[發明專利]具有容錯能力的電動汽車驅動和充電系統及故障重構方法

有效

• 申請號: 201710276717.2
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107017816B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 魏佳丹;薛嘉成;季建豪
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P25/18;B60L15/00;B60L53/22
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;徐曉鷺

本發明公開一種具有容錯能力的電動汽車驅動和充電系統及故障重構方法，所述系統包括車載蓄電池、雙三相變換器、開繞組電機、容錯開關、充電開關，所述車載蓄電池連接于雙三相變換器的直流側，開繞組電機采用分裂繞組結構，每相繞組的中心點連接于充電開關，容錯開關連接于開繞組電機對應相繞組的兩端，正常運行過程中，車載蓄電池通過雙三相變換器控制開繞組電機實現驅動功能，三相交流電源通過充電開關和分裂繞組結構開繞組電機，由雙三相變換器反向給蓄電池充電，容錯運行過程中，雙三相變換器的一相或兩相橋臂出現開路故障之后，對應的容錯開關實現雙三相變換器拓撲的重構，并結合相應的驅動和充電控制，實現系統故障容錯后的驅動和充電功能。

技術領域

本發明涉及一種具有故障容錯能力的電動汽車驅動和快速充電一體化系統，屬于電機系統及控制領域。

背景技術

電動汽車作為當前解決交通領域環境污染和能源危機的重要途徑，越發受到全球領域的關注，在當前汽車行業技術日益成熟的今天，電動汽車普及推廣的關鍵制約問題為蓄電池及其充電技術，其中充電技術成為電動汽車續航和成本的關鍵。目前電動汽車的蓄電池充電方式主要又兩種，一種車載慢充裝置，將蓄電池的充電裝置安置電動汽車上，可以利用普通單相交流電源或安置于公共建筑(公共樓宇、商場、公共停車場等)和居民小區停車場內的充電插座或者充電樁直接充電，具有充電便利的優點，但是該慢速充電裝置存在的問題是充電功率比較小，車載蓄電池充滿電耗時較長，影響到電動汽車的利用率，并且該車載充電機在電動汽車行駛過程中為固有的負載，影響整車運行性能的提升；另外一種為解決慢充裝置充電速度的快速充電樁，通常布置于專用充電站，通過大功率變換器將工業三相交流電轉換為大功率直流電，直接給車載蓄電池充電，可以在短時內快速完成蓄電池的充電，能夠有效提高電動汽車的充電效率和利用率，但是該快速充電裝置由于功率、體積和重量較大，安裝于電動汽車嚴重占據電動汽車有限的空間和重量資源，在推廣電動汽車的應用過程中需要輔助建立配套的快速充電站，同樣在成本、場地和環境適應性等方面也受到了很大的限制。

目前電動汽車系統中驅動變換器將蓄電池的直流電能根據驅動電機的需求轉換為交流電，僅實現了驅動功能，在車載蓄電池充電過程中，該驅動變換器并不工作，而是由額外的慢充或快充裝置給蓄電池充電，使得電動汽車系統中驅動和充電過程需要分別的裝置，導致電動汽車不可避免的面臨著充電時間和便利性的問題，而驅動電機功率變換器自身具有四象限和能量雙向流動的特點，為有效利用電動汽車車載設備，專利CN102738878A利用電機驅動用電力電子變換器，在驅動過程連接電機，充電過程利用兩相變換器橋臂，通過切換開關連接單相交流電源，實現車載慢沖裝置的功能。也有專利CN201410831633.7、CN106183875A充分利用電動汽車驅動用雙向功率變換器，在驅動運行過程雙向功率變換器連接三相電機，充電運行過程中，通過切換開關將驅動電機切除，通過隔離變壓器或濾波電感接入三相交流電源，控制雙向功率變換器工作于PWM整流模式，為車載蓄電池充電。上述利用驅動變換器和電機構成車載充電裝置不但可以有效提高電動汽車車載設備的利用率，還能夠實現車載充電和驅動裝置一體化集成功能，不僅能夠減少設備占用的電動汽車寶貴的體積和重量資源，還能夠解決傳統快速充電所受到的充電站建設條件的限制等問題，成為當前電動汽車驅動和充電一體化系統的主要發展方向。

然而功能復用的電力電子變換器作為電動汽車驅動和充電系統的關鍵部件，其自身在開關調制過程承受各種電壓和電流應力，工作模式的切換過程更加使得系統運行可靠性受到影響，作為電動汽車系統中比較薄弱的環節，可靠性又直接影響到電動汽車驅動性能，為此，在電動汽車驅動系統的設計通常需要設計多相繞組結構電機配合多橋臂變換器或者為驅動功率變換器側增加冗余度，在電機繞組或變換器故障之后，能夠利用系統冗余度在維持驅動系統一定性能的條件下，實現故障后容錯運行，但是多相結構電機的不成熟性、冗余變換器的低利用率問題又直接影響到該冗余方案在電動汽車系統中的推廣和應用。