CN216886292U - 集成式电驱动系统与包括该系统的车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成式电驱动系统，包括：电机；车辆电池；第一转换单元；第二转换单元；第一逆变器和第二逆变器；第一隔离变压器；第二隔离变压器；第一整流器；第二整流器；第一开关变换单元，其配置为在控制单元的控制下使第一逆变器和第二逆变器以串联或并联的方式彼此连接；以及控制单元，其配置为选择性地控制第一开关变换单元的连接状态，以实现该系统的不同工作模式。本实用新型还公开了包括该系统的车辆。根据本实用新型的系统至少具有以下优点之一：可复用充电/驱动回路中的功率器件，结构紧凑，节约制造成本；可支持单相、三相充电，拓宽了充电功率的范围；以及可为车辆电池提供不同的充电电力，适用更多的充电场景。

Description

集成式电驱动系统与包括该系统的车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆技术领域，更具体而言，本实用新型涉及一种集成式电驱动系统与包括该系统的电动车辆。

背景技术

迫于能源危机和环境污染的双重压力，电动车辆(和/或混合动力车辆)成为未来车辆发展的一种趋势。电动车辆(和/或混合动力车辆)使用可充电的高压电池，其通过逆变器将电能输送到电机，并且还可通过直流转换器给12V蓄电池供电。

当高压电池中的剩余电力(SOC)过低时，还需通过充电机外接单相/三相交流电给高压电池充电。

在现有的电动车辆(或混合动力车辆)中，电机、逆变器、直流转换器和充电机是彼此分离或部分分离的，各模块彼此独立地安装在车辆上，可复用程度低，这不仅对系统集成有较高的要求，还增加了电路的复杂性和车辆的制造成本。

实用新型内容

为此，本实用新型提出了一种集成式电驱动系统，其将充电机、逆变器、电机和直流转换器集成于一体，实现了功率电子器件的复用，可同时支持两相、三相交流充电和直流充电；此外，该系统取消了单独的充电机、逆变器和直流转换器，减少了车辆的固定负载，降低了车辆的制造成本，拓宽了充电功率的范围。特别是，该系统在充电模式下可支持向车辆电池提供不同的充电电力，例如，可向车辆的高压电池提供400V或800V的直流电；此外，该系统还取消了单独的高压转12V低压的直流变换器，可通过复用充电回路中的H桥逆变器、隔离变压器和整流器来向12V蓄电池供电。

本实用新型提出了一种集成式电驱动系统，有利地，该系统包括：

电机；

车辆电池；

第一转换单元，其配置为将来自外部电网或电机再生反馈时所产生的交流电转换为直流电；

第二转换单元，其配置为对来自所述第一转换单元的直流电执行升压或降压操作；

逆变单元，其包括第一逆变器和第二逆变器，所述第一逆变器配置为将来自所述第二转换单元的直流电转换成第一交流电，所述第二逆变器配置为将来自所述第二转换单元的直流电转换成第二交流电；

第一隔离变压器，其配置为对来自所述第一逆变器的第一交流电执行隔离变压操作；

第二隔离变压器，其配置为对来自所述第二逆变器的第二交流电执行隔离变压操作；

第一整流器，其配置为将来自所述第一隔离变压器的交流电转换成用于对车辆电池充电的直流电；

第二整流器，其配置为将来自所述第二隔离变压器的交流电转换成用于对车辆电池充电的直流电；

第一开关变换单元，其配置为在控制单元的控制下使所述第一逆变器和所述第二逆变器以串联或并联的方式彼此连接；以及

控制单元，其配置为选择性地控制所述第一开关变换单元的连接状态，以实现所述集成式电驱动系统的不同工作模式。

有利地，所述第一逆变器和所述第二逆变器各自包括第一输入端和第二输入端，所述第一逆变器的第一输入端连接至所述第二转换单元，所述第二逆变器的第二输入端接地，并且所述第一开关变换单元包括：

第一开关，其连接在所述第一逆变器的第二输入端与所述第二逆变器的第一输入端之间；

第二开关，其连接在所述第一逆变器的第二输入端与所述第二逆变器的第二输入端之间；以及

第三开关，其连接在所述第一逆变器的第一输入端与所述第二逆变器的第一输入端之间。

有利地，所述控制单元配置为闭合所述第一开关并且断开所述第二开关和所述第三开关，以借助第一充电电力向所述车辆电池充电。

有利地，所述控制单元配置为断开所述第一开关并且闭合所述第二开关和所述第三开关，以借助第二充电电力向所述车辆电池充电，其中，所述第二充电电力大于所述第一充电电力。

有利地，所述第一转换单元具有交流端和直流端，所述第二转换单元具有第一端和第二端，并且所述集成式电驱动系统还包括：

第四开关，其连接在所述第一转换单元的直流端与所述第二转换单元的第一端之间；

第五开关，其连接在所述第二转换单元的第二端与所述逆变单元之间；

第六开关，其连接在所述第一转换单元的直流端与所述第二转换单元的第二端之间；以及

第七开关，其连接在所述第二转换单元的第一端与所述逆变器单元之间。

有利地，所述控制单元配置为闭合第四开关和第五开关并且断开第六开关和第七开关断开，以使所述第二转换单元对来自所述第一转换单元的直流电执行升压操作。

有利地，所述控制单元配置为闭合第六开关和第七开关并且断开第四开关和第五开关，以使所述第二转换单元对来自所述第一转换单元的直流电执行降压操作。

有利地，所述逆变单元还包括配置为将来自所述第二转换单元的直流电转换成第三交流电的第三逆变器，且所述集成式电驱动系统还包括：

第三隔离变压器，其配置为对来自所述第三逆变器的第三交流电执行隔离变压操作；

第四隔离变压器，其配置为对来自所述第三逆变器的第三交流电执行隔离变压操作；

第三整流器，其配置为将来自所述第三隔离变压器的交流电转换成用于对另一车辆电池充电的直流电；

第四整流器，其配置为将来自所述第四隔离变压器的交流电转换成用于对另一车辆电池充电的直流电；以及

第二开关变换单元，其配置为在控制单元的控制下使所述第三整流器和所述第四整流器以串联或并联的方式彼此连接。

有利地，所述第三整流器和所述第四整流器各自包括第一输出端和第二输出端，所述第三整流器的第一输出端连接至所述另一车辆电池的正极，所述第四整流器的第二输出端连接至所述另一车辆电池的负极，所述第二开关变换单元包括：

第八开关，其连接在所述第三整流器的第一输出端与所述第四整流器的第一输出端之间，

第九开关，其连接在所述第三整流器的第二输出端与所述第四整流器的第二输出端之间，以及

第十开关，其连接在所述第三整流器的第二输出端与所述第四整流器的第一输出端之间。

有利地，所述控制单元配置为闭合所述第十开关并且断开所述第八开关和所述第九开关，以使所述第三整流器和所述第四整流器以串联的方式彼此连接，从而向所述另一车辆电池提供第三充电电力。

有利地，所述控制单元配置为断开所述第十开关并且闭合所述第八开关和所述第九开关，以使所述第三整流器和所述第四整流器以并联的方式彼此连接，从而向所述另一车辆电池提供第四充电电力，所述第四充电电力小于所述第三充电电力。

有利地，所述车辆电池为用于向车辆中的低压设备供电的低压电池，所述另一车辆电池为用于驱动电机的动力电池。

有利地，所述集成式电驱动系统还包括：

第十一开关，其连接在所述第一转换单元的直流端与所述动力电池的正极之间；和

第十二开关，其连接在动力电池的正极与所述逆变单元的输入端之间。

有利地，所述电机包括多个线圈电感，每个线圈电感的第一端连接至所述第一转换单元的交流端，并且所述集成式电驱动系统还包括：

第十三开关，其将相应的线圈电感的第二端连接至外部电网；和

第十四开关，其将相应的线圈电感的第二端连接至中性点。

本实用新型还提出了一种车辆，该车辆包括如上所述的集成式电驱动系统。

根据本实用新型的集成式电驱动系统至少具有以下优点之一：

-可复用充电/驱动回路中的功率器件，结构紧凑，节约制造成本；

-可支持单相、三相充电，拓宽了充电功率的范围；以及

-可为车辆电池提供不同的充电电力，适用更多的充电场景。

附图说明

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本实用新型的某些原理的具体实施方式，本实用新型的装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以说明。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的第一实施例的集成式电驱动系统的结构框图；

图2示出了根据本实用新型的第一实施例的集成式电驱动系统的电路图；

图3示出了根据本实用新型的第二示例性实施例的集成式电驱动系统的结构框图；

图4示出了根据本实用新型的第三示例性实施例的集成式电驱动系统的结构框图。

具体实施方式

下面将参照附图并通过实施例来描述根据本实用新型的集成式电驱动系统。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本实用新型。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本实用新型的实现可不具有这些具体细节中的一些。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本实用新型，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的各个方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。

图1示出了根据本实用新型的第一示例性实施例的集成式电驱动系统的结构框图。图2示出了该第一示例性实施例的集成式电驱动系统的电路图。如图1-2中所示，该系统10包括控制单元11、电机12、牵引功率变换单元13、双向升降压变换单元14、连接在双向升降压变换单元14与车辆电池之间的充电转换单元、车辆电池18,19以及开关变换单元21,22。

车辆电池包括高压电池18和低压电池19，高压电池18配置为向电机12供电以使其带动车轮旋转，因此也称为“动力电池”；低压电池19是指车辆中的12V蓄电池，其配置为向车辆中的低压设备供电。本文所称的“车辆”包括电动车辆和混合动力车辆。下面将详细阐述系统中的各个模块的功能及其之间的连接关系。

电机12借助电机输出构件110带动车轮旋转，其被配置为永磁体/AC感应电机，并且包括由多个电感线圈构成的电感单元121。如图2中所示，电感单元121由三相电感L1、L2、L3构成，三个电感L1、L2、L3的第一端分别借助开关S1,S2,S3连接至外部电网并且借助开关S4,S5,S6连接至中性点，三个电感L1、L2、L3的第二端直接连接至牵引功率变换单元13的交流端。

在驱动模式下，开关S1,S2,S3断开并且开关S4,S5,S6闭合，电感L1、L2、L3的一端连接至牵引功率变换单元13，另一端连接至中性点，此时电感L1、L2、L3充当感应线圈，以借助来自高压电池的电力驱动车辆电机旋转。在充电模式下，开关S1,S2,S3闭合并且开关S4,S5,S6断开，电感L1、L2、L3的一端连接至牵引功率变换单元13，另一端连接至外部电网，此时电感L1、L2、L3充当滤波电感，用于对外部输入交流电进行滤波，以借助外部电网对车辆电池进行充电。在充电模式下的一特殊示例中，例如在发生再生能量反馈的情况下，此时电机12充当发电机的作用，并利用所产生的再生反馈能量对高压电池充电。

牵引功率变换单元13为双向DC/AC转换器，其包括多个半导体开关管Q1-Q6。牵引功率变换单元13的交流端连接至电机12的电感L1、L2、L3，直流端经由开关S7连接至高压电池18，其配置为在控制单元11的控制下将来自电机(发生再生反馈的情况下)或外部电网的交流电转换为对车辆电池进行充电的直流电(即“充电模式”，此时牵引功率变换单元13充当整流器的作用)，或者将来自车辆电池的直流电转换为驱动电机的交流电(即“驱动模式”，此时牵引功率变换单元13充当逆变器的作用)。

双向升降压变换单元14为DC/DC转换器，其由两个半导体开关管Q7、Q8和扼流电感L4构成。双向升降压变换单元14通过开关2PS1或3PS3连接至牵引功率变换单元13的直流端，并通过开关2PS2或3PS4连接至充电转换单元的输入端，以借助开关2PS1、2PS2、3PS3、3PS4的通断对经牵引功率变换单元13转换后的直流电压执行升压或降压操作。

具体地，当开关2PS1和2PS2闭合且开关3PS3和3PS4断开时，双向升降压变换单元14对来自牵引功率变换单元13的直流电执行升压操作；当开关2PS1和2PS2断开且开关3PS3和3PS4闭合时，双向升降压变换单元14对来自牵引功率变换单元13的直流电执行降压操作。

充电转换单元的输入端不仅借助开关2PS2或3PS4连接至双向升降压变换单元14，而且借助开关S8连接至高压电池18，该充电转换单元配置为将来自双向升降压变换单元14的直流电转换成用于对高压电池18或低压电池充电19的直流电，或将来高压电池18的直流电转换成用于对低压电池充电19的直流电。

在参照图1和图2的第一实施例中，该充电转换单元具体包括用于向低压电池19充电的第一子电路和用于向高压电池18充电的第二子电路，下面参照图1和2详细阐述这两个子电路的内部电路结构。

如图1中所示，第一子电路具体包括由第一逆变器1521和第二逆变器1522构成的逆变单元、第一隔离变压器1621、第二隔离变压器1622、第一整流器1721以及第二整流器1722。

由第一逆变器1521和第二逆变器1522构成的逆变单元包括第一输入端和第二输入端，该逆变单元的第一输入端通过开关2PS2或3PS4连接至双向升降压变换单元14，并且借助开关S8连接至高压电池18，以将来自双向升降压变换单元14或来自高压电池18的直流电转换成交流电。该逆变单元的第二输入端接地。第一逆变器1521和第二逆变器1522分别为由四个开关管Q13-Q16和Q17-Q20连接而成的H桥逆变器，分别用于将来自双向升降压变换单元14的直流电转换成第一交流电和第二交流电。

根据本实施例的集成式电驱动系统的特别之处尤其在于，其包括第一开关变换单元22，其用于在控制单元11的控制下使第一逆变器1521和第二逆变器1522以串联或并联的方式彼此连接，从而借助不同的充电电力向低压电池19充电。下面参照图2详细描述第一开关变换单元22与第一逆变器1521、第二逆变器1522之间的连接关系。

第一逆变器1521和第二逆变器1522各自包括第一输入端和第二输入端，第一逆变器1521的第一输入端作为逆变单元的第一输入端连接至双向升降压变换单元14，第二逆变器1522的第二输入端作为逆变单元的第二输入端接地。第一开关变换单元22由开关S12、S13、S14构成，其中开关S12连接在第一逆变器1521的第二输入端与第二逆变器1522的第一输入端之间；开关S13连接在第一逆变器1521的第二输入端与第二逆变器1522的第二输入端之间；开关S14连接在第一逆变器1521的第一输入端与第二逆变器1522的第一输入端之间。

第一开关变换单元22中各个开关的连接状态受控制单元11控制，从而使第一逆变器1521和第二逆变器1522以串联或并联的方式连接，进而利用不同的充电电力向低压电池19充电。此处，“充电电力”可以指向低压电池19充电的电源的“充电功率”或“充电电压”。

例如，针对12V的低压电池19，当利用400V的电源向该低压电池19充电时，控制单元11闭合开关S12并断开开关S13和S14，以使第一逆变器1521和第二逆变器1522串联连接；当利用800V的电源向该低压电池19充电时，控制单元11断开开关S12并闭合开关S13和S14时，以使第一逆变器1521和第二逆变器1522并联连接。在此，用于向低压电池19充电的电源可选为车辆的动力电池18。

第一和第二隔离变压器1621,1622的输入端分别连接至第一和第二逆变器1521，1522的输出端，用于对相应的逆变器的交流电执行隔离变压操作，从而将不同的隔离电压输出至相应的整流器1721,1722。其中，第一隔离变压器1621用于对来自第一逆变器1521的第一交流电执行隔离变压操作，第二隔离变压器1622用于对来自第二逆变器的第二交流电执行隔离变压操作。

第一整流器1721和第二整流器1722分别由四个二极管D9-D12/D13-D16构成，各整流器的输入端连接至相应的隔离变压器的输出端，用于将来自该相应的隔离变压器的交流电重新转换为直流电。其中，第一整流器1721用于将来自第一隔离变压器的交流电转换成用于对低压电池19充电的直流电，第二整流器1722用于将来自第二隔离变压器的交流电转换成用于对低压电池19充电的直流电。第一整流器1721和第二整流器1722的输出端连接至低压电池19，因此经这两个整流器转换后的直流电可用于向该低压电池19充电。

如图1中所示，第二子电路具体包括第三逆变器151、第三隔离变压器1611、第四隔离变压器1612、第三整流器1711以及第四整流器1712。

第三逆变器151为由四个开关管Q9-Q12连接而成的H桥逆变器，其输入端通过开关2PS2或3PS4连接至双向升降压变换单元14，并且借助开关S8连接至高压电池18，以将来自双向升降压变换单元14或来自高压电池18的直流电转换成交流电。

第一和第二隔离变压器1611,1612的输入端分别连接至第三逆变器151的输出端，用于对来自H桥逆变器15的交流电分别执行隔离变压操作，从而将不同的隔离电压输出至相应的整流器1711,1712。

第三整流器1711和第四整流器1712分别由四个二极管D1-D4/D17-D20构成，各整流器的输入端连接至相应的隔离变压器的输出端，用于将来自该相应的隔离变压器的交流电重新转换为直流电。其中，第三整流器1711用于将来自第三隔离变压器的交流电转换成用于对车辆电池充电的直流电，第四整流器1712用于将来自第四隔离变压器的交流电转换成用于对车辆电池充电的直流电。第三整流器1711和第四整流器1712的输出端连接至高压电池18，因此经这两个整流器转换后的直流电可用于向该高压电池18充电。

根据本实施例的集成式电驱动系统的特别之处尤其在于，其还包括第二开关变换单元21，该开关变换单元21用于使第三整流器1711和第四整流器1712以串联或并联的方式彼此连接，从而向高压电池18提供不同的充电电力。下面参照图2详细描述第二开关变换单元21与第三整流器1711和第四整流器1712以及高压电池18之间的连接关系。

第三整流器1711和第四整流器1712各自包括第一输出端和第二输出端，第三整流器1711的第一输出端连接至高压电池18的正极，第四整流器1712的第二输出端连接至高压电池18的负极。第一开关变换单元21由三个开关S9、S10、S11构成，开关S9连接在第三整流器1711的第一输出端与第四整流器1712的第一输出端之间；开关S10连接在第三整流器1711的第二输出端与第四整流器1712的第二输出端之间；开关S11连接在第三整流器1711的第二输出端与第四整流器1712的第一输出端之间。

该第二开关变换单元21中各个开关的连接状态受控制单元11控制，从而向高压电池18提供不同的充电电力。在本文中，“充电电力”可以指“充电功率”或“充电电压”。

作为一个示例，假设外部电源(即“离车电源”)为220V市电或380V三相交流电，车辆电机和高压电池均工作在400v电压平台。在此情况下，为了借助外部电源向高压电池充电，控制单元11断开S9、S10并闭合S11，以使第三整流器1711和第四整流器1712以串联方式连接，从而向高压电池提供400v的直流电。

作为另一示例，假设外部电源(即“离车电源”)为220V市电或380V三相交流电，车辆电机工作在400V电压平台，高压电池工作在800v电压平台。在此情况下，为了借助外部电源向高压电池充电，控制单元11闭合S9、S10并断开S11，以使第三整流器1711和第四整流器1712以并联方式连接，从而向车辆电池提供800V的直流电。

在本文中，将用于车辆的集成式电驱动系统的工作模式大体分为“充电模式”和“驱动模式”两种方式。本文所称的“驱动模式”指的是在车辆行驶过程中，借助车辆的高压电池驱动车辆电机运转；可选地，在驱动车辆电机运转的同时可借助车辆高压电池对低压电池充电(即，借助高压电池同时驱动电机和对低压电池充电)。本文所称的“充电模式”涉及如下两种情况：

-在车辆静止状态下(例如停放在车库中)，借助车辆的高压电池对低压电池充电，或者借助外部电源对车辆高压电池或低压电池充电，具体包括借助三相电压对高压电池(HV)充电、借助两相电压对高压电池充电、借助三相电压对低压电池(LV)充电及借助两相电压对低压电池充电；和

-当在车辆行驶过程中发生反馈能量的情况下，将再生反馈能量用于对车辆的高压电池充电，即，借助再生能量对高压电池充电。在本文中，反馈能量(也称为再生制动或反馈制动)指的是在车辆制动或惯性滑行时借助电机将负载上的机械能转化成电能并存储于高压电池中，在此情况下车辆电机充当发电机的作用。

在系统的不同工作模式下，控制单元11可选择性地接通或断开上文所提及的开关S1-S14、2PS1、2PS2、3PS3和3PS4以及各个半导体开关管Q1-Q20，以控制电机12、牵引功率变换单元13、双向升降压变换单元14、第一至第三逆变器151,1521,1522、第一至第四隔离变压器1611,1612,1621,1622、第一至第四整流器1712,1712,1721,1722、高压电池18、低压电池19执行不同的功能。

在本实用新型中，半导体开关管Q1-Q18可实施为场效应晶体管(例如MOSFET和JFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。优选地，在每个半导体开关管上可并联一续流二极管(图中未示出)，以防止开关管被反向电压击穿；此外，在牵引功率变换单元13和充电转换单元的输入端可并联一电容器，以滤除电路中的谐波。更优选地，在每个整流器1711,1712,1721，1722的输出端可连接一LC低通滤波器(如图2中所示)，以滤除电路中的谐波。

在驱动模式下，控制单元11借助开关S7控制高压电池18的电力流经牵引功率变换单元13以转换为用于驱动电机的交流电；同时，控制单元11还可借助开关S8控制高压电池18的电力依次流经第一子电路中的各个模块，并最终用于给低压电池19充电。

在充电模式下，控制单元11控制开关S1-S6接入外部交流电，经过牵引功率变换单元13整流成直流电，经双向升降压变换单元14升压或降压后，再经相应的逆变器转换成交流电，经相应的隔离变压器调压后，最后经相应的整流器整流成直流电，以用于给高压电池18或低压电池19充电。根据一特殊实施例，在发生再生能量反馈的情况下，控制单元11可借助电机电感单元121自身提供的电力向高压电池18充电，在此情况下，由电感单元121产生的电力在经过牵引功率变换单元13整流后被直接提供给高压电池。

图3示出了根据本实用新型的第二示例性实施例的集成式电驱动系统的结构框图。在图3的第二实施例中，控制单元11、电机12、牵引功率变换单元13、双向升降压变换单元14、第二子电路中的各组成部分、第一和第二开关变换单元22,21及各部分之间的连接关系与图1-2中的第一实施例完全相同，这里不再赘述。该第二实施例的不同之处在于，该系统的充电转换单元中的第一子电路仅包含一个隔离变压器162和一个整流器172。

图4示出了根据本实用新型的第三示例性实施例的集成式电驱动系统的结构框图。在图4的第三实施例中，控制单元11、电机12、牵引功率变换单元13、双向升降压变换单元14、第一子电路中的各组成部分、第一和第二开关变换单元22,21及各部分之间的连接关系与图1-2中的第一实施例完全相同，这里不再赘述。该第三实施例的不同之处在于，该系统的充电转换单元中的第二子电路仅包含一个隔离变压器161和一个整流器171。

本领域技术人员可以理解的是，根据本实用新型的系统并不限于上述实施例中所列举的结构，而是包括能够实现本实用新型的目的的所有可能结构的变型，所以这些变型均落入本实用新型的保护范围之内。

本实用新型重点描述了控制单元11通过对各个开关S1-S14和2PS1、2PS2、3PS3、3PS4的通断状态的控制，实现了集成式电驱动系统的不同工作模式。但本领域普通技术人员可以理解的是，构成本实用新型的集成式电驱动系统的各个模块(例如牵引功率变换单元13、双向升降压变换单元14、第一至第三逆变器151,1521，1522、第一至第四隔离变压器1,21,1622,1611,1622以及第一至第四整流器1721，1722,1711,1712)，特别是构成这些模块的半导体开关管，也可以是受控的。例如，当牵引功率变换单元13工作在整流模式或逆变模式时，控制单元11通过各开关管Q1-Q6的使能控制端输入不同的控制信号，以控制各个开关管的通断状态。由于各模块的工作方式并不是本实用新型所保护的重点，因此在有些地方省略了描述。

如上参考图1-图4的实施例中所描述的，本实用新型提供了一种集成式电驱动系统，其将充电机、逆变器、电机和直流转换器集成于一体，实现了功率电子器件的复用，可同时支持两相、三相交流充电和直流充电；此外，该系统取消了单独的充电机、逆变器和直流转换器，减少了车辆的固定负载，降低了车辆的制造成本，拓宽了充电功率的范围。特别是，该系统在充电模式下可支持向车辆的高压电池提供400V或800V的直流电；此外，该系统还取消了单独的高压转12V低压的直流变换器，可通过复用充电回路中的H桥逆变器、隔离变压器和整流器来向12V蓄电池供电。概括而言，根据本实用新型的集成式电驱动系统至少具有以下优点之一：

-可复用充电/驱动回路中的功率器件，结构紧凑，节约制造成本；

-可支持单相、三相充电，拓宽了充电功率的范围；以及

-可为车辆电池提供不同的充电电力，适用更多的充电场景。

在本实用新型中，术语“连接”可选指“电连接”。此外，“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元以外，本申请的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元的情形。再者，诸如“第一”、“第二”、“第三”等等之类的用语并不表示元器件或数值在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各元器件或数值之用。

在本实用新型中，本领域普通技术人员可以理解，所披露的系统可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块的功能可以结合或者某个模块的功能可以被进一步拆分。在本实用新型各个实施方式中的各模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。

虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，但本实用新型并非限于此。在不脱离本实用新型的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本实用新型的保护范围内，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (15)

1.一种集成式电驱动系统，其特征在于，该系统包括：

电机(12)；

车辆电池；

第一转换单元(13)，其配置为将来自外部电网或电机再生反馈时所产生的交流电转换为直流电；

第二转换单元(14)，其配置为对来自所述第一转换单元(13)的直流电执行升压或降压操作；

逆变单元，其包括第一逆变器(1521)和第二逆变器(1522)，所述第一逆变器配置为将来自所述第二转换单元(14)的直流电转换成第一交流电，所述第二逆变器配置为将来自所述第二转换单元(14)的直流电转换成第二交流电；

第一隔离变压器(1621)，其配置为对来自所述第一逆变器的第一交流电执行隔离变压操作；

第二隔离变压器(1622)，其配置为对来自所述第二逆变器的第二交流电执行隔离变压操作；

第一整流器(1721)，其配置为将来自所述第一隔离变压器的交流电转换成用于对车辆电池充电的直流电；

第二整流器(1722)，其配置为将来自所述第二隔离变压器的交流电转换成用于对车辆电池充电的直流电；

第一开关变换单元(22)，其配置为在控制单元(11)的控制下使所述第一逆变器和所述第二逆变器以串联或并联的方式彼此连接；以及

控制单元(11)，其配置为选择性地控制所述第一开关变换单元(22)的连接状态，以实现所述集成式电驱动系统的不同工作模式。

2.根据权利要求1所述的集成式电驱动系统，其特征在于，

所述第一逆变器(1521)和所述第二逆变器(1522)各自包括第一输入端和第二输入端，所述第一逆变器(1521)的第一输入端连接至所述第二转换单元(14)，所述第二逆变器(1522)的第二输入端接地，并且所述第一开关变换单元(22)包括：

第一开关(S12)，其连接在所述第一逆变器(1521)的第二输入端与所述第二逆变器(1522)的第一输入端之间；

第二开关(S13)，其连接在所述第一逆变器(1521)的第二输入端与所述第二逆变器(1522)的第二输入端之间；以及

第三开关(S14)，其连接在所述第一逆变器(1521)的第一输入端与所述第二逆变器(1522)的第一输入端之间。

3.根据权利要求2所述的集成式电驱动系统，其特征在于，

所述控制单元配置为闭合所述第一开关并且断开所述第二开关和所述第三开关，以借助第一充电电力向所述车辆电池充电。

4.根据权利要求3所述的集成式电驱动系统，其特征在于，

所述控制单元配置为断开所述第一开关并且闭合所述第二开关和所述第三开关，以借助第二充电电力向所述车辆电池充电，其中，所述第二充电电力大于所述第一充电电力。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的集成式电驱动系统，其特征在于，所述第一转换单元(13)具有交流端和直流端，所述第二转换单元(14)具有第一端和第二端，并且所述集成式电驱动系统还包括：

第四开关(2PS1)，其连接在所述第一转换单元的直流端与所述第二转换单元(14)的第一端之间；

第五开关(2PS2)，其连接在所述第二转换单元的第二端与所述逆变单元之间；

第六开关(3PS3)，其连接在所述第一转换单元的直流端与所述第二转换单元(14)的第二端之间；以及

第七开关(3PS4)，其连接在所述第二转换单元的第一端与所述逆变器单元之间。

6.根据权利要求5所述的集成式电驱动系统，其特征在于，

所述控制单元配置为闭合第四开关和第五开关并且断开第六开关和第七开关断开，以使所述第二转换单元(14)对来自所述第一转换单元(13)的直流电执行升压操作。

7.根据权利要求5所述的集成式电驱动系统，其特征在于，

所述控制单元配置为闭合第六开关和第七开关并且断开第四开关和第五开关，以使所述第二转换单元(14)对来自所述第一转换单元(13)的直流电执行降压操作。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的集成式电驱动系统，其特征在于，所述逆变单元还包括配置为将来自所述第二转换单元(14)的直流电转换成第三交流电的第三逆变器(151)，且所述集成式电驱动系统还包括：

第三隔离变压器(1611)，其配置为对来自所述第三逆变器的第三交流电执行隔离变压操作；

第四隔离变压器(1612)，其配置为对来自所述第三逆变器的第三交流电执行隔离变压操作；

第三整流器(1711)，其配置为将来自所述第三隔离变压器的交流电转换成用于对另一车辆电池充电的直流电；

第四整流器(1712)，其配置为将来自所述第四隔离变压器的交流电转换成用于对另一车辆电池充电的直流电；以及

第二开关变换单元(21)，其配置为在控制单元的控制下使所述第三整流器和所述第四整流器以串联或并联的方式彼此连接。

9.根据权利要求8所述的集成式电驱动系统，其特征在于，所述第三整流器和所述第四整流器各自包括第一输出端和第二输出端，所述第三整流器的第一输出端连接至所述另一车辆电池的正极，所述第四整流器的第二输出端连接至所述另一车辆电池的负极，所述第二开关变换单元包括：

第八开关(S9)，其连接在所述第三整流器的第一输出端与所述第四整流器的第一输出端之间，

第九开关(S10)，其连接在所述第三整流器的第二输出端与所述第四整流器的第二输出端之间，以及

第十开关(S11)，其连接在所述第三整流器的第二输出端与所述第四整流器的第一输出端之间。

10.根据权利要求9所述的集成式电驱动系统，其特征在于，

所述控制单元配置为闭合所述第十开关并且断开所述第八开关和所述第九开关，以使所述第三整流器(1711)和所述第四整流器(1712)以串联的方式彼此连接，从而向所述另一车辆电池提供第三充电电力。

11.根据权利要求10所述的集成式电驱动系统，其特征在于，

所述控制单元配置为断开所述第十开关并且闭合所述第八开关和所述第九开关，以使所述第三整流器(1711)和所述第四整流器(1712)以并联的方式彼此连接，从而向所述另一车辆电池提供第四充电电力，所述第四充电电力小于所述第三充电电力。

12.根据权利要求8所述的集成式电驱动系统，其特征在于，所述车辆电池为用于向车辆中的低压设备供电的低压电池(19)，所述另一车辆电池为用于驱动电机的动力电池(18)。

13.根据权利要求12所述的集成式电驱动系统，其特征在于，所述集成式电驱动系统还包括：

第十一开关(S7)，其连接在所述第一转换单元的直流端与所述动力电池的正极之间；和

第十二开关(S8)，其连接在动力电池的正极与所述逆变单元的输入端之间。

14.根据权利要求1至4中任一项所述的集成式电驱动系统，其特征在于，所述电机(12)包括多个线圈电感(L1,L2,L3)，每个线圈电感(L1,L2,L3)的第一端连接至所述第一转换单元(13)的交流端，并且所述集成式电驱动系统还包括：

第十三开关(S1,S2,S3)，其将相应的线圈电感的第二端连接至外部电网；和

第十四开关(S4,S5,S6)，其将相应的线圈电感的第二端连接至中性点。

15.一种车辆，其特征在于，该车辆包括根据权利要求1至11中任一项所述的集成式电驱动系统。

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