CN106655433A - 一种电感参数可变的车载集成式电路 - Google Patents

一种电感参数可变的车载集成式电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电感参数可变的车载集成式电路，利用电动汽车内部现有的电路及辅助器件，包括两电机定子绕组，两电机逆变电路，冷却、机械装置等，通过接触器的开关控制，改变直直变换侧电路中电感值，以适应充电功率；其中，由直直变换侧电机定子绕组与所述第六组接触器构成可变电感组合，在充电时，第五组接触器断开，第六组接触器根据充电功率的大小设定开关状态，实现直直变换环节的电感值可调，避免充电电流对储能设备的损害；此外，还需要添加用于切换充放电的接触器；该电路提高了电动汽车内部电路的集成度，减小了成本，增大了内部可利用的空间，增加了使用者的舒适度。

Description

一种电感参数可变的车载集成式电路
技术领域
本发明涉及一种电感参数可变的车载集成式电路，该电路用于为电动汽车的储能设备充电，同时兼顾储能设备为电机供电。
背景技术
电动汽车内的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、重量以及性能成为其开发的关键及制约因素。
根据充电电路与电机驱动电路的关系，当前车内充电机分为独立式和集成式。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；集成式充电装置是在已有驱动电机逆变器基础上增加额外的接触器和电力电子模块(如开关器件，驱动电路，处理器及其外围电路等)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。
有些车载集成式充放电电路采用外加电感线圈的方式，构成充放电电路，为了提高电路的集成度，可以采用电机定子绕组作为充电电路的电感，但是该绕组的电感值较大，不利于使用，需要考虑一些办法减小该电感值，以适应于充电的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种电感参数可变的车载集成式电路，利用电机定子绕组提高车载电路的集成度，同时解决绕组电感值对充电功率的适应性问题。
为了达到上述目的，本发明实施例提供一种电感参数可变的车载集成式电路，包括：①整流侧电机定子绕组和与其连接的逆变电路；②直直变换侧电机定子绕组和与其连接的逆变电路；③整流侧电机逆变器与直直变换侧电机逆变器之间的解耦电容；④充电接口，如三相交流充电接口，单相交流充电接口；⑤车内储能设备，如：超级电容、蓄电池、飞轮储能、空气压缩储能等。
其中，所述整流侧电机，是指充电时用于整流的三相桥连接的电机；所述直直变换侧电机，是指充电时用于直直变换(DC/DC)的三相桥连接的电机；这两个电机不局限于驱动电机，也可为空调压缩机，或者满足该电路条件的电动汽车上的其他电机。
其中，所述电感参数可变的车载集成式电路还包括：第一组接触器，连接于所述整流侧电机定子绕组，用于切断或导通所述交流电源接口；第二组接触器，连接于所述整流侧电机定子绕组，用于切断或导通所述驱动电机定子绕组的星形连接；第三组接触器，连接于储能设备正极，用于切断或导通储能设备与所述电机逆变器的连接，切换充电与放电状态下的电路连接；第四组接触器，连接于所述直直变换侧电机定子绕组中性点，用于实现充电时的Buck变换；第五组接触器，连接于所述直直变换侧电机定子绕组中的其中两相，用于充电时切断逆变电路与所述直直变换侧电机定子绕组的连接；第六组接触器，连接于所述直直变换侧电机定子绕组的电源侧，用于充电时调整直直变换侧电路电感值；所述解耦电容连接于所述整流侧电机逆变器与所述直直变换侧电机逆变器之间，用于稳压。
其中，所述直直变换侧电机定子绕组与所述第六组接触器构成可变电感组合，通过接触器的开关控制，可以改变电感值，用于适应充电电流。
其中，所述可变电感组合中的接触器开关状态，取决于使用者或者设计者的充电功率设定值；当需要大功率时，通过设置接触器的开关状态，使得所述可变电感组合的总电感值减小；反之，则增大。
进一步地，在实施例中，所述整流侧电机定子绕组和所述整流侧电机逆变电路构成升压整流电路，实现PWM整流功能、电压升压功能以及输入电流的主动功率校正功能。
进一步地，在实施例中，所述可变电感组合与所述直直变换侧电机逆变器电路构成一路Buck电路，实现基于Buck电路的功率自适应直直变换。
进一步地，在实施例中，所述整流侧电机定子绕组连接于外部交流电源接口，其包括三个分别串联在每相中的整流侧电机定子绕组，当所述交流电源接口接入三相交流时，三相交流电通过所述整流侧电机三相定子绕组以及所述整流侧电机逆变电路进行PWM整流。
进一步地，在实施例中，所述整流侧电机定子绕组连接于外部交流电源接口，其包括三个分别串联在每相中的整流侧电机定子绕组，当所述交流电源接口接入单相交流时，单相交流电通过所述整流侧电机定子绕组中对应的绕组以及所述整流侧电机逆变器中对应的开关器件进行PWM整流。
进一步地，在实施例中，电动汽车处于行驶模式时(电动汽车行驶或驱动电机处于运转或待运转状态)，所述第一、四、六组接触器断开，所述第二、三、五组接触器闭合，此时所述电机均处于可被驱动状态(满足电动汽车行驶的同时空调正常运行)；电动汽车处于充电时，所述第二、三、五组接触器断开，所述第一、四组接触器闭合，根据用户的充电功率需求，设定所述第六组接触器的开关状态。
本发明实施例的电感参数可变的车载集成式电路设计方案，提出了一种电感参数可变的车载集成式电路，即在当前车载集成式充电电路的基础上，利用电机定子绕组作为电感，再加入辅助接触器，通过接触器的开关控制，改变电路中电感值，可以适应储能设备的充电要求，同时提高了电动汽车内部电路的集成度，减小了成本，增大了内部可利用的空间，增加了使用者的舒适度。
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种实施例，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感参数可变的车载集成式电路示意图。
图2为本发明实施例的电感参数可变的车载集成式电路的三相交流充电等效电路。
图3为本发明实施例的电感参数可变的车载集成式电路的单相交流充电等效电路。
图4为本发明实施例的电感参数可变的车载集成式电路的放电等效电路。
附图中所列部件列表如下所示：
01：单相电源接口； 02：三相电源接口；
11：第一组接触器； 12：第二组接触器；
13：第三组接触器； 14：第四组接触器；
15：第五组接触器； 16：第六组接触器；
21：整流侧电机； 22：直直变换侧电机；
31：耦合电容；
41：整流侧电机逆变电路； 42：整流侧电机逆变电路；
51：储能设备；
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。
本发明主要由共享电路，辅助器件，附加器件，以及接触器等组成：
共享电路：(1)整流侧电机逆变器，包括开关器件(IGBT或2OSFET或GTO或晶闸管等)及其组成的模块，触发电路，采样电路，数字处理器及其外围电路，所需不同电压的电源转换电路，等等；(2)直直变换侧电机逆变器(与整流侧电机逆变器相同)；(3)整流侧电机定子绕组与直直变换侧电机定子绕组。
辅助器件：(1)机械及散热装置，如起机械支撑作用的汽车框架，散热冷却装置，起固定作用的螺丝；(2)两个逆变器中间并联的稳压电容。
接触器：接触器主要用于电动汽车充电与行驶状态的电路切换。
图1为本发明实施例的电感参数可变的车载集成式电路示意图。如图1所示，本实施例的电动汽车车内充放电电路包括：①介于所述整流侧电机逆变器(41)与直直变换侧电机逆变器(42)之间的电容C1(31)，用于稳压；②第一组接触器(11)，连接于所述交流电源接口(01/02)和所述整流侧电机(21)定子绕组，用于切断或导通所述交流电源接口；③第二组接触器(12)，连接于所述整流侧电机(21)定子绕组，用于切断或导通所述整流侧电机(21)定子绕组的星形连接；④第三组接触器(13)，连接于储能设备(51)正极，用于切断或导通储能设备(51)与所述直直变换侧电机逆变器(42)的连接，切换充电与放电状态下的电路连接；⑤第四组接触器(14)，连接于所述直直变换侧电机定子绕组(22)中性点，用于实现充电时的Buck变换；⑥第五组接触器(15)，连接于所述直直变换侧电机定子绕组(22)中的其中两相，用于充电时切断所述直直变换侧逆变电路与所述直直变换侧电机定子绕组的电气连接；⑦第六组接触器(16)，连接于所述直直变换侧电机定子绕组(42)的电源侧，用于充电时调整直直变换侧电路电感值。
在本实施例中，电动汽车已有的器件：①整流侧电机逆变器(41)，连接于整流侧电机定子绕组(21)，用于所述储能设备(51)的能量传递给所述整流侧电机，或者用于所述交流电源接口(01/02)的电压转换为直流电压，起到整流、功率因数校正等功能；②直直变换侧电机逆变电路(42)，连接于所述直直变换侧电机定子绕组(22)，用于所述储能设备(51)的能量传递给所述整流侧电机(22)，或者用于控制对所述储能设备充电时的电流、电压，把稳压电容(31)侧的能量传递给储能设备；③整流侧电机定子绕组(21)，连接于所述整流侧电机逆变器(41)，用于为所述电机(21)产生电磁转矩驱动电动汽车行驶，或者用于整流时升压；④直直变换侧电机定子绕组(22)，连接于所述直直变换侧电机逆变器(42)，用于为所述直直变换侧电机产生电磁转矩驱动电动汽车行驶，或者用于充电时减小电流纹波。
其中，所述整流侧电机，是指充电时用于整流的三相桥所连接的电机；所述直直变换侧电机，是指充电时用于直直变换(DC/DC)的三相桥所连接的电机；这两个电机不局限于驱动电机，也可为空调压缩机，或者满足该电路条件的电动汽车上的其他电机。
其中，所述直直变换侧电机定子绕组与所述第六组接触器构成可变电感组合，通过接触器的开关控制，可以改变电感值，用于适应不同的充电功率。
其中，所述可变电感组合中的接触器开关状态，取决于使用者或者设计者的充电功率设定值；当需要大功率时，通过设置接触器的开关状态，使得所述可变电感组合的总电感值减小；反之，则增大。
在本实施例中，所述整流侧电机定子绕组通过所述电源接口，连接于外部交流电源。当所述交流电源接口接入三相交流电时，三相交流电通过所述整流侧电机定子绕组及所述整流侧电机逆变器(41)的电路进行PWM整流；当所述交流电源接口接入单相交流电时，单相交流电通过所述整流侧电机定子绕组中对应的绕组及所述整流侧电机逆变器(41)对应的两个桥臂电路进行PWM整流。
当充电时，若电源接口接入三相交流，所述整流侧电机逆变器(41)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扑中的整流侧电机逆变器(41)的六个开关器件进行PWM控制，同时由于所述整流侧电机定子绕组的储能及滤波作用，就可以实现将交流电整流成直流电的功能，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。
若电源接口接入单相交流，所述整流侧电机逆变器(41)三相逆变桥中的两相参与工作，与其相连接的所述整流侧电机定子绕组中对应两路参与工作。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。
充电时，使用所述直直变换侧电机逆变器(42)的三相桥中的一相，该相没有连接第五接触器，并且只用到了该相上桥臂的开关器件，下桥臂的反并联二极管，而该相上桥臂的反并联二极管及下桥臂的开关器件处于非导通状态；该相上桥臂的开关器件及相应的下桥臂的反并联二极管形成一路单管Buck电路，实现直直变换，控制充电电流电压。
上述实施例的电动汽车车载充电器的工作模式如下：
1、电动汽车处于行驶模式时(电动汽车行驶或驱动电机处于运转或待运转状态)，接触器11、14、16断开，接触器12、13、15闭合，此时所述电机均处于可被驱动状态(满足电动汽车行驶的同时空调正常运行),等效电路见图4。
2、电动汽车处于充电模式时：
A、当所述交流充电接口接入三相交流电时，接触器12、13、15断开，接触器11、14闭合。根据用户的充电功率需求，设定接触器16的状态，等效电路见图2。三相交流电02接入如图2中所示，三相交流电通过所述整流侧电机定子绕组及所述整流侧电机逆变电路(41)的开关器件进行PWM整流，可以实现输入侧电流功率因数及谐波的要求以及直流侧电压的提升，通过所述中间电容31之后，再通过所述直直变换侧电机逆变电路42的开关器件及可变电感组合，实现直直变换，达到降压、稳流的目的，以满足给电池充电的电压电流要求。
B、当所述交流充电接口接入单相交流电时，接触器12、13、15断开，接触器11、14闭合。根据用户设置的充电功率需求，设定接触器16的状态，等效电路见图3。单相交流电01接入如图3中所示，单相交流电通过所述整流侧电机定子绕组的其中两个绕组及所述整流侧电机逆变电路(41)的、与绕组对应的桥臂进行PWM整流，可以实现输入侧电流功率因数及谐波的要求以及直流侧电压的提升，通过所述中间电容31之后，再通过所述直直变换侧电机逆变电路42的开关器件及所述可变电感组合，实现直直变换，达到降压、稳流的目的，以满足给电池充电的电压电流要求。
本发明实施例为实现电感参数可变的车载集成式电路，提出了一种电感参数可变的拓扑结构，利用电动汽车中现有的部分(主要是电力电子电路中的开关器件、无源元件、电子电路，如所述电机(21、22)的定子绕组，以及所述电机逆变器(41、42)的功率开关管及其驱动电路及其他电路等，另外还有冷却系统/装置、机械部件等等)，再添加辅助接触器，辅助接触器与直直变换侧电机定子绕组组成可变电感组合，使电机定子绕组可以为电动汽车充电使用，提高了电动汽车内部电路的集成度，减小了成本，增大了内部可利用的空间，增加了使用者的舒适度。
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 (7)

1.一种电感参数可变的车载集成式电路，其特征在于，所述电感参数可变的车载集成式电路包括：由直直变换侧电机定子绕组与第六组接触器构成的可变电感组合，整流侧电机定子绕组，两个电机逆变电路以及相应的控制电路，介于两电机逆变电路中间的耦合电容，储能设备，交流充电接口；
其中，所述整流侧电机，是指充电时用于整流的三相桥连接的电机；所述直直变换侧电机，是指充电时用于直直变换(DC/DC)的三相桥连接的电机；这两个电机不局限于驱动电机，也可为空调压缩机，或者满足该电路条件的电动汽车上的其他电机；
其中，所述电感参数可变的车载集成式电路还包括：
第一组接触器，连接于所述整流侧电机定子绕组，用于切断或导通所述交流电源接口；
第二组接触器，连接于所述整流侧电机定子绕组，用于切断或导通所述驱动电机定子绕组的星形连接；
第三组接触器，连接于所述储能设备正极，用于切断或导通所述储能设备与所述电机逆变器的连接，切换充电与放电状态下的电路连接；
第四组接触器，连接于所述直直变换侧电机定子绕组中性点，用于实现充电时的Buck变换；
第五组接触器，连接于所述直直变换侧电机定子绕组中的其中两相，用于充电时切断逆变电路与所述直直变换侧电机定子绕组的电气连接；
第六组接触器，连接于所述直直变换侧电机定子绕组的电源侧，用于充电时调整直直变换侧电路电感值。
2.根据权利要求1所述的电感参数可变的车载集成式电路，其特征在于，所述可变电感组合中的接触器开关状态，取决于使用者或者设计者的充电功率设定值；当需要大功率时，通过设置接触器的开关状态，使得所述可变电感组合的总电感值减小；反之，则增大。
3.根据权利要求1所述的电感参数可变的车载集成式电路，其特征在于，电动汽车处于行驶模式时(电动汽车行驶或驱动电机处于运转或待运转状态)，所述第一、四、六组接触器断开，所述第二、三、五组接触器闭合，此时所述电机均处于可被驱动状态(满足电动汽车行驶的同时空调正常运行)；电动汽车处于充电时，所述第二、三、五组接触器断开，所述第一、四组接触器闭合，根据用户的充电功率需求，设定所述第六组接触器的开关状态。
4.根据权利要求1所述的电感参数可变的车载集成式电路，其特征在于，所述整流侧电机定子绕组与所述整流侧电机逆变电路共同实现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。
5.根据权利要求1所述的电感参数可变的车载集成式电路，其特征在于，所述可变电感组合与所述直直变换侧电机逆变电路共同实现直直变换。
6.根据权利要求4所述的电感参数可变的车载集成式电路，其特征在于，所述整流侧电机定子绕组连接于外部交流电源，其包括三个分别串联在每相中的所述整流侧电机定子绕组；当所述交流电源为三相输入时，三相交流电通过所述整流侧电机定子绕组及所述整流侧电机逆变器电路进行PWM整流。
7.根据权利要求4所述的电感参数可变的车载集成式电路，其特征在于，所述整流侧电机定子绕组连接于外部交流电源，其包括三个分别串联在每相中的所述整流侧电机定子绕组；当所述交流电源为单相输入时，单相交流电通过所述整流侧电机定子绕组的其中两组及所述整流侧电机逆变器电路中的对应两路进行PWM整流。
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