視為一個開關管S~時的等效Buck/Boost雙向DC-DC變換器；
圖4為圖2所述變換器的開關管S2和S3視為一個開關管S*時的等效Buck/Boost雙向DC-DC變換器；
圖5為傳統(tǒng)的采用兩個Buck/Boost雙向DC-DC變換器并聯(lián)的雙電源接入功率變換器； 圖6為開關磁阻電機不對稱半橋功率變換器拓撲。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明采用一種三開關串聯(lián)型雙輸入DC-DC變換器與開關磁阻電機不對稱半橋電路級聯(lián)的功率變換器拓撲作為電池、超級電容混合動力電動汽車開關磁阻電機驅動系統(tǒng)的主功率變換器，其源端DC-DC變換器可以實現(xiàn)電池和超級電容的雙源接入，并使得后級不對稱半橋功率變換器母線電壓的可調，而后級不對稱半橋功率電路則可實現(xiàn)開關磁阻電機的驅動控制。
[0015]下面結合附圖對發(fā)明的技術方案進行詳細說明:
如圖1所示，功率變換器主要分為兩個部分，即前級端DC-DC變換器部分和后級不對稱半橋功率變換器部分。其中，前級端DC-DC變換器為如圖2所示，從結構上看，前級端DC-DC變換器主電路由三個開關管Sl、S2、S3串聯(lián)而成，其輸入端的電池和超級電容，分別通過DC-DC變換器輸入濾波電感Lbl和Lul接入變換器a和b兩點，DC-DC變換器的輸出端為后級功率變換器的母線端，其中C1為母線濾波電容。后級功率變換器電路，如圖6所示，以三相開關磁阻電機為例的，以A相為例，功率變換器第一橋臂兩個開關管Sap和San之間串入開關磁阻電機的A相繞組，并采用兩個功率二極管Dap和Dan構成相繞組關斷續(xù)流回路，B相和C相接法與之相同。將前級端的三開關串聯(lián)式雙輸入DC-DC變換器與后級端不對稱半橋電路相級聯(lián)，即構成本發(fā)明的電池、超級電容混合動力電動汽車開關磁阻電機驅動系統(tǒng)功率變換器拓撲。
[0016]該拓撲的前級端和后級端變換器的控制方法和功能不同，下面結合附圖分別予以說明。
[0017]如圖2如示，DC-DC變換器的輸入端為電池和超級電容混合輸入，輸出端為圖5所示不對稱半橋變換器的母線端。如圖3所示，對于輸入源Vbat而言，如果將開關管S1和開關管S2視為一個開關管S~，那么開關管S'開關管S3和電池Vbat將等效于一個Buck/Boost雙向DC-DC變換器。同理，如圖4所示，對于輸入源超級電容Vuc而言，若將開關管S2和開關管S3視為一個開關管S*，那么開關管S*、開關管S1和超級電容Vuc則可等效于另一個Buck/Boost雙向DC-DC變換器。因此，DC-DC變換器相較于如圖5所示傳統(tǒng)的采用兩個Buck/Boost變換器并聯(lián)的結構節(jié)省了一個開關管，將有利于提高系統(tǒng)集成度，降低系統(tǒng)成本和體積。
[0018]從控制的角度，可將DC-DC變換器等效為兩個獨立的Buck/Boost變換器來控制，即只要滿足所等效的Buck/Boost變換器的上、下管開關信號互補原則。因此，對于DC-DC變換器的三個開關管而言，在任意一個開關周期內，均有且只有一個開關管斷開，而另外兩個開通。遵循該控制邏輯，本發(fā)明采用母線電壓外環(huán)和輸入源Vbat的輸入電流內環(huán)級聯(lián)的雙閉環(huán)控制來獲取開關管S3的控制信號，同時通過設定輸入源Vuc的輸出功率而獲取該源輸出電流的參考值，并通過電流閉環(huán)獲取開關管S1的控制信號，從而利用與非門邏輯而得到公共開關管S2的控制信號。通過該控制方式，可實現(xiàn)開關磁阻電機驅動控制所需母線電壓的調節(jié)以及輸入源Vuc的功率控制，而根據(jù)輸入輸出能量守恒原理，DC-DC變換器可以利用輸入源Vbat來實現(xiàn)開關磁阻電機驅動所需功率與輸入源Vuc的輸出功率間的差值的調
Τ ο
[0019]圖6所示的開關磁阻電機不對稱半橋功率變換器與圖2所示的三開關串聯(lián)式雙輸入DC-DC變換器級聯(lián)，功率變換器母線電壓由前端DC-DC變換器控制，通過采用開關磁阻電機電流斬波控制和角度位置控制方法可以控制不對稱半橋功率變換器各橋臂開關管開通與關斷，從而實現(xiàn)開關磁阻電機的驅動控制。在相非導通狀態(tài)，繞組電流可以通過橋臂的上、下續(xù)流二極管續(xù)流而回饋至源端，在無需改變源端三開關串聯(lián)式DC-DC變換器的控制方法的前提下，通過合理調節(jié)超級電容的功率參考值，可以使得超級電容能有效的回收開關磁阻電機回饋能量。該方式可以充分利用超級電容可頻繁充放電的特點，避免回饋能量直接給電池充電，利于電池的健康管理。
[0020]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種電池超級電容電動車開關磁阻電機功率變換器，包括:電池、超級電容、A相繞組、B相繞組、C相繞組，其特征在于:還包括:DC-DC變換器、不對稱半橋功率變換器，所述DC-DC變換器包括開關管S1、開關管S2、開關管S3，開關管S1、開關管S2、開關管S3相互串聯(lián)，電池、超級電容分別通過輸入濾波電感Lbl和輸入濾波電感Lul接入DC-DC變換器a和b兩點，所述開關管S1，開關管S2、開關管S3均反并有二極管，所述DC-DC變換器輸出端并聯(lián)有母線濾波電容C1 ;所述不對稱半橋功率變換器包括第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂，所述第一橋臂包括開關管Sap、開關管San、功率二極管Dap、功率二極管Dan，所述開關管Sap、開關管San之間串入A相繞組，功率二極管Dap、功率二極管Dan構成A相繞組關斷續(xù)流回路；所述第二橋臂包括開關管Sbp、開關管Sbn、功率二極管Dbp、功率二極管Dbn，所述開關管Sbp、開關管Sbn之間串入B相繞組，功率二極管Dbp、功率二極管Dbn構成B相繞組關斷續(xù)流回路；第三橋臂包括開關管Scp、開關管Sen、功率二極管Dcp、功率二極管Dcn，所述開關管Scp、開關管Sen之間串入C相繞組，功率二極管Dcp、功率二極管Dcn構成C相繞組關斷續(xù)流回路；所述第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂之間相并聯(lián)，所述DC-DC變換器、不對稱半橋功率變換器相級聯(lián)。2.—種電池超級電容電動車開關磁阻電機功率變換器工作方法，其特征在于:包括步驟如下: 步驟一:采用一個三開關管串聯(lián)型雙輸入DC-DC變換器拓撲結構實現(xiàn)電池和超級電容的混合儲能源接入； 步驟二:將三開關管級聯(lián)雙輸入DC-DC變換器與開關磁阻電機不對稱半橋功率變換器級聯(lián)，構成整個電動汽車驅動電機的功率變換器拓撲； 步驟三:以三個開關管串聯(lián)型DC-DC變換器輸出端電壓以及超級電容輸出功率為控制參量，將DC-DC變換器的三個開關管在任意一個開關周期內按兩管開通一管關斷的邏輯進行控制，即可等效控制為兩個相對獨立的傳統(tǒng)的Buck/Boost雙向DC-DC變換器，從而實現(xiàn)電池和超級電容的能量傳輸控制，DC-DC變換器輸出端電壓即開關磁阻電機不對稱半橋功率變換器母線電壓亦能得到升壓和穩(wěn)定控制； 步驟四:三個開關管串聯(lián)型DC-DC變換器輸出端作為開關磁阻電機不對稱半橋電路的母線端，通過采用開關磁阻電機不對稱半橋電路實現(xiàn)開關磁阻電機的驅動控制和能量回饋控制； 步驟五:通過對三開關管串聯(lián)型雙輸入DC-DC變換器控制，可使超級電容吸收不對稱半橋功率變換器控制開關磁阻電機時的續(xù)流回饋能量，避免對電池的頻繁充電，利于電池健康管理； 步驟六:利用整個電動汽車驅動電機功率變換器拓撲結構，結合步驟三至步驟五所述的控制方法，可使得整個系統(tǒng)具備電池、超級電容的混合儲能源的接入能力，并可根據(jù)電動汽車特殊運行工況要求實現(xiàn)對開關磁阻電機的控制。
【專利摘要】本發(fā)明采用一種三開關串聯(lián)型雙輸入DC-DC變換器與開關磁阻電機不對稱半橋電路級聯(lián)的功率變換器拓撲作為電池、超級電容混合動力電動汽車開關磁阻電機驅動系統(tǒng)的主功率變換器，其源端DC-DC變換器可以實現(xiàn)電池和超級電容的雙源接入，并使得后級不對稱半橋功率變換器母線電壓可調，而后級不對稱半橋功率電路則可實現(xiàn)開關磁阻電機的驅動控制。本發(fā)明可以同時滿足電池、超級電容雙儲能源輸入控制和開關磁阻電機驅動控制的要求。此外，該功率變換器有效節(jié)省了開關管資源，可進一步降低系統(tǒng)成本和體積，具備高集成度、輕型化和低成本等優(yōu)點。
【IPC分類】H02M3/10, H02J7/00, H02M7/48, H02P6/00
【公開號】CN105305859
【申請?zhí)枴緾N201510672395
【發(fā)明人】蔡駿
【申請人】南京信息工程大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年10月19日