[发明专利]集成式充电和电机控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种插电式混合动力汽车或纯电动车的电机控制装置，尤其是一种同时具有充电功能的集成式充电和电机控制系统。 

背景技术

传统汽车对石油能源的依赖程度高、利用效率低。在传统汽车中仅有约15％的燃油能量被有效地加以利用，其余大部分被损失掉。而根据已探明的世界石油总存储量估计，全世界的石油资源仅可供人类使用60到100年左右。目前我国汽车年产量超过1300万辆，汽车保有总量超过7,000万辆。汽车产销量的飞速增长，直接导致我国石油对外依赖度的不断加大。2008年我国原油消耗总量为3.70亿吨，石油对外依存度达48.7％。而在最近召开的2009年12月7日-18日哥本哈根联合国气候变化大会议上，我国郑重的承诺到2020年我国的二氧化碳排放量达到2005年的45％-50％。可见，提高车辆燃油利用效率、减少或消除汽车工业对石油资源的依赖已经是一项有关国家经济安全和能源安全的紧迫任务。电动车具备不依赖化石燃料，能源来源广泛，使用中污染排放物极少，能够平衡电谷的优点，是当前和今后发展的方向。 

电动车(EV)分为纯电动汽车(BEV)和混合动力汽车(HEV)两种；受动力电池容量的影响，纯电动汽车存在续驶里程短问题，虽然电池技术在不断的进步，但是在续驶里程和能量补充方面终究不能和常规的燃油车媲美。HEV按照混合度分类可以分为：微混、中混、全混和插电式混合动力车(Plug-in HEV)，具备纯电行驶、怠速停机、电辅助和能量回收等功能，能够实现低速时零排放、加速时节能减排和增效的目的；尤其是Plug-in HEV具备外接充电功能，充满电后能够满足一般人们一天行驶的要求，例如美国通用公司开发的volt混合动力 车，纯电行驶里程可以达到64公里能够满足美国人80％以上一天的旅行半径的要求，在晚上可以利用电谷的富余电能充电，因此是当今和今后发展的方向；可以想象日后人们的旅行模式应该定义为短途旅行依靠BEV，长途旅行依靠Plug-in HEV。 

无论BEV还是Plug-in HEV都面临充电问题，目前在快速充电方式上可分为交流快速充电和直流快速充电，直流快速充电是利用地面充电设备将交流电网的交流电转化为适合电动车动力电池组所需要的电压和电流的过程；交流充电是将电网的交流电经过连接器和充电插孔给车载充电机供电，然后经车载充电机转化为电池组所需要的电压和电流的过程。 

在车辆充电过程中，需要使车辆和充电系统建立连接，使充电过程中锁止车辆，不会使车辆在充电过程中产生不期望的行驶动作；并且为了保证充电设备的通用性需要在直流充电设备和车辆之间建立通讯(一般通过CAN总线来完成)，而统一充电机和不同整车生产企业之间的通讯，就需要相关单位开放相关的通讯协议，这实施起来是比较困难的；而通过车载充电设备充电的交流充电方式则不需要，只要在充电插孔上设一个机械控制开关(控制导引)即可，所以通用性较强；而且直流充电设备需要在充电站内进行集中管理，如果作为象加油站之类的设施在城市里面规划的话，无法满足电动车如此高的充电频次的要求，而且电力设施投资巨大；因此直流充电设备，仅适用具备固定路线和充电设施的电动公交车辆；而作为代步工具的乘用车，应采用交流快充和家庭慢充相结合的方式，交流快充具备占用空间小、投资和易于实施的优点，可以建设在路边、停车场、超市等公共场所，是最为可行的方案。 

在交流充电方式中，一般在电动车上设有单独的充电机依靠充电桩和家庭的普通充电插座充电，传统的充电机包括一次整流电路、全桥变换模块、变压器、二次整流模块及动力电池组顺次连接组成，来自电网的交流电经过一次整流电路后变为直流电，然后经过全桥变换模块变换为交流电，经变压器升压、二次整流模块整流后，将得到的直流电输送给动力电池组实现充电。然而采用 上述技术方案，充电机作为单独的整车零部件需要占用安装空间，且需要考虑充电机散热、EMC、NVH等问题，其次，就目前的3KW的充电机而言需要4000元左右的成本，且目前车载充电机的输入电流是按照家庭用220V、16A设计，充电时间大于6小时，如果采用标准三相380V、32A的插座设计充电机，充电机的额定功率可以设计到18KW，充电20分钟可以行驶30-40公里，能够达到快速充电的要求，但是充电机的体积、重量和成本都会大幅度增加，同时不可避免的出现散热、EMC、NVH等问题。