专利名称：一种双向dc/dc控制系统及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种DC/DC控制系统及其工作方法，尤其涉及一种电动车上的双向 DC/DC控制系统及其工作方法。
背景技术：
众所周知，电动汽车是通过电机作为车辆的动力源来驱动车辆行驶的，而作为为电机提供电能的储能装置(动力电池)，也成为电动汽车不可或缺的一部分，两者之间的通讯及能量传递系统决定了储能装置是否能够为电机提供一个符合要求的工作电压及工作电流；同时，电动汽车在制动或者下坡的时候，电机能够回收车轮的动能，从而将车轮的动能转化为电能为储能装置充电，实现能量的回馈。通过以上所述，在电动汽车的储能装置和电机之间需要建立一套双向DC/DC控制系统，对储能装置及电机之间的能量传递进行有效控制，既能够满足电机的工作要求，同时又能在电动车进行制动或者下坡时实现对车辆多余能量的回馈利用。传统的电动车上的双向DC/DC控制系统包括一个Boost-Buck电路，该电路设置在储能装置和电机的驱动器之间，所述Boost-Buck电路与一个DPS控制器连接，具体为该电路中包括两个开关管和一个电感，其中两个开关管的控制端与DPS控制器连接，该DPS控制器可以发出两路PWM控制波来控制两个开关管的工作状态，通过两个开关管的互补导通来实现储能装置为电机供电及电机回收制动能量为储能装置充电两个控制过程，即当控制其中一个开关管闭合、另一个开关管断开时，储能装置为电机供电；反之则是电机为储能装置供电。所述电路中还设置有电流传感器来检测电路中的电流，当此Boost-Buck电路工作在轻载状态时，电感中的电流会出现断续状态，即会出现在储能装置为电机供电时，电路中的电流会是从储能装置流向电机，这种倒流现象会影响原有控制器对电路的控制，这种情况下DSP控制器所发出的PWM控制波的占空比就会发生变化，从而对电机的工作电压带来影响，使得储能装置不能够为电机提供一个满足要求的工作电压，影响储能装置与电机之间的能量传输效率，并且降低了电机的工作性能。
发明内容
本发明的目的旨在解决现有技术中储能装置与具有能量回馈的工作单元之间的能量传输效率低，工作单元的工作性能差的问题，提供一种双向DC/DC控制系统来有效控制储能装置与工作单元之间的能量流动，有效提高工作单元的工作性能。一种双向DC/DC控制系统，所述DC/DC控制系统包括与一储能装置及一具有能量回馈功能的工作单元相连接的转换电路，所述转换电路包括两条支路，其中第一条支路用于连接储能装置的正极与工作单元并且在该支路上沿储能装置到工作单元的方向上依次串接有电感Li、第二开关管Q2，第二条支路用于连接储能装置的负极与工作单元；所述转换电路还包括分别并接在第一支路和第二支路之间第一开关管Q1、第一电容Cl及第二电容C2，所述第一开关管Ql与第一支路的连接点位于电感Ll与第二开关管Q2之间，所述第一电容Cl与第一支路的连接点位于电感Ll用于连接储能装置的一端，所述第二电容C2与第一支路的连接点位于第二开关管Q2用于连接工作单元的一端；所述DC/DC控制系统还包括逻辑电路及控制单元，控制单元，用于与储能装置及工作单元进行通讯，并发出控制信号CTR、第一控制波信号PWMl及第二控制波信号PWM2给所述逻辑电路；所述逻辑电路，用于检测转换电路中的电流IL，并根据所述电流IL、控制信号 CTR、第一控制波信号PWMl及第二控制波信号PWM2输出用于控制第一开关管Ql的第三控制波信号PWMl 1、用于控制第二开关管Q2的第四控制波信号PWM22以控制转换电路的工作。本发明还提供一种上述双向DC/DC控制系统的工作方法，其中，控制单元与储能装置及工作单元进行通讯并发送控制信号CTR、第一控制波信号PWMl及第二控制波信号 PWM2给所述逻辑电路；所述逻辑电路检测转换电路中的电流IL，并根据所述电流IL、控制信号CTR、第一控制波信号PWMl及第二控制波信号PWM2输出用于控制第一开关管Ql的第三控制波信号 PWM11、用于控制第二开关管Q2的第四控制波信号PWM22以控制转换电路的工作。以上技术方案中，通过在双向DC/DC控制系统中设置一逻辑电路，通过逻辑电路将控制单元输出的控制波信号进行分析处理后输出另一组控制开关管工作的控制波信号， 克服了传统的简单用两个开关管互补导通控制而引起能量逆流带来的控制紊乱、控制不精确、能量传递效率低的问题，能够有效对其中的变换电路进行控制，有效提高了控制储能装置与工作单元之间的能量流动，并有效提高了工作单元的工作性能。
图1是本发明双向DC/DC控制系统一种实施例的结构示意图；图2是本发明双向DC/DC控制系统的逻辑电路对PWM2处理的一种实施例的逻辑电路图；图3是本发明双向DC/DC控制系统的逻辑电路对PWMl处理的一种实施例的逻辑电路图；图4是本发明双向DC/DC控制系统中IL、PWM2及PWM22 —种实施例的波形关系图；图5是本发明双向DC/DC控制系统中IL、PWMl及PWMll —种实施例的波形关系图；图6是本发明双向DC/DC控制系统的工作流程图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。结合图1所示，本发明的双向DC/DC控制系统包括与一储能装置1及一具有能量回馈功能的工作单元3相连接的转换电路2，所述转换电路2包括两条支路，其中第一条支路用于连接储能装置1的正极与工作单元3并且在该支路上沿储能装置1到工作单元3的方向上依次串接有电感Li、第二开关管Q2，第二条支路用于连接储能装置1的负极与工作单元3。所述转换电路还包括分别并接在第一支路和第一支路之间第一开关管Q1、第一电容Cl及第二电容C2，所述第一开关管Ql与第一支路的连接点位于电感Ll与第二开关管 Q2之间，所述第一电容Cl与第一支路的连接点位于电感Ll用于连接储能装置1的一端，所述第二电容C2与第一支路的连接点位于第二开关管Q2用于连接工作单元3的一端。所述DC/DC控制系统还包括逻辑电路2及控制单元5，控制单元5，用于与储能装置1及工作单元3进行通讯，并发出控制信号CTR、第一控制波信号PWMl及第二控制波信号PWM2给所述逻辑电路4 ；所述逻辑电路4，用于检测转换电路2中的电流IL，并根据所述电流IL、控制信号 CTR、第一控制波信号PWMl及第二控制波信号PWM2输出用于控制第一开关管Ql的第三控制波信号PWM11、用于控制第二开关管Q2的第四控制波信号PWM22以控制转换电路2的工作。所述电感Ll可用于储存电能，当储能装置1用于给所述工作单元3进行供电时， 电感Ll中存储的电能释放出来，同时为储能装置1供电。通过电感Ll的储能作用，在储能装置为工作单元供电时，电感Ll可以暂时提高储能装置提供给所述工作单元3的电压。例如，储能装置1所能为工作单元3提供的最大电压为12V，那么经过电感Ll的储能供电后， 可将工作单元3两端的电压提升到15V。同样在电机回收车辆的多余能量用于发电为储能装置1充电时，电感Ll也同样可以储能，在电机完成对储能装置1的充电后，电感Ll中的能量可以作为备用能量为储能装置1继续进行充电。所述第一电容Cl及第二电容C2可以对电流中的电流进行滤波，并可以滤除电流里面的交流干扰部分，并使电路中的电流保持在一个稳定的范围内。所述第一开关管Ql及第二开关管Q2的控制端分别与所述逻辑电路4电连接，所述第三控制波信号PWMll控制所述第一开关管Ql的工作；当所述PWMll为1时， 所述第一开关管Ql导通；当所述PWMll为0时，所述第一开关管Ql截止；所述第四控制波信号PWM22控制所述第一开关管Q2的工作；当所述PWM22为1时， 所述第一开关管Q2导通；当所述PWM22为0时，所述第一开关管Q2截止。作为进一步的方案，在所述储能装置1与所述电感Ll之间还设有一与所述逻辑电路4电连接的电流传感器21，所述电流传感器21用于检测流过电感Ll的电流IL并将该电流传送给所述逻辑电路4。所述工作单元3为具有能量回馈功能的工作单元，如电机等。这里将电机作为工作单元的一种实施例来进一步描述本发明的具体方案及优点。结合图2、图3、图4、图5所示，所述逻辑电路采用与非门电路，并且最终输出的第三控制波信号PWMll及第四控制波信号PWM22满足逻辑表达式PWM22=IL*PWM2+CTR*IL*PWM2 PWM11 =IL*PWM 1 +CTR*IL*PWM 1 ；其中CTR为1时，表示储能装置1为工作单元3提供电能；CTR为0时，表示工作单元3 控制电机发电为储能装置1充电；IL为1时，表示电流由储能装置1流向工作单元3 ；IL为0时，表示电流由工作单元3流向储能装置1 ；PWM2为1时，表示该控制信号为高电平信号；PWM2为0时，表示该控制信号为低电
平信号；PWMl为1时，表示该控制信号为高电平信号；PWMl为0时，表示该控制信号为低电
平信号；PWM22为1时，表示该控制信号为高电平信号；PWM22为0时，表示该控制信号为低电平信号；PWMll为1时，表示该控制信号为高电平信号；PWMll为0时，表示该控制信号为低
电平信号。图2及图3所示，为逻辑电路4的一种实施例的逻辑结构图。作为一种优选实施例，图2中所述逻辑电路包括两个非门、两个与门及一个或门，所述控制信号CTR通过第一非门UlB传输到第一与门U3A上，所述电流IL通过第二非门UlC也传输到第一与门U3A上，同时第二波形信号PWM2也传送到该第一与门U3A 上，即以上所述的三个信号经过第一与门U3A后传送到或门U4A上；电流IL及第二控制波信号PWM2同时经过第二与门U2B传递到或门U4A上；或门U4A将接收到的信号经过逻辑运算就得到了第四控制波信号PWM22。即第四控制波信号PWM22满足关系式
PWM22=IL*PWM2+CTR*IL*PWM2。其真值表见表 1 :表 权利要求
1.一种双向DC/DC控制系统，所述DC/DC控制系统包括与一储能装置(1)及一具有能量回馈功能的工作单元C3)相连接的转换电路O)，所述转换电路( 包括两条支路，其中第一支路用于连接储能装置(1)的正极与工作单元(3)并且在该支路上沿储能装置(1)到工作单元(3)的方向上依次串接有电感Li、第二开关管Q2，第二支路用于连接储能装置(1) 的负极与工作单元(3)；所述转换电路还包括分别并接在第一支路和第二支路之间第一开关管Q1、第一电容 Cl及第二电容C2，所述第一开关管Ql与第一支路的连接点位于电感Ll与第二开关管Q2 之间，所述第一电容Cl与第一支路的连接点位于电感Ll用于连接储能装置(1)的一端，所述第二电容C2与第一支路的连接点位于第二开关管Q2用于连接工作单元(3)的一端；其特征在于，所述DC/DC控制系统还包括逻辑电路(4)及控制单元(5)，控制单元(5)，用于与储能装置(1)及工作单元(3)进行通讯，并发出控制信号CTR、第一控制波信号PWMl及第二控制波信号PWM2给所述逻辑电路；所述逻辑电路G)，用于检测转换电路⑵中的电流IL，并根据所述电流IL、控制信号 CTR、第一控制波信号PWM 1及第二控制波信号PWM2输出用于控制第一开关管Ql的第三控制波信号PWM11、用于控制第二开关管Q2的第四控制波信号PWM22以控制转换电路O)的工作。
2.根据权利要求1所述的双向DC/DC控制系统，其特征在于，所述逻辑电路(4)为与非门逻辑电路，并且满足逻辑表达式PWM22=IL*PWM2+CTR*IL*PWM2 ；及 PWM11 =IL*PWM 1 +CTR*IL*PWM2。
3.根据权利要求2所述的双向DC/DC控制系统，其特征在于，所述第一开关管Ql及第二开关管Q2的控制端分别与所述逻辑电路电连接，所述第三控制波信号PWMll控制所述第一开关管Ql的工作；当所述PWMll为1时，所述第一开关管Ql导通；当所述PWMll为0时，所述第一开关管Ql截止；所述第四控制波信号PWM22控制所述第一开关管Q2的工作；当所述PWM22为1时，所述第一开关管Q2导通；当所述PWM22为0时，所述第一开关管Q2截止。
4.根据权利要求1所述的双向DC/DC控制系统，其特征在于，在所述储能装置(1)与所述电感Ll之间还设有一与所述逻辑电路(4)电连接的电流传感器(21)，所述电流传感器 (21)用于检测流过电感Ll的电流IL并将该电流传送给所述逻辑电路(4)。
5.根据权利要求1所述的双向DC/DC控制系统，其特征在于，所述第一开关管Ql和第二开关管Q2为IGBT晶体管或者MOS管。
6.根据权利要求1所述的双向DC/DC控制系统，其特征在于，所述控制单元( 为型号为TI2812的DSP控制芯片。
7.一种双向DC/DC控制系统的工作方法，所述DC/DC控制系统包括与一储能装置(1) 及一具有能量回馈功能的工作单元C3)相连接的转换电路O)，所述转换电路( 包括两条支路，其中第一条支路用于连接储能装置(1)的正极与工作单元(3)并且在该支路上沿储能装置(1)到工作单元(3)的方向上依次串接有电感Li、第二开关管Q2，第二条支路用于连接储能装置(1)的负极与工作单元(3)；所述转换电路还包括分别并接在第一支路和第二支路之间第一开关管Q1、第一电容 Cl及第二电容C2，所述第一开关管Ql与第一支路的连接点位于电感Ll与第二开关管Q2 之间，所述第一电容Cl与第一支路的连接点位于电感Ll用于连接储能装置(1)的一端，所述第二电容C2与第一支路的连接点位于第二开关管Q2用于连接工作单元(3)的一端；还包括与转换电路⑵电连接的逻辑电路⑷及与逻辑电路⑷电连接的控制单元 (5)，其中，控制单元( 与储能装置(1)及工作单元( 进行通讯并发送控制信号CTR、第一控制波信号PWMl及第二控制波信号PWM2给所述逻辑电路(4)；所述逻辑电路(4)检测转换电路O)中的电流IL，并根据所述电流IL、控制信号CTR、 第一控制波信号PWMl及第二控制波信号PWM2输出用于控制第一开关管Ql的第三控制波信号PWM11、用于控制第二开关管Q2的第四控制波信号PWM22以控制转换电路(2)的工作。
8.根据权利要求7所述的双向DC/DC控制系统的工作方法，其特征在于，还包括以下步骤步骤一，判断控制信号CTR的值；根据步骤一的判断结果及电流IL、第一控制波信号PWMl及第二控制波信号PWM2控制第一开关管Ql及第二开关管Q2的工作，其中，所述控制信号CTR、电流IL、第一控制波信号 PWM1、第二控制波信号PWM2、第三控制波信号PWMll及第四控制波信号PWM22满足条件PWM22=IL*PWM2+CTR*IL*PWM2, PWM11 =IL*PWM 1 +CTR*IL*PWM2。
9.根据权利要求8所述的双向DC/DC控制系统的工作方法，其特征在于，当CTR=1、 IL = UPWM2 = 0且PWMl = 1时，控制第一开关管Ql导通、第二开关管Q2截止；且返回步马聚-““‘ο
10.根据权利要求8所述的双向DC/DC控制系统的工作方法，其特征在于，当CTR=1、 IL= UPWM2 = 1且PWMl = 0时，控制第一开关管Ql截止、第二开关管Q2导通；且返回步马聚-““‘ο
11.根据权利要求8所述的双向DC/DC控制系统的工作方法，其特征在于，当CTR=1、 IL = 0、PWM2 = 0且PWMl = 1时，控制第一开关管Ql导通、第二开关管Q2截止；且返回步马聚-““‘ο
12.根据权利要求8所述的双向DC/DC控制系统的工作方法，其特征在于，当CTR=1、 IL = 0、PWM2 = 1且PWMl = 0时，控制第一开关管Ql截止、第二开关管Q2截止；且返回步马聚-““‘ο
13.根据权利要求8所述的双向DC/DC控制系统的工作方法，其特征在于，当CTR= 0、 IL= 1、PWM2 = 0且PWMl = 1时，控制第一开关管Ql截止、第二开关管Q2截止；且返回步马聚-““‘ο
14.根据权利要求8所述的双向DC/DC控制系统的工作方法，其特征在于，当CTR= 0、 IL= UPWM2 = 1且PWMl = 0时，控制第一开关管Ql截止、第二开关管Q2导通；且返回步马聚-““‘ο
15.根据权利要求8所述的双向DC/DC控制系统的工作方法，其特征在于，当CTR= 0、 IL = 0、PWM2 = 0且PWMl = 1时，控制第一开关管Ql导通、第二开关管Q2截止；且返回步马聚-““‘ο
16.根据权利要求8所述的双向DC/DC控制系统的工作方法，其特征在于，当CTR = 0、 IL = 0、PWM2 = 1且PWMl = 0时，控制第一开关管Ql截止、第二开关管Q2导通；且返回步马聚-““‘ο
全文摘要
一种双向DC/DC控制系统，包括与一储能装置及一具有能量回馈功能的工作单元相连接的转换电路，所述DC/DC控制系统还包括逻辑电路及控制单元，控制单元发出控制信号CTR、第一控制波信号PWM1及第二控制波信号PWM2给所述逻辑电路；逻辑电路用于检测转换电路中的电流IL，并根据所述电流IL、控制信号CTR、第一控制波信号PWM1及第二控制波信号PWM2控制转换电路的工作。以上技术方案，克服了传统的简单采用两个开关管互补导通控制而引起能量逆流带来的控制紊乱、控制不精确、能量传递效率低的问题，能够有效对其中的变换电路进行控制，有效提高了控制储能装置与工作单元之间的能量流动，并有效提高了电机的工作性能。
文档编号H02M3/155GK102263503SQ201010190149
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者张建华, 梁树林, 郭光喜 申请人:比亚迪股份有限公司