本發(fā)明涉及一種電動汽車車載充電驅(qū)動一體化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在電動汽車車載充電領(lǐng)域，多采用單級或雙級充電。單級充電就是輸入源單相220V交流電直接整流成直流給主電池充電，雙級充電則是先將輸入源整流成直流，后進(jìn)行直流到直流的變換。整流器有多種結(jié)構(gòu)，如：二極管不控整流，橋式全控整流電路等，直流到直流的變換現(xiàn)在多用雙主動橋DC-DC變換器(DAB)。

在電動汽車驅(qū)動領(lǐng)域，所用的電機(jī)有直流電機(jī)，交流感應(yīng)電動機(jī)，開關(guān)磁阻電動機(jī)、永磁無刷電動機(jī)和雙定子永磁無刷電動機(jī)等?，F(xiàn)在技術(shù)較為成熟的應(yīng)用為永磁同步電動機(jī)，關(guān)于永磁同步電動機(jī)的控制方式也是較為成熟的，除了傳統(tǒng)的恒轉(zhuǎn)矩控制，恒功率控制之外，近年來控制方式得到進(jìn)一步發(fā)展，例如，在期刊《電工技術(shù)學(xué)報》2015年1月，第30卷，第1期，第30-37頁刊登“內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)改進(jìn)型解耦控制”一文(作者吳荒原，王雙紅等)提出一種在恒轉(zhuǎn)矩和恒功率控制的基礎(chǔ)上加上電流解耦控制器改善電動機(jī)的動態(tài)性能。

車載型充電系統(tǒng)普遍存在成本高、體積大、重量大等問題，阻礙了電動汽車的普及和推廣，因此，為了解決這個問題，一體化混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的提出勢在必行。在期刊《電力自動化設(shè)備》2013年10月，第33卷，第10期，第143-149頁刊登“電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)與蓄電池充電一體化混合拓?fù)溲芯烤C述”一文(作者劉瑩，王輝，漆文龍等)提出使用繼電器一體化混合拓?fù)?，但其采用的單級結(jié)構(gòu)，通過電感的充放電實現(xiàn)升壓轉(zhuǎn)換過程，控制過程比較復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種電動汽車車載充電驅(qū)動一體化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本發(fā)明有效的整合電動汽車車載充電電路和驅(qū)動電路，提高元器件的利用率。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種電動汽車車載充電驅(qū)動一體化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括交流輸入源端口，所述交流輸入源端口通過第一橋式電路連接變壓器的原邊，所述變壓器的副邊通過第二橋式電路連接電動汽車主電池端口和電動汽車驅(qū)動端口，所述第二橋式電路上設(shè)置有開關(guān)切換電路，使交流輸入源端口處的能量流向電動汽車主電池端口進(jìn)行充電、電動汽車主電池端口的電能經(jīng)過第二橋式電路的逆變向電動汽車驅(qū)動端口施加能量驅(qū)動電動汽車運行的能量雙向流動。

所述交流輸入源端口與第一橋式電路之間連接有整流電路。

所述第二橋式電路與電動汽車主電池端口之間設(shè)置有低通濾波電路。

所述第一橋式電路為全橋電路。

所述第二橋式電路為三相全橋電路。

所述開關(guān)切換電路，包括三個開關(guān)m1、m2和m3，其中，開關(guān)m1、m2分別連接在第二橋式電路其中兩相電路的中點與電動汽車驅(qū)動端口的連接處，開關(guān)m3串聯(lián)在另一相電路中。

所述開關(guān)切換電路的開關(guān)都處于斷開狀態(tài)時，實現(xiàn)交流輸入源端口的能量給電動汽車主電池端口充電。

所述開關(guān)切換電路的開關(guān)都處于閉合狀態(tài)時，此時交流輸入源端口處于斷路狀態(tài)，實現(xiàn)電動汽車在正常行駛中主電池經(jīng)三相逆變驅(qū)動電動汽車驅(qū)動端口。

所述第一橋式電路、第二橋式電路的開關(guān)管為場效應(yīng)管或絕緣柵雙極型晶體管。

所述電動汽車驅(qū)動端口為永磁同步電動機(jī)。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明通過機(jī)械開關(guān)實現(xiàn)電動汽車充電模式和驅(qū)動模式的切換，但控制電路仍然是分開的，通過整合一體化可以優(yōu)化體積、減輕重量，進(jìn)一步擴(kuò)大客艙或行李艙的容量，同時可以減輕電動汽車因蓄電池組引起的重量上的劣勢。

附圖說明

圖1為本發(fā)明拓?fù)鋱D；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中使用繼電器的一體化混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

一種電動汽車充電驅(qū)動一體化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它包括輸入源、主電池和電動機(jī)。充電模式下機(jī)械開關(guān)m1、m2、m3斷開，輸入源經(jīng)過整流模塊后利用開關(guān)管S1、S2、S3、S4和P1、P2、P3、P4經(jīng)低通濾波器給主電池充電；驅(qū)動模式下主電池經(jīng)開關(guān)管P1、P2、P3、P4、P5、P6三相逆變后驅(qū)動電動機(jī)。

機(jī)械開關(guān)m1、m2經(jīng)全橋電路與變壓器副邊相連后，與電動機(jī)兩相供電相連。m1的連接點與開關(guān)管P1、P2相連，m2的連接點與開關(guān)管P3、P4相連，驅(qū)動模式下處于閉合狀態(tài)給電動機(jī)供電。

機(jī)械開關(guān)m3與低通濾波器和開關(guān)管P5相連，與機(jī)械開關(guān)m1、m2所處的位置不一樣，驅(qū)動模式下處于閉合狀態(tài)給電動機(jī)供電。

所述開關(guān)管為場效應(yīng)管或絕緣柵雙極型晶體管。

拓?fù)鋱D如圖1，Port1為交流輸入源端口，Port2為電動汽車主電池端口(這里以尼桑Leaf電動汽車為例，蓄電池電壓為350V)，Port3為電動汽車驅(qū)動端口(這里為永磁同步電動機(jī))。變壓器兩端即為DAB結(jié)構(gòu)，其中變壓器右側(cè)采用全控性器件是為了實現(xiàn)能量的雙向流動(即Port1輸入源到Port2主電池端口，Port2到Port3驅(qū)動端口)。m1、m2、m3為機(jī)械開關(guān)，當(dāng)三個開關(guān)都處于斷開狀態(tài)時，即為模式1，即充電模式，實現(xiàn)輸入源給主電池充電(車載充電)；當(dāng)三個開關(guān)都處于閉合狀態(tài)時，此時Port1輸入源處于斷路狀態(tài)，即驅(qū)動模式，實現(xiàn)電動汽車在正常行駛中主電池經(jīng)三相逆變驅(qū)動永磁同步電動機(jī)。DAB中全控型器件選用絕緣柵雙極型晶體管，一方面可以實現(xiàn)更高頻率的開斷，另一方面可以傳輸更大的功率。

圖2為使用繼電器的一體化混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用繼電器K1，K2，K2′實現(xiàn)驅(qū)動模式和充電模式的轉(zhuǎn)換。在驅(qū)動模式下K2，K2′斷開，K1閉合，形成經(jīng)典的三相全橋驅(qū)動系統(tǒng)；在充電模式下，圖中L2和L3是感應(yīng)電動機(jī)一相繞組相對于中性點的漏感，在升壓轉(zhuǎn)換電路中作為濾波電感使用。此時開關(guān)S1和S2斷開，通過控制S3，S4，S5，S6實現(xiàn)升壓轉(zhuǎn)換電路。

兩種拓?fù)渥畲蟮膮^(qū)別在與充電模式下，本發(fā)明采用的是兩級結(jié)構(gòu)而圖2采用的是單級結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行升壓轉(zhuǎn)換的過程中圖2是通過電感的充放電實現(xiàn)的，本發(fā)明是通過調(diào)節(jié)變壓器，與圖2的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比較本發(fā)明可以更方便的通過調(diào)節(jié)變比得到所需的輸出電壓。另一方面，在充電模式下，圖2拓?fù)渲械拈_關(guān)管S1，S2有三種狀態(tài)，即充電時候的常斷、驅(qū)動狀態(tài)中的開斷，控制比較復(fù)雜。

Port1為交流輸入源端口，Port2為電動汽車主電池端口(這里以尼桑Leaf電動汽車為例，蓄電池電壓為350V)，Port3為電動汽車驅(qū)動端口(這里為永磁同步電動機(jī))。變壓器兩端即為DAB結(jié)構(gòu)，其中變壓器右側(cè)采用全控性器件是為了實現(xiàn)能量的雙向流動(即Port1輸入源到Port2主電池端口，Port2到Port3驅(qū)動端口)。m1、m2、m3為機(jī)械開關(guān)，當(dāng)三個開關(guān)都處于斷開狀態(tài)時，即為模式1，即充電模式，實現(xiàn)輸入源給主電池充電(車載充電)；當(dāng)三個開關(guān)都處于閉合狀態(tài)時，此時Port1輸入源處于斷路狀態(tài)，即驅(qū)動模式，實現(xiàn)電動汽車在正常行駛中主電池經(jīng)三相逆變驅(qū)動永磁同步電動機(jī)。DAB中全控型器件選用絕緣柵雙極型晶體管，一方面可以實現(xiàn)更高頻率的開斷，另一方面可以傳輸更大的功率。

在圖1給出了電動汽車充電驅(qū)動一體化拓?fù)鋱D。Port1輸入交流源為電動汽車在車載充電時接入的家用單相220V交流電，Rectifier circuit模塊可以使用二極管不控整流，也可以是可控整流電路，如單相半波可控整流電路、單相橋式全控整流電路等。Low-pass Filter可以根據(jù)具體實現(xiàn)設(shè)計低通濾波器，如RC濾波器、LC濾波器等。機(jī)械開關(guān)m1、m2、m3可以與充電端口結(jié)合，當(dāng)插入充電時機(jī)械開關(guān)受壓力斷開，否則處于閉合狀態(tài)，即驅(qū)動模式為常態(tài)。

該拓?fù)渫ㄟ^機(jī)械開關(guān)實現(xiàn)一體化，兩個工作模式不會相互影響，即在充電模式下驅(qū)動模式是不工作的，而在驅(qū)動模式時輸入源也是處于斷開狀態(tài)。

充電模式下輸入源經(jīng)整流模塊后經(jīng)過DAB(兩個全橋電路經(jīng)變壓器連接)，即開關(guān)管S1、S2、S3、S4和開關(guān)管P1、P2、P3、P4，經(jīng)過低通濾波器后給主電池供電；驅(qū)動模式下主電池經(jīng)三相逆變，即P1、P2、P3、P4、P5、P6，驅(qū)動電動機(jī)。

機(jī)械開關(guān)m1、m2經(jīng)全橋電路與變壓器副邊相連后，與電動機(jī)兩相供電相連。m1的連接點與開關(guān)管P1、P2相連，m2的連接點與開關(guān)管P3、P4相連，驅(qū)動模式下處于閉合狀態(tài)給電動機(jī)供電。

機(jī)械開關(guān)m3與低通濾波器和開關(guān)管P5相連，與機(jī)械開關(guān)m1、m2所處的位置不一樣，驅(qū)動模式下處于閉合狀態(tài)給電動機(jī)供電。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。