多合一电驱电源系统及其设计方法与流程

本发明涉及电驱集成，特别是涉及一种多合一电驱电源系统及其设计方法。

背景技术：

1、当前，车辆搭载电驱电源多合一逐步切入市场成为技术趋势，这主要得益于多合一产品深度集成带来的降本优势和结构小型化优势。以主流的六合一(车载充配电单元和三合一电桥)集成为例进行说明：车载充配电单元集成了车载充电机(obc)、车载电源转换器(dcdc)和配电盒(pdu)三大功能器件，集成后可以节省高压母线线束以及接插件的相关成本，共壳体共水道可以节省壳体机械成本以及车辆支架等，共pcb设计后省去一套主控芯片、辅助供电、通讯回路等设计成本；节省了部分元器件及材料，除了降成本之外，还能节省系统占用空间，而利用一体化集成可以更充分地利用零散空间，实现更小的体积，利于车辆布置。

2、但是，目前的电驱电源多合一产品集成主要以机械集成为主，仅有部分产品存在弱电控制集成，几乎没有产品涉及深度功率拓扑集成，而机械集成几乎已经达到极限，弱电控制集成只能减少电路板，对降本增效和结构小型化设计贡献不大。同时，车载充电机及电机控制器等复杂电驱电源系统需要用到多个大尺寸大体积的功率开关管以构成电桥功率回路，对应的电驱电源系统的整体尺寸仍然较大。这使得多合一电驱电源系统的集成度无法进一步提升，将限制相关应用。

3、因此，目前亟需一种基于功率拓扑整合集成的多合一电驱电源技术方案，以进一步提升多合一电驱电源系统的集成度。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多合一电驱电源技术方案，基于相互连接的功率电路拓扑的局部复用原理，对多个功率电路拓扑进行整合集成，以省去部分功率电路拓扑，精简多合一电驱电源系统的功率电路拓扑结构，进一步提升多合一电驱电源系统的集成度。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案如下。

3、一种多合一电驱电源系统，包括车载充电机模块、电机控制模块及电机，所述车载充电机模块的交流输入端用于连接交流电源，所述车载充电机模块的直流输出端用于连接动力电池，所述电机控制模块的输入端用于连接所述动力电池，所述电机控制模块的输出端接所述电机；所述车载充电机模块包括功率因数校正单元及直流转换单元，所述直流转换单元的原边电路复用所述功率因数校正单元，以精简所述直流转换单元的原边电路；所述车载充电机模块的直流输出端与所述电机控制模块的输入电容连接，以将所述输入电容复用为所述车载充电机模块的输出电容。

4、可选地，所述车载充电机模块的控制电路与所述电机控制模块的控制电路集成设置在一块电路板上。

5、可选地，所述多合一电驱电源系统还包括电池管理模块、整车控制模块及热管理模块，所述电池管理模块、所述整车控制模块及所述热管理模块的控制电路集成设置在所述电路板上。

6、可选地，所述多合一电驱电源系统还包括直流转换模块，所述直流转换模块的控制电路集成设置在所述电路板上。

7、可选地，所述功率因数校正单元与所述直流转换单元集成为单级式转换校正单元，所述单级式转换校正单元包括三相桥式整流电路、箝位电容、变压器电路及副边电路，所述三相桥式整流电路的输入端接所述交流电源，所述三相桥式整流电路的输出端接所述箝位电容，所述三相桥式整流电路还与所述变压器电路的原边连接，所述三相桥式整流电路的部分复用为所述原边电路，所述变压器电路的副边与所述副边电路连接。

8、可选地，所述原边电路为全桥结构，所述三相桥式整流电路的两个桥臂复用为所述原边电路。

9、可选地，所述原边电路为半桥结构，所述三相桥式整流电路的一个桥臂复用为所述原边电路的一个桥臂。

10、可选地，所述变压器电路为llc结构、clc结构或者cllc结构，所述副边电路为全桥结构、半桥结构或者推挽结构。

11、可选地，所述电机控制模块包括三相桥式逆变电路，所述输入电容包括直流支撑电容和滤波电容，所述三相桥式逆变电路的输出端接所述电机，所述三相桥式逆变电路的输入端正极接所述直流支撑电容的第一极，所述三相桥式逆变电路的输入端负极接所述直流支撑电容的第二极，所述滤波电容与所述直流支撑电容并联，所述滤波电容的第一极与所述动力电池的正极及所述直流支撑电容的第一极分别连接，所述滤波电容的第二极与所述动力电池的负极及所述直流支撑电容的第二极分别连接，所述副边电路的输出端正极与所述直流支撑电容的第一极连接，所述副边电路的输出端负极与所述直流支撑电容的第二极连接。

12、一种多合一电驱电源系统的设计方法，应用于如上述任一项所述的多合一电驱电源系统的设计，包括：

13、复用所述功率因数校正单元作为所述直流转换单元的原边电路，将所述功率因数校正单元与所述直流转换单元集成为单级式拓扑结构，以取消所述直流转换单元的原边电路；

14、复用所述输入电容作为所述车载充电机模块的输出电容，将所述直流转换单元中副边电路的输出端与所述电机控制模块的输入电容连接，以精简所述直流转换单元的输出电容；

15、复用电路板，将所述车载充电机模块的控制电路、所述电机控制模块的控制电路、电池管理模块、整车控制模块及热管理模块的控制电路集成设置在所述电路板上。

16、如上所述，本发明的多合一电驱电源系统及其设计方法，至少具有以下有益效果：

17、结合车载充电机模块、电机控制模块及电机设计多合一电驱电源系统，车载充电机模块包括功率因数校正单元及直流转换单元，直流转换单元的原边电路复用功率因数校正单元，以精简直流转换单元的原边电路，车载充电机模块的直流输出端与电机控制模块的输入电容连接，以将输入电容复用为车载充电机模块的输出电容；基于级联的功率因数校正单元与直流转换单元之间的电路拓扑复用，能精简直流转换单元的原边电路，基于相互连接的车载充电机模块与电机控制模块之间的滤波电容复用，能精简车载充电机模块的输出电容，实现了功率电路拓扑层级的整合集成，精简了多合一电驱电源系统的功率电路拓扑结构，提升了多合一电驱电源系统的集成度，降低了多合一电驱电源系统的生产成本，减小了多合一电驱电源系统的尺寸体积，并提高了车载充电机模块的工作效率。

技术特征：

1.一种多合一电驱电源系统，其特征在于，包括车载充电机模块、电机控制模块及电机，所述车载充电机模块的交流输入端用于连接交流电源，所述车载充电机模块的直流输出端用于连接动力电池，所述电机控制模块的输入端用于连接所述动力电池，所述电机控制模块的输出端接所述电机；所述车载充电机模块包括功率因数校正单元及直流转换单元，所述直流转换单元的原边电路复用所述功率因数校正单元，以精简所述直流转换单元的原边电路；所述车载充电机模块的直流输出端与所述电机控制模块的输入电容连接，以将所述输入电容复用为所述车载充电机模块的输出电容。

2.根据权利要求1所述的多合一电驱电源系统，其特征在于，所述车载充电机模块的控制电路与所述电机控制模块的控制电路集成设置在一块电路板上。

3.根据权利要求2所述的多合一电驱电源系统，其特征在于，所述多合一电驱电源系统还包括电池管理模块、整车控制模块及热管理模块，所述电池管理模块、所述整车控制模块及所述热管理模块的控制电路集成设置在所述电路板上。

4.根据权利要求2所述的多合一电驱电源系统，其特征在于，所述多合一电驱电源系统还包括直流转换模块，所述直流转换模块的控制电路集成设置在所述电路板上。

5.根据权利要求1所述的多合一电驱电源系统，其特征在于，所述功率因数校正单元与所述直流转换单元集成为单级式转换校正单元，所述单级式转换校正单元包括三相桥式整流电路、箝位电容、变压器电路及副边电路，所述三相桥式整流电路的输入端接所述交流电源，所述三相桥式整流电路的输出端接所述箝位电容，所述三相桥式整流电路还与所述变压器电路的原边连接，所述三相桥式整流电路的部分复用为所述原边电路，所述变压器电路的副边与所述副边电路连接。

6.根据权利要求5所述的多合一电驱电源系统，其特征在于，所述原边电路为全桥结构，所述三相桥式整流电路的两个桥臂复用为所述原边电路。

7.根据权利要求5所述的多合一电驱电源系统，其特征在于，所述原边电路为半桥结构，所述三相桥式整流电路的一个桥臂复用为所述原边电路的一个桥臂。

8.根据权利要求6或7所述的多合一电驱电源系统，其特征在于，所述变压器电路为llc结构、clc结构或者cllc结构，所述副边电路为全桥结构、半桥结构或者推挽结构。

9.根据权利要求8所述的多合一电驱电源系统，其特征在于，所述电机控制模块包括三相桥式逆变电路，所述输入电容包括直流支撑电容和滤波电容，所述三相桥式逆变电路的输出端接所述电机，所述三相桥式逆变电路的输入端正极接所述直流支撑电容的第一极，所述三相桥式逆变电路的输入端负极接所述直流支撑电容的第二极，所述滤波电容与所述直流支撑电容并联，所述滤波电容的第一极与所述动力电池的正极及所述直流支撑电容的第一极分别连接，所述滤波电容的第二极与所述动力电池的负极及所述直流支撑电容的第二极分别连接，所述副边电路的输出端正极与所述直流支撑电容的第一极连接，所述副边电路的输出端负极与所述直流支撑电容的第二极连接。

10.一种多合一电驱电源系统的设计方法，应用于如权利要求1-9中任一项所述的多合一电驱电源系统的设计，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种多合一电驱电源系统及其设计方法，多合一电驱电源系统包括车载充电机模块、电机控制模块及电机。车载充电机模块包括功率因数校正单元及直流转换单元，复用功率因数校正单元的部分桥臂作为直流转换单元的原边电路，能精简或者完全取消直流转换单元的原边电路，车载充电机模块的直流输出端与电机控制模块的输入电容连接，复用电机控制模块的输入电容作为车载充电机模块的输出电容，能精简或者完全取消车载充电机模块的输出电容，实现了功率电路拓扑层级的整合集成，精简了多合一电驱电源系统的功率电路拓扑结构，提升了多合一电驱电源系统的集成度，降低了成本并减小了体积，还提升了车载充电机模块的工作效率。

技术研发人员：王明强,林霖,徐玮
受保护的技术使用者：联合汽车电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21