CN209683467U - 多种电池混用模块化级联挂载车用逆变器系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提出的是多种电池混用模块化级联挂载车用逆变器系统，其结构包括电动车三相驱动电机和与其相连的n级三相逆变器系统，其中每一级三相逆变器系统中包括3个相同的H桥单元，每级三相逆变器系统之间通过1个挂载节点相互连接；H桥单元由4个功率管以“H”形线路相互连接组成，其两端与1个电池单元相连接。本实用新型的优点：1）逆变器系统里不同级之间可以使用品牌，电压和容量独立的电池，可根据实际需要采购不同型号电池加以装配；2）维修时可以只更换损坏的电池，更换步骤方便；3）降低电动车的总体使用成本。

Description

多种电池混用模块化级联挂载车用逆变器系统
技术领域
本实用新型涉及的是一种多种电池混用模块化级联挂载车用逆变器系统，属于电动汽车充电控制技术领域。
背景技术
目前，传统电动汽车使用的是一个高压电池包(300以上)和一个传统6管全桥逆变器，这种逆变器使用高压大电流的IGBT功率管来制造，并使用PWM调制控制来输出驱动电机所需要的正弦波。由于目前单个电池单元的电压还不能独立驱动电动车，电动车的高压电池包必须由多个电池单元通过并联和串联来构成。在驱动过程中，高压电池包里每一个电池单元都贡献相同的功率和能量。这就要求构成电动车高压电池包的电池单元必须特性一致，不同品牌，不同电压特性，不同容量，不同种类的电池不能混用。这个要求导致了目前电动车市场由于高质量的电池成本高，导致最终的整车成本过高；同时高质量的电池产能有限，满足不了目前电动车市场对电池的需求；另外，如果存量电动车有部分电池因为损坏需要更换，在目前单一电池包的情况下需要整体电池包替换，成本昂贵。另外，目前电动车的电池装配固定以后，如果需要增加，不能再简单的增加电池模块，需要整体改变整个电动车的电气系统，目前的集中式电池模块体系对需要动态增加电池容量来完成某些特殊功能的电动车不能满足要求。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决目前市场中电动车不能混用不同品牌，种类，容量的电池的问题，电动车电池维修不能新旧混用的问题，以及电动车在使用过程中动态增加或者减少电池模块的配置问题，提出一种多种电池混用模块化级联挂载车用逆变器系统。
本实用新型的技术解决方案：多种电池混用模块化级联挂载车用逆变器系统，其结构包括电动车三相驱动电机和与其相连的n级三相逆变器系统，其中每一级三相逆变器系统中包括3个相同的H桥单元，每级三相逆变器系统之间通过1个挂载节点相互连接。
所述的n级三相逆变器系统整体结构纵向可分为A相逆变器串列、B相逆变器串列、C相逆变器串列，分别对应连接电动车三相驱动电机A相输入端、B相输入端、C相输入端。
所述的H桥单元由4个功率管以“H”形线路相互连接组成，其两端与1个电池单元相连接。
所述的每一级三相逆变器系统中的3个电池单元采用同一种电池，其规格、输出电压、容量特性保持一致。
所述的挂载节点包括两种结构，处于2级三相逆变器系统之间的挂载节点，其线路结构为3条并行的线路，用于承接上一级各单元的输入端口，并连接下一级各单元的输出端口；处于最后一级三相逆变器系统末端的挂载节点，其内部3条线路连接至一个节点，构成整个三相系统的电气中点。
本实用新型的优点：
1）逆变器系统里不同级之间可以使用品牌，电压和容量独立的电池，可根据实际需要采购不同型号电池加以装配；
2）各级三相逆变器系统之间设有挂载节点，可将其中任意级三相逆变器系统取出或更换，挂载配置可以在现场完成；
3）在电池维修时可以只更换损坏的电池，不需要像传统电动车电池故障时必须更换整个电池包里的所有电池；
4）在电动车出现缺电情况抛锚时，可通过现场配置一级电池模块来启动电动车达到救援效果，不需要出动大型设备例如现场充电车或者拖车来进行救援，可以大幅度降低电动车的救援成本，最终降低电动车的总体使用成本。
附图说明
附图1是模块化级联挂载的基本单元H桥的结构示意图。
附图2是三个相同的H桥单元构成一个三相系统的一个级的结构示意图。
附图3是使用挂载节点的三相H桥系统的结构示意图。
附图4是作为连接下一级转接点的挂载节点的结构示意图。
附图5是短接成为系统的电气中点的最后一级挂载节点的结构示意图。
附图6是能够进行电池混用的2级电动车驱动的级联结构示意图。
附图7是n级多种电池混用模块化级联挂载车用逆变器系统系统结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，多种电池混用模块化级联挂载车用逆变器系统的基本单元叫H桥，该结构在S2和S3导通时输出VAC=VDC；在S1和S4导通时输出VAC=-VDC；在S1和S3导通时，或者S2和S4导通时输出VAC=0。
使用三个相同的架构单元，就可以构成一个三相系统，三个架构单元的一端是三相输出，另外一端电气连接在一起构成三相的电气中点，见图2；在该三相系统中，三个H桥是平行关系，这三个H桥构成的系统为一个级。
如图2所示的三相系统里，输出的的三相电压A，B和C受电池电压VDCA，VDCB，VDCC的限制，一般为了保持三相控制上的平衡，需要控制VDCA=VDCB=VDCC。如果驱动电压超过电池电压的能力，单级系统满足不了功率要求，可以把多个单级系统通过挂载点级联起来，向负载输出大功率，原理图如图3所示。
在图3所示的系统里，为了方便挂载级联，构成三相系统H桥中点的连接，不再是简单的电气连接，而是采用挂载节点；该挂载节点有两种结构，如果该级不是系统里H桥的最后一级，则该挂载节点需要连接下一级，其线路结构为3条并行的线路，用于承接上一级各单元的输入端口，并连接下一级各单元的输出端口，如图4所示；如果该级是系统里H桥的最后一级，则该挂载节点内部3条线路连接至一个节点，构成整个三相系统的电气中点，如图5所示。
如图6所示为采用两级电池连接的模块化级联挂载车用逆变器系统，其中第一级的挂载节点连接到第二级的输出端口，第二级的挂载节点短接成该电气系统的中点。
在该二级系统中，第一级VDCA1，VDCB1和VDCC1使用同一种类型的电池，第二级VDCA2，VDCB2和VDCC2可以使用另外一种类型的电池，第一级电池和第二级电池是互相独立的。实现了品牌、电压、容量等参数不同的电池的混用。
由于电动车驱动可以使用任意级数的级联架构，通用的级联架构如图7所示，在图7的级联架构里，前面n-1级的挂载节点连接到后面一级的输出，最后一级（第n级）的挂载节点连接在一起作为电气系统的中点。
在一个通用的n级级联系统中，每一级的电池品牌，电压和容量都互相独立，因此可以使用n种不同品牌，电压和容量的电池来构造电动车的驱动系统。其中部分级甚至可以使用电容器来替代电池。同时，由于挂载节点的配置是简单的连接，因此增加或者减少电池的级数不需要复杂的设备，更换电池可以在现场简单方便的完成，增加了系统使用的灵活性。
本实用新型在电动车里使用带挂载节点的H桥三相级联逆变器，在同一级之内使用同一种品牌，电压和容量的电池，在不同级之间可以使用不同品牌，电压和容量独立的电池。本实用新型具备以下几种实际应用情况：
实施例1：旧电动车的电池维修
旧电动车在使用一段时间后，不可避免会带来一部分电池单元的损坏，这时候用户必须更换损坏的电池来继续电动车的使用。在目前电动车使用单一电池包的情况下，要求在单一电池包里所有的电池单元特性必须一致以保证电池单元的均衡特性，这样导致电池的维修就只能整体更换电池包。这样导致：（1）电动车用户的电池维修成本大幅度上升；（2）原来电池包里的电池单元并没有全部损坏，全部更换导致电池的巨大浪费，这个成本也需要电动车用户来承担。本实用新型电池混用的级联系统，在电动车电池维修的时候，可以把没有损坏的电池布置在一些级里，把更换的电池布置在一级里，这样就可以大幅度降低电动车电池的修理成本，提高电动车的市场竞争力。
实施例2：电动车的缺电救援
在传统型的电动车里，如果电动车在路上缺电抛锚，就需要出动救援。出动救援可以使用充电车在现场充电或者使用拖车拖走充电。这两种方式都需要使用费用昂贵的大型设备和人工服务，这些成本都是电动车用户的使用成本。本实用新型电池混用的级联系统，在电动车缺电需要救援时，可以使用快递把充满电的一级三节小电池送到故障车位置，把附加的一级救援电池放在故障车的行李箱里，现场进行级联，使用救援电池把电动车开到维修站维修。这种救援方式不需要大型设备的使用，成本低，总体上就可以降低电动车的使用成本。
实施例3：新电动车的生产
电动车是历史发展的趋势，电动车的核心是电池，在目前电动车的生产市场上，高质量，一致性好的电池产能远远不能满足电动车市场的要求，严重限制了电动车产量的提升；另外一方面，目前的电池市场，各种各样的新型电池层出不穷，各种中小型的电池公司数量不少，但是这些中小型的电池厂商在目前的传统电动车架构里由于产能不足，质量一致性不好，没有机会进入电动车行业。使用本实用新型多种电池混用模块化级联电动车的电气架构，则任何一家中小型电池厂商，不再受产能和质量一致性的严格限制，可以进入电动车市场。这将极大缓解目前电动车电池的供应，总体降低电动车的使用成本。
实施例4：不同电压等级和功率电动车的应用
在目前的电动车市场，每一种不同功率的电动车，都需要专用的逆变驱动器，不同电动车之间的逆变驱动器不能互换，这给电动车的生产和使用提高了成本。使用本实用新型多种电池混用模块化级联电动车的电气架构，则对不同电压等级和功率电动车的应用来说，可以使用相同的功率模块，使用的模块个数少则是低电压低功率的应用，高电压和大功率的应用就使用较多个数的功率模块，应用设计非常方便，解决了目前电动车市场功率逆变驱动器需要专门设计和生产的难题。
以上所述各实施例仅为本实用新型较佳的几种具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.多种电池混用模块化级联挂载车用逆变器系统，其特征是包括电动车三相驱动电机和与其相连的n级三相逆变器系统，其中每一级三相逆变器系统中包括3个相同的H桥单元，每级三相逆变器系统之间通过1个挂载节点相互连接。
2.根据权利要求1所述的多种电池混用模块化级联挂载车用逆变器系统，其特征是所述的n级三相逆变器系统整体结构纵向可分为A相逆变器串列、B相逆变器串列、C相逆变器串列，分别对应连接电动车三相驱动电机A相输入端、B相输入端、C相输入端。
3.根据权利要求1所述的多种电池混用模块化级联挂载车用逆变器系统，其特征是所述的H桥单元由4个功率管以“H”形线路相互连接组成，其两端与1个电池单元相连接，每一级三相逆变器系统中包括3个电池单元。
4.根据权利要求1所述的多种电池混用模块化级联挂载车用逆变器系统，其特征是所述的每一级三相逆变器系统中的3个电池单元采用同一种电池，其规格、输出电压、容量特性保持一致。
5.根据权利要求1所述的多种电池混用模块化级联挂载车用逆变器系统，其特征是所述的挂载节点包括两种线路结构，其中处于2级三相逆变器系统之间的挂载节点，其线路结构为3条并行的线路，用于承接上一级各单元的输入端口，并连接下一级各单元的输出端口；处于最后一级三相逆变器系统末端的挂载节点，其内部3条线路连接至一个节点，构成整个三相系统的电气中点。
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