tǒng)能量流動(dòng)不可控。目前還沒有業(yè)內(nèi)熟知的功率變換器能夠滿足上述控制需求。
[0003]為滿足這種需求，本發(fā)明提出一種用于汽車復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率變換器，該變換器可有效解決儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量雙向流動(dòng)控制，正向和反向buck變換器共用濾波電感，功率變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単、體積小、集成度高、成本低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于汽車復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率變換器，該變換器由電感、正向buck變換器、反向buck變換器、第一濾波器、第二濾波器組成，該變換器具備正向降壓、反向降壓和阻斷模式，能夠有效控制汽車復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)中的能量流動(dòng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案為ー種用于汽車復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率變換器，其中電感串接于正向buck變換器輸出端口和反向buck變換器輸出端ロ之間；正向buck變換器的輸入端ロ與第一濾波器的第二端ロ連接；第一濾波器的第一端ロ與第一儲(chǔ)能元件連接；反向buck變換器的輸入端ロ與第二濾波器的第二端ロ連接；第二濾波器的第一端ロ與第二儲(chǔ)能元件連接。
[0006]正向buck變換器內(nèi)含全控型功率開關(guān)器件T1和ニ極管D1，全控型功率開關(guān)器件T1的功率輸入端與第一濾波器第二端ロ連接，其功率輸出端與電感的輸入端連接，同時(shí)與ニ極管D1的負(fù)極性端連接；反向buck變換器包括全控型功率開關(guān)器件T2和ニ極管D2，全控型功率開關(guān)器件T2的功率輸入端與第二濾波器第二端ロ連接，其功率輸出端與電感的輸出端連接，同時(shí)與ニ極管D2的負(fù)極性端連接。
[0007]第一濾波器由電容C1構(gòu)成，第二濾波器由電容C2構(gòu)成，上述濾波器也可采用電感與電容組合的其它結(jié)構(gòu)；雙向功率變換器具備正向降壓、反向降壓及阻斷功能，可控制電能雙向流動(dòng)；正向降壓時(shí)，第一儲(chǔ)能元件的電壓VeAP高于第二儲(chǔ)能元件的電壓Vbat,雙向功率變換器輸出電壓為Vbat ;反向降壓時(shí)，第一儲(chǔ)能元件的電壓VeAP低于第二儲(chǔ)能元件的電壓Vbat，雙向功率變換器輸出電壓范圍為O?VBAT。阻斷模式下，全控型功率開關(guān)器件T1和T2均處于關(guān)斷狀態(tài)，第一儲(chǔ)能元件和第二儲(chǔ)能元件之間無(wú)能量交換，電壓Vbat和Vcap不會(huì)相互影響。
[0008]正向降壓模式下，全控型功率開關(guān)器件T2處于關(guān)斷狀態(tài)，全控型功率開關(guān)器件T1處于PWM狀態(tài)，正向buck變換器處于降壓狀態(tài)；正向降壓模式下，ニ極管D2承受反向電壓ー直處于截止?fàn)顟B(tài)，電感和電容C2共同構(gòu)成正向buck變換器的輸出端濾波器；反向降壓模式下，全控型功率開關(guān)器件T1處于關(guān)斷狀態(tài)，全控型功率開關(guān)器件T2處于PWM狀態(tài)，反向buck變換器處于降壓狀態(tài)；反向降壓模式下，ニ極管D1承受反向電壓一直處于截止?fàn)顟B(tài)，電感和電容C1共同構(gòu)成反向buck變換器的輸出端濾波器。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0010]1、本發(fā)明功率變換器具有雙向降壓和阻斷模式，可有效地解決儲(chǔ)能系統(tǒng)能量雙向流動(dòng)控制問題。
[0011]2、該功率變換器的正向和反向buck變換器共用濾波電感，功率變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単、體積小。
[0012]3、本發(fā)明的功率變換器集成度高，可以有效地降低功率變換器的成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為用于復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率變換器結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2為雙向功率變換器的正向降壓原理圖。
[0015]圖3為雙向功率變換器的反向降壓原理圖。
[0016]圖中:1、第一儲(chǔ)能元件；2、第二儲(chǔ)能元件；3、全控型功率開關(guān)器件T1 ;4、全控型功率開關(guān)器件T2 ;5、ニ極管D1 ;6、ニ極管D2 ;7、電容C1 ;8、電容C2 ;9、電感L ;10、正向buck變換器；11、反向buck變換器；12、第一濾波器；13、第二濾波器。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下將結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說(shuō)明。
[0018]如圖1所示為用于復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率變換器結(jié)構(gòu)圖，該雙向功率變換器由電感L9、正向buck變換器10、反向buck變換器11、第一濾波器12、第二濾波器13組成；正向buck變換器10內(nèi)含全控型功率開關(guān)器件1\3和ニ極管DP，全控型功率開關(guān)器件1\3的功率輸入端與第一濾波器12第二端ロ連接，其功率輸出端與電感L9的輸入端連接，同時(shí)與ニ極管隊(duì)5的負(fù)極性端連接；反向buck變換器11包括全控型功率開關(guān)器件T24和ニ極管D26，全控型功率開關(guān)器件T24的功率輸入端與第二濾波器13第二端ロ連接，其功率輸出端與電感L9的輸出端連接，同時(shí)與ニ極管D26的負(fù)極性端連接；電感L9串接于正向buck變換器10輸出端口和反向buck變換器11輸出端ロ之間；正向buck變換器10的輸入端ロ與第一濾波器12的第二端ロ連接；第一濾波器12的第一端ロ與第一儲(chǔ)能元件I連接；反向buck變換器11的輸入端ロ與第二濾波器13的第二端ロ連接；第二濾波器13的第一端ロ與第二儲(chǔ)能元件2連接；第一濾波器12由電容CJ構(gòu)成，第二濾波器13由電容C28構(gòu)成，另外濾波器也可采用電感與電容組合的其它結(jié)構(gòu)；全控型功率開關(guān)器件1\3、全控型功率開關(guān)器件T24為MOSFET或IGBT器件；第一儲(chǔ)能元件I為超級(jí)電容、第二儲(chǔ)能元件2為電池。
[0019]雙向功率變換器可實(shí)現(xiàn)正向降壓、反向降壓及阻斷功能，可控制電能雙向流動(dòng)。正向降壓時(shí)，第一儲(chǔ)能元件I的電壓VeAP高于第二儲(chǔ)能元件2的電壓Vbat，雙向功率變換器輸出電壓為Vbat ;反向降壓時(shí)，第一儲(chǔ)能兀件I的電壓Vcap低于第二儲(chǔ)能兀件2的電壓Vbat，雙向功率變換器輸出電壓范圍為0?VBAT。阻斷模式下，全控型功率開關(guān)器件1\3和T24均處于關(guān)斷狀態(tài)，第一儲(chǔ)能元件I和第二儲(chǔ)能元件2之間無(wú)能量交換，其電壓Vbat和VeAP不會(huì)相互影響。
[0020]如圖2所示為雙向功率變換器的正向降壓原理圖，圖中全控型功率開關(guān)器件T24處于關(guān)斷狀態(tài)，全控型功率開關(guān)器件處于PWM狀態(tài)，正向buck變換器10處于降壓狀態(tài)；全控型功率開關(guān)器件處于PWM狀態(tài)中的導(dǎo)通階段吋，電流路徑為第一儲(chǔ)能元件I一全控型功率開關(guān)器件1\3—電感L9一全控型功率開關(guān)器件T24中的反向ニ極管ー第二儲(chǔ)能元件2—第一儲(chǔ)能元件I，ニ極管D:5承受反向電壓處于截止?fàn)顟B(tài)；全控型功率開關(guān)器件1\3處于PWM狀態(tài)中的關(guān)斷階段吋，電流路徑為電感L9一全控型功率開關(guān)器件T24中的反向ニ極管一第二儲(chǔ)能元件2—二極管Dp—電感L9 ;上述過(guò)程中ニ極管D26承受反向電壓一直處于截止?fàn)顟B(tài)，電感L9和電容C28共同構(gòu)成正向buck變換器10的輸出端濾波器。
[0021]如圖3所示為雙向功率變換器的反向降壓原理圖，圖中全控型功率開關(guān)器件1\3處于關(guān)斷狀態(tài)，全控型功率開關(guān)器件T24處于PWM狀態(tài)，反向buck變換器11處于降壓狀態(tài)；全控型功率開關(guān)器件T24處于PWM狀態(tài)中的導(dǎo)通階段吋，電流路徑為第二儲(chǔ)能元件2—全控型功率開關(guān)器件T24—電感L9一全控型功率開關(guān)器件1\3中的反向ニ極管ー第一儲(chǔ)能元件I一第二儲(chǔ)能元件2，ニ極管D26承受反向電壓處于截止?fàn)顟B(tài)；全控型功率開關(guān)器件T24處于PWM狀態(tài)中的關(guān)斷階段時(shí)，電流路徑為電感L9一全控型功率開關(guān)器件1\3中的反向ニ極管一第一儲(chǔ)能元件I一二極管D26—電感L9 ;上述過(guò)程中，ニ極管D-承受反向電壓一直處于截止?fàn)顟B(tài)，電感L9和電容CJ共同構(gòu)成反向buck變換器11的輸出端濾波器。
【權(quán)利要求】
1.一種用于復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率變換器，其技術(shù)特征為:該雙向功率變換器由電感L( 9 )、正向buck變換器(10 )、反向buck變換器(11)、第一濾波器(12)、第二濾波器(13)組成；正向buck變換器(10)內(nèi)含全控型功率開關(guān)器件T1 (3)和二極管D1 (5)，全控型功率開關(guān)器件T1 (3)的功率輸入端與第一濾波器(12)第二端ロ連接，其功率輸出端與電感L(9 )的輸入端連接，同時(shí)與二極管D1 (5 )的負(fù)極性端連接；反向buck變換器(11)包括全控型功率開關(guān)器件T2 (4)和二極管D2 (6)，全控型功率開關(guān)器件T2 (4)的功率輸入端與第二濾波器(13)第二端ロ連接，其功率輸出端與電感L (9)的輸出端連接，同時(shí)與二極管D2(6)的負(fù)極性端連接；電感L (9)串接于正向buck變換器(10)輸出端口和反向buck變換器(11)輸出端ロ之間；正向buck變換器(10)的輸入端ロ與第一濾波器12的第二端ロ連接；第一濾波器(12)的第一端ロ與第一儲(chǔ)能元件(I)連接；反向buck變換器(11)的輸入端ロ與第二濾波器(13)的第二端ロ連接；第二濾波器(13)的第一端ロ與第二儲(chǔ)能元件(2)連接；第一濾波器(12)由電容C1 (7)構(gòu)成，第二濾波器(13)由電容C2 (8)構(gòu)成，另外濾波器也可米用電感與電容組合的其它結(jié)構(gòu)；正向降壓時(shí)，第一儲(chǔ)能兀件(I)的電壓Vcap高于第二儲(chǔ)能元件(2)的電壓Vbat，雙向功率變換器輸出電壓為Vbat;反向降壓時(shí)，第一儲(chǔ)能元件(I)的電壓Vcap低于第二儲(chǔ)能元件(2)的電壓Vbat，雙向功率變換器輸出電壓范圍為0~Vbat ;阻斷模式下，全控型功率開關(guān)器件T1 (3)和T2 (4)均處于關(guān)斷狀態(tài)，第一儲(chǔ)能元件(I)和第二儲(chǔ)能元件(2)之間無(wú)能量交換，其電壓Vbat和Vcap不會(huì)相互影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種用于復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率變換器，其技術(shù)特征在于:正向降壓模式下，全控型功率開關(guān)器件T2 (4)處于關(guān)斷狀態(tài)，全控型功率開關(guān)器件T1(3 )處于PWM狀態(tài)，正向buck變換器(10 )處于降壓狀態(tài)；全控型功率開關(guān)器件T1 (3 )處于PWM狀態(tài)中的導(dǎo)通階段時(shí)，電流路徑為第一儲(chǔ)能元件(I) 一全控型功率開關(guān)器件T1 (3) 一電感L (9) 一全控型功率開關(guān)器件T2 (4)中的反向二極管ー第二儲(chǔ)能元件(2) —第一儲(chǔ)能元件(1)，二極管D1 (5)承受反向電壓處于截止?fàn)顟B(tài)；全控型功率開關(guān)器件T1 (3)處于PWM狀態(tài)中的關(guān)斷階段時(shí)，電流路徑為電感L (9) 一全控型功率開關(guān)器件T2 (4)中的反向二極管ー第二儲(chǔ)能元件(2) —二極管D1 (5) ー電感L (9);上述過(guò)程中二極管D2 (6)承受反向電壓一直處于截止?fàn)顟B(tài)，電感L (9)和電容C2 (8)共同構(gòu)成正向buck變換器(10)的輸出端濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種用于復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率變換器，其技術(shù)特征在于:反向降壓模式下，全控型功率開關(guān)器件T1 (3)處于關(guān)斷狀態(tài)，全控型功率開關(guān)器件T2(4)處于PWM狀態(tài)，反向buck變換器(11)處于降壓狀態(tài)；全控型功率開關(guān)器件T2 (4)處于PWM狀態(tài)中的導(dǎo)通階段時(shí)，電流路徑為第二儲(chǔ)能元件(2) —全控型功率開關(guān)器件T2 (4) 一電感L9一全控型功率開關(guān)器件T1 (3)中的反向二極管ー第一儲(chǔ)能元件(I) 一第二儲(chǔ)能元件(2)，二極管D2 (6)承受反向電壓處于截止?fàn)顟B(tài)；全控型功率開關(guān)器件T2 (4)處于PWM狀態(tài)中的關(guān)斷階段時(shí)，電流路徑為電感L (9) 一全控型功率開關(guān)器件T1 (3)中的反向二極管一第一儲(chǔ)能元件(I) 一二極管D2 (6) ー電感L (9);上述過(guò)程中，二極管D1 (5)承受反向電壓一直處于截止?fàn)顟B(tài)，電感L (9)和電容C1 (7)共同構(gòu)成反向buck變換器(11)的輸出端濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的ー種用于復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率變換器，其技術(shù)特征在于:全控型功率開關(guān)器件T1 (3)、全控型功率開關(guān)器件T2 (4)為MOSFET或IGBT器.件；第一儲(chǔ)能元件(I)為超級(jí)電容、第二儲(chǔ)能元件(2)為電池；雙向功率變換器可實(shí)現(xiàn)正向降壓、反向降壓及阻斷功能，可控制電能雙向流動(dòng)。
【文檔編號(hào)】H02M3/155GK103560667SQ201310409350
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】許家群, 蔣杰, 吳躍樂 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)