電動汽車車載充電器的製造方法

2023-06-09 12:02:21

電動汽車車載充電器的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種電動汽車車載充電器，包括：與牽引電機逆變器相連接的Boost電感、與電驅動壓縮機逆變器相連接的Buck電感、介於所述牽引電機逆變器和電驅動壓縮機逆變器之間的解耦電容，以及用於進行充電模式和牽引模式切換的繼電器；其中，所述車載充電器還包括：第一開關組，連接於所述壓縮機電機，用於切斷或導通與控制所述壓縮機電機運轉的電驅動壓縮機逆變器的連接；第二開關組，連接於所述牽引電機，用於切斷或導通與控制所述牽引電機運轉的牽引電機逆變器的連接；第三開關組，連接於所述Buck電感，用於所述電動汽車的充電功能及所述壓縮機電機驅動功能的切換；所述解耦電容連接於所述牽引電機逆變器和電驅動壓縮機逆變器之間，用於穩壓。
【專利說明】電動汽車車載充電器【技術領域】
[0001]本發明涉及電動汽車領域，尤其涉及一種新的集成拓撲結構的電動汽車的車載充電器。
【背景技術】
[0002]電動汽車的車載充電器作為電動汽車電池快速靈活充電以及推動電動汽車技術進步及其市場推廣的關鍵部件之一，它的成本、體積及重量成為其開發的關鍵及制約因素。
[0003]傳統的車載充電器多為獨立式的充電裝置，其成本體積及重量取決與其功率等級等，目前也有部分技術研究集成方案，主要集中於車載充電器及牽引電機及其逆變器的集成，未涉及電驅動壓縮機逆變器的集成來實現車載充電的功能，以使得成本體積及重量進一步降低。
[0004]獨立式充電裝置是完全獨立的充電裝置，由外部交流3相或單相供電輸入，充電器將其轉化為符合電池充電標準的直流完成充電功能；電動汽車牽引電機逆變器集成的車載充電裝置是在已有的牽引電機逆變器的基礎上增加額外的電力電子器件(如開關元器件，驅動電路等)實現充電功能，部分地降低了成本、體積及重量，交流輸入條件與直流輸出規格與獨立式充電裝置類 似。
[0005]但是，獨立式充電裝置體積大，重量重，成本很高；已有的集成式充電裝置由於只是部分的集成了目前的牽引電機逆變器的電子器件，必須增加額外的電子器件(如功率開關管，驅動電路等)才能實現充電功能。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種電動汽車車載充電器，以解決目前的車載充電器體積大、重量重、成本高以及需要額外增加電力電子器件的問題。
[0007]為了達到上述目的，本發明實施例提供一種電動汽車車載充電器，包括:與牽引電機逆變器相連接的Boost電感、與電驅動壓縮機逆變器相連接的Buck電感、介於所述牽引電機逆變器和電驅動壓縮機逆變器之間的解耦電容，以及用於進行充電模式和牽引模式切換的繼電器；
[0008]其中，所述車載充電器還包括:第一開關組，連接於所述壓縮機電機，用於切斷或導通與控制所述壓縮機電機運轉的電驅動壓縮機逆變器的連接；第二開關組，連接於所述牽引電機，用於切斷或導通與控制所述牽引電機運轉的牽引電機逆變器的連接；第三開關組，連接於所述Buck電感，用於所述電動汽車的充電功能及所述壓縮機電機驅動功能的切換；所述解耦電容連接於所述牽引電機逆變器和電驅動壓縮機逆變器之間，用於穩壓。
[0009]進一步地，在一實施例中，所述Boost電感與所述牽引電機逆變器的電子開關管共同實現PWM整流功能、電壓升壓功能以及輸入電流主動功率因數校正功能。
[0010]進一步地，在一實施例中，所述Buck電感與所述電驅動壓縮機逆變器的電子開關管共同實現三路並聯的Buck功能。[0011]進一步地,在一實施例中，所述Boost電感連接於外部交流電源,其包括三個分別串聯連接在每相中的電感，當所述交流電源為三相輸入時，三相交流電通過所述三個分別串聯連接在每相中的電感及所述牽引電機逆變器的電子開關管進行PWM整流。
[0012]進一步地,在一實施例中，所述Boost電感連接於外部交流電源,其包括三個分別串聯連接在每相中的電感，當所述交流電源為單相輸入時，單相交流電通過所述三個分別串聯連接在每相中的電感中的其中兩個電感及所述牽引電機逆變器的相應電子開關管進行PWM整流。
[0013]本發明實施例的電動汽車車載充電器，提出了一種新的集成式拓補結構，即共用電動汽車中已有的牽引電機逆變器及電驅動壓縮機逆變器的電力電子開關器件及驅動電路及其散熱冷卻裝置，加入輔助切換開關以實現電動汽車車載充電的能力，同時可以兼容三相交流及單相交流輸入，故該發明可以大幅度降低車載充電器的成本、體積及重量，並實現大功率快速充電能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1為本發明實施例的電動汽車車載充電器的拓撲結構不意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0017]本發明主要由共享器件及輔助開關組成:
[0018]共享器件:①電子器件如牽引電機逆變器的功率開關管(分立式IGBT或IGBT模塊)及其驅動電路，採樣電路等，電驅動壓縮機逆變器的功率開關管(分立式IGBT/M0SFET或模塊)及其驅動電路，採樣電路等；②機械及散熱裝置，如牽引電機逆變器的冷卻裝置等。
[0019]輔助開關及電感:開關主要用於電動汽車充電和電動汽車行駛(牽弓I電機運行時)模式的切換；電感為充電器工作於Boost升壓電路及Buck降壓電路中電感。
[0020]圖1為本發明實施例的電動汽車車載充電器的拓撲結構示意圖。如圖1所示，本實施例的電動汽車車載充電器包括:與牽引電機逆變器相連接的Boost電感L』、與電驅動壓縮機逆變器相連接的Buck電感L、介於所述牽引電機逆變器(圖中示意為IGBT開關管)和電驅動壓縮機逆變器(圖1中示意為IGBT開關管)之間的解耦電容C，以及用於進行充電模式和牽引模式切換的繼電器Kl ；
[0021 ] 其中，所述車載充電器還包括:第一開關組K2/K3/K4，連接於所述壓縮機電機Ml，用於切斷或導通與控制所述壓縮機電機Ml運轉的電驅動壓縮機逆變器的連接；第二開關組K5/K6/K7，連接於所述牽弓I電機M2，用於切斷或導通與控制所述牽弓I電機M2運轉的牽弓I電機逆變器的連接；第三開關組K8/K9/K10，連接於所述Buck電感L，用於所述電動汽車的充電功能及電壓縮機驅動功能的切換；所述解耦電容C連接於所述牽引電機逆變器和電驅動壓縮機逆變器之間，用於穩壓。由於該拓補結構的前級為Boost電路，後級為Buck電路，故中間需並聯電容，其作用是將整流電路的輸出電壓平波，將交流分量減小到最小，為後面的Buck電路提供直流電壓,減小Buck電路輸入的失真。同時也可以實現Boost及Buck電路的功率平衡。
[0022]在本實施例中，電動汽車中已有的器件有牽引電機逆變器，電驅動壓縮機逆變器，繼電器Kl，牽引電機，壓縮機電機，增加的輔助器件有介於兩個逆變器之間的解耦電容C，用於斷開/閉合兩個電機的開關(K5，K6，K7，K2，K3，K4)，用於充電模式工作時Boost電感L』及Buck電感L，用於充電及牽引模式功能轉換的開關K8/K9/K10。
[0023]在本實施例中，所述Boost電感L』與所述牽引電機逆變器的電子開關管共同實現PWM整流功能、電壓升壓功能以及輸入電流主動功率因數校正功能；所述Buck電感L與所述電驅動壓縮機逆變器的電子開關管共同實現三路並聯的Buck功能。
[0024]在本實施例中，所述Boost電感L』連接於外部交流電源，其包括三個分別串聯連接在每相中的電感，當所述交流電源為三相輸入時，三相交流電通過所述三個分別串聯連接在每相中的電感及所述牽弓I電機逆變器的電子開關管進行PWM整流；當所述交流電源為單相輸入時，單相交流電通過所述三個分別串聯連接在每相中的電感中的其中兩個電感及所述牽引電機逆變器的相應電子開關管進行PWM整流。
[0025]當充電時，如果運行在三相交流輸入的情況，牽引電機逆變器三相逆變橋均參與工作，實現PWM整流的功能，同時實現電網側輸入電流的主動功率因數校正的功能以及逆變橋輸出電壓的升壓功能。PWM的基本思想是，將正弦低頻調製信號在一個開關周期內的平均值用一段等幅值的脈寬來表示，按照正弦信號和三角波信號比較的方法對拓補中的牽引電機逆變器三相橋的六個開關管進行PWM控制，同時由於Boost電感的儲能及濾波作用，就可以實現將交流輸入電流整流成直流的功能，直流輸出側電壓較之交流輸入側線電壓體現升壓能力，同時實現三相輸入各相電流與電壓基本達到同頻率同相位的功率因數校正功倉泛。
[0026]當運行在單相輸入時，牽引電機逆變器三相逆變橋中的兩相參與工作，與其相連接的兩個電感參與工作。此時為單相H橋完成PWM整流及升壓功能，同時也可以實現輸入電流的功率因數校正的功能。
[0027]當進行充電時，壓縮機逆變器的六個電子開關管及六個反並聯二極體中，只用到了上橋臂的三個電子開關管，下橋臂的三個反並聯二極體，而上橋臂的三個反並聯二極體及下橋臂的三個電子開關管是出去空閒狀態的。其中一個上橋臂的電子開關管及相應的下橋臂的反並聯二極體形成一路單管Buck電路，進而由上橋臂的三個電子開關管及下橋臂的相應的三個反並聯二極體組成三路單管Buck電路，該三路Buck電路或者實現三個開關管同時開通同時關斷模式的並聯Buck，或者實現交錯並聯模式的並聯Buck功能。其中每一路的Buck電路即為常見的單開關管Buck降壓電路。
[0028]上述實施例的電動汽車車載充電器的工作模式如下:
[0029]1、電動汽車處於牽弓丨模式時(電動汽車行駛或牽引電機處於運轉或待運轉狀態)，繼電器Kl閉合，開關K8/K9/K10斷開，開關K5/K6/K7，K2/K3/K4均閉合，此時牽引電機及電驅動的壓縮機電機處於同時可被驅動狀態(滿足電動汽車行駛的同時空調正常運行)。
[0030]2、電動汽車處於充電模式時:
[0031]A、充電電源為三相輸入時，開關K5/K6/K7，K2/K3/K4均斷開，繼電器Kl斷開，開關Κ8/Κ9/Κ10均閉合，三相交流電源輸入如圖1中所示(牽引電機下方)，三相交流電通過電感L』(三個電感)及牽弓I電機逆變器的電子開關管進行PWM整流，可以同時滿足輸入側電流功率因數及諧波的要求以及電直流側電壓的提升，通過中間的解耦電容C之後，再通過電驅動壓縮機逆變器的電子開關管及電感L (三個電感)實現三路並聯的Buck功能，達到降壓的目的，以滿足給電池充電的要求。
[0032]B、充電電源為單相輸入時，開關K5/K6/K7，K2/K3/K4均斷開，繼電器Kl斷開，開關Κ8/Κ9/Κ10均閉合，單相交流電源輸入時可取三相輸入時任意兩線(兩個接頭)，單相交流電通過電感L』(其中的兩個電感)及牽引電機逆變器的電子開關管(圖1中相應於單相輸入的兩個對應上下橋臂)進行PWM整流，可以同時滿足輸入側電流功率因數及諧波的要求以及電直流側電壓的提升，通過中間的解耦電容之後，再通過電驅動壓縮機逆變器的電子開關管及電感L (三個電感)實現三路並聯的Buck功能，達到降壓的目的，以滿足給電池充電的要求。
[0033]本發明實施例的電動汽車車載充電器，提出了一種新的集成式拓補結構，利用電動汽車中即有的器件(拓補中主要為電子器件，如牽引電機及電驅動壓縮機逆變器的功率開關管及其驅動電路及其他電路等，另外可以共用冷卻系統/裝置)實現兼容三相/單相交流輸入的大功率車載充電器的功能。該發明可以大幅度降低車載充電器的成本、體積及重量，並實現大功率快速充電能力。降低成本、體積及重量。
[0034]本發明中應用了具體實施例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在【具體實施方式】及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
【權利要求】
1.一種電動汽車車載充電器，其特徵在於，所述車載充電器包括:與牽引電機逆變器相連接的Boost電感、與電驅動壓縮機逆變器相連接的Buck電感、介於所述牽引電機逆變器和電驅動壓縮機逆變器之間的解耦電容，以及用於進行充電模式和牽引模式切換的繼電器； 其中，所述車載充電器還包括: 第一開關組，連接於所述壓縮機電機，用於切斷或導通與控制所述壓縮機電機運轉的電驅動壓縮機逆變器的連接； 第二開關組，連接於所述牽引電機，用於切斷或導通與控制所述牽引電機運轉的牽引電機逆變器的連接； 第三開關組，連接於所述Buck電感，用於所述電動汽車的充電功能及所述壓縮機電機驅動功能的切換； 所述解耦電容連接於所述牽弓I電機逆變器和電驅動壓縮機逆變器之間，用於穩壓。
2.根據權利要求1所述的電動汽車車載充電器，其特徵在於，所述Boost電感與所述牽引電機逆變器的電子開關管共同實現PWM整流功能、電壓升壓功能以及輸入電流主動功率因數校正功能。
3.根據權利要求1所述的電動汽車車載充電器，其特徵在於，所述Buck電感與所述電驅動壓縮機逆變器的電子開關管共同實現三路並聯的Buck功能。
4.根據權利要求2所述的電動汽車車載充電器，其特徵在於，所述Boost電感連接於外部交流電源，其包括三個分別串聯連接在每相中的電感，當所述交流電源為三相輸入時，三相交流電通過所述三個分別串聯連接在每相中的電感及所述牽引電機逆變器的電子開關管進行PWM整流。
5.根據權利要求2所述的電動汽車車載充電器，其特徵在於，所述Boost電感連接於外部交流電源，其包括三個分別串聯連接在每相中的電感，當所述交流電源為單相輸入時，單相交流電通過所述三個分別串聯連接在每相中的電感中的其中兩個電感及所述牽引電機逆變器的相應電子開關管進行PWM整流。
【文檔編號】H02J7/02GK103730940SQ201410006610
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月7日 優先權日:2014年1月7日
【發明者】張軼強 申請人:樂金電子研發中心(上海)有限公司