CN108429453B - 车载高压逆变转换装置及控制方法 - Google Patents

车载高压逆变转换装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车载高压逆变转换装置及控制方法，其中，所述车载高压逆变转换装置包括转换电路；所述转换电路包括串联的DC‑DC电路和DC‑AC电路。本发明的车载高压逆变转换装置，其能够提供相比低压逆变转换装置更高功率及效率的交流220V电源给用户使用。同时，在内部拓扑中直接采用前级Buck电路，后级逆变的拓扑结构，取消变压器耦合方式，降低控制复杂度及单件成本；通过在车辆端设置两种不同功率的车载放电插座，可提供两种不同功率交流电源供用户使用，可满足整车V2V功能。

Description

车载高压逆变转换装置及控制方法
技术领域
本发明属于新能源汽车控制技术领域，涉及新能源商用车车载高压逆变转换装置及控制方法。
背景技术
目前，车载低压逆变转换装置已广泛应用于传统中高端汽车，解决了用户在行车过程中需要使用220V交流电进行办公及娱乐等方面用电需求。近些年来，随着新能源汽车产业的大规模普及和推广，大批整车企业开始投身新能源汽车研发及生产，而新能源汽车不同于传统汽车，其自身存在两个电池：高压动力电池及低压蓄电池。所以，对于新能源汽车220V交流电输出可以提供新的能量来源，即从高压动力电池提供高压直流电，通过高压逆变转换装置转换为220V交流电，解决用户交流用电需求。
采用传统低压取电方式，相比采用高压动力电池取电方式，具有如下缺点：(1)转换效率较低。对于新能源汽车，如采用传统车低压逆变方案，则需由DC/DC将高压动力电池电压转换为低压后，再由低压逆变为220V交流电。中间增加了DC/DC转换的环节，进而导致损失了一部分功率；(2)可提供的交流放电功率较低。对于传统车低压逆变方案，为了防止过放电损伤低压蓄电池或者低压蓄电池亏电，一般可提供的功率不超过200W。而高压动力电池容量远远大于低压蓄电池，可以承受的放电电流能力较强，故采用高压逆变方案理论上可以大幅提升交流用电所需功率，进一步满足用户用电需求；(3)提高了单件成本及内部控制复杂程度。传统的车载逆变装置内部拓扑均通过变压器耦合形式，将稳压后的直流电压首先逆变为交流电，通过变压器进行变压以后再进行整流稳压，然后进行逆变滤波输出。极大的增加了控制复杂程度及元器件数量。
对于新能源乘用车而言，现有双向车载充电装置具备该交流放电功能。但是对于新能源商用车而言，由于目前均采用直流快充技术为高压动力电池充电，所以新能源商用车没有配置车载充电装置，故没有提供可供给用户的高压逆变转换装置。对于高压逆变转换装置的控制方案，目前国内外暂无相应专利给出确切方案，属于空白状态。
发明内容
本发明目的是提出了一种车载高压逆变转换装置及控制方法，填补了空白。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种车载高压逆变转换装置，其包括转换电路；
所述转换电路包括串联的DC-DC电路和DC-AC电路；
所述DC-DC电路包括并联的电容C1、二极管D1和电容C2；在电容C1和二极管D1负极之间的电路上设置有开关器件S1，所述开关器件S1的源极连接于二极管D1负极，所述开关器件S1的漏极连接于电容C1的一端；在电容C2和二极管D1负极之间的电路上设置有电感L1；所述电容C1的两端为DC-DC输入端子；
所述DC-AC电路包括开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4和开关器件S5；所述开关器件S2的漏极连接于所述电容C2的一端，所述开关器件S2的源极连接于开关器件S3的漏极，所述开关器件S3的源极连接于所述电容C2的另一端；所述开关器件S4的漏极连接于所述电容C2的一端，所述开关器件S4的源极连接于开关器件S5的漏极，所述开关器件S5的源极连接于所述电容C2的另一端；所述开关器件S2的源极通过串联的电感L2和电容C3连接于所述开关器件S4的源极，电容C3的两端为DC-AC输出端子。
可选的，所述的车载高压逆变转换装置还包括控制***，所述控制***包括电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、主控制器、SPWM控制器、第一驱动单元和第二驱动单元；
所述电压检测单元和电流检测单元、温度检测单元均信号连接于所述主控制器，用于将检测的电压信号、电流信号和温度信号传递至所述主控制器，所述主控制器通过CAN总线与HCU连接，所述主控制器与第一驱动单元信号连接，以通过所述第一驱动单元对转换电路进行通断控制；所述主控制器还通过SPWM控制器与第二驱动单元连接，以通过所述第二驱动单元控制DC-AC电路。
可选的，所述电压检测单元包括输入电压传感器VS1和输出电压传感器VS2；所述输入电压传感器VS1并联于电容C1，用于检测直流母线输入电压，并将直流母线输入电压信号Vin传递给主控制器；所述输出电压传感器VS2并联于电容C3，用于检测交流输出电压，将整流后的交流输出电压信号Vo传递给主控制器。
可选的，所述电流检测单元包括输入电流传感器IS1和输出电流传感器IS2；所述输入电流传感器IS1用于检测直流母线输入电流，并将直流母线输入电流信号Iin传递给主控制器；所述输出电流传感器IS2用于检测交流输出电流，并将整流后的交流输出电流信号Io给主控制器。
可选的，所述温度检测单元用于检测功率器件所安装的散热器温度，并将温度信号T传递给主控制器。
可选的，主控制器用于对直流母线输入电压信号Vin，直流母线输入电流信号Iin，交流输出电压信号Vo，交流输出电流信号Io和温度信号T与内置保护阈值比较判断，用于故障判断。
可选的，所述第一驱动单元用于将主控制器输出的PWM控制信号转化为驱动开关器件S1的驱动信号DS1；所述第二驱动单元用于将SPWM控制器输出SPWM控制信号转化为驱动开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4和开关器件S5的驱动信号DS2、驱动信号DS3、驱动信号DS4和驱动信号DS5。
可选的，所述的车载高压逆变转换装置还包括高压动力电池、HCU、仪表及至少一个车载放电插座；
所述高压动力电池连接于所述转换电路的DC-DC输入端子，用于向转换电路提供高压直流电；
所述车载放电插座用于提供220V交流电源给用户使用；
在每个车载放电插座上均设置有放电使能开关按键，放电使能开关通过硬线与HCU连接，如果用户按下放电使能开关按键，HCU检测回路导通，表示此时用户请求使用该车载放电插座放电；如果放电使能开关按键复位，HCU检测回路断开，则表示此时用户停止请求使用该插座，并停止放电；
HCU通过CAN总线与仪表进行通信。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种车载高压逆变转换装置的控制方法，其包括：
S10、当整车同时满足如下三点条件时：(1)车载高压逆变转换装置无故障；(2)高压动力电池SOC≥30％；(3)放电使能开关被用户按下，则整车交流放电功能激活；如任一条件不满足，则整车禁止对外交流放电；
S20、HCU根据用户按下的放电使能开关，发送不同的放电请求指令给车载高压逆变转换装置；
S30、HCU时刻检测放电使能开关是否复位或车载高压逆变转换装置有无故障；如此时放电使能开关复位，则HCU发送停止放电请求指令给车载高压逆变转换装置，车载高压逆变转换装置在接收到HCU停止放电请求指令后，停止对外放电；交流放电流程结束；
如果车载高压逆变转换装置发生故障，则HCU将故障信息发送仪表，并通过仪表显示相关故障；HCU发送停止放电请求指令给车载高压逆变转换装置，车载高压逆变转换装置在接收到HCU停止放电请求指令后，停止对外放电；交流放电流程结束。
可选的，S20中：
如果第一放电使能开关被按下，则HCU发送给车载高压逆变转换装置16A放电请求指令；
如果第二放电使能开关被按下，则HCU发送给车载高压逆变转换装置10A放电请求指令；
如果第一放电使能开关和第二放电使能开关同时被按下，则HCU仅发送放电请求指令，车载高压逆变转换装置按照同时满足两个放电功率进行输出。
本发明具有如下有益效果：本发明的车载高压逆变转换装置，其能够提供相比低压逆变转换装置更高功率及效率的交流220V电源给用户使用。同时，在内部拓扑中直接采用前级Buck电路，后级逆变的拓扑结构，取消变压器耦合方式，降低控制复杂度及单件成本；通过在车辆端设置两种不同功率的车载放电插座，可提供两种不同功率交流电源供用户使用，可满足整车V2V功能；通过设置车载逆变装置的故障类别，当车载逆变装置发生故障后，可在整车仪表上进行显示相关故障
附图说明
图1为本发明中所述的车载高压逆变转换装置主电路图。
图2为本发明中所述的车载高压逆变转换装置控制单元功能结构图。
图3为本发明中所述的整车控制原理框图。
图4为本发明中所述的车载逆变转换装置控制流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种车载高压逆变转换装置，其包括转换电路。
所述转换电路包括串联的DC-DC电路和DC-AC电路，所述DC-DC选用Buck电路，其中A点和B点为DC-DC输入端子，C点和D点为DC-DC输出端子。
其中，所述DC-DC电路包括并联的电容C1、二极管D1和电容C2；在电容C1和二极管D1负极之间的电路上设置有开关器件S1(例如MOS管等)，具体地，所述开关器件S1的源极连接于二极管D1负极，所述开关器件S1的漏极连接于电容C1的一端。
在电容C2和二极管D1负极之间的电路上设置有电感L1。
所述电容C1的两端为DC-DC输入端子，也就是说，电容C1为直流母线输入电容，负责稳定直流母线电压，开关器件S1负责控制转换电路的导通及关断，电感L1为直流电感，负责电流的平滑及能量存储，二极管D1为续流二级管，为电感L1提供续流回路。电容C2为输出直流电容，负责稳定DC-DC电路的输出电压，此时电容C2的两端为DC-DC输出端子。
所述DC-AC电路采用全桥逆变电路，具体地，C点和D点为DC-AC输入端子，E点和F点为DC-AC输出端子。
具体地，所述DC-AC电路包括开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4和开关器件S5。
所述开关器件S2的漏极连接于所述电容C2的一端，所述开关器件S2的源极连接于开关器件S3的漏极，所述开关器件S3的源极连接于所述电容C2的另一端。
所述开关器件S4的漏极连接于所述电容C2的一端，所述开关器件S4的源极连接于开关器件S5的漏极，所述开关器件S5的源极连接于所述电容C2的另一端。
从而通过开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4和开关器件S5构成全桥逆变电路。
所述开关器件S2的源极通过串联的电感L2和电容C3连接于所述开关器件S4的源极，从而通过电感L2，电容C3构成低通滤波电路，此时，电容C3的两端为DC-AC输出端子。
本实施例中，车载高压逆变转换装置还包括控制***，所述控制***包括电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、主控制器、SPWM控制器、第一驱动单元和第二驱动单元。
所述电压检测单元、电流检测单元和温度检测单元均信号连接于所述主控制器，以将其检测的电压信号、电流信号和温度信号传递至所述主控制器，所述主控制器通过CAN总线与HCU(整车控制器，下同)连接，所述主控制器与第一驱动单元信号连接，以通过所述第一驱动单元对转换电路进行通断控制；所述主控制器还通过SPWM控制器与第二驱动单元连接，以通过所述第二驱动单元控制全桥逆变电路。
更优选地，所述电压检测单元包括输入电压传感器VS1和输出电压传感器VS2。输入电压传感器VS1并联于电容C1，用于检测直流母线输入电压，并将直流母线输入电压信号Vin传递给主控制器。输出电压传感器VS2并联于电容C3，用于检测交流输出电压，将整流后的交流输出电压信号Vo传递给主控制器。
电流检测单元包括输入电流传感器IS1和输出电流传感器IS2。输入电流传感器IS1用于检测直流母线输入电流，并将直流母线输入电流信号Iin传递给主控制器。输出电流传感器IS2用于检测交流输出电流，并将整流后的交流输出电流信号Io给主控制器。
温度检测单元用于检测功率器件所安装的散热器温度，并将温度信号T传递给主控制器，其中，所述功率器件包括开关器件S1、开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4、开关器件S5和二极管D1。
主控制器用于对直流母线输入电压信号Vin，直流母线输入电流信号Iin，交流输出电压信号Vo，交流输出电流信号Io和温度信号T与内置保护阈值比较判断，用于故障判断。
主控制器与HCU通过CAN总线接收HCU控制指令，同时反馈工作状态，上报故障。
主控制器通过使能信号En控制SPWM控制器工作和停止。
主控制器计算输出电压信号Vo的峰值VPo，将VPo作为反馈信号，进行电压闭环控制，输出相应的PWM控制信号控制开关器件S1导通及关断，保持车载逆变器输出电压的稳定。
主控制器将直流母线输入电压信号Vin和直流母线输入电流信号Iin分别与内置的输入过压保护阈值VinP和输入过流保护阈值IinP比较，判断输入过压和过流故障。
若Vin<VinP，并且Iin<IinP，则***正常运行，主控制器不做处理。
若Vin>VinP，则判为输入过压故障，主控制器进入故障保护模式，主控制器停止输出PWM信号给第一驱动单元，并关闭SPWM控制器使能信号从而停止SPWM控制器输出SPWM信号给第二驱动单元，同时通过CAN总线向HCU上报输入过压故障。
同理，若Iin>IinP，则判为输入过流故障，主控制器进入故障保护模式，主控制器停止出PWM信号给第一驱动单元，关闭SPWM控制器使能信号从而停止SPWM控制器输出SPWM信号给第二驱动单元，同时通过CAN总线向HCU上报输入过流故障。
主控制器将交流输出电压信号Vo和交流输出电流信号Io分别实时计算峰值，生成输出电压峰值信号VPo和输出电流峰值信号IPo。VPo和IPo分别与内置的输出过压保护阈值VoP和输出过流保护阈值IoP比较，判断输出过压和过流故障。
若VPo<VoP，并且IPo<IoP，则***正常运行，主控制器不做处理。
若VPo>VoP，则判为输出过压故障，主控制器进入故障保护模式，主控制器停止出PWM信号给第一驱动单元，关闭SPWM控制器使能信号从而停止SPWM控制器输出SPWM信号给第二驱动单元，同时通过CAN总线向HCU上报输出过压故障。
同理，若IPo>IoP，则判为输出过流故障，主控制器进入故障保护模式，主控制器停止出PWM信号给第一驱动单元，关闭SPWM控制器使能信号从而停止SPWM控制器输出SPWM信号给第二驱动单元，同时通过CAN总线向HCU上报输出过流故障。
主控制器将温度信号T与内置温度保护阈值TP比较，判断***过温故障。
若T<TP，则***正常运行，主控制器不做处理。
若T>TP，则判为过温故障，主控制器进入故障保护模式，主控制器停止出PWM信号给第一驱动单元，关闭SPWM控制器使能信号从而停止SPWM控制器输出SPWM信号给第二驱动单元，同时通过CAN总线向HCU上报过温故障。
SPWM控制器用于接收主控制器的使能工作信号En，判断工作和停止。输出恒定的SPWM驱动信号，控制开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4和开关器件S5导通及关断，对DC-AC电路进行控制。
第一驱动单元用于将主控制器输出PWM控制信号转化为驱动开关器件S1的驱动信号DS1。
第二驱动单元用于将SPWM控制器输出SPWM控制信号转化为驱动开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4和开关器件S5的驱动信号DS2、驱动信号DS3、驱动信号DS4和驱动信号DS5。
如图3所示，所述车载高压逆变转换装置还包括高压动力电池、HCU、仪表及至少一个车载放电插座。
所述高压动力电池作为能量来源，连接于所述转换电路的DC-DC输入端子，用于向转换电路提供高压直流电。
所述车载放电插座的数量可以为两个，包括一个220Vac、16A标准插座，用于提供3.6kW功率给用户使用；以及一个220Vac、10A标准插座，用于提供2.2kW功率给用户使用
在每个车载放电插座上均设置有放电使能开关按键，由用户来控制使能开关按键的通断。两个放电使能开关通过硬线与HCU连接，如果用户按下放电使能开关按键，HCU检测回路导通，表示此时用户请求使用该插座放电。如果放电使能开关按键复位，HCU检测回路断开，则表示此时用户停止请求使用该插座，可以停止放电。由此，使整车具备了提供给用户两种功率选择的交流放电功能。HCU通过CAN总线与仪表进行通信。
实施例2
本实施例提供了一种车载高压逆变转换装置的控制方法，包括：
S10、当整车同时满足如下三点条件时：(1)车载高压逆变转换装置无故障；(2)高压动力电池SOC≥30％；(3)放电使能开关被用户按下。整车交流放电功能激活。如任一条件不满足，则整车禁止对外交流放电。
S20、HCU根据用户按下的放电使能开关位置，发送不同的放电请求指令给车载高压逆变转换装置。
如果此时第一放电使能开关被按下，则HCU发送给车载高压逆变转换装置16A放电请求指令。
如果此时第二放电使能开关被按下，则HCU发送给车载高压逆变转换装置10A放电请求指令。
如果第一放电使能开关和第二放电使能开关同时被按下，则HCU仅发送放电请求指令，车载高压逆变转换装置默认按照同时满足两个放电功率进行输出。
S30、HCU时刻检测放电使能开关是否复位或车载高压逆变转换装置有无故障。如此时放电使能开关复位，则HCU发送停止放电请求指令给车载高压逆变转换装置，车载高压逆变转换装置在接收到HCU停止放电请求指令后，停止对外放电。此时，交流放电流程结束。
如果车载高压逆变转换装置发生故障，则HCU将故障信息发送仪表，并通过仪表显示相关故障；HCU发送停止放电请求指令给车载高压逆变转换装置，车载高压逆变转换装置在接收到HCU停止放电请求指令后，停止对外放电。此时，交流放电流程结束。
其中，车载高压逆变转换装置的故障类别包括：输入过压故障、输入欠压故障、输入过流故障、输出过流故障、过温故障以及CAN通信故障。当发生任一故障后，车载高压逆变转换装置通过CAN总线实时上报给HCU。并由HCU将故障信息传递给仪表用于显示。当HCU判断此时CAN通信故障时，HCU直接传递给仪表显示CAN通信故障。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种车载高压逆变转换装置，其特征在于，包括转换电路、控制***高压动力电池、HCU、仪表及至少一个车载放电插座；
所述转换电路包括串联的DC-DC电路和DC-AC电路；
所述DC-DC电路包括并联的电容C1、二极管D1和电容C2；在电容C1和二极管D1负极之间的电路上设置有开关器件S1，所述开关器件S1的源极连接于二极管D1负极，所述开关器件S1的漏极连接于电容C1的一端；在电容C2和二极管D1负极之间的电路上设置有电感L1；所述电容C1的两端为DC-DC输入端子；
所述DC-AC电路包括开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4和开关器件S5；所述开关器件S2的漏极连接于所述电容C2的一端，所述开关器件S2的源极连接于开关器件S3的漏极，所述开关器件S3的源极连接于所述电容C2的另一端；所述开关器件S4的漏极连接于所述电容C2的一端，所述开关器件S4的源极连接于开关器件S5的漏极，所述开关器件S5的源极连接于所述电容C2的另一端；所述开关器件S2的源极通过串联的电感L2和电容C3连接于所述开关器件S4的源极，电容C3的两端为DC-AC输出端子；
所述控制***包括电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、主控制器、SPWM控制器、第一驱动单元和第二驱动单元；
所述电压检测单元和电流检测单元、温度检测单元均信号连接于所述主控制器，用于将检测的电压信号、电流信号和温度信号传递至所述主控制器，所述主控制器通过CAN总线与HCU连接，所述主控制器与第一驱动单元信号连接，以通过所述第一驱动单元对转换电路进行通断控制；所述主控制器还通过SPWM控制器与第二驱动单元连接，以通过所述第二驱动单元控制DC-AC电路；
所述电压检测单元包括输入电压传感器VS1和输出电压传感器VS2；所述输入电压传感器VS1并联于电容C1，用于检测直流母线输入电压，并将直流母线输入电压信号Vin传递给主控制器；所述输出电压传感器VS2并联于电容C3，用于检测交流输出电压，将整流后的交流输出电压信号Vo传递给主控制器；
所述电流检测单元包括输入电流传感器IS1和输出电流传感器IS2；所述输入电流传感器IS1用于检测直流母线输入电流，并将直流母线输入电流信号Iin传递给主控制器；所述输出电流传感器IS2用于检测交流输出电流，并将整流后的交流输出电流信号Io给主控制器；
主控制器用于对直流母线输入电压信号Vin，直流母线输入电流信号Iin，交流输出电压信号Vo，交流输出电流信号Io和温度信号T与内置保护阈值比较判断，用于故障判断；
所述第一驱动单元用于将主控制器输出的PWM控制信号转化为驱动开关器件S1的驱动信号DS1；所述第二驱动单元用于将SPWM控制器输出SPWM控制信号转化为驱动开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4和开关器件S5的驱动信号DS2、驱动信号DS3、驱动信号DS4和驱动信号DS5；
所述高压动力电池连接于所述转换电路的DC-DC输入端子，用于向转换电路提供高压直流电；所述车载放电插座用于提供220V交流电源给用户使用；
在每个车载放电插座上均设置有放电使能开关按键，放电使能开关通过硬线与HCU连接，如果用户按下放电使能开关按键，HCU检测回路导通，表示此时用户请求使用该车载放电插座放电；如果放电使能开关按键复位，HCU检测回路断开，则表示此时用户停止请求使用该插座，并停止放电；HCU通过CAN总线与仪表进行通信。
2.根据权利要求1所述的车载高压逆变转换装置，其特征在于，所述温度检测单元用于检测功率器件所安装的散热器温度，并将温度信号T传递给主控制器。
3.一种如权利要求1或2的车载高压逆变转换装置的控制方法，其特征在于，包括：
S10、当整车同时满足如下三点条件时：(1)车载高压逆变转换装置无故障；(2)高压动力电池SOC≥30％；(3)放电使能开关被用户按下，则整车交流放电功能激活；如任一条件不满足，则整车禁止对外交流放电；
S20、HCU根据用户按下的放电使能开关，发送不同的放电请求指令给车载高压逆变转换装置；
S30、HCU时刻检测放电使能开关是否复位或车载高压逆变转换装置有无故障；如此时放电使能开关复位，则HCU发送停止放电请求指令给车载高压逆变转换装置，车载高压逆变转换装置在接收到HCU停止放电请求指令后，停止对外放电；交流放电流程结束；
如果车载高压逆变转换装置发生故障，则HCU将故障信息发送仪表，并通过仪表显示相关故障；HCU发送停止放电请求指令给车载高压逆变转换装置，车载高压逆变转换装置在接收到HCU停止放电请求指令后，停止对外放电；交流放电流程结束。
4.根据权利要求3所述的车载高压逆变转换装置的控制方法，其特征在于，S20中：
如果第一放电使能开关被按下，则HCU发送给车载高压逆变转换装置16A放电请求指令；
如果第二放电使能开关被按下，则HCU发送给车载高压逆变转换装置10A放电请求指令；
如果第一放电使能开关和第二放电使能开关同时被按下，则HCU仅发送放电请求指令，车载高压逆变转换装置按照同时满足两个放电功率进行输出。
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