《一种混合式电流源型能量传输与驱动设备.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种混合式电流源型能量传输与驱动设备.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103009989 A (43)申请公布日 2013.04.03 CN 103009989 A *CN103009989A* (21)申请号 201210545093.7 (22)申请日 2012.12.14 B60K 6/20(2007.01) B60K 6/26(2007.01) B60K 6/28(2007.01) (71)申请人 东南大学 地址 211189 江苏省南京市江宁开发区东南 大学路 2 号 (72)发明人 王政 程明 邹志翔 (74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32204 代理人 夏雪 (54) 发明名称 一种混合式电流。
2、源型能量传输与驱动设备 (57) 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。
3、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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1 页 2 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。
4、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。
5、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。
6、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。 权 利 要 求 书 CN 103009989 A 2 1/4 页 3 一种混合式电流源型能量传输与驱动设备 技术领域 0001 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 0002 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。
7、压源型变换器， 电流源型变换器具有自身的特点 ： (1) 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。 0003 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。 0004 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。
8、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。 0005 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 0006 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。
9、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。 0007 技术方案 ： 为了实现上述目的， 本发明技术方案如下 ： 0008 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。
10、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 说 明 书 CN 103009989 A 3 2/4 页 4 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。 0009 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。
11、能 元件两端的电压纹波。 0010 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。 0011 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。 0012 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。 0013 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。
12、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。 附图说明 0014 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 ； 0015 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。 具体实施方式 0016 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。 0017 如图 1 所示， 蓄电。
13、池 1 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 1 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。
14、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。 0018 其中， 电压 / 直流变换器 5 的输入电压由与蓄电池 1 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。
15、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。 说 明 书 CN 103009989 A 4 3/4 页 5 0019 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。 0020 图 2 中， 蓄电池 1， 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 1 进行充放电。光伏电池板 3 通 过单向功率升压直流 / 。
16、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。
17、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。
18、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。 0021 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。
19、压直流/直流变 换器 2， 使蓄电池 1 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 1 传输， 为蓄电池 1 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。
20、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 1 传输， 为蓄电池 1 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。 0022 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 1 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。
21、流 / 直流变换器 4 构成的光伏通道和多个由蓄电池 1 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。 说 明 书 CN 103009989 A 5 4/4 页 6 0023 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。 说 明 书 CN 103009989 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103009989 A 7 。