CN109193852A - 电动汽车模块化逆变器高压转低压变换充电电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的是电动汽车模块化逆变器高压转低压变换充电电路，其结构包括模块化三相低压DC‑DC变换器，3个并联且结构相同的电池逆变单元（包括A相电池逆变单元、B相电池逆变单元、C相电池逆变单元）和三相驱动电机；其中模块化三相低压DC‑DC变换器的A、B、C三相输入端分别与3个电池逆变单元中同组的三相电池模块的输出端对应连接，3个电池逆变单元的逆变器输出端分别连接三相驱动电机的A、B、C三相输入端。优点：1）操作方便，减轻电路负荷；2）使用低压电力电子器件，降低器件成本；3）在控制上可以主动均衡三个电池包的电量；4）可以提高变换效率，降低冷却需求。

Description

电动汽车模块化逆变器高压转低压变换充电电路
技术领域
本发明涉及的是一种电动汽车模块化逆变器高压转低压变换充电电路，属于电动车能源电力系统技术领域。
背景技术
传统的汽车上均设有一个12V（乘用车）或者24V（商用车）的低压电池对汽车的电气系统进行供电，在汽车运行的时候，汽车发动机驱动发电机对电池进行充电，保证电池有足够的电量提供给汽车上的用电系统。目前很多电动汽车上不再配备发动机，而是采用高压电池包连接逆变器和电机来驱动汽车，同时保留汽车原有的低压电气系统。
在电动汽车中，对低压电池不能采用传统的发动机驱动模式对其充电。如图1所示，目前市场上通常使用数个串联的高压驱动电池包来实现充电功能，乘用型电动汽车使用的高压驱动电池包通常的工作电压为350V以上的高压，而待充电的低压电池的电压一般是12V，因此，在高压电池包和低压电池之间需要一个高压到低压的直流DC-DC转换器。由于该直流DC-DC转换器与所有的高压电池包直接串联，输入电压是整个高压电池包的电压，需要使用耐高压的电力电子器件，导致该转换电路成本较高，并且转换效率低下。
发明内容
本发明的目的在于克服目前传统电动车电压变换成本高，效率低的缺点，提出一种基于模块化的电动车逆变器系统，使用低压电池模块进行DC-DC变换对低压电池充电的低成本高效率电路结构。
本发明的技术解决方案：电动汽车模块化逆变器高压转低压变换充电电路，其结构包括模块化三相低压DC-DC变换器，3个并联且结构相同的电池逆变单元（包括A相电池逆变单元、B相电池逆变单元、C相电池逆变单元）和三相驱动电机；其中模块化三相低压DC-DC变换器的A、B、C三相输入端分别与3个电池逆变单元中同组的三相电池模块的输出端对应连接，3个电池逆变单元的逆变器输出端分别连接三相驱动电机的A、B、C三相输入端。
本发明的优点：
1）高压转低压DC-DC充电时不需要连接所有的高压电池包，只需连接到其中的一级电池包模块，操作方便，减轻电路负荷；
2）不需要使用高压电力电子器件，只需要使用低压电力电子器件，器件成本低；
3）输入使用同一级3相电池模块；
4）输入可以连接到不同级（不同位置）的电池模块上；
5）在控制上可以主动均衡三个电池包的电量；
6）可以提高变换效率，降低冷却需求，可以把传统的水冷变换为风冷。
附图说明
附图1是现有电动汽车中高压到低压充电电路的架构图。
附图2是本发明提出的电动汽车模块化逆变器高压转低压变换充电电路的架构图。
附图3是模块化三相低压DC-DC变换器的结构示意图。
附图4是DC-DC充电变换器连接到An，Bn和Cn电池模块的架构图。
具体实施方式
如图2所示，电动汽车模块化逆变器高压转低压变换充电电路，其结构包括模块化三相低压DC-DC变换器，3个并联且结构相同的电池逆变单元（包括A相电池逆变单元、B相电池逆变单元、C相电池逆变单元）和三相驱动电机；其中模块化三相低压DC-DC变换器的A、B、C三相输入端分别与3个电池逆变单元中同组的三相电池模块的输出端对应连接，3个电池逆变单元的逆变器输出端分别连接三相驱动电机的A、B、C三相输入端。
所述的3个电池逆变单元由n个三相电池模块串联构成，每个三相电池模块包括1个电池包和1个模块化逆变器，模块化逆变器由4个功率管构成H桥逆变电路；以A相电池逆变单元为例，电池逆变单元中各三相电池模块从左至右依次为A1三相电池模块、A2三相电池模块、…、An三相电池模块，其中任意1个三相电池模块记为Ai三相电池模块，以此类推；3个电池逆变单元中编号相同的3个三相电池模块视为同组三相电池模块。
如图3所示，所述的模块化三相低压DC-DC变换器包括3组结构相同且互相独立的隔离式反激DC-DC变换电路，12V低压电池和DC-DC PWM控制器；其中3组隔离式反激DC-DC变换电路分别对应连接3个电池逆变单元中同组的3个三相电池模块（Ai，Bi和Ci），同时其输出端分别与12V低压电池并联；DC-DC PWM控制器分别连接3组隔离式反激DC-DC变换电路中的MOSFET器件（金属-氧化物半导体场效应晶体管），并通过三个独立的PWM信号控制。
工作时，模块化三相低压DC-DC变换器从三相电池模块中的低压电池包取得电能，通过内部隔离式反激DC-DC变换电路将电压变换至12~14V，再输出至低压的12V电池进行充电，充电时设置3个三相电池模块同时输入是为了保持3个三相电池模块之间的电量平衡；如图4所示，在实际使用中，如果某一组三相电池模块Ai、Bi和Ci的电量不均衡，可以通过DC-DC PWM控制器独立调节其对应的控制信号PWM_a，PWM_b和PWM_c，让电池电量多的三相电池模块多输出能量，电池电量低的三相电池模块少输出能量，平衡3个三相电池模块的电量。
本发明在电动车使用模块化电池包和级联结构的逆变器架构下，模块化三相低压DC-DC变换器不需要连接整个高压电池包，只需要使用其中一组电池包即可完成高压到低压的变换；由于DC-DC变换器的输入电压大大降低，DC-DC变换器不需要使用高压的IGBT器件，只需要使用低压的MOSFET器件。器件的耐压降低能够降低DC-DC变换器成本，同时降低器件的开关和导通损耗比，显著提高DC-DC变换器的效率。
例如：传统单一高压电池包的电压392V，DC-DC变换器需要从392V变换到12V，需要使用高压的IGBT器件，器件成本很高，在变换功率大的时候还需要对变换器进行水冷控制；采用本发明的电动汽车模块化逆变器高压转低压变换充电电路进行充电，模块化电池包的电压是48V，从48V变换到12V只需要使用耐压100V以内的MOSFET，器件成本很低。由于器件工作时候的损耗较小，使用风冷代替水冷就可以保证系统安全可靠的工作，进一步降低了装车成本。

Claims (4)

1.电动汽车模块化逆变器高压转低压变换充电电路，其特征是包括模块化三相低压DC-DC变换器，3个并联且结构相同的A相电池逆变单元、B相电池逆变单元、C相电池逆变单元和三相驱动电机；其中模块化三相低压DC-DC变换器的A相输入端连接A相电池逆变单元中三相电池模块的输出端，B相输入端连接B相电池逆变单元中三相电池模块的输出端，C相输入端连接C相电池逆变单元中三相电池模块的输出端；A相电池逆变单元的逆变器输出端连接连接三相驱动电机的A相输入端，B相电池逆变单元的逆变器输出端连接连接三相驱动电机的B相输入端，C相电池逆变单元的逆变器输出端连接连接三相驱动电机的C相输入端。
2.根据权利要求1所述的电动汽车模块化逆变器高压转低压变换充电电路，其特征是所述的A相电池逆变单元、B相电池逆变单元、C相电池逆变单元每个均由n个三相电池模块串联构成，每个三相电池模块包括1个电池包和1个模块化逆变器，模块化逆变器由4个功率管构成H桥逆变电路；A相电池逆变单元中各三相电池模块从左至右依次为A1三相电池模块、A2三相电池模块、…、An三相电池模块，其中任意1个三相电池模块记为Ai三相电池模块，以此类推；3个电池逆变单元中编号相同的3个三相电池模块视为同组三相电池模块。
3.根据权利要求1所述的电动汽车模块化逆变器高压转低压变换充电电路，其特征是所述的模块化三相低压DC-DC变换器包括3组结构相同且互相独立的隔离式反激DC-DC变换电路，1块12V低压电池和1个DC-DC PWM控制器；其中3组隔离式反激DC-DC变换电路分别对应连接3个电池逆变单元中同组的3个Ai三相电池模块、Bi三相电池模块和Ci三相电池模块，3组隔离式反激DC-DC变换电路的输出端分别与12V低压电池并联；DC-DC PWM控制器分别连接3组隔离式反激DC-DC变换电路中的MOSFET器件。
4.如权利要求1所述的电动汽车模块化逆变器高压转低压变换充电电路，其特征在于，工作时，模块化三相低压DC-DC变换器从三相电池模块中的低压电池包取得电能，通过内部隔离式反激DC-DC变换电路将电压变换至12~14V，再输出至低压的12V电池进行充电，充电时设置3个三相电池模块同时输入，保持3个三相电池模块之间的电量平衡；在实际使用中，当某组三相电池模块的电量不均衡，通过DC-DC PWM控制器独立调节其对应的控制信号，让电池电量多的三相电池模块多输出能量，电池电量低的三相电池模块少输出能量，平衡3个三相电池模块的电量。
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