CN208630370U - 一种新能源电动车双向电源及电动附件的集成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型采用一个双向逆变电源完成交、直流的转换，并在逆变、配电控制载体及高压配电箱的配合下实现行车供电、停车充电及车外供电。行车时逆变、配电控制载体控制双向逆变电力电子模块完成直流转换为交流的电力转换，向变压及整流器、空调压缩机及其他交流负载提供交流供电；充电时双向逆变电力电子模块将充电插座输入的交流电转换成直流电为车载动力电池充电；当停车向车外供电时，双向逆变电力电子模块将车载动力电池输入的直流转换为交流并通过充电插座向车外供电。本实用新型采用一个逆变设备为整车多个设备供电，减少整车逆变器配置数量，同时由于逆变、配电控制载体具有强大的运算能力，智能化大大提高，满足整车各种需求。

Description

一种新能源电动车双向电源及电动附件的集成装置

技术领域：本实用新型属于新能源汽车领域，涉及电动车动力平台电子电气架构

背景技术：

目前，新能源电动汽车在动力平台设计中，为实现行车时由车载动力电池供电驱动各电动总成运行、停车时由地面充电桩向车载动力电池充电等功能，整车上配置了各种类型的电力变换设备，由此导致相同功能设备重复设置、单个设备利用率降低、布置空间拥挤、整车重量增大、成本增高等一系列问题，同时车载电力设备过多也造成故障率增高，故障里程缩短，整车可靠性下降。

实用新型内容：

本实用新型的目的是在精简了电动车动力平台电器设备数量的前提下，保留并新增了目前新能源电动汽车动力平台所需功能。为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：采用一个双向逆变电力电子模块(1)完成直流变交流、交流变直流的电力变换；逆变、配电控制载体(2)完成对双向逆变电力电子模块(1)及高压配电箱(6)的控制，并依据整车需要完成行车中的电附件供电、停车充电及向车外供电；变压及整流器(3)完成交流变直流为整车提供低压供电；空调压缩机(5)采用交流直接供电方式驱动；高压配电箱(6)通过内部配电可以输出多路交流为车载设备供电。本实用新型的有益效果是：由于采用了双向逆变电力电子模块(1)及逆变、配电控制载体(2)的集中控制方案，达到了一个逆变设备满足整车多个电附件设备供电的目的，减少了整车设备配置数量，降低整车重量及成本，同时由于逆变、配电控制载体(2)具有强大的运算能力，智能化程度提高，可满足整车各种需要。

附图说明：

图1是本实用新型的电动汽车动力平台电气架构图；

图2是本实用新型双向逆变电力电子模块原理图；

图3是本实用新型在行车状态时电气原理图；

图4是本实用新型在停车充电、外部供电的电气原理图；

图5是本实用新型中的双向逆变电力电子模块与逆变、配电控制载体间的逻辑关系图；

图6是本实用新型中逆变、配电控制载体与各电器间连接原理图；

(附图标记说明)1–双向逆变电力电子模块；2–逆变、配电控制载体；3–变压及整流器；4–车载动力电池；5–空调压缩机；6–高压配电箱；7–其他交流负载。

具体实施方式：

本实用新型为改进目前电动车动力平台设计中存在同类电器设备重复配置、利用率降低、整车重量增大、新车成本增高等一系列问题，引入新能源电动车双向电源设计概念，从而导出了电动汽车电动总成集成控制设计方案。该方案采用一个双向逆变电力电子模块1装置来完成电力的逆变，并在逆变、配电控制载体2控制器及高压配电箱6的配合下实现行车中电附件供电、停车充电及停车向车外供电功能。总体架构设计如图1所示：双向逆变电力电子模块1是由功率电子器件构成的电力变换装置，其功能完成直流转换成交流、市电交流转换成直流的电力变换；逆变、配电控制载体2是整个电子电气架构的控制核心，它与双向逆变电力电子模块1通过导线连接并控制其完成交、直流双向逆变，在行车时控制其将车载动力电池4的直流电逆变成交流电为整车电附件供电，停车充电时逆变、配电控制载体2控制双向逆变电力电子模块1将输入交流市电逆变为直流电，期间依据电池充电特性控制双向逆变电力电子模块1实现恒流、恒压、脉动模式为车载动力电池4充电，停车向车外供电时控制其将车载动力电池4直流电逆变成交流电并通过充电接口向车外提供电能；高压配电箱6是电动车动力电的配电中心，逆变、配电控制载体2通过导线控制高压配电箱6完成交、直流配电并向其他设备供电，通过高压配电箱6内部设置的传感器可监控电压、电流及接触器触点的状态；由于双向逆变电力电子模块1将车载动力电池4提供的直流逆变成交流，故可直接驱动空调压缩机5中的制冷剂压缩机完成制冷功能；电动车整车在行驶、充电及车外供电时，始终有交流电提供，故可通过高压配电箱6的配电将交流电加载到变压及整流器3即实现了整车低压直流供电功能；在轻、重型电动车中，其他交流负载7(例如电液动力转向、制动系统气泵等)可通过高压配电箱6的配电输出交流驱动其工作。

本实用新型中提出的双向逆变电力电子模块1原理见图2所示。

双向逆变电力电子模块1是一电力电子功率转换部件，若干只开关功率器件是其核心部件，每个开关功率器件的控制端均设计有驱动电路，为配合逆变、配电控制载体2的精确调控，此模块还设置有电流、电压、温度传感器等，该部件具备通信总线，可完成故障诊断、主被动放电及使能控制等功能，该模块最大的特点是可以完成电力的双向逆变。

当车辆启动行驶时，双向逆变电力电子模块1执行将直流转换成交流的逆变功能，此时直流母线端是输入端，交流端是输出端，车载动力电池4的直流电经逆变输出交流电，交流电经过高压配电箱6内设置的交流接触器向车载气泵电机、转向电机、空调电机及变压及整流器3提供交流供电，电气原理见图3所示。

当车辆停止行驶需要对车载动力电池4充电时，双向逆变电力电子模块1执行将交流转换成直流的逆变功能，此时交流端是输入端，直流母线端是输出端。交流市电经充电枪接入整车的高压配电箱6，配电箱内的交流接触器在逆变、配电控制载体2的控制下将交流电接入双向逆变电力电子模块1，同时逆变、配电控制载体2以对市电品质影响最小的逆变算法(例如高频功率因数校正整流等)控制双向逆变电力电子模块1进行整流逆变成直流电，充电期间逆变、配电控制载体2依据电池电量的变化改变充电模式以达到最佳的充电效果，电气原理如图4所示。

当车辆停止行驶需要通过充电接口向车外提供交流动力电时，双向逆变电力电子模块1执行将直流转换成交流的逆变功能，此时直流母线端是输入端，交流端是输出端。车载动力电池4的直流电经过高压配电箱6内部直流接触器加载到双向逆变电力电子模块1的直流母线端，逆变、配电控制载体2控制高压配电箱6及双向逆变电力电子模块1完成直流转换成交流的逆变，交流再通过高压配电箱6内部的交流接触器输送到充电接口向外输出，达到了对外提供交流电能的目的，电气原理如图4所示。

由上述过程可以看出，双向逆变电力电子模块1仅作为电力变换的执行部件(其内部的保护、驱动、传感器调理及通信电路的保障是必要的)，模块自身并不具备直流变交流、交流变直流的逆变算法功能，这部分功能由逆变、配电控制载体2来完成(算法可集成在整车上其他控制器中或单独设置控制器)，两者间的逻辑关系见图5所示。

本实用新型中提出的逆变、配电控制载体2代表着控制算法软件及运行环境的结合体，是整车动力电逆变、电力配电的管控核心。当车辆启动行驶时，控制将依据行车中能量最优管理、电附件节能运行等多重因素综合考虑调整双向逆变电力电子模块1逆变的交流电频率及电压；当停车充电时控制将依据电池的状态调整双向逆变电力电子模块1输出直流电的电流、电压(可控整流充电)；当停车向车辆外部提供交流动力电时，控制将依据车外电器负载变化自适应调整输出交流电以保障稳定供电。逆变、配电控制载体 2依据上述需求最终将逆变算法结果转换成脉冲调制信号由控制器PWM引脚输出，控制双向逆变电力电子模块1内部的开关功率器件完成电源逆变的转换，逆变、配电控制载体2与双向逆变电力电子模块1之间的电气连接见图5所示。

逆变、配电控制载体2除控制双向逆变电力电子模块1完成电力逆变外，还控制高压配电箱6中交、直流接触器的断开与闭合。电动车中的气泵电机、转向电机、空调电机均通过高压配电箱6内部的接触器与交流电连接，充电时交流充电插座输入的市电也必须经过高压配电箱6中的交流接触器与双向逆变电力电子模块1连接。逆变、配电控制载体2通过驱动接口控制交流接触器的驱动线圈即可达到控制交、直流配电的目的，其与上述各设备的连接原理图见图6。

本实用新型中提出的变压及整流器3、空调压缩机5设备是对目前电动车采用的直流-直流转换器 (DC/DC)及电动空调设备减重降价的改进方案，由于整车无论在行车过程中，还是停车时充电或向外部提供电能，整车上均可获得交流供电，由此可采用闭磁路交流变压器将交流电降压后整流即可获得整车低压直流电为整车低压电池充电及电器供电；同理目前车用的电动空调采用高压直流供电，内部再将直流转换成交流，最终由交流电机带动制冷剂压缩机制冷。由于本实用新型中整车具备交流供电，故采用直接由交流供电驱动电机带动制冷剂压缩机运转方式，由此将节约电动空调的成本，体积重量也会得到改善。变压及整流器3、空调压缩机5的供电均由逆变、配电控制载体2通过控制高压配电箱6内部接触器来实现，原理见图6。

综上所述，为减少目前新能源电动车相同功能部件的重复配置，本实用新型提出了改进设计方案：采用一个双向逆变电力电子模块1来取代目前电动车中配置的充电机(AC/DC)、低压直流逆变器(DC/DC)、电动气泵电源(DC/AC)、电液动力转向电源(DC/AC)及空调压缩机逆变器(DC/AC)；除配置双向逆变电力电子模块1外，配置了高压配电箱6、闭磁路交流变压器及全波整流设备-变压及整流器3，电动空调改以往直流供电为交流供电；双向逆变电力电子模块1的电力逆变控制、高压配电箱6的配电控制均由逆变、配电控制载体2来控制(逆变、配电控制算法集成在控制器内)。由于该方案中的大量信息在控制器内部流通，故外部通讯总线节点、信息量将大大减少，这对降低整车CAN总线负载、减少总线通道数量极为有利。电动附件集成方案见图6所示。

由于控制算法统筹管理整车能量流，此方案将进一步为整车轻量化设计、降低成本、能量优化管理及整车降能耗的优化设计提供实施基础。

Claims (5)

1.一种电动车双向电源及电动附件的集成装置，该方法能够实现对车载电动附件总成的供电、停车时对车载电池充电及向车外提供交流供电，其特征在于，包括：

车辆行驶时，在逆变、配电控制载体(2)的控制下实现车载动力电池(4)→高压配电箱(6)→双向逆变电力电子模块(1)→高压配电箱(6)的电连接及双向逆变电力电子模块(1)直流电转换成交流电的电力变换，其输出的调频调压交流电加载到变压及整流器(3)、空调压缩机(5)及其他交流负载(7)用电设备；

停车充电时，在逆变、配电控制载体(2)的控制下实现交流充电插座→高压配电箱(6)→双向逆变电力电子模块(1)→高压配电箱(6)→车载动力电池(4)的电连接及双向逆变电力电子模块(1)交流电转换成直流电的电力变换，其输出的可控直流电对车载动力电池(4)充电；

停车向车外供电时，在逆变、配电控制载体(2)的控制下实现车载动力电池(4)→高压配电箱(6)→双向逆变电力电子模块(1)→高压配电箱(6)→交流充电插座的电连接及双向逆变电力电子模块(1)直流电转换成交流电的电力变换，其输出的交流电加载到车外用电负载。

2.根据权利要求1所述的一种电动车双向电源及电动附件的集成装置，其特征是双向逆变电力电子模块(1)是一个电力电子功率输出的双向电力变换设备，其在逆变、配电控制载体(2)的控制下将车载动力电池(4)直流电转换成交流电、将充电插座输入的交流电转换成直流电。

3.根据权利要求1所述的一种电动车双向电源及电动附件的集成装置，其特征是高压配电箱(6)是整车直流、交流动力电的配电中心，其在逆变、配电控制载体(2)的控制下完成电动车各电动总成的配电。

4.根据权利要求1所述的一种电动车双向电源及电动附件的集成装置，其特征是逆变、配电控制载体(2)是双向逆变电力电子模块(1)完成电力逆变、高压配电箱(6)完成配电的控制核心，其控制算法软件可集成在整车上任意控制单元中或单独设置控制器。

5.根据权利要求1所述的一种电动车双向电源及电动附件的集成装置，其特征是变压及整流(3)、空调压缩机(5)及其他交流负载(7)均采用交流供电，期间依据整车节能需要，逆变、配电控制载体(2)控制双向逆变电力电子模块(1)改变交流电的电压及频率以满足降低能耗的需要。