杭孟荀 沙文瀚 方磊 陈士刚
（奇瑞新能源轿车技术有限公司，安徽 芜湖 241002)
摘要：介绍了一种新能源轿车用多功用凹凸压阻隔双向DC-DC改换器及运用计划。依据移相全桥拓扑，经过数字DSP芯片操控完结凹凸压电源能量的双向传递，较传统新能源轿车DC-DC本钱无添加基础上新增应急电源、高压回路预充电、剩余电能转化高压回路再运用等功用，该计划下降了体系本钱、进步整车续航且大大进步新能源轿车的安全性、维护快捷性和可靠性。
关键词：双向DC-DC；移相全桥；预充电功用；应急电源；辅佐增程
0 导言
跟着新能源轿车的广泛运用，新能源轿车的行进安全性越来越遭到注重和注重，尤其是电动轿车为纯电动驱动，一旦高压电池或许高压供电回路毛病则导致整车失掉动力，如产生在高速公路或爬坡等工况下易形成风险事情产生，将危及车辆和车内乘员的安全。别的现有新能源轿车预充电电路由预充继电器和预充电阻组成，存在本钱高、易损坏、毛病确诊及修理繁琐等问题；别的，现在一些车辆（例如：丰田普锐斯、奥迪A8L、群众辉腾等）装备太阳能天窗首要做车内通风发电用，用处较为简略。最终现有新能源轿车长期不必会导致小蓄电池亏电无法发动问题，乃至小电池亏电严峻导致小蓄电池损坏的状况呈现。
针对以上问题，本文供给了一种双向DC-DC作为能量双向传递的东西，依据不同工况采纳不同的操控战略，不只具有传统DC-DC将高压动力电池高压电转为低压电给车载低压电器供电（例如：大灯、大屏、雨刮等），并且新增了将小蓄电池低压电转为高压电功用，一起完结凹凸压电之间的电气阻隔。新增的升压功用是处理传统新能源轿车以上问题首要操作。其一能够在动力电池或高压回路（例如：预充电路、高压主继电器、保险丝、线缆等）毛病时将小蓄电池低压电阻隔升压后供驱动体系做应急电源用，其二升压功用还具有代替传统预充电电路完结新能源轿车高压回路预充功用（DC-DC带有确诊维护电路，关于负载反常短路等状况能够快速有用维护，进步体系的可靠性），其三带有太阳能电池板的新能源轿车可将其发电的剩余能量升压传递给高压体系运用。这三个方面问题的处理，有用下降了体系本钱，且进步整车续航、安全性、可靠性及可维护性。
1 体系计划
本文介绍的双向DC-DC作业首要有四种功用形式构成，其运用的体系电气框图如图1所示，其功用具体介绍如下。
预充电功用：双向DC-DC接纳VCU的指令切换到升压形式，双向DC-DC恒流给高压零部件内的大电容进行预充，一起双向DC-DC检测高压侧电压，当规则时刻内电压上升到V2值时阐明预充完结，双向DC-DC中止升压输出并经过CAN上报预充完结信息。假如规则的时刻内高压侧电压小于电压V1（V1<V2）或预充电流大于过流维护值则中止输出并上报预充毛病信息，以便修理人员进行毛病排查。
低压体系供电功用：双向DC-DC先完结其高压侧预充并将预充完结信息上传到CAN上，BMS检测到完结信息后闭合主正极继电器和主负极继电器，之后BMS将闭合成功信息发给VCU，VCU再发送降压形式指令给双向DC-DC，双向DC-DC开端降压输出电压给低压侧供电。
防低压蓄电池亏电功用：VCU经过保险丝连接到低压电池上，小电池上的电压给VCU供电一起VCU检测小电池上的电压，当电压低于V3值时VCU唤醒BMS和双向DC-DC，双向DC-DC先完结预充，之后主正、负继电器闭合，最终VCU发送指令给双向DC-DC发动降压形式给小蓄电池充电，一起VCU检测小蓄电池电压，当电压到达V4（V3<V4）时，VCU发送指令给双向DC-DC，让其间止作业并进入休眠状况。此功用还有益于延伸低压蓄电池的运用寿数。
辅佐增程功用：太阳能板经过别的一个DC-DC并选用MPPT算法取得更多的太阳能输出，一起VCU检测小电池上的电压，当电压大于V7时VCU唤醒双向DC-DC和BMS给动力电池和/或高压零部件供电，起到辅佐添加续航路程的才能。
应急电源功用： 当动力电池毛病导致主正和主负继电器断开后，VCU发送指令给双向DC-DC使其将低压蓄电池电升压后供高压侧主驱动体系运用，一起VCU操控其他高压零部件中止作业且约束主驱动体系的输出功率，以便车辆应急行进一段距离。
如上图2所示，更明晰地阐明晰能量在各零部件之间的传输联系。本文规划一款峰值功率1.5 kW的双向DC-DC，其具体作业原理介绍如下。
2 双向DC-DC改换器作业原理
双向DC-DC的主电路图如下图3所示，变压器原边由QA、QB、QC、QD全桥开关管组成，变压器副边为推挽结构。正向降压功用是经过全桥移相操控一个桥壁的上管和别的一个桥壁的下管一起注册交叠的量来操控输出能量，一起运用全桥开关管的寄生电容和原边电感L3之间谐振完结全桥开关管的软开关，然后下降开关损耗。副边MOSFET管QF、QE合作原边开关作业，在低压大电流输出时完结同步整流，防止了惯例二极管导通压降大且损耗较大问题。反向升压功用时变压器副边为能量输入侧，两个开关管QF、QE一起封闭时电感L4充电且变压器原边无电压输出，若其间一个MOSFET翻开时变压原边感应电压输出能量。
2.1正向降压形式及同步整流作业原理
MOSFT管QA和QB输出占空比50%且相位差为180度的PWM波，QC和QD相同输出占空比50%且相位差为180度的PWM波，其间QA与QB之间刺进死区时刻，以防止两开关管直通短路，QC和QD同理刺进死区时刻，这儿为了便于剖析疏忽死区时刻的影响。
如图4所示，当小负载输出时考虑到MOSFET寄生二极管导通损耗比同步整流损耗小，所以此刻副边两个MOSFET驱动信号一向给低电平。当负载变大时考虑到同步整流能够大大下降损耗，所以此刻副边MOSFET在全桥两桥壁上下管PWM信号堆叠区导通。
2.2 升压形式作业原理
升压形式且在轻载下，原边开关封闭状况，则原边能量经过全桥MOSFET内部的寄生二极管组满意桥被迫整流电路输出。在重载条件下需求合作副边开关管操控原边开关管作业完结原边开关管同步整流功用，下降重载下器材损耗，进步了体系功率。
在t0-t1时刻内，QE和QF一起注册，则变压器低压侧绕组和电感L4一起进行储能充电。
在t1-t2时刻内，QF关断后低压侧储能经过高压侧QB和QC输出。
在t2-t3时刻内与t0-t1时刻内作业原理是相同的，别的t3-t4时刻内的作业类似于t1-t2，不过这儿是QE在t3处封闭且能量经过QA和QD输出到高压侧。
3 仿真验证
经过仿真丈量QA驱动信号及QA开关管两头电压，考虑到进步两个波形比照作用，将QA电压缩小400倍，比照如下图仿真波形所示。可见在QA两边电压降为0后驱动信号变为高电平注册QA，完结了ZVS零电压注册，其他原边开关管同理完结ZVS注册。别的从图7能够看出副边开关管完结了ZCS零电流注册，变压器原边开关管和副边开关管别离完结了ZVS和ZCS软开关，然后下降了降压形式下的开关损耗。
传统预充为预充电阻，这儿预充电阻阻值为60欧姆，预充电容首要为驱动电机操控器支撑电容和母线上的其他电容，其容值一共为380uf，动力电池电压为300V。以预充电电压升到电池电压的98%时作为完结预充电条件，DC-DC以额外电压5A恒流预充，比照两种预充方法下预充时刻比照如下图8所示，可见DC-DC恒流预充时刻更短。
移相全桥降压形式运用峰值电流操控形式并带有软发动功用，降压稳压输出14V，其输出电压纹波峰峰值小于47mV，则纹波系数为0.34%（见公式1）且输出均匀电压为14.0014V，则电压精度满意GB/T 24347电压精度1%要求。别的仿真在0.004s时突加600W负载，输出电压受冲击电压下跌为13.717V，其电压负载调整率为2%（见公式2），别的动态呼应时刻仅为1ms，具体波形见图9所示。
4 结语
本文依据移相全桥拓扑完结能量的凹凸压阻隔且双向传递，其升压预充电功用处理了传统预充电电路预充电时刻长且本钱贵、修理杂乱等问题，别的在动力电池毛病高压堵截等导致失掉动力状况下，升压功用能够做应急电源用，然后处理了一些风险工况的呈现并进步了整车的安全性。升压功用还能够运用到带有太阳能电池板的新能源轿车上，其将太阳能电池板低压电阻隔升压为高压电传递给高压体系用，起到辅佐增程功用。其降压功用为新能源轿车低压体系供电并带有防低压蓄电池亏电功用，此功用进步了用户运用的快捷性并延伸了蓄电池的寿数。
经过PSIM软件仿真验证改换器升、降压功用，仿真成果降压改换完结了原边开关管的ZVS和副边开关管的ZCS，下降了体系损耗且体系输出电压精度、纹波、动态呼应时刻和动态负载电压调整率等性能指标均较好。别的升压恒流预充时刻较电阻预充时刻少70ms，较大地节省了预充时刻。
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作者简介：
杭孟荀民族：汉族 性别：男 学位：硕士作业单位：奇瑞新能源轿车技术有限公司，曾任奇瑞新能源DC-DC电源产品主管规划师，现任奇瑞新能源电驱体系司理；
地址：安徽省芜湖市弋江区花津南路226号
邮编：241002
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第7期第76页，欢迎您写论文时引证，并注明出处
