一种电动汽车能量源系统结构技术方案

本发明专利技术公开了一种电动汽车能量源系统结构，涉及电力电子功率变换技术领域，包括：电机控制器，电机控制器控制三相逆变器的输出电压、频率和幅值，三相逆变器控制三相交流电动机，三相交流电动机驱动电动汽车车轮；电机控制器控制电动汽车控制单元，电动汽车控制单元通过蓄电池管理单元和能量双向流动控制器控制n个36伏蓄电池的能量流动，每个所述36伏蓄电池连接复合双向三电平直流变换器的低压直流侧；所述复合双向三电平直流变换器的高压侧输出425伏高压直流母线电压至所述三相逆变器。本发明专利技术避免了配备复杂的充放电均衡设备、系统异常和瘫痪，提高了安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉 及电力电子功率变换
，特别涉及一种电动汽车能量源系统结构。
技术介绍
在石油资源日益紧张和绿色环保不断重视的双重约束下，电动汽车取代传统的燃油汽车已经是一个不可阻挡的趋势。以蓄电池、燃料电池和超级电容作为电动汽车能量源，以交流电动机作为驱动部件的基本架构业已成熟。而能量源的有限直流电能如何安全、高效地转换成电动汽车的驱动力，是电动汽车领域的研究热点和难点。驱动电动汽车的电动机额定电压为几百伏，将低压蓄电池串联可以获得较高的直流母线电压，但同时客观地存在以下几个问题(1)蓄电池的串联，容易引起某些串联单元的过充和过放问题，需要额外配备复杂的充放电均衡设备；(2)任何一个串联单元的异常，将导致整个能量源系统异常甚至瘫痪；(3)串联蓄电池组相当于一个高压直流电源，即使在电动汽车发生交通事故情况下仍可能处于高电压状态，这极易对已发生事故的乘客造成触电的二次危害。因此，从电动汽车的经济性、可靠性和安全性问题出发，利用电力电子变换技术来改进现有的电动汽车能量源系统，具有重要的经济价值和社会价值。
技术实现思路
为了避免配备复杂的充放电均衡设备、系统异常和瘫痪，提高安全性，本专利技术提出了一种电动汽车能量源系统结构，详见下文描述一种电动汽车能量源系统结构，包括电机控制器，所述电机控制器控制三相逆变器的输出电压、频率和幅值，所述三相逆变器控制三相交流电动机，所述三相交流电动机驱动电动汽车车轮；所述电机控制器控制电动汽车控制单元，所述电动汽车控制单元通过蓄电池管理单元和能量双向流动控制器控制η个36伏蓄电池的能量流动，每个所述36伏蓄电池连接复合双向三电平直流变换器的低压直流侧；所述复合双向三电平直流变换器的高压侧输出425伏高压直流母线电压至所述三相逆变器；其中，所述复合双向三电平直流变换器包括低压直流侧滤波电容、高压直流侧第一滤波电容、高压直流侧第二滤波电容、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管、第六续流二极管、第七续流二极管、第八续流二极管、第一箝位二极管、第二箝位二极管、第三箝位二极管、第四箝位二极管、第一可控功率开关、第二可控功率开关、第三可控功率开关、第四可控功率开关、第五可控功率开关、第六可控功率开关、第七可控功率开关、第八可控功率开关、高压直流侧母线电压、低压直流侧母线电压和储能电感，所述三电平双向直流变换器由2个半桥构成，所述低压直流侧母线电压的正极性端分别与所述储能电感的一端和所述低压直流侧滤波电容的一端相连，所述低压直流侧母线电压的负极性端分别与所述低压直流侧滤波电容的另一端和右半桥的中点相连；所述储能电感的另一端连接左半桥的中点，所述左半桥的中点分别与所述第二续流二极管的阳极、所述第二可控功率开关的发射极、所述第三可控功率开关的集电极和所述第三续流二极管的阴极相连；所述第二续流二极管的阴极分别与所述第二可控功率开关的集电极、所述第一可控功率开关的发射极、所述第一续流二极管的阳极和所述第一箝位二极管的阴极相连；所述第一续流二极管的阴极分别与所述第一可控功率开关的集电极、所述第五可控功率开关的集电极、所述第五续流二极管的阴极、所述高压直流侧第一滤波电容的一端和所述高压直流侧母线电压的正极性端相连；所述第三续流二极管的阳极分别与所述第三可控功率开关的发射极、所述第四可控功率开关的集电极、所述第四续流二极管的阴极和所述第二箝位二极管的阳极相连；所述第二箝位二极管的阴极分别与所述第一箝位二极管的阳极、所述第三箝位二极管的阳极、所述第四箝位二极管的阴极、所述高压直流侧第一滤波电容的另一端和所述高压直流侧第二滤波电容的一端相连；所述第四续流二极管的阳极分别与所述第四可控功率开关的发射极、所述第八可控功率开关的发射极、所述第八续流二极管的阳极、所述高压直流侧第二滤波电容的另一端和所述高压直流侧母线电压的负极性端相连；所述第五续流二极管的阳极分别与所述第五可控功率开关的 发射极、所述第三箝位二极管的阴极、所述第六可控功率开关的集电极和所述第六续流二极管的阴极相连；所述第四箝位二极管的阳极分别与所述第七可控功率开关的发射极、所述第八可控功率开关的集电极、所述第七续流二极管的阳极和所述第八续流二极管的阴极相连；所述第七续流二极管的阴极、所述第七可控功率开关的集电极、所述第六可控功率开关的发射极和所述第六续流二极管的阳极同时连接所述右半桥的中点。所述第一可控功率开关、所述第二可控功率开关、所述第三可控功率开关、所述第四可控功率开关、所述第五可控功率开关、所述第六可控功率开关、所述第七可控功率开关和所述第八可控功率开关具体为低耐压的可控功率开关。本专利技术提供的技术方案的有益效果是本专利技术可以在电动汽车异常状态下柔性封锁复合双向三电平直流变换器的工作，消除高压直流母线在事故状态下的危害性，而各个低压蓄电池为安全电压，“落后”电池的出力影响程度要远远小于蓄电池组串联方式；本专利技术通过复合双向三电平直流变换器，将蓄电池组间的电压、电流解耦，单个蓄电池的输出电压、电流完全通过复合双向三电平直流变换器的缓冲而消除相互间的制约关系，可以最大程度地利用有限的能量源；本专利技术避免了配备复杂的充放电均衡设备、系统异常和瘫痪，提高了安全性。附图说明图I是本专利技术提供的一种电动汽车能量源系统结构的示意图；图2是本专利技术提供的复合双向三电平直流变换器的电路示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下Uhigh :高压直流侧母线电压；Ulov :低压直流侧母线电压；Cfl :低压直流侧滤波电容；Cf2 :高压直流侧第一滤波电容；Cf3 :高压直流侧第二滤波电容； S1 :第一可控功率开关；S2:第二可控功率开关；S3:第三可控功率开关；S4:第四可控功率开关；S5:第五可控功率开关；S6:第六可控功率开关；S7:第七可控功率开关；S8:第八可控功率开关；Lf:储能电感；Dcl :第一箝位二极管；Dci2 :第二箝位二极管；Dc3 :第三箝位二极管；Dc4:第四箝位二极管；D1 :第一续流二极管；D2 :第二续流二极管；D3:第三续流二极管；D4:第四续流二极管；D5 :第五续流二极管；D6 :第六续流二极管；D7:第七续流二极管；D8:第八续流二极管。 具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。为了避免配备复杂的充放电均衡设备、系统异常和瘫痪，提高安全性，本专利技术实施例提出了一种电动汽车能量源系统结构，参见图I和图2，详见下文描述人体的安全电压为36V直流电压，同时为了能够获得与串联蓄电池组相同的能量源功率，需要将多个36V蓄电池“并联”。而蓄电池之间存在着差异性，蓄电池的直接并联会给蓄电池带来致命的影响；另外，低压蓄电池与所要求的高压直流母线电压间存在着电压等级匹配悬殊问题，并且电动汽车制动、下坡产生的能量需要回收。鉴于此，本专利技术实施例拟通过一种复合双向三电平直流变换器，将一组独立的低压蓄电池分别通过该种变换器“并联”到高压直流母线侧，进而构成电动汽车的低压电源-高压驱动的能量源系统，这对于解决当前电动汽车的经济性、可靠性和安全性问题具有重要的意义。一种电动汽车能量源系统结构，包括电机控制器，电机控制器控制三相逆变器的输出电压、频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动汽车能量源系统结构，包括：电机控制器，所述电机控制器控制三相逆变器的输出电压、频率和幅值，所述三相逆变器控制三相交流电动机，所述三相交流电动机驱动电动汽车车轮；所述电机控制器控制电动汽车控制单元，所述电动汽车控制单元通过蓄电池管理单元和能量双向流动控制器控制n个36伏蓄电池的能量流动，其特征在于，每个所述36伏蓄电池连接复合双向三电平直流变换器的低压直流侧；所述复合双向三电平直流变换器的高压侧输出425伏高压直流母线电压至所述三相逆变器；其中，所述复合双向三电平直流变换器包括：低压直流侧滤波电容（Cf1）、高压直流侧第一滤波电容(Cf2)、高压直流侧第二滤波电容(Cf3)、第一续流二极管(D1)、第二续流二极管(D2)、第三续流二极管(D3)、第四续流二极管(D4)、第五续流二极管(D5)、第六续流二极管(D6)、第七续流二极管(D7)、第八续流二极管(D8)、第一箝位二极管(Dc1)、第二箝位二极管(Dc2)、第三箝位二极管(Dc3)、第四箝位二极管(Dc4)、第一可控功率开关（S1）、第二可控功率开关（S2）、第三可控功率开关（S3）、第四可控功率开关（S4）、第五可控功率开关（S5）、第六可控功率开关（S6）、第七可控功率开关（S7）、第八可控功率开关（S8）、高压直流侧母线电压（Uhigh）、低压直流侧母线电压（Ulow）和储能电感（Lf），所述三电平双向直流变换器由2个半桥构成，所述低压直流侧母线电压（Ulow）的正极性端分别与所述储能电感（Lf）的一端和所述低压直流侧滤波电容（Cf1）的一端相连，所述低压直流侧母线电压（Ulow）的负极性端分别与所述低压直流侧滤波电容（Cf1）的另一端和右半桥的中点（b）相连；所述储能电感（Lf）的另一端连接左半桥的中点（a），所述左半桥的中点（a）分别与所述第二续流二极管（D2）的阳极、所述第二可控功率开关（S2）的发射极、所述第三可控功率开关（S3）的集电极和所述第三续流二极管（D3）的阴极相连；所述第二续流二极管（D2）的阴极分别与所述第二可控功率开关（S2）的集电极、所述第一可控功率开关（S1）的发射极、所述第一续流二极管（D1）的阳极和所述第一箝位二极管（Dc1）的阴极相连；所述第一续流二极管（D1）的阴极分别与所述第一可控功率开关（S1）的集电极、所述第五可控功率开关（S5）的集电极、所述第五续流二极管（D5）的阴极、所述高压直流侧第一滤波电容（Cf2）的一端和所述高压直流侧母线电压（Uhigh）的正极性端相连；所述第三 续流二极管（D3）的阳极分别与所述第三可控功率开关（S3）的发射极、所述第四可控功率开关（S4）的集电极、所述第四续流二极管（D4）的阴极和所述第二箝位二极管（Dc2）的阳极相连；所述第二箝位二极管（Dc2）的阴极分别与所述第一箝位二极管（Dc1）的阳极、所述第三箝位二极管（Dc3）的阳极、所述第四箝位二极管（Dc4）的阴极、所述高压直流侧第一滤波电容（Cf2）的另一端和所述高压直流侧第二滤波电容（Cf3）的一端相连；所述第四续流二极管（D4）的阳极分别与所述第四可控功率开关（S4）的发射极、所述第八可控功率开关（S8）的发射极、所述第八续流二极管（D8）的阳极、所述高压直流侧第二滤波电容（Cf3）的另一端和所述高压直流侧母线电压（Uhigh）的负极性端相连；所述第五续流二极管（D5）的阳极分别与所述第五可控功率开关（S5）的发射极、所述第三箝位二极管（Dc3）的阴极、所述第六可控功率开关（S6）的集电极和所述第六续流二极管（D6）的阴极相连；所述第四箝位二极管（Dc4）的阳极分别与所述第七可控功率开关（S7）的发射极、所述第八可控功率开关（S8）的集电极、所述第七续流二极管（D7）的阳极和所述第八续流二极管（D8）的阴极相连；所述第七续流二极管（D7）的阴极、所述第七可控功率开关（S7）的集电极、所述第六可控功率开关（S6）的发射极和所述第六续流二极管（D6）的阳极同时连接所述右半桥的中点（b）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张云，邵虹君，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：