一種基于磁耦合的電動汽車電源及驅動電路的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種電動汽車電源及驅動電路，具體是一種基于磁耦合的電動汽車電源及驅動電路。
【背景技術】
[0002]電力電子變換器廣泛應用于電動汽車、電力牽引、傳動等領域。電動汽車行業目前普遍采用蓄電池大規模串聯供電，通過升壓電路將電壓提升后(或直接串聯高壓輸出)，再連接電機驅動電路實現對電機的控制。整個驅動系統主要包括儲能單元、電力電子變換器和電機三大部分。目前，無論是純電動汽車、混合動力汽車還是增程式電動汽車，普遍具有如下特點:車載電機主流類型為:永磁同步電機、交流異步電機、BLDC電機、復合勵磁電機；電機驅動一般采用兩電平電機驅動電路結構；能量管理系統通常采用鋰電池、鉛酸電池。由于單體電池電壓較低，電池組需要大規模串聯，并需要采用電池能量管理系統(BMS)對各單體電池進行管理；充電方式需要外接充電器逐個或成組為蓄電池充電。通過分析，不難發現目前的技術路線存在如下技術缺陷:
[0003](I)儲能部分:
[0004]a)大規模串聯后電池的動態均壓困難。長期使用，電池單體的特性不均導致充放電電壓不一致，嚴重時導致電池損毀、起火。
[0005]b)如采用DC-DC升壓電路，則需要額外的電力電子設備和電抗器。造成系統功率密度降低，電抗器的充放電過程產生諧波，影響車載電器和通訊設備的正常工作。
[0006]c)為了實現動態均壓，需要復雜、昂貴的電池能量管理系統(BMS)。
[0007]d)鋰電池的特性受生產條件、使用周期、工作環境等因數的影響，即使同一品牌的電池在長時間使用后也很難做到良好的一致性。因此，不同廠家、不同批次、不同時間生產的電池，往往不能混用。從而，導致在新能源汽車推廣的過程中，出現了如下問題:儲能系統在出廠時，需要浪費大量的人力、物理、財力對電池單體進行多項指標的檢測，以保證各批次的一致性；在使用一段時間后，如果某個電池單體發生故障，替換又非常困難，造成售后服務成本的提高。各個廠家生產的鋰電池特性很難做到一致，彼此替換困難。不同類型的電池(如鋰電與鉛酸之間)更是無法相互替換，從而嚴重影響新能源汽車的產業化進程。
[0008](2)電控系統:
[0009]a) 一般來說，變換器輸出基波頻率較低，通常不大于400Hz，因此系統所需母線電容(通常為汽車級薄膜電容)數量多，體積、重量較大、影響系統的功率密度。大量電容器的存在造成整車續航里程受限。
[0010]b)系統安全性差:一旦電池單體或控制單元出現故障，系統即停止工作。在車載系統中，這無疑將導致嚴重的安全隱患，如高速行駛過程中車輛突然失去動力。
[0011]c)如采用升壓DC-DC變換器，其諧波成分依然較大，會造成對車輛儀表、車載電器和通訊設備的干擾。

【發明內容】

[0012]針對現有技術的缺陷，本實用新型提供一種基于磁耦合的電動汽車電源及驅動電路，提高現有電動汽車電源及驅動系統的穩定性、可靠性及兼容性。
[0013]為了解決所述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:一種基于磁耦合的電動汽車電源及驅動電路，包括儲能管理模塊、電磁耦合模塊和電機驅動模塊；所述儲能管理模塊包括m個并聯的儲能單元、m個分別連接在儲能單元輸出端的原邊H橋電路；所述電磁耦合模塊包括變壓器和連接于變壓器副邊的副邊H橋電路，變壓器的原邊為m個繞組線圈，每個繞組線圈分別連接于原邊H橋電路的輸出端；電機驅動模塊連接于副邊H橋的輸出端，包括電機驅動電路和驅動電機為大于等于2的正整數。
[0014]進一步的，所述副邊H橋電路與電機驅動電路之間連接有用于穩壓的母線電容。
[0015]進一步的，所述儲能單元為直流電源、電池、超級電容、電容器中的一種或者幾種組合。
[0016]進一步的，所述變壓器為中高頻變壓器。
[0017]本實用新型的有益效果:本實用新型利用磁耦合的方式即采用中、高頻磁耦合作為能量交換的載體，因此副邊H橋所連接的母線電容用量小、體積小、重量輕、系統功率密度高，適合電動車使用；并且儲能管理模塊采用多個并聯的儲能單元和原邊H橋電路實現了無大規模電池串聯，不用升壓電路或者專門的電源管理系統，且各級儲能單元可兼容不同廠家、不同生產年限甚至不同類型的電池，兼容性強，方便更換；當某個儲能單元故障時，還可通過電力電子器件或旁路設備將其旁路，整個系統降額運行，因此系統具備故障運行能力。在儲能單元側，各級電池組構成了多電平輸出模式，從而優化了諧波特性，對車載電器和其他通訊設備的干擾較小。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的原理圖；
[0019]圖中:1、儲能單元，2、原邊H橋電路，3、變壓器，4、副邊H橋電路，5、母線電容，6、電機驅動電路，7、驅動電機。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的說明和限定。
[0021]如圖1所示，一種基于磁耦合的電動汽車電源及驅動系統，包括儲能管理模塊、電磁耦合模塊和電機驅動模塊；所述儲能管理模塊包括5個并聯的儲能單元1、5個分別連接在儲能單元I輸出端的原邊H橋電路2，原邊H橋電路2的輸出端分別與變壓器3原邊的繞組線圈相連，變壓器器副邊的繞組線圈連接有副邊H橋電路4。副邊H橋電路4通過母線電容5連接有電機驅動電路6，電機驅動電路6連接驅動電機7。驅動狀態下，原邊H橋電路2把儲能單元I輸出的直流電轉換為交流電并且通過變壓器3改變交流電的幅值或相位，變壓器3輸出端的交流電經副邊H橋4轉換為直流電，然后通過母線電容5構成穩定的高壓直流，作為電機驅動電路6的輸入，通過電機驅動電路6驅動電機的運轉。
[0022]本實用新型的工作原理:各儲能單元及與其連接的原邊H橋可組成獨立的能量控制單元，通過控制H橋中的開關器件的導通與關斷，可實現輸出電壓的幅值、頻率和相位的控制。其次，各個原邊H橋分別連接至中、高頻變壓器的繞組上，通過控制繞組電壓之間的幅值和相位差，可以實現能量在變壓器各繞組之間的任意流動，能量耦合的方式是通過變換器的鐵心實現磁耦合，頻率為變壓器的額定頻率。最后，輸出側將變壓器副邊的輸出波形整流，通過母線電容構成穩定的高壓直流，作為電機驅動電路的輸入，通過電機驅動電路驅動電機的運轉。
[0023]本實用新型過程中，控制系統采樣各儲能單元的電壓與電流信息，計算各儲能單元剩余電量，按照剩余電量進行排序。驅動狀態下，剩余電量最高的位于PWM控制的最低端，驅動電機時輸出能量最多，反之則位于最上端，輸出能量最少。當車輛減速或制動時，能量流動方向是由電機向各儲能單元流動，排序順序與驅動狀態相反，剩余電量最小的位于PWM控制最低端，吸收能量最多，反之則位于最上端，吸收能量最小。通過這種控制方式，可以實現各儲能單元電量之間的動態平衡。
[0024]當系統某個儲能單元故障時，H橋通過封鎖PWM將該儲能單元從系統中切出，或增加輔助的旁路設備，將該儲能單元與變壓器繞組斷開，即可在不影響其他儲能單元正常工作的情況下，安全切斷故障單元。整個系統依然可以將功率運行，使系統具備故障運行能力。
【主權項】
1.一種基于磁耦合的電動汽車電源及驅動電路，其特征在于:包括儲能管理模塊、電磁耦合模塊和電機驅動模塊；所述儲能管理模塊包括m個并聯的儲能單元(I )、m個分別連接在儲能單元(I)輸出端的原邊H橋電路(2)，m為大于等于2的正整數；所述電磁耦合模塊包括變壓器(3)和連接于變壓器副邊的副邊H橋電路(4)，變壓器(3)的原邊為m個繞組線圈，每個繞組線圈分別連接于原邊H橋電路(2)的輸出端；電機驅動模塊連接于副邊H橋電路(4 )的輸出端，包括電機驅動電路(6 )和驅動電機(7 )。
2.根據權利要求1所述的基于磁耦合的電動汽車電源及驅動電路，其特征在于:所述副邊H橋電路(4 )與電機驅動電路(6 )之間連接有用于穩壓的母線電容(5 )。
3.根據權利要求1或2所述的基于磁耦合的電動汽車電源及驅動電路，其特征在于:所述儲能單元(I)為直流電源、電池、超級電容、電容器中的一種或者幾種組合。
4.根據權利要求3所述的基于磁耦合的電動汽車電源及驅動電路，其特征在于:所述變壓器為(3)中高頻變壓器。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于磁耦合的電動汽車電源及驅動電路，包括儲能管理模塊、電磁耦合模塊和電機驅動模塊；所述儲能管理模塊包括m個并聯的儲能單元、m個分別連接在儲能單元輸出端的原邊H橋電路，m為大于等于2的正整數；所述電磁耦合模塊包括變壓器和連接于變壓器副邊的副邊H橋電路，變壓器的原邊為m個繞組線圈，每個繞組線圈分別連接于原邊H橋電路的輸出端；電機驅動模塊連接于副邊H橋的輸出端，包括電機驅動電路和驅動電機。本實用新型利用磁耦合的方式作為能量交換的載體，因此母線電容體積小、重量輕、系統功率密度高，適合電動車使用；各級儲能單元可兼容不同廠家、不同生產年限甚至不同類型的電池，兼容性強；當某個儲能單元故障時，還可通過電力電子器件或旁路設備將其旁路，整個系統降額運行，因此系統具備故障運行能力。
【IPC分類】H02M1-32, H02P27-06, H02M3-335
【公開號】CN204349808
【申請號】CN201520051821
【發明人】李萌, 曾慶臣
【申請人】山東游騎兵汽車電控技術有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月26日