本公开提供了“具有交错式可变电压转换器的汽车电驱动系统”。一种双向可变电压转换器在牵引电池与电机逆变器之间传输功率。所述双向可变电压转换器包括电容器、两个功率模块相桥以及具有三个绕组和仅仅四个端子的气隙变压器。所述绕组中的第一个限定所述仅仅四个端子中的第一端子和第二端子。所述第一端子与牵引电池的正端子直接电连接，并且所述第二端子与电容器的正端子以及在所述第二绕组和第三绕组之间的接点直接电连接。所述绕组中的第二个限定所述仅仅四个端子中的第三端子，所述第三端子与功率模块相桥中的一个直接电连接。所述绕组中的第三个限定所述仅仅四个端子中的第四端子，所述第四端子与功率模块相桥中的另一个直接电连接。一个直接电连接。一个直接电连接。
【技术实现步骤摘要】
具有交错式可变电压转换器的汽车电驱动系统
[0001]本公开涉及汽车电力电子系统。
技术介绍
[0002]电动化车辆(包括混合动力车辆、插电式混合动力车辆和电动车辆)被设计为由一个或若干电机(诸如AC感应电机、DC无刷电机和永磁同步电机)推进或部分地推进。电池组包括在电动化车辆中以向电机提供电力。混合动力车辆和插电式混合动力车辆还可具有能够给电池组充电和/或推进电动化车辆的内置式内燃发动机。电池组包括多个串联和/或并联的电池单元以实现高电压和/或高输出功率来满足电机的需要。电池组还向其他设备和电路(诸如DC-DC转换器、车载发电机和空调系统)提供电力。
技术实现思路
[0003]一种汽车电驱动系统包括牵引电池；电机逆变器；以及双向可变电压转换器，所述双向可变电压转换器在所述牵引电池与所述电机逆变器之间传输功率。所述双向可变电压转换器包括电容器、两个功率模块相桥以及具有三个绕组和仅仅四个端子的气隙变压器。所述绕组中的第一个限定所述仅仅四个端子中的第一端子和第二端子。所述第一端子与所述牵引电池的正端子直接电连接，并且所述第二端子与所述电容器的正端子以及在所述第二绕组和第三绕组之间的接点直接电连接。所述绕组中的第二个限定所述仅仅四个端子中的第三端子，所述第三端子与所述功率模块相桥中的一个直接电连接，并且所述绕组中的第三个限定所述仅仅四个端子中的第四端子，所述第四端子与所述功率模块相桥中的另一个直接电连接。
[0004]一种汽车电驱动系统包括牵引电池；电机逆变器；以及双向可变电压转换器，所述双向可变电压转换器在所述牵引电池与所述电机逆变器之间传输功率。所述双向可变电压转换器包括电容器、两个功率模块相桥以及具有三个芯和三个绕组的气隙变压器。所述绕组中的第一个仅缠绕在所述芯中的第一个上。所述绕组中的第二个和第三个各自缠绕在所述芯中的所述第一个上和所述芯中的第二个上。设置在所述芯中的所述第一个与第二个之间的所述芯中的第三个不使所述绕组中的任一个缠绕在其上。
[0005]一种汽车电驱动系统包括牵引电池；电机逆变器；以及双向可变电压转换器，所述双向可变电压转换器在所述牵引电池与所述电机逆变器之间传输功率。所述双向可变电压转换器包括电容器、两个功率模块相桥以及具有三个芯和三个绕组的气隙变压器。所述绕组中的第一个仅缠绕在所述芯中的第一个上。所述绕组中的第二个和第三个各自仅缠绕在所述芯中的第二个上。所述芯中的所述第一个和第二个彼此直接相邻，并且所述芯中的第三个不使所述绕组中的任一个缠绕在其上。
附图说明
[0006]图1是包括典型的交错式可变电压转换器的汽车电驱动系统的一部分的示意图。
[0007]图2是包括建议的交错式可变电压转换器的汽车电驱动系统的一部分的示意图。
[0008]图3是图2的汽车电驱动系统的一部分的示意图，其具有交错式可变电压转换器的等效电路图。
[0009]图4是包括另一种建议的交错式可变电压转换器的汽车电驱动系统的一部分的示意图。
[0010]图5是在3μH的杂散电感和内阻R
b
＝0.2Ω下的图2和图4的交错式可变电压转换器的i
B
随时间变化的曲线图。
[0011]图6是在3μH的杂散电感和内阻R
b
＝0.2Ω下的图2和图4的交错式可变电压转换器的i1和i2随时间变化的曲线图。
[0012]图7是在3μH的杂散电感和内阻R
b
＝0.2Ω下的图2和图4的交错式可变电压转换器的V
b
和V
dc
随时间变化的曲线图。
[0013]图8是在3μH的杂散电感和内阻R
b
＝0.2Ω下的图1的交错式可变电压转换器的i
B
随时间变化的曲线图。
[0014]图9是在3μH的杂散电感和内阻R
b
＝0.2Ω下的图1的交错式可变电压转换器的i1和i2随时间变化的曲线图。
[0015]图10是在3μH的杂散电感和内阻R
b
＝0.2Ω下的图1的交错式可变电压转换器的V
b
和V
dc
随时间变化的曲线图。
具体实施方式
[0016]本文中描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可以呈现各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为是限制性的，而仅是作为教导本领域技术人员以不同方式采用本专利技术的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解，参考附图中的任一附图示出和描述的各个特征可与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。所示特征的组合提供典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实现方式，可能希望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修改。
[0017]可变电压转换器(VVC)通常应用于混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)。牵引马达驱动器的性能通过VVC的升压能力得到增强，所述升压能力从低电池电压阶梯升高到DC总线电压并且确保期望的DC总线电压，而不管马达/发电机驱动器消耗或产生的功率。对于高功率/高电流VVC而言，多相桥并联以扩展VVC电流额定值。
[0018]图1示出了汽车电驱动系统10，其包括牵引电池12、马达/发电机逆变器14、DC链路电容器16以及连接在牵引电池12与DC链路电容器16之间的两相交错式VVC 18。两相交错式VVC 18包括输入电容器20、耦合电感器22和相桥24、26。耦合电感器22和输入电容器20一起工作以将电池电流纹波限制在所需范围内。对于高功率VVC而言，通常需要大型电感器和电容器来实现此目的。因此，设计的高功率VVC可能具有大体积、高重量、高成本和高损耗，这降低了电驱动系统的价值。此外，冷却和包装大型电感器和电容器可能具有挑战。
[0019]另外，牵引电池的内阻和杂散电感可能影响在现有VVC中的电池纹波电流。牵引电池可以在低温下具有大电阻(例如，在-40℃下为0.7Ω)，但在高温下具有相当低的电阻(例
如，在70℃下为0.025Ω)。当耦合电感器和输入电容器被设计用于现有的VVC以在低温下满足电池纹波电流要求时，所设计的电感器和输入电容器可能无法在高温下满足电池纹波电流要求。当耦合电感器和输入电容器被设计用于现有的VVC以在高温下满足电池纹波电流要求时，所设计的电感器和输入电容器可能具有较大的尺寸。
[0020]因此，关于如何设计具有小电感器和小电容器的高功率交错式VVC的问题仍然存在。同时，无论电池内部阻抗如何，电池纹波电流都应保持在低水平下。
[0021]这里，提出了VVC来解决上述问题。当与现有解决方案相比时，这种VVC可以降低电感和电容。此外，即使电池内部阻抗可以在较宽的范围内改变，电池纹波电流也总是相当低，这表明对电池内部阻抗改变的稳健的性能。
[0022]图2和图3示出了汽车电驱动系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种汽车电驱动系统，其包括：牵引电池；电机逆变器；以及双向可变电压转换器，所述双向可变电压转换器被配置为在所述牵引电池与所述电机逆变器之间传输功率，并且包括电容器、两个功率模块相桥以及具有三个绕组和仅仅四个端子的气隙变压器，其中所述绕组中的第一个限定所述仅仅四个端子中的第一端子和第二端子，其中所述第一端子与所述牵引电池的正端子直接电连接，所述第二端子与所述电容器的正端子以及在所述第二绕组和第三绕组之间的接点直接电连接，其中所述绕组中的第二个限定所述仅仅四个端子中的第三端子，所述第三端子与所述功率模块相桥中的一个直接电连接，以及所述绕组中的第三个限定所述仅仅四个端子中的第四端子，所述第四端子与所述功率模块相桥中的另一个直接电连接。2.如权利要求1所述的汽车电驱动系统，其中所述气隙变压器包括三个芯并且其中三个绕组中的每一个缠绕在所述芯中的同一个上。3.如权利要求1所述的汽车电驱动系统，其中所述气隙变压器包括三个芯并且其中所述绕组中的所述第二个和第三个各自缠绕在所述芯中的相同的两个上。4.如权利要求1所述的汽车电驱动系统，其中所述气隙变压器包括三个芯并且其中所述绕组中的所述第二个和第三个各自仅缠绕在所述芯中的一个上。5.如权利要求1所述的汽车电驱动系统，其中所述气隙变压器包括三个芯并且其中所述芯中的一个不使所述三个绕组中的任一个缠绕在其上。6.如权利要求4所述的汽车电驱动系统，其中所述芯中的所述一个设置在所述芯中的所述另外两个之间。7.如权利要求1所述的汽车电驱动系统，其中所述气隙变压器包括三个芯并且其中所述绕组中的所述第一个仅缠绕在所述芯中的一个上。8.一种汽车电驱动系统，其包括：牵引电池；电机逆变器；以及双向可变电压转换器，所述双向可变电压转换器被配置为在所述牵引电池与电机逆变器之间传输功率，并且包括电容器、两个功率模块相桥以及具有三个芯和三个绕组的气隙变压器，其中所述绕组中的第一个仅缠绕在所述芯中的第一个上，其中所述绕组中的第二个和第三个各自缠绕在所述芯中的所述第一个上和所述芯中的第二个上，以及设置在所述芯中的所述第一个与第二个之间的所...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛宝明，陈礼华，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：
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