一种可用于充电和驱动的多功能逆变器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种可用于充电和驱动的多功能逆变器，涉及交流电与直流电互相转化的电气【技术领域】。本发明所述的可用于充电和驱动的多功能逆变器包括将直流电转变成交流电的标准逆变器、公共直流母线、逻辑控制端口、电动机端口、储能端口、交流电源端口、直流电源端口、交流转直流模块、第一直流转直流辅助模块、第二直流转直流辅助模块和第三直流转直流辅助模块。本发明高度集成，在一个设备上实现了将“交流电转直流电”、“直流电转直流电”和“直流电转交流电”的所有功能。
【专利说明】 —种可用于充电和驱动的多功能逆变器
【技术领域】
[0001]本发明涉及交流电与直流电互相转化的电气【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在固定式安装的工业设备，或者使用混合动力和纯电动的移动式设备(车辆、船舶、飞行器等)的领域中，均需要使用到各种形式的电能转换:交流电转直流电、直流电转直流电和直流电转交流电等。
[0003]一般使用整流器将来自于各种交流电源(公共交流电网、交流发电机等)的电能转换成设备工作需要的直流电，实现交流电转直流电的功能；直流转直流转换器用于将一种直流电转换成另一种直流电或者进行相互转换，二者之间的电压等级是不同；采用逆变器将各种直流电转换成交流电供给后级设备(如电动机)使用。
[0004]工业机电设备都依赖于公共交流电网或交流发电机进行供电，当接入交流电后，往往还需要将交流电变成直流电才能让这些工业机电设备正常工作，故此时需要使用交流转直流的转换器将输入的交流电转换成设备所需的直流电。现有技术中，都是使用多个分立元件如二极管或者基于二极管形式的整流桥模块来完成此整流功能。其利用二极管单向导通的原理，将交流电的正负半周分别进行整流并平移，转换成脉动的且含有交流分量的直流电，再通过电容器进行滤波整形，变成平稳的直流电。当原交流电源在经过整流后产生的直流电压和后级电路不匹配时，则需要先将交流电源电压调整到合适的范围内，此时一般先采用变压器先将该交流电源的电压先升压或降压到一定范围，然后再使用前述的整流电路将调整后的交流电转换成直流电以供给后级电路使用。
[0005]交流电动机在工作时需要使用交流电源，当使用直流电源进行供电时就需要加装直流转交流的逆变器将直流电转换成交流电，这样才能供交流电动机使用。现有方案中都是采用多相驱动架构的逆变器来解决。由多个(一般是4，6，8，12个或更多)功率电子器件如半导体管、场效应管(即MOSFET各显神通)、绝缘栅双极晶体管(即IGBT管)等组成逆变器的功率驱动单元。该驱动单元的电路连接方式是:先每两个进行串联，各串联分支称之为驱动桥臂，这些驱动桥臂的上端是统一连接到称之为直流母线的正极，下端是全部连接到直流母线的负极，而直流母线本身是连接到外部直流电源的。然后，基于脉冲宽度调制(PWM)原理，分别控制各个功率电子器件依次打开或关闭，将来自直流母线上的直流电变换成交流电经各个驱动桥臂中间节点输出，一般是连接到交流电动机。
[0006]几乎所有移动式设备(如各种基于混合动力或纯电动的汽车、船舶等)都带有储能装置，这些储能装置可以是由各种电池(如锂电池)或电容器(如超级电容器)组成。这些储能单元都仅能存储直流形式的电能，且储能单元的工作电压等级是有限制范围的，当它与直流电源电压范围不匹配时，则需要使用独立的直流转直流的转换器在电源和储能单元之间进行电压转换。
[0007]在现有的技术中，都是使用独立的交流转直流的转换器(即整流器)、直流转直流的转换器和直流转交流的逆变器，组合来完成上述全部要求；或者是使用自带整流功能的直流转交流的逆变器，再加上独立的直流转直流的转换器，组合完成上述全部要求。但这样做有许多缺点及不便:
第一、独立的直流转直流的转换器只能实现降压转换或仅能升压转换，即仅能单向工作；
第二、当上述独立的直流转直流的转换器给储能单元充电时，就限制了整个系统的工作电压范围。比如，当使用降压型的直流转直流的转换器时，储能单元的工作电压是只能低于前者的；当使用升压型的直流转直流的转换器时，储能单元的工作电压只能是高于前者的；
第三、所有独立的直流转直流的转换器，其本身的成本较高，而且和其他设备组合使用后还将带来额外的电气连接成本，另外还需要较大的安装空间和带来较大的安装难度。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了解决上述问题而提出一种可用于充电和驱动的多功能逆变器；该种可用于充电和驱动的多功能逆变器很好地集成了上述所有的功能，实现了将“交流电转直流电”、“直流电转直流电”和“直流电转交流电”的功能。本发明特别适合大规模应用于新能源行业，特别是混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池电动汽车领域。
[0009]本发明的技术方案如下:
本发明为一种可用于充电和驱动的多功能逆变器，包括将直流电转变成交流电的标准逆变器、公共直流母线、逻辑控制端口、电动机端口、储能端口、交流电源端口、直流电源端口、交流转直流模块、第一直流转直流辅助模块、第二直流转直流辅助模块和第三直流转直流辅助模块；
所述标准逆变器包括控制端、直流输入端和交流输出端，其中交流输出端具有三个交流输出端:第一交流驱动端、第二交流驱动端和第三交流驱动端；
所述公共直流母线包括正极线和负极线；
所述逻辑控制端口与标准逆变器的控制端相连，逻辑控制端口将低压电源的电能、上层控制器发出的控制信号、电动机编码器发出的信号和温度传感器的信号传给标准逆变器；
交流电源通过所述交流电源端口将交流电送到交流转直流模块，交流转直流模块的输出端正极经开关S6后与第三直流转直流辅助模块的一端相连，第三直流转直流辅助模块的另一端接入第三交流驱动端；交流转直流模块的输出端负极与负极线的一端相连，负极线的另一端接入直流输入端的负极；
所述直流电源端口的输出端正极与交流转直流模块的输出端正极相接，直流电源端口的输出端负极与交流转直流模块的输出端负极相接，直流电源通过直流电源端口后得到的电压将与交流转直流模块对交流电源进行整流后得到的电压进行并联；
所述储能端口的一端的负极，与交流转直流模块(8 )的输出端负极相连,储能端口的同一端的正极经一开关S4后与正极线的一端相连，正极线的另一端接入直流输入端的正极，储能端口的此端的正极还与开关S5的一端相连，开关S5的另一端连有两条支路:一条支路为开关S5经第一直流转直流辅助模块与第一交流驱动端相连，另一条支路为开关S5经第二直流转直流辅助模块与第二交流驱动端相连；储能端口的另一端用于连接可充电电池； 所述第一交流驱动端经开关SI后与电动机端口相连，第二交流驱动端经开关S2后也与电动机端口相连，第三交流驱动端经开关S3后也与电动机端口相连；标准逆变器经电动机端口后与电动机相连。
[0010]较优地，所述交流转直流模块的输出端正极与负极之间并联有一滤波电容Cl ;所述储能端口未与可充电电池相连的一端，此端的正极与负极之间并联有一滤波电容C2。
[0011]较优地，所述交流转直流模块的输出端正极与开关S6之间还连有第一预充电模块，所述第一预充电模块由并联的开关S7与电阻Rl组成；所述储能端口未与可充电电池相连的一端，此端的正极与开关S4、开关S5之间还连有第二预充电模块，所述第二预充电模块由并联的开关S8与电阻R2组成。
[0012]较优地，所述第一直流转直流辅助模块为电感LI，第二直流转直流辅助模块为电感L2，第三直流转直流辅助模块为电感L3。
[0013]较优地，所述开关S1、开关S2和开关S3为联动开关，开关S1、开关S2和开关S3同时开启或同时闭合；所述开关S5和开关S6也为联动开关，开关S5和开关S6同时开启或同时闭合。
[0014]本发明的有益效果:
一、本发明可以将各种交流电源转换成直流电，比如将单相或三相公共电网的交流电转换成直流电；或者，将来自交流发电机输出的交流电转换成直流电；
二、本发明使用一台设备，实现了将“交流电转直流电”、“直流电转直流电”和“直流电转交流电”的功能，这就不再需要安装独立的直流转直流的转换器，因此，本发明的成本对比已知的采用其他技术的设备的成本将明显减少。根据本发明能以极低的成本进行能源管理系统的构建；
三、在本发明中，可以同时构建多个直流转直流辅助模块——如本发明的第一直流转直流辅助模块、第二直流转直流辅助模块和第三直流转直流辅助模块，且这些直流转直流模块之间都是可独立操作的；这些可独立操作的直流转直流辅助模块配合标准逆变器，可实现直流电转直流电的功能；
四、本发明可以实现能量双向转换，一方面可将直流电源或储能单元的电转换成公共直流母线上的具有更高电压的直流电；另一方面，通过标准逆变器与第一直流转直流辅助模块、第二直流转直流辅助模块、第三直流转直流辅助模块的配合可以将公共直流母线的电压转换成不同的直流电；
五、本发明中的第一直流转直流辅助模块、第二直流转直流辅助模块和第三直流转直流辅助模块这些直流转直流辅助模块在电气连接时，无需关心它们的直流电压等级，只要稍低于公共直流母线的电压即可。该电压差值取决于通过标准逆变器和这些直流转直流辅助模块的电流大小，只要公共直流母线高于其他直流电压数伏即可。这极大地扩展了本发明的供电电压范围，这意味着可以使用更宽电压范围的可充电电压等储能单元，更易于根据应用情况选择合适的器件组成储能单元，以达到更好的性价比。这些储能单元包括可充电电池和基于电容器的装置；
六、通过本发明的交流电转直流电功能和直流电转直流电功能，可以给可充电电池等储能单元进行充电；
七、第一直流转直流辅助模块、第二直流转直流辅助模块和第三直流转直流辅助模块这些直流转直流辅助模块配合标准逆变器还可构成主动式功率因数补偿控制功能。其原理是将来自交流电源或直流电源的电压升压到更高的公共直流母线上，再由公共直流母线给后级供电，极大地提高了电源的有效利用率，减少了对电源的干扰；
八、本发明中的标准逆变器，可用于驱动电动机或建立一个本地交流供电系统。要实现上述功能，不需要更改硬件。因此，无需对本发明进行硬件修改便可以在本发明上集成新系统功能的开发。对于使用电池和电容作为储能单元的系统来说，这会是一种极大的创新；
九、本发明用于充电给可充电电池等储能单元充电时，可使用的供电电源非常广泛，可使用家用单相交流电源、三相交流电源、电池、光伏系统等。使用交流电源时，无需使用升压或降压变压器即可将交流电源转换成储能单元所需的电压；对于储能单元来说，允许其电压可以高于或低于交流电源整流后的电压，唯一的限制条件是稍微低于公共直流母线电压即可。这样，甚至可以使用低压蓄电池作为充电的供电电源。这对于混合动力和纯电动汽车来说，会有极大的优势，当高压动力电池电量不足时，可以使用车载12V或24V蓄电池作为紧急情况下的后备电源。例如，混合动力和纯电动汽车一般是使用电液式或电气式制动系统，两者都是要使用电动机带动油泵或气泵提供制动所需的动力，当出现紧急情况并且高压动力电池电量不足时，采用传统技术会因没电而无法再进行处理，则容易导致危险情况发生，但采用本发明可以切换到低压蓄电池给电动机供电，从而实现紧急制动。同样地，也可以应用本发明使用12V或24V蓄电池作为车辆转向助力系统的应急后备电源，实现车辆在紧急情况下的转向助力功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为标准逆变器的原理框图；
图2为本发明的原理框图；
图3为交流转直流模块的一个较优电路原理图；
图4为充电模式下本发明的等效电路图；
图5为驱动模式下本发明的等效电路图。
【具体实施方式】
[0016]为了更好地说明本发明，现结合实施例与附图作进一步说明。
[0017]如图1所示，为本发明所涉及的标准逆变器I的原理框图。标准逆变器I的主要功能是将直流高压输入接口接收到的直流电转变为交流电后通过交流高压输出接口输出。低压电源及信号接口用于将低压电源的电能、上层控制器发出的控制信号、电动机编码器发出的信号和温度传感器的信号传给标准逆变器I的主控芯片。电动机编码器发出的信号和温度传感器的信号为当本发明驱动电动机时的相关信号。低压电源用于给本发明提供工作电压。上层控制器发出的控制信号用于对本发明进行相关的控制，如控制主控芯片发出的PWM信号，进而可以控制交流高压输出接口输出的交流电。
[0018]如图2所示，本发明为一种可用于充电和驱动的多功能逆变器，其包括将直流电转变成交流电的标准逆变器1、公共直流母线2、逻辑控制端口 3、电动机端口 4、储能端口 5、交流电源端口 6、直流电源端口 7、交流转直流模块8、第一直流转直流辅助模块9.1、第二直流转直流辅助模块9.2和第三直流转直流辅助模块9.3。
[0019]直流电转变成交流电的标准逆变器I包含三相或更多相驱动桥。这些三相或更多相驱动桥，可以由多个分立的半导体功率器件或具有相同功能的模块所构成。
[0020]其中，逻辑控制端口 3用于将低压电源的电能、上层控制器发出的控制信号、电动机编码器发出的信号和温度传感器的信号传给标准逆变器1，电动机编码器发出的信号和温度传感器的信号为当本发明驱动电动机时的相关信号。具体地，上层控制器可使用各种数字通讯方式比如RS232串口、”8、1?485、04队？1'0'^118等，模拟信号如电压或电流，数字脉冲，开关量如24V或继电器无源触点等，或者前述信号的组合，对本发明进行控制。当本发明驱动电动机时，还需要通过逻辑控制端口 3接受电动机编码器发出的信号和温度传感器的信号。
[0021]电动机端口 4用于连接需要被驱动的电动机。
[0022]储能端口 5用于给可充电电池等储能单元进行充放电。
[0023]交流电源端口 6用于连接交流电源以进行充电功能，直流电源端口 7用于连接直流电源以进行充电功能。所使用的交流电源包括单相交流电源和三相交流电源。其中，单相交流电源包括单相公共电网和单相交流发电机；三相交流电源包括三相公共电网和三相交流发电机。直流电源包含使用电池、光伏发电系统，以及来自于前述交流电源经整流后形成的直流电。
[0024]交流转直流模块8用于将交流电转换成直流电；第一直流转直流辅助模块9.1、第二直流转直流辅助模块9.2和第三直流转直流辅助模块9.3这些直流转直流辅助模块配合标准逆变器1，用于将直流电进行升压或降压转换成直流。第一直流转直流辅助模块9.1、第二直流转直流辅助模块9.2和第三直流转直流辅助模块9.3这些直流转直流辅助模块配合标准逆变器1，实现直流转直流的转换器的功能，根据实现情况，可以再减少或增加若干直流转直流辅助模块，本发明以3个直流转直流辅助模块为例，即第一直流转直流辅助模块9.1、第二直流转直流辅助模块9.2和第三直流转直流辅助模块9.3。
[0025]标准逆变器I包括控制端1.1、直流输入端1.2和交流输出端1.3，其中交流输出端1.3具有三个交流输出端:第一交流驱动端1.3a、第二交流驱动端1.3b和第三交流驱动端 1.3c。
[0026]公共直流母线2包括正极线2.1和负极线2.2。标准逆变器I和第一直流转直流辅助模块9.1、第二直流转直流辅助模块9.2和第三直流转直流辅助模块9.3这3个直流转直流辅助模块，将电能汇总到公共直流母线2。
[0027]逻辑控制端口 3与标准逆变器I的控制端1.1相连，逻辑控制端口 3将低压电源的电能、上层控制器发出的控制信号、电动机编码器发出的信号和温度传感器的信号传给标准逆变器I。
[0028]交流电源通过交流电源端口 6将交流电送到交流转直流模块8，交流转直流模块8的输出端正极经开关S6后与第三直流转直流辅助模块9.3的一端相连，第三直流转直流辅助模块9.3的另一端接入第三交流驱动端1.3c ;交流转直流模块8的输出端负极与负极线
2.2的一端相连，负极线2.2的另一端接入直流输入端1.2的负极。
[0029]直流电源端口 7的输出端正极与交流转直流模块8的输出端正极相接，直流电源端口 7的输出端负极与交流转直流模块8的输出端负极相接，直流电源通过直流电源端口7后得到的电压将与交流转直流模块8对交流电源进行整流后得到的电压进行叠加。
[0030]交流电源和直流电源的电压上限是稍低于公共直流母线2上的电压，下限几乎无限制，甚至可以使用12V或24V电源，无需使用升压变压器。
[0031 ] 储能端口 5的一端的负极，其与负极线2.2连有交流转直流模块8的一端相连，储能端口 5的同一端的正极经一开关S4后与正极线2.1的一端相连，正极线2.1的另一端接入直流输入端1.2的正极,储能端口 5的此端的正极还与开关S5的一端相连,开关S5的另一端连有两条支路:一条支路为开关S5经第一直流转直流辅助模块9.1与第一交流驱动端1.3a相连，另一条支路为开关S5经第二直流转直流辅助模块9.2与第二交流驱动端1.3b相连；储能端口 5的另一端用于连接可充电电池。其中，交流转直流模块8可由多个分立的二极管、晶体管、可控硅、晶闸管组合或使用单个具有相同整流功能的元件模块来构成。交流转直流模块8 —个具体电气元件连接，典型如图3所示的一个由分立的二极管构成的桥式整流电路。另外，由于储能端口 5连接的可充电电池等储能单元可进行充电和放电，为了提高通过电流的能力，第一直流转直流辅助模块9.1、第二直流转直流辅助模块9.2如前所述般进行连接。
[0032]另外，第一直流转直流辅助模块9.1、第二直流转直流辅助模块9.2和第三直流转直流辅助模块9.3的一个较优实现方案就是，第一直流转直流辅助模块9.1为电感LI，第二直流转直流辅助模块9.2为电感L2，第三直流转直流辅助模块9.3为电感L3。第一直流转直流辅助模块9.1、第二直流转直流辅助模块9.2和第三直流转直流辅助模块9.3这些直流转直流辅助模块配合标准逆变器I，可实现将直流电转换成直流电的功能。这些直转直流辅助模块可任意组合从而实现扩大电流的功能。
[0033]第一交流驱动端1.3a经开关SI后与电动机端口 4相连，第二交流驱动端1.3b经开关S2后也与电动机端口 4相连，第三交流驱动端1.3c经开关S3后也与电动机端口 4相连；标准逆变器I经电动机端口 4后与电动机相连。
[0034]为了将脉动直流电中的交流成份滤掉，交流转直流模块8的输出端正极与负极之间并联有一滤波电容Cl ;储能端口 5未与可充电电池相连的一端，此端的正极与负极之间并联有一滤波电容C2。
[0035]为了防止瞬间电流冲击，交流转直流模块8的输出端正极与开关S6之间还连有第一预充电模块，此第一预充电模块由并联的开关S7与电阻Rl组成；储能端口 5未与可充电电池相连的一端，此端的正极与开关S4、开关S5之间还连有第二预充电模块，此第二预充电模块由并联的开关S8与电阻R2组成。
[0036]另外，为使本发明在使用过程中的操作更为简单方便，开关S1、开关S2和开关S3为联动开关，开关S1、开关S2和开关S3同时开启或同时闭合；开关S5和开关S6也为联动开关，开关S5和开关S6同时开启或同时闭合。
[0037]开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5、开关S6、开关S7和开关S8，可由接触器、继电器、可控硅、晶闸管等具备开关特性的器件所构成。
[0038]综上所述，本发明在标准逆变器I的基础上，通过增加数个电气元件如开关、电感器、电容器、电阻器、二极管或整流桥等，构成了本发明所述的可用于充电和驱动的多功能逆变器。
[0039]来自于交流电源端口 6的交流电源经过交流转直流模块8转换成供电单元的第一直流电。来自于直流电源端口 7的直流电源，可以接入交流转直流模块8的输出端，共同形成供电单元的直流电Udci。
[0040]如前所述，为了减小上电时的冲击电流，设计了分别由开关S7和电阻器Rl组成的第一预充电单元，以及由开关S8和电阻器R2组成的第二预充电单元，第一预充电单元作用于供电单元的直流电UDa，第二预充电单元作用于储能单元的直流电Udc2。
[0041]以第一预充电单元为例，刚上电时，开关S7是断开的，来自于U1的冲击电流通过电阻器Rl传输到后级电路，该电流大小被电阻器Rl进行了限制，使得冲击电流不会对其他电路造成影响。当后级电路逐渐稳定后，通过闭合开关S7，短路掉电阻器R1，使得所有电流均通过开关而不再流经电阻器R1，避免电阻器Rl因长时间通电而过热损坏，同时也避免了不必要的能量损耗。同理，第二预充电单元也是具备同样的工作原理。
[0042]直流电Udci和Udc2先分别经过预充电单元后，然后分别经过滤波电容Cl和C2滤除交流分量，再供给后级电路工作。
[0043]第一直流转直流辅助模块9.1、第二直流转直流辅助模块9.2和第三直流转直流辅助模块9.3配合标准逆变器I实现将直流电转换成直流电的工作原理是，通过逻辑控制端口 3控制标准逆变器I内部的功率电子器件如场效应管或绝缘栅极晶体管等来进行开通或关断，电感器L1、L2和L3会储能并产生电压，该电压将分别叠加来自供电单元或储能单元的电压Udci和UDC2，并连接到公共直流母线2上的电压UDC3。换句话说，可以将较低的供电单元或储能单元的直流电U1和Udc2转换成较高的公共直流母线2上电压Udc3 ;换个角度说，也可以将来自公共直流母线2上的电压U1转换成不同电压的直流电Udci和Udc2。
[0044]本发明在初始阶段时，公共直流母线2和可充电电池等储能单元是没有电能的，即电压Udc2和Udc3为零。此时，可让本发明开启充电模式，给公共直流母线2和可充电电池进行充电。通过断开开关S1、S2、S3和S4来切断本发明与电动机的连接；再闭合开关S5和S6，来使可充电电池与本发明接通，来使交流电源和/或直流电源与本发明接通。当接通外部交流电源或直流电源后，会先通过第一预充电单元一由开关S7与电阻Rl组成一给公共直流母线2充电，当Udc3缓慢上升至接近Udci后，再闭合开关S7完成预充电过程；接着，第三直流转直流辅助模块9.3配合标准逆变器I继续给公共直流母线2充电，引起Udc3继续上升，直至到达所预设的电压；然后，闭合开关S8旁路掉第二预充电单元，接着，第一直流转直流辅助模块9.1、第二直流转直流辅助模块9.2配合标准逆变器I给可充电电池充电。这样，来自于外界交流电源和/或直流电源简单处理后得到直流电UDa，然后第三直流转直流辅助模块9.3与标准逆变器I配合将直流电UDa转换成更高的公共直流母线2上的电压UDra，然后第一直流转直流辅助模块9.1、第二直流转直流辅助模块9.2配合标准逆变器I将公共直流母线2上的电压Udc3转换成储能端口 5上的电压Udc2,储能端口 5上的电压Udc2对可充电电池进行充电。当可充电电池充满电后，关闭标准逆变器I与第一直流转直流辅助模块9.1、第二直流转直流辅助模块9.2、第三直流转直流辅助模块9.3的配合，结束充电过程。
[0045]如图4所示，为充电模式下本发明的等效电路图。通过逻辑控制端口 3接收相关信号输入到标准逆变器I的控制端1.1，使半导体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、和Q6的基极接收相关的PWM信号，通过PWM信号来控制半导体管Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、和Q6的开关或闭合，从而实现直流电转直流电等功能。
[0046]当本发明用于驱动电动机时，需要先切换至驱动模式。通过断开开关S5、S6和S7，切断交流电源和直流电源对本发明的供电。再闭合开关S4，将可充电电池经储能端口 5输入的直流电Udc2经第二预充电单元一由开关S8和电阻R2组成一连接至公共直流母线2的电压Ulot5待U1逐渐接近于电压Udc2后，再闭合开关S8旁路掉第二预充电单元。接着，闭合开关S1、S2和S3，将电动机的三相绕组连接到标准逆变器I的三个交流输出端--第一交流驱动端1.3a、第二交流驱动端1.3b和第三交流驱动端1.3c。然后就可以启动标准逆变器I的直流电转交流电功能，将公共直流母线2上的电压Udc3转换成交流电供给电动机，让电动机正常运转。
[0047]图5为驱动模式下本发明的等效电路图。通过逻辑控制端口 3接收相关信号输入到标准逆变器I的控制端1.1，使得标准逆变器I在内部产生相对应的PWM信号，通过PWM信号来控制半导体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、和Q6的开关或闭合，从而实现直流电转交流电等功倉泛。
[0048]由上可知，本发明分别实现了驱动电动机和给可充电电池等储能单元充电的功能。本发明在设计的过程中，是在标准逆变器I的基础上，通过增加数个电气元件如开关、电感器、电容器、电阻器、二极管或整流桥等，从而构成了本发明，使本发明在同一台设备中实现了交流电转直流电、直流电转直流电和直流电转交流电的功能，其中，直流电转直流电，是将一种直流电转换成另一种直流电，在本发明中，只要两者电压是不相同的，有极小的电压差值即可。
[0049]本发明所述的可用于充电和驱动的多功能逆变器，其可提供功率因数补偿控制功能，可作为电动机驱动器，可作为充电机为电池充电，可作为能量型或功率型的储能系统的双向能量转换装置，可作为基于超级电容器的储能系统的双向能量转换装置，可作为基于其他电容器的储能系统的双向能量转换装置。本发明可由下述电源进行供电:由内燃机、发电机、整流器组合所构成的电源，由汽轮机、发电机、整流器组合所构成的电源，燃料电池作为电源，光伏系统作为电源，车载12V或24V蓄电池作为电源。
[0050]本发明用途十分广泛，可用于混合动力和纯电动系统，可用于轿车、卡车、物流运输车或公交车，可用于多用途工具车如市政道路清扫车和割草车等，可用于水上交通工具，可用于工程机械如挖掘机、推土机和混泥土搅拌机等，可用于制冷设备。
【权利要求】
1.一种可用于充电和驱动的多功能逆变器，包括将直流电转变成交流电的标准逆变器(1)，其特征在于还包括:公共直流母线(2)、逻辑控制端口(3)、电动机端口(4)、储能端口(5 )、交流电源端口( 6 )、直流电源端口( 7 )、交流转直流模块(8 )、第一直流转直流辅助模块(9.1)、第二直流转直流辅助模块(9.2)和第三直流转直流辅助模块(9.3)； 所述标准逆变器(I)包括控制端(1.1)、直流输入端(1.2)和交流输出端(1.3)，其中交流输出端(1.3)具有三个交流输出端:第一交流驱动端(1.3a)、第二交流驱动端(1.3b)和第三交流驱动端(1.3c); 所述公共直流母线(2)包括正极线(2.1)和负极线(2.2); 所述逻辑控制端口( 3)与标准逆变器(I)的控制端(1.1)相连，逻辑控制端口( 2)将低压电源的电能、上层控制器发出的控制信号、电动机编码器发出的信号和温度传感器的信号传给标准逆变器(I); 交流电源通过所述交流电源端口(6)将交流电送到交流转直流模块(8)，交流转直流模块(8)的输出端正极经开关S6后与第三直流转直流辅助模块(9.3)的一端相连，第三直流转直流辅助模块(9.3)的另一端接入第三交流驱动端(1.3c);交流转直流模块(8)的输出端负极与负极线(2.2)的一端相连，负极线(2.2)的另一端接入直流输入端(1.2)的负极； 所述直流电源端口(7)的输出端正极与交流转直流模块(8)的输出端正极相接，直流电源端口(7)的输出端负极与交流转直流模块(8)的输出端负极相接，直流电源通过直流电源端口(7)后得到的电压将与交流转直流模块(8)对交流电源进行整流后得到的电压进行并联； 所述储能端口( 5 )的一端的负极,与交流转直流模块(8 )的输出端负极相连,储能端口(5)的同一端的正极经一开关S4后与正极线(2.1)的一端相连，正极线(2.1)的另一端接入直流输入端(1.2)的正极,储能端口(5)的此端的正极还与开关S5的一端相连,开关S5的另一端连有两条支路:一条支路为开关S5经第一直流转直流辅助模块(9.1)与第一交流驱动端(1.3a)相连，另一条支路为开关S5经第二直流转直流辅助模块(9.2)与第二交流驱动端(1.3b)相连；储能端口(5)的另一端用于连接可充电电池； 所述第一交流驱动端(1.3a)经开关SI后与电动机端口(4)相连，第二交流驱动端(1.3b)经开关S2后也与电动机端口(4)相连，第三交流驱动端(1.3c)经开关S3后也与电动机端口(4)相连；标准逆变器(I)经电动机端口(4)后与电动机相连。
2.如权利要求1所述的可用于充电和驱动的多功能逆变器，其特征在于:所述交流转直流模块(8)的输出端正极与负极之间并联有一滤波电容Cl ;所述储能端口(5)未与可充电电池相连的一端，此端的正极与负极之间并联有一滤波电容C2。
3.如权利要求1所述的可用于充电和驱动的多功能逆变器，其特征在于:所述交流转直流模块(8)的输出端正极与开关S6之间还连有第一预充电模块,所述第一预充电模块由并联的开关S7与电阻Rl组成；所述储能端口(5)未与可充电电池相连的一端，此端的正极与开关S4、开关S5之间还连有第二预充电模块，所述第二预充电模块由并联的开关S8与电阻R2组成。
4.如权利要求1所述的可用于充电和驱动的多功能逆变器，其特征在于:所述第一直流转直流辅助模块(9.1)为电感LI，第二直流转直流辅助模块(9.2)为电感L2，第三直流转直流辅助模块(9.3)为电感L3。
5.如权利要求1所述的可用于充电和驱动的多功能逆变器，其特征在于:所述开关S1、开关S2和开关S3为联动开关，开关S1、开关S2和开关S3同时开启或同时闭合；所述开关S5和开关S6也为联动开关,开关S5和开关S6同时开启或同时闭合。
【文档编号】H02P27/08GK104320042SQ201410574666
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】刘仪 申请人:深圳市欧德思控制技术有限公司