電動汽車車載dcdc大功率變換電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高效率的低電壓輸入、高電壓輸出的大功率變換電源，解決電動汽車電源體積大、成本高的問題。一種電動汽車車載DCDC大功率變換電源，用于提升氫燃料電池電壓，包括電源輸入電路、連接電路、電流傳感器、吸收保護電路、PWM變換電路和電源輸出電路，其中：電源輸入電路通過PWM變換電路連接電源輸出電路，電流傳感器和吸收保護電路布置在電源輸入電路與PWM變換電路間；所述電動汽車車載DCDC大功率變換電源還設置電壓傳感器，電壓傳感器Ⅰ直接連接電源輸入電路，電壓傳感器Ⅱ連接電源輸出電路。本發(fā)明還設置有通訊板，通訊板連接電流感應器、輸入電壓檢測電路、電壓傳感器，并留置CANH和CANL接口。
【專利說明】
電動汽車車載DCDC大功率變換電源
技術(shù)領域
[0001 ]本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)變電源，特別提供了一種電動汽車車載DCDC大功率變換電源?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著環(huán)境污染問題不斷凸顯，傳統(tǒng)的石油能源早已無法滿足現(xiàn)在的汽車工業(yè)的動力需求，氫能源等清潔能源的高效利用成了解決上述問題的有效方式之一。氫燃料電池的燃料為氫氣和氧氣，其反應產(chǎn)物僅為水，沒有任何其他包括碳氧化合物、硫化物、粉塵等污染物排放，因此氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車。
[0003]但是與干電池、蓄電池等電能存儲裝置不同，氫燃料電池嚴格意義上為發(fā)電設備， 工作原理與發(fā)電廠相似，是將化學能轉(zhuǎn)換成電能的電化學發(fā)生裝置。氫燃料電池單節(jié)電池電壓大約在IV左右，因此在目前的使用過程當中，氫燃料電池需要串聯(lián)使用。然而，為了得到高壓的電壓輸入，需要串聯(lián)多節(jié)電池，所以產(chǎn)生了氫燃料電池體積龐大結(jié)構(gòu)復雜，成本高昂的問題。
[0004]同時，目前升壓電源種類有全橋、推挽電源等。全橋電源在30V?60V低壓大功率時效率低小于70%，而推挽電源功率小基本都在1KW以下，無法滿足現(xiàn)有的動力需求。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高效率的低電壓輸入、高電壓輸出的大功率變換電源，解決電動汽車電源體積大、成本高的問題。
[0006]本發(fā)明具體提供了一種電動汽車車載DCDC大功率變換電源，用于提升氫燃料電池電壓，其特征在于:包括電源輸入電路、連接電路、電流傳感器、吸收保護電路、PWM變換電路和電源輸出電路，其中:電源輸入電路通過PWM變換電路連接電源輸出電路，電流傳感器和吸收保護電路布置在電源輸入電路與PWM變換電路間；所述電動汽車車載DCDC大功率變換電源還設置電壓傳感器，電壓傳感器I直接連接電源輸入電路，電壓傳感器n連接電源輸出電路。
[0007]具體的，吸收保護電路并聯(lián)在一端連接電源輸入電路正極的組合電感器L1上；吸收保護電路中電阻R1連接電源輸入電路正極，電阻R1另一端連接二極管D1的負極，二極管 D1的正極連接PWM變換電路；電流傳感器負極連接電源輸入電路的正極，電流傳感器的正極連接吸收保護電路。
[0008]在IGBT關斷瞬間會產(chǎn)生過大電壓，為了防止電感損壞，IGBT導通瞬間限制流過電感的電流，減輕電子電力器件在開關過程中的收到威脅，本發(fā)明設置了吸收保護電路，能夠有效緩沖上述電壓對電感的破壞。
[0009]所述的組合電感器L1為納米鐵心組合的高頻功率電感。組合電感包括骨架、繞組、 屏蔽罩、封裝材料、磁心或鐵心;其中鐵心由尚頻鐵粉芯和中頻鐵粉芯組合。
[0010]本發(fā)明中的組合電感使用兩種或三種同尺寸不同材料的鐵芯疊加，并用銅線纏繞。使用上述方法的目的在于減小電感的體積以及減輕電感整體重量。如使用傳統(tǒng)的電感繞線方式，達到同樣的電流，若只使用一種鐵芯，需要纏繞的線圈匝數(shù)是本發(fā)明所述電感的數(shù)倍，而且電流飽和度以及電路穩(wěn)定性不佳。使用本發(fā)明所述方法制得的組合電感，既能滿足高頻電感的高強度電流不飽和，同時滿足電感值大使得通過小電流不斷續(xù)，進而減少輸入電流峰值，避免了因為電感通過大電流飽和出現(xiàn)電感量急速下降的問題，保證了電路性能的穩(wěn)定，確保本發(fā)明所述的電路以及應用的電動車能夠正常運行。并且提高了工作效率和經(jīng)濟效益。
[0011]所述的13??變換電路二極管D2的正極和IGBTQ1的發(fā)射極連接吸收保護電路，二極管D2的負極和IGBTQ1的集電極、門級連接電源輸出電路的正極;二極管D3的正極和IGBTQ2 的集電極連接吸收保護電路，二極管D3的負極和IGBTQ2的發(fā)射極連接電源輸出電路的負極，IGBTQ2的門級連接PWM控制線路板。[〇〇12]電源輸出電路的正極連接二極管D4的負極，PWM變換電路連接二極管D4的正極;電容器C1 一端連接二極管D4的正極，另一端連接電源輸出電路的負極；電阻R2—端連接二極管D4的正極，另一端連接電源輸出電路的負極。
[0013]電壓傳感器I直接連接電源輸入電路的正極和負極，電壓傳感器n與電阻R2并聯(lián)。
[0014]電源輸入電路還設置了輸入電壓檢測電路，輸入電壓檢測電路的兩端分別連接電源輸入電路的正極和負極。
[0015]本發(fā)明還設置有通訊板，通訊板連接電流感應器、輸入電壓檢測電路、電壓傳感器 n、電壓傳感器I，并留置CANH和CANL接口。
[0016]本發(fā)明還設置有P麗控制板，PWM控制板分別連接電流感應器、電壓傳感器1、電壓傳感器I1、輸入電壓檢測電路、IGBTQ2的門級。[〇〇17]本發(fā)明設置的PWM控制板為PWM高效電流電壓雙閉環(huán)快速反饋控制電路，電流感應器、電壓傳感器對輸入電流、輸入電壓、輸出電壓進行采樣檢測，并且實施實時控制，確保系統(tǒng)正常工作。
[0018]此外，本發(fā)明設置的通訊板是對從電流感應器、電壓傳感器采樣電流和電壓進行檢測并作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，同時將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果通過CAN總線傳輸，進而控制系統(tǒng)正常工作， 達到實時監(jiān)測系統(tǒng)工作狀態(tài)的目的。
[0019]本發(fā)明中使用電感以及IGBT電路組合而成的電子電路形成高功率拓撲電力電子電路， 同時形成BOOST型電路拓撲，BOOST型變換器的效率可以高達90%以上，相比于傳統(tǒng)電路的工作效率提升了 10?15%。
[0020]此外，使用本發(fā)明所述的電動汽車車載DCDC大功率變換電源，使用傳統(tǒng)氫電池三分之一的串聯(lián)數(shù)量即可達到同等數(shù)量電池提供的電壓輸出，極大程度的減化了氫能源電池的復雜程度，大幅控制了成本的支出，同時降低了氫能源在燃燒中產(chǎn)生的熱能損失，提高了氫燃料電池組系統(tǒng)的效率。
[0021]本發(fā)明采用了新型鐵粉芯組合高頻功率電感具有下述優(yōu)勢:1、體積小、重量輕;在本發(fā)明所述的變換電源中，組合電感的重量為整體的三分之一， 本發(fā)明所述的組合電感比傳統(tǒng)電感少減少線圈30%或以上，減少了銅消耗，經(jīng)濟效益客觀， 同時減輕了發(fā)明整體的重量；2、解決電流從輕載到重載保證電流連續(xù)穩(wěn)定通過的問題;輕載電流不連續(xù)通過，則會出現(xiàn)電源特性惡化現(xiàn)象;重載大電流會使電感飽和，使電感失控，出現(xiàn)電源特性惡化現(xiàn)象；3、電路效率明顯提高，使用本組合電感，一般功率回路的電流大，相比于功率電感，效率大幅提尚；4、保證了電路性能的穩(wěn)定，確保本發(fā)明所述的電路以及應用的電動車能夠正常運行， 并且提高了工作效率和經(jīng)濟效益。
[0022]本發(fā)明的通訊板使用CAN通訊具有下述優(yōu)勢:1、具有實時性強、傳輸距離遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點；2、采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作；3、具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN控制器掛到CAN-bus上，形成多主機局部網(wǎng)絡；4、可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文；5、可靠的錯誤處理和檢錯機制；6、發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)；7、節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能；8、報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息?！靖綀D說明】[〇〇23]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明:圖1為電動汽車車載DCDC大功率變換電源電路示意圖；圖2為電動汽車車載DCDC大功率變換電源電路簡圖?！揪唧w實施方式】 [〇〇24] 實施例1本實施例的目的在于提供一種高效率的低電壓輸入、高電壓輸出的大功率變換電源， 解決電動汽車電源體積大、成本高的問題。[〇〇25]本實施例具體提供了一種電動汽車車載DCDC大功率變換電源，用于提升氫燃料電池電壓，其特征在于:包括電源輸入電路、連接電路、電流傳感器、吸收保護電路、PWM變換電路和電源輸出電路，其中:電源輸入電路通過PWM變換電路連接電源輸出電路，電流傳感器和吸收保護電路布置在電源輸入電路與PWM變換電路間；所述電動汽車車載DCDC大功率變換電源還設置電壓傳感器，電壓傳感器I直接連接電源輸入電路，電壓傳感器n連接電源輸出電路。[〇〇26]具體的，吸收保護電路并聯(lián)在一端連接電源輸入電路正極的組合電感器L1上；吸收保護電路中電阻R1連接電源輸入電路正極，電阻R1另一端連接二極管D1的負極，二極管 D1的正極連接PWM變換電路；電流傳感器負極連接電源輸入電路的正極，電流傳感器的正極連接吸收保護電路。[〇〇27] 在IGBT關斷瞬間會產(chǎn)生過大電壓，為了防止電感損壞，IGBT導通瞬間限制流過電感的電流，減輕電子電力器件在開關過程中的收到威脅，本實施例設置了吸收保護電路，能夠有效緩沖上述電壓對電感的破壞。
[0028]所述的組合電感器L1為納米鐵心組合的高頻功率電感。組合電感包括骨架、繞組、屏蔽罩、封裝材料、磁心或鐵心;其中鐵心由尚頻鐵粉芯和中頻鐵粉芯組合。
[0029]本實施例中的組合電感使用兩種或三種同尺寸不同材料的鐵芯疊加，并用銅線纏繞。使用上述方法的目的在于減小電感的體積以及減輕電感整體重量。如使用傳統(tǒng)的電感繞線方式，達到同樣的電流，若只使用一種鐵芯，需要纏繞的線圈匝數(shù)是本實施例所述電感的數(shù)倍，而且電流飽和度以及電路穩(wěn)定性不佳。使用本實施例所述方法制得的組合電感，既能滿足高頻電感的高強度電流不飽和，同時滿足電感值大使得通過小電流不斷續(xù)，進而減少輸入電流峰值，避免了因為電感通過大電流飽和出現(xiàn)電感量急速下降的問題，保證了電路性能的穩(wěn)定，確保本實施例所述的電路以及應用的電動車能夠正常運行。并且提高了工作效率和經(jīng)濟效益。
[0030]所述的13??變換電路二極管D2的正極和IGBTQ1的發(fā)射極連接吸收保護電路，二極管D2的負極和IGBTQ1的集電極、門級連接電源輸出電路的正極;二極管D3的正極和IGBTQ2 的集電極連接吸收保護電路，二極管D3的負極和IGBTQ2的發(fā)射極連接電源輸出電路的負極，IGBTQ2的門級連接PWM控制線路板。[〇〇31]電源輸出電路的正極連接二極管D4的負極，PWM變換電路連接二極管D4的正極;電容器C1 一端連接二極管D4的正極，另一端連接電源輸出電路的負極；電阻R2—端連接二極管D4的正極，另一端連接電源輸出電路的負極。[〇〇32]電壓傳感器I直接連接電源輸入電路的正極和負極，電壓傳感器II與電阻R2并聯(lián)。
[0033]電源輸入電路還設置了輸入電壓檢測電路，輸入電壓檢測電路的兩端分別連接電源輸入電路的正極和負極。
[0034]本實施例還設置有通訊板，通訊板連接電流感應器、輸入電壓檢測電路、電壓傳感器I1、電壓傳感器I，并留置CANH和CANL接口。[〇〇35] 本實施例還設置有P麗控制板，P麗控制板分別連接電流感應器、電壓傳感器1、電壓傳感器I1、輸入電壓檢測電路、IGBTQ2的門級。[〇〇36]本實施例設置的PWM控制板為PWM高效電流電壓雙閉環(huán)快速反饋控制電路，電流感應器、電壓傳感器對輸入電流、輸入電壓、輸出電壓進行采樣檢測，并且實施實時控制，確保系統(tǒng)正常工作。
[0037]此外，本實施例設置的通訊板是對從電流感應器、電壓傳感器采樣電流和電壓進行檢測并作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，同時將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果通過CAN總線傳輸，進而控制系統(tǒng)正常工作，達到實時監(jiān)測系統(tǒng)工作狀態(tài)的目的。[〇〇38] 本實施例中使用電感以及IGBT電路組合而成的電子電路形成高功率拓撲電力電子電路，同時形成BOOST型電路拓撲，BOOST型變換器的效率可以高達90%以上，相比于傳統(tǒng)電路的工作效率提升了 10?15%。[〇〇39]此外，使用本實施例所述的電動汽車車載DCDC大功率變換電源，使用傳統(tǒng)氫電池三分之一的串聯(lián)數(shù)量即可達到同等數(shù)量電池提供的電壓輸出，極大程度的減化了氫能源電池的復雜程度，大幅控制了成本的支出，同時降低了氫能源在燃燒中產(chǎn)生的熱能損失，提高了氫燃料電池組系統(tǒng)的效率。
[0040]本實施例采用了新型鐵粉芯組合高頻功率電感具有下述優(yōu)勢:1、體積小、重量輕;在本實施例所述的變換電源中，組合電感的重量為整體的三分之一，本實施例所述的組合電感比傳統(tǒng)電感少減少線圈30%或以上，減少了銅消耗，經(jīng)濟效益客觀，同時減輕了實施例整體的重量；2、解決電流從輕載到重載保證電流連續(xù)穩(wěn)定通過的問題;輕載電流不連續(xù)通過，則會出現(xiàn)電源特性惡化現(xiàn)象;重載大電流會使電感飽和，使電感失控，出現(xiàn)電源特性惡化現(xiàn)象；3、電路效率明顯提高，使用本組合電感，一般功率回路的電流大，相比于功率電感，效率大幅提尚；4、保證了電路性能的穩(wěn)定，確保本實施例所述的電路以及應用的電動車能夠正常運行，并且提高了工作效率和經(jīng)濟效益。[0041 ]本實施例的通訊板使用CAN通訊具有下述優(yōu)勢:1、具有實時性強、傳輸距離遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點；2、采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作；3、具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN控制器掛到CAN-bus上，形成多主機局部網(wǎng)絡；4、可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文；5、可靠的錯誤處理和檢錯機制；6、發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)；7、節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能；8、報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息。[〇〇42] 實施例2本實施例中的電壓檢測電路為集成電路板VCR80/12，控制板為集成電路板PWM25ZB，其余結(jié)構(gòu)、技術(shù)方案、實施方式、預期效果與實施例1相同。[〇〇43] 實施例3本實施例除使用一般普通電感外，其余結(jié)構(gòu)、技術(shù)方案、實施方式、預期效果與實施例1 相同。
[0044]實施例4本實施例除不設置濾波電容C1外，其余結(jié)構(gòu)、技術(shù)方案、實施方式、預期效果與實施例1 相同。
[0045]實施例5本實施例除不設置防反二極管D4外，其余結(jié)構(gòu)、技術(shù)方案、實施方式、預期效果與實施例1相同。
[0046]實施例6本實施例除不設置濾波電容C1和防反二極管D4外，其余結(jié)構(gòu)、技術(shù)方案、實施方式、預期效果與實施例1相同。[〇〇47] 實施例7本實施例設置保險絲，其余結(jié)構(gòu)、技術(shù)方案、實施方式、預期效果與實施例1相同。
[0048]上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種電動汽車車載DCDC大功率變換電源，用于提升氫燃料電池電壓，其特征在于:包 括電源輸入電路、連接電路、電流傳感器、吸收保護電路、PWM變換電路和電源輸出電路，其 中:電源輸入電路通過PWM變換電路連接電源輸出電路，電流傳感器和吸收保護電路布置在 電源輸入電路與PWM變換電路間；所述電動汽車車載DCDC大功率變換電源還設置電壓傳感器，電壓傳感器I直接連接電 源輸入電路，電壓傳感器n連接電源輸出電路。2.按照權(quán)利要求1所述電動汽車車載DCDC大功率變換電源，其特征在于:吸收保護電路 并聯(lián)在一端連接電源輸入電路正極的組合電感器L1上;吸收保護電路中電阻R1連接電源輸 入電路正極，電阻R1另一端連接二極管D1的負極，二極管D1的正極連接PWM變換電路；電流傳感器負極連接電源輸入電路的正極，電流傳感器的正極連接吸收保護電路。3.按照權(quán)利要求2所述電動汽車車載DCDC大功率變換電源，其特征在于:所述的組合電 感器L1為納米鐵心組合的高頻功率電感。4.按照權(quán)利要求3所述電動汽車車載DCDC大功率變換電源，其特征在于:所述的組合電 感包括骨架、繞組、屏蔽罩、封裝材料、磁心或鐵心;其中鐵心由高頻鐵粉芯和中頻鐵粉芯組合。5.按照權(quán)利要求1所述電動汽車車載DCDC大功率變換電源，其特征在于:所述的P麗變 換電路二極管D2的正極和IGBTQ1的發(fā)射極連接吸收保護電路，二極管D2的負極和IGBTQ1的 集電極、門級連接電源輸出電路的正極；二極管D3的正極和IGBTQ2的集電極連接吸收保護電路，二極管D3的負極和IGBTQ2的發(fā) 射極連接電源輸出電路的負極，IGBTQ2的門級連接PWM控制線路板。6.按照權(quán)利要求1所述電動汽車車載DCDC大功率變換電源，其特征在于:電源輸出電路 的正極連接二極管D4的負極，PWM變換電路連接二極管D4的正極;電容器C1 一端連接二極管 D4的正極，另一端連接電源輸出電路的負極;電阻R2—端連接二極管D4的正極，另一端連接 電源輸出電路的負極。7.按照權(quán)利要求1所述電動汽車車載DCDC大功率變換電源，其特征在于:電壓傳感器I 直接連接電源輸入電路的正極和負極，電壓傳感器II與電阻R2并聯(lián)。8.按照權(quán)利要求1所述電動汽車車載DCDC大功率變換電源，其特征在于:電源輸入電路 還設置了輸入電壓檢測電路，輸入電壓檢測電路的兩端分別連接電源輸入電路的正極和負極。9.按照權(quán)利要求1所述電動汽車車載DCDC大功率變換電源，其特征在于:電動汽車車載 DCDC大功率變換電源設置有通訊板，通訊板連接電流感應器、輸入電壓檢測電路、電壓傳感 器I1、電壓傳感器I，并留置CANH和CANL接口。10.按照權(quán)利要求1所述電動汽車車載DCDC大功率變換電源，其特征在于:電動汽車車 載DCDC大功率變換電源設置有HVM控制板，控制板分別連接電流感應器、電壓傳感器1、 電壓傳感器n、輸入電壓檢測電路、IGBTQ2的門級。
【文檔編號】H02M3/155GK105978324SQ201610308139
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】榮及峰
【申請人】沈陽金陽光電氣有限公司