CN109849707A - 车辆集成充电器和功率转换器 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“车辆集成充电器和功率转换器”。一种车辆包括电机和控制器，所述电机具有两组电流隔离绕组。在充电期间，所述控制器将第一逆变器与所述两组中的第一组隔离，并且在牵引电池与第二逆变器之间电耦合功率转换器，使得充电电流流过所述第一组并且在所述两组中的第二组中感应出电压以对所述电池充电。

Description

车辆集成充电器和功率转换器
技术领域
本公开涉及用于机动车辆的电驱动系统，以及与所述电驱动系统相关联的充电装置。
背景技术
混合动力电动车辆(HEV)和电池电动车辆(BEV)可以依靠牵引电池来为用于推进的牵引马达供电，并且依靠在牵引电池与牵引马达之间的功率逆变器来将直流(DC)功率转换为交流(AC)功率。典型的AC牵引马达是三相马达，其可由三个正弦信号供电，所述三个正弦信号各自以120度相位分离驱动。此外，许多电气化车辆可以包括DC-DC转换器，以将牵引电池的电压转换成牵引马达的操作电压电平。
发明内容
一种车辆，包括：电机，所述电机包括两组电流隔离绕组；和开关装置。在推进期间，开关装置将第一逆变器与所述组中的一个组耦合，并将第二逆变器与牵引电池耦合，同时旁通功率转换器以允许来自电池的电力流过所述组。在充电期间，开关装置将第一逆变器与电机隔离并且在电池与第二逆变器之间电耦合转换器，使得来自与电源耦合的充电端口的电流流过所述组中的一个组并在所述组中的另一个组中感应出电压，以用于经由第二逆变器进行整流并经由功率转换器进行升压来对电池充电，同时将电源与电池隔离。
一种车辆动力方法包括：由控制器响应于充电模式，将第一逆变器与电机的第一组绕组隔离，并且在牵引电池与第二逆变器之间电耦合功率转换器，使得充电电流流过所述第一组并在电机的第二组绕组中感应出电压来对电池充电，所述第二组是与所述第一组电流隔离的。
一种车辆，包括：电机，所述电机包括两组电流隔离绕组；和控制器。在充电期间，控制器将第一逆变器与所述两组中的第一组隔离，并且在牵引电池与第二逆变器之间电耦合功率转换器，使得充电电流流过所述第一组并且在所述两组中的第二组中感应出电压以对电池充电。
附图说明
图1是典型的车载机动车辆充电器的框图。
图2是多相电机的示意图。
图3是多相电机的相量图。
图4A和图4B是电机的有效电感的示意图。
图5是具有集成充电器的车辆的框图。
图6是用于六相电动马达的电驱动器的示意图。
图7是用于六相电动马达的电驱动器的另一示意图。
具体实施方式
本文描述了本公开的各种实施例。然而，所公开的实施例仅为示例性的，并且其他实施例可以采用未明确示出或描述的各种和替代形式。附图不一定是按比例绘制的；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域的一般技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考附图中的任一附图示出和描述的各种特征可以与在一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供了典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或具体实施，可能需要对特征进行与本公开的教导一致的各种组合和修改。
所公开的过程、方法、逻辑或策略可以传送到处理装置、控制器或计算机和/或由处理装置、控制器或计算机实现，所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，过程、方法、逻辑或策略可以以许多形式存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，所述形式包括但不限于永久存储在各种类型的制品上的信息，所述制品可包括持久非可写存储介质，诸如ROM装置；以及可变地存储在可写存储介质上的信息，所述可写存储介质为诸如软盘、磁带、CD、RAM装置和其他磁性介质和光学介质。也可以在软件可执行对象中实现过程、方法、逻辑或策略。或者，它们可以全部或部分地使用合适的硬件部件(诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或装置)或者硬件、软件和固件部件的组合来体现。
尽管电动车辆的架构存在差异，但是电动车辆(EV)的结构也有相似之处。例如，电池、逆变器和电动马达通常是任何EV的主要构件。为了向电池供能并为马达提供动力，采用了两种类型的充电器：车载充电器和非车载(独立)充电器。车载充电器提供在任何有可用的电源插口的地方充电的灵活性。车载型具有增加车辆重量、体积和成本的潜在缺陷。因此，通过使用可用硬件(主要是电动马达和逆变器)对电池充电来避免另外的充电器重量、空间和成本问题的任何可能性是所期望的。考虑到EV中的情况为在充电时间期间车辆不被驱动，并且在驱动时间期间除了用于再生制动时外不打算对电池组充电，车载充电器和牵引系统的集成似乎是可行的选项。
存在任何集成系统都需要满足的特定车载充电器要求(包括电流隔离)。关于集成充电器要考虑的其他方面是电压电平适应，充电期间马达中不希望产生的扭矩，效率，来自电网的电流中的低谐波含量，以及可能的强制单位功率因数操作。
由于集成充电器可以向系统引入的许多优点，先前已经报道了不同类型的集成充电器。然而，这些集成充电器中的大多数在其结构中缺乏电流隔离。在此，某些提议的集成充电器为充电过程提供电流隔离。
目前，一些制造商不使用集成充电器，而是专注于不利用电驱动部件的车载充电器。图1示出了车辆10，所述车辆10具有车载充电器装置12，所述车载充电器装置12可操作地布置有电源14。车载充电器装置12包括充电端口16、电磁干扰(EMI)滤波器18、二极管电桥20、DC/AC转换器22、变压器24、AC/DC转换器26、升压转换器28和牵引电池30。EMI滤波器18在向二极管电桥20提供输入之前减少高频电子噪声。变压器24提供DC/AC转换器22与AC/DC转换器26之间的隔离。升压转换器28在向牵引电池30提供输入之前执行功率因数校正(以及可能的电压调节)以从AC/DC转换器26输出。
对于高功率应用(例如，电动车辆)，大型AC电机有时包括由多个逆变器馈电的多个绕组(图2)。在此，a1是绕组组1的相a的电感，a2是绕组组2的相a的电感，b1是绕组组1的相b的电感，b2是绕组组2的相b的电感，c1是绕组组1的相c的电感，c2是绕组组2的相c的电感，d1是绕组组1沿d轴的电感，d2是绕组组2沿d轴的电感，q1是绕组组1沿q轴的电感，q2是绕组组2沿q轴的电感，并且ω是电气速度。转子d轴相对于相a1的轴成角度θ1，并且相对于相a2的轴成角度θ2，并且α＝θ2-θ1。
由于这些多相电机的结构，除了单独相之外，各组相之间的互感(磁耦合)是不可避免的。这不仅对确定性能和设计控制系统有利，而且对分析容错性也有利。当能量注入仅一组绕组时，绕组(相)之间的这种交叉耦合可以形成变压器。
在AC稳态条件下，d轴和q轴磁通匝连数Ψd和Ψq的RMS值可以合并成相量：
Ψi＝Ψdi+jΨqi (1)
Ii＝Idi+jIqi (2)
Vi＝Vdi+jVqi＝RiIi+jωΨi (3)
其中，i＝1，2并且Vdi＝RiIdi–XqiIqi–Xq1q2Iq2并且Vqi＝Eqi+RiIqi+XdiIdi+Xd1d2Id2。这些等式已在图3中以图形方式描述，其中Ψdi是绕组组i沿d轴的磁通匝连数，Ψqi是绕组组i沿q轴的磁通匝连数，Ψi是绕组组i的总磁通匝连数，Idi是绕组组i沿d轴的电流，Iqi是绕组组i沿q轴的电流，Ii是绕组组i的总电流，Vdi是沿d轴施加至绕组组i的电压，Vqi是沿q轴施加至绕组组i的电压，Vi是施加至绕组组i的总电压，Ri是绕组组i的电阻，ω是电气速度，Eq1是由绕组组1看到的沿着q轴的反电动势(EMF)，Xd1是绕组组1沿d轴的电抗，Xq1是绕组组1沿q轴的电抗，Xd1d2是绕组组1和绕组组2沿d轴的互感，Xq1q2是绕组组1和绕组组2沿q轴的互感，φ是I1与V1之间的角度，γ是I1与Eq1之间的角度，并且δ是Vq1与Eq1之间的角度。
交叉耦合项在相量图中显示为附加的电压降，这往往会限制电流。如果α＝0(各组相位之间的角度)，则如已经观察到的，两组之间存在紧密耦合的电感；并且如果这些组由公共电压源馈电，则每组中的电流将是另一个组是开路时将在一个组中流动的电流的约一半。这是一个实用观点，因为它意味着在双绕组中，如果一个组是开路的，则另一个组中的电流如果不经调节的话，可能会增加接近200％倍。同样，如果一个组是短路的，则第二个组的阻抗将减小，并且所述第二个组的电流如果不经调节的话，也可能增加到高值。
双组的行为类似于并联电感的行为，参见图4A和图4B，其中等效电感为
在这种情况下，如果L1＝L2＝L，则有效电感变为
其中Ψ1是线圈1的磁通量，Ψ2是线圈2的磁通量，M是线圈的互感，L1是线圈1的电感，L2是线圈2的电感，并且i是总电流。此外，当α＝0时，M变得接近L并且有效等效电感变为L。与此同时，各相之间的耦合系数将是k＝1(理论上)。总电流是受L限制的电流，并且每组中流动所述电流的一半。但是如果一个组是开路的，那么相同的总电流将倾向于在一个组中流动。这意味着对电流的调节可能是有帮助的。
由于牵引系统和车载充电器不能同时起作用，并且考虑到如上所述各相之间可接受的耦合量，采用多相电机作为变压器来创建用于车载充电器的隔离似乎是合逻辑的途径。图5示出了用于集成车载充电器和牵引系统的高级建议架构。在该示例中，车辆32包括变速器33和差速器34，所述变速器33和差速器34被布置用于直接驱动车轮/轮胎组件36。(车轮/轮胎组件37跟随被驱动的车轮/轮胎组件36)。车辆32还包括电驱动系统38，所述电驱动系统38被配置为经由离合器40选择性地与变速器33联接。电驱动系统38包括电动马达42、逆变器和绕组开关装置44，以及牵引电池46。逆变器和绕组开关装置44被布置用于从外部充电线48接收电力。从外部充电线48接收的电力可以经由逆变器和绕组开关装置44提供给牵引电池46以用于充电目的。类似地，从牵引电池46接收的电力可以经由逆变器和绕组开关装置44提供给电动马达42以操作电动马达42。控制器49(或控制器，在此可互换使用)与电驱动系统38通信并控制电驱动系统38。当然，也可以设想其他和/或不同的车辆配置。此类配置例如不需要包括变速器33或离合器40等。
如下面进一步详细说明的，逆变器和绕组开关装置44以及电动马达42在车辆推进期间用作牵引系统，并且在牵引电池46的充电期间参与充电过程。
图6示出了一种提出的用于图5的电驱动系统38的拓扑结构。在该示例中，电动马达42包括两组绕组52、54，并且逆变器和绕组开关装置44包括一对逆变器56、58，DC-DC升压转换器60，以及开关S1至S4。车辆32还包括EMI滤波器62和充电端口64。充电端口64示出为与远程电源66耦合。在牵引模式中，控制器49(图5)连接在绕组52与逆变器56之间的开关S1、S2和S3，并连接在牵引电池46与逆变器58之间的开关S4(位置2)以旁通DC-DC升压转换器60—所述旁通DC-DC升压转换器60的开关元件断开—并将充电端口64与逆变器和绕组开关装置44隔离。(在牵引模式中，充电端口64当然不会与远程电源66耦合。)在充电模式中，控制器49连接在绕组52与EMI滤波器62之间的开关S1、S2和S3，并且连接在牵引电池46与DC-DC升压转换器60(位置1)之间的开关S4，以将牵引电池46与远程电源66耦合。然后可以在控制器49的命令下经由已知的定时序列选择性地启动DC-DC升压转换器60的开关元件，以升高逆变器58输出的电压并校正功率因数以呈现给牵引电池46。
电动马达42用作变压器，所述变压器经由EMI滤波器62连接到电源66。这些部件提供隔离级。逆变器58充当为DC-DC升压转换器60馈电的整流器。DC-DC升压转换器60提供用于充电的电压调节，并且还充当功率因数校正级。在某些配置中，可以消除DC-DC升压转换器60的直流链(DC link)电容器，并且可以替代地使用逆变器56的直流链电容器。由于当开关S4在位置1时逆变器56的直流链电容器已经与DC-DC升压转换器60的输出端并联，因此不需要另外的部件或操作变化。
一些实施例可以提供某些优点。电源可以是单相、两相或三相。可以移除车载充电器的主要整流阶段。移除DC/AC转换器。电动马达可用作变压器。通过使用现有的逆变器来实现AC/DC级。消除整流级和DC/AC转换器可以提高系统的效率。
图7示出了另一种提出的用于电驱动系统的拓扑结构。除了添加角分符号之外，编号元件与图6中的元件相同。因此，类似编号的元件共享共同的描述，为了简洁起见，将不再重复所述描述。图7的实施例的开关方案和操作类似于图6的开关方案和操作。然而，图7的设计可以提供某些选项。可以消除逆变器56'或逆变器58'的直流链电容器。因此，逆变器56'、58'两者可以共用一个电容器。逆变器56'、58'也可以制造成一体以共用直流链电容器。
说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且应当理解，在不脱离本公开和权利要求书的精神和范围的情况下可以进行各种改变。如前所述，各种实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的其他实施例。虽然各种实施例可能已经被描述为在一个或多个期望特性方面提供优点或在一个或多个期望特性方面优于其他实施例或现有技术具体实施，但是本领域的普通技术人员认识到为了实现期望的整体系统属性，一个或多个特征或特性可能受损，所述期望的整体系统属性取决于具体应用和具体实施。这些属性包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、适用性、重量、可制造性、易组装性等。因此，描述为在一个或多个特性方面不如其他实施例或现有技术具体实施理想的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用可能是期望的。

Claims (14)

1.一种车辆，其包括：
电机，所述电机包括两组电流隔离绕组；和
开关装置，所述开关装置被配置用于：
在推进期间，将第一逆变器与所述组中的一个组耦合，并将第二逆变器与牵引电池耦合，同时旁通功率转换器以允许来自所述电池的电力流过所述组，以及
在充电期间，将所述第一逆变器与所述电机隔离并且在所述电池与第二逆变器之间电耦合所述转换器，使得来自与电源耦合的充电端口的电流流过所述组中的一个组并在所述组中的另一个组中感应出电压，以用于经由所述第二逆变器进行整流并经由所述功率转换器进行升压来对所述电池充电，同时将所述电源与所述电池隔离。
2.根据权利要求1所述的车辆，其还包括控制器，所述控制器被配置为操作所述功率转换器来校正与所述电压相关的功率因数。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中所述电机是六相电机。
4.一种车辆动力方法，其包括：
由控制器响应于充电模式，将第一逆变器与电机的第一组绕组隔离，并且在牵引电池与第二逆变器之间电耦合功率转换器，使得充电电流流过所述第一组并在所述电机的第二组绕组中感应出电压来对所述电池充电，所述第二组是与所述第一组电流隔离的。
5.根据权利要求4所述的方法，其还包括经由所述第二逆变器对所述电压进行整流。
6.根据权利要求4所述的方法，其还包括经由所述功率转换器对所述电压进行升压。
7.根据权利要求4所述的方法，其还包括经由所述功率转换器校正与所述电压相关的功率因数。
8.根据权利要求4所述的方法，其还包括响应于推进模式，将所述第一逆变器与所述第一组耦合，并将所述第二逆变器与所述牵引电池耦合，同时旁通所述功率转换器以允许来自所述电池的电力流过所述组。
9.一种车辆，其包括：
电机，所述电机包括两组电流隔离绕组；和
控制器，所述控制器被配置为在充电期间将第一逆变器与所述两组中的第一组隔离，并且在牵引电池与第二逆变器之间电耦合功率转换器，使得充电电流流过所述第一组并且在所述两组中的第二组中感应出电压以对所述电池充电。
10.根据权利要求9所述的车辆，其中所述第二逆变器被配置为对所述电压进行整流。
11.根据权利要求9所述的车辆，其中所述功率转换器被配置为对所述电压进行升压。
12.根据权利要求9所述的车辆，其中所述功率转换器被配置为校正与所述电压相关的功率因数。
13.根据权利要求9所述的车辆，其中所述控制器还被配置为在推进期间将所述第一逆变器与所述第一组耦合并将所述第二逆变器与所述牵引电池耦合，同时旁通所述功率转换器以允许来自所述电池的电力流过所述组。
14.根据权利要求9所述的车辆，其中所述电机是六相电机。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110949157A (zh) * 2019-12-27 2020-04-03 成都图翎数控科技有限公司 一种牵引机车的充电装置、系统及方法
CN112305475A (zh) * 2020-10-22 2021-02-02 西安中车永电捷力风能有限公司 一种永磁体失磁状态的检测方法和装置
CN112389209A (zh) * 2019-08-15 2021-02-23 比亚迪股份有限公司 能量转换装置及车辆

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110377926A (zh) * 2019-04-30 2019-10-25 北京理工大学 一种新能源汽车电机驱动系统电磁干扰发射电路模型
GB2584157B (en) * 2019-05-24 2024-04-03 Zf Automotive Uk Ltd Improvements relating to multi-lane motor circuits
US11677264B2 (en) * 2020-11-09 2023-06-13 Electronic Power Design, Inc. System and method for a backup power supply
DE102021100303B3 (de) 2021-01-11 2022-06-15 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft System zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4920475A (en) 1988-03-07 1990-04-24 California Institute Of Technology Integrated traction inverter and battery charger apparatus
US5099186A (en) 1990-12-31 1992-03-24 General Motors Inc. Integrated motor drive and recharge system
US5341075A (en) 1993-03-10 1994-08-23 A.C. Propulsion, Inc. Combined motor drive and battery recharge system
US6242884B1 (en) * 1998-03-24 2001-06-05 Wisconsin Alumni Research Foundation Dual stator winding induction machine drive
JP4742781B2 (ja) * 2005-09-28 2011-08-10 トヨタ自動車株式会社 交流電圧出力装置およびそれを備えたハイブリッド自動車
US20090033253A1 (en) * 2007-07-30 2009-02-05 Gm Global Technology Operations, Inc. Electric traction system for a vehicle having a dual winding ac traction motor
US8493032B2 (en) 2010-07-20 2013-07-23 Tesla Motors, Inc. Bidirectional polyphase multimode converter including boost and buck-boost modes
US8432126B2 (en) 2010-09-09 2013-04-30 GM Global Technology Operations LLC Rapid offboard charging via selective energizing of designated semiconductor switches and induction coils in an electric or hybrid electric vehicle
CN104221277B (zh) 2011-11-22 2018-09-18 昆腾燃料系统有限责任公司 组合充电器及动力装置
CN105229906B (zh) * 2013-04-22 2018-07-27 三菱电机株式会社 永磁体型电动机
EP3403904B1 (en) * 2016-01-14 2020-04-01 Mitsubishi Electric Corporation Electrical power steering device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112389209A (zh) * 2019-08-15 2021-02-23 比亚迪股份有限公司 能量转换装置及车辆
CN112389209B (zh) * 2019-08-15 2022-03-18 比亚迪股份有限公司 能量转换装置及车辆
CN110949157A (zh) * 2019-12-27 2020-04-03 成都图翎数控科技有限公司 一种牵引机车的充电装置、系统及方法
CN110949157B (zh) * 2019-12-27 2021-06-29 成都图翎数控科技有限公司 一种牵引机车的充电装置、系统及方法
CN112305475A (zh) * 2020-10-22 2021-02-02 西安中车永电捷力风能有限公司 一种永磁体失磁状态的检测方法和装置
CN112305475B (zh) * 2020-10-22 2024-06-07 西安中车永电捷力风能有限公司 一种永磁体失磁状态的检测方法和装置

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