集成電機驅動和電池充放電的功率轉換系統技術方案

本發明專利技術公開了一種集成電機驅動和電池充放電的功率轉換系統，該功率轉換系統包括：交流接口、直流接口、AC/DC變換器、電機驅動器、電機和電池；其中，電機驅動器和電機組成DC/DC變換器；DC/DC變換器的第一直流端與AC/DC變換器的直流端連接；DC/DC變換器的第二直流端與電池連接；直流接口與DC/DC變換器的第一直流端連接，用于外接直流電源或直流負載；交流接口與AC/DC變換器的交流端連接，用于外接交流電網或交流負載。本發明專利技術通過復用電機驅動器和電機組成DC/DC變換器實現電池的充放電，能夠大大降低充電機的體積、成本和重量，且支持交流充放電、直流充放電等多種充放電模式。

【技術實現步驟摘要】
集成電機驅動和電池充放電的功率轉換系統
本專利技術涉及電力電子領域，尤其涉及一種集成電機驅動和電池充放電的功率轉換系統。
技術介紹
本部分旨在為權利要求書中陳述的本專利技術實施例提供背景或上下文。此處的描述不因為包括在本部分中就承認是現有技術。隨著全球經濟的飛速發展，日益增長的能源消耗和環境污染越來越引起世界各國的高度重視。其中，汽車消耗的能源占有比例越來越高。同時，汽車尾氣帶來的污染也是一個難以解決的問題，是當今許多城市PM2.5超標的主要來源。然而，由于汽車是人們正常生活工作中不可或缺的一部分，使得汽車產業面臨能源消耗過大、電池轉換效率較低、尾氣排放超標破壞環境等問題。由于新能源汽車能夠更加高效地使用能源，同時污染物排放遠遠低于燃油汽車，尤其是純電動汽車，完全可以實現零排放，因此發展新能源汽車成為各國政府非常青睞的選擇，各國政府紛紛出臺各種鼓勵政策大力推動新能源汽車的發展。由于電能作為二次能源，不受石油資源的限制，除了煤炭之外，核能、風能、水力、太陽能、潮汐、地熱都可以用來轉化為電能，因此新能源汽車將是人類未來一段時期內最優的選擇。作為新能源汽車的必備部件，車載充電機是指固定安裝在電動汽車上的充電機，具有為電動汽車動力電池安全自動充電的能力。充電機根據電池管理系統(BMS)提供的數據，能動態調節充電電流或電壓參數，執行相應的指令，完成充電過程。由于體量巨大的新能源汽車市場保有量，將新能源汽車作為一種儲能裝置，對平抑峰谷用電將會有很大的幫助，這就需要在傳統的車載充電機單向充電功能上增加對電網放電的功能，實現動力電池的雙向充放電。此外，為滿足用戶對新能源汽車多樣化的需求，要求新能源車還能夠為負載(例如，炊具、照明和其它用戶的新能源車等)供電。車載充電機作為一種電能變換器，把交流市電轉換成一定電壓范圍的直流電，對動力電池(例如，鋰電池或鉛酸電池等)充電。隨著用戶對新能源汽車的巡航里程要求不斷提高，為了滿足用戶不受限制的出行意愿，新能源汽車廠商不斷地推出更高巡航里程的車型。通常，要提高新能源汽車的巡航里程，需要增加車載動力電池的容量。然而，更高的電池容量會帶來了另外一個亟需解決的問題：充電速度。傳統的車載充電機充電功率通常在6.6kW及以下，對高巡航里程的新能源汽車來說，一次充滿動力電池至少需要10個小時以上，充電時間太長。由此，開發一款更高功率、體積較小、能夠兼容電網、可充電也可放電的車載充電機，對提高新能源汽車的充電速度和儲能功能擴展具有很大的幫助。
技術實現思路
本專利技術實施例提供一種集成電機驅動和電池充放電的功率轉換系統，用以解決現有技術中，新能源汽車上的車載充電機與電機驅動器相互獨立設置，導致車載充電機體積較大、接線較多、空間利用率低且充電功能單一的技術問題，該方法包括：交流接口、直流接口、AC/DC變換器、電機驅動器、電機和電池；其中，電機驅動器和電機組成DC/DC變換器；DC/DC變換器的第一直流端與AC/DC變換器的直流端連接；DC/DC變換器的第二直流端與電池連接；直流接口與DC/DC變換器的第一直流端連接，用于外接直流電源或直流負載；交流接口與AC/DC變換器的交流端連接，用于外接交流電網或交流負載。本專利技術實施例中，通過復用電機驅動器和電機，利用電機驅動器和電機組成DC/DC變換器，增加AC/DC變換器，實現電池的充放電；而當電機需要驅動時，由電池提供能量，由電機驅動器驅動電機運行。當交流電網的交流電通過交流接口接入到AC/DC變換器的交流端后，AC/DC變換器將交流電網的交流電轉換為直流電，再通過DC/DC變換器將AC/DC變換器直流端輸出的直流電轉換為滿足電池電壓的直流電，從而實現電池的交流充電；當直流電源的直流電通過直流接口接入到DC/DC變換器后，DC/DC變換器將直流電源的直流電轉換為滿足電池電壓的直流電，從而實現電池的直流充電。反之，由電池輸出的直流電通過DC/DC變換器轉換為滿足AC/DC變換器直流端電壓的直流電，再通過AC/DC變換器將直流電轉換為交流電，輸出給交流負載或交流電網，從而實現電池的交流放電；由電池輸出的直流電通過DC/DC變換器轉換為滿足外接直流負載電壓的直流電，從而實現電池的直流放電。由于本專利技術實施例電池充放電的DC/DC變換器是通過復用電機驅動器和電機實現的，通過本專利技術實施例能夠大大降低充電機的體積、成本和重量，且本專利技術實施例提供的集成電機驅動和電池充放電的功率轉換系統，能夠實現交流充放電、直流充放電等多種充放電模式。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：圖1為本專利技術實施例中提供的一種集成電機驅動和電池充放電的功率轉換系統示意圖；圖2為本專利技術實施例中提供的一種AC/DC變換器復用電機驅動器兩個橋臂的功率轉換電路示意圖；圖3為本專利技術實施例中提供的一種AC/DC變換器復用電機驅動器一個橋臂的功率轉換電路示意圖；圖4為本專利技術實施例中提供的一種AC/DC變換器沒有復用電機驅動器的功率轉換電路示意圖；圖5為本專利技術實施例中提供的一種增加了直流充放電電路且AC/DC變換器復用電機驅動器兩個橋臂的功率轉換電路示意圖。具體實施方式為使本專利技術實施例的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合附圖對本專利技術實施例做進一步詳細說明。在此，本專利技術的示意性實施例及其說明用于解釋本專利技術，但并不作為對本專利技術的限定。由本申請
技術介紹
部分公開的內容可知，現有的車載充電機為一個獨立部件，由AC/DC變換器和DC/DC變換器組成，當車輛充電時，充電機將交流市電通過AC/DC變換器轉換成非隔離的直流電，然后再通過DC/DC變換器轉換成具有電隔離的直流電對電池充電。當車輛行駛時，電機驅動器將電池的直流電轉換成交流電驅動電機轉動。由于現有的車載充電機由單相電網供電，只能單向對電池充電，功率通常為幾千瓦等。隨著充電功率的提高，充電機的體積、重量和成本都會相應增加。專利技術人經研究發現，由于充電機電路拓撲中均會包含AC/DC變換器和DC/DC變換器，且新能源汽車都包含有電機驅動器和電機，而電機驅動器的功率通常都比較大(通常都在50kW以上)，且新能源車在充電時是停止狀態，電機驅動器處于停機狀態，因此，可以考慮將電機驅動器和充電機進行集成，復用電機驅動器和電機作為充電機的一部分電路，以減少接線、降低充電機體積和成本。由此，本專利技術實施例提出了一種集成電機驅動和電池充放電的功率轉換系統，通過復用電機驅動器和電機，在實現大功率充放電的同時，還具有體積小、成本低和集成度高等特點。圖1為本專利技術實施例中提供的一種集成電機驅動和電池充放電的功率轉換系統示意圖，如圖1所示，該功率轉換系統包括：交流接口101、直流接口106、AC/DC變換器102、電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種集成電機驅動和電池充放電的功率轉換系統，其特征在于，包括：交流接口、直流接口、AC/DC變換器、電機驅動器、電機和電池；/n其中，所述電機驅動器和所述電機組成DC/DC變換器；所述DC/DC變換器的第一直流端與所述AC/DC變換器的直流端連接；所述DC/DC變換器的第二直流端與所述電池連接；/n所述直流接口與所述DC/DC變換器的第一直流端連接，用于外接直流電源或直流負載；所述交流接口與所述AC/DC變換器的交流端連接，用于外接交流電網或交流負載。/n

【技術特征摘要】
1.一種集成電機驅動和電池充放電的功率轉換系統，其特征在于，包括：交流接口、直流接口、AC/DC變換器、電機驅動器、電機和電池；
其中，所述電機驅動器和所述電機組成DC/DC變換器；所述DC/DC變換器的第一直流端與所述AC/DC變換器的直流端連接；所述DC/DC變換器的第二直流端與所述電池連接；
所述直流接口與所述DC/DC變換器的第一直流端連接，用于外接直流電源或直流負載；所述交流接口與所述AC/DC變換器的交流端連接，用于外接交流電網或交流負載。


2.如權利要求1所述的功率轉換系統，其特征在于，所述電機驅動器包括：由六個開關管組成的三相逆變橋，所述三相逆變橋包括：第一橋臂、第二橋臂和第三橋臂；所述電機包括：第一繞組、第二繞組和第三繞組；所述AC/DC變換器包括：第一電感、第二電感、第三電感、由兩個開關管組成的第四橋臂；所述第一電感與所述第四橋臂連接；所述第二電感、所述第一繞組經第一轉換開關與所述第一橋臂連接；所述第三電感、所述第二繞組經第二轉換開關與所述第二橋臂連接；所述第三繞組與所述第三橋臂連接。


3.如權利要求1所述的功率轉換系統，其特征在于，所述電機驅動器包括：由六個開關管組成的三相逆變橋，所述三相逆變橋包括：第一橋臂、第二橋臂和第三橋臂；所述電機包括：第一繞組、第二繞組和第三繞組；所述AC/DC變換器包括：第一電感、第二電感、第三電感、由四個開關管組成的第四橋臂和第五橋臂；所述第一電感與所述第四橋臂連接；所述第二電感與所述第五橋臂連接；所述第一繞組與所述第一橋臂連接；所述第三電感、所述第二繞組經第二轉換開關與所述第二橋臂連接；所述第三繞組與所述第三橋臂連接。


4.如權利要求1所述的功率轉換系統，其特征在于，所述電機驅動器包括：由六個開關管組成的三相逆變橋，所述三相逆變橋包括：第一橋臂、第二橋臂和第三橋臂；所述電機包括：第一繞組、第二繞組和第三繞組；所述AC/DC變換器包括：第一電感、第二電感、第三電感、由六個開關管組成的第四橋臂、第五橋臂和第六橋臂；所述第一電感與所述第四橋臂連接；所述第二電感與所述第五橋臂連接；所述第三電感與所述第六橋...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳躍飛，
申請(專利權)人：樂金電子研發中心上海有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31