本发明公开了一种基于SRM的驱动重构型电路及车载集成充馈电系统，该驱动重构型电路主要由三个固态继电器和经直流母线重构方式获得的多个单相电压型桥式逆变器构成集成式功率变换器，并接入动力电池和车载太阳能光伏板；采用该驱动重构型电路的车载集成充馈电系统可适用于多相开关磁阻电机，通过与适当的控制策略相结合，即可实现动力电池驱动模式、车载太阳能光伏板驱动模式、混合驱动模式、再生制动模式、单相及三相静止充馈电模式等多种运行模式。该驱动重构型电路结构紧凑、寄生参数小、功耗低、功率密度高，通过简单地控制固态继电器的导通状态，即可实现不同运行模式之间的切换，从而实现动力电池、电网及电机之间能量的双向流动。
1.一种基于SRM的驱动重构型电路，其特征在于，该重构型电路包括开关磁阻电机、集成式功率变换器、切换开关、动力电池、车载太阳能光伏板、交直流充馈电插座；所述的开关磁阻电机具有多相定子绕组，每相定子绕组均含有中间裂相抽头；
所述的交直流充馈电插座包括三相交流插座和直流/单相交流插座，用于该重构型电路在静止模式下实现动力电池与外界交直流电网的双向能量交互，或实现动力电池对外界交直流负载的供能；
所述的切换开关包括三个固态继电器，分别为两个直流控直流常开型固态继电器、一个直流控直流常闭型固态继电器，分别接入集成式功率变换器的两条正极性直流母线、一条负极性直流母线；
所述的集成式功率变换器为两个多相半桥电压型逆变电路经直流母线重构方式而得的多个单相电压型桥式逆变器，每个单相电压型桥式逆变器包括第一组桥臂和第二组桥臂，每一组桥臂由上开关管的发射极与下开关管的集电极串联而成；多个单相电压型桥式逆变器的第一组桥臂以输入侧与输出侧排布一致的方式并联，构成第一个多相半桥电压型逆变电路，多个单相电压型桥式逆变器的第二组桥臂以输入侧与输出侧排布一致的方式并联，构成第二个多相半桥电压型逆变电路；在每一个多相半桥电压型逆变电路中将每一组桥臂的输入端串联在一起的导线称之为正极性直流母线，将每一组桥臂的另一端串联在一起的导线称之为负极性直流母线；
第一个多相半桥电压型逆变电路的负极性直流母线与第二个多相半桥电压型逆变电路的负极性直流母线串联在一起，形成一条主负极性直流母线，该主负极性直流母线的两端分别与动力电池的负极、车载太阳能光伏板的负极导通；第一个多相半桥电压型逆变电路的正极性直流母线为第一正极性直流母线，第二个多相半桥电压型逆变电路的正极性直流母线为第二正极性直流母线；第二正极性直流母线与动力电池的正极连接；
常开型固态继电器(J1)的一端与第一正极性直流母线的第一末端连接，常开型固态继电器(J1)的另一端分别连接母线电容(C1)的一端和动力电池的正极，母线电容(C1)的另一端与主负极性直流母线连接；第一正极性直流母线的第二末端连接分别连接母线电容(C2)的一端和常开型固态继电器(J2)的一端，母线电容(C2)的另一端与主负极性直流母线连接，常开型固态继电器(J2)的另一端与二极管(D)的阴极连接，二极管(D)的阳极与车载太阳能光伏板的正极连接；
将第一正极性直流母线与第二正极性直流母线上的最靠近动力电池的一个第一组桥臂和一个第二组桥臂构成的单相电压型桥式逆变器称之为第一个单相电压型桥式逆变器，以此类推，根据与动力电池的距离依次命名，多个单相电压型桥式逆变器中距离动力电池最远的为第N个单相电压型桥式逆变器；在第一个单相电压型桥式逆变器的第一组桥臂与第二组桥臂之间的负极性直流母线上串联接入常闭型固态继电器(J0)；
所述的集成式功率变换器中所用负载电感为顺序导通的多相带中间裂相抽头引出线的开关磁阻电机定子绕组，每相绕组的一端接在对应的单相电压型桥式逆变器的第一组桥臂的两个开关管之间的导电线上，其另一端接在对应的单相电压型桥式逆变器的第二组桥臂的两个开关管之间的导电线上；其中，第一个单相电压型桥式逆变器至第三个单相电压型桥式逆变器在此依次记为A、B、C三相电压型桥式逆变器，且对应的三相绕组的中间裂相抽头引出线通过导电线与三相交流插座导通，B、C两相绕组的中间裂相抽头引出线另通过导电线与直流/单相交流插座导通；
当车载集成充馈电系统在调速模式下，系统可运行于动力电池供电双极性驱动模式、车载太阳能光伏板供电单极性驱动模式、混合电源供电双极性驱动模式及再生制动模式下中的一种，此时集成式功率变换器为开关磁阻电机的定子绕组提供励磁电流；通过控制常开型固态继电器(J1)、常开型固态继电器(J2)的开合来选择驱动电源，调速模式运行控制器根据位置传感器反馈的电机转子位置机械角选择开关磁阻电机各相在开通区间内导通，此时电机第p相绕组两端的电压平衡方程式如式(1)所示，进而由式(1)可推得电机第p相绕组的电流变化率，如式(2)所示；同时，由式(3)所示的电机运动方程式可得，在负载转矩TL给定及忽略转子转动过程中所受到的阻力和转动刚度的情况下，电机在运行过程中为实现加速、匀速或减速，电机的总电磁转矩Te应相应地近似满足Te>TL、Te＝TL或Te
通过位置传感器反馈的电机转子位置机械角经速度计算器得出电机的实际转速；
其中对于多相SRM，第p相绕组的电压平衡方程式可表示为：
式(1)中，Up为第p相绕组电压；Rs为转子电阻；ip为第p相绕组电流；ψp为第p相绕组磁链，Lp为第p相绕组电感，wr为电机机械角速度；
式(3)中，Te为电磁转矩；TL为负载转矩；wr为电机机械角速度，J为转动惯量；D为阻尼系数；K为转动刚度系数；θ为电机转子旋转角度；
其中，在动力电池供电双极性驱动模式、车载太阳能光伏板供电单极性驱动模式、混合电源供电双极性驱动模式时，开通区间被调节位于区间I内，即开关磁阻电机各相电感曲线上升区；处于开通区间内的开关磁阻电机各相绕组电流受集成功率变换器控制，当常闭型固态继电器(J0)闭合、常开型固态继电器(J1)闭合、常开型固态继电器(J2)断开，集成式功率变换器为开关磁阻电机绕组施加双极性电流，此时系统为动力电池供电双极性驱动模式；当常闭型固态继电器(J0)闭合、常开型固态继电器(J1)闭合、常开型固态继电器(J2)闭合，集成式功率变换器为开关磁阻电机绕组施加双极性电流，此时系统为混合电源供电双极性驱动模式；当常闭型固态继电器(J0)闭合、常开型固态继电器(J1)断开、常开型固态继电器(J2)闭合，集成式功率变换器为开关磁阻电机绕组施加单极性电流，此时系统为车载太阳能光伏板供电单极性驱动模式；
当系统处于各驱动模式下时，集成式功率变换器的开关管驱动控制信号在随实际转速进行切换的电流斩波控制方式或电压斩波控制方式中生成，同时出于降低开关频率，减少导通损耗的目的，在此选用软斩波控制方式，处于开通区间内的电机第p相绕组电压Up＝Udc，Udc为直流母线电压，或Up＝0，进而实现对电机绕组电流的控制，如式(2)所示；其中，在电机低速运行下应用电流斩波控制方式，电机实际转速与参考转速之差经过PI单元获得相电流动态参考值，各相绕组电流与该电流参考值的差值通过滞环比较器得到各开关管的控制信号；在电机高速运行下应用电压斩波控制方式，电机实际转速与参考转速之差经过PI单元获得固定周期的PWM占空比动态值，通过改变PWM占空比大小可以调节施加于相绕组两端的电压平均值，进而间接控制相绕组电流，实现开关磁阻电机转速的闭环控制；
当系统处于再生制动模式下，常闭型固态继电器(J0)、常开型固态继电器(J2)导通，常开型固态继电器(J1)关断，开通区间被调节位于区间Ⅱ内，即开关磁阻电机各相电感曲线下降区，同时受最优制动能量回馈控制器实时调控关断角度，进而调节开通区间；在再生制动模式运行过程中，采用电流斩波控制方式，开关磁阻电机实际转速与参考转速之差经过PI单元获得相电流动态参考值，各相绕组电流与该电流参考值的差值通过滞环比较器得到各集成式功率变换器的开关管的控制信号，同时由于制动运行过程中旋转电动势的方向与绕组端电压方向相同，由式(2)可得，绕组电流增长更快，为能够有效控制绕组电流，在此选用硬斩波控制方式，处于开通区间内的电机第p相绕组电压Up＝Udc或Up＝‑Udc；其中最优制动能量控制器在各开关管开通时刻采样电机绕组电流实际值及电机转子位置角，基于查表法，由i‑θ‑ψ特性表获得开关管开通时刻绕组磁链值，进一步地，由式(1)所示绕组电压平衡方程式可得在相邻的两个开关周期内，电机绕组的端电压实际值，当该实际值取绝对值后大于直流母线电压值时，关断导通相，进而对绕组施加恒定的反向电压，实现电机绕组电流可控的同时获得期望的输出制动转矩，执行调速模式下的再生制动模式；
当车载集成充馈电系统在静止单相充馈电模式及静止多相充馈电模式下，集成式功率变换器将开关磁阻电机的定子绕组用作双向整流/逆变器的储能电感；具体的，当在充电模式下，通过切换开关所包含的三个固态继电器的闭合与断开来选择充电电源，充电模式运行控制器根据动力电池充电状态、充电功率需求实施相应的充电控制策略；具体的，当选择外部单相交流电充电时，常开型固态继电器(J1)导通，常闭型固态继电器(J0)、常开型固态继电器(J2)关断，集成式功率变换器中的A、B、C三个单相电压型桥式逆变器受控等效为前端无桥交错并联升压变换器级联后端升降压变换器，其中，由A、B两个单相电压型桥式逆变器构成的前端的两组无桥升压变换器经电压、电流双闭环控制方式实现整流及功率因数校正，并且其中一组无桥升压变换器中的开关管驱动信号超前于另一组无桥升压变换器中的开关管驱动信号半个开关周期，以实现交错并联连接，有利于降低输入电流纹波；由C相电压型桥式逆变器构成的后端升降压变换器根据动力电池充电状态受控实现恒压、恒流或恒功率充电；
当选择外部三相交流电充电时，常闭型固态继电器(J0)、常开型固态继电器(J1)导通，常开型固态继电器(J2)关断，三相交流电经集成式功率变换器的A、B、C三个单相电压型桥式逆变器对动力电池进行充电，等价于三相交流电通过两组并联连接的三相电压型桥式PWM整流电路对动力电池进行充电，通过基于直接电流控制方式下的电压定向控制方式实现功率四象限变换；
当选择外部直流电网充电时，常开型固态继电器(J1)导通，常闭型固态继电器(J0)、常开型固态继电器(J2)关断，集成式功率变换器的A、B、C三个单相电压型桥式逆变器受控等效为前端不可控并联整流变换器级联后端升降压变换器，其中后端变换器根据动力电池充电状态受控实现恒压、恒流或恒功率充电；
当选择车载太阳能光伏板充电时，常开型固态继电器(J2)导通，常闭型固态继电器(J0)、常开型固态继电器(J1)关断，集成式功率变换器的A、B、C三个单相电压型桥式逆变器受控将任意一相电压型桥式逆变器用作升降压变换器来实施充电控制策略，其中利用直接扰动占空比方式实现车载太阳能光伏板的最大功率点跟踪控制；
其中，零转矩控制器通过开关磁阻电机特殊位置点处总转矩输出为零的特性来实现静止充电，即车载集成充馈电系统于充电模式开始的初始时刻，首先控制机械式离合器将开关磁阻电机转子空载旋转至A相定转子对齐位置处。
2.一种基于SRM的驱动重构型车载集成充馈电系统，其特征在于，该车载集成充馈电系统包括如权利要求1所述的重构型电路，还包括电流传感器、位置传感器、模式运行控制器，在该车载集成充馈电系统中，集成式功率变换器用于实现多模式调速及多功能充馈电，其中在动力电池供电双极性驱动模式、车载太阳能光伏板供电单极性驱动模式、混合电源供电双极性驱动模式及再生制动模式下，集成式功率变换器为开关磁阻电机定子绕组提供励磁电流；在静止单相充馈电模式及静止多相充馈电模式下，集成式功率变换器将开关磁阻电机的定子绕组用作双向整流/逆变器的储能电感；
切换开关用于与交直流充馈电插头协调配合，控制车载集成充馈电系统于调速、充电及馈电模式之间的切换；
动力电池及车载太阳能光伏板用于为车载集成充馈电系统提供动力电源，其中动力电池用作主要驱动电源或储能电源，车载太阳能光伏板作为辅助驱动电源或充电电源；
电流传感器用于检测通过开关磁阻电机定子多相绕组电流；
所述的模式运行控制器根据多相绕组电流、转子位置以及具体模式下的运行需求为集成式功率变换器中的开关管提供驱动控制信号，其中模式运行控制器包括调速模式运行控制器、充电模式运行控制器及馈电模式运行控制器，其与切换开关协调配合，使车载集成充馈电系统在相应的调速、充电及馈电模式下运行。
3.根据权利要求2所述的一种基于SRM的驱动重构型车载集成充馈电系统，其特征在于，当车载集成充馈电系统在馈电模式下，通过切换开关所包含的三个固态继电器的闭合与断开来选择馈电电源，馈电模式运行控制器根据馈电性能需求实施相应的馈电控制策略；具体的，当选择动力电池对外馈电时，集成式功率变换器的A、B、C三个单相电压型桥式逆变器受控等效为并联连接的两组单相电压型有源或无源逆变器，或受控等效为并联连接的两组三相电压型有源或无源逆变器，或受控等效为并联连接的两组用作降压变换器的单相电压型桥式变换器；当选择车载太阳能光伏板对外馈电时，集成式功率变换器的A、B、C三个单相电压型桥式逆变器工作等效电路与动力电池作馈电电源时相同；其中，动力电池对外馈电时，集成式功率变换器的A、B、C三个单相电压型桥式逆变器受控等效的两组单相电压型有源或无源逆变器或两组单相电压型桥式变换器前端可选择级联用作升压变换器的单相电压型桥式变换器，以实现对外升压输出；其中，零转矩控制器通过开关磁阻电机特殊位置点处总转矩输出为零的特性来实现静止馈电，即车载集成充馈电系统于馈电模式开始的初始时刻，首先控制机械式离合器将开关磁阻电机转子空载旋转至A相定转子对齐位置处。
一种基于SRM的驱动重构型电路及车载集成充馈电系统
技术领域
[0001] 本发明属于电机技术领域，具体涉及一种基于SRM的驱动重构型电路及车载集成充馈电系统。
背景技术
[0002] 近年来，不可再生能源的快速消耗和环境严重污染等问题日益加剧，其中传统汽车尾气排放所引发的雾霾问题更是直接威胁到人类健康。对此，为保证生态经济绿色可持续发展，研究以电能为核心的新能源汽车先进技术具有战略紧迫性。同时，随着我国电动汽车保有量持续增加及电池技术不断成熟的发展背景下，将动力电池看作为分布式储能设备接入智能电网，进而在日臻完善的智能电网的控制下实现电动汽车与电网的实时通信，在电网允许时将动力电池作为用电负荷，从电网获取电能，在电网需要时将动力电池作为储能设备，为电网提供备用容量的概念已然成为未来的重点发展趋势。然而作为电动汽车不可或缺的共性关键设备，当前的车载充电系统在受到车载空间限制的同时也面临着快充功率低、功能单一，单向充电等问题，严重制约了“智能电网”大潮下电动汽车的规模化普及。因此，研究结构紧凑、可靠性好、多功能集成、性能优越的大功率双向车载充电系统对电动汽车产业发展具有重要意义。
[0003] 考虑到电动汽车驱动系统与双向充电系统分时运行、拓扑存在共性的特点，兼顾车载系统体积、重量和成本等特性指标的优化，电驱重构型车载充电系统作为复用与重构驱动系统相关的变换器拓扑、驱动电机绕组以及相关控制电路的新型充电系统为大功率双向车载充电系统的研究提供了实用有效的解决方案。
[0004] 当下，永磁电机驱动系统由于功率密度与效率高、调速性能好、响应速度快等优点，成为电动汽车驱动系统开发的主流。然而，考虑到稀土永磁材料的开发成本增加以及永磁体在高温、震动等复杂环境下的退磁问题会导致驱动系统安全性能下降，因此选择研发新一代无稀土电机驱动系统成为很多学者致力的方向。而开关磁阻电机(Switched Reluctance Machine,简称SRM)作为无稀土电机的典型代表，其驱动系统具有电机成本低、启动转矩大、容错能力强、调速范围宽与恶劣环境适应性好等一系列优良特性，从而使其被广泛地研究应用于电动汽车中。同时，现有基于开关磁阻电机的电驱重构型车载集成充馈电系统在实现多模式驱动与充电功能的同时，都增加了大量分立式开关器件，存在集成度低、体积大、功率器件选型灵活性差等不足。
发明内容
[0005] 针对现有基于开关磁阻电机的电驱重构型车载集成充馈电系统存在的上述不足之处，本发明提出了一种基于SRM的驱动重构型电路及车载集成充馈电系统，实现多模式驱动及多功能充馈电的同时保证了系统的高度集成性。
[0006] 本发明技术所述技术问题的技术方案是：设计一种基于SRM的驱动重构型电路，其特征在于，该重构型电路包括开关磁阻电机、集成式功率变换器、切换开关、动力电池、车载太阳能光伏板、交直流充馈电插座；所述的开关磁阻电机具有多相定子绕组，每相定子绕组均含有中间裂相抽头；
[0007] 所述的交直流充馈电插座包括三相交流插座和直流/单相交流插座，用于该重构型电路在静止模式下实现动力电池与外界交直流电网的双向能量交互，或实现动力电池对外界交直流负载的供能；
[0008] 所述的切换开关包括三个固态继电器，分别为两个直流控直流常开型固态继电器、一个直流控直流常闭型固态继电器，分别接入集成式功率变换器的两条正极性直流母线、一条负极性直流母线；
[0009] 所述的集成式功率变换器为两个多相半桥电压型逆变电路经直流母线重构方式而得的多个单相电压型桥式逆变器，每个单相电压型桥式逆变器包括第一组桥臂和第二组桥臂，每一组桥臂由上开关管的发射极与下开关管的集电极串联而成；多个单相电压型桥式逆变器的第一组桥臂以输入侧与输出侧排布一致的方式并联，构成第一个多相半桥电压型逆变电路，多个单相电压型桥式逆变器的第二组桥臂以输入侧与输出侧排布一致的方式并联，构成第二个多相半桥电压型逆变电路；在每一个多相半桥电压型逆变电路中将每一组桥臂的输入端串联在一起的导线称之为正极性直流母线，将每一组桥臂的另一端串联在一起的导线称之为负极性直流母线；
[0010] 第一个多相半桥电压型逆变电路的负极性直流母线与第二个多相半桥电压型逆变电路的负极性直流母线串联在一起，形成一条主负极性直流母线，该主负极性直流母线的两端分别与动力电池的负极、车载太阳能光伏板的负极导通；第一个多相半桥电压型逆变电路的正极性直流母线为第一正极性直流母线，第二个多相半桥电压型逆变电路的正极性直流母线为第二正极性直流母线；第二正极性直流母线与动力电池的正极连接；
[0011] 常开型固态继电器(J1)的一端与第一正极性直流母线的第一末端连接，常开型固态继电器(J1)的另一端分别连接母线电容(C1)的一端和动力电池的正极，母线电容(C1)的另一端与主负极性直流母线连接；第一正极性直流母线的第二末端连接分别连接母线电容(C2)的一端和常开型固态继电器(J2)的一端，母线电容(C2)的另一端与主负极性直流母线连接，常开型固态继电器(J2)的另一端与二极管(D)的阴极连接，二极管(D)的阳极与车载太阳能光伏板的正极连接；
[0012] 将第一正极性直流母线与第二正极性直流母线上的最靠近动力电池的一个第一组桥臂和一个第二组桥臂构成的单相电压型桥式逆变器称之为第一个单相电压型桥式逆变器，以此类推，根据与动力电池的距离依次命名，多个单相电压型桥式逆变器中距离动力电池最远的为第N个单相电压型桥式逆变器；在第一个单相电压型桥式逆变器的第一组桥臂与第二组桥臂之间的负极性直流母线上串联接入常闭型固态继电器(J0)；
[0013] 所述的集成式功率变换器中所用负载电感为顺序导通的多相带中间裂相抽头引出线的开关磁阻电机定子绕组，每相绕组的一端接在对应的单相电压型桥式逆变器的第一组桥臂的两个开关管之间的导电线上，其另一端接在对应的单相电压型桥式逆变器的第二组桥臂的两个开关管之间的导电线上；其中，第一个单相电压型桥式逆变器至第三个单相电压型桥式逆变器在此依次记为A、B、C三相电压型桥式逆变器，且对应的三相绕组的中间裂相抽头引出线通过导电线与三相交流插座导通，B、C两相绕组的中间裂相抽头引出线另通过导电线与直流/单相交流插座导通。
[0014] 进一步的，本发明设计一种基于SRM的驱动重构型车载集成充馈电系统，其特征在于，该车载集成充馈电系统包括如上所述的重构型电路，还包括电流传感器、位置传感器、模式运行控制器，在该车载集成充馈电系统中，集成式功率变换器用于实现多模式调速及多功能充馈电，其中在动力电池供电双极性驱动模式、车载太阳能光伏板供电单极性驱动模式、混合电源供电双极性驱动模式及再生制动模式下，集成式功率变换器为开关磁阻电机定子绕组提供励磁电流；在静止单相充馈电模式及静止多相充馈电模式下，集成式功率变换器将开关磁阻电机的定子绕组用作双向整流/逆变器的储能电感；
[0015] 切换开关用于与交直流充馈电插头协调配合，控制车载集成充馈电系统于调速、充电及馈电模式之间的切换；
[0016] 动力电池及车载太阳能光伏板用于为车载集成充馈电系统提供动力电源，其中动力电池用作主要驱动电源或储能电源，车载太阳能光伏板作为辅助驱动电源或充电电源；
[0017] 电流传感器用于检测通过开关磁阻电机定子多相绕组电流；
[0018] 位置传感器用于检测开关磁阻电机转子的位置；
[0019] 所述的模式运行控制器根据多相绕组电流、转子位置以及具体模式下的运行需求为集成式功率变换器中的开关管提供驱动控制信号，其中模式运行控制器包括调速模式运行控制器、充电模式运行控制器及馈电模式运行控制器，其与切换开关协调配合，使车载集成充馈电系统在相应的调速、充电及馈电模式下运行。
[0020] 与现有技术相比，本发明有益效果在于：本发明设计了基于SRM的驱动重构型电路及车载集成充馈电系统，该驱动重构型电路主要由三个固态继电器和多个单相电压型桥式逆变器经直流母线重构方式获得的集成式功率变换器构成，并接入动力电池和车载太阳能光伏板；采用该驱动重构型电路的车载集成充馈电系统可适用于多相开关磁阻电机，通过与适当的控制策略相结合，即可实现动力电池驱动模式、车载太阳能光伏板驱动模式、混合驱动模式、再生制动模式、单相及三相静止充馈电模式等多种运行模式。同时，该驱动重构型电路利用全桥集成功率模块，其结构紧凑、寄生参数小、功耗低、功率密度高，通过复用开关磁阻电机各相分裂对称型定子绕组，在不增加额外分立元件的情况下，实现了电路的高度集成，并且通过简单地控制固态继电器的导通状态，即可实现不同运行模式之间的切换，从而实现动力电池、电网及电机之间能量的双向流动。
附图说明
[0021] 图1为本发明基于SRM的驱动重构型电路一种实施例的结构图(适用于三相及三相以上的多相开关磁阻电机)。
[0022] 图2为本发明基于三相SRM的驱动重构型电路一种实施例的结构图。
[0023] 图3为本发明基于SRM的驱动重构型车载集成充馈电系统一种实施例的调速运行模式控制原理图。
[0024] 图4为本发明基于SRM的驱动重构型车载集成充馈电系统一种实施例的充电运行模式控制原理图。
[0025] 图5为本发明基于SRM的驱动重构型车载集成充馈电系统一种实施例的馈电运行模式控制原理图。
[0026] 图6为本发明基于SRM的驱动重构型电路在SRM处于双极性调速运行模式下的A相电压型桥式逆变器的四个开关管的开关状态示意图。
[0027] 图7为本发明基于SRM的驱动重构型车载集成充馈电系统在单相交流充电或直流充电状态下的驱动重构型电路的等效电路图。
[0028] 图8为本发明基于SRM的驱动重构型车载集成充馈电系统在三相交流充/馈电状态下的驱动重构型电路的等效电路图。
[0029] 图9为本发明基于SRM的驱动重构型车载集成充馈电系统在对外升压馈电状态下的驱动重构型电路绕组续流模式原理图。
[0030] 图10为本发明基于SRM的驱动重构型车载集成充馈电系统在对外升压馈电状态下的驱动重构型电路绕组储能模式原理图。
[0031] 图11为本发明基于SRM的驱动重构型车载集成充馈电系统在对外降压馈电状态下的驱动重构型电路的等效电路图。
具体实施方式
[0032] 为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式，对本发明的技术方案及其相关工作原理进行说明。
[0033] 本发明提供一种基于SRM的驱动重构型电路，该重构型电路包括开关磁阻电机、集成式功率变换器、切换开关、动力电池、车载太阳能光伏板、交直流充馈电插座；所述的开关磁阻电机具有多相定子绕组，每相定子绕组均含有中间裂相抽头；
[0034] 所述的交直流充馈电插座包括三相交流插座和直流/单相交流插座，用于该重构型电路在静止模式下实现动力电池与外界交直流电网的双向能量交互，或实现动力电池对外界交直流负载的供能；
[0035] 所述的切换开关包括三个固态继电器，分别为两个直流控直流常开型固态继电器、一个直流控直流常闭型固态继电器，分别接入集成式功率变换器的两条正极性直流母线、一条负极性直流母线；
[0036] 所述的集成式功率变换器为两个多相半桥电压型逆变电路经直流母线重构方式而得的多个单相电压型桥式逆变器，每个单相电压型桥式逆变器包括第一组桥臂和第二组桥臂，每一组桥臂由上开关管的发射极与下开关管的集电极串联而成；多个单相电压型桥式逆变器的第一组桥臂以输入侧与输出侧排布一致的方式并联，构成第一个多相半桥电压型逆变电路，多个单相电压型桥式逆变器的第二组桥臂以输入侧与输出侧排布一致的方式并联，构成第二个多相半桥电压型逆变电路；在每一个多相半桥电压型逆变电路中将每一组桥臂的输入端串联在一起的导线称之为正极性直流母线，将每一组桥臂的另一端串联在一起的导线称之为负极性直流母线；
[0037] 第一个多相半桥电压型逆变电路的负极性直流母线与第二个多相半桥电压型逆变电路的负极性直流母线串联在一起，形成一条主负极性直流母线，该主负极性直流母线的两端分别与动力电池的负极、车载太阳能光伏板的负极导通；第一个多相半桥电压型逆变电路的正极性直流母线为第一正极性直流母线，第二个多相半桥电压型逆变电路的正极性直流母线为第二正极性直流母线；第二正极性直流母线与动力电池的正极连接；
[0038] 常开型固态继电器J1的一端与第一正极性直流母线的第一末端连接，常开型固态继电器J1的另一端分别连接母线电容C1的一端和动力电池的正极，母线电容C1的另一端与主负极性直流母线连接；第一正极性直流母线的第二末端连接分别连接母线电容C2的一端和常开型固态继电器J2的一端，母线电容C2的另一端与主负极性直流母线连接，常开型固态继电器J2的另一端与二极管D的阴极连接，二极管D的阳极与车载太阳能光伏板的正极连接。
[0039] 将第一正极性直流母线与第二正极性直流母线上的最靠近动力电池的一个第一组桥臂和一个第二组桥臂构成的单相电压型桥式逆变器称之为第一个单相电压型桥式逆变器，以此类推，根据与动力电池的距离依次命名，多个单相电压型桥式逆变器中距离动力电池最远的为第N个单相电压型桥式逆变器。在第一个单相电压型桥式逆变器的第一组桥臂与第二组桥臂之间的负极性直流母线上串联接入常闭型固态继电器J0。
[0040] 所述的集成式功率变换器中所用负载电感为顺序导通的多相带中间裂相抽头引出线的开关磁阻电机定子绕组，每相绕组的一端接在对应的单相电压型桥式逆变器的第一组桥臂的两个开关管之间的导电线上，其另一端接在对应的单相电压型桥式逆变器的第二组桥臂的两个开关管之间的导电线上。其中，第一个单相电压型桥式逆变器至第三个单相电压型桥式逆变器在此依次记为A、B、C三相电压型桥式逆变器，且对应的三相绕组的中间裂相抽头引出线通过导电线与三相交流插座导通，B、C两相绕组的中间裂相抽头引出线另通过导电线与直流/单相交流插座导通。
[0041] 进一步地，本发明提供一种基于SRM的驱动重构型车载集成充馈电系统(简称车载集成充馈电系统)，其特征在于，该车载集成充馈电系统包括如上所述的重构型电路，还包括电流传感器、位置传感器、模式运行控制器，在该车载集成充馈电系统中，集成式功率变换器用于实现多模式调速及多功能充馈电，其中在动力电池供电双极性驱动模式、车载太阳能光伏板供电单极性驱动模式、混合电源供电双极性驱动模式及再生制动模式下，集成式功率变换器为开关磁阻电机定子绕组提供励磁电流；在静止单相充馈电模式及静止多相充馈电模式下，集成式功率变换器将开关磁阻电机的定子绕组用作双向整流/逆变器的储能电感；
[0042] 切换开关用于与交直流充馈电插头协调配合，控制车载集成充馈电系统于调速、充电及馈电模式之间的切换。
[0043] 动力电池及车载太阳能光伏板用于为车载集成充馈电系统提供动力电源，其中动力电池用作主要驱动电源或储能电源，车载太阳能光伏板作为辅助驱动电源或充电电源；
[0044] 电流传感器用于检测通过开关磁阻电机定子多相绕组电流；
[0045] 位置传感器用于检测开关磁阻电机转子的位置；
[0046] 所述的模式运行控制器根据多相绕组电流、转子位置以及具体模式下的运行需求为集成式功率变换器中的开关管提供驱动控制信号，其中模式运行控制器包括调速模式运行控制器、充电模式运行控制器及馈电模式运行控制器，其与切换开关协调配合，使车载集成充馈电系统在相应的调速、充电及馈电模式下运行；
[0047] 当车载集成充馈电系统在调速模式下，系统可运行于动力电池供电双极性驱动模式、车载太阳能光伏板供电单极性驱动模式、混合电源供电双极性驱动模式及再生制动模式下中的一种，此时集成式功率变换器为开关磁阻电机的定子绕组提供励磁电流；通过控制常开型固态继电器J1、常开型固态继电器J2的开合来选择驱动电源，调速模式运行控制器根据位置传感器反馈的电机转子位置机械角选择开关磁阻电机各相在开通区间内导通，此时电机第p相绕组两端的电压平衡方程式如式(1)所示，进而由式(1)可推得电机第p相绕组的电流变化率，如式(2)所示。同时，由式(3)所示的电机运动方程式可得，在负载转矩TL给定及忽略转子转动过程中所受到的阻力和转动刚度的情况下，电机在运行过程中为实现加速、匀速或减速，电机的总电磁转矩Te应相应地近似满足Te>TL、Te＝TL或Te
[0048] 在此，通过位置传感器反馈的电机转子位置机械角经速度计算器得出电机的实际转速，通过测功机对电机施加在‑5N.m～5N.m范围内变化的转矩来模拟汽车运行过程中所受到的负载转矩。
[0049] 其中对于多相SRM，第p相绕组的电压平衡方程式可表示为：
[0050]
[0051] 式(1)中，Up为第p相绕组电压；Rs为转子电阻；ip为第p相绕组电流；ψp为第p相绕组磁链，Lp为第p相绕组电感，wr为电机机械角速度。
[0052] 由式(1)可得，第p相绕组电流变化率可表示为：
[0053]
[0054] 运动方程为：
[0055]
[0056] 式(3)中，Te为电磁转矩；TL为负载转矩；wr为电机机械角速度，J为转动惯量；D为阻尼系数；K为转动刚度系数；θ为电机转子旋转角度。
[0057] 电磁转矩方程为：
[0058]
[0059] 式(4)中，Te,p为第p相电磁转矩。
[0060] 其中，在动力电池供电双极性驱动模式、车载太阳能光伏板供电单极性驱动模式、混合电源供电双极性驱动模式时，开通区间被调节位于区间I内，即开关磁阻电机各相电感曲线上升区。处于开通区间内的开关磁阻电机各相绕组电流受集成功率变换器控制，当常闭型固态继电器J0闭合、常开型固态继电器J1闭合、常开型固态继电器J2断开，集成式功率变换器为开关磁阻电机绕组施加双极性电流，此时系统为动力电池供电双极性驱动模式；当常闭型固态继电器J0闭合、常开型固态继电器J1闭合、常开型固态继电器J2闭合，集成式功率变换器为开关磁阻电机绕组施加双极性电流，此时系统为混合电源供电双极性驱动模式。当常闭型固态继电器J0闭合、常开型固态继电器J1断开、常开型固态继电器J2闭合，集成式功率变换器为开关磁阻电机绕组施加单极性电流，此时系统为车载太阳能光伏板供电单极性驱动模式。
[0061] 当系统处于各驱动模式下时，集成式功率变换器的开关管驱动控制信号在随实际转速进行切换的电流斩波控制方式或电压斩波控制方式中生成，同时出于降低开关频率，减少导通损耗的目的，在此选用软斩波控制方式(即单管斩波方式)，处于开通区间内的电机第p相绕组电压Up＝Udc(Udc为直流母线电压)(斩波管开通)或Up＝0(斩波管关断)，进而实现对电机绕组电流的控制，如式(2)所示；其中，在电机低速运行下应用电流斩波控制方式，电机实际转速与参考转速之差经过PI单元(PI调节器)获得相电流动态参考值，各相绕组电流与该电流参考值的差值通过滞环比较器得到各开关管的控制信号；在电机高速运行下应用电压斩波控制方式，电机实际转速与参考转速之差经过PI单元(PI调节器)获得固定周期的PWM占空比动态值，通过改变PWM占空比大小可以调节施加于相绕组两端的电压平均值，进而间接控制相绕组电流，实现开关磁阻电机转速的闭环控制。
[0062] 当系统处于再生制动模式下，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J2导通，常开型固态继电器J1关断，开通区间被调节位于区间Ⅱ内，即开关磁阻电机各相电感曲线下降区，同时受最优制动能量回馈控制器实时调控关断角度，进而调节开通区间；在再生制动模式运行过程中，采用电流斩波控制方式，开关磁阻电机实际转速与参考转速之差经过PI单元(PI调节器)获得相电流动态参考值，各相绕组电流与该电流参考值的差值通过滞环比较器得到各集成式功率变换器的开关管的控制信号，同时由于制动运行过程中旋转电动势的方向与绕组端电压方向相同，由式(2)可得，绕组电流增长更快，为能够有效控制绕组电流，在此选用硬斩波控制方式(即双管斩波方式)，处于开通区间内的电机第p相绕组电压Up＝Udc(斩波管开通)或Up＝‑Udc(斩波管关断)；其中最优制动能量控制器在各开关管开通时刻采样电机绕组电流实际值(即上升沿触发采样)及电机转子位置角，基于查表法，由i‑θ‑ψ特性表获得开关管开通时刻绕组磁链值，进一步地，由式(1)所示绕组电压平衡方程式可得在相邻的两个开关周期内，电机绕组的端电压实际值，当该实际值取绝对值后大于直流母线电压值时，关断该导通相，进而对绕组施加恒定的反向电压，实现电机绕组电流可控的同时获得期望的输出制动转矩，执行调速模式下的再生制动模式。
[0063] 当车载集成充馈电系统在静止单相充馈电模式及静止多相充馈电模式下，集成式功率变换器将开关磁阻电机的定子绕组用作双向整流/逆变器的储能电感；具体的，当在充电模式下，通过切换开关所包含的三个固态继电器的闭合与断开来选择充电电源，充电模式运行控制器根据动力电池充电状态、充电功率需求实施相应的充电控制策略；当选择外部单相交流电充电时，常开型固态继电器J1导通，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J2关断，集成式功率变换器中的A、B、C三个单相电压型桥式逆变器受控等效为前端无桥交错并联升压变换器级联后端升降压变换器，其中，由A、B两个单相电压型桥式逆变器构成的前端的两组无桥升压变换器经电压、电流双闭环控制方式实现整流及功率因数校正，并且其中一组无桥升压变换器中的开关管驱动信号超前于另一组无桥升压变换器中的开关管驱动信号半个开关周期，以实现交错并联连接，有利于降低输入电流纹波；由C相电压型桥式逆变器构成的后端升降压变换器根据动力电池充电状态受控实现恒压、恒流或恒功率充电；
[0064] 当选择外部三相交流电充电时，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J1导通，常开型固态继电器J2关断，三相交流电经集成式功率变换器的A、B、C三个单相电压型桥式逆变器对动力电池进行充电，等价于三相交流电通过两组并联连接的三相电压型桥式PWM整流电路对动力电池进行充电，通过基于直接电流控制方式下的电压定向控制方式实现功率四象限变换；
[0065] 当选择外部直流电网充电时，常开型固态继电器J1导通，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J2关断，集成式功率变换器的A、B、C三个单相电压型桥式逆变器受控等效为前端不可控并联整流变换器级联后端升降压变换器，其中后端变换器根据动力电池充电状态受控实现恒压、恒流或恒功率充电；
[0066] 当选择车载太阳能光伏板充电时，常开型固态继电器J2导通，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J1关断，集成式功率变换器的A、B、C三个单相电压型桥式逆变器受控将任意一相电压型桥式逆变器用作升降压变换器来实施充电控制策略，其中利用直接扰动占空比方式实现车载太阳能光伏板的最大功率点跟踪控制；
[0067] 其中，零转矩控制器通过开关磁阻电机特殊位置点处总转矩输出为零的特性来实现静止充电，即车载集成充馈电系统于充电模式开始的初始时刻，首先控制机械式离合器将开关磁阻电机转子空载旋转至A相定转子对齐位置处。
[0068] 当车载集成充馈电系统在馈电模式下，通过切换开关所包含的三个固态继电器的闭合与断开来选择馈电电源，馈电模式运行控制器根据馈电性能需求实施相应的馈电控制策略；当选择动力电池对外馈电时，集成式功率变换器的A、B、C三个单相电压型桥式逆变器受控等效为并联连接的两组单相电压型有源或无源逆变器，或受控等效为并联连接的两组三相电压型有源或无源逆变器，或受控等效为并联连接的两组用作降压变换器的单相电压型桥式变换器；当选择车载太阳能光伏板对外馈电时，集成式功率变换器的A、B、C三个单相电压型桥式逆变器工作等效电路与动力电池作馈电电源时相同；其中，动力电池对外馈电时，集成式功率变换器的A、B、C三个单相电压型桥式逆变器受控等效的两组单相电压型有源或无源逆变器或两组单相电压型桥式变换器前端可选择级联用作升压变换器的单相电压型桥式变换器(A相电压型桥式逆变器)，以实现对外升压输出；其中，零转矩控制器通过开关磁阻电机特殊位置点处总转矩输出为零的特性来实现静止馈电，即车载集成充馈电系统于馈电模式开始的初始时刻，首先控制机械式离合器将开关磁阻电机转子空载旋转至A相定转子对齐位置处。
[0069] 实施例1
[0070] 本实施例提供一种基于SRM驱动的重构型电路及车载集成充馈电系统，该电路采用三相开关磁阻电机，重构型电路结构如图2所示，其主要通过三个固态继电器将两个三相半桥电压型逆变电路经直流母线重构方式获得三个单相电压型桥式逆变器，从而实现在驱动充馈电一体化的同时，保证了拓扑结构的高度集成。
[0071] 集成式功率变换器中由A、B、C三个单相电压型桥式逆变器构成的第一个三相半桥电压型逆变电路由开关管Sa1的发射极与开关管Sa2的集电极串联构成的A相第一组桥臂、开关管Sb1的发射极与开关管Sb2的集电极串联构成的B相第一组桥臂、开关管Sc1的发射极与开关管Sc2的集电极串联构成的C相第一组桥臂并联而得；由A、B、C三个单相电压型桥式逆变器构成的第二个三相半桥电压型逆变电路由开关管Sa3的发射极与开关管Sa4的集电极串联构成的A相第二组桥臂、开关管Sb3的发射极与开关管Sb4的集电极串联构成的B相第二组桥臂、开关管Sc3的发射极与Sc4的集电极串联构成的C相第二组桥臂并联而得。
[0072] 第一个多相半桥电压型逆变电路的负极性直流母线与第二个多相半桥电压型逆变电路的负极性直流母线串联在一起，形成一条主负极性直流母线，该主负极性直流母线的两端分别与动力电池的负极、车载太阳能光伏板的负极导通；第一个多相半桥电压型逆变电路的正极性直流母线为第一正极性直流母线，第二个多相半桥电压型逆变电路的正极性直流母线为第二正极性直流母线；第二正极性直流母线与动力电池的正极连接；
[0073] 常开型固态继电器J1的一端与第一正极性直流母线的第一末端连接，常开型固态继电器J1的另一端分别连接母线电容C1的一端和动力电池的正极，母线电容C1的另一端与主负极性直流母线连接；第一正极性直流母线的第二末端连接分别连接母线电容C2的一端和常开型固态继电器J2的一端，母线电容C2的另一端与主负极性直流母线连接，常开型固态继电器J2的另一端与二极管D的阴极连接，二极管D的阳极与车载太阳能光伏板的正极连接。在A相电压型桥式逆变器的第一组桥臂与第二组桥臂之间的负极性直流母线上串联接入常闭型固态继电器J0。
[0074] 所述的集成式功率变换器中所用负载电感为顺序导通的三相带中间裂相抽头引出线的开关磁阻电机定子绕组，每相绕组的一端接在对应的单相电压型桥式逆变器的第一组桥臂的两个开关管之间的导电线上，其另一端接在对应的单相电压型桥式逆变器的第二组桥臂的两个开关管之间的导电线上。其中，A、B、C三相绕组的中间裂相抽头引出线通过导电线与三相交流插座导通，B、C两相绕组的中间裂相抽头引出线另通过导电线与直流/单相交流插座导通。
[0075] 此外，如图3—图5所示，通过简单地切换三个固态继电器的通断状态即可实现车载集成充馈电系统在不同的运行模式下工作，从而以简单的控制方式提高了系统的整体可靠性及市场应用性。
[0076] 当该车载集成充馈电系统工作于调速运行模式下时，常闭型固态继电器J0保持导通，通过控制常开型固态继电器J1或J2的导通来选择由动力电池或车载太阳能光伏板作为调速供电电源，工作原理如图3所示。在开关磁阻电机处于调速运行模式下的区间Ⅰ，即开关磁阻电机各相电感曲线上升区时，处于开通区间内的开关磁阻电机各相绕组电流受集成式功率变换器控制，执行驱动模式下的调速模式，其中开关管驱动控制信号在随实际转速进行切换的电流斩波控制方式或电压斩波控制方式中生成；该集成式功率变换器可确保各相之间独立运行，任意一相绕组有三种运行状态，分别为：(1)励磁状态；(2)零电压续流状态；(3)退磁状态。其中，开通角、关断角控制器控制各相于开关磁阻电机的电感曲线上升区导通，由式(4)可得，开关磁阻电机此时对外输出正转矩；速度控制器根据开关磁阻电机的运行转速决定其运行于中低速情况下由电流斩波控制器生成开关管的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,简称PWM)信号，运行于高速情况下由电压斩波控制器生成开关管的PWM信号。在开关磁阻电机处于调速运行模式下的区间Ⅱ，即开关磁阻电机各相电感曲线下降区时，开通角、关断角控制器控制各相于开关磁阻电机的电感曲线下降区导通，并且在运行过程中由最优制动能量回馈控制器结合SRM绕组电压平衡方程式和电机实际转速实时调控关断角度，由式(4)可得，开关磁阻电机此时对外输出负转矩。
[0077] 当选择动力电池B作为调速供电电源时，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J1导通，常开型固态继电器J2关断，此时以A相为例分析所用集成式功率变换器的调速运行工作原理及控制方式。考虑到在调速运行模式下均衡各开关管的导通发热损耗以及提高系统的运行可靠性，在软斩波控制方式的基础上应用双极性运行控制方式，即在开关磁阻电机同一相的相邻的四个电周期内分别控制开关管Sa1、Sa2、Sa3、Sa4作为软斩波控制方式下的斩波管，其相应的开关状态示意图如图6所示。而在任一相的任一电周期内均对应着励磁、零压续流以及退磁三种运行状态。
[0078] 当选择车载太阳能光伏板PV作为调速供电电源时，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J2导通，常开型固态继电器J1关断。因为车载太阳能光伏板PV的输出功率受光照、温度等环境因素影响较大，所以车载太阳能光伏板PV在此选作电动汽车低速行驶及再生制动状态下的调速供电电源。此时所用集成式功率变换器控制开关磁阻电机各相在任一电周期内同样对应着励磁、零压续流以及退磁三种运行状态，而对各开关管的控制为在软斩波控制方式的基础上应用单极性运行控制方式，且每一相在运行过程中均需保证同一相的上桥臂开关管作为斩波管，下桥臂开关管作为位置管。
[0079] 当选择混合电源作为调速供电电源时，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J1和常开型固态继电器J2均导通。此时所用集成式变换器中各相之间独立运行，仍采用双极性驱动控制方式，以A相为例，其中开关管的开关状态与图6所示的开关状态示意图相同。与单电源供电模式所不同的是，混合电源供电能够提供更大的功率容量，进而满足开关磁阻电机运行于重负载场合。
[0080] 当该车载集成充馈电系统工作于静止充电模式下时，如图4所示，充电模式运行控制器可以通过控制常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J1及常开型固态继电器J2的导通或关断来选择交流电网或直流微电网经交直流充馈电插座对动力电池进行充电储能，或者通过控制所用集成式功率变换器相应开关管的导通使车载太阳能光伏板对动力电池进行充电储能，进而实现了多种方式灵活充电。同时，充电模式运行控制器将零转矩控制器与各种充电方式下的充电控制策略相结合，以此生成开关管的PWM控制信号，确保电动汽车在完全静止的条件下实施相应的充电控制策略；其中零转矩控制器通过开关磁阻电机特殊位置点处总转矩输出为零的特性来实现静止充电，即车载集成充馈电系统于充电模式开始的初始时刻，首先控制机械式离合器将开关磁阻电机转子空载旋转至A相定转子对齐位置处。
[0081] 当选择交流电源对动力电池进行充电时，交直流充馈电插座接入外部交流电网，在此可选单相交流电网接入或三相交流电网接入，如图2所示。
[0082] 当选择单相交流电网接入充馈电插座时，常开型固态继电器J1导通，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J2关断。此时，所用集成式变换器等价于两个无桥升压变换器并联连接后再级联升降压变换器(Buck‑Boost Converter)对动力电池进行充电，如图7所示。考虑到两个无桥升压变换器在普通并联运行的方式下，绕组中的输入电流纹波增大，电磁干扰严重，且电感电流可能出现断续，不利于功率因数校正(Power Factor Correction,简称PFC)功能的实现，因此控制两个无桥升压变换器以交错并联的方式运行，即同一开关周期内，一组开关管Sb1/Sc1和另一组开关管Sb3/Sc3的驱动信号占空比相同，但相位互差180度(半个开关周期)。以单相交流输入正半周期为例，在相同的占空比情况下，开关管Sc1先开通，开关管Sc3落后于开关管Sc1半个周期再开通，此时外部单相交流电网为绕组电感进行充电储能，当关断时刻到来时，开关管Sc1先于开关管Sc3半个开关周期关断，此时外部单相交流电网及绕组电感所储能量对母线电容C2进行充电储能。在单相交流输入负半周期中，其工作原理与正半周期相同，不同之处在于开关管控制信号施加于开关管Sb1、Sb3。在无桥交错并联升压变换器(Bridgeless Interleaved，简称BLIL)于单位功率因数下输出直流电压后，由A相绕组构成的升降压变换器对充电电压进行控制，如图7所示。在该升降压变换器中，开关管Sa2、Sa3具有相同占空比，其大小决定了该升降压变换器的升降压状态。此时，根据动力电池的充电状态(State of Charging，简称SOC)，后级DC/DC模块可选择恒压、恒流或恒功率输出三种控制方式对动力电池进行充电控制。
[0083] 当选择三相交流电网接入充馈电插座时，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J1导通，常开型固态继电器J2关断。此时，三相交流电经所用集成式变换器对动力电池进行充电等价于三相交流电通过两组并联连接的三相电压型桥式PWM整流电路对动力电池进行充电，如图8所示。
[0084] 当选择直流电源对动力电池进行充电时，充馈电插座接入外部直流微电网，常开型固态继电器J1导通，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J2关断，此时所用集成式变换器的充电等效拓扑结构与图7所示相同。与交流充电控制不同的是，直流电源在前级无桥交错并联电路中不存在负半周期的导通控制，即只输出开关管Sc1和Sc3的PWM控制信号来分别控制两条并联支路的导通时刻，实现对母线电容C2的升压储能。而后级的升降压变换器的运行原理及控制方式则与交流充电运行时相同。
[0085] 当选择车载太阳能光伏板对动力电池进行充电时，常开型固态继电器J2导通，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J1关断。此时通过控制所用集成式变换器中的任意一相绕组构成Buck‑Boost变换器即可实现对动力电池的升降压充电。结合图2所示的拓扑结构，以A相为例对其工作原理及控制方式分析如下：当开关管Sa1、Sa4同时导通时，太阳能光伏板为绕组充电储能；当选择降压充电模式时，开关管Sa1、Sa4同时关断，此时开关管的占空比决定了该变换器的升降压状态；另外当选择升压充电模式时，也可通过将开关管Sa1保持导通，开关管Sa4关断的方式实施充电控制。同时，在确定的光照强度和温度条件下，光伏单元存在最大输出功率运行点，为提升充电效率，如图4所示，在控制方式中加入最大功率点跟踪控制器。
[0086] 当该车载集成充馈电系统工作于静止馈电模式下时，如图5所示，馈电模式运行控制器可以通过控制常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J1及常开型固态继电器J2的导通或关断来选择由动力电池或车载太阳能光伏板经所用集成式功率变换器在适当的控制方式下对外输出交流电或直流电。同时，馈电模式运行控制器将零转矩控制器与各种馈电控制策略相结合，以此生成开关管的PWM控制信号，确保电动汽车在完全静止的条件下实施相应的馈电控制模式；其中零转矩控制器通过开关磁阻电机特殊位置点处总转矩输出为零的特性来实现静止馈电，即车载集成充馈电系统于馈电模式开始的初始时刻，首先控制机械式离合器将开关磁阻电机转子空载旋转至A相定转子对齐位置处。
[0087] 当选择动力电池对外输出单相交流电或直流电时，所提集成式功率变换器具有两种具体的馈电模式即小功率升降压馈电模式和大功率降压馈电模式，其中降压放电以动力电池的额定电压为对比参考电压，即选择大功率对外放电时，外部经交直流充馈电插座所获得的电压值要低于动力电池的额定电压。
[0088] 当选择小功率升降压馈电模式时，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J1和常开型固态继电器J2均关断，如图9—图10所示。在该模式下，动力电池的输出电压首先通过由A相绕组构成的升降压变换器进行升压，其次再经B相绕组构成的单相电压型桥式电路对外输出电能。在此过程中，控制器通过控制单相电压型桥式电路工作于逆变或整流状态，即可实现动力电池对外输出高于动力电池额定电压的单相交流电或直流电。
[0089] 当选择大功率降压放电模式时，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J1导通，常开型固态继电器J2关断，如图11所示。在该模式下，等效馈电电路由B相电压型桥式逆变器的第一组桥臂及C相电压型桥式逆变器的第一组桥臂组成的单相电压型桥式电路与由B相电压型桥式逆变器的第二组桥臂及C相电压型桥式逆变器的第二组桥臂组成的单相电压型桥式电路相并联而得。同样地，控制器通过控制两组单相电压型桥式电路工作于逆变或整流状态，即可实现动力电池对外输出单相交流电或直流电。虽然该模式下外部所获电压值低于动力电池额定电压，但是其等效馈电电路为两组单相电压型桥式电路相并联，进而提高了馈电电路的输出功率。当外部所需电压有效值小于动力电池额定电压且所需功率较大时，可采用此方式控制动力电池对外输出电能。
[0090] 当选择动力电池对外输出三相交流电时，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J1导通，常开型固态继电器J2关断，等效馈电电路如图8所示，其与三相交流充电模式下具有相同的拓扑结构，不同之处在于，在该馈电模式下，控制器控制该等效充馈电变换器中所包含的两组并联连接的三相电压型桥式电路工作于逆变状态，从而实现动力电池对外输出三相交流电。
[0091] 当选择车载太阳能光伏板对外放电时，常闭型固态继电器J0、常开型固态继电器J2导通，常开型固态继电器J1关断。在该模式下，由B相电压型桥式逆变器的第一组桥臂及C相电压型桥式逆变器的第一组桥臂组成的单相电压型桥式电路的输入电压为车载太阳能光伏板的端电压Upv，由B相电压型桥式逆变器的第二组桥臂及C相电压型桥式逆变器的第二组桥臂组成的单相电压型桥式电路的输入电压为动力电池端电压Ub。当Ub大于Upv时，控制器可以通过控制两组并联连接的单相电压型桥式电路工作于逆变或整流状态，实现对外输出单相交流电或直流电。当Ub小于Upv时，控制器一方面通过控制由A相绕组构成的升降压变换器为动力电池充电，另一方面控制由B相电压型桥式逆变器的第一组桥臂及C相电压型桥式逆变器的第一组桥臂组成的单相电压型桥式电路对外输出电能。因此，在该模式下，根据动力电池的能量状态可选择两种放电模式，模式一为太阳能光伏板和动力电池共同对外输出电能，模式二为太阳能光伏板一方面为动力电池充电，另一方面经交直流充馈电插头对外输出电能。
[0092] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0093] 本发明未尽事宜为公知技术。
