一种具有有源滤波功能的插电式电动汽车集成充电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有有源滤波功能的插电式电动汽车集成充电系统，在电机驱动过程中，电动机三相绕组与三相功率变换器相连接，直流母线侧电压通过三相功率变换器逆变产生三相交流电来驱动电机。在牵引电池充电过程中，将三相功率变换器看成两部分：前端全桥变换器(FE‑FBC)与中端半桥变换器(ME‑HBC)。电感L

【技术实现步骤摘要】
一种具有有源滤波功能的插电式电动汽车集成充电系统
本专利技术涉及一种具有有源滤波功能的插电式电动汽车集成充电系统。
技术介绍
相比于动力汽车，插电式电动汽车因具有零排放、低噪声和高效率等优良特点，正得到越来越多的人关注与发展，而作为电动汽车核心技术，电动汽车驱动系统与充电系统尤为重要。传统的电动汽车将驱动系统、牵引电池充电系统和辅助电池充电系统各自独立，这不仅增加了电动汽车的体积、重量、费用，还大大地限制了电动汽车今后的发展。不仅如此，当传统的电动汽车车载充电系统接入单相电源插座对牵引电池进行充电时，会产生很大的二次纹波并注入到牵引电池中，这会极大地影响牵引电池的寿命。虽然通过在直流侧并联容量大的电解电容可以消除纹波，但电解电容体积大、寿命短、安全性能差，严重影响电动汽车的整体寿命与应用环境。针对以上问题，本专利设计了一种具有有源滤波功能的插电式集成充电系统，将充电系统与驱动系统结合为一个整体，提高了插电式电动汽车的集成度，在不需要并联大容量电解电容的情况下解决了单相充电存在二次纹波的问题。当插电式电动汽车在充电状态时，电驱动系统是停止状态，而充电系统由功率开关器件和电感构成，因此可以利用此时的电驱动系统的功率开关器构成充电系统，可以大大提高整个系统的集成度和充电灵活性，并减少系统的成本和体积。同时，也可以利用驱动系统的功率开关器件构成有源滤波模块来解决单相充电带来的二次纹波问题，避免了并联大电解电容带来的体积与寿命问题。已有的专利需要额外的有源滤波电路来消除二次纹波，并且附加辅助电池充电系统对辅助电池充电。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种具有有源滤波功能的插电式电动汽车集成充电系统，在不添加额外的电路下，可以实现在单相电网给牵引电池充电下消除二次纹波(Gridtovehicle-G2V)、牵引电池回馈能量至电网(Vehicletogrid-V2G)、牵引电池给辅助电池充电(Tractionbatterytoauxiliarybattery-T2A)和牵引电池驱动电机(Tractionbatterytomotor-T2M)这四种功能。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种具有有源滤波功能的插电式电动汽车集成充电系统，包括电机、单相PWM整流器、隔离式双向CLLC谐振电路、辅助电池vaux以及牵引电池vtra；三相电压型PWM整流器包括电感La、电容Cdc、电感Laux、电容Caux以及并联的第一至第三半桥电路，电感La的一端与第一半桥电路的中点连接，另一端连接充电接口的一端，充电接口的另一端与第二半桥电路的中点连接；电机通过继电器开关Ja分别与三个半桥电路的中点连接；电感Laux的一端与第三半桥电路的中点连接，另一端通过继电器开关Jb分别与电容Caux的一端和辅助电池vaux的正极连接，电容Caux的另一端、辅助电池vaux的负极分别连接电容Cdc的负极，电容Cdc与第一至第三半桥电路并联；隔离式双向CLLC谐振电路包括第一和第二全桥电路、高频变压器以及输出滤波电容Ctra，与高频变压器原边相连的第一全桥电路与电容Cdc并联，与高频变压器副边相连的第二全桥电路通过继电器开关Jc与电容Cdc并联；牵引电池、输出滤波电容Ctra分别与第二全桥电路并联。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术在不添加额外的电路下，可以实现在单相电网给牵引电池充电下消除二次纹波(Gridtovehicle-G2V)、牵引电池回馈能量至电网(Vehicletogrid-V2G)、牵引电池给辅助电池充电(Tractionbatterytoauxiliarybattery-T2A)和牵引电池驱动电机(Tractionbatterytomotor-T2M)这四种功能。附图说明图1是插电式电动汽车集成化充电拓扑；图2是G2V模式电路拓扑；图3是功率解耦电路的工作状态，其中，(a)是状态1，(b)是状态2，(c)是状态3，(d)是状态4；图4是双向LLC的工作状态，其中，(a)是状态1，(b)是状态2，(c)是状态3，(d)是状态4；图5是V2G模式电路拓扑；图6是T2A模式电路拓扑；图7是Buck电路的工作状态，其中，(a)是状态1，(b)是状态2；图8是T2M模式电路拓扑。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术专利提出的插电式电动汽车集成充电拓扑如图1所示。在电机驱动过程中，电动机三相绕组与三相功率变换器相连接，直流母线侧电压通过三相功率变换器逆变产生三相交流电来驱动电机。在牵引电池充电过程中，将三相功率变换器看成两部分：前端全桥变换器(FE-FBC)与中端半桥变换器(ME-HBC)。附加的电感La与FE-FBC连接后，构成了单相PWM整流器，将输入的单相交流电整成直流电，为牵引电池充电。此外，电感Laux和电容Caux串联后接入ME-HBC的中点，构成了降压式功率解耦电路，可以滤除单相充电过程中带来的二次纹波。容量很小的电容Cdc并联在直流母线侧来滤除电路中的高次谐波。8个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)Q7～Q14与高频变压器组成了隔离式双向CLLC谐振电路(BE-FBC)，将牵引电池与电网、辅助电池电气隔离，增加了整车系统的安全性。由于双向CLLC变换器具有能量双向流动的特点，因此可以将牵引电池中剩余的能量回馈至电网。在辅助电池充电过程中，牵引电池经CLLC变换器隔离后，再由ME-HBC组成的Buck电路降压后给辅助电池充电。为了实现整车系统不同功能的灵活切换，在集成充电拓扑中增加了三个继电器开关Ja、Jb和Jc。根据继电器开关的状态，可以实现整车系统集成充电拓扑的四种不同的工作模式。本专利技术提出的集成化插电式电动汽车充电系统拥有四种不同的功能，包括：电网对牵引电池充电(G2V)、电池回馈能量至电网(V2G)、牵引电池对辅助电池充电(T2A)和牵引电池驱动电机(T2M)。表一列出了不同功能下继电器与IGBT的开关状态。表1不同功能下继电器与IGBT的开关状态模式#能量流动JaJbJcQ1～Q4Q5～Q6Q7～Q14G2V1Vgrid→Vtra断开接“2”断开PWM信号PWM信号PFM信号V2G2Vtra→Vgrid断开断开断开PWM信号关PFM信号T2A3Vtra→Vaux断开接“1”断开关PWM信号PFM信号T2M4Vtra→Vdc闭合断开闭合PWM信号PWM信号...

【技术保护点】
1.一种具有有源滤波功能的插电式电动汽车集成充电系统，其特征在于，包括电机、单相PWM整流器、隔离式双向CLLC谐振电路、辅助电池v

【技术特征摘要】
1.一种具有有源滤波功能的插电式电动汽车集成充电系统，其特征在于，包括电机、单相PWM整流器、隔离式双向CLLC谐振电路、辅助电池vaux以及牵引电池vtra；
三相电压型PWM整流器包括电感La、电容Cdc、电感Laux、电容Caux以及并联的第一至第三半桥电路，电感La的一端与第一半桥电路的中点连接，另一端连接充电接口的一端，充电接口的另一端与第二半桥电路的中点连接；电机通过继电器开关Ja分别与三个半桥电路的中点连接；电感Laux的一端与第三半桥电路的中点连接，另一端通过继电器开关Jb分别与电容Caux的一端和辅助电池vaux的正极连接，电容Ca...

【专利技术属性】
技术研发人员：程鹤，杨士洋，胡义华，于东升，刘影影，谌雪妮，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32