用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器。其特征在于：梯阶逆变器采用三种不同的H桥组成逆变单元桥，逆变单元桥包括主逆变单元以及两个辅助逆变单元；三种不同的H桥共用一个直流电压源，不同的H桥产生不同幅值的电压，不同幅值的电压通过串联的变压器合成近似的正弦波形。本发明专利技术的梯阶逆变器通过合成不同幅值的电压而得到近似正弦波交流电来驱动电动机，并可将电动机驱动功能，车用蓄电池充电功能以及刹车能量回收功能共用在同一部件上。该梯阶逆变器与超级电容并联，能大大提高充放电的速率，改善电动汽车刹车及其能量回收效果，增加电动汽车的启动功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器。
技术介绍
现有电动汽车用交流逆变器利用蓄电池输出的直流电通过逆变器转换成三相交流电输出到电动机来驱动汽车，其控制大多采用PWM调制，控制信号频率高对外界干扰大，另外逆变器输出波形的畸变率也大，最重要的是逆变器开关损耗大。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器的技术方案，利用具有新拓扑结构的梯阶逆变器将直流逆变为近似的交流正弦波形来驱动三相电动机从而牵引汽车前行或倒退；并利用梯阶逆变器具有双向电流流向的特性，对蓄电池进行充电；而在刹车时，电动机会变为发电机运行模式并产生刹车力矩,这时梯阶逆变器就会给蓄电池及超级电容充电，也就是将汽车刹车的能量给储存起来。所述的用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器，其特征在于：梯阶逆变器采用三种不同的H桥组成逆变单元桥，逆变单元桥包括主逆变单元以及两个辅助逆变单元；三种不同的H桥共用一个直流电压源，不同的H桥产生不同幅值的电压，不同幅值的电压通过串联的变压器合成近似的正弦波形；单相或三相梯阶逆变器由三种不同额定值的所述逆变单元桥连接单相或三相不同绕组比、不同容量的变压器组成，其中一个逆变单元桥是主逆变单元，另外两个辅助逆变单元分别是第一辅助逆变单元和第二辅助逆变单元；主逆变单元功率输出占80%，第一辅助逆变单元和第二辅助逆变单元功率输出分别占16%和3%；梯阶逆变器能够通过改变H桥脉冲的角度调整其输出频率，能够通过变频来驱动并改变交流电动机的转速。所述的用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器，其特征在于所述主逆变单元以及第一辅助逆变单元和第二辅助逆变单元输出的电压波形由不同宽度不同数量的脉冲组成，设最小逆变单元输出电压的幅值为1，则主逆变单元以及第一辅助逆变单元和第二辅助逆变单元输出电压的总和为1+3+9=13，而每个波形的幅值相对于总幅值分别为1/13、3/13和9/13，幅值可以是正或负；梯阶逆变器中的不同H桥的电压输出比例是1:3:9，每个H桥的输出电压幅值的比例分别是1/13、3/13、9/13；最小的触发时间t由如下的公式决定：，f为逆变器的频率，各个脉冲的触发时间可由上式将1/13换成1/13相应的倍数得出。所述的用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器，其特征在于所述梯阶逆变器的电力电子开关采用IGBT模块，每个IGBT模块包括2个IGBT，每2个IGBT模块组成一个H桥，每个H桥的2个IGBT模块的发射极相连，每个H桥的2个IGBT模块的集电极一端连接主逆变单元或两个辅助逆变单元变压器的一端，每个H桥的2个IGBT模块的集电极另一端连接到主逆变单元或两个辅助逆变单元变压器的另一端，每个IGBT的基极分别连接控制信号；单相梯阶逆变器包括6个IGBT模块，其主逆变单元的2个IGBT模块为额定功率的80%；两个辅助逆变单元各2个IGBT模块，分别为额定功率的16%和3%；三相梯阶逆变器包括18个IGBT模块，其主逆变单元的6个IGBT模块为额定功率的80%；两个辅助逆变单元各6个IGBT模块，分别为额定功率的16%和3%。所述的用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器，其特征在于所述梯阶逆变器与电动汽车上的蓄电池通过电池管理系统直流主电路连接，梯阶逆变器通过三相转换开关分别与电动机和外接充电电源连接，梯阶逆变器还通过电池管理系统直流主电路并联设置超级电容。所述的用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器，其特征在于所述梯阶逆变器具有双向电流流动特性，电动汽车处于驱动状态时，蓄电池通过梯阶逆变器连接电动机的定子绕组，蓄电池输出的直流电通过梯阶逆变器正向操作控制转换成交流电输出到电动机，电动机运转牵引车辆前行，或通过换相开关使车辆倒退；电动汽车需要充电时，可用梯阶逆变器反向操作控制通过外接充电电源将交流电转换成直流电输出到蓄电池；若梯阶逆变器的输出频率低于其驱动的电动机的转动频率，电动机就会变为发电机运行模式，这时梯阶逆变器就会给蓄电池充电；利用梯阶逆变器换相可使电动机逆转的特性，可使电机立即停转。所述的用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器，其特征在于所述梯阶逆变器可以采用开环频率控制也可采用闭环频率控制。所述的用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器，其特征在于所述梯阶逆变器的逆变单元以及两个辅助逆变单元输出的幅值是由直流电压控制，谐波失真的数值保持不变。所述的用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器，其特征在于所述梯阶逆变器包括微处理器、驱动电路、IGBT模块和检测电路，检测电路检测直流电路及电动机运行参数并送到微处理器，微处理器输出控制信号到驱动电路，驱动电路控制IGBT模块；微处理器包括公共控制电路和H桥控制电路。本专利技术的梯阶逆变器用了三种不同的H桥式单元组成了主逆变单元以及两种辅助逆变单元；三种H桥共用一个直流电压源，而不同的H桥产生不同的振幅的电压，这些电压在串联的不同变压器的二次侧进行加减乘法叠加，合成非常近似的正弦波形，故其输出波形的畸变率很小。另外因为其输出波形主要成分的频率接近市频，而占输出成份很小的部分其频率也不过是市频的几倍，故其开关损耗很小。因为输出频率不是很高，故其控制信号频率也不用太高，所以梯阶逆变器对外界干扰也不大。本专利技术的梯阶逆变器具有双向电流流向的特性，利用这个特性，梯阶逆变器在蓄电池需要充电时，断开与电动机的联接后接入充电电源就可实现对蓄电池的充电。这样即节省了专用充电装置，又简化了电动汽车的结构并降低了成本。在汽车行驶时，若梯阶逆变器的输出频率低于电动机的转动频率，电动机就会变为发电机运行模式并产生刹车力矩，这时梯阶逆变器就会给蓄电池充电，也就是将汽车刹车的能量给储存起来了。刹车是汽车驾驶的基本需要，但是要消耗好多能量，若能将刹车能量回收起来，意义重大。梯阶逆变器与超级电容进一步配合，电动汽车的刹车回收效率会非常高，且能提高车辆的起动功率。另外，利用梯阶逆变器换相可使电动机逆转的特性，可让电机立即停转，这对于电动汽车在紧急情况下的刹车是非常有效的，并避免刹车抱死现象。附图说明图1是梯阶逆变器用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收系统示意图；图2是单相梯阶逆变器结构图；图3是三相27级梯阶逆变器基本电路图；图4-1是主逆变单元输出的电压波形；图4-2是第一辅助逆变单元输出的电压波形；图4-3是第二辅助逆变单元输出的电压波形；图5是一个IGBT开关的开环控制原理图；图6是第一个H桥的控制原理图；图7是单相梯阶逆变器的输出波形；图8是三相梯阶逆变器的输出波形；图9是三相梯阶逆变器的控制程序流程图；图10是三相梯阶逆变器在电动汽车应用中与各部件连接的单线图；图中：1-梯阶逆变器，2-蓄电池，3-三相转换开关，4-电动机，5-外接充电电源，6-超级电容，7-电池管理系统直流主电路。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术作进一步说明：本专利技术的用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器，梯阶逆变器采用三种不同的H桥组成逆变单元桥，逆变单元桥包括主逆变单元以及两个辅助逆变单元。三种不同的H桥共用一个直流电压源，不同的H桥产生不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器，其特征在于：梯阶逆变器采用三种不同的H桥组成逆变单元桥，逆变单元桥包括主逆变单元以及两个辅助逆变单元；三种不同的H桥共用一个直流电压源，不同的H桥产生不同幅值的电压，不同幅值的电压通过串联的变压器合成近似的正弦波形；单相或三相梯阶逆变器由三种不同额定值的所述逆变单元桥连接单相或三相不同绕组比、不同容量的变压器组成，其中一个逆变单元桥是主逆变单元，另外两个辅助逆变单元分别是第一辅助逆变单元和第二辅助逆变单元；主逆变单元功率输出占80%，第一辅助逆变单元和第二辅助逆变单元功率输出分别占16%和3%；梯阶逆变器能够通过改变H桥脉冲的角度调整其输出频率，能够通过变频来驱动并改变交流电动机的转速。

【技术特征摘要】
1.用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器，其特征在于：梯阶逆变器采用三种不同的H桥组成逆变单元桥，逆变单元桥包括主逆变单元以及两个辅助逆变单元；三种不同的H桥共用一个直流电压源，不同的H桥产生不同幅值的电压，不同幅值的电压通过串联的变压器合成近似的正弦波形；单相或三相梯阶逆变器由三种不同额定值的所述逆变单元桥连接单相或三相不同绕组比、不同容量的变压器组成，其中一个逆变单元桥是主逆变单元，另外两个辅助逆变单元分别是第一辅助逆变单元和第二辅助逆变单元；主逆变单元功率输出占80%，第一辅助逆变单元和第二辅助逆变单元功率输出分别占16%和3%；梯阶逆变器能够通过改变H桥脉冲的角度调整其输出频率，能够通过变频来驱动并改变交流电动机的转速。2.根据权利要求1所述的用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器，其特征在于所述主逆变单元以及第一辅助逆变单元和第二辅助逆变单元输出的电压波形由不同宽度不同数量的脉冲组成，设最小逆变单元输出电压的幅值为1，则主逆变单元以及第一辅助逆变单元和第二辅助逆变单元输出电压的总和为1+3+9=13，而每个波形的幅值相对于总幅值分别为1/13、3/13和9/13，幅值可以是正或负；梯阶逆变器中的不同H桥的电压输出比例是1:3:9，每个H桥的输出电压幅值的比例分别是1/13、3/13、9/13；最小的触发时间t由如下的公式决定：，f为逆变器的频率，各个脉冲的触发时间可由上式将1/13换成1/13相应的倍数得出。3.根据权利要求1或2所述的用于电动汽车驱动充电及刹车能量回收的梯阶逆变器，其特征在于所述梯阶逆变器的电力电子开关采用IGBT模块，每个IGBT模块包括2个IGBT，每2个IGBT模块组成一个H桥，每个H桥的2个IGBT模块的发射极相连，每个H桥的2个IGBT模块的集电极一端连接主逆变单元或两个辅助逆变单元变压器的一端，每个H桥的2个IGBT模块的集电极另一端连接到主逆变单元或两个辅助逆变单元变压器的另一端，每个IGBT的基极分别连接控制信号；单相梯阶逆变器...

【专利技术属性】
技术研发人员：亓明，陈钢，
申请(专利权)人：陈钢，亓明，
类型：发明
国别省市：浙江;33