CN102738878A - 一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置，所述主控电路输出控制信号至驱动模块，所述驱动模块对所述控制信号进行放大隔离后输出至电力电子模块；所述电力电子模块通过第一系统切换装置连接充电支路，所述充电支路接220VAC；所述电力电子模块通过第二系统切换装置连接电机。通过一体化的设计使得车内设备结构设计更加紧密，车载设备体积密度减小、重量减轻，提高了设备的利用率；电机控制系统中的电力电子模块得到充分利用；第一系统切换装置和第二系统切换装置可靠有效的切换电力电子模块的工作状态；两种工作模式使得电动汽车与电网联网成为可能，电动汽车作为一个分布式能量源或电网可控负荷，实现车辆和电网能量的双向流动。

Description

一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置

技术领域

本发明属于电力电子传动领域，特别涉及一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置。

背景技术

随着新能源汽车的蓬勃发展，与纯电动汽车相关的一些技术开发具有研究价值和市场前景。传统的纯电动汽车一般都包括充电系统和电机控制系统两套相对独立的设备。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：

充电系统与电机控制系统都应用了电力电子功率器件，单独的设计不但增加了车载设备的体积和重量，同时设备的利用率也不高。在现有的纯电动汽车的动力系统设计中如何将二者合理有效的结合起来是一个有待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置，本发明实现了充电系统和电机控制系统的有效结合，降低了车载设备的体积和重量，提高了设备的利用率；实现了电网与电动汽车能量的双向转换，详见下文描述：

一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置，包括：主控电路，所述主控电路输出控制信号至驱动模块，所述驱动模块对所述控制信号进行放大隔离后输出至电力电子模块；所述电力电子模块通过第一系统切换装置连接充电支路，所述充电支路接220VAC；所述电力电子模块通过第二系统切换装置连接电机；所述电力电子模块接电池。

在所述电力电子模块、所述第一系统切换装置和所述第二系统切换装置之间还套接有电流传感器。

所述主控电路包括：主控功能模块、电机运行功能模块和充电功能模块，

当电动汽车运行时，所述主控功能模块切换到电机运行模式，所述电机运行功能模块发出控制信号驱动所述电机工作；当电动汽车停止时，所述主控功能模块切换到所述充电功能模块，所述充电支路工作。

所述第一系统切换装置包括：第五接触器和第六接触器，

所述第五接触器和所述第六接触器连接在所述电力电子模块和所述充电支路之间。

所述第二系统切换装置包括：第一接触器、第二接触器和第三接触器，

所述第一接触器、所述第二接触器和所述第三接触器连接在所述电力电子模块与所述电机之间。

所述充电支路包括：功率因数校正模块、第一抑制差模电感、第二抑制差模电感、抑制共模电感和第四接触器，

所述抑制共模电感的一端连接所述第一系统切换装置，另一端分别连接所述第一抑制差模电感的一端和所述第二抑制差模电感的一端，所述第一抑制差模电感的另一端和所述第二抑制差模电感的另一端分别连接所述功率因数校正模块；所述功率因数校正模块通过所述第四接触器接所述220VAC。

所述电力电子模块包括：第一功率器件、第二功率器件、第三功率器件、第四功率器件、第五功率器件、第六功率器件、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管和第六续流二极管，

当所述电机运行时，所述第一功率器件、所述第二功率器件、所述第三功率器件、所述第四功率器件、所述第五功率器件、所述第六功率器件、所述第一续流二极管、所述第二续流二极管、所述第三续流二极管、所述第四续流二极管、所述第五续流二极管和所述第六续流二极管组成三相桥式电路；

当所述电池充电时，所述第一功率器件、所述第二功率器件、所述第三功率器件、所述第四功率器件、所述第一续流二极管、所述第二续流二极管、所述第三续流二极管和所述第四续流二极管组成H相桥式电路。

本发明提供的技术方案的有益效果是：通过一体化的设计使得车内设备结构设计更加紧密，车载设备体积密度减小、重量减轻，提高了设备的利用率；电机控制系统中的电力电子模块得到充分利用；第一系统切换装置和第二系统切换装置可靠有效的切换电力电子模块的工作状态；两种工作模式使得电动汽车与电网联网成为可能，电动汽车作为一个分布式能量源或电网可控负荷，通过电网调度，实现车辆和电网能量的双向流动。

附图说明

图1为本发明提供的一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置的结构示意图；

图2为本发明提供的电机运行时的连接框图；

图3为本发明提供的充电运行时的连接框图。

附图中所列部件列表如下所示：

10：主控电路；         20：驱动模块；

30：电力电子模块；     40：电流传感器；

50：第一系统切换装置； 51：第二系统切换装置51；

60：充电支路；         70：电机；

11：主控功能模块；     12：电机运行功能模块；

13：充电功能模块；     J5：第五接触器；

J6：第六接触器；       J1：第一接触器；

J2：第二接触器；       J3：第三接触器；

J4：第四接触器；       L1：第一抑制差模电感；

L2：第二抑制差模电感； L3：抑制共模电感；

15：电池；             T1、T2、T3、T4、T5和T6：功率器件；

D1、D2、D3、D4、D5和D6：续流二极管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了实现充电系统和电机控制系统的有效结合，降低车载设备的体积和重量，提高设备的利用率；实现电网与电动汽车能量的双向转换，本发明实施例提出了一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置，参见图1，详见下文描述：

一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置，包括：主控电路10，

主控电路10输出控制信号至驱动模块20，驱动模块20对控制信号进行放大隔离后输出至电力电子模块30；电力电子模块30通过第一系统切换装置50连接充电支路60，充电支路60接220VAC；电力电子模块30通过第二系统切换装置51连接电机70；电力电子模块30接电池15。

其中，电力电子模块30通过第一系统切换装置50连接充电支路60，充电支路60接220VAC实现了整流或逆变的功能，达到电网与电池15之间电能的双向流动；电力电子模块30通过第二系统切换装置51连接电机70，驱动了电机70的运行。电池15充放电时检测充放电电流，电机70运行时检测电机70的电流。

其中，在电力电子模块30、第一系统切换装置50和第二系统切换装置51之间还套接有电流传感器40，当电池15充放电时，电流传感器40检测充放电电流；当电机70运行时，电流传感器40检测电力电子模块30输出到电机70的电流。

其中，参见图1，主控电路10包括：主控功能模块11、电机运行功能模块12和充电功能模块13，

当电动汽车运行时，主控功能模块11切换到电机运行模式，电机运行功能模块12发出控制信号驱动电机70工作；当电动汽车停止时，主控功能模块11切换到充电功能模块13，充电支路60工作。

通过主控功能模块11实现了充电支路60与电机70运行的协调工作。电机运行功能模块12控制电机70的运行，电机70发电状态时也可将电能回馈到电池15，充电功能模块13控制电网给电池15充电，及电池15放电时电网的电能回收，可以控制电池15的充电及放电。

其中，参见图2和图3，第一系统切换装置50包括：第五接触器J5和第六接触器J6，

第五接触器J5和第六接触器J6连接在电力电子模块30和充电支路60之间。

第二系统切换装置51包括：第一接触器J1、第二接触器J2和第三接触器J3，

第一接触器J1、第二接触器J2和第三接触器J3连接在电力电子模块30与电机70之间。

其中，参见图1，充电支路60包括：功率因数校正模块14、第一抑制差模电感L1、第二抑制差模电感L2、抑制共模电感L3和第四接触器J4，

抑制共模电感L3的一端连接第一系统切换装置50，另一端分别连接第一抑制差模电感L1的一端和第二抑制差模电感L2的一端，第一抑制差模电感L1的另一端和第二抑制差模电感L2的另一端分别连接功率因数校正模块14；功率因数校正模块14通过第四接触器J4接220VAC。充电时，充电支路60连接在电网电压220VAC与电力电子模块30之间，电池15放电回馈到电网的电能进行功率因数校正，对输入输出的电能进行干扰抑制。

电力电子模块30包括：第一功率器件T1、第二功率器件T2、第三功率器件T3、第四功率器件T4、第五功率器件T5、第六功率器件T6、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第五续流二极管D5和第六续流二极管D6，

当电机70运行时，第一功率器件T1、第二功率器件T2、第三功率器件T3、第四功率器件T4、第五功率器件T5、第六功率器件T6、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第五续流二极管D5和第六续流二极管D6组成三相桥式电路；

当电池15充电时，第一功率器件T1、第二功率器件T2、第三功率器件T3、第四功率器件T4、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3和第四续流二极管D4组成H相桥式电路。

参见图2，当电机70运行时，第一接触器J1、第二接触器J2和第三接触器J3闭合连接在电力电子模块30与电机70之间；第五接触器J5和第六接触器J6处于断开状态。电机70运行时电力电子模块30的六个功率器件（T1、T2、T3、T4、T5和T6）及六个续流二极管（D1、D2、D3、D4、D5和D6）组成三相桥式电路，电力电子模块30的三相输出点为由T1、T2、D1和D2组成的桥臂的中间点1，T3、T4、D3和D4组成桥臂的中间点2，由T5、T6、D5和D6组成的桥臂中间点3，三个桥臂的输出点1、2和3连接到电机70，电力电子模块30的直流母线电压由电池15提供。电力电子模块30的功率器件（T1、T2、T3、T4、T5和T6）的控制端连接到驱动模块20，由主控电路10输出控制信号给驱动模块20，驱动模块20将控制信号放大隔离后输出给电力电子模块30的功率器件（T1、T2、T3、T4、T5和T6）的控制端。

参见图3，电池15充电运行时，第五接触器J5和第六接触器J6闭合连接在电力电子模块30与充电支路60之间；此时第一接触器J1、第二接触器J2和第三接触器J3处于断开状态。电池15充电时电力电子模块30的四个功率器件（T1、T2、T3和T4）及四个续流二极管（D1、D2、D3和D4）组成H相桥式电路，由T5、T6、D5和D6组成的桥臂没有接入充电支路60。电力电子模块30的电流输入/输出点为由T1、T2、D1和D2组成的桥臂的中间点1，T3、T4、D3和D4组成桥臂的中间点2，连接到充电支路60，电力电子模块30的直流母线电压与电池15相连。电力电子模块30的功率器件（T1、T2、T3和T4）的控制端连接到驱动模块20，由主控电路10输出控制信号给驱动模块20，驱动模块20将控制信号放大隔离后输出给电力电子模块30的功率器件（T1、T2、T3和T4）的控制端。当电池15充电时电力电子模块30组成的H桥式电路对电网输入的220V单相交流电进行整流，当电池15放电时也可通过电力电子模块30将能量回馈到电网，实现该充电逆变一体化装置与电网之间能量的双向流动。

综上所述，本发明实施例提供了一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置，通过一体化的设计使得车内设备结构设计更加紧密，车载设备体积密度减小、重量减轻，提高了设备的利用率；电机控制系统中的电力电子模块得到充分利用；第一系统切换装置和第二系统切换装置可靠有效的切换电力电子模块的工作状态；两种工作模式使得电动汽车与电网联网成为可能，电动汽车作为一个分布式能量源或电网可控负荷，通过电网调度，实现车辆和电网能量的双向流动。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置，包括：主控电路（10），其特征在于，所述主控电路（10）输出控制信号至驱动模块（20），所述驱动模块（20）对所述控制信号进行放大隔离后输出至电力电子模块（30）；所述电力电子模块（30）通过第一系统切换装置（50）连接充电支路（60），所述充电支路（60）接220VAC；所述电力电子模块（30）通过第二系统切换装置（51）连接电机（70）；所述电力电子模块（30）接电池（15）。

2.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置，其特征在于，在所述电力电子模块（30）、所述第一系统切换装置（50）和所述第二系统切换装置（51）之间还套接有电流传感器（40）。

3.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置，其特征在于，所述主控电路（10）包括：主控功能模块（11）、电机运行功能模块（12）和充电功能模块（13），

当电动汽车运行时，所述主控功能模块（11）切换到电机运行模式，所述电机运行功能模块（12）发出控制信号驱动所述电机（70）工作；当电动汽车停止时，所述主控功能模块（11）切换到所述充电功能模块（13），所述充电支路（60）工作。

4.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置，其特征在于，所述第一系统切换装置（50）包括：第五接触器（J5）和第六接触器（J6），

所述第五接触器（J5）和所述第六接触器（J6）连接在所述电力电子模块（30）和所述充电支路（60）之间。

5.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置，其特征在于，所述第二系统切换装置（51）包括：第一接触器（J1）、第二接触器（J2）和第三接触器（J3），

所述第一接触器（J1）、所述第二接触器（J2）和所述第三接触器（J3）连接在所述电力电子模块（30）与所述电机（70）之间。

6.根据权利要求1或4所述的一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置，其特征在于，所述充电支路（60）包括：功率因数校正模块（14）、第一抑制差模电感（L1）、第二抑制差模电感（L2）、抑制共模电感（L3）和第四接触器（J4），

所述抑制共模电感（L3）的一端连接所述第一系统切换装置（50），另一端分别连接所述第一抑制差模电感（L1）的一端和所述第二抑制差模电感（L2）的一端，所述第一抑制差模电感（L1）的另一端和所述第二抑制差模电感（L2）的另一端分别连接所述功率因数校正模块（14）；所述功率因数校正模块（14）通过所述第四接触器（J4）接所述220VAC。

7.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车的充电逆变一体化装置，其特征在于，所述电力电子模块（30）包括：第一功率器件（T1）、第二功率器件（T2）、第三功率器件（T3）、第四功率器件（T4）、第五功率器件（T5）、第六功率器件（T6）、第一续流二极管（D1）、第二续流二极管（D2）、第三续流二极管（D3）、第四续流二极管（D4）、第五续流二极管（D5）和第六续流二极管（D6），

当所述电机（70）运行时，所述第一功率器件（T1）、所述第二功率器件（T2）、所述第三功率器件（T3）、所述第四功率器件（T4）、所述第五功率器件（T5）、所述第六功率器件（T6）、所述第一续流二极管（D1）、所述第二续流二极管（D2）、所述第三续流二极管（D3）、所述第四续流二极管（D4）、所述第五续流二极管（D5）和所述第六续流二极管（D6）组成三相桥式电路；

当所述电池（15）充电时，所述第一功率器件（T1）、所述第二功率器件（T2）、所述第三功率器件（T3）、所述第四功率器件（T4）、所述第一续流二极管（D1）、所述第二续流二极管（D2）、所述第三续流二极管（D3）和所述第四续流二极管（D4）组成H相桥式电路。

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