[发明专利]一种双源电车电机驱动装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体地说，涉及一种用于双源电车的电机驱动装置。

背景技术

由于单电源电车需要长期搭接线网接收线网提供的电能以驱动电机运行，所以单电源电车的运行线路必须沿着电车线网。而双源电车可以根据电车工况分别使用线网电源或自身配置的车载电池组驱动电机运行，具有良好的脱线行驶机动性能，所以越来越多的电车采用双电源方案。

国内用于双源无轨电车供电的线网多为额定电压DC600V直流供电，在存在线网的情况下，双源无轨电车集电杆上升搭接线网，由线网供电以驱动双源无轨电车的电机运行。当双源无轨电车运行至不存在线网的区域时，双源无轨电车集电杆落下，此时由车载电池组驱动双源无轨电车的电机运行。

现有双源无轨电车多采用交流异步电机，同时采用CAN总线进行电机、电池管理系统（Battery Manage System，简称为BMS）、仪表、辅助系统之间的数据通信，并监控各个系统。当双源无轨电车发生故障时，故障能够通过CAN总线直接反应在仪表上。

图1示出了现有双源无轨电车的电机驱动装置的主电路图。当双源无轨电车制动时，电机产生的交流电能通过三相桥式逆变电路转换为直流电能。其中三相桥式逆变电路中的逆变器分别由自带起保护作用的反并联续流二极管的绝缘栅双极型晶体管V11、V12、V21、V22、V31和V32构成。由于线网输出回路中二极管VD2和车载电池组输出回路中二极管VD1的作用，电车制动时三相桥式逆变电路产生的直流电能无法反馈到车载电池组中进行存储，只能通过由晶体管V41、V42和电阻Rx构成的斩波回路进行电阻消耗处理。电车制动能量无法得到利用，导致现有双电源无轨电车运行能耗高，不利于节能环保。

现有双源无轨电车配置的车载电池组只能通过在电车上额外安装车载高压充电机进行充电，而无法通过电车制动时电机产生的电能进行充电，也无法进行在线充电。车载高压充电机的使用不仅增加了电车电气系统的规模和成本，还增加了电车电气系统的故障源，不利于电车的集约化设计。

根据上述情况，亟需一种双源电车电机驱动装置，使得电车的车载电池组能够通过电车制动过程中电机产生的电能进行充电，还能够进行在线充电，从而实现能源的高效利用和电车的集约化设计。

发明内容

本发明提出了一种双源电车电机驱动装置，其包括：

逆变模块，与电机连接，用于将电车制动时所述电机产生的交流电能转换为直流电能；

充电斩波模块，其输入连接在所述逆变模块上，输出直接连接在车载电池组的正负极上，用于将所述逆变模块输出的直流电压转变为所述车载电池组适用的直流电压以供所述车载电池组保存。

根据本发明的一个实施例，所述逆变模块包括三相全控、半控或不可控逆变电路，其中，三相全控逆变电路中的每条支路包括一绝缘栅双极型晶体管。

根据本发明的一个实施例，所述充电斩波模块包括DC-DC变压电路，所述变压电路包括开关单元和PWM单元，所述开关单元受PWM单元输出的PWM信号控制以将输入电压值转化为由PWM信号占空比确定的电压值。

根据本发明的一个实施例，所述开关单元包括级联的第一和第二绝缘栅双极型晶体管，所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极通过正向导通的二极管以及电感串联构成的续流支路连接到所述车载电池组的正极端，所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极连接到所述车载电池组的负极端。

根据本发明的一个实施例，所述装置还包括控制模块，其用于：

根据电机回馈的制动能量计算出目标充电电压和/或电流；

基于所计算的目标充电电压和/或电流来通过所述充电斩波模块向所述车载电池组充电。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块还包括电压闭环控制单元和/或电流闭环控制单元，其实时采集所述车载电池组上的电压和/或电流信号，基于所述目标充电电压和/或电流采用PID控制器来调节所述PWM单元输出的PWM信号进而控制向所述车载电池组充入的电能。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块还包括通信单元，所述通信单元用于接收往来于所述控制模块与电池管理系统BMS和车辆控制单元VCU之间的信息，并在控制所述充电斩波模块向所述车载电池组充电之前还基于所述信息判断是否满足制动能量回收条件或在线充电条件，并基于所述判断来启动或禁止所述充电斩波模块对所述车载电池组的充电。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块还基于所述信息判断线网供电状态及线网电压是否符合要求。