本發(fā)明屬于車載集成充電領域。

背景技術：

1、對于將三相永磁同步電機及其配套的驅(qū)動逆變器復用為充電模式下對應的網(wǎng)側(cè)濾波電感和功率變換器的一類的隔離型集成充電系統(tǒng)，現(xiàn)有的拓撲是采用pfc+dab或者pfc+cllc等傳統(tǒng)的結(jié)構。相當于一級ac-dc再串聯(lián)一級的隔離型dc-dc。這種兩級式的充電系統(tǒng)具有復雜的結(jié)構和眾多的開關器件，因此其體積大、成本高、損耗也較高。同時對于pfc這一級，現(xiàn)有的技術是在充電模式下，在三個繞組內(nèi)部注入零序電流，能夠保證電機在充電時不會發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這種注入零序電流的轉(zhuǎn)矩消除方法，在充電模式下充當網(wǎng)側(cè)濾波作用的繞組電感是電機的繞組漏感，而且對于三并聯(lián)的逆變器系統(tǒng)，在單相及直流輸入電源的情況下網(wǎng)側(cè)等效的濾波電感數(shù)值約為一個繞組漏感數(shù)值的三分之一。過低的等效網(wǎng)側(cè)電感將降低注入電網(wǎng)的電能質(zhì)量，表現(xiàn)為網(wǎng)側(cè)電流的諧波增加，同時過大的電流諧波會加重電機和逆變器等開關器件的損耗，以上問題需要解決。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有兩級隔離型車載充電系統(tǒng)體積大、成本和損耗高的問題，本發(fā)明提供了一種新能源汽車用單級隔離型雙向車載集成充電系統(tǒng)。

2、新能源汽車用單級隔離型雙向車載集成充電系統(tǒng)，包括由原車載驅(qū)動系統(tǒng)、以及鉗位電容cc、切換開關、高頻變壓器和全橋變換器構建的單級隔離型雙向ac-dc充放電拓撲結(jié)構，對車載電池進行充電或放電；

3、在充放電模式下，利用切換開關，改變原車載驅(qū)動系統(tǒng)的三相電機的三相繞組的連接方式，復用原車載驅(qū)動系統(tǒng)的三相電機的三相繞組作為pfc電感，復用原車載驅(qū)動系統(tǒng)的三相逆變器作為ac-ac變換器，將單相電源輸出的工頻交流電變換為高頻交流電后，通過鉗位電容cc給到高頻變壓器，經(jīng)高頻變壓器進行電壓變換后送至全橋變換器整流后，又經(jīng)原車載驅(qū)動系統(tǒng)的母線電容cbat穩(wěn)壓后給車載電池進行充電。

4、優(yōu)選的是，切換開關包括單開單控開關k1、k31和k32、以及單開雙控k21和k22；

5、三相電機的a、b和c相繞組的輸入端分別與開關k1的一端、三相逆變器的第二、三交流輸出端連接，開關k1的另一端與三相逆變器的第一交流輸出端連接；三相逆變器的第一、二交流輸出端還分別與單開單控開關k31和k32的一端連接，單開單控開關k31和k32的另一端分別與高頻變壓器的原邊繞組的一端和另一端連接；

6、高頻變壓器副邊繞組的兩端分別與全橋變換的兩個單相交流端連接，全橋變換的兩個直流端分別作為單開雙控k21和k22的第二選擇端；

7、三相逆變器的第一直流輸入端與鉗位電容cc的一端和單開雙控k21的第一選擇端同時連接，三相逆變器的第二直流輸入端與鉗位電容cc的另一端和單開雙控k22的第一選擇端同時連接，母線電容cbat和電池并聯(lián)后的兩端分別與單開雙控k21和k22的固定端連接；

8、在驅(qū)動模式下，單開單控開關k1為閉合狀態(tài)，單開雙控k21和k22均切換到第一選擇端，單開單控開關k31和k32為斷開狀態(tài)；

9、在充電模式，單開單控開關k1的兩端用于分別與單相電源的兩個充電端子pg1和pg2連接，且單開單控開關k1為斷開狀態(tài)，單開雙控k21和k22均切換到第二選擇端，單開單控開關k31和k32為閉合狀態(tài)。

10、優(yōu)選的是，三相逆變器為三相全橋逆變器，且三相逆變器的第一、二和三交流輸出端分別為三相逆變器的a、b和c相半橋的中點；

11、三相逆變器的a相半橋由位于上方和下方的功率開關管s3和s4構成、b相半橋由位于上方和下方的功率開關管s5和s6構成、c相半橋由位于上方和下方的功率開關管s1和s2構成；

12、在充放電模式下，功率開關管s1和s2以電網(wǎng)頻率50hz進行交錯開通，功率開關管s3和s4以50％占空比交錯開通，功率開關管s5和s6以50％占空比交錯開通；且

13、當網(wǎng)側(cè)電壓vg大于0時，功率開關管s1關斷、功率開關管s2開通，當網(wǎng)側(cè)電壓vg小于或等于0時，功率開關管s1開通、功率開關管s2關斷；其中，網(wǎng)側(cè)電壓vg為單相電源輸出的工頻交流電。

14、優(yōu)選的是，鉗位電容cc兩端的電壓vcc為網(wǎng)側(cè)電壓vg的2倍，其中，網(wǎng)側(cè)電壓vg為單相電源輸出的工頻交流電。

15、優(yōu)選的是，高頻變壓器采用單相半橋逆變器實現(xiàn)，且單相半橋逆變器的兩個支路中各支路中的兩個開關管的載波間以180°移相，并均使用信號d(t)進行調(diào)制，其中，d(t)＝k|sin(ωgt)|；k為系數(shù)，且k∈[0，0.5]，ωg為電網(wǎng)角頻率，t為時間。

16、優(yōu)選的是，pfc電感的a、b和c相等效濾波電感l(wèi)eqa、leqb和leqc分別為：

17、

18、其中，lσs為電機繞組自漏感，lm為電機繞組間的互漏感，l為電機繞組自感的平均值，lδ1為電機繞組自感二次諧波的幅值，θ為轉(zhuǎn)子位置角。

19、本發(fā)明的優(yōu)點：

20、本發(fā)明提出了基于三相電機繞組重構的單級隔離型雙向ac-dc充放電拓撲結(jié)構，該拓撲針對現(xiàn)有技術中的兩級拓撲結(jié)構，在體積、成本和損耗方面進一步降低，提升系統(tǒng)效率，該單級隔離型雙向ac-dc充放電拓撲結(jié)構，還能夠提升充放電模式下網(wǎng)側(cè)等效濾波電感的數(shù)值，在充電過程中電機不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)W(wǎng)側(cè)電流的諧波進行抑制，減少成本的同時能夠進一步降低電機內(nèi)部的損耗，進一步提升系統(tǒng)的效率。

技術特征：

1.新能源汽車用單級隔離型雙向車載集成充電系統(tǒng)，其特征在于，包括由原車載驅(qū)動系統(tǒng)、以及鉗位電容cc、切換開關、高頻變壓器和全橋變換器構建的單級隔離型雙向ac-dc充放電拓撲結(jié)構，對車載電池進行充電或放電；

2.根據(jù)權利要求1所述的新能源汽車用單級隔離型雙向車載集成充電系統(tǒng)，其特征在于，切換開關包括單開單控開關k1、k31和k32、以及單開雙控k21和k22；

3.根據(jù)權利要求2所述的新能源汽車用單級隔離型雙向車載集成充電系統(tǒng)，其特征在于，三相逆變器為三相全橋逆變器，且三相逆變器的第一、二和三交流輸出端分別為三相逆變器的a、b和c相半橋的中點；

4.根據(jù)權利要求2所述的新能源汽車用單級隔離型雙向車載集成充電系統(tǒng)，其特征在于，鉗位電容cc兩端的電壓vcc為網(wǎng)側(cè)電壓vg的2倍，其中，網(wǎng)側(cè)電壓vg為單相電源輸出的工頻交流電。

5.根據(jù)權利要求2所述的新能源汽車用單級隔離型雙向車載集成充電系統(tǒng)，其特征在于，高頻變壓器采用單相半橋逆變器實現(xiàn)，且單相半橋逆變器的兩個支路中各支路中的兩個開關管的載波間以180°移相，并均使用信號d(t)進行調(diào)制，其中，d(t)＝k|sin(ωgt)|；k為系數(shù)，且k∈[0，0.5]，ωg為電網(wǎng)角頻率，t為時間。

6.根據(jù)權利要求2所述的新能源汽車用單級隔離型雙向車載集成充電系統(tǒng)，其特征在于，pfc電感的a、b和c相等效濾波電感l(wèi)eqa、leqb和leqc分別為：

技術總結(jié)
新能源汽車用單級隔離型雙向車載集成充電系統(tǒng)，屬于涉及車載集成充電領域。解決了現(xiàn)有兩級隔離型車載充電系統(tǒng)體積大、成本和損耗高的問題。本發(fā)明提出了基于三相電機繞組重構的單級隔離型雙向AC?DC充放電拓撲結(jié)構，該拓撲針對現(xiàn)有技術中的兩級拓撲結(jié)構，在體積、成本和損耗方面進一步降低，提升系統(tǒng)效率，該單級隔離型雙向AC?DC充放電拓撲結(jié)構，還能夠提升充放電模式下網(wǎng)側(cè)等效濾波電感的數(shù)值，在充電過程中電機不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)W(wǎng)側(cè)電流的諧波進行抑制，減少成本的同時能夠進一步降低電機內(nèi)部的損耗。本發(fā)明主要應用在新能源汽車充電上。

技術研發(fā)人員：張千帆,魏振,張帆,王楚茗,姬三昂,候雙迪
受保護的技術使用者：哈爾濱工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/8