集成电机驱动及电池充电装置，包括电池；具有N个独立电机绕组的电动电机，每个电机绕组具有第一桥臂和第二桥臂；具有多个（M个）极的接触器，每个极具有第一侧和第二侧；具有2N个开关极和一个电容器的逆变器，每个开关极和电容器与电池并联；以及用于控制每个开关极状态的PWM控制电路。每个电机绕组的每个桥臂耦合至相应逆变器开关极的相位节点，至少两个电机绕组桥臂（或它的分接头）耦合至接触器极的相应第一侧，电源/功率耗散器耦合至接触器极的相应第二侧，以及在一个方面，电容器耦合在每对接触器极之间。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体上涉及用于电动车辆的集成的逆变电路/充电电路。
技术介绍
图1是三相桥逆变器和三相电机的基本组合形成的用于电动车辆的驱动电路10的电路示意图。图1中的电路10包括三相桥逆变器12(包括一个DC总线输入电容器Ci)、电池14和三相电机16。逆变器由6个晶体管(构成3对开关)形成Q1与Q2，Q3和Q4，以及Q5和Q6，每对开关与位于其中心的相应的相位节点(18a，18b，18c)形成一个开关极(switching pole)。每个相(相A、相B、相C)将功率由逆变器12提供给电机16并且耦合至对应的相位节点。图2、3、4显示了三个本领域已知的现有的无变压器的集成驱动-充电方案在的。对于这些方案中的每一个，起点为三相电压型逆变器和如图1所示的三相电机的耦合组合。在每个方案中，电机的类型可能为感应电机、无刷永磁电机或者同步磁阻电机。在每个方案中，充电期间使用具有升压模式(boost-mode)作用的开关模式功率转换。电机绕组作为感应电路兀件使用。因此，对于这些方案中的每一个，输入充电电压的峰值肯定小于电池电压。图2是使用二极管电桥的集成充电电路20的电路示意图。在图2的方案中，二极管电桥24和常规的EMI (电磁干扰)滤波器/充电端口 26被添加至图1中逆变器-电机10以提供充电功能。二极管电桥24和滤波器26通过电线28和30 (接地线G)耦合至逆变器-电机10。当在驱动模式下操作时，二极管电桥24内的每个二极管在任何时候保持反偏压(back-biased)，从而有效地将滤波器26从逆变器-电机的组合断开，进而防止在驱动模式操作期间滤波器26内产生不想要的电流。当在充电模式下操作时，输入功率(单相或三相)通过二极管电桥24进行整流以提供脉动DC (直流)电压源。接着，该电压源随后被升压以将功率输送至电池14。升压操作通过半导体开关Q3至Q6的常规脉冲宽度调制(PWM)控制并结合电机绕组产生的电感而进行。开关Ql和Q2在充电模式期间保持关闭。Q3至Q6的控制可以使得DC总线内的奇数电流谐波被取消，从而使得电容器Ci内的损耗最小化。通过使用电流ix和电压Vx保持成比例的控制功能，充电的功率因素得到优化。使用单相功率时，可以维持几乎整功率因数；使用三相功率时，功率因数仅仅降低至约96%。最大充电功率通常由电机的额定值确定。使用这个方案，对于单相操作，最大持续充电功率是持续驱动模式下额定值的约一半。对于三相操作，持续的额定值跃增至持续驱动模式下额定值的大约70%。图2所示方案的优越性在于它取消了接触器，确保了单向性(功率不能回到电站)以及能够从峰值电压低于电池电压的任何AC (交流电流)电源(例如电站)运行。这个方案的一些缺点包括因为二极管电桥而增加了成本和功率损耗，无法控制无功功率，无法提供双向操作(将功率返回至电站)，使用三相功率输入操作时功率因数下降，在电线30 (返回)和电线X、Y、Z的时间平均值之间存在高共模电压。因为共模滤波器的尺寸与共模电压成比例，这意味着必须使用适度大的共模滤波器来防止产生不想要的共模线电流。图3是使用接触器Κ2打开一个桥臂的集成充电方案32的电路示意图。使用这个方案，两个接触器(Kl，Κ2)和一个常规的EMI滤波器/充电端口 26被添加至图1中逆变器-电机10以提供充电功能。当在驱动模式下操作时，接触器Kl打开，接触器Κ2关闭，从而重新建立起图1的配置。在充电模式中，Kl关闭，Κ2打开，同时Ql至Q4提供同步整流；使用电机内固有的电机漏电感提供所需的相位端口电感。可以采用不同的PWM控制方案。在一个方案中，控制使得线电流保持为与线电压实时成比例，从而提供整功率因数运行。和前面的一样，最大充电功率通常由电机的额定值确定。通常情况下，使用这个方案，最大持续充电功率是持续驱动模式下额定值的约一半。图3方案的优点包括取消了添加的半导体组件(例如图2方案的二极管电桥24)，能够从峰值电压低于电池电压的任何电站运行，能够双向操作(将电能返回至电站)，能够提供独立的AC功率输出，以及能够控制无功功率。这个方案的缺点包括因为缺少与电机16的相A相关的电感而需要相当大的共模滤波器，在驱动模式操作期间需要相当大的接触器(Κ2)处理电机全电流，以及无法适应充电端口的三相功率输入。共模滤波器的物理尺寸与共模电压和RMS端口电流的乘积成比例。共模电感器的实际尺寸将取决于一些细节，例如芯材、热传递、以及缠绕包装因素。通常的比例常数是在25 g/kVA至100 g/kVA的范围内。图4是使用二极接触器K2打开电机中性“接头(splice)”的集成充电方案40的电路示意图。使用这个方案，电机内不设有中性接头；三个电机绕组中每个绕组的两个桥臂均被带出。两个接触器(Kl，K2)和一个常规的EMI滤波器/充电端口 26被添加至图1中逆变器-电机10以提供充电功能。当在驱动模式下操作时，接触器Kl打开，二极接触器K2关闭，从而重新建立起图1的配置。在充电模式中，接触器Kl关闭，接触器K2打开，同时Ql至Q6提供同步整流；使用电机漏电感提供所需的相位端口电感。可以采用不同的PWM控制方案。在一个这样的方案中，控制使得线电流保持为与线电压实时成比例，从而提供整功率因数运行。和前面的一样，最大充电功率通常由电机的额定值确定。通常情况下，使用这个方案，对于单相充电，最大持续充电功率是持续驱动模式下额定值的约50%。对于三相充电，持续的额定值跃增持续驱动模式下额定值的大约80%。这个方案的优点包括取消了半导体组件(例如图2的二极管电桥24)，取消了电机中性接头，能够从峰值电压低于电池电压的任何电站运行，能够适应单相和三相电站功率，能够双向操作，能够提供独立的单相和三相AC功率输出，能够控制无功功率，以及减小因为拓扑结构对称引起的充电共模电流，从而能够使用较小的共模滤波器。这个方案的缺点包括在驱动模式操作期间需要相当大的接触器(K2)处理电机全电流，以及需要六条大型电机线取代三条大型电机线。
技术实现思路
集成的电机驱动及电池充电装置，包括电池；具有N个独立电机绕组的电动电机，每个电机绕组具有第一和第二桥臂；具有多个(M个)极的接触器，每个极具有第一侧和第二侧；具有2N个开关极和一个电容器的逆变器，每个开关极和电容器与电池并联；以及用于控制每个开关极状态的PWM控制电路。每个电机绕组的每个桥臂耦合至相应逆变器开关极的相位节点，至少两个电机绕组桥臂(或其分接头(tap ))耦合至接触器极的相应第一侧，电源/功率耗散器被耦合至接触器极的相应第二侧，以及在一个方面，电容器耦合在每对接触器极之间。附图说明附图(包括在本说明书内并构成本说明书的一部分)示出了一个或更多的实施例，和实施例的描述一起，用于解释实施例的原理和实施。在附图中 图1是按照现有技术的三相逆变器和三相电机的基本组合的电路示意图。图2是按照现有技术的使用二极管电桥的集成充电方案的电路示意图。图3是按照现有技术的使用接触器打开一个桥臂的集成充电方案的电路示意图。图4是按照现有技术的使用二极接触器打开电机中性“接头”的集成充电方案的电路不意图。图5A是按照本专利技术一个实施例的具有集成充电装置的开放式三角驱动器(opendelta drive)的电路示意图。图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.29 US 12/826,6111.集成电机驱动及电池充电装置，包括: 电池； 具有N个独立电机绕组的电动电机,每个电机绕组具有第一桥臂和第二桥臂； 具有M个极的接触器，每个极具有第一侧和第二侧； 2N极桥式逆变器，所述逆变器具有2N个开关极和一个电容器，每个开关极和电容器与电池并联； 用于控制每个开关极状态的PWM控制电路， 其中每个电机绕组的每个桥臂耦合至相应逆变器开关极的相位节点，至少两个电机绕组桥臂耦合至接触器极的相应第一侧，电源/功率耗散器耦合至接触器极的相应第二侧，以及电容器耦合在每对接触器极之间。2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括: 耦合至接触器极第二侧的EMI滤波器/充电端口。3.根据权利要求1所述的装置，其中M= N。4.根据权利要求1所述的装置，其中M< N。5.根据权利要求2所述的装置，其中EMI滤波器/充电端口配置为耦合至DC电源/功率耗散器。6.根据权利要求2所述的装置，其中EMI滤波器/充电端口配置为耦合至AC电源/功率耗散器。7.根据权利要求1所述的装置，其中电感器耦合在每个接触器极第二侧和电源/功率耗散器之间。8.根据权利要求7所述的装置，进一步包括: 耦合至接触器极第二侧的EMI滤波器/充电端口。9.根据权利要求7所述的装置，其中M= N。10.根据权利要求7所述的装置，其中M< N。11.根据权利要求8所述的装置，其中EMI滤波器/充电端口配置为耦合至DC电源/功率耗散器。12.根据权利要求8所述的装置，其中EMI滤波器/充电端口配置为耦合至AC电源/功率耗散器。13.集成电机驱动及电池...
【专利技术属性】
技术研发人员：沃利·E·利佩尔，
申请(专利权)人：AC动力公司，
类型：
国别省市：
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