[发明专利]单相车载集成三电平NPC充电电源模块

说明书

本发明涉及一种单相车载集成三电平NPC充电电源模块，由单相交流电源单元、三相永磁同步电机、三电平NPC变换器、储能式直流蓄电池依序级联构成；单相交流电源单元由电网、充电开关K1和放电开关K2组成，电网与K1串联后与K2并联；单相交流电源单元一端、直流蓄电池以及三相永磁同步电机的定子的两相电感均与三电平NPC变换器相连，其另一端与定子的另一相电感相连；三相永磁同步电机的三相电感在K1闭合K2断开的充电状态下与三电平NPC变换器一起将电网Ug交流电整流成直流电并传输给直流蓄电池；三相电感在充电状态下校正功率因数，控制输入电流双通道交错流通，从而抑制输入电流纹波。该模块能够高效、方便地为电动汽车充电，且电路简单，成本低，体积小。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种单相车载集成三电平NPC充电电源模块。

背景技术

整流器是电力电子装置的一个重要组成部分，主要功能是利用功率半导体器件把交流电能转换为直流电能，广泛应用于家用电器、工业设备等诸多领域。

随着气候条件的不断恶化，保护环境、减少二氧化碳的排放已经成为世界各国的重要工作；全世界拥有数亿辆燃油汽车，每年都要消耗大量的汽油，因此燃油车向电动汽车的过渡已经成为汽车行业的趋势，电动汽车只需要使用电能就可以驱使汽车，不需要燃烧化石能源，非常适合当今世界环保的需要；但是电动汽车的蓄电池续航不够、蓄电池充电速度慢的问题一直是困扰消费者的重要原因，通常，有两种类型的电池充电器：车载型和独立(非车载)型。车载充电器在任何有电源插座的地方都能灵活充电。车载型具有增加车辆重量、体积和成本的缺点；因此，它通常用于较低功率(3.5kW)。当需要更高的充电功率时，使用非车载充电器时，充电器的尺寸和重量更方便控制。受限于充电站数量的限制，电动汽车并不能一直使用非车载充电器，车载充电器的需求仍然很大。对于传统车载充电器，需要大电感，开关管等器件，增加了电路的重量、尺寸和成本，这对电动汽车都是很大的负担。

因此，寻求一种具有成本低、充电功率密度高、体积小的集成车载整流器，对电动汽车行业的发展具有非常积极的意义，在目前电动汽车行业大发展的环境下具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单相车载集成三电平NPC充电电源模块，该模块能够高效、方便地为电动汽车充电，且电路简单，成本低，体积小。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种单相车载集成三电平NPC充电电源模块，由单相交流电源单元、三相永磁同步电机、三电平NPC变换器、储能式直流蓄电池依序级联构成；所述单相交流电源单元由电网Ug、充电开关K1和放电开关K2组成，所述电网Ug与充电开关K1串联后与放电开关K2并联；所述单相交流电源单元一端、直流蓄电池以及三相永磁同步电机的定子的两相电感均与三电平NPC变换器相连，单相交流电源单元另一端与三相永磁同步电机的定子的另一相电感相连；所述三相永磁同步电机的三相电感在K1闭合K2断开的充电状态下与三电平NPC变换器一起将电网Ug交流电整流成直流电并传输给直流蓄电池；所述三相永磁同步电机的三相电感在充电状态下起到功率因数校正的作用，控制电网Ug的输入电流双通道交错流通，从而达到抑制输入电流纹波的效果。

进一步地，所述三电平NPC变换器包括三个互相并联的由IGBT组成的桥臂、三个由二极管组成的二极管桥以及两个参数完全相同的电容C1和C2；三个桥臂的中点A、B、C共同组成交流端，三个桥臂的两端构成直流端，各桥臂中第一个IGBT的c极作为直流端的一端为三相NPC变换器的正极，各桥臂中最后一个IGBT的e极作为直流端的另一端为三相NPC变换器的负极；三个二极管桥分别连接在相应的桥臂上面；电容C1和C2串联后两端分别连接三电平NPC变换器的正极和负极；三电平NPC变换器的正极和负极分别连接直流蓄电池的正极和负极；

桥臂中点A与单相交流电源单元一端连接，桥臂中点B、C分别与三相永磁同步电机定子的b相电感Lb、c相电感Lc连接，三相永磁同步电机定子的a相电感La与单相交流电源单元另一端相连；