新能源汽車的電力電子集成系統(tǒng)及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及一種新能源汽車的電力電子系統(tǒng)(Power Electronic System)。
【背景技術(shù)】
[0002]請參閱圖1，這是一種現(xiàn)有的新能源汽車(純電動汽車、混合動力汽車等)的電力電子系統(tǒng)，主要由車載高壓電池充電器、低壓輔助直流變換器、車載交流供電器級聯(lián)而成。
[0003]所述車載高壓電池充電器用于將車外交流電源(通常為220V或110V)變換為車內(nèi)高壓直流(例如 216V、240V、264V、288V、312V、336V、360V、384V、600V 等)，從而為新能源汽車的高壓電池充電，并為車內(nèi)高壓系統(tǒng)供電。請參閱圖2，這是傳統(tǒng)的車載高壓電池充電器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。以高頻隔離變壓器為分界，左側(cè)電氣部件主要包括:車外交流接口、濾波器、AC/DC變換級、DC/AC變換級。右側(cè)電氣部件主要包括:AC/DC變換級、車內(nèi)高壓直流接口。左側(cè)與右側(cè)通過高頻隔離變壓器進(jìn)行變壓與電氣隔離。
[0004]所述低壓輔助直流變換器用于將車內(nèi)高壓直流(來自于車載高壓電池充電器的輸出、或者高壓電池的輸出)變換為車內(nèi)低壓直流(通常為24V或12V)，從而為低壓電池充電，并為車內(nèi)低壓系統(tǒng)供電。請參閱圖3，這是傳統(tǒng)的低壓輔助直流變換器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。以高頻隔離變壓器為分界，左側(cè)電氣部件主要包括:車內(nèi)高壓直流接口、DC/AC變換級。右側(cè)電氣部件主要包括:AC/DC變換級、車內(nèi)低壓直流接口。左側(cè)與右側(cè)通過高頻隔離變壓器進(jìn)行變壓與電氣隔離。
[0005]所述車載交流供電器用于將車內(nèi)低壓直流(來自于低壓輔助直流變換器的輸出、或者低壓電池的輸出)變換為車內(nèi)交流(通常為220V或110V),從而為諸如手機、筆記本電腦、攝影攝像器材、電動工具等各種電器設(shè)備充電。請參閱圖4，這是傳統(tǒng)的車載交流供電器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。以高頻隔離變壓器為分界，左側(cè)電氣部件主要包括:車內(nèi)低壓直流接口、DC/AC變換級。右側(cè)電氣部件主要包括:AC/DC變換級、DC/AC變換級、濾波器、車內(nèi)交流接口。左側(cè)與右側(cè)通過高頻隔離變壓器進(jìn)行變壓與電氣隔離。
[0006]上述新能源汽車的電力電子系統(tǒng)具有如下缺點:
[0007]其一，由三種獨立產(chǎn)品(車載高壓電池充電器、低壓輔助直流變換器、車載交流供電器)簡單級聯(lián)而成，未考慮三種獨立產(chǎn)品之間的相關(guān)性，很多電氣部件重復(fù)設(shè)置而導(dǎo)致浪費。
[0008]其二，電力變換時，經(jīng)歷的交流轉(zhuǎn)直流、直流轉(zhuǎn)交流過多，降低了變換的效率。特別是當(dāng)整車外接交流電源時，車內(nèi)的交流供電需要經(jīng)過很多次變換才能得到。
[0009]其三，車載交流供電器從低壓系統(tǒng)取電，故功率較小。如果供電時間較長且低壓輔助直流變換器沒有及時為低壓電池補充供電，容易引起低壓電池虧電問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本申請所要解決的技術(shù)問題是提供一種新能源汽車的電力電子集成系統(tǒng)，將車載高壓電池充電器、低壓輔助直流變換器、車載交流供電器三種原本獨立的產(chǎn)品集成在一起，從而降低新能源汽車的成本。為此，本申請還要提供所述新能源汽車的電力電子集成系統(tǒng)的工作方法。
[0011]為解決上述技術(shù)問題，本申請新能源汽車的電力電子集成系統(tǒng)包括一個三繞組的高頻隔離變壓器和四個雙向變換級；所述三繞組的高頻隔離變壓器具有相互獨立的第一繞組、第二繞組、第三繞組；所述三個繞組之間相互進(jìn)行變壓與電氣隔離；每個雙向變換級或者進(jìn)行交流到直流的變換，或者進(jìn)行直流到交流的變換；
[0012]所述第一繞組的兩端連接第二雙向變換級的交流端；第二雙向變換級的直流端連接第一雙向變換級的直流端；第一雙向變換級的交流端同時作為車外交流接口和車內(nèi)交流接口 ；
[0013]所述第二繞組的兩端連接第三雙向變換級的交流端；第三雙向變換級的直流端作為車內(nèi)高壓直流接口；
[0014]所述第三繞組的兩端連接第四雙向變換級的交流端；第四雙向變換級的直流端作為車內(nèi)低壓直流接口。
[0015]本申請新能源汽車的電力電子集成系統(tǒng)的工作方法為:
[0016]在外接交流電源時，所述電力電子集成系統(tǒng)以所述交流電源作為能源，在車內(nèi)高壓直流接口、車內(nèi)低壓直流接口、車內(nèi)交流接口中的任意一個或多個輸出；
[0017]在無外接交流電源時，所述電力電子集成系統(tǒng)以車內(nèi)的高壓電池和/或低壓電池作為能源，在車內(nèi)高壓直流接口、車內(nèi)低壓直流接口、車內(nèi)交流接口、車外交流接口中的任意一個或多個輸出。
[0018]本申請將原有的三種獨立產(chǎn)品(車載高壓電池充電器、低壓輔助直流變換器、車載交流供電器)進(jìn)行電氣部件的集成，從而節(jié)省了體積，降低了成本。在此基礎(chǔ)上還可進(jìn)行機械部件的集成，從而進(jìn)一步降低成本。
【附圖說明】
[0019]圖1是現(xiàn)有的新能源汽車的電力電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是現(xiàn)有的車載高壓電池充電器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是現(xiàn)有的低壓輔助直流變換器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是現(xiàn)有的車載交流供電器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5a、圖5b分別是本申請的新能源汽車的電力電子集成系統(tǒng)的兩個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6是本申請中雙向變換級的一種電路示意圖；
[0025]圖7是本申請中雙向濾波器的一種電路示意圖；
[0026]圖8是本申請所述電力電子集成系統(tǒng)在外接交流電源時的輸出示意圖；
[0027]圖9是本申請所述電力電子集成系統(tǒng)在無外接交流電源、且僅由車內(nèi)高壓電池供電時的輸出示意圖；
[0028]圖10是本申請所述電力電子集成系統(tǒng)在無外接交流電源、且僅由車內(nèi)低壓電池供電時的輸出示意圖；
[0029]圖11是本申請所述電力電子集成系統(tǒng)在無外接交流電源、且由車內(nèi)高壓電池和低壓電池同時供電時的輸出示意圖。
[0030]圖中附圖標(biāo)記說明:
[0031]10為三繞組的高頻隔離變壓器；11為第一繞組；12為第二繞組；13為第三繞組；21?24均為雙向變換級；30為雙向濾波器。
【具體實施方式】
[0032]請參閱圖5a，這是本申請新能源汽車的電力電子集成系統(tǒng)的實施例一。其包括一個三繞組的高頻隔離變壓器10和四個雙向變換級21?24。所述三繞組的高頻隔離變壓器10具有三個獨立的繞組，分別是第一繞組11、第二繞組12、第三繞組13。三個獨立繞組通過同一個高頻隔離變壓器10相互進(jìn)行變壓與電氣隔離。每個雙向變換級21?24均具有交流端和直流端，或者進(jìn)行交流到直流的變換，或者進(jìn)行直流到交流的變換。
[0033]其中，第一繞組11的兩端連接第二雙向變換級22的交流端。第二雙向變換級22的直流端連接第一雙向變換級21的直流端。第一雙向變換級21的交流端同時作為車外交流接口和車內(nèi)交流接口。
[0034]其中，第二繞組12的兩端連接第三雙向變換級23的交流端。第三雙向變換級23的直流端作為車內(nèi)高壓直流接口。
[0035]其中，第三繞組13的兩端連接第四雙向變換級24的交流端。第四雙向變換級24的直流端作為車內(nèi)低壓直流接口。
[0036]請參閱圖5b，這是本申請新能源汽車的電力電子集成系統(tǒng)的實施例二。實施例二在實施例一的基礎(chǔ)上僅增加了一個雙向濾波器30。第一雙向變換級21的交流端連接雙向濾波器30的一端。雙向濾波器30的另一端同時作為車外交流接口和車內(nèi)交流接口。雙向濾波器30既用來防止車外交流接口的外部電網(wǎng)的高次諧波進(jìn)入第一雙向變換級21，又用來防止第一雙向變換級21的高頻開關(guān)諧波進(jìn)入車外交流接口的外部電網(wǎng)以及影響車內(nèi)交流接口的用電設(shè)備。
[0037]以上兩個實施例中，所述雙向變換級21?24是電力(Power)變換級，其具體的硬件拓?fù)淇梢罁?jù)需求靈活選擇。請參閱圖6，這是雙向變換級的一種實現(xiàn)方式。直流端連接著直流電容Cdc的兩端，第一 MOS晶體管Ml和第二 MOS晶體管M2串聯(lián)后并聯(lián)在直流電容Cdc的兩端，第三MOS晶體管M3和第四MOS晶體管M4串聯(lián)后也并聯(lián)在直流電容Cdc的兩端。第一 MOS晶體管Ml和第二 MOS晶體管M2之間、第三MOS晶體管M3和第四MOS晶體管M4之間分別引出作為交流端。需說明的是，所述MOS晶體管還可采用IG