[发明专利]能量转换系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量转换系统，特别涉及一种应用于电动汽车等设备上的能量转换系统。

背景技术

近年来，随着环境污染的加剧及日趋枯竭的能源现状，越来越多的国家开始大力发展可再生、低污染能源，其中电动汽车就是一个研究方向，并且也开发出了一些电动汽车。但是，目前的电动汽车技术还不是很成熟，例如在电池续航能力、电能转化为动能的效率等方面还有待提高。其中电能转化为动能是通过其上的能量转换系统来实现的。

例如，图1给出了现有应用于电动汽车上的一种能量转换系统10。其中，该能量转换系统10可能包括电池11、电动马达12、直流/直流转换器13、三相逆变器14、直流链路（DC Link）15、滤波单元16及控制单元17。该直流链路15包括一个电容C1，该滤波单元16包括三个电感L1、L2及L3。其中，该直流/直流转换器13通过该滤波单元16与该电池11实现电性连接，用于将电池11的电压升高到一个合适的电压值或电压范围。该逆变器14通过该直流链路15与该直流/直流转换器13电性相连，用于将升高的直流电压转换成交流电压，进而驱动该电动马达12工作。该控制单元17用于提供脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)命令来控制该直流/直流转换器13与逆变器14上电子开关的通断以便根据需要将直流电转换为交流电。本实施方式中，该直流/直流转换器13及逆变器14均为三相配置，其他实施方式中，该直流/直流转换器13及逆变器14可为具有其他相位数量的多相直流/直流转换器及多相逆变器。

为了实现电压转换功能，该直流/直流转换器13及该逆变器14均包括若干电子开关，例如包括12个电子开关S1-S12，该控制单元17根据事先编好的程序来控制该12个电子开关S1-S12的通断，进而实现直流电转换成三相交流电，具体工作原理为现有技术，这里不再详细描述。在该传统的能量转换系统10中，这些电子开关S1-S12通常使用硅晶体管等半导体电子开关元件，最常见的是绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）。但是，应用上述传统的晶体管元件在能量传输过程中会损耗大量的能量，如此大大降低了电能的转换效率。另一方面，由于该传统的IGBT在工作过程中还会产生热量，如此需要提供若干散热片来给它们进行散热，但这些增加的散热片会占用一定的空间并提高了电动汽车整体的重量，由此会大大降低电动汽车的性能。

此外，在该传统的能量转换系统10中，为获得多相输出电压，如三相电压，该滤波单元16提供了三个独立的电感L1、L2、L3分别接入该直流/直流转换器13的三相中。但是，该增加的三个独立的电感L1、L2、L3同样会占用一定的空间并提高电动汽车整体的重量，降低电动汽车的性能。

另外，为了控制该直流/直流转换器13及该逆变器14上的电子开关S1-S12，该控制单元17会提供合适的PWM命令。例如，图2示意出该控制单元17控制该直流/直流转换器13的部分控制示意图。该控制单元17包括一个减法元件171及一个PWM命令产生模块172。该减法元件171用于获取一个直流电压误差信号V_{DC_Err}，且该直流电压误差信号V_{DC_Err}由位于该电容器C1上的反馈直流电压信号V_{DC_Fbk}与一预设的直流电压命令信号V_{DC_cmd}作差获得。该PWM命令产生模块172用于根据该直流电压误差信号V_{DC_Err}产生对应的PWM命令以控制该直流/直流转换器13上开关元件S1-S6的通断。其中，该反馈直流电压信号V_{DC_Fbk}代表电容器C1上实际测得到电压值，而该预设的直流电压命令信号V_{DC_cmd}则是预先设定的电压值，以控制电容器C1上的电压值趋于该直流电压命令信号V_{DC_cmd}所表征的电压值。

该PWM命令产生模块172包括合适的计算元件，如比例积分调节器、限制器、差分元件、比较器等，这里不具体说明。其中，该预设的直流电压命令信号V_{DC_cmd}通常为一个恒定值的电压信号（见图2），由于该预设的电压命令信号V_{DC_cmd}为一个恒定值，该直流/直流转换器13将输出具有恒定电压值的直流电，而该逆变器14需要输出脉冲交流电，因此该电容器C1需要配置成能提供足够的电容量才能满足上述直流电至交流电的转换，这对电容器C1的储能配置提出了较高的要求，该电容器C1的体积也会相应增大。