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1、10申请公布号CN104108320A43申请公布日20141022CN104108320A21申请号201410293988522申请日20140627B60L11/1820060171申请人三门峡速达交通节能科技股份有限公司地址472000河南省三门峡市经济开发区太阳路1号72发明人王斌邹忠月郝永辉王嵩飞陈辉卫振廷74专利代理机构郑州红元帅专利代理事务所普通合伙41117代理人杨妙琴54发明名称一种NPMOS开关解耦的电动汽车复合电源及能量控制方法57摘要一种NPMOS开关解耦的电动汽车复合电源及能量控制方法，包括电池组、双向DCDC变换器、超级电容、NMOS开关、PMOS开关、稳压电容、。
2、二极管、DSP模块、电压检测模块、电流检测模块和电机逆变器；其方式在于DSP模块能够根据功率大小来决定高低电平输出当功率需求大时，DSP模块输出高电平，NMOS开关导通、PMOS开关关断，超级电容单独输出；当功率需求小时，DSP模块输出低电平，NMOS开关关断，PMOS开关导通，电池组单独输出。本发明所产生的有益效果是本发明复合电源结构及其能量控制方法简单易行，并且能有效提高系统效率。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图3页10申请公布号CN104108320ACN104108320A1/1页21一种NPMO。
3、S开关解耦的电动汽车复合电源，其特征在于，包括电池组、双向DCDC变换器、超级电容、NMOS开关、PMOS开关、稳压电容、二极管、DSP模块、电压检测模块、电流检测模块和电机逆变器；电池组输出端分别连接PMOS开关的漏极和双向DC/DC转换器的接口1，源极连接二极管的输入端，二极管的输出端分别连接NMOS开关的源极、稳压电容的正极和电机逆变器的一端，NMOS开关的漏极分别连接超级电容的正极和双向DC/DC转换器接口2，电机逆变器的另一端分别连接稳压电容负极、超级电容的负极和双向DC/DC变换器的接口4，电池组的输入端连接双向DC/DC转换器的接口3；电压检测模块连接稳压电容，用于检测稳压电容两。
4、端的电压；电流检测模块连接在电机逆变器的母线上，用于检测电机逆变器母线侧电流；电压检测模块和电路检测模块分别将检测数据发送到DSP模块，DSP模块分别连接NMOS开关和PMOS开关的栅极，并根据电流和电压计算实际功率，输出电平驱动PMOS开关和NMOS开关。2根据权利要求1所述的一种NPMOS开关解耦的电动汽车复合电源，其特征在于在启动和功率输出时，DSP模块输出电平同时控制PMOS开关和NMOS开关，使一个开关导通，同时使另一个开关关断。3根据权利要求1所述的一种NPMOS开关解耦的电动汽车复合电源，其特征在于所述的超级电容的电压高于电池组电压。4根据权利要求1所述的一种NPMOS开关解耦的。
5、电动汽车复合电源，其特征在于所述的DSP模块采用单片机或其它专门驱动电路或芯片。5根据权利要求1所述的一种NPMOS开关解耦的电动汽车复合电源所采用的能量控制方法，其特征在于所述的DSP模块能够根据功率大小来决定高低电平输出当功率需求大时，DSP模块输出高电平，NMOS开关导通、PMOS开关关断，超级电容单独输出；当功率需求小时，DSP模块输出低电平，NMOS开关关断，PMOS开关导通，电池组单独输出。6根据权利要求5所述的能量控制方法，其特征在于当功率需求小于0时，DSP模块不工作，制动能量通过NMOS开关向超级电容和电池组充电。7根据权利要求5所述的能量控制方法，其特征在于复合电源在启动或。
6、大功率输出时，DSP模块输出高电平并保持一定时间，此时NMOS开关导通，PMOS开关关断，避免这两种状态的大功率对电池组的冲击。8根据权利要求5所述的能量控制方法，其特征在于在功率输出时，DSP模块输出的高电平信号需延时一定时间，使NMOS开关PMOS开关状态不频繁切换。权利要求书CN104108320A1/4页3一种NPMOS开关解耦的电动汽车复合电源及能量控制方法技术领域0001本发明属于电动车的车载电源领域，涉及一种电动汽车用双向DCDC变换的复合电源及其能量控制方法。背景技术0002低碳减排是当今时代的潮流和未来可持续性发展的必然要求，在此大环境下，为降低汽车的碳排放和节约燃油成本，世。
7、界各国都在加大力度进行电动汽车的研发，而车载电源技术是制约电动汽车发展的瓶颈。由于电池技术在短时间内不可能有突破性进展，复合电源应运而生。0003现阶段电动汽车车载电源亟待解决的问题主要体现在如何减小汽车在起动、加速、爬坡及高速巡航时大功率对电池组的损害性冲击；制动时如何实现对能量的快速回收并同时保证电池组的安全；如何在不同条件下的实现车载电源的高效率工作。上述问题需结合复合电源自身结构设计并考虑相应的能量管理策略来综合解决。0004解决大功率输出对电池组损害性冲击的方法是超级电容直接输出方案将电池与DCDC变换器串联后再与超级电容并联，然后跨接在逆变器两侧，超级电容起能量缓冲作用。但是，从能。
8、量管理角度来看，超级电容直接输出方案使得小功率输出时电池组必须经过DCDC变换器工作，从而降低了小功率工作时电池组的输出效率。实现电池组在小功率输出时高效率工作方法是电池组单独输出方案将超级电容与DCDC串联后再与电池组并联，然后跨接在逆变器两侧，电池组起稳压作用。但是电池组单独输出方案会导致大功率对电池组直接冲击，并且这种结构不利于实现超级电容对制动能量的优先回收。一些电动自行车将超级电容和电池组直接并联在电机逆变器两端，虽然兼顾了两种方案，但超级电容和电池组输出严重耦合，并且超级电容利用效率极低。目前，还没有相应的复合电源及能量控制方法将两种方案有效整合并实现解耦控制。0005发明内容本发。
9、明的目的是提供一种NPMOS开关解耦的电动汽车复合电源及能量控制方法。本发明的复合电源及其能量控制方法不仅将电池组单独输出方案和超级电容直接输出方案解耦，同时避免了大功率对电池组的直接冲击，还保证了小功率输出条件下复合电源高效率工作和制动条件下超级电容优先回收制动能量。0006为实现上述功能，本发明提供的技术方案是一种NPMOS开关解耦的电动汽车复合电源，包括电池组、双向DCDC变换器、超级电容、NMOS开关、PMOS开关、稳压电容、二极管、DSP模块、电压检测模块、电流检测模块和电机逆变器；电池组输出端分别连接PMOS开关的漏极和双向DC/DC转换器的接口1，源极连接二极管的输入端，二极管的。
10、输出端分别连接NMOS开关的源极、稳压电容的正极和电机逆变器的一端，NMOS开关的漏极分别连接超级电容的正极和双向DC/DC转换器接口2，电机逆变器的另一端分别连接稳压电容负极、超级电容的负极和双向DC/DC变换器的接口4，电池组的输入端连接DC/DC转换器的接口3；电说明书CN104108320A2/4页4压检测模块连接稳压电容，用于检测稳压电容两端的电压；电流检测模块连接在电机逆变器母线上，用于检测电机逆变器母线侧电流；电压检测模块和电路检测模块分别将检测数据发送到DSP模块，DSP模块分别连接NMOS开关和PMOS开关的栅极，并根据电流和电压计算实际功率，输出电平驱动PMOS开关和NMO。
11、S开关。0007进一步，在启动和功率输出时，DSP模块输出电平同时控制PMOS开关和NMOS开关，使一个开关导通，同时使另一个开关关断。0008进一步，所述的超级电容的电压高于电池组电压。0009进一步，所述的DSP模块采用单片机或其它专门驱动电路或芯片。0010本发明还涉及一种NPMOS开关解耦的电动汽车复合电源所采用的能量控制方法DSP模块能够根据功率大小来决定高低电平输出当功率需求大时，DSP模块输出高电平，NMOS开关导通、PMOS开关关断，超级电容单独输出；当功率需求小时，DSP模块输出低电平，NMOS开关关断，PMOS开关导通，电池组单独输出。0011进一步，当功率需求小于0时，D。
12、SP模块不工作，制动能量通过NMOS开关向超级电容和电池组充电。0012进一步，复合电源在启动或大功率输出时，DSP模块输出高电平并保持一定时间，此时NMOS开关导通，PMOS开关关断，避免这两种状态的大功率对电池组的冲击。0013进一步，在功率输出时，DSP模块输出的高电平信号需延时一定时间，使NMOS开关PMOS开关状态不频繁切换。0014本发明所产生的有益效果是复合电源统和了电池组单独输出方案和超级电容直接输出方案的优点，并且通过NPMOS开关控制使两路输出动作相反，实现了两种方案完全解耦。NMOS开关和PMOS开关只需要DSP模块输出一个电平控制信号，大功率为超级电容直接输出方案，DC。
13、DC变换器跟随超级电容电压工作；小功率为电池组单独输出方案，减小能量在DCDC变换器上的损失；制动时超级电容优先回收制动能量。本发明复合电源结构及其能量管理策略简单易行，并且能有效提高系统效率。0015附图说明图1是本发明实施例的复合电源及能量控制方法结构图；图2是本发明实施例的双向DCDC变换器；图3是本发明实施例的复合电源工作方案选择流程图；图4是本发明实施例的超级电容最高效率工作点和电池组最大功率工作点。0016具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步的说明，实施例用于说明本发明而不限制本发明的范围，部分参数可根据元件的具体参数做相应匹配调整。例如实施例中DCDC变换器的最高效率工作点为。
14、12KW，实际操作时该值与DCDC变换器的类型和实际参数相关。同样，电池组的最大输出功率为16KW，该值与电池组模块数量、电池材料以及单体电池的串并联方式相关。0017本实施例描述了一种NPMOS开关解耦的电动汽车复合电源及能量控制方法，具体如图1所示，系统由电池组8、双向DCDC变换器4、超级电容C1、NMOS开关7、PMOS开关6、稳压电容C2、二极管D1、DSP模块1、电压检测电路2、电流检测电路3和电机逆变器5组成。电池组8输出端分别连接PMOS开关6的漏极和双向DC/DC转换器4的接口1，源极连说明书CN104108320A3/4页5接二极管D1的输入端，二极管D1的输出端分别连接N。
15、MOS开关7的源极、稳压电容C2的正极和电机逆变器5的一端，NMOS开关7的漏极分别连接超级电容C1的正极和双向DC/DC转换器4接口2，电机逆变器5的另一端分别连接稳压电容C2负极、超级电容C1的负极和双向DC/DC变换器4的接口4，电池组8的输入端连接双向DC/DC转换器4的接口3；电压检测模块2连接稳压电容，用于检测稳压电容C2两端的电压；电流检测模块3连接在电机逆变器5的母线上，用于检测电机逆变器5母线侧电流；电压检测模块2和电路检测模块3分别将检测数据发送到DSP模块1，DSP模块1分别连接NMOS开关7和PMOS开关6的栅极，并根据电流和电压计算实际功率，输出电平驱动PMOS开关6。
16、和NMOS开关7。0018电池组8标准电压为超级电容电压的50，从而保证超级电容C1最大放电能量为75。PMOS开关6串联在电池组8输出回路中，NMOS开关7串联在超级电容C1输出回路中，两个开关由DSP模块1输出的同一电平控制，在任何时刻均动作相反，起互补解耦作用。二极管D1串联在电池组8输出回路中，避免超级电容C1和制动能量直接向电池组8充电。DSP模块1根据电机逆变器5母线电流信号和稳压电容的电压信号来计算实际输出功率，并根据功率大小输出高低电平。0019本实施例的双向DCDC变换器如图2所示，其中，电池组8接左侧，超级电容C1接右侧，左侧至右侧为升压，右侧至左侧为降压。从结构上看，电池。
17、组8和超级电容C1并联在双向DCDC变换器4的两端。0020具体的工作方案选择流程图如图3所示。复合电源启动后开始工作，首先判断功率是否为正，如果功率输出为正则判断功率的大小，进一步选择超级电容C1直接输出方案或者电池组8单独输出方案。如果不为正，再生制动方案必须满足电机逆变器5侧稳压电容C2电压高于超级电容C1电压，否则选择其它制动方式，进入再生制动方案后，根据制动功率大小进一步选择超级电容C1单独回收方案、电池组8和超级电容C1共同回收方案。0021不同方案下的具体能量控制方法是复合电源在启动时或功率需求大时，DSP模块1输出高电平同时控制NMOS开关7和PMOS开关6，NMOS开关7导通。
18、、PMOS开关6关断，为超级电容C1直接输出方案，并持续至少2秒。当功率需求小时，DSP模块1输出低电平，NMOS开关7关断，PMOS开关6导通，为电池组8单独输出方案，此时仅电池组8输出功率，双向DCDC变换器4和超级电容C1不工作。当功率需求小于0时，DSP模块1不工作，由于超级电容C1电压高于电池组8电压，且二极管D1抑制电池组8直接回收制动能量，制动能量只能通过NMOS开关7续流二极管向超级电容C1和电池组8充电。0022超级电容C1直接输出时，当超级电容SOC低于下限值M下限时，双向DCDC变换器4对电池组8最大功率升压向超级电容C1充电，为16KW；当超级电容SOC高于上限值M上限。
19、时，双向DCDC变换器4不工作，超级电容C1单独为电机逆变器5提供能量；超级电容SOC在下限值M下限和上限值M上限之间时，双向DCDC变换器4以最高效率升压工作，为12KW；DCDC最高效率升压工作点和电池组8最大功率工作点如图4所示。电池组8单独输出方案时，最大功率不得超过12KW，超过该值切换为超级电容C1直接输出方案。0023制动时，如果制动功率非常小，电机逆变器5母线侧稳压电容电压C2低于超级电容C1电压，则采用其它方式制动。当满足再生制动方案时，为保证超级电容C1优先回收制动能量，超级电容SOC低于上限值M上限，为超级电容C1单独回收制动能量方案，高于上限值说明书CN10410832。
20、0A4/4页6时，部分制动能量降压向电池组8充电，但电池组8所回收的最大功率不超过12KW，且再生制动功率应小于或等于超级电容C1和电池组8所能回收的最大功率，保证电池组8安全，此时为电池组8和超级电容C1共同回收制动能量方案。0024以上实施例只为体现本发明的技术构思和特点，并非用于限定本发明的保护范围，例如DSP模块1可用单片机或其他专门驱动电路或芯片代替，凡在本发明的精神和原则内做等同替换或修饰，均涵盖在本发明保护范围内。说明书CN104108320A1/3页7图1图2说明书附图CN104108320A2/3页8图3说明书附图CN104108320A3/3页9图4说明书附图CN104108320A。