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能量转换系统及动力系统的制作方法

2022-05-18 03:39:59 来源:中国专利 TAG:


1.本技术涉及电力电子技术领域,尤其涉及一种能量转换系统及动力系统。


背景技术:

2.随着新能源汽车的快速发展,由于电动汽车具有高效、节能、低噪声、零排放等优点,因此电动汽车已成为未来新能源汽车的发展趋势。由于电动汽车中的电机驱动电路(即用于驱动电机的电路)和车载充电机(on-board charger,obc)对应的电池充电电路之间相互独立,会导致电动汽车的结构布局复杂且集成度低,因此对电机驱动电路和电池充电电路进行集成尤为重要。目前,可复用电池充电电路中的功率桥臂,并在电动汽车中增加多个继电器,通过控制功率桥臂和多个继电器的导通或者关断来驱动电机、或者对高压电池和低压电池充电,然而,无法同时驱动电机以及对高压电池和低压电池充电,适用性弱。


技术实现要素:

3.本技术提供一种能量转换系统及动力系统,其特征在于,可控制第一开关、各其他开关以及各桥臂开关配合工作,从而达到同时驱动电机且对电池模块充电的目的,进而提高了能量转换效率,成本低,适用性强。
4.第一方面,本技术提供了一种能量转换系统,该能量转换系统中包括电机、控制模块、交流(alternating current,ac)/直流(direct current,dc)变换模块、第一开关、多个其他开关和多个滤波电感,上述多个滤波电感的第一连接端可通过多个其他开关连接至三相交流电源的多个第一连接端。其中,上述ac/dc变换模块中包括但不限于第一桥臂开关以及与第一桥臂开关并联的多个第二桥臂开关,上述第一桥臂开关的桥臂中点可连接三相交流电源的第二连接端,上述多个第二桥臂开关中一个第二桥臂开关的桥臂中点耦合(如直接连接或者间接连接)至多个滤波电感中一个滤波电感的第二连接端,上述多个第二桥臂开关的桥臂中点可通过电机中的多相绕组连接多个滤波电感中第一滤波电感的第二连接端,且该第一滤波电感的第二连接端与其耦合的第二桥臂开关的桥臂中点之间设置有第一开关,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可连接电池模块。在同时驱动电机且对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输出端。上述控制模块可用于控制第一开关断开、多个其他开关中的各其他开关导通或者关断,并控制第一桥臂开关和多个第二桥臂开关中的各桥臂开关动作,从而实现基于三相交流电源提供的交流电压驱动电机并对电池模块充电的目的。在本技术中,可控制第一开关、各其他开关以及各桥臂开关配合工作,从而达到同时驱动电机且对电池模块充电的目的,进而提高了能量转换效率,并且减小了能量转换系统中存在的谐振,提升了系统稳定性;另外,可减少能量转换系统中使用高压部件的数量,从而降低了系统成本,结构更加简单,适用性强。
5.结合第一方面,在第一种可能的实施方式中,上述多个其他开关包括多个第二开关和至少一个第三开关(即一个或者多个第三开关),上述多个滤波电感中还包括至少两个第二滤波电感,也就是说,多个滤波电感中包括第一滤波电感和至少两个第二滤波电感。其
中,上述第一滤波电感的第一连接端可通过多个第二开关中的任一第二开关连接至三相交流电源的多个第一连接端中的任一第一连接端,且上述三相交流电源的任一第一连接端与上述至少两个第二滤波电感中的一个第二滤波电感的第一连接端之间设置有至少一个第三开关中的一个第三开关,一个第二滤波电感的第一连接端可通过多个第二开关中除任一第二开关之外的一个第二开关连接至三相交流电源的多个第一连接端中除任一第一连接端之外的一个第一连接端。在同时驱动电机且对电池模块充电的情况下,上述控制模块可用于控制第一开关、多个第二开关中除任一第二开关之外的其它第二开关以及至少一个第三开关断开、任一第二开关导通,并控制各桥臂开关动作来实现同时驱动电机且对电池模块充电的目的。在第一开关、其它第二开关以及至少一个第三开关断开且任一第二开关导通时,第一滤波电感分别与电机中的各相绕组串联后作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相功率因数校正(power factor correction,pfc)电路以提高电力利用率,进一步提升了能量转换效率;另外,在同时驱动电机且对电池模块充电的过程中,还可调整电机的转速,提高了系统灵活性,适用性更强。
6.结合第一方面第一种可能的实施方式,在第二种可能的实施方式中,上述能量转换系统还包括至少两个第四开关(即两个或者多个第四开关),上述至少两个第四开关中的一个第四开关与多相绕组中的一相绕组串联,上述多个第二桥臂开关中一个第二桥臂开关的桥臂中点可通过串联的一个第四开关和一相绕组连接上述第一滤波电感的第二连接端。在同时驱动电机且对电池模块充电的情况下,上述控制模块可用于控制任一第二开关和至少两个第四开关导通,控制第一开关、多个第二开关中除任一第二开关之外的其它第二开关以及至少一个第三开关断开,并控制各桥臂开关动作来实现同时驱动电机且对电池模块充电的目的。在任一第二开关和至少两个第四开关导通,且第一开关、其它第二开关以及至少一个第三开关断开时,第一滤波电感分别与电机中的各相绕组串联后作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成功率因数校正电路以提高电力利用率,进一步提升了能量转换效率;另外,在同时驱动电机且对电池模块充电的过程中,还可调整电机的转速,提高了系统灵活性,适用性更强。
7.结合第一方面第二种可能的实施方式,在第三种可能的实施方式中,在单独驱动电机的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输入端。上述控制模块还用于控制上述第一开关、多个第二开关和至少一个第三开关断开、至少两个第四开关导通,并控制上述多个第二桥臂开关中的各第二桥臂开关动作,从而实现基于电池模块提供的电压驱动电机的目的。在第一开关、多个第二开关和至少一个第三开关断开且至少两个第四开关导通时,驱动电机的电流不会流过上述多个滤波电感,从而可避免能量损失,进而提高了电机的驱动效率;另外,可控制第一开关、多个第二开关、至少一个第三开关、至少两个第四开关以及各第二桥臂开关配合工作来实现单独驱动电机的目的,从而提高了驱动电机的便捷性,适用性更强。
8.结合第一方面第二种可能的实施方式,在第四种可能的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输出端。上述控制模块还用于控制第一开关、任一第二开关和至少一个第三开关导通、其它第二开关和至少两个第四开关断开,并控制上述各桥臂开关动作来实现基于三相交流电源提供的一相交流电压对电池模块充电的目的。在第一开关、任一第二开关和至少一个第三开关导
通,且其它第二开关和至少两个第四开关断开时,上述多个滤波电感可作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相功率因数校正电路(可简称为三相pfc电路)以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;并且,电池模块的充电电流不会流过电机中的多相绕组,因此,在对电池模块充电的过程中无需复用电机中的多相绕组作为ac/dc变换模块的滤波电感,也就是说,无需对电机中的多相绕组进行定制和设计,进一步降低了电机的设计复杂性和系统成本。另外,可控制第一开关、多个第二开关、至少一个第三开关、至少两个第四开关以及各桥臂开关配合工作来实现基于一相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。
9.结合第一方面第二种可能的实施方式,在第五种可能的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输出端。上述控制模块还用于控制第一开关和多个第二开关导通、至少一个第三开关和至少两个第四开关断开,并控制上述各桥臂开关动作来实现基于三相交流电源提供的三相交流电压对电池模块充电的目的。在第一开关和多个第二开关导通且至少一个第三开关和至少两个第四开关断开时,上述多个滤波电感可作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相pfc电路以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;并且,电池模块的充电电流不会流过电机中的多相绕组,因此,在对电池模块充电的过程中无需复用电机中的多相绕组作为ac/dc变换模块的滤波电感,也就是说,无需对电机中的多相绕组进行定制和设计,进一步降低了电机的设计复杂性和系统成本。另外,可控制第一开关、多个第二开关、至少一个第三开关、至少两个第四开关以及各桥臂开关配合工作来实现基于三相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。
10.第二方面,本技术提供了一种能量转换系统,该能量转换系统中包括电机、控制模块、ac/dc变换模块、第一开关、多个其他开关以及多个滤波电感,上述多个滤波电感的第一连接端可通过多个其他开关连接至三相交流电源的多个第一连接端。其中,上述ac/dc变换模块中包括但不限于第一桥臂开关以及与第一桥臂开关并联的多个第二桥臂开关,上述第一桥臂开关的桥臂中点可连接三相交流电源的第二连接端,上述多个第二桥臂开关中一个第二桥臂开关的桥臂中点连接至上述多个滤波电感中的一个滤波电感的第二连接端,上述多个第二桥臂开关的桥臂中点可通过电机中的多相绕组连接至第一开关的第一连接端,且该第一开关的第二连接端可连接三相交流电源的任一第一连接端,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可连接电池模块。在同时驱动电机且对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输出端。上述控制模块可用于控制第一开关导通、多个其他开关断开,并控制第一桥臂开关和多个第二桥臂开关中的各桥臂开关动作,从而实现基于三相交流电源提供的交流电压驱动电机并对电池模块充电的目的。在本技术中,可控制第一开关、多个其他开关以及各桥臂开关配合工作,从而达到同时驱动电机且对电池模块充电的目的,进而提高了能量转换效率,并且减小了能量转换系统中存在的谐振,提升了系统稳定性;另外,可减少能量转换系统中使用高压部件的数量,从而降低了系统成本,结构更加简单,适用性强。
11.结合第二方面,在第一种可能的实施方式中,上述多个其他开关中包括多个第二开关和至少一个第三开关,上述多个滤波电感中包括第一滤波电感和至少两个第二滤波电感。其中,上述第一滤波电感的第一连接端可通过多个第二开关中的任一第二开关连接至
三相交流电源的任一第一连接端,且上述三相交流电源的任一第一连接端与至少两个第二滤波电感中的一个第二滤波电感的第一连接端之间设置有至少一个第三开关中的一个第三开关,上述一个第二滤波电感的第一连接端可通过多个第二开关中除任一第二开关之外的一个第二开关连接至三相交流电源的多个第一连接端中除任一第一连接端之外的一个第一连接端。在同时驱动电机且对电池模块充电的情况下,上述控制模块可用于控制第一开关导通、多个第二开关和至少一个第三开关断开,并控制各桥臂开关动作来实现同时驱动电机且对电池模块充电的目的。在第一开关导通且多个第二开关和至少一个第三开关断开时,电机中的多相绕组可作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相pfc电路以提高电力利用率,进一步提升了能量转换效率;另外,在同时驱动电机且对电池模块充电的过程中,还可调整电机的转速,提高了系统灵活性,适用性更强。
12.结合第二方面第一种可能的实施方式,在第二种可能的实施方式中,上述能量转换系统还包括至少一个第四开关,上述至少一个第四开关中的一个第四开关与多相绕组中的一相绕组串联,上述多个第二桥臂开关中一个第二桥臂开关的桥臂中点可通过串联的一个第四开关和一相绕组连接至第一开关的第一连接端。在同时驱动电机且对电池模块充电的情况下,上述控制模块用于控制第一开关和至少一个第四开关导通,控制多个第二开关和至少一个第三开关断开,并控制各桥臂开关动作来实现同时驱动电机且对电池模块充电的目的。在第一开关和至少一个第四开关导通且多个第二开关和至少一个第三开关断开时,电机中的多相绕组可作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相pfc电路以提高电力利用率,进一步提升了能量转换效率;另外,在同时驱动电机且对电池模块充电的过程中,还可调整电机的转速,提高了系统灵活性,适用性更强。
13.结合第二方面第二种可能的实施方式,在第三种可能的实施方式中,在单独驱动电机的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输入端。上述控制模块还用于控制第一开关、多个第二开关以及至少一个第三开关断开、至少一个第四开关导通,并控制多个第二桥臂开关中的各第二桥臂开关动作,从而实现基于电池模块提供的电压驱动电机的目的。在第一开关、多个第二开关以及至少一个第三开关断开且至少一个第四开关导通时,驱动电机的电流不会流过上述多个滤波电感,从而可避免能量损失,进而提高了电机的驱动效率;另外,可控制第一开关、多个第二开关、至少一个第三开关、至少一个第四开关以及各第二桥臂开关配合工作来实现单独驱动电机的目的,可提高驱动电机的便捷性,适用性更强。
14.结合第二方面第二种可能的实施方式,在第三种可能的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输出端。在上述多个第二开关还包括除任一第二开关之外的其它第二开关的情况下,上述控制模块还用于控制第一开关、其它第二开关和至少一个第四开关断开、任一第二开关和至少一个第三开关导通,并控制各桥臂开关动作来实现基于三相交流电源提供的一相交流电压对电池模块充电的目的。在第一开关、其它第二开关和至少一个第四开关断开,且任一第二开关和至少一个第三开关导通时,上述多个滤波电感可作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相pfc电路以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;并且,电池模块的充电电流不会流过电机中的多相绕组,因此,在对电池模块充电的过程中无需复用电机中的多相绕组作为ac/dc变换模块的滤波电感,也就是说,无需对电机中的多相绕组
进行定制和设计,进一步降低了电机的设计复杂性和系统成本。另外,可控制第一开关、多个第二开关、至少一个第三开关、至少一个第四开关以及各桥臂开关配合工作来实现基于一相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。
15.结合第二方面第二种可能的实施方式,在第四种可能的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输出端。上述控制模块还用于控制第一开关、至少一个第三开关和至少一个第四开关断开、多个第二开关导通,并控制各桥臂开关动作来实现基于三相交流电源提供的三相交流电压对电池模块充电的目的。在第一开关、至少一个第三开关和至少一个第四开关断开且多个第二开关导通时,上述多个滤波电感可作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相pfc电路以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;并且,电池模块的充电电流不会流过电机中的多相绕组,因此,在对电池模块充电的过程中无需复用电机中的多相绕组作为ac/dc变换模块的滤波电感,也就是说,无需对电机中的多相绕组进行定制和设计,进一步降低了电机的设计复杂性和系统成本。另外,可控制第一开关、多个第二开关、至少一个第三开关、至少一个第四开关以及各桥臂开关配合工作来实现基于三相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。
16.第三方面,本技术提供了一种能量转换系统,该能量转换系统中包括电机、控制模块、交流ac/直流dc变换模块、第一开关、多个其他开关以及多个滤波电感,上述多个滤波电感的第一连接端可通过多个其他开关连接至三相交流电源的多个第一连接端。其中,上述ac/dc变换模块中包括但不限于第一桥臂开关以及与第一桥臂开关并联的多个第二桥臂开关,上述第一桥臂开关的桥臂中点连接三相交流电源的第二连接端,上述多个第二桥臂开关中一个第二桥臂开关的桥臂中点可连接多个滤波电感中的一个滤波电感的第二连接端,上述一个滤波电感的第一连接端可通过电机中多相绕组中的一相绕组连接至第一开关的第一连接端,且上述第一开关的第二连接端连接三相交流电源的多个第一连接端中的任一第一连接端,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可连接电池模块。在同时驱动电机且对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输出端。上述控制模块可用于控制第一开关导通、多个其他开关断开,并控制第一桥臂开关和多个第二桥臂开关中的各桥臂开关动作,从而实现基于三相交流电源提供的交流电压驱动电机并对电池模块充电的目的。在本技术中,可控制第一开关、多个其他开关以及各桥臂开关配合工作,从而达到同时驱动电机且对电池模块充电的目的,进而提高了能量转换效率,并且减小了能量转换系统中存在的谐振,提升了系统稳定性;另外,可减少能量转换系统中使用高压部件的数量,从而降低了系统成本,结构更加简单,适用性强。
17.结合第三方面,在第一种可能的实施方式中,上述多个其他开关中包括多个第二开关和至少一个第三开关,上述多个滤波电感中包括第一滤波电感和至少两个第二滤波电感。其中,上述第一滤波电感的第一连接端连接多个第二开关中的任一第二开关的第一连接端,且该任一第二开关的第一连接端与至少两个第二滤波电感中的一个第二滤波电感的第一连接端之间设置有至少一个第三开关中的一个第三开关,上述任一第二开关的第二连接端连接至三相交流电源的任一第一连接端,上述一个第二滤波电感的第一连接端可通过多个第二开关中除任一第二开关之外的一个第二开关连接至三相交流电源的多个第一连
接端中除任一第一连接端之外的一个第一连接端。在同时驱动电机且对电池模块充电的情况下,上述控制模块可用于控制第一开关导通、多个第二开关和至少一个第三开关断开,并控制各桥臂开关动作来实现同时驱动电机且对电池模块充电的目的。在第一开关导通且多个第二开关和至少一个第三开关断开时,上述电机中的各相绕组可分别与多个滤波电感中的各滤波电感串联后作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相pfc电路以提高电力利用率,进一步提升了能量转换效率;另外,在同时驱动电机且对电池模块充电的过程中,还可调整电机的转速,提高了系统灵活性,适用性更强。
18.结合第三方面第一种可能的实施方式,在第二种可能的实施方式中,上述能量转换系统还包括至少一个第四开关,上述至少一个第四开关中的一个第四开关与一相绕组串联,上述多个滤波电感中一个滤波电感的第一连接端可通过串联的一个第四开关和一相绕组连接至上述第一开关的第一连接端。在同时驱动电机且对电池模块充电的情况下,上述控制模块可用于控制第一开关和至少一个第四开关导通,控制多个第二开关和至少一个第三开关断开,并控制各桥臂开关动作来实现同时驱动电机且对电池模块充电的目的。在第一开关和至少一个第四开关导通,且多个第二开关和至少一个第三开关断开时,上述电机中的各相绕组可分别与多个滤波电感中的各滤波电感串联后作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相pfc电路以提高电力利用率,进一步提升了能量转换效率;另外,在同时驱动电机且对电池模块充电的过程中,还可调整电机的转速,提高了系统灵活性,适用性更强。
19.结合第三方面第二种可能的实施方式,在第三种可能的实施方式中,在单独驱动电机的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输入端。上述控制模块还用于控制第一开关、多个第二开关和至少一个第三开关断开、至少一个第四开关导通,并控制多个第二桥臂开关中的各第二桥臂开关动作,从而实现基于电池模块提供的电压驱动电机的目的。在第一开关、多个第二开关和至少一个第三开关断开且至少一个第四开关导通时,上述多个滤波电感可作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相pfc电路(即三相交错并联电路)以提高电力利用率,进一步提高了电机的驱动效率。另外,可控制第一开关、多个第二开关、至少一个第三开关、至少一个第四开关以及各第二桥臂开关配合工作来实现单独驱动电机的目的,可提高驱动电机的便捷性,适用性更强。
20.结合第三方面第二种可能的实施方式,在第四种可能的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输出端。在上述多个第二开关还包括除任一第二开关之外的其它第二开关的情况下,上述控制模块还用于控制第一开关、其它第二开关和至少一个第四开关断开、任一第二开关和至少一个第三开关导通,并控制各桥臂开关动作来实现基于三相交流电源提供的一相交流电压对电池模块充电的目的。在第一开关、其它第二开关和至少一个第四开关断开,且任一第二开关和至少一个第三开关导通时,上述多个滤波电感可作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相pfc电路以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;并且,电池模块的充电电流不会流过电机中的多相绕组,因此,在对电池模块充电的过程中无需复用电机中的多相绕组作为ac/dc变换模块的滤波电感,也就是说,无需对电机中的多相绕组进行定制和设计,进一步降低了电机的设计复杂性和系统成本。另外,可控制第一开关、多个第二开关、至少一个第三开关、至少一个第四开关以及各桥臂开关配合工作来实现基于
一相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。
21.结合第三方面第二种可能的实施方式,在第五种可能的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输出端。上述控制模块还用于控制多个第二开关导通、至少一个第三开关和至少一个第四开关断开,并控制各桥臂开关动作来实现基于三相交流电源提供的三相交流电压对电池模块充电的目的。在多个第二开关导通且至少一个第三开关和至少一个第四开关断开时,上述多个滤波电感可作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相pfc电路以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;并且,电池模块的充电电流不会流过电机中的多相绕组,因此,在对电池模块充电的过程中无需复用电机中的多相绕组作为ac/dc变换模块的滤波电感,也就是说,无需对电机中的多相绕组进行定制和设计,进一步降低了电机的设计复杂性和系统成本。另外,可控制第一开关、多个第二开关、至少一个第三开关、至少一个第四开关以及各桥臂开关配合工作来实现基于三相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。
22.第四方面,本技术提供了一种能量转换系统,该能量转换系统中包括电机、控制模块、ac/dc变换模块、第一开关、多个第二开关以及多个滤波电感,上述多个滤波电感中的一个滤波电感可通过多个第二开关中的一个第二开关连接至三相交流电源的多个第一连接端中的一个第一连接端。其中,上述ac/dc变换模块中包括但不限于第一桥臂开关以及与第一桥臂开关并联的多个第二桥臂开关,上述第一桥臂开关的桥臂中点连接三相交流电源的第二连接端,上述多个第二桥臂开关中一个第二桥臂开关的桥臂中点通过一个滤波电感和电机中多相绕组中的一相绕组连接至第一开关的第一连接端,且上述第一开关的第二连接端连接三相交流电源的多个第一连接端中的任一第一连接端,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可连接电池模块。在同时驱动电机且对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输出端。上述控制模块可用于控制第一开关导通、多个第二开关断开,并控制第一桥臂开关和多个第二桥臂开关中的各桥臂开关动作,从而实现基于三相交流电源提供的交流电压驱动电机并对电池模块充电的目的。在本技术中,可控制第一开关、多个第二开关以及各桥臂开关配合工作,从而达到同时驱动电机且对电池模块充电的目的,进而提高了能量转换效率,并且减小了能量转换系统中存在的谐振,提升了系统稳定性;另外,可减少能量转换系统中使用高压部件的数量,从而降低了系统成本,结构更加简单,适用性强。
23.结合第四方面,在第一种可能的实施方式中,上述能量转换系统还包括至少一个第三开关,上述至少一个第三开关中的一个第三开关和上述电机中的一相绕组串联,上述多个滤波电感中的一个滤波电感可通过串联的一个第三开关和一相绕组连接至上述第一开关的第一连接端。在同时驱动电机且对电池模块充电的情况下,上述控制模块可用于控制第一开关和至少一个第三开关导通,控制多个第二开关断开,并控制各桥臂开关动作来实现同时驱动电机且对电池模块充电的目的。在第一开关和至少一个第三开关导通且多个第二开关断开时,上述电机中的各相绕组可分别与多个滤波电感中的各滤波电感串联后作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相pfc电路以提高电力利用率,进一步提升了能量转换效率;另外,在同时驱动电机且对电池模块充电的过程中,还可调整电
机的转速,提高了系统灵活性,适用性更强。
24.结合第四方面第一种可能的实施方式,在第二种可能的实施方式中,在单独驱动电机的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输入端。上述控制模块还用于控制第一开关和多个第二开关断开、至少一个第三开关导通,并控制多个第二桥臂开关中的各第二桥臂开关动作,从而实现基于电池模块提供的电压驱动电机的目的。在第一开关和多个第二开关断开且至少一个第三开关导通时,上述多个滤波电感可作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相pfc电路(即三相交错并联电路)以提高电力利用率,进一步提高了电机的驱动效率。另外,可控制第一开关、多个第二开关、至少一个第三开关以及各第二桥臂开关配合工作来实现单独驱动电机的目的,可提高驱动电机的便捷性,适用性更强。
25.结合第四方面第一种可能的实施方式,在第三种可能的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输出端。上述控制模块还用于控制第一开关和至少一个第三开关导通、多个第二开关断开,并控制各桥臂开关动作来实现基于三相交流电源提供的一相交流电压对电池模块充电的目的。在第一开关和至少一个第三开关导通且多个第二开关断开时,上述电机中的各相绕组可与多个滤波电感中的各滤波电感串联后作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相pfc电路以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;另外,可控制第一开关、多个第二开关、至少一个第三开关以及各桥臂开关配合工作来实现基于一相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。
26.结合第四方面第一种可能的实施方式,在第四种可能的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块的输入/输出端可作为ac/dc变换模块的输出端。上述控制模块还用于控制多个第二开关导通、至少一个第三开关断开,并控制各桥臂开关动作来实现基于三相交流电源提供的三相交流电压对电池模块充电的目的。在多个第二开关导通且至少一个第三开关断开时,上述多个滤波电感可作为ac/dc变换模块的滤波电感,并与ac/dc变换模块构成三相pfc电路以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;并且,电池模块的充电电流不会流过电机中的多相绕组,因此,在对电池模块充电的过程中无需复用电机中的多相绕组作为ac/dc变换模块的滤波电感,也就是说,无需对电机中的多相绕组进行定制和设计,进一步降低了电机的设计复杂性和系统成本。另外,可控制第一开关、多个第二开关、至少一个第三开关以及各桥臂开关配合工作来实现基于三相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。
27.第五方面,本技术提供了一种动力系统,该动力系统中包括电池模块以及如上述第一方面至第四方面第四种可能的实施方式中任一种提供的能量转换系统,这里的电池模块可包括但不限于高压电池(也可称为动力电池)和低压电池。这里的动力系统适用于电动设备,该电动设备可包括但不限于电动汽车、电动游乐设备、电动列车、电动自行车、高尔夫球车或者其它电动设备。由于上述能量转换系统可在同时驱动电机且对电池模块充电、或者单独驱动电机、或者单独对电池模块充电,因此可提高动力系统的工作效率和灵活性,结构更加简单,成本低。
28.在本技术中,可控制第一开关、多个第二开关、至少一个第三开关、至少两个第四开关以及各桥臂开关配合工作,从而同时驱动电机且对电池模块充电、或者单独驱动电机、
或者单独对电池模块充电,进而提升了整个能量转换系统的运用灵活性,能量转换效率更高,并且减小了能量转换系统中存在的谐振,提升了系统稳定性;另外,可减少能量转换系统中使用高压部件的数量,从而降低了系统成本,结构更加简单,适用性强。
附图说明
29.图1是本技术提供的能量转换系统的应用场景示意图;
30.图2是本技术提供的能量转换系统的一结构示意图;
31.图3是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图;
32.图4是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图;
33.图5是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图;
34.图6是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图;
35.图7是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图;
36.图8是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图;
37.图9是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图;
38.图10是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图;
39.图11是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图;
40.图12是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图;
41.图13是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图;
42.图14是本技术提供的动力系统的结构示意图。
具体实施方式
43.本技术提供的能量转换系统适用于电动设备中的电池模块(如高压电池和低压电池)和电机,从而实现对高压电池和低压电池充电、驱动电机或者同时驱动电机并对高压电池和低压电池充电,其中,电动设备可以包括但不限于电动汽车、电动游乐设备、电动列车、电动自行车、高尔夫球车或者其它电动设备,具体可根据实际应用场景确定,在此不做限制。本技术提供的能量转换系统可适配于不同的应用场景,比如,电动汽车应用场景和电动游乐设备应用场景等,本技术将以电动汽车应用场景为例进行说明。
44.请一并参见图1,图1是本技术提供的能量转换系统的应用场景示意图。在电动汽车应用场景下,如图1所示,电动汽车中包括高压电池(也可以称为动力电池)、低压电池(也可以称为低压蓄电池)以及能量转换系统,其中能量转换系统中的电机可以理解为电动汽车中的电机(如空调压缩机电机)。在需要对高压电池和低压电池充电的情况下,能量转换系统可为高压电池和低压电池提供直流电能以对高压电池和低压电池充电,在高压电池完成充电之后,高压电池可为电动汽车中行车用的驱动电机提供直流电能,该驱动电机可以将高压电池提供的直流电能转化为机械能,以驱动电动汽车行驶。在需要驱动电机的情况下,能量转换系统中的其它功能模块可为电机提供交流电能以驱动电机工作,这时电动汽车中的空调制冷系统可正常工作。可选的,能量转换系统也可以驱动电机并对高压电池和低压电池充电,从而实现了在空调制冷系统工作的同时对电池充电,满足了电动汽车的不同需求,并且简化了电动汽车的结构布局,成本低、体积小且集成度高,适用性更强。
45.下面将结合图2至图14对本技术提供的能量转换系统、动力系统及其工作原理进
行示例说明。
46.请参见图2,图2是本技术提供的能量转换系统的一结构示意图。如图2所示,能量转换系统中包括电机10、控制模块20、ac/dc变换模块30、第一开关k1、多个其他开关(如开关k2a至开关k2n和开关k3a至开关k3x)和多个滤波电感(如滤波电感l1a至滤波电感l1n),其中,上述滤波电感l1a至滤波电感l1n的第一连接端可通过开关k2a至开关k2n和开关k3a至开关k3x连接至三相交流电源的多个第一连接端。这里的三相交流电源可由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120度电角度的交流电势构成,例如,该三相交流电源可由交流电势vga、交流电势vgb和交流电势vgc构成,其中,交流电势vga对应的第一连接端可称为a相第一连接端,交流电势vgb对应的第一连接端可称为b相第一连接端,交流电势vgc对应的第一连接端可称为c相第一连接端。也就是说,a相第一连接端、b相第一连接端和c相第一连接端可构成三相交流电源的多个第一连接端。
47.在一些可行的实施方式中,如上述图2所示,上述ac/dc变换模块30中包括但不限于第一桥臂开关301以及与第一桥臂开关301并联的多个第二桥臂开关(如第二桥臂开关302a至第二桥臂开关302n),换言之,第一桥臂开关301以及第二桥臂开关302a至第二桥臂开关302n并联。其中,第一桥臂开关301中包括串联的开关s11(即上桥臂开关)和开关s12(即下桥臂开关),该第一桥臂开关301的桥臂中点是指开关s11和开关s12的串联连接点;第二桥臂开关302a中包括串联的开关s21和开关s22,该第二桥臂开关302a的桥臂中点是指开关s21和开关s22的串联连接点;第二桥臂开关302b中包括串联的开关s23和开关s24,该第二桥臂开关302b的桥臂中点是指开关s23和开关s24的串联连接点;
……
,第二桥臂开关302n中包括串联的开关s2q-1和开关s2q,该第二桥臂开关302n的桥臂中点是指开关s2q-1和开关s2q的串联连接点。
48.在一些可行的实施方式中,第一桥臂开关301的桥臂中点可连接上述三相交流电源的第二连接端,第二桥臂开关302a至第二桥臂开关302n中一个第二桥臂开关的桥臂中点耦合(如直接连接或者间接连接)至上述滤波电感l1a至滤波电感l1n中一个滤波电感的第二连接端。例如,第二桥臂开关302a的桥臂中点间接连接滤波电感l1a的第二连接端,第二桥臂开关302b的桥臂中点直接连接滤波电感l1b的第二连接端,
……
,第二桥臂开关302n的桥臂中点直接连接滤波电感l1n的第二连接端。上述第二桥臂开关302a至第二桥臂开关302n的桥臂中点可通过电机10中的多相绕组(如绕组z1a至绕组z1n)连接滤波电感l1a至滤波电感l1n中第一滤波电感的第二连接端,且该第一滤波电感的第二连接端与其耦合的第二桥臂开关的桥臂中点之间设置有第一开关k1。在上述第一滤波电感为滤波电感l1a的情况下,第二桥臂开关302a的桥臂中点可通过绕组z1a连接滤波电感l1a的第二连接端,且第二桥臂开关302a的桥臂中点通过第一开关k1间接连接滤波电感l1a的第二连接端,其中第一开关k1与绕组z1a并联;第二桥臂开关302b的桥臂中点可通过绕组z1b连接滤波电感l1a的第二连接端;
……
,第二桥臂开关302n的桥臂中点可通过绕组z1n连接滤波电感l1a的第二连接端。由此可见,第二桥臂开关302a至第二桥臂开关302n和绕组z1a至绕组z1n一一对应;并且,第二桥臂开关302a至第二桥臂开关302n的数量和绕组z1a至绕组z1n的数量相同。上述ac/dc变换模块30的输入/输出端可连接电池模块,其中ac/dc变换模块30的输入/输出端可以理解为第一桥臂开关301和第二桥臂开关302a至第二桥臂开关302n的并联连接端。
49.在一些可行的实施方式中,上述控制模块20可包括但不限于控制板、控制芯片或
者控制器;控制模块20可与第一开关k1、开关k2a至开关k2n和开关k3a至开关k3x、第一桥臂开关301以及第二桥臂开关302a至第二桥臂开关302n建立有线连接或者无线连接,具体可根据实际应用场景确定,在此不作限制。在同时驱动电机10且对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块30的输入/输出端可作为ac/dc变换模块30的输出端。上述控制模块20可控制第一开关k1断开、开关k2a至开关k2n和开关k3a至开关k3x中的各其他开关导通或者关断,并控制第一桥臂开关301以及第二桥臂开关302a至第二桥臂开关302n中的各桥臂开关动作,从而实现基于三相交流电源提供的交流电压驱动电机10并对电池模块充电的目的。可以理解,上述控制模块20可控制第一开关k1、各其他开关以及各桥臂开关配合工作,从而达到同时驱动电机10且对电池模块充电的目的,进而提高了能量转换效率,并且减小了能量转换系统中存在的谐振,提升了系统稳定性;另外,可减少能量转换系统中使用高压部件的数量,从而降低了系统成本,结构更加简单,适用性强。
50.在一些可行的实施方式中,对于整个能量转换系统而言,该能量转换系统可集成电机10、滤波电感l1a至滤波电感l1n以及ac/dc变换模块30,其中,滤波电感l1a至滤波电感l1n以及ac/dc变换模块30可构成上述电动汽车中的车载充电机(或者pfc变换器),也就是说,该能量转换系统可集成电机10和车载充电机,无需使用高压配电盒集成电机10和车载充电机,从而大幅度减少了能量转换系统中使用高压部件的数量,结构更加简单,集成度更高;其次,能量转换系统通过一个控制模块20来实现电机10和车载充电机(可对电池模块充电)同时工作,从而大幅度降低了控制器成本,适用性强。另外,该能量转换系统可复用第一桥臂开关301以及第二桥臂开关302a至第二桥臂开关302n中的各桥臂开关来实现电机10和车载充电机同时工作,也就是说,车载充电机的高压输出部分和电机10的高压输入部分共用信号电路(即各桥臂开关组成的电路),从而减小了能量转换系统的高压网络谐振点,进一步提升了系统稳定性,适用性更强。
51.在一些可行的实施方式中,如图2所示,上述多个其他开关(即开关k2a至开关k2n和开关k3a至开关k3x)中包括多个第二开关(如开关k2a至开关k2n)和至少一个第三开关(如开关k3a至开关k3x),滤波电感l1a至滤波电感l1n中还包括至少两个第二滤波电感(如滤波电感l1b至滤波电感l1n),也就是说,滤波电感l1a至滤波电感l1n中包括滤波电感l1a(即第一滤波电感)和滤波电感l1b至滤波电感l1n(即至少两个第二滤波电感)。其中,滤波电感l1a的第一连接端可通过开关k2a至开关k2n中的任一第二开关(如开关k2a)连接至三相交流电源的多个第一连接端中的任一第一连接端,且该三相交流电源的任一第一连接端与滤波电感l1b至滤波电感l1n中的一个第二滤波电感的第一连接端之间设置有开关k3a至开关k3x中的一个第三开关。
52.其中,三相交流电源的任一第一连接端可以为三相交流电源的a相第一连接端、b相第一连接端或者c相第一连接端,例如,如图2所示,该任一第一连接端为a相第一连接端。例如,三相交流电源的a相第一连接端与滤波电感l1b的第一连接端之间设置有开关k3a,
……
,三相交流电源的a相第一连接端与滤波电感l1n的第一连接端之间设置有开关k3x。上述滤波电感l1b至滤波电感l1n中一个第二滤波电感的第一连接端通过开关k2a至开关k2n中除开关k2a之外的一个第二开关连接至三相交流电源的多个第一连接端中除a相第一连接端之外的一个第一连接端。例如,滤波电感l1b的第一连接端通过开关k2b连接至三相交流电源的b相第一连接端,
……
,滤波电感l1n的第一连接端通过开关k2n连接至三相交
流电源的c相第一连接端。
53.可以理解,上述三相交流电源的a相第一连接端与滤波电感l1b至滤波电感l1n中的每个第二滤波电感的第一连接端之间均设置有第三开关;或者,三相交流电源的a相第一连接端与滤波电感l1b至滤波电感l1n中的一部分第二滤波电感的第一连接端之间设置有第三开关,且三相交流电源的a相第一连接端与滤波电感l1b至滤波电感l1n中的另一部分第二滤波电感的第一连接端之间不设置第三开关;或者,三相交流电源的a相第一连接端与滤波电感l1b至滤波电感l1n中的每个第二滤波电感的第一连接端之间均不设置第三开关,也就是说,上述能量转换系统中可以不设置第三开关,即上述多个其他开关只包括开关k2a至开关k2n;因此,上述开关k3a至开关k3x(即至少一个第三开关)的具体数量可根据实际应用场景确定,在此不作限制。
54.在一些可行的实施方式中,对于滤波电感l1a而言,滤波电感l1a的第一连接端可通过开关k2a连接三相交流电源的a相第一连接端,滤波电感l1a的第一连接端可通过开关k2a、开关k3a和开关k2b连接至三相交流电源的b相第一连接端,滤波电感l1a的第一连接端可通过开关k2a、开关k3x和开关k2n连接至三相交流电源的c相第一连接端。也就是说,滤波电感l1a的第一连接端可通过开关k2a至开关k2n和开关k3a至开关k3x连接三相交流电源的a相第一连接端、b相第一连接端和c相第一连接端。对于滤波电感l1b而言,滤波电感l1b的第一连接端可通过开关k2b连接至三相交流电源的b相第一连接端,滤波电感l1b的第一连接端可通过开关k3a连接至三相交流电源的a相第一连接端,也就是说,滤波电感l1b的第一连接端可通过开关k2b和开关k3a连接至三相交流电源的a相第一连接端和b相第一连接端。
55.同理,上述滤波电感l1a至滤波电感l1n中其它滤波电感的具体连接关系可参见上述滤波电感l1a或者滤波电感l1b的具体连接关系,以其它滤波电感中的滤波电感l1n为例进行说明,滤波电感l1n的第一连接端可通过开关k2n连接至三相交流电源的c相第一连接端,滤波电感l1n的第一连接端可通过开关k3x连接至三相交流电源的a相第一连接端,也就是说,滤波电感l1n的第一连接端可通过开关k2n和开关k3x连接三相交流电源的a相第一连接端和c相第一连接端。由此可见,上述滤波电感l1a至滤波电感l1n的第一连接端可通过开关k2a至开关k2n和开关k3a至开关k3x连接至三相交流电源的a相第一连接端、b相第一连接端和c相第一连接端。
56.在一些可行的实施方式中,上述开关k2a至开关k2n还包括除开关k2a(即任一第二开关)之外的其它第二开关(如开关k2b至开关k2n),在同时驱动电机10且对电池模块充电的情况下,上述控制模块20可控制第一开关k1、开关k2b至开关k2n以及开关k3a至开关k3x断开、开关k2a导通,并控制上述各桥臂开关动作,从而实现基于三相交流电源提供的交流电压驱动电机10且对电池模块充电的目的。其中,三相交流电源的提供的交流电压可以由上述任一第二开关所连接的三相交流电源的任一第一连接端对应的交流电压决定,例如,在三相交流电源的任一第一连接端为a相第一连接端的情况下,该三相交流电源的提供的交流电压为交流电势vga对应的a相交流电压。在第一开关k1、开关k2b至开关k2n以及开关k3a至开关k3x断开且开关k2a导通时,滤波电感l1a分别与上述绕组z1a至绕组z1n中的各相绕组串联后作为ac/dc变换模块30的滤波电感,并与ac/dc变换模块30构成三相pfc电路(即三相交错并联电路)以提高电力利用率,进一步提升了能量转换效率;另外,上述控制模块20在同时驱动电机10且对电池模块充电的过程中,还可调整电机10的转速,提高了能量转
换系统的灵活性,适用性更强。
57.在一些可行的实施方式中,上述图2所示的能量转换系统还可包括至少两个第四开关,且至少两个第四开关中的一个第四开关与上述绕组z1a至绕组z1n中的一相绕组串联。可以理解,至少两个第四开关与绕组z1a至绕组z1n的数量相同且一一对应;或者,至少两个第四开关的数量为绕组z1a至绕组z1n的数量与1的差值,也就是说,绕组z1a至绕组z1n中的其中一相绕组可以不串联第四开关,且该一相绕组是指上述第二桥臂开关302a(即与第一开关k1连接的桥臂开关)所连接的绕组z1a。需要说明的是,上述至少两个第四开关的具体数量可根据实际应用场景确定,在此不作限制。请一并参见图3,图3是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图。
58.在一些可行的实施方式中,如图3所示,上述图2所示的能量转换系统还包括至少两个第四开关(如第四开关k4a至第四开关k4t),第四开关k4a至第四开关k4t中的一个第四开关与上述绕组z1a至绕组z1n中的一相绕组串联,或者一相绕组(如绕组z1a)不串联第四开关。例如,绕组z1a不串联第四开关,第四开关k4a与绕组z1b串联,
……
,第四开关k4t与绕组z1n串联。上述第二桥臂开关302a至第二桥臂开关302n中一个第二桥臂开关的桥臂中点可通过串联的一个第四开关和一相绕组连接上述滤波电感l1a的第二连接端,或者,一个第二桥臂开关的桥臂中点通过一相绕组连接至滤波电感l1a的第二连接端。例如,第二桥臂开关302a的桥臂中点通过绕组z1a连接滤波电感l1a的第二连接端,第二桥臂开关302b的桥臂中点通过串联的第四开关k4a与绕组z1b连接滤波电感l1a的第二连接端,
……
,第二桥臂开关302n的桥臂中点通过串联的第四开关k4t与绕组z1n连接滤波电感l1a的第二连接端。
59.在一些可行的实施方式中,上述控制模块20还可与第四开关k4a至第四开关k4t建立有线连接或者无线连接,具体可根据实际应用场景确定,在此不作限制。在同时驱动电机10且对电池模块充电的情况下,上述控制模块20可控制开关k2a和第四开关k4a至第四开关k4t导通,控制第一开关k1、开关k2b至开关k2n以及开关k3a至开关k3x断开,并控制上述各桥臂开关动作来实现同时驱动电机10且对电池模块充电的目的。在开关k2a和第四开关k4a至第四开关k4t导通,且第一开关k1、开关k2b至开关k2n以及开关k3a至开关k3x断开时,滤波电感l1a分别与绕组z1a至绕组z1n中的各相绕组串联后作为ac/dc变换模块30的滤波电感,并与ac/dc变换模块30构成三相pfc电路以提升电力利用率,进一步提升了能量转换效率;另外,上述控制模块20在同时驱动电机10且对电池模块充电的过程中,还可调整电机10的转速,提高了系统灵活性,适用性更强。
60.在一些可行的实施方式中,在单独驱动电机10的情况下,上述ac/dc变换模块30的输入/输出端可作为ac/dc变换模块30的输入端以连接电池模块。上述控制模块20还可控制上述第一开关k1、开关k2a至开关k2n和开关k3a至开关k3x断开,控制上述第四开关k4a至第四开关k4t导通,并控制上述第二桥臂开关302a至第二桥臂开关302n中的各第二桥臂开关动作,从而实现基于电池模块提供的电压单独驱动电机10的目的,这时能量转换系统处于电机单独工作模式。在第一开关k1、开关k2a至开关k2n和开关k3a至开关k3x断开,且第四开关k4a至第四开关k4t导通时,驱动电机10的电流不会流过滤波电感l1a至滤波电感l1n,从而可避免能量损失,进而提高了电机10的驱动效率;另外,上述控制模块20可控制第一开关k1、开关k2a至开关k2n和开关k3a至开关k3x、第四开关k4a至第四开关k4t以及各第二桥臂开关配合工作来实现单独驱动电机10的目的,可提高驱动电机10的便捷性,适用性更强。
61.在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块30的输入/输出端可作为ac/dc变换模块30的输出端。上述控制模块20还可控制第一开关k1、开关k2a和开关k3a至开关k3x导通,控制开关k2b至开关k2n和第四开关k4a至第四开关k4t断开,并控制第一桥臂开关301以及第二桥臂开关302a至第二桥臂开关302n中的各桥臂开关动作,从而实现基于三相交流电源提供的一相交流电压对电池模块充电的目的。这里的三相交流电源提供的一相交流电压可由与第一滤波电感(如上述滤波电感l1a)耦合的三相交流电源的任一第一连接端(如a相第一连接端)决定,例如,该一相交流电压可以为交流电势vga对应的a相交流电压。
62.在第一开关k1、开关k2a和开关k3a至开关k3x导通,且开关k2b至开关k2n和第四开关k4a至第四开关k4t断开时,滤波电感l1a至滤波电感l1n可作为ac/dc变换模块30的滤波电感,并与ac/dc变换模块30构成三相pfc电路以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;并且,电池模块的充电电流不会流过电机10中的绕组z1a至绕组z1n,因此,在对电池模块充电的过程中无需复用电机10中的绕组z1a至绕组z1n作为ac/dc变换模块30的滤波电感,也就是说,无需对电机10中的绕组z1a至绕组z1n进行定制和设计,进一步降低了电机10的设计复杂性和系统成本。另外,上述控制模块20可控制第一开关k1、开关k2a至开关k2n和开关k3a至开关k3x、第四开关k4a至第四开关k4t以及各桥臂开关配合工作来实现基于一相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。
63.可选的,在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述控制模块20还可控制第一开关k1和开关k2a至开关k2n导通,控制开关k3a至开关k3x和第四开关k4a至第四开关k4t断开,并控制上述各桥臂开关动作来实现基于三相交流电源提供的三相交流电压对电池模块充电的目的。其中,三相交流电压可由上述交流电势vga对应的a相交流电压、交流电势vgb对应的b相交流电压以及交流电势vgc对应的c相交流电压确定。在第一开关k1和开关k2a至开关k2n导通,且开关k3a至开关k3x和第四开关k4a至第四开关k4t断开时,上述滤波电感l1a至滤波电感l1n可作为ac/dc变换模块30的滤波电感,并与ac/dc变换模块30构成三相pfc电路以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;并且,电池模块的充电电流不会流过电机10中的绕组z1a至绕组z1n,因此,在对电池模块充电的过程中无需复用电机10中的绕组z1a至绕组z1n作为ac/dc变换模块30的滤波电感,也就是说,无需对电机10中的绕组z1a至绕组z1n进行定制和设计,进一步降低了电机10的设计复杂性和系统成本。
64.另外,上述控制模块20可控制第一开关k1、开关k2a至开关k2n和开关k3a至开关k3x、第四开关k4a至第四开关k4t以及各桥臂开关配合工作来实现基于三相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。由于上述控制模块20可实现基于三相交流电源的一相交流电压(也可称为单相交流电压)或者三相交流电压对电池模块充电的目的,因此该能量转换系统的电路拓扑可以理解为兼容单三相交流输入的车载充电机(或者pfc变换器)与电机10集成电路拓扑,也就是说,车载充电机(可简称为obc)可以单相工作以对电池模块充电(即能量转换系统处于obc单相单独充电模式),也可以三相工作以对电池模块充电(即能量转换系统处于obc三相单独充电模式),可提高电池充电的灵活性,适用性更强。
65.在一些可行的实施方式中,上述图3所示的电机10可包括但不限于三相电机和六
相电机,该电机10的具体类型可根据实际应用场景确定,在此不作限制。例如,在上述电机10为三相电机的情况下,多相绕组可以为三相绕组;在电机10为六相电机的情况下,多相绕组可以为六相绕组。为方便描述,下面将以电机10为三相电机为例进行说明,以下不再赘述。请一并参见图4,图4是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图。在能量转换系统的电路拓扑为三相pfc电路的情况下,能量转换系统中包括三个滤波电感(如滤波电感l1a、滤波电感l1b和滤波电感l1n),以及三个第二开关(如开关k2a、开关k2b和开关k2n),该能量转换系统的具体电路结构如图4所示,能量转换系统还包括电机10,第一开关k1,两个第三开关(如开关k3a和开关k3x),两个第四开关(如第四开关k4a和第四开关k4t),控制模块20以及ac/dc变换模块30。其中,电机10中包括三相绕组(如绕组z1a、绕组z1b和绕组z1n),ac/dc变换模块30包括第一桥臂开关301、三个第二桥臂开关(如第二桥臂开关302a、第二桥臂开关302b和第二桥臂开关302n),其中第一桥臂开关301、第二桥臂开关302a、第二桥臂开关302b以及第二桥臂开关302n可构成四桥臂ac/dc变换器。可选的,上述ac/dc变换模块30还包括母线电容c11、母线电容c12和双向dc/dc变换器303,其中串联的母线电容c11和母线电容c12可构成ac/dc变换模块30的直流母线电容,且双向dc/dc变换器303的输入/输出端可作为ac/dc变换模块30的输入/输出端,该ac/dc变换模块30的具体电路拓扑可根据实际应用场景确定,在此不作限制。
66.在一些可行的实施方式中,在同时驱动电机10且对电池模块充电的情况下,上述控制模块20可控制开关k2a、第四开关k4a和第四开关k4t导通(或者闭合),控制第一开关k1、开关k2b、开关k2n、开关k3a和开关k3x断开,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各桥臂开关动作,从而使得四桥臂ac/dc变换器基于三相交流电源提供的交流电压(如a相交流电压)驱动电机10并在直流母线电容的两端形成母线电压。进一步地,上述控制模块20可控制双向dc/dc变换器303基于该母线电压对电池模块充电,从而达到同时驱动电机10且对电池模块充电的目的。在同时驱动电机10且对电池模块充电的过程中,滤波电感l1a分别与绕组z1a、绕组z1b和绕组z1n串联后作为ac/dc变换模块30的滤波电感,并与ac/dc变换模块30构成三相pfc电路以提升电力利用率;另外,上述控制模块20可基于三相交流电源提供的a相交流电压得到共模电压(即共模分量)和差模电压(即差模分量),其中,共模电压可用于控制电池模块的充电电流,差模电压可用于控制电机10的转速,也就是说,在同时驱动电机10且对电池模块充电的过程中可基于差模电压调整电机10的转速,进而提升了系统的运用灵活性,适用性更强。
67.在一些可行的实施方式中,在单独驱动电机10的情况下,上述控制模块20可控制双向dc/dc变换器303基于电池模块提供的直流电压向四桥臂ac/dc变换器输出直流电压;进一步地,控制模块20可控制上述第一开关k1、开关k2a、开关k2b、开关k2n、开关k3a和开关k3x断开,控制上述第四开关k4a和第四开关k4t导通,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各第二桥臂开关动作,从而使得四桥臂ac/dc变换器对直流电压进行降压变换得到交流电压以驱动电机12。在驱动电机10的过程中,驱动电机10的电流不会流过滤波电感l1a、滤波电感l1b和滤波电感l1n,从而避免能量损失以提升电机驱动效率;另外,上述控制模块20可通过开关控制实现单独驱动电机10的目的,从而提高了驱动电机10的便捷性,适用性更强。
68.在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述控制模块20可第一开关k1、开关k2a、开关k3a和开关k3x导通,控制开关k2b、开关k2n、第四开关k4a和第四
开关k4t断开,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各桥臂开关动作,从而使得四桥臂ac/dc变换器对三相交流电源提供的a相交流电压进行升压变换以向双向dc/dc变换器303输出直流电压。进一步地,控制模块20可控制双向dc/dc变换器303基于直流电压对电池模块进行单相充电,这时,能量转换系统处于obc单相单独充电模式,且其电路拓扑可以简化为三相pfc电路。在对电池模块进行单相充电的过程中,滤波电感l1a、滤波电感l1b和滤波电感l1n可作为ac/dc变换模块30的滤波电感,并与ac/dc变换模块30构成三相pfc电路以提升电力利用率,并且实现了功率因数校正功能和电池单相充电功能,从而提升了电池充电效率,适用性更强。可选的,在上述能量转换系统包括一个第三开关(如开关k3a或者开关k3x),且能量转换系统处于obc单相单独充电模式的情况下,上述能量转换系统的电路拓扑可以简化为两相pfc电路;在上述能量转换系统不包括第三开关,且能量转换系统处于obc单相单独充电模式的情况下,上述能量转换系统的电路拓扑可以简化为单相pfc电路,具体可根据实际应用场景确定,在此不作限制。
69.可选的,在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述控制模块20还可控制第一开关k1、开关k2a、开关k2b和开关k2n导通,控制开关k3a、开关k3x、第四开关k4a和第四开关k4t断开,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各桥臂开关动作,从而使得四桥臂ac/dc变换器对三相交流电源提供的三相交流电压进行升压变换以向双向dc/dc变换器303输出直流电压。进一步地,控制模块20可控制双向dc/dc变换器303基于直流电压对电池模块进行三相充电(这时能量转换系统处于obc三相单独充电模式),在对电池模块进行三相充电的过程中,滤波电感l1a、滤波电感l1b和滤波电感l1n可作为ac/dc变换模块30的滤波电感,并与ac/dc变换模块30构成三相pfc电路以提升电力利用率,并且实现了功率因数校正功能和电池三相充电功能,进一步提升了电池充电的灵活性和充电效率,适用性更强。
70.在本技术提供的能量转换系统中,上述控制模块20可控制上述第一开关k1,开关k2a至开关k2n,开关k3a至开关k3x,第四开关k4a至第四开关k4t,第一桥臂开关301以及上述第二桥臂开关302a至第二桥臂开关302n配合工作,从而在同时驱动电机10且对电池模块充电、或者单独驱动电机10、或者单独对电池模块进行单相充电或者三相充电(即能量转换系统处于obc单相单独充电模式或者obc三相单独充电模式),进而提升了整个能量转换系统的运用灵活性,能量转换效率更高;另外,由于该能量转换系统可集成电机10和车载充电机,因此减小了能量转换系统的高压网络谐振点以提升系统稳定性,同时减少了能量转换系统中使用高压部件的数量,从而降低了系统成本,结构更加简单,适用性更强。
71.可选的,在一些可行的实施方式中,请参见图5,图5是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图。如图5所示,能量转换系统中包括电机11、控制模块21、ac/dc变换模块31、第一开关k5、多个其他开关(如开关k6a至开关k6n和开关k7a至开关k7x)以及多个滤波电感(如滤波电感l2a至滤波电感l2n),上述滤波电感l2a至滤波电感l2n的第一连接端可通过开关k6a至开关k6n和开关k7a至开关k7x连接至三相交流电源的多个第一连接端,其中多个第一连接端可包括交流电势vga对应的a相第一连接端、交流电势vgb对应的b相第一连接端、以及交流电势vgc对应的c相第一连接端。上述ac/dc变换模块31中包括但不限于第一桥臂开关311以及与第一桥臂开关311并联的多个第二桥臂开关(如第二桥臂开关312a至第二桥臂开关312n)。其中,第一桥臂开关311中包括串联的开关s31(即上桥臂开关)和开关s32
(即下桥臂开关),该第一桥臂开关311的桥臂中点是指开关s31和开关s32的串联连接点;第二桥臂开关312a中包括串联的开关s41和开关s42,第二桥臂开关312a的桥臂中点是指开关s41和开关s42的串联连接点;第二桥臂开关312b中包括串联的开关s43和开关s44,该第二桥臂开关312b的桥臂中点是指开关s43和开关s44的串联连接点;
……
,第二桥臂开关312n中包括串联的开关s4q-1和开关s4q,第二桥臂开关312n的桥臂中点是指开关s4q-1和开关s4q的串联连接点。
72.在一些可行的实施方式中,上述第一桥臂开关311的桥臂中点可连接三相交流电源的第二连接端,上述第二桥臂开关312a至第二桥臂开关312n中一个第二桥臂开关的桥臂中点连接至上述滤波电感l2a至滤波电感l2n中的一个滤波电感的第二连接端。例如,第二桥臂开关312a的桥臂中点连接滤波电感l2a的第二连接端,第二桥臂开关312b的桥臂中点连接滤波电感l2b的第二连接端,
……
,第二桥臂开关312n的桥臂中点连接滤波电感l2n的第二连接端。上述第二桥臂开关312a至第二桥臂开关312n可通过电机11中的多相绕组(如绕组z2a至绕组z2n)连接至第一开关k5的第一连接端,且该第一开关k5的第二连接端可连接三相交流电源的任一第一连接端。其中,三相交流电源的任一第一连接端可以为三相交流电源的a相第一连接端、b相第一连接端或者c相第一连接端,例如,如图5所示,该任一第一连接端为a相第一连接端。例如,第二桥臂开关312a的桥臂中点可通过绕组z2a连接至第一开关k5的第一连接端,第二桥臂开关312b的桥臂中点可通过绕组z2b连接至第一开关k5的第一连接端,
……
,第二桥臂开关312n的桥臂中点可通过绕组z2n至第一开关k5的第一连接端。由此可见,上述第二桥臂开关312a至第二桥臂开关312n与绕组z2a至绕组z2n一一对应;并且,第二桥臂开关312a至第二桥臂开关312n的数量与绕组z2a至绕组z2n的数量相同。上述ac/dc变换模块31的输入/输出端可连接电池模块,该ac/dc变换模块31的输入/输出端可以理解为第一桥臂开关311和第二桥臂开关312a至第二桥臂开关312n的并联连接端。
73.在一些可行的实施方式中,上述控制模块21可包括但不限于控制板、控制芯片或者控制器;控制模块21可与第一开关k5、开关k6a至开关k6n和开关k7a至开关k7x、第一桥臂开关311以及第二桥臂开关312a至第二桥臂开关312n建立有线连接或者无线连接,具体可根据实际应用场景确定,在此不作限制。在同时驱动电机11且对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块31的输入/输出端可作为ac/dc变换模块31的输出端。上述控制模块21可控制第一开关k5导通、开关k6a至开关k6n和开关k7a至开关k7x断开,并控制第一桥臂开关311以及第二桥臂开关312a至第二桥臂开关312n中的各桥臂开关动作,从而实现基于三相交流电源提供的交流电压驱动电机11并对电池模块充电的目的。其中,三相交流电源的提供的交流电压可以由上述第一开关k5的第二连接端所连接的三相交流电源的任一第一连接端对应的交流电压决定,例如,在任一第一连接端为a相第一连接端的情况下,该三相交流电源的提供的交流电压为交流电势vga对应的a相交流电压。
74.可以理解,上述控制模块21可控制第一开关k1、开关k6a至开关k6n和开关k7a至开关k7x(即多个其他开关)以及各桥臂开关配合工作,从而达到同时驱动电机11且对电池模块充电的目的,进而提高了能量转换效率,并且减小了能量转换系统中存在的谐振,提升了系统稳定性;另外,可减少能量转换系统中使用高压部件的数量,从而降低了系统成本,结构更加简单,适用性强。
75.在一些可行的实施方式中,对于整个能量转换系统而言,该能量转换系统可集成
电机11、滤波电感l2a至滤波电感l2n以及ac/dc变换模块31,其中,滤波电感l2a至滤波电感l2n以及ac/dc变换模块31可构成上述电动汽车中的车载充电机,也就是说,该能量转换系统可集成电机11和车载充电机,无需使用高压配电盒集成电机11和车载充电机,从而大幅度减少了能量转换系统中使用高压部件的数量,结构更加简单,集成度更高;其次,能量转换系统通过一个控制模块21来实现电机11和车载充电机(可对电池模块充电)同时工作,从而大幅度降低了控制器成本,适用性强。另外,该能量转换系统可复用第一桥臂开关311以及第二桥臂开关312a至第二桥臂开关312n中的各桥臂开关来实现电机11和车载充电机同时工作,也就是说,车载充电机的高压输出部分和电机11的高压输入部分共用信号电路(即各桥臂开关组成的电路),从而减小了能量转换系统的高压网络谐振点,进一步提升了系统稳定性,适用性更强。
76.在一些可行的实施方式中,如图5所示,上述多个其他开关(即开关k6a至开关k6n和开关k7a至开关k7x)中包括多个第二开关(如开关k6a至开关k6n)和至少一个第三开关(如开关k7a至开关k7x),上述滤波电感l2a至滤波电感l2n中还包括至少两个第二滤波电感(如滤波电感l2b至滤波电感l2n),也就是说,滤波电感l2a至滤波电感l2n中包括滤波电感l2a(即第一滤波电感)和滤波电感l2b至滤波电感l2n(即至少两个第二滤波电感)。其中,滤波电感l2a的第一连接端可通过开关k6a至开关k6n中的任一第二开关(如开关k6a)连接至三相交流电源的多个第一连接端中的任一第一连接端,且三相交流电源的任一第一连接端与滤波电感l2b至滤波电感l2n中的一个第二滤波电感的第一连接端之间设置有开关k7a至开关k7x中的一个第三开关。其中,三相交流电源的任一第一连接端可以为a相第一连接端、b相第一连接端或者c相第一连接端,例如,如图5所示,该任一第一连接端为a相第一连接端。例如,三相交流电源的a相第一连接端与滤波电感l2b的第一连接端之间设置有开关k7a,
……
,三相交流电源的a相第一连接端与滤波电感l2n的第一连接端之间设置有开关k7x。上述滤波电感l2b至滤波电感l2n中一个第二滤波电感的第一连接端可通过开关k6a至开关k6n中除开关k6a之外的一个第二开关连接至三相交流电源的多个第一连接端中除a相第一连接端之外的一个第一连接端。例如,滤波电感l2b的第一连接端可通过开关k6b连接至三相交流电源的b相第一连接端,
……
,滤波电感l2n的第一连接端可通过开关k6n连接至三相交流电源的c相第一连接端。
77.可以理解,上述三相交流电源的a相第一连接端与滤波电感l2b至滤波电感l2n中的每个第二滤波电感的第一连接端之间均设置有第三开关;或者,三相交流电源的a相第一连接端与滤波电感l2b至滤波电感l2n中的一部分第二滤波电感的第一连接端之间设置有第三开关,且三相交流电源的a相第一连接端与滤波电感l2b至滤波电感l2n中的另一部分第二滤波电感的第一连接端之间不设置第三开关;或者,三相交流电源的a相第一连接端与滤波电感l2b至滤波电感l2n中的每个第二滤波电感的第一连接端之间均不设置第三开关,也就是说,上述能量转换系统中可以不设置第三开关,即上述多个其他开关只包括开关k6a至开关k6n;因此,上述开关k7a至开关k7x(即至少一个第三开关)的具体数量可根据实际应用场景确定,在此不作限制。
78.在一些可行的实施方式中,对于滤波电感l2a而言,滤波电感l2a的第一连接端可通过开关k6a连接三相交流电源的a相第一连接端,滤波电感l2a的第一连接端可通过开关k6a、开关k7a和开关k6b连接至三相交流电源的b相第一连接端,滤波电感l2a的第一连接端
可通过开关k6a、开关k7x和开关k6n连接至三相交流电源的c相第一连接端。也就是说,滤波电感l2a的第一连接端可通过开关k6a至开关k6n和开关k7a至开关k7x连接三相交流电源的a相第一连接端、b相第一连接端和c相第一连接端。对于滤波电感l2b而言,滤波电感l2b的第一连接端可通过开关k6b连接至三相交流电源的b相第一连接端,滤波电感l2b的第一连接端可通过开关k7a连接至三相交流电源的a相第一连接端,也就是说,滤波电感l2b的第一连接端可通过开关k6b和开关k7a连接至三相交流电源的a相第一连接端和b相第一连接端。
79.同理,上述滤波电感l2a至滤波电感l2n中其它滤波电感的具体连接关系可参见上述滤波电感l2a或者滤波电感l2b的具体连接关系,以其它滤波电感中的滤波电感l2n为例进行说明,滤波电感l2n的第一连接端可通过开关k6n连接至三相交流电源的c相第一连接端,滤波电感l2n的第一连接端可通过开关k7x连接至三相交流电源的a相第一连接端,也就是说,滤波电感l2n的第一连接端可通过开关k6n和开关k7x连接三相交流电源的a相第一连接端和c相第一连接端。由此可见,上述滤波电感l2a至滤波电感l2n的第一连接端可通过开关k6a至开关k6n和开关k7a至开关k7x连接至三相交流电源的a相第一连接端、b相第一连接端和c相第一连接端。
80.在一些可行的实施方式中,在同时驱动电机11且对电池模块充电的情况下,上述控制模块21可控制第一开关k1导通、开关k6a至开关k6n和开关k7a至开关k7x断开,并控制上述各桥臂开关动作,从而实现基于三相交流电源提供的交流电压驱动电机11且对电池模块充电的目的。其中,三相交流电源提供的交流电压可由上述任一第二开关所连接的三相交流电源的任一第一连接端对应的交流电压决定,例如,在三相交流电源的任一第一连接端为a相第一连接端的情况下,该三相交流电源的提供的交流电压为交流电势vga对应的a相交流电压。在第一开关k1导通且开关k6a至开关k6n和开关k7a至开关k7x断开时,电机10中的绕组z2a至绕组z2n可作为ac/dc变换模块31的滤波电感,并与ac/dc变换模块31构成三相pfc电路(即三相交错并联电路)以提高电力利用率,进一步提升了能量转换效率;另外,上述控制模块21在同时驱动电机11且对电池模块充电的过程中,还可调整电机11的转速,提高了能量转换系统的灵活性,适用性更强。请一并参见图6,图6是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图。
81.在一些可行的实施方式中,如图6所示,上述图5所示的能量转换系统还包括至少一个第四开关(如第四开关k8a至第四开关k8t),该第四开关k8a至第四开关k8t中的一个第四开关与上述绕组z2a至绕组z2n中的一相绕组串联。例如,第四开关k8a与绕组z2a串联,第四开关k8b与绕组z2b串联,
……
,第四开关k8n与绕组z2n串联。上述第二桥臂开关312a至第二桥臂开关312n中一个第二桥臂开关的桥臂中点可通过串联的一个第四开关和一相绕组连接至第一开关k5的第一连接端。例如,第二桥臂开关312a的桥臂中点可通过串联的第四开关k8a和绕组z2a连接至第一开关k5的第一连接端,第二桥臂开关312b的桥臂中点可通过串联的第四开关k8b和绕组z2b连接至第一开关k5的第一连接端,
……
,第二桥臂开关312n的桥臂中点可通过串联的第四开关k8n和绕组z2n连接至第一开关k5的第一连接端。
82.可以理解,上述第四开关k8a至第四开关k8t与绕组z2a至绕组z2n的数量相同且一一对应;或者,第四开关k8a至第四开关k8t的数量为绕组z2a至绕组z2n的数量与1的差值,也就是说,绕组z2a至绕组z2n中的任意一相绕组可以不串联第四开关;或者,第四开关k8a至第四开关k8t的数量为绕组z2a至绕组z2n的数量与2的差值,也就是说,绕组z2a至绕组
z2n中的任意两相绕组可以不串联第四开关;或者,绕组z2a至绕组z2n中的每相绕组均不串联第四开关,也就是说,能量转换系统中可以不包括第四开关k8a至第四开关k8t。需要说明的是,上述第四开关k8a至第四开关k8t的具体数量可根据实际应用场景确定,在此不作限制。
83.在一些可行的实施方式中,上述控制模块21还可与第四开关k8a至第四开关k8t建立有线连接或者无线连接,具体可根据实际应用场景确定,在此不作限制。在同时驱动电机11且对电池模块充电的情况下,上述控制模块21可控制第一开关k5和第四开关k8a至第四开关k8t导通,控制开关k6a至开关k6n和开关k7a至开关k7x断开,并控制第一桥臂开关311和第二桥臂开关312a至第二桥臂开关312n中的各桥臂开关动作,从而实现基于三相交流电源提供的交流电压驱动电机11并对电池模块充电的目的。在第一开关k5和第四开关k8a至第四开关k8t导通,且开关k6a至开关k6n和开关k7a至开关k7x断开时,电机11中的绕组z2a至绕组z2n可作为ac/dc变换模块31的滤波电感,并与ac/dc变换模块31构成三相pfc电路以提高电力利用率,进一步提升了能量转换效率;另外,上述控制模块21在同时驱动电机11且对电池模块充电的过程中,还可调整电机11的转速,提高了能量转换系统的灵活性,适用性更强。
84.在一些可行的实施方式中,在单独驱动电机11的情况下,上述ac/dc变换模块31的输入/输出端可作为ac/dc变换模块31的输入端。上述控制模块21还可控制第一开关k5、开关k6a至开关k6n和开关k7a至开关k7x断开,控制第四开关k8a至第四开关k8t导通,并控制第二桥臂开关312a至第二桥臂开关312n中的各第二桥臂开关动作,从而实现基于电池模块提供的电压单独驱动电机11的目的,这时能量转换系统处于电机单独工作模式。在第一开关k5、开关k6a至开关k6n和开关k7a至开关k7x断开,且第四开关k8a至第四开关k8t导通时,驱动电机11的电流不会流过上述滤波电感l2a至滤波电感l2n,从而可避免能量损失,进而提高了电机11的驱动效率;另外,上述控制模块21可控制第一开关k5、开关k6a至开关k6n、开关k7a至开关k7x、第四开关k8a至第四开关k8t以及各第二桥臂开关配合工作来实现单独驱动电机11的目的,可提高驱动电机11的便捷性,适用性更强。
85.在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块31的输入/输出端可作为ac/dc变换模块31的输出端。在上述开关k6a至开关k6n还包括除任一第二开关(如开关k6a)之外的其它第二开关(如开关k6b至开关k6n)的情况下,上述控制模块21还可控制第一开关k5、开关k6b至开关k6n和第四开关k8a至第四开关k8t断开,控制开关k6a和开关k7a至开关k7x导通,并控制上述各桥臂开关动作来实现基于三相交流电源提供的一相交流电压对电池模块充电的目的。这里的三相交流电源提供的一相交流电压可由上述任一第二开关所连接的三相交流电源的任一第一连接端对应的交流电压决定,例如,在三相交流电源的任一第一连接端为a相第一连接端的情况下,该一相交流电压可以为交流电势vga对应的a相交流电压。
86.在第一开关k5、开关k6b至开关k6n和第四开关k8a至第四开关k8t断开,且开关k6a和开关k7a至开关k7x导通时,滤波电感l2a至滤波电感l2n可作为ac/dc变换模块31的滤波电感,并与ac/dc变换模块31构成三相pfc电路(即三相交错并联电路)以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;并且,电池模块的充电电流不会流过电机11中的绕组z2a至绕组z2n,因此,在对电池模块充电的过程中无需复用电机11中的绕组z2a至绕组z2n作为ac/
dc变换模块31的滤波电感,也就是说,无需对电机11中的绕组z2a至绕组z2n进行定制和设计,进一步降低了电机11的设计复杂性和系统成本。另外,上述控制模块21可控制第一开关k5、开关k6a至开关k6n和开关k7a至开关k7x、第四开关k8a至第四开关k8t以及各桥臂开关配合工作来实现基于一相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。
87.可选的,在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述控制模块21还可控制第一开关k5、开关k7a至开关k7x和第四开关k8a至第四开关k8t断开,控制开关k6a至开关k6n导通,并控制上述各桥臂开关动作来实现基于三相交流电源提供的三相交流电压对电池模块充电的目的。其中,三相交流电压可由上述交流电势vga对应的a相交流电压、交流电势vgb对应的b相交流电压以及交流电势vgc对应的c相交流电压确定。在第一开关k5、开关k7a至开关k7x和第四开关k8a至第四开关k8t断开,且开关k6a至开关k6n导通时,上述滤波电感l2a至滤波电感l2n可作为ac/dc变换模块31的滤波电感,并与ac/dc变换模块31构成三相pfc电路以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;并且,电池模块的充电电流不会流过电机11中的绕组z2a至绕组z2n,因此,在对电池模块充电的过程中无需复用电机11中的绕组z2a至绕组z2n作为ac/dc变换模块31的滤波电感,也就是说,无需对电机11中的绕组z2a至绕组z2n进行定制和设计,进一步降低了电机11的设计复杂性和系统成本。
88.另外,上述控制模块21可控制第一开关k5、开关k6a至开关k6n、开关k7a至开关k7x、第四开关k8a至第四开关k8t以及各桥臂开关配合工作来实现基于三相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。由于上述控制模块21可实现基于三相交流电源的一相交流电压(也可称为单相交流电压)或者三相交流电压对电池模块充电的目的,因此该能量转换系统的电路拓扑可以理解为兼容单三相交流输入的车载充电机(或者pfc变换器)与电机11集成电路拓扑,也就是说,车载充电机(可简称为obc)可以单相工作以对电池模块充电(即能量转换系统处于obc单相单独充电模式),也可以三相工作以对电池模块充电(即能量转换系统处于obc三相单独充电模式),可提高电池充电的灵活性,适用性更强。
89.在一些可行的实施方式中,上述图6所示的电机11可包括但不限于三相电机和六相电机,该电机11的具体类型可根据实际应用场景确定,在此不作限制。例如,在上述电机11为三相电机的情况下,多相绕组可以为三相绕组;在电机11为六相电机的情况下,多相绕组可以为六相绕组。为方便描述,下面将以电机11为三相电机为例进行说明,以下不再赘述。请一并参见图7,图7是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图。在能量转换系统的电路拓扑为三相pfc电路的情况下,能量转换系统中包括三个滤波电感(如滤波电感l2a、滤波电感l2b和滤波电感l2n),以及三个第二开关(如开关k6a、开关k6b和开关k6n),该能量转换系统的具体电路结构如图7所示,能量转换系统还包括电机11,第一开关k5,两个第三开关(如开关k7a和开关k7x),两个第四开关(如第四开关k8a和第四开关k8b),控制模块21以及ac/dc变换模块31。其中,电机11中包括三相绕组(如绕组z2a、绕组z2b和绕组z2n),ac/dc变换模块31包括第一桥臂开关311、三个第二桥臂开关(如第二桥臂开关312a、第二桥臂开关312b和第二桥臂开关312n),其中第一桥臂开关311、第二桥臂开关312a、第二桥臂开关312b以及第二桥臂开关312n可构成四桥臂ac/dc变换器。可选的,上述ac/dc变换模块31还
包括母线电容c21、母线电容c22和双向dc/dc变换器313,其中串联的母线电容c21和母线电容c22可构成ac/dc变换模块31的直流母线电容,且双向dc/dc变换器313的输入/输出端可作为ac/dc变换模块31的输入/输出端,该ac/dc变换模块31的具体电路拓扑可根据实际应用场景确定,在此不作限制。
90.在一些可行的实施方式中,在同时驱动电机11且对电池模块充电的情况下,上述控制模块21可控制第一开关k5、第四开关k8a和第四开关k8b导通,控制开关k6a、开关k6b和开关k6n、开关k7a和开关k7x断开,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各桥臂开关动作,从而使得四桥臂ac/dc变换器基于三相交流电源提供的交流电压(如a相交流电压)驱动电机11并在直流母线电容的两端形成母线电压。进一步地,上述控制模块21可控制双向dc/dc变换器313基于该母线电压对电池模块充电,从而达到同时驱动电机11且对电池模块充电的目的。在同时驱动电机11且对电池模块充电的过程中,上述电机11中的绕组z2a、绕组z2b和绕组z2n可作为ac/dc变换模块31的滤波电感,并与ac/dc变换模块31构成三相pfc电路以提升电力利用率;另外,上述控制模块21可基于三相交流电源提供的a相交流电压得到共模电压(即共模分量)和差模电压(即差模分量),其中,该共模电压可用于控制电池模块的充电电流,该差模电压可用于控制电机11的转速,也就是说,在同时驱动电机11且对电池模块充电的过程中可基于差模电压调整电机11的转速,进而提升了系统的运用灵活性,适用性更强。
91.在一些可行的实施方式中,在单独驱动电机11的情况下,上述控制模块21可控制双向dc/dc变换器313基于电池模块提供的直流电压向四桥臂ac/dc变换器输出直流电压;进一步地,控制模块21可控制上述第一开关k5、开关k6a、开关k6b、开关k6n、开关k7a和开关k7x断开,控制第四开关k8a和第四开关k8b导通,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各第二桥臂开关动作,从而使得四桥臂ac/dc变换器对直流电压进行降压变换得到交流电压以驱动电机11。在驱动电机11的过程中,驱动电机11的电流不会流过滤波电感l2a、滤波电感l2b和滤波电感l2n,从而避免能量损失以提升电机驱动效率;另外,上述控制模块21可通过开关控制实现单独驱动电机11的目的,从而提高了驱动电机11的便捷性,适用性更强。
92.在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述控制模块21可控制第一开关k5、开关k6b、开关k6n、第四开关k8a和第四开关k8b断开,控制开关k6a、开关k7a和开关k7x导通,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各桥臂开关动作,从而使得四桥臂ac/dc变换器对三相交流电源提供的a相交流电压进行升压变换以向双向dc/dc变换器313输出直流电压。进一步地,控制模块21可控制双向dc/dc变换器313基于直流电压对电池模块进行单相充电,这时,能量转换系统处于obc单相单独充电模式,且其电路拓扑可以简化为三相pfc电路。在对电池模块进行单相充电的过程中,滤波电感l2a、滤波电感l2b和滤波电感l2n可作为ac/dc变换模块31的滤波电感,并与ac/dc变换模块31构成三相pfc电路以提升电力利用率,并且实现了功率因数校正功能和电池单相充电功能,从而提升了电池充电效率,适用性更强。可选的,在上述能量转换系统包括一个第三开关(如开关k7a或者开关k7x),且能量转换系统处于obc单相单独充电模式的情况下,上述能量转换系统的电路拓扑可以简化为两相pfc电路;在上述能量转换系统不包括第三开关,且能量转换系统处于obc单相单独充电模式的情况下,上述能量转换系统的电路拓扑可以简化为单相pfc电路,具体可根据实际应用场景确定,在此不作限制。
93.在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述控制模块21还
可控制第一开关k5、开关k7a和开关k7x、第四开关k8a和第四开关k8b断开,控制开关k6a、开关k6b和开关k6n导通,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各桥臂开关动作,从而使得四桥臂ac/dc变换器对三相交流电源提供的三相交流电压进行升压变换以向双向dc/dc变换器313输出直流电压。进一步地,控制模块21可控制双向dc/dc变换器313基于直流电压对电池模块进行三相充电(这时能量转换系统处于obc三相单独充电模式),在对电池模块进行三相充电的过程中,滤波电感l2a、滤波电感l2b和滤波电感l2n可作为ac/dc变换模块31的滤波电感,并与ac/dc变换模块31构成三相pfc电路以提升电力利用率,并且实现了功率因数校正功能和电池三相充电功能,进一步提升了电池充电的灵活性和充电效率,适用性更强。
94.在本技术提供的能量转换系统中,上述控制模块21可控制上述第一开关k5,开关k6a至开关k6n,开关k7a至开关k7x,第四开关k8a至第四开关k8t,第一桥臂开关311以及上述第二桥臂开关312a至第二桥臂开关312n配合工作,从而在同时驱动电机11且对电池模块充电、或者单独驱动电机11、或者单独对电池模块进行单相充电或者三相充电(即能量转换系统处于obc单相单独充电模式或者obc三相单独充电模式),进而提升了整个能量转换系统的运用灵活性,能量转换效率更高;另外,由于该能量转换系统可集成电机11和车载充电机,因此减小了能量转换系统的高压网络谐振点以提升系统稳定性,同时减少了能量转换系统中使用高压部件的数量,从而降低了系统成本,结构更加简单,适用性更强。
95.可选的,在一些可行的实施方式中,请参见图8,图8是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图。如图8所示,能量转换系统中包括电机12、控制模块22、交流ac/直流dc变换模块32、第一开关q1、多个其他开关(如开关q2a至开关q2n和开关q3a至开关q3x)以及滤波电感l3a至滤波电感l3n,上述滤波电感l3a至滤波电感l3n的第一连接端可通过开关q2a至开关q2n和开关q3a至开关q3x连接至三相交流电源的多个第一连接端。其中,三相交流电源的多个第一连接端可包括交流电势vga对应的a相第一连接端、交流电势vgb对应的b相第一连接端、以及交流电势vgc对应的c相第一连接端。上述ac/dc变换模块32中包括但不限于第一桥臂开关321以及与第一桥臂开关321并联的多个第二桥臂开关(如第二桥臂开关322a至第二桥臂开关322n)。其中,第一桥臂开关321中包括串联的开关s51(即上桥臂开关)和开关s52(即下桥臂开关),该第一桥臂开关321的桥臂中点是指开关s51和开关s52的串联连接点;第二桥臂开关322a中包括串联的开关s61和开关s62,第二桥臂开关322a的桥臂中点是指开关s61和开关s62的串联连接点;第二桥臂开关322b中包括串联的开关s63和开关s64,该第二桥臂开关322b的桥臂中点是指开关s63和开关s64的串联连接点;
……
,第二桥臂开关322n中包括串联的开关s6q-1和开关s6q,第二桥臂开关322n的桥臂中点是指开关s6q-1和开关s6q的串联连接点。
96.在一些可行的实施方式中,上述第一桥臂开关321的桥臂中点连接三相交流电源的第二连接端,上述第二桥臂开关322a至第二桥臂开关322n中一个第二桥臂开关的桥臂中点可连接滤波电感l3a至滤波电感l3n中的一个滤波电感的第二连接端。例如,第二桥臂开关322a的桥臂中点连接滤波电感l3a的第二连接端,第二桥臂开关322b的桥臂中点连接滤波电感l3b的第二连接端,
……
,第二桥臂开关322n的桥臂中点连接滤波电感l3n的第二连接端。在电机12中包括多相绕组(如绕组z3a至绕组z3n)的情况下,上述滤波电感l3a至滤波电感l3n中的一个滤波电感的第一连接端可通过绕组z3a至绕组z3n中的一相绕组连接至第一开关q1的第一连接端,且上述第一开关q1的第二连接端连接三相交流电源的多个第一连
接端中的任一第一连接端。例如,第二桥臂开关322a的桥臂中点可通过绕组z3a连接至第一开关q1的第一连接端,第二桥臂开关322b的桥臂中点可通过绕组z3b连接至第一开关q1的第一连接端,
……
,第二桥臂开关322n的桥臂中点可通过绕组z3n至第一开关q1的第一连接端。由此可见,上述第二桥臂开关322a至第二桥臂开关322n与绕组z3a至绕组z3n一一对应;并且,第二桥臂开关322a至第二桥臂开关322n的数量与绕组z3a至绕组z3n的数量相同。上述三相交流电源的任一第一连接端可以为a相第一连接端、b相第一连接端或者c相第一连接端,例如,如图8所示,该任一第一连接端为a相第一连接端。上述ac/dc变换模块32的输入/输出端可连接电池模块,该ac/dc变换模块32的输入/输出端可以理解为第一桥臂开关321和第二桥臂开关322a至第二桥臂开关322n的并联连接端。
97.在一些可行的实施方式中,上述控制模块22可包括但不限于控制板、控制芯片或者控制器;控制模块22可与第一开关q1、开关q2a至开关q2n和开关q3a至开关q3x、第一桥臂开关321以及第二桥臂开关322a至第二桥臂开关322n建立有线连接或者无线连接,具体可根据实际应用场景确定,在此不作限制。在同时驱动电机12且对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块32的输入/输出端可作为ac/dc变换模块32的输出端。上述控制模块22可控制第一开关q1导通、开关q2a至开关q2n和开关q3a至开关q3x断开,并控制第一桥臂开关321和第二桥臂开关322a至第二桥臂开关322n中的各桥臂开关动作,从而实现基于三相交流电源提供的交流电压驱动电机12并对电池模块充电的目的。其中,三相交流电源提供的交流电压可由第一开关q1的第二连接端所连接的三相交流电源的任一第一连接端对应的交流电压决定,例如,在三相交流电源的任一第一连接端为a相第一连接端的情况下,该三相交流电源提供的交流电压为交流电势vga对应的a相交流电压。
98.可以理解,上述控制模块22可控制第一开关q1、开关q2a至开关q2n和开关q3a至开关q3x(即多个其他开关)以及各桥臂开关配合工作,从而达到同时驱动电机12且对电池模块充电的目的,进而提高了能量转换效率,并且减小了能量转换系统中存在的谐振,提升了系统稳定性;另外,可减少能量转换系统中使用高压部件的数量,从而降低了系统成本,结构更加简单,适用性强。
99.在一些可行的实施方式中,对于整个能量转换系统而言,该能量转换系统可集成电机12、滤波电感l3a至滤波电感l3n以及ac/dc变换模块32,其中,滤波电感l3a至滤波电感l3n以及ac/dc变换模块32可构成上述电动汽车中的车载充电机,也就是说,该能量转换系统可集成电机12和车载充电机,无需使用高压配电盒集成电机12和车载充电机,从而大幅度减少了能量转换系统中使用高压部件的数量,结构更加简单,集成度更高;其次,能量转换系统通过一个控制模块22来实现电机12和车载充电机(可对电池模块充电)同时工作,从而大幅度降低了控制器成本,适用性强。另外,该能量转换系统可复用第一桥臂开关321以及第二桥臂开关322a至第二桥臂开关322n中的各桥臂开关来实现电机12和车载充电机同时工作,也就是说,车载充电机的高压输出部分和电机12的高压输入部分共用信号电路(即各桥臂开关组成的电路),从而减小了能量转换系统的高压网络谐振点,进一步提升了系统稳定性,适用性更强。
100.在一些可行的实施方式中,如上述图8所示,上述多个其他开关(即开关q2a至开关q2n和开关q3a至开关q3x)中包括多个第二开关(如开关q2a至开关q2n)、以及至少一个第三开关(如开关q3a至开关q3x),上述滤波电感l3a至滤波电感l3n中包括第一滤波电感(如滤
波电感l3a)和至少两个第二滤波电感(如滤波电感l3b至滤波电感l3n)。其中,滤波电感l3a的第一连接端连接开关q2a至开关q2n中的任一第二开关(如开关q2a)的第一连接端,且该开关q2a的第一连接端与滤波电感l3b至滤波电感l3n中的一个第二滤波电感的第一连接端之间设置有开关q3a至开关q3x中的一个第三开关,上述开关q2a的第二连接端连接至三相交流电源的a相第一连接端(即任一第一连接端)。例如,开关q2a的第一连接端与滤波电感l3b的第一连接端之间设置有开关q3a,
……
,开关q2a的第一连接端与滤波电感l3n的第一连接端之间设置开关q3x。上述滤波电感l3b至滤波电感l3n中的一个第二滤波电感的第一连接端可通过开关q2a至开关q2n中除开关q2a之外的一个第二开关连接至三相交流电源的多个第一连接端中除a相第一连接端之外的一个第一连接端。例如,滤波电感l3b的第一连接端可通过开关q2b连接至三相交流电源的b相第一连接端,
……
,滤波电感l3n的第一连接端可通过开关q2n连接至三相交流电源的c相第一连接端。
101.可以理解,上述开关q2a的第一连接端与滤波电感l3b至滤波电感l3n中的每个第二滤波电感的第一连接端之间均设置有第三开关;或者,开关q2a的第一连接端与滤波电感l3b至滤波电感l3n中的一部分第二滤波电感的第一连接端之间设置有第三开关,开关q2a的第一连接端与滤波电感l3b至滤波电感l3n中的另一部分第二滤波电感的第一连接端之间不设置第三开关;或者,开关q2a的第一连接端与滤波电感l3b至滤波电感l3n中的每个第二滤波电感的第一连接端之间均不设置第三开关,也就是说,上述能量转换系统中可以不设置第三开关,即上述多个其他开关只包括开关q2a至开关q2n;因此,上述开关q3a至开关q3x(即至少一个第三开关)的具体数量可根据实际应用场景确定,在此不作限制。
102.在一些可行的实施方式中,对于滤波电感l3a而言,滤波电感l3a的第一连接端可通过开关q2a连接三相交流电源的a相第一连接端,滤波电感l3a的第一连接端可通过开关q2a、开关q3a和开关q2b连接至三相交流电源的b相第一连接端,滤波电感l3a的第一连接端可通过开关q2a、开关q3x和开关q2n连接至三相交流电源的c相第一连接端。也就是说,滤波电感l3a的第一连接端可通过开关q2a至开关q2n和开关q3a至开关q3x连接三相交流电源的a相第一连接端、b相第一连接端和c相第一连接端。对于滤波电感l3b而言,滤波电感l3b的第一连接端可通过开关q2b连接至三相交流电源的b相第一连接端,滤波电感l3b的第一连接端可通过开关q3a连接至三相交流电源的a相第一连接端,也就是说,滤波电感l3b的第一连接端可通过开关q2b和开关q3a连接至三相交流电源的a相第一连接端和b相第一连接端。
103.同理,上述滤波电感l3a至滤波电感l3n中其它滤波电感的具体连接关系可参见上述滤波电感l3a或者滤波电感l3b的具体连接关系,以其它滤波电感中的滤波电感l3n为例进行说明,滤波电感l3n的第一连接端可通过开关q2n连接至三相交流电源的c相第一连接端,滤波电感l3n的第一连接端可通过开关q3x连接至三相交流电源的a相第一连接端,也就是说,滤波电感l3n的第一连接端可通过开关q2n和开关q3x连接三相交流电源的a相第一连接端和c相第一连接端。由此可见,上述滤波电感l3a至滤波电感l3n的第一连接端可通过开关q2a至开关q2n和开关q3a至开关q3x连接至三相交流电源的a相第一连接端、b相第一连接端和c相第一连接端。
104.在一些可行的实施方式中,在同时驱动电机12且对电池模块充电的情况下,上述控制模块22可控制第一开关q1导通、开关q2a至开关q2n和开关q3a至开关q3x断开,并控制上述各桥臂开关动作来实现同时驱动电机12且对电池模块充电的目的。在第一开关q1导通
且开关q2a至开关q2n和开关q3a至开关q3x断开时,上述绕组z3a至绕组z3n中的各相绕组可分别与滤波电感l3a至滤波电感l3n中的各滤波电感串联后作为ac/dc变换模块32的滤波电感,并与ac/dc变换模块32构成三相pfc电路(即三相交错并联电路)以提高电力利用率,进一步提升了能量转换效率;另外,上述控制模块22在同时驱动电机12且对电池模块充电的过程中,还可调整电机12的转速,提高了能量转换系统的灵活性,适用性更强。请一并参见图9,图9是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图。
105.在一些可行的实施方式中,如图9所示,上述图8所示的能量转换系统还包括至少一个第四开关(如第四开关q4a至第四开关q4t),上述第四开关q4a至第四开关q4t中的一个第四开关与绕组z3a至绕组z3n中的一相绕组串联。例如,第四开关q4a与绕组z3a串联,第四开关q4b与绕组z3b串联,
……
,第四开关q4n与绕组z3n串联。上述滤波电感l3a至滤波电感l3n中一个滤波电感的第一连接端可通过串联的一个第四开关和一相绕组连接至上述第一开关q1的第一连接端,例如,滤波电感l3a的第一连接端可通过串联的第四开关q4a和绕组z3a连接至第一开关q1的第一连接端,滤波电感l3b的第一连接端可通过串联的第四开关q4b和绕组z3b连接至第一开关q1的第一连接端,
……
,滤波电感l3n的第一连接端可通过串联的第四开关q4n和绕组z3n连接至第一开关q1的第一连接端。
106.可以理解,上述第四开关q4a至第四开关q4t与绕组z3a至绕组z3n的数量相同且一一对应;或者,第四开关q4a至第四开关q4t的数量为绕组z3a至绕组z3n的数量与1的差值,也就是说,绕组z3a至绕组z3n中的任意一相绕组可以不串联第四开关;或者,第四开关q4a至第四开关q4t的数量为绕组z3a至绕组z3n的数量与2的差值,也就是说,绕组z3a至绕组z3n中的任意两相绕组可以不串联第四开关;或者,绕组z3a至绕组z3n中的每相绕组均不串联第四开关,也就是说,能量转换系统中可以不包括第四开关q4a至第四开关q4t。需要说明的是,上述第四开关q4a至第四开关q4t的具体数量可根据实际应用场景确定,在此不作限制。
107.在一些可行的实施方式中,上述控制模块22还可与第四开关q4a至第四开关q4t建立有线连接或者无线连接,具体可根据实际应用场景确定,在此不作限制。在同时驱动电机12且对电池模块充电的情况下,上述控制模块22可控制第一开关q1和第四开关q4a至第四开关q4t导通,控制开关q2a至开关q2n和开关q3a至开关q3x断开,并控制上述各桥臂开关动作来实现同时驱动电机12且对电池模块充电的目的。在第一开关q1和第四开关q4a至第四开关q4t导通,且开关q2a至开关q2n和开关q3a至开关q3x断开时,上述绕组z3a至绕组z3n中的各相绕组可分别与滤波电感l3a至滤波电感l3n中的各滤波电感串联后作为ac/dc变换模块32的滤波电感,并与ac/dc变换模块32构成三相pfc电路以提高电力利用率,进一步提升了能量转换效率;另外,上述控制模块22在同时驱动电机12且对电池模块充电的过程中,还可调整电机12的转速,提高了系统灵活性,适用性更强。
108.在一些可行的实施方式中,在单独驱动电机12的情况下,上述ac/dc变换模块32的输入/输出端可作为ac/dc变换模块32的输入端。上述控制模块22还可控制第一开关q1、开关q2a至开关q2n和开关q3a至开关q3x断开,控制第四开关q4a至第四开关q4t导通,并控制第二桥臂开关322a至第二桥臂开关322n中的各第二桥臂开关动作,从而实现基于电池模块提供的电压驱动电机12的目的。在第一开关q1、开关q2a至开关q2n和开关q3a至开关q3x断开且第四开关q4a至第四开关q4t导通时,上述滤波电感l3a至滤波电感l3n可作为ac/dc变
换模块32的滤波电感,并与ac/dc变换模块32构成三相pfc电路(即三相交错并联电路)以提高电力利用率,进一步提高了电机12的驱动效率。另外,上述控制模块22可控制第一开关q1、开关q2a至开关q2n、开关q3a至开关q3x、第四开关q4a至第四开关q4t以及各第二桥臂开关配合工作来实现单独驱动电机12的目的,可提高驱动电机12的便捷性,适用性更强。
109.在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块32的输入/输出端可作为ac/dc变换模块32的输出端。在上述开关q2a至开关q2n还包括除任一第二开关(如开关q2a)之外的其它第二开关(如开关q2b至开关q2n)的情况下,上述控制模块22可控制第一开关q1、开关q2b至开关q2n以及第四开关q4a至第四开关q4t断开,控制开关q2a和开关q3a至开关q3x导通,并控制上述各桥臂开关动作来实现基于三相交流电源提供的一相交流电压对电池模块充电的目的。这里的三相交流电源提供的一相交流电压可由第一开关q1的第二连接端所连接的三相交流电源的任一第一连接端对应的交流电压决定,例如,在三相交流电源的任一第一连接端为a相第一连接端的情况下,三相交流电源提供的一相交流电压可以为交流电势vga对应的a相交流电压。
110.在上述第一开关q1、开关q2b至开关q2n和第四开关q4a至第四开关q4t断开,且开关q2a和开关q3a至开关q3x导通时,上述滤波电感l3a至滤波电感l3n可作为ac/dc变换模块32的滤波电感,并与ac/dc变换模块32构成三相pfc电路(即三相交错并联电路)以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;并且,电池模块的充电电流不会流过电机12中的绕组z3a至绕组z3n,因此,在对电池模块充电的过程中无需复用电机12中的绕组z3a至绕组z3n作为ac/dc变换模块32的滤波电感,也就是说,无需对电机12中的绕组z3a至绕组z3n进行定制和设计,进一步降低了电机12的设计复杂性和系统成本。另外,上述控制模块22可控制第一开关q1、开关q2a至开关q2n和开关q3a至开关q3x、第四开关q4a至第四开关q4t以及各桥臂开关配合工作来实现基于一相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。
111.可选的,在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,在单独对电池模块充电的情况下,上述控制模块22还可控制开关q2a至开关q2n导通,控制开关q3a至开关q3x和第四开关q4a至第四开关q4t断开,并控制上述各桥臂开关动作来实现基于三相交流电源提供的三相交流电压对电池模块充电的目的。其中,三相交流电压可由上述交流电势vga对应的a相交流电压、交流电势vgb对应的b相交流电压以及交流电势vgc对应的c相交流电压确定。在开关q2a至开关q2n导通且开关q3a至开关q3x和第四开关q4a至第四开关q4t断开时,上述滤波电感l3a至滤波电感l3n可作为ac/dc变换模块32的滤波电感,并与ac/dc变换模块32构成三相pfc电路以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;并且,电池模块的充电电流不会流过电机12中的绕组z3a至绕组z3n,因此,在对电池模块充电的过程中无需复用电机12中的绕组z3a至绕组z3n作为ac/dc变换模块32的滤波电感,也就是说,无需对电机12中的绕组z3a至绕组z3n进行定制和设计,进一步降低了电机12的设计复杂性和系统成本。
112.在一些可行的实施方式中,在上述基于三相交流电压对电池模块充电的过程中,上述控制模块可控制第一开关q1导通或者断开。在第一开关q1断开时,电池模块的充电电流不会流过电机12中的绕组z3a至绕组z3n(即不会驱动电机12工作);在第一开关q1导通时,电机12中的绕组z3a短接、且绕组z3b至绕组z3n开路,也就是说,电池模块的充电电流同
样不会流过电机12中的绕组z3a至绕组z3n(即不会驱动电机12工作);因此,在基于三相交流电压对电池模块充电的过程中,第一开关q1可以导通,也可以断开。可以理解,上述控制模块22可控制第一开关q1、开关q2a至开关q2n、开关q3a至开关q3x、第四开关q4a至第四开关q4t以及各桥臂开关配合工作来实现基于三相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。
113.可以理解,由于控制模块22可实现基于三相交流电源的一相交流电压(也可称为单相交流电压)或者三相交流电压对电池模块充电的目的,因此该能量转换系统的电路拓扑可以理解为兼容单三相交流输入的车载充电机(或者pfc变换器)与电机12集成电路拓扑,也就是说,车载充电机(可简称为obc)可以单相工作以对电池模块充电(即能量转换系统处于obc单相单独充电模式),也可以三相工作以对电池模块充电(即能量转换系统处于obc三相单独充电模式),可提高电池充电的灵活性,适用性更强。
114.在一些可行的实施方式中,上述图9所示的电机12可包括但不限于三相电机和六相电机,该电机12的具体类型可根据实际应用场景确定,在此不作限制。例如,在上述电机12为三相电机的情况下,多相绕组可以为三相绕组;在电机12为六相电机的情况下,多相绕组可以为六相绕组。为方便描述,下面将以电机12为三相电机为例进行说明,以下不再赘述。请一并参见图10,图10是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图。在能量转换系统的电路拓扑为三相pfc电路的情况下,能量转换系统中包括三个滤波电感(如滤波电感l3a、滤波电感l3b和滤波电感l3n),以及三个第二开关(如开关q2a、开关q2b和开关q2n),该能量转换系统的具体电路结构如图10所示,能量转换系统还包括电机12,第一开关q1,两个第三开关(如开关q3a和开关q3x),两个第四开关(如第四开关q4b和第四开关q4t),控制模块22以及ac/dc变换模块32。其中,电机12中包括三相绕组(如绕组z3a、绕组z3b和绕组z3n),ac/dc变换模块32包括第一桥臂开关321、三个第二桥臂开关(如第二桥臂开关322a、第二桥臂开关322b和第二桥臂开关322n),其中第一桥臂开关321、第二桥臂开关322a、第二桥臂开关322b以及第二桥臂开关322n可构成四桥臂ac/dc变换器。可选的,上述ac/dc变换模块32还包括母线电容c31、母线电容c32和双向dc/dc变换器323,其中串联的母线电容c31和母线电容c32可构成ac/dc变换模块32的直流母线电容,且双向dc/dc变换器323的输入/输出端可作为ac/dc变换模块32的输入/输出端,该ac/dc变换模块32的具体电路拓扑可根据实际应用场景确定,在此不作限制。
115.在一些可行的实施方式中,在同时驱动电机12且对电池模块充电的情况下,上述控制模块22可控制第一开关q1、第四开关q4b和第四开关q4t导通,控制开关q2a、开关q2b和开关q2n、开关q3a和开关q3x断开,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各桥臂开关动作,从而使得四桥臂ac/dc变换器基于三相交流电源提供的交流电压(如a相交流电压)驱动电机12并在上述直流母线电容的两端形成母线电压。进一步地,上述控制模块22可控制双向dc/dc变换器323基于该母线电压对电池模块充电,从而达到同时驱动电机12且对电池模块充电的目的。在同时驱动电机12且对电池模块充电的过程中,上述电机12中的各相绕组可分别与滤波电感l3a、滤波电感l3b和滤波电感l3n中的各滤波电感串联后作为ac/dc变换模块32的滤波电感,并与ac/dc变换模块32构成三相pfc电路以提升电力利用率;另外,上述控制模块22可基于三相交流电源提供的a相交流电压得到共模电压(即共模分量)和差模电压(即差模分量),其中,共模电压可用于控制电池模块的充电电流,差模电压可用于控制电机12的
转速,也就是说,在同时驱动电机12且对电池模块充电的过程中可基于差模电压调整电机12的转速,进而提升了系统的运用灵活性,适用性更强。
116.在一些可行的实施方式中,在单独驱动电机12的情况下,上述控制模块22可控制双向dc/dc变换器323基于电池模块提供的直流电压向四桥臂ac/dc变换器输出直流电压;进一步地,控制模块22可控制第一开关q1、开关q2a、开关q2b和开关q2n、以及开关q3a和开关q3x断开,控制第四开关q4b和第四开关q4t导通,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各第二桥臂开关动作,从而使得四桥臂ac/dc变换器对直流电压进行降压变换得到交流电压以驱动电机12。在驱动电机12的过程中,上述滤波电感l3a、滤波电感l3b和滤波电感l3n可作为ac/dc变换模块32的滤波电感,并与ac/dc变换模块32构成三相pfc电路以提升电力利用率,从而提高了电机驱动效率;另外,上述控制模块22可通过开关控制实现单独驱动电机12的目的,从而提高了驱动电机12的便捷性,适用性更强。
117.在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述控制模块22可控制第一开关q1、开关q2b和开关q2n、以及第四开关q4b和第四开关q4t断开,控制开关q2a、开关q3a和开关q3x导通,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各桥臂开关动作,从而使得四桥臂ac/dc变换器对三相交流电源提供的a相交流电压进行升压变换以向双向dc/dc变换器323输出直流电压。进一步地,控制模块22可控制双向dc/dc变换器323基于直流电压对电池模块进行单相充电,这时,能量转换系统处于obc单相单独充电模式,且其电路拓扑可以简化为三相pfc电路。在对电池模块进行单相充电的过程中,滤波电感l3a、滤波电感l3b和滤波电感l3n可作为ac/dc变换模块32的滤波电感,并与ac/dc变换模块32构成三相pfc电路(即三相交错并联电路)以提高电力利用率,并且实现了功率因数校正功能和电池单相充电功能,从而提高了电池充电效率,适用性更强。可选的,在上述能量转换系统包括一个第三开关(如开关q3a或者开关q3x),且能量转换系统处于obc单相单独充电模式的情况下,上述能量转换系统的电路拓扑可以简化为两相pfc电路;在上述能量转换系统不包括第三开关,且能量转换系统处于obc单相单独充电模式的情况下,上述能量转换系统的电路拓扑可以简化为单相pfc电路,具体可根据实际应用场景确定,在此不作限制。
118.在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述控制模块22还可控制开关q2a、开关q2b和开关q2n导通,控制开关q3a和开关q3x、以及第四开关q4b和第四开关q4t断开,控制第一开关q1导通或者断开,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各桥臂开关动作,从而使得四桥臂ac/dc变换器对三相交流电源提供的三相交流电压进行升压变换以向双向dc/dc变换器323输出直流电压。进一步地,控制模块22可控制双向dc/dc变换器323基于直流电压对电池模块进行三相充电(这时能量转换系统处于obc三相单独充电模式),在对电池模块进行三相充电的过程中,滤波电感l3a、滤波电感l3b和滤波电感l3n可作为ac/dc变换模块32的滤波电感,并与ac/dc变换模块32构成三相pfc电路(即三相交错并联电路)以提高电力利用率,并且实现了功率因数校正功能和电池三相充电功能,进一步提升了电池充电的灵活性和充电效率,适用性更强。
119.在本技术提供的能量转换系统中,上述控制模块22可控制上述第一开关q1,开关q2a至开关q2n,开关q3a至开关q3x,第四开关q4a至第四开关q4t,第一桥臂开关321以及上述第二桥臂开关322a至第二桥臂开关322n配合工作,从而在同时驱动电机12且对电池模块充电、或者单独驱动电机12、或者单独对电池模块进行单相充电或者三相充电(即能量转换
系统处于obc单相单独充电模式或者obc三相单独充电模式),进而提升了整个能量转换系统的运用灵活性,能量转换效率更高;另外,由于该能量转换系统可集成电机12和车载充电机,因此减小了能量转换系统的高压网络谐振点以提升系统稳定性,同时减少了能量转换系统中使用高压部件的数量,从而降低了系统成本,结构更加简单,适用性更强。
120.可选的,在一些可行的实施方式中,请参见图11,图11是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图。如图11所示,能量转换系统中包括电机13、控制模块23、ac/dc变换模块33、第一开关q5、多个第二开关(如第二开关q6a至第二开关q6n)以及多个滤波电感(如滤波电感l4a至滤波电感l4n),上述滤波电感l4a至滤波电感l4n中的一个滤波电感可通过第二开关q6a至第二开关q6n中的一个第二开关连接至三相交流电源的多个第一连接端中的一个第一连接端。其中,三相交流电源的多个第一连接端可包括交流电势vga对应的a相第一连接端、交流电势vgb对应的b相第一连接端、以及交流电势vgc对应的c相第一连接端。例如,滤波电感l4a可通过第二开关q6a连接至三相交流电源的a相第一连接端,滤波电感l4b可通过第二开关q6b连接至三相交流电源的b相第一连接端,
……
,滤波电感l4n可通过第二开关q6n连接至三相交流电源的c相第一连接端。
121.在一些可行的实施方式中,上述图11所示的ac/dc变换模块33中包括但不限于第一桥臂开关331以及与第一桥臂开关331并联的第二桥臂开关332a至第二桥臂开关332n,换言之,第一桥臂开关331与第二桥臂开关332a至第二桥臂开关332n并联。其中,第一桥臂开关331中包括串联的开关s71(即上桥臂开关)和开关s72(即下桥臂开关),该第一桥臂开关331的桥臂中点是指开关s71和开关s72的串联连接点;第二桥臂开关332a中包括串联的开关s81和开关s82,第二桥臂开关332a的桥臂中点是指开关s81和开关s82的串联连接点;第二桥臂开关332b中包括串联的开关s83和开关s84,该第二桥臂开关332b的桥臂中点是指开关s83和开关s84的串联连接点;
……
,第二桥臂开关332n中包括串联的开关s8q-1和开关s8q,第二桥臂开关332n的桥臂中点是指开关s8q-1和开关s8q的串联连接点。
122.在一些可行的实施方式中,在电机13中包括多相绕组(如绕组z4a至绕组z4n)的情况下,上述第一桥臂开关331的桥臂中点可连接三相交流电源的第二连接端,上述第二桥臂开关332a至第二桥臂开关332n中一个第二桥臂开关的桥臂中点可通过一个滤波电感和绕组z4a至绕组z4n中的一相绕组连接至第一开关q5的第一连接端,且上述第一开关q5的第二连接端连接三相交流电源的多个第一连接端中的任一第一连接端。其中,三相交流电源的任一第一连接端可以为三相交流电源的a相第一连接端、b相第一连接端或者c相第一连接端,例如,如图11所示,该三相交流电源的任一第一连接端为a相第一连接端。例如,第二桥臂开关332a的桥臂中点可通过滤波电感l4a和绕组z4a连接至三相交流电源的a相第一连接端,第二桥臂开关332b的桥臂中点可通过滤波电感l4b和绕组z4b连接至三相交流电源的a相第一连接端,
……
,第二桥臂开关332n的桥臂中点可通过滤波电感l4n和绕组z4n至三相交流电源的a相第一连接端。由此可见,上述第二桥臂开关332a至第二桥臂开关332n、滤波电感l4a至滤波电感l4n与绕组z4a至绕组z4n一一对应;并且,第二桥臂开关332a至第二桥臂开关332n的数量、滤波电感l4a至滤波电感l4n的数量与绕组z4a至绕组z4n的数量相同。上述ac/dc变换模块33的输入/输出端可连接电池模块,该ac/dc变换模块33的输入/输出端可以理解为第一桥臂开关331和第二桥臂开关332a至第二桥臂开关332n的并联连接端。
123.在一些可行的实施方式中,上述控制模块23可包括但不限于控制板、控制芯片或
者控制器;控制模块23可与第一开关q5、开关q6a至开关q6n、第一桥臂开关331以及第二桥臂开关332a至第二桥臂开关332n建立有线连接或者无线连接,具体可根据实际应用场景确定,在此不作限制。在同时驱动电机13且对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块33的输入/输出端可作为ac/dc变换模块33的输出端。上述控制模块23可控制第一开关q5导通、第二开关q6a至第二开关q6n断开,并控制第一桥臂开关331以及第二桥臂开关332a至第二桥臂开关332n中的各桥臂开关动作,从而实现基于三相交流电源提供的交流电压驱动电机13并对电池模块充电的目的。其中,三相交流电源提供的交流电压可由上述第一开关q5的第二连接端所连接的三相交流电源的任一第一连接端对应的交流电压决定,例如,在三相交流电源的任一第一连接端为a相第一连接端的情况下,三相交流电源提供的交流电压为交流电势vga对应的a相交流电压。
124.可以理解,上述控制模块23可控制第一开关q5、第二开关q6a至第二开关q6n以及各桥臂开关配合工作,从而达到同时驱动电机13且对电池模块充电的目的,进而提高了能量转换效率,并且减小了能量转换系统中存在的谐振,提升了系统稳定性;另外,可减少能量转换系统中使用高压部件的数量,从而降低了系统成本,结构更加简单,适用性强。
125.在一些可行的实施方式中,对于整个能量转换系统而言,该能量转换系统可集成电机13、滤波电感l4a至滤波电感l4n以及ac/dc变换模块33,其中,滤波电感l4a至滤波电感l4n以及ac/dc变换模块33可构成上述电动汽车中的车载充电机,也就是说,该能量转换系统可集成电机13和车载充电机,无需使用高压配电盒集成电机13和车载充电机,从而大幅度减少了能量转换系统中使用高压部件的数量,结构更加简单,集成度更高;其次,能量转换系统通过一个控制模块23来实现电机13和车载充电机(可对电池模块充电)同时工作,从而大幅度降低了控制器成本,适用性强。另外,该能量转换系统可复用第一桥臂开关331以及第二桥臂开关332a至第二桥臂开关332n中的各桥臂开关来实现电机13和车载充电机同时工作,也就是说,车载充电机的高压输出部分和电机13的高压输入部分共用信号电路(即各桥臂开关组成的电路),从而减小了能量转换系统的高压网络谐振点,进一步提升了系统稳定性,适用性更强。请一并参见图12,图12是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图。
126.在一些可行的实施方式中,如图12所示,上述图11所示的能量转换系统还包括至少一个第三开关(如第三开关q7a至第三开关q7t),上述第三开关q7a至第三开关q7t中的一个第三开关和上述绕组z4a至绕组z4n中的一相绕组串联。例如,第三开关q7a与绕组z4a串联,第三开关q7a与绕组z4a串联,
……
,第三开关q7t与绕组z4n串联。上述滤波电感l4a至滤波电感l4n中的一个滤波电感可通过串联的一个第三开关和一相绕组连接至上述第一开关q5的第一连接端。例如,滤波电感l4a可通过串联的第三开关q7a和绕组z4a连接至上述第一开关q5的第一连接端,滤波电感l4a可通过串联的第三开关q7a和绕组z4a连接至上述第一开关q5的第一连接端,
……
,滤波电感l4n可通过串联的第三开关q7t和绕组z4n连接至上述第一开关q5的第一连接端。
127.可以理解,上述第三开关q7a至第三开关q7t与绕组z4a至绕组z4n的数量相同且一一对应;或者,第三开关q7a至第三开关q7t的数量为绕组z4a至绕组z4n的数量与1的差值,也就是说,绕组z4a至绕组z4n中的任意一相绕组可以不串联第三开关;或者,第三开关q7a至第三开关q7t的数量为绕组z4a至绕组z4n的数量与2的差值,也就是说,绕组z4a至绕组
z4n中的任意两相绕组可以不串联第三开关;或者,绕组z4a至绕组z4n中的每相绕组均不串联第三开关,也就是说,能量转换系统中可以不包括第三开关q7a至第三开关q7t。需要说明的是,上述第三开关q7a至第三开关q7t的具体数量可根据实际应用场景确定,在此不作限制。
128.在一些可行的实施方式中,上述控制模块23还可与第三开关q7a至第三开关q7t建立有线连接或者无线连接,具体可根据实际应用场景确定,在此不作限制。在同时驱动电机13且对电池模块充电的情况下,上述控制模块23可控制第一开关q5、以及第三开关q7a至第三开关q7t导通,控制第二开关q6a至第二开关q6n断开,并控制上述各桥臂开关动作来实现同时驱动电机13且对电池模块充电的目的。在第一开关q5和第三开关q7a至第三开关q7t导通且第二开关q6a至第二开关q6n断开时,上述绕组z4a至绕组z4n中的各相绕组可分别与滤波电感l4a至滤波电感l4n中的各滤波电感串联后作为ac/dc变换模块33的滤波电感,并与ac/dc变换模块33构成三相pfc电路(即三相交错并联电路)以提高电力利用率,进一步提升了能量转换效率;另外,上述控制模块23在同时驱动电机13且对电池模块充电的过程中,还可调整电机13的转速,提高了系统灵活性,适用性更强。
129.在一些可行的实施方式中,在单独驱动电机13的情况下,上述ac/dc变换模块33的输入/输出端可作为ac/dc变换模块33的输入端。上述控制模块23可控制第一开关q5、以及第二开关q6a至第二开关q6n断开,控制第三开关q7a至第三开关q7t导通,并控制第二桥臂开关332a至第二桥臂开关332n中的各第二桥臂开关动作,从而实现基于电池模块提供的电压驱动电机13的目的。在第一开关q5和第二开关q6a至第二开关q6n断开且第三开关q7a至第三开关q7t导通时,上述滤波电感l4a至滤波电感l4n可作为ac/dc变换模块33的滤波电感,并与ac/dc变换模块33构成三相pfc电路(即三相交错并联电路)以提高电力利用率,从而提高了电机13的驱动效率。另外,上述控制模块23可控制第一开关q5、第二开关q6a至第二开关q6n、第三开关q7a至第三开关q7t以及各第二桥臂开关配合工作来实现单独驱动电机13的目的,可提高驱动电机13的便捷性,适用性更强。
130.在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述ac/dc变换模块33的输入/输出端可作为ac/dc变换模块33的输出端。上述控制模块23可控制第一开关q5、以及第三开关q7a至第三开关q7t导通,控制第二开关q6a至第二开关q6n断开,并控制上述各桥臂开关动作来实现基于三相交流电源提供的一相交流电压对电池模块充电的目的。这里的三相交流电源提供的一相交流电压可由与控制第一开关q5的第二连接端所连接的三相交流电源的任一第一连接端决定,例如,在三相交流电源的任一第一连接端为a相第一连接端的情况下,三相交流电源提供的一相交流电压可以为交流电势vga对应的a相交流电压。在第一开关q5以及第三开关q7a至第三开关q7t导通且第二开关q6a至第二开关q6n断开时,上述绕组z4a至绕组z4n中的各相绕组可与滤波电感l4a至滤波电感l4n中的各滤波电感串联后作为ac/dc变换模块33的滤波电感,并与ac/dc变换模块33构成三相pfc电路(即三相交错并联电路)以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;另外,上述控制模块23可控制第一开关q5、第二开关q6a至第二开关q6n、第三开关q7a至第三开关q7t以及各桥臂开关配合工作来实现基于一相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。
131.可选的,在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述控制模
块23还可控制第二开关q6a至第二开关q6n导通,控制第三开关q7a至第三开关q7t断开,并控制上述各桥臂开关动作来实现基于三相交流电源提供的三相交流电压对电池模块充电的目的。其中,三相交流电压可由上述交流电势vga对应的a相交流电压、交流电势vgb对应的b相交流电压以及交流电势vgc对应的c相交流电压确定。在第二开关q6a至第二开关q6n导通且第三开关q7a至第三开关q7t断开时,上述滤波电感l4a至滤波电感l4n可作为ac/dc变换模块33的滤波电感,并与ac/dc变换模块33构成三相pfc电路以提高电力利用率,从而提高了电池的充电效率;并且,电池模块的充电电流不会流过电机13中的绕组z4a至绕组z4n,因此,在对电池模块充电的过程中无需复用电机13中的绕组z4a至绕组z4n作为ac/dc变换模块33的滤波电感,也就是说,无需对电机13中的绕组z4a至绕组z4n进行定制和设计,进一步降低了电机13的设计复杂性和系统成本。
132.在一些可行的实施方式中,在上述基于三相交流电压对电池模块充电的过程中,上述控制模块可控制第一开关q5导通或者断开。在第一开关q5断开时,电池模块的充电电流不会流过电机13中的绕组z4a至绕组z4n(即不会驱动电机13工作);反之,在第一开关q5导通时,电机13中的绕组z4a短接、且绕组z4b至绕组z4n开路,也就是说,电池模块的充电电流同样不会流过电机13中的绕组z4a至绕组z4n(即不会驱动电机13工作);因此,在基于三相交流电压对电池模块充电的过程中,第一开关q5可以导通,也可以断开。可以理解,上述控制模块23可控制第一开关q5、第二开关q6a至第二开关q6n、第三开关q7a至第三开关q7t以及各桥臂开关配合工作来实现基于三相交流电压对电池模块充电的目的,从而提高了电池充电的便捷性和充电效率,适用性更强。
133.可以理解,由于上述控制模块23可实现基于三相交流电源的一相交流电压(也可称为单相交流电压)或者三相交流电压对电池模块充电的目的,因此该能量转换系统的电路拓扑可以理解为兼容单三相交流输入的车载充电机(或者pfc变换器)与电机13集成电路拓扑,也就是说,车载充电机(可简称为obc)可以单相工作以对电池模块充电(即能量转换系统处于obc单相单独充电模式),也可以三相工作以对电池模块充电(即能量转换系统处于obc三相单独充电模式),可提高电池充电的灵活性,适用性更强。
134.在一些可行的实施方式中,上述图12所示的电机13可包括但不限于三相电机和六相电机,该电机13的具体类型可根据实际应用场景确定,在此不作限制。例如,在上述电机13为三相电机的情况下,多相绕组可以为三相绕组;在电机13为六相电机的情况下,多相绕组可以为六相绕组。为方便描述,下面将以电机13为三相电机为例进行说明,以下不再赘述。请一并参见图13,图13是本技术提供的能量转换系统的另一结构示意图。在能量转换系统的电路拓扑为三相pfc电路的情况下,能量转换系统中包括三个滤波电感(如滤波电感l4a、滤波电感l4b和滤波电感l4n),以及三个第二开关(如第二开关q6a、第二开关q6b和第二开关q6n),该能量转换系统的具体电路结构如图13所示,能量转换系统还包括电机13,第一开关q5,两个第三开关(如第三开关q7b和第三开关q7t),控制模块23以及ac/dc变换模块33。其中,电机13中包括三相绕组(如绕组z3a、绕组z3b和绕组z3n),ac/dc变换模块33包括第一桥臂开关331、三个第二桥臂开关(如第二桥臂开关332a、第二桥臂开关332b和第二桥臂开关332n),其中第一桥臂开关331、第二桥臂开关332a、第二桥臂开关332b以及第二桥臂开关332n可构成四桥臂ac/dc变换器。可选的,上述ac/dc变换模块33还包括母线电容c41、母线电容c42和双向dc/dc变换器333,其中串联的母线电容c41和母线电容c42可构成ac/dc
变换模块33的直流母线电容,且双向dc/dc变换器333的输入/输出端可作为ac/dc变换模块33的输入/输出端,该ac/dc变换模块33的具体电路拓扑可根据实际应用场景确定,在此不作限制。
135.在一些可行的实施方式中,在同时驱动电机13且对电池模块充电的情况下,上述控制模块23可控制第一开关q5、第三开关q7b和第三开关q7t导通,控制第二开关q6a、第二开关q6b和第二开关q6n断开,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各桥臂开关动作,从而使得四桥臂ac/dc变换器基于三相交流电源提供的交流电压(如a相交流电压)驱动电机13并在上述直流母线电容的两端形成母线电压。进一步地,上述控制模块23可控制双向dc/dc变换器333基于该母线电压对电池模块充电,从而达到同时驱动电机13且对电池模块充电的目的。在同时驱动电机13且对电池模块充电的过程中,上述电机13中的各相绕组可分别与滤波电感l4a、滤波电感l4b和滤波电感l4n中的各滤波电感串联后作为ac/dc变换模块33的滤波电感,并与ac/dc变换模块33构成三相pfc电路以提升电力利用率;另外,上述控制模块23可基于三相交流电源提供的a相交流电压得到共模电压(即共模分量)和差模电压(即差模分量),其中,共模电压可用于控制电池模块的充电电流,差模电压可用于控制电机13的转速,也就是说,在同时驱动电机13且对电池模块充电的过程中可基于差模电压调整电机13的转速,进而提升了系统的运用灵活性,适用性更强。
136.在一些可行的实施方式中,在单独驱动电机13的情况下,上述控制模块23可控制双向dc/dc变换器333基于电池模块提供的直流电压向四桥臂ac/dc变换器输出直流电压;进一步地,控制模块23可控制第一开关q5、第二开关q6a、第二开关q6b和第二开关q6n断开,控制第三开关q7b和第三开关q7t导通,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各第二桥臂开关动作,从而使得四桥臂ac/dc变换器对直流电压进行降压变换得到交流电压以驱动电机13。在驱动电机13的过程中,上述滤波电感l4a、滤波电感l4b和滤波电感l4n可作为ac/dc变换模块33的滤波电感,并与ac/dc变换模块33构成三相pfc电路以提升电力利用率,从而提高了电机13的驱动效率;另外,上述控制模块23可通过开关控制实现单独驱动电机13的目的,从而提高了驱动电机13的便捷性,适用性更强。
137.在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述控制模块23可控制第一开关q5、第三开关q7b和第三开关q7t导通,控制第二开关q6a、第二开关q6b和第二开关q6n断开,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各桥臂开关动作,从而使得四桥臂ac/dc变换器对三相交流电源提供的a相交流电压进行升压变换以向双向dc/dc变换器333输出直流电压。进一步地,控制模块23可控制双向dc/dc变换器333基于直流电压对电池模块进行单相充电,这时,能量转换系统处于obc单相单独充电模式,且其电路拓扑可以简化为三相pfc电路。在对电池模块进行单相充电的过程中,上述绕组z4a、绕组z4b和绕组z4n中的各相绕组可分别与滤波电感l4a、滤波电感l4b和滤波电感l4n中的各滤波电感串联后作为ac/dc变换模块33的滤波电感,并与ac/dc变换模块33构成三相pfc电路(即三相交错并联电路)以提高电力利用率,并且实现了功率因数校正功能和电池单相充电功能,从而提升了电池充电效率,适用性更强。
138.在一些可行的实施方式中,在单独对电池模块充电的情况下,上述控制模块23还可控制第二开关q6a、第二开关q6b和第二开关q6n导通,控制第三开关q7b和第三开关q7t断开,控制第一开关q5导通或者断开,并控制四桥臂ac/dc变换器中的各桥臂开关动作,从而
使得四桥臂ac/dc变换器对三相交流电源提供的三相交流电压进行升压变换以向双向dc/dc变换器333输出直流电压。进一步地,控制模块23可控制双向dc/dc变换器333基于直流电压对电池模块进行三相充电(这时能量转换系统处于obc三相单独充电模式),在对电池模块进行三相充电的过程,上述滤波电感l4a、滤波电感l4b和滤波电感l4n可作为ac/dc变换模块33的滤波电感,并与ac/dc变换模块33构成三相pfc电路(即三相交错并联电路)以提高电力利用率,并且实现了功率因数校正功能和电池三相充电功能,进一步提升了电池充电的灵活性和充电效率,适用性更强。
139.在本技术提供的能量转换系统中,上述控制模块23可控制上述第一开关q5,第二开关q6a至第二开关q6n,第三开关q7a至第三开关q7t,第一桥臂开关331以及上述第二桥臂开关332a至第二桥臂开关332n配合工作,从而在同时驱动电机13且对电池模块充电、或者单独驱动电机13、或者单独对电池模块进行单相充电或者三相充电(即能量转换系统处于obc单相单独充电模式或者obc三相单独充电模式),进而提升了整个能量转换系统的运用灵活性,能量转换效率更高;另外,由于该能量转换系统可集成电机13和车载充电机,因此减小了能量转换系统的高压网络谐振点以提升系统稳定性,同时减少了能量转换系统中使用高压部件的数量,从而降低了系统成本,结构更加简单,适用性更强。
140.进一步地,请参见图14,图14是本技术提供的动力系统的结构示意图。本技术提供的动力系统适用于上述电动设备,该动力系统的具体结构如图14所示,该动力系统中包括电池模块和能量转换系统(如上述图2至图13所示的能量转换系统),其中,电池模块可包括但不限于高压电池和低压电池。这里的高压电池可以指为电动设备提供动力来源的电源,高压电池可包括但不限于三元锂电池、磷酸铁锂电池以及其它高压电池。由于上述能量转换系统可在同时驱动电机且对电池模块充电、或者单独驱动电机、或者单独对电池模块进行单相充电或者三相充电,因此可提高动力系统的工作效率和灵活性,结构更加简单且集成度高,成本低;另外,上述能量转换系统可集成电机和车载充电机,无需使用高压配电盒集成电机和车载充电机,从而减少了动力系统中使用高压部件的数量,成本更低,适用性更强。
141.以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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