[发明专利]基于箝位型三电平变换器的集成驱动充电电路和控制系统

说明书

本发明公开了基于箝位型三电平变换器的集成驱动充电电路和控制系统，属于电动汽车领域。本发明提出采用三电平变换器，并改变三电平变换器的中性点桥臂的开关方式来选择电机相绕组接入电网的方式，此时接入电网的相是可以通过变换器中的中性点桥臂来灵活选择和改变，结合电流控制策略来保证集成充电器在并网时不会产生电机转矩且损耗最低，零转矩的实现与转子位置角无关且损耗最低。通过对辅助桥臂进行调制，从而控制辅助电感上的电流来反向补偿电机驱动工况下三电平变换器流入电容中性点的电流，最终达到稳定中性点电位的目的。本发明添加了额外桥臂和额外电感，这些额外元件在并网时会接入电网从而使系统拥有全桥性质，可以提高并网的电能质量。

技术领域

本发明属于电动汽车领域，更具体地，涉及基于箝位型三电平变换器的集成驱动充电电路和控制系统。

背景技术

纯电动汽车与插电式混合动力汽车可以有效减少碳排放，增加能源利用效率，未来将替代内燃机汽车。然而，目前电动汽车正面临着电池容量有限以及能量补给不便等问题，只有有效解决上述两个问题，电动汽车才能真正被大众所接受。对于电池能量补给不便的问题，目前的解决方法有换电以及扩建充电桩，但这两种方法都需要很昂贵的建设成本。还有一种方式是采用车载充电机，但这种装置受限于车内空间以及成本，一般来说功率等级不高，因此充电速率受限。

利用电动汽车中已有的电力电子装置来实现车载充电功能，可以同时兼顾充电功率大、便捷的特点，具有比较高的实用价值。但目前相关文献中提出的集成充电系统存在充电过程会产生电机转矩和噪声的问题。例如专利CN109167551A中提出了一种集成充电功能的H桥汽车电机控制器，在利用三相电网对电池进行充电时，电机绕组上流过三相对称交流电流，该电流将产生交变转矩从而引起电机啸叫。

发明内容

针对现有技术复用电机控制器作为车载充电器时电机会产生转矩的问题，且要求零转矩的实现要与电机转子位置角无关；三电平变换器的中性点电位如何平衡，且与调制方式、调制系数、负载功率因数等无关的缺陷和改进需求，本发明提供了基于箝位型三电平变换器的集成驱动充电电路和控制系统，其目的在于在保证电机驱动性能的同时，能够实现零转矩并网，来对电池进行充放电管理。相较于已有的方案，本发明不存在充电过程中的电机转矩和噪声问题，而又具有集成度高、成本低的特点，且电机驱动性能较一般的驱动电机变换系统要好。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基于箝位型三电平变换器的单电机驱动单相并网集成驱动充电电路，所述集成驱动充电电路包括：一个箝位型三电平变换器、两个直流滤波电容、一个辅助电感、一个辅助两电平桥臂、一个工作模式切换模块、直流电源侧电气接口、电机系统交流侧电气接口和单相电网接口；

所述箝位型三电平变换器由m个箝位型三电平桥臂构成，各箝位型三电平桥臂的正极Px短接在一起构成直流电源侧电气接口的正极P；各三电平桥臂的负极Nx短接在一起构成直流电源侧电气接口的负极N；三电平桥臂的交流接口ACx独立接出，共同构成电机系统交流侧电气接口，交流侧电气接口与m相交流电机相连；各三电平桥臂的中性点Ox接在一起构成箝位型三电平变换器的中性点O，x＝1，2，3...，m，m表示交流电机的相数；

两个直流滤波电容串联，且引出正极接口CP、负极接口CN以及中性点接口CO；正极接口CP接至直流电源侧电气接口的正极P；负极接口CN接至直流电源侧电气接口的负极N；

工作模式切换模块有三个接口，分别为辅助电感接口LP、直流电容中性点接口COP和箝位型三电平变换器中性点接口IOP；辅助电感接口LP与辅助电感的一端相连；直流电容中性点接口COP与中性点接口CO相连；箝位型三电平变换器中性点接口IOP与中性点O相连；

辅助电感有两个端口，一端接至工作模式切换模块的辅助电感接口LP，另一端与两电平桥臂单元的交流侧接口ACa相连；