[实用新型]一种新能源汽车高压电气系统

说明书

本实用新型公开了一种新能源汽车高压电气系统，包括：多个分散式储能低压电池包，每个所述低压电池包的输出电压远低于驱动电机额定工作电压；每个所述低压电池包至少连接一个多电平电机控制器的功率电路；至少一个所述低压电池包与空调电机控制器、PTC控制器、DC‑DC变换器连接；所述多电平控制器通过交流高压配电盒与驱动电机连接。本实用新型的高压电气系统以级联式多电平电控系统为核心设计，并且能够兼容分散式动力电池包及其对现有供用电负载的变化，兼容现有充放电基础设施并且增加了交流直充/快充功能，具有明显的优势。

技术领域

本实用新型涉及高压电气系统，特别是一种新能源汽车高压电气系统。

背景技术

级联式多电平电控系统在性能和成本上都有很大优势，但是也造成了整车高压电气系统匹配困难，总体技术方案需要做重大改变的问题。

新能源汽车使用的驱动电机，体积、重量越低越好、效率越高越好，这些非常关键的指标往往与整车动力性能的需求矛盾。为了平衡矛盾获得更好的设计结果，采用更高的电平平台和更高的转速是必然趋势，主流车型的电压平台普遍400伏以上甚至800V，转速高达9000-14000rpm，18000rpm的产品也开始应用了。作为新能源汽车上耗电最多的部件，围绕高压、高转速的驱动电机，必须配置适当的高压电气系统系统来完成电能的分配和控制功能。

常规高压电气系统以直流高压母线作为能量传输的主要通道和核心，电能的分配和控制也是以直流高压的形式进行。常规高压电气系统组成如图1所示。常规新能源汽车高压电气系统主要由动力电池包、动力总成、高压配电盒以及其他高压用电负荷组成。

动力电池包由储能电芯、电池管理系统(BMS)以及电池包(PACK)环境管理等单元组成。为了构成直流高压电源，必须采用近百级甚至更多的电芯串并联组成PACK，并由BMS系统监控每一节电芯的电压、电流、电量、温度、寿命、健康度等参数。为了适应温度、湿度、粉尘、腐蚀性等环境考验，动力电池包还包含PACK环境管理单元，为PACK提供合适的工作环境。

动力总成由电机控制器(MCU)和驱动电机构成，电机控制器负责将直流高压电源转换成交流电源给驱动电机使用，通过控制交流电压的幅值、频率、相位控制电机运转，为新能源汽车提供动力。绝大多数电机控制器由IGBT器件作为主要的功率开关，能够承受数百伏的直流高压，也有极少数电机控制器采用了SiC开关器件。

高压配电盒是整个高压电气系统的协调中心，也是直流高压母线的物理载体。高压配电盒至少都包括充电引导控制电路、电机控制器的预充电和主电路继电器、绝缘测试仪等功能单元。

车载充电机(OBC)、DC-DC变换器、空调电机控制器也是连接到直流高压母线上面的，有的是独立部件，有的与其他高压设备集成在一起以减少体积重量、降低成本。OBC的功能是将外接的交流电源转换成直流高压电源给动力电池包充电，DC-DC转换器的功能是将高压直流电源转换为12/24V低压直流电源供车上低压系统使用，空调电机控制器的功能是将高压直流电转换高压交流电(DC-AC)给压缩机电机供电。有些车辆还配备了空压机、油泵、水泵风扇等设备，与空调压缩机控制器一样，也是DC-AC变换器，也与直流高压母线连接，可以是独立部件也可以是集成一体。大多数车辆上面还配置了热敏电阻加热器(PTC)，为驾乘人员和其他部件提供热源，PTC往往也是连接到直流高压母线上的。

高压电气系统的发展趋势是多功能单元集成，比如将驱动电机及其控制器、DC-DC转换器、OBC、空调电机控制器等几项或者全部集成为一体，俗称为“三合一”、“五合一”等等。

常规的新能源汽车高压电气系统以直流高压母线作为电能传输控制的主要通道，所有其他形式的供电、用电设备必须适应这种架构，即所有的电气设备中至少有一路输入/输出是高压直流电源，因此存在以下的问题。

1)电芯串联级数过高，任一电池单体的性能下降会严重影响到整个动力电池包的性能，必须增加非常复杂昂贵的BMS系统进行监控、管理才能正常工作