[發(fā)明專利]一種集成驅(qū)動/充電裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210410336.6
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN103770656B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張磊;于安博;李華強
• 申請（專利權(quán)）人: 伊頓公司
• 主分類號: B60L11/18
• 分類號: B60L11/18;B60L15/00
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11280
• 代理人: 王勇,王博

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于EV(Electric Vehicle，電動汽車)和PHEV(Pl ug-in Hybrid Electric Vehicle，充電式混合電動汽車)的車載型充電裝置，尤其涉及一種可集成驅(qū)動和充電功能的集成驅(qū)動/充電裝置。

背景技術(shù)

EV(Electric Vehicle，電動汽車)和PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，充電式混合電動汽車)的發(fā)展越來越受到人們的關(guān)注，相比較于傳統(tǒng)的汽車來說，EV和PHEV使用電能作為驅(qū)動的源泉，不再依賴于化石能源，同時可以實現(xiàn)零排放(低排放)，有利于環(huán)境，是未來的發(fā)展方向。在EV和PHEV中，電池是一個非常重要的部件，而電池的性能和壽命不僅僅取決于電池所使用的原材料，也取決于充電的方式。目前主要有兩種形式的電動汽車充電器，一種為on-board(車載)類型，通常功率較小，無隔離，滿足常規(guī)充電(6到8小時)需求；而另一種則為off-board(非車載)類型，功率較大，一般有隔離，滿足快速充電(10到15分鐘)需求。

典型EV的結(jié)構(gòu)相對簡單，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，只有一套電池/電機系統(tǒng)，電池作為汽車的動力源，通過變換器來驅(qū)動電機。EV的核心控制部分具有2個控制單元、電池控制單元以及變換器控制單元。

典型的PHEV具有2套動力裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，一套為傳統(tǒng)的內(nèi)燃機系統(tǒng)，另一套為電池/電機系統(tǒng)，與普通的HEV(Hybrid Electric Vehicle，混合電動汽車)不同的是，PHEV的電池可以通過外部電源充電。除了電機和內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)，還有一個系統(tǒng)控制器，完成包括充電以及能量管理的任務(wù)。

在EV和PHEV中，都有電機的驅(qū)動器這個部件來確保電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電機的機械能，驅(qū)動汽車行駛。而由于電池的存在，一般都需要充電器對電池進行能量的補充，如前所述，On-board類型充電器功率小，一般隨時攜帶在車內(nèi)，因此要求其體積小，成本低，使用簡單方便。為了達成此目標(biāo)，很多學(xué)者討論了將充電器與電機的驅(qū)動器集成在一起的可能性，從而使用一套硬件平臺，在不同時段滿足驅(qū)動和充電的雙重功能。

Wally E.Rippel等人在公開號為US4920475A、題為“Integrated Traction Inverter and Battery Charger Apparatus”的美國專利中公開了一種使用電機驅(qū)動器內(nèi)的3相2電平全橋變換器與外置的電感及整流橋構(gòu)成Boost充電器的概念，在對電池充電的同時保持輸入側(cè)高功率因數(shù)。Alan G.Cocconi等人在公開號為US5341075A、題為“Combined Motor Drive and Battery Recharge System”的美國專利中進一步使用電機的繞組作為電感，再與3相2電平全橋變換器器形成Boost電路，通過使用2個開關(guān)來切斷/連接變換器和電機的繞組，從而在驅(qū)動和充電的功能之間切換。

Wally E.Rippel等人在公開號為US5099186A、題為“Integrated Motor Drive and Recharge System.”的美國專利中提出使用2套變換器和2臺電機(或者一臺電機2套繞組)來實現(xiàn)驅(qū)動器與充電器之間的集成。其思想為電機的三相繞組同時作為輸入電感，這樣可以保證三相繞組內(nèi)的電流方向一致，防止出現(xiàn)不期望的轉(zhuǎn)矩，這種思想可以用于2輪驅(qū)動的EV或PHEV中。

S.J.Lee等人在“An Integral Battery Charger for 4 Wheel Drive Electric Vehicle.”(IEEE Trans.Ind.Electron.,Vol.57,No.2,641–648,2010.6.)中提出使用4套變換器以及4臺電機構(gòu)成的驅(qū)動器/充電器集成系統(tǒng)，通過一個切換開關(guān)可以完成驅(qū)動和充電功能之間的轉(zhuǎn)換，適用于4輪驅(qū)動的EV和PHEV中。

另外，也有一些方案采用了特殊的電機結(jié)構(gòu)來進一步有效利用電機繞組的電感，從而實現(xiàn)單相或者3相的充電器與驅(qū)動器的集成，使用split繞組電機的系統(tǒng)，其思想是使用定子繞組的中心抽頭作為輸入，3相定子繞組變?yōu)?個電感，從而構(gòu)成2個3相充電器(或者是1個單相充電器)；使用繞線型轉(zhuǎn)子異步電機的定子和轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成了一個隔離的變壓器，從而實現(xiàn)了隔離式充電器系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容