一種具有220vac/380vac充電功能的電機驅動-充電一體化裝置的製作方法

2023-05-06 00:22:46 2

專利名稱：一種具有220vac/380vac充電功能的電機驅動-充電一體化裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電機驅動及電池充電領域，特別涉及電動汽車電機驅動-充電一體化技術。
背景技術：
目前，電動汽車技術正在飛速發展，電動汽車市場日益壯大，但電動汽車的電機驅動器、車載高壓電池充電器幾乎都是兩個分離的裝置，即浪費有限的車載空間，又增加了電動汽車電器設備購置成本。而且，驅動器在車輛行駛時才工作，車輛充電時被閒置，車載高壓電池充電器在車輛行駛時被閒置，車輛充電時才工作，因此兩套裝置利用率都不高。另 夕卜，為了實現380VAC條件大功率快速充電，必需要有大功率充電機，但大功率充電機體積大、重量大，無法在安裝在車上，造成電動汽車停靠充電地點受到很大的限制，為克服這一問題，就要在各處配置大量地面充電機，這需要國家極其巨大的投資，同時佔用大量的土地面積，同時還是無法滿足偏遠地區對電動汽車的使用需求。上述問題嚴重製約了電動汽車的發展。

發明內容
為了解決上述問題本發明提供一種具有220VAC/380VAC充電功能的電機驅動一充電一體化裝置，使得一套電力電子驅動裝置，在車輛行駛時實現電機驅動的功能，在停車充電時實現充電機的功能。由於要滿足電機驅動的容量需求，該裝置的容量遠大於電池快速充電時的容量需求，因此即可以滿足220VAC條件下小功率慢速充電的要求，又可以滿足380VAC條件下大功率快速充電的要求。也就是說利用一套電機驅動一充電一體化裝置，仍然以電機驅動器的成本就可實現電機驅動、車載充電器和地面大功率充電機的功能。大幅度減少電動汽車電器設備成本，取消地面充電機，為國家節省出巨額運營成本，使得電動汽車在偏遠地區也可以得到廣泛應用。為了達到上述目的，本發明採用下述技術方案本發明提供一種具有220VAC/380VAC充電功能的電機驅動一充電一體化裝置，所述裝置包括升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置、支撐電容、電機驅動逆變橋、380VAC充電轉換開關電路、220VAC充電轉換開關電路。所述升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置包含3路升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC電路，在電機驅動工作狀態下同時為正向斬波升壓工作方式，三路斬波升壓以開關周期的1/3時延錯開進行升壓斬波工作，減小系統紋波電流。當電機為回饋制動狀態下同時為反向斬波降壓工作方式，三路反向斬波降壓以開關周期的1/3時延錯開進行降壓斬波工作，減小系統紋波電流。當工作在380VAC充電模式下，同時為反向斬波降壓工作方式，三路反向斬波降壓以開關周期的1/3時延錯開進行降壓斬波工作，減小系統紋波電流，實現對車載高壓電池組的大功率快速充電；當工作在220VAC充電模式下，其中兩路升降壓電感串聯到220VAC電路中，通過控制開關功率管(IGBT)Jf 220VAC電源等效為工頻條件下的表貼式正弦波永磁同步電機反電勢，串聯在其中電感等效為永磁同步電機的主電感，進行無位置傳感器條件下的轉子磁鏈定向矢量控制，在這兩隻電感中產生泵升電流，抬高直流側母線電壓，同時導通升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置中第三隻開關功率管(IGBT)，實現對高壓電池組的慢速充電。進一步的，所述電機驅動逆變橋，在車輛行駛過程中，當電機轉速較低時，既電機需要的交流基波電壓有效值小於高壓電池組電壓的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置處於全通狀態，高壓電池組直接對逆變橋供電驅動電機工作。當機需要的交流基波電壓有效值大於高壓電池組電壓的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置處於斬波升壓狀態，維持交流基波電壓有效值與直流母線電壓O. 7倍關係，既最優調製比狀態,通過此方法,在驅動永磁同步電機時，電機可以設計更高的反電勢,則在電機低速旋轉時，可以獲得更高的調製比，從而提高了電機控制器的效率，高速時通過DC/DC變換裝置升壓，維持交流基波電壓有效值與直流母線電壓O. 7倍關係，大幅度減少弱磁電流，提高了電機高速工作時的效率。同時，當驅動永磁同步電機時，電機如果需要自由滑行(駕駛員松油門)，通過直接關閉升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置和逆變橋來實現，既完全的電機無電空轉。而傳統電動汽車永磁電機驅動控制，由於沒有升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置，必須通過零轉矩弱磁控制來模仿，即逆變橋仍然要工作，存在較大的電氣損耗。在380VAC充電模式下，通過380VAC充電轉換開關電路分斷電機驅動逆變橋與驅動電機的連接，將380VAC電源接入，電機驅動逆變橋進入整流工作狀態，將380VAC整流為對應的直流，供升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置反向工作，為高壓電池組充電。進一步的，所述當在車輛行駛時，將逆變橋的交流輸出與電機的交流輸入連接，實現對電機的驅動；當380VAC充電時分斷逆變橋的交流輸出與電機的交流輸入，將380VAC電源接入，實現380VAC對高壓電池組的充電。與現有技術相比，本發明提供的一種具有220VAC/380VAC充電功能的電機驅動一充電一體化裝置，提高了電機驅動的性能。同時替代了車載充電器和地面充電機，節省了車載充電器和地面充電機的購置費用。


圖I是本發明提供的具有220VAC/380VAC充電功能的電機驅動一充電一體化裝置拓撲結構示意圖。圖中1、升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置，2、電機驅動逆變橋，3、支撐電容，4、220VAC充電轉換開關電路、5，380VAC充電轉換開關電路，6、升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置中一直與高壓電池組連接的升降壓電感，7、升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置中連接220VAC充電轉換開關電路的升降壓電感，8、升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置中連接220VAC充電轉換開關電路的升降壓電感，9、220VAC充電接口，10、380VAC充電接口，11、永磁同步電機，12、高壓電池組。
具體實施例方式下面，結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細的說明。
如圖I所示，本發明提供的一種具有220VAC/380VAC充電功能的電機驅動一充電一體化裝置，所述裝置包括升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I，支撐電容3，電機驅動逆變橋2，380VAC充電轉換開關電路5，220VAC充電轉換開關電路4。當車輛正常行駛時380VAC充電轉換開關電路5將主驅動電機與電機驅動逆變橋2聯通，220VAC充電轉換開關電路4將與其連接的的兩路升降壓電感7、8與高壓電池組12聯通。在驅動永磁同步電機11時，當電機轉速較低時，既電機需要的交流基波電壓有效值小於高壓電池組12電壓的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I處於全通狀態，高壓電池組12直接對逆變橋2供電驅動電機工作。當電機轉速較高時，既驅動永磁同步電機11需要的交流基波電壓有效值大於高壓電池組12電壓的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I處於斬波升壓狀態，三路斬波升壓以開關周期的1/3時延錯開進行升壓斬波工作，減小系統紋波電流，維持交流基波電壓有效值與直流母線電壓O. 7倍關係，既最優調製比狀態。當需要驅動永磁同步電機11回饋制動時，電機轉速較低時，既電機需要的交流基波電壓有效值小於高壓電池組12電壓的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I處於全通狀態。電機轉速較高時，即電機需要的交流基波電壓有效值大於高壓電池組電壓12的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I處·於反向斬波降壓狀態，三路斬波將壓以開關周期的1/3時延錯開進行將壓斬波工作，減小系統紋波電流，維持交流基波電壓有效值與直流母線電壓O. 7倍關係，既最優調製比狀態。當電機需要自由滑行時，關閉升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I和電機驅動逆變橋2，實現無電流自由滑行。當車輛停車220VAC小功率慢速充電時380VAC充電轉換開關電路5將主驅動電機與電機驅動逆變橋2聯通，220VAC充電轉換開關電路4將與其連接的的兩路升降壓電感
7、8與220VAC充電接口 9聯通，電機驅動逆變橋2停止工作。將220VAC電源等效為工頻條件下的表貼式正弦波永磁同步電機反電勢，串聯在其中的電感等效為永磁同步電機的主電感，進行無位置傳感器條件下的轉子磁鏈定向矢量控制，在這兩隻電感中產生泵升電流，抬高直流側母線電壓，同時導通升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I中與直聯高壓電池組12的升降壓電感連接的IGBT半橋的上橋臂，實現對高壓電池組12的慢速充電。當車輛停車380VAC大功率慢速充電時380VAC充電轉換開關電路5將永磁同步電機11與電機驅動逆變橋2分斷，將380VAC充電接口 10接入電機驅動逆變橋2，220VAC充電轉換開關電路4將與其連接的的兩路升降壓電感7、8與高壓電池組12聯通，電機驅動逆變橋2停止工作，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I反向工作。由於電機驅動逆變橋2停止工作進入整流狀態，將380VAC整流為對應的直流，供升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I反向工作，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I中三路斬波器同時為反向斬波降壓工作方式，三路反向斬波降壓以開關周期的1/3時延錯開進行降壓斬波工作，減小系統紋波電流，實現對車載高壓電池組12的大功率快速充電。以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡是根據本發明內容所做的均等變化與修飾，均涵蓋在本發明的專利範圍內。
權利要求
1.一種具有220VAC380VAC充電功能的電機驅動一充電一體化裝置，其特徵在於，所述升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置、支撐電容、電機驅動逆變橋、380VAC充電轉換開關電路、220VAC充電轉換開關電路。
所述該電機驅動一充電一體化裝置可以利用同一套裝置在車輛行駛時，控制電機實現驅動，回饋制動功能；在停車時，接入220VAC單相交流電可以實現對車載高壓電池組的小功率慢速充電；在停車時，接入380VAC三相交流電可以實現對車載高壓電池組的大功率快速充電。
2.一種如權利要求I所述的升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置，其特徵在於，所述升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置、支撐電容、電機驅動逆變橋、380VAC充電轉換開關電路、220VAC充電轉換開關電路。
所述升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置包含3路升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC電路，在電機驅動工作狀態下同時為正向斬波升壓工作方式，當電機為回饋制動狀態下同時為反向斬波降壓工作方式，當工作在380VAC充電模式下，同時為反向斬波降壓工作方式，實現對車載高壓電池組的大功率快速充電；當工作在220VAC充電模式下，其中兩路升降壓電感串聯到220VAC電路中，通過控制開關功率管(IGBT)在這兩隻電感中產生泵升電流，抬高直流側母線電壓，同時導通升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置中第三隻開關功率管(IGBT)，實現對高壓電池組的慢速充電。
3.—種如權利要求I或2所述電機驅動逆變橋結構，其特徵在於，所述升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置、電機驅動逆變橋、380VAC充電轉換開關電路。
所述電機驅動逆變橋，在車輛行駛過程中，當電機轉速較低時，既電機需要的交流基波電壓有效值小於高壓電池組電壓的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置處於全通狀態，高壓電池組直接對逆變橋供電驅動電機工作，當電機需要的交流基波電壓有效值大於高壓電池組電壓的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置處於斬波升壓狀態，維持交流基波電壓有效值與直流母線電壓O. 7倍關係，既最優調製比狀態；在380VAC充電模式下，通過380VAC充電轉換開關電路分斷逆變橋與驅動電機的連接，將380VAC電源接入，逆變橋進入整流工作狀態，將380VAC整流為對應的直流，供升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置反向工作，為高壓電池組充電。
4.一種如權利要求I或2所述的380VAC充電轉換開關電路，其特徵在於，當在車輛行駛時，將逆變橋的交流輸出與電機的交流輸入連接，實現對電機的驅動；當380VAC充電時分斷逆變橋的交流輸出與電機的交流輸入，將380VAC電源接入，實現380VAC對高壓電池組的充電。
5.一種如權利要求I所述的220VAC充電轉換開關電路，其特徵在於，當在車輛行駛時，將高壓電池組的直流流輸出與升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置中的兩路升降壓電感連接，實現對電機的驅動；當220VAC充電時分斷上述兩路升降壓電感連接，將其與220VAC電源連接，實現220VAC對高壓電池組的充電。
全文摘要
本發明涉及電動汽車電機驅動-充電一體化技術。為了解決現有電動汽車技術中電機驅動、車載高壓電池組充電器分別為獨立裝置從而佔用車載空間大、車載電器重量大，同時還需配置地面大功率快速充電裝置的缺陷，本發明提供一種具有220VAC/380VAC充電功能的電機驅動－充電一體化裝置。該裝置包括升壓/降壓DC/DC變換裝置、支撐電容、電機驅動逆變橋、380VAC充電轉換開關電路和220VAC充電轉換開關電路。本發明可以提高電機低速的逆變橋效率，高速時電機的效率；可以在驅動電動汽車使用同樣功率電機條件下，逆變橋容量大幅度減小；可以不再使用地面大功率充電裝置，實現對高壓電池組的快速充電。
文檔編號H02J7/14GK102935812SQ20121034761
公開日2013年2月20日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日
發明者張承寧, 董玉剛, 孫逢春, 李軍求 申請人:北京理工大學