[发明专利]一种低成本的电机驱动-电池充电一体化装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，具体地，涉及一种低成本的电机驱动-电池充电一体化装置及其控制方法。

背景技术

随着石油资源的日益短缺，以及人们对环境问题的不断关注，使得电动汽车技术在快速发展。传统的电动汽车电机驱动器依然采用六开关三相逆变器，这种逆变器的开关管数量多成本较高。另外，传统的电动汽车需要同时配备一个电机驱动器和一个车载充电器，但电动汽车在行驶过程中并不使用车载充电器，却需要携带笨重的车载充电器，严重影响了电动汽车的性能和大幅提高了电动汽车的成本。此外，国家对电动汽车的电池充电器设立了相关标准，对于充电器的输入功率因数和输入电流的谐波含量进行了限制，以提高电网的电能质量。因此，发明一种轻巧、廉价，且能够满足充电器的相关国家标准的电机驱动-电池充电一体化装置，能够有利于促进电动汽车的长足发展和快速推广。

专利CN104578253A，“一种具有高频三角变技术的电动汽车电机驱动DC/DC变换装置”介绍了一种利用高频三角变技术的电机驱动-电池充电一体化装置。这一发明通过增加DC/DC变换装置包括整流电路、充电器侧和电池侧的单相逆变电路、三角变压器等，实现了对电动汽车动力电池的隔离充电功能。这一发明虽然实现了隔离充电功能，但整体成本依然很高，充电时没有对闲置的电机驱动器加以利用。

专利CN203902312U，“具有快速充电-慢速充电功能的电机驱动-充电一体化装置”介绍了一种重复利用六开关逆变器的电机驱动-电池充电一体化装置。这一发明在传统六开关电机驱动器的基础上增加了一个整流电路及一些继电器，利用继电器的开关使装置能够运行于电机驱动模式或电池充电模式，从而降低了充电器的成本、体积和重量。但这一发明对电机驱动器的重复利用率较低，且需要增加一些继电器或开关器件用来改变逆变器结构，装置的成本依然较高。

专利CN203708154U，“一种集成开关磁阻电机驱动和电池充电的功率变换装置”介绍了一种不需增加额外器件的开关磁阻电机驱动-电池充电一体化装置。这一装置实现了电机驱动和电池充电的双重分时复用，系统的重复利用率较高。但这一发明提出的功率变换装置仅能应用于开关磁阻电机，且依然使用了六个全控开关器件，成本仍然较高。

专利CN104578253A、专利CN203902312U和专利CN203708154U等专利对传统技术进行了改进，将电机驱动和电池充电整合成一个一体化装置。但它们依然需要使用六个全控开关，控制较为复杂、成本也较高。部分专利还仅能用于驱动开关磁阻电机，对于现在电动汽车普遍采用永磁同步电机等交流电机的现状不符，难以进行大量推广。另一些专利则需要增加一些继电器或开关器件用来改变逆变器结构或电机绕组结构，增加了成本的同时也增大了控制的复杂性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种成本、体积和重量较低，性能较高，能够控制各类常见交流电机的电机驱动-电池充电一体化装置及其控制方法，从而有利于促进电动汽车的长足发展和快速推广。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种低成本的电机驱动-电池充电一体化装置，所述装置包括：所述装置包括：电池组、四开关三相逆变器、单相不控整流桥、带中性线的电机，其中：所述电池组的正、负极分别连接四开关三相逆变器的正、负母线；所述四开关三相逆变器共有四个桥臂，分别与电机的三相引出线和中性线相连，每个桥臂中分别有一功率开关器件S1、S2、S3、S4；所述单相不控整流桥在中性线所在的桥臂中，单相不控整流桥的阴极连接电机的中性线、同时连接该桥臂的功率开关器件S4的发射极，单相不控整流桥的阳极连接四开关三相逆变器的负母线。

优选地，所述四开关三相逆变器共有四个桥臂，这四个桥臂的一端分别与正母线相连，另一端分别与负母线相连，这四个桥臂除了与电机的引出线连接外，相互之间没有其他连接。

优选地，所述四开关三相逆变器，包括四个功率开关器件和三个功率二极管，另外一个单相不控整流桥在四开关三相逆变器中被重复利用为一个功率二极管。其中三个功率二极管分别与三个功率开关器件组成三个桥臂，二极管的阳极与功率开关器件的集电极相连，并与电机三相引出线中的一根相连。另一份功率开关器件与单相不控整流桥相连，开关的发射极与不控整流桥的阴极相连。

优选地，所述的四开关三相逆变器的四个功率开关器件的开关状态共有16种，不同的开关状态能够输出不同的电压空间矢量。利用不同的电压空间矢量能够控制电机正常旋转。