本發(fā)明屬于智能充電，涉及一種基于四相開環(huán)繞組機驅(qū)動系統(tǒng)的充電裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著電動汽車的保有量不斷上升，人們對電動汽車的快速充電的需要也隨著增加；為了在短時間內(nèi)充滿電以保證較長的行駛里程，在充電期間，需要在短時間內(nèi)向電池輸送大量能量，滿足此類高充電功率需求需要大量電力電子設備。往往這些設備笨重且昂貴，此類設備占用較多的非集成車載充電器(nobc)的車內(nèi)空間，并需要公共或私人土地來建設非車載充電器(ofbc)基礎設施。

2、將充電功能集成應用到電動汽車(ev)傳動系統(tǒng)中的主要問題是：1)當充電電流流過定子繞組時，充電過程中會產(chǎn)生電磁扭矩。這種不良充電扭矩會導致車輛在充電過程中移動，安全隱患較大。2)使用機械開關(繼電器)進行系統(tǒng)重新配置。繼電器的長時間運行會導致系統(tǒng)磨損，從而發(fā)生故障。同時電網(wǎng)系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的另一個問題是，由于非線性負載等因素，造成系統(tǒng)不平衡。系統(tǒng)運行期間缺少中性線或缺乏解決不平衡相的控制方法，可能會增加損耗，從而導致性能不佳和潛在的系統(tǒng)故障。

3、使用單向充電系統(tǒng)(ucs)為電動汽車充電的缺點之一是當多輛ucs車輛連接時，需要龐大的電網(wǎng)基礎設施。此類解決方案需要大量投資和持續(xù)的電網(wǎng)維護成本，可能導致在高峰增加需求期間系統(tǒng)不平衡。此外，為了滿足城市和農(nóng)村的電力需求，需要大規(guī)模的電網(wǎng)，這需要大量的投資以及運營和維護成本。對于居住在偏遠地區(qū)的人來說，這些需求變得更加復雜，可能會導致電力短缺。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中將充電功能集成應用到電動汽車中會出現(xiàn)電磁扭矩，繼電器故障，且電網(wǎng)的不穩(wěn)定性會充電增加損耗，以及電網(wǎng)的規(guī)模無法滿足大規(guī)模的單向充電系統(tǒng)進行充電的問題，提供一種基于四相開環(huán)繞組機驅(qū)動系統(tǒng)的充電裝置。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

3、基于四相開環(huán)繞組機驅(qū)動系統(tǒng)的充電裝置，包括：電機繞組、功率轉(zhuǎn)換器、電池連接裝置、三相電源和電池；

4、電機繞組包括若干個定子繞組，定子繞組等間隔排列；功率變換器包括第一電容器cdc和若干個相互并聯(lián)的橋臂；電池連接裝置包括一個橋臂；功率變換器和電池連接裝置的橋臂均與第一電容器cdc并聯(lián)；功率變換器的橋臂外接定子繞組；三相電源外接定子繞組的中點；電池連接裝置的橋臂連接電池。

5、本發(fā)明的進一步改進在于：

6、進一步的，功率變換器的橋臂數(shù)量為八個，定子繞組的數(shù)量為四個，四個定子繞組以90度間隔排列；第一定子繞組的兩端分別連接第一橋臂和第二橋臂；第二定子繞組的兩端分別連接第三橋臂和第四橋臂，第三定子繞組的兩端分別連接第五橋臂和第六橋臂；第四定子繞組的兩端分別連接第七橋臂和第八橋臂；電池連接裝置的橋臂為第九橋臂，第九橋臂與電池進行連接。

7、進一步的，第九橋臂與電池之間通過第九電感器和第二電容器cb連接，第九電感器的一端連接第九橋臂的中點，第九電感器的另一端連接第二電容器cb的一端和電池正極；電池的負極和第二電容器cb的另一端連接第九橋臂。

8、進一步的，三相電源的三根火線分別連接第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組的中點；三相電源的n線連接第四定子繞組的中點。

9、進一步的，第一橋臂至第九橋臂均包含上橋臂igbt開關和下橋臂igbt開關；第一橋臂至第九橋臂的上橋臂和下橋臂進行串聯(lián)，上橋臂和下橋臂均采用反并聯(lián)二極管的igbt開關。

10、進一步的，上橋臂的igbt開關的發(fā)射集連接下橋臂的igbt開關的集電極；上橋臂的igbt開關的集電極連接下一橋臂中上橋臂的igbt開關的集電極；下橋臂的igbt開關的發(fā)射極連接下一橋臂中下橋臂的igbt開關的發(fā)射極。

11、進一步的，定子繞組均包括兩個支路；每個支路包括串聯(lián)的電感器和電阻；在驅(qū)動模式下，兩個支路進行串聯(lián)，在充電、v2g和v2h模式下，兩個支路進行并聯(lián)；在充電、v2g和v2h模式下，三相電源的零線和火線分別連接在對應定子繞組中的兩個電感器中間；在驅(qū)動模式下，三相電源的零線和火線不連接到定子繞組中兩個電感的中點。

12、進一步的，三相電源與定子繞組之間存在插座，控制三相電源向定子繞組進行供電。

13、進一步的，在充電模式下，三相電源提供給定子繞組的電流是驅(qū)動模式下電池提供給定子繞組的電流的兩倍。

14、進一步的，驅(qū)動模式為三相電源與定子繞組斷開，電池通過橋臂向定子繞組進行供電，驅(qū)動電動汽車運動；充電為三相電源向定子繞組進行供電，進而向電動汽車充電；v2g和v2h模式為三相電源連接到定子繞組，從而確保v2g和v2h模式，其中，電池將其能量送回電網(wǎng)。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

16、本發(fā)明通過將三相電源與電機繞組中的定子繞組的中點進行連接，并將定子繞組與功率轉(zhuǎn)換器中相互并聯(lián)的橋臂進行連接，電池連接裝置的橋臂與電池進行連接。本發(fā)明能夠?qū)㈦娋W(wǎng)電流分成兩個相等的部分并沿相反方向流動，實現(xiàn)了充電裝置的總零平衡，總零平均旋轉(zhuǎn)磁場在充電期間產(chǎn)生零凈電磁扭矩，繼而使轉(zhuǎn)子保持靜止位置，且當三相電源的零線連接至定子繞組的中心時，本發(fā)明能夠利用功率變換器的兩個并聯(lián)支路將零線電流控制為零，實現(xiàn)了三相平衡系統(tǒng)，提高了電網(wǎng)裝置的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.基于四相開環(huán)繞組機驅(qū)動系統(tǒng)的充電裝置，其特征在于，包括：電機繞組(1)、功率轉(zhuǎn)換器(2)、電池連接裝置(3)、三相電源(6)和電池(4)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于四相開環(huán)繞組機驅(qū)動系統(tǒng)的充電裝置，其特征在于，所述功率變換器(2)的橋臂數(shù)量為八個，所述定子繞組的數(shù)量為四個，四個定子繞組以90度間隔排列；所述第一定子繞組的兩端分別連接第一橋臂和第二橋臂；所述第二定子繞組的兩端分別連接第三橋臂和第四橋臂，所述第三定子繞組的兩端分別連接第五橋臂和第六橋臂；所述第四定子繞組的兩端分別連接第七橋臂和第八橋臂；所述電池連接裝置(3)的橋臂為第九橋臂，所述第九橋臂與電池(4)進行連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于四相開環(huán)繞組機驅(qū)動系統(tǒng)的充電裝置，其特征在于，所述第九橋臂與電池(4)之間通過第九電感器(34)和第二電容器cb(35)連接，所述第九電感器(34)的一端連接第九橋臂的中點，所述第九電感器(34)的另一端連接第二電容器cb(35)的一端和電池(4)正極；所述電池(4)的負極和第二電容器cb(35)的另一端連接第九橋臂。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于四相開環(huán)繞組機驅(qū)動系統(tǒng)的充電裝置，其特征在于，所述三相電源(6)的三根火線分別連接第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組的中點；所述三相電源(6)的n線連接第四定子繞組的中點。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于四相開環(huán)繞組機驅(qū)動系統(tǒng)的充電裝置，其特征在于，所述第一橋臂至第九橋臂均包含上橋臂igbt開關和下橋臂igbt開關；所述第一橋臂至第九橋臂的上橋臂和下橋臂進行串聯(lián)，所述上橋臂和下橋臂均采用反并聯(lián)二極管的igbt開關。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于四相開環(huán)繞組機驅(qū)動系統(tǒng)的充電裝置，其特征在于，所述上橋臂的igbt開關的發(fā)射集連接下橋臂的igbt開關的集電極；所述上橋臂的igbt開關的集電極連接下一橋臂中上橋臂的igbt開關的集電極；所述下橋臂的igbt開關的發(fā)射極連接下一橋臂中下橋臂的igbt開關的發(fā)射極。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于四相開環(huán)繞組機驅(qū)動系統(tǒng)的充電裝置，其特征在于，所述定子繞組均包括兩個支路；每個支路包括串聯(lián)的電感器和電阻；在驅(qū)動模式下，兩個支路進行串聯(lián)，在充電、v2g和v2h模式下，兩個支路進行并聯(lián)；在充電、v2g和v2h模式下，所述三相電源(6)的零線和火線分別連接在對應定子繞組中的兩個電感器中間；在驅(qū)動模式下，三相電源(6)的零線和火線不連接到定子繞組中兩個電感的中點。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于四相開環(huán)繞組機驅(qū)動系統(tǒng)的充電裝置，其特征在于，所述三相電源(6)與定子繞組之間存在插座(5)，控制三相電源(6)向定子繞組進行供電。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于四相開環(huán)繞組機驅(qū)動系統(tǒng)的充電裝置，其特征在于，在充電模式下，三相電源(6)提供給定子繞組的電流是驅(qū)動模式下電池(4)提供給定子繞組的電流的兩倍。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于四相開環(huán)繞組機驅(qū)動系統(tǒng)的充電裝置，其特征在于，所述驅(qū)動模式為三相電源(6)與定子繞組斷開，電池(4)通過橋臂向定子繞組進行供電，驅(qū)動電動汽車運動；所述充電為三相電源(6)向定子繞組進行供電，進而向電動汽車充電；所述v2g和v2h模式為三相電源(6)連接到定子繞組，從而確保v2g和v2h模式，其中，電池(4)將其能量送回電網(wǎng)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于四相開環(huán)繞組機驅(qū)動系統(tǒng)的充電裝置，包括：將三相電源與電機繞組中的定子繞組的中點進行連接，并將定子繞組與功率轉(zhuǎn)換器中相互并聯(lián)的橋臂進行連接，最后橋臂與電池進行連接。本發(fā)明能夠?qū)㈦娋W(wǎng)電流分成兩個相等的部分并沿相反方向流動，實現(xiàn)了充電裝置的總零平衡，總零平均旋轉(zhuǎn)磁場在充電期間產(chǎn)生零凈電磁扭矩，繼而使轉(zhuǎn)子保持靜止位置，且當三相電源的零線連接至定子繞組的中心時，本發(fā)明能夠利用功率變換器的兩個并聯(lián)支路將零線電流控制為零，實現(xiàn)了三相平衡系統(tǒng)，提高了電網(wǎng)充電裝置的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：約翰遜,盧山,孫國棟,徐小野,賀玢洋,程吉宇
受保護的技術(shù)使用者：深圳職業(yè)技術(shù)大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9