CN102837618A - 一种增程式电动车的动力及其控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车领域，尤其涉及一种增程式电动车的动力及其控制系统，包括：三相交流电动机，用于通过传动装置或者直接驱动车轮行进；通过升降压变换器和逆变器向所述电动机供电的蓄电池组；三相交流发电机组；将所述三相交流发电机组输出的交流电整流为直流电的整流器；其中，所述整流器的三相交流输入端分别连接交流发电机组的三相交流输出端，所述整流器的直流输出端的正负极分别连接蓄电池的正负极。上述动力及其控制系统能够同时提高电动机的力矩密度以及发电机的功率密度，从而减小电动机和发电机的重量和尺寸。

Description

一种增程式电动车的动力及其控制系统
技术领域
本发明涉及汽车领域，尤其涉及一种增程式电动车的动力及其控制系统。
背景技术
世界上第一辆电动车诞生于1881年，比燃油汽车还要早5年，但是当时电动车的续驶里程太短，充电时间太长，同时内燃机技术趋于完善，一次加油能持续行驶400-500km，燃油价格便宜，因此电动车逐渐被燃油汽车淘汰了。
然而汽车的发展在给人类带来巨大利益的同时也在面对能源、环境与气候问题的挑战。汽车技术在促进科技进步的同时科技的进步也在极大地促进汽车技术的进步。现有的汽车技术已经使内燃机汽车在节能与排放方面取得了重大的进展，但是世界汽车的保有量在急剧地增加，燃油汽车每年消耗的能源和排放的污染物的数量也在逐年递增。面对日益严峻的能源、环境和气候问题，世界各国的政府、学术界和工业界都将目光投向了环保与节能的电动车，并且都在加大对电动车开发的投入力度，加速电动车的商品化步伐。
电动车包括有：混合动力汽车、纯电动车、燃料电池汽车、氢发动机汽车以及燃气汽车、醇醚汽车等。目前增程式电动车作为一种电动车的最新技术，得到广泛关注。
发明内容
本发明为增程式电动车提供一种动力及其控制系统。
本发明实施例提供的增程式电动车动力及其控制系统包括：三相交流电动机，用于通过传动装置或者直接驱动车轮行进；
通过升降压变换器和逆变器向所述电动机供电的蓄电池组；
三相交流发电机组；
将所述三相交流发电机组输出的交流电整流为直流电的整流器；
其中，所述整流器的三相交流输入端分别连接交流发电机组的三相交流输出端，所述整流器的直流输出端的正负极分别连接蓄电池的正负极。
上述动力及其控制系统用于增程式电动车，一方面，从蓄电池组到三相交流电动机经过由两级架构组成的电机驱动器，即升降压变换器升压后，再经逆变器逆变为三相交流电，可以在同样相电流的条件下，电动机实现更高的转速或/和转矩，这就意味着在同样输出功率的指标下，电动机重量和尺寸可以缩小，从而提高了电动机的力矩密度，更适合电动汽车的应用。另一方面，三相交流发电机组，仅经过一级变换器专职用于给蓄电池组充电，在蓄电池组容量低于设定值时，三相交流发电机组被启动，内燃机带动发电机发电，经整流器整流后直接向蓄电池组充电。
进一步为提高了发电机的功率密度，从而减小发电机的尺寸，较佳的，三相交流发电机组一般包括：三相发电机，升速齿轮箱，以及通过所述升速齿轮箱驱动发电机的内燃机。这样的话，三相交流发电机组发电机组中采用了变速箱后，发电机的转速会提高，从而提高发电机的输出电压，发电机工作在较高的输出电压，意味着在同等输出功率指标下，只需要较小的相电流，从而使发电机尺寸可以缩小，进而提高了发电机的功率密度。
为了将发电机组的输出的三相交流电整流为直流电，所述整流器包括三相并联的第一支路，每一相第一支路包括：两个串联的第一晶体管，其中一个第一晶体管的集电极连接所述蓄电池组的正极，发射极分别连接所述三相交流发电机组的其中一相电源输出端和另一个第一晶体管的集电极，另一个第一晶体管的发射极连接所述蓄电池组的负极；以及两个第一二极管，分别和一个第一晶体管并联，其中，第一二极管的阴极连接第一晶体管的集电极，阳极连接第一晶体管的发射极。这样，通过控制各个晶体管的导通时间，可以将三相交流电整流为直流电，以满足蓄电池组的充电需求。
由于绝缘栅双极型晶体管具有低损耗和高开关频率的优势，所以第一晶体管采用绝缘栅双极型晶体管可以进一步提高电动车的动力及其控制系统的性能。
为平滑充电电压，可以在所述蓄电池组正负极之间连接一个滤波电容。
较佳的，逆变器包括三相并联的第二支路，每一相第二支路包括：两个串联的第二晶体管，其中一个第二晶体管的集电极连接所述升降压变换器的一个输出端，发射极分别连接所述三相交流电动机的其中一相电源输入端和另一个第二晶体管的集电极，另一个第二晶体管的发射极连接所述升降压变换器的另一个输出端；以及两个第二二极管，分别和一个第二晶体管并联，其中，第二二极管的阴极连接第二晶体管的集电极，阳极连接第二晶体管的发射极。
升降压变换器也可以包括：至少一条第三支路，每一条第三支路包括：两个第三晶体管，其中一个第三晶体管的集电极连接第二支路一端，发射极通过电感器连接蓄电池组正极，同时连接另一个第一晶体管的集电极，另一个第一晶体管的发射极连接所述蓄电池组的负极；两个第三三极管，分别和一个第三晶体管并联，其中，第三二极管的阴极连接第三晶体管的集电极，阳极连接第三晶体管的发射极。
同样由于绝缘栅双极型晶体管具有低损耗和高开关频率的优势，第二晶体管和第三晶体管可以全部采用绝缘栅双极型晶体管，或者其中之一采用绝缘栅双极型晶体管。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1为本发明实施例提供的用于增程式电动车的一种动力及其控制系统结构示意图。
图2为本发明实施例提供用于增程式电动车的动力及其控制系统电路结构的第一种具体示例。
图3为本发明实施例提供用于增程式电动车的动力及其控制系统电路结构的第二种具体示例。
图4为本发明实施例提供用于增程式电动车的动力及其控制系统电路结构的第三种具体示例。
其中，附图标号如下：
11-三相交流电动机、12-逆变器、13-升降压变换器、14-蓄电池组、15-三相交流发电机组、16-整流器、151-三相发电机、152-升速齿轮箱、153-内燃机。
具体实施方式
增程式电动车采用蓄电池向驱动车辆的电动机供电，蓄电池可以外部充电，同时内部可以采用内燃式发电机为蓄电池充电，从而增加续航里程，故而称为增程式电动车，本发明为增程式电动车提供一种动力及其控制系统。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下以具体实施例对本发明进一步详细说明。
如图1所示，示意性的给出了本发明为增程式电动车提供的一种动力及其控制系统结构图，包括：
三相交流电动机11，用于通过传动装置或者直接驱动车轮行进；
通过升降压变换器13和逆变器12向电动机供电的蓄电池组14；
三相交流发电机组15；
将三相交流发电机组15输出的交流电整流为直流电的整流器16；
其中，整流器16的三相交流输入端分别连接交流发电机组15的三相交流输出端，整流器16的直流输出端的正负极分别连接蓄电池14的正负极。
仍参见图1所示，三相交流发电机组15一般包括：三相发电机151，升速齿轮箱152，以及通过升速齿轮箱152驱动发电机的内燃机153。
增程式电动车辆需要采用轻量化及高效率的动力及动力控制系统，从而提高车辆的续驶里程。上述动力及其控制系统，一方面从高压蓄电池组到三相交流电动机经过由两级架构组成的电机驱动器，即升降压变换器升压后，电动机可以实现更高的转矩和功率密度，电动机重量和尺寸可以缩小；另一方面，三相交流发电机组，由于采用了升速齿轮箱，从而提高发电效率，减小发电机尺寸和重量。
上述动力及其控制系统，由于采用了升降压变换器13，提高驱动电动机的允许的最高反电动势，从而能够采用较小的电流来满足功率和力矩需求，提高了电动机的力矩密度和功率密度，同时，在同样的输出功率下由于采用较小的电流，电动机损耗降低，提高了电动机系统的效率。发电机系统由于采用了升速齿轮箱152，发电机的转速会提高，从而提高发电机的输出电压，和电动机的情况类似，发电机工作在较高的输出电压，意味着在同等输出功率指标下，只需要较小的相电流，从而使发电机尺寸可以缩小，进而提高了发电机的功率密度。
图2、图3和图4分别给出了三种具体示例，在这三种具体示例中，整流器16为三相整流器，包括三相并联的支路，每一相支路包括两个串联的晶体管，每一个晶体管并联一个二极管，例如其中一相支路具体包括：
两个串联的晶体管(Q1，Q2)，其中一个晶体管Q1的集电极连接蓄电池组14的正极，发射极分别连接三相交流发电机组的其中一相电源输出端和另一个晶体管Q2的集电极，另一个晶体管Q2的发射极连接蓄电池组14的负极；以及两个二极管(D1，D2)，分别和一个晶体管并联，例如：二极管D1连接在晶体管Q1集电极和发射极之间，其中，二极管D1的阴极连接晶体管Q1的集电极，阳极连接晶体管Q1的发射极。
整流器16的另两相支路中，一相支路包括：两个串联的晶体管(Q3，Q4)，分别并联二极管(D3，D4)，另一相支路包括：两个串联的晶体管(Q5，Q6)，分别并联二极管(D5，D6)，具体连接方式不再赘述。
优选的，绝缘栅双极型晶体管具有低损耗和高开关频率的优势，因此整流器16中的晶体管为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。
为实现滤波，还可以进一步将滤波电容C1连接在蓄电池组14的正负极之间。
仍参见图2、图3和图4给出的三个具体示例，逆变器12的一种具体结构包括三相并联支路，每一相支路包括两个串联的晶体管，每一个晶体管并联一个二极管，其中一相支路包括：两个串联的晶体管(Q7，Q8)，分别并联二极管(D7，D8)，另一相支路包括：两个串联的晶体管(Q9，Q10)，分别并联二极管(D9，D10)，还有一相支路包括：两个串联的晶体管(Q11，Q12)，分别并联二极管(D11，D12)，具体连接方式和整流器完全相同，这里不再赘述。
参见图2、图3和图4给出的三个具体示例，升降压变换器13可以采用三种具体电路结构。
第一种升降压变换器13的具体电路结构如图2所示，包括：两个晶体管(Q13，Q14)，其中一个晶体管Q13的集电极连接晶体管Q7的集电极，发射极通过电感器L1连接蓄电池组正极，同时连接另一个晶体管Q14的集电极，另一个晶体管Q14的发射极连接蓄电池组的负极；同样，两个晶体管(Q13，Q14)分别并联一个三极管(D13，D14)。
第二种升降压变换器13的具体电路结构参见图3所示，与图2所示电路相比，升降压变换器13还可以再包括：两个晶体管(Q15，Q16)，两个二极管(D15，D16)，以及电感器L2。
参见图4所示，第二种升降压变换器13与图3所示电路相比，还可以进一步包括：两个晶体管(Q17，Q18)，两个二极管(D17，D18)，以及电感器L3。
上述具体示例中，逆变器和升降压变换器的晶体管也都可以选用IGBT。
为平滑升降压变换器13的输出电压，还可以进一步将滤波电容C2连接在升降压变换器13的两个输出端之间。
上文通过附图和优选实施方式对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施方式，本领域技术人员从中推导出来的其它方案也在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种增程式电动车的动力及其控制系统，包括：三相交流电动机(11)，以及通过升降压变换器(13)和逆变器(12)向所述三相交流电动机(11)供电的蓄电池组(14)，其特征在于，还包括：
三相交流发电机组(15)；
将所述交流发电机组(15)输出的交流电整流为直流电的整流器(16)；
其中，所述整流器(16)的三相交流输入端分别连接交流发电机组(15)的三相交流输出端，所述整流器(16)的直流输出端的正负极分别连接蓄电池组的正负极(14)。
2.如权利要求1所述的动力及其控制系统，其特征在于，所述交流发电机组包括：三相交流发电机(151)，升速齿轮箱(152)，以及通过所述升速齿轮箱(152)驱动发电机的内燃机(153)。
3.如权利要求1所述的动力及其控制系统，其特征在于，所述整流器(16)包括三相并联的第一支路，每一相第一支路包括：
两个串联的第一晶体管，其中一个第一晶体管的集电极连接所述蓄电池组的正极，发射极分别连接所述三相交流发电机组的其中一相电源输出端和另一个第一晶体管的集电极，另一个第一晶体管的发射极连接所述蓄电池组的负极；以及
两个第一二极管，分别和一个第一晶体管并联，其中，第一二极管的阴极连接第一晶体管的集电极，阳极连接第一晶体管的发射极。
4.如权利要求1所述的动力及其控制系统，其特征在于，所述第一晶体管为绝缘栅双极型晶体管。
5.如权利要求1所述的动力及其控制系统，其特征在于，还包括，连接在所述蓄电池组正负极之间的滤波电容。
6.如权利要求1～5任一所述的动力及其控制系统，其特征在于，所述逆变器(12)包括三相并联的第二支路，每一相第二支路包括：
两个串联的第二晶体管，其中一个第二晶体管的集电极连接所述升降压变换器(13)的一个输出端，发射极分别连接所述三相交流电动机的其中一相电源输入端和另一个第二晶体管的集电极，另一个第二晶体管的发射极连接所述升降压变换器的另一个输出端；以及
两个第二二极管，分别和一个第二晶体管并联，其中，第二二极管的阴极连接第二晶体管的集电极，阳极连接第二晶体管的发射极。
7.如权利要求6所述的动力及其控制系统，其特征在于，所述升降压变换器(13)包括：至少一条第三支路，每一条第三支路包括：
两个第三晶体管，其中一个第三晶体管的集电极连接第二支路一端，发射极通过电感器连接蓄电池组正极，同时连接另一个第一晶体管的集电极，另一个第一晶体管的发射极连接所述蓄电池组的负极；
两个第三三极管，分别和一个第三晶体管并联，其中，第三二极管的阴极连接第三晶体管的集电极，阳极连接第三晶体管的发射极。
8.如权利要求7所述的动力及其控制系统，其特征在于，第二晶体管包括：绝缘栅双极型晶体管。
9.如权利要求7所述的动力及其控制系统，其特征在于，第三晶体管包括：绝缘栅双极型晶体管。
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