RU2222098C2 - Traction drive engineering package - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering; developing high- frequency chargers and power supplies for battery-driven vehicles. SUBSTANCE: proposed traction drive engineering package used in developing chargers and power supplies with electrically isolated output voltage for traction drive of battery-driven vehicle has traction motor whose armature winding is connected through voltage regulator built around fully controlled switching components to traction storage battery. Charging relay and double-winding reactor are newly introduced in drive engineering package which has made it possible to use same components to feed 12-V electrical equipment and to trickle charge battery while vehicle is running, and also to charge traction battery at power factor close to unity during parking period. EFFECT: enlarged functional capabilities. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке высокочастотных зарядных устройств и источников питания с гальванической развязкой выходного напряжения для тягового электропривода аккумуляторных электромобилей. The invention relates to electrical engineering and can be used in the development of high-frequency chargers and power supplies with galvanic isolation of the output voltage for traction electric drive of battery electric vehicles.

Известно устройство, патент РФ 2101830, кл. H 02 J 7/10, Н 02 М 7/12, 1998, в котором для зарядки тяговой аккумуляторной батареи используется высокочастотный полумостовой транзисторный преобразователь с гальванической развязкой выходного напряжения. A device is known, patent of the Russian Federation 2101830, class. H 02 J 7/10, H 02 M 7/12, 1998, in which a high-frequency half-bridge transistor converter with galvanic isolation of the output voltage is used to charge the traction battery.

Недостатком этого устройства является отсутствие возможности осуществлять питание двенадцативольтового электрооборудования (фары, стеклоочиститель и т. п. ) и подзарядку автомобильной (12 В) аккумуляторной батареи во время движения электромобиля, т.е. его вынуждены возить просто как "балласт". Кроме того, это устройство не обеспечивает потребление электрической энергии из сети с коэффициентом мощности, близким к единице. The disadvantage of this device is the inability to supply twelve-volt electrical equipment (headlights, wiper, etc.) and recharging a car (12 V) battery while driving an electric vehicle, i.e. they are forced to carry it simply as "ballast". In addition, this device does not provide the consumption of electric energy from the network with a power factor close to unity.

Наиболее близким техническим решением является устройство, патент РФ 2127200, кл. B 60 L 15/08, H 02 J 7/10, 1999 (прототип), в котором для зарядки тяговой аккумуляторной батареи электромобиля используется силовой преобразователь электропривода, причем с коэффициентом мощности, близким к единице. The closest technical solution is the device, patent of the Russian Federation 2127200, cl. B 60 L 15/08, H 02 J 7/10, 1999 (prototype), in which a power converter of the electric drive is used to charge the traction battery of the electric vehicle, and with a power factor close to unity.

Недостатком этого устройства является значительно завышенная установленная мощность ключевых элементов силового преобразователя. Это обусловлено тем, что в тяговом приводе при относительно небольшом напряжении (120 В) требуется коммутировать относительно большие токи (250 А), в то же время при заряде аккумуляторной батареи при относительно малом токе (не более 16 А) необходимо коммутировать сетевое напряжение (более 300 В), т.е. ключевые элементы должны выбираться на максимальный ток и максимальное напряжение, что существенно удорожает силовой преобразователь. The disadvantage of this device is the significantly higher installed power of the key elements of the power converter. This is due to the fact that relatively high currents (250 A) are required to be switched in the traction drive at a relatively small voltage (120 V), while at the same time, when the battery is charged at a relatively low current (not more than 16 A), the mains voltage (more than 300 V), i.e. key elements must be selected for maximum current and maximum voltage, which significantly increases the cost of the power converter.

Еще одним недостатком рассматриваемого устройства является отсутствие блока, осуществляющего питание двенадцативольтового электрооборудования электромобиля (фары, стеклоочиститель и т.п.) и подзарядку автомобильной (12 В) аккумуляторной батареи. Another disadvantage of the device in question is the lack of a unit that supplies power to the twelve-volt electrical equipment of the electric vehicle (headlights, wiper, etc.) and recharges the automobile (12 V) battery.

Решение технической задачи направлено на расширение функциональных свойств. The solution to the technical problem is aimed at expanding functional properties.

Для решения поставленной технической задачи в известном комплектном тяговом электроприводе, содержащем тяговый электродвигатель, якорная обмотка которого через регулятор напряжения, имеющий как минимум две выходные клеммы, подключена к тяговой аккумуляторной батарее; вторичный выпрямитель с выходным фильтром; транзистор, эмиттер которого подключен к минусовой выходной клемме первичного выпрямителя с входным фильтром подключенным к сетевому шнуру. To solve the technical problem in the well-known complete traction electric drive containing a traction motor, the anchor winding of which through a voltage regulator having at least two output terminals is connected to the traction battery; secondary rectifier with output filter; a transistor whose emitter is connected to the negative output terminal of the primary rectifier with an input filter connected to the power cord.

При этом плюсовая выходная клемма этого выпрямителя подключена через дроссель к коллектору транзистора; дроссель выполнен двухобмоточным, со второй обмоткой, подключенной ко входу вторичного выпрямителя, выход которого через первый и второй нормально замкнутые контакты зарядного реле подключен встречно с автомобильной аккумуляторной батареей, а через третий и четвертый нормально разомкнутые контакты подключен встречно с тяговой аккумуляторной батареей, причем обмотка зарядного реле подключена ко входу первичного выпрямителя, а его выходные клеммы через пятый и шестой нормально замкнутые контакты зарядного реле подключены встречно с тяговой аккумуляторной батареей. In this case, the positive output terminal of this rectifier is connected through the inductor to the collector of the transistor; the inductor is double-wound, with a second winding connected to the input of the secondary rectifier, the output of which through the first and second normally closed contacts of the charging relay is connected inward with the car battery, and through the third and fourth normally open contacts is connected in the opposite direction with the traction battery, and the charging winding the relay is connected to the input of the primary rectifier, and its output terminals are connected in the opposite direction through the fifth and sixth normally closed contacts of the charging relay Jagow battery.

На чертеже схематично показано предлагаемое устройство. The drawing schematically shows the proposed device.

Комплектный тяговый электропривод, содержит тяговый электродвигатель 1, якорная обмотка которого через регулятор напряжения 2, имеющий как минимум две выходные клеммы, подключена к тяговой аккумуляторной батарее 3; вторичный выпрямитель 4 с выходным фильтром; транзистор 5, эмиттер которого подключен к минусовой выходной клемме 6 первичного выпрямителя 7 с входным фильтром, подключенным к сетевому шнуру 8. A complete traction electric drive contains a traction motor 1, the anchor winding of which through a voltage regulator 2, having at least two output terminals, is connected to the traction battery 3; secondary rectifier 4 with an output filter; transistor 5, the emitter of which is connected to the negative output terminal 6 of the primary rectifier 7 with an input filter connected to the power cord 8.

При этом плюсовая выходная клемма 9 этого выпрямителя подключена через первую обмотку дросселя 10 к коллектору транзистора 5; причем дроссель 10 выполнен двухобмоточным, со второй обмоткой, подключенной ко входу вторичного выпрямителя 4, выход которого через первый 11 и второй 12 нормально замкнутые контакты зарядного реле 13 подключен встречно с автомобильной аккумуляторной батареей 14, а через третий 15 и четвертый 16 нормально разомкнутые контакты подключен встречно с тяговой аккумуляторной батареей 3, причем обмотка зарядного реле 13 подключена ко входу первичного выпрямителя 7, а его выходные клеммы 6 и 9, через пятый 17 и шестой 18 нормально замкнутые контакты зарядного реле 13 подключены встречно с тяговой аккумуляторной батареей 3. In this case, the positive output terminal 9 of this rectifier is connected through the first winding of the inductor 10 to the collector of transistor 5; moreover, the inductor 10 is double-wound, with a second winding connected to the input of the secondary rectifier 4, the output of which through the first 11 and second 12 normally closed contacts of the charging relay 13 is connected in opposite to the car battery 14, and through the third 15 and fourth 16 normally open contacts are connected counter to the traction battery 3, and the winding of the charging relay 13 is connected to the input of the primary rectifier 7, and its output terminals 6 and 9, through the fifth 17 and sixth 18 normally closed contacts of the charge of the relay 13 are connected in a traction battery 3.

Комплектный тяговый электропривод работает следующим образом. Регулирование тока в якорной обмотке тягового электродвигателя 1, а следовательно, и момента им развиваемого, во время движения осуществляется за счет соответствующего включения - выключения управляемых ключевых элементов 19, 20 регулятора напряжения 2. На практике роль ключевых элементов 19, 20 выполняют, или тиристоры с соответствующей системой коммутации, или силовые транзисторы. Так как во время движения сетевой шнур 8 не подключен, то обмотка зарядного реле 13 обесточена и однотактный ключевой преобразователь 21, образованный транзистором 5, двухобмоточным дросселем 10 и вторичным выпрямителем 4, оказывается подключенным к тяговой аккумуляторной батарее 3. Complete traction electric drive operates as follows. Regulation of the current in the anchor winding of the traction motor 1, and therefore the moment it develops, during movement is carried out by appropriate switching on / off the controlled key elements 19, 20 of the voltage regulator 2. In practice, the role of the key elements 19, 20 is performed, or thyristors with appropriate switching system, or power transistors. Since during the movement the power cord 8 is not connected, the winding of the charging relay 13 is de-energized and the single-cycle key converter 21, formed by the transistor 5, the double-winding inductor 10 and the secondary rectifier 4, is connected to the traction battery 3.

Периодическое высокочастотное включение - выключение транзистора 5 обеспечивает подачу в первую обмотку двухобмоточного дросселя 10 импульсного тока, который во время выключенного состояния транзистора 5 индуцируется во второй обмотке, выпрямляется и фильтруется выходным фильтром вторичного выпрямителя 4, обеспечивая питание двенадцативольтового электрооборудования электромобиля (фары, стеклоочиститель и т.п.) и подзарядку автомобильной аккумуляторной батареи 14. Periodic high-frequency switching on and off of transistor 5 provides a pulse current to the first winding of the double-winding inductor 10, which is induced in the second winding during the off-state of the transistor 5, rectified and filtered by the output filter of the secondary rectifier 4, providing power to the twelve-volt electrical equipment of the electric vehicle (headlights, wiper, etc. .p.) and recharging the car battery 14.

Во время стоянки, когда необходимо произвести заряд тяговой аккумуляторной батареи 3, включают сетевой шнур 8 в розетку, в результате чего на вход первичного выпрямителя 7 поступает сетевое напряжение (220 В), запитывая обмотку зарядного реле 13 и размыкая, тем самым нормально замкнутые контакты 11, 12, 17, 18 и замыкая нормально разомкнутые контакты 15 и 16. При этом выпрямленное сетевое напряжение будет поступать на вход однотактного ключевого преобразователя 21 и амплитуда импульсного тока в первой, а следовательно, и во второй обмотке двухобмоточного дросселя 10 будет зависеть от мгновенного значения сетевого напряжения, обеспечивая, тем самым, потребление электрической энергии из сети с коэффициентом мощности, близким к единице, за счет фильтрации сетевого тока во входном фильтре первичного выпрямителя 7. During parking, when it is necessary to charge the traction battery 3, connect the power cord 8 to the outlet, as a result of which the main voltage (220 V) is supplied to the input of the primary rectifier 7, energizing the winding of the charging relay 13 and opening, thereby normally closed contacts 11 , 12, 17, 18 and closing normally open contacts 15 and 16. In this case, the rectified mains voltage will be supplied to the input of the single-ended key converter 21 and the amplitude of the pulse current in the first, and therefore in the second winding, double-winding of the throttle 10 will depend on the instantaneous value of the mains voltage, thereby ensuring the consumption of electric energy from the network with a power factor close to unity, by filtering the mains current in the input filter of the primary rectifier 7.

Таким образом, расширение функциональных свойств, за счет вновь введенных зарядного реле 13 и второй обмотки дросселя 10 позволило использовать одни и те же элементы для питания двенадцативольтового электрооборудования и подзарядки автомобильной аккумуляторной батареи во время движения, а также для обеспечения заряда тяговой аккумуляторной батареи с коэффициентом мощности, близким к единице во время стоянки. Thus, the expansion of functional properties, due to the newly introduced charging relay 13 and the second winding of the inductor 10, made it possible to use the same elements to power the twelve-volt electrical equipment and recharge the car battery while driving, as well as to ensure the charge of the traction battery with a power factor close to one while parking.

Применение заявляемого устройства в составе электромобилей АО "АВТОВАЗ" показало его высокую надежность и простоту в эксплуатации, а также, в сравнении с базовым объектом, позволило существенно улучшить стоимостные и массогабаритные показатели комплектного электропривода, а также упростить его компоновочное решение. The use of the claimed device as part of electric vehicles of AVTOVAZ JSC showed its high reliability and ease of operation, and also, in comparison with the base object, allowed to significantly improve the cost and weight and size characteristics of the complete electric drive, as well as simplify its layout solution.

Применение заявляемого устройства не ограничено электромобилями с тяговыми аккумуляторными батареями и может быть использовано в автомобилях с гибридными энергоустановками и в различных электротехнических устройствах. The use of the claimed device is not limited to electric vehicles with traction batteries and can be used in cars with hybrid power plants and in various electrical devices.

Claims (1)

Комплектный тяговый электропривод, содержащий тяговый электродвигатель, якорная обмотка которого через регулятор напряжения, имеющий как минимум две выходные клеммы, подключена к тяговой аккумуляторной батарее; вторичный выпрямитель с выходным фильтром; транзистор, эмиттер которого подключен к минусовой выходной клемме первичного выпрямителя с входным фильтром, подключенным к сетевому шнуру, при этом плюсовая выходная клемма этого выпрямителя подключена через дроссель к коллектору транзистора, отличающийся тем, что дроссель выполнен двухобмоточным, со вторичной обмоткой, подключенной ко входу вторичного выпрямителя, выход которого через первый и второй нормально замкнутые контакты зарядного реле подключен встречно с автомобильной аккумуляторной батареей, а через третий и четвертый нормально разомкнутые контакты подключен встречно с тяговой аккумуляторной батареей, причем обмотка зарядного реле подключена ко входу первичного выпрямителя, а его выходные клеммы через пятый и шестой нормально замкнутые контакты зарядного реле подключены встречно с тяговой аккумуляторной батареей.Complete traction electric drive containing a traction motor, the anchor winding of which is connected through a voltage regulator with at least two output terminals to a traction battery; secondary rectifier with output filter; a transistor whose emitter is connected to the negative output terminal of the primary rectifier with an input filter connected to the power cord, while the positive output terminal of this rectifier is connected through the inductor to the collector of the transistor, characterized in that the inductor is double-wound, with a secondary winding connected to the input of the secondary a rectifier, the output of which through the first and second normally closed contacts of the charging relay is connected counterclockwise with the car battery, and through the third and fourth normally open contacts are connected in the opposite direction with the traction battery, and the charging relay winding is connected to the input of the primary rectifier, and its output terminals through the fifth and sixth normally closed contacts of the charging relay are connected in the opposite direction with the traction battery.