CN218678469U - 一种基于电驱系统的boost电源转换器 - Google Patents

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焦民胜
于海燕
陈�峰
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Abstract

本实用新型涉及一种基于电驱系统的BOOST电源转换器，包括充电桩和电池，所述充电桩与电池通过转换器相连接，所述转换器包括：PDU系统、电机系统和电机控制器系统；其中，电机控制器系统用于实现BOOST升压；所述转换器还能实现对电压的检测，当充电桩的输出电压小于阈值时，执行BOOST升压；当充电桩的输出电压大于或者等于阈值时，充电桩直接对电池系统进行充电。本实用新型利用现有电机控制器逆变三级桥臂作为BOOST功率开关管，BOOST辅助电路与现有控制器平台共用，在最大程度上节约方案成本以及结构空间，还减小输入或输出电流纹波，充电质量较高，并且通过提升开关频率，来减小电流纹波，从而减小了电机和电感绕组的AC损耗以及磁芯损耗。

Description

一种基于电驱系统的BOOST电源转换器
技术领域
本实用新型属于电源转换器技术领域，特别涉及一种基于电驱系统的BOOST电源转换器。
背景技术
由于目前400V动力电池和电驱系统技术不断趋于成熟，故在未来一段时间内，动力电池系统仍然会以400V系统为主。但800V系统的高续航里程以及超级充电的优势，且可以减少导体的横截面积以降低重量和成本，必然是未来的发展趋势。
现有的充电技术基本是通过OBC(即车载充电机，电动汽车在充电时，不是外接充电器直接接通大蓄电池，而是通过OBC再给电动汽车的蓄电池充电，主要是起到一个保护的作用)对800V电池系统进行充电，主要问题是充电功率低，充电时间较长，且目前OBC多为400V系统服务，800V需要对OBC电路重新设计，器件需要重新选型，选用更高耐压等级，增加成本；或使用外置BOOST升压电路，主要是BOOST的三相电感不使用电机绕组，三相电感重新设计，此方案三相电感量较稳定，可以对电感做最优设计，且不需要外置电感L4，但缺点在于会增加成本并且电感体积较大，过多占用车内空间。
本方案基于三相交错BOOST系统，对单相Boost方案做出改进，电机控制器系统功率管使用SIC-MOS，BOOST工作时上管同步整流，提高开关频率，减小电机谐波损耗。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供一种基于电驱系统的BOOST电源转换装置，包括充电桩和电池，所述充电桩与电池通过转换器相连接，所述转换器包括:
PDU系统、电机系统和电机控制器系统；
其中，电机控制器系统用于实现BOOST升压；
所述转换器还能实现对电压的检测，当充电桩的输出电压小于阈值时，执行BOOST升压；
当充电桩的输出电压大于或者等于阈值时，充电桩直接对电池系统进行充电。
优选地，所述阈值为750V。
优选地，所述PDU系统包括相互并联的继电器K1和继电器K2，还包括相互并联的继电器K3和继电器K4，继电器K3和继电器K4所在电路与继电器K1串联。
优选地，述PDU系统还包括输入滤波组件，所述继电器K1与继电器K2均与输入滤波组件连接；
所述PDU系统还包括电容Cin，所述电容Cin两端分别与继电器K1和继电器K2所在电路连接。
优选地，所述PDU系统还包括电感L4，电感L4与继电器K3串联。
优选地，所述电机系统具体包括电感L1、电感L2、电感L3；
所述电感L1、电感L2与电感L3三者并联。
优选地，所述电机控制器系统包括三个桥臂，三个桥臂相互并联；
所述电机控制器系统还包括电容C0，电容CO与三个桥臂并联；
所述电机控制器系统还包括输出滤波组件，输出滤波组件与三个桥臂并联。
优选地，每个所述桥臂上均设有两个MOS管，位于上方的三个所述MOS管组成上MOS管，位于下方的三个所述MOS管组成下MOS管。
优选地，位于同一所述桥臂上的上MOS管与下MOS管互补导通。
优选地，所述充电桩的正极与继电器K1连接，充电桩的负极与继电器K2连接。
本实用新型的具有以下有益效果：
(1)本实用新型利用现有电机控制器系统逆变三级桥臂作为BOOST功率开关管，BOOST辅助电路与现有控制器平台共用，最大程度上节约方案成本以及结构空间；
(2)BOOST电路采用SIC-MOS代替SI-MOS，更小的寄生参数和导通阻抗，有助于提高系统效率，上管采用同步整流方式，下管错相120°交替导通，大大减小输入或输出电流纹波，充电质量较高；
(3)开关频率提升至30Khz,有助于提高整体系统效率，并减轻电机内磁芯的磁滞伸缩效应，减小噪声，通过提升开关频率，来减小电流纹波，从而减小了电机和电感绕组的AC损耗以及磁芯损耗；
(4)对PDU的结构和功能进行一体化设计，直充模式和BOOST模式切换逻辑简单，且继电器个数较少，传统的PDU结构多为5个继电器，本方案通过直充和BOOST模式共用地回路的方式(通过继电器K2形成回路)，节省一个继电器，且实验验证了磁环单边过电流的能力，验证了该方案的有效性；
(5)成功将三相交错BOOST电路成功应用400V充电桩升800V电池系统，共用现有电机控制器平台，完成BOOST环路控制及功能保护，相当于在电驱系统上集成了快充功能，且充电效率较高，实测满载效率更高。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本实用新型实施例中BOOST升压示意框图；
图2示出本实用新型实施例中BOOST升压架构图；
图3示出本实用新型实施例中电感电流波形图；
图4示出本实用新型实施例中直充模式电压电流走势图；
图5示出本实用新型实施例中Boost模式电压电流走势图；
图6示出本实用新型实施例中应用传统PDU系统时的电路示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型实施例介绍一种基于电驱系统的BOOST电源转换器，包括充电桩和电池，充电桩与电池通过转换器相连接，转换器包括:
PDU系统、电机系统和电机控制器系统；
其中，电机控制器系统用于实现BOOST升压。
如图2所示，PDU系统包括相互并联的继电器K1和继电器K2，还包括相互并联的继电器K3和继电器K4，继电器K3和继电器K4所在电路与继电器K1串联；PDU系统还包括输入滤波组件、电容Cin、电感L4，继电器K1与继电器K2均与输入滤波组件连接，电容Cin两端分别与继电器K1和继电器K2所在电路连接，电感L4与继电器K3串联，输入滤波组件内含有输入滤波器，输入滤波器一般安装在电源与变频器输入电源线之间，主要用于抑制变频器产生的传导干扰和辐射干扰，同时具备共模和差模抑制能力，充电桩的正极与继电器K1连接，充电桩的负极与继电器K2连接。
电机系统具体包括电感L1、电感L2、电感L3，电感L1、电感L2与电感L3相互并联。
电机控制器系统包括三个桥臂，三个桥臂相互并联；电机控制器系统还包括电容C0和输出滤波组件，电容CO与三个桥臂并联，输出滤波组件与三个桥臂并联，三个桥臂上均设有两个MOS管，分别为MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6；其中位于上方的三个MOS管组成上MOS管，即MOS管Q1、MOS管Q3和MOS管Q5组成上MOS管，位于下方的三个MOS管组成下MOS管，即MOS管Q2、MOS管Q4和MOS管Q6组成下MOS管，MOS管Q1与MOS管Q2位于同一桥臂；MOS管Q3与MOS管Q4位于同一桥臂；MOS管Q5与MOS管Q6位于同一桥臂，位于同一桥臂上的上MOS管与下MOS管互补导通。
结合图2与图3，电机控制器系统中MOS管Q2、MOS管Q4、MOS管Q6的驱动信号相位互错120°，能够保证一个周期内电感L1、电感L2、电感L3的电流经历两次上升和下降，同一桥臂上下管互补导通能够预留死区时间，下管开通时间内，电感L1、电感L2和电感L3上电流线性上升，下管关断时间内，电感L1、电感L2和电感L3上电流线性下降。所述电感L4上的电流为电感L1、电感L2和电感L3的电流之和，即外加电感L4上电流为三相电流交错叠加之和，一个周期内，电感L4上电流被分为3倍开关频率的脉动电流，大大减小电流纹波，同时，电感L4两端会耦合出
Figure BDA0003653016810000051
大小的正负感应电压，但感应电压幅值较小，对MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6电压影响不大，且外置合理参数的电感L4有助于整个BOOST系统的稳定。BOOST系统中的MOS管采用SIC-MOS作为主功率开关管，开关频率设置在30KHz，SIC-MOS的应用，可以满足在高电压平台下高开关频率的高效优势，以及高压摆率
Figure BDA0003653016810000052
更高的开关频率降低了电机的谐波损耗。
转换器还能实现对电压的检测，当充电桩的输出电压大于或者等于阈值时，充电桩直接对电池系统进行充电，即直充模式。如图4所示，此时吸合PDU系统内继电器K1、K2和K4，充电桩对电池系统进行直充,此时电流从充电桩流出，然后电流直接流入到电池系统中对电池进行充电，再从电池系统的负极流回到充电桩，上述过程无需进行升压操作。
当充电桩系统的输出电压小于阈值时，执行BOOST升压,阈值为750V。如图5所示，此时吸合PDU系统内继电器K1、K2和K3，BOOST电路开始工作，此时电流从充电桩流出、经过输入滤波组件，然后经过电感L4后分成三条支路，分别流经电感L1、L2和L3，然后电流进入到电机控制器系统内，通过上下MOS管的周期性变化，对电流的大小进行调节，由于电感的阻值不变，从而实现对电压的调节，升高后的电压经过输出滤波组件流出到电池系统中，对电池进行充电，通过上述操作即可实现在充电桩的电压较低时，对较高电压的电池系统充电的效果，其中，电流经过输入滤波组件和输出滤波组件能够抑制电流变化过程中产生的传导干扰和辐射干扰，同时具备共模和差模抑制能力，上述过程中，电感L1、电感L2、电感L3的电流波形图如3所示，电路总电流Iin的变化周期为1/3T，而电感L1、L2和L3的电流变化周期为T，任意两个电感的电流变化相差1/3T，下管的变化周期也为T。
本实用新型对PDU系统的结构和功能进行一体化设计，直充模式和BOOST模式切换逻辑简单，且继电器个数较少，传统的电路结构多为5个继电器，如附图6所示，本方案通过直充和BOOST模式共用地回路的方式(通过继电器K2形成回路)，节省一个继电器K5。
本领域的普通技术人员应当理解：尽管参考前述实施例对本实用新型进行的详细说明，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于电驱系统的BOOST电源转换器，包括充电桩和电池，其特征在于，所述充电桩与电池通过转换器相连接，所述转换器包括:
PDU系统、电机系统和电机控制器系统；
其中，电机控制器系统用于实现BOOST升压；
所述转换器还能实现对电压的检测，当充电桩的输出电压小于阈值时，执行BOOST升压；
当充电桩的输出电压大于或者等于阈值时，充电桩直接对电池系统进行充电。
2.根据权利要求1所述的一种基于电驱系统的BOOST电源转换器，其特征在于，
所述阈值为750V。
3.根据权利要求1所述的一种基于电驱系统的BOOST电源转换器，其特征在于，
所述PDU系统包括相互并联的继电器K1和继电器K2，还包括相互并联的继电器K3和继电器K4，继电器K3和继电器K4所在电路与继电器K1串联。
4.根据权利要求3所述的一种基于电驱系统的BOOST电源转换器，其特征在于，
所述PDU系统还包括输入滤波组件，所述继电器K1与继电器K2均与输入滤波组件连接；
所述PDU系统还包括电容Cin，所述电容Cin两端分别与继电器K1和继电器K2所在电路连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于电驱系统的BOOST电源转换器，其特征在于，
所述PDU系统还包括电感L4，电感L4与继电器K3串联。
6.根据权利要求1所述的一种基于电驱系统的BOOST电源转换器，其特征在于，
所述电机系统具体包括电感L1、电感L2、电感L3；
所述电感L1、电感L2与电感L3三者并联。
7.根据权利要求6所述的一种基于电驱系统的BOOST电源转换器，其特征在于，
所述电机控制器系统包括三个桥臂，三个桥臂相互并联；
所述电机控制器系统还包括电容C0，电容CO与三个桥臂并联；
所述电机控制器系统还包括输出滤波组件，输出滤波组件与三个桥臂并联。
8.根据权利要求7所述的一种基于电驱系统的BOOST电源转换器，其特征在于，
每个所述桥臂上均设有两个MOS管，位于上方的三个所述MOS管组成上MOS管，位于下方的三个所述MOS管组成下MOS管。
9.根据权利要求8所述的一种基于电驱系统的BOOST电源转换器，其特征在于，
位于同一所述桥臂上的上MOS管与下MOS管互补导通。
10.根据权利要求1所述的一种基于电驱系统的BOOST电源转换器，其特征在于，
所述充电桩的正极与继电器K1连接，充电桩的负极与继电器K2连接。
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