CN103042944A - 一种电动汽车驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车驱动器，所述的电动汽车包括电动机（12）、蓄电池组（11），在所述的蓄电池组（11）通向电动机（12）的电路上，设有Z源双向DC/AC变换器（1）；在该电路上，所述的Z源双向DC/AC变换器（1）按照从蓄电池组（11）至电动机（12）的顺序，分别设有开关管（2）、Z源网络（3）和三相桥式逆变电路（4）。上述技术方案改善了电动汽车在蓄电池组低电压或电压骤降时的动力性能，提高驱动***的效率和蓄电池组电能利用率；提高电动汽车续驶能力；有效消除交流电压畸变和谐波，提高***的抗干扰能力；实现一级DC/AC变换，电路结构简单，可降低设计和生产成本。

Description

一种电动汽车驱动器
技术领域
本发明属于电动汽车的技术领域。具体地说，本发明涉及一种永磁同步电机电动汽车驱动器。
背景技术
进入二十一世纪以来，随着节能和环保要求的不断提高，电动汽车产业正在蓬勃发展。由于目前电动汽车存在续航能力较差，蓄电池组***会产生在较大范围的电压波动等问题，直接影响了电动汽车的整车性能，从而阻碍了电动汽车市场化进程。在现有的电池技术条件下，电动汽车驱动器的设计则成为了解决上述问题的关键。
目前，电动汽车电机驱动***主要采用DC-DC变换器与电压型DC/AC逆变器级联的两级变换结构。这种技术存在以下局限性：能量转换效率不高；在蓄电池组输出电压骤降时易产生电压波动，影响电动汽车性能的可靠性；续航里程较低；成本较高。
发明内容
本发明提供一种电动汽车驱动器，其目的是简化电动汽车驱动器的结构，提高能量转换效率。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明所提供的电动汽车驱动器，所述的电动汽车包括电动机、蓄电池组，在所述的蓄电池组通向电动机的电路上，设有Z源双向DC/AC变换器；在该电路上，所述的Z源双向DC/AC变换器按照从蓄电池组至电动机的顺序，分别设有开关管、Z源网络和三相桥式逆变电路。
所述的电动汽车驱动器设有主控制电路模块和接口模块；所述的电动汽车驱动器还分别设有过/欠压信号输出模块、开关管驱动电路、三相逆变驱动电路、电压检测模块、电流检测模块。
所述的蓄电池组与过/欠压信号输出模块连接。
所述的开关管驱动电路与所述的开关管相连接。
所述的三相逆变驱动电路与所述的三相桥式逆变电路相连接。
所述的电压检测模块分别与所述的Z源网络的输入端、三相桥式逆变电路的输出端相连接。
所述的电流检测模块与分别与所述的Z源网络的输入端、三相桥式逆变电路的输出端相连接。
所述的过/欠压信号输出模块、开关管驱动电路、三相逆变驱动电路、电压检测模块及电流检测模块分别通过所述的接口模块与主控制电路模块。
所述的电动机与主控制电路模块相连接。
所述的开关管为功率IGBT管；所述的Z源网络由两个电容并联电路交叉形成X形，再分别与两个电感的两端相连接；所述的三相桥式逆变电路中三组桥臂由六个大功率IGBT管和续流二极管组成，其驱动触发信号采用SVPWM控制器件产生。
所述的主控制电路模块采用DSP数字信号处理器。
所述的电动机为永磁同步电机。
本发明采用上述技术方案，改善电动汽车在蓄电池组低电压或电压骤降时的动力性能，提高驱动***的效率和蓄电池组电能利用率；通过Z源双向DC/AC变换器实现能量双向流动，将制动和下坡时产生的能量进行回收，输送到蓄电池组，提高电动汽车续驶能力；有效消除交流电压畸变和谐波，提高***的抗干扰能力；简化现有技术中DC/DC变换器与电压源逆变器级联的两级变换电路结构，实现一级DC/AC变换，电路结构简单，可降低设计和生产成本。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明的方框示意图。
图2为Z源双向DC/AC变换器电路图。
图1中标记为：
1、Z源双向DC/AC变换器，2、开关管，3、Z源网络，4、三相桥式逆变电路，5、开关管驱动电路，6、三相桥式逆变驱动电路，7、电压检测模块，8、电流检测模块，9、接口模块，10、主控制电路模块，11、蓄电池组，12、电动机，13、过/欠压信号检测模块。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1、图2所表达的本发明的结构，为一种电动汽车驱动器，所述的电动汽车包括电动机12、蓄电池组11。
为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现简化电动汽车驱动器的结构，提高能量转换效率的发明目的，本发明采取的技术方案为：
如图1所示，本发明所提供的电动汽车驱动器，在所述的蓄电池组11通向电动机12的电路上，设有Z源双向DC/AC变换器1；在该电路上，所述的Z源双向DC/AC变换器1按照从蓄电池组11至电动机12的顺序，分别设有开关管2、Z源网络3和三相桥式逆变电路4。
上述技术方案克服了目前电动汽车驱动器结构较为复杂、能量转换效率不高、在蓄电池组低电压和电压骤降时工作性能不稳定以及成本较高等缺陷。本发明与现有技术相比，其有益效果是：
1、改善电动汽车在蓄电池组低电压或电压骤降时的动力性能，提高驱动***的效率和蓄电池组电能利用率。
2、通过Z源双向DC/AC变换器实现能量双向流动，将制动和下坡时产生的能量进行回收，输送到蓄电池组，提高电动汽车续驶能力。
3、有效消除交流电压畸变和谐波，提高***的抗干扰能力。
4、简化原有DC/DC变换器与电压源逆变器级联的两级变换电路结构，实现一级DC/AC变换，电路结构简单，可降低设计和生产成本。
所述的电动汽车驱动器设有主控制电路模块10和接口模块9；所述的电动汽车驱动器还分别设有过/欠压信号输出模块13、开关管驱动电路5、三相逆变驱动电路6、电压检测模块7、电流检测模块8。
所述的蓄电池组11与过/欠压信号输出模块13连接。
所述的开关管驱动电路5与所述的开关管2相连接。
所述的三相逆变驱动电路6与所述的三相桥式逆变电路4相连接。
所述的电压检测模块7分别与所述的Z源网络3的输入端、三相桥式逆变电路4的输出端相连接。
所述的电流检测模块8与分别与所述的Z源网络3的输入端、三相桥式逆变电路4的输出端相连接。
所述的过/欠压信号输出模块13、开关管驱动电路5、三相逆变驱动电路6、电压检测模块7及电流检测模块8分别通过所述的接口模块9与主控制电路模块10。
所述的电动机12与主控制电路模块10相连接。
所述的主控制电路模块10采用DSP数字信号处理器。
所述的电动机12为永磁同步电机。
如图1所示，这样就将蓄电池提供的直流电经过所述Z源双向DC/AC变换器1转变为交流电，从而能提供给电动机12使用。
如图2所示：
所述的开关管2为功率IGBT管；所述的Z源网络3由两个电容并联电路交叉形成X形，再分别与两个电感的两端相连接；所述的三相桥式逆变电路4中三组桥臂由六个大功率IGBT管和续流二极管组成，其驱动触发信号采用SVPWM控制器件产生。
如图2所示，Z源双向DC/AC变换器电路结构：电容C1与电容C42并联，电容C2与电容C43并联；两并联电路交叉成X形分别与电感L1、电感L2构成Z源网络。依次连接开关管2，Z源网络3和电压型三相桥式逆变电路4，即组成Z源双向DC/AC变换器1。
所述Z源双向DC/AC变换器1具有两种工作状态：
非直通状态和直通状态。开关管Q7在非直通状态下导通，在直通状态下关断，以保证整个驱动器不会出现非正常工作状态。
当所述三桥式逆变电路工作在正常逆变状态，即非直通状态下，电路直接将蓄电池组直流电压经过逆变输出三相交流电，直接提供给电动机。
当所述三桥式逆变电路工作在直通状态时，通过控制直通占空比很容易实现升压的功能，这样可提高直流电压端的电压，从而调节三相桥式逆变电路的输出电压。
Z源双向DC/AC变换器1的特性分析：
所述Z源双向DC/AC变换器1具有能量双向流动特性。能量从DC端流向AC端过程：蓄电池组11的直流电压经开关管Q7、Z源网络3、三相桥式逆变电路4，可输出三相交流电压，驱动负载电动机12。反之，能量从AC端流至DC端过程：原三相桥式逆变电路4输出端作为输入端，控制三相桥式逆变电路4中IGBT管截止，三相交流电经三相整流电路进行全波整流，经Z源网络3滤波，控制开关管断开，利用内部二极管实现斩波，输出直流电压。由于所述三相桥式逆变电路没有死区时间，因此还可以改善***的输出特性。
本发明的工作原理：
在本发明的结构中，蓄电池组11连接Z源双向DC/AC变换器1，再与电动机12相连接。开关管驱动电路5输出端与开关管2相连接，根据驱动信号控制开关管2的导通与关断；三相逆变驱动电路6与三相桥式逆变电路4相连接。根据***控制算法，通过接口模块9接收主控制模块10产生的SVPWM驱动信号，控制三相桥式逆变电路4中IGBT导通与关断，实现逆变，直通等状态。电压检测模块7分别与Z源网络3的输入端、三相桥式逆变电路4的输出端相连接，用于检测Z源网络3的工作电压及输出的三相交流电压是否正常，并用作调节输出电压的参考。电流检测模块8与Z源网络3的输入端、三相桥式逆变电路4的输出端相连接，负责检测Z源网络3工作电流及电动机12工作电流是否正常，并用作为调节输出电流的参考。过/欠电压信号检测模块13输入端与蓄电池组13相连接，监测蓄电池组输出电压是否过/欠压。开关管驱动电路5、三相逆变驱动电路6、电压检测模块7、电流检测模块8、过/欠电压信号检测模块13分别通过接口模块9与主控制模块10相连接，实现检测信号和控制信号的传输。电动机12与主控制电路模块10相连接。主控制模块10接收到时检测信号和电动机12的反馈信号，并根据已定的控制算法和控制策略修正对开关管2和三相桥式逆变电路4的驱动信号，以确保电动机12工作在额定电压范围，使电动汽车驱动器能够正常工作。
电动汽车正常行驶状态下，在三相桥式逆变电路4工作在非直通状态时，控制开关管2导通；在直通状态时，控制开关管2关断。电压检测模块7、电流检测模块8及过/欠压信号检测模块13监测驱动器的工作电压、电流。若主控制电路10接收到监测信号在正常范围，则保持原SVPWM波型输出，使Z源双向DC/AC变换器按照原有控制策略工作；若主控制模块10接收到蓄电池组11电压发生骤降信号时，则调整SVPWM波型，利用Z源双向DC/AC逆变器的升压特性，提高三相桥式逆变电路直流电压一侧的电压，从而调节输出的三相交流电压在额定电压范围内，从而使电动机12稳定工作。
当电动汽车处于制动状态时，电动机12处于发电机状态，通过主控制模块10调整SVPWM输出波形，控制三相桥式逆变电路的6个IGBT管处关断状态，同时控制开关管2关断，制动能量产生的三相交流电压逆向通过三相桥式逆变电路4，即经过三相全波整流，再经Z源网络3中的LC电路滤波，经开关管2内部二极管斩波，将直流电压控制在蓄电池组11可接受的范围内，输入到蓄电池组11中进行充电。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车驱动器，所述的电动汽车包括电动机（12）、蓄电池组（11），其特征在于：在所述的蓄电池组（11）通向电动机（12）的电路上，设有Z源双向DC/AC变换器（1）；在该电路上，所述的Z源双向DC/AC变换器（1）按照从蓄电池组（11）至电动机（12）的顺序，分别设有开关管（2）、Z源网络（3）和三相桥式逆变电路（4）。
2.按照权利要求1所述的电动汽车驱动器，其特征在于：所述的电动汽车驱动器设有过/欠压信号输出模块（13）、主控制电路模块（10）和接口模块（9）；所述的蓄电池组（11）与过/欠压信号输出模块（13）连接，所述的过/欠压信号输出模块（13）通过所述的接口模块（9）与主控制电路模块（10）。
3.按照权利要求1所述的电动汽车驱动器，其特征在于：所述的电动汽车驱动器设有开关管驱动电路（5）、主控制电路模块（10）和接口模块（9）；所述的开关管驱动电路（5）与所述的开关管（2）相连接；所述的开关管驱动电路（5）通过所述的接口模块（9）与主控制电路模块（10）。
4.按照权利要求1所述的电动汽车驱动器，其特征在于：所述的电动汽车驱动器设有三相逆变驱动电路（6）、主控制电路模块（10）和接口模块（9）；所述的三相逆变驱动电路（6）与所述的三相桥式逆变电路（4）相连接；所述的三相逆变驱动电路（6）通过所述的接口模块（9）与主控制电路模块（10）。
5.按照权利要求1所述的电动汽车驱动器，其特征在于：所述的电动汽车驱动器设有电压检测模块（7）、主控制电路模块（10）和接口模块（9）；所述的电压检测模块（7）分别与所述的Z源网络（3）的输入端、三相桥式逆变电路（4）的输出端相连接；所述的电压检测模块（7）通过所述的接口模块（9）与主控制电路模块（10）。
6.按照权利要求1所述的电动汽车驱动器，其特征在于：所述的电动汽车驱动器设有电流检测模块（8）、主控制电路模块（10）和接口模块（9）；所述的电流检测模块（8）与分别与所述的Z源网络（3）的输入端、三相桥式逆变电路（4）的输出端相连接；所述的电流检测模块（8）通过所述的接口模块（9）与主控制电路模块（10）。
7.按照权利要求1所述的电动汽车驱动器，其特征在于：所述的电动汽车驱动器设有主控制电路模块（10）；所述的电动机（12）与主控制电路模块（10）相连接。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的电动汽车驱动器，其特征在于：所述的开关管（2）为功率IGBT管；所述的Z源网络（3）由两个电容并联电路交叉形成X形，再分别与两个电感的两端相连接；所述的三相桥式逆变电路（4）中三组桥臂由六个大功率IGBT管和续流二极管组成，其驱动触发信号采用SVPWM控制器件产生。
9.按照权利要求1至7中任一项所述的电动汽车驱动器，其特征在于：所述的主控制电路模块（10）采用DSP数字信号处理器。
10.按照权利要求1至7中任一项所述的电动汽车驱动器，其特征在于：所述的电动机（12）为永磁同步电机。
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