專利名稱：一種具有220vac/380vac充電功能的電機(jī)驅(qū)動(dòng)-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(jī)驅(qū)動(dòng)及電池充電領(lǐng)域，特別涉及電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)-充電一體化技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，電動(dòng)汽車技術(shù)正在飛速發(fā)展，電動(dòng)汽車市場(chǎng)日益壯大，但電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、車載高壓電池充電器幾乎都是兩個(gè)分離的裝置，即浪費(fèi)有限的車載空間，又增加了電動(dòng)汽車電器設(shè)備購(gòu)置成本。而且，驅(qū)動(dòng)器在車輛行駛時(shí)才工作，車輛充電時(shí)被閑置，車載高壓電池充電器在車輛行駛時(shí)被閑置，車輛充電時(shí)才工作，因此兩套裝置利用率都不高。另 夕卜，為了實(shí)現(xiàn)380VAC條件大功率快速充電，必需要有大功率充電機(jī)，但大功率充電機(jī)體積大、重量大，無(wú)法在安裝在車上，造成電動(dòng)汽車停靠充電地點(diǎn)受到很大的限制，為克服這一問(wèn)題，就要在各處配置大量地面充電機(jī)，這需要國(guó)家極其巨大的投資，同時(shí)占用大量的土地面積，同時(shí)還是無(wú)法滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)對(duì)電動(dòng)汽車的使用需求。上述問(wèn)題嚴(yán)重制約了電動(dòng)汽車的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題本發(fā)明提供一種具有220VAC/380VAC充電功能的電機(jī)驅(qū)動(dòng)一充電一體化裝置，使得一套電力電子驅(qū)動(dòng)裝置，在車輛行駛時(shí)實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功能，在停車充電時(shí)實(shí)現(xiàn)充電機(jī)的功能。由于要滿足電機(jī)驅(qū)動(dòng)的容量需求，該裝置的容量遠(yuǎn)大于電池快速充電時(shí)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(shuō)利用一套電機(jī)驅(qū)動(dòng)一充電一體化裝置，仍然以電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的成本就可實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、車載充電器和地面大功率充電機(jī)的功能。大幅度減少電動(dòng)汽車電器設(shè)備成本，取消地面充電機(jī)，為國(guó)家節(jié)省出巨額運(yùn)營(yíng)成本，使得電動(dòng)汽車在偏遠(yuǎn)地區(qū)也可以得到廣泛應(yīng)用。為了達(dá)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋、380VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路、220VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)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(jī)驅(qū)動(dòng)工作狀態(tài)下同時(shí)為正向斬波升壓工作方式，三路斬波升壓以開(kāi)關(guān)周期的1/3時(shí)延錯(cuò)開(kāi)進(jìn)行升壓斬波工作，減小系統(tǒng)紋波電流。當(dāng)電機(jī)為回饋制動(dòng)狀態(tài)下同時(shí)為反向斬波降壓工作方式，三路反向斬波降壓以開(kāi)關(guān)周期的1/3時(shí)延錯(cuò)開(kāi)進(jìn)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(shí)為反向斬波降壓工作方式，三路反向斬波降壓以開(kāi)關(guān)周期的1/3時(shí)延錯(cuò)開(kāi)進(jìn)行降壓斬波工作，減小系統(tǒng)紋波電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)控制開(kāi)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(jī)反電勢(shì)，串聯(lián)在其中電感等效為永磁同步電機(jī)的主電感，進(jìn)行無(wú)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(shí)導(dǎo)通升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置中第三只開(kāi)關(guān)功率管(IGBT)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電池組的慢速充電。進(jìn)一步的，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋，在車輛行駛過(guò)程中，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，既電機(jī)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(shí)，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(duì)逆變橋供電驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。當(dāng)機(jī)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(shí)，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(guò)此方法,在驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)時(shí)，電機(jī)可以設(shè)計(jì)更高的反電勢(shì),則在電機(jī)低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以獲得更高的調(diào)制比，從而提高了電機(jī)控制器的效率，高速時(shí)通過(guò)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(jī)高速工作時(shí)的效率。同時(shí)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)時(shí)，電機(jī)如果需要自由滑行(駕駛員松油門)，通過(guò)直接關(guān)閉升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置和逆變橋來(lái)實(shí)現(xiàn)，既完全的電機(jī)無(wú)電空轉(zhuǎn)。而傳統(tǒng)電動(dòng)汽車永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，由于沒(méi)有升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置，必須通過(guò)零轉(zhuǎn)矩弱磁控制來(lái)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(guò)380VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路分?jǐn)嚯姍C(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的連接，將380VAC電源接入，電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋進(jìn)入整流工作狀態(tài)，將380VAC整流為對(duì)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(jìn)一步的，所述當(dāng)在車輛行駛時(shí)，將逆變橋的交流輸出與電機(jī)的交流輸入連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；當(dāng)380VAC充電時(shí)分?jǐn)嗄孀儤虻慕涣鬏敵雠c電機(jī)的交流輸入，將380VAC電源接入，實(shí)現(xiàn)380VAC對(duì)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(jī)驅(qū)動(dòng)一充電一體化裝置，提高了電機(jī)驅(qū)動(dòng)的性能。同時(shí)替代了車載充電器和地面充電機(jī)，節(jié)省了車載充電器和地面充電機(jī)的購(gòu)置費(fèi)用。


圖I是本發(fā)明提供的具有220VAC/380VAC充電功能的電機(jī)驅(qū)動(dòng)一充電一體化裝置拓?fù)浣Y(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(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋，3、支撐電容，4、220VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路、5，380VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(jī)，12、高壓電池組。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋2，380VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路5，220VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路4。當(dāng)車輛正常行駛時(shí)380VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路5將主驅(qū)動(dòng)電機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋2聯(lián)通，220VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)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(dòng)永磁同步電機(jī)11時(shí)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，既電機(jī)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(shí)，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(duì)逆變橋2供電驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，既驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)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(shí)，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(kāi)關(guān)周期的1/3時(shí)延錯(cuò)開(kāi)進(jìn)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(dòng)永磁同步電機(jī)11回饋制動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，既電機(jī)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(shí)，升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I處于全通狀態(tài)。電機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，即電機(jī)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(shí)，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(kāi)關(guān)周期的1/3時(shí)延錯(cuò)開(kāi)進(jìn)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(jī)需要自由滑行時(shí)，關(guān)閉升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置I和電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋2，實(shí)現(xiàn)無(wú)電流自由滑行。當(dāng)車輛停車220VAC小功率慢速充電時(shí)380VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路5將主驅(qū)動(dòng)電機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋2聯(lián)通，220VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)反電勢(shì)，串聯(lián)在其中的電感等效為永磁同步電機(jī)的主電感，進(jìn)行無(wú)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(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)380VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路5將永磁同步電機(jī)11與電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋2分?jǐn)啵瑢?80VAC充電接口 10接入電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋2，220VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋2停止工作進(jìn)入整流狀態(tài)，將380VAC整流為對(duì)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(shí)為反向斬波降壓工作方式，三路反向斬波降壓以開(kāi)關(guān)周期的1/3時(shí)延錯(cuò)開(kāi)進(jìn)行降壓斬波工作，減小系統(tǒng)紋波電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋、380VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路、220VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路。
所述該電機(jī)驅(qū)動(dòng)一充電一體化裝置可以利用同一套裝置在車輛行駛時(shí)，控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，回饋制動(dòng)功能；在停車時(shí)，接入220VAC單相交流電可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車載高壓電池組的小功率慢速充電；在停車時(shí)，接入380VAC三相交流電可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋、380VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路、220VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)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(jī)驅(qū)動(dòng)工作狀態(tài)下同時(shí)為正向斬波升壓工作方式，當(dāng)電機(jī)為回饋制動(dòng)狀態(tài)下同時(shí)為反向斬波降壓工作方式，當(dāng)工作在380VAC充電模式下，同時(shí)為反向斬波降壓工作方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)控制開(kāi)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(shí)導(dǎo)通升壓(正向)/降壓(反向)DC/DC變換裝置中第三只開(kāi)關(guān)功率管(IGBT)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋、380VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路。
所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋，在車輛行駛過(guò)程中，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，既電機(jī)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(shí)，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(duì)逆變橋供電驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，當(dāng)電機(jī)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(shí)，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(guò)380VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路分?jǐn)嗄孀儤蚺c驅(qū)動(dòng)電機(jī)的連接，將380VAC電源接入，逆變橋進(jìn)入整流工作狀態(tài)，將380VAC整流為對(duì)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(kāi)關(guān)電路，其特征在于，當(dāng)在車輛行駛時(shí)，將逆變橋的交流輸出與電機(jī)的交流輸入連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；當(dāng)380VAC充電時(shí)分?jǐn)嗄孀儤虻慕涣鬏敵雠c電機(jī)的交流輸入，將380VAC電源接入，實(shí)現(xiàn)380VAC對(duì)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(kāi)關(guān)電路，其特征在于，當(dāng)在車輛行駛時(shí)，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(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；當(dāng)220VAC充電時(shí)分?jǐn)嗌鲜鰞陕飞祲弘姼羞B接，將其與220VAC電源連接，實(shí)現(xiàn)220VAC對(duì)高壓電池組的充電。
全文摘要
本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)-充電一體化技術(shù)。為了解決現(xiàn)有電動(dòng)汽車技術(shù)中電機(jī)驅(qū)動(dòng)、車載高壓電池組充電器分別為獨(dú)立裝置從而占用車載空間大、車載電器重量大，同時(shí)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(jī)驅(qū)動(dòng)－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(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋、380VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路和220VAC充電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路。本發(fā)明可以提高電機(jī)低速的逆變橋效率，高速時(shí)電機(jī)的效率；可以在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車使用同樣功率電機(jī)條件下，逆變橋容量大幅度減小；可以不再使用地面大功率充電裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電池組的快速充電。
文檔編號(hào)H02J7/14GK102935812SQ20121034761
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)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(qǐng)人:北京理工大學(xué)