[发明专利]集成式功率变换器

说明书

技术领域

本发明涉及混合动力车和电动车领域，尤其涉及一种电动车用集成式功率变换器。

背景技术

如图1a-1b所示，在混合动力车和电动车中，使用功率变换器将车载电池的输出电压提升到车辆电动机所需的水平。

使用上述功率变换器的优点在于实现了解耦设计，即在保持相对较低的电池输出电压的同时，又能够对车辆的电动机提供较高电压。由于所需的车载电池输出电压较低，可以减少对串联的电池单元；由于能够对车辆的电动机提供较高电压，车辆得以获得较高的行驶速度。

而且在另一个方面，对于安全和断路器技术（safety and breakertechnology）来说，600V的电压是一个重要的阈值，所以车载电池的输出电压应该限制在600V之内；而车辆电动机由于高速行驶需要更高的电压，所以功率变换器使得既满足了电动机的需求又解决了安全的问题。

但是，功率变换器的增加也增加了车辆的成本，并且对车内空间和冷却的要求更高。参考图2，图2为图1b的一部分，其中，功率变换器至少包括两个开关、一个电感和一个电容（滤波电容器）。所以，虽然具有上述优点，车辆制造商考虑到成本因素没有在混合动力车和电动车中大规模采用功率变换器。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种集成式功率变换器，复用功率变换器的电路，从而以较低的成本实现功率变换功能。

根据本发明的一个方面，提供一种用于以可充电电池驱动电动机工作的交通工具的功率变换器，包括：

功率变换器单元，分别连接外部电源和所述电池，适于通过电压变换，提供自外部电源至所述电池或自所述电池至外部电源的电压；

模式控制单元，适于控制所述功率变换器单元，使得所述功率变换器单元适于：

在第一模式下，在所述外部电源与所述电池之间进行能量转移，从而将电能从所述外部电源供给至所述电池，或者将电能从所述电池供给至所述外部电源；

在第二模式下，将所述电池的电压不经过功率变换直接对所述电动机提供驱动电压；以及

在第三模式下，将所述电池的电压不经过功率变换以为所述电动机提供第一部分电压，同时将所述电池的电压经过功率变换以为所述电动机提供第二部分电压，所述第一部分电压与所述第二部分电压共同对所述电动机提供驱动电压。

可选的，其中所述功率变换单元包括隔离双向功率变换电路，具有连接外部电源的第一侧以及连接所述电池的第二侧，所述隔离双向功率变换电路适于在第一侧的电压与第二侧的电压之间进行电压变换，其中所述功率变换器被构造为适于在所述第一模式和所述第三模式中复用所述双向功率变换电路。

可选的，其中所述功率变换单元还包括第一变换单元，连接至所述第一侧，用于提供交流-直流转换。

可选的，其中所述隔离双向功率变换电路包括：

第二变换单元，位于所述第一侧，用于提供交流-直流转换；

第三变换单元，位于所述第二侧，用于提供交流-直流转换；以及

隔离变压器，适于通过交流电感应耦合第二变换单元和所述第三变换单元。

可选的，所述模式控制单元包括三个直流接触器，其中：

第一接触器的一端接在所述电池的第一极性端上，另一端接在所述第一侧的第二极性端上；

第二接触器的一端接在所述电池的第一极性端上，另一端接功率变换器至所述电机的直流输出的第一极性端上；

第三接触器的一端接在所述第一侧的第一极性端上，另一端接在功率变换器至所述电机的直流输出的第一极性端上；以及

所述电池的第二极性端接功率变换器至所述电机的直流输出的第二极性端上；

其中所述第一极性端为正极、第二极性端为负极，或所述第一极性端为负极、第二极性端为正极。

根据本发明另一个方面，提供一种用于该功率变换器的控制方法，其中在第一模式下，控制第一接触器、第三接触器关断，且第二接触器关断或导通；在第二模式下控制第一接触器、第三接触器关断，且第二接触器导通；以及在第三模式下控制第一接触器、第三接触器导通，且第二接触器关断。

在另一个实施方式中，所述模式控制单元包括的三个直流接触器的布置方式为：

第一接触器的一端接在所述电池的第一极性端上，另一端接在所述第一侧的第二极性端上；

第二接触器的一端接在所述第一侧的第一极性端上，另一端接在所述第一侧的第二极性端上；

第三接触器的一端接在所述第一侧的第一极性端上，另一端接在功率变换器至所述电机的直流输出的第一极性端上；以及