[发明专利]车辆的永磁体/感应电机驱动的集成充电器-逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对高压电池快速充电的集成充电器-逆变器，这种电池类型用于为电动车或混合动力车上的永磁体/感应类型车辆驱动电机进行供电。

背景技术

电动车(EV)和插入式混合动力车(plug-in hybrid electric vehicle：PHEV)使用可充电能量存储系统(ESS)，以将电能输送到一个或多个永磁体/感应类型驱动电机。电机按照需要交替地从ESS获取电功率和将电功率输送到ESS。EV和PHEV动力传动系统的其他主要电部件是牵引功率逆变模块(traction power inverter module)、DC/DC转换器和高压车载电池充电模块。电池充电模块被插入到标准120VAC或220VAC电源插座，以在车辆不运行时为ESS充电。

发明内容

相应地，本文提供了一种车辆，其取消了上述独立的车载电池充电模块。替代地，车辆使用指定的大功率半导体器件和一个或两个永磁体/感应类型驱动电机的电感线圈，来快速地对能量存储系统(ESS)充电。常规的车载电池充电模块在车辆不被充电时缺少实际的作用，且因此其使用增加了车辆的固定负载。而且，这种电池充电模块提供了相对低的约1.2kW到约3.3kW的充电功率，这又会延长充电时间。在充电操作中使用220VAC功率输出与使用120VAC电源相比会减少总的充电时间。但是，充电速率仍受到相对较低的最常规车载电池充电模块功率输出的限制。而且，220VAC电源通常不如较慢的120VAC电源那样能容易地获得。

本文公开了两种充电电路或拓扑结构，一种可用于双电机车辆驱动构造，而另一种用于单电机车辆驱动构造。每种拓扑结构都完全取消了车载电池充电模块，且替代地用双电感牵引功率逆变模块(TPIM)的指定高功率半导体开关和一个或两个电机的指定电感线圈来为ESS提供快速的充电操作。TPIM和电机(一个或多个)在车载电瓶充电模块工作时空闲。因此，这些装置可被用来为ESS的快速充电提供升降压或纯升压操作。

具体说，本文提供一种车辆，其具有用来自离车AC电源的电力充电的高压ESS，具有两个逆变器的TPIM，电机以及控制器，其中每个所述逆变器具有多个半导体开关。电机被配置为永磁体/AC感应机，其具有多个电感线圈。控制器(例如电机控制处理器或其他合适的装置)选择性地对TPIM的指定半导体开关和电机的指定电感线圈供电，以让来自离车AC电源的电源升压，并由此快速地为ESS充电。

第一拓扑结构用于在车辆具有两个驱动电机时，例如在车辆被配置为插入式油电混合车辆(PHEV)时提供升降压电路，以使电源升压。当车辆是仅具有一个驱动电机的电池电动车(BEV)时，使用第二种拓扑结构，每种拓扑结构都不需要或在任何时候都不使用额外的/独立电池充电模块。第一拓扑结构增加了一对额外的功率开关，例如诸如继电器或接触器的固态装置和额外的半导体开关。第二拓扑结构缺少额外的驱动电机，且提供了纯增压电路，以用输入滤波器代替使用被省略的第二驱动电机的电感线圈来升压电源。

还提供控制器以使用来自离车AC电源的电功率对ESS充电。控制器包括主机，该主机被编程为或以其他方式可运行，以选择性地对TPIM的第一和第二逆变器的指定半导体开关以及电机的指定线圈供电，以便将来自离车AC电源的电源升压，由此在车辆不运行时为ESS快速地充电。

对ESS充电的方法包括使用TPIM的第一逆变器的指定半导体开关，以由来自离车AC电源的输入电源产生整流电压。该方法还包括使用电机的指定电感线圈来产生输出电压，输出电压是整流电压的函数。随后使用输出电压为ESS充电。

可以选择第二逆变器的一个指定半导体开关的占空比，以控制用于ESS充电的输出电压。当车辆包括第二电机时，接触器与第二电机的指定电感线圈和第一逆变器的指定半导体开关结合使用，以产生整流电压。额外的半导体开关被激活，以将整流电压作为输出电压传送给链路电容器，由此对ESS充电。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是具有控制器的车辆的示意性显示，其使用双逆变器TPIM的半导体开关和一个或两个驱动电机的电感线圈，以如本文所述地那样快速地为高压能量存储系统(ESS)充电。

图2是显示了用于为图1所示的车辆的一个可行实施例的ESS充电的第一拓扑结构的电路示意图；

图3是图2所示的电路的等效电路的的电路示意图，显示了用于为ESS充电的升降压操作；