CN101860320A - 具有充电功能的电动汽车电机控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有充电功能的电动汽车电机控制电路，包括直流电源接入端、直流电压电流感应装置、三相桥式逆变电路、交流电流感应装置、第一开关、电机接入端以及控制器，直流电源接入端通过直流电压电流感应装置连接三相桥式逆变电路的直流侧，三相桥式逆变电路的交流侧通过交流电流感应装置和第一开关连接电机接入端，其中，该电机控制电路还包括三相交流电接入端和第二开关，三相交流电接入端通过第二开关连接三相桥式逆变电路的交流侧。采用了该发明的具有充电功能的电动汽车电机控制电路，其可以分别作为逆变电路或充电电路，实现对电动汽车中逆变器和充电机的整合，从而简化了设计，减少了生产成本。

Description

具有充电功能的电动汽车电机控制电路
技术领域
本发明涉及电路结构领域，特别涉及汽车电机的控制电路结构领域，具体是指一种具有充电功能的电动汽车电机控制电路。
背景技术
随着环保意识的深入人心，电动汽车越来越受到消费者的青睐。相较于传统的燃油汽车，电动汽车具有零排放，无污染，能量利用率高，节能环保等优点。目前的纯电动汽车通常采用蓄电池作为驱动能源，通过逆变器将蓄电池的电能传送至电机中，实现能量的转换，从而驱动汽车。其中逆变器通过电机控制器进行控制，以满足驾驶者对电动汽车速度、转矩等要求。另一方面，当电池的电量下降并耗尽时，需要连接外部电网对蓄电池进行充电。而电网供电采用的是50Hz工频交流电，而且电压固定不可调。因此电动汽车还需要通过充电机将电网的交流电转换成能够对蓄电池进行充电的直流电，才能充电。由此可见，对于电动汽车来说，必须同时具有逆变器和充电机。
其缺点在于，由于逆变器和充电机的工作原理恰好相反，因此两者的电路拓扑结构有着很大程度上的一致性，在同一电动汽车中设置两个电路拓扑结构基本相同装置，显然不利于产品的整合，提高了生产成本。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种整合了逆变器和充电机，能同时满足逆变与充电功能，减少生产成本，结构简单实用，应用范围广泛的具有充电功能的电动汽车电机控制电路。
为了实现上述的目的，本发明的具有充电功能的电动汽车电机控制电路具有如下构成：
该电路包括直流电源接入端、直流电压电流感应装置、三相桥式逆变电路、交流电流感应装置、第一开关、电机接入端以及控制器，其中，所述的直流电源接入端通过所述的直流电压电流感应装置连接所述的三相桥式逆变电路的直流侧，所述的三相桥式逆变电路的交流侧顺序通过所述的交流电流感应装置和第一开关连接所述的电机接入端，所述的控制器的输入端连接所述的直流电压电流感应装置和交流电流感应装置，其输出端连接所述的三相桥式逆变电路各桥臂的导通控制端，其主要特点是，所述的电机控制电路还包括三相交流电接入端和第二开关，所述的三相交流电接入端通过所述的第二开关连接所述的三相桥式逆变电路的交流侧。
该具有充电功能的电动汽车电机控制电路中，所述的第一开关与第二开关为择一选通的互锁开关。
该具有充电功能的电动汽车电机控制电路中，所述的控制器为脉宽调制控制器。所述的脉宽调制控制器还包括连接汽车转矩和转速信号采集端的通信接口。
该具有充电功能的电动汽车电机控制电路中，所述的电机控制电路还包括三相电感组，所述的三相电感组串接于所述的第二开关与所述的三相桥式逆变电路的交流侧之间。
该具有充电功能的电动汽车电机控制电路中，所述的直流电压电流感应装置包括与直流电源串联的直流电流传感器以及与直流电源并联的直流电压传感器，所述的交流电流感应装置包括分别串联于三相桥式逆变电路的交流侧的两相上的交流电流传感器，所述的直流电流传感器、直流电压传感器和交流电流传感器均信号连接所述的控制器的输入端。
该具有充电功能的电动汽车电机控制电路中，所述的电机控制电路还包括连接于所述的三相桥式逆变电路的直流侧的电容和预充电电路，所述的电容跨接于所述的直流电源接入端的两侧，所述的预充电电路串接于所述的直流电源接入端。
该具有充电功能的电动汽车电机控制电路中，当所述的电机控制电路中的第一开关连通，而第二开关关断时，所述的控制器可以为矢量控制脉宽调制控制器或直接转矩控制脉宽调制控制器。
该具有充电功能的电动汽车电机控制电路中，当所述的电机控制电路中的第二开关连通，而第一开关关断时，所述的控制器的电路结构中包括顺序串联的给定电压比较器、比例积分调节器、正弦信号乘法器、电阻乘法器、三相电压比较器和三角波调制器，一余弦信号乘法器和一感抗乘法器相串联且并联跨接于所述的正弦信号乘法器和电阻乘法器的两端，其中，所述的给定电压比较器包括给定直流电压信号输入端和实际直流电压信号输入端，所述的给定直流电压信号输入端连接预设的给定直流电压信号，所述的实际直流电压信号输入端连接所述的直流电压电流感应装置的直流电流传感器，所述的三相电压比较器包括电阻乘法器输入端、感抗乘法器输入端和三相电压信号输入端，所述的电阻乘法器输入端连接所述的电阻乘法器的输出端，所述的感抗乘法器输入端连接所述的感抗乘法器的输出端，所述的三相电压信号输入端连接所述的三相交流电。
所述的正弦信号乘法器的系数为sin(ωt+2K∏/3)，K＝0、1、2；所述的余弦信号乘法器的系数为cos(ωt+2K∏/3)，K＝0、1、2。
采用了该发明的具有充电功能的电动汽车电机控制电路，其通过第一开关与第二开关分别连接电机或外部交流电网，经由控制所述的第一开关与第二开关可以分别将该电路作为逆变电路或充电电路，实现对电动汽车中逆变器和充电机的整合，从而简化了设计，减少了生产成本。本发明结构简单实用，应用范围较为广泛。
附图说明
图1为本发明的具有充电功能的电动汽车电机控制电路的电路结构示意图。
图2为本发明连通第一开关的等效电路的电路结构示意图。
图3为本发明连通第二开关的等效电路的电路结构示意图。
图4为本发明连通第二开关时的控制器的电路示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图1所示，为本发明的具有充电功能的电动汽车电机控制电路的一种实施方式的电路结构示意图。
该电机控制电路包括直流电源接入端、直流电压电流感应装置、三相桥式逆变电路3、交流电流感应装置4、第一开关1、电机接入端以及控制器5。所述的直流电源接入端通过所述的直流电压电流感应装置连接所述的三相桥式逆变电路3的直流侧，所述的三相桥式逆变电路3的交流侧顺序通过所述的交流电流感应装置4和第一开关1连接所述的电机接入端，所述的控制器5的输入端连接所述的直流电压电流感应装置和交流电流感应装置4，其输出端连接所述的三相桥式逆变电路3各桥臂的导通控制端。所述的电机控制电路还包括三相交流电接入端和第二开关2，所述的三相交流电接入端通过所述的第二开关2连接所述的三相桥式逆变电路3的交流侧。
其中，所述的第一开关1与第二开关2为择一选通的互锁开关。所述的控制器5为脉宽调制控制器。该脉宽调制控制器还包括连接汽车转矩和转速信号采集端的通信接口6。
该具有充电功能的电动汽车电机控制电路中，还包括三相电感组7，所述的三相电感组7串接于所述的第二开关2与三相桥式逆变电路3的交流侧之间。
该具有充电功能的电动汽车电机控制电路中，所述的直流电压电流感应装置包括与直流电源串联的直流电流传感器8以及与直流电源并联的直流电压传感器9，所述的交流电流感应装置4包括分别串联于三相桥式逆变电路的交流侧的两相上的交流电流传感器，所述的直流电流传感器8、直流电压传感器9和交流电流传感装置4均信号连接所述的控制器5的输入端。
该具有充电功能的电动汽车电机控制电路中，所述的电机控制电路还包括连接于所述的三相桥式逆变电路的直流侧的电容10和预充电电路11，所述的电容10跨接于所述的直流电源接入端的两侧，所述的预充电电路11串接于所述的直流电源接入端。
该具有充电功能的电动汽车电机控制电路中，当所述的电机控制电路中的第一开关1连通，而第二开关2关断时，所述的控制器5可以为矢量控制脉宽调制控制器或直接转矩控制脉宽调制控制器。
该具有充电功能的电动汽车电机控制电路中，当所述的电机控制电路中的第二开关2连通，而第一开关1关断时，所述的控制器5的电路结构如图4所示，其中包括顺序串联的给定电压比较器、比例积分调节器、正弦信号乘法器、电阻乘法器、三相电压比较器和三角波调制器，一余弦信号乘法器和一感抗乘法器相串联且并联跨接于所述的正弦信号乘法器和电阻乘法器的两端，其中，所述的给定电压比较器包括给定直流电压信号输入端和实际直流电压信号输入端，所述的给定直流电压信号输入端连接预设的给定直流电压信号，所述的实际直流电压信号输入端连接所述的直流电压电流感应装置的直流电流传感器9，所述的三相电压比较器包括电阻乘法器输入端、感抗乘法器输入端和三相电压信号输入端，所述的电阻乘法器输入端连接所述的电阻乘法器的输出端，所述的感抗乘法器输入端连接所述的感抗乘法器的输出端，所述的三相电压信号输入端连接所述的三相交流电。所述的正弦信号乘法器的系数为sin(ωt+2K∏/3)，K＝0、1、2；所述的余弦信号乘法器的系数为cos(ωt+2K∏/3)，K＝0、1、2。
在本发明的应用中，根据第一开关1与第二开关2的连通和断开，该具有充电功能的电动汽车电机控制电路可以分别工作于逆变状态与充电状态。
当第一开关1闭合且第二开关2断开时，所述的具有充电功能的电动汽车电机控制电路的等效电路图如图2所示，其用以实现与传统电动汽车的逆变器相同的逆变功能。其中控制器5通过接受来自通信接口6的电动汽车的需求速度以及转矩指令，以及分别来自直流电压传感器8和直流电流传感器9的信号，通过矢量控制或者直接转矩控制等方法，向三相桥式逆变电路3输出脉宽调制信号，用以控制三相桥式逆变电路3交流侧的输出电压，从而实现对电动汽车电机的控制，最终达到对电动汽车进行控制的目的。
当第二开关2闭合且第一开关1断开时，所述的具有充电功能的电动汽车电机控制电路的等效电路图如图3所示，其用以实现与传统电动汽车的充电机相同的变压整流功能。
在该状态下，三相桥式整流电路(即三相桥式逆变电路)3的中心点都通过三相电感组7和交流电流传感装置4与外部交流电网的三相ABC相连接。该电路的拓扑结构是脉宽调制整流器(即脉宽调制控制器)5的工作拓扑结构，该工作结构的与传统的整流电路相比，传统的相控整流或者不可控整流方式其整流电路的输入电流滞后于电压，功率因素较低，而且输入电流中的谐波分量很大，会对电网造成较大的污染。而通过采用脉宽调制整流器5的电路结构，通过选择合适的工作方式，可以实现功率因素1的整流效果，同时对电网的谐波污染也大大减轻。
该脉宽调制控制器5的控制系统如图4所示，预先设定的直流电压给定信号ud *和实际的直流电压ud进行比较后送入PI调节器，PI调节器的输出为一直流电流指令信号id，id的大小和三相桥式整流电路3的交流输入电流的幅值成正比。稳态时，ud＝ud *，PI调节器的输入为0，其输出id和三相桥式整流电路3的负载电流(即电池充电电流)的大小相对应，即和三相桥式整流电路3交流输入电流的幅值相对应。在图4中，乘法器均为三相乘法器的简单表示。id分别乘以和a，b，c相三相相电压同相位的正弦信号sin(ωt+2K∏/3)，K＝0、1、2，再乘以电阻R就可以得到各相电流在电阻Rs上的压降URa、URb、URc；并列的乘法器则是乘以比a，b，c三相相电压相位超前π/2的余弦信号cos(ωt+2K∏/3)，K＝0、1、2，再乘以电感上的感抗XL，得到电感Ls上各相电流的压降ULa，ULb，ULc，各相的相电压ua、ub、uc分别减去所求得的URa、URb、URc和ULa，ULb，ULc，就可以得到所需的三相桥式整流电路3交流侧各相的相电压uA、uB、uC的信号，用该信号对三角波进行调制，可以得到控制三相桥式整流电路3的脉宽调制开关信号，得到需要的控制效果。
采用了该发明的具有充电功能的电动汽车电机控制电路，其通过第一开关与第二开关分别连接电机或外部交流电网，经由控制所述的第一开关与第二开关可以分别将该电路作为逆变电路或充电电路，实现对电动汽车中逆变器和充电机的整合，从而简化了设计，减少了生产成本。同时，利用本发明的具有充电功能的电动汽车电机控制电路对蓄电池充电，其采用脉宽调制整流器的电路结构，可以实现功率因素1的整流效果，同时对电网的谐波污染也大大减轻。本发明结构简单实用，应用范围较为广泛。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种具有充电功能的电动汽车电机控制电路，包括直流电源接入端、直流电压电流感应装置、三相桥式逆变电路、交流电流感应装置、第一开关、电机接入端以及控制器，
其中，所述的直流电源接入端通过所述的直流电压电流感应装置连接所述的三相桥式逆变电路的直流侧，
所述的三相桥式逆变电路的交流侧顺序通过所述的交流电流感应装置和第一开关连接所述的电机接入端，
所述的控制器的输入端连接所述的直流电压电流感应装置和交流电流感应装置，其输出端连接所述的三相桥式逆变电路各桥臂的导通控制端，
其特征在于，所述的电机控制电路还包括三相交流电接入端和第二开关，所述的三相交流电接入端通过所述的第二开关连接所述的三相桥式逆变电路的交流侧。
2.根据权利要求1所述的具有充电功能的电动汽车电机控制电路，其特征在于，所述的第一开关与第二开关为择一选通的互锁开关。
3.根据权利要求1所述的具有充电功能的电动汽车电机控制电路，其特征在于，所述的控制器为脉宽调制控制器。
4.根据权利要求3所述的具有充电功能的电动汽车电机控制电路，其特征在于，所述的脉宽调制控制器还包括连接汽车转矩和转速信号采集端的通信接口。
5.根据权利要求1所述的具有充电功能的电动汽车电机控制电路，其特征在于，所述的电机控制电路还包括三相电感组，所述的三相电感组串接于所述的第二开关与所述的三相桥式逆变电路的交流侧之间。
6.根据权利要求1所述的具有充电功能的电动汽车电机控制电路，其特征在于，所述的直流电压电流感应装置包括与直流电源串联的直流电流传感器以及与直流电源并联的直流电压传感器，所述的交流电流感应装置包括分别串联于三相桥式逆变电路的交流侧的两相上的交流电流传感器，所述的直流电流传感器、直流电压传感器和交流电流传感器均信号连接所述的控制器的输入端。
7.根据权利要求1所述的具有充电功能的电动汽车电机控制电路，其特征在于，所述的电机控制电路还包括连接于所述的三相桥式逆变电路的直流侧的电容和预充电电路，所述的电容跨接于所述的直流电源接入端的两侧，所述的预充电电路串接于所述的直流电源接入端。
8.根据权利要求1所述的具有充电功能的电动汽车电机控制电路，其特征在于，当所述的电机控制电路中的第一开关连通，而第二开关关断时，所述的控制器为矢量控制脉宽调制控制器或直接转矩控制脉宽调制控制器。
9.根据权利要求1所述的具有充电功能的电动汽车电机控制电路，其特征在于，当所述的电机控制电路中的第二开关连通，而第一开关关断时，所述的控制器的电路结构中包括顺序串联的给定电压比较器、比例积分调节器、正弦信号乘法器、电阻乘法器、三相电压比较器和三角波调制器，一余弦信号乘法器和一感抗乘法器相串联且并联跨接于所述的正弦信号乘法器和电阻乘法器的两端，其中，所述的给定电压比较器包括给定直流电压信号输入端和实际直流电压信号输入端，所述的给定直流电压信号输入端连接预设的给定直流电压信号，所述的实际直流电压信号输入端连接所述的直流电压电流感应装置的直流电流传感器，所述的三相电压比较器包括电阻乘法器输入端、感抗乘法器输入端和三相电压信号输入端，所述的电阻乘法器输入端连接所述的电阻乘法器的输出端，所述的感抗乘法器输入端连接所述的感抗乘法器的输出端，所述的三相电压信号输入端连接所述的三相交流电。
10.根据权利要求9所述的具有充电功能的电动汽车电机控制电路，其特征在于，所述的正弦信号乘法器的系数为sin(ωt+2K∏/3)，K＝0、1、2；所述的余弦信号乘法器的系数为cos(ωt+2K∏/3)，K＝0、1、2。
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