专利名称：一种混合式电流源型能量传输与驱动设备的制作方法
技术领域：
本发明属于电动汽车技术领域，特别涉及一种用于混合动力汽车的光伏/内燃机混合式电流源型能量传输与驱动设备。
背景技术：
目前大功率变换器主要有电压源型和电流源型两大类。由于直流母线电压恒定、交流电压控制直接、及电压源型变换器开关器件广泛使用，目前大部分基于变换器的能量传输研究都是电压源型变换器。相比电压源型变换器，电流源型变换器具有自身的特点
(I)直流侧储能单元的寿命长。(2)对故障电流的容错能力强。(3)直流侧电压利用率高。目前国内外绝大多数混合动力汽车的能量传输与驱动系统均是基于电压源型变换器的，而电流源型变换器的传输与驱动系统很少；且基于电流源型变换器的蓄电池充放电系统也非常少。由于混合动力汽车的具有内燃机和蓄电池两套动力系统，因此其能量管理以及驱动系统具有多样性。实际中在车辆起步、低速运行、加速或爬坡时，通过蓄电池和内燃机发电机组共同提供电能驱动电机；在车辆高速巡航时，电机对能量需求较少，内燃机发出多余的电能向蓄电池充电；在车辆滑行、下坡、减速或制动时，内燃机发电机组和驱动电机共同向蓄电池回馈电能。基于电压源型变换器的能量传输与驱动系统由于其直流侧电容寿命较短，以及对故障电流抑制能力不强，并且直流利用率低，因此其可靠性和经济性都不高，必须借助相应的保护措施和抬高直流侧母线电压来保证混合动力汽车的正常工作。传统的混合动力汽车的能量管理与驱动系统仅包括内燃机和蓄电池两套动力系统，这样仍然需要消耗大量的化石能源，很难实现零排放。
发明内容
发明目的本发明针对现有技术存在直流侧电容寿命较短，对故障电流抑制能力不强，直流利用率低等问题，本发明提供一种用于混合动力汽车的光伏/内燃机混合式电流源型能量传输与驱动设备，不仅可以提高能量系统运行可靠性，而且可以提高直流母线的利用率。技术方案为了实现上述目的，本发明技术方案如下本发明包括储能元件；双向功率升压直流/直流变换器，与储能元件相连接，用于对储能元件进行充放电；光伏电池板或燃料电池；电压/电流变换器；单向功率升压直流/直流变换器，与光伏电池板或燃料电池输出端相连接，用于将光伏电池板或燃料电池发出的能量传送给电压/电流变换器；内燃机发电机组；电流源型整流器，电流源型整流器的交流侧与内燃机发电机组输出端相连接，用于将内燃机发电机组发出的电能由交流电转成直流电，向直流母线供电；驱动电机；电流源型逆变器，电流源型逆变器的交流侧与驱动电机输入端相连接，用于向驱动电机提供电能，或将驱动电机侧的能量向直流母线侧回馈；其中，所述双向功率升压直流/直流变换器和单向功率升压直流/直流变换器输出端都通过电压/电流变换器与电流源型逆变器输入端相连接，所述电流源型整流器输出端与电流源型逆变器输入端相连接。上述储能元件与电容并联后与双向功率升压直流/直流变换器连接，以减小储能元件两端的电压纹波。上述光伏电池板或燃料电池与电容并联后与单向功率升压直流/直流变换器连接，减小光伏电池板或燃料电池两端的电压纹波。上述电流源型整流器的交流侧与内燃机发电机组输出端之间、电流源型逆变器的交流侧与驱动电机输入端之间分别设有二阶滤波电路，这样可以消除电路中电流的高次谐波。上述系统结构具有一般性，可适用于其它可再生能源和储能系统的集成。其中储能元件可以为蓄电池也可以为超级电容。有益效果本发明与现有技术相比，电流源型变换器拓扑结构简单、故障电流保护能力强、直流利用率高、具有升压功能、直流侧储能器件电感寿命长等优点；本发明将蓄电池和光伏系统在直流侧有效集成，不仅可以在车辆加速、爬坡时，向驱动电机提供更多的能量；而且在车辆正常行驶时，光伏系统可以一定程度上降低内燃机发电机组对能源的消耗，更为清洁环保，节约了成本。
图1为本发明所提出的一种混合式电流源型能量传输与驱动设备结构示意图；图2为本发明所提出的一种混合式电流源型能量传输与驱动设备控制结构示意图。
具体实施例方式为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式
，进一步阐述本发明。如图1所示，蓄电池I与电容并联后通过双向功率升压直流/直流变换器2和电压/电流变换器5相连接。双向功率升压直流/直流变换器2用于对蓄电池I进行充放电。光伏电池板3与电容并联后通过单向功率升压直流/直流变换器4和电压/电流型变换器5相连接，将光伏电池板3发出的能量传送给电压/电流变换器5。单向功率升压直流/直流变换器4和双向功率升压直流/直流变换器2在输出侧并联。电压/电流变换器5将双向功率升压直流/直流变换器2和单向功率升压直流/直流变换器4的输出电压转成电流。内燃机发电机组6，与电流源型整流器7相连接。驱动电机8，与电流源型逆变器9相连接。电流源型整流器7的输出侧和电流源型逆变器9的输入侧与电压/电流变换器5相串联。其中，电流源型整流器7的交流侧与内燃机发电机组6输出端之间、电流源型逆变器9的交流侧与驱动电机8输入端之间分别设有由电感和电容组成的二阶滤波电路。其中，电压/直流变换器5的输入电压由与蓄电池I相连的双向功率升压直流/直流变换器2控制，其数值被控制为一个恒定值。光伏电池板3的输出电压由单向功率升压直流/直流变换器4控制，其数值由光伏电池板3的最大功率点决定。电流源型逆变器9输入端电流由电压/电流变换器5控制，其数值被控制为一个恒定值。
通过控制与内燃机发电机组6相连的电流源型整流器7，使内燃机发电机组6保持工作在高效率运行区域。通过控制与驱动电机8相连的电流源型逆变器9，使驱动电机8的转矩和转速满足不同汽车工况的要求。图2中，蓄电池I，通过双向功率升压直流/直流变换器2和电压/电流变换器5相连接。双向功率升压直流/直流变换器2用于对蓄电池I进行充放电。光伏电池板3通过单向功率升压直流/直流变换器4和电压/电流型变换器5相连接，将光伏电池板3发出的能量传送给电压/电流变换器5。单向功率升压直流/直流变换器4和双向功率升压直流/直流变换器2在输出侧并联。电压/电流变换器5将双向功率升压直流/直流变换器2和单向功率升压直流/直流变换器4的输出电压转成电流。内燃机发电机组6，与电流源型整流器7相连接。驱动电机8，与电流源型逆变器9相连接。电流源型整流器7的输出侧和电流源型逆变器9的输入侧与电压/电流变换器5相串联。其中，电压控制器10，通过检测双向功率升压直流/直流变换器2输出侧的直流电压，通过控制双向功率升压直流/直流变换器2，调节其输出的直流电压，并保持其恒定在参考值。最大功率追踪控制模块11，通过检测光伏电池板3的输出侧电压，依据最大功率追踪曲线得出光伏电池板3的输出参考电压，对单向功率升压直流/直流变换器4进行控制，以调节光伏电池板3的输出电压，保持最大功率输出。电流控制12，通过检测电压/电流型变换器5输出侧的直流母线电流，控制电压/电流型变换器5的输出电流，并保持其恒定在参考值。第一转速/效率控制13-1，控制电流源型整流器7，调节内燃机发电机组6的能量输出。第二转速/效率控制13-2，控制电流源型逆变器9，调节驱动电机8的能量流动。第一转速/效率控制13-1和第二转速/效率控制13-2分别调节内燃机发电机组6和驱动电机8的转速，以驱动电机8转速为控制目标，驱动电机8转速环输出为驱动电机8交轴电流参考值，通过设置驱动电机8直轴电流参考值来在线优化驱动电机8运行效率。可通过直接调制电流源型整流器7和电流源型逆变器9，在电流源型整流器7和电流源型逆变器9输出端分别获得要求的直流和交轴输出电流。在车辆起步、低速运行、加速或爬坡时，电压控制10控双向功率升压直流/直流变换器2，使蓄电池I的电能向直流母线传输；第一转速/效率控制13-1控制电流源型整流器7，使内燃机发电机组6发出的能量向直流母线传输；同时第二转速/效率控制13-2控制电流源型逆变器9，使直流母线上的能量向驱动电机8传输。在车辆高速巡航时，电压控制10控制双向功率升压变换器2，使直流母线的电能向蓄电池I传输，为蓄电池I充电；第一转速/效率控制13-1控制电流源型整流器7，使内燃机发电机组6发出的能量向直流母线传输；同时第二转速/效率控制13-2控制电流源型逆变器9，使直流母线上的能量向驱动电机8传输。在车辆滑行、下坡、减速或制动时，电压控制10控制双向功率升压变换器2，使直流母线的电能向蓄电池I传输，为蓄电池I充电；第一转速/效率控制13-1控制电流源型整流器7，使内燃机发电机组6发出的能量向直流母线传输；第二转速/效率控制13-2控制电流源型逆变器9，使驱动电机8多余的能量向直流母线回馈。用于混合动力汽车的光伏/内燃机混合式电流源型能量传输与驱动系统中，光伏电池板3也可以采用燃料电池，蓄电池I也可以采用由超级电容。且两种系统均可拓展为多个由光伏电池板3和单向功率升压直流/直流变换器4构成的光伏通道和多个由蓄电池I和双向功率升压直流/直流变换器2构成的蓄电池通道组成。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种混合式电流源型能量传输与驱动设备，其特征在于包括储能元件；双向功率升压直流/直流变换器，与储能元件相连接，用于对储能元件进行充放电；光伏电池板或燃料电池；电压/电流变换器；单向功率升压直流/直流变换器，与光伏电池板或燃料电池输出端相连接，用于将光伏电池板或燃料电池发出的能量传送给电压/电流变换器；内燃机发电机组；电流源型整流器，电流源型整流器的交流侧与内燃机发电机组输出端相连接，用于将内燃机发电机组发出的电能由交流电转成直流电，向直流母线供电；驱动电机；电流源型逆变器，电流源型逆变器的交流侧与驱动电机输入端相连接，用于向驱动电机提供电能，或将驱动电机侧的能量向直流母线侧回馈；其中，所述双向功率升压直流/直流变换器和单向功率升压直流/直流变换器输出端都通过电压/电流变换器与电流源型逆变器输入端相连接，所述电流源型整流器输出端与电流源型逆变器输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种混合式电流源型能量传输与驱动设备，其特征在于所述储能元件与电容并联后与双向功率升压直流/直流变换器连接。
3.根据权利要求1所述的一种混合式电流源型能量传输与驱动设备，其特征在于光伏电池板或燃料电池与电容并联后与单向功率升压直流/直流变换器连接。
4.根据权利要求1所述的一种混合式电流源型能量传输与驱动设备，其特征在于还包括二阶滤波电路，所述电流源型整流器的交流侧与内燃机发电机组输出端之间设有二阶滤波电路。
5.根据权利要求1所述的一种混合式电流源型能量传输与驱动设备，其特征在于还包括二阶滤波电路，所述电流源型逆变器的交流侧与驱动电机输入端之间设有二阶滤波电路。
6.根据权利要求1所述的一种混合式电流源型能量传输与驱动设备，其特征在于所述储能元件为蓄电池或超级电容。
全文摘要
本发明提供一种混合式电流源型能量传输与驱动设备，用于混合动力汽车，包括蓄电池、与蓄电池相连接的双向功率升压直流/直流变换器、光伏电池板、与光伏电池板输出端相连接的单向功率升压直流/直流变换器和电压/电流变换器、内燃机发电机组、与内燃机发电机组相连接的电流源型整流器、与电动汽车的驱动电机相连接的电流源型逆变器。本发明基于电流源型变换器因此具有电流型变换器直流侧储能单元的寿命长、对故障电流的容错能力强和直流侧电压利用率高的优点；内燃机发电机组、光伏系统和蓄电池系统共用一个电流源型逆变器向驱动电机输送能量，实现了多能源供电，节约了能源，同时保证了混合动力汽车的可靠工作。
文档编号B60K6/26GK103009989SQ20121054509
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者王政, 程明, 邹志翔 申请人:东南大学