本發(fā)明涉及一種電感參數(shù)可變的車載集成式電路，該電路用于為電動汽車的儲能設(shè)備充電，同時兼顧儲能設(shè)備為電機供電。

背景技術(shù)：

電動汽車內(nèi)的充電器作為電動汽車電池快速靈活充電以及推動電動汽車技術(shù)進步及其市場推廣的關(guān)鍵部件之一，它的成本、體積、重量以及性能成為其開發(fā)的關(guān)鍵及制約因素。

根據(jù)充電電路與電機驅(qū)動電路的關(guān)系，當前車內(nèi)充電機分為獨立式和集成式。獨立式充電裝置是完全獨立的充電裝置，由外部交流3相或單相供電輸入，充電器將其轉(zhuǎn)化為符合電池充電標準的直流，完成充電功能；集成式充電裝置是在已有驅(qū)動電機逆變器基礎(chǔ)上增加額外的接觸器和電力電子模塊(如開關(guān)器件，驅(qū)動電路，處理器及其外圍電路等)實現(xiàn)充電功能，部分地降低了成本、體積及重量，交流輸入條件與直流輸出規(guī)格與獨立式充電裝置類似。

有些車載集成式充放電電路采用外加電感線圈的方式，構(gòu)成充放電電路，為了提高電路的集成度，可以采用電機定子繞組作為充電電路的電感，但是該繞組的電感值較大，不利于使用，需要考慮一些辦法減小該電感值，以適應(yīng)于充電的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電感參數(shù)可變的車載集成式電路，利用電機定子繞組提高車載電路的集成度，同時解決繞組電感值對充電功率的適應(yīng)性問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明實施例提供一種電感參數(shù)可變的車載集成式電路，包括：①整流側(cè)電機定子繞組和與其連接的逆變電路；②直直變換側(cè)電機定子繞組和與其連接的逆變電路；③整流側(cè)電機逆變器與直直變換側(cè)電機逆變器之間的解耦電容；④充電接口，如三相交流充電接口，單相交流充電接口；⑤車內(nèi)儲能設(shè)備，如：超級電容、蓄電池、飛輪儲能、空氣壓縮儲能等。

其中，所述整流側(cè)電機，是指充電時用于整流的三相橋連接的電機；所述直直變換側(cè)電機，是指充電時用于直直變換(DC/DC)的三相橋連接的電機；這兩個電機不局限于驅(qū)動電機，也可為空調(diào)壓縮機，或者滿足該電路條件的電動汽車上的其他電機。

其中，所述電感參數(shù)可變的車載集成式電路還包括：第一組接觸器，連接于所述整流側(cè)電機定子繞組，用于切斷或?qū)ㄋ鼋涣麟娫唇涌冢坏诙M接觸器，連接于所述整流側(cè)電機定子繞組，用于切斷或?qū)ㄋ鲵?qū)動電機定子繞組的星形連接；第三組接觸器，連接于儲能設(shè)備正極，用于切斷或?qū)▋δ茉O(shè)備與所述電機逆變器的連接，切換充電與放電狀態(tài)下的電路連接；第四組接觸器，連接于所述直直變換側(cè)電機定子繞組中性點，用于實現(xiàn)充電時的Buck變換；第五組接觸器，連接于所述直直變換側(cè)電機定子繞組中的其中兩相，用于充電時切斷逆變電路與所述直直變換側(cè)電機定子繞組的連接；第六組接觸器，連接于所述直直變換側(cè)電機定子繞組的電源側(cè)，用于充電時調(diào)整直直變換側(cè)電路電感值；所述解耦電容連接于所述整流側(cè)電機逆變器與所述直直變換側(cè)電機逆變器之間，用于穩(wěn)壓。

其中，所述直直變換側(cè)電機定子繞組與所述第六組接觸器構(gòu)成可變電感組合，通過接觸器的開關(guān)控制，可以改變電感值，用于適應(yīng)充電電流。

其中，所述可變電感組合中的接觸器開關(guān)狀態(tài)，取決于使用者或者設(shè)計者的充電功率設(shè)定值；當需要大功率時，通過設(shè)置接觸器的開關(guān)狀態(tài)，使得所述可變電感組合的總電感值減??；反之，則增大。

進一步地，在實施例中，所述整流側(cè)電機定子繞組和所述整流側(cè)電機逆變電路構(gòu)成升壓整流電路，實現(xiàn)PWM整流功能、電壓升壓功能以及輸入電流的主動功率校正功能。

進一步地，在實施例中，所述可變電感組合與所述直直變換側(cè)電機逆變器電路構(gòu)成一路Buck電路，實現(xiàn)基于Buck電路的功率自適應(yīng)直直變換。

進一步地，在實施例中，所述整流側(cè)電機定子繞組連接于外部交流電源接口，其包括三個分別串聯(lián)在每相中的整流側(cè)電機定子繞組，當所述交流電源接口接入三相交流時，三相交流電通過所述整流側(cè)電機三相定子繞組以及所述整流側(cè)電機逆變電路進行PWM整流。

進一步地，在實施例中，所述整流側(cè)電機定子繞組連接于外部交流電源接口，其包括三個分別串聯(lián)在每相中的整流側(cè)電機定子繞組，當所述交流電源接口接入單相交流時，單相交流電通過所述整流側(cè)電機定子繞組中對應(yīng)的繞組以及所述整流側(cè)電機逆變器中對應(yīng)的開關(guān)器件進行PWM整流。

進一步地，在實施例中，電動汽車處于行駛模式時(電動汽車行駛或驅(qū)動電機處于運轉(zhuǎn)或待運轉(zhuǎn)狀態(tài))，所述第一、四、六組接觸器斷開，所述第二、三、五組接觸器閉合，此時所述電機均處于可被驅(qū)動狀態(tài)(滿足電動汽車行駛的同時空調(diào)正常運行)；電動汽車處于充電時，所述第二、三、五組接觸器斷開，所述第一、四組接觸器閉合，根據(jù)用戶的充電功率需求，設(shè)定所述第六組接觸器的開關(guān)狀態(tài)。

本發(fā)明實施例的電感參數(shù)可變的車載集成式電路設(shè)計方案，提出了一種電感參數(shù)可變的車載集成式電路，即在當前車載集成式充電電路的基礎(chǔ)上，利用電機定子繞組作為電感，再加入輔助接觸器，通過接觸器的開關(guān)控制，改變電路中電感值，可以適應(yīng)儲能設(shè)備的充電要求，同時提高了電動汽車內(nèi)部電路的集成度，減小了成本，增大了內(nèi)部可利用的空間，增加了使用者的舒適度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一種實施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例的電感參數(shù)可變的車載集成式電路示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的電感參數(shù)可變的車載集成式電路的三相交流充電等效電路。

圖3為本發(fā)明實施例的電感參數(shù)可變的車載集成式電路的單相交流充電等效電路。

圖4為本發(fā)明實施例的電感參數(shù)可變的車載集成式電路的放電等效電路。

附圖中所列部件列表如下所示：

01：單相電源接口； 02：三相電源接口；

11：第一組接觸器； 12：第二組接觸器；

13：第三組接觸器； 14：第四組接觸器；

15：第五組接觸器； 16：第六組接觸器；

21：整流側(cè)電機； 22：直直變換側(cè)電機；

31：耦合電容；

41：整流側(cè)電機逆變電路； 42：整流側(cè)電機逆變電路；

51：儲能設(shè)備；

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明主要由共享電路，輔助器件，附加器件，以及接觸器等組成：

共享電路：(1)整流側(cè)電機逆變器，包括開關(guān)器件(IGBT或2OSFET或GTO或晶閘管等)及其組成的模塊，觸發(fā)電路，采樣電路，數(shù)字處理器及其外圍電路，所需不同電壓的電源轉(zhuǎn)換電路，等等；(2)直直變換側(cè)電機逆變器(與整流側(cè)電機逆變器相同)；(3)整流側(cè)電機定子繞組與直直變換側(cè)電機定子繞組。

輔助器件：(1)機械及散熱裝置，如起機械支撐作用的汽車框架，散熱冷卻裝置，起固定作用的螺絲；(2)兩個逆變器中間并聯(lián)的穩(wěn)壓電容。

接觸器：接觸器主要用于電動汽車充電與行駛狀態(tài)的電路切換。

圖1為本發(fā)明實施例的電感參數(shù)可變的車載集成式電路示意圖。如圖1所示，本實施例的電動汽車車內(nèi)充放電電路包括：①介于所述整流側(cè)電機逆變器(41)與直直變換側(cè)電機逆變器(42)之間的電容C1(31)，用于穩(wěn)壓；②第一組接觸器(11)，連接于所述交流電源接口(01/02)和所述整流側(cè)電機(21)定子繞組，用于切斷或?qū)ㄋ鼋涣麟娫唇涌?；③第二組接觸器(12)，連接于所述整流側(cè)電機(21)定子繞組，用于切斷或?qū)ㄋ稣鱾?cè)電機(21)定子繞組的星形連接；④第三組接觸器(13)，連接于儲能設(shè)備(51)正極，用于切斷或?qū)▋δ茉O(shè)備(51)與所述直直變換側(cè)電機逆變器(42)的連接，切換充電與放電狀態(tài)下的電路連接；⑤第四組接觸器(14)，連接于所述直直變換側(cè)電機定子繞組(22)中性點，用于實現(xiàn)充電時的Buck變換；⑥第五組接觸器(15)，連接于所述直直變換側(cè)電機定子繞組(22)中的其中兩相，用于充電時切斷所述直直變換側(cè)逆變電路與所述直直變換側(cè)電機定子繞組的電氣連接；⑦第六組接觸器(16)，連接于所述直直變換側(cè)電機定子繞組(42)的電源側(cè)，用于充電時調(diào)整直直變換側(cè)電路電感值。

在本實施例中，電動汽車已有的器件：①整流側(cè)電機逆變器(41)，連接于整流側(cè)電機定子繞組(21)，用于所述儲能設(shè)備(51)的能量傳遞給所述整流側(cè)電機，或者用于所述交流電源接口(01/02)的電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，起到整流、功率因數(shù)校正等功能；②直直變換側(cè)電機逆變電路(42)，連接于所述直直變換側(cè)電機定子繞組(22)，用于所述儲能設(shè)備(51)的能量傳遞給所述整流側(cè)電機(22)，或者用于控制對所述儲能設(shè)備充電時的電流、電壓，把穩(wěn)壓電容(31)側(cè)的能量傳遞給儲能設(shè)備；③整流側(cè)電機定子繞組(21)，連接于所述整流側(cè)電機逆變器(41)，用于為所述電機(21)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動電動汽車行駛，或者用于整流時升壓；④直直變換側(cè)電機定子繞組(22)，連接于所述直直變換側(cè)電機逆變器(42)，用于為所述直直變換側(cè)電機產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動電動汽車行駛，或者用于充電時減小電流紋波。

其中，所述整流側(cè)電機，是指充電時用于整流的三相橋所連接的電機；所述直直變換側(cè)電機，是指充電時用于直直變換(DC/DC)的三相橋所連接的電機；這兩個電機不局限于驅(qū)動電機，也可為空調(diào)壓縮機，或者滿足該電路條件的電動汽車上的其他電機。

其中，所述直直變換側(cè)電機定子繞組與所述第六組接觸器構(gòu)成可變電感組合，通過接觸器的開關(guān)控制，可以改變電感值，用于適應(yīng)不同的充電功率。

其中，所述可變電感組合中的接觸器開關(guān)狀態(tài)，取決于使用者或者設(shè)計者的充電功率設(shè)定值；當需要大功率時，通過設(shè)置接觸器的開關(guān)狀態(tài)，使得所述可變電感組合的總電感值減小；反之，則增大。

在本實施例中，所述整流側(cè)電機定子繞組通過所述電源接口，連接于外部交流電源。當所述交流電源接口接入三相交流電時，三相交流電通過所述整流側(cè)電機定子繞組及所述整流側(cè)電機逆變器(41)的電路進行PWM整流；當所述交流電源接口接入單相交流電時，單相交流電通過所述整流側(cè)電機定子繞組中對應(yīng)的繞組及所述整流側(cè)電機逆變器(41)對應(yīng)的兩個橋臂電路進行PWM整流。

當充電時，若電源接口接入三相交流，所述整流側(cè)電機逆變器(41)三相逆變橋均參與工作，實現(xiàn)PWM整流的功能，同時實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)輸入電流的主動功率因數(shù)校正的功能以及逆變橋輸出電壓的升壓功能。PWM的基本思想是，將正弦低頻調(diào)制信號在一個開關(guān)周期內(nèi)的平均值用一段等幅值的脈寬來表示，按照正弦信號和三角波信號比較的方法對拓撲中的整流側(cè)電機逆變器(41)的六個開關(guān)器件進行PWM控制，同時由于所述整流側(cè)電機定子繞組的儲能及濾波作用，就可以實現(xiàn)將交流電整流成直流電的功能，直流輸出側(cè)電壓較之交流輸入側(cè)線電壓體現(xiàn)升壓能力，同時實現(xiàn)三相輸入各相電流與電壓基本達到同頻率同相位的功率因數(shù)校正功能。

若電源接口接入單相交流，所述整流側(cè)電機逆變器(41)三相逆變橋中的兩相參與工作，與其相連接的所述整流側(cè)電機定子繞組中對應(yīng)兩路參與工作。此時為單相H橋完成PWM整流及升壓功能，同時也可以實現(xiàn)輸入電流的功率因數(shù)校正的功能。

充電時，使用所述直直變換側(cè)電機逆變器(42)的三相橋中的一相，該相沒有連接第五接觸器，并且只用到了該相上橋臂的開關(guān)器件，下橋臂的反并聯(lián)二極管，而該相上橋臂的反并聯(lián)二極管及下橋臂的開關(guān)器件處于非導(dǎo)通狀態(tài)；該相上橋臂的開關(guān)器件及相應(yīng)的下橋臂的反并聯(lián)二極管形成一路單管Buck電路，實現(xiàn)直直變換，控制充電電流電壓。

上述實施例的電動汽車車載充電器的工作模式如下：

1、電動汽車處于行駛模式時(電動汽車行駛或驅(qū)動電機處于運轉(zhuǎn)或待運轉(zhuǎn)狀態(tài))，接觸器11、14、16斷開，接觸器12、13、15閉合，此時所述電機均處于可被驅(qū)動狀態(tài)(滿足電動汽車行駛的同時空調(diào)正常運行),等效電路見圖4。

2、電動汽車處于充電模式時：

A、當所述交流充電接口接入三相交流電時，接觸器12、13、15斷開，接觸器11、14閉合。根據(jù)用戶的充電功率需求，設(shè)定接觸器16的狀態(tài)，等效電路見圖2。三相交流電02接入如圖2中所示，三相交流電通過所述整流側(cè)電機定子繞組及所述整流側(cè)電機逆變電路(41)的開關(guān)器件進行PWM整流，可以實現(xiàn)輸入側(cè)電流功率因數(shù)及諧波的要求以及直流側(cè)電壓的提升，通過所述中間電容31之后，再通過所述直直變換側(cè)電機逆變電路42的開關(guān)器件及可變電感組合，實現(xiàn)直直變換，達到降壓、穩(wěn)流的目的，以滿足給電池充電的電壓電流要求。

B、當所述交流充電接口接入單相交流電時，接觸器12、13、15斷開，接觸器11、14閉合。根據(jù)用戶設(shè)置的充電功率需求，設(shè)定接觸器16的狀態(tài)，等效電路見圖3。單相交流電01接入如圖3中所示，單相交流電通過所述整流側(cè)電機定子繞組的其中兩個繞組及所述整流側(cè)電機逆變電路(41)的、與繞組對應(yīng)的橋臂進行PWM整流，可以實現(xiàn)輸入側(cè)電流功率因數(shù)及諧波的要求以及直流側(cè)電壓的提升，通過所述中間電容31之后，再通過所述直直變換側(cè)電機逆變電路42的開關(guān)器件及所述可變電感組合，實現(xiàn)直直變換，達到降壓、穩(wěn)流的目的，以滿足給電池充電的電壓電流要求。

本發(fā)明實施例為實現(xiàn)電感參數(shù)可變的車載集成式電路，提出了一種電感參數(shù)可變的拓撲結(jié)構(gòu)，利用電動汽車中現(xiàn)有的部分(主要是電力電子電路中的開關(guān)器件、無源元件、電子電路，如所述電機(21、22)的定子繞組，以及所述電機逆變器(41、42)的功率開關(guān)管及其驅(qū)動電路及其他電路等，另外還有冷卻系統(tǒng)/裝置、機械部件等等)，再添加輔助接觸器，輔助接觸器與直直變換側(cè)電機定子繞組組成可變電感組合，使電機定子繞組可以為電動汽車充電使用，提高了電動汽車內(nèi)部電路的集成度，減小了成本，增大了內(nèi)部可利用的空間，增加了使用者的舒適度。

本發(fā)明中應(yīng)用了具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。