[发明专利]一种高度集成的电机驱动和充放电器一体化拓扑

说明书

本发明公开了一种高度集成的电机驱动和充放电器一体化拓扑，属于电力传动技术领域。本发明以前级双向DC/DC变换器与后级四桥臂双向变换器作为电机驱动和充放电器一体化拓扑，四桥臂双向变换器作为电机驱动逆变器和充放电变换器，但不同时工作，在实现蓄电池与电网能量双向流动时，将电机定子绕组作为并网的滤波电感。本方法能够通过一体化拓扑实现多种功能，包括电机驱动、充放电器技术中的整流功能和并网逆变功能；使用电机绕组作为滤波电感，消除了额外的滤波电感，大大节省开关器件和储能元件的使用，提高了系统的功率密度，有效抑制入网电流谐波；并且三相并联的单相充放电结构具有一定的容错性能。

技术领域

本发明涉及电力传动技术领域，尤其涉及一种高度集成的电机驱动和充放电器一体化拓扑。

背景技术

当下，能源消耗越来越大，环境污染特别严重，汽车行业的尾气污染和能耗问题也急需解决，需要改善技术，提高利用率。电动汽车作为一种能有效提高能源利用率和降低污染物排放的有效解决方案，获得了广泛的关注。

但是目前所研究的车载型充电系统的重量和体积影响电动汽车的整体效率、性能和成本，普遍存在成本高、体积大、重量大、功率等级低并且对电网有不可忽略的谐波污染等问题，使得电动汽车无法与内燃机汽车相抗衡，阻碍了电动汽车的发展。因此需要一种体积小、重量轻、成本低、高度集成化、高功率密度并举较高的性能的集成控制器。

V2G技术是Vehicle-to-grid的简称即电动汽车与电网的能量交互。通常电动汽车与电网进行能量进行传输的方向是从电网将到汽车，但是随着电动汽车技术的成熟和新能源技术的发展，这些车载装置可以产生能量也可以储存能量。当汽车闲置时，可以将汽车剩余的能量传输到电网；当处于夜间用电量较少时，可以将电网能量给电动汽车充电；在用电高峰时，电网波动较大，可以利用电动汽车的蓄电池的能量向电网回馈，调节电网的功率因数，来保持电网的稳定性。主要实现的功能有：调节电网的频率，作为应急电源，平波峰去波谷，作为分布式电源接入抑制扰动，调节电网的功率因数。

依据目前的研究状况，具有车载型充电器的电动汽车的驱动系统和电池充放电装置并不同时工作，即电动汽车运行时充放电装置闲置，电动汽车充放电时驱动系统静止。故一般车载型充电器含有的2个变流器不同时工作，一个整流器用于给蓄电池充电，一个逆变器用于驱动电机，而且变流器中一般会含有大电感和大电容，这无疑会提高电动汽车的成本与重量，浪费汽车的有限空间资源。为此，在保证电动汽车的电池充电特性良好的基础上，研究电动汽车驱动系统与V2G(电池充放电系统)的一体化是具有非常重要的现实意义的。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对集成控制器成本高、体积质量大、集成度低、功率密度低的缺陷，提供一种高度集成的电机驱动和充放电器一体化拓扑，将电机驱动器与充放电驱动器集成在一起，能够提高系统的功率密度，增加充放电技术的容错性能，较大的电机绕组电感能抑制入网电流的谐波，并且三相定子绕组中通过相同的电流消除了不利于系统充放电运行的电磁转矩，通过充放电技术不仅能够实现电网与蓄电池能量的双向流动，还能平波峰去波谷，增加电网的稳定性。

技术方案：

一种高度集成的电机驱动和充放电器一体化拓扑，包括蓄电池、双向DC/DC变换器、四桥臂双向变换器、永磁同步电机本体、开关器件S₁、单相电网，所述蓄电池的两端连接双向DC/DC变换器的输入端，所述双向DC/DC变换器的输出端连接四桥臂双向变换器的正负极，所述四桥臂双向变换器每个桥臂的中点引出一根输出线，与电机的三相线和电网的一端相连接，电网的另一端连接开关器件S₁的一端，开关器件S₁的另一端连接电机的中性点，所述四桥臂双向变换器可工作为整流器和逆变器，包括如下模式：