RU175680U1 - VOLTAGE VOLTAGE CONVERTER WITH INTEGRATED CHARGER - Google Patents

VOLTAGE VOLTAGE CONVERTER WITH INTEGRATED CHARGER Download PDF

Info

Publication number
RU175680U1
RU175680U1 RU2016151270U RU2016151270U RU175680U1 RU 175680 U1 RU175680 U1 RU 175680U1 RU 2016151270 U RU2016151270 U RU 2016151270U RU 2016151270 U RU2016151270 U RU 2016151270U RU 175680 U1 RU175680 U1 RU 175680U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
traction
inverter
energy storage
storage device
converter
Prior art date
Application number
RU2016151270U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кирилл Михайлович Сидоров
Владимир Евсеевич Ютт
Тимофей Владимирович Голубчик
Александр Геннадьевич Грищенко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)"
Priority to RU2016151270U priority Critical patent/RU175680U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU175680U1 publication Critical patent/RU175680U1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Заявленное техническое решение относится к области электротехники, в частности к системе заряда тягового источника тока и электрического питания тяговых электрических машин электромобилей и гибридных транспортных средств. Тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством в качестве основных компонентов содержит зарядный преобразователь (1), инвертор (2), коммутационное переключающее устройство (3), блок (4) управления. Зарядный преобразователь (1) состоит из индуктивного (L1) и емкостного (С1) накопителей электрической энергии, полупроводникового ключа (Т7) и диодов (D7, D8). Коллектор ключа (Т7) подключен к плюсовой шине постоянного тока инвертора (2). Коммутация полупроводникового ключа (Т7) обеспечивает заданный режим заряда тягового накопителя электроэнергии (5). Выходная цепь зарядного преобразователя (1) соединена с силовыми шинами инвертора (2). Инвертор (2) обеспечивает управление электрической машиной (6) и выпрямление переменного напряжения при заряде накопителя электроэнергии (5). Силовые фазные выводы (U0, V0, W0) инвертора (2) соединены с коммутационным переключающим устройством (3). Указанное устройство обеспечивает отключение электрической машины (6) от инвертора (2) и подключение внешнего источника электрической энергии (7) для заряда тягового накопителя (5). Управление работой тягового преобразователя осуществляется блоком (4) управления.Техническим результатом является: увеличение мощности заряда бортового накопителя электроэнергии транспортного средства при одновременном снижении токовой нагрузки на подключаемый внешний источник электроэнергии. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.The claimed technical solution relates to the field of electrical engineering, in particular to a system of charge for a traction current source and electric power for traction electric cars of electric vehicles and hybrid vehicles. The traction voltage converter with an integrated charger as the main components comprises a charging converter (1), an inverter (2), a switching switching device (3), a control unit (4). The charging converter (1) consists of inductive (L1) and capacitive (C1) electric energy storage devices, a semiconductor switch (T7) and diodes (D7, D8). The key collector (T7) is connected to the positive DC bus of the inverter (2). The switching of the semiconductor key (T7) provides the specified charge mode of the traction energy storage device (5). The output circuit of the charging converter (1) is connected to the power buses of the inverter (2). An inverter (2) provides control of an electric machine (6) and rectification of an alternating voltage when charging an electric energy storage device (5). The power phase terminals (U0, V0, W0) of the inverter (2) are connected to a switching switching device (3). The specified device provides disconnection of the electric machine (6) from the inverter (2) and the connection of an external source of electric energy (7) to charge the traction drive (5). The operation of the traction converter is controlled by the control unit (4). The technical result is: an increase in the charge power of the vehicle’s on-board electric energy storage device while reducing the current load on the connected external electric power source. 2 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Заявленная полезная модель относится к области электротехники, в частности к системе заряда тягового источника тока и электрического питания тяговых электрических машин электромобилей и гибридных транспортных средств.The claimed utility model relates to the field of electrical engineering, in particular to the charge system of the traction current source and electric power of traction electric cars of electric vehicles and hybrid vehicles.

Система тягового электрооборудования транспортных средств с электрическим приводом, как правило, включает комплекс отдельных преобразователей напряжения, в том числе тяговый инвертор для управления электрической машиной и бортовое устройство для заряда тягового источника тока. Данные компоненты имеют свое функциональное предназначение и являются автономными. В отличие от тягового преобразователя напряжения (инвертора), бортовое зарядное устройство в режимах движения и остановок транспортного средства при эксплуатации не используется и является узлом, фактически бесполезно загружающим транспортное средство. Кроме того, мощность таких зарядных устройств не обеспечивает быстрого заряда тяговых источников тока, что снижает эксплуатационные показатели электромобилей и затрудняет использование последних для поездок на значительные расстояния. Указанные обстоятельства обуславливают, с одной стороны, актуальность вопросов улучшения массогабаритных показателей системы тягового и энергетического электрооборудования, повышения энергетической эффективности и эксплуатационных показателей электрических транспортных средств, с другой - повышают требования к зарядной инфраструктуре, доступность и уровень которой ограничены. Решение указанных проблем может быть осуществлено за счет оптимизации системы тягового электрооборудования и реализации многофункциональных схемных решений.The traction electrical system of vehicles with an electric drive, as a rule, includes a set of separate voltage converters, including a traction inverter for controlling an electric machine and an on-board device for charging a traction current source. These components have their functional purpose and are autonomous. Unlike the traction voltage converter (inverter), the on-board charger is not used in the modes of movement and vehicle stops during operation and is a unit that actually loads the vehicle uselessly. In addition, the power of such chargers does not provide a quick charge of traction current sources, which reduces the performance of electric vehicles and complicates the use of the latter for trips over considerable distances. These circumstances determine, on the one hand, the relevance of improving the overall dimensions of the traction and power electric equipment system, increasing energy efficiency and operational performance of electric vehicles, and on the other hand, they increase the requirements for charging infrastructure, the availability and level of which are limited. These problems can be solved by optimizing the traction electrical system and implementing multifunctional circuit solutions.

Из существующего уровня техники известна электрическая тяговая цепь для автотранспортного средства, содержащая бортовой подзаряжаемый источник энергии, статический преобразователь, выполненный с возможностью создания системы трехфазных напряжений, соединенный на входе с указанным подзаряжаемым источником энергии, трехфазный электрический двигатель, при этом обмотка статора двигателя выполнена с возможностью подключения к внешнему источнику электрической энергии для обеспечения зарядки бортового источника энергии через статический преобразователь, причем двигатель является синхронным двигателем с раздельным возбуждением, в котором питание ротора прерывается во время фаз зарядки (см. патент РФ №2505428, МПК B60L 11/18, опубл. 2014 г.). Недостатком данного изобретения является ограничение его применения синхронными двигателями с раздельным электромагнитным возбуждением. Указанный тип электрических машин имеет ряд недостатков и не используется в современных и перспективных транспортных средствах с электрическим приводом в отличие от получивших наибольшее распространение синхронных электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов и асинхронных с короткозамкнутым ротором. Другим недостатком является использование электрической машины специального исполнения, в которой обеспечивается вывод всех концов фазных обмоток для внешних подключений.An electric traction circuit for a motor vehicle is known from the prior art, comprising an onboard rechargeable energy source, a static converter configured to create a three-phase voltage system, connected at the input to said rechargeable energy source, a three-phase electric motor, while the stator winding of the engine is configured to connecting to an external source of electrical energy to ensure charging of the onboard energy source through a static cue converter, wherein the motor is a synchronous motor with separate excitation, in which the rotor power is interrupted during the charging phase (see. №2505428 RF patent IPC B60L 11/18, publ. 2014 YG). The disadvantage of this invention is the limitation of its use by synchronous motors with separate electromagnetic excitation. The indicated type of electric machines has a number of drawbacks and is not used in modern and promising vehicles with electric drive, in contrast to the most widely used synchronous electric motors with excitation from permanent magnets and asynchronous with squirrel-cage rotor. Another disadvantage is the use of an electric machine of a special design, which provides the output of all ends of the phase windings for external connections.

Известно транспортное средство с электродвигателем, включающее в себя перезаряжаемый первый накопитель энергии и обеспечивающее зарядку первого накопителя энергии посредством внешнего источника энергии, устройство преобразования энергии для преобразования электроэнергии от внешнего источника энергии и для зарядки первого накопителя энергии, перезаряжаемый второй накопитель энергии, имеющий более низкое выходное напряжение, чем первый накопитель энергии, блок управления, оперирующий электроэнергией от второго накопителя энергии и управляющий процессом преобразования энергии устройства преобразования энергии, и устройство зарядки низкого напряжения для зарядки второго накопителя энергии независимо от режима работы блока управления, когда соединительный блок подсоединяется к участку приема соединительного устройства (см. патент РФ №2409483, МПК B60L 11/18, опубл. 2011 г.).A vehicle with an electric motor is known, including a rechargeable first energy storage device and providing charging of the first energy storage device by means of an external energy source, an energy conversion device for converting electric energy from an external energy source and for charging the first energy storage device, a rechargeable second energy storage device having a lower output voltage than the first energy storage unit, a control unit operating with electricity from the second energy storage unit and controlling the energy conversion process of the energy conversion device, and a low voltage charging device for charging a second energy storage device regardless of the operating mode of the control unit when the connecting unit is connected to the receiving portion of the connecting device (see RF patent No. 2409483, IPC B60L 11/18, publ. . 2011).

Также известно наиболее близкое к заявленному техническому решению устройство управления зарядкой для транспортного средства, включающее в себя систему зарядки для зарядки устройства накопления энергии электроэнергией, подаваемой из источника питания, внешнего по отношению к транспортному средству, через кабель для зарядки (см. патент РФ №2441776, МПК B60L 11/18, H02J 7/00, опубл. 2012 г.).Also known is the closest to the claimed technical solution charging control device for a vehicle, including a charging system for charging the energy storage device with electric energy supplied from a power source external to the vehicle via a charging cable (see RF patent No. 2441776 , IPC B60L 11/18, H02J 7/00, publ. 2012).

Недостатком указанных выше изобретений является реализованная схема заряда перезаряжаемого накопителя электроэнергии, требующая обязательного наличия в системе электрооборудования транспортного средства двух электрических машин специального исполнения и двух тяговых преобразователей напряжения (инверторов). При этом обмотки каждой из электрических машин должны быть включены исключительно звездой с выводом нулевой точки для последующего подключения внешнего источника переменного тока. Другим недостатком данных изобретений является сложность программной и аппаратной реализации алгоритма преобразования энергии для заряда тягового источника тока, обусловленная использованием значительного количества полупроводниковых элементов, вовлеченных в процесс преобразования. Последнее обстоятельство также определяет дополнительные потери электроэнергии при заряде источника тока.The disadvantage of the above inventions is the implemented charge circuit of a rechargeable energy storage device, requiring the presence of two special-purpose electric machines and two traction voltage converters (inverters) in the vehicle electrical system. In this case, the windings of each of the electrical machines must be switched on exclusively by a star with a zero point output for subsequent connection of an external AC source. Another disadvantage of these inventions is the complexity of the software and hardware implementation of the energy conversion algorithm for the charge of the traction current source, due to the use of a significant number of semiconductor elements involved in the conversion process. The latter circumstance also determines the additional loss of electricity when charging a current source.

Отдельно следует выделить тот недостаток заявленных схемных решений, который исключает возможность полноценного использования в качестве внешнего источника для заряда бортового накопителя электроэнергии наиболее доступных и мощных трехфазных сетей переменного тока без дополнительных преобразований напряжения. Быстрый заряд накопителей электроэнергии транспортных средств при использовании указанных изобретений может быть осуществлен преимущественно с использованием сети постоянного тока или однофазной сети переменного тока. Использование для заряда тягового источника тока трехфазной сети вместо аналогичной по мощности однофазной обеспечит снижение токовых нагрузок на внешний источник приблизительно в три раза, что является перспективной задачей в условиях возрастающего потребления электроэнергии с ростом числа эксплуатируемых электрических транспортных средств.Separately, it is necessary to highlight the drawback of the claimed circuit solutions, which excludes the possibility of fully using the most affordable and powerful three-phase AC networks without additional voltage conversions as an external source for charging an on-board electric energy storage device. The fast charge of energy storage devices of vehicles using these inventions can be carried out mainly using a direct current network or a single-phase alternating current network. The use of a three-phase network for charging a traction current source instead of a single-phase one with a similar power will provide a three-fold reduction in current loads on an external source, which is a promising task in the face of increasing electricity consumption with an increase in the number of electric vehicles in operation.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение быстрого заряда бортового накопителя электрической энергии транспортного средства при значениях мощности, эквивалентных мощности тягового инвертора при одновременном улучшении массогабаритных показателей системы тягового электрооборудования, повышении эксплуатационных показателей транспортного средства и снижении нагрузки на зарядную инфраструктуру.The task to which the claimed technical solution is directed is to provide a quick charge of the vehicle’s on-board electric energy storage at power values equivalent to the power of the traction inverter while improving the overall dimensions of the traction electrical system, increasing the vehicle’s performance and reducing the load on the charging infrastructure.

Указанная задача решается за счет того, что тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством содержит инвертор для управления электрической машиной, который включает в себя ряд полупроводниковых ключей и полупроводниковых диодов, включенных антипараллельно упомянутым полупроводниковым ключам, емкостной накопитель, включенный во входной цепи инвертора между силовыми шинами постоянного тока; зарядный преобразователь, включающий полупроводниковый ключ, коммутируемый по алгоритму широтно-импульсного регулирования для обеспечения заданного режима заряда тягового накопителя электроэнергии, коллектор которого подключен к плюсовой шине постоянного тока инвертора, полупроводниковый диод, включенный антипараллельно упомянутому полупроводниковому ключу зарядного преобразователя, индуктивный накопитель электрической энергии, включенный между тяговым накопителем электрической энергии и эмиттером полупроводникового ключа зарядного преобразователя, полупроводниковый диод для разряда индуктивного накопителя электрической энергии, катод которого подключен к плюсовой шине постоянного тока и образует узел с выводом индуктивного накопителя электрической энергии и эмиттером полупроводникового ключа зарядного преобразователя, емкостной накопитель электрической энергии, включенный со стороны тягового накопителя электроэнергии между силовыми шинами постоянного тока; коммутационное переключающее устройство, выполненное с возможностью отключения электрической машины от выходной цепи инвертора и последующего подключения внешнего источника электрической энергии для заряда тягового накопителя электроэнергии; блок управления, управляющий коммутацией полупроводниковых элементов инвертора, зарядного преобразователя и коммутационного переключающего устройства.This problem is solved due to the fact that the traction voltage converter with an integrated charger contains an inverter for controlling an electric machine, which includes a number of semiconductor switches and semiconductor diodes connected antiparallel to the said semiconductor switches, a capacitive drive connected to the inverter input circuit between the power buses direct current; a charging converter comprising a semiconductor switch switched by a pulse-width regulation algorithm to provide a predetermined charge mode of the traction energy storage device, the collector of which is connected to a positive DC bus of the inverter, a semiconductor diode connected in antiparallel to the semiconductor switch of the charging converter, an inductive energy storage device included between the traction drive of electric energy and the emitter of the semiconductor switch a conventional converter, a semiconductor diode for discharging an inductive electrical energy storage device, the cathode of which is connected to a positive DC bus and forms a node with an output of an inductive electrical energy storage device and an emitter of a charging converter semiconductor key, a capacitive electrical energy storage device connected from the traction energy storage side between the power buses direct current; switching switching device, configured to disconnect the electric machine from the output circuit of the inverter and then connect an external source of electric energy to charge the traction energy storage device; a control unit that controls the switching of the semiconductor elements of the inverter, the charging converter and the switching switching device.

Тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством может дополнительно содержать силовой вывод минусовой шины постоянного тока инвертора для подключения отрицательного полюса внешнего источника постоянного тока для заряда тягового накопителя электроэнергии.The traction voltage converter with an integrated charger may further comprise a power terminal of the negative inverter DC bus for connecting the negative pole of an external DC source to charge the traction energy storage device.

Тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством может дополнительно содержать силовой вывод плюсовой шины постоянного тока инвертора для подключения положительного полюса внешнего источника постоянного тока для заряда тягового накопителя электроэнергии.The traction voltage converter with an integrated charger may further comprise a power terminal of the positive DC bus of the inverter for connecting the positive pole of an external DC source for charging the traction energy storage device.

Тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством может содержать зарядный преобразователь, в котором эмиттер полупроводникового ключа зарядного преобразователя подключен к минусовой шине постоянного тока инвертора.A traction voltage converter with an integrated charger may include a charging converter, in which the emitter of the semiconductor key of the charging converter is connected to the negative DC bus of the inverter.

Тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством может содержать зарядный преобразователь, в котором индуктивный накопитель электрической энергии включен в цепи минусовой силовой шины постоянного тока.A traction voltage converter with an integrated charger may comprise a charging converter, in which an inductive electrical energy storage device is included in the circuit of the negative direct current bus.

Тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством может не содержать в составе зарядного преобразователя индуктивного накопителя электрической энергии и полупроводникового диода для разряда индуктивного накопителя электрической энергии.A traction voltage converter with an integrated charger may not contain an inductive electric energy storage device and a semiconductor diode for discharging an inductive electric energy storage device.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является: увеличение мощности заряда бортового накопителя электрической энергии транспортного средства при одновременном снижении токовой нагрузки на подключаемый внешний источник электроэнергии, оптимизация схемного и конструктивного исполнения системы тягового электрооборудования за счет интеграции тягового инвертора и зарядного устройства в одном функционально законченном блоке, улучшение массогабаритных показателей и повышение экономической эффективности системы тягового электрооборудования транспортного средства за счет сокращения количества автономных функциональных блоков и входящих в состав преобразователей энергии элементов.The technical result provided by the given set of features is: an increase in the charge power of the vehicle’s on-board electric energy storage while reducing the current load on the connected external power source, optimization of the circuit and structural design of the traction electrical system due to the integration of the traction inverter and the charger in one functionally complete block, improving overall dimensions and increasing economic efficiency the efficiency of the vehicle’s traction electrical equipment system due to the reduction in the number of autonomous functional units and elements included in the energy converters.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где на:The essence of the technical solution is illustrated by drawings, where:

Фиг. 1 изображена электрическая схема силовой цепи тягового преобразователя напряжения с интегрированным зарядным устройством согласно основному варианту;FIG. 1 shows an electric circuit of a power circuit of a traction voltage converter with an integrated charger according to a main embodiment;

Фиг. 2 изображена электрическая схема силовой цепи варианта тягового преобразователя напряжения с интегрированным зарядным устройством, в котором дополнительно содержится силовой вывод минусовой шины постоянного тока инвертора для подключения отрицательного полюса внешнего источника постоянного тока.FIG. 2 shows a power circuit diagram of an embodiment of a traction voltage converter with an integrated charger, which further comprises a power terminal of a negative DC bus of the inverter for connecting the negative pole of an external DC source.

Фиг. 3 изображена электрическая схема силовой цепи варианта тягового преобразователя напряжения с интегрированным зарядным устройством, в котором эмиттер полупроводникового ключа зарядного преобразователя подключен к минусовой шине постоянного тока инвертора.FIG. 3 shows a power circuit diagram of an embodiment of a traction voltage converter with an integrated charger, in which the emitter of the semiconductor switch key of the charging converter is connected to the negative DC bus of the inverter.

Тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством (фиг. 1) в качестве основных компонентов настоящей полезной модели содержит зарядный преобразователь 1, инвертор 2, коммутационное переключающее устройство 3, блок управления 4.The traction voltage converter with an integrated charger (Fig. 1) as the main components of this utility model includes a charging converter 1, an inverter 2, a switching switching device 3, a control unit 4.

Зарядный преобразователь 1 состоит из индуктивного накопителя электрической энергии L1, емкостного накопителя электрической энергии С1, полупроводникового ключа Т7, полупроводниковых диодов D7 и D8. Коллектор полупроводникового ключа Т7 подключен к плюсовой шине постоянного тока DC1 инвертора 2. Полупроводниковый диод D7 включен антипараллельно полупроводниковому ключу Т7. Индуктивный накопитель электрической энергии L1 включен между тяговым накопителем электрической энергии с коммутационной аппаратурой 5 и эмиттером полупроводникового ключа Т7. Катод полупроводникового диода D8 подключен к плюсовой шине постоянного тока и образует узел с выводом индуктивного накопителя электрической энергии L1, а также эмиттером полупроводникового ключа Т7. Емкостной накопитель электрической энергии С1 включен со стороны тягового накопителя электрической энергии с коммутационной аппаратурой 5 между силовыми шинами постоянного тока. Выходная цепь зарядного преобразователя 1 соединена с силовыми шинами DC1 и DC2 инвертора 2.Charging Converter 1 consists of an inductive storage of electrical energy L1, a capacitive storage of electrical energy C1, a semiconductor switch T7, semiconductor diodes D7 and D8. The collector of the T7 semiconductor switch is connected to the positive DC bus DC1 of the inverter 2. The semiconductor diode D7 is connected antiparallel to the T7 semiconductor switch. An inductive electrical energy storage device L1 is connected between the traction electrical energy storage device with switching equipment 5 and the emitter of the T7 semiconductor switch. The cathode of the semiconductor diode D8 is connected to the positive DC bus and forms a node with the output of the inductive energy storage device L1, as well as the emitter of the T7 semiconductor switch. Capacitive storage of electrical energy C1 is included on the side of the traction storage of electrical energy with switching equipment 5 between the DC busbars. The output circuit of the charging converter 1 is connected to the power buses DC1 and DC2 of the inverter 2.

Инвертор 2 состоит из ряда полупроводниковых ключей T1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6, в частности биполярных транзисторов с изолированным затвором, и диодов D1, D2, D3, D4, D5, D6, включенных антипараллельно упомянутым полупроводниковым ключам. Во входной цепи инвертора 2 между плюсовой силовой шиной постоянного тока DC1 и минусовой силовой шиной постоянного тока DC2 включен емкостной накопитель С2, а также разрядный резистор R1. Силовые фазные выводы U0, V0, W0 инвертора 2 соединены с коммутационным переключающим устройством 3.Inverter 2 consists of a series of semiconductor switches T1, T2, T3, T4, T5, T6, in particular bipolar transistors with an insulated gate, and diodes D1, D2, D3, D4, D5, D6 connected antiparallel to the said semiconductor switches. In the input circuit of the inverter 2 between the positive DC direct-current bus DC1 and the negative negative DC direct-current bus DC2, a capacitive storage device C2 and a discharge resistor R1 are connected. The power phase terminals U0, V0, W0 of the inverter 2 are connected to a switching switching device 3.

Коммутационное переключающее устройство 3 содержит три силовых переключающих контакта S1, S2, S3. В зависимости от режима работы тягового преобразователя с интегрированным зарядным устройством силовые переключающие контакты S1, S2, S3 обеспечивают электрическое подключение фаз U1, V1, W1 тяговой электрической машины 6 или фаз U2, V2, W2 внешнего трехфазного источника переменного тока 7 к силовым фазным выводам U0, V0, W0 инвертора 2.The switching switching device 3 comprises three power switching contacts S1, S2, S3. Depending on the operating mode of the traction converter with an integrated charger, the power switching contacts S1, S2, S3 provide the electrical connection of phases U1, V1, W1 of the traction electric machine 6 or phases U2, V2, W2 of an external three-phase AC source 7 to the power phase terminals U0 , V0, W0 inverter 2.

Блок управления 4 обеспечивает формирование и трансляцию команд управления зарядным преобразователем 1, инвертором 2, коммутационным переключающим устройством 3 по каналу связи 8.The control unit 4 provides the formation and translation of control commands of the charging converter 1, inverter 2, switching switching device 3 via communication channel 8.

В другом варианте исполнения настоящей полезной модели (фиг. 2) тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством может дополнительно содержать силовой вывод минусовой шины постоянного тока DC2 инвертора 2 для обеспечения быстрого заряда тягового накопителя электроэнергии от источника постоянного тока 9. В этом случае фазные выводы U2, V2, W2 коммутационного переключающего устройства 3 объединяются в одну общую точку и подключаются к положительному полюсу источника постоянного тока 9, при этом вывод минусовой шины постоянного тока DC2 инвертора 2 подключается к отрицательному полюсу источника постоянного тока 9.In another embodiment of the present utility model (Fig. 2), the traction voltage converter with an integrated charger may further comprise a power terminal of the negative DC bus DC2 of the inverter 2 to provide a quick charge of the traction energy storage from the direct current source 9. In this case, the phase terminals U2 , V2, W2 of the switching switching device 3 are combined into one common point and connected to the positive pole of the DC source 9, while the output of the negative bus DC voltage inverter 2 is connected to the negative pole of the DC source 9.

Согласно следующему варианту исполнения настоящей полезной модели тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством может дополнительно содержать силовой вывод плюсовой шины постоянного тока DC1 инвертора 2 для обеспечения быстрого заряда тягового накопителя электроэнергии от источника постоянного тока 9. В этом случае фазные выводы U2, V2, W2 коммутационного переключающего устройства 3 объединяются в одну общую точку и подключаются к отрицательному полюсу источника постоянного тока 9, при этом вывод плюсовой шины постоянного тока DC1 инвертора 2 подключается к положительному полюсу источника постоянного тока 9.According to a further embodiment of the present utility model, the traction voltage converter with an integrated charger may further comprise a power terminal of the positive DC bus DC1 of the inverter 2 to provide a quick charge of the traction energy storage from the DC source 9. In this case, the phase terminals U2, V2, W2 of the switching the switching device 3 are combined into one common point and connected to the negative pole of the DC source 9, while the output of the positive bus DC1 constant current inverter 2 is connected to the positive pole of the DC power source 9.

Тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством в следующем варианте исполнения (фиг. 3) может содержать зарядный преобразователь 1, в котором эмиттер полупроводникового ключа Т7 подключен к минусовой шине постоянного тока DC2 инвертора 2.The traction voltage converter with an integrated charger in the following embodiment (Fig. 3) may include a charging converter 1, in which the emitter of the semiconductor switch T7 is connected to the negative DC bus DC2 of the inverter 2.

В другом варианте исполнения настоящей полезной модели тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством может содержать зарядный преобразователь 1, в котором индуктивный накопитель электрической энергии L1 включен в цепи минусовой силовой шины постоянного тока DC2 инвертора 2.In another embodiment of the present utility model, the traction voltage converter with an integrated charger may comprise a charging converter 1, in which an inductive electrical energy storage device L1 is included in the negative negative DC bus circuit DC2 of the inverter 2.

Тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством функционирует следующим образом.Traction voltage Converter with integrated charger operates as follows.

В режиме движения транспортного средства тяговый накопитель электроэнергии 5 подключен ко входной цепи зарядного преобразователя 1, при этом полупроводниковый диод D7 обеспечивает беспрепятственное протекание разрядного тока тягового источника в цепи инвертора 2, не оказывая влияния на работу последнего. Блок 4 управления формирует управляющие команды для коммутации полупроводниковых элементов Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6 инвертора 2 по определенному алгоритму, в частности алгоритму синусоидальной или векторной широтно-импульсной модуляции. Вследствие коммутации указанных полупроводниковых элементов осуществляется преобразование постоянного напряжения тягового источника тока 5 в регулируемое по величине и частоте переменное напряжение для электропитания и управления электрической машиной 6 в тяговом и тормозном режимах. При этом электропитание фаз U1, V1, W1 обмоток электрической машины 6 осуществляется через нормально-замкнутые силовые переключающие контакты S1, S2, S3 коммутационного переключающего устройства 3.In the vehicle’s driving mode, the traction electric energy storage device 5 is connected to the input circuit of the charging converter 1, while the semiconductor diode D7 ensures the free flow of the discharge current of the traction source in the inverter 2 circuit, without affecting the operation of the latter. The control unit 4 generates control commands for switching the semiconductor elements T1, T2, T3, T4, T5, T6 of the inverter 2 according to a certain algorithm, in particular, a sinusoidal or vector pulse-width modulation algorithm. Due to the switching of these semiconductor elements, the DC voltage of the traction current source 5 is converted to an alternating voltage regulated in magnitude and frequency for powering and controlling the electric machine 6 in the traction and braking modes. In this case, the power supply of the phases U1, V1, W1 of the windings of the electric machine 6 is carried out through normally-closed power switching contacts S1, S2, S3 of the switching switching device 3.

В режиме торможения транспортного средства электрическая энергия, генерируемая тяговой электрической машиной 6, обеспечивает заряд тягового накопителя электроэнергии 5, при этом зарядный преобразователь 1 может функционировать в двух режимах: режиме полностью открытого полупроводникового ключа Т7 или режиме широтно-импульсного регулирования заряда накопителя электроэнергии 5.In the vehicle braking mode, the electric energy generated by the traction electric machine 6 provides a charge for the traction electric energy storage device 5, while the charging converter 1 can operate in two modes: the T7 fully open semiconductor switch mode or the pulse-width pulse voltage regulation mode of the electric energy storage device 5.

Во время стоянки транспортного средства для восполнения заряда тягового накопителя электроэнергии 5 осуществляется подключение внешнего трехфазного источника переменного тока 7 к фазным выводам U2, V2, W2 коммутационного переключающего устройства 3. Данная операция может быть реализована с использованием специализированных силовых разъемов и кабелей, предусмотренных для электрических транспортных средств. В режиме заряда тяговый накопитель электроэнергии 5 оказывается подключенным ко входной цепи зарядного преобразователя 1. Блок 4 управления по каналу связи 8 подает команду на переключение силовых контактов S1, S2, S3 коммутационного переключающего устройства 3. В результате данной операции внешний источник трехфазного тока 7 оказывается подключенным к силовым фазным выводам U0, V0, W0 инвертора 2. С помощью полупроводниковых диодов D1, D2, D3, D4, D5, D6 инвертора 2 осуществляется выпрямление трехфазного переменного напряжения UAC внешнего источника 7. Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения обеспечивает емкостной накопитель С2 инвертора 2. Блок 4 управления формирует и транслирует по каналу связи 8 управляющие импульсы для коммутации полупроводникового ключа Т7 по алгоритму широтно-импульсного регулирования. В результате обеспечивается преобразование выпрямленного напряжения внешнего источника 7 в постоянное напряжение для заряда тягового накопителя электроэнергии 5 заданной величины и регулировка зарядного тока. Емкостной накопитель С1 и индуктивный накопитель L1 зарядного преобразователя 1 обеспечивают фильтрацию постоянного напряжения в режиме заряда тягового накопителя электроэнергии 5. Полупроводниковый диод D8 обеспечивает необходимый путь току при разряде индуктивного накопителя L1 на тяговый источник электроэнергии 5. При выключении тягового преобразователя напряжения с интегрированным зарядным устройством накопленная в емкостных элементах С1 и С2 электрическая энергия рассеивается при разряде последних на резистор R1.When the vehicle is parked to replenish the charge of the traction energy storage device 5, an external three-phase AC source 7 is connected to the phase terminals U2, V2, W2 of the switching switching device 3. This operation can be implemented using specialized power connectors and cables provided for electric vehicles funds. In charge mode, the traction energy storage device 5 is connected to the input circuit of the charging converter 1. The control unit 4 sends a command via the communication channel 8 to switch the power contacts S1, S2, S3 of the switching switching device 3. As a result of this operation, the external three-phase current source 7 is connected to the power phase terminals U0, V0, W0 of inverter 2. Using semiconductor diodes D1, D2, D3, D4, D5, D6 of inverter 2, the three-phase AC voltage U AC of the external source is rectified 7. Cg the ripple of the rectified voltage ripples is ensured by the capacitive storage device C2 of the inverter 2. The control unit 4 generates and transmits control pulses for the switching of the T7 semiconductor switch by means of the pulse-width regulation algorithm via communication channel 8. The result is the conversion of the rectified voltage of the external source 7 into a constant voltage for charging the traction energy storage device 5 of a predetermined value and adjusting the charging current. The capacitive storage device C1 and the inductive storage device L1 of the charging converter 1 provide DC filtering in the charge mode of the traction power storage device 5. The semiconductor diode D8 provides the necessary current path when the inductive storage device L1 is discharged to the traction power source 5. When the traction voltage converter with the integrated charger is turned off, the accumulated in capacitive elements C1 and C2, electric energy is dissipated when the latter is discharged to resistor R1.

Схемное исполнение и принцип работы тягового преобразователя напряжения с интегрированным зарядным устройством не исключает режим регулирования заряда тягового накопителя электроэнергии 5 при помощи коммутации полупроводниковых ключей T1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6 инвертора 2.The circuit design and the principle of operation of the traction voltage converter with an integrated charger does not exclude the mode of regulating the charge of the traction energy storage device 5 by switching semiconductor switches T1, T2, T3, T4, T5, T6 of inverter 2.

В других вариантах исполнения настоящей полезной модели функционирование тягового преобразователя напряжения с интегрированным зарядным устройством аналогично описанному выше с тем уточнением, что при заряде от внешнего источника постоянного тока 9 (фиг. 2) полупроводниковые диоды D1, D3, D5 инвертора 2 являются проводниками зарядного тока при подключении минусовой шины постоянного тока DC2 инвертора 2 к отрицательному полюсу источника 9, а полупроводниковые диоды D2, D4, D6 - при подключении плюсовой шины постоянного тока DC 1 инвертора 2 к положительному полюсу источника 9.In other embodiments of the present utility model, the operation of a traction voltage converter with an integrated charger is similar to that described above with the clarification that when charging from an external DC source 9 (Fig. 2), the semiconductor diodes D1, D3, D5 of inverter 2 are conductors of the charging current at connecting the negative DC bus DC2 of the inverter 2 to the negative pole of the source 9, and the semiconductor diodes D2, D4, D6 - when connecting the positive DC bus DC 1 of the inverter 2 to the positive Yelnia pole source 9.

Заявляемое техническое решение отличают: возможность работы с электрическими машинами переменного тока различного типа и исполнения, отсутствие необходимости наличия в системе тягового электрооборудования двух электрических машин и инверторов для обеспечения заряда тягового накопителя электроэнергии, относительная простота программной и аппаратной реализации алгоритма преобразования энергии, возможность использования для заряда тягового накопителя электроэнергии трехфазных сетей переменного тока без дополнительных преобразований напряжения, увеличение мощности и скорости заряда тягового накопителя электроэнергии транспортного средства при снижении нагрузки на используемые внешние источники тока, улучшенные массогабаритные показатели и экономическая эффективность системы тягового электрооборудования.The claimed technical solution is distinguished: the ability to work with AC electric machines of various types and designs, the absence of the need for two electric machines and inverters in the traction electrical system to provide charge for the traction energy storage device, the relative simplicity of the software and hardware implementation of the energy conversion algorithm, the possibility of using it for charge three-phase AC mains traction drive without additional conversion REPRESENTATIONS voltage, increasing the power and charge electric power of the traction drive speed of the vehicle while reducing the load on the used external power sources, improved weight and overall dimensions and economic efficiency of electric traction system.

Claims (3)

1. Тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством, характеризующийся тем, что содержит инвертор для управления электрической машиной, который включает в себя ряд полупроводниковых ключей и полупроводниковых диодов, включенных антипараллельно упомянутым полупроводниковым ключам, емкостной накопитель, включенный во входной цепи инвертора между силовыми шинами постоянного тока; зарядный преобразователь, включающий полупроводниковый ключ, коммутируемый по алгоритму широтно-импульсного регулирования для обеспечения заданного режима заряда тягового накопителя электроэнергии, коллектор которого подключен к плюсовой шине постоянного тока инвертора, полупроводниковый диод, включенный антипараллельно упомянутому полупроводниковому ключу зарядного преобразователя, индуктивный накопитель электрической энергии, включенный между тяговым накопителем электрической энергии и эмиттером полупроводникового ключа зарядного преобразователя, полупроводниковый диод для разряда индуктивного накопителя электрической энергии, катод которого подключен к плюсовой шине постоянного тока и образует узел с выводом индуктивного накопителя электрической энергии и эмиттером полупроводникового ключа зарядного преобразователя, емкостной накопитель электрической энергии, включенный со стороны тягового накопителя электроэнергии между силовыми шинами постоянного тока; коммутационное переключающее устройство, выполненное с возможностью отключения электрической машины от выходной цепи инвертора и последующего подключения внешнего источника электрической энергии для заряда тягового накопителя электроэнергии; блок управления, управляющий коммутацией полупроводниковых элементов инвертора, зарядного преобразователя и коммутационного переключающего устройства.1. Traction voltage converter with an integrated charger, characterized in that it contains an inverter for controlling an electric machine, which includes a series of semiconductor switches and semiconductor diodes included antiparallel to the said semiconductor switches, a capacitive storage device included in the input circuit of the inverter between the DC busbars current; a charging converter comprising a semiconductor switch switched by a pulse-width regulation algorithm to provide a predetermined charge mode of the traction energy storage device, the collector of which is connected to a positive DC bus of the inverter, a semiconductor diode connected in antiparallel to the semiconductor switch of the charging converter, an inductive energy storage device included between the traction drive of electric energy and the emitter of the semiconductor switch a conventional converter, a semiconductor diode for discharging an inductive electrical energy storage device, the cathode of which is connected to a positive DC bus and forms a node with an output of an inductive electrical energy storage device and an emitter of a charging converter semiconductor key, a capacitive electrical energy storage device connected from the traction energy storage side between the power buses direct current; a switching switching device configured to disconnect the electric machine from the output circuit of the inverter and then connect an external source of electric energy to charge the traction energy storage device; a control unit that controls the switching of the semiconductor elements of the inverter, the charging converter and the switching switching device. 2. Тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит силовой вывод минусовой шины постоянного тока инвертора для подключения отрицательного полюса внешнего источника постоянного тока для заряда тягового накопителя электроэнергии.2. A traction voltage converter with an integrated charger according to claim 1, characterized in that it further comprises a power terminal of a negative DC bus of the inverter for connecting the negative pole of an external DC source for charging the traction energy storage device. 3. Тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит силовой вывод плюсовой шины постоянного тока инвертора для подключения положительного полюса внешнего источника постоянного тока для заряда тягового накопителя электроэнергии.3. A traction voltage converter with an integrated charger according to claim 1, characterized in that it further comprises a power terminal of a positive DC bus of the inverter for connecting the positive pole of an external DC source for charging the traction energy storage device.
RU2016151270U 2016-12-26 2016-12-26 VOLTAGE VOLTAGE CONVERTER WITH INTEGRATED CHARGER RU175680U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151270U RU175680U1 (en) 2016-12-26 2016-12-26 VOLTAGE VOLTAGE CONVERTER WITH INTEGRATED CHARGER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151270U RU175680U1 (en) 2016-12-26 2016-12-26 VOLTAGE VOLTAGE CONVERTER WITH INTEGRATED CHARGER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU175680U1 true RU175680U1 (en) 2017-12-14

Family

ID=60719041

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016151270U RU175680U1 (en) 2016-12-26 2016-12-26 VOLTAGE VOLTAGE CONVERTER WITH INTEGRATED CHARGER

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU175680U1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108599161A (en) * 2018-06-20 2018-09-28 西南交通大学 A kind of through tractive power supply system
CN109249807A (en) * 2018-09-12 2019-01-22 中车浦镇庞巴迪运输系统有限公司 A kind of dynamic high voltage converter circuitry of railway traffic vehicle
RU2729007C1 (en) * 2020-02-06 2020-08-03 Общество с ограниченной ответственностью "Горизонт" Locomotive traction converter with power plant

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0715807A (en) * 1993-06-25 1995-01-17 Sanden Corp Power source unit for electric vehicle
RU2409483C1 (en) * 2007-02-20 2011-01-20 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Motor-driven transport facility, charging device and system
RU2441776C1 (en) * 2008-01-16 2012-02-10 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Charging control unit for vehicle
RU2505428C2 (en) * 2008-07-28 2014-01-27 Рено С.А.С. Electric pulling chain for motor vehicle

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0715807A (en) * 1993-06-25 1995-01-17 Sanden Corp Power source unit for electric vehicle
RU2409483C1 (en) * 2007-02-20 2011-01-20 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Motor-driven transport facility, charging device and system
RU2441776C1 (en) * 2008-01-16 2012-02-10 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Charging control unit for vehicle
RU2505428C2 (en) * 2008-07-28 2014-01-27 Рено С.А.С. Electric pulling chain for motor vehicle

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108599161A (en) * 2018-06-20 2018-09-28 西南交通大学 A kind of through tractive power supply system
CN108599161B (en) * 2018-06-20 2023-09-01 西南交通大学 Through traction power supply system
CN109249807A (en) * 2018-09-12 2019-01-22 中车浦镇庞巴迪运输系统有限公司 A kind of dynamic high voltage converter circuitry of railway traffic vehicle
RU2729007C1 (en) * 2020-02-06 2020-08-03 Общество с ограниченной ответственностью "Горизонт" Locomotive traction converter with power plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11817769B2 (en) Multibridge power converter with multiple outputs
US10771001B2 (en) Controller for an inductive load having one or more inductive windings
US10476401B2 (en) Device for converting voltage, traction network and method for charging a battery
US20190168628A1 (en) On-board vehicle electrical system for charging an electrically operated vehicle, and method
EP4032743B1 (en) Charging system and electric vehicle
US20140239869A1 (en) Electrical System
US20040062059A1 (en) Apparatus and method employing bi-directional converter for charging and/or supplying power
JP7211771B2 (en) Power converter, power system, and method of controlling power system
EP3928411B1 (en) Integrated charger and motor control system isolated by motor
CN109311409B (en) Vehicle electrical system having an inverter, an energy store, an electric machine and a direct current transmission terminal
EP4032744A1 (en) Charging system and electric vehicle
RU175680U1 (en) VOLTAGE VOLTAGE CONVERTER WITH INTEGRATED CHARGER
US20140103650A1 (en) Dual-dc bus starter/generator
CN110461641B (en) Charging circuit arrangement for a vehicle and method for a charging circuit arrangement
CN111231702A (en) Fuel cell automobile power system based on double-source motor
US20170326997A1 (en) Method for recharging energy accumulation means fitted to an electric or hybrid vehicle
Shah et al. Integrated power converter with G2V and V2G capabilities for 4-phase SRM drive based EV application
Shah et al. An integrated charger with high efficiency over wide range of input voltage with g2v, v2g, and direct v2v capabilities for srm drive
CN115635866A (en) System for charging battery of vehicle using motor driving system
CN109412469B (en) Traction converter system main circuit, control method and system
Xia et al. An integrated modular converter for switched reluctance motor drives in range-extended electric vehicles
Niakinezhad et al. A new modular asymmetrical half-bridge switched reluctance motor integrated drive for electric vehicle application
EP4108507A1 (en) System for charging vehicle battery using motor driving system
WO2024172050A1 (en) In-vehicle charging device and in-vehicle charging method
KR20230000334A (en) System of charging battery for vehicle using motor driving system