CN112918290B - 具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机及其应用，属于电动汽车领域，包括：AC/DC整流器和硬件复用型隔离DC/DC变换器；AC/DC整流器包括：PWM整流器和交流滤波器；PWM整流器的直流侧端口构成AC/DC整流器的直流端口IDC‑Conv，与电动汽车中驱动逆变器的直流支撑电容并联；交流滤波器的两端分别与PWM整流器的交流侧端口和电网相连；硬件复用型隔离DC/DC变换器为电动汽车中的双向隔离DC/DC变换器，其中的原、副边滤波电容的正负极外引出接线端子，分别构成硬件复用型隔离DC/DC变换器的原边侧直流端口IDC‑P和副边侧直流端口IDC‑S，分别与直流端口IDC‑Conv和电动汽车的高压电池相连。本发明能够在提升车载充电机容量的同时，有效保障车载充电机的安全性和使用寿命。

Description

具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机及其应用
技术领域
本发明属于电动汽车领域，更具体地，涉及一种具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机及其应用。
背景技术
新能源汽车融合了能源技术、互联网技术和人工智能技术，是一种绿色低碳高效的交通方式，近年来得到了快速发展。作为新能源汽车中关键的电气部件，车载充电机需要在完成并网充电功能的同时，兼顾高效率、高功率密度和尽可能低的成本。然而，受限于车内有效的空间，车载充电机的容量始终未能跟上电池容量的提升速度。
为了进一步提升车载充电机的容量，有两种技术路线。一是采用基于宽禁带材料的功率半导体器件来构建充电机电路；二是采用硬件复用的方案，用电动汽车中已有的硬件来构建车载充电机中的部件。硬件复用的方案是通用的方案，配合第一种方案，可以实现更高的功率密度或实现更大的容量。
目前的硬件复用方案大多集中在用电机驱动变换器来实现充电机中的并网整流功能，但没有考虑电气隔离、漏电流等安全问题，因此实用性较差。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种具备电气隔离特性的车载充电机及其应用，其目的在于，在提升车载充电机容量的同时，有效保障车载充电机的安全性和使用寿命。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具备电气隔离特性的车载充电机，应用于电动汽车，包括：AC/DC整流器和硬件复用型隔离DC/DC变换器；
AC/DC整流器包括：PWM整流器和交流滤波器；PWM整流器的直流侧端口构成AC/DC整流器的直流端口IDC-Conv，直流端口IDC-Conv与电动汽车中驱动逆变器的直流支撑电容并联；交流滤波器的一端与PWM整流器的交流侧端口相连，另一端与电网相连；
硬件复用型隔离DC/DC变换器为电动汽车中的双向隔离DC/DC变换器，其中的原、副边滤波电容的正负极外引出接线端子，分别构成硬件复用型隔离DC/DC变换器的原边侧直流端口IDC-P和副边侧直流端口IDC-S，副边侧直流端口IDC-S与直流端口IDC-Conv相连，原边侧直流端口IDC-P与电动汽车的高压电池相连。
本发明所提供的具备电气隔离特性的车载充电机，其中的硬件复用型隔离DC/DC变换器复用了驱动电机系统中硬件，即双向隔离DC/DC变换器，其中的AC/DC整流器是独立于驱动电机系统的硬件，通过控制PWM整流器和驱动逆变器的开关管的通断，并运行相应的算法，能够使电动汽车相应工作在电机驱动模式下或者并网充电模式下。具体来说，当电路工作在电机驱动工况时，AC/DC整流器中的PWM整流器不工作，即所有开关管封锁；驱动电机逆变器工作于电机驱动模式，驱动逆变器运行电机控制算法、逆变器调制算法，隔离DC/DC变换器运行相关控制算法和调制算法，驱动电机逆变器和隔离DC/DC变换器协同将高压电池的能量转换为电机的机械能，相应的能量流向为：高压电池-隔离DC/DC变换器-驱动电机逆变器-驱动电机；当电路工作在并网充电工况时，驱动电机逆变器不工作，即所有开关管封锁；AC/DC整流器中的PWM整流器工作于并网充电模式，AC/DC整流器运行并网电流控制算法、整流器调制算法，硬件复用型隔离DC/DC变换器运行相关控制算法和调制算法，AC/DC整流器与硬件复用型隔离DC/DC变换器协同将电网的电能转换为高压电池的能量或化学能，相应的能量流向为：电网-AC/DC整流器-硬件复用型隔离DC/DC变换器-高压电池。
由于本发明中，硬件复用型隔离DC/DC变换器复用了驱动电机系统中硬件，能够有效提高车载充电机的容量；由于硬件复用型隔离DC/DC变换器能够提供隔离功能，能够有效降低漏电流，从而提高车载充电机的安全性和使用寿命；此外，向电机注入交流电流时，会使电机产生温升，影响电机中永磁体的性能，并且会产生振动，对电机影响电机传动系统的性能；本发明采用独立于驱动电机系统的AC/DC整流器，在并网充电时不会向电机注入交流电流，从而避免在并网运行时对驱动电机产生可能的负面影响，提高电机的稳定性。总体而言，本发明在有效提高车载充电机容量的同时，有效保障车载充电机的安全性和使用寿命，并提高驱动电机系统的稳定性。
进一步地，本发明提供的具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机，还包括：与AC/DC整流器和硬件复用型隔离DC/DC变换器分别相连的控制器；
控制器用于在电机驱动工况下，封锁PWM整流器中所有的开关管，并使驱动逆变器运行电机控制算法和逆变器调制算法，使硬件复用型隔离DC/DC变换器运行控制算法和调制算法，将高压电池的能量转换为电机的机械能；
控制器还用于在并网充电工况下，封锁驱动逆变器中所有的开关管，使AC/DC整流器运行并网电流控制算法和整流器调制算法，并使硬件复用型隔离DC/DC变换器运行控制算法和调制算法，将电网电能转换为高压电池的能量。
进一步地，AC/DC整流器中的散热器、直流母线电容和直流母排均复用驱动逆变器中的相应硬件，由此能够进一步降低成本。
按照本发明的另一个方面，提供了一种具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机，应用于电动汽车，包括：硬件复用型AC/DC整流器和硬件复用型隔离DC/DC变换器；
硬件复用型AC/DC整流器包括：电动汽车中的驱动逆变器和与驱动逆变器相连的驱动电机三相绕组，以及接入在其中一相绕组和驱动逆变器之间的电网接口；电网接口还与电网相连，用于控制驱动逆变器与电网之间的连接关系；驱动逆变器的直流支撑电容正负极外引出接线端子，构成硬件复用型AC/DC整流器的直流端口IDC-Rect；
硬件复用型隔离DC/DC变换器为电动汽车中的双向隔离DC/DC变换器，其中的原、副边滤波电容的正负极外引出接线端子，分别构成硬件复用型隔离DC/DC变换器的原边侧直流端口IDC-P和副边侧直流端口IDC-S；副边侧直流端口IDC-S与直流端口IDC-Rect相连，原边侧直流端口IDC-P与电动汽车的高压电池相连。
本发明提供的具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机，其中的硬件复用型AC/DC整流器复用了电动汽车中的硬件，即驱动逆变器和驱动电机的三相绕组，其中的硬件复用型隔离DC/DC变换器也复用了电动汽车中的硬件，即双向隔离DC/DC变换器，通过电网接口，控制电网与电路的连接关系，并运行相应的算法，能够使电动汽车相应工作在电机驱动模式下或者并网充电模式下。具体来说，当电路工作在电机驱动工况时，驱动电机逆变器工作于电机驱动模式，运行电机控制算法、逆变器调制算法，隔离DC/DC变换器运行相关控制算法和调制算法，驱动电机逆变器和隔离DC/DC变换器协同将高压电池的能量转换为电机的机械能，相应的能量流向为：高压电池-隔离DC/DC变换器-驱动电机逆变器-驱动电机；当电路工作在并网充电工况时，硬件复用型AC/DC整流器工作于并网充电模式，运行并网电流控制算法、整流器调制算法，硬件复用型隔离DC/DC变换器运行相关控制算法和调制算法，硬件复用型AC/DC整流器与硬件复用型隔离DC/DC变换器协同将电网的电能转换为高压电池的能量，相应的能量流向为：电网-硬件复用型AC/DC整流器-硬件复用型隔离DC/DC变换器-高压电池。
由于本发明中，硬件复用型隔离DC/DC变换器和硬件复用型AC/DC整流器均复用了驱动电机系统中的硬件，能够最大程度上提高车载充电机的容量；由于硬件复用型隔离DC/DC变换器能够提供隔离功能，能够有效降低漏电流，从而提高车载充电机的安全性和使用寿命。总体而言，本发明在有效提高车载充电机容量的同时，有效保障车载充电机的安全性和使用寿命。
进一步地，本发明提供的具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机，还包括：与硬件复用型AC/DC整流器和硬件复用型隔离DC/DC变换器分别相连的控制器；
控制器用于在电机驱动工况下，通过电网接口断开电网与驱动逆变器之间的连接，使对应相的电机绕组直接与驱动逆变器相连，并使驱动逆变器运行电机控制算法和逆变器调制算法，使硬件复用型隔离DC/DC变换器运行控制算法和调制算法，将高压电池的能量转换为电机的机械能；
控制器还用于在并网充电工况下，通过电网接口使电网接入在对应相绕组和驱动逆变器之间，并使硬件复用型AC/DC整流器运行并网电流控制算法和整流器调制算法，使硬件复用型隔离DC/DC变换器运行控制算法和调制算法，将电网电能转换为高压电池的能量。
进一步地，电网接口包括一个开关和开关两端引出的端子，开关的两端分别与驱动逆变器和一相电机绕组相连，开关两端引出的端子与电网相连。
按照本发明的又一个方面，提供了一种具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机，应用于电动汽车，包括：硬件复用型AC/DC整流器，隔离型DC/DC变换器，第一断路器和第二断路器；
硬件复用型AC/DC整流器包括：电动汽车中的驱动逆变器和与驱动逆变器相连的驱动电机三相绕组，以及接入在其中一相绕组和驱动逆变器之间的电网接口；电网接口还与电网相连，用于控制驱动逆变器与电网之间的连接关系；驱动逆变器的直流支撑电容正负极外引出接线端子，构成硬件复用型AC/DC整流器的直流端口IDC-Rect；直流端口IDC-Rect的正、负极端子分别与第一断路器的一端和第二断路器的一端相连；
隔离DC/DC变换器为电动汽车中的双向隔离DC/DC变换器，其中的原、副边滤波电容的正负极外引出接线端子，分别构成隔离DC/DC变换器的原边侧直流端口IDC-P和副边侧直流端口IDC-S，副边侧直流端口IDC-S与直流端口IDC-Conv相连，原边侧直流端口IDC-P与电动汽车的高压电池相连；原边侧直流端口IDC-P的正、负极端子分别与第一断路器的另一端和第二断路器的另一端相连。
本发明提供的具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机，其中硬件复用型AC/DC整流器复用了驱动电机系统中的硬件，即驱动逆变器和驱动电机的三相绕组，其中的隔离DC/DC变换器是独立于驱动电机系统的硬件，通过断路器和电网接口分别控制隔离DC/DC变换器和电网与电路的连接关系，并运行相应的算法，能够使电动汽车相应工作在电机驱动模式下或者并网充电模式下。具体来说，当电路工作在电机驱动工况时，两个断路器中的开关均闭合，并封锁隔离DC/DC变换器中所有的开关管，隔离DC/DC变换器不工作，高压电池与驱动电机逆变器的直流支撑电容相并联，驱动电机逆变器工作于电机驱动模式，运行电机控制算法、逆变器调制算法，将高压电池的能量转换为电机的机械能，相应的能量流向为：高压电池-驱动电机逆变器-驱动电机；当电路工作在并网充电工况时，两个断路器中的开关均断开，高压电池与隔离DC/DC变换器原边滤波电容并联，隔离DC/DC变换器副边滤波电容和硬件复用型AC/DC整流器的直流支撑电容相并联，硬件复用型AC/DC整流器工作于并网充电模式，运行并网电流控制算法、整流器调制算法，隔离DC/DC变换器运行相关控制算法和调制算法，两者协同将电网的电能转换为高压电池的能量或化学能，相应的能量流向为：电网-硬件复用型AC/DC整流器-隔离DC/DC变换器-高压电池。
由于本发明中，硬件复用型AC/DC整流器复用了电机驱动系统中的硬件，能够有效提高车载充电机的容量；由于隔离DC/DC变换器能够提供隔离功能，能够有效降低漏电流，从而提高车载充电机的安全性和使用寿命。总体而言，本发明在有效提高车载充电机容量的同时，有效保障车载充电机的安全性和使用寿命。
进一步地，本发明提供的具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机，还包括：与硬件复用型AC/DC整流器、隔离型DC/DC变换器、第一断路器和第二断路器分别相连的控制器；
控制器用于在电机驱动工况下，闭合两个断路器，封锁隔离DC/DC变换器中所有的开关管，通过电网接口断开电网与驱动逆变器之间的连接，使对应相的电机绕组直接与驱动逆变器相连，并使驱动逆变器运行电机控制算法和逆变器调制算法，将高压电池的能量转换为电机的机械能；
控制器还用于在并网充电工况下，断开两个断路器，通过电网接口使电网接入在对应相绕组和驱动逆变器之间，并使硬件复用型AC/DC整流器运行并网电流控制算法和整流器调制算法，使隔离DC/DC变换器运行控制算法和调制算法，将电网电能转换为高压电池的能量。
进一步地，电网接口包括一个开关和开关两端引出的端子，开关的两端分别与驱动逆变器和一相电机绕组相连，开关两端引出的端子与电网相连。
按照本发明的又一个方面，提供了上述具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机在电动汽车中的应用。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明提供的具备电气隔离特性的车载充电机，其中的硬件复用型隔离DC/DC变换器复用了驱动电机系统中硬件，能够有效提高车载充电机的容量；由于硬件复用型隔离DC/DC变换器能够提供隔离功能，能够有效降低漏电流，从而提高车载充电机的安全性和使用寿命；此外，本发明采用独立于驱动电机系统的AC/DC整流器，在并网充电时不会向电机注入交流电流，从而避免在并网运行时对驱动电机产生可能的负面影响，提高电机的稳定性。总体而言，本发明在有效提高车载充电机容量的同时，有效保障车载充电机的安全性和使用寿命，并提高驱动电机系统的稳定性。
(2)本发明提供的具备电气隔离特性的车载充电机，其中的硬件复用型隔离DC/DC变换器和硬件复用型AC/DC整流器均复用了驱动电机系统中的硬件，能够最大程度上提高车载充电机的容量；由于硬件复用型隔离DC/DC变换器能够提供隔离功能，能够有效降低漏电流，从而提高车载充电机的安全性和使用寿命。总体而言，本发明在有效提高车载充电机容量的同时，有效保障车载充电机的安全性和使用寿命。
(3)本发明提供的具备电气隔离特性的车载充电机，其中的硬件复用型AC/DC整流器复用了电机驱动系统中的硬件，能够有效提高车载充电机的容量；由于隔离DC/DC变换器能够提供隔离功能，能够有效降低漏电流，从而提高车载充电机的安全性和使用寿命。总体而言，本发明在有效提高车载充电机容量的同时，有效保障车载充电机的安全性和使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的具备电气隔离特性的车载充电机示意图；
图2为本发明实施例2提供的具备电气隔离特性的车载充电机示意图；
图3中的(a)为现有的电动汽车中驱动逆变器与驱动电机三相绕组的连接关系示意图；图3中的(b)为本实施例中电网接口、电网、驱动电机及逆变器之间的电气连接关系示意图；
图4为本发明实施例3提供的具备电气隔离特性的车载充电机示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
为了解决现有的硬件复用型车载充电机不具备电气隔离特性，无法保障车载充电机的安全性和使用寿命的技术问题，本发明提供了一种具备电气隔离特性的车载充电机及其应用，其整体思路在于：利用隔离DC/DC变换器实现电气隔离，并通过器件之间的电气连接设计，使车载充电机中的隔离DC/DC变换器或者AC/DC整流器复用驱动电机中的硬件，或者使二者同时复用驱动电机中的硬件，有效提高车载充电机的容量。
以下为实施例。
实施例1：
一种具备电气隔离特性的车载充电机，应用于电动汽车，如图1所示，包括：AC/DC整流器和硬件复用型隔离DC/DC变换器；
AC/DC整流器包括：PWM整流器和交流滤波器；PWM整流器的直流侧端口构成AC/DC整流器的直流端口IDC-Conv，直流端口IDC-Conv与电动汽车中驱动逆变器的直流支撑电容并联；交流滤波器的一端与PWM整流器的交流侧端口相连，另一端与电网相连；
硬件复用型隔离DC/DC变换器为电动汽车中的双向隔离DC/DC变换器，由高频变压器、若干H桥电路、可选的LC谐振单元以及控制电路所构成；硬件复用型隔离DC/DC变换器中，原、副边滤波电容的正负极外引出接线端子，分别构成硬件复用型隔离DC/DC变换器的原边侧直流端口IDC-P和副边侧直流端口IDC-S，副边侧直流端口IDC-S与直流端口IDC-Conv相连，原边侧直流端口IDC-P与电动汽车的高压电池相连；
本实施例中，通过控制PWM整流器和驱动逆变器的开关管的通断，并运行相应的算法，能够使电动汽车相应工作在电机驱动模式下或者并网充电模式下；具体来说，当电路工作在电机驱动工况时，AC/DC整流器中的PWM整流器不工作，即所有开关管封锁；驱动电机逆变器工作于电机驱动模式，驱动逆变器运行电机控制算法、逆变器调制算法，隔离DC/DC变换器运行相关控制算法和调制算法，驱动电机逆变器和隔离DC/DC变换器协同将高压电池的能量(电能或化学能)转换为电机的机械能，相应的能量流向为：高压电池-隔离DC/DC变换器-驱动电机逆变器-驱动电机；当电路工作在并网充电工况时，驱动电机逆变器不工作，即所有开关管封锁；AC/DC整流器中的PWM整流器工作于并网充电模式，AC/DC整流器运行并网电流控制算法、整流器调制算法，硬件复用型隔离DC/DC变换器运行相关控制算法和调制算法，AC/DC整流器与硬件复用型隔离DC/DC变换器协同将电网的电能转换为高压电池的电能或化学能，相应的能量流向为：电网-AC/DC整流器-硬件复用型隔离DC/DC变换器-高压电池；
相应地，本实施例提供的具备电气隔离特性的车载充电机还包括：与AC/DC整流器和硬件复用型隔离DC/DC变换器分别相连的控制器；
控制器用于在电机驱动工况下，封锁PWM整流器中所有的开关管，并使驱动逆变器运行电机控制算法和逆变器调制算法，使硬件复用型隔离DC/DC变换器运行控制算法和调制算法，将高压电池的能量转换为电机的机械能；
控制器还用于在并网充电工况下，封锁驱动逆变器中所有的开关管，使AC/DC整流器运行并网电流控制算法和整流器调制算法，并使硬件复用型隔离DC/DC变换器运行控制算法和调制算法，将电网电能转换为高压电池的能量。
为了进一步降低成本，本实施例中，AC/DC整流器中的散热器、直流母线电容和直流母排均复用驱动逆变器中的相应硬件；应当说明的是，此处仅为本发明优选的实施方式，不应理解为对本发明唯一的限定，在本发明其他的一些实施例中，AC/DC整流器中的散热器、直流母线电容和直流母排也可使用独立于驱动电机系统的硬件；
如图1所示，本实施例中，AC/DC整流器中的PWM整流器具体为单相全桥PWM整流器；应当说明的是，此处描述仅为本发明一种可选的实施方式，不应理解为对本发明的唯一限定，在本发明其他的一些实施例中，也可以使用三相PWM整流器、三相三电平Vienna整流器等其他可实现PWM整流功能的电路结构；
如图1所示，本实施例中，交流滤波器具体由滤波电感组成；应当说明的是，此处描述仅为本发明一种可选的实施方式，不应理解为对本发明的唯一限定，在本发明其他的一些实施例中，也可使用LC型滤波器、LCL型滤波器等能够实现交流滤波功能的器件作为交流滤波器。
实施例2：
一种具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机，应用于电动汽车，如图2所示，包括：硬件复用型AC/DC整流器和硬件复用型隔离DC/DC变换器；
硬件复用型AC/DC整流器包括：电动汽车中的驱动逆变器和与驱动逆变器相连的驱动电机三相绕组，以及接入在其中一相绕组和驱动逆变器之间的电网接口；电网接口还与电网相连，用于控制驱动逆变器与电网之间的连接关系；驱动逆变器的直流支撑电容正负极外引出接线端子，构成硬件复用型AC/DC整流器的直流端口IDC-Rect；
硬件复用型隔离DC/DC变换器为电动汽车中的双向隔离DC/DC变换器，由高频变压器、若干H桥电路、可选的LC谐振单元以及控制电路所构成；硬件复用型隔离DC/DC变换器中，原、副边滤波电容的正负极外引出接线端子，分别构成硬件复用型隔离DC/DC变换器的原边侧直流端口IDC-P和副边侧直流端口IDC-S；副边侧直流端口IDC-S与直流端口IDC-Rect相连，原边侧直流端口IDC-P与电动汽车的高压电池相连；
本实施例中，通过电网接口，控制电网与电路的连接关系，并运行相应的算法，能够使电动汽车相应工作在电机驱动模式下或者并网充电模式下。具体来说，当电路工作在电机驱动工况时，驱动电机逆变器工作于电机驱动模式，运行电机控制算法、逆变器调制算法，隔离DC/DC变换器运行相关控制算法和调制算法，驱动电机逆变器和隔离DC/DC变换器协同将高压电池的能量(电能或化学能)转换为电机的机械能，相应的能量流向为：高压电池-隔离DC/DC变换器-驱动电机逆变器-驱动电机；当电路工作在并网充电工况时，硬件复用型AC/DC整流器工作于并网充电模式，运行并网电流控制算法、整流器调制算法，硬件复用型隔离DC/DC变换器运行相关控制算法和调制算法，硬件复用型AC/DC整流器与硬件复用型隔离DC/DC变换器协同将电网的电能转换为高压电池的能量或化学能，相应的能量流向为：电网-硬件复用型AC/DC整流器-硬件复用型隔离DC/DC变换器-高压电池；
相应对，本实施例提供的具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机，还包括：与硬件复用型AC/DC整流器和硬件复用型隔离DC/DC变换器分别相连的控制器；
控制器用于在电机驱动工况下，通过电网接口断开电网与驱动逆变器之间的连接，使对应相的电机绕组直接与驱动逆变器相连，并使驱动逆变器运行电机控制算法和逆变器调制算法，使硬件复用型隔离DC/DC变换器运行控制算法和调制算法，将高压电池的能量转换为电机的机械能；
控制器还用于在并网充电工况下，通过电网接口使电网接入在对应相绕组和驱动逆变器之间，并使硬件复用型AC/DC整流器运行并网电流控制算法和整流器调制算法，使硬件复用型隔离DC/DC变换器运行控制算法和调制算法，将电网电能转换为高压电池的能量；
电动汽车中，驱动逆变器和驱动电机绕组的连接关系如图3中的(a)所示，电机三相绕组的一端连接至一点，另一端分别与驱动逆变器的一个桥臂中点相连；可选地，本实施例中，电网接口包括一个开关和开关两端引出的端子，开关的两端分别与驱动逆变器和一相电机绕组相连，开关两端引出的端子与电网相连；
通过闭合电网接口中的开关，可以断开电网与电路之间的连接；通过断开电网接口中的开关，可将电网接入电路中；本实施例中，电网接口、电网、驱动电机及逆变器之间的电气连接如图3中的(b)所示。
实施例3：
一种具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机，应用于电动汽车，如图4所示，包括：硬件复用型AC/DC整流器，隔离型DC/DC变换器，第一断路器和第二断路器；本实施例中，第一断路器和第二断路器分别如图4中K1和K2所示；
硬件复用型AC/DC整流器包括：电动汽车中的驱动逆变器和与驱动逆变器相连的驱动电机三相绕组，以及接入在其中一相绕组和驱动逆变器之间的电网接口；电网接口还与电网相连，用于控制驱动逆变器与电网之间的连接关系；驱动逆变器的直流支撑电容正负极外引出接线端子，构成硬件复用型AC/DC整流器的直流端口IDC-Rect；直流端口IDC-Rect的正、负极端子分别与第一断路器的一端和第二断路器的一端相连；
隔离DC/DC变换器为电动汽车中的双向隔离DC/DC变换器，其中的原、副边滤波电容的正负极外引出接线端子，分别构成隔离DC/DC变换器的原边侧直流端口IDC-P和副边侧直流端口IDC-S，副边侧直流端口IDC-S与直流端口IDC-Conv相连，原边侧直流端口IDC-P与电动汽车的高压电池相连；原边侧直流端口IDC-P的正、负极端子分别与第一断路器的另一端和第二断路器的另一端相连；
本实施例中，通过断路器和电网接口分别控制隔离DC/DC变换器和电网与电路的连接关系，并运行相应的算法，能够使电动汽车相应工作在电机驱动模式下或者并网充电模式下。具体来说，当电路工作在电机驱动工况时，两个断路器中的开关均闭合，并封锁隔离DC/DC变换器中所有的开关管，隔离DC/DC变换器不工作，高压电池与驱动电机逆变器的直流支撑电容相并联，驱动电机逆变器工作于电机驱动模式，运行电机控制算法、逆变器调制算法，将高压电池的能量转换为电机的机械能，相应的能量流向为：高压电池-驱动电机逆变器-驱动电机；当电路工作在并网充电工况时，两个断路器中的开关均断开，高压电池与隔离DC/DC变换器原边滤波电容并联，隔离DC/DC变换器副边滤波电容和硬件复用型AC/DC整流器的直流支撑电容相并联，硬件复用型AC/DC整流器工作于并网充电模式，运行并网电流控制算法、整流器调制算法，隔离DC/DC变换器运行相关控制算法和调制算法，两者协同将电网的电能转换为高压电池的电能或化学能，相应的能量流向为：电网-硬件复用型AC/DC整流器-隔离DC/DC变换器-高压电池；
相应地，本实施例提供的具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机，还包括：与硬件复用型AC/DC整流器、隔离型DC/DC变换器、第一断路器和第二断路器分别相连的控制器；
控制器用于在电机驱动工况下，闭合两个断路器，封锁隔离DC/DC变换器中所有的开关管，通过电网接口断开电网与驱动逆变器之间的连接，使对应相的电机绕组直接与驱动逆变器相连，并使驱动逆变器运行电机控制算法和逆变器调制算法，将高压电池的能量转换为电机的机械能；
控制器还用于在并网充电工况下，断开两个断路器，通过电网接口使电网接入在对应相绕组和驱动逆变器之间，并使硬件复用型AC/DC整流器运行并网电流控制算法和整流器调制算法，使隔离DC/DC变换器运行控制算法和调制算法，将电网电能转换为高压电池的能量。
电动汽车中，驱动逆变器和驱动电机绕组的连接关系如图3中的(a)所示，电机三相绕组的一端连接至一点，另一端分别与驱动逆变器的一个桥臂中点相连；
可选地，本实施例中，电网接口包括一个开关和开关两端引出的端子，开关的两端分别与驱动逆变器和一相电机绕组相连，开关两端引出的端子与电网相连；
通过闭合电网接口中的开关，可以断开电网与电路之间的连接；通过断开电网接口中的开关，可将电网接入电路中；本实施例中，电网接口、电网、驱动电机及逆变器之间的电气连接图3中的(b)所示；
在实际应用中，任意一种可实现电气隔离和工作模式切换，并且可以满足功率切换要求的DC/DC变换器均可用于本发明，如DAB型DC/DC变换器、CLLC型DC/DC变换器，等等。
实施例4：
上述实施例1～3任一项提供的具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机在电动汽车中的应用。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机，应用于电动汽车，其特征在于，包括：硬件复用型AC/DC整流器，硬件复用型隔离DC/DC变换器，以及与所述硬件复用型AC/DC整流器和所述硬件复用型隔离DC/DC变换器分别相连的控制器；
所述硬件复用型AC/DC整流器包括：所述电动汽车中的驱动逆变器和与所述驱动逆变器相连的驱动电机三相绕组，以及接入在其中一相绕组和所述驱动逆变器之间的电网接口；所述电网接口还与电网相连，用于控制所述驱动逆变器与电网之间的连接关系；所述驱动逆变器的直流支撑电容正负极外引出接线端子，构成所述硬件复用型AC/DC整流器的直流端口I DC-Rect ；
所述硬件复用型隔离DC/DC变换器为所述电动汽车中的双向隔离DC/DC变换器，其中的原、副边滤波电容的正负极外引出接线端子，分别构成所述硬件复用型隔离DC/DC变换器的原边侧直流端口I DC-P 和副边侧直流端口I DC-S ；所述副边侧直流端口I DC-S 与所述直流端口I DC-Rect 相连，所述原边侧直流端口I DC-P 与所述电动汽车的高压电池相连；
驱动逆变器中桥臂数量为3；电机三相绕组的一端连接至一点，另一端分别与驱动逆变器的一个桥臂中点相连；所述电网接口包括一个开关和开关两端引出的端子，所述开关的两端分别与所述驱动逆变器和一相电机绕组相连，所述开关两端引出的端子与电网相连；
所述控制器用于在电机驱动工况下，通过所述电网接口断开电网与所述驱动逆变器之间的连接，使对应相的电机绕组直接与所述驱动逆变器相连，并使所述驱动逆变器运行电机控制算法和逆变器调制算法，使所述硬件复用型隔离DC/DC变换器运行控制算法和调制算法，将高压电池的能量转换为电机的机械能；
所述控制器还用于在并网充电工况下，通过所述电网接口使电网接入在对应相绕组和所述驱动逆变器之间，并使所述硬件复用型AC/DC整流器运行并网电流控制算法和整流器调制算法，使所述硬件复用型隔离DC/DC变换器运行控制算法和调制算法，将电网电能转换为高压电池的能量。
2.一种具备电气隔离特性的硬件复用型车载充电机，应用于电动汽车，其特征在于，包括：硬件复用型AC/DC整流器，隔离型DC/DC变换器，第一断路器，第二断路器，以及与所述硬件复用型AC/DC整流器、所述隔离型DC/DC变换器、所述第一断路器和所述第二断路器分别相连的控制器；
所述硬件复用型AC/DC整流器包括：所述电动汽车中的驱动逆变器和与所述驱动逆变器相连的驱动电机三相绕组，以及接入在其中一相绕组和所述驱动逆变器之间的电网接口；所述电网接口还与电网相连，用于控制所述驱动逆变器与电网之间的连接关系；所述驱动逆变器的直流支撑电容正负极外引出接线端子，构成所述硬件复用型AC/DC整流器的直流端口I DC-Rect ；所述直流端口I DC-Rect 的正、负极端子分别与所述第一断路器的一端和所述第二断路器的一端相连；
所述隔离型DC/DC变换器为所述电动汽车中的双向隔离DC/DC变换器，其中的原、副边滤波电容的正负极外引出接线端子，分别构成所述隔离型DC/DC变换器的原边侧直流端口I DC-P 和副边侧直流端口I DC-S ，所述副边侧直流端口I DC-S 与所述直流端口I DC-Conv 相连，所述原边侧直流端口I DC-P 与所述电动汽车的高压电池相连；所述原边侧直流端口I DC-P 的正、负极端子分别与所述第一断路器的另一端和所述第二断路器的另一端相连；
驱动逆变器中桥臂数量为3；电机三相绕组的一端连接至一点，另一端分别与驱动逆变器的一个桥臂中点相连；所述电网接口包括一个开关和开关两端引出的端子，所述开关的两端分别与所述驱动逆变器和一相电机绕组相连，所述开关两端引出的端子与电网相连；
所述控制器用于在电机驱动工况下，闭合两个断路器，封锁所述隔离型DC/DC变换器中所有的开关管，通过所述电网接口断开电网与所述驱动逆变器之间的连接，使对应相的电机绕组直接与所述驱动逆变器相连，并使所述驱动逆变器运行电机控制算法和逆变器调制算法，将高压电池的能量转换为电机的机械能；
所述控制器还用于在并网充电工况下，断开两个断路器，通过所述电网接口使电网接入在对应相绕组和所述驱动逆变器之间，并使所述硬件复用型AC/DC整流器运行并网电流控制算法和整流器调制算法，使所述隔离型DC/DC变换器运行控制算法和调制算法，将电网电能转换为高压电池的能量。
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