[实用新型]新能源汽车电力驱动系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新能源汽车电力系统，特别是一种新能源汽车电机驱动系统。

背景技术

新能源汽车可以划分为纯电动汽车（EV）和混合动力汽车（HEV），由电力驱动系统为汽车运行提供全部或者部分动力。新能源汽车的电力驱动系统包括动力电池组、电池管理系统（BMS）、车载充电器、电机驱动逆变器、电机等高压部件，除此以外一般还有低压电子系统包括整车控制器VCU/HCU、辅助电源DC/DC等。

现有的高压电池组采用大数量的电池单体串并联成组，其输出为单一端口的高直流电压。高压电池组必须附带电池组管理系统（BMS），用于对电池单体的电压电流、剩余电量、运行温度、电池健康度等参数进行监测和保护，必要时还要对电池单体的剩余电量进行主动或被动均衡。由于高压电池组的电池单体数量很多，故其成组电路结构和BMS系统的结构非常复杂，往往采用并-串-并三层以上的架构，必须要数十个电路板组成。

高压电池组的高压直流输出电压连接到电机驱动逆变器，将直流电源变换为新能源汽车运行所需要的交流电源供给电机。交流电源的电压、电流、频率等由整车控制系统的驾驶指令决定。新能源汽车一般都配有车载充电电源，用来将市电变换成高压直流电源给高压电池组充电。

高压电池组、BMS、电机驱动逆变器、车载充电器从电气结构上来说是独立的部件，相互之间通过高压直流母线连接。除了高压电池组以外，所有部件又通过车载的CAN总线等信息总线相互连接，与整车控制器连接并受其控制。

当前的新能源汽车电机驱动系统存在如下困难或者问题：

1）电池成组困难，电池组整体寿命降低

由于工艺、安全、经济性等方面的限制，锂离子电池的单体容量都有限，新能源车车载电池均采用单体电池串并联成组使用。并联使用时不同支路由于参数不一致会导致充放电不均衡，即使能够精密检测每条支路的电流，由于端电压一致，无法对各条支路进行有效的电流均衡控制。无论先串后并还是先并后串，由于电机工作电压高达数百伏特以上，而电池单体电压较低都在4伏特以下，因此电池组中的串联级数都很高，基本都在100级以上。巨大的串联级数对电池管理系统（BMS）的要求很高，所以在串联级数较高时，BMS往往采用分段管理的方式，系统架构也分为数层，电路单元数量可能达到数十个，结构极其复杂。电池组的串联支路在串联充放电电流相同的条件下，其内部电池单体间由于参数不一致，会出现容量不均衡，如果不能有效均衡会大大降低电池寿命。另外电池单体的动态劣化是随机的，单凭BMS的主、被动均衡，也很难解决复杂电池组的有效管理。以上都大大增加了BMS系统的复杂度。从现实来看，大容量的串并联成组使用时，电池包的寿命和容量会大大低于电池单体，对于电池来说造成了巨大的浪费。

2）电机驱动逆变器整机效率较低

传统新能源汽车中电池组与电机驱动器是分离的，由于电池组直流电压较高所以只能选择高耐压开关器件如IGBT，IGBT有2～5V固定的压降，形成较大的导通损耗，并且IGBT工作在较高频率（5kHz以上），其开关损耗比导通损耗大得多。现有方案中仅电机驱动逆变器部分的效率损失都在3%以上。较高开关频率导致逆变器的EMI问题突出，需要复杂的滤波电路，对电机寿命也有非常严重的不利影响。

3）单个器件损坏导致驱动逆变器失效

传统新能源汽车中的电机驱动逆变器主电路采用三相全桥拓扑，任意开关器件的损坏都会导致逆变器失效，汽车不能行驶。

4）需要额外配置车载充电器且充电功率很小

高压电池组充电所需要的高压直流电源，有两种途径可以提供：一是外置的直流充电机，可以直接为电池组提供高压直流电源；二是交流充电桩，只为新能源汽车提供交流市电，由车载充电机将交流市电转换为高压直流电源。为了适应新能源汽车的移动特性，新能源汽车都配置车载充电机。受限于新能源汽车的车身重量和空间、散热等条件限制，车载充电机的额定功率比电机驱动逆变器小一个数量级，致使交流充电桩充电时速度非常慢、充电时间很长。

发明内容

本实用新型旨在提供一种新能源汽车电机驱动系统，简化BMS电路，提高电池组寿命，提高电力驱动系统的整体效率。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种新能源汽车电机驱动系统，包括三个星形连接的模组电路；每个所述模组电路包括多个串联的模组；每个所述模组均包括电池组和与所述电池组连接的逆变单元；所述三个模组电路的输出端各与电机的三相定子绕组对应连接；所述逆变单元包括两个并联的桥臂；每个桥臂包括两个串联的开关管。