电力转换和双电驱动装置的制作方法

1.本发明涉及电动汽车(electric vehicle，ev)应用中的充电。为此，本发明提供了一种电力转换和双电驱动装置、包括该装置的系统、操作该装置的方法以及用于执行该方法的计算机程序。


背景技术：

2.大多数ev架构依赖物理上分离的充电和牵引功能，这两项功能分别由车载充电器(on-board charger，obc)和牵引转换器/逆变器实现。顾名思义，obc始终位于车上，需要专用空间，需要置于车辆内部，并且在车辆移动时无法提供任何附加功能。这意味着较高的资本支出(capital expenditure，capex)和运营支出(operational expenditure，opex)。
3.然而，通常不会同时使用ev的充电和驾驶功能。在同一硬件中将充电和驱动功能结合在一起的示例性尝试意味着存在许多重大限制。
4.例如，全集成方案在功能和操作方面受到限制。这使得ev系统缺乏灵活性，并且没有消除大多数ev用户的焦虑。
5.为实现从三相电网充电，可以采用附加的非共用转换器、使用多台电机或使用多相电机。在其它一些情况下，从三相电网充电会产生转矩。显然，这对机械部件的效率和寿命不利，并且会产生噪声和振动。


技术实现要素：

6.鉴于上述不利问题，无论采用单相还是三相充电操作，目的都是降低ev应用中充电和牵引驱动系统的总体尺寸和成本。
7.此目的和其它目的通过所附独立权利要求定义的实施例来实现。从属权利要求以及以下描述和附图中阐述了其它实施例。
8.本发明的第一方面提供了一种电力转换和双电驱动装置。所述装置包括：第一电源转换器和第二电源转换器，分别包括三个支路；第一电机和第二电机，分别包括三个开口端定子绕组，所述三个开口端定子绕组分别具有第一端和第二端；第一电源开关和第二电源开关。所述第一电机的所述定子绕组的所述第一端连接到所述第一电源转换器的所述三个支路中的相应支路。所述第二电机的所述定子绕组的所述第一端连接到所述第二电源转换器的所述三个支路中的相应支路。所述第一电机的所述定子绕组的所述第二端连接在一起并且具有相同的电势。所述第二电机的所述定子绕组的所述第二端连接在一起并且具有相同的电势。所述第一电源开关用于选择性地断开所述第一电机的所述定子绕组的所述第二端中的一个第二端与所述第二端中的所有其它第二端，以建立最多两个不同的电势；所述第二电源开关用于选择性地断开所述第二电机的所述定子绕组的所述第二端中的一个第二端与所述第二端中的所有其它第二端，以建立最多两个不同的其它电势。
9.本文中使用的双电驱动可以指使用两个独立可控的电机的电驱动。
10.本文中使用的电源转换器可以指能够将电能从一种形式转换成另一种形式的装
置(例如在ac和dc之间转换和/或反之亦然)、改变电压或频率或者上述某些组合。具体而言，电源转换器可以包括开关模式电源转换器。
11.本文中使用的定子可以指旋转系统的固定部分，例如电机。在电机中，定子可以包括多个绕组，以提供驱动转子的旋转磁场。
12.本文中使用的开口端可以指电机中可接近且可重新配置的定子绕组的内部端子。
13.本文中使用的电源开关可以指设计用于高压和/或大电流应用的开关。具体而言，电源开关可以包括电力半导体器件，例如绝缘栅极双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)。
14.第一方面所述的装置使得ev能够实现与三相电网结合且不产生任何转矩的充电模式，并且可以利用牵引系统和电机电感现有的所有电力电子设备。因此，可以节省空间并提高功率密度、效率和可靠性。
15.根据所述第一方面的一种实现方式，所述装置还包括第三电源开关，用于选择性地组合所述已建立的不同电势中的这两个电势，所述两个电势涉及所述第一电机的所述定子绕组中的大多数和所述第二电机的所述定子绕组中的最少数。
16.这增加了能够结合所述装置进行单相充电的连接性的可能性，并且提供耦合所述电机的功能。
17.根据所述第一方面的一种实现方式，所述第一电源开关用于使所述第一电机的所述定子绕组的所述第二端彼此不断开，以建立单个不同的电势；所述第二电源开关用于使所述第二电机的所述定子绕组的所述第二端彼此不断开，以建立单个不同的另一电势。
18.该配置能够在包括两个电源开关的配置中实现ev的牵引模式。
19.根据所述第一方面的一种实现方式，所述第一电源开关用于使所述第一电机的所述定子绕组的所述第二端彼此不断开，以建立单个不同的电势；所述第二电源开关用于使所述第二电机的所述定子绕组的所述第二端彼此不断开，以建立单个不同的另一电势；所述第三电源开关用于不对任何所述已建立的不同电势进行组合。
20.该配置能够在包括三个电源开关的配置中实现ev的牵引模式。
21.根据所述第一方面的一种实现方式，所述已建立的不同电势可连接到单相电网接口的两个相应支路，所述单相电网接口可连接到所述装置。
22.根据所述第一方面的一种实现方式，所述第一电源开关用于断开所述第一电机的所述定子绕组的所述第二端中的一个第二端与所述第二端中的所有其它第二端，以建立最多两个不同的电势；所述第二电源开关用于断开所述第二电机的所述定子绕组的所述第二端中的一个第二端与所述第二端中的所有其它第二端，以建立最多两个不同的其它电势；所述第三电源开关用于组合所述已建立的不同电势中的这两个电势，所述两个电势涉及所述第一电机的所述定子绕组中的大多数和所述第二电机的所述定子绕组中的最少数；所述已建立的不同电势可连接到三相电网接口的三个相应支路，所述三相电网接口可连接到所述装置。
23.根据所述第一方面的一种实现方式，所述第一电源转换器和所述第二电源转换器中的至少一个用于根据直接转矩控制、磁场定向控制、模型预测控制或开环控制策略来操作，并且用于根据相应的转矩基准调整所述相应电机的转矩。
24.本文中使用的转矩可以指电机产生的线性力的旋转当量，以实现ev的推进。
25.这提高了对各种ev需求的可定制性。
26.根据所述第一方面的一种实现方式，所述第一电源转换器和所述第二电源转换器中的至少一个用于调整所述第一电源转换器和所述第二电源转换器中的所述至少一个的需求侧上的电参数。
27.这使得所述至少一个电源转换器和所述装置实现双向操作。因此，所述装置能够从所述电网对蓄电池等储能装置充电，并使用存储的电力产生转矩。此外，如果需要，所述装置能够将存储的电力返回所述电网。
28.根据所述第一方面的一种实现方式，所述第一电源转换器和所述第二电源转换器中的至少一个用于执行ac/ac电源转换；所述相应电机的所述定子绕组的所述第一端连接到所述第一电源转换器和所述第二电源转换器中的所述至少一个的ac侧上的所述相应支路。
29.根据所述第一方面的一种实现方式，所述第一电源转换器和所述第二电源转换器中的至少一个用于执行ac/dc电源转换；所述相应电机的所述定子绕组的所述第一端连接到所述第一电源转换器和所述第二电源转换器中的所述至少一个的所述ac侧上的所述相应支路。
30.这些替代配置提高了对各种ev需求的可定制性。
31.根据所述第一方面的一种实现方式，所述第一电源转换器和所述第二电源转换器中的至少一个包括三个独立控制的半桥的并联连接，所述半桥提供所述第一电源转换器和所述第二电源转换器中的所述至少一个的所述相应支路。
32.这种配置实现了所述电源转换器的模块化多单元架构。
33.根据所述第一方面的一种实现方式，所述第一电源转换器和所述第二电源转换器中的至少一个包括三个独立控制的两电平(two-level，2l)半桥的并联连接。
34.这种基于提供两个dc电压电平的2l半桥的配置意味着低复杂度。
35.根据所述第一方面的一种实现方式，所述第一电源转换器和所述第二电源转换器中的至少一个包括三个独立控制的n电平(n-level，nl)半桥的并联连接，其中，电平数n超过2。
36.这种基于提供额外dc电压电平的nl半桥的配置降低了开关器件的损耗和应力，特别适用于高压应用。
37.根据所述第一方面的一种实现方式，所述装置可连接到所述电网接口，所述电网接口包括电磁干扰(electromagnetic interference，emi)滤波器和全极栅截止开关，所述全极栅截止开关提供所述电网接口的所述支路。
38.这种配置改善了emi抑制和ev充电模式下的操作安全性。
39.根据所述第一方面的一种实现方式，所述第一电机和所述第二电机中的至少一个包括感应电机或永磁同步电机。
40.本文中使用的异步(或感应)电机可以指ac驱动电机，其中，在转子中产生转矩所需的电流是通过所述定子绕组的磁场中的电磁感应获得的。换言之，所述感应电机的转速必须比ac循环稍慢，才能在所述转子绕组中感应电流。
41.本文中使用的同步电机可以指ac驱动电机，其中，转子的旋转与供电电流的频率同步，并且旋转周期恰好等于ac循环的整数。换言之，所述同步电机以锁定在线频的速率旋
转。永磁同步电机使用嵌入转子中的永磁体来产生恒定磁场。
42.这些配置提高了对各种ev需求的可定制性。
43.本发明的第二方面提供了一种系统，所述系统包括：根据第一方面或其任何实施例所述的装置；电网接口，连接到所述装置的第一电机和第二电机；储能装置接口，连接到所述装置的第一电源转换器和第二电源转换器；储能装置，连接到所述储能装置接口。
44.所述系统能够从所述电网对ev的所述储能装置(例如蓄电池)充电，使用存储的电力产生转矩，甚至在需要时将存储的电力返回所述电网。
45.本发明的第三方面提供了一种操作电力转换和双电驱动装置的方法。所述装置包括：第一电源转换器和第二电源转换器，分别包括三个输出支路；第一电机和第二电机，分别包括三个开口端定子绕组，所述三个开口端定子绕组分别具有第一端和第二端；第一电源开关和第二电源开关；所述第一电机的所述定子绕组的所述第二端连接在一起并且具有相同的电势；所述第二电机的所述定子绕组的所述第二端连接在一起并且具有相同的电势。所述方法包括：将所述第一电机的所述定子绕组的所述第一端连接到所述第一电源转换器的所述三个支路中的相应支路；将所述第二电机的所述定子绕组的所述第一端连接到所述第二电源转换器的所述三个支路中的相应支路；使用所述第一电源开关选择性地断开所述第一电机的所述定子绕组的所述第二端中的最多一个第二端与所述第二端中的所有其它第二端，以建立最多两个不同的电势；使用所述第二电源开关选择性地断开所述第二电机的所述定子绕组的所述第二端中的最多一个第二端与所述第二端中的所有其它第二端，以建立最多两个不同的其它电势。
46.这使得ev能够实现与三相电网结合且不产生任何转矩的充电模式，并利用牵引系统和电机电感现有的所有电力电子设备。因此，节省了空间并提高了功率密度、效率和可靠性。
47.根据所述第三方面的一种实现方式，所述方法包括：利用根据第一方面或其任何实施例所述的装置。
48.因此，以此类推，上述设备特征和相关优点也适用于根据第三方面所述的方法。
49.本发明的第四方面提供了一种计算机程序，所述计算机程序包括程序代码，所述程序代码用于在根据第一方面或其任何实施例所述的装置的处理器上实现时，执行根据第三方面或其任何实施例所述的方法。
50.需要注意的是，本发明中描述的所有设备、元件、单元和装置可以以软件或硬件元件或其任意组合实现。本技术中描述的各种实体执行的所有步骤和所描述的将由各种实体执行的功能旨在表明相应的实体用于执行相应的步骤和功能。虽然在以下具体实施例的描述中，外部实体执行的具体功能或步骤没有在执行具体步骤或功能的实体的具体详述元件的描述中反映，但是技术人员应清楚，这些方法和功能可以通过相应的硬件或软件元件或其任何组合实现。
附图说明
51.结合所附附图，下列各实施例的描述将阐述上述各方面，其中：
52.图1示出了具有双电机驱动的示例性ev架构；
53.图2示出了本发明示例提供的装置；
54.图3示出了本发明示例提供的用于产生转矩(即，驱动)的装置；
55.图4至图6示出了本发明各示例提供的用于单相充电的装置；
56.图7示出了本发明示例提供的用于三相充电的装置；
57.图8示出了本发明示例提供的包括ac/ac电源转换器的装置；
58.图9示出了本发明示例提供的包括ac/dc电源转换器的装置2；
59.图10示出了本发明示例提供的装置的电源转换器的总体方案；
60.图11示出了可连接到本发明示例提供的装置的电网接口的总体方案；
61.图12示出了本发明示例提供的操作装置的方法的流程图。
具体实施方式
62.现在将结合附图中所示的各实施例描述上述各方面。
63.除非另有说明，否则这些实施例的特征可以相互组合。
64.附图应视为示意性图示，且附图中所示的元件不一定按比例示出。相反，示出各种元件旨在使其功能和一般用途对于本领域技术人员而言显而易见。
65.图1示出了具有双电机驱动的示例性ev架构。
66.在ev架构1的充电模式下，三相ac输入端101将电力馈送到车载充电器102，所述车载充电器102又将电力提供给高压动力系统蓄电池103，所述电力暂时存储在所述高压动力系统蓄电池103中。
67.在所述ev架构1的牵引模式下，三相逆变器104利用所述动力系统蓄电池103中存储的电能为相应的电机105供电，所述相应的电机105将所述电力转换为施加到所述ev驱动轴的转矩。
68.在充电和牵引这两种模式下，辅助电源模块(auxiliary power module，apm)106利用所述动力系统蓄电池103中存储的电能将高压向下转换为低压(例如12v)，并将所述电力提供给临时存储所述电力的低压辅助蓄电池107。所述ev的所述动力系统的控制单元108利用所述辅助蓄电池107中存储的电能确保其操作。
69.诸如图1所示的ev架构依赖物理上分离的充电功能102和牵引功能(104、105)。所述充电功能102始终为车载功能，需要专用空间，在车辆移动时需要置于车辆内部，且无法提供任何附加功能。
70.如下所述，本发明旨在将所述充电功能和所述牵引功能相结合，而不考虑单相或三相充电操作。
71.图2示出了本发明示例提供的装置2。
72.所述装置2适用于电力转换和双电驱动，包括：第一电源转换器201，包括三个支路202；第二电源转换器203，包括三个支路204。
73.所述第一电源转换器201和所述第二电源转换器203中的至少一个可以用于调整所述第一电源转换器201和所述第二电源转换器203中的所述至少一个的需求侧上的电参数。
74.所述装置2还包括：第一电机205，包括三个开口端定子绕组206，所述三个开口端定子绕组206分别具有第一端和第二端(标识为
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)；第二电机207，包括三个开口端定子绕组208，所述三个开口端定子绕组208分别具有第一端和第二端(也标识为
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)。
75.所述第一电机205和所述第二电机207中的至少一个可以包括感应电机或永磁同步电机。
76.所述第一电机205的所述定子绕组206的所述第一端连接到所述第一电源转换器201的所述三个支路202中的相应支路。类似地，所述第二电机207的所述定子绕组208的所述第一端连接到所述第二电源转换器203的所述三个支路204中的相应支路。所述第一电机205的所述定子绕组206的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)连接在一起并且具有相同的电势。同样，所述第二电机207的所述定子绕组208的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)连接在一起并且具有相同的电势。
77.所述装置2还包括第一电源开关(209，
‘
s1’)和第二电源开关(210，
‘
s2’)。所述第一电源开关(209，
‘
s1’)用于选择性地断开所述第一电机205的所述定子绕组206的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的一个第二端(即，
‘
a’)与所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的所有其它第二端(即，
‘
b’、
‘
c’)，以建立最多两个不同的电势。类似地，所述第二电源开关(210，
‘
s2’)用于选择性地断开所述第二电机207的所述定子绕组208的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的一个第二端(即，
‘
a’)与所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的所有其它第二端(即，
‘
b’、
‘
c’)，以建立最多两个不同的其它电势。
78.所述装置2还可以包括第三电源开关(211，
‘
s3’)，用于选择性地组合所述已建立的不同电势中的这两个电势，所述两个电势涉及所述第一电机205的所述定子绕组206中的大多数和所述第二电机207的所述定子绕组208中的最少数。
79.通常，电网接口212的支路(213，
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)与所述第一电机205和所述第二电机207的所述定子绕组(206，208)的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)之间的连通性可以根据所述第一电源开关(209，
‘
s1’)、所述第二电源开关(210，
‘
s2’)和(适用时)所述第三电源开关(211，
‘
s3’)的开关状态表示如下：
80.表i—电网接口212(支路a、b、c)与电机205和207(定子绕组端a、b、c)的连通性
[0081][0082]
例如，如果所有所述电源开关均处于闭合/导通/开启状态(即，s1＝s2＝s3＝1)，所述电网接口212的支路
‘
a’与所述第二电机207的所述第二端
‘
b’连接。
[0083]
从电网214对储能装置216充电需要形成一种系统，所述系统包括：如前所述的电力转换和双电驱动装置2；电网接口212，连接到所述装置2的第一电机205和第二电机207；储能装置接口215，连接到所述装置2的所述第一电源转换器201和所述第二电源转换器203；储能装置216，连接到所述储能装置接口215。
[0084]
图2所示的装置2能够替换图1所示的相应装置，所述相应装置包括所述车载充电器102、所述动力系统蓄电池103、所述三相逆变器104和所述电机105。
[0085]
图1和图2的比较表明图1所示的车载充电器102被合并到所述电机(205、207)中。
[0086]
所述装置2能够从所述电网214对ev的所述储能装置216(例如蓄电池)充电，使用存储的电力产生转矩，甚至在需要时将存储的电力返回所述电网。
[0087]
图3示出了本发明示例提供的用于产生转矩(即，驱动)的装置2。
[0088]
转矩/驱动的产生要求所述第一电机205的所述定子绕组206的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)彼此连接以形成星形结构，所述第二电机207的所述定子绕组208的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)也彼此连接以形成星形结构，并且这两个星形结构彼此隔离，如下所示：
[0089]
所述第一电源开关(209，
‘
s1’)可以用于使所述第一电机205的所述定子绕组206的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)彼此不断开，以建立单个不同的电势。
[0090]
所述第二电源开关(210，
‘
s2’)可以用于使所述第二电机207的所述定子绕组208的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)彼此不断开，以建立单个不同的另一电势。
[0091]
所述第三电源开关(211，
‘
s3’)可以用于不对任何所述已建立的不同电势进行组合。
[0092]
换言之，如图3所示，所述第一电源开关(209，
‘
s1’)可以处于闭合/导通/开启状态(即，s1＝1)，所述第二电源开关(210，
‘
s2’)也可以处于闭合/导通/开启状态(即，s2＝1)，所述第三电源开关(211，
‘
s3’)可以处于断开/非导通/关闭状态(即，s3＝0)。
[0093]
参考上文确定的表i，结果表明，所述电网接口212的所述支路(213，
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)与所述相应电机(205、207)的所述定子绕组(206，208)的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)之间的连通性可以根据所述第一电源开关(209，
‘
s1’)、所述第二电源开关(210，
‘
s2’)和所述第三电源开关(211，
‘
s3’)的开关状态的上述组合来表示：
[0094]
表ii—允许产生转矩/驱动的开关状态s1、s2、s3的可能组合
[0095][0096]
所述电网接口212与所述电机(205、207)之间无连接显然无法充电，并且能够使用来自所述储能装置216的电能产生转矩/驱动。
[0097]
关于转矩/驱动的产生，所述第一电源转换器201和所述第二电源转换器203中的至少一个可以用于根据直接转矩控制(direct torque control，dtc)、磁场定向控制(field oriented control，foc)、模型预测控制(model predictive control，mpc)或开环控制策略来操作，并且可以用于根据相应的转矩基准调整所述相应电机的转矩。
[0098]
图4至图6示出了本发明各示例提供的用于单相充电的装置2。
[0099]
对于单相充电，所述已建立的不同电势连接到所述单相电网接口212的所述三个支路(213，
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的两个支路，所述单相电网接口212可连接到所述装置2。
[0100]
显然，选择三个支路中的两个支路会产生三种排列，每种排列分别以单独的图表示。
[0101]
图4示出了装置2，其中，所述已建立的不同电势连接到所述电网接口212的所述支路(213，
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的所述两个支路(
‘
a’和
‘
c’)。
[0102]
参考上文确定的表i，所述电网接口212的所述支路(213，
‘
a’、
‘
c’)与所述相应电机(205、207)的所述定子绕组(206，208)的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)之间的连通性可以根
据所述第一电源开关(209，
‘
s1’)、所述第二电源开关(210，
‘
s2’)和所述第三电源开关(211，
‘
s3’)的开关状态的组合表示如下：
[0103]
表iii—允许通过电网接口支路a、c进行单相充电的开关状态s1、s2、s3的可能组合
[0104][0105]
例如，在给定s1＝1、s2＝0以及s3＝0(或1)的组合的情况下，所述第一电机205的所述定子绕组206的所有所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)连接到所述电网接口支路
‘
a’，所述第二电机207的所述定子绕组208的所述第二端(
‘
b’、
‘
c’)连接到所述电网接口支路
‘
c’。
[0106]
图5示出了装置2，其中，所述已建立的不同电势连接到所述电网接口212的所述支路(213，
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的所述两个支路(
‘
b’和
‘
c’)。
[0107]
参考上文确定的表i，所述电网接口212的所述支路(213，
‘
b’、
‘
c’)与所述相应电机(205、207)的所述定子绕组(206，208)的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)之间的连通性可以根据所述第一电源开关(209，
‘
s1’)、所述第二电源开关(210，
‘
s2’)和所述第三电源开关(211，
‘
s3’)的开关状态的组合表示如下：
[0108]
表iv—允许通过电网接口支路b、c进行单相充电的开关状态s1、s2、s3的可能组合
[0109][0110]
例如，在给定s1＝1、s2＝0以及s3＝0(或1)的组合的情况下，所述第一电机205的所述定子绕组206的所有所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)连接到所述电网接口支路
‘
b’，所述第二电机207的所述定子绕组208的所述第二端(
‘
b’、
‘
c’)连接到所述电网接口支路
‘
c’。
[0111]
图6示出了装置2，其中，所述已建立的不同电势连接到所述电网接口212的所述支路(213，
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的所述两个支路(
‘
a’和
‘
b’)。
[0112]
参考上文确定的表i，所述电网接口212的所述支路(213，
‘
a’、
‘
b’)与所述相应电机(205、207)的所述定子绕组(206，208)的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)之间的连通性可以根据所述第一电源开关(209，
‘
s1’)、所述第二电源开关(210，
‘
s2’)和所述第三电源开关(211，
‘
s3’)的开关状态的组合表示如下：
[0113]
表v—允许通过电网接口支路a、b进行单相充电的开关状态s1、s2、s3的可能组合
[0114][0115]
例如，在给定s1＝0、s2＝1以及s3＝0(或1)的组合的情况下，所述第一电机205的所述定子绕组206的所有所述第二端(
‘
b’、
‘
c’)连接到所述电网接口支路
‘
b’，所述第二电机207的所述定子绕组208的所有所述第二端均不连接到任何所述电网接口支路，或者连接至所述电网接口支路
‘
b’(取决于所述第三电源开关(211，
‘
s3’)的开关状态)。
[0116]
通常，上文表iii、表iv和表v中列出的开关状态的组合中的每一种确保所述相应电机(205、207)的所述三个定子绕组(206，208)中的至少两个(对应于上述已建立的不同电势)连接到相同的电网接口支路213。在所述表格中，具有相同电势的所述相应电机(205、207)的所述第二端以阴影部分表示。
[0117]
使相应电机(205、207)的多个第二端处于相同的电势下可防止所述电机(205、207)产生转矩/驱动，同时提供连续的电力传输路径，用于从所述电网214对所述储能装置216充电。
[0118]
图7示出了本发明示例提供的用于三相充电的装置2。
[0119]
对于三相充电，所述已建立的不同电势连接到所述三相电网接口212的所述三个相应支路(213，
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)，所述三相电网接口212可连接到所述装置2，如下所示：
[0120]
所述第一电源开关(209，
‘
s1’)可以用于断开所述第一电机205的所述定子绕组206的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的一个第二端(即，所述第二端
‘
a’)与所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的所有其它第二端(即，所述第二端
‘
b’、
‘
c’)，以建立最多两个不同的电势。
[0121]
所述第二电源开关(210，
‘
s2’)可以用于断开所述第二电机207的所述定子绕组208的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的一个第二端(a)与所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的所有其它第二端(b、c)，以建立最多两个不同的其它电势。
[0122]
所述第三电源开关(211，
‘
s3’)可以用于组合所述已建立的不同电势中的这两个电势，所述两个电势涉及所述第一电机205的所述定子绕组206中的大多数(即，所述第二端
‘
b’、
‘
c’)和所述第二电机207的所述定子绕组208中的最少数(即，所述第二端
‘
a’)。
[0123]
换言之，如图7所示，所述第一电源开关(209，
‘
s1’)可以处于断开/非导通/关闭状态(即，s1＝0)，所述第二电源开关(210，
‘
s2’)也可以处于断开/非导通/关闭状态(即，s2＝0)，所述第三电源开关(211，
‘
s3’)可以处于闭合/导通/开启状态(即，s3＝1)。
[0124]
因此，参考上文确定的表i，所述电网接口212的所述支路(213，
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)与所述相应电机(205、207)的所述定子绕组(206，208)的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)之间的连通性可以根据所述第一电源开关(209，
‘
s1’)、所述第二电源开关(210，
‘
s2’)和所述第三电源开关(211，
‘
s3’)的开关状态的单个组合表示如下：
[0125]
表vi—允许通过电网接口支路a、b、c进行三相充电的开关状态s1、s2、s3的可能组合
[0126][0127]
上表vi中说明的开关状态的组合确保所述相应电机(205、207)的所述三个定子绕组(206，208)中的至少两个(对应于上述已建立的不同电势)连接到相同的电网接口支路213。在所述表格中，具有相同电势的所述相应电机(205、207)的所述第二端以阴影部分表示。
[0128]
使相应电机(205、207)的多个第二端处于相同的电势下可防止所述电机(205、207)产生转矩/驱动，同时提供连续的电力传输路径，用于从所述电网214对所述储能装置216充电。
[0129]
图8示出了本发明示例提供的包括ac/ac电源转换器的装置2。
[0130]
所述第一电源转换器201和所述第二电源转换器203中的至少一个可以用于执行ac/ac电源转换。为此，所述相应电机(205、207)的所述定子绕组(206，208)的所述第一端可以连接到所述第一电源转换器201和所述第二电源转换器203中的所述至少一个的ac侧上的所述相应支路(202，204)。
[0131]
如图8所示，储能装置接口215可以连接到所述第一ac/ac电源转换器201和所述第二ac/ac电源转换器203，储能装置216可以连接到所述储能装置接口216。由于所述储能装置216为dc设备，例如高压动力系统蓄电池，所述储能装置接口215用于在所述储能装置216与所述第一ac/ac电源转换器201和所述第二ac/ac电源转换器203之间进行调解。换言之，所述储能装置接口215可以是ac/dc设备，如图8所示。
[0132]
图9示出了本发明示例提供的包括ac/dc电源转换器的装置2。
[0133]
图9所示的装置2对应于图8所示的实施例，不同之处在于，在图9所示的装置2中，所述第一电源转换器201和所述第二电源转换器203中的至少一个可以用于执行ac/dc电源转换。为此，所述相应电机的所述定子绕组(206，208)的所述第一端可以连接到所述第一电源转换器201和所述第二电源转换器203中的所述至少一个的所述ac侧上的所述相应支路(202，204)。
[0134]
在图9所示的实施例中，所述储能装置接口215用于在作为dc设备的所述储能装置216与所述第一ac/dc电源转换器201和所述第二ac/dc电源转换器203的所述dc侧之间进行调解。换言之，所述储能装置接口215是dc/dc设备，如图9所示。
[0135]
如果所述储能装置216与所述第一ac/dc电源转换器201和所述第二ac/dc电源转换器203在dc电压方面匹配，则可以省略所述储能装置接口215。
[0136]
图8和图9所示的配置提高了对各种ev需求的可定制性。
[0137]
图10示出了本发明示例提供的装置2的电源转换器(201、203)的总体方案。
[0138]
图10下部示意性建议的所述第一电源转换器201和所述第二电源转换器203中的至少一个可以包括至少三个独立控制的半桥1001的并联连接(在同一轨道上)。这些半桥1001呈现/提供所述第一电源转换器201和所述第二电源转换器203中的所述至少一个的所述相应支路(202，204)。
[0139]
例如，所述第一电源转换器201和所述第二电源转换器203中的所述至少一个可以
包括三个独立控制的两电平(two-level，2l)半桥1001a的并联连接，如图10中间部分的左侧所示。此类2l半桥1001a可以包括具有中心抽头的电源开关的串联连接。
[0140]
这种基于2l半桥的配置用于在dc电压的两个电平之间交替，例如+v
dc
/2和-v
dc
/2，这意味着电路复杂度低。2l半桥特别适合中压应用。
[0141]
或者，所述第一电源转换器201和所述第二电源转换器203中的至少一个可以包括三个独立控制的n电平(n-level，nl)半桥(1001b至1001d)的并联连接，其中，dc电压的n电平数量超过2。图10中间部分的右侧示出了各种三电平(three-level，3l)半桥(1001b至1001d)。
[0142]
这种基于3l半桥的配置用于在dc电压的三个电平之间交替，例如+v
dc
/2、0和-v
dc
/2。额外的零电压电平降低了开关器件的损耗和应力。因此，3l半桥特别适合高压应用。
[0143]
作为第一个示例，3l中点钳位型(neutral point clamped，npc)半桥1001b可以包括上述2l半桥，所述2l半桥并联连接到用于将中点钳位的二极管的串联连接，其中，该并联连接由附加电源开关串联封闭。
[0144]
作为第二个示例，3l有源中点钳位型(active neutral point clamped，anpc)半桥1001c可以包括上述并联连接的两个2l半桥，其中，该并联连接由附加电源开关串联封闭。
[0145]
这种基于3l-anpc半桥1001c的配置可以在所述半桥的特定电源开关上“强制”发生开关损耗，这提高了整体效率。
[0146]
作为第三个示例，3l飞跨电容器(flying capacitor，fc)半桥1001d可以包括上述并联连接到飞跨电容器的2l半桥，其中，该并联连接由附加电源开关串联封闭。
[0147]
具体而言，对于所有三电平配置，电平数n可以从3扩展到n。
[0148]
上述独立控制的半桥1001中的每一个又可以由并联连接、独立控制的半桥组成(目的是分流所述半桥1001的输出电流)。
[0149]
图10的上部指示形成上述半桥1001的所述电源开关可以包括绝缘栅极双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)或场效应晶体管(field effect transistor，fet)。
[0150]
图11示出了可连接到本发明示例提供的装置2的电网接口212的总体方案。
[0151]
图11所示的装置2可连接到所述电网接口212，所述电网接口212优选地包括电磁干扰(electromagnetic interference，emi)滤波器1101和全极栅截止开关1102，所述全极栅截止开关1102呈现/提供所述电网接口212的所述支路213。
[0152]
这种配置改善了emi抑制和ev充电模式下的操作安全性。
[0153]
图12示出了本发明示例提供的操作装置2的方法12的流程图。
[0154]
所述方法12用于操作电力转换和双电驱动装置2，所述装置2包括：第一电源转换器201和第二电源转换器203；第一电机205和第二电机207；第一电源开关(209，
‘
s1’)和第二电源开关(210，
‘
s2’)。
[0155]
所述第一电源转换器201和所述第二电源转换器203分别包括三个支路(202，204)。所述第一电机205和所述第二电机207分别包括三个开口端定子绕组(206，208)，所述三个开口端定子绕组(206，208)分别具有第一端和第二端(表示为
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)。
[0156]
所述第一电机205的所述定子绕组206的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)连接在一起并
且具有相同的电势。同样，所述第二电机207的所述定子绕组208的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)连接在一起并且具有相同的电势。
[0157]
所述方法12包括连接(1201)、连接(1202)、选择性地断开(1203)和选择性地断开(1204)步骤：
[0158]
第一个步骤涉及将所述第一电机205的所述定子绕组206的所述第一端连接(1201)到所述第一电源转换器201的所述三个支路202中的相应支路。
[0159]
第二个步骤涉及将所述第二电机207的所述定子绕组208的所述第一端连接(1202)到所述第二电源转换器203的所述三个支路204中的相应支路。
[0160]
第三个步骤涉及使用所述第一电源开关(209，s1)选择性地断开(1203)所述第一电机205的所述定子绕组206的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的最多一个第二端与所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的所有其它第二端，以建立最多两个不同的电势。
[0161]
第四个步骤涉及使用所述第二电源开关(210，s2)选择性地断开(1204)所述第二电机207的所述定子绕组208的所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的最多一个第二端与所述第二端(
‘
a’、
‘
b’、
‘
c’)中的所有其它第二端，以建立最多两个不同的其它电势。
[0162]
这使得ev能够实现与三相电网结合且不产生任何转矩的充电模式，并利用牵引系统和电机电感现有的所有电力电子设备。因此，节省了空间并提高了功率密度、效率和可靠性。
[0163]
优选地，所述方法12包括利用根据第一方面或其任何实施例所述的装置2。
[0164]
因此，以此类推，所述装置2的上述特征和相关优点也适用于根据第三方面所述的方法12。
[0165]
所述装置2的处理器或处理电路可以包括硬件和/或所述处理电路可以由软件控制。硬件可以包括模拟电路或数字电路，或模拟电路和数字电路两者。所述数字电路可以包括专用集成电路(application-specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)、自适应计算加速平台(adaptive compute acceleration platform，acap)、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)或多功能处理器等组件。
[0166]
所述装置2还可以包括存储电路，其存储可以由处理器或处理电路执行(具体地，在软件的控制下执行)的一个或多个指令。例如，所述存储电路可以包括计算机程序(未示出)，所述计算机程序包括程序代码，所述程序代码用于在根据第一方面或其任何实施例所述的装置2的处理器上实现时，执行根据本发明第三方面或其任何实施例所述的方法12。
[0167]
本发明主要结合作为示例的各实施例以及实现方式进行了描述。但是，根据对附图、本发明和独立权利要求的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，能够理解和实现其它变型。在权利要求书以及说明书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，且量词“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可满足权利要求书中所列举的若干实体或项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举一些措施并不表示这些措施的组合不能用于有益的实现方式。

技术特征：
1.一种电力转换和双电驱动装置(2)，其特征在于，所述装置(2)包括：第一电源转换器(201)和第二电源转换器(203)，分别包括三个支路(202，204)；第一电机(205)和第二电机(207)，分别包括三个开口端定子绕组(206，208)，所述三个开口端定子绕组(206，208)分别具有第一端和第二端(a、b、c)；第一电源开关(209，s1)和第二电源开关(210，s2)；所述第一电机(205)的所述定子绕组(206)的所述第一端连接到所述第一电源转换器(201)的所述三个支路(202)中的相应支路；所述第二电机(207)的所述定子绕组(208)的所述第一端连接到所述第二电源转换器(203)的所述三个支路(204)中的相应支路；所述第一电机(205)的所述定子绕组(206)的所述第二端(a、b、c)连接在一起并且具有相同的电势；所述第二电机(207)的所述定子绕组(208)的所述第二端(a、b、c)连接在一起并且具有相同的电势；所述第一电源开关(209，s1)用于选择性地断开所述第一电机(205)的所述定子绕组(206)的所述第二端(a、b、c)中的一个第二端(a)与所述第二端(a、b、c)中的所有其它第二端(b、c)，以建立最多两个不同的电势；所述第二电源开关(210，s2)用于选择性地断开所述第二电机(207)的所述定子绕组(208)的所述第二端(a、b、c)中的一个第二端(a)与所述第二端(a、b、c)中的所有其它第二端(b、c)，以建立最多两个不同的其它电势。2.根据权利要求1所述的装置(2)，其特征在于，还包括：第三电源开关(211，s3)，用于选择性地组合所述已建立的不同电势中的这两个电势，所述两个电势涉及所述第一电机(205)的所述定子绕组(206)中的大多数和所述第二电机(207)的所述定子绕组(208)中的最少数。3.根据权利要求1所述的装置(2)，其特征在于，所述第一电源开关(209，s1)用于使所述第一电机(205)的所述定子绕组(206)的所述第二端(a、b、c)彼此不断开，以建立单个不同的电势；所述第二电源开关(210，s2)用于使所述第二电机(207)的所述定子绕组(208)的所述第二端(a、b、c)彼此不断开，以建立单个不同的另一电势。4.根据权利要求2所述的装置(2)，其特征在于，所述第一电源开关(209，s1)用于使所述第一电机(205)的所述定子绕组(206)的所述第二端(a、b、c)彼此不断开，以建立所述单个不同的电势；所述第二电源开关(210，s2)用于使所述第二电机(207)的所述定子绕组(208)的所述第二端(a、b、c)彼此不断开，以建立所述单个不同的另一电势；所述第三电源开关(211，s3)用于不对任何所述已建立的不同电势进行组合。5.根据权利要求1或2所述的装置(2)，其特征在于，所述已建立的不同电势可连接到单相电网接口(212)的两个相应支路(213，a、b、c)，所述单相电网接口(212)可连接到所述装置(2)。6.根据权利要求2所述的装置(2)，其特征在于，所述第一电源开关(209，s1)用于断开所述第一电机(205)的所述定子绕组(206)的所
述第二端(a、b、c)中的一个第二端(a)与所述第二端(a、b、c)中的所有其它第二端(b、c)，以建立最多两个不同的电势；所述第二电源开关(210，s2)用于断开所述第二电机(207)的所述定子绕组(208)的所述第二端(a、b、c)中的一个第二端(a)与所述第二端(a、b、c)中的所有其它第二端(b、c)，以建立最多两个不同的其它电势；所述第三电源开关(211，s3)用于组合所述已建立的不同电势中的这两个电势，所述两个电势涉及所述第一电机(205)的所述定子绕组(206)中的大多数(b、c)和所述第二电机(207)的所述定子绕组(208)中的最少数(a)；所述已建立的不同电势可连接到三相电网接口(212)的三个相应支路(213，a、b、c)，所述三相电网接口(212)可连接到所述装置(2)。7.根据权利要求3或4所述的装置(2)，其特征在于，所述第一电源转换器(201)和所述第二电源转换器(203)中的至少一个用于根据直接转矩控制(dtc)、磁场定向控制(foc)、模型预测控制(mpc)或开环控制策略来操作，并且用于根据相应的转矩基准调整所述相应电机的转矩。8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置(2)，其特征在于，所述第一电源转换器(201)和所述第二电源转换器(203)中的至少一个用于调整所述第一电源转换器(201)和所述第二电源转换器(203)中的所述至少一个的需求侧上的电参数。9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置(2)，其特征在于，所述第一电源转换器(201)和所述第二电源转换器(203)中的至少一个用于执行ac/ac电源转换；所述相应电机的所述定子绕组(206，208)的所述第一端连接到所述第一电源转换器(201)和所述第二电源转换器(203)中的所述至少一个的ac侧上的所述相应支路(202，204)。10.根据权利要求1至8中任一项所述的装置(2)，其特征在于，所述第一电源转换器(201)和所述第二电源转换器(203)中的至少一个用于执行ac/dc电源转换；所述相应电机的所述定子绕组(206，208)的所述第一端连接到所述第一电源转换器(201)和所述第二电源转换器(203)中的所述至少一个的所述ac侧上的所述相应支路(202，204)。11.根据上述权利要求中任一项所述的装置(2)，其特征在于，所述第一电源转换器(201)和所述第二电源转换器(203)中的至少一个包括三个独立控制的半桥(1001)的并联连接，所述半桥(1001)提供所述第一电源转换器(201)和所述第二电源转换器(203)中的所述至少一个的所述相应支路(202，204)。12.根据权利要求11所述的装置(2)，其特征在于，所述第一电源转换器(201)和所述第二电源转换器(203)中的至少一个包括三个独立控制的两电平(two-level，2l)半桥(1001a)的并联连接。13.根据权利要求11所述的装置(2)，其特征在于，所述第一电源转换器(201)和所述第二电源转换器(203)中的至少一个包括三个独立
控制的n电平(n-level，nl)半桥(1001b至1001d)的并联连接，其中，电平数n超过2。14.根据上述权利要求中任一项所述的装置(2)，其特征在于，所述装置(2)可连接到所述电网接口(212)，所述电网接口(212)包括电磁干扰(electromagnetic interference，emi)滤波器(1101)和全极栅截止开关(1102)，所述全极栅截止开关(1102)提供所述电网接口(212)的所述支路。15.根据上述权利要求中任一项所述的装置(2)，其特征在于，所述第一电机(205)和所述第二电机(207)中的至少一个包括感应电机或永磁同步电机。16.一种系统，其特征在于，包括：权利要求1至15中任一项所述的装置(2)；电网接口(212)，连接到所述装置(2)的第一电机(205)和第二电机(207)；储能装置接口(215)，连接到所述装置(2)的第一电源转换器(201)和第二电源转换器(203)；储能装置(216)，连接到所述储能装置接口(215)。17.一种操作电力转换和双电驱动装置(2)的方法(12)，其特征在于，所述装置(2)包括：第一电源转换器(201)和第二电源转换器(203)，分别包括三个支路(202，204)；第一电机(205)和第二电机(207)，分别包括三个开口端定子绕组(206，208)，所述三个开口端定子绕组(206，208)分别具有第一端和第二端；第一电源开关(209，s1)和第二电源开关(210，s2)；所述第一电机(205)的所述定子绕组(206)的所述第二端(a、b、c)连接在一起并且具有相同的电势；所述第二电机(207)的所述定子绕组(208)的所述第二端(a、b、c)连接在一起并且具有相同的电势；所述方法(12)包括：将所述第一电机(205)的所述定子绕组(206)的所述第一端连接(1201)到所述第一电源转换器(201)的所述三个支路(202)中的相应支路；将所述第二电机(207)的所述定子绕组(208)的所述第一端连接(1202)到所述第二电源转换器(203)的所述三个支路(204)中的相应支路；使用所述第一电源开关(209，s1)选择性地断开(1203)所述第一电机(205)的所述定子绕组(206)的所述第二端(a、b、c)中的最多一个第二端与所述第二端(a、b、c)中的所有其它第二端，以建立最多两个不同的电势；使用所述第二电源开关(210，s2)选择性地断开(1204)所述第二电机(207)的所述定子绕组(208)的所述第二端(a、b、c)中的最多一个第二端与所述第二端(a、b、c)中的所有其它第二端，以建立最多两个不同的其它电势。18.根据权利要求17所述的方法(12)，其特征在于，包括：利用权利要求1至15中任一项所述的装置(2)。19.一种计算机程序，其特征在于，包括程序代码，所述程序代码用于在权利要求1至15中任一项所述的装置(2)的处理器上实现时，执行权利要求17或权利要求18所述的方法
(12)。

技术总结
提供了一种电力转换和双电驱动装置(2)、包括所述装置(2)的系统、操作所述装置(2)的方法(12)以及用于执行所述方法(12)的计算机程序，这使得能够从三相电网对双驱动电动汽车(electric vehicle，EV)充电而不产生任何转矩，同时利用牵引系统和电机电感现有的所有电力电子设备。因此，节省了空间并提高了功率密度、效率和可靠性。效率和可靠性。效率和可靠性。


技术研发人员：莫罗
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：2020.12.16
技术公布日：2023/6/27