[发明专利]一种集成驱动/充电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于EV(Electric Vehicle，电动汽车)和PHEV(Pl ug-in Hybrid Electric Vehicle，充电式混合电动汽车)的车载型充电装置，尤其涉及一种可集成驱动和充电功能的集成驱动/充电装置。

背景技术

EV(Electric Vehicle，电动汽车)和PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，充电式混合电动汽车)的发展越来越受到人们的关注，相比较于传统的汽车来说，EV和PHEV使用电能作为驱动的源泉，不再依赖于化石能源，同时可以实现零排放(低排放)，有利于环境，是未来的发展方向。在EV和PHEV中，电池是一个非常重要的部件，而电池的性能和寿命不仅仅取决于电池所使用的原材料，也取决于充电的方式。目前主要有两种形式的电动汽车充电器，一种为on-board(车载)类型，通常功率较小，无隔离，满足常规充电(6到8小时)需求；而另一种则为off-board(非车载)类型，功率较大，一般有隔离，满足快速充电(10到15分钟)需求。

典型EV的结构相对简单，其结构如图1所示，只有一套电池/电机系统，电池作为汽车的动力源，通过变换器来驱动电机。EV的核心控制部分具有2个控制单元、电池控制单元以及变换器控制单元。

典型的PHEV具有2套动力装置，其结构如图2所示，一套为传统的内燃机系统，另一套为电池/电机系统，与普通的HEV(Hybrid Electric Vehicle，混合电动汽车)不同的是，PHEV的电池可以通过外部电源充电。除了电机和内燃机的控制系统，还有一个系统控制器，完成包括充电以及能量管理的任务。

在EV和PHEV中，都有电机的驱动器这个部件来确保电池的化学能转化为电机的机械能，驱动汽车行驶。而由于电池的存在，一般都需要充电器对电池进行能量的补充，如前所述，On-board类型充电器功率小，一般随时携带在车内，因此要求其体积小，成本低，使用简单方便。为了达成此目标，很多学者讨论了将充电器与电机的驱动器集成在一起的可能性，从而使用一套硬件平台，在不同时段满足驱动和充电的双重功能。

Wally E.Rippel等人在公开号为US4920475A、题为“Integrated Traction Inverter and Battery Charger Apparatus”的美国专利中公开了一种使用电机驱动器内的3相2电平全桥变换器与外置的电感及整流桥构成Boost充电器的概念，在对电池充电的同时保持输入侧高功率因数。Alan G.Cocconi等人在公开号为US5341075A、题为“Combined Motor Drive and Battery Recharge System”的美国专利中进一步使用电机的绕组作为电感，再与3相2电平全桥变换器器形成Boost电路，通过使用2个开关来切断/连接变换器和电机的绕组，从而在驱动和充电的功能之间切换。

Wally E.Rippel等人在公开号为US5099186A、题为“Integrated Motor Drive and Recharge System.”的美国专利中提出使用2套变换器和2台电机(或者一台电机2套绕组)来实现驱动器与充电器之间的集成。其思想为电机的三相绕组同时作为输入电感，这样可以保证三相绕组内的电流方向一致，防止出现不期望的转矩，这种思想可以用于2轮驱动的EV或PHEV中。

S.J.Lee等人在“An Integral Battery Charger for 4 Wheel Drive Electric Vehicle.”(IEEE Trans.Ind.Electron.,Vol.57,No.2,641–648,2010.6.)中提出使用4套变换器以及4台电机构成的驱动器/充电器集成系统，通过一个切换开关可以完成驱动和充电功能之间的转换，适用于4轮驱动的EV和PHEV中。

另外，也有一些方案采用了特殊的电机结构来进一步有效利用电机绕组的电感，从而实现单相或者3相的充电器与驱动器的集成，使用split绕组电机的系统，其思想是使用定子绕组的中心抽头作为输入，3相定子绕组变为6个电感，从而构成2个3相充电器(或者是1个单相充电器)；使用绕线型转子异步电机的定子和转子绕组构成了一个隔离的变压器，从而实现了隔离式充电器系统。

发明内容