[發明專利]用于在插入式電動車輛中集成電池充電和推進的系統及方法

有效

• 申請號: 201880035383.2
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN110770069B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: K·拉克希米·瓦拉哈·耶爾;赫爾諾特·施泰因邁爾;賈斯明·熱熱那·辛庫拉
• 申請（專利權）人: 麥格納國際公司
• 主分類號: B60L1/08
• 分類號: B60L1/08;B60L1/04;B60L9/08;B60L50/60;B60L53/20;B60L53/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉雯鑫;楊林森

用于對車輛進行集成充電的系統及方法包括混合勵磁電機，混合勵磁電機作為牽引電動機操作并且混合勵磁電機包括通過氣隙與具有AC繞組的定子間隔開的轉子。AC公用線電力供應連接至AC繞組以向車輛提供電流并感應出跨氣隙并且在轉子中的磁通量。可以向定子中的DC繞組施加短路、開路或DC電壓，以減小進入轉子中的磁通量。在牽引模式下可以使用轉子上的次級線圈利用DC電壓來激勵轉子中的磁場線圈。在“自激勵電機”實施方式中，使用磁場定向控制通過定子繞組使次級線圈被激勵，并且在“外激勵電機”實施方式中，次級線圈通過單獨的初級線圈直接被激勵。

相關申請的交叉引用

本PCT專利申請要求于2017年6月2日提交的美國臨時專利申請序列號62/514,298、于2018年4月3日提交的美國臨時專利申請序列號62/651,959以及于2018年4月3日提交的美國臨時專利申請序列號62/652,003的權益。本申請的全部公開內容被認為是本申請公開內容的一部分，并且由此通過引用并入。

背景技術

存在使用通常通過與電網的連接提供的固定電力源來為插入式電動車輛(EV)的電池組充電的不同類型和布置。插入式EV充電器大致可以分為1級、2級或3級。1級充電器使用標準的單相插座(在北美為120VAC)并且在三個級別的充電器中花費最長的時間來為電池組進行充電。2級充電器使用較高的供應電壓(在北美為240VAC)并且通常由汽車制造商或其他電氣供應裝備制造商以在500美元與2000美元之間的附加成本出售。2級充電通常花費2至4小時來為典型的插入式EV的電池組進行充電。現有的3級充電器(也稱為DC快速充電器)使用高電壓DC(400VDC至500VDC)和超過100A的電流來為EV電池組充電。取決于功率水平，3級充電通常花費15至60分鐘來為典型的插入式EV的電池組進行充電。3級充電器或電動汽車供應裝備(EVSE)具有高成本，通常在30,000美元至160,000美元之間，并且目前僅在永久性公共充電站出售。

集成充電(IC)系統將電池充電功能與車輛的車載電驅動系統和電力電子設備集成。當使用IC進行充電時，EV可以是固定的，并且固定電動機的端子可以連接至公用電網以實現快速充電。流過電動機/發電機各相的基波電流的頻率為電網的頻率。通過電流和固定狀態轉子產生的氣隙中的旋轉磁場可能引起問題，特別是在現有技術中通常使用的永磁(PM)電機中。這些問題包括：a)取決于電動機的類型和相電感的相電壓波形的不對稱性；b)轉矩振蕩以及因此引起的機械振動；c)由于電流、磁場以及諧波引起的取決于PM電動機類型的銅損耗、磁芯損耗、磁損耗以及不同級別的溫度上升；以及d)如果電動機沒有以最佳的方式設計以用于集成充電和牽引應用二者，則引起的磁體不可逆的去磁。

常規的鼠籠式感應電機拓撲由于其圓柱形轉子配置和異步操作可以解決上述問題中的一些。然而，當電池組在EV的固定狀態期間正在進行充電時，感應電機轉子可能旋轉或振動。針對PMSM的各個方面的用于減小損耗并且消除轉矩振蕩/機械振動的傳統的設計工作可能降低當設計以用于牽引操作時的電動機的轉矩和電力密度。已經針對IC研究出其他類型的電動機驅動系統。

插入式電動車輛具有巨大且不斷增長的市場，插入式電動車輛可以進行快速充電而無需昂貴的級3充電器，特別是通過利用在EV中已經使用的部件。

另外地，當前的電動車輛(EV)以及插入式混合動力電動車輛(PHEV)(插入式電動車輛)通常在車輛中使用獨立的輔助DC/DC轉換器，以將來自高電壓(HV)電池組或DC母線的高電壓DC電力轉換為低電壓(LV)DC電力，該低電壓(LV)DC電力被存儲在LV?DC電池中或者用于為車輛中的電氣配件例如無線電、燈等供電。

在實踐中，僅在推進期間或當車輛點火開啟時使用DC/DC轉換器。僅在當車輛停車且點火關閉時使用車載電池充電器。目前，在當前可購得的車輛中，充電器和DC/DC轉換器是兩個獨立的設備。這兩種設備可能包含笨重的變壓器、開關以及無源部件，這可能增加設備的成本。在圖10至圖11的框圖中示出了這種傳統充電器和DC/DC轉換器的示例。

發明內容