CN211195899U - 一种基于分裂式三相电机的交流充电装置 - Google Patents

一种基于分裂式三相电机的交流充电装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于分裂式三相电机的交流充电装置，包括主控模块、驱动模块、直流电模块、预充模块、逆变单元模块、分裂式三相电机和连接于交流电插座的PFC电感模块，通过逆变单元模块设有的交流电充电端口和分裂式三相电机端口驱动交流电输入电压信号控制三相电机，逆变单元模块通过PFC电感模块与交流电插座电性连接；本案有交流充电的速充方法，通过逆变单元的分合流控制，实现三相电机的快速电量输入，以达到电动汽车快充的目的。

Description

一种基于分裂式三相电机的交流充电装置
技术领域
本实用新型属于电动汽车领域，更具体地说，本实用新型涉及一种基于分裂式三相电机的交流充电装置。
背景技术
伴随着现代化科学技术的发展，日益严重的环境问题逐渐引起人们的关注，进而在发展科技的同时如何更好的保护环境显得尤关重要，绿色环保的新能源汽车成为了未来汽车行业发展的主要趋势，目前我国已全面推动新能源汽车战略发展，电动机取代传统的燃油发动机成为汽车驱动系统的核心器件，采用分立器件并联对电机进行控制，但在实际应用过程中如何解决器件的稳定性和充电缓慢等问题目前所要面临的。
目前市场上主流的充电方案是直流快速充电和单相交流充电，直流快速充电投入成本较高且体积较大，不利用当前新能源汽车的快速发展；单相交流充电时间较长，另外有一些特种车辆如环卫上装车辆或双电机驱动车辆需要设计两个控制器和电机，这使得车辆整体系统变得复杂降低了系统的可靠性，增加了成本，而且采用大量分立器件并联，不仅占用很多的充电桩空间，而且在出现故障的情况下，难以排查问题所在，如何实现分立器件均流和提高分立器件可靠性以及缩减充电时间也是目前要解决的关键性问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于分裂式三相电机的交流充电装置。
为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种基于分裂式三相电机的交流充电装置，装置中包括分裂式三相电机和集成于装置内的控制系统，控制系统内设有用于控制交流电输入的逆变单元模块，该逆变单元模块包括相互并联且与三相电机输入端输出端对应相连的三个子逆变单元模块，每个子逆变单元模块内均设有多个相互并联的逆变单元，逆变单元的输出端均电性连接于三相电机内的负载电感，以接受逆变单元输入于分裂式三相电机的逆变交流电压。
本实用新型公开的一种基于分裂式三相电机的交流充电装置，所述控制系统中还包括主控模块、驱动模块、直流电模块、预充模块和连接于交流电插座的PFC电感模块，其中，主控模块通过驱动模块连接于预充模块的信号输入端，该预充模块被配置成连接于直流电模块，以通过主控模块输出相应的预充电信号于预充模块并驱动预充模块接收直流电的输入，预充模块的信号输出端连接于所述逆变单元模块，且通过逆变单元模块设有的交流电充电端口和分裂式三相电机端口驱动交流电输入电压信号控制所述分裂式三相电机，逆变单元模块通过PFC电感模块与交流电插座电性连接。
本实用新型公开的一种基于分裂式三相电机的交流充电装置，所述逆变单元模块和三相电机之间的PFC电感模块内均串联有与所述逆变单元数量相对应的FPC电感，该系统中包括对应三相电机的两个交流电插座和FPC电感模块，FPC电感模块通过交流电开关连接于交流电插座，电机中设有转子传感器，将永磁转子磁场的位置信号转换成电信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息。
本实用新型公开的一种基于分裂式三相电机的交流充电装置，所述系统中还包括AD转换模块和电流检测模块，所述主控模块通过AD转换模块配置成连接于电流检测模块，电流检测模块的输入端连接于逆变单元模块的输出端，电流检测模块设置有两个输出端且分别连接于三相电机和所述PFC模块，以通过主控模块输出的信号控制逆变单元模块输入电压于三相电机。
本实用新型公开的一种基于分裂式三相电机的交流充电装置，所述预充模块包括：第一接触器、第一预充电阻、第二接触器和第三接触器，所述第二接触器连接在所述高压电池的正极和所述电流变换模块的第二直流端之间；所述第三接触器连接在所述高压电池的正极和所述电流变换模块第一直流端之间；所述第一接触器与所述第一预充电阻串联后与所述第二接触器并联；
所述第一接触器、所述第二接触器和所述第三接触器的控制端分别与所述主控单元模块连接；
且预充模块与所述高压电池集成为一体。
本实用新型公开的一种基于分裂式三相电机的交流充电装置，所述预充模块和逆变单元模块之间设有保险模块，预充模块通过保险模块配置成连接于逆变单元模块。
采用本技术方案，通过设计单个的逆变单元对应控制一路独立的绕组，进而使得多个逆变单元同时工作，以控制分裂式三相电机同时工作，可以避免分立器件在并联应用中面临的不均流和不可靠的问题，同时通过复用分立逆变单元器件集成交流充电，以实现同时对新能源汽车进行大功率充电，加大充电的电量输入，提高了电动汽车的充电速度，并且非常适合于目前大多数电动汽车的使用，不仅缩短了充电时间，并且将电动汽车的充电过程便捷化，适合大多数使用者的消费需求，节约时间成本，增加效率。
以下将结合附图和实施例，对本实用新型进行较为详细的说明。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本实用新型的电路逻辑示意图；
图2为本实用新型的电路逻辑框图；
图3为本实用新型的电路连接图。
图1和图2中标记为：101、主控模块；102、驱动模块；103、高压电池；104、双向DCDC模块；105、预充模块；106、逆变单元模块；108、分裂式三相电机；109、电流检测模块；110、AD转换模块；111、保险模块；107、交流电插座；113、PFC电感模块。
图3：201、主控模块；202、驱动电路模块；203、高压电池；204、预充模块；205、逆变单元模块；206、交流电插座；207、第二交流电插座；208、电流检测模块；209、AD转换模块；210、保险模块；211、双向DCDC模块；212、转子传感器。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本实用新型的实用新型构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
图1为本实用新型的电路逻辑示意图，图2为本实用新型的电路逻辑框图，图3为本实用新型的电路连接图，如图所示的一种基于分裂式三相电机的交流充电装置，装置中包括分裂式三相电机108和集成于装置内的控制系统，控制系统内设有用于控制交流电输入的逆变单元模块106，该逆变单元模块包括相互并联且与三相电机输入端输出端对应相连的三个子逆变单元模块，每个子逆变单元模块内均设有多个相互并联的逆变单元，逆变单元的输出端均电性连接于三相电机内的负载电感，以接受逆变单元输入于分裂式三相电机的逆变交流电压；控制系统中还包括主控模块101、驱动模块102、直流电模块、预充模块105和连接于交流电插座206的PFC电感模块113，其中，主控模块通过驱动模块连接于预充模块的信号输入端，该预充模块被配置成连接于直流电模块，以通过主控模块输出相应的预充电信号于预充模块并驱动预充模块接收直流电的输入，预充模块的信号输出端连接于所述逆变单元模块，且通过逆变单元模块设有的交流电充电端口和分裂式三相电机端口驱动交流电输入电压信号控制所述分裂式三相电机，逆变单元模块通过PFC电感模块与交流电插座电性连接；逆变单元模块和三相电机之间的PFC电感模块内均串联有与所述逆变单元数量相对应的FPC电感，该系统中包括对应三相电机的两个交流电插座和FPC电感模块，FPC电感模块通过交流电开关连接于交流电插座，电机中设有转子传感器212，将永磁转子磁场的位置信号转换成电信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息。
本案的系统中还包括AD转换模块110和电流检测模块109，所述主控模块通过AD转换模块配置成连接于电流检测模块，电流检测模块的输入端连接于逆变单元模块的输出端，电流检测模块设置有两个输出端且分别连接于三相电机和所述PFC模块，以通过主控模块输出的信号控制逆变单元模块输入电压于三相电机。
上述中的预充模块包括：第一接触器、第一预充电阻、第二接触器和第三接触器，所述第二接触器连接在所述高压电池的正极和所述电流变换模块的第二直流端之间；所述第三接触器连接在所述高压电池的正极和所述电流变换模块第一直流端之间；所述第一接触器与所述第一预充电阻串联后与所述第二接触器并联；
所述第一接触器、所述第二接触器和所述第三接触器的控制端分别与所述主控单元模块连接；
且预充模块与所述高压电池集成为一体；预充模块和逆变单元模块之间设有保险模块111，预充模块通过保险模块配置成连接于逆变单元模块。
实施例一
本案公开的一种集成交流充电的分裂式三相电机控制方法，所述主控模块分别与与所述逆变单元模块、所述预充模块、电机控制开关和交流控制开关的控制端分别连接，以控制其开闭；
其中，在所述系统处于驱动模式时，所述逆变单元模块向所述电机驱动回路输出电能，电机控制开关处于闭合状态下，交流控制开关断开；
反之，在所述系统处于充电模式时，外部交流电源通过交流充电插座向所述电流变换模块输入电能，交流控制开关处于闭合状态下，电机控制开关断开。
本案中的三相电机中的每个单项电机的电源输入端内均设有多个电机电感，电机通过多个电感与子逆变单元模块中的多个逆变单元相连，以通过多次逆变加大交流电于电机的电量输入。
逆变单元中均包括两个相串联的三极管和二极管的开关电路，该两个开关电路相并联的节点与电机的交流控制开关相连。
实施例二
具体地，主控单元模块(图2中未示出)分别与交流充电插座205的低压信号输出端连接，接收充电插座中的低压信号。主控单元模块根据接收的低压信号或整车控制器的信号进行工作模式的判断。
例如，当电动汽车的充电枪与交流充电插座连接时，充电枪的低压信号会激活主控单元模块上的低压控制电源，主控单元模块上电后，会将系统的工作模式切换到充电模式。
之后，主控单元模块检测到充电枪连接到该系统，通过充电枪中的PWM信号与充电桩进行信息交互，确认充电桩的供电能力；主控单元模块确认系统各个模块自检无故障后，向第一接触器K1开关发送闭合指令，使第一接触器开关K1闭合以进行系统高压预充电，高压预充电完成后再控制接触器K2闭合。
进一步地，主控单元模块启动电流变换模块的BOOST功能，通过第一电容器C1、第一电感L1、第二开关Q2、第一二极管D1和第二电容器C2实现BOOST升压功能，对第二电容器C2电压进行升压；主控单元模块控制第四接触器K4闭合，并控制交流充电插座中PWM信号控制开关闭合使9V的PWM信号变换为6V的PWM信号，充电桩检测到6V的PWM信号后会闭合充电桩内的交流接触器，单相两线制交流电会通过交流充电插座进入到本变换系统，此时关闭电流变换模块的BOOST功能。
进一步地，主控单元模块通过控制器局域网络通信方式与车辆的电池管理系统(BMS)和整车控制器(VCU)进行数据交互，了解高压电池的实时充电需求，主控单元模块首先通过控制第二半桥、第三半桥模块和PFC功率电感进行整流与稳压功能，再启动电流变换模块的BUCK降压功能，通过第一电容器C1、第一电感L1、第一开关Q1、第二二极管D2和第二电容器C2构成BUCK电路。该BUCK电路可以实现从交流电网电源取电，对车载高压电池102进行充电的功能。
其中，当出现高压电池充满电，或运行中某个部件发生故障，或者充电桩人为停止充电过程操作的情况时，需要终止充电。这时，主控单元模块首先关闭整流功能、然后关闭BUCK功能，通过关闭PWM通信控制开关使PWM信号变为9V信号，充电桩检测到9V信号后关闭内部交流接触器，主控单元模块在检测到交流输入电压信号切断后，断开K2和K4接触器，记录故障后并进入到休眠模式。
基于以上方案，本系统可以实现从交流电网取电，对车载高压电池102进行充电。
当系统进行驱动模式时，主控单元模块通过VCU驱动使能信号激活上低压电，通过总线通信与VCU进行驱动工作模式确认，然后闭合电机控制开关K5、K6、K7，这时，各个模块自检无故障后，则等待高压电池上电，主控单元模块首先控制接触器K1闭合进行高压预充电，高压预充电完成后再控制控制接触器K3闭合并断开接触器K1。
进一步地，主控单元模块接收到VCU发送的电机运行指令后，电流变换模块通过PWM调制控制方式进行电机的实时控制。
优选的一种电动汽车，包括一种基于分裂式三相电机的交流充电装置；电动汽车交流充电桩(简称充电桩)是指采用传导方式为具有车载充电机的电动汽车提供交流电源的专用供电装置。充电桩是电动汽车充换电设施的一种。单相充电桩的最大额定功率为7kW，主要适用于为小型乘用车(纯电动汽车或可插电混合动力电动汽车)充电。根据车辆配置电池容量，充满电的时间一般需要3－8个小时，本案所采用的充电方法，可以提高充电的速度。
采用本技术方案，通过设计单个的逆变单元对应控制一路独立的绕组，进而使得多个逆变单元同时工作，以控制分裂式三相电机同时工作，可以避免分立器件在并联应用中面临的不均流和不可靠的问题，同时通过复用分立逆变单元器件集成交流充电，以实现同时对新能源汽车进行大功率充电，加大充电的电量输入，提高了电动汽车的充电速度，并且非常适合于目前大多数电动汽车的使用，不仅缩短了充电时间，并且将电动汽车的充电过程便捷化，适合大多数使用者的消费需求，节约时间成本，增加效率。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于分裂式三相电机的交流充电装置，其特征在于：装置中包括分裂式三相电机和集成于装置内的控制系统，控制系统内设有用于控制交流电输入的逆变单元模块，该逆变单元模块包括相互并联且与三相电机输入端输出端对应相连的三个子逆变单元模块，每个子逆变单元模块内均设有多个相互并联的逆变单元，逆变单元的输出端均电性连接于三相电机内的负载电感，以接受逆变单元输入于分裂式三相电机的逆变交流电压。
2.按照权利要求1所述的一种基于分裂式三相电机的交流充电装置，其特征在于，所述控制系统中还包括主控模块、驱动模块、直流电模块、预充模块和连接于交流电插座的PFC电感模块，其中，主控模块通过驱动模块连接于预充模块的信号输入端，该预充模块被配置成连接于直流电模块，以通过主控模块输出相应的预充电信号于预充模块并驱动预充模块接收直流电的输入，预充模块的信号输出端连接于所述逆变单元模块，且通过逆变单元模块设有的交流电充电端口和分裂式三相电机端口驱动交流电输入电压信号控制所述分裂式三相电机，逆变单元模块通过PFC电感模块与交流电插座电性连接。
3.按照权利要求2所述的一种基于分裂式三相电机的交流充电装置，其特征在于，所述逆变单元模块和三相电机之间的PFC电感模块内均串联有与所述逆变单元数量相对应的FPC电感，该系统中包括对应三相电机的两个交流电插座和FPC电感模块，FPC电感模块通过交流电开关连接于交流电插座，电机中设有转子传感器，将永磁转子磁场的位置信号转换成电信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息。
4.按照权利要求2所述的一种基于分裂式三相电机的交流充电装置，其特征在于，所述系统中还包括AD转换模块和电流检测模块，所述主控模块通过AD转换模块配置成连接于电流检测模块，电流检测模块的输入端连接于逆变单元模块的输出端，电流检测模块设置有两个输出端且分别连接于三相电机和所述PFC模块，以通过主控模块输出的信号控制逆变单元模块输入电压于三相电机。
5.按照权利要求2所述的一种基于分裂式三相电机的交流充电装置，其特征在于，所述预充模块和逆变单元模块之间设有保险模块，预充模块通过保险模块配置成连接于逆变单元模块。
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Inventor before: Qu Ren

Inventor before: Gao Jinwen

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