一种电动汽车用集成多模式功率转换器制造技术

本实用新型专利技术公开一种电动汽车用集成多模式功率转换器，包括单相交流接口、单刀双掷开关、充放电插座、单相交流电磁干扰滤波器EMI、直流端接口、直流母线开关、功率开关器件、交流电感、控制器、滤波电容、三相交流电磁干扰滤波器EMI、三相交流电机、电流传感器和电压传感器，可实现高电压需求或低电压需求下的直流‑直流的双向转换、单相交流‑直流的双向转换、直流‑电机三相交流的双向转换、直流‑电网三相交流的双向转换、单相交流‑三相交流的双向转换的多种转换模式；本实用新型专利技术各个模式共用部分器件，能够节省空间，提高控制效率，减少了功率开关器件的数量和与之配套的散热器数量，具有更小的体积、更轻的重量、更低的成本。

An integrated multi-mode power converter for electric vehicle

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车用集成多模式功率转换器
本技术涉及一种电源转换系统，具体涉及一种电动汽车用集成多模式功率转换器。
技术介绍
电动汽车作为一种低碳环保的交通工具，代表着未来汽车发展的方向，近年来发展迅速。对于电动汽车，基于其空间布置的限制，功率密度的要求，通常需要将不同功能的系统进行集成设计，同时主电路部分需要设计成共享器件的通路结构，从而达到降低体积、质量和成本，提高功率密度和整车性能的要求。为了提高电动汽车电源系统的性能，通常采用锂电池或燃料电池作为能量源，为满足负载功率和能量的需求需要采用一个DC/DC转换器进行直流电源转换，实现电压匹配；同时，为了给电池高效、快捷的充电，需要采用具备AC/DC功能的充电机，将电网中单相交流电转换成直流电进行小功率充电，或者将电网中的三相交流电转换成直流电进行大功率充电，同时在电机制动时，需要将制动能量回收至电池处进行充电，以提高能量利用率；在进行户外活动时，为了满足小功率交流用电设备的需求，又需要一个DC/AC逆变器，将电池的直流电转换成单相交流电；对于驱动电机这种大功率交流用电设备时，同样需要一个DC/AC逆变器，将电池的直流电转换成三相交流电；为了利用电动汽车对电网进行“削峰填谷”，需要将直流电逆变为交流电回馈到电网。目前，为了实现所述的多种功能，需要配备一个双向DC/DC变换器、两个AC/DC充电机、两个DC/AC逆变器、一个双向AC/AC变换器，占用了车内宝贵空间、增加了电动汽车重量和成本，降低了能量密度和整车性能。目前，有共享电机控制器的功率开关管进行DC/AC转换以进行大功率充电的方案(如比亚迪公司的201210591834.5号专利)，但是，该方案当电机输出电压较低时，也需要经过DC/DC升压后再经过电机控制器模块转换，增加了损耗。另外该方案在进行大功率充电时，需要经过三相逆变电路、DC/DC模块电路，降低效率。
技术实现思路
有鉴于此，为解决上述现有技术中的问题，本技术提供了一种电动汽车用集成多模式功率转换器，能够实现电动汽车电源的双向DC/DC转换、双向AC/DC转换、双向AC/AC转换的多功能功率转换。为实现上述目的，本技术的技术方案如下。一种电动汽车用集成多模式功率转换器，包括单相交流通路、三相交流通路和直流通路、单相交流接口、单刀双掷开关、充放电插座、单相交流电磁干扰滤波器EMI、直流端接口、直流母线开关、功率开关器件、交流电感、控制器、滤波电容、三相交流电磁干扰滤波器EMI、三相交流电机，具有高电压或低电压情况下的直流-直流的双向转换模式、直流-单相交流的双向转换模式、直流-电机三相交流的双向转换、电网三相交流-直流的双向转换模式和单相交流-三相交流的双向转换模式；所述单相交流通路电输入单相交流电磁干扰滤波器EMI进行滤波后，经过两个单刀双掷开关，连接到功率开关器件组成的其中两个桥臂上；所述直流通路经过一个并联滤波电容后，通过单刀双掷开关切换为两种通路，其中一种直接连接直流母线开关，另一种分为两个支路，分别串联电感后连接到两个桥臂的中点；所述两个桥臂的高端经过一个并联电容后连接到直流母线，所述直流母线并联滤波电容后连接到功率开关器件组成的另外三个桥臂的高端上，所述三个桥臂的中点分别连接三个支路，所述三个支路经过一个交流开关后连接到三相交流电机的三相绕组；同时还分别串联三个交流电感，并经过三相交流电磁干扰滤波器EMI后与充放电插座连接。进一步地，还包括电流传感器和电压传感器，所述单相交流接口配置一个电压传感器；所述直流母线开关配置一个电压传感器和一个电流传感器；所述直流端接口配置一个电压传感器；所述集成多模式功率转换器的三条通路分别配置一个电流传感器；所述电流传感器用于采集端口或通路的电流信号，所述电压传感器用于采集端口的电压信号进一步地，所述功率开关器件共有十个，每两个串联组合，构成五个桥臂；所述功率开关器件由硅金属氧化物半导体场效应晶体管、碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管与反并联二极管构成。进一步地，所述单相交流通路通过单相交流电磁干扰滤波器EMI、单刀双掷开关和电感将交流电压传输到后级直流电路和三相交流电路，所述单相交流电为220V/50Hz的单相交流电，所述三相交流电为380V/50Hz的三相交流电。一种电动汽车用集成多模式功率转换器的控制方法，通过改变单相交流通路、电机三相交流通路和直流通路的通断，以及充放电插座工作情况，实现以下10种模式的能量转换：模式1、直流-直流双向转换模式；将所述单相交流通路断开，所述电机三相交流通路断开，所述直流通路接通，所述充放电插座不工作，通过单刀双掷开关切换为降压模式或升压模式，对输出电压和电流大小进行控制；在升压模式下，所述直流端通过直流端电感、四个功率开关器件和直流母线端电容组成两相交错结构Boost电路，实现直流高压输出；在降压模式下，所述直流母线端通过两个功率开关器件、直流端电感、直流端电容组成的两相交错Buck电路，实现降压输出；模式2、单相交流-直流的双向转换模式；将所述直流通路接通，所述单相交流通路接通，所述电机三相交流通路断开，所述充放电插座不工作，工作模式为整流模式或逆变模式；在整流模式下，能量由电网单相交流流向直流端，完成对直流能量源的功率充电，两路桥臂其中两个功率开关器件工作于PWM模式，另外两个功率开关器件的反并二极管工作，构成无桥有源功率因数校正变换电路，通过对PWM信号的控制，提高输入端的功率因数；在逆变模式下，能量由直流端流向单相交流端；4个功率开关器件均工作于PWM模式，通过控制器进行矢量控制，完成直流到交流的转换；模式3、直流-电机三相交流的双向转换模式；将所述直流通路接通，所述单向交流通路断开，所述电机三相交流通路接通，所述充放电插座不工作，工作模式为直流电直接驱动电机模式、直流电升压驱动电机模式或电机再生制动模式；在直流电直接驱动电机模式下，电机低压需求时，能量不经DC/DC变换，直接经直流母线端，并联电容后连接到三个桥臂的高端上，所述三个桥臂的中点分别连接三个支路，所述三个支路经过交流开关后连接到三相交流电机的三相绕组，同时三路桥臂的功率开关器件工作，将直流电转换成三相交流电，完成对电机的驱动；在直流电升压驱动电机模式下，直流端通过直流端电感、四个功率开关器件和直流母线端电容组成两相交错结构Boost电路，将电压泵升到直流高压输出，经过三相桥式逆变电路，完成对电机的驱动；在电机再生制动模式下，电流由电机三相交流端流向直流端，三路桥臂中的反并联二级管工作，将电机三相交流电转换成直流电，完成对直流能量源的充电过程；模式4、直流-电网三相交流的双向转换模式；将所述直流通路接通，所述单向交流通路断开，所述电机三相交流通路断开，所述充放电插座工作，工作模式为整流模式或逆变模式；在整流模式下，电网三相电流经过充放电插头通过三相交流电磁干扰滤波器EMI后，串联三个电感后连接到三个整流桥臂的中点，三个桥臂的高端并联电容后，输出直流电至直流母线端，直流母线端通过两个功率开关器件、直流端电感、直流端电容组成的两相交错Buck电路，实现降压输出，完成对锂电池组的功率充电；在逆变模式下，由直流端提供直流电，充放电插座输出三相交流电给三相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动汽车用集成多模式功率转换器，其特征在于包括单相交流通路、三相交流通路和直流通路、单相交流接口、单刀双掷开关、充放电插座、单相交流电磁干扰滤波器、直流端接口、直流母线开关、功率开关器件、交流电感、控制器、滤波电容、三相交流电磁干扰滤波器、三相交流电机；所述单相交流通路电输入单相交流电磁干扰滤波器EMI进行滤波后，经过两个单刀双掷开关，连接到功率开关器件组成的其中两个桥臂上；所述直流通路经过一个并联滤波电容后，通过单刀双掷开关切换为两种通路，其中一种直接连接直流母线开关，另一种分为两个支路，分别串联电感后连接到两个桥臂的中点；所述两个桥臂的高端经过一个并联电容后连接到直流母线，所述直流母线并联滤波电容后连接到功率开关器件组成的另外三个桥臂的高端上，所述三个桥臂的中点分别连接三个支路，所述三个支路经过一个交流开关后连接到三相交流电机的三相绕组；同时还分别串联三个交流电感，并经过三相交流电磁干扰滤波器EMI后与充放电插座连接。

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车用集成多模式功率转换器，其特征在于包括单相交流通路、三相交流通路和直流通路、单相交流接口、单刀双掷开关、充放电插座、单相交流电磁干扰滤波器、直流端接口、直流母线开关、功率开关器件、交流电感、控制器、滤波电容、三相交流电磁干扰滤波器、三相交流电机；所述单相交流通路电输入单相交流电磁干扰滤波器EMI进行滤波后，经过两个单刀双掷开关，连接到功率开关器件组成的其中两个桥臂上；所述直流通路经过一个并联滤波电容后，通过单刀双掷开关切换为两种通路，其中一种直接连接直流母线开关，另一种分为两个支路，分别串联电感后连接到两个桥臂的中点；所述两个桥臂的高端经过一个并联电容后连接到直流母线，所述直流母线并联滤波电容后连接到功率开关器件组成的另外三个桥臂的高端上，所述三个桥臂的中点分别连接三个支路，所述三个支路经过一个交流开关后连接到三相交流电机的三相绕组；同时还分别串联三个交流电感，并经过三相交流电磁干扰滤波器EMI后与充放电插座连接。2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用集成多模式功率转换器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗玉涛，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44