專利名稱：一種具有220vac/380vac充電功能的電機驅(qū)動-充電一體化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機驅(qū)動及電池充電領(lǐng)域，特別涉及電動汽車電機驅(qū)動-充電一體化技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，電動汽車技術(shù)正在飛速發(fā)展，電動汽車市場日益壯大，但電動汽車的電機驅(qū)動器、車載高壓電池充電器幾乎都是兩個分離的裝置，即浪費有限的車載空間，又增加了電動汽車電器設(shè)備購置成本。而且，驅(qū)動器在車輛行駛時才工作，車輛充電時被閑置，車載高壓電池充電器在車輛行駛時被閑置，車輛充電時才工作，因此兩套裝置利用率都不高。另 夕卜，為了實現(xiàn)380VAC條件大功率快速充電，必需要有大功率充電機，但大功率充電機體積大、重量大，無法在安裝在車上，造成電動汽車?？砍潆姷攸c受到很大的限制，為克服這一問題，就要在各處配置大量地面充電機，這需要國家極其巨大的投資，同時占用大量的土地面積，同時還是無法滿足偏遠地區(qū)對電動汽車的使用需求。上述問題嚴重制約了電動汽車的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題本發(fā)明提供一種具有220VAC/380VAC充電功能的電機驅(qū)動一充電一體化裝置，使得一套電力電子驅(qū)動裝置，在車輛行駛時實現(xiàn)電機驅(qū)動的功能，在停車充電時實現(xiàn)充電機的功能。由于要滿足電機驅(qū)動的容量需求，該裝置的容量遠大于電池快速充電時的容量需求，因此即可以滿足220VAC條件下小功率慢速充電的要求，又可以滿足380VAC條件下大功率快速充電的要求。也就是說利用一套電機驅(qū)動一充電一體化裝置，仍然以電機驅(qū)動器的成本就可實現(xiàn)電機驅(qū)動、車載充電器和地面大功率充電機的功能。大幅度減少電動汽車電器設(shè)備成本，取消地面充電機，為國家節(jié)省出巨額運營成本，使得電動汽車在偏遠地區(qū)也可以得到廣泛應(yīng)用。為了達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案本發(fā)明提供一種具有220VAC/380VAC充電功能的電機驅(qū)動一充電一體化裝置，所述裝置包括升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置、支撐電容、電機驅(qū)動逆變橋、380VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路、220VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路。所述升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置包含3路升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC電路，在電機驅(qū)動工作狀態(tài)下同時為正向斬波升壓工作方式，三路斬波升壓以開關(guān)周期的1/3時延錯開進行升壓斬波工作，減小系統(tǒng)紋波電流。當(dāng)電機為回饋制動狀態(tài)下同時為反向斬波降壓工作方式，三路反向斬波降壓以開關(guān)周期的1/3時延錯開進行降壓斬波工作，減小系統(tǒng)紋波電流。當(dāng)工作在380VAC充電模式下，同時為反向斬波降壓工作方式，三路反向斬波降壓以開關(guān)周期的1/3時延錯開進行降壓斬波工作，減小系統(tǒng)紋波電流，實現(xiàn)對車載高壓電池組的大功率快速充電；當(dāng)工作在220VAC充電模式下，其中兩路升降壓電感串聯(lián)到220VAC電路中，通過控制開關(guān)功率管(IGBT)Jf 220VAC電源等效為工頻條件下的表貼式正弦波永磁同步電機反電勢，串聯(lián)在其中電感等效為永磁同步電機的主電感，進行無位置傳感器條件下的轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制，在這兩只電感中產(chǎn)生泵升電流，抬高直流側(cè)母線電壓，同時導(dǎo)通升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置中第三只開關(guān)功率管(IGBT)，實現(xiàn)對高壓電池組的慢速充電。進一步的，所述電機驅(qū)動逆變橋，在車輛行駛過程中，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速較低時，既電機需要的交流基波電壓有效值小于高壓電池組電壓的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置處于全通狀態(tài)，高壓電池組直接對逆變橋供電驅(qū)動電機工作。當(dāng)機需要的交流基波電壓有效值大于高壓電池組電壓的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置處于斬波升壓狀態(tài)，維持交流基波電壓有效值與直流母線電壓O. 7倍關(guān)系，既最優(yōu)調(diào)制比狀態(tài),通過此方法,在驅(qū)動永磁同步電機時，電機可以設(shè)計更高的反電勢,則在電機低速旋轉(zhuǎn)時，可以獲得更高的調(diào)制比，從而提高了電機控制器的效率，高速時通過DC/DC變換裝置升壓，維持交流基波電壓有效值與直流母線電壓O. 7倍關(guān)系，大幅度減少弱磁電流，提高了電機高速工作時的效率。同時，當(dāng)驅(qū)動永磁同步電機時，電機如果需要自由滑行(駕駛員松油門)，通過直接關(guān)閉升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置和逆變橋來實現(xiàn)，既完全的電機無電空轉(zhuǎn)。而傳統(tǒng)電動汽車永磁電機驅(qū)動控制，由于沒有升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置，必須通過零轉(zhuǎn)矩弱磁控制來模仿，即逆變橋仍然要工作，存在較大的電氣損耗。在380VAC充電模式下，通過380VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路分斷電機驅(qū)動逆變橋與驅(qū)動電機的連接，將380VAC電源接入，電機驅(qū)動逆變橋進入整流工作狀態(tài)，將380VAC整流為對應(yīng)的直流，供升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置反向工作，為高壓電池組充電。進一步的，所述當(dāng)在車輛行駛時，將逆變橋的交流輸出與電機的交流輸入連接，實現(xiàn)對電機的驅(qū)動；當(dāng)380VAC充電時分斷逆變橋的交流輸出與電機的交流輸入，將380VAC電源接入，實現(xiàn)380VAC對高壓電池組的充電。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種具有220VAC/380VAC充電功能的電機驅(qū)動一充電一體化裝置，提高了電機驅(qū)動的性能。同時替代了車載充電器和地面充電機，節(jié)省了車載充電器和地面充電機的購置費用。


圖I是本發(fā)明提供的具有220VAC/380VAC充電功能的電機驅(qū)動一充電一體化裝置拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置，2、電機驅(qū)動逆變橋，3、支撐電容，4、220VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路、5，380VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路，6、升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置中一直與高壓電池組連接的升降壓電感，7、升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置中連接220VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的升降壓電感，8、升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置中連接220VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的升降壓電感，9、220VAC充電接口，10、380VAC充電接口，11、永磁同步電機，12、高壓電池組。
具體實施例方式下面，結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細的說明。
如圖I所示，本發(fā)明提供的一種具有220VAC/380VAC充電功能的電機驅(qū)動一充電一體化裝置，所述裝置包括升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I，支撐電容3，電機驅(qū)動逆變橋2，380VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路5，220VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路4。當(dāng)車輛正常行駛時380VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路5將主驅(qū)動電機與電機驅(qū)動逆變橋2聯(lián)通，220VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路4將與其連接的的兩路升降壓電感7、8與高壓電池組12聯(lián)通。在驅(qū)動永磁同步電機11時，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速較低時，既電機需要的交流基波電壓有效值小于高壓電池組12電壓的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I處于全通狀態(tài)，高壓電池組12直接對逆變橋2供電驅(qū)動電機工作。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速較高時，既驅(qū)動永磁同步電機11需要的交流基波電壓有效值大于高壓電池組12電壓的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I處于斬波升壓狀態(tài)，三路斬波升壓以開關(guān)周期的1/3時延錯開進行升壓斬波工作，減小系統(tǒng)紋波電流，維持交流基波電壓有效值與直流母線電壓O. 7倍關(guān)系，既最優(yōu)調(diào)制比狀態(tài)。當(dāng)需要驅(qū)動永磁同步電機11回饋制動時，電機轉(zhuǎn)速較低時，既電機需要的交流基波電壓有效值小于高壓電池組12電壓的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I處于全通狀態(tài)。電機轉(zhuǎn)速較高時，即電機需要的交流基波電壓有效值大于高壓電池組電壓12的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I處·于反向斬波降壓狀態(tài)，三路斬波將壓以開關(guān)周期的1/3時延錯開進行將壓斬波工作，減小系統(tǒng)紋波電流，維持交流基波電壓有效值與直流母線電壓O. 7倍關(guān)系，既最優(yōu)調(diào)制比狀態(tài)。當(dāng)電機需要自由滑行時，關(guān)閉升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I和電機驅(qū)動逆變橋2，實現(xiàn)無電流自由滑行。當(dāng)車輛停車220VAC小功率慢速充電時380VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路5將主驅(qū)動電機與電機驅(qū)動逆變橋2聯(lián)通，220VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路4將與其連接的的兩路升降壓電感
7、8與220VAC充電接口 9聯(lián)通，電機驅(qū)動逆變橋2停止工作。將220VAC電源等效為工頻條件下的表貼式正弦波永磁同步電機反電勢，串聯(lián)在其中的電感等效為永磁同步電機的主電感，進行無位置傳感器條件下的轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制，在這兩只電感中產(chǎn)生泵升電流，抬高直流側(cè)母線電壓，同時導(dǎo)通升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I中與直聯(lián)高壓電池組12的升降壓電感連接的IGBT半橋的上橋臂，實現(xiàn)對高壓電池組12的慢速充電。當(dāng)車輛停車380VAC大功率慢速充電時380VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路5將永磁同步電機11與電機驅(qū)動逆變橋2分斷，將380VAC充電接口 10接入電機驅(qū)動逆變橋2，220VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路4將與其連接的的兩路升降壓電感7、8與高壓電池組12聯(lián)通，電機驅(qū)動逆變橋2停止工作，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I反向工作。由于電機驅(qū)動逆變橋2停止工作進入整流狀態(tài)，將380VAC整流為對應(yīng)的直流，供升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I反向工作，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I中三路斬波器同時為反向斬波降壓工作方式，三路反向斬波降壓以開關(guān)周期的1/3時延錯開進行降壓斬波工作，減小系統(tǒng)紋波電流，實現(xiàn)對車載高壓電池組12的大功率快速充電。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容所做的均等變化與修飾，均涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有220VAC380VAC充電功能的電機驅(qū)動一充電一體化裝置，其特征在于，所述升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置、支撐電容、電機驅(qū)動逆變橋、380VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路、220VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路。
所述該電機驅(qū)動一充電一體化裝置可以利用同一套裝置在車輛行駛時，控制電機實現(xiàn)驅(qū)動，回饋制動功能；在停車時，接入220VAC單相交流電可以實現(xiàn)對車載高壓電池組的小功率慢速充電；在停車時，接入380VAC三相交流電可以實現(xiàn)對車載高壓電池組的大功率快速充電。
2.一種如權(quán)利要求I所述的升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置，其特征在于，所述升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置、支撐電容、電機驅(qū)動逆變橋、380VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路、220VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路。
所述升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置包含3路升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC電路，在電機驅(qū)動工作狀態(tài)下同時為正向斬波升壓工作方式，當(dāng)電機為回饋制動狀態(tài)下同時為反向斬波降壓工作方式，當(dāng)工作在380VAC充電模式下，同時為反向斬波降壓工作方式，實現(xiàn)對車載高壓電池組的大功率快速充電；當(dāng)工作在220VAC充電模式下，其中兩路升降壓電感串聯(lián)到220VAC電路中，通過控制開關(guān)功率管(IGBT)在這兩只電感中產(chǎn)生泵升電流，抬高直流側(cè)母線電壓，同時導(dǎo)通升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置中第三只開關(guān)功率管(IGBT)，實現(xiàn)對高壓電池組的慢速充電。
3.—種如權(quán)利要求I或2所述電機驅(qū)動逆變橋結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置、電機驅(qū)動逆變橋、380VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路。
所述電機驅(qū)動逆變橋，在車輛行駛過程中，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速較低時，既電機需要的交流基波電壓有效值小于高壓電池組電壓的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置處于全通狀態(tài)，高壓電池組直接對逆變橋供電驅(qū)動電機工作，當(dāng)電機需要的交流基波電壓有效值大于高壓電池組電壓的O. 7倍時，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置處于斬波升壓狀態(tài)，維持交流基波電壓有效值與直流母線電壓O. 7倍關(guān)系，既最優(yōu)調(diào)制比狀態(tài)；在380VAC充電模式下，通過380VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路分斷逆變橋與驅(qū)動電機的連接，將380VAC電源接入，逆變橋進入整流工作狀態(tài)，將380VAC整流為對應(yīng)的直流，供升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置反向工作，為高壓電池組充電。
4.一種如權(quán)利要求I或2所述的380VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路，其特征在于，當(dāng)在車輛行駛時，將逆變橋的交流輸出與電機的交流輸入連接，實現(xiàn)對電機的驅(qū)動；當(dāng)380VAC充電時分斷逆變橋的交流輸出與電機的交流輸入，將380VAC電源接入，實現(xiàn)380VAC對高壓電池組的充電。
5.一種如權(quán)利要求I所述的220VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路，其特征在于，當(dāng)在車輛行駛時，將高壓電池組的直流流輸出與升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置中的兩路升降壓電感連接，實現(xiàn)對電機的驅(qū)動；當(dāng)220VAC充電時分斷上述兩路升降壓電感連接，將其與220VAC電源連接，實現(xiàn)220VAC對高壓電池組的充電。
全文摘要
本發(fā)明涉及電動汽車電機驅(qū)動-充電一體化技術(shù)。為了解決現(xiàn)有電動汽車技術(shù)中電機驅(qū)動、車載高壓電池組充電器分別為獨立裝置從而占用車載空間大、車載電器重量大，同時還需配置地面大功率快速充電裝置的缺陷，本發(fā)明提供一種具有220VAC/380VAC充電功能的電機驅(qū)動－充電一體化裝置。該裝置包括升壓/降壓DC/DC變換裝置、支撐電容、電機驅(qū)動逆變橋、380VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路和220VAC充電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路。本發(fā)明可以提高電機低速的逆變橋效率，高速時電機的效率；可以在驅(qū)動電動汽車使用同樣功率電機條件下，逆變橋容量大幅度減??；可以不再使用地面大功率充電裝置，實現(xiàn)對高壓電池組的快速充電。
文檔編號H02J7/14GK102935812SQ20121034761
公開日2013年2月20日 申請日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者張承寧, 董玉剛, 孫逢春, 李軍求 申請人:北京理工大學(xué)