CN109951095A - 一种集成驱动充电功能的三相逆变电路、装置与汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集成驱动充电功能的三相逆变电路、装置与汽车，根据第一充电电路和第二充电电路中开关的控制，能够实现动力电池的充电，根据第一驱动电路和第二驱动电路中开关的控制，能够通过动力电池实现电机的驱动。同时，在动力电池进行充电时不需要通过电机的三相绕组，即三相绕组断路与否不影响电池的正常充电。并且，在逆变电路的功率管出现短路故障时，可通过控制(第一/第二)充电电路和(第一/第二)驱动电路中开关的通断，停止发生短路故障的逆变桥模块工作，同时保证无故障逆变桥模块的正常工作，确保在一个逆变器模块故障的同时汽车能够进行正常充电和驱动。
Description
技术领域
本发明属于电机***及控制技术领域，具体涉及一种集成驱动充电功能的三相逆变电路、装置与汽车。
背景技术
电动汽车作为当前解决交通领域环境污染和能源危机的重要途径，越发受到全球领域的关注，在当前汽车行业技术日益成熟的今天，电动汽车普及推广的关键制约问题为蓄电池及充电技术，其中充电技术成为电动汽车续航和成本的关键。
目前，电动汽车的蓄电池充电方式有两种，一种车载慢充装置，将蓄电池的充电装置安置电动汽车上，可以利用普通单相交流电源或安置于公共建筑和居民小区停车场内的充电插座或者充电桩直接充电，具有充电便利的优点，但是该慢速充电装置存在的问题是充电功率比较小，车载蓄电池充满电耗时较长，影响电动汽车的利用率，并且该车载充电机在电动汽车行驶过程中为固有的负载，影响整车运行性能的提升；另外一种为解决慢充装置充电速度的快速充电桩，通常布置于专用充电站，通过大功率变换器将工业三相交流电转换为大功率直流电，直接给车载蓄电池充电，可以在短时间内快速完成蓄电池的充电，能够有效提高电动汽车的充电效率和利用率，但是该快速充电装置由于功率、体积和重量较大，安装于电动汽车严重占据电动汽车有限的空间和重量资源，在推广电动汽车的应用过程中需要辅助建立配套的快速充电站，同样在成本、市场和环境适应性等方面也受到了很大的限制，并且逆变器是电动汽车驱动***中的薄弱环节，逆变器的功率管极易出现故障，逆变器出现故障会影响电动汽车的正常行驶。因此，研究逆变器的容错技术也至关重要。
现有技术中，公告号为206141362的中国专利提供了一种电动汽车驱动充电一体化装置，该一体化装置需要通过电机绕组对电池进行充电，在电机绕组产生断路故障时则不能够进行电池充电，另一方面，该一体化装置在逆变桥模块中的IGBT功率管出现短路故障时，无法控制发生短路故障的逆变桥模块停止工作，不能保证正常工作，因此，该一体化装置的工作可靠性较低，不能应用于实际电动汽车。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成驱动充电功能的三相逆变电路、装置与汽车，用于解决现有电动汽车驱动充电一体化装置无法在逆变电路的功率管出现短路时保证正常工作的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种集成驱动充电功能的三相逆变电路，包括以下电路方案：
电路方案一，包括第一逆变桥模块和第二逆变桥模块，第一逆变桥模块的直流侧和第二逆变桥模块的直流侧并联后用于连接动力电池，第一逆变桥模块的交流侧分别连接第一充电支路和第一驱动支路，第二逆变桥模块的交流侧分别连接第二充电支路和第二驱动支路，其中，第一充电支路、第一驱动支路、第二充电支路、第二驱动支路分别设有开关，第一充电支路和第二充电支路均用于连接充电电源，第一驱动支路和第二驱动支路均用于连接电机的三相绕组。
电路方案二，在电路方案一的基础上，所述第一逆变桥模块包括三个并联的桥臂，每个桥臂上串设有相应开关和两个IGBT模块；所述第二逆变桥模块包括三个并联的桥臂，每个桥臂上串设有相应开关和两个IGBT模块。
电路方案三，在电路方案二的基础上，第一充电支路和第二充电支路通过同一个变压器用于连接充电电源。
电路方案四，在电路方案三的基础上，所述变压器为降压变压器。
电路方案五，在电路方案一的基础上，第一充电支路上的各相开关为联动控制，第一驱动支路上的各相开关为联动控制，第二充电支路上的各相开关为联动控制，第二驱动支路上的各相开关为联动控制。
电路方案六、七，分别在电路方案一、五的基础上，所述开关为继电器开关。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种电动汽车驱动充电集成装置，包括以下装置方案：
装置方案一，包括三相逆变电路和动力电池，该三相逆变电路包括第一逆变桥模块和第二逆变桥模块，第一逆变桥模块的直流侧和第二逆变桥模块的直流侧并联后连接动力电池，第一逆变桥模块的交流侧分别连接第一充电支路和第一驱动支路，第二逆变桥模块的交流侧分别连接第二充电支路和第二驱动支路，其中，第一充电支路、第一驱动支路、第二充电支路、第二驱动支路分别设有开关，第一充电支路和第二充电支路均用于连接充电电源，第一驱动支路和第二驱动支路均用于连接电机的三相绕组。
装置方案二，在装置方案一的基础上，所述第一逆变桥模块包括三个并联的桥臂，每个桥臂上串设有相应开关和两个IGBT模块；所述第二逆变桥模块包括三个并联的桥臂，每个桥臂上串设有相应开关和两个IGBT模块。
装置方案三，在装置方案二的基础上，第一充电支路和第二充电支路通过同一个变压器用于连接充电电源。
装置方案四，在装置方案三的基础上，所述变压器为降压变压器。
装置方案五，在装置方案一的基础上，第一充电支路上的各相开关为联动控制，第一驱动支路上的各相开关为联动控制，第二充电支路上的各相开关为联动控制，第二驱动支路上的各相开关为联动控制。
装置方案六、七，分别在装置方案一、五的基础上，所述开关为继电器开关。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种电动汽车，包括以下汽车方案：
汽车方案一，包括驱动充电集成装置，驱动充电集成装置包括三相逆变电路和动力电池，该三相逆变电路包括第一逆变桥模块和第二逆变桥模块，第一逆变桥模块的直流侧和第二逆变桥模块的直流侧并联后连接动力电池，第一逆变桥模块的交流侧分别连接第一充电支路和第一驱动支路，第二逆变桥模块的交流侧分别连接第二充电支路和第二驱动支路，其中，第一充电支路、第一驱动支路、第二充电支路、第二驱动支路分别设有开关，第一充电支路和第二充电支路均用于连接充电电源，第一驱动支路和第二驱动支路均连接电机的三相绕组。
汽车方案二，在汽车方案一的基础上，所述第一逆变桥模块包括三个并联的桥臂，每个桥臂上串设有相应开关和两个IGBT模块；所述第二逆变桥模块包括三个并联的桥臂，每个桥臂上串设有相应开关和两个IGBT模块。
汽车方案三，在汽车方案二的基础上，第一充电支路和第二充电支路通过同一个变压器连接充电电源。
汽车方案四，在汽车方案三的基础上，所述变压器为降压变压器。
汽车方案五，在汽车方案一的基础上，第一充电支路上的各相开关为联动控制，第一驱动支路上的各相开关为联动控制，第二充电支路上的各相开关为联动控制，第二驱动支路上的各相开关为联动控制。
汽车方案六、七，分别在汽车方案一、五的基础上，所述开关为继电器开关。
本发明的有益效果是：
本发明根据第一充电电路和第二充电电路中开关的控制，能够实现动力电池的充电，根据第一驱动电路和第二驱动电路中开关的控制，能够通过动力电池实现电机的驱动。同时，在动力电池进行充电时不需要通过电机的三相绕组，即三相绕组断路与否不影响电池的正常充电。并且，在逆变电路的功率管出现短路故障时，可通过控制(第一/第二)充电电路和(第一/第二)驱动电路中开关的通断，停止发生短路故障的逆变桥模块工作，同时保证无故障逆变桥模块的正常工作，确保在一个逆变器模块故障的同时汽车能够进行正常充电和驱动。
进一步，在每一个逆变桥模块的每一个桥臂上均串设有可控开关，在逆变桥模块中的功率管发生短路或断路故障时，不通过控制功率管的通断控制逆变桥模块是否工作，而是通过控制可控开关的通断直接控制逆变桥模块是否投入，确保逆变桥模块的可靠投入或切除。
进一步，用于连接在逆变器模块交流侧的(第一/第二)充电电路上的开关，即第一充电电路中连接逆变桥模块每个桥臂的开关之间采用联动控制，第二充电电路中连接逆变桥模块每个桥臂的开关之间也采用联动控制，同样，第一驱动支路上的开关为联动控制，第二驱动支路上的开关也为联动控制，保证了功率管发生故障的快速切除。
附图说明
图1是本发明的一种集成驱动和充电功能的双三相逆变电路图；
图2是图1中的第一桥臂发生故障后的容错电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
本发明提出一种具有集成驱动充电功能的三相逆变电路的电动汽车，电动汽车上的驱动充电集成装置包括三相逆变电路和动力电池，该三相逆变电路包括第一逆变桥模块和第二逆变桥模块，第一逆变桥模块的直流侧和第二逆变桥模块的直流侧并联后连接动力电池，第一逆变桥模块的交流侧分别连接第一充电支路和第一驱动支路，第二逆变桥模块的交流侧分别连接第二充电支路和第二驱动支路，其中，第一充电支路、第一驱动支路、第二充电支路、第二驱动支路分别设有开关，第一充电支路和第二充电支路均连接到汽车的三相充电接口，并通过三相充电接口用于连接外部充电电源，第一驱动支路和第二驱动支路均连接汽车电机的三相绕组。
上述第一逆变桥模块和第二逆变桥模块结构相同，即任一逆变桥模块均包括三个并联的桥臂，每个桥臂上串设有相应开关和两个IGBT 模块。三个桥臂并联后通过正、负母线分别连接到动力电池的正、负极上，每个桥臂上两个IGBT模块的连接线之间引出输出端，作为逆变桥模块的交流侧。
该三相逆变电路集成了电动汽车的驱动和充电功能，在充电模式时，断开第一驱动电路和第二驱动电路上的开关，闭合第一充电电路和第二充电电路上的开关，将市电从汽车的充电接口引入为动力电池充电。在驱动模式时，闭合第一驱动电路和第二驱动电路上的开关，断开第一充电电路和第二充电电路上的开关，通过动力电池给电机的三相绕组通电驱动电机。
本发明根据第一充电电路和第二充电电路中开关的控制，能够实现动力电池的充电，根据第一驱动电路和第二驱动电路中开关的控制，能够通过动力电池实现电机的驱动。同时，在动力电池进行充电时不需要通过电机的三相绕组，即三相绕组断路与否不影响电池的正常充电。并且，在逆变电路的功率管出现短路故障时，可通过控制(第一/第二)充电电路和(第一/第二)驱动电路中开关的通断，停止发生短路故障的逆变桥模块工作，同时保证无故障逆变桥模块的正常工作，确保在一个逆变器模块故障的同时汽车能够进行正常充电和驱动。
本发明在每一个逆变桥模块的每一个桥臂上均串设有可控开关，在逆变桥模块中的功率管发生短路或断路故障时，不通过控制功率管的通断控制逆变桥模块是否工作，而是通过控制可控开关的通断直接控制逆变桥模块是否投入，确保逆变桥模块的可靠投入或切除。
用于连接在逆变器模块交流侧的(第一/第二)充电电路上的开关，即第一充电电路中连接逆变桥模块每个桥臂的开关之间采用联动控制，第二充电电路中连接逆变桥模块每个桥臂的开关之间也采用联动控制，同样，第一驱动支路上的开关为联动控制，第二驱动支路上的开关也为联动控制，保证了功率管发生故障的快速切除。
具体的，如图1所示的一种集成驱动和充电功能的双三相逆变电路，包括降压变压器(1)、继电器开关K1(2)、继电器开关K2(3)、第一桥臂(4)、第二桥臂(5)、第三桥臂(6)、第四桥臂(7)、第五桥臂(8)、第六桥臂(9)、继电器开关K9(10)、继电器开关K10(11)。
降压变压器(1)一端与充电接口相连，一端与继电器开关K1(2) 和继电器开关K2(3)相连；第一桥臂(4)由继电器开关K3、第一功率管Q1、第二功率管Q2依次串联组成；第二桥臂(5)由继电器开关K4、第三功率管Q3、第四功率管Q4依次串联组成；第三桥臂 (6)由继电器开关K5、第五功率管Q5、第六功率管Q6依次串联组成；第四桥臂(7)由继电器开关K6、第七功率管Q7、第八功率管 Q8依次串联组成；第五桥臂(8)由继电器开关K7、第九功率管Q9、第十功率管Q10依次串联组成；第六桥臂(9)由继电器开关K8、第十一功率管Q11、第十二功率管Q12依次串联组成；继电器开关K9 (10)一端与逆变器相连，一端与电机的第一绕组(12)相连；继电器开关K10(11)一端与逆变器相连，一端与电机的第二绕组相连(13)。
在无故障正常运行时，如图1所示，断开继电器开关K1(2)和继电器开关K2(3)，闭合继电器开关K9(10)和继电器开关K10(11)，由六相桥臂给电机第一绕组(12)和第二绕组(13)供电，充电时闭合继电器开关K1(2)或继电器开关K2(3)，断开继电器开关K9(10) 和继电器开关K10(11)就能实现对动力电池进行充电。
在某一相桥臂出现故障时，以第一桥臂(4)出现故障为例，如图2所示。当第一相桥臂出现开路故障时，电机控制器控制开关K3、 K4、K5断开，通过第四桥臂(7)、第五桥臂(8)、第六桥臂(9)控制电机绕组；电机仍然能够正常运行，各项性能指标和故障发生前一样，充电时只需闭合继电器开关K2(3)，断开继电器开关K9(10) 和继电器开关K10(11)就能实现对动力电池进行充电。
本发明在逆变器电路正常运行时由六相桥臂给双三相电机绕组供电，充电时只需要闭合继电器开关K1或继电器开关K2，断开继电器开关K9和继电器开关K10就能实现对动力电池进行充电；当某一桥臂出现开路故障时，***会将与之该绕组相关的三相桥臂全部切除，电机仍能正常运行。充电时只需要闭合与无故障桥臂相连的继电器开关K1或继电器开关K2，断开继电器开关K9和继电器开关K10，仍能实现对动力电池进行充电。
本发明采用的电机为交流异步电机，双三相电机定子绕组由两套对称分布的三相绕组组成，两套绕组之间位置互差30°电角度。双三相异步电机正常工作时，两套绕组全部投入运行，当某相绕组出现故障时，可以采取一定的容错控制策略，切除故障相，利用剩余绕组降功率运行。
综上，本发明的逆变器电路正常运行时，六相桥臂全部投入运行；当故障发生时，故障桥臂被隔离，电机仍然正常运行，仍然可以对动力电池进行正常充电，各项性能指标和故障发生前一样，控制简单，其设计合理、功率器件数量和成本增加有限、性价比高，容错控制方法简便易行，在逆变器功率管出现短路或断路故障时逆变器仍能正常工作，增加了逆变器的可靠性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种集成驱动充电功能的三相逆变电路，其特征在于，包括第一逆变桥模块和第二逆变桥模块，第一逆变桥模块的直流侧和第二逆变桥模块的直流侧并联后用于连接动力电池，第一逆变桥模块的交流侧分别连接第一充电支路和第一驱动支路，第二逆变桥模块的交流侧分别连接第二充电支路和第二驱动支路，其中，第一充电支路、第一驱动支路、第二充电支路、第二驱动支路分别设有开关，第一充电支路和第二充电支路均用于连接充电电源，第一驱动支路和第二驱动支路均用于连接电机的三相绕组。
2.根据权利要求1所述的集成驱动充电功能的三相逆变电路，其特征在于，所述第一逆变桥模块包括三个并联的桥臂，每个桥臂上串设有相应开关和两个IGBT模块；所述第二逆变桥模块包括三个并联的桥臂，每个桥臂上串设有相应开关和两个IGBT模块。
3.根据权利要求2所述的集成驱动充电功能的三相逆变电路，其特征在于，第一充电支路和第二充电支路通过同一个变压器用于连接充电电源。
4.根据权利要求3所述的集成驱动充电功能的三相逆变电路，其特征在于，所述变压器为降压变压器。
5.根据权利要求1所述的集成驱动充电功能的三相逆变电路，其特征在于，第一充电支路上的各相开关为联动控制，第一驱动支路上的各相开关为联动控制，第二充电支路上的各相开关为联动控制，第二驱动支路上的各相开关为联动控制。
6.根据权利要求1或5所述的集成驱动充电功能的三相逆变电路，其特征在于，所述开关为继电器开关。
7.一种电动汽车驱动充电集成装置，包括三相逆变电路和动力电池，其特征在于，该三相逆变电路包括第一逆变桥模块和第二逆变桥模块，第一逆变桥模块的直流侧和第二逆变桥模块的直流侧并联后连接动力电池，第一逆变桥模块的交流侧分别连接第一充电支路和第一驱动支路，第二逆变桥模块的交流侧分别连接第二充电支路和第二驱动支路，其中，第一充电支路、第一驱动支路、第二充电支路、第二驱动支路分别设有开关，第一充电支路和第二充电支路均用于连接充电电源，第一驱动支路和第二驱动支路均用于连接电机的三相绕组。
8.根据权利要求7所述的电动汽车驱动充电集成装置，其特征在于，所述第一逆变桥模块包括三个并联的桥臂，每个桥臂上串设有相应开关和两个IGBT模块；所述第二逆变桥模块包括三个并联的桥臂，每个桥臂上串设有相应开关和两个IGBT模块。
9.根据权利要求8所述的电动汽车驱动充电集成装置，其特征在于，第一充电支路和第二充电支路通过同一个变压器用于连接充电电源。
10.一种电动汽车，包括驱动充电集成装置，其特征在于，驱动充电集成装置包括三相逆变电路和动力电池，该三相逆变电路包括第一逆变桥模块和第二逆变桥模块，第一逆变桥模块的直流侧和第二逆变桥模块的直流侧并联后连接动力电池，第一逆变桥模块的交流侧分别连接第一充电支路和第一驱动支路，第二逆变桥模块的交流侧分别连接第二充电支路和第二驱动支路，其中，第一充电支路、第一驱动支路、第二充电支路、第二驱动支路分别设有开关，第一充电支路和第二充电支路均用于连接充电电源，第一驱动支路和第二驱动支路均连接电机的三相绕组。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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