RU2795552C1 - System and method for charging electric vehicles - Google Patents

System and method for charging electric vehicles Download PDF

Info

Publication number
RU2795552C1
RU2795552C1 RU2022115703A RU2022115703A RU2795552C1 RU 2795552 C1 RU2795552 C1 RU 2795552C1 RU 2022115703 A RU2022115703 A RU 2022115703A RU 2022115703 A RU2022115703 A RU 2022115703A RU 2795552 C1 RU2795552 C1 RU 2795552C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stage
phase
traction
charge
output
Prior art date
Application number
RU2022115703A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Чжэнмао ЧЖУ
Original Assignee
Чжэйцзян Ханьминбо Нью Энерджи Ко., Лтд.
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 Чжэйцзян Ханьминбо Нью Энерджи Ко., Лтд. filed Critical Чжэйцзян Ханьминбо Нью Энерджи Ко., Лтд.
Application granted granted Critical
Publication of RU2795552C1 publication Critical patent/RU2795552C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electric motor construction.
SUBSTANCE: reconfigurable traction-charging system and a method for its implementation. The system is located in an electrical device with a rechargeable battery and it consists of: an electric motor, an inverter, an output rectifier, a configurator, a controller. The electric motor consists of a stator having teeth and windings wound around a plurality of stator teeth. The stator winding on at least one tooth is divided into two or more coils. The inverter contains the power switches of devices. The configurator contains contactors connected to the stator windings and power switching devices. The controller operates the power switching devices and a plurality of contactors to configure the system for operation in both traction and charge modes. In traction mode: the rechargeable battery supplies power energy to the electric motor through an inverter, the coils are connected in series. In charge mode: the connections associated with the power switching devices and the stator windings are configured to generate electrical power by the charger from an external power source to charge a rechargeable battery, the coils are connected in parallel.
EFFECT: implementation of a reconfigurable traction-charging system.
16 cl, 46 dwg

Description

Перекрестные ссылки на родственные заявкиCross-references to related applications

[0001] Настоящая заявка заявляет преимущество по отношению к предварительной патентной заявке США 62/986,232, зарегистрированной 6 марта 2020 года, которая включена в данный документ по ссылке в своей полноте.[0001] This application claims benefit over U.S. Provisional Application 62/986,232, filed March 6, 2020, which is incorporated herein by reference in its entirety.

Уровень техникиState of the art

1. Область техники, к которой относится изобретение1. Field of technology to which the invention belongs

[0002] Настоящее учение, в общем, относится к электрическим устройствам. Более конкретно, настоящее учение относится к способам и системам для заряда аккумуляторов, применяемых в электрических устройствах.[0002] This teaching generally refers to electrical devices. More specifically, the present teaching relates to methods and systems for charging batteries used in electrical devices.

2. Уровень техники2. State of the art

[0003] Электрические транспортные средства становятся все более распространенными, с учетом растущей доли рынка транспортных средств на дороге. Однако, повсеместное использование электрических транспортных средств все еще сталкивается с некоторыми проблемами. В частности, электрическое транспортное средство полагается на аккумуляторы в качестве своего единственного источника электроэнергии, так что аккумуляторы должны перезаряжаться. Заряд аккумуляторов для электрических транспортных средств традиционно требует специального внешнего оборудования, которое известно как оборудование для питания электрических транспортных средств (EVSE, иногда называемое токопроводящими зарядными системами или зарядными станциями для электрических транспортных средств).[0003] Electric vehicles are becoming more common, given the growing market share of vehicles on the road. However, the widespread use of electric vehicles still faces some challenges. In particular, an electric vehicle relies on batteries as its sole source of electricity, so the batteries must be recharged. Charging batteries for electric vehicles has traditionally required special external equipment, which is known as electric vehicle power equipment (EVSE, sometimes referred to as conductive charging systems or electric vehicle charging stations).

[0004] Существуют два главных типа EVSE. Один тип предоставляет электричество переменного тока (AC) транспортному средству, при этом бортовое зарядное устройство транспортного средства преобразует AC-электроэнергию в электроэнергию постоянного тока (DC), необходимую для заряда аккумуляторов. EVSE на основе AC работает как посредник между электрическим транспортным средством и AC-розеткой, как правило, использующей AC-электроэнергию домовладения в качестве входной электроэнергии. Фактическое зарядное устройство предусматривается внутри транспортного средства и обычно имеет ограниченную нагрузочную способность по мощности. По существу, электрические транспортные средства, как правило, оборудуются только бортовыми зарядными устройствами с нагрузочной способностью не более 10 кВт (например, 6 или 7 кВт). Если пользователь желает использовать более высокий уровень электроэнергии, пользователю необходимо заряжать транспортные средства через другой тип EVSE, т.е. EVSE с выходной электроэнергией постоянного тока или EVSE на основе DC.[0004] There are two main types of EVSE. One type provides alternating current (AC) electricity to the vehicle, with the vehicle's on-board charger converting the AC electricity to direct current (DC) electricity needed to charge the batteries. An AC-based EVSE works as an intermediary between an electric vehicle and an AC outlet, typically using household AC power as input power. The actual charger is provided inside the vehicle and usually has a limited power capacity. As such, electric vehicles are generally only equipped with on-board chargers with a load capacity of no more than 10 kW (eg 6 or 7 kW). If the user wishes to use a higher level of electricity, the user needs to charge the vehicles through a different type of EVSE, i.e. EVSE with DC power output or DC based EVSE.

[0005] EVSE на основе DC также известны как "быстрые зарядные устройства". DC EVSE может преобразовывать электроэнергию переменного тока в электроэнергию постоянного тока и, таким образом, может обходить бортовое зарядное устройство на электрическом транспортном средстве, чтобы заряжать DC-электроэнергию непосредственно в аккумулятор. По существу, операция заряда не ограничивается ограничением нагрузочной способности бортового зарядного устройства, аккумуляторы могут заряжаться со значительно более быстрой скоростью. Вследствие того факта, что DC EVSE являются технологически более сложными и дорогостоящими по сравнению с AC EVSE и требуют точек электропитания высокой мощности, следовательно, находится гораздо меньше применений по сравнению с AC EVSE. Такие проблемы, связанные со скоростью заряда в сочетании с ограниченными доступными зарядными станциями для транспортных средств являются до сих пор препятствием для более распространенного применения электрических транспортных средств.[0005] DC-based EVSEs are also known as "fast chargers". The DC EVSE can convert AC power to DC power and thus can bypass an on-board charger on an electric vehicle to charge DC power directly to a battery. As such, the charge operation is not limited by the onboard charger's load capacity, the batteries can be charged at a much faster rate. Due to the fact that DC EVSEs are technologically more complex and costly than AC EVSEs and require high power power points, there are therefore far fewer applications compared to AC EVSEs. Such charging speed issues, combined with the limited available vehicle charging stations, are still an obstacle to the more widespread use of electric vehicles.

[0006] Таким образом, существует необходимость разрабатывать более эффективные средства и способы для заряда аккумуляторов электрических транспортных средств, которые устраняют такие недостатки.[0006] Thus, there is a need to develop more efficient means and methods for charging electric vehicle batteries that overcome such shortcomings.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

[0007] Учение, раскрытое в данном документе, относится к способам и системам для заряда аккумуляторов, применяемых в электрических устройствах. Более конкретно, настоящее учение относится к способам и системам для переконфигурируемой работы в одном из рабочих режимов тяги и заряда.[0007] The doctrine disclosed in this document relates to methods and systems for charging batteries used in electrical devices. More specifically, the present teaching relates to methods and systems for reconfigurable operation in one of the operating modes of thrust and charge.

[0008] В примере раскрывается переконфигурируемая тягово-зарядная система, находящаяся в электронном устройстве, имеющем перезаряжаемый аккумулятор. Система содержит электродвигатель, инвертор, выходной выпрямитель, конфигуратор и контроллер. Электродвигатель содержит статор, который имеет множество зубцов статора и множество обмоток статора, намотанных на множество зубцов статора. Инвертор содержит множество силовых переключающих устройств. Конфигуратор содержит множество контакторов, соединенных с множеством обмоток статора и множеством силовых переключающих устройств. Контроллер управляет множеством силовых переключающих устройств и множеством контакторов с тем, чтобы конфигурировать систему для работы в одном из режима тяги и режима заряда. [0008] The example discloses a reconfigurable traction-charging system found in an electronic device having a rechargeable battery. The system contains an electric motor, an inverter, an output rectifier, a configurator and a controller. The electric motor includes a stator that has a plurality of stator teeth and a plurality of stator windings wound around a plurality of stator teeth. The inverter contains a plurality of power switching devices. The configurator contains a plurality of contactors connected to a plurality of stator windings and a plurality of power switching devices. The controller controls a plurality of power switching devices and a plurality of contactors so as to configure the system to operate in one of a drive mode and a charge mode.

[0009] В другом примере раскрывается способ реализации реконфигурируемой тягово-зарядной системы, находящейся в электрическом устройстве, имеющем перезаряжаемый аккумулятор. Система конфигурируется, через конфигуратор, под управлением контроллера, чтобы работать в режиме тяги. При приеме запроса заряда перезаряжаемого аккумулятора система конфигурируется через конфигуратор, чтобы работать в режиме заряда. Когда определяется, что критерий, ассоциированный с перезаряжаемым аккумулятором, удовлетворяется, система конфигурируется через конфигуратор, чтобы работать в режиме тяги. Помимо конфигуратора и контроллера система содержит электродвигатель, инвертор и выходной выпрямитель. Электродвигатель содержит статор, который имеет множество зубцов статора и множество обмоток статора, намотанных на множество зубцов статора. Инвертор содержит множество силовых переключающих устройств. Конфигуратор содержит множество контакторов, соединенных с множеством обмоток статора и множеством силовых переключающих устройств.[0009] In another example, a method for implementing a reconfigurable traction-charging system located in an electrical device having a rechargeable battery is disclosed. The system is configured, via the configurator, under the control of the controller, to operate in traction mode. When a rechargeable battery charge request is received, the system is configured via the configurator to operate in charge mode. When it is determined that the criterion associated with the rechargeable battery is satisfied, the system is configured via the configurator to operate in thrust mode. In addition to the configurator and controller, the system contains an electric motor, an inverter and an output rectifier. The electric motor includes a stator that has a plurality of stator teeth and a plurality of stator windings wound around a plurality of stator teeth. The inverter contains a plurality of power switching devices. The configurator contains a plurality of contactors connected to a plurality of stator windings and a plurality of power switching devices.

[0010] Дополнительные новые признаки будут изложены частично в описании, которое следует, а частично станут понятны специалистам в области техники после изучения последующего и прилагаемых чертежей или могут быть узнаны посредством производства или работы примеров. Новые признаки настоящих учений могут быть реализованы и получены на практике или с помощью различных аспектов методологий, инструментариев и сочетаний, изложенных в подробных примерах, обсуждаемых ниже.[0010] Additional new features will be set forth in part in the description that follows, and in part will become apparent to those skilled in the art upon examination of the following and accompanying drawings, or may be learned through manufacture or operation of the examples. New features of the present teachings can be implemented and obtained in practice or using various aspects of the methodologies, tools and combinations outlined in the detailed examples discussed below.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

[0011] Системы и способы, раскрываемые в данном документе, далее описываются на основе примерных вариантов осуществления. Эти примерные варианты осуществления описываются подробно со ссылкой на чертежи. Варианты осуществления являются неограничивающими примерными вариантами осуществления, в которых аналогичные номера ссылок представляют аналогичные конструкции повсюду на нескольких видах чертежей, и при этом:[0011] The systems and methods disclosed herein are further described based on exemplary embodiments. These exemplary embodiments are described in detail with reference to the drawings. Embodiments are non-limiting exemplary embodiments in which like reference numerals represent like constructions throughout the multiple views of the drawings, and in which:

[0012] Фиг. 1 показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к концептуальному пути зарядной электроэнергии, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0012] FIG. 1 shows an exemplary simplified circuit diagram relating to the charging electric power conceptual path according to an exemplary embodiment of the present teaching;

[0013] Фиг. 2A показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0013] FIG. 2A shows an exemplary schematic drawing relating to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0014] Фиг. 2B показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0014] FIG. 2B shows an exemplary schematic drawing related to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0015] Фиг. 3 показывает примерную конструкцию обмоток, намотанных на зубцы статора электродвигателя, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0015] FIG. 3 shows an exemplary design of windings wound around motor stator teeth in accordance with an exemplary embodiment of the present teaching;

[0016] Фиг. 4A показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0016] FIG. 4A shows an exemplary schematic drawing relating to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0017] Фиг. 4B показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к пути зарядной электроэнергии бортовой зарядно-тяговой системы, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0017] FIG. 4B shows an exemplary simplified circuit diagram relating to the charging electrical path of an onboard charge-and-propulsion system, in accordance with an exemplary embodiment of the present teaching;

[0018] Фиг. 4C показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к пути тяговой электроэнергии бортовой зарядно-тяговой системы, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0018] FIG. 4C shows an exemplary simplified circuit diagram relating to the traction power path of an onboard traction and charge system, in accordance with an exemplary embodiment of the present teaching;

[0019] Фиг. 4D показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0019] FIG. 4D shows an exemplary schematic drawing relating to an onboard charge/propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0020] Фиг. 4E показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к пути зарядной электроэнергии бортовой зарядно-тяговой системы, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0020] FIG. 4E shows an exemplary simplified circuit diagram relating to the charging electrical path of an onboard charge/propulsion system, in accordance with an exemplary embodiment of the present teaching;

[0021] Фиг. 4F показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к пути тяговой электроэнергии бортовой зарядно-тяговой системы, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0021] FIG. 4F shows an exemplary simplified circuit diagram relating to the traction power path of an onboard traction and charge system, in accordance with an exemplary embodiment of the present teaching;

[0022] Фиг. 5A показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0022] FIG. 5A shows an exemplary schematic drawing relating to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0023] Фиг. 5B показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0023] FIG. 5B shows an exemplary schematic drawing relating to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0024] Фиг. 6A показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0024] FIG. 6A shows an exemplary simplified circuit diagram related to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0025] Фиг. 6B показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0025] FIG. 6B shows an exemplary simplified circuit diagram related to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0026] Фиг. 6C показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0026] FIG. 6C shows an exemplary simplified circuit diagram relating to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0027] Фиг. 7A показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0027] FIG. 7A shows an exemplary schematic drawing relating to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0028] Фиг. 7B показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0028] FIG. 7B shows an exemplary schematic drawing relating to an onboard charge/propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0029] Фиг. 8A показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0029] FIG. 8A shows an exemplary simplified circuit diagram related to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0030] Фиг. 8B показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0030] FIG. 8B shows an exemplary simplified circuit diagram related to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0031] Фиг. 8C показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0031] FIG. 8C shows an exemplary simplified circuit diagram relating to an onboard charge/propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0032] Фиг. 9A показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0032] FIG. 9A shows an exemplary schematic drawing relating to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0033] Фиг. 9B показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0033] FIG. 9B shows an exemplary schematic drawing relating to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0034] Фиг. 10A показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0034] FIG. 10A shows an exemplary simplified circuit diagram relating to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0035] Фиг. 10B показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0035] FIG. 10B shows an exemplary simplified circuit diagram related to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0036] Фиг. 10C показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0036] FIG. 10C shows an exemplary simplified circuit diagram related to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0037] Фиг. 11A показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0037] FIG. 11A shows an exemplary schematic drawing related to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0038] Фиг. 11B показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0038] FIG. 11B shows an exemplary schematic drawing relating to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0039] Фиг. 12A показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0039] FIG. 12A shows an exemplary simplified circuit diagram related to an onboard traction and charge system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0040] Фиг. 12B показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0040] FIG. 12B shows an exemplary simplified circuit diagram related to an onboard traction and charge system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0041] Фиг. 12C показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0041] FIG. 12C shows an exemplary simplified circuit diagram relating to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0042] Фиг. 13 показывает примерную блок-схему последовательности операций, относящуюся к работе бортовой зарядно-тяговой системы, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0042] FIG. 13 shows an exemplary flowchart related to the operation of an onboard propulsion system, in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0043] Фиг. 14 показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к предварительному заряду конденсатора C1, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0043] FIG. 14 shows an exemplary schematic drawing related to the pre-charge of the capacitor C1 according to an exemplary embodiment of the present teaching;

[0044] Фиг. 15A показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к компонентам аппаратных средств бортовой зарядно-тяговой системы, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0044] FIG. 15A shows an exemplary schematic drawing relating to the hardware components of an onboard propulsion system, in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0045] Фиг. 15B показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к компонентам аппаратных средств бортовой зарядно-тяговой системы, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0045] FIG. 15B shows an exemplary schematic drawing relating to the hardware components of an onboard propulsion system, in accordance with an exemplary embodiment of the present teaching;

[0046] Фиг. 16 показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к соединению между контроллером заряда/тяги и силовыми переключающими устройствами, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0046] FIG. 16 shows an exemplary schematic drawing relating to a connection between a charge/traction controller and power switching devices, in accordance with an exemplary embodiment of the present teaching;

[0047] Фиг. 17 показывает примерную схему управления, выполняемого в режиме заряда бортовой зарядно-тяговой системы, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0047] FIG. 17 shows an exemplary control scheme performed in charge mode of an onboard charge/propulsion system, in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise;

[0048] Фиг. 18A-18G показывают примерные схематичные чертежи, относящиеся к различным соединениям более чем одного электродвигателя и/или более чем одного аккумулятора бортовой зарядно-тяговой системы, в соответствии с примерными вариантами осуществления настоящего учения;[0048] FIG. 18A-18G show exemplary schematic drawings relating to various connections of more than one electric motor and/or more than one battery of an onboard propulsion system, in accordance with exemplary embodiments of the present exercise;

[0049] Фиг. 19 показывает примерный схематичный чертеж, относящийся к соединениям двух или более зарядных устройств-инверторов и аккумулятора, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения;[0049] FIG. 19 shows an exemplary schematic drawing relating to connections of two or more inverter chargers and a battery, in accordance with an exemplary embodiment of the present teaching;

[0050] Фиг. 20A показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения; и[0050] FIG. 20A shows an exemplary simplified circuit diagram relating to an onboard traction and charge system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise; And

[0051] Фиг. 20B показывает примерную упрощенную принципиальную схему, относящуюся к бортовой зарядно-тяговой системе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего учения.[0051] FIG. 20B shows an exemplary simplified circuit diagram related to an onboard propulsion system in accordance with an exemplary embodiment of the present exercise.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

[0052] В последующем подробном описании многочисленные конкретные детали излагаются в качестве примеров для того, чтобы обеспечивать полное понимание релевантных учений. Тем не менее специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что настоящие учения могут быть использованы на практике без таких деталей. В других случаях, хорошо известные способы, процедуры, компоненты, схемы, топологические структуры и/или стратегии управления были описаны на относительно высоком уровне, без значительной детализации, для того, чтобы избегать ненужного запутывания аспектов настоящих учений.[0052] In the following detailed description, numerous specific details are set forth as examples in order to provide a thorough understanding of the relevant teachings. However, it should be apparent to those skilled in the art that the present teachings may be used in practice without such details. In other cases, well-known methods, procedures, components, circuits, layouts, and/or control strategies have been described at a relatively high level, without much detail, in order to avoid unnecessarily obfuscating aspects of the present teachings.

[0053] Настоящее учение нацелено на улучшение текущего уровня техники в заряде перезаряжаемых аккумуляторов. В частности, настоящее учение раскрывает объединенное, переконфигурируемое, бортовое решение для тяги и заряда, которое может находить применение в электрических устройствах (включающих в себя, например, электрические транспортные средства, специализированные электрические транспортные средства, и т.д.).[0053] The present teaching is aimed at improving the current state of the art in charging rechargeable batteries. In particular, the present teaching discloses an integrated, reconfigurable, on-board propulsion and charge solution that can find application in electrical applications (including, for example, electric vehicles, dedicated electric vehicles, etc.).

[0054] Бортовая тягово-зарядная система, раскрываемая в настоящем учении, включает в себя сочетание переконфигурируемых фазных обмоток электродвигателя и инверторов. Когда работает в режиме тяги, система работает в качестве тягового механизма, который приспособлен для предоставления механической мощности нагрузке, а в режиме заряда она работает как бортовое зарядное устройство, которое приспособлено для заряда аккумулятора или аккумуляторов, включенных в транспортное средство, с высокой мощностью. С одной стороны, возможно выполнять перезаряд быстро с помощью импульсного источника питания высокой мощности; с другой стороны, затраты на установку множества EVSE (или зарядных станций), которые подают электрическую AC-электроэнергию бортовой тягово-зарядной системе, могут быть значительно уменьшены.[0054] The onboard traction-charging system disclosed in this exercise includes a combination of reconfigurable phase motor windings and inverters. When operating in traction mode, the system operates as a traction mechanism that is adapted to provide mechanical power to a load, and in charge mode, it operates as an on-board charger that is adapted to charge the battery or batteries included in the vehicle at high power. On the one hand, it is possible to perform recharging quickly with a high power switching power supply; on the other hand, the cost of installing a plurality of EVSEs (or charging stations) that supply electrical AC power to the onboard traction/charging system can be significantly reduced.

[0055] Бортовая тягово-зарядная система согласно настоящему учению получает полное преимущество двух ранее существовавших компонентов в электрических транспортных средствах: электрического двигателя с обмотками статора, и многофазного инвертора с устройствами переключения электроэнергии. Переключающий механизм, называемый конфигуратором в данном документе, изменяет соединения обмоток статора и силовых переключающих устройств, включенных в инвертор, чтобы предоставлять возможность переключения между двумя режимами работы. Когда бортовая тягово-зарядная система работает в режиме тяги, силовые переключающие устройства составляют инвертор, который преобразует DC-электроэнергию, выводимую от аккумулятора, в соответствующее AC-напряжение с тем, чтобы приводить в действие электродвигатель, чтобы предоставлять крутящий момент (положительный или отрицательный) для привода транспортного средства. Этот крутящий момент может либо передавать энергию от аккумулятора, либо восстанавливать энергию в режиме динамического торможения. Когда бортовая тягово-зарядная система работает в режиме заряда, конфигуратор переконфигурирует соединение инвертора и обмоток электродвигателя, чтобы формировать один или более входных каскадов (с или без функции выпрямления, функции усиления и/или функции компенсации коэффициента мощности (PFC)), и один или более полностью изолированных выходных каскадов DC/DC-преобразователя, с тем, чтобы осуществлять полностью изолированное бортовое зарядное устройство.[0055] The onboard traction/charging system of the present teaching takes full advantage of two previously existing components in electric vehicles: an electric motor with stator windings, and a polyphase inverter with power switching devices. The switching mechanism, referred to as the configurator in this document, changes the connections of the stator windings and power switching devices included in the inverter to allow switching between the two modes of operation. When the on-board traction and charging system is in traction mode, the power switching devices constitute an inverter that converts the DC power output from the battery into the corresponding AC voltage so as to drive the motor to provide torque (positive or negative) to drive the vehicle. This torque can either transfer energy from the battery or recover energy in dynamic braking mode. When the onboard traction/charging system is in charge mode, the configurator reconfigures the connection of the inverter and motor windings to form one or more input stages (with or without rectification, boost, and/or power factor correction (PFC)), and one or more more fully isolated DC/DC converter output stages so as to implement a fully isolated onboard charger.

[0056] Фиг. 1 показывает, в упрощенной форме, концептуальный путь зарядной электроэнергии в соответствии с примером настоящего учения. Чтобы облегчать понимание, детали, принадлежащие совместно используемым компонентам, ассоциированным с режимами заряда и тяги, не показаны в упрощенной принципиальной схеме на фиг. 1.[0056] FIG. 1 shows, in a simplified form, the conceptual path of charging electricity in accordance with the example of this exercise. To facilitate understanding, details belonging to shared components associated with charge and thrust modes are not shown in the simplified circuit diagram in FIG. 1.

[0057] Как показано на фиг. 1, путь зарядной электроэнергии содержит входной мостовой выпрямитель или входной каскад D1 пассивного выпрямителя, который электрически соединяется со входом однофазной AC-электроэнергии или входом многофазной AC-электроэнергии. Повышающий преобразователь служит для повышения DC-напряжения, выводимого из входного мостового выпрямителя или входного каскада D1 пассивного выпрямителя, до отрегулированного напряжения вставки постоянного тока. Повышающий преобразователь содержит повышающий дроссель L1, силовое переключающее устройство Q1 и силовое переключающее устройство Q2. Отрегулированное напряжение DC_LINK вставки постоянного тока, выводимое из повышающего преобразователя, прикладывается к мостовому преобразователю, содержащему два полумоста (Q3 и Q4; Q5 и Q6). Выходной сигнал мостового преобразователя возбуждает трансформатор T1 и, в свою очередь, выходной мостовой выпрямитель D2, чтобы создавать изолированную электроэнергию постоянного тока для заряда аккумулятора. Дроссель L2 и конденсатор C2 используются для фильтрации и сглаживания DC-электроэнергии, выводимой из выходного мостового выпрямителя D2.[0057] As shown in FIG. 1, the charging power path comprises an input bridge rectifier or a passive rectifier input stage D1 that is electrically connected to a single-phase AC power input or a multi-phase AC power input. The boost converter is used to increase the DC voltage output from the input bridge rectifier or the input stage D1 of the passive rectifier to a regulated DC link voltage. The boost converter includes a boost inductor L1, a power switching device Q1 and a power switching device Q2. The adjusted DC_LINK voltage output from the boost converter is applied to a bridge converter containing two half-bridges (Q3 and Q4; Q5 and Q6). The output of the bridge converter energizes the transformer T1 and in turn the output bridge rectifier D2 to produce isolated DC power to charge the battery. Inductor L2 and capacitor C2 are used to filter and smooth the DC power output from the output bridge rectifier D2.

[0058] Как обсуждалось выше, хотя не показано на фиг. 1, путь зарядной электроэнергии может совместно использовать множество компонентов с путем тяговой электроэнергии. Идея совместного использования компонентов будет описана подробно ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. Степень совместного использования компонентов между режимами заряда и тяги может изменяться в зависимости от деталей конструкции. Сопровождающие чертежи иллюстрируют различные способы реализации идей изобретения и концепций, раскрываемых в настоящем учении.[0058] As discussed above, although not shown in FIG. 1, the charging power path can share a plurality of components with the traction power path. The idea of sharing components will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The degree of component sharing between charge and thrust modes may vary depending on design details. The accompanying drawings illustrate various ways of implementing the inventive ideas and concepts disclosed in this teaching.

Первый вариант осуществленияFirst Embodiment

[0059] Фиг. 2A показывает схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе в соответствии с первым вариантом осуществления. На фиг. 2A некоторые катушки, используемые для построения трансформатора в режиме заряда, соединяются параллельно, когда система работает в режиме тяги. Фиг. 2B показывает другой схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе в соответствии с первым вариантом осуществления. На фиг. 2B некоторые катушки, используемые для построения трансформатора в режиме заряда, соединяются последовательно, когда система работает в режиме тяги.[0059] FIG. 2A shows a schematic drawing related to an onboard traction system according to the first embodiment. In FIG. 2A, some of the coils used to build the charge mode transformer are connected in parallel when the system is in traction mode. Fig. 2B shows another schematic drawing related to an onboard traction system according to the first embodiment. In FIG. 2B, some of the coils used to build the charge mode transformer are connected in series when the system is in pull mode.

[0060] За исключением различия в соединении катушек (параллельно или последовательно в режиме тяги), бортовые зарядно-тяговые системы, показанные на фиг. 2A и 2B, обе содержат многофазный электродвигатель, перезаряжаемый аккумулятор, инвертор, входной выпрямитель, выходной выпрямитель, конфигуратор и множество контакторов. Многофазный электродвигатель может содержать три или более фаз обмоток статора. В некоторых применениях, альтернативно, электродвигатель может быть двухфазным электродвигателем, приводимым в действие двумя комплектами полумостов. Инвертор содержит множество силовых переключающих устройств SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 и SW6 и служит для приведения в действие многофазного электродвигателя. Силовые переключающие устройства могут иметь различные допустимые нагрузки по току. Например, в зависимости от уровня выходной электроэнергии и/или состояния входного напряжения, силовые переключающие устройства SW3 и SW4, которые используются для формирования повышающего преобразователя в режиме заряда, могут иметь более высокую допустимую нагрузку по току по сравнению с допустимой нагрузкой по току для SW1, SW2, SW5 и SW6. В зависимости от того, подается входная электроэнергия от однофазного или многофазного источника электроэнергии, входной выпрямитель может быть однофазным или многофазным мостовым выпрямителем. Когда источник DC-электроэнергии используется для подачи заряжающей электроэнергии, входной выпрямитель может быть опущен. Конфигуратор содержит множество контакторов K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8, K9 и K10. При правильном управлении конфигуратор служит для переконфигурирования соединений различных компонентов, в частности, соединений между обмотками и/или силовыми переключающими устройствами SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 и SW6, с тем, чтобы переключать систему между различными рабочими режимами. Комплект контакторов K1 и K2 может быть использован для соединения и разъединения положительной и отрицательной клемм перезаряжаемого аккумулятора. Более конкретно, контакторы K1 и K2 являются разомкнутыми в режиме заряда и замкнутыми в режиме тяги. Комплект контакторов K3 и K4 может быть использован для соединения и отсоединения выпрямленной DC-электроэнергии от входной AC-электроэнергии. Контакторы K3 и K4 являются замкнутыми в режиме заряда и разомкнутыми в режиме тяги.[0060] With the exception of the difference in the connection of the coils (parallel or series in thrust mode), the airborne charge-and-propulsion systems shown in FIG. 2A and 2B both contain a polyphase motor, a rechargeable battery, an inverter, an input rectifier, an output rectifier, a configurator, and a plurality of contactors. A polyphase motor may contain three or more stator winding phases. In some applications, alternatively, the motor may be a two-phase motor driven by two sets of half bridges. The inverter includes a plurality of power switching devices SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 and SW6, and serves to drive a multi-phase motor. Power switching devices can have different current carrying capacities. For example, depending on the output electrical power level and/or input voltage condition, the power switching devices SW3 and SW4 that are used to form the boost converter in charge mode may have a higher current carrying capacity compared to the current carrying capacity of SW1, SW2, SW5 and SW6. Depending on whether the input power is from a single-phase or multi-phase power source, the input rectifier can be a single-phase or multi-phase bridge rectifier. When a DC power source is used to supply charging power, the input rectifier can be omitted. The configurator contains a number of contactors K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8, K9 and K10. When properly controlled, the configurator serves to reconfigure the connections of the various components, in particular the connections between windings and/or power switching devices SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 and SW6, in order to switch the system between different operating modes. A set of contactors K1 and K2 can be used to connect and disconnect the positive and negative terminals of a rechargeable battery. More specifically, contactors K1 and K2 are open in charge mode and closed in pull mode. The contactor kit K3 and K4 can be used to connect and disconnect the rectified DC power from the input AC power. Contactors K3 and K4 are closed in charge mode and open in pull mode.

[0061] Кроме того, системы, показанные на фиг. 2A и 2B, могут дополнительно содержать входной фильтр и/или выходной фильтр, которые могут быть использованы для уменьшения шума и пульсации напряжения или тока. Эти входные и выходные фильтры могут включать в себя, но не только, дроссели и/или конденсаторы. Конденсатор C1 может быть связан с входной стороной инвертора. Хотя конденсатор C1 показан как единственный, также может быть множество конденсаторов или модуль с множеством конденсаторов, собранных вместе. В качестве примера выходного фильтра, дроссель L1 и конденсатор C2 показаны на фиг. 2A и 2B. Хотя выходной конденсатор C2 показан как единственный, также может быть множество конденсаторов или модуль с множеством конденсаторов, собранных вместе. Хотя выходной конденсатор C2 показан как единственный, также может быть множество конденсаторов или модуль с множеством конденсаторов, собранных вместе. Альтернативно, если аккумулятор приспособлен допускать пульсирующий ток на выходной стороне выходного мостового выпрямителя, конденсатор C2 может быть пропущен.[0061] In addition, the systems shown in FIG. 2A and 2B may further comprise an input filter and/or an output filter that can be used to reduce noise and voltage or current ripple. These input and output filters may include, but are not limited to, chokes and/or capacitors. Capacitor C1 can be connected to the input side of the inverter. Although the capacitor C1 is shown as the only one, there may also be a plurality of capacitors or a module with a plurality of capacitors assembled together. As an example of an output filter, inductor L1 and capacitor C2 are shown in FIG. 2A and 2B. Although the output capacitor C2 is shown as the only one, there may also be a plurality of capacitors or a module with a plurality of capacitors assembled together. Although the output capacitor C2 is shown as the only one, there may also be a plurality of capacitors or a module with a plurality of capacitors assembled together. Alternatively, if the battery is adapted to accept a ripple current on the output side of the output bridge rectifier, capacitor C2 may be omitted.

[0062] Хотя и не показаны на фиг. 2A и 2B. другие компоненты защиты схемы могут быть включены в систему, включающие в себя, но не только, схемы предварительного заряда, схемы разряда, схемы защиты от броска пускового тока и т.д.[0062] Although not shown in FIG. 2A and 2B. other circuit protection components may be included in the system including, but not limited to, pre-charge circuits, discharge circuits, inrush protection circuits, and so on.

[0063] Как обсуждалось выше, обе бортовые зарядно-тяговые системы, иллюстрированные на фиг. 2A и 2B, могут быть сконфигурированы, чтобы работать в одном из двух рабочих режимов, т.е., режиме заряда и режиме тяги. Подробности, относящиеся к конфигурации, будут описаны ниже со ссылкой на фиг. 4A-F.[0063] As discussed above, both airborne charge/propulsion systems illustrated in FIG. 2A and 2B may be configured to operate in one of two operating modes, i.e. charge mode and thrust mode. Details relating to the configuration will be described below with reference to FIG. 4A-F.

[0064] Теперь обратимся к фиг. 3, которая показывает примерную структуру обмоток, намотанных на зубцы статора электродвигателя в соответствии с примером настоящего учения. Например, электродвигатель может быть имеющим 18 зубцов, 6 полюсных пар, 3-фазным синхронным электродвигателем с постоянным магнитом (PMSM), в котором обмотка на по меньшей мере одном зубце статора электродвигателя разделяется на две или более катушек. Как иллюстрировано для примера на фиг. 3, два комплекта обмоток находятся на каждом из зубцов фазы A и фазы C, в то время как один комплект обмоток находится на зубце фазы B. Разделенные обмотки имеют отдельные клеммы, которые должны переконфигурироваться в различные соединения. По существу, магнитные компоненты на концептуальном пути заряда, иллюстрированном на фиг. 1, и зарядные системы, иллюстрированные ассоциированными с фиг. 2A и 2B, могут быть реализованы с обмотками, намотанными на зубцы статора электродвигателя. Например, как показано на фиг. 3, обмотка на зубце фазы A, разделяется на катушку A и катушку D, а обмотка на зубце фазы C разделяется на катушку C и катушку E. Катушки A, C, D и E формируют трансформатор, когда бортовая зарядно-тяговая система работает в режиме заряда. Отдельная обмотка, катушка B, может быть использована для повышающего дросселя в режиме заряда с разомкнутым контактором K5 и в качестве фазной обмотки в режиме тяги с замкнутым контактором K5. Альтернативно, функция повышения может быть реализована посредством отдельного дросселя вместо катушки B, с помощью модификации в соединениях схемы (например, контактор K5 больше не нужен в этой ситуации).[0064] Referring now to FIG. 3, which shows an exemplary structure of windings wound on the stator teeth of an electric motor in accordance with the example of this exercise. For example, the motor may be an 18 tooth, 6 pole pair, 3-phase permanent magnet synchronous motor (PMSM) in which the winding on at least one tooth of the motor stator is split into two or more coils. As illustrated by way of example in FIG. 3, two sets of windings are on each of phase A and phase C prongs, while one set of windings is on phase B prong. The separated windings have separate terminals that must be reconfigured into different connections. As such, the magnetic components in the conceptual charge path illustrated in FIG. 1 and the charging systems illustrated in association with FIG. 2A and 2B may be implemented with windings wound around the motor stator teeth. For example, as shown in FIG. 3, the winding on phase A tooth is divided into coil A and coil D, and the winding on phase C tooth is divided into coil C and coil E. Coils A, C, D and E form a transformer when the onboard traction system is in charge. A separate winding, coil B, can be used as a step-up choke in charge mode with contactor K5 open and as a phase winding in pull mode with contactor K5 closed. Alternatively, the boost function can be implemented with a separate choke instead of coil B, by modification in the circuit connections (eg contactor K5 is no longer needed in this situation).

[0065] Фиг. 4A показывает схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе, как иллюстрировано на фиг. 2A, при этом разомкнутое/замкнутое состояние контакторов управляется, так что система работает в режиме заряда. На фиг. 4A контакторы K3, K4, K9 и K10 замкнуты, а K1, K2, K5, K6, K7 и K8 разомкнуты. Соответственно, путь зарядной электроэнергии строится, как показано на фиг. 4B. Для того, чтобы избегать ненужных запутывающих аспектов настоящего учения, контакторы не показаны в упрощенной принципиальной схеме на фиг. 4B.[0065] FIG. 4A shows a schematic drawing relating to an onboard traction system as illustrated in FIG. 2A, wherein the open/close state of the contactors is controlled so that the system operates in charge mode. In FIG. 4A contactors K3, K4, K9 and K10 are closed and K1, K2, K5, K6, K7 and K8 are open. Accordingly, the charging electric path is constructed as shown in FIG. 4b. In order to avoid unnecessary confusing aspects of this teaching, the contactors are not shown in the simplified circuit diagram in FIG. 4b.

[0066] Чтобы конфигурировать бортовую зарядно-тяговую систему, которая иллюстрирована на фиг. 2A, в режим тяги, контакторы K1, K2, K5, K6, K7 и K8 замыкаются, а K3, K4, K9 и K10 размыкаются. Соответственно, путь тяговой электроэнергии строится, как показано на фиг. 4C. В рабочем режиме, показанном на фиг. 4C, все обмотки, которые усажены на один и тот же зубец, соединяются параллельно. По существу, катушка A и катушка D вместе формируют фазу A, катушка C и катушка E вместе формируют фазу C, а катушка B формирует фазу B самостоятельно. Для того, чтобы избегать ненужных запутывающих аспектов настоящего учения, контакторы не показаны в упрощенной принципиальной схеме на фиг. 4C.[0066] In order to configure the onboard charge/propulsion system as illustrated in FIG. 2A, in pull mode, contactors K1, K2, K5, K6, K7 and K8 close and K3, K4, K9 and K10 open. Accordingly, the traction power path is constructed as shown in FIG. 4C. In the operating mode shown in Fig. 4C, all windings that are seated on the same tooth are connected in parallel. Essentially, coil A and coil D together form phase A, coil C and coil E together form phase C, and coil B forms phase B on its own. In order to avoid unnecessary confusing aspects of this teaching, the contactors are not shown in the simplified circuit diagram in FIG. 4C.

[0067] Фиг. 4D показывает схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе, которая иллюстрирована на фиг. 2B, при этом разомкнутое/замкнутое состояние контакторов управляется, так что система работает в режиме заряда. На фиг. 4D контакторы K3, K4, K7, K9 и K10 замкнуты, а K1, K2, K5, K6 и K8 разомкнуты. Соответственно, путь зарядной электроэнергии строится, как показано на фиг. 4E. Для того, чтобы избегать ненужных запутывающих аспектов настоящего учения, контакторы не показаны в упрощенной принципиальной схеме на фиг. 4E.[0067] FIG. 4D shows a schematic drawing relating to an onboard charge/propulsion system as illustrated in FIG. 2B, wherein the open/close state of the contactors is controlled so that the system operates in charge mode. In FIG. 4D contactors K3, K4, K7, K9 and K10 are closed and K1, K2, K5, K6 and K8 are open. Accordingly, the charging electric path is constructed as shown in FIG. 4E. In order to avoid unnecessary confusing aspects of this teaching, the contactors are not shown in the simplified circuit diagram in FIG. 4E.

[0068] Аналогично, чтобы конфигурировать систему, которая показана на фиг. 2B, в режим тяги, контакторы K1, K2, K5, K6 и K8 замыкаются, а K3, K4, K7, K9 и K10 размыкаются. Соответственно, путь тяговой электроэнергии строится, как показано на фиг. 4F. Все обмотки, которые усажены на один и тот же зубец, соединяются последовательно. В этом случае, катушка A и катушка D вместе формируют фазу A, катушка C и катушка E вместе формируют фазу C, а катушка B формирует фазу B самостоятельно. Для того чтобы избегать ненужных запутывающих аспектов настоящего учения, контакторы не показаны в упрощенной принципиальной схеме на фиг. 4F.[0068] Similarly, in order to configure the system as shown in FIG. 2B, in pull mode, contactors K1, K2, K5, K6 and K8 close and K3, K4, K7, K9 and K10 open. Accordingly, the traction power path is constructed as shown in FIG. 4F. All windings that are seated on the same tooth are connected in series. In this case, coil A and coil D together form phase A, coil C and coil E together form phase C, and coil B forms phase B on its own. In order to avoid unnecessary confusing aspects of this teaching, the contactors are not shown in the simplified circuit diagram in FIG. 4F.

[0069] Когда бортовая зарядно-тяговая система конфигурируется в режим тяги, перезаряжаемый аккумулятор может подавать DC-электроэнергию многофазному инвертору. Затем, инвертор может преобразовывать DC-электроэнергию в AC-электроэнергию и приводить многофазный электродвигатель в действие. Здесь, может быть использован традиционный трехфазный электродвигательный привод. В типичном применении электрического транспортного средства, когда применяется электродвигатель с постоянным магнитом, датчик может быть предусмотрен для измерения позиции ротора с тем, чтобы управлять электродвигателем, чтобы добиваться желаемой производительности, особенно когда скорость вала низкая. Обычно, силовые переключающие устройства, используемые в инверторе бортовой зарядно-тяговой системы, могут быть IGBT или FET-устройствами, приводимыми в действие посредством способов векторного управления под управлением процессора (такого как DSP, FPGA и т.д.). Чтобы осуществлять векторное управление, датчики тока могут также быть размещены относительно по меньшей мере двух фаз, чтобы обнаруживать фазный ток, который должен быть отрегулирован посредством процессора.[0069] When the on-board propulsion system is configured in propulsion mode, the rechargeable battery can supply DC power to the polyphase inverter. Then, the inverter can convert DC power into AC power and drive the polyphase motor. Here, a traditional three-phase motor drive can be used. In a typical electric vehicle application where a permanent magnet motor is used, a sensor may be provided to measure the position of the rotor so as to control the motor to achieve the desired performance, especially when the shaft speed is low. Generally, the power switching devices used in the onboard traction charge inverter may be IGBT or FET devices driven by vector control methods under the control of a processor (such as DSP, FPGA, etc.). To perform vector control, current sensors may also be placed with respect to at least two phases to detect the phase current to be adjusted by the processor.

[0070] Когда система конфигурируется в режим заряда, предусматривается полностью изолированное двухкаскадное зарядное устройство, которое содержит входной каскад (с или без функции повышения и/или PFC) и DC/DC выходной каскад. Входной каскад может быть построен с помощью входного мостового выпрямителя. Дополнительно, катушка B статора электродвигателя может действовать в качестве повышающего дросселя, с силовым переключающим устройством SW4 в качестве повышающего переключателя, паразитным диодом силового переключающего устройства SW3 в качестве диода обратной цепи и конденсатором C1 в качестве выходного конденсатора. Альтернативно, если система работает со всегда выключенным силовым переключающим устройством SW4, входной каскад формируется как простой выпрямитель. Индуктивность катушки B может помогать сглаживать ток в некоторой степени; типично, она довольно небольшая, чтобы добиваться высокого коэффициента мощности. [0070] When the system is configured in charge mode, a fully isolated two-stage charger is provided that contains an input stage (with or without a boost function and/or PFC) and a DC/DC output stage. The input stage can be built using an input bridge rectifier. Additionally, the motor stator coil B can act as a boost choke, with power switch SW4 as boost switch, power switch parasitic diode SW3 as flyback diode, and capacitor C1 as output capacitor. Alternatively, if the system is operated with the power switching device SW4 always off, the front end is configured as a simple rectifier. The inductance of coil B can help smooth the current to some extent; typically, it is quite small in order to achieve a high power factor.

[0071] Если входное AC-напряжение сети подается от однофазного или имеющего расщепленную фазу источника питания, повышающий каскад может выполнять также функцию компенсаций коэффициента мощности (PFC). В этой ситуации измеряется входное напряжение, и входной ток формируется, чтобы следовать форме синусоидального входного напряжения. С таким подходом высокий коэффициент мощности (например, более 0,99) может быть достигнут. По меньшей мере один датчик входного тока может быть предусмотрен, чтобы осуществлять эту функцию. Кроме того, в подходе с PFC, промежуточное напряжение (напряжение вставки постоянного тока) на конденсаторе C1 может быть должно быть выше пикового входного напряжения, чтобы предоставлять возможность регулирования тока. Например, для линии со среднеквадратическим значением 240 В, напряжение вставки постоянного тока может быть должно быть выше примерно 400 В.[0071] If the mains AC input is supplied from a single-phase or split-phase power supply, the step-up stage can also perform a power factor correction (PFC) function. In this situation, the input voltage is measured and the input current is shaped to follow the shape of the sinusoidal input voltage. With this approach, a high power factor (eg more than 0.99) can be achieved. At least one input current sensor may be provided to perform this function. Also, in the PFC approach, the intermediate voltage (DC link voltage) across capacitor C1 may need to be higher than the peak input voltage to enable current regulation. For example, for a 240 Vrms line, the DC link voltage may need to be higher than about 400 V.

[0072] Как обсуждалось выше, катушка фазы B работает электрически как отдельный входной дроссель. Для трехфазных входов этот единственный входной индуктор плюс топология переключателей может не иметь возможности заставлять входные токи соблюдать форму синусоидальных входных напряжений. Однако регулирование тока в катушке B, чтобы он был постоянным, помогает получать коэффициент мощности лучше по сравнению с подходами пассивного выпрямления с небольшой индуктивностью. Типично, улучшенный коэффициент мощности около 0,955 все еще может быть достигнут.[0072] As discussed above, the phase B coil operates electrically as a separate input choke. For three-phase inputs, this single input inductor plus switch topology may not be able to force the input currents to conform to sinusoidal input voltages. However, adjusting the current in coil B to be constant helps to achieve a better power factor compared to low inductance passive rectification approaches. Typically, an improved power factor of about 0.955 can still be achieved.

[0073] Как может быть видно на втором DC/DC-каскаде, иллюстрированном на фиг. 4B и 4E, силовые переключатели SW1, SW2, SW5 и SW6 создают мостовую схему управления. Отметим, что мостовая схема управления является понижающим преобразователем. Катушка A и катушка C действуют как первичная обмотка трансформатора, а катушка D и катушка E действуют как вторичная обмотка трансформатора. Затем, мостовой выпрямитель преобразует AC-электроэнергию, выводимую со вторичной стороны трансформатора, в DC-электроэнергию, пульсирующую с соответствующей PWM-частотой, и дроссель L1 устраняет высокочастотные PWM-компоненты из зарядного тока, выводимого к перезаряжаемому аккумулятору. Выходной выпрямитель может быть реализован с помощью множества параллельных диодов или единственного мостового выпрямителя.[0073] As can be seen in the second DC/DC stage illustrated in FIG. 4B and 4E, the power switches SW1, SW2, SW5 and SW6 form a bridge control circuit. Note that the bridge control circuit is a buck converter. Coil A and coil C act as the primary winding of the transformer, and coil D and coil E act as the secondary winding of the transformer. Then, the bridge rectifier converts the AC power output from the secondary side of the transformer into DC power pulsing at the appropriate PWM frequency, and the inductor L1 eliminates the high frequency PWM components from the charging current output to the rechargeable battery. The output rectifier can be implemented with multiple parallel diodes or a single bridge rectifier.

Второй вариант осуществленияSecond Embodiment

[0074] В этом втором варианте осуществления зарядная электроэнергия подается с однофазного или имеющего одну расщепленную фазу входа AC-электроэнергии, и входной каскад с входным мостовым выпрямителем, включенный в путь зарядной электроэнергии, имеет повышающий PFC-преобразователь.[0074] In this second embodiment, the charging power is supplied from a single-phase or split-phase AC power input, and the input bridge rectifier input stage included in the charging power path has a PFC boost converter.

[0075] Фиг. 5A показывает схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе в соответствии со вторым вариантом осуществления. На фиг. 5A некоторые катушки, используемые для построения трансформатора в режиме заряда, соединяются параллельно, когда система работает в режиме тяги. Фиг. 5B показывает другой схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе в соответствии со вторым вариантом осуществления. На фиг. 5B некоторые катушки, используемые для построения трансформатора в режиме заряда, соединяются последовательно, когда система работает в режиме тяги.[0075] FIG. 5A shows a schematic drawing related to an onboard traction system according to the second embodiment. In FIG. 5A, some of the coils used to construct the charge mode transformer are connected in parallel when the system is in traction mode. Fig. 5B shows another schematic drawing related to an onboard traction system according to the second embodiment. In FIG. 5B, some of the coils used to build the charge mode transformer are connected in series when the system is in pull mode.

[0076] За исключением различия в соединении катушек (параллельно или последовательно в режиме тяги), бортовые зарядно-тяговые системы, показанные на фиг. 5A и 5B, обе содержат многофазный электродвигатель, перезаряжаемый аккумулятор, инвертор, входной выпрямитель, выходной выпрямитель, конфигуратор и множество контакторов. Многофазный электродвигатель может содержать три или более фаз обмоток статора. В некоторых применениях, альтернативно, электродвигатель может быть двухфазным электродвигателем, приводимым в действие двумя комплектами полумостов. Инвертор содержит множество силовых переключающих устройств SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 и SW6 и служит для приведения в действие многофазного электродвигателя. Силовые переключающие устройства могут иметь различные допустимые нагрузки по току. Входной выпрямитель может быть однофазным мостовым выпрямителем. Конфигуратор содержит множество контакторов K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8, K9 и K10. При правильном управлении конфигуратор служит для переконфигурирования соединений различных компонентов, в частности, соединений между катушками A-E обмоток и/или силовыми переключающими устройствами SW1-6, с тем, чтобы переключать систему между различными режимами работы. Комплект контакторов K1 и K2 может быть использован для соединения и разъединения положительной и отрицательной клемм перезаряжаемого аккумулятора. Более конкретно, контакторы K1 и K2 являются разомкнутыми в режиме заряда и замкнутыми в режиме тяги. Комплект контакторов K3 и K4 может быть использован для соединения и отсоединения выпрямленной DC-электроэнергии от входной AC-электроэнергии. Контакторы K3 и K4 являются замкнутыми в режиме заряда и разомкнутыми в режиме тяги.[0076] With the exception of the difference in the connection of the coils (in parallel or in series in the thrust mode), the on-board charging and propulsion systems shown in FIG. 5A and 5B both contain a polyphase motor, a rechargeable battery, an inverter, an input rectifier, an output rectifier, a configurator, and a plurality of contactors. A polyphase motor may contain three or more stator winding phases. In some applications, alternatively, the motor may be a two-phase motor driven by two sets of half bridges. The inverter includes a plurality of power switching devices SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 and SW6, and serves to drive a multi-phase motor. Power switching devices can have different current carrying capacities. The input rectifier can be a single-phase bridge rectifier. The configurator contains a number of contactors K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8, K9 and K10. When properly controlled, the configurator serves to reconfigure the connections of the various components, in particular the connections between the coils A-E of the windings and/or the power switching devices SW1-6, in order to switch the system between different operating modes. A set of contactors K1 and K2 can be used to connect and disconnect the positive and negative terminals of a rechargeable battery. More specifically, contactors K1 and K2 are open in charge mode and closed in pull mode. The contactor kit K3 and K4 can be used to connect and disconnect the rectified DC power from the input AC power. Contactors K3 and K4 are closed in charge mode and open in pull mode.

[0077] Кроме того, системы, показанные на фиг. 5A и 5B, могут дополнительно содержать входной фильтр и/или выходной фильтр, которые могут быть использованы для уменьшения шума и пульсации напряжения или тока. Эти входные и выходные фильтры могут включать в себя, но не только, дроссели и/или конденсаторы. Конденсатор C1 может быть связан с входной стороной инвертора. Хотя здесь конденсатор C1 показан как единственный, также может быть множество конденсаторов или модуль с множеством конденсаторов, собранных вместе. В качестве примера выходных фильтрующих компонентов, дроссель L1 и конденсатор C2 показаны на фиг. 5A и 5B. Хотя выходной конденсатор C2 показан как единственный, также может быть множество конденсаторов или модуль с множеством конденсаторов, собранных вместе. Альтернативно, если аккумулятор приспособлен допускать пульсирующий ток на выходной стороне выходного мостового выпрямителя, конденсатор C2 может быть пропущен.[0077] In addition, the systems shown in FIG. 5A and 5B may further comprise an input filter and/or an output filter that can be used to reduce noise and voltage or current ripple. These input and output filters may include, but are not limited to, chokes and/or capacitors. Capacitor C1 can be connected to the input side of the inverter. Although the capacitor C1 is shown here as the only one, there may also be a plurality of capacitors or a module with a plurality of capacitors assembled together. As an example of output filter components, an inductor L1 and a capacitor C2 are shown in FIG. 5A and 5B. Although the output capacitor C2 is shown as the only one, there may also be a plurality of capacitors or a module with a plurality of capacitors assembled together. Alternatively, if the battery is adapted to accept a ripple current on the output side of the output bridge rectifier, capacitor C2 may be omitted.

[0078] Хотя и не показаны на фиг. 5A и 5B. другие компоненты защиты схемы могут быть включены в систему, включающие в себя, но не только, схемы предварительного заряда, схемы разряда, схемы защиты от броска пускового тока и т.д.[0078] Although not shown in FIG. 5A and 5B. other circuit protection components may be included in the system including, but not limited to, pre-charge circuits, discharge circuits, inrush protection circuits, and so on.

[0079] Обращаясь обратно к фиг. 3, по меньшей мере одна из обмоток, намотанных на зубцы статора двигателя может делиться на две катушки. Разделенные обмотки имеют отдельные клеммы, которые могут быть переконфигурированы в различные соединения, чтобы применяться к различным режимам работы, т.е. режиму заряда и режиму тяги. Чтобы конфигурировать бортовую зарядно-тяговую систему, которая иллюстрирована на фиг. 5A, в режим тяги, контакторы K1, K2, K5, K6, K7 и K8 замыкаются, а K3, K4, K9 и K10 размыкаются. В результате, путь тяговой электроэнергии строится, как показано на фиг. 6A. В рабочем режиме, показанном на фиг. 6A, все обмотки, которые усажены на один и тот же зубец, соединяются параллельно. По существу, катушка A и катушка D вместе формируют фазу A, катушка C и катушка E вместе формируют фазу C, а катушка B формирует фазу B самостоятельно. Аналогично, чтобы конфигурировать бортовую зарядно-тяговую систему, которая иллюстрирована на фиг. 5B, в режим тяги, контакторы K1, K2, K5, K6 и K8 замыкаются, а K3, K4, K7, K9 и K10 размыкаются. Соответственно, путь тяговой электроэнергии строится, как показано на фиг. 6B. В рабочем режиме, показанном на фиг. 6B, все катушки, которые усажены на один и тот же зубец, соединяются последовательно. По существу, катушка A и катушка D вместе формируют фазу A, катушка C и катушка E вместе формируют фазу C, а катушка B формирует фазу B самостоятельно.[0079] Referring back to FIG. 3, at least one of the windings wound around the motor stator teeth can be divided into two coils. The split windings have separate terminals that can be reconfigured into different connections to apply to different operating modes, i.e. charge mode and thrust mode. In order to configure the onboard charge/propulsion system, which is illustrated in FIG. 5A, in pull mode, contactors K1, K2, K5, K6, K7 and K8 close and K3, K4, K9 and K10 open. As a result, the traction power path is constructed as shown in FIG. 6A. In the operating mode shown in Fig. 6A, all windings that are seated on the same tooth are connected in parallel. Essentially, coil A and coil D together form phase A, coil C and coil E together form phase C, and coil B forms phase B on its own. Likewise, in order to configure the onboard traction and charge system as illustrated in FIG. 5B, in pull mode, contactors K1, K2, K5, K6 and K8 close and K3, K4, K7, K9 and K10 open. Accordingly, the traction power path is constructed as shown in FIG. 6b. In the operating mode shown in Fig. 6B, all coils that are seated on the same tooth are connected in series. Essentially, coil A and coil D together form phase A, coil C and coil E together form phase C, and coil B forms phase B on its own.

[0080] Когда бортовая зарядно-тяговая система работает в режиме тяги, перезаряжаемый аккумулятор может подавать DC-электроэнергию многофазному инвертору. Затем, инвертор может преобразовывать DC-электроэнергию в AC-электроэнергию и, таким образом, приводить многофазный электродвигатель в действие.[0080] When the onboard propulsion system is operating in the traction mode, the rechargeable battery can supply DC power to the multi-phase inverter. Then, the inverter can convert the DC power into AC power and thus drive the polyphase motor.

[0081] Чтобы конфигурировать бортовую зарядно-тяговую систему, которая иллюстрирована на фиг. 5A, в режим заряда, контакторы K3, K4, K9 и K10 замыкаются, а K1, K2, K5, K6, K7 и K8 размыкаются. Чтобы конфигурировать бортовую зарядно-тяговую систему, которая иллюстрирована на фиг. 5B, в режим заряда, контакторы K3, K4, K7, K9 и K10 замыкаются, а K1, K2, K5, K6 и K8 размыкаются. Фиг. 6C показывает путь зарядной электроэнергии как построенный, который применяется к обеим бортовым зарядно-тяговым системам, показанным на фиг. 5A и 5B.[0081] In order to configure the onboard charge/propulsion system as illustrated in FIG. 5A, in charge mode, contactors K3, K4, K9 and K10 close and K1, K2, K5, K6, K7 and K8 open. In order to configure the onboard charge/propulsion system, which is illustrated in FIG. 5B, in charge mode, contactors K3, K4, K7, K9 and K10 close and K1, K2, K5, K6 and K8 open. Fig. 6C shows the charging electrical path as built, which applies to both onboard traction and charge systems shown in FIG. 5A and 5B.

[0082] Когда бортовая зарядно-тяговая система конфигурируется в режим заряда, предусматривается полностью изолированное двухкаскадное зарядное устройство, которое содержит PFC повышающий входной каскад и полностью изолированный DC/DC выходной каскад. Входной каскад содержит входной мостовой выпрямитель. Дополнительно, катушка B электродвигателя может действовать в качестве PFC повышающего дросселя, с силовым переключающим устройством SW4 в качестве повышающего переключателя, паразитным диодом силового переключающего устройства SW3 в качестве диода обратной цепи и конденсатором C1 в качестве выходного конденсатора. В DC/DC выходном каскаде силовые переключающие устройства SW1, SW2, SW5 и SW6 создают мостовую схему управления. Кроме того, катушка A и катушка C действуют как первичная обмотка трансформатора, а катушка D и катушка E действуют как вторичная обмотка трансформатора. Выходной мостовой выпрямитель преобразует AC-электроэнергию, выводимую со вторичной стороны трансформатора, в DC-электроэнергию. Дроссель L1 и выходной конденсатор C2 соединяются на выходной стороне выходного мостового выпрямителя, чтобы удалять пульсирующие компоненты в DC-электроэнергии.[0082] When the onboard propulsion system is configured in charge mode, a fully isolated two-stage charger is provided that contains a PFC boost input stage and a fully isolated DC/DC output stage. The input stage contains an input bridge rectifier. Additionally, the motor coil B can act as a PFC boost choke, with power switch SW4 as boost switch, power switch parasitic diode SW3 as flyback diode, and capacitor C1 as output capacitor. In the DC/DC output stage, the power switching devices SW1, SW2, SW5 and SW6 form a bridge control circuit. In addition, Coil A and Coil C act as the primary winding of the transformer, while Coil D and Coil E act as the secondary winding of the transformer. The output bridge rectifier converts the AC power output from the secondary side of the transformer into DC power. Inductor L1 and output capacitor C2 are connected on the output side of the output bridge rectifier to remove ripple components in the DC power.

[0083] В этом режиме заряда PFC повышающий входной каскад может преобразовывать однофазную AC-электроэнергию сети в DC-электроэнергию, в то же время выполняя компенсацию коэффициента мощности относительно сети. С помощью входного напряжения в качестве эталона для тока в дросселе катушки B входной ток может получать форму синусоидальной волны. Например, контур обратной связи по току может регулировать ток, чтобы следовать эталону, который является пропорциональным входному напряжению, и контур обратной связи может регулировать напряжение вставки постоянного тока на конденсаторе C1. Управление может реализовываться посредством отдельной ИС управления компенсацией коэффициента мощности или управляющего процессора, который будет описан ниже со ссылкой на фиг. 16. Затем мостовая управляющая схема второго каскада может получать DC-электроэнергию от первого каскада в качестве входной, инвертировать ее в AC-электроэнергию и пропускать инвертированную AC-электроэнергию через трансформатор, сформированный посредством обмоток электродвигателя, так что полная изоляция достигается. AC-электроэнергия, выводимая трансформатором, прикладывается к выходному мостовому выпрямителю и затем к выходному фильтру, чтобы формировать DC-электроэнергию для заряда аккумулятора.[0083] In this charge mode, the PFC boost front end can convert single-phase AC power from the grid to DC power while performing power factor compensation with respect to the grid. By using the input voltage as a reference for the current in the inductor of coil B, the input current can take the form of a sine wave. For example, the current feedback loop may adjust the current to follow a reference that is proportional to the input voltage, and the feedback loop may adjust the DC link voltage across capacitor C1. The control may be implemented by a separate power factor correction control IC or control processor, which will be described below with reference to FIG. 16. Then, the bridge control circuit of the second stage can receive DC power from the first stage as input, invert it into AC power, and pass the inverted AC power through a transformer formed by the motor windings, so that complete isolation is achieved. The AC power output by the transformer is applied to the output bridge rectifier and then to the output filter to generate DC power to charge the battery.

Третий вариант осуществленияThird Embodiment

[0084] В этом третьем варианте осуществления зарядная электроэнергия подается с многофазного входа AC-электроэнергии, и путь зарядной электроэнергии содержит полный трехфазный PFC входной каскад.[0084] In this third embodiment, charging power is supplied from a multi-phase AC power input, and the charging power path comprises a full three-phase PFC input stage.

[0085] Фиг. 7A показывает схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего учения. На фиг. 7A некоторые катушки, используемые для построения трансформатора в режиме заряда, соединяются параллельно, когда система работает в режиме тяги. Фиг. 7B показывает другой схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего учения. На фиг. 7B некоторые катушки, используемые для построения трансформатора в режиме заряда, соединяются последовательно, когда система работает в режиме тяги.[0085] FIG. 7A shows a schematic drawing related to an onboard propulsion system according to the third embodiment of the present exercise. In FIG. 7A, some of the coils used to construct the charge mode transformer are connected in parallel when the system is in traction mode. Fig. 7B shows another schematic drawing related to an onboard propulsion system according to the third embodiment of the present exercise. In FIG. 7B, some of the coils used to build the charge mode transformer are connected in series when the system is in pull mode.

[0086] За исключением различия в соединении катушек (параллельно или последовательно) в режиме тяги, системы, показанные на фиг. 7A и 7B, обе содержат многофазный электродвигатель, перезаряжаемый аккумулятор, инвертор, выходной выпрямитель, конфигуратор и комплекты контакторов. Многофазный электродвигатель может содержать три или более фаз обмоток статора. В некоторых применениях, альтернативно, электродвигатель может быть двухфазным электродвигателем, приводимым в действие двумя комплектами полумостов. В ситуации, когда трехфазная PFC-функция выполняется в режиме заряда, инвертор содержит множество силовых переключающих устройств SW1, SW2, SW3a, SW3b, SW3c, SW4a, SW4b, SW4c, SW5 и SW6 и служит для приведения в действие многофазного электродвигателя. Силовые переключающие устройства могут иметь различные допустимые нагрузки по току. Конфигуратор содержит множество контакторов K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8, K9, K10, K11, K12 и K13. При правильном управлении конфигуратор служит для переконфигурирования соединений различных компонентов, в частности, соединений между катушками A-E обмоток и/или силовыми переключающими устройствами SW1-6, с тем, чтобы переключаться между различными режимами работы. Комплект контакторов K1 и K2 может быть использован для соединения и разъединения положительной и отрицательной клемм перезаряжаемого аккумулятора. Контакторы K1 и K2 являются разомкнутыми в режиме заряда и замкнутыми в режиме тяги. Комплект контакторов K3, K4 и K5 может быть использован для соединения и отсоединения от входной AC-электроэнергии. Контакторы K3, K4 и K5 являются замкнутыми в режиме заряда и разомкнутыми в режиме тяги.[0086] With the exception of the difference in the connection of the coils (parallel or series) in the thrust mode, the systems shown in FIG. 7A and 7B both contain a polyphase motor, rechargeable battery, inverter, output rectifier, configurator, and contactor kits. A polyphase motor may contain three or more stator winding phases. In some applications, alternatively, the motor may be a two-phase motor driven by two sets of half bridges. In a situation where the three-phase PFC function is executed in the charge mode, the inverter includes a plurality of power switching devices SW1, SW2, SW3a, SW3b, SW3c, SW4a, SW4b, SW4c, SW5, and SW6, and serves to drive the multi-phase motor. Power switching devices can have different current carrying capacities. The configurator contains a number of contactors K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8, K9, K10, K11, K12 and K13. When properly controlled, the configurator serves to reconfigure the connections of the various components, in particular the connections between the coils A-E of the windings and/or the power switching devices SW1-6, in order to switch between different operating modes. A set of contactors K1 and K2 can be used to connect and disconnect the positive and negative terminals of a rechargeable battery. Contactors K1 and K2 are open in charge mode and closed in pull mode. A set of contactors K3, K4 and K5 can be used to connect and disconnect from the incoming AC power. Contactors K3, K4 and K5 are closed in charge mode and open in pull mode.

[0087] Кроме того, системы, показанные на фиг. 7A и 7B, могут дополнительно содержать входной фильтр и/или выходной фильтр, которые могут быть использованы для уменьшения шума и пульсации напряжения или тока. Конденсатор C1 может быть связан с входной стороной инвертора. Хотя здесь конденсатор C1 показан как единственный, также может быть множество конденсаторов или модуль с множеством конденсаторов, собранных вместе. Выходной фильтр может включать в себя, но не только, дроссели и/или конденсаторы. В качестве примера, конденсатор C2 и дроссель L1 показаны на фиг. 7A и 7B, которые служат для сглаживания пульсирующего напряжения на выходе выпрямителя, чтобы заряжать аккумулятор. Хотя выходной конденсатор C2 показан как единственный, также может быть множество конденсаторов или модуль с множеством конденсаторов, собранных вместе. Альтернативно, если аккумулятор приспособлен допускать пульсирующий ток на выходной стороне выходного мостового выпрямителя, конденсатор C2 может быть пропущен.[0087] In addition, the systems shown in FIG. 7A and 7B may further comprise an input filter and/or an output filter that can be used to reduce noise and voltage or current ripple. Capacitor C1 can be connected to the input side of the inverter. Although the capacitor C1 is shown here as the only one, there may also be a plurality of capacitors or a module with a plurality of capacitors assembled together. The output filter may include, but is not limited to, chokes and/or capacitors. As an example, capacitor C2 and inductor L1 are shown in FIG. 7A and 7B, which serve to smooth out the ripple voltage at the output of the rectifier in order to charge the battery. Although the output capacitor C2 is shown as the only one, there may also be a plurality of capacitors or a module with a plurality of capacitors assembled together. Alternatively, if the battery is adapted to accept a ripple current on the output side of the output bridge rectifier, capacitor C2 may be omitted.

[0088] Хотя и не показаны на фиг. 7A и 7B. другие компоненты защиты схемы могут быть включены в систему, включающие в себя, но не только, схемы предварительного заряда, схемы разряда, схемы защиты от броска пускового тока и т.д.[0088] Although not shown in FIG. 7A and 7B. other circuit protection components may be included in the system including, but not limited to, pre-charge circuits, discharge circuits, inrush protection circuits, and so on.

[0089] Аналогично первому и второму вариантам осуществления, по меньшей мере одна из обмоток, намотанных на зубцы статора электродвигателя, может разделяться на две или более катушек. Другими словами, на по меньшей мере одном зубце статора электродвигателя, обмотка формируется посредством двух или более катушек. Каждая катушка имеет отдельные клеммы, которые могут быть переконфигурированы в различные соединения, чтобы применяться к режиму заряда и режиму тяги. Здесь, обмотка для фазы A разделяется на катушку A и катушку D, обмотка для фазы C разделяется на катушку C и катушку E. Обмотка для фазы B разделяется на катушку B1, катушку B2 и катушку B3, которые находятся на отдельных зубцах электродвигателя. В примере, катушка B1 намотана относительно двух зубцов, катушка B2 относительно других двух зубцов, катушка B3 относительно дополнительных других двух зубцов.[0089] Similar to the first and second embodiments, at least one of the windings wound around the motor stator teeth may be divided into two or more coils. In other words, on at least one tooth of the motor stator, the winding is formed by two or more coils. Each coil has separate terminals that can be reconfigured into different connections to apply to charge mode and thrust mode. Here, the winding for phase A is divided into coil A and coil D, the winding for phase C is divided into coil C and coil E. The winding for phase B is divided into coil B1, coil B2 and coil B3, which are on separate teeth of the motor. In the example, coil B1 is wound about two teeth, coil B2 about another two teeth, coil B3 about an additional other two teeth.

[0090] Чтобы конфигурировать бортовую зарядно-тяговую систему, которая показана на фиг. 7A, в режим тяги, контакторы K1, K2, K6, K7, K8, K11, K12 и K13 замыкаются, а K3, K4, K5, K9 и K10 размыкаются. Соответственно, путь тяговой электроэнергии строится, как показано на фиг. 8A. В рабочем режиме, показанном на фиг. 8A, катушка A и катушка D соединяются параллельно, чтобы формировать фазу A; катушка C и катушка E соединяются параллельно, чтобы формировать фазу C; и катушка B1, катушка B2 и катушка B3 формируют фазу B (или каждая из них может быть отдельной фазой, в ситуации, когда электродвигатель является пятифазным электродвигателем вместо трехфазного электродвигателя).[0090] In order to configure the onboard propulsion system as shown in FIG. 7A, in pull mode, contactors K1, K2, K6, K7, K8, K11, K12 and K13 close and K3, K4, K5, K9 and K10 open. Accordingly, the traction power path is constructed as shown in FIG. 8A. In the operating mode shown in Fig. 8A, coil A and coil D are connected in parallel to form phase A; coil C and coil E are connected in parallel to form phase C; and coil B1, coil B2 and coil B3 form phase B (or each of them may be a separate phase, in a situation where the motor is a five-phase motor instead of a three-phase motor).

[0091] Аналогично, чтобы конфигурировать систему, которая показана на фиг. 7B, в режим тяги, контакторы K1, K2, K6, K8, K11, K12 и K13 замыкаются, а K3, K4, K5, K7, K9 и K10 размыкаются. Соответственно, путь тяговой электроэнергии строится, как показано на фиг. 8B. В рабочем режиме, показанном на фиг. 8B, катушка A и катушка D соединяются последовательно, чтобы формировать фазу A; катушка C и катушка E соединяются последовательно, чтобы формировать фазу C. Кроме того, катушка B1, катушка B2 и катушка B3 формируют фазу B (или каждая из них может быть отдельной фазой). Поскольку катушки B1-B3 намотаны на зубцы одной и той же фазы (фазы B) электродвигателя, токи в них не создают вращающееся поле, которое заставляет электродвигатель вращаться.[0091] Similarly, in order to configure the system as shown in FIG. 7B, in traction mode, contactors K1, K2, K6, K8, K11, K12 and K13 close and K3, K4, K5, K7, K9 and K10 open. Accordingly, the traction power path is constructed as shown in FIG. 8B. In the operating mode shown in Fig. 8B, coil A and coil D are connected in series to form phase A; coil C and coil E are connected in series to form phase C. In addition, coil B1, coil B2 and coil B3 form phase B (or each of them may be a separate phase). Since the coils B1-B3 are wound on the teeth of the same phase (phase B) of the electric motor, the currents in them do not create a rotating field that causes the electric motor to rotate.

[0092] Когда бортовая зарядно-тяговая система работает в режиме тяги, перезаряжаемый аккумулятор может подавать DC-электроэнергию многофазному инвертору. Затем, инвертор может преобразовывать DC-электроэнергию в AC-электроэнергию и, таким образом, приводит многофазный электродвигатель в действие. Множество центральных силовых переключающих устройств, показанных на фиг. 8A и 8B, переключаются вместе, чтобы действовать как единый полумост. Т.е. силовые переключающие устройства SW3a, SW3b и SW3c включаются и выключаются вместе; силовые переключающие устройства SW4a, SW4b и SW4c включаются и выключаются вместе.[0092] When the onboard propulsion system is operating in the traction mode, the rechargeable battery can supply DC power to the polyphase inverter. Then, the inverter can convert the DC power into AC power and thus drive the polyphase motor. The plurality of central power switching devices shown in FIG. 8A and 8B switch together to act as a single half bridge. Those. power switching devices SW3a, SW3b and SW3c are turned on and off together; the power switching devices SW4a, SW4b and SW4c are switched on and off together.

[0093] Чтобы конфигурировать бортовую зарядно-тяговую систему, которая иллюстрирована на фиг. 7A, в режим заряда, контакторы K3, K4, K5, K9 и K10 замыкаются, а K1, K2, K6, K7, K8, K11, K12 и K13 размыкаются. Чтобы конфигурировать бортовую зарядно-тяговую систему, которая показана на фиг. 7B, в режим заряда, контакторы K3, K4, K5, K7, K9 и K10 замыкаются, а K1, K2, K6, K11, K12 и K13 размыкаются. Фиг. 8C показывает путь зарядной электроэнергии как построенный, который применяется к обеим бортовым зарядно-тяговым системам, показанным на фиг. 7A и 7B.[0093] In order to configure the onboard charge/propulsion system as illustrated in FIG. 7A, in charge mode, contactors K3, K4, K5, K9 and K10 close and K1, K2, K6, K7, K8, K11, K12 and K13 open. In order to configure the onboard charge/propulsion system as shown in FIG. 7B, in charge mode, contactors K3, K4, K5, K7, K9 and K10 close and K1, K2, K6, K11, K12 and K13 open. Fig. 8C shows the charging electrical path as built, which is applied to both onboard traction and charge systems shown in FIG. 7A and 7B.

[0094] Когда бортовая зарядно-тяговая система конфигурируется в режим заряда, предусматривается полностью изолированное двухкаскадное зарядное устройство, которое содержит полный трехфазный повышающий PFC входной каскад и полностью изолированный DC/DC выходной каскад. Во входном каскаде катушка B1, катушка B2, катушка B3 работают как повышающие дроссели, а силовые переключающие устройства SW3a, SW3b, SW3c, SW4a и SW4с как повышающие PFC переключатели. В DC/DC выходном каскаде силовые переключающие устройства SW1, SW2, SW5 и SW6 создают мостовую схему управления. Кроме того, катушка A и катушка C действуют как первичная обмотка трансформатора, а катушка D и катушка E как вторичная обмотка трансформатора. Выходной мостовой выпрямитель преобразует AC-электроэнергию, выводимую со вторичной стороны трансформатора, в DC-электроэнергию. Дроссель L1 и выходной конденсатор C2 соединяются на выходной стороне выходного мостового выпрямителя, чтобы удалять пульсирующие компоненты в DC-электроэнергии.[0094] When the onboard traction system is configured in charge mode, a fully isolated two-stage charger is provided that contains a full three-phase PFC boost input stage and a fully isolated DC/DC output stage. In the input stage, Coil B1, Coil B2, Coil B3 operate as step-up chokes, and power switching devices SW3a, SW3b, SW3c, SW4a, and SW4c act as step-up PFC switches. In the DC/DC output stage, the power switching devices SW1, SW2, SW5 and SW6 form a bridge control circuit. In addition, Coil A and Coil C act as the primary winding of the transformer, and Coil D and Coil E act as the secondary winding of the transformer. The output bridge rectifier converts the AC power output from the secondary side of the transformer into DC power. Inductor L1 and output capacitor C2 are connected on the output side of the output bridge rectifier to remove ripple components in the DC power.

[0095] В этом режиме заряда PFC повышающий входной каскад может преобразовывать многофазную электроэнергию сети в DC-электроэнергию, в то же время выполняя компенсацию коэффициента мощности, чтобы добиваться синусоидального входного тока. Затем, мостовая управляющая схема второго каскада может получать DC-электроэнергию первого каскада в качестве входной, инвертировать ее в AC-электроэнергию и пропускать инвертированную AC-электроэнергию через трансформатор, сформированный посредством обмоток электродвигателя, так что полная изоляция достигается. AC-электроэнергия, выводимая трансформатором, прикладывается к выходному мостовому выпрямителю и затем к выходному конденсатору, чтобы формировать DC-электроэнергию, которая заряжает перезаряжаемый аккумулятор.[0095] In this charging mode, the PFC boost input stage can convert multi-phase grid power into DC power while performing power factor compensation to achieve a sinusoidal input current. Then, the bridge control circuit of the second stage can receive the DC power of the first stage as an input, invert it into AC power, and pass the inverted AC power through a transformer formed by the motor windings so that complete isolation is achieved. The AC power output by the transformer is applied to the output bridge rectifier and then to the output capacitor to form DC power, which charges the rechargeable battery.

[0096] Чтобы формировать полный трехфазный PFC входной каскад, показанный на фиг. 8C, датчик напряжения размещается на входе, чтобы определять угловое положение AC на входе. Контур фазовой автоподстройки частоты может быть использован для выполнения этой функции. Когда информация об угле, представляющая фазовое напряжение одной фазы (такой как фаза A), получается, управление переключателем может быть реализовано через преобразование dq в ABC и модуляцию вектора состояния с тем, чтобы определять требуемое возбуждение для силовых переключающих устройств. В этой схеме одна преобразованная ось (например, ось d) управляет коэффициентом мощности, а другая ось (например, ось q) управляет потоком электроэнергии и используется для регулирования промежуточного напряжения шины вставки постоянного тока. Кроме того, внутренний токовый контур используется относительно каждой оси для выполнения компенсации коэффициента мощности. По меньшей мере два датчика тока требуются для измерения входного тока. Однако, поскольку суммарный ток требуется в режиме тяги, три датчика тока являются предпочтительными.[0096] In order to form the complete three-phase PFC front end shown in FIG. 8C, a voltage sensor is placed at the input to detect the angular position of AC at the input. A phase locked loop can be used to perform this function. When angle information representing the phase voltage of one phase (such as phase A) is obtained, the control of the switch can be realized through the conversion of dq to ABC and state vector modulation so as to determine the required drive for the power switching devices. In this scheme, one converted axis (eg d-axis) controls the power factor and the other axis (eg q-axis) controls the power flow and is used to control the intermediate voltage of the DC link bus. In addition, an internal current loop is used with respect to each axis to perform power factor compensation. At least two current sensors are required to measure the input current. However, since the total current is required in the thrust mode, three current sensors are preferred.

Четвертый вариант осуществленияFourth Embodiment

[0097] В этом четвертом варианте осуществления зарядная электроэнергия подается от однофазного источника электроэнергии или имеющего одну расщепленную фазу источника электроэнергии, и путь заряда содержит однофазный или имеющий расщепленную фазу двухтактный PFC входной каскад.[0097] In this fourth embodiment, charging power is supplied from a single-phase power source or a single-phase split-phase power source, and the charging path comprises a single-phase or split-phase push-pull PFC input stage.

[0098] Фиг. 9A показывает схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего учения. На фиг. 9A некоторые катушки, используемые для построения трансформатора в режиме заряда, соединяются параллельно, когда система работает в режиме тяги. Фиг. 9B показывает другой схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего учения. На фиг. 9B некоторые катушки, используемые для построения трансформатора в режиме заряда, соединяются последовательно, когда система работает в режиме тяги.[0098] FIG. 9A shows a schematic drawing related to an onboard propulsion system according to the fourth embodiment of the present exercise. In FIG. 9A, some of the coils used to construct the charge mode transformer are connected in parallel when the system is in traction mode. Fig. 9B shows another schematic drawing related to the onboard propulsion system according to the fourth embodiment of the present exercise. In FIG. 9B, some of the coils used to build the charge mode transformer are connected in series when the system is in pull mode.

[0099] За исключением различия в соединении катушек (параллельно или последовательно) в режиме тяги, бортовые зарядно-тяговые системы, показанные на фиг. 9A и 9B, обе содержат многофазный электродвигатель, перезаряжаемый аккумулятор, инвертор, выходной выпрямитель, конфигуратор и комплекты контакторов. Многофазный электродвигатель может содержать три или более фаз обмоток статора. В некоторых применениях, альтернативно, электродвигатель может быть двухфазным электродвигателем, приводимым в действие двумя комплектами полумостов. В ситуации, когда однофазная или имеющая расщепленную фазу двухтактная PFC выполняется в режиме заряда, инвертор содержит множество силовых переключающих устройств SW1, SW2, SW3a, SW3b, SW4a, SW4b, SW5 и SW6 и служит для привода многофазного электродвигателя. Силовые переключающие устройства могут иметь различные допустимые нагрузки по току. Конфигуратор содержит множество контакторов K1, K2, K3, K4, K6, K7, K8, K9, K10, K11 и K12. При правильном управлении конфигуратор служит для переконфигурирования соединений различных компонентов, в частности, соединений между катушками A-E обмоток и/или силовыми переключающими устройствами SW1-6, с тем, чтобы переключаться между различными режимами работы. Комплект контакторов K1 и K2 может быть использован для соединения и разъединения положительной и отрицательной клемм перезаряжаемого аккумулятора. Контакторы K1 и K2 являются разомкнутыми в режиме заряда и замкнутыми в режиме тяги. Комплект контакторов K3 и K4 может быть использован для соединения и отсоединения от входной AC-электроэнергии. Контакторы K3 и K4 являются замкнутыми в режиме заряда и разомкнутыми в режиме тяги.[0099] With the exception of the difference in the connection of the coils (parallel or series) in the thrust mode, the airborne charging and propulsion systems shown in FIG. 9A and 9B both contain a polyphase motor, rechargeable battery, inverter, output rectifier, configurator, and contactor kits. A polyphase motor may contain three or more stator winding phases. In some applications, alternatively, the motor may be a two-phase motor driven by two sets of half bridges. In a situation where single-phase or split-phase push-pull PFC is executed in the charge mode, the inverter includes a plurality of power switching devices SW1, SW2, SW3a, SW3b, SW4a, SW4b, SW5, and SW6, and serves to drive a multi-phase motor. Power switching devices can have different current carrying capacities. The configurator contains a number of contactors K1, K2, K3, K4, K6, K7, K8, K9, K10, K11 and K12. When properly controlled, the configurator serves to reconfigure the connections of the various components, in particular the connections between the coils A-E of the windings and/or the power switching devices SW1-6, in order to switch between different operating modes. A set of contactors K1 and K2 can be used to connect and disconnect the positive and negative terminals of a rechargeable battery. Contactors K1 and K2 are open in charge mode and closed in pull mode. A set of contactors K3 and K4 can be used to connect and disconnect from the incoming AC power. Contactors K3 and K4 are closed in charge mode and open in pull mode.

[00100] Кроме того, системы, показанные на фиг. 9A и 9B, могут дополнительно содержать входной фильтр и/или выходной фильтр, которые могут быть использованы для уменьшения шума и пульсации напряжения или тока. Конденсатор C1 может быть связан с входной стороной инвертора. Хотя здесь конденсатор C1 показан как единственный, также может быть множество конденсаторов или модуль с множеством конденсаторов, собранных вместе. Выходной фильтр может включать в себя, но не только, дроссели и/или конденсаторы. В качестве примера, конденсатор C2 и дроссель L1 показаны на фиг. 9A и 9B, которые служат для сглаживания пульсирующего напряжения на выходе выпрямителя, чтобы питать аккумулятор. Хотя выходной конденсатор C2 показан как единственный, также может быть множество конденсаторов или модуль с множеством конденсаторов, собранных вместе. Альтернативно, если аккумулятор приспособлен допускать пульсирующий ток на выходной стороне выходного мостового выпрямителя, конденсатор C2 может быть пропущен.[00100] In addition, the systems shown in FIG. 9A and 9B may further comprise an input filter and/or an output filter that can be used to reduce noise and voltage or current ripple. Capacitor C1 can be connected to the input side of the inverter. Although the capacitor C1 is shown here as the only one, there may also be a plurality of capacitors or a module with a plurality of capacitors assembled together. The output filter may include, but is not limited to, chokes and/or capacitors. As an example, capacitor C2 and inductor L1 are shown in FIG. 9A and 9B, which serve to smooth out the ripple voltage at the output of the rectifier in order to power the battery. Although the output capacitor C2 is shown as the only one, there may also be a plurality of capacitors or a module with a plurality of capacitors assembled together. Alternatively, if the battery is adapted to accept a ripple current on the output side of the output bridge rectifier, capacitor C2 may be omitted.

[00101] Хотя и не показаны на фиг. 9A и 9B. другие компоненты защиты схемы могут быть включены в систему, включающие в себя, но не только, схемы предварительного заряда, схемы разряда, схемы защиты от броска пускового тока и т.д.[00101] Although not shown in FIG. 9A and 9B. other circuit protection components may be included in the system including, but not limited to, pre-charge circuits, discharge circuits, inrush protection circuits, and so on.

[00102] Аналогично первому-третьему вариантам осуществления, по меньшей мере одна из обмоток, намотанных на зубцы статора электродвигателя, может разделяться на две или более катушек. Другими словами, на по меньшей мере одном зубце статора электродвигателя, обмотка формируется посредством двух или более катушек. Разделенные обмотки имеют отдельные клеммы, которые могут быть переконфигурированы в различные соединения для применения к режиму заряда и режиму тяги. Например, обмотка для фазы A разделяется на катушку A и катушку D, обмотка для фазы C разделяется на катушку C и катушку E, а обмотка для фазы B разделяется на катушку B1 и катушку B2. [00102] Similar to the first to third embodiments, at least one of the windings wound around the motor stator teeth may be divided into two or more coils. In other words, on at least one tooth of the motor stator, the winding is formed by two or more coils. The split windings have separate terminals that can be reconfigured into different connections to apply to charge mode and thrust mode. For example, the winding for phase A is divided into coil A and coil D, the winding for phase C is divided into coil C and coil E, and the winding for phase B is divided into coil B1 and coil B2.

[00103] Чтобы конфигурировать бортовую зарядно-тяговую систему, которая показана на фиг. 9A, в режим тяги, контакторы K1, K2, K6, K7, K8, K11 и K12 замыкаются, а K3, K4, K9 и K10 размыкаются. Соответственно, путь тяговой электроэнергии строится, как показано на фиг. 10A. В рабочем режиме, показанном на фиг. 10A, катушка A и катушка D соединяются параллельно, чтобы формировать фазу A; катушка C и катушка E соединяются параллельно, чтобы формировать фазу C; и катушка B1 и катушка B2 формируют фазу B (или каждая из них может быть отдельной фазой).[00103] In order to configure the onboard propulsion system as shown in FIG. 9A, in traction mode, contactors K1, K2, K6, K7, K8, K11 and K12 close and K3, K4, K9 and K10 open. Accordingly, the traction power path is constructed as shown in FIG. 10A. In the operating mode shown in Fig. 10A, coil A and coil D are connected in parallel to form phase A; coil C and coil E are connected in parallel to form phase C; and coil B1 and coil B2 form phase B (or each may be a separate phase).

[00104] Аналогично, чтобы конфигурировать систему, которая показана на фиг. 9B, в режим тяги, контакторы K1, K2, K6, K8, K11 и K12 замыкаются, а K3, K4, K7, K9 и K10 размыкаются. Соответственно, путь тяговой электроэнергии строится, как показано на фиг. 10B. В рабочем режиме, показанном на фиг. 10B, катушка A и катушка D соединяются последовательно, чтобы формировать фазу A; катушка C и катушка E соединяются последовательно, чтобы формировать фазу C; и катушка B1 и катушка B2 формируют фазу B (или каждая из них может быть отдельной фазой).[00104] Similarly, in order to configure the system as shown in FIG. 9B, in traction mode, contactors K1, K2, K6, K8, K11 and K12 close and K3, K4, K7, K9 and K10 open. Accordingly, the traction power path is constructed as shown in FIG. 10b. In the operating mode shown in Fig. 10B, coil A and coil D are connected in series to form phase A; coil C and coil E are connected in series to form phase C; and coil B1 and coil B2 form phase B (or each may be a separate phase).

[00105] Когда бортовая зарядно-тяговая система работает в режиме тяги, перезаряжаемый аккумулятор может подавать DC-электроэнергию многофазному инвертору. Затем, инвертор может преобразовывать DC-электроэнергию в AC-электроэнергию и, таким образом, приводить многофазный электродвигатель в действие.[00105] When the onboard propulsion system is in traction mode, the rechargeable battery can supply DC power to the polyphase inverter. Then, the inverter can convert the DC power into AC power and thus drive the polyphase motor.

[00106] Чтобы конфигурировать бортовую зарядно-тяговую систему, которая показана на фиг. 9A, в режим заряда, контакторы K3, K4, K9 и K10 замыкаются, а K1, K2, K6, K7, K8, K11 и K12 размыкаются. Чтобы конфигурировать бортовую зарядно-тяговую систему, которая показана на фиг. 9B, в режим заряда, контакторы K3, K4, K7, K9 и K10 замыкаются, а K1, K2, K6, K8, K11 и K12 размыкаются. Фиг. 10C показывает путь зарядной электроэнергии как построенный, который применяется к обеим бортовым зарядно-тяговым системам, показанным на фиг. 9A и 9B.[00106] In order to configure the onboard propulsion system as shown in FIG. 9A, in charge mode, contactors K3, K4, K9 and K10 close and K1, K2, K6, K7, K8, K11 and K12 open. In order to configure the onboard charge/propulsion system as shown in FIG. 9B, in charge mode, contactors K3, K4, K7, K9 and K10 close and K1, K2, K6, K8, K11 and K12 open. Fig. 10C shows the charging electrical path as built, which is applied to both onboard traction systems shown in FIG. 9A and 9B.

[00107] Когда бортовая зарядно-тяговая система конфигурируется в режим заряда, предусматривается полностью изолированное двухкаскадное зарядное устройство, которое содержит однофазный или имеющий расщепленную фазу двухтактный PFC входной каскад и полностью изолированный DC/DC выходной каскад. Во входном каскаде катушка B1 и катушка B2 работают в качестве повышающих PFC-дросселей, а силовые переключающие устройства SW3a, SW3b, SW4a и SW4b в качестве полномостовых переключателей, управляющих потоком электроэнергии и приданием входному току синусоидальной формы волны. В выходном каскаде силовые переключающие устройства SW1, SW2, SW5 и SW6 создают мостовую схему управления. Кроме того, катушка A и катушка C действуют как первичная обмотка трансформатора, а катушка D и катушка E как вторичная обмотка трансформатора. Выходной мостовой выпрямитель преобразует AC-сигнал на вторичной стороне трансформатора в DC-электроэнергию. Дроссель L1 и выходной конденсатор C2 соединяются на выходной стороне выходного мостового выпрямителя, чтобы удалять пульсирующие компоненты.[00107] When the onboard propulsion system is configured in charge mode, a fully isolated two-stage charger is provided that includes a single-phase or split-phase push-pull PFC input stage and a fully isolated DC/DC output stage. In the input stage, coil B1 and coil B2 act as PFC boost chokes, and the power switches SW3a, SW3b, SW4a, and SW4b act as full-bridge switches, controlling the flow of power and giving the input current a sinusoidal waveform. In the output stage, the power switching devices SW1, SW2, SW5 and SW6 form a bridge control circuit. In addition, Coil A and Coil C act as the primary winding of the transformer, and Coil D and Coil E act as the secondary winding of the transformer. The output bridge rectifier converts the AC signal on the secondary side of the transformer into DC power. Inductor L1 and output capacitor C2 are connected on the output side of the output bridge rectifier to remove pulsating components.

[00108] В этом режиме PFC повышающий входной каскад может преобразовывать однофазную AC-электроэнергию сети в DC-электроэнергию, в то же время выполняя компенсацию коэффициента мощности, чтобы добиваться синусоидального входного тока. Затем, мостовая управляющая схема второго каскада может получать DC-электроэнергию от первого каскада в качестве входной, инвертировать ее в AC-электроэнергию и пропускать инвертированную AC-электроэнергию через трансформатор, сформированный посредством обмоток электродвигателя, так что полная изоляция достигается. AC-электроэнергия, выводимая трансформатором, прикладывается к выходному мостовому выпрямителю и затем к выходному фильтру, чтобы формировать DC-электроэнергию, которая заряжает перезаряжаемый аккумулятор.[00108] In this mode, the PFC boost input stage can convert single-phase AC grid power into DC power while performing power factor compensation to achieve a sinusoidal input current. Then, the bridge control circuit of the second stage can receive DC power from the first stage as an input, invert it into AC power, and pass the inverted AC power through a transformer formed by the motor windings so that complete isolation is achieved. The AC power output by the transformer is applied to the output bridge rectifier and then to the output filter to generate DC power that charges the rechargeable battery.

Пятый вариант осуществленияFifth Embodiment

[00109] В этом пятом варианте осуществления зарядная электроэнергия подается от однофазного источника электроэнергии или имеющего одну расщепленную фазу источника электроэнергии, и путь зарядной электроэнергии содержит однофазный или имеющий расщепленную фазу двухтактный PFC входной каскад с дополнительными диодами.[00109] In this fifth embodiment, the charging power is supplied from a single-phase power source or a single-phase split power source, and the charging power path comprises a single-phase or split-phase push-pull PFC input stage with additional diodes.

[00110] Фиг. 11A показывает схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего учения. На фиг. 11A некоторые катушки, используемые для построения трансформатора в режиме заряда, соединяются параллельно, когда система работает в режиме тяги. Фиг. 11B показывает другой схематичный чертеж, относящийся к бортовой зарядно-тяговой системе в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего учения. На фиг. 11B некоторые катушки, используемые для построения трансформатора в режиме заряда, соединяются последовательно, когда система работает в режиме тяги.[00110] FIG. 11A shows a schematic drawing related to an onboard propulsion system according to the fifth embodiment of the present exercise. In FIG. 11A, some of the coils used to build the charge mode transformer are connected in parallel when the system is in traction mode. Fig. 11B shows another schematic drawing related to an onboard propulsion system according to the fifth embodiment of the present exercise. In FIG. 11B, some of the coils used to build the charge mode transformer are connected in series when the system is in pull mode.

[00111] За исключением различия в соединении катушек (параллельно или последовательно) в режиме тяги, бортовые зарядно-тяговые системы, показанные на фиг. 11A и 11B, обе содержат многофазный электродвигатель, перезаряжаемый аккумулятор, инвертор, диоды D1 и D2, выходной выпрямитель, конфигуратор и комплекты контакторов. Многофазный электродвигатель может содержать три или более фаз обмоток статора. В некоторых применениях, альтернативно, электродвигатель может быть двухфазным электродвигателем, приводимым в действие двумя комплектами полумостов. В ситуации, когда функция однофазной или имеющей расщепленную фазу двухтактной PFC выполняется в режиме заряда, инвертор может содержать 6 силовых переключающих устройств SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 и SW6. Силовые переключающие устройства могут иметь различные допустимые нагрузки по току. Дополнительные диоды D1 и D2 размещаются между положительным и отрицательным полюсами источник входной электроэнергии. Конфигуратор содержит множество контакторов K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8, K9 и K10. При правильном управлении конфигуратор служит для переконфигурирования соединений различных компонентов, в частности, соединений между катушками A-E обмоток и/или силовыми переключающими устройствами SW1-6, с тем, чтобы переключать систему между различными режимами работы. Комплект контакторов K1 и K2 может быть использован для соединения и разъединения положительной и отрицательной клемм перезаряжаемого аккумулятора. Контакторы K1 и K2 являются разомкнутыми в режиме заряда и замкнутыми в режиме тяги. Комплект контакторов K3 и K4 может быть использован для соединения и отсоединения от входной AC-электроэнергии. Контакторы K3 и K4 являются замкнутыми в режиме заряда и разомкнутыми в режиме тяги.[00111] With the exception of the difference in the connection of the coils (parallel or series) in the thrust mode, the airborne charging and propulsion systems shown in FIG. 11A and 11B both contain a polyphase motor, a rechargeable battery, an inverter, diodes D1 and D2, an output rectifier, a configurator, and contactor kits. A polyphase motor may contain three or more stator winding phases. In some applications, alternatively, the motor may be a two-phase motor driven by two sets of half bridges. In the situation where the single-phase or split-phase push-pull PFC function is performed in the charge mode, the inverter may contain 6 power switching devices SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 and SW6. Power switching devices can have different current carrying capacities. Additional diodes D1 and D2 are placed between the positive and negative poles of the input power source. The configurator contains a number of contactors K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8, K9 and K10. When properly controlled, the configurator serves to reconfigure the connections of the various components, in particular the connections between the coils A-E of the windings and/or the power switching devices SW1-6, in order to switch the system between different operating modes. A set of contactors K1 and K2 can be used to connect and disconnect the positive and negative terminals of a rechargeable battery. Contactors K1 and K2 are open in charge mode and closed in pull mode. A set of contactors K3 and K4 can be used to connect and disconnect from the incoming AC power. Contactors K3 and K4 are closed in charge mode and open in pull mode.

[00112] Кроме того, системы, показанные на фиг. 11A и 11B, могут дополнительно содержать входной фильтр и/или выходной фильтр, которые могут быть использованы для уменьшения шума и пульсации напряжения или тока. Конденсатор C1 может быть связан с входной стороной инвертора. Хотя здесь конденсатор C1 показан как единственный, также может быть множество конденсаторов или модуль с множеством конденсаторов, собранных вместе. Выходной фильтр может включать в себя, но не только, дроссели и/или конденсаторы. В качестве примера, конденсатор C2 и дроссель L1 показаны на фиг. 11A и 11B, которые служат для сглаживания пульсирующего напряжения на выходе выпрямителя, чтобы питать аккумулятор. Хотя выходной конденсатор C2 показан как единственный, также может быть множество конденсаторов или модуль с множеством конденсаторов, собранных вместе. Альтернативно, если аккумулятор приспособлен допускать пульсирующий ток на выходной стороне выходного мостового выпрямителя, конденсатор C2 может быть пропущен.[00112] In addition, the systems shown in FIG. 11A and 11B may further comprise an input filter and/or an output filter that can be used to reduce noise and voltage or current ripple. Capacitor C1 can be connected to the input side of the inverter. Although the capacitor C1 is shown here as the only one, there may also be a plurality of capacitors or a module with a plurality of capacitors assembled together. The output filter may include, but is not limited to, chokes and/or capacitors. As an example, capacitor C2 and inductor L1 are shown in FIG. 11A and 11B, which serve to smooth out the ripple voltage at the output of the rectifier in order to power the battery. Although the output capacitor C2 is shown as the only one, there may also be a plurality of capacitors or a module with a plurality of capacitors assembled together. Alternatively, if the battery is adapted to accept a ripple current on the output side of the output bridge rectifier, capacitor C2 may be omitted.

[00113] Хотя и не показаны на фиг. 11A и 11B, другие компоненты защиты схемы могут быть включены в систему, включающие в себя, но не только, схемы предварительного заряда, схемы разряда, схемы защиты от броска пускового тока и т.д.[00113] Although not shown in FIG. 11A and 11B, other circuit protection components may be included in the system, including, but not limited to, pre-charge circuits, discharge circuits, inrush protection circuits, and so on.

[00114] Аналогично первому-четвертому вариантам осуществления, по меньшей мере одна из обмоток, намотанных на зубцы статора электродвигателя, может иметь разделенную структуру. Разделенные обмотки имеют отдельные клеммы, которые могут быть переконфигурированы в различные соединения для применения к режиму заряда и режиму тяги. Например, обмотка для фазы A разделяется на катушку A и катушку D, обмотка для фазы C разделяется на катушку C и катушку E.[00114] Similar to the first to fourth embodiments, at least one of the windings wound on the motor stator teeth may have a split structure. The split windings have separate terminals that can be reconfigured into different connections to apply to charge mode and thrust mode. For example, the winding for phase A is divided into coil A and coil D, the winding for phase C is divided into coil C and coil E.

[00115] Чтобы конфигурировать бортовую зарядно-тяговую систему, которая иллюстрирована на фиг. 11A, в режим тяги, контакторы K1, K2, K6, K7 и K8 замыкаются, а K3, K4, K9 и K10 размыкаются. Соответственно, путь тяговой электроэнергии строится, как показано на фиг. 12A. В рабочем режиме, показанном на фиг. 12A, все обмотки, которые усажены на один и тот же зубец, соединяются параллельно: катушка A и катушка D вместе формируют фазу A, катушка C и катушка E вместе формируют фазу C; и катушка B формирует фазу B самостоятельно.[00115] In order to configure the onboard propulsion system as illustrated in FIG. 11A, in traction mode, contactors K1, K2, K6, K7 and K8 close and K3, K4, K9 and K10 open. Accordingly, the traction power path is constructed as shown in FIG. 12A. In the operating mode shown in Fig. 12A, all windings that are seated on the same tooth are connected in parallel: coil A and coil D together form phase A, coil C and coil E together form phase C; and coil B forms phase B on its own.

[00116] Аналогично, чтобы конфигурировать систему, которая показана на фиг. 11B, в режим тяги, контакторы K1, K2, K6 и K8 замыкаются, а K3, K4, K7, K9 и K10 размыкаются. Соответственно, путь тяговой электроэнергии строится, как показано на фиг. 12B. В рабочем режиме, показанном на фиг. 12B, все катушки, которые усажены на один и тот же зубец, соединяются последовательно: катушка A и катушка D вместе формируют фазу A; катушка C и катушка E вместе формируют фазу C; и катушка B формирует фазу B самостоятельно.[00116] Similarly, in order to configure the system as shown in FIG. 11B, in traction mode, contactors K1, K2, K6 and K8 close and K3, K4, K7, K9 and K10 open. Accordingly, the traction power path is constructed as shown in FIG. 12b. In the operating mode shown in Fig. 12B, all coils that are seated on the same tooth are connected in series: coil A and coil D together form phase A; coil C and coil E together form phase C; and coil B forms phase B on its own.

[00117] Когда бортовая зарядно-тяговая система работает в режиме тяги, перезаряжаемый аккумулятор может подавать DC-электроэнергию многофазному инвертору. Затем, инвертор может преобразовывать DC-электроэнергию в AC-электроэнергию и, таким образом, приводит многофазный электродвигатель в действие.[00117] When the onboard propulsion system is in traction mode, the rechargeable battery can supply DC power to the polyphase inverter. Then, the inverter can convert the DC power into AC power and thus drive the polyphase motor.

[00118] Чтобы конфигурировать бортовую зарядно-тяговую систему, которая показана на фиг. 11A, в режим заряда, контакторы K3, K4, K9 и K10 замыкаются, а K1, K2, K6, K7 и K8 размыкаются. Чтобы конфигурировать бортовую зарядно-тяговую систему, которая показана на фиг. 11B, в режим заряда, контакторы K3, K4, K7, K9 и K10 замыкаются, а K1, K2, K6 и K8 размыкаются. Фиг. 12C показывает путь зарядной электроэнергии как построенный, который применяется к обеим бортовым зарядно-тяговым системам, показанным на фиг. 11A и 11B.[00118] In order to configure the onboard propulsion system as shown in FIG. 11A, in charge mode, contactors K3, K4, K9 and K10 close and K1, K2, K6, K7 and K8 open. In order to configure the onboard charge/propulsion system as shown in FIG. 11B, in charge mode, contactors K3, K4, K7, K9 and K10 close and K1, K2, K6 and K8 open. Fig. 12C shows the charging electrical path as built, which is applied to both onboard traction systems shown in FIG. 11A and 11B.

[00119] Когда бортовая зарядно-тяговая система конфигурируется в режим заряда, предусматривается полностью изолированное двухкаскадное зарядное устройство, которое содержит однофазный или имеющий расщепленную фазу двухтактный PFC входной каскад с дополнительными диодами и полностью изолированный DC/DC выходной каскад. В двухтактном PFC входном каскаде катушка B может работать в качестве повышающего дросселя, а силовые переключающие устройства SW3 и SW4 в качестве повышающих PFC-переключателей. Диод D1 проводит во время положительных полуциклов входного напряжения, и силовое переключающее устройство SW3 является PWM-управляемым, с тем, чтобы придавать входному току синусоидальную форму сигнала. Во время отрицательного полуцикла входного напряжения диод D2 проводит, и силовое переключающее устройство SW4 является PWM-управляемым, с тем, чтобы придавать входному току синусоидальную форму сигнала. В DC/DC выходном каскаде силовые переключающие устройства SW1, SW2, SW5 и SW6 создают мостовую схему управления. Кроме того, катушка A и катушка C действуют как первичная обмотка трансформатора, а катушка D и катушка E как вторичная обмотка трансформатора. Выходной мостовой выпрямитель преобразует AC-электроэнергию, выводимую со вторичной стороны трансформатора, в DC-электроэнергию. Дроссель L1 и выходной конденсатор C2 соединяются на выходной стороне выходного мостового выпрямителя, чтобы удалять пульсирующие компоненты в DC-электроэнергии.[00119] When the onboard propulsion system is configured in charge mode, a fully isolated two-stage charger is provided that includes a single-phase or split-phase push-pull PFC input stage with additional diodes and a fully isolated DC/DC output stage. In a push-pull PFC input stage, coil B can act as a step-up choke and power switches SW3 and SW4 can act as step-up PFC switches. Diode D1 conducts during the positive half-cycles of the input voltage, and the power switching device SW3 is PWM controlled so as to give the input current a sinusoidal waveform. During the negative half cycle of the input voltage, the diode D2 conducts and the power switching device SW4 is PWM controlled so as to give the input current a sinusoidal waveform. In the DC/DC output stage, the power switching devices SW1, SW2, SW5 and SW6 form a bridge control circuit. In addition, Coil A and Coil C act as the primary winding of the transformer, and Coil D and Coil E act as the secondary winding of the transformer. The output bridge rectifier converts the AC power output from the secondary side of the transformer into DC power. Inductor L1 and output capacitor C2 are connected on the output side of the output bridge rectifier to remove ripple components in the DC power.

[00120] В этом режиме заряда PFC повышающий входной каскад может преобразовывать однофазную AC-электроэнергию сети в DC-электроэнергию, в то же время выполняя компенсацию коэффициента мощности, чтобы добиваться синусоидального входного тока. Затем, мостовая управляющая схема второго каскада может получать DC-электроэнергию первого каскада в качестве входной, инвертировать ее в AC-электроэнергию и пропускать инвертированную AC-электроэнергию через трансформатор, сформированный посредством обмоток электродвигателя, так что полная изоляция достигается. AC-электроэнергия, выводимая трансформатором, прикладывается к выходному мостовому выпрямителю и затем к выходному фильтру, с тем, чтобы формировать DC-электроэнергию, которая заряжает перезаряжаемый аккумулятор.[00120] In this charge mode, the PFC boost input stage can convert single-phase AC grid power into DC power while performing power factor compensation to achieve a sinusoidal input current. Then, the bridge control circuit of the second stage can receive the DC power of the first stage as an input, invert it into AC power, and pass the inverted AC power through a transformer formed by the motor windings so that complete isolation is achieved. The AC power output by the transformer is applied to the output bridge rectifier and then to the output filter so as to generate DC power which charges the rechargeable battery.

[00121] Фиг. 13 показывает блок-схему последовательности операций, относящуюся к работе бортовой зарядно-тяговой системы в соответствии с примером настоящего учения. Обычно, система работает в режиме тяги. В этом режиме контакторы K1 и K2 являются замкнутыми, K3 и K4 являются разомкнутыми, и конфигуратор находится в состоянии тяги, так что аккумулятор выводит электроэнергию на электродвигатель по пути тяговой электроэнергии. Когда определяется, что запрос заряда аккумулятора электрического транспортного средства принят, что транспортное средство находится в состоянии парковки, и что зарядный кабель, приспособленный для присоединения системы к внешнему источнику питания, вставлен, система должна быть переключена в режим заряда. Чтобы осуществлять переключение из режима тяги в режим заряда, контакторы K1 и K2 размыкаются, и электрическая энергия, сохраненная в конденсаторах C1 и C2, разряжается. Затем, конфигуратор переключается из состояния тяги в состояние заряда. В то время как контакторы K1 и K2 поддерживаются разомкнутыми, конденсатор C1 предварительно заряжается, а затем, контакторы K3 и K4 замыкаются. На основе запроса от системы управления аккумулятора транспортного средства аккумулятор начинает заряжаться. Режим заряда продолжается до тех пор, пока не будет определено, что аккумулятор полностью заряжен, или что электрическое соединение с внешним источником питания разъединено, или что какой-либо отказ обнаружен во время процесса заряда. Если какое-либо из этих условий удовлетворяется, заряд аккумулятора прекращается, и система переключается из режима заряда обратно в режим тяги посредством размыкания контакторов K3 и K4 и разряда электрической энергии, сохраненной в обоих конденсаторах C1 и C2. Затем, конфигуратор переключается из состояния заряда в состояние тяги. В то время как контакторы K3 и K4 поддерживаются разомкнутыми, конденсаторы C1 и C2 предварительно заряжаются, а затем контакторы K1 и K2 замыкаются. Система возвращается в обычный режим тяги до тех пор, пока следующий запрос заряда не будет принят.[00121] FIG. 13 shows a flowchart related to the operation of the onboard propulsion system according to the example of this exercise. Normally, the system operates in traction mode. In this mode, contactors K1 and K2 are closed, K3 and K4 are open, and the configurator is in the traction state, so that the battery outputs electricity to the electric motor along the traction electricity path. When it is determined that the charge request for the electric vehicle battery is received, that the vehicle is in the parking state, and that the charging cable adapted to connect the system to an external power source is inserted, the system must be switched to the charge mode. In order to carry out the switchover from the drive mode to the charge mode, the contactors K1 and K2 are opened and the electrical energy stored in the capacitors C1 and C2 is discharged. Then, the configurator switches from the thrust state to the charge state. While contactors K1 and K2 are kept open, capacitor C1 is precharged and then contactors K3 and K4 are closed. Based on a request from the vehicle's battery management system, the battery starts charging. The charge mode continues until it is determined that the battery is fully charged, or that the electrical connection to the external power source is disconnected, or that any failure is detected during the charge process. If either of these conditions is met, the battery charge is terminated and the system switches from charge mode back to thrust mode by opening contactors K3 and K4 and discharging the electrical energy stored in both capacitors C1 and C2. Then, the configurator switches from the state of charge to the state of thrust. While contactors K3 and K4 are kept open, capacitors C1 and C2 are precharged and then contactors K1 and K2 are closed. The system returns to normal thrust mode until the next charge request is received.

[00122] Фиг. 14 показывает схематичный чертеж, относящийся к предварительному заряду конденсатора C1 в соответствии с примером настоящего учения. Как обсуждалось выше, входной конденсатор C1 должен быть заряжен, прежде чем контакторы K3 и K4 замыкаются. Например, в бортовой зарядно-тяговой системе, показанной на фиг. 2B, предварительный заряд может быть выполнен по ветви, включающей в себя дополнительный контактор K9 и резистор R1. Резистор R1 соединяется с контактором K9 последовательно, служа для ограничения тока предварительного заряда.[00122] FIG. 14 shows a schematic drawing related to the pre-charge of the capacitor C1 according to the example of the present teaching. As discussed above, input capacitor C1 must be charged before contactors K3 and K4 close. For example, in the onboard charging and propulsion system shown in FIG. 2B, the pre-charge may be performed by a branch including an additional contactor K9 and a resistor R1. Resistor R1 is connected in series with contactor K9, serving to limit the precharge current.

[00123] В режиме заряда зарядная электроэнергия может быть приложена, следуя указанной ниже последовательности. Сначала, контакторы K1, K2, K5, K6, K7, K8, K9 и K10 переключаются в позиции заряда. С разомкнутыми контакторами K3, K4 и K9 прикладывается входная AC-электроэнергия. Это обычно подразумевает процесс рукопожатия с интерфейсом внешнего источника питания. Затем, контакторы K4 и K9 замыкаются, чтобы предоставлять возможность конденсатору C1 предварительно заряжаться. Время заряда может быть по меньшей мере примерно в 5 раз больше временных констант для R1 и C1, так что конденсатор C1 полностью заряжается. После того как предварительный заряд конденсатора C1 завершается, контактор K3 может быть замкнут, а K9 может быть разомкнут, с тем, чтобы экономить рассеяние электроэнергии катушки.[00123] In the charge mode, the charging electric power can be applied by following the sequence below. First, the contactors K1, K2, K5, K6, K7, K8, K9 and K10 switch over to the charging position. With contactors K3, K4 and K9 open, AC input power is applied. This usually involves a handshake process with an external power supply interface. Then, contactors K4 and K9 are closed to allow capacitor C1 to be pre-charged. The charging time may be at least about 5 times the time constants for R1 and C1 so that the capacitor C1 is fully charged. After the pre-charge of the capacitor C1 is completed, the contactor K3 can be closed and K9 can be opened in order to save coil power dissipation.

[00124] В примере, показанном на фиг. 14, путь заряда существует от входного источника питания, через верхние диоды во входном мостовом выпрямителе, контактор K9, резистор R1, катушку B, встречно-параллельный диод силового переключающего устройства SW3, к стороне анода конденсатора C1. Возвратный путь существует от стороны катода конденсатора C1, через контактор K4 и нижние диоды входного мостового выпрямителя, обратно к входному источнику питания.[00124] In the example shown in FIG. 14, the charge path exists from the input power supply, through the top diodes in the input bridge rectifier, the contactor K9, the resistor R1, the coil B, the anti-parallel diode of the power switching device SW3, to the anode side of the capacitor C1. The return path exists from the cathode side of capacitor C1, through contactor K4 and the bottom diodes of the input bridge rectifier, back to the input power supply.

[00125] Конденсатор C2 выходного фильтра может также быть предварительно заряжен, прежде чем перезаряжаемый аккумулятор подключается. Поскольку конденсатор C2 подключается между концами перезаряжаемого аккумулятора, предварительный заряд конденсатора C2 может выполняться через систему управления перезаряжаемого аккумулятора, которая не показана на фиг. 14.[00125] The output filter capacitor C2 may also be precharged before the rechargeable battery is connected. Since the capacitor C2 is connected between the ends of the rechargeable battery, the pre-charge of the capacitor C2 can be performed through the control system of the rechargeable battery, which is not shown in FIG. 14.

[00126] Возьмем первый вариант осуществления в качестве примера, фиг. 15A показывает высокоуровневый схематичный чертеж, относящийся к компонентам аппаратных средств бортовой зарядно-тяговой системы в соответствии с настоящим учением. Помимо компонентов, ранее описанных со ссылкой на фиг. 2A, различные дополнительные компоненты содержатся в системе, включающие в себя, но не только, датчики тока, датчики напряжения, датчики температуры (не иллюстрированы на фиг. 15A), резольвер или любой другой датчик (не иллюстрирован на фиг. 15A), приспособленный для предоставления необходимой степени идентификации углового положения ротора электродвигателя, и центральное устройство управления зарядом/тягой, и т.д.[00126] Taking the first embodiment as an example, FIG. 15A shows a high-level schematic drawing related to the hardware components of an onboard propulsion system in accordance with the present teaching. In addition to the components previously described with reference to FIG. 2A, various additional components are contained in the system including, but not limited to, current sensors, voltage sensors, temperature sensors (not illustrated in FIG. 15A), a resolver, or any other sensor (not illustrated in FIG. 15A) adapted to providing the necessary degree of identification of the angular position of the motor rotor, and the central charge / thrust control device, etc.

[00127] Как показано на фиг. 15A, изолированное обнаружение напряжения предусматривается для измерения напряжения на шине вставки постоянного тока и напряжения аккумулятора, соответственно. Обнаруженные сигналы напряжения передаются в устройство управления зарядом/тягой. В режиме тяги напряжение на шине вставки постоянного тока и напряжение аккумулятора становятся одним и тем же сигналом. Они являются отдельными сигналами в режиме заряда. Функция обнаружения напряжения может выполняться посредством изолированных датчиков, доступных на рынке, таких как датчики на основе интегральных схем. Этот тип изолированных датчиков требует изолированных силовых и делительных резисторов на высоковольтной стороне. В ситуации, когда полная гальваническая изоляция не нужна, подходы обнаружения на основе дифференциальных усилителей с высоким импедансом также являются возможными.[00127] As shown in FIG. 15A, isolated voltage detection is provided to measure DC link bus voltage and battery voltage, respectively. The detected voltage signals are transmitted to the charge/traction control device. In drive mode, the DC link bus voltage and the battery voltage become the same signal. They are separate signals in charge mode. The voltage detection function can be performed by means of isolated sensors available on the market, such as integrated circuit sensors. This type of isolated sensor requires isolated power and sharing resistors on the high voltage side. In a situation where complete galvanic isolation is not needed, detection approaches based on high impedance differential amplifiers are also possible.

[00128] Изолированное обнаружение тока также показано на фиг. 15A. Более конкретно, изолированный датчик тока предоставляется для обнаружения тока в полумосте, содержащем силовые переключающие устройства SW1 и SW2 (соответствующие фазе A). Аналогично, существуют датчики тока для других двух полумостов, один используется для полумоста, состоящего из силовых переключающих устройств SW3 и SW4, другой для полумоста, состоящего из силовых переключающих устройств SW5 и SW6. Датчики тока могут быть реализованы посредством токовых датчиков Холла. Альтернативно, могут быть использованы шунты с развязывающими усилителями. Ради экономии затрат два датчика тока могут удовлетворять требованиям управления для электродвигателя и системы заряда. Однако, для того, чтобы получать улучшенную защиту, три или более датчиков тока могут быть использованы. Например, если меньшая точность является приемлемой, зарядный ток может быть оценен из первичного тока, обнаруженного посредством датчиков фазы A и фазы C. В качестве другого примера, для того, чтобы получать высокоточное регулирование зарядного тока, помимо трех датчиков тока для фаз A-C четвертый датчик тока предусматривается для измерения зарядного тока. Аналогично датчикам тока трех фаз, четвертый датчик тока может быть токовым датчиком Холла, шунтом и т.д.[00128] Isolated current detection is also shown in FIG. 15A. More specifically, an isolated current sensor is provided for detecting current in a half-bridge containing power switching devices SW1 and SW2 (corresponding to phase A). Similarly, there are current sensors for the other two half-bridges, one is used for the half-bridge consisting of power switching devices SW3 and SW4, the other for the half-bridge consisting of power switching devices SW5 and SW6. The current sensors can be implemented by Hall current sensors. Alternatively, shunts with decoupling amplifiers can be used. In order to save costs, two current sensors can meet the control requirements for the motor and charging system. However, in order to obtain improved protection, three or more current sensors may be used. For example, if less accuracy is acceptable, the charging current can be estimated from the primary current detected by the phase A and phase C sensors. current is provided to measure the charging current. Similar to the three-phase current sensors, the fourth current sensor can be a Hall current sensor, a shunt, etc.

[00129] Устройство управления зарядом/тягой получает сигналы от различных датчиков в качестве входных и формирует команды для управления силовыми переключающими устройствами и контакторами. Контроллер может быть DSP, FPGA, MCU или любым другим надлежащим программируемым контроллером. Формирователи с изолирующим затвором подключаются между устройством управления зарядом/тягой и силовыми переключающими устройствами, чтобы соединять возбуждающие сигналы между границами изоляции и предоставлять высокие пульсирующие токи, чтобы предоставлять возможность силовым переключающим устройствам включаться/выключаться быстро ради более низких потерь. Различные формирователи с изолированным затвором, доступные на рынке, могут быть использованы, включающие в себя, но не только, оптические связанные формирователи, емкостные связанные формирователи и т.д.[00129] The charge/traction control device receives signals from various sensors as input and generates commands to control power switching devices and contactors. The controller may be a DSP, FPGA, MCU or any other suitable programmable controller. Isolating gate drivers are connected between the charge/pull control device and the power switching devices to connect drive signals between isolation boundaries and provide high ripple currents to allow the power switching devices to turn on/off quickly for lower losses. Various insulated gate drivers available on the market may be used, including, but not limited to, optical coupled drivers, capacitive coupled drivers, and the like.

[00130] Возьмем третий вариант осуществления в качестве примера, фиг. 15B показывает высокоуровневый схематичный чертеж, относящийся к компонентам аппаратных средств бортовой зарядно-тяговой системы в соответствии с другим примером. Помимо компонентов, ранее описанных со ссылкой на фиг. 7A, различные дополнительные компоненты содержатся в системе, включающие в себя, но не только, датчики Ia, Ib1, Ib2, Ib3, Ic и Iout тока, датчики VI1, VI2, VI3, Vdc и Vout напряжения, температурные датчики (не иллюстрированы на фиг. 15B), центральный контроллер заряда/тяги и резольвер или любой датчик положения ротора (не иллюстрирован на фиг. 15B) для считывания положения ротора, и т.д.[00130] Taking the third embodiment as an example, FIG. 15B shows a high-level schematic drawing relating to the hardware components of an onboard propulsion system according to another example. In addition to the components previously described with reference to FIG. 7A, various additional components are contained in the system including, but not limited to, current sensors Ia, Ib1, Ib2, Ib3, Ic, and Iout, voltage sensors VI1, VI2, VI3, Vdc, and Vout, temperature sensors (not illustrated in FIG. 15B), a central charge/thrust controller and a resolver or any rotor position sensor (not illustrated in fig. 15B) to sense rotor position, etc.

[00131] Фиг. 16 показывает больше подробностей соединения от устройства управления зарядом/тягой до устройства управления возбуждением с изолированным затвором, которое имеет улучшенные PWM-выходные сигналы (EPWM), чтобы приводить в действие силовые переключающие устройства SW1-SW6, включенные в бортовую зарядно-тяговую систему в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего учения. Приводимые в действие сигналами EPWM1A и EPWM1B, силовые переключающие устройства SW1 и SW2 формируют возбуждение фазы A в режиме тяги и работают как часть PWM-возбуждения трансформатора в режиме заряда. Приводимые в действие сигналами EPWM3A и EPWM3B, силовые переключающие устройства SW5 и SW6 формируют возбуждение фазы C в режиме тяги и работают как часть PWM-возбуждения трансформатора в режиме заряда. Приводимые в действие сигналами EPWM2A и EPWM2B, силовые переключающие устройства SW3 и SW4 формируют возбуждение фазы B в режиме тяги и работают как повышающий преобразователь в режиме заряда. Отдельные включающие выходные сигналы предоставляются для фаз A и C и для фазы B. Причина состоит в том, что они играют различные роли в режиме заряда. Назначения штырьковых контактов процессора могут изменяться в зависимости от типа используемого процессора, но не ограничиваются назначениями, иллюстрированными на фиг. 16.[00131] FIG. 16 shows more details of the connection from a charge/traction control device to an insulated gate excitation control device that has enhanced PWM output signals (EPWM) to drive power switching devices SW1-SW6 included in an onboard charge/traction system according to with the first embodiment of this teaching. Driven by the EPWM1A and EPWM1B signals, the power switching devices SW1 and SW2 form phase A excitation in pull mode and operate as part of the PWM excitation of the transformer in charge mode. Driven by the signals EPWM3A and EPWM3B, the power switching devices SW5 and SW6 form phase C excitation in pull mode and operate as part of the PWM excitation of the transformer in charge mode. Driven by signals EPWM2A and EPWM2B, the power switching devices SW3 and SW4 form B-phase excitation in pull mode and act as a boost converter in charge mode. Separate enabling outputs are provided for phases A and C and for phase B. The reason is that they play different roles in charge mode. The processor pin assignments may vary depending on the type of processor used, but are not limited to the assignments illustrated in FIG. 16.

[00132] В примере, показанном на фиг. 16, силовые переключающие устройства SW1-SW6 включаются посредством соответствующих PWM-выходных сигналов на низком уровне, выключаются посредством соответствующих PWM-выходных сигналов на высоком уровне. По существу, инверторы размещаются на выходах, и нагрузочные повышающие логический уровень резисторы предусматриваются, чтобы гарантировать, что силовые переключающие устройства выключаются, в то время как процессор сбрасывается. Если логика управления спроектирована так, что PWM-выходной сигнал высокого уровня включает соответствующее силовое переключающее устройство, тогда инверторы не нужны, и понижающие логический уровень резисторы предусматриваются вместо повышающих логический уровень резисторов, показанных на фиг. 16.[00132] In the example shown in FIG. 16, the power switching devices SW1 to SW6 are turned on by the respective PWM outputs at a low level, turned off by the respective PWM outputs at a high level. As such, inverters are placed at the outputs and pull-up resistors are provided to ensure that the power switching devices turn off while the processor is reset. If the control logic is designed such that the high-level PWM output turns on the appropriate power switching device, then inverters are not needed, and logic-down resistors are provided instead of the logic-boost resistors shown in FIG. 16.

[00133] В качестве примера функций защиты от отказа, применяемых в бортовой зарядно-тяговой системе настоящего учения, фиг. 16 показывает модуль обнаружения отказа и фиксации состояния, который является отдельным от процессора. Этот подход экономит больше аппаратных ресурсов, но предоставляет более надежную защиту, особенно когда процессор блокируется, когда существуют проблемы кода (которые обычно возникают во время периода разработки) и т.д.[00133] As an example of the fail-safe functions applied to the on-board propulsion system of this exercise, FIG. 16 shows a failure detection and latching module that is separate from the processor. This approach saves more hardware resources, but provides better protection, especially when the processor locks up, when there are code problems (which usually occur during the development period), etc.

[00134] Фиг. 17 показывает примерную схему управления, выполняемую в режиме заряда бортовой зарядно-тяговой системы в соответствии с настоящим учением. Схема управления зарядом, как показано, может быть реализована с помощью встроенного DSP-процессора или дискретной управляющей электронной аппаратуры. Заряд аккумулятора может выполняться либо в режиме постоянного тока, либо в режиме постоянного напряжения. Типично, для того, чтобы обеспечивать выравнивание элементов в перезаряжаемом аккумуляторе, заряд выполняется в режиме постоянного тока в начале процесса заряда, а затем переходит в режим постоянного напряжения. По сравнению с ситуацией с режимом постоянного тока более низкая зарядная электроэнергия используется в режиме постоянного напряжения.[00134] FIG. 17 shows an exemplary control scheme performed in charge mode of an onboard charge/propulsion system in accordance with this exercise. The charge control circuit as shown may be implemented with an onboard DSP or discrete control electronics. The battery can be charged either in constant current mode or in constant voltage mode. Typically, in order to ensure the alignment of the cells in a rechargeable battery, the charge is carried out in the constant current mode at the beginning of the charging process, and then changes to the constant voltage mode. Compared to the situation of constant current mode, lower charging electric power is used in constant voltage mode.

[00135] Как может быть видно на фиг. 17, контур управления по напряжению, включенный в устройство управления зарядом/тягой, имеет множество входов ограничения напряжения. Типично, система управления перезаряжаемого аккумулятора может снабжать контур управления по напряжению информацией, ассоциированной с максимальным напряжением, которое перезаряжаемый аккумулятор может размещать в данный момент. Такое ограничение напряжения аккумулятора может быть отправлено из системы управления аккумулятором устройству управления зарядом/тягой через любую подходящую линию передачи данных, такую как информационная CAN-шина. Также в контур управления по напряжению вводится аппаратное ограничение напряжения, которое представляет то, насколько высоко напряжение, которое путь зарядной электроэнергии может безопасно создавать. Аппаратное ограничение напряжения не является максимальным напряжением, которое путь зарядной электроэнергии приспособлен создавать, но ограничением максимального напряжения, определенным на основе пределов нагрузки компонентов. Необязательно, через линию передачи отладочных данных, например, отладочный предел напряжения также сообщается контуру управления по напряжению. Отладочный предел напряжения является полезным в отладке и разработке бортовой зарядно-тяговой системы.[00135] As can be seen in FIG. 17, the voltage control loop included in the charge/draft control device has a plurality of voltage limit inputs. Typically, the control system of the rechargeable battery may provide the voltage control loop with information associated with the maximum voltage that the rechargeable battery can currently accommodate. Such a battery voltage limit may be sent from the battery management system to the charge/traction control device via any suitable data link, such as a CAN data bus. Also introduced into the voltage control loop is a hardware voltage limit, which represents how high the voltage that the charging electrical path can safely generate. The hardware voltage limit is not the maximum voltage that the charging electricity path is designed to produce, but a maximum voltage limit determined based on component load limits. Optionally, via the debug data link, for example, the debug voltage limit is also reported to the voltage control loop. The debug voltage limit is useful in debugging and developing an onboard propulsion system.

[00136] На основе предела напряжения аккумулятора, аппаратного предела напряжения и необязательно отладочного предела напряжения, когда вводится, блок MIN 1 формирует и выводит команду напряжения в суммирующий узел 1. Сформированная команда напряжения представляет минимум из введенных различных пределов напряжения. В суммирующем узле 1 команда напряжения сравнивается с обнаруженным фактическим напряжением с тем, чтобы получать погрешность напряжения. Эта погрешность напряжения вводится в ПИ-регулятор 1, чтобы формировать команду тока. Альтернативно, различные контроллеры, включающие в себя, но не только, интегральные контроллеры, могут быть использованы вместо ПИ-регулятора 1. Сформированная команда тока отправляется, в качестве входного сигнала, в блок MIN 2 контура управления по току устройства управления зарядом/тягой.[00136] Based on the battery voltage limit, the hardware voltage limit, and optionally the debug voltage limit when entered, the MIN 1 block generates and outputs a voltage command to summing node 1. The generated voltage command represents the minimum of the various voltage limits entered. In the summing node 1, the voltage command is compared with the detected actual voltage so as to obtain a voltage error. This voltage error is input to the PI controller 1 to generate the current command. Alternatively, various controllers, including but not limited to integral controllers, can be used in place of the PI controller 1. The generated current command is sent as an input to the current control loop MIN 2 of the charge/draft controller.

[00137] Как может быть видно на фиг. 17, помимо команды тока, выводимой из ПИ-регулятора 1 контура управления по напряжению, блок MIN 2 контура управления по току, включенного в устройство управления зарядом/тягой, принимает множество ограничений тока в качестве входных данных. Аналогично, система управления перезаряжаемого аккумулятора может снабжать контур управления по току информацией, ассоциированной с максимальным током, который перезаряжаемый аккумулятор может размещать в данный момент. Такой предел тока аккумулятора может быть отправлен из системы управления аккумулятором устройству управления зарядом/тягой через информационную CAN-шину, например. Также в контур управления по току вводится аппаратный предел тока. В одном аспекте, аппаратный предел тока отражает допустимую нагрузку по току пути зарядной электроэнергии. Например, путь зарядной электроэнергии может иметь ограниченную допустимую нагрузку по току около 200 А. В другом аспекте, аппаратное ограничение тока отражает ограниченную входную электроэнергию вследствие максимального входного тока, который может быть потреблен из входной линии. Этот максимальный входной ток может быть рассчитан на основе напряжения аккумулятора. Альтернативно, датчик входного тока может быть использован для предоставления более точной информации о входном токе. Более точная информация о токе доступна, ближе к ограничению входного тока бортовой зарядно-тяговой системе предоставляется возможность работать. Опять же, через линию передачи отладочных данных необязательный отладочный предел тока сообщается контуру управления по току.[00137] As can be seen in FIG. 17, in addition to the current command output from the voltage control loop PI controller 1, the current control loop block MIN 2 included in the charge/draft control device receives a plurality of current limits as input. Similarly, the control system of the rechargeable battery may provide the current control loop with information associated with the maximum current that the rechargeable battery can currently accommodate. Such a battery current limit can be sent from the battery management system to the charge/traction control device via a CAN data bus, for example. Also, a hardware current limit is introduced into the current control loop. In one aspect, the hardware current limit reflects the current carrying capacity of the charging electricity path. For example, the charging electrical path may have a limited current carrying capacity of about 200 A. In another aspect, hardware current limiting reflects limited input electrical power due to the maximum input current that can be drawn from the input line. This maximum input current can be calculated based on the battery voltage. Alternatively, an input current sensor can be used to provide more accurate input current information. More accurate information about the current is available, closer to the input current limit, the onboard charging and traction system is given the opportunity to work. Again, the optional debug current limit is signaled to the current control loop via the debug data link.

[00138] На основе команды тока от ПИ-регулятора 1 контура управления по току аппаратного ограничения тока, ограничения тока аккумулятора и необязательного отладочного ограничения тока, когда вводится, блок MIN 2 формирует и выводит команду тока суммирующему узлу 2. Сформированная команда тока представляет минимум из различных входных данных. Поскольку команда тока из контура управления по напряжению используется в качестве входной команды контура управления по току, устройство управления зарядом/тягой способно ограничивать напряжение на перезаряжаемом аккумуляторе. Если команда тока из контура управления по напряжению ниже других ограничений тока, введенных в блок MIN 2, это именно то, что является управляющим, и, таким образом, зарядное устройство работает в режиме управления по напряжению. Если какой-либо из пределов тока, введенных в блок MIN 2, ниже команды тока из контура управления по напряжению, тогда зарядное устройство работает в режиме управления по току с наименьшим пределом тока, являющимся заданной командой тока. В суммирующем узле 2 командное заданное значение тока сравнивается с обнаруженным фактическим током с тем, чтобы получать погрешность тока. Эта погрешность тока вводится в ПИ-регулятор 2, чтобы формировать команду сдвига фазы. Альтернативно, различные контроллеры, включающие в себя, но не только, интегральные контроллеры, могут быть использованы вместо ПИ-регулятора 2. Выходной сигнал ПИ-регулятора 2 является командой сдвига фазы, которая используется для изменения сдвига фазы между PWM-сигналами EPWM3 и EPWM1. Команда сдвига фазы должна быть ограничена, чтобы поддерживаться в требуемом диапазоне, чтобы предотвращать реверс коэффициента усиления. Например, диапазон равен от 1 до 180 градусов.[00138] Based on the current command from the current control loop PI controller 1 of the hardware current limit, battery current limit, and optional debug current limit, when entered, the MIN block 2 generates and outputs a current command to summing node 2. The generated current command represents the minimum of various inputs. Since the current command from the voltage control loop is used as an input command to the current control loop, the charge/draft control device is able to limit the voltage on the rechargeable battery. If the current command from the voltage control loop is below the other current limits entered in the MIN 2 block, that is what is controlling and thus the charger is operating in voltage control mode. If any of the current limits entered in the MIN 2 block is below the current command from the voltage control loop, then the charger operates in current control mode with the lowest current limit being the given current command. In the summing node 2, the commanded current setpoint is compared with the detected actual current so as to obtain a current error. This current error is input to the PI controller 2 to generate the phase shift command. Alternatively, various controllers, including but not limited to integrated controllers, can be used instead of PI controller 2. The output of PI controller 2 is a phase shift command that is used to change the phase shift between PWM signals EPWM3 and EPWM1. The phase shift command must be limited to be kept within the required range to prevent gain reversal. For example, the range is from 1 to 180 degrees.

[00139] Транспортное средство обычно функционирует в режиме тяги. Когда устройство управления зарядом/тягой переключается из состояния заряда в состояние тяги, конфигурация выходных EPWM-сигналов от процессора устройства управления зарядом/тягой переключается соответственно. В состоянии тяги процессор конфигурируется, чтобы создавать трехфазный выходной PWM-сигнал, с нерабочим временем между верхними силовыми переключающими устройствами и нижними силовыми переключающими устройствами в каждом плече моста инвертора, чтобы избегать пробоя. Поскольку настоящее учение не изменяет способ, которым электродвигатель приводится в режиме тяги, традиционные технологии являются применимыми для управления тягой. Например, управление тягой может быть реализовано посредством стандартного профильного устройства управления (FOC), с датчиком, предоставляющим сигнал обратной связи, ассоциированный с положением вала для выходного вала ротора электродвигателя. Типично, резольвер присоединяется на электродвигатель, чтобы измерять положение вала.[00139] The vehicle typically operates in a traction mode. When the charge/thrust control device switches from the charge state to the thrust state, the pattern of EPWM output signals from the processor of the charge/thrust control device switches accordingly. In the pull state, the processor is configured to produce a three-phase PWM output, with dead time between the top power switching devices and the bottom power switching devices in each leg of the inverter bridge to avoid flashover. Since the present teaching does not change the way the electric motor is driven in the traction mode, conventional technologies are applicable for traction control. For example, traction control may be implemented by means of a standard Profile Control (FOC) device, with a sensor providing a feedback signal associated with the shaft position to the motor rotor output shaft. Typically, a resolver is attached to the motor to measure the position of the shaft.

[00140] Хотя только один электродвигатель, один перезаряжаемый аккумулятор, один инвертор, один входной мостовой выпрямитель и один выходной мостовой выпрямитель иллюстрируются на чертежах, сопровождающих описание первого-пятого вариантов осуществления, специалист в области техники может ожидать, что множество электродвигателей, перезаряжаемых аккумуляторов, инверторов, входных мостовых выпрямителей и/или выходных мостовых выпрямителей может быть предоставлено в бортовой зарядно-тяговой системе. Например, два электродвигателя могут приводить передние и задние колеса в электрическом транспортном средстве отдельно, или, аналогично, четыре электродвигателя могут приводить каждое колесо отдельно. В последующем, два подхода для применения на практике настоящего учения с множеством электродвигателей будут обсуждены со ссылкой на фиг. 18A-20B.[00140] Although only one motor, one rechargeable battery, one inverter, one input bridge rectifier, and one output bridge rectifier are illustrated in the drawings accompanying the description of the first to fifth embodiments, one skilled in the art may expect that a plurality of electric motors, rechargeable batteries, inverters, input bridge rectifiers and/or output bridge rectifiers can be provided in the onboard traction and charge system. For example, two motors may drive the front and rear wheels in an electric vehicle separately, or similarly, four motors may drive each wheel separately. In the following, two approaches for practicing the present teaching with multiple motors will be discussed with reference to FIG. 18A-20B.

[00141] Фиг. 18A-18G показывают схематичные чертежи, относящиеся к различным соединениям более чем одного электродвигателя и/или более чем одного аккумулятора бортовой зарядно-тяговой системы в соответствии с примерами настоящего учения. Один электродвигатель и сопровождающая его система зарядного устройства-инвертора или множество электродвигателей и сопровождающие их системы зарядных устройств-инверторов могут быть соединены с одним и тем же аккумулятором или с различными аккумуляторами. Каждый из сочетания системы зарядного устройства-инвертора и электродвигателя работает независимо, чтобы заряжать аккумулятор или аккумуляторы. Аккумулятор может быть отдельным без электрического соединения между ними. Альтернативно, по меньшей мере некоторые из аккумуляторов могут быть соединены последовательно или параллельно.[00141] FIG. 18A-18G show schematic drawings relating to various connections of more than one electric motor and/or more than one battery of an onboard propulsion system in accordance with examples of this exercise. One electric motor and its accompanying inverter charger system or a plurality of electric motors and their accompanying inverter charger systems may be connected to the same battery or to different batteries. The combination of the inverter-charger system and the electric motor each work independently to charge the battery or batteries. The battery may be separate without an electrical connection between them. Alternatively, at least some of the batteries may be connected in series or in parallel.

[00142] Фиг. 19 показывает схематичный чертеж, относящийся к соединениям двух или более зарядных устройств-инверторов и аккумулятора в соответствии с другим примерным примером. В этом сценарии, два или более зарядных устройств-инверторов могут быть использованы в качестве различных каскадов пути зарядной электроэнергии в режиме заряда. Более конкретно, один или более зарядных устройств-инверторов из множества зарядных устройств-инверторов в системе могут работать в качестве первого каскада, в то время как другие один или более зарядных устройств-инверторов из множества зарядных устройств-инверторов могут работать в качестве второго DC/DC-каскада. Первый каскад может быть повышением PFC или передним каскадом с повышающим преобразователем для одной или множества фаз. Второй каскад может быть соединен параллельно или последовательно. В режиме тяги два или более зарядных устройств-инверторов могут работать независимо или вместе.[00142] FIG. 19 shows a schematic drawing relating to connections of two or more inverter chargers and a battery according to another exemplary example. In this scenario, two or more inverter chargers can be used as different stages of the charging electricity path in charge mode. More specifically, one or more inverter chargers of the plurality of inverter chargers in the system may operate as the first stage, while the other one or more inverter chargers of the plurality of inverter chargers may operate as the second DC/ DC cascade. The first stage may be a PFC boost or front stage with a single or multiple phase boost converter. The second stage can be connected in parallel or in series. In traction mode, two or more inverter chargers can work independently or together.

[00143] Чтобы конфигурировать систему, показанную на фиг. 19, в режим тяги, контакторы K1, K2, K6, K7, K8, K13, K17 и K20 замыкаются, в то время как K3, K4, K5, K9, K10, K14, K15, K16, K18, K19 и K21 размыкаются. В результате, формируется путь тяговой электроэнергии, как показано в упрощенной принципиальной схеме на фиг. 20A. На фиг. 20A один и тот же перезаряжаемый аккумулятор подключается, чтобы приводить в действие оба электродвигателя.[00143] In order to configure the system shown in FIG. 19, in pull mode, contactors K1, K2, K6, K7, K8, K13, K17 and K20 close while K3, K4, K5, K9, K10, K14, K15, K16, K18, K19 and K21 open . As a result, a traction power path is formed as shown in the simplified circuit diagram of FIG. 20A. In FIG. 20A, the same rechargeable battery is connected to drive both electric motors.

[00144] Чтобы конфигурировать систему, показанную на фиг. 19, в режим заряда, контакторы K1, K2, K6, K7, K8, K13, K17 и K20 размыкаются, в то время как K3, K4, K5, K9, K10, K14, K15, K16, K18, K19 и K21 замыкаются. В результате, формируется путь зарядной электроэнергии, как показано в упрощенной принципиальной схеме на фиг. 20B. Когда система конфигурируется в режим заряда, предусматривается полностью изолированное двухкаскадное зарядное устройство, которое содержит полный трехфазный повышающий PFC входной каскад и полностью изолированный DC/DC выходной каскад. Во входном каскаде обмотки катушки A, катушки B и катушки C действуют в качестве повышающих дросселей, а силовые переключающие устройства SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 и SW6 в инверторе 1 в качестве повышающих PFC переключателей. В выходном DC/DC-каскаде силовые переключающие устройства SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 и SW6 в инверторе 2 составляют трехфазную мостовую схему управления приводом, обмотки катушки A1, катушки B1 и катушки C1 действуют в качестве первичной обмотки трансформатора, а катушка A2, катушка B2 и катушка C2 в качестве вторичной обмотки трансформатора. [00144] In order to configure the system shown in FIG. 19, in charging mode, contactors K1, K2, K6, K7, K8, K13, K17 and K20 open while K3, K4, K5, K9, K10, K14, K15, K16, K18, K19 and K21 close . As a result, a charging electric path is formed as shown in the simplified circuit diagram in FIG. 20b. When the system is configured in charge mode, a fully isolated two-stage charger is provided that contains a full three-phase PFC boost input stage and a fully isolated DC/DC output stage. In the input stage, coil A, coil B, and coil C act as step-up chokes, and power switching devices SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, and SW6 in inverter 1 act as step-up PFC switches. In the DC/DC output stage, the power switching devices SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 and SW6 in inverter 2 constitute a three-phase drive bridge circuit, the windings of coil A1, coil B1 and coil C1 act as the primary winding of the transformer, and coil A2 , coil B2 and coil C2 as the secondary winding of the transformer.

[00145] В режиме заряда PFC повышающий входной каскад может преобразовывать многофазное напряжение сети в DC-напряжение, в то же время выполняя компенсацию коэффициента мощности относительно сети. Затем, мостовая управляющая схема в выходном каскаде может получать DC-электроэнергию от первого каскада в качестве входной, инвертировать ее в AC-электроэнергию и пропускать инвертированную AC-электроэнергию через трансформатор, сформированный посредством обмоток электродвигателя, так что полная изоляция достигается. AC-электроэнергия, выводимая из трансформатора, прикладывается к выходному мостовому выпрямителю и затем выходному фильтру, с тем, чтобы формировать DC-электроэнергию для заряда перезаряжаемого аккумулятора.[00145] In PFC charge mode, the step-up front end can convert the multi-phase mains voltage to DC voltage while performing power factor compensation with respect to the mains. Then, the bridge driving circuit in the output stage can receive DC power from the first stage as an input, invert it into AC power, and pass the inverted AC power through a transformer formed by the motor windings so that complete isolation is achieved. AC power output from the transformer is applied to an output bridge rectifier and then an output filter so as to generate DC power to charge a rechargeable battery.

[00146] В то время как настоящее учение, прежде всего, описывается в контексте электрических транспортных средств, концепции и идеи изобретения, раскрытые в данном документе, являются применимыми к любому электронному устройству, которое содержит один или более электрических двигателей и одно или более устройств сохранения электрической энергии (таких как перезаряжаемые аккумуляторы). Примеры такого электрического устройства включают в себя, но не только, электрические гибридные транспортные средства со штепсельным соединением, электрические суда, электрические самолеты, электрические поезда, электрические мотоциклы, электрические велосипеды, электрические скейтборды, электрические инструменты, электрические дроны, электрические подлодки и электрические машины, такие как: электрические бульдозеры, электрические тракторы, электрические вилочные погрузчики, электрические экскаваторы и т.д. Концепции и идеи изобретения могут также находить применение в электрическом оборудовании для специальных целей, таком как взрывоустойчивое электрическое транспортное средство, взрывоустойчивые электрические инструменты, взрывоустойчивое гусеничное транспортное средство и т.д.[00146] While the present teaching is primarily described in the context of electric vehicles, the concepts and inventive ideas disclosed herein are applicable to any electronic device that contains one or more electric motors and one or more storage devices. electrical energy (such as rechargeable batteries). Examples of such an electrical device include, but are not limited to, plug-in electric hybrid vehicles, electric boats, electric aircraft, electric trains, electric motorcycles, electric bicycles, electric skateboards, electric tools, electric drones, electric submarines, and electric cars, such as: electric bulldozers, electric tractors, electric forklifts, electric excavators, etc. The concepts and ideas of the invention may also find application in electrical equipment for special purposes such as explosion-proof electric vehicle, explosion-proof electric tools, explosion-proof tracked vehicle, etc.

[00147] Специалистам в области техники будет очевидно, что конфигуратор, который используется для переконфигурации соединений между режимом тяги и режимом заряда, может состоять из механических переключателей, электромагнитных контакторов, твердотельных переключателей или любого типа переключающего механизма, который может разъединять или соединять электрические соединения.[00147] It will be apparent to those skilled in the art that the configurator that is used to reconfigure the connections between thrust mode and charge mode may consist of mechanical switches, electromagnetic contactors, solid state switches, or any type of switching mechanism that can disconnect or connect electrical connections.

[00148] Специалистам в области техники будет очевидно, что инвертор может быть любым многофазным инвертором. Силовые переключающие устройства в инверторе могут быть кремниевыми IGBT силовыми модулями, МОП-транзисторами или любыми другими силовыми переключающими устройствами, подходящими для переключения подразумеваемых уровней мощности. Силовые переключающие устройства могут быть основаны на кремнии, GaN, SiC или любой другой технологии.[00148] Those skilled in the art will appreciate that the inverter may be any multi-phase inverter. The power switching devices in the inverter can be silicon IGBT power modules, MOSFETs, or any other power switching device suitable for switching the intended power levels. Power switching devices can be based on silicon, GaN, SiC or any other technology.

[00149] Специалистам в области техники будет очевидно, что электродвигатель, применяемый для реализации настоящего учения, может быть любым типом электродвигателя, который состоит из по меньшей мере двух фаз обмоток, включающим в себя, но не только, асинхронный индукционный электродвигатель, PMSM-электродвигатель, BLDC-электродвигатель, BLAC-электродвигатель, реактивный синхронный электродвигатель.[00149] It will be apparent to those skilled in the art that the motor used to implement this teaching can be any type of motor that consists of at least two winding phases, including but not limited to, asynchronous induction motor, PMSM motor , BLDC motor, BLAC motor, synchronous reluctance motor.

[00150] Поскольку настоящее учение получает преимущество компонентов, которые предварительно существуют в инверторе(ах) и электродвигателе(ах) электрического транспортного средства, максимальная зарядная электроэнергия ограничивается. Специалистам в области техники следует понимать, что электродвигатель(и) и инвертор(ы), имеющие более высокие допустимые мощности, могут быть использованы для повышения верхнего предела зарядной электроэнергии. Кроме того, по запросу от транспортного средства, зарядная система способна заряжать аккумулятор с более низкой мощностью по сравнению с максимальным уровнем заряда.[00150] Since the present teaching takes advantage of the components that pre-exist in the inverter(s) and motor(s) of the electric vehicle, the maximum charging electric power is limited. Those skilled in the art will appreciate that motor(s) and inverter(s) having higher power ratings can be used to increase the upper limit of charging electricity. In addition, upon request from the vehicle, the charging system is capable of charging the battery at a lower capacity than the maximum charge level.

[00151] С конструктивным исполнением, раскрытым в данном документе, обмотки в электродвигателе(ах) и силовые переключающие устройства в инверторе(ах) могут быть использованы, чтобы формировать двухкаскадный повышающий и понижающий полностью изолированный импульсный источник питания.[00151] With the design disclosed herein, windings in the motor(s) and power switching devices in the inverter(s) can be used to form a two-stage step-up and step-down fully isolated switching power supply.

[00152] С конструктивным исполнением, раскрытым в данном документе, два или более комплекта обмоток могут быть предусмотрены на по меньшей мере одном зубце статора. По меньшей мере один зубец статора может работать как сердечник трансформатора, чтобы переносить электроэнергию с первичной обмотки на вторичную обмотку без вращения ротора электродвигателя.[00152] With the design disclosed herein, two or more sets of windings may be provided on at least one stator tooth. At least one stator tooth can act as the core of a transformer to transfer electrical power from the primary winding to the secondary winding without rotating the motor rotor.

[00153] С конструктивным исполнением, раскрытым в данном документе, одна или более обмоток статора электродвигателя, один конец которой первоначально соединяется с нейтральной точкой звезды электродвигателя, способна отсоединяться от нейтральной точки звезды электродвигателя через комплект контакторов и формировать компоненты двухкаскадного полностью изолированного импульсного источника питания.[00153] With the design disclosed herein, one or more motor stator windings, one end of which is initially connected to the motor star point, is capable of being disconnected from the motor star point through a set of contactors and forming the components of a two stage fully isolated switching power supply.

[00154] С конструктивным исполнением, раскрытым в данном документе, посредством комплекта контакторов, первоначально электрически соединенная обмотка в режиме тяги может быть использована для формирования двух комплектов полностью изолированных обмоток в режиме заряда.[00154] With the design disclosed herein, by means of a set of contactors, the initially electrically connected winding in pull mode can be used to form two sets of fully isolated windings in charge mode.

[00155] В то время как вышеприведенное описало то, что считается составляющим настоящие учения и/или другие примеры, понятно, что различные модификации могут быть выполнены в нем, и что предмет изучения, раскрытый в данном документе, может быть реализован в различных формах и примерах, и что учения могут быть применены в многочисленных прикладных задачах, только некоторые из которых были описаны в данном документе. Предполагается посредством последующей формулы изобретения заявить любые и все применения, модификации и варианты, которые попадают в истинные рамки настоящего учения.[00155] While the foregoing has described what is considered to constitute the present teachings and/or other examples, it is understood that various modifications may be made to it, and that the subject matter disclosed herein may be implemented in various forms and examples, and that the teachings can be applied to numerous applications, only a few of which have been described in this document. It is intended by the following claims to state any and all uses, modifications, and variations that fall within the true scope of the present teaching.

Claims (63)

1. Переконфигурируемая тягово-зарядная система, находящаяся в электрическом устройстве, имеющем перезаряжаемый аккумулятор, содержащая:1. Reconfigurable traction-charging system located in an electrical device with a rechargeable battery, containing: электродвигатель, содержащий статор, имеющий множество зубцов статора и множество обмоток статора, намотанных на множество зубцов статора, при этом обмотка статора на по меньшей мере одном зубце статора электродвигателя разделена на две или более катушек;an electric motor comprising a stator having a plurality of stator teeth and a plurality of stator windings wound on a plurality of stator teeth, wherein the stator winding on at least one stator tooth of the electric motor is divided into two or more coils; инвертор, содержащий множество силовых переключающих устройств;an inverter containing a plurality of power switching devices; выходной выпрямитель;output rectifier; конфигуратор, содержащий множество контакторов, соединенных с множеством обмоток статора и множеством силовых переключающих устройств; иa configurator comprising a plurality of contactors connected to a plurality of stator windings and a plurality of power switching devices; And контроллер для управления множеством силовых переключающих устройств и множеством контакторов с тем, чтобы конфигурировать систему для работы в одном из режима тяги и режима заряда; a controller for controlling the plurality of power switching devices and the plurality of contactors so as to configure the system to operate in one of a drive mode and a charge mode; при этомwherein в режиме тяги: in traction mode: перезаряжаемый аккумулятор подает электрическую энергию на электродвигатель через инвертор; иa rechargeable battery supplies electrical energy to the electric motor through an inverter; And две или более катушек соединены последовательно; иtwo or more coils are connected in series; And в режиме заряда: in charge mode: соединения, ассоциированные с множеством силовых переключающих устройств и обмотками статора, конфигурируются посредством конфигуратора, чтобы формировать зарядное устройство, которое потребляет электрическую энергию от внешнего источника питания, чтобы заряжать перезаряжаемый аккумулятор; иconnections associated with a plurality of power switching devices and stator windings are configured by a configurator to form a charger that consumes electrical power from an external power source to charge a rechargeable battery; And две или более катушек соединены параллельно.two or more coils are connected in parallel. 2. Переконфигурируемая тягово-зарядная система по п. 1, при этом2. Reconfigurable traction-charging system according to claim 1, while внешний источник питания является многофазным источником питания;the external power supply is a multi-phase power supply; система дополнительно содержит входной мостовой выпрямитель; иthe system additionally contains an input bridge rectifier; And входной мостовой выпрямитель, зарядное устройство и выходной выпрямитель формируют путь зарядной электроэнергии, имеющий два каскада, включающих в себя первый каскад, являющийся входным каскадом с мостовым выпрямителем с повышающим преобразователем, и второй каскад, являющийся изолированным выходным DC/DC-каскадом.an input bridge rectifier, a charger, and an output rectifier form a charging power path having two stages, including a first stage being an input stage with a boost converter bridge rectifier, and a second stage being an isolated DC/DC output stage. 3. Переконфигурируемая тягово-зарядная система по п. 2, при этом по меньшей мере одна обмотка статора на одном или более зубцах статора электродвигателя составляет по меньшей мере один повышающий дроссель повышающего преобразователя.3. The reconfigurable traction-charging system of claim 2, wherein at least one stator winding on one or more motor stator teeth constitutes at least one step-up choke of the step-up converter. 4. Переконфигурируемая тягово-зарядная система по п. 1, при этом4. Reconfigurable traction-charging system according to claim 1, while внешний источник питания является источником питания с одной или расщепленной одной фазой;the external power supply is a single phase or split single phase power supply; система дополнительно содержит входной мостовой выпрямитель; иthe system additionally contains an input bridge rectifier; And входной мостовой выпрямитель, зарядное устройство и выходной выпрямитель формируют путь зарядной электроэнергии, имеющий два каскада, включающих в себя первый каскад, являющийся входным каскадом с мостовым PFC-выпрямителем с повышающим преобразователем, и второй каскад, являющийся изолированным выходным DC/DC-каскадом.the input bridge rectifier, the charger, and the output rectifier form a charging power path having two stages, including a first stage being an input stage with a PFC bridge rectifier with a boost converter, and a second stage being an isolated DC/DC output stage. 5. Переконфигурируемая тягово-зарядная система по п. 4, при этом по меньшей мере одна обмотка статора на одном или более зубцах статора электродвигателя составляет по меньшей мере один повышающий дроссель повышающего преобразователя.5. The reconfigurable traction-charging system of claim 4, wherein at least one stator winding on one or more motor stator teeth constitutes at least one boost choke of the boost converter. 6. Переконфигурируемая тягово-зарядная система по п. 1, при этом6. Reconfigurable traction-charging system according to claim 1, while внешний источник питания является многофазным источником питания; иthe external power supply is a multi-phase power supply; And зарядное устройство и выходной выпрямитель формируют путь заряда, имеющий два каскада, включающих в себя первый каскад, являющийся многофазным повышающим PFC входным каскадом, и второй каскад, являющийся изолированным выходным DC/DC-каскадом.the charger and the output rectifier form a charge path having two stages including a first stage being a multi-phase PFC boost input stage and a second stage being an isolated DC/DC output stage. 7. Переконфигурируемая тягово-зарядная система по п. 1, при этом7. Reconfigurable traction-charging system according to claim 1, while внешний источник питания является однофазным или имеющим одну расщепленную фазу источником питания; иthe external power supply is a single-phase or split-phase power supply; And зарядное устройство и выходной выпрямитель формируют путь заряда, имеющий два каскада, включающих в себя первый каскад, являющийся однофазным повышающим PFC входным каскадом, и второй каскад, являющийся изолированным выходным DC/DC-каскадом.the charger and the output rectifier form a charge path having two stages including a first stage being a single-phase PFC boost input stage and a second stage being an isolated DC/DC output stage. 8. Переконфигурируемая тягово-зарядная система по п. 1, при этом8. Reconfigurable traction-charging system according to claim 1, while внешний источник питания является однофазным или имеющим одну расщепленную фазу источником питания; иthe external power supply is a single-phase or split-phase power supply; And система дополнительно содержит два диода, при этом два диода, зарядное устройство и выходной выпрямитель формируют путь заряда, имеющий два каскада, включающих в себя первый каскад, являющийся однофазным двухтактным повышающим PFC входным каскадом, и второй каскад, являющийся изолированным выходным DC/DC-каскадом.the system further comprises two diodes, wherein the two diodes, the charger, and the output rectifier form a charge path having two stages, including a first stage being a single-phase push-pull PFC boost input stage and a second stage being an isolated DC/DC output stage . 9. Способ реализации переконфигурируемой тягово-зарядной системы, находящейся в электрическом устройстве, имеющем перезаряжаемый аккумулятор, при этом упомянутый способ содержит этапы, на которых:9. A method for implementing a reconfigurable traction-charging system located in an electrical device having a rechargeable battery, said method comprising the steps of: конфигурируют посредством конфигуратора под управлением контроллера систему для работы в режиме тяги;configuring, by means of a configurator under the control of the controller, the system to operate in the thrust mode; при приеме запроса заряда перезаряжаемого аккумулятора конфигурируют посредством конфигуратора систему для работы в режиме заряда; иupon receiving a charge request for a rechargeable battery, configuring the system to operate in charge mode by means of a configurator; And при определении того, что критерий, ассоциированный с перезаряжаемым аккумулятором, удовлетворяется, конфигурируют посредством конфигуратора систему для работы в режиме тяги,when determining that the criterion associated with the rechargeable battery is satisfied, the system is configured by means of the configurator to operate in thrust mode, при этом система содержит контроллер, конфигуратор, электродвигатель, инвертор и выходной выпрямитель, электродвигатель содержит статор, имеющий множество зубцов статора и множество обмоток статора, намотанных на множество зубцов статора, при этом обмотка статора на по меньшей мере одном зубце статора электродвигателя разделена на две или более катушек, инвертор содержит множество силовых переключающих устройств, конфигуратор содержит множество контакторов, соединенных с множеством обмоток статора и множеством силовых переключающих устройств;wherein the system comprises a controller, a configurator, an electric motor, an inverter and an output rectifier, the electric motor comprises a stator having a plurality of stator teeth and a plurality of stator windings wound on a plurality of stator teeth, while the stator winding on at least one stator tooth of the electric motor is divided into two or more coils, the inverter contains a plurality of power switching devices, the configurator contains a plurality of contactors connected to a plurality of stator windings and a plurality of power switching devices; при этомwherein в режиме тяги: in traction mode: перезаряжаемый аккумулятор подает электрическую энергию на электродвигатель через инвертор; иa rechargeable battery supplies electrical energy to the electric motor through an inverter; And две или более катушек соединены последовательно; иtwo or more coils are connected in series; And в режиме заряда: in charge mode: соединения, ассоциированные с множеством силовых переключающих устройств и обмотками статора, конфигурируются посредством конфигуратора, чтобы формировать зарядное устройство, которое потребляет электрическую энергию от внешнего источника питания, чтобы заряжать перезаряжаемый аккумулятор; иconnections associated with a plurality of power switching devices and stator windings are configured by a configurator to form a charger that consumes electrical power from an external power source to charge a rechargeable battery; And две или более катушек соединены параллельно.two or more coils are connected in parallel. 10. Способ реализации переконфигурируемой тягово-зарядной системы по п. 9, при этом10. A method for implementing a reconfigurable traction-charging system according to claim 9, while внешний источник питания является многофазным источником питания;the external power supply is a multi-phase power supply; система дополнительно содержит входной мостовой выпрямитель; иthe system additionally contains an input bridge rectifier; And входной мостовой выпрямитель, зарядное устройство и выходной выпрямитель формируют путь зарядной электроэнергии, имеющий два каскада, включающих в себя первый каскад, являющийся входным каскадом с мостовым выпрямителем с повышающим преобразователем, и второй каскад, являющийся изолированным выходным DC/DC-каскадом.an input bridge rectifier, a charger, and an output rectifier form a charging power path having two stages, including a first stage being an input stage with a boost converter bridge rectifier, and a second stage being an isolated DC/DC output stage. 11. Способ реализации переконфигурируемой тягово-зарядной системы по п. 10, при этом по меньшей мере одна обмотка статора на одном или более зубцах статора электродвигателя составляет по меньшей мере один повышающий дроссель повышающего преобразователя.11. A method for implementing a reconfigurable traction-charging system according to claim 10, wherein at least one stator winding on one or more stator teeth of the electric motor constitutes at least one step-up choke of the step-up converter. 12. Способ реализации переконфигурируемой тягово-зарядной системы по п. 9, при этом12. A method for implementing a reconfigurable traction-charging system according to claim 9, while внешний источник питания является источником питания с одной или расщепленной одной фазой;the external power supply is a single phase or split single phase power supply; система дополнительно содержит входной мостовой выпрямитель; иthe system additionally contains an input bridge rectifier; And входной мостовой выпрямитель, зарядное устройство и выходной выпрямитель формируют путь заряда, имеющий два каскада, включающих в себя первый каскад, являющийся входным каскадом с мостовым PFC-выпрямителем с повышающим преобразователем, и второй каскад, являющийся изолированным выходным DC/DC-каскадом.the input bridge rectifier, the charger and the output rectifier form a charge path having two stages including a first stage being an input stage with a PFC bridge rectifier with a boost converter and a second stage being an isolated DC/DC output stage. 13. Способ реализации переконфигурируемой тягово-зарядной системы по п. 12, при этом по меньшей мере одна обмотка статора на одном или более зубцах статора электродвигателя составляет по меньшей мере один повышающий дроссель повышающего преобразователя.13. A method for implementing a reconfigurable traction-charging system according to claim 12, wherein at least one stator winding on one or more stator teeth of the electric motor constitutes at least one step-up choke of the step-up converter. 14. Способ реализации переконфигурируемой тягово-зарядной системы по п. 9, при этом14. A method for implementing a reconfigurable traction-charging system according to claim 9, while внешний источник питания является многофазным источником питания; иthe external power supply is a multi-phase power supply; And зарядное устройство и выходной выпрямитель формируют путь заряда, имеющий два каскада, включающих в себя первый каскад, являющийся многофазным повышающим PFC входным каскадом, и второй каскад, являющийся изолированным выходным DC/DC-каскадом.the charger and the output rectifier form a charge path having two stages including a first stage being a multi-phase PFC boost input stage and a second stage being an isolated DC/DC output stage. 15. Способ реализации переконфигурируемой тягово-зарядной системы по п. 9, при этом15. A method for implementing a reconfigurable traction-charging system according to claim 9, while внешний источник питания является однофазным или имеющим одну расщепленную фазу источником питания; иthe external power supply is a single-phase or split-phase power supply; And зарядное устройство и выходной выпрямитель формируют путь заряда, имеющий два каскада, включающих в себя первый каскад, являющийся однофазным повышающим PFC входным каскадом, и второй каскад, являющийся изолированным выходным DC/DC-каскадом.the charger and the output rectifier form a charge path having two stages including a first stage being a single-phase PFC boost input stage and a second stage being an isolated DC/DC output stage. 16. Способ реализации переконфигурируемой тягово-зарядной системы по п. 9, при этом16. A method for implementing a reconfigurable traction-charging system according to claim 9, while внешний источник питания является однофазным или имеющим одну расщепленную фазу источником питания; иthe external power supply is a single-phase or split-phase power supply; And система дополнительно содержит два диода, при этом два диода, зарядное устройство и выходной выпрямитель формируют путь заряда, имеющий два каскада, включающих в себя первый каскад, являющийся однофазным двухтактным повышающим PFC входным каскадом, и второй каскад, являющийся изолированным выходным DC/DC-каскадом.the system further comprises two diodes, wherein the two diodes, the charger, and the output rectifier form a charge path having two stages, including a first stage being a single-phase push-pull PFC boost input stage and a second stage being an isolated DC/DC output stage .
RU2022115703A 2020-03-06 2021-03-08 System and method for charging electric vehicles RU2795552C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/986,232 2020-03-06

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2023111304A Division RU2023111304A (en) 2020-03-06 2021-03-08 SYSTEM AND METHOD FOR CHARGING ELECTRIC VEHICLES

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2795552C1 true RU2795552C1 (en) 2023-05-05

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5341075A (en) * 1993-03-10 1994-08-23 A.C. Propulsion, Inc. Combined motor drive and battery recharge system
WO1997002649A1 (en) * 1995-07-05 1997-01-23 The University Of Warwick Switched reluctance electric machine system
EP3057197A1 (en) * 2015-02-12 2016-08-17 Hyundai Motor Company Charging system of electric vehicle
CN108539833A (en) * 2018-05-04 2018-09-14 南通大学 One kind winding permanent magnet electricity for electric vehicle of opening drives Reconstructed on-board charging system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5341075A (en) * 1993-03-10 1994-08-23 A.C. Propulsion, Inc. Combined motor drive and battery recharge system
WO1997002649A1 (en) * 1995-07-05 1997-01-23 The University Of Warwick Switched reluctance electric machine system
EP3057197A1 (en) * 2015-02-12 2016-08-17 Hyundai Motor Company Charging system of electric vehicle
CN108539833A (en) * 2018-05-04 2018-09-14 南通大学 One kind winding permanent magnet electricity for electric vehicle of opening drives Reconstructed on-board charging system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA3136176C (en) System and method for charging batteries in electric apparatuses
Diab et al. A nine-switch-converter-based integrated motor drive and battery charger system for EVs using symmetrical six-phase machines
Haghbin et al. Grid-connected integrated battery chargers in vehicle applications: Review and new solution
Hu et al. Split converter-fed SRM drive for flexible charging in EV/HEV applications
Subotic et al. A review of single-phase on-board integrated battery charging topologies for electric vehicles
US11738653B2 (en) Integrated charger and motor control system isolated by motor
Cheng et al. An integrated SRM powertrain topology for plug-in hybrid electric vehicles with multiple driving and onboard charging capabilities
US11757298B2 (en) Charging system and method using motor driving system
KR20210018598A (en) Electric power conversion system and control method therefor
Haghbin An isolated integrated charger for electric or plug-in hybrid vehicles
RU2795552C1 (en) System and method for charging electric vehicles
Vankayalapati et al. Two stage integrated on-board charger for EVs
Shah et al. Integrated power converter with G2V and V2G capabilities for 4-phase SRM drive based EV application
Reimers et al. Switched reluctance motor drive with three-phase integrated battery charger for electric vehicle applications
US10919407B2 (en) Vehicle power system with configurable output converter
Niakinezhad et al. A new modular asymmetrical half-bridge switched reluctance motor integrated drive for electric vehicle application
US20230253818A1 (en) Multi-input charging system and method using motor driving device
US20230017022A1 (en) System for charging battery for vehicle using motor driving system
US20230011977A1 (en) Dynamically reconfigurable power converter utilizing windings of electric machine
Kumawat et al. A Universal-Input On-Board Charger Integrated Converter for SRM Drive Targeting Electric Vehicle Application
US20240048083A1 (en) Power conversion apparatus
Maurya et al. A Multimode On-Board Charger with Multiport Outputs and Reduced Switch Count for EVs
Kumawat et al. A Universal-Input On-Board Charger Integrated Power Converter for Switched Reluctance Motor Drive Based EV Application
Chen et al. Application of three-phase unfolder in electric vehicle drivetrain
Hasseni et al. Integrated On-board Electric Vehicle Charging Systems: Topologies and Control