CN117614255A - 减小直流母线电容纹波电流系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减小直流母线电容纹波电流系统，包括直流母线电容C1、逆变电路、电流采样电路、储能电感L1及控制电路。本发明还公开了一种减小直流母线电容纹波电流的方法。本发明在电池的正极与直流母线电容C1的正极之间设置储能电感L1，控制电路根据流经直流母线电容C1电流的方向及大小控制储能电感L1进行充电或向电机放电，从而减小直流母线电容C1的充电或放电电流大小，进而减小直流母线电容C1的纹波电流，使直流母线电容在工作过程中温升减小，从而可延长直流母线电容C1的使用寿命。本发明还具有结构简单，成本低，且可靠性高等特点。

Description

减小直流母线电容纹波电流系统及方法

【技术领域】

本发明涉及电流控制技术领域，特别是涉及一种结构简单、可有效减小电容温升，延长电容使用寿命的减小直流母线电容纹波电流系统及方法。

【背景技术】

随着新能源汽车的快速发展，电机控制器的功率要求越来越高，导致控制器内部直流母线电容的纹波电流也越来越大，由于电容自身承受的纹波电流越大，工作过程中温升就会越高，电容的温升越高，其寿命会相应的减小。目前市场上主要通过控制器外壳对电容进行间接散热，以保证母线电容能承受控制器产生的纹波电流，或者通过增加电容内部芯包的个数来减小电容内部单个芯包承受的纹波电流，从而减小单个芯包的发热量，使电容整体的温升下降，但电容芯包的增加，会增大电容的体积，以及电容的成本。因此，如何提供一种在成本低的情况下可有效降低直流母线电容的纹波电流的方法就成为一种客观需求。

【发明内容】

本发明旨在解决上述问题，而提供一种成本低、结构简单、可靠性高的减小直流母线电容纹波电流系统。

本发明还提供了一种减小直流母线电容纹波电流的方法。

为了解决上述问题，本发明提供的一种减小直流母线电容纹波电流系统，该系统包括：

直流母线电容C1，其两端分别与电池的正极和负极连接，用于存储电池的电能或向电机放电；

逆变电路，其分别与直流母线电容C1及电机连接，其用于将直流电转为交流电以驱动电机运行；

电流采样电路，其与直流母线电容C1串联，用于采集流经直流母线电容C1电流的大小及方向；

储能电感L1，其一端与电池正极连接，其另一端与所述直流母线电容C1正极连接，用于存储电池的电能或向电机放电；

控制电路，其分别与储能电感L1及电流采样电路连接，其获取电流采样电路采集的电流数据，并根据获取的数据控制储能电感L1存储电池的电能或向电机放电，以减小直流母线电容纹波电流。

所述控制电路包括开关模块及控制模块，所述控制模块分别与开关模块及电流采样电路输出端连接，所述开关模块还分别与储能电感L1及电池负极连接。

进一步地，所述开关模块包括开关管Q7，所述开关管Q7为NMOS管，其漏极与储能电感L1的一端连接，其源极与电池的负极连接，其栅极与控制模块的输出端连接。

进一步地，所述控制模块为脉冲宽度调制器，所述脉冲宽度调制器的输入端与电流采样电路连接，其根据电流采样电路的数据输出脉冲宽度信号，控制开关管Q7导通或关断。

所述电流采样电路包括电流传感器及数据处理模块，所述电流传感器与所述直流母线电容C1串联，其输出端与所述数据处理模块的输入端连接，所述数据处理模块的输出端与所述控制电路的输入端连接。

所述逆变电路包括第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5及第六开关Q6，所述第一开关Q1和第二开关Q2、第三开关Q3和第四开关Q4及第五开关Q5和第六开关Q6分别组成三组并联的半桥电路。

进一步地，所述第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5及第六开关Q6分别为IGBT，所述第一开关Q1、第三开关Q3、第五开关Q5的集电极分别与直流母线电容C1的正极连接，所述第一开关Q1、第三开关Q3、第五开关Q5的射极分别与第二开关Q2、第四开关Q4、第六开关Q6的集电极连接，所述第二开关Q2、第四开关Q4、第六开关Q6的射极分别与直流母线电容C1的负极连接。

进一步地，所述电机为三相交流电机，其三相分别与第一开关Q1、第三开关Q3、第五开关Q5的射极连接。

本发明还提供了一种减小直流母线电容纹波电流的方法，该方法包括如下步骤：

a、电流采样电路获取流经直流母线电容C1电流的大小及方向，并将采集的数据发送至控制电路；

b、控制电路根据接收的数据控制储能电感L1存储电池的电能或向电机放电，以减小直流母线电容纹波电流。

进一步地，步骤b包括：

b1、当电机不做功时，电池对直流母线电容C1进行充电，所述控制电路并根据接收的数据控制储能电感L1存储电池的电能，以减小电池对直流母线电容C1充电的电流大小；

b2、当电机对外做功时，直流母线电容C1对电机进行放电，所述控制电路根据接收的数据控制储能电感L1向电机放电，以减小直流母线电容C1放电的电流大小。

本发明的贡献在于：本发明在电池的正极与直流母线电容C1的正极之间设置储能电感L1，控制电路根据流经直流母线电容C1电流的方向及大小控制储能电感L1进行充电或向电机放电，从而减小直流母线电容C1的充电或放电电流大小，进而减小直流母线电容C1的纹波电流，使直流母线电容在工作过程中温升减小，从而可延长直流母线电容C1的使用寿命。本发明通过储能电感L1实现减小直流母线电容C1的纹波电流，不仅不需要对电容本身进行额外的散热处理，且无需使用大体积、大容值的直流母线电容，不仅结构简单，成本低，且可靠性高。

【附图说明】

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明的电路原理图。

图3是本发明的方法流程图。

图4是本发明的电机不做功时的电路原理图。

图5是本发明的电机做功时的电路原理图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。

参阅1所示，本发明的减小直流母线电容纹波电流系统包括直流母线电容C1、逆变电路30、电流采样电路40、储能电感L1及控制电路50，其中，储能电感L1设于直流母线电容C1的正极与电池10的正极之间，电流采样电路40采集流经直流母线电容C1的电流大小及方向，并将采集的数据发送至控制电路50，控制电路50根据接收的数据控制储能电感L1存储电池10的电能或向电机20放电，以减小直流母线电容纹波电流，使直流母线电容在工作过程中温升减小，从而可延长直流母线电容C1的使用寿命。

具体地，如图1、图2所示，直流母线电容C1的一端分别与电池10的正极及逆变电路30的输入端连接，其另一端分别与电池10的负极及逆变电路30的输出端连接。该直流母线电容C1的用于存储电池10的电能或向电机20放电。其中，当电机20不工作时，电池10的电能存储至直流母线电容C1中；当电机20工作时，直流母线电容C1将存储的电能输出至电机，以驱动电机工作。

如图1、图2所示，电机20为三相交流电机，其通过逆变电路30与直流母线电容C1连接。该逆变电路30分别与直流母线电容C1及电机20连接，用于将直流电转为交流电以驱动电机20运行。该逆变电路30包括第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5及第六开关Q6，其中，第一开关Q1和第二开关Q2、第三开关Q3和第四开关Q4及第五开关Q5和第六开关Q6分别组成三组并联的半桥电路，以驱动电机20运行。具体地，如图2所示的实施例中，第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5及第六开关Q6均为IGBT，其中，第一开关Q1、第三开关Q3、第五开关Q5的集电极分别与直流母线电容C1的正极连接，第一开关Q1、第三开关Q3、第五开关Q5的射极分别与第二开关Q2、第四开关Q4、第六开关Q6的集电极连接，第二开关Q2、第四开关Q4、第六开关Q6的射极分别与直流母线电容C1的负极连接。电机20的三相分别与第一开关Q1、第三开关Q3、第五开关Q5的射极连接。当然，第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5及第六开关Q6不限于IGBT，也可使用其他开关器件，在此不做限制。

如图1、图2所示，直流母线电容C1串联有电流采样电路40，该电流采样电路40的输出端与控制电路50连接，其用于采集流经直流母线电容C1电流的大小及方向，并将采集的数据发送至控制电路50。该电流采样电路40包括电流传感器Ic及数据处理模块41，其中，电流传感器Ic与直流母线电容C1串联，其输出端与数据处理模块41的输入端连接，数据处理模块41的输出端与控制电路50的输入端连接。当电机20不工作时，直流母线电容C1存储电池10的电能，此时，电流由电池10正极流向直流母线电容C1，数据处理模块41通过电流传感器Ic采集到该电流大小及方向；当电机20工作时，直流母线电容C1向电机20放电，此时，电流由直流母线电容C1的正极流向电机20，数据处理模块41通过电流传感器Ic采集到该电流大小及方向。数据处理模块41对采集的数据进行处理，并将处理的数据发送至控制电路50。

如图1、图2所示，储能电感L1一端与电池10正极连接，其另一端与直流母线电容C1正极连接，用于存储电池10的电能或向电机20放电。该储能电感L1由控制电路50控制其存储电池10的电能或向电机20放电。当电机20不工作时，控制电路50控制储能电感L1存储电池10的电能，以减小直流母线电容C1的充电电流；当电机20工作时，控制电路50控制储能电感L1向电机20放电，以减小直流母线电容C1的放电电流。

具体地，如图1、图2所示，控制电路50包括开关模块51及控制模块52，其中，控制模块52分别与开关模块51及电流采样电路30输出端连接，开关模块51还分别与储能电感L1及电池10的负极连接。如图2所示的实施例中，开关模块51包括开关管Q7，该开关管Q7为NMOS管，其漏极与储能电感L1的一端连接，其源极与电池10的负极连接，其栅极与控制模块52的输出端连接。控制模块52为脉冲宽度调制器，其输入端与电流采样电路30连接。该控制模块52根据电流采样电路30发送的电流大小及方向数据输出脉冲宽度信号，控制开关管Q7的导通或关断，进而控制储能电感L1充电或放电。当电流采样电路30采集到的电流为充电电流时，则控制模块52对开关管Q7进行脉冲宽度进行控制，使储能电感L1对电池10能量进行存储，从而减小了电池10供给直流母线电容C1充电电流的大小，间接抑制了直流母线电容C1充电过程中纹波电流的大小。当电流采样电路30采集到的电流为放电电流时，则控制模块52对开关管Q7进行脉冲宽度进行控制，使储能电感L1对电机20进行能量输出，从而减小了直流母线电容C1放电的电流大小，间接抑制了直流母线电容C1放电过程中纹波电流的大小。

如图3所示，本实施例的减小直流母线电容纹波电流的方法包括如下步骤：

S10、电流采样电路30获取流经直流母线电容C1电流的大小及方向，并将采集的数据发送至控制电路50。

该步骤中，电流采样电路30通过电流传感器Ic获取直流母线电容C1电流的大小及方向，并将采集的数据发送至控制电路50。

S20、控制电路50根据接收的数据控制储能电感L1存储电池10的电能或向电机20放电，以减小直流母线电容C1的纹波电流。

该步骤中，本实施例的电机20为三相交流电机，其通过逆变电路30与直流母线电容C1连接。该逆变电路30包括第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5及第六开关Q6，其中，第一开关Q1和第二开关Q2、第三开关Q3和第四开关Q4及第五开关Q5和第六开关Q6分别组成三组并联的半桥电路，以驱动电机20运行。

如图2所示，控制电路50设有开关管Q7及控制模块52。控制模块52对接收的电流采样电路30采集到的电流数据进行分析处理，当电机20不做功时，电流采样电路30采集到的电流为充电电流，则控制模块52对开关管Q7进行脉冲宽度进行控制，使储能电感L1对电池10能量进行存储，从而减小了电池10供给直流母线电容C1充电电流的大小，间接抑制了直流母线电容C1充电过程中纹波电流的大小。当电机20对外做功时，电流采样电路30采集到的电流为放电电流，则控制模块52对开关管Q7进行脉冲宽度进行控制，使储能电感L1对电机20进行能量输出，从而减小了直流母线电容C1放电的电流大小，间接抑制了直流母线电容C1放电过程中纹波电流的大小。

具体地，如图4所示的实施例中，当逆变电路40的第一开关Q1、第三开关Q3、第五开关Q5关断，第二开关Q2、第四开关Q4、第六开关Q6导通时，电机20的三相绕组短路，对外不做功，直流母线电容C1不提供能量输出，则母线电流Id等于0，此时电池10给直流母线电容C1进行充电。控制模块52对开关管Q7进行脉冲宽度进行控制，使储能电感L1对电池10能量进行存储，从而减小了电池10供给直流母线电容C1充电电流的大小，间接抑制了直流母线电容C1充电过程中纹波电流的大小。

如图5所示的实施例中，当逆变电路40的第一开关Q1导通，第三开关Q3、第五开关Q5关断，第二开关Q2关断，第四开关Q4、第六开关Q6导通时，电机20的三相绕组有电流流过，对外做功，直流母线电容C1提供能量输出，母线电流Id不为0，此时，直流母线电容C1进行放电，给电机20提供能量输出，控制模块52通过电流采样电路30采集的电流数据对开关管Q7进行脉冲宽度进行控制，使储能电感L1对电机20进行能量输出，从而减小了直流母线电容C1放电电流的大小，间接抑制了直流母线电容C1放电过程中纹波电流的大小。

藉此，本实施例的减小直流母线电容纹波电流的方法通过控制电路50根据流经直流母线电容C1电流的方向及大小控制储能电感L1进行电能存储或向电机放电，从而减小直流母线电容C1的充电或放电电流大小，进而减小直流母线电容C1的纹波电流，使直流母线电容在工作过程中温升减小，从而可延长直流母线电容C1的使用寿命。本发明通过储能电感L1实现减小直流母线电容C1的纹波电流，不仅不需要对电容本身进行额外的散热处理，且无需使用大体积、大容值的直流母线电容，不仅结构简单，成本低，且可靠性高。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种减小直流母线电容纹波电流系统，其特征在于，该系统包括：

直流母线电容C1，其两端分别与电池的正极和负极连接，用于存储电池的电能或向电机放电；

逆变电路，其分别与直流母线电容C1及电机连接，其用于将直流电转为交流电以驱动电机运行；

电流采样电路，其与直流母线电容C1串联，用于采集流经直流母线电容C1电流的大小及方向；

储能电感L1，其一端与电池正极连接，其另一端与所述直流母线电容C1正极连接，用于存储电池的电能或向电机放电；

控制电路，其分别与储能电感L1及电流采样电路连接，其获取电流采样电路采集的电流数据，并根据获取的数据控制储能电感L1存储电池的电能或向电机放电，以减小直流母线电容纹波电流。

2.如权利要求1所述的减小直流母线电容纹波电流系统，其特征在于，所述控制电路包括开关模块及控制模块，所述控制模块分别与开关模块及电流采样电路输出端连接，所述开关模块还分别与储能电感L1及电池负极连接。

3.如权利要求2所述的减小直流母线电容纹波电流系统，其特征在于，所述开关模块包括开关管Q7，所述开关管Q7为NMOS管，其漏极与储能电感L1的一端连接，其源极与电池的负极连接，其栅极与控制模块的输出端连接。

4.如权利要求3所述的减小直流母线电容纹波电流系统，其特征在于，所述控制模块为脉冲宽度调制器，所述脉冲宽度调制器的输入端与电流采样电路连接，其根据电流采样电路的数据输出脉冲宽度信号，控制开关管Q7导通或关断。

5.如权利要求1所述的减小直流母线电容纹波电流系统，其特征在于，所述电流采样电路包括电流传感器及数据处理模块，所述电流传感器与所述直流母线电容C1串联，其输出端与所述数据处理模块的输入端连接，所述数据处理模块的输出端与所述控制电路的输入端连接。

6.如权利要求1所述的减小直流母线电容纹波电流系统，其特征在于，所述逆变电路包括第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5及第六开关Q6，所述第一开关Q1和第二开关Q2、第三开关Q3和第四开关Q4及第五开关Q5和第六开关Q6分别组成三组并联的半桥电路。

7.如权利要求6所述的减小直流母线电容纹波电流系统，其特征在于，所述第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5及第六开关Q6分别为IGBT，所述第一开关Q1、第三开关Q3、第五开关Q5的集电极分别与直流母线电容C1的正极连接，所述第一开关Q1、第三开关Q3、第五开关Q5的射极分别与第二开关Q2、第四开关Q4、第六开关Q6的集电极连接，所述第二开关Q2、第四开关Q4、第六开关Q6的射极分别与直流母线电容C1的负极连接。

8.如权利要求7所述的减小直流母线电容纹波电流系统，其特征在于，所述电机为三相交流电机，其三相分别与第一开关Q1、第三开关Q3、第五开关Q5的射极连接。

9.一种减小直流母线电容纹波电流的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a、电流采样电路获取流经直流母线电容C1电流的大小及方向，并将采集的数据发送至控制电路；

b、控制电路根据接收的数据控制储能电感L1存储电池的电能或向电机放电，以减小直流母线电容纹波电流。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤b包括：

b1、当电机不做功时，电池对直流母线电容C1进行充电，所述控制电路并根据接收的数据控制储能电感L1存储电池的电能，以减小电池对直流母线电容C1充电的电流大小；

b2、当电机对外做功时，直流母线电容C1对电机进行放电，所述控制电路根据接收的数据控制储能电感L1向电机放电，以减小直流母线电容C1放电的电流大小。