CN102935812A - 一种具有220vac/380vac充电功能的电机驱动-充电一体化装置 - Google Patents
一种具有220vac/380vac充电功能的电机驱动-充电一体化装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及电动汽车电机驱动-充电一体化技术。为了解决现有电动汽车技术中电机驱动、车载高压电池组充电器分别为独立装置从而占用车载空间大、车载电器重量大,同时还需配置地面大功率快速充电装置的缺陷,本发明提供一种具有220VAC/380VAC充电功能的电机驱动-充电一体化装置。该装置包括升压/降压DC/DC变换装置、支撑电容、电机驱动逆变桥、380VAC充电转换开关电路和220VAC充电转换开关电路。本发明可以提高电机低速的逆变桥效率,高速时电机的效率;可以在驱动电动汽车使用同样功率电机条件下,逆变桥容量大幅度减小;可以不再使用地面大功率充电装置,实现对高压电池组的快速充电。
Description
技术领域
本发明涉及电机驱动及电池充电领域,特别涉及电动汽车电机驱动-充电一体化技术。
背景技术
目前,电动汽车技术正在飞速发展,电动汽车市场日益壮大,但电动汽车的电机驱动器、车载高压电池充电器几乎都是两个分离的装置,即浪费有限的车载空间,又增加了电动汽车电器设备购置成本。而且,驱动器在车辆行驶时才工作,车辆充电时被闲置,车载高压电池充电器在车辆行驶时被闲置,车辆充电时才工作,因此两套装置利用率都不高。另外,为了实现380VAC条件大功率快速充电,必需要有大功率充电机,但大功率充电机体积大、重量大,无法在安装在车上,造成电动汽车停靠充电地点受到很大的限制,为克服这一问题,就要在各处配置大量地面充电机,这需要国家极其巨大的投资,同时占用大量的土地面积,同时还是无法满足偏远地区对电动汽车的使用需求。上述问题严重制约了电动汽车的发展。
发明内容
为了解决上述问题本发明提供一种具有220VAC/380VAC充电功 能的电机驱动-充电一体化装置,使得一套电力电子驱动装置,在车辆行驶时实现电机驱动的功能,在停车充电时实现充电机的功能。由于要满足电机驱动的容量需求,该装置的容量远大于电池快速充电时的容量需求,因此即可以满足220VAC条件下小功率慢速充电的要求,又可以满足380VAC条件下大功率快速充电的要求。也就是说利用一套电机驱动-充电一体化装置,仍然以电机驱动器的成本就可实现电机驱动、车载充电器和地面大功率充电机的功能。大幅度减少电动汽车电器设备成本,取消地面充电机,为国家节省出巨额运营成本,使得电动汽车在偏远地区也可以得到广泛应用。
为了达到上述目的,本发明采用下述技术方案:
本发明提供一种具有220VAC/380VAC充电功能的电机驱动-充电一体化装置,所述装置包括升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置、支撑电容、电机驱动逆变桥、380VAC充电转换开关电路、220VAC充电转换开关电路。
所述升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置包含3路升压(正向)/降压(反向)DC/DC电路,在电机驱动工作状态下同时为正向斩波升压工作方式,三路斩波升压以开关周期的1/3时延错开进行升压斩波工作,减小***纹波电流。当电机为回馈制动状态下同时为反向斩波降压工作方式,三路反向斩波降压以开关周期的1/3时延错开进行降压斩波工作,减小***纹波电流。当工作在380VAC充电模式下,同时为反向斩波降压工作方式,三路反向斩波降压以开关周期的1/3时延错开进行降压斩波工作,减小***纹波电流,实现对车载高压电 池组的大功率快速充电;当工作在220VAC充电模式下,其中两路升降压电感串联到220VAC电路中,通过控制开关功率管(IGBT),将220VAC电源等效为工频条件下的表贴式正弦波永磁同步电机反电势,串联在其中电感等效为永磁同步电机的主电感,进行无位置传感器条件下的转子磁链定向矢量控制,在这两只电感中产生泵升电流,抬高直流侧母线电压,同时导通升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置中第三只开关功率管(IGBT),实现对高压电池组的慢速充电。
进一步的,所述电机驱动逆变桥,在车辆行驶过程中,当电机转速较低时,既电机需要的交流基波电压有效值小于高压电池组电压的0.7倍时,升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置处于全通状态,高压电池组直接对逆变桥供电驱动电机工作。当机需要的交流基波电压有效值大于高压电池组电压的0.7倍时,升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置处于斩波升压状态,维持交流基波电压有效值与直流母线电压0.7倍关系,既最优调制比状态,通过此方法,在驱动永磁同步电机时,电机可以设计更高的反电势,则在电机低速旋转时,可以获得更高的调制比,从而提高了电机控制器的效率,高速时通过DC/DC变换装置升压,维持交流基波电压有效值与直流母线电压0.7倍关系,大幅度减少弱磁电流,提高了电机高速工作时的效率。同时,当驱动永磁同步电机时,电机如果需要自由滑行(驾驶员松油门),通过直接关闭升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置和逆变桥来实现,既完全的电机无电空转。而传统电动汽车永磁电机驱动控制,由于没有升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置,必须通过零转 矩弱磁控制来模仿,即逆变桥仍然要工作,存在较大的电气损耗。在380VAC充电模式下,通过380VAC充电转换开关电路分断电机驱动逆变桥与驱动电机的连接,将380VAC电源接入,电机驱动逆变桥进入整流工作状态,将380VAC整流为对应的直流,供升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置反向工作,为高压电池组充电。
进一步的,所述当在车辆行驶时,将逆变桥的交流输出与电机的交流输入连接,实现对电机的驱动;当380VAC充电时分断逆变桥的交流输出与电机的交流输入,将380VAC电源接入,实现380VAC对高压电池组的充电。
与现有技术相比,本发明提供的一种具有220VAC/380VAC充电功能的电机驱动-充电一体化装置,提高了电机驱动的性能。同时替代了车载充电器和地面充电机,节省了车载充电器和地面充电机的购置费用。
附图说明
图1是本发明提供的具有220VAC/380VAC充电功能的电机驱动-充电一体化装置拓扑结构示意图。
图中:1、升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置,2、电机驱动逆变桥,3、支撑电容,4、220VAC充电转换开关电路、5,380VAC充电转换开关电路,6、升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置中一直与高压电池组连接的升降压电感,7、升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置中连接220VAC充电转换开关电路的升降压电 感,8、升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置中连接220VAC充电转换开关电路的升降压电感,9、220VAC充电接口,10、380VAC充电接口,11、永磁同步电机,12、高压电池组。
具体实施方式
下面,结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
如图1所示,本发明提供的一种具有220VAC/380VAC充电功能的电机驱动-充电一体化装置,所述装置包括升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置1,支撑电容3,电机驱动逆变桥2,380VAC充电转换开关电路5,220VAC充电转换开关电路4。
当车辆正常行驶时:380VAC充电转换开关电路5将主驱动电机与电机驱动逆变桥2联通,220VAC充电转换开关电路4将与其连接的的两路升降压电感7、8与高压电池组12联通。在驱动永磁同步电机11时,当电机转速较低时,既电机需要的交流基波电压有效值小于高压电池组12电压的0.7倍时,升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置1处于全通状态,高压电池组12直接对逆变桥2供电驱动电机工作。当电机转速较高时,既驱动永磁同步电机11需要的交流基波电压有效值大于高压电池组12电压的0.7倍时,升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置1处于斩波升压状态,三路斩波升压以开关周期的1/3时延错开进行升压斩波工作,减小***纹波电流,维持交流基波电压有效值与直流母线电压0.7倍关系,既最优调制比状态。 当需要驱动永磁同步电机11回馈制动时,电机转速较低时,既电机需要的交流基波电压有效值小于高压电池组12电压的0.7倍时,升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置1处于全通状态。电机转速较高时,即电机需要的交流基波电压有效值大于高压电池组电压12的0.7倍时,升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置1处于反向斩波降压状态,三路斩波将压以开关周期的1/3时延错开进行将压斩波工作,减小***纹波电流,维持交流基波电压有效值与直流母线电压0.7倍关系,既最优调制比状态。当电机需要自由滑行时,关闭升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置1和电机驱动逆变桥2,实现无电流自由滑行。
当车辆停车220VAC小功率慢速充电时:380VAC充电转换开关电路5将主驱动电机与电机驱动逆变桥2联通,220VAC充电转换开关电路4将与其连接的的两路升降压电感7、8与220VAC充电接口9联通,电机驱动逆变桥2停止工作。将220VAC电源等效为工频条件下的表贴式正弦波永磁同步电机反电势,串联在其中的电感等效为永磁同步电机的主电感,进行无位置传感器条件下的转子磁链定向矢量控制,在这两只电感中产生泵升电流,抬高直流侧母线电压,同时导通升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置1中与直联高压电池组12的升降压电感连接的IGBT半桥的上桥臂,实现对高压电池组12的慢速充电。
当车辆停车380VAC大功率慢速充电时:380VAC充电转换开关电路5将永磁同步电机11与电机驱动逆变桥2分断,将380VAC充 电接口10接入电机驱动逆变桥2,220VAC充电转换开关电路4将与其连接的的两路升降压电感7、8与高压电池组12联通,电机驱动逆变桥2停止工作,升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置1反向工作。由于电机驱动逆变桥2停止工作进入整流状态,将380VAC整流为对应的直流,供升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置1反向工作,升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置1中三路斩波器同时为反向斩波降压工作方式,三路反向斩波降压以开关周期的1/3时延错开进行降压斩波工作,减小***纹波电流,实现对车载高压电池组12的大功率快速充电。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容所做的均等变化与修饰,均涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (5)
1.一种具有220VAC380VAC充电功能的电机驱动-充电一体化装置,其特征在于,所述升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置、支撑电容、电机驱动逆变桥、380VAC充电转换开关电路、220VAC充电转换开关电路。
所述该电机驱动-充电一体化装置可以利用同一套装置在车辆行驶时,控制电机实现驱动,回馈制动功能;在停车时,接入220VAC单相交流电可以实现对车载高压电池组的小功率慢速充电;在停车时,接入380VAC三相交流电可以实现对车载高压电池组的大功率快速充电。
2.一种如权利要求1所述的升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置,其特征在于,所述升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置、支撑电容、电机驱动逆变桥、380VAC充电转换开关电路、220VAC充电转换开关电路。
所述升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置包含3路升压(正向)/降压(反向)DC/DC电路,在电机驱动工作状态下同时为正向斩波升压工作方式,当电机为回馈制动状态下同时为反向斩波降压工作方式,当工作在380VAC充电模式下,同时为反向斩波降压工作方式,实现对车载高压电池组的大功率快速充电;当工作在220VAC充电模式下,其中两路升降压电感串联到220VAC电路中,通过控制开关功率管(IGBT)在这两只电感中产生泵升电流,抬高直流侧母线电压,同时导通升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置中第三只开关功率管(IGBT),实现对高压电池组的慢速充电。
3.一种如权利要求1或2所述电机驱动逆变桥结构,其特征在于,所述升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置、电机驱动逆变桥、380VAC充电转换开关电路。
所述电机驱动逆变桥,在车辆行驶过程中,当电机转速较低时,既电机需要的交流基波电压有效值小于高压电池组电压的0.7倍时,升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置处于全通状态,高压电池组直接对逆变桥供电驱动电机工作,当电机需要的交流基波电压有效值大于高压电池组电压的0.7倍时,升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置处于斩波升压状态,维持交流基波电压有效值与直流母线电压0.7倍关系,既最优调制比状态;在380VAC充电模式下,通过380VAC充电转换开关电路分断逆变桥与驱动电机的连接,将380VAC电源接入,逆变桥进入整流工作状态,将380VAC整流为对应的直流,供升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置反向工作,为高压电池组充电。
4.一种如权利要求1或2所述的380VAC充电转换开关电路,其特征在于,当在车辆行驶时,将逆变桥的交流输出与电机的交流输入连接,实现对电机的驱动;当380VAC充电时分断逆变桥的交流输出与电机的交流输入,将380VAC电源接入,实现380VAC对高压电池组的充电。
5.一种如权利要求1所述的220VAC充电转换开关电路,其特征在于,当在车辆行驶时,将高压电池组的直流流输出与升压(正向)/降压(反向)DC/DC变换装置中的两路升降压电感连接,实现对电机的驱动;当220VAC充电时分断上述两路升降压电感连接,将其与220VAC电源连接,实现220VAC对高压电池组的充电。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130220 |