电动驱动装置以及电动设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种电驱动装置和电动设备。本发明专利技术提供的电动驱动装置，设置在电动设备中，用于驱动电动设备，包括：多相交流电机；直流电源；指令发送部；电流传感器；输出传感器；控制器；驱动器；逆变器，其中，多相交流电机具有j个相互独立且参数相同的多相绕组单元，逆变器具有与j个多相绕组单元一一对应连接的j个相互独立且参数相同的逆变单元，每个逆变单元具有k个相互并列连接且参数相同的逆变桥臂向对应的多相绕组单元提供k路线电流，直流电源具有j个相互独立且参数相同的电池单元，分别对应连接j个逆变单元，驱动器具有j个相互独立且参数相同的驱动单元，分别与j个逆变单元相连接，k为大于2的正整数，j为大于1的正整数。

【技术实现步骤摘要】
电动驱动装置以及电动设备
本专利技术属于交流电机领域，特别涉及一种电动驱动装置以及包含该电动驱动装置的电动设备。
技术介绍
随着各大城市雾霾天数和持续时间的增加，国家对燃油设备的尾气排放管理越来越严格；另外，在封闭的室内工作环境中，燃油设备是禁止使用的；此外，石油这种能源是不可再生的，几十年后将面临枯竭。因此，将电作为能源的电动设备如电动汽车、电动叉车等电动设备越来越受到生产商和消费者的青睐。它不但污染小、可以通过可再生能源提供电能，而且与燃油设备相比，它还具有能源利用率高、结构简单、噪声小、动态性能好和便携性高等优点。在石油资源越来越紧张的形势下，大力发展电驱动装置，特别是大功率电驱动装置如电动战车、电动军舰、电动飞行器和电驱动航空母舰等等，对于国防安全具有深远的意义。电池是电动设备的核心部件，由于目前电池制造技术水平的限制，电池单体在容量、电压和性能上还是不能满足电动设备的实际要求，为了满足电动设备高能量动力电源的要求，一般都将电池单体采用串并联结合的方式成组使用，以满足负载较大的功率需求。通过电池单体的并联增加电池组的输出电流，通过电池单体的串联增加电池组的输出电压。在电动汽车行业，纯电动乘用车的电池储能系统一般具有96～110节容量约为45～80Ah的锂离子电池；纯电动大巴的电池储能系统一般具有150～200节容量约为200～400Ah的锂离子电池。矿用电机车基本上都是由几组电池组并联来供电的，每组电池组又是由数十节电池单体串联成组的。国内电动汽车车载电池大多采用电池单体先并联再串联的连接方式。根据国家标准的要求，人体的安全电压是50伏，由于电动设备安全性能的要求，一般优先选用国家标准的电压等级48、36、24、12伏。而电动汽车装备的电机功率一般都是几十千瓦，如果采用单个三相电机的话，每一相的额定电流都是几百安培，启动电流和上坡时的电流更大，可超过一千安培。如图2所示，由于电机的工作电流很大，大容量串并联电池组的输出电流也相应很大，一般为几十到几千安培。串并联电池组与逆变器之间的连接线、连接线与电池组的接头、连接线与逆变器的接头，都将由于流过大电流而导致严重发热。这对连接线的电阻和绝缘性能、接头紧固件的接触电阻和绝缘保护都提出了较高的要求。因此，这也增加了生产成本，降低了系统的可靠性和安全性。大容量串并联电池组的整体性能并不是通过电池单体的容量和数量进行线性叠加而增强的。电池单体成组后，电池组的能量密度、功率、性能、耐久性和安全性都会有一定程度的下降。而这种情况的产生是在生产和使用电池过程中，由于电池受到了制造工艺、电池老化和环境温度等因素的影响，造成电池内阻、电压、容量等参数的不一致。相同规格和型号的电池在相同运行环境下性能参数存在差异的现象称为电池的不一致性。对于电池组系统来说，不一致性是客观存在的，且在电池组的充放电循环过程中，电池单体的充放电深度各不相同，电池组性能的发挥往往取决于性能最差的那个单体，造成电池组剩余容量无法完全发挥。这也导致部分电池单体过充电或者过放电，加剧整个电池组的性能劣化，严重时可能导致电池的爆炸或燃烧等安全事故。在电池组中，电池单体的电压不一致性会对电池组造成较大的影响，影响到电池组的容量、性能、寿命和安全等多个方面。特别是，若干个电压不一致的电池并联组成电池组后，非常容易出现电压高的电池向电压低的电池充电，形成电池组内部环流，造成电池组电量无意义地浪费，最终影响电池充放电效率。电池并联的电池均衡问题对电池组的性能起着决定性作用，且直接影响到电动设备的整体性能。并联电池组电流不平衡受多方面因素影响，包括电池容量、开路电压、内阻、初始、极化等，各因素综合作用，使并联问题变得极其复杂。当电池一致性较好时，并联连接方式对电池组的容量保持率没有太大的影响，但是当电池组中出现短板电池或者将不匹配的电池并联在一起时，参数不一致问题导致了电流不平衡，电流不平衡又会进一步导致使用条件的不一致，进而使电池组的循环性能变差。特别是，并联电池数量的增加会加剧短板电池的影响。电池组中某个电池单体意外的寿命终结往往导致整体功能失效。在电池使用过程中，采用电池管理系统对电池单体进行实时在线监测，分析判断并试图消除或控制电池不一致性的方法称为电池均衡技术。但是，电池管理系统并不具备并联管理能力，难以对并联间各单体的能量流动进行管理。并联电池数量的增加，管理的难度越大。因此电动设备核心部件的电池组中的电池均衡问题已经严重影响了大功率电动设备的续航和性能，进而影响了包括电动车、电动船、电动飞行器，乃至于国防上的电动战车、电动军舰、电动飞行器和电驱动航空母舰的发展。
技术实现思路
本专利技术是为解决上述问题而进行的，提供了一种电驱动装置和电动设备。<结构一>本专利技术提供了一种电动驱动装置，设置在电动设备中，用于驱动电动设备，包括：多相交流电机，其相数为k，具有额定线电压以及额定线电流；直流电源，具有与多相交流电机的额定线电压相对应的恒定电压，用于提供与额定线电流相对应的直流电；指令发送部，发送与多相交流电机输出的转速或转矩的值相对应的指令信号；电流传感器，检测构成多相交流电机的多相绕组单元的线电流，并发送与检测的线电流值对应的反馈信号；输出传感器，检测多相交流电机输出的转速或转矩，并发送对应的输出信号；控制器，根据指令信号、反馈信号以及输出信号计算输出控制信号；驱动器，根据控制信号产生驱动信号；逆变器，在驱动信号的作用下将直流电转换为交流电并提供给多相交流电机，具有这样的特征：其中，多相交流电机具有j个相互独立且参数相同的多相绕组单元，逆变器具有与j个多相绕组单元一一对应连接的j个相互独立且参数相同的逆变单元，每个逆变单元具有k个相互并列连接且参数相同的逆变桥臂向对应的多相绕组单元提供k路线电流，直流电源具有j个相互独立且参数相同的电池单元，分别对应连接j个逆变单元，驱动器具有j个相互独立且参数相同的驱动单元，分别与j个逆变单元相连接，k为大于2的正整数，j为大于1的正整数。本专利技术提供的电动驱动装置还可以具有这样的技术特征：其中，当逆变单元的单个桥臂正常输出的最大电流有效值为I1，多相交流电机的最大线电流有效值为IN时，多相绕组单元的个数j满足下述条件：j＞IN÷I1，其中，j为大于1的正整数。本专利技术提供的电动驱动装置还可以具有这样的特征：其中，电池单元是由一个电池单体构成、或是由至少两个电池单体串联而成。本专利技术提供的电动驱动装置还可以具有这样的特征：其中，多相交流电机为异步电机或同步电机，多相绕组单元在电枢上是对称分布的，多相绕组单元的连接方式可以是星形联结或多角形环形联结，多相交流电机绕组的并绕根数和极对数的积能被多相绕组单元的个数j整除。本专利技术提供的电动驱动装置还可以具有这样的特征：其中，每个逆变桥臂含有相互串联连接的上桥臂功率开关单元以及下桥臂功率开关单元，上桥臂功率开关单元以及下桥臂功率开关单元均是由一个功率开关管构成、或是多个性能参数一致的功率开关管并联而成的。本专利技术提供的电动驱动装置还可以具有这样的特征：其中，逆变单元是由单个智能功率模块构成的或是多个类型和参数相同的功率开关管组合构成的，功率开关管为电力场效应晶体管(PowerMOSFET)、门极可关断晶闸管(GTO)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动驱动装置，设置在电动设备中，用于驱动所述电动设备，包括：多相交流电机，其相数为k，具有额定线电压以及额定线电流；直流电源，具有与所述多相交流电机的所述额定线电压相对应的恒定电压，用于提供与所述额定线电流相对应的直流电；指令发送部，发送与所述多相交流电机输出的转速或转矩的值相对应的指令信号；电流传感器，检测构成所述多相交流电机的多相绕组单元的线电流，并发送与检测的所述线电流值对应的反馈信号；输出传感器，检测所述多相交流电机输出的转速或转矩，并发送对应的输出信号；控制器，根据所述指令信号、所述反馈信号以及所述输出信号计算输出控制信号；驱动器，根据所述控制信号产生驱动信号；逆变器，在所述驱动信号的作用下将所述直流电转换为交流电并提供给所述多相交流电机，其特征在于：其中，所述多相交流电机具有j个相互独立且参数相同的多相绕组单元，所述逆变器具有与所述j个多相绕组单元一一对应连接的j个相互独立且参数相同的逆变单元，每个所述逆变单元具有k个相互并列连接且参数相同的逆变桥臂向对应的所述多相绕组单元提供k路线电流，所述直流电源具有j个相互独立且参数相同的电池单元，分别对应连接j个逆变单元，所述驱动器具有j个相互独立且参数相同的驱动单元，分别与j个逆变单元相连接，所述k为大于2的正整数，所述j为大于1的正整数。...

【技术特征摘要】
1.一种电动驱动装置，设置在电动设备中，用于驱动所述电动设备，包括：多相交流电机，其相数为k，具有额定线电压以及额定线电流；直流电源，具有与所述多相交流电机的所述额定线电压相对应的恒定电压，用于提供与所述额定线电流相对应的直流电；指令发送部，发送与所述多相交流电机输出的转速或转矩的值相对应的指令信号；电流传感器，检测构成所述多相交流电机的多相绕组单元的线电流，并发送与检测的所述线电流值对应的反馈信号；输出传感器，检测所述多相交流电机输出的转速或转矩，并发送对应的输出信号；控制器，根据所述指令信号、所述反馈信号以及所述输出信号计算输出控制信号；驱动器，根据所述控制信号产生驱动信号；逆变器，在所述驱动信号的作用下将所述直流电转换为交流电并提供给所述多相交流电机，其特征在于：其中，所述多相交流电机具有j个相互独立且参数相同的多相绕组单元，所述逆变器具有与所述j个多相绕组单元一一对应连接的j个相互独立且参数相同的逆变单元，每个所述逆变单元具有k个相互并列连接且参数相同的逆变桥臂向对应的所述多相绕组单元提供k路线电流，所述直流电源具有j个相互独立且参数相同的电池单元，分别对应连接j个逆变单元，所述驱动器具有j个相互独立且参数相同的驱动单元，分别与j个逆变单元相连接，所述k为大于2的正整数，所述j为大于1的正整数。2.根据权利要求1所述的电动驱动装置，其特征在于：其中，当所述逆变单元的单个桥臂正常输出的最大连...

【专利技术属性】
技术研发人员：金爱娟，李少龙，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31