CN103730940B - 电动汽车车载充电器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车车载充电器，包括：与牵引电机逆变器相连接的Boost电感、与电驱动压缩机逆变器相连接的Buck电感、介于所述牵引电机逆变器和电驱动压缩机逆变器之间的解耦电容，以及用于进行充电模式和牵引模式切换的继电器；其中，所述车载充电器还包括：第一开关组，连接于所述压缩机电机，用于切断或导通与控制所述压缩机电机运转的电驱动压缩机逆变器的连接；第二开关组，连接于所述牵引电机，用于切断或导通与控制所述牵引电机运转的牵引电机逆变器的连接；第三开关组，连接于所述Buck电感，用于所述电动汽车的充电功能及所述压缩机电机驱动功能的切换；所述解耦电容连接于所述牵引电机逆变器和电驱动压缩机逆变器之间，用于稳压。

Description

电动汽车车载充电器

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种新的集成拓扑结构的电动汽车的车载充电器。

背景技术

电动汽车的车载充电器作为电动汽车电池快速灵活充电以及推动电动汽车技术进步及其市场推广的关键部件之一，它的成本、体积及重量成为其开发的关键及制约因素。

传统的车载充电器多为独立式的充电装置，其成本体积及重量取决与其功率等级等，目前也有部分技术研究集成方案，主要集中于车载充电器及牵引电机及其逆变器的集成，未涉及电驱动压缩机逆变器的集成来实现车载充电的功能，以使得成本体积及重量进一步降低。

独立式充电装置是完全独立的充电装置，由外部交流3相或单相供电输入，充电器将其转化为符合电池充电标准的直流完成充电功能；电动汽车牵引电机逆变器集成的车载充电装置是在已有的牵引电机逆变器的基础上增加额外的电力电子器件（如开关元器件，驱动电路等）实现充电功能，部分地降低了成本、体积及重量，交流输入条件与直流输出规格与独立式充电装置类似。

但是，独立式充电装置体积大，重量重，成本很高；已有的集成式充电装置由于只是部分的集成了目前的牵引电机逆变器的电子器件，必须增加额外的电子器件（如功率开关管，驱动电路等）才能实现充电功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动汽车车载充电器，以解决目前的车载充电器体积大、重量重、成本高以及需要额外增加电力电子器件的问题。

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种电动汽车车载充电器，包括：与牵引电机逆变器相连接的Boost电感、与电驱动压缩机逆变器相连接的Buck电感、介于所述牵引电机逆变器和电驱动压缩机逆变器之间的解耦电容，以及用于进行充电模式和牵引模式切换的继电器；

其中，所述车载充电器还包括：第一开关组，连接于所述压缩机电机，用于切断或导通与控制所述压缩机电机运转的电驱动压缩机逆变器的连接；第二开关组，连接于所述牵引电机，用于切断或导通与控制所述牵引电机运转的牵引电机逆变器的连接；第三开关组，连接于所述Buck电感，用于所述电动汽车的充电功能及所述压缩机电机驱动功能的切换；所述解耦电容连接于所述牵引电机逆变器和电驱动压缩机逆变器之间，用于稳压。

进一步地，在一实施例中，所述Boost电感与所述牵引电机逆变器的电子开关管共同实现PWM整流功能、电压升压功能以及输入电流主动功率因数校正功能。

进一步地，在一实施例中，所述Buck电感与所述电驱动压缩机逆变器的电子开关管共同实现三路并联的Buck功能。

进一步地，在一实施例中，所述Boost电感连接于外部交流电源，其包括三个分别串联连接在每相中的电感，当所述交流电源为三相输入时，三相交流电通过所述三个分别串联连接在每相中的电感及所述牵引电机逆变器的电子开关管进行PWM整流。

进一步地，在一实施例中，所述Boost电感连接于外部交流电源，其包括三个分别串联连接在每相中的电感，当所述交流电源为单相输入时，单相交流电通过所述三个分别串联连接在每相中的电感中的其中两个电感及所述牵引电机逆变器的相应电子开关管进行PWM整流。

本发明实施例的电动汽车车载充电器，提出了一种新的集成式拓补结构，即共用电动汽车中已有的牵引电机逆变器及电驱动压缩机逆变器的电力电子开关器件及驱动电路及其散热冷却装置，加入辅助切换开关以实现电动汽车车载充电的能力，同时可以兼容三相交流及单相交流输入，故该发明可以大幅度降低车载充电器的成本、体积及重量，并实现大功率快速充电能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的电动汽车车载充电器的拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明主要由共享器件及辅助开关组成：

共享器件：①电子器件如牵引电机逆变器的功率开关管（分立式IGBT或IGBT模块）及其驱动电路，采样电路等，电驱动压缩机逆变器的功率开关管（分立式IGBT/MOSFET或模块）及其驱动电路，采样电路等；②机械及散热装置，如牵引电机逆变器的冷却装置等。

辅助开关及电感：开关主要用于电动汽车充电和电动汽车行驶（牵引电机运行时）模式的切换；电感为充电器工作于Boost升压电路及Buck降压电路中电感。

图1为本发明实施例的电动汽车车载充电器的拓扑结构示意图。如图1所示，本实施例的电动汽车车载充电器包括：与牵引电机逆变器相连接的Boost电感L’、与电驱动压缩机逆变器相连接的Buck电感L、介于所述牵引电机逆变器（图中示意为IGBT开关管）和电驱动压缩机逆变器（图1中示意为IGBT开关管）之间的解耦电容C，以及用于进行充电模式和牵引模式切换的继电器K1；

其中，所述车载充电器还包括：第一开关组K2/K3/K4，连接于所述压缩机电机M1，用于切断或导通与控制所述压缩机电机M1运转的电驱动压缩机逆变器的连接；第二开关组K5/K6/K7，连接于所述牵引电机M2，用于切断或导通与控制所述牵引电机M2运转的牵引电机逆变器的连接；第三开关组K8/K9/K10，连接于所述Buck电感L，用于所述电动汽车的充电功能及电压缩机驱动功能的切换；所述解耦电容C连接于所述牵引电机逆变器和电驱动压缩机逆变器之间，用于稳压。由于该拓补结构的前级为Boost电路，后级为Buck电路，故中间需并联电容，其作用是将整流电路的输出电压平波，将交流分量减小到最小，为后面的Buck电路提供直流电压，减小Buck电路输入的失真。同时也可以实现Boost及Buck电路的功率平衡。

在本实施例中，电动汽车中已有的器件有牵引电机逆变器，电驱动压缩机逆变器，继电器K1，牵引电机，压缩机电机，增加的辅助器件有介于两个逆变器之间的解耦电容C，用于断开/闭合两个电机的开关（K5，K6，K7，K2，K3，K4），用于充电模式工作时Boost电感L’及Buck电感L，用于充电及牵引模式功能转换的开关K8/K9/K10。

在本实施例中，所述Boost电感L’与所述牵引电机逆变器的电子开关管共同实现PWM整流功能、电压升压功能以及输入电流主动功率因数校正功能；所述Buck电感L与所述电驱动压缩机逆变器的电子开关管共同实现三路并联的Buck功能。

在本实施例中，所述Boost电感L’连接于外部交流电源，其包括三个分别串联连接在每相中的电感，当所述交流电源为三相输入时，三相交流电通过所述三个分别串联连接在每相中的电感及所述牵引电机逆变器的电子开关管进行PWM整流；当所述交流电源为单相输入时，单相交流电通过所述三个分别串联连接在每相中的电感中的其中两个电感及所述牵引电机逆变器的相应电子开关管进行PWM整流。

当充电时，如果运行在三相交流输入的情况，牵引电机逆变器三相逆变桥均参与工作，实现PWM整流的功能，同时实现电网侧输入电流的主动功率因数校正的功能以及逆变桥输出电压的升压功能。PWM的基本思想是，将正弦低频调制信号在一个开关周期内的平均值用一段等幅值的脉宽来表示，按照正弦信号和三角波信号比较的方法对拓补中的牵引电机逆变器三相桥的六个开关管进行PWM控制，同时由于Boost电感的储能及滤波作用，就可以实现将交流输入电流整流成直流的功能，直流输出侧电压较之交流输入侧线电压体现升压能力，同时实现三相输入各相电流与电压基本达到同频率同相位的功率因数校正功能。

当运行在单相输入时，牵引电机逆变器三相逆变桥中的两相参与工作，与其相连接的两个电感参与工作。此时为单相H桥完成PWM整流及升压功能，同时也可以实现输入电流的功率因数校正的功能。

当进行充电时，压缩机逆变器的六个电子开关管及六个反并联二极管中，只用到了上桥臂的三个电子开关管，下桥臂的三个反并联二极管，而上桥臂的三个反并联二极管及下桥臂的三个电子开关管是出去空闲状态的。其中一个上桥臂的电子开关管及相应的下桥臂的反并联二极管形成一路单管Buck电路，进而由上桥臂的三个电子开关管及下桥臂的相应的三个反并联二极管组成三路单管Buck电路，该三路Buck电路或者实现三个开关管同时开通同时关断模式的并联Buck，或者实现交错并联模式的并联Buck功能。其中每一路的Buck电路即为常见的单开关管Buck降压电路。

上述实施例的电动汽车车载充电器的工作模式如下：

1、电动汽车处于牵引模式时（电动汽车行驶或牵引电机处于运转或待运转状态），继电器K1闭合，开关K8/K9/K10断开，开关K5/K6/K7，K2/K3/K4均闭合，此时牵引电机及电驱动的压缩机电机处于同时可被驱动状态（满足电动汽车行驶的同时空调正常运行）。

2、电动汽车处于充电模式时：

A、充电电源为三相输入时，开关K5/K6/K7，K2/K3/K4均断开，继电器K1断开，开关K8/K9/K10均闭合，三相交流电源输入如图1中所示（牵引电机下方），三相交流电通过电感L’（三个电感）及牵引电机逆变器的电子开关管进行PWM整流，可以同时满足输入侧电流功率因数及谐波的要求以及电直流侧电压的提升，通过中间的解耦电容C之后，再通过电驱动压缩机逆变器的电子开关管及电感L（三个电感）实现三路并联的Buck功能，达到降压的目的，以满足给电池充电的要求。

B、充电电源为单相输入时，开关K5/K6/K7，K2/K3/K4均断开，继电器K1断开，开关K8/K9/K10均闭合，单相交流电源输入时可取三相输入时任意两线（两个接头），单相交流电通过电感L’（其中的两个电感）及牵引电机逆变器的电子开关管（图1中相应于单相输入的两个对应上下桥臂）进行PWM整流，可以同时满足输入侧电流功率因数及谐波的要求以及电直流侧电压的提升，通过中间的解耦电容之后，再通过电驱动压缩机逆变器的电子开关管及电感L（三个电感）实现三路并联的Buck功能，达到降压的目的，以满足给电池充电的要求。

本发明实施例的电动汽车车载充电器，提出了一种新的集成式拓补结构，利用电动汽车中即有的器件（拓补中主要为电子器件，如牵引电机及电驱动压缩机逆变器的功率开关管及其驱动电路及其他电路等，另外可以共用冷却系统/装置）实现兼容三相/单相交流输入的大功率车载充电器的功能。该发明可以大幅度降低车载充电器的成本、体积及重量，并实现大功率快速充电能力。降低成本、体积及重量。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种电动汽车车载充电器，其特征在于，所述车载充电器包括：与牵引电机逆变器相连接的Boost电感、与电驱动压缩机逆变器相连接的Buck电感、介于所述牵引电机逆变器和电驱动压缩机逆变器之间的解耦电容，以及用于进行充电模式和牵引模式切换的继电器；

其中，所述车载充电器还包括：

第一开关组，连接于所述压缩机电机，用于切断或导通与控制所述压缩机电机运转的电驱动压缩机逆变器的连接；

第二开关组，连接于所述牵引电机，用于切断或导通与控制所述牵引电机运转的牵引电机逆变器的连接；

第三开关组，连接于所述Buck电感，用于所述电动汽车的充电功能及所述压缩机电机驱动功能的切换；

所述解耦电容连接于所述牵引电机逆变器和电驱动压缩机逆变器之间，用于稳压。

2.根据权利要求1所述的电动汽车车载充电器，其特征在于，所述Boost电感与所述牵引电机逆变器的电子开关管共同实现PWM整流功能、电压升压功能以及输入电流主动功率因数校正功能。

3.根据权利要求1所述的电动汽车车载充电器，其特征在于，所述Buck电感与所述电驱动压缩机逆变器的电子开关管共同实现三路并联的Buck功能。

4.根据权利要求2所述的电动汽车车载充电器，其特征在于，所述Boost电感连接于外部交流电源，其包括三个分别串联连接在每相中的电感，当所述交流电源为三相输入时，三相交流电通过所述三个分别串联连接在每相中的电感及所述牵引电机逆变器的电子开关管进行PWM整流。

5.根据权利要求2所述的电动汽车车载充电器，其特征在于，所述Boost电感连接于外部交流电源，其包括三个分别串联连接在每相中的电感，当所述交流电源为单相输入时，单相交流电通过所述三个分别串联连接在每相中的电感中的其中两个电感及所述牵引电机逆变器的相应电子开关管进行PWM整流。