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Title:
DRIVE AND CHARGING INTEGRATED CONTROL METHOD FOR ELECTRIC VEHICLE, AND ELECTRIC VEHICLE USING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/011656
Kind Code:
A1
Abstract:
A drive and charging integrated control method for an electric vehicle, and an electric vehicle using the control method. In the electric vehicle, a drive function and a charging function are achieved through a topological system structure of the same hardware. The electric vehicle comprises a high-voltage battery, an inverter and a motor, wherein when the electric vehicle is in a drive state, a high-voltage current output by the high-voltage battery is converted into a three-phase alternating current by the forward operation control of the inverter and is then output to the motor, so as to drive the motor to operate; and when the electric vehicle is in a charging state, an external three-phase alternating current is input to the motor, is then input to the inverter through a coil winding of the motor, and is converted into a direct current by the reverse operation control of the inverter to charge the high-voltage battery. The high-voltage battery is charged by means of the coil winding, serving as charging inductance, of the motor and by means of the reverse operation of a motor driving system which is the inverter. In the charging state, the coil winding of the motor is used as a charging inductor to change the inverter into a charger, the structure is simpler, the control is easy and convenient, the size is compact, the cost is low, the charging capability at full-power driving is achieved, the charging speed is high, and the efficiency is high.

Inventors:
HUANG FENGTAI (CN)
Application Number:
PCT/CN2014/082999
Publication Date:
January 28, 2016
Filing Date:
July 25, 2014
Export Citation:
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Assignee:
ZHONGSHAN BROAD OCEAN MOTOR CO (CN)
International Classes:
B60L15/20; H02J7/02
Foreign References:
CN102386666A2012-03-21
CN104092273A2014-10-08
CN102651631A2012-08-29
CN202142879U2012-02-08
US20130271077A12013-10-17
Attorney, Agent or Firm:
ZHONGSHAN HANTONG INTELLECTUAL PROPERTY AGENCY (GENERAL PARTNERSHIP) (CN)
中山市汉通知识产权代理事务所(普通合伙) (CN)
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Claims:
权利要求

1、 电动汽车驱动与充电集成控制方法,所述的电动汽车包括高压电池、 逆 变器和至少含有 3相线圈绕组的电机,其特征在于:

当电动汽车处于驱动状态,高压电池输出的高压直流电通过逆变器正向操作 控制转换成 3相交流电输出到电机,驱动电机运转;

当电动汽车处于充电状态,外部 3相交流电经过 3个充电电感器输入到逆变 器,通过逆变器反向操作控制转换成直流电对高压电池进行充电。

2、根据权利要求 1所述的电动汽车驱动与充电集成控制方法 ,其特征在于: 所述的 3个充电电感器是由电机的 3相线圈绕组组成,利用电机的线圈绕组作 为充电电感器。

3、根据权利要求 1或 2所述的电动汽车驱动与充电集成控制方法,其特征 在于:所述的逆变器正向操作控制是指通过检测电机线圈绕组的相电流和转子 位置对 3相电机的电流进行控制驱动电机的转子运转;所述的反向操作控制是 指检测电机线圈绕组的电流、 夕卜部 3相交流电的端电压使外部 3相交流电转换 成直流电对高压电池进行充电。

4、根据权利要求 3所述的电动汽车驱动与充电集成控制方法 ,其特征在于: 电机的线圈绕组的相数是 3N , N是整数。

5、根据权利要求 4所述的电动汽车驱动与充电集成控制方法 ,其特征在于: 逆变器的个数是 N个,每个逆变器对应连接电机的 3个线圈绕组。

6、一种利用权利要求 1所述的电动汽车驱动与充电集成控制方法的电动汽 车,包括高压电池、 逆变器和电机,所述的电机包括定子组件和转子组件,定 子组件里面含有若干相线圈绕组,高压电池与逆变器连接,其特征在于:电动 汽车处于驱动状态,高压电池通过逆变器连接电机的线圈绕组, 高压电池输出 的高压直流电通过逆变器正向操作控制转换成交流电输出到电机,驱动电机运 转牵引电动车;电动汽车处于充电状态,夕卜部 3相交流电通过输入连接器连接 到逆变器,利用逆变器作为充电器,夕卜部 3相交流电通过逆变器反向操作控制 转换成高压直流电对高压电池进行充电。

7、 根据权利要求 6所述的电动汽车,其特征在于:夕卜部 3相交流电先连 接到电机的线圈绕组,电机的线圈绕组再与逆变器连接,利用电机的线圈绕组 作为充电电感器。

8、根据权利要求 7所述的电动汽车,其特征在于:用来输入 3相交流电的 输入连接器后面连接三相开关控制盒,其中电机连接在逆变器与三相开关控制 盒之间;当电动汽车处于驱动状态,电机的线圈绕组的一端与逆变器连接,通 过对三相开关控制盒的控制使线圈绕组另一端短路连接起来;当电动汽车处于 充电状态,电机的线圈绕组一端与逆变器连接,通过对三相开关控制盒的控制 使线圈绕组的另一端与输入连接器连接,外部 3相交流电通过电机的线圈绕组 , 然后进入逆变器。

9、 根据权利要求 6或 7或 8所述的电动汽车,其特征在于:电机的线圈绕 组的相数是 3N , N是整数。

10、 根据权利要求 9所述的电动汽车,其特征在于:所述的逆变器具有 N 个 ,每个逆变器与电机的 3相线圈绕组连接。

11、 根据根据权利要求 10所述的电动汽车,其特征在于:所述的 Ν = 3 , 即电机是 9相电机,逆变器具有 3个 ,每 3相线圈绕组一端短路连接起来并连 接外部 1相交流电,另一端连接一个逆变器。

12、 根据权利要求 6或 7或 8所述的电动汽车,其特征在于:所述的逆变 器包括微处理器单元、 驱动电路单元、 IGBT模块和检测电路,检测电路检测电 机运行参数并送到微处理器单元,微处理器单元输出控制信号到驱动电路单元 , 驱动电路单元控制 IGBT模块,以便控制电机的 3N相线圈绕组正常换相。

13、 根据权利要求 6或 7或 8所述的电动汽车,其特征在于:所述的逆 变器正向操作控制是指通过检测电机线圈绕组的相电流和转子位置对 3相电机 的电流进行控制驱动电机的转子运转;所述的反向操作控制是指检测电机线圈 绕组的电流、 夕卜部 3相交流电的端电压使外部 3相交流电转换成直流电对高压 电池进行充电。

14、 根据权利要求 8所述的电动汽车,其特征在于:三相开关控制盒包括 有机械开关 J K ,当电动汽车处于驱动状态,电机的线圈绕组的一端与逆变器连 接,机械开关 JK闭合使线圈绕组另一端短路连接起来;当电动汽车处于充电状 态,线圈绕组的另一端与输入连接器连接,夕卜部 3相交流电通过电机的线圈绕 组,然后进入逆变器,通过对三相开关控制盒的控制,使机械开关」Κ断开,线 圈绕组另一端不能短路连接起来。

15、根据权利要求 14所述的电动汽车,其特征在于:三相开关控制盒连接 有管理控制单元,管理控制单元检测三相开关控制盒是否接入夕卜部 3相交流供 电电源,管理控制单元与逆变器连接通信;

当管理控制单元检测三相开关控制盒没有接入外部 3相交流电,管理控制 单元通知逆变器 -—电动汽车处于驱动状态,管理控制单元对三相开关控制盒的 控制使电机的 3相线圈绕组的短路连接起来,高压电池输出的高压直流电通过 逆变器正向操作控制转换成 3相交流电输出到电机,驱动电机运转;

当管理控制单元检测三相开关控制盒接入外部 3相交流电,管理控制单元通 知逆变器-—电动汽车处于充电状态,通过对三相开关控制盒的控制使电机的 3 相线圈绕组与外部 3相交流供电电源连接,夕卜部 3相交流供电电源通过逆变器 反向操作控制转换成高压直流电对高压电池进行充电。

16、根据权利要求 15所述的电动汽车,其特征在于:高压电池还连接有电 池管理系统 BMS ,电池管理系统 BMS与逆变器连接通信。

17、 根据权利要求 8所述的电动汽车,其特征在于:所述的三相开关控制 盒包括 3个开关 ,3个开关可以分别把电机的 3相绕组的一端互相断开或者互相 短接, 3个开关是机械开关实现。

18、 根据权利要求 17所述的电动汽车,其特征在于:所述 3个开关是电 磁继电接触器。

19、根据权利要求 8所述的电动汽车,其特征在于:所述的三相开关控制盒 包括 3个开关。 3个开关可以分别把电机的 3相绕组的一端互相断开或者互相 短接, 3个开关可以由电子开关实现。

20、根据权利要求 19所述的电动汽车 ,其特征在于:所述的电子开关是 IGBT 模块,所述的 IGBT模块包括 6个 IGBT组成,每 2个 IGBT组合成一个开关, 每组的 2个 IGBT发射极连接起来,每组的 2个 IGBT的集电极一端连接外部 1 相交流供电电源 ,另一端的 IGBT的集电极与电机 3相绕组的引线连接 ,各 IGBT 的基极分别引出连接控制信号。

21、根据权利要求 13所述的电动汽车,其特征在于:管理控制单元包括变压 器、 电压传感器、整流电路以及 DC-DC电路,变压器连接到外部 3相交流供电 电源上获取电源信号,电源信号通过电压传感器检测后反馈输出,电源信号通 过整流电路以及 DC-DC电路输出一路充电唤醒信号到逆变器,输出另一路开关 控制信号到三相开关控制盒,逆变器返回开关控制信号到整流电路以及 DC-DC 电路。

Description:
电动汽车驱动与充电集成控制方法及其应用的 电动汽车 技术领域 :

本发明涉及电动汽车驱动与充电集成控制方法 及其应用的电动汽车。

背景技术 :

现有电动汽车用逆变器 ( INVERTER )进行驱动电机,利用高压电池输出的 高压直流电通过逆变器转换成 3相交流输出到电机,当高压电池电量较低时 需要对高压电池进行充电,否则无法驱动汽车 。 现有对高压电池进行充电的方 式主要包括如下两种:

第一种方式如图 1所示 相供电电源通过独立的充电器换成高压直流电 对 高压电池进行充电,这样明显增加了独立的充 电器,导致产品结构复杂,成本 偏高,另外这种充电器的运作原理是基于整流 ( Rectifier )的概念,即整流器 + 三相交错的 DC I DC的组合,充电效率较低,不能满足快速高效 电的要求。

第二种方式如图 2所示,利用逆变器 ( INVERTER )的部分元器件形成整流 器( Rectifier ) ,外加电感器利用单相交流电源对高压电池进 充电。当充电时 , 首先需要通过开关 K1切断逆变器与电机三相绕组之间的连接,单 供电电源通 过电感器 L与逆变器连接并通过整流器转换成高压直流 对高压电池进行充电, 这种结构见美国专利 US8441229(B2) ,这种方式,他们的拓扑结构是传统的 充电器的概念,即,整流器 +三相交错的 DC / DC;需要额外增加电感器 L ,体 积大,成本高,充电效率低,因为使用两阶段 的功率转换,即交流 AC-直流 DC- 交流 AC ,需要一个全新的充电器控制器包括 AC I DC和 DC / DC ,控制较为 发明内容 :

本发明的目的是提供电动汽车驱动与充电集成 控制方法及其应用的电动汽 车,利用三相电机驱动系统--即逆变器的反向 作,对高压电池进行充电,在充 电状态下,把逆变器变成充电器,结构更加简 单,控制简便体积紧凑,成本低 , 处于全功率驱动的充电能力,充电快速,效率 高。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的 :

电动汽车驱动与充电集成控制方法,所述的电 动汽车包括高压电池、 逆变 器和至少含有 3相线圈绕组的电机,其特征在于:当电动汽 处于驱动状态, 高压电池输出的高压直流电通过逆变器正向操 作控制转换成 3相交流电输出到 电机,驱动电机运转;当电动汽车处于充电状 态,夕卜部 3相交流电经过 3个充 电电感器输入到逆变器,通过逆变器反向操作 控制转换成直流电对高压电池进 行充电。

上述所述的 3个充电电感器是由电机的 3相线圈绕组组成,利用电机的线 圈绕组作为充电电感器,然后才进入到逆变器 。

上述所述的逆变器正向操作控制是指通过检测 电机线圈绕组的相电流和转 子位置对 3相电机的电流进行控制驱动电机的转子运转 所述的反向操作控制 是指检测电机线圈绕组的电流、 夕卜部 3相交流电的端电压使外部 3相交流电转 换成直流电对高压电池进行充电。

上述所述的电机的线圈绕组的相数是 3N , N是整数。

上述所述的逆变器的个数是 N个,每个逆变器对应连接电机的 3个线圈绕 组。

一种利用权利要求 1所述的电动汽车驱动与充电集成控制方法的 动汽车, 包括高压电池、 逆变器和电机,所述的电机包括定子组件和转 子组件,定子组 件里面含有若干相线圈绕组,高压电池与逆变 器连接,其特征在于:电动汽车 处于驱动状态,高压电池通过逆变器连接电机 的线圈绕组, 高压电池输出的高 压直流电通过逆变器正向操作控制转换成交流 电输出到电机,驱动电机运转牵 引电动车;电动汽车处于充电状态,夕卜部 3相交流电通过输入连接器连接到逆 变器,利用逆变器作为充电器,夕卜部 3相交流电通过逆变器反向操作控制转换 成高压直流电对高压电池进行充电。

上述所述的外部 3相交流电先连接到电机的线圈绕组,电机的 圈绕组再 与逆变器连接,利用电机的线圈绕组作为充电 电感器。

上述所述的用来输入 3相交流电的输入连接器后面连接三相开关控 盒, 其中电机连接在逆变器与三相开关控制盒之间 ;当电动汽车处于驱动状态,电 机的线圈绕组的一端与逆变器连接,通过对三 相开关控制盒的控制使线圈绕组 另一端短路连接起来;当电动汽车处于充电状 态,电机的线圈绕组一端与逆变 器连接,通过对三相开关控制盒的控制使线圈 绕组的另一端与输入连接器连接 , 外部 3相交流电通过电机的线圈绕组,然后进入逆 器。

上述所述的电机的线圈绕组的相数是 3Ν , Ν是整数。

上述所述的逆变器具有 Ν个 ,每个逆变器与电机的 3相线圈绕组连接。 上述所述的 Ν = 3 ,即电机是 9相电机,逆变器具有 3个 ,每 3相线圈绕 组一端短路连接起来并连接外部 1相交流电,另一端连接一个逆变器。

上述所述的逆变器包括微处理器单元、 驱动电路单元、 IGBT模块和检测电 路,检测电路检测电机运行参数并送到微处理 器单元,微处理器单元输出控制 信号到驱动电路单元,驱动电路单元控制 IGBT模块,以便控制电机的 3Ν相线 圈绕组正常换相。

所述的逆变器正向操作控制是指通过检测电机 线圈绕组的相电流和转子位 置对 3相电机的电流进行控制驱动电机的转子运转 所述的反向操作控制是指 检测电机线圈绕组的电流、 夕卜部 3相交流电的端电压使外部 3相交流电转换成 直流电对高压电池进行充电。。

三相开关控制盒包括有机械开关」Κ ,当电动汽车处于驱动状态,电机的线 圈绕组的一端与逆变器连接 ,机械开关」 K闭合使线圈绕组另一端短路连接起来; 当电动汽车处于充电状态,线圈绕组的另一端 与输入连接器连接,夕卜部 3相交 流电通过电机的线圈绕组,然后进入逆变器, 通过对三相开关控制盒的控制, 使机械开关」K断开,线圈绕组另一端不能短 连接起来。

上述所述的三相开关控制盒连接有管理控制单 元,管理控制单元检测三相 开关控制盒是否接入外部 3相交流供电电源,管理控制单元与逆变器连 通信; 当管理控制单元检测三相开关控制盒没有接入 外部 3相交流电,管理控制单元 通知逆变器 -—电动汽车处于驱动状态,管理控制单元对 相开关控制盒的控制 使电机的 3相线圈绕组的另一端短路连接起来,高压电 输出的高压直流电通 过逆变器正向操作控制转换成 3相交流电输出到电机,驱动电机运转;当管 控制单元检测三相开关控制盒接入外部 3相交流电,管理控制单元通知逆变器 —-电动汽车处于充电状态,通过对三相开关 制盒的控制使电机的 3相线圈绕 组与外部 3相交流供电电源连接,夕卜部 3相交流供电电源通过逆变器反向操作 控制转换成高压直流电对高压电池进行充电。

上述所述的高压电池还连接有电池管理系统 BMS ,电池管理系统 BMS与 逆变器连接通信。

上述所述的所述的三相开关控制盒包括 3个继电器开关及其集电器线圈驱 动电路。

上述所述的所述的三相开关控制盒包括 6个 IGBT组成,每 2个 IGBT组合 成一个开关 ,每组的 2个 IG BT发射极连接起来每组的 2个 IG BT中上方的 IG BT 的集电极连接外部 1相交流供电电源 ,下方的 IGBT的集电极与电机 3相绕组的 并联引线连接 '各 IGBT的基极分别引出连接控制信号。

上述所述的三相开关控制盒包括 3个开关 ,3个开关可以分别把电机的 3相 绕组的一端互相断开或者互相短接, 3个开关是机械开关实现。

上述所述 3个开关是电磁继电接触器。

上述所述的三相开关控制盒包括 3个开关。 3个开关可以分别把电机的 3相 绕组的一端互相断开或者互相短接, 3个开关可以由电子开关实现。

上述所述的电子开关是 IG BT模块 ,所述的 IG BT模块包括 6个 IG BT组成, 每 2个 IGBT组合成一个开关,每组的 2个 IGBT发射极连接起来,每组的 2个 IGBT的集电极一端连接外部 1相交流供电电源,另一端的 IGBT的集电极与电 机 3相绕组的引线连接,各 IGBT的基极分别引出连接控制信号

上述所述的管理控制单元包括变压器、 电压传感器、 整流电路以及 DC- DC 电路,变压器连接到外部 3相交流供电电源上获取电源信号,电源信号 过电 压传感器检测后反馈输出,电源信号通过整流 电路以及 DC-DC电路输出一路充 电唤醒信号到逆变器,输出另一路开关控制信 号到三相开关控制盒,逆变器返 回开关控制信号到整流电路以及 DC-DC电路。

本发明与现有技术相比,具有如下效果:

1 )当电动汽车处于充电状态,夕卜部 3相交流电输入到逆变器,通过逆变器 反向操作控制转换成直流电对高压电池进行充 电,这时候逆变器相当于一个充 电器,无需像传统汽车充电器一样外加独立充 电器或者充电电感器,体积小, 结构简单,成本低;

2 )本发明在充电状态下,逆变器相当于一个充 器使用,并非传统意见的 简单整流 +整流器 +三相交错的 DC / DC的概念,本发明是对三相电机驱动系统 -逆变器( INVERTER )的反向操作 ,结构更加简单 ,只需增加逆变器( INVERTER ) 反向操作的控制程序即可,控制非常简单,制 造成本更低;

3 )本发明是对三相电机驱动系统-逆变器 ( INVERTER )的反向操作,是对 外部 3相交流电进行 3相全功率充电,充电快速,效率高,充电能 远比传统 单相充电器或者通过二极管整流器进行三相充 电的效率高;

4 )本发明动汽车处于充电状态时,夕卜部 3相交流供电电源通过输入到电机 的线圈绕组,利用电机的线圈绕组和定子铁芯 组成电感器,无需外加充电电感 器,节省成本和体积,简化结构;

5 )本发明的电动汽车通过三相开关控制盒连接 部 3相交流供电电源,其 中:电机连接在逆变器与三相开关控制盒之间 或者三相开关控制盒连接在逆变 器与电机之间 ;当电动汽车处于驱动状态,通过对三相开关 控制盒的控制使电 机的 3相线圈绕组的一端与逆变器连接, 3相线圈绕组另一端短路连接起来,高 压电池输出的高压直流电通过逆变器正向操作 控制转换成 3相交流电输出到电 机,驱动电机运转;当电动汽车处于充电状态 ,通过对三相开关控制盒的控制 使电机的 3相线圈绕组一端与逆变器连接, 3相线圈绕组的另一端与外部 3相交流 供电电源连接,外部 3相交流供电电源通过逆变器反向操作控制转 成高压直流 电对高压电池进行充电,这样实现逆变器与充 电器之间的自动切换,操作简便;

5 )本发明的电动汽车的三相开关控制盒连接有 理控制单元,管理控制单 元检测三相开关控制盒是否接入外部 3相交流供电电源,管理控制单元与逆变器 连接通信,通过管理控制单元可以自动控制三 相开关控制盒的动作,并通知逆 变器当前处于驱动工作状态还是充电工作状态 ,以便逆变器切换恰当的控制模 式,控制简单合理;

6 )本发明的电动汽车可以采用 3个逆变器带 9相线圈绕组的电机,每 3相线 圈绕组通过一个逆变器驱动, 高压电池连接到逆变器的输入端,电机的 9相线 圈绕组连接到 3个逆变器的一端,电机的 9相线圈绕组的另一端连接外部 3相交流 供电电源;无需相开关控制盒,结构更加简单 ,成本更加低。

7 )三相开关控制盒包括有机械开关 J Κ ,当电动汽车处于驱动状态,电机的 线圈绕组的一端与逆变器连接,机械开关」 K闭合使线圈绕组另一端短路连接起 来;当电动汽车处于充电状态,线圈绕组的另 一端与输入连接器连接,夕卜部 3相 交流电通过电机的线圈绕组,然后进入逆变器 ,通过对三相开关控制盒的控制, 使机械开关 J K断开,线圈绕组另一端不能短路连接起来。 防止短路,安全性可 操作性更加好。

附图说明:

图 1是现有电动汽车驱动与充电集成控制其中一 方式的电路原理图; 图 2 是现有电动汽车驱动与充电集成控制另一 种方式的电路原理图; 图 3是本发明实施例一的电路原理图;

图 4是本发明逆变器的电路原理图;

图 5是本发明实施例一中三相开关控制盒采用机 开关的一种电气原理图; 图 6是本发明实施例一中三相开关控制盒采用电 开关的一种电气原理图; 图,是本发明实施例一充电状态的电气连接图 ;

8 是本发明管理控制单元的电路原理图; 图 9是本发明实施例二的电路原理图;

图 10是实施例二中 3个逆变器与电机之间的连接电路图;

图 11是本发明的逆变器反向操作控制的原理示意 ;

图 12是本发明处于充电时,流过电机各相绕组电 的波形图;

图 13是本发明的实施例四至实施例十一的连接示 图。

具体实施方式:

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进 一步详细的描述。

实施例一 :如图 3所示,本发明是一种电动汽车,包括高压电 、 逆变器 和电机,所述的电机包括定子组件和转子组件 ,定子组件里面含有 3相线圈绕 组,高压电池与逆变器连接,它还包括三相开 关控制盒,三相开关控制盒连接 3 相交流电的输入连接器,输入连接器输入外部 3相交流电,其中电机连接在逆 变器与三相开关控制盒之间, 3相交流电输入连接器连接在充电站的充电插 中, 3相交流的市电电源经过 3相变压器进入充电插座中;

当电动汽车处于驱动状态,电机的 3相线圈绕组的一端与逆变器连接,通 过对三相开关控制盒的控制使 3相线圈绕组另一端短路连接起来,高压电池 出的高压直流电通过逆变器正向操作控制转换 成 3相交流电输出到电机,驱动 电机运转;

如图 3、 图 7所示,当电动汽车处于充电状态,电机的 3相线圈绕组一端 与逆变器连接,通过对三相开关控制盒的控制 使 3相线圈绕组的另一端与 3相 交流电输入连接器连接,夕卜部 3相交流电通过电机的 3相线圈绕组,利用电机 的 3相线圈绕组作为充电电感,然后进入逆变器 利用逆变器反向操作控制转 换成高压直流电对高压电池进行充电。

如图 4所示,逆变器包括微处理器单元、 驱动电路单元、 IGBT模块和检测 电路,检测电路检测电机运行参数并送到微处 理器单元,微处理器单元输出控 制信号到驱动电路单元,驱动电路单元控制 IGBT模块,以便控制电机的 3相线 圈绕组正常换相。 所述的 IGBT模块由 6个电子开关管 Ql、 Q2、 Q3、 Q4、 Q5、 Q6组成 3个桥臂,每个桥臂分别连接电机的一相线圈 组(U、 V、 W )。 所述的逆变器正向操作控制是通过检测电机绕 组的电流和转子位置参数对 电机的各相绕组进行换相的操作,实现高压直 流电转换成 3相交流电。 检测电 路检测电机绕组和转子位置参数并送到微处理 器单元,微处理器单元根据电机 绕组的电流和转子位置参数输出等 6路 PWM信号到驱动电路单元,驱动电路 单元控制电子开关管 Ql、 Q2、 Q3、 Q4、 Q5、 Q6的打开或者断开。 逆变器正 向操作-—即作为永磁电机的换相驱动部件在 科书或者专利文献已经详细披 露,在这里没有必要详细叙述,转子位置参数 的测量通常用旋转变压器来实现 , 检测电机绕组的电流用电流传感器可以实现。

所述的所述的反向操作控制是指检测电机线圈 绕组的电流、 夕卜部 3相交流 电的端电压使外部 3相交流电转换成直流电对高压电池进行充电 。 同样的,检 测电路检测电机绕组的电流和外部 3相交流电的端电压并送到微处理器单元, 微处理器单元根据电机绕组的电流和外部 3相交流电的端电压,微处理器单元 输出等 6路 PWM信号到驱动电路单元,驱动电路单元控制电 子开关管 Ql、 Q2、 Q3、 Q4、 Q5、 Q6轮流导通,使高压直流电从电子开关管经过 对高压 电池进行充电。 通过在逆变器里面建立一个反向充电的控制程 序就可以,换言 之,反向充电的控制程序不同于正向操作控制 程序。

如图 3所示,三相开关控制盒连接有管理控制单元 管理控制单元检测三 相开关控制盒是否接入外部 3相交流供电电源,管理控制单元与逆变器连 通 信;当管理控制单元检测三相开关控制盒没有 接入外部 3相交流电,管理控制 单元通知逆变器 -—电动汽车处于驱动状态,管理控制单元对 相开关控制盒的 控制使电机的 3相线圈绕组的另一端短路李连接起来,高压 池输出的高压直 流电通过逆变器正向操作控制转换成 3相交流电输出到电机,驱动电机运转; 当管理控制单元检测三相开关控制盒接入外部 3相交流电,管理控制单元通知 逆变器 -—电动汽车处于充电状态,通过对三相开关 制盒的控制使电机的 3相 线圈绕组与外部 3相交流供电电源连接,夕卜部 3相交流供电电源通过逆变器反 向操作控制转换成高压直流电对高压电池进行 充电。

高压电池还连接有电池管理系统 BMS ,电池管理系统 BMS与逆变器连接 通信。

如图 5所示,所述的三相开关控制盒包括有机械开 JK ,当电动汽车处于 驱动状态,电机的线圈绕组的一端与逆变器连 接,机械开关 JK闭合使线圈绕组 另一端短路连接起来;当电动汽车处于充电状 态,线圈绕组的另一端与输入连 接器连接,夕卜部 3相交流电通过电机的线圈绕组,然后进入逆 器,通过对三 相开关控制盒的控制,使机械开关」Κ断开, 圈绕组另一端不能短路连接起来。 为了操作的逆变器在驱动模式和充电模式之间 切换更加安全可靠, 外部 3相 交流电源电压的信息需要监控 /测量, 如图 8所示。

A) 驱动方式开始前: ·逆变器 PWM处于关闭状态, 外部 3相交流电的输入连接 器在车辆侧, 输入连接器不应该有电压, 否则, 检测到输入连接器接入外部 3相 交流电, 车不能开动; 另外,通过对三相开关控制盒的控制使机械开 关」Κ闭合, 线圈绕组另一端短路连接起来,符合遵循正常 的车辆驱动启动顺序。

B ) 在开始充电模式: _ HV电池应连接到逆变器, 所有电动汽车需要测量是否连 接, .逆变器 PWM处于关闭状态, 此时通过对三相开关控制盒的控制,使机械 开关 JK断开,线圈绕组的另一端与输入连接器连接 夕卜部 3相交流电通过电机 的线圈绕组,然后进入逆变器.外部 3相交流电的输入连接器, 终端应该有电压, 如图 8所示,如果不是,外部 3相交流电未连接; ·交流电源反馈信号,如图 8所示, 在充电模式;电动汽车用于驱动控制_的旋转 压器信号将外部 3相交流电的端电 压信号代替。

如图 6所示,所述的三相开关控制盒采用电子开关 包括 6个 IGBT组成, 每 2个 IGBT组合成一个开关,每组的 2个 IGBT发射极连接起来,每组的 2个 IGBT中上方的 IGBT的集电极连接外部 1相交流供电电源 ,下方的 IGBT的集电 极与电机 3相绕组的并联引线连接 ,各 IGBT的基极分别引出连接控制信号 C2。 , 在 3相交流电的输入连接器的后面可以选择增加 个电源开关,电源开关是触 点常开的机械开关。

如图 8所示 ,管理控制单元包括变压器、电压传感器、整 电路以及 DC-DC 电路,变压器连接到夕卜部 3相交流供电电源上获取电源信号 C4 ,电源信号 C4 通过电压传感器检测后反馈输出,电源信号 c4通过整流电路以及 DC-DC电路 输出一路充电唤醒信号 C5到逆变器,输出另一路开关控制信号 C3到三相开关 控制盒,逆变器返回开关控制信号 N到整流电路以及 DC-DC电路。 所述的变 压器是 380V/12V变压器。 实施例二:如图 9所示,本发明是一种电动汽车,包括高压电 、 3个逆 变器和电机,所述的电机包括定子组件和转子 组件,定子组件里面含有 9相线 圈绕组,每 3相线圈绕组通过一个逆变器驱动,高压电池 接到逆变器的输入 端,电机的 9相线圈绕组连接到 3个逆变器的一端,电机的 9相线圈绕组的另 一端连接外部 3相交流供电电源;

如图 10所示,定子组件里面含有 9相线圈绕组,每 3相线圈绕组通过一个 逆变器驱动,与同一逆变器连接的 3相线圈绕组的一端短路连接后连接 3相交 流电的一相交流输入, 3相交流电输入连接器输入外部 3相交流电,高压电池还 连接有电池管理系统 BMS ,电池管理系统 BMS与 3个逆变器连接通信,逆变 器连接管理控制单元,管理控制单元检测是否 接入外部 3相交供电;

图中有 3个逆变器 (即第一逆变器、 第二逆变器和第三逆变器 ) ,每个逆变 器与电机中的 3相线圈绕组形成一个电机单元 (电机 1、 电机 2和电机 3 ) ,当 处于驱动状态,每个逆变器各自驱动控制 3相线圈绕,当处于充电状态,每一 相交流电输入到 3相相线圈绕,然后进入一个逆变器,逆变器 据该相交流电 输入的状态进行反向操作控制转换成高压直流 电对高压电池进行充电,这样的 连接可以省略三相开关控制盒,节省成本。

如图 4所示,每个逆变器包括微处理器单元、 驱动电路单元、 IGBT模块和 检测电路,检测电路检测电机运行参数并送到 微处理器单元,微处理器单元输 出控制信号到驱动电路单元,驱动电路单元控 制 IGBT模块,以便控制电机的 3 相线圈绕组正常换相,所述的逆变器正向操作 控制是指通过检测电机线圈绕组 的相电流和转子位置对 3相电机的电流进行控制驱动电机的转子运转 所述的 反向操作控制是指检测电机线圈绕组的电流、 外部 3相交流电的端电压使外部 3 相交流电转换成直流电对高压电池进行充电。 下面简述逆变器反向操作控制是指对电机的各 相绕组进行换相的操作, 如 图 11、 图 12所示,通过电机每相线圈绕组( U、 V、 W )的电流互感器或者电 流传感器 sensor检测各相电机线圈绕组电流状况,众所周 知,输入的三相交流 电 AC POWER是正弦波的电流且相互相差 120度电角度,分别包括 A相 、 B相和 C相,电流互感器或者电流传感器 sensor检测各相电机线圈绕组的相电 流和外部 3相交流电的端电压,并通过 A/D转换输送到微处理器;微处理器单 元输出 Pl、 P2、 P3、 P4、 P5、 P6等 6路 PWM信号到驱动电路单元,驱动 电路单元控制电子开关管 Ql、 Q2、 Q3、 Q4、 Q5、 Q6轮流导通,使高压直流 电从电子开关管经过并对高压电池进行充电, 微处理器单元当检测到 U相线圈 绕组处于正半周时,打开电子开关管 Q1 ,处于负半周时,打开电子开关管 Q2; 微处理器单元当检测到 V相线圈绕组处于正半周时,打开电子开关管 Q3 ,处于 负半周时,打开电子开关管 Q4;微处理器单元当检测到 W相线圈绕组处于正 半周时,打开电子开关管 Q5 ,处于负半周时,打开电子开关管 Q6。 这种逆变 器反向操作控制充电与传统的二极管整流的主 要优点是:二级管整流,发热较 为厉害,损失能量多,不高效;本发明的逆变 器反向操作控制充电,只是对子 开关的闭合,损耗小,效率高,充电快捷。另 卜部 3相交流电的端电压信号 C5 送到逆变器里面的微处理器,微处理器根据外 部 3相交流电的端电压相位和各 相电机线圈绕组的相电流的相位进行反向操作 控制。 实施例三:

一种电动汽车驱动与充电集成控制方法,所述 的电动汽车包括高压电池、 逆变器和电机,当电动汽车处于驱动状态,高 压电池输出的高压直流电通过逆 变器正向操作控制转换成 3相交流电输出到电机,驱动电机运转;当电 汽车 处于充电状态,夕卜部 3相交流电经过 3个充电电感器输入到逆变器,通过逆变 器反向操作控制转换成直流电对高压电池进行 充电。

所述的 3个充电电感器是由电机的 3相线圈绕组组成,利用电机的线圈绕 组作为充电电感器。 所述的所述的逆变器正向操作控制是指通过检 测电机线圈绕组的相电流和 转子位置对 3相电机的电流进行控制驱动电机的转子运转 所述的反向操作控 制是指检测电机线圈绕组的电流、 夕卜部 3相交流电的端电压使外部 3相交流电 转换成直流电对高压电池进行充电。

所述的电机的线圈绕组的相数是 3N , N是整数。

所述的逆变器的个数是 N个,每个逆变器对应连接电机的 3个线圈绕组。 实施例四至实施例十一: 如图 13所示,利用该图,我们可以得到多种的 实施方式:图中有 3相交流电输入 A、 B、 C ,位于图 3的充电插座中;电机中 有 9相的线圈绕组 Ll、 L2、 L3、 L4、 L5、 L6、 L7、 L8和 L9 ,高压电池和逆变 器,具有 9个充电触点 1-1、 1-2、 1-3、 1-4、 1-5、 1-6、 1-7、 1-8、 1-9和 9 个驱动触点 2-1、 2-2、 2-3、 2-4、 2-5、 2-6、 2-7、 2-8、 2-9;具有切换的继 电器开关 JK ,控制继电器开关 JK断开和闭合的驱动电路,主要包括三极管 Q0 和继电器线圈 L。 9个充电触点 1-1、 1-2、 1-3、 1-4、 1-5、 1-6、 1-7、 1-8、 1-9相当于图 3的输入连接器。

下面是我的通用配置概念。 当它的驱动触点闭合,交流电源应断开与电机 线圈绕组的连接,当它的充电触点与交流电源 连接时,断开驱动触点。总共有 7 个可能的配置,见下表。

- ) 组成一个三相电机:充电触点 1-1、 1-2、 1-3分别与 3相交流电输入 A、 B、 C相连接;当在驱动状态下,驱动触点 2-1 , 2-2 , 2-3短接起来。

二)组成两个平行的三相异步电动机:充电触 点 1-1和 1-4与 3相交流电 输入 A相连接,充电触点 1-2和 1-5与 3相交流电输入 B相连接,充电触点

1- 3和 1-6与 3相交流电输入 C相连接;当在驱动状态下,驱动触点 2-1 , 2-2 ,

2- 3短路接起来,驱动触点 2-4 , 2-5 ,和 2-6短路接起来。

三;)组成一个六相电机:充电触点 1-1和 1-4与 3相交流电输入 A相连接, 充电触点 1-2和 1-5与 3相交流电输入 B相连接,充电触点 1-3和 1-6与 3相 交流电输入 C相连接;当在驱动状态下,驱动触点 2-1 , 2-2 , 2-3、 2-4 , 2-5 , 和 2-6短路接起来。

四)组成三个平行的三相异步电动机:充电触 点 1-1 , 1-2和 1-3与 3相交 流电输入 A相连接,充电触点 1-4 , 1-5和 1-6与 3相交流电输入 B相连接, 充电触点 1-7 , 1-8和 1-9与 3相交流电输入 C相连接;当在驱动状态下,驱 动触点 2-1 , 2-2 , 2-3短路接起来,驱动触点 2-4 , 2-5 ,和 2-6短路接起来, 驱动触点 2-7 , 2-8 ,和 2-9短路接起来。

五)组成三个平行的三相异步电动机(选项 2 ):

充电触点 1-1 , 1-4和 1-7与 3相交流电输入 A相连接,充电触点 1-2 , 1-5和 1-8与 3相交流电输入 B相连接,充电触点 1-3 , 1-6和 1-9与 3相交 流电输入 C相连接;当在驱动状态下,驱动触点 2-1 , 2-2 , 2-3短路接起来, 驱动触点 2-4 , 2-5 ,和 2-6短路接起来,驱动触点 2-7 , 2-8 ,和 2-9短路接 起来。

六)组成一个九相电机(选项 1 ):

充电触点 1-1 , 1-2和 1-3与 3相交流电输入 A相连接,充电触点 1-4 , 1-5和 1-6与 3相交流电输入 B相连接,充电触点 1-7 , 1-8和 1-9与 3相交 流电输入 C相连接;当在驱动状态下,驱动触点 ·2-1 , 2-2 , 2-3 , 2-4 , 2-5 , 2-6 , 2-7 , 2-8 ,和 2-9短路接起来。

七)组成一个九相电机(选项 2 ):

充电触点 1-1 , 1-4和 1-7与 3相交流电输入 Α相连接,充电触点 1-2 ,

1- 5和 1-8与 3相交流电输入 B相连接,充电触点 1-3 , 1-6和 1-9与 3相交 流电输入 C相连接;当在驱动状态下,驱动触点 ·2-1 , 2-2 , 2-3 , 2-4 , 2-5 ,

2- 6 , 2-7 , 2-8 ,和 2-9短路接起来。

八)组成一个 5相电机,充电触点 1-1和 1-4与 3相交流电输入 Α相连接, 充电触点 1-2和 1-5与 3相交流电输入 B相连接,充电触点 1-3与 3相交流电 输入 C相连接;当在驱动状态下,驱动触点 2-1 , 2-2 , 2-3、 2-4 , 2-5短路接 起来。 当电动汽车处于驱动状态,高压电池输出的高 压直流电通过逆变器正向 操作控制转换成 3相交流电输出到电机,驱动相电机运转; 当电动汽车处于充 电状态,夕卜部 3相交流电输入到逆变器,通过逆变器反向操 控制转换成直流 电对高压电池进行充电。