一種雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，包括：逆變模塊，其與電機(jī)連接，用于將電車制動(dòng)時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；充電斬波模塊，其輸入端連接在逆變模塊上，輸出端直接連接在車載電池組的正負(fù)極上，用于將所述逆變模塊輸出的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕d電池組適用的直流電壓以對車載電池組進(jìn)行充電。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)電車制動(dòng)能量對車載電池組進(jìn)行充電，有利于電車電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及成本控制。
【專利說明】—種雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種用于雙源電車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于單電源電車需要長期搭接線網(wǎng)接收線網(wǎng)提供的電能以驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，所以單電源電車的運(yùn)行線路必須沿著電車線網(wǎng)。而雙源電車可以根據(jù)電車工況分別使用線網(wǎng)電源或自身配置的車載電池組驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，具有良好的脫線行駛機(jī)動(dòng)性能，所以越來越多的電車采用雙電源方案。
[0003]國內(nèi)用于雙源無軌電車供電的線網(wǎng)多為額定電壓DC600V直流供電，在存在線網(wǎng)的情況下，雙源無軌電車集電桿上升搭接線網(wǎng)，由線網(wǎng)供電以驅(qū)動(dòng)雙源無軌電車的電機(jī)運(yùn)行。當(dāng)雙源無軌電車運(yùn)行至不存在線網(wǎng)的區(qū)域時(shí)，雙源無軌電車集電桿落下，此時(shí)由車載電池組驅(qū)動(dòng)雙源無軌電車的電機(jī)運(yùn)行。
[0004]現(xiàn)有雙源無軌電車多采用交流異步電機(jī)，同時(shí)采用CAN總線進(jìn)行電機(jī)、電池管理系統(tǒng)(Battery Manage System,簡稱為BMS)、儀表、輔助系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信,并監(jiān)控各個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)雙源無軌電車發(fā)生故障時(shí)，故障能夠通過CAN總線直接反應(yīng)在儀表上。
[0005]圖1示出了現(xiàn)有雙源無軌電車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的主電路圖。當(dāng)雙源無軌電車制動(dòng)時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的交流電能通過三相橋式逆變電路轉(zhuǎn)換為直流電能。其中三相橋式逆變電路中的逆變器分別由自帶起保護(hù)作用的反并聯(lián)續(xù)流二極管的絕緣柵雙極型晶體管Vl1、V12、V21、V22、V31和V32構(gòu)成。由于線網(wǎng)輸出回路中二極管VD2和車載電池組輸出回路中二極管VDl的作用，電車制動(dòng)時(shí)三相橋式逆變電路產(chǎn)生的直流電能無法反饋到車載電池組中進(jìn)行存儲(chǔ)，只能通過由晶體管V41、V42和電阻Rx構(gòu)成的斬波回路進(jìn)行電阻消耗處理。電車制動(dòng)能量無法得到利用，導(dǎo)致現(xiàn)有雙電源無軌電車運(yùn)行能耗高，不利于節(jié)能環(huán)保。
[0006]現(xiàn)有雙源無軌電車配置的車載電池組只能通過在電車上額外安裝車載高壓充電機(jī)進(jìn)行充電，而無法通過電車制動(dòng)時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的電能進(jìn)行充電，也無法進(jìn)行在線充電。車載高壓充電機(jī)的使用不僅增加了電車電氣系統(tǒng)的規(guī)模和成本，還增加了電車電氣系統(tǒng)的故障源，不利于電車的集約化設(shè)計(jì)。
[0007]根據(jù)上述情況，亟需一種雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，使得電車的車載電池組能夠通過電車制動(dòng)過程中電機(jī)產(chǎn)生的電能進(jìn)行充電，還能夠進(jìn)行在線充電，從而實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和電車的集約化設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提出了一種雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其包括:
[0009]逆變模塊，與電機(jī)連接，用于將電車制動(dòng)時(shí)所述電機(jī)產(chǎn)生的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；
[0010]充電斬波模塊，其輸入連接在所述逆變模塊上，輸出直接連接在車載電池組的正負(fù)極上，用于將所述逆變模塊輸出的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樗鲕囕d電池組適用的直流電壓以供所述車載電池組保存。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述逆變模塊包括三相全控、半控或不可控逆變電路，其中,三相全控逆變電路中的每條支路包括一絕緣柵雙極型晶體管。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述充電斬波模塊包括DC-DC變壓電路，所述變壓電路包括開關(guān)單元和PWM單元，所述開關(guān)單元受PWM單元輸出的PWM信號(hào)控制以將輸入電壓值轉(zhuǎn)化為由PWM信號(hào)占空比確定的電壓值。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述開關(guān)單元包括級(jí)聯(lián)的第一和第二絕緣柵雙極型晶體管，所述第一絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極通過正向?qū)ǖ亩O管以及電感串聯(lián)構(gòu)成的續(xù)流支路連接到所述車載電池組的正極端，所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極連接到所述車載電池組的負(fù)極端。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述裝置還包括控制模塊，其用于:
[0015]根據(jù)電機(jī)回饋的制動(dòng)能量計(jì)算出目標(biāo)充電電壓和/或電流；
[0016]基于所計(jì)算的目標(biāo)充電電壓和/或電流來通過所述充電斬波模塊向所述車載電池組充電。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述控制模塊還包括電壓閉環(huán)控制單元和/或電流閉環(huán)控制單元，其實(shí)時(shí)采集所述車載電池組上的電壓和/或電流信號(hào)，基于所述目標(biāo)充電電壓和/或電流采用PID控制器來調(diào)節(jié)所述PWM單元輸出的PWM信號(hào)進(jìn)而控制向所述車載電池組充入的電能。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述控制模塊還包括通信單元，所述通信單元用于接收往來于所述控制模塊與電池管理系統(tǒng)BMS和車輛控制單元VCU之間的信息，并在控制所述充電斬波模塊向所述車載電池組充電之前還基于所述信息判斷是否滿足制動(dòng)能量回收條件或在線充電條件，并基于所述判斷來啟動(dòng)或禁止所述充電斬波模塊對所述車載電池組的充電。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述控制模塊還基于所述信息判斷線網(wǎng)供電狀態(tài)及線網(wǎng)電壓是否符合要求。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述控制模塊還包括特殊工況處理機(jī)制:
[0021]在搭線網(wǎng)運(yùn)行模式下通過線網(wǎng)絕緣節(jié)時(shí)，基于所述通信單元接收到的由所述車輛控制單元VCU采集的集電桿升降狀態(tài)和線網(wǎng)輸入的電壓狀態(tài)，判斷車輛是否處于過絕緣節(jié)狀態(tài)，若檢測到升集電桿狀態(tài)下且線網(wǎng)輸入電壓跌落，則停止在線充電和制動(dòng)能量回收；
[0022]在搭線網(wǎng)運(yùn)行模式下通過分線器時(shí)，基于所述通信單元接收到的由所述車輛控制單元VCU采集的有效過分線控制指令，來停止在線充電和制動(dòng)能量回收。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述通信單元包括CAN總線收發(fā)器。
[0024]通過本發(fā)明提供的裝置能夠?qū)㈦p源電車制動(dòng)時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的電能反饋到車載電池組中進(jìn)行存儲(chǔ)，還能夠?qū)囕d電池組進(jìn)行在線充電，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)電車電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及成本控制。
[0025]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡單的介紹:
[0027]圖1示出了現(xiàn)有雙源無軌電車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主電路圖；
[0028]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的部分電路原理圖；
[0030]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的BUCK電路原理圖；
[0031]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電流閉環(huán)控制電路原理圖；
[0032]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電壓閉環(huán)控制電路原理圖；
[0033]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙源電車運(yùn)行過程中控制模塊的控制流程圖；
[0034]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制動(dòng)能量回收過程中控制模塊的控制流程圖；
[0035]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在線充電過程中控制模塊的控制流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0036]以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0037]圖2示出了本發(fā)明提供的一種雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0038]如圖2所示，雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置201包括逆變模塊202和充電斬波模塊203。逆變模塊202與電機(jī)200連接，用于將電車制動(dòng)時(shí)電機(jī)200產(chǎn)生的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，逆變模塊202可以包括三相全控、半控或不可控逆變電路中任一種或幾種，但本發(fā)明不限于此，無論采用何種逆變電路，其均在本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0039]充電斬波模塊203的輸入端連接在逆變模塊202上，輸出端直接連接在車載電池組205的正負(fù)極上，用于將逆變模塊202輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為車載電池組205適用的直流電壓以供車載電池組205保存上述直流電能。
[0040]在本實(shí)施例中，充電斬波模塊203包括DC-DC變壓電路204，而DC-DC變壓電路204包括開關(guān)單元204a和PWM單元204b，其中開關(guān)單元204a受PWM單元204b輸出的PWM信號(hào)控制以將輸入電壓轉(zhuǎn)化為PWM信號(hào)占空比確定的電壓。
[0041]當(dāng)電車正常行駛時(shí)，逆變模塊202將線網(wǎng)或車載電池組205提供的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能并輸出給電機(jī)200，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)200正常運(yùn)行。當(dāng)電車制動(dòng)時(shí)，電機(jī)200能夠?qū)㈦娷囍苿?dòng)能量轉(zhuǎn)換為交流電能，而對車載電池組205進(jìn)行充電就需要在車載電池組205正負(fù)極兩端加載直流電能，逆變模塊202在電車制動(dòng)時(shí)能夠?qū)⑸鲜鼋涣麟娔苻D(zhuǎn)換為直流電能，因?yàn)槌潆姅夭K203的輸出端直接連接在車載電池組205的正負(fù)極上，所以逆變模塊202輸出的直流電壓在經(jīng)過充電斬波模塊203進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換后變?yōu)檫m用于車載電池組205的電壓并加載在車載電池組205的正負(fù)極兩端，從而實(shí)現(xiàn)利用電車制動(dòng)能量對車載電池組205進(jìn)行充電。
[0042]此外，當(dāng)電車不處于制動(dòng)狀態(tài)但仍需要對車載電池組205進(jìn)行充電時(shí)，雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置201能夠利用電車搭接的線網(wǎng)對車載電池組205進(jìn)行在線充電。當(dāng)電車搭接線網(wǎng)時(shí)，線網(wǎng)能夠?yàn)殡娷囂峁┲绷麟妷海潆姅夭K203接收該直流電壓并將其轉(zhuǎn)換為適用于車載電池組205的直流電壓，而充電斬波模塊203的輸出端直接連接在車載電池組205的正負(fù)極上，從而實(shí)現(xiàn)車載電池組205的在線充電。
[0043]圖3示出了雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置201的部分電路圖。
[0044]本實(shí)施例中，逆變模塊202包括三相全控逆變電路和三相不可控逆變電路，逆變模塊202可以看作三相全控逆變電路和三相不可控逆變電路的反并聯(lián)，其中三相全控逆變電路用于實(shí)現(xiàn)直流電能和交流電能的相互轉(zhuǎn)換，三相不可控逆變電路用于為感性負(fù)載提供續(xù)流回路以完成無功能量的續(xù)流和反饋。本實(shí)施例中，三相全控逆變電路中的逆變器和相應(yīng)三相不可控逆變電路中的逆變器都包含在自帶起保護(hù)作用的反并聯(lián)續(xù)流二極管的絕緣柵雙極型晶體管中。需要說明的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，絕緣柵雙極型晶體管還可以由晶閘管等元件代替，但本發(fā)明不限于此。
[0045]如圖3所示的電路中，絕緣柵雙極型晶體管Vl 1、Vl2、V21、V22、V31、V32在逆變和整流過程中的導(dǎo)通順序相同，均是按照Vl 1、V32、V21、Vl2、V31、V22的順序進(jìn)行導(dǎo)通，各晶體管的觸發(fā)信號(hào)依次互差60°。根據(jù)各晶體管的導(dǎo)通時(shí)間可以分為180°導(dǎo)通型和120°導(dǎo)通型兩種工作方式。在180°導(dǎo)通型的逆變電路中，同一橋臂中上下兩只晶體管輪流導(dǎo)通，稱為互補(bǔ)管；在120°導(dǎo)通型的逆變電路中，各晶體管導(dǎo)通120°，任意瞬間只有不同相的兩只晶體管導(dǎo)通，同一橋臂中上下兩只晶體管不是瞬時(shí)互補(bǔ)導(dǎo)通，而是存在60°的時(shí)間間隔，當(dāng)某相中沒有晶體管導(dǎo)通時(shí)，其感性電流經(jīng)該相中的二極管流通。
[0046]如圖3所示，DC-DC變壓電路204的開關(guān)單元204a包括級(jí)聯(lián)的第一絕緣柵雙極型晶體管Vl和第二絕緣柵雙極型晶體管V2，第一絕緣柵雙極型晶體管Vl的發(fā)射極通過正向?qū)ǖ亩O管D3以及電感L2串聯(lián)構(gòu)成的續(xù)流支路連接到車載電池組205的正極端，第二絕緣柵雙極型晶體管V2的發(fā)射極連接到車載電池組205的負(fù)極端。其中，本實(shí)施例中，第一絕緣柵雙極型晶體管Vl和第二絕緣柵雙極型晶體管V2自帶起保護(hù)作用的反并聯(lián)續(xù)流二極管。PWM單元能夠輸出不同占空比的PWM信號(hào)控制第一絕緣柵雙極型晶體管Vl和第二絕緣柵雙極型晶體管V2的通斷，進(jìn)而調(diào)節(jié)DC-DC變壓電路204輸出信號(hào)的平均值，以使其適用于車載電池組205，從而實(shí)現(xiàn)對車載電池組205進(jìn)行充電。
[0047]開關(guān)單元204a可以看作一 BUCK電路，圖4示出了 BUCK電路原理圖。如圖4所示，BUCK電路包括負(fù)載電阻R401、電感L402、開關(guān)管K403、支撐電容C405和二極管D406。開關(guān)單元中的第一絕緣柵雙極型晶體管和第二絕緣柵雙極型晶體管構(gòu)成了 BUCK電路中的開關(guān)管K403，開關(guān)管K403連接在電源Uin正極端和電感L402之間以控制電源Uin和電感L402之間連接的通斷，電容C405與負(fù)載電阻R401并聯(lián)并串接在電感L502和電源Uin負(fù)極端之間。通過調(diào)節(jié)開關(guān)管K403的通斷來控制輸出的直流電壓，該直流電壓由占空比可調(diào)的方波脈沖構(gòu)成，方波脈沖的平均值就是直流輸出電壓Uo。
[0048]如圖4所示，當(dāng)開關(guān)管K403導(dǎo)通時(shí)，電源Uin通過開關(guān)管K403及電感L402對負(fù)載電阻R401進(jìn)行供電，并同時(shí)對電感L402充電，電感L402相當(dāng)于一個(gè)恒流源，起能量傳遞的作用。當(dāng)開關(guān)管K403關(guān)斷時(shí)，電感L402中存儲(chǔ)的能量通過起續(xù)流作用的二極管D406形成的回路，對負(fù)載電阻R401繼續(xù)供電，從而保證了負(fù)載端獲得連續(xù)的電流。
[0049]再次如圖2所示，在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例中，雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置還包括控制模塊206?？刂颇K206能夠在電車制動(dòng)時(shí)根據(jù)電車制動(dòng)能量計(jì)算出目標(biāo)充電電壓或電流，即充電斬波模塊203需要輸出的電壓值或電流值。根據(jù)計(jì)算出的目標(biāo)充電電壓或電流，控制模塊206能夠向充電斬波模塊203中的PWM單元204b輸出控制信號(hào)，PWM單元204b根據(jù)該控制信號(hào)輸出PWM信號(hào)控制開關(guān)單元204a的通斷，從而使得充電斬波模塊203的輸出信號(hào)按照目標(biāo)充電電壓或電流進(jìn)行輸出，實(shí)現(xiàn)利用電車制動(dòng)能量對車載電池組205進(jìn)行充電。
[0050]本實(shí)施例中，控制模塊206包括電流閉環(huán)控制單元206a，電流閉環(huán)控制單元206a能夠?qū)崟r(shí)采集充電斬波模塊203向車載電池組205輸出的電流信號(hào)，并基于計(jì)算得到的目標(biāo)充電電流采用PID控制器來調(diào)節(jié)PWM單元輸出的PWM信號(hào)進(jìn)而控制向車載電池組充入的電能。
[0051]下面利于BUCK電路來對控制模塊206對充電斬波模塊203的控制原理進(jìn)行說明。
[0052]圖5示出了電流閉環(huán)控制電路原理圖。電流閉環(huán)控制單元包括比較器503和PID控制器504。比較器503的一個(gè)輸入端與BUCK電路的電流輸出端連接，以接收BUCK電路輸出的電流Ιο。比較器503的另一個(gè)輸入端與控制模塊的目標(biāo)點(diǎn)流輸出端連接，當(dāng)電車處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，控制模塊能夠根據(jù)電機(jī)反饋的制動(dòng)能量計(jì)算出目標(biāo)充電電流，該目標(biāo)充電電流作為充電參考電流Iref輸送到比較器503的另一個(gè)輸入端。比較器503根據(jù)BUCK電路輸出電流1和充電參考電流Iref輸出電流偏差信號(hào)到PID控制器504。
[0053]PID控制器504接收比較器503輸出的電流偏差信號(hào)，并根據(jù)該電流偏差信號(hào)按照預(yù)設(shè)的規(guī)律輸出調(diào)節(jié)信號(hào)到PWM單元204b。PWM單元204b的正向輸入端接入PID控制器504輸出的調(diào)節(jié)信號(hào)，反向輸入端接入一鋸齒波信號(hào)。PWM單元204b根據(jù)上述調(diào)節(jié)信號(hào)和鋸齒波信號(hào)輸出PWM信號(hào),該P(yáng)WM信號(hào)是一占空比可調(diào)的方波信號(hào)。
[0054]當(dāng)BUCK電路的輸出電流小于充電參考電流時(shí)，PWM單元204b輸出的方波信號(hào)的占空比增大，開關(guān)管K403的導(dǎo)通時(shí)間也隨之增大，從而使得BUCK電路的輸出電流的平均值增大；iBUCK電路的輸出電流大于充電參考電流時(shí)，PWM單元204b輸出的方波信號(hào)的占空比減小，開關(guān)管K403的導(dǎo)通時(shí)間也隨之減小，從而使得BUCK電路輸出電流的平均值減小。
[0055]電流閉環(huán)控制電路實(shí)現(xiàn)了根據(jù)電車制動(dòng)能量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)充電斬波模塊的輸出電流，以對車載電池組進(jìn)行充電，提高了車載電池組的使用壽命和可靠性。
[0056]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，控制模塊206對充電斬波模塊的控制還可以由電壓閉環(huán)控制單元206b完成，電壓閉環(huán)控制單元206b能夠?qū)崟r(shí)采集充電斬波模塊203向車載電池組輸出的電壓信號(hào)，并基于計(jì)算得到的目標(biāo)充電電壓采用PID控制器504來調(diào)節(jié)PWM單元204b輸出的PWM信號(hào)進(jìn)而控制向車載電池組充入的電能。圖6示出了電流閉環(huán)控制電路的原理圖，其控制原理與電壓閉環(huán)控制電路相同，在此不再贅述。
[0057]需要說明的是，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，控制模塊既可以單獨(dú)采用電流閉環(huán)控制單元206a，也可以單獨(dú)采用電壓閉環(huán)控制單元206b，還可以在采用電流閉環(huán)控制單元206a對充電斬波模塊輸出電流進(jìn)行控制的前提下采用電壓閉環(huán)控制單元206b，但本發(fā)明不限于此，無論采用何種方式，其均在本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。[0058]再次如圖2所示，本實(shí)施例中，控制模塊206還可以包括通信單元206c，用于接收往來于控制模塊206與BMS207和車輛控制單元(Vehicle Control Unit，簡稱為VCU) 208之間的信息，并在控制充電斬波模塊203向車載電池組205充電之前還基于上述信息是否滿足制動(dòng)能量回收條件或在線充電條件，并基于上述判斷來啟動(dòng)或禁止充電斬波模塊203對車載電池組205的充電。通信單元206c包括CAN總線收發(fā)器，可以實(shí)現(xiàn)控制模塊206、BMS207和V⑶208之間通過CAN總線連接，但本發(fā)明不限于此，控制模塊206、BMS207和V⑶208之間還可以采用其他連接方式。
[0059]圖7示出了電車運(yùn)行過程中控制模塊的控制流程圖。
[0060]如圖7所示，在步驟S701中進(jìn)行上電自檢，以確認(rèn)裝置能夠正常運(yùn)行。本實(shí)施例中，在上電自檢的過程中主要完成初始化和自檢等操作，其中初始化操作在步驟S701a中完成，自檢操作在步驟S701b中完成。當(dāng)上電自檢完成后執(zhí)行步驟S702a和步驟S703a。
[0061]控制模塊在步驟S702a中對采集逆變模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，并在步驟S702b中根據(jù)采集到的逆變模塊輸出信號(hào)判斷逆變模塊是否存在故障。如果逆變模塊存在故障，則執(zhí)行步驟S702c進(jìn)行故障處理，隨后返回步驟S702a對故障處理后的逆變模塊進(jìn)行信號(hào)采樣；如果逆變模塊不存在故障，則執(zhí)行步驟S704。
[0062]控制模塊在步驟S703a中對充電斬波模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，其流程與逆變模塊相同，在此不再贅述。
[0063]當(dāng)逆變模塊和充電斬波模塊均正常時(shí)，在步驟S704中控制預(yù)充電回路，隨后執(zhí)行步驟S705a和步驟S706a。
[0064]在步驟S705a中，控制模塊通過通信單元與VCU進(jìn)行通信以接收VCU發(fā)出的信息，控制模塊根據(jù)該信息判斷逆變模塊是否需要進(jìn)行電能的逆變或整流，隨后在步驟S705b中判斷是否滿足逆變或整流的啟機(jī)條件。當(dāng)滿足啟機(jī)條件時(shí)，執(zhí)行步驟S705c，根據(jù)VCU發(fā)出的信息控制逆變模塊。
[0065]如果VCU發(fā)出牽引指令，即機(jī)車正常行駛指令，則在步驟S705c中控制模塊根據(jù)該牽引指令控制逆變模塊將線網(wǎng)或車載電池組提供的直流電能逆變?yōu)榻涣麟娔?，從而?qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，完成牽引工況響應(yīng)；如果VCU發(fā)出制動(dòng)指令，則在步驟S705C中控制模塊根據(jù)該制動(dòng)指令控制逆變模塊將電車制動(dòng)過程中電機(jī)產(chǎn)生的交流電能整流為直流電能，完成制動(dòng)工況響應(yīng)。
[0066]在步驟S706a中，控制模塊通過通信單元接收BMS發(fā)出的指令，該指令包含表征能否對車載電池組進(jìn)行充電的信息、在線充電的啟機(jī)指令和目標(biāo)充電電流和/或電壓。
[0067]隨后在步驟S706b中控制模塊接收制動(dòng)工況下反饋的數(shù)據(jù)并判斷是否滿足充電斬波模塊的啟機(jī)條件?？刂颇K通過接收到的BMS發(fā)出的指令判斷當(dāng)前是否需要對車載電池組進(jìn)行充電，當(dāng)電車處于制動(dòng)工況時(shí)，控制模塊還能夠接收制動(dòng)工況下電機(jī)返回的電能參數(shù)，其中該電能參數(shù)包括電車制動(dòng)能量和目標(biāo)充電電流和/或電壓。當(dāng)需要進(jìn)行充電時(shí)而根據(jù)接收的指令判斷電車制動(dòng)能量或線網(wǎng)供電狀態(tài)及線網(wǎng)電壓是否符合充電要求當(dāng)滿足啟機(jī)條件時(shí)，執(zhí)行步驟S706c，控制充電斬波模塊輸出目標(biāo)充電電流和/或電壓；當(dāng)不滿足啟機(jī)條件時(shí)，返回步驟S701b重新自檢。
[0068]當(dāng)在步驟S706b中控制模塊接收到制動(dòng)工況反饋的數(shù)據(jù)并且判定當(dāng)前滿足啟機(jī)條件時(shí)，控制模塊根據(jù)該數(shù)據(jù)計(jì)算得到電車的制動(dòng)能量，并根據(jù)制動(dòng)能量計(jì)算得到目標(biāo)充電電流和/或電壓。在步驟S706c中，控制模塊將按照計(jì)算得到的目標(biāo)充電電流和/或電壓控制充電斬波模塊的輸出信號(hào)以實(shí)現(xiàn)對車載電池組的充電，完成制動(dòng)能量回收工況響應(yīng)。
[0069]當(dāng)在步驟S706b中控制模塊沒有接收到制動(dòng)工況反饋的數(shù)據(jù)并且判定當(dāng)前滿足啟機(jī)條件時(shí)，在步驟S706c中，控制模塊根據(jù)接收到的BMS發(fā)送的指令中包含的在線充電啟機(jī)指令和目標(biāo)充電電流和/或電壓控制充電斬波模塊的輸出信號(hào)以實(shí)現(xiàn)利用線網(wǎng)對車載電池組進(jìn)行充電，完成在線充電工況響應(yīng)。
[0070]如果BMS發(fā)出在線充電指令，即通過電車搭接的線網(wǎng)對車載電池組進(jìn)行在線充電，則在步驟S706c中控制模塊根據(jù)接收到的在線充電指令中包含的目標(biāo)充電電壓或電流控制充電斬波模塊將線網(wǎng)提供的直流電能轉(zhuǎn)換為適于車載電池組充電的直流電壓用于對車載電池組進(jìn)行充電，完成在線充電工況響應(yīng)；如果BMS發(fā)出制動(dòng)能量回收指令，則在步驟S706c中控制模塊根據(jù)接收到的制動(dòng)工況響應(yīng)返回的電能參數(shù)控制充電斬波模塊將逆變模塊輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為適于車載電池組充電的直流電壓，實(shí)現(xiàn)利用電車制動(dòng)能量為車載電池組進(jìn)行充電,從而完成制動(dòng)能量回收工況響應(yīng)。
[0071]圖8示出了制動(dòng)能量回收過程中控制模塊的控制流程圖。
[0072]首先在步驟S801中進(jìn)行上電自檢，以確認(rèn)裝置能夠正常運(yùn)行。在步驟801a中，進(jìn)行自檢，并在步驟SSOlb中對逆變模塊和充電斬波模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，隨后在步驟SSOlc中判斷采樣得到的數(shù)據(jù)是否正常。如果數(shù)據(jù)正常，執(zhí)行步驟S802 ;如果數(shù)據(jù)不正常，則執(zhí)行步驟SSOld進(jìn)行故障處理，排除故障后返回步驟S801b。
[0073]在步驟S802中通過CAN總線接收VCU和BMS的信息以分別獲取制動(dòng)指令和能量回收指令，VCU發(fā)出的制動(dòng)指令用于使電車處于制動(dòng)工況響應(yīng)狀態(tài)，BMS發(fā)出的充電指令用于在對車載電池組進(jìn)行充電。
[0074]在步驟S803中判斷逆變模塊是否啟動(dòng)并工作在制動(dòng)工況響應(yīng)狀態(tài)，如果是，執(zhí)行步驟S804a ;如果否，則返回步驟S802重新接收指令。
[0075]當(dāng)逆變模塊正常啟動(dòng)并工作在制動(dòng)工況響應(yīng)狀態(tài)時(shí)，在步驟S804a中控制模塊實(shí)時(shí)計(jì)算電車的制動(dòng)能量，并在步驟S804b中根據(jù)步驟S804a中得到的制動(dòng)能量計(jì)算出目標(biāo)充電電壓或電流，使充電斬波模塊的輸出電壓或電流按照計(jì)算得到的目標(biāo)充電電壓或電流進(jìn)行輸出，以滿足車載電池組的充電要求。
[0076]在步驟S805中判斷是否滿足制動(dòng)能量回收的啟動(dòng)條件，如果滿足，執(zhí)行步驟S807 ;當(dāng)電車處于特殊工況(例如過絕緣節(jié)工況或過分線工況)時(shí)，則判定不滿足制動(dòng)能量回收的啟動(dòng)條件，執(zhí)行步驟S806a判定當(dāng)前不適宜對車載電池組進(jìn)行充電，禁止充電斬波模塊輸出直流電源，隨后執(zhí)行步驟S806b。
[0077]在步驟S806b中，在判定當(dāng)前不滿足制動(dòng)能量回收啟動(dòng)條件后延時(shí)一預(yù)定時(shí)間，并重新判定是否滿足制動(dòng)能量回收的啟動(dòng)條件，本實(shí)施例中上述預(yù)定時(shí)間為3秒。如果滿足啟動(dòng)條件，執(zhí)行步驟S807 ;如果不滿足，則返回步驟S806a。
[0078]當(dāng)雙源電車在搭接線網(wǎng)運(yùn)行模式下駛過線網(wǎng)絕緣節(jié)時(shí)，控制模塊通過CAN總線接收由VCU采集發(fā)送的車輛集電桿升降狀態(tài)，并檢測線網(wǎng)輸入雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電壓狀態(tài)以判斷車輛是否處于過絕緣節(jié)裝填。如果檢測到升集電桿狀態(tài)下雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置輸入電壓跌落，則強(qiáng)制停止在線充電功能和制動(dòng)能量回收功能，并延時(shí)3秒后重新判斷是否啟動(dòng)在線充電功能或制動(dòng)能量回收功能。[0079]當(dāng)雙源電車在搭線網(wǎng)運(yùn)行模式下通過分線器時(shí)，控制模塊通過CAN總線接收由VCU采集發(fā)送的過分線控制指令，若檢測到過分線指令有效，則強(qiáng)制停止在線充電和制動(dòng)能量回收，并延時(shí)3秒后重新判斷是否啟動(dòng)在線充電或制動(dòng)能量回收。
[0080]當(dāng)控制模塊判定當(dāng)前滿足制動(dòng)能量回收條件后，在步驟S807中，控制模塊對充電斬波模塊進(jìn)行PID控制使其按照步驟S804b中的得到的目標(biāo)充電電壓或電流輸出直流電能，從而實(shí)現(xiàn)利用電車制動(dòng)能量對車載電池組進(jìn)行充電。
[0081]隨后在步驟S808中，判斷裝置是否存在故障，如果不存在故障，則繼續(xù)執(zhí)行步驟S807對車載電池組進(jìn)行充電；如果存在故障，則執(zhí)行步驟S809進(jìn)行故障處理，此次充電操作結(jié)束。
[0082]通過本發(fā)明提供的雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置還能夠?qū)崿F(xiàn)車載電池組的在線充電，圖9示出了雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置對車載電池組進(jìn)行在線充電的過程中控制模塊的控制流程圖。當(dāng)電車在搭接線網(wǎng)的狀態(tài)需要充電時(shí)，雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置可以利用線網(wǎng)提供的直流電能對車載電池組進(jìn)行在線充電。
[0083]如圖9所示，首先在步驟S901中進(jìn)行上電自檢，此過程與上述S8011相同，在此不再贅述。隨后在步驟S902中通過CAN總線接收BMS發(fā)出的指令，其中該指令中包含了表征車載電池組狀態(tài)的狀態(tài)指令、目標(biāo)充電電流和/或電壓。
[0084]在步驟S903中判斷是否滿足在線充電條件，其中包括判斷電車是否處于線網(wǎng)供電狀態(tài)、線網(wǎng)電壓是否符合在線充電要求以及電車是否不處于特殊工況(例如過絕緣節(jié)工況或過分線工況)。如果滿足在線充電條件，執(zhí)行步驟S904 ;如果不滿足，則執(zhí)行步驟905，系統(tǒng)判定當(dāng)前不適宜對車輛電池組進(jìn)行充電，禁止充電斬波模塊輸出直流電能，隨后執(zhí)行步驟S906b延時(shí)3秒后重現(xiàn)判斷是否在線充電條件。
[0085]步驟S904以及隨后的步驟與上述制動(dòng)能量回收過程中控制模塊的控制的流程相同，在此不再贅述。
[0086]雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙源電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，包括: 逆變模塊，與電機(jī)連接，用于將電車制動(dòng)時(shí)所述電機(jī)產(chǎn)生的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電倉泛; 充電斬波模塊，其輸入連接在所述逆變模塊上，輸出直接連接在車載電池組的正負(fù)極上，用于將所述逆變模塊輸出的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樗鲕囕d電池組適用的直流電壓以供所述車載電池組保存所述直流電能。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述逆變模塊包括三相全控、半控或不可控逆變電路，其中，三相全控逆變電路中的每條支路包括一絕緣柵雙極型晶體管。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述充電斬波模塊包括DC-DC變壓電路，所述變壓電路包括開關(guān)單元和PWM單元，所述開關(guān)單元受PWM單元輸出的PWM信號(hào)控制以將輸入電壓值轉(zhuǎn)化為由PWM信號(hào)占空比確定的電壓值。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述開關(guān)單元包括級(jí)聯(lián)的第一和第二絕緣柵雙極型晶體管，所述第一絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極通過正向?qū)ǖ亩O管以及電感串聯(lián)構(gòu)成的續(xù)流支路連接到所述車載電池組的正極端，所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極連接到所述車載電池組的負(fù)極端。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括控制模塊，其用于: 根據(jù)電機(jī)回饋的制動(dòng)能量計(jì)算出目標(biāo)充電電壓和/或電流； 基于所計(jì)算的目標(biāo)充電電壓和/或電流來通過所述充電斬波模塊向所述車載電池組充電。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述控制模塊還包括電壓閉環(huán)控制單元和/或電流閉環(huán)控制單元，其實(shí)時(shí)采集所述車載電池組上的電壓和/或電流信號(hào)，基于所述目標(biāo)充電電壓和/或電流采用PID控制器來調(diào)節(jié)所述PWM單元輸出的PWM信號(hào)進(jìn)而控制向所述車載電池組充入的電能。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述控制模塊還包括通信單元，所述通信單元用于接收往來于所述控制模塊與電池管理系統(tǒng)BMS和車輛控制單元VCU之間的信息，并在控制所述充電斬波模塊向所述車載電池組充電之前還基于所述信息判斷是否滿足制動(dòng)能量回收條件或在線充電條件，并基于所述判斷來啟動(dòng)或禁止所述充電斬波模塊對所述車載電池組的充電。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述控制模塊還基于所述信息判斷線網(wǎng)供電狀態(tài)及線網(wǎng)電壓是否符合要求。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述控制模塊還包括特殊工況處理機(jī)制: 在搭線網(wǎng)運(yùn)行模式下通過線網(wǎng)絕緣節(jié)時(shí)，基于所述通信單元接收到的由所述車輛控制單元VCU采集的集電桿升降狀態(tài)和線網(wǎng)輸入的電壓狀態(tài)，判斷車輛是否處于過絕緣節(jié)狀態(tài)，若檢測到升集電桿狀態(tài)下且線網(wǎng)輸入電壓跌落，則停止在線充電和制動(dòng)能量回收；在搭線網(wǎng)運(yùn)行模式下通過分線器時(shí)，基于所述通信單元接收到的由所述車輛控制單元VCU采集的有效過分線控制指令，來停止在線充電和制動(dòng)能量回收。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述通信單元包括CAN總線收發(fā)器。
【文檔編號(hào)】H02J7/14GK103633720SQ201310571011
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】劉毅, 楊洪波, 陳竹, 王征宇 申請人:湖南南車時(shí)代電動(dòng)汽車股份有限公司