一种开关磁阻电机无电解电容驱动充电一体化系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种开关磁阻电机无电解电容驱动充电一体化系统，包括蓄电池、母线滤波电容、功率平衡电路、不对称半桥电路、开关磁阻电机、驱动/充电切换开关和整流桥，功率平衡电路并联在蓄电池两端，由两个开关管、一个电容和一个高频电感构成。驱动模式下，功率平衡电路可消除母线上的脉动功率，实现开关磁阻电机的无电解电容驱动，提高了系统的可靠性；充电模式下，功率平衡电路复用为蓄电池的boost升压充电电路，实现开关磁阻电机的驱动/充电一体化，减小了系统的体积。本发明专利技术可兼容直流电源和交流电源，适用任意相数的开关磁阻电机。适用任意相数的开关磁阻电机。适用任意相数的开关磁阻电机。

【技术实现步骤摘要】
一种开关磁阻电机无电解电容驱动充电一体化系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及开关磁阻电机，尤其涉及一种开关磁阻电机无电解电容驱动/充电一体化系统及控制方法。

技术介绍

[0002]现有的快充网络的充电桩最高输出电压多数为500V，而车内电池包为800V，所以必须将充电桩的电压抬高后再给电池包充电。升压充电技术解决了800V电动车与800V充电网络“先有鸡还是先有蛋”的问题，既可用现有的500V的充电桩充电，未来800V充电桩建成后也可充电，是800V平台的一个过渡技术。
[0003]由于开关磁阻电机非线性和相电流换相的特点，直流电源和开关磁阻电机之间传递的能量会有很大的脉动。抑制这种脉动功率的一种简单方法就是在直流母线侧并联一个较大的电解电容。但是电解电容会大大增加整个系统的成本和尺寸。此外，电解电容寿命短、故障率高，是开关磁阻电机驱动电路中最薄弱的部分，降低了系统的可靠性。电机无电解电容技术可以提高系统可靠性、降低成本、减小体积，成为了现代电机驱动系统的一个重要方向，目前已在航空航天、工业传动和家用电器等领域得到了成功应用。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种实现单相交流电源慢充、三相交流电源以及直流电源快充多种升压充电模式，且驱动模式和充电模式不需要开关切换的开关磁阻电机无电解电容驱动充电一体化系统及控制方法。
[0005]技术方案：本专利技术的开关磁阻电机无电解电容驱动充电一体化系统，车载部分包括蓄电池、第二电容、不对称半桥电路、开关磁阻电机、整流桥和滤波器；还包括并联在蓄电池两端的功率平衡电路，所述功率平衡电路包括第七开关管、第八开关管、第一电容、和高频电感；其中：
[0006]高频电感的一端分别与第七开关管的输出端和第八开关管的输入端相连，一端与第一电容相连，第一电容的另一端与第八开关管的输出端相连；第七开关管的输入端与蓄电池的正极相连，第八开关管的输出端与蓄电池的负极相连；
[0007]所述整流桥输出端并联在第一电容两端；
[0008]当系统为驱动模式时，直流/交流电源未接入电路，整流桥不工作，通过控制功率平衡电路中的第七开关管和第八开关管，消除母线上的脉动功率，实现开关磁阻电机的无电解电容驱动，此时，第二电容为母线滤波电容；
[0009]当系统为充电模式时，直流/交流电源接入电路，整流桥工作，功率平衡电路复用为蓄电池升压充电的boost PFC电路，此时，第二电容为boost电路的输出电容。
[0010]进一步，在充电模式下，当外部为三相交流电源时，分别连接第一端子、第二端子、第三端子；当外部为单相交流电源时，分别连接第一端子、第二端子、第三端子中的任意两
个端子；当外部为直流电源时，分别连接第一端子、第二端子、第三端子中的任意两个端子或直接与正极端子、负极端子连接。
[0011]进一步，所述整流桥为采用单相桥式或三相桥式整流电路。
[0012]进一步，所述各开关管为Si或SiC可控开关管。
[0013]进一步，所述开关磁阻电机为任意相数。
[0014]进一步，实现上述开关磁阻电机无电解电容驱动充电一体化系统的电路控制；在驱动模式下，外部直流/交流电源未接入时，A相、B相、C相的控制方法相同；所述A相的控制步骤如下：
[0015]S11，第一开关管和第二开关管导通，蓄电池给A相电机绕组励磁；
[0016]S12，第一开关管和第二开关管关断，A相电机绕组上的电流通过第一二极管和第二二极管续流回馈给蓄电池。
[0017]进一步，驱动模式下，外部直流/交流电源未接入时，功率平衡电路的控制步骤如下：
[0018]S21，当母线电流高于平均电流时，第七开关管导通，部分母线电流通过高频电感L流入第一电容，第一电容充电；
[0019]S22，当母线电流等于平均电流时，第七开关管关断，高频电感上储存的电能转移给第一电容，第一电容充电；
[0020]S23，当母线电流低于平均电流时，首先第八开关管导通，第一电容放电，高频电感充电；然后第八开关管关断，第一电容通过高频电感和第七开关管的体二极管放电，补偿母线电流；
[0021]S24，当母线电流等于平均电流时，第八开关管导通，不再补偿母线电流。
[0022]进一步，充电模式下的控制步骤如下：
[0023]S31，第八开关管导通，外部电源对高频电感充电；此时，第二电容给蓄电池充电；
[0024]S32，第八开关管关断，高频电感放电，存储的能量通过第七开关管的体二极管给蓄电池和第二电容充电，通过调控第八开关管的占空比改变充电电压，与蓄电池的标称电势匹配。
[0025]本专利技术与现有技术相比，其显著效果如下：
[0026]1、本专利技术在原开关磁阻电机不对称半桥电路的基础上，加入了功率平衡电路，驱动模式下消除母线上的脉动功率，代替母线两端并联的大容值滤波电解电容，实现开关磁阻电机的无电解电容驱动，提高了系统的可靠性；
[0027]2、充电模式下，功率平衡电路复用为蓄电池的boost升压充电电路，实现开关磁阻电机驱动/充电一体化，减小了系统的体积；
[0028]3、本系统可兼容直流电源和交流电源，适用任意相数的开关磁阻电机。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的总电路示意图；
[0030]图2(a)为本专利技术在第一电动模式时工作状态时的励磁状态电路图；
[0031]图2(b)为本专利技术在第二电动模式时工作状态时的续流状态电路图；
[0032]图3(a)为本专利技术中当母线电流高于平均电流时，功率平衡电路示意图；
[0033]图3(b)为本专利技术中当母线电流等于平均电流时，功率平衡电路示意图；
[0034]图3(c)为本专利技术中当母线电流低于平均电流时，功率平衡电路中开关管导通示意图；
[0035]图3(d)为本专利技术中当母线电流低于平均电流时，功率平衡电路中开关管关断示意图；
[0036]图4(a)为本专利技术第一boost升压充电模式时工作状态：外部电源给高频电感L充电、第二电容C2给蓄电池充电状态电路图；
[0037]图4(b)为本专利技术第二boost升压充电模式时工作状态：外部电源通过电感L给蓄电池、第二电容C2充电状态电路图；
[0038]图5为本专利技术实现电机无电解电容驱动和电池充电分时复用的结构示意图。
具体实施方式
[0039]下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细描述。
[0040]本专利技术提出了一种用于电动汽车的开关磁阻电机无电解电容驱动/充电一体化系统，适用于开关磁阻电机驱动的插电式大功率混合动力汽车等各种应用场合。本专利技术在原开关磁阻电机不对称半桥电路的基础上，加入了功率平衡电路，驱动模式下消除母线上的脉动功率，代替母线两端并联的大容值滤波电解电容，实现开关磁阻电机的无电解电容驱动，提高了系统的可靠性；充电模式下，功率平衡电路复用为蓄电池升压充电的boost本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻电机无电解电容驱动充电一体化系统，车载部分包括蓄电池、第二电容(C2)、不对称半桥电路、开关磁阻电机、整流桥和滤波器；其特征在于：还包括并联在蓄电池两端的功率平衡电路，所述功率平衡电路包括第七开关管(Q7)、第八开关管(Q8)、第一电容(C1)、和高频电感(L)；其中：高频电感(L)的一端分别与第七开关管的输出端和第八开关管的输入端相连，一端与第一电容(C1)相连，第一电容(C1)的另一端与第八开关管(Q8)的输出端相连；第七开关管(Q7)的输入端与蓄电池的正极相连，第八开关管(Q8)的输出端与蓄电池的负极相连；所述整流桥输出端并联在第一电容(C1)两端；当系统为驱动模式时，直流/交流电源未接入电路，整流桥不工作，通过控制功率平衡电路中的第七开关管(Q7)和第八开关管(Q8)，消除母线上的脉动功率，实现开关磁阻电机的无电解电容驱动，此时，第二电容(C2)为母线滤波电容；当系统为充电模式时，直流/交流电源接入电路，整流桥工作，功率平衡电路复用为蓄电池升压充电的boost PFC电路，此时，第二电容(C2)为boost电路的输出电容。2.根据权利要求1所述开关磁阻电机无电解电容驱动充电一体化系统，其特征在于，在充电模式下，当外部为三相交流电源时，分别连接第一端子(P1)、第二端子(P2)、第三端子(P3)；当外部为单相交流电源时，分别连接第一端子(P1)、第二端子(P2)、第三端子(P3)中的任意两个端子；当外部为直流电源时，分别连接第一端子(P1)、第二端子(P2)、第三端子(P3)中的任意两个端子或直接与正极端子(P)、负极端子(N)连接。3.根据权利要求1所述开关磁阻电机驱动/充电一体化系统，其特征在于，所述整流桥为三相桥式整流电路或单相桥式整流电路。4.根据权利要求1所述开关磁阻电机无电解电容驱动充电一体化系统，其特征在于，所述各开关管为Si或SiC可控开关管。5.根据权利要求1所述的开关磁阻电机无电解电容驱动/充电一体化...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨姗姗，柴智远，刘闯，朱学忠，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：