[發(fā)明專利]一種集成式電動汽車電能變換裝置及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010460498.5
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111564983B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣棟;高加樓;孫偉;曲榮海
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02J3/32;H02J3/01;H02J3/38;B60L55/00;B60L53/22
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發(fā)明公開了一種集成式電動汽車電能變換裝置及其控制方法，屬于電動汽車領(lǐng)域，該裝置具有電機(jī)驅(qū)動模式和并網(wǎng)模式，裝置包括：逆變電路、磁集成式耦合電感、交流濾波電容模塊、電機(jī)接口模塊、電網(wǎng)接口模塊以及控制模塊；僅在電機(jī)驅(qū)動模式下，電機(jī)接口模塊使三相電機(jī)與裝置相連；僅在并網(wǎng)模式下，電網(wǎng)接口模塊使三相電網(wǎng)與裝置相連；逆變電路用于在電機(jī)驅(qū)動模式中生成所需的驅(qū)動電壓，并在并網(wǎng)模式中生成所需的控制電壓；磁集成式耦合電感用于在電機(jī)驅(qū)動模式中抑制逆變器之間的高頻環(huán)流，并在并網(wǎng)模式中與交流濾波電容模塊共同進(jìn)行電流濾波。本發(fā)明能夠在保證高集成度的前提下，使得裝置在并網(wǎng)時不會對電機(jī)產(chǎn)生任何影響，同時提高電能質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電動汽車領(lǐng)域，更具體地，涉及一種集成式電動汽車電能變換裝置及其控制方法。

背景技術(shù)

純電動汽車中的電能變換裝置一般包括電機(jī)驅(qū)動逆變器、DC/DC變換器和車載充電機(jī)。受限于車內(nèi)有限的空間以及成本，目前的車載充電機(jī)的功率等級一般在3kW至12kW之間，這難以滿足用戶對快充的需求。另一方面，電機(jī)驅(qū)動逆變器的功率等級一般是40kW至120kW，但通常逆變器裝置在充電時不會參與運(yùn)行，相關(guān)設(shè)備被閑置。從電能變換的角度上來說，電機(jī)驅(qū)動逆變器和并網(wǎng)逆變器都屬于交直流變換環(huán)節(jié)，沒有本質(zhì)的差別。所以為提升車載充電的功率等級而同時不會增加額外的成本與重量、體積，復(fù)用電機(jī)驅(qū)動逆變器來進(jìn)行并網(wǎng)充放電是一種可行的策略。集成式電動汽車電能變換裝置的基本概念應(yīng)運(yùn)而生。

現(xiàn)有的集成式電動汽車電能變換裝置根據(jù)是否復(fù)用電機(jī)繞組，可以分為兩類。第一類是復(fù)用電機(jī)逆變器做并網(wǎng)逆變器的同時，還復(fù)用電機(jī)繞組作并網(wǎng)濾波電感，如申請公布號為CN105490364A的發(fā)明專利申請中所述的方法。第二類是僅復(fù)用電機(jī)逆變器，而額外增加一套濾波器來進(jìn)行并網(wǎng)第一類裝置集成度高，但是并網(wǎng)過程對電機(jī)有顯著的影響，例如電機(jī)在并網(wǎng)過程種會產(chǎn)生損耗及溫升、振動噪聲等。另一方面，在第一類裝置中，由于濾波器僅為L型濾波器，濾波能力很有限，而電機(jī)逆變器的開關(guān)頻率通常只有5kHz到10kHz，所以在這樣的情況下進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行，電能質(zhì)量很可能無法滿足電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。對于第二類集成裝置，額外增加的濾波器在電機(jī)驅(qū)動時是閑置的，所以裝置整體的集成度比較低。同時第二類裝置還存在共模漏電流的問題，即在電機(jī)控制的過程中，三相半橋逆變器的共模電壓會在電機(jī)中激勵出高頻軸電流，嚴(yán)重影響電機(jī)的壽命。

總的來說，現(xiàn)有的集成式電動汽車電能變換裝置的綜合性能仍有待進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種集成式電動汽車電能變換裝置及其控制方法，其目的在于，在保證高集成度的前提下，使得集成裝置在并網(wǎng)時不會對電機(jī)產(chǎn)生任何影響，同時提高電能質(zhì)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種集成式電動汽車電能變換裝置，具有電機(jī)驅(qū)動模式和并網(wǎng)模式這兩種工作模式，該集成式電動汽車電能變換裝置包括：逆變電路、磁集成式耦合電感、交流濾波電容模塊、電機(jī)接口模塊、電網(wǎng)接口模塊以及控制模塊；

逆變電路、交流濾波電容模塊、電機(jī)接口模塊以及電網(wǎng)接口模塊中均包含開關(guān)器件，且所有的開關(guān)器件均與控制模塊相連接；控制模塊用于生成開關(guān)驅(qū)動信號，通過控制各開關(guān)器件的通斷，實(shí)現(xiàn)工作模式的選擇；

逆變電路具有包括兩個并聯(lián)的逆變器，且直流接口第一三相交流接口和第二三相交流接口磁集成式耦合電感具有第一三相交流接口第二三相交流接口第三三相交流接口以及第四三相交流接口交流濾波電容模塊具有三相交流接口

直流接口連接至電動汽車的直流母線，第一三相交流接口連接至第二三相交流接口第二三相交流接口連接至第四三相交流接口逆變電路用于在電機(jī)驅(qū)動模式中生成所需的驅(qū)動電壓，并在并網(wǎng)模式中生成所需的控制電壓；磁集成式耦合電感用于在電機(jī)驅(qū)動模式中抑制逆變電路中逆變器之間的高頻環(huán)流，并在并網(wǎng)模式中進(jìn)行電流濾波；