专利名称：电动汽车用复合电力电子系统的制作方法
专利说明本发明涉及一种电动汽车车用复合电力电子动力系统，该系统涉及于电动汽车电 力驱动和制动能量回馈技术领域。
背景技术：
由于全球能源与环境的严峻形势，特别是国际金融危机对汽车产业的巨大冲击， 推动世界各国加快交通能源战略转型，掀起了新能源汽车发展高潮。在各种新能源汽车技 术路线中，电动汽车被普遍认为是未来汽车能源动力系统发展的主要方向，已经成为世界 汽车发达国家和主要汽车制造商应对能源环境挑战的战术战略重点。电动汽车动力系统的 相关技术是电动汽车研发技术领域的关键技术之一。驱动电机逆变器和蓄电池组是电动汽车动力系统的重要组成部分，由于二者通过 导线相连，因此驱动电机逆变器的输入电压和蓄电池组的输出电压是相等的(不考虑导线 的电压降)。对于驱动电机逆变器乃至驱动电机来说，为了提高工作效率，降低能量在传输 和变换过程中的损失，在电动汽车动力系统设计过程中应尽量提高逆变器的输入电压。考 虑到逆变器中所使用电力电子器件的耐压水平和成本，国际上多采用500V 700V作为电 动汽车驱动电机逆变器的输入电压；对于蓄电池组来说，由于蓄电池组是由多个蓄电池单 体串联而成，为了降低对单体性能一致性的要求，在电动汽车动力系统设计过程中应尽量 降低蓄电池组的工作电压，国内外多采用280V 420V作为蓄电池组输出标称电压。目前的技术关键在于，如何解决驱动电机逆变器较高的输入电压需求与蓄电池组 较低的输出电压限制之间的矛盾。通常的解决方法有两种一种是和蓄电池输出电压相匹 配，牺牲驱动电机逆变器以及驱动电机的性能；二是采用在蓄电池和驱动电机逆变器之间 接入DC/DC变换器，具体方案如图1所示。由于在汽车驱动状态下，能量的传输方向是从蓄 电池组到驱动电机逆变器；而在汽车制动状态下，能量的传输方向是从驱动电机逆变器到 蓄电池组。因此该DC/DC变换器是双向DC/DC变换器。由于双向DC/DC变换器和驱动电机 逆变器是两个不同的部件，需要整车控制器分别加以控制。具体控制方法为当汽车处于驱 动状态时，整车控制器一边控制双向DC/DC和驱动电机逆变器侧的输出电压，一边控制驱 动电机逆变器的输出电压和电流进而控制驱动电机的驱动转矩。当汽车处于制动状态时， 整车控制器一边控制双向DC/DC蓄电池组侧的输出电压或电流，一边控制驱动电机逆变器 的输出电压和电流进而控制驱动电机的制动转矩。由于通常情况下整车控制器通过CAN总 线来控制双向DC/DC和驱动电机逆变器的工作，很难协调好二者的工作状态，控制的响应 时间较慢，可以达到数十毫秒乃至数百毫秒。影响整车动力系统以及整车的工作性能。同 时，由于双向DC/DC的存在会加大整车布置以及部件散热的管理的难度。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种电动汽车用复合电力电子系统，该系统可以实现双 向DC/DC变换器和驱动电机逆变器的全部功能，通过一个DSP芯片对该系统中电力电子器件进行控制，动态响应时间可以达到几个微秒到十几个微秒。为了达到上述目的，本发明涉及到的电动汽车用复合电力电子系统由下列部分组 成八个IGBT，八个功率二极管，二个开关，一个电阻，一个电感，两组电容，一个IGBT驱 动 板，一个DSP控制板。该系统中的八个IGBT按桥式进行连接，其中每个IGBT和一个功率二 极管反并联连接。三个桥臂起到逆变功能，另一个桥臂起到电压变换功能。DSP控制板由 DSP芯片、DSP芯片外围电路、电源模块组成，其中电源模块为DSP芯片及DSP芯片外围电路 供电，DSP芯片接收电动汽车整车控制器发出的转矩信号，电机发出的转速和温度信号，并 由此得到IGBT控制信号并将此信号发送到IGBT驱动板；IGBT驱动板由IGBT驱动电路和 保护电路构成，当IGBT驱动板接受到DSP控制板发来的控制信号时，根据IGBT工作状态来 驱动和控制IGBT的工作。当电动汽车处于驱动状态时，整车控制器发出正的转矩信号，通 过DSP控制以及IGBT驱动板驱动IGBT工作，能量从蓄电池组侧传输到驱动电机侧；当电动 汽车处于制动状态时，整车控制器发出负的转矩信号，通过DSP控制以及IGBT驱动板驱动 IGBT工作，能量从驱动电机侧传输到蓄电池侧。由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比有以下优点1)本发明的电动汽 车用复合电力电子系统同时具有双向DC/DC变换器以及驱动电机逆变器的功能。由于将蓄 电池组输出电压和驱动电机逆变器输入电压进行了解耦，二者供需矛盾不再存在。蓄电池 组的电压更为灵活，而动力系统工作效率也较高；2)由于采用一个DSP芯片对所有IGBT进 行控制，因此控制响应速度较短，响应时间可以达到几个微秒到十几个微秒。本发明已实际用于国家“十一五”863电动汽车重大项目中得到实际应用，并取得 了较好的预期控制效果。
如图2，给出了电动汽车用复合电力电子系统结构示意图。整个系统由电力电子器 件IGBT和功率二极管、电感、电容、DSP控制板以及IGBT驱动板组成。八个IGBT按桥式进 行连接，每个IGBT和每个功率二极管反并联连接。电容1通过电感和一个桥臂的中点具有 电气连接，电容2和桥臂的两侧具有电气连接。另外三个桥臂的中点引出导线作为系统的 输出，可以用来驱动电动汽车驱动电机；电容1两侧引出导线作为系统的输入，可以连接电 动汽车的蓄电池组。
具体实施例方式DSP控制板通过CAN网络接收整车控制器发来的转矩命令信号以及驱动电机发来 的转速和温度信号，得到IGBT控制信号并发给IGBT驱动板，驱动板根据IGBT控制信号发 出IGBT驱动信号并用来驱动IGBT。
权利要求
一种电动汽车用复合电力电子系统，其特征在于，该系统同时具有电压调节和逆变功能。该系统由八个IGBT，八个功率二极管，一个电感，两组电容，一个IGBT驱动板，一个DSP控制板构成；(1)一个电感和两组电容和桥臂直流短及电源端有电气连接；(2)八个IGBT按桥式进行电气连接；(3)每个IGBT和一个功率二极管按反并联进行电气连接；(4)三个上下桥臂的中点与驱动电机的三个交流出线端之间具有电气连接，传输能量为从三个上下桥臂的中点到驱动电机的三个交流出线端之间双向传输。
2.根据权利要求书1所述的电动汽车用复合电力电子系统，其特征在于，其DSP控制板 包含三个组成部分DSP芯片、DSP芯片外围电路和电源模块；(1)电源模块与DSP芯片及DSP芯片外围电路之间有电气连接，电源模块为DSP芯片及 DSP芯片外围电路供电；(2)电动汽车整车控制器、温度传感器和正交编码器与DSP控制板之间具有电气连接， 传输数据为从电动汽车整车控制器、温度传感器和正交编码器到DSP控制板之间单向传 输；(3)DSP芯片与IGBT驱动板之间具有电气连接，传输数据为从DSP控制板到IGBT驱动 板单向传输；(4)DSP芯片与两个开关之间具有电气连接，传输数据为从DSP控制板到开关之间双向 传输。
3.根据权利要求书1所述的电动汽车用复合电力电子系统，其特征在于，其IGBT驱动 板由IGBT驱动电路和保护电路构成。IGBT驱动板与八个IGBT之间具有电气连接，传输数 据为从IGBT驱动板到八个IGBT之间单向传输。
全文摘要
一种电动汽车用复合电力电子系统，该系统由电力电子器件IGBT和功率二极管、电感、电容、DSP控制板以及IGBT驱动板组成。八个IGBT按桥式进行连接，每个IGBT和每个功率二极管反并联连接。电容1通过电感和一个桥臂的中点具有电气连接，电容2和桥臂的两侧具有电气连接。另外三个桥臂的中点引出导线作为系统的输出，可以用来驱动电动汽车驱动电机；电容1两侧引出导线作为系统的输入，可以连接电动汽车的蓄电池组。DSP控制板通过CAN网络接收整车控制器发来的转矩命令信号以及驱动电机发来的转速和温度信号，得到IGBT控制信号并发给IGBT驱动板，驱动板根据IGBT控制信号发出IGBT驱动信号并用来驱动IGBT。
文档编号B60W10/26GK101966847SQ20101027945
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者卢青春, 金振华, 高大威 申请人:清华大学