CN102923014B - 一种电动车的充电与电机控制模块 - Google Patents

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Abstract

一种电动车的充电与电机控制模块，包括：控制器单元；充电与控制电路单元，包括三相电压型整流器、充电接口电路、选择开关装置及第一开关装置，所述三相电压型整流器的P端串接有单向二极管以及选择开关装置，单向二极管的负极接P端，选择开关装置控制单向二极管与桥臂一端的导通、P端与桥臂一端的导通的二者之一，充电接口电路的输出端分别连接三相电压型整流器的桥臂的两端，且在桥臂一端与充电接口电路的输出端的一端之间串接有第一开关装置；其中，控制器单元控制三相电压型整流器中各桥臂的导通与关断，以及选择开关装置和第一开关装置的状态，以实现电机控制模式或充电模式。实现了电机控制与车载充电的一体化，优化了整车的结构，简化了整车的控制策略。

Description

一种电动车的充电与电机控制模块
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种电动车的充电与电机控制模块。
背景技术
全球性的能源短缺与气候变暖，使传统燃油汽车产业面临着巨大的挑战，节能环保的电动汽车应运而生并迅速发展。
目前电动汽车上使用的电机控制器与车载充电机为独立的两个部件，由电机控制器完成电机的扭矩输出与制动能量回收，由车载充电机完成外接电源对电池的充电。而电机控制器与车载充电机的独立，占用了较多的整车布置空间，增大了整车的重量，增加了部件的制造成本与开发费用，同时加大整车控制模式的复杂度。
发明内容
本发明提供了一种电动车的充电与电机控制模块，实现电机控制与车载充电的一体化。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种电动车的充电与电机控制模块，包括：
控制器单元；
充电与控制电路单元，包括三相电压型整流器、充电接口电路、选择开关装置及第一开关装置，所述三相电压型整流器的P端串接有单向二极管以及选择开关装置，单向二极管的负极接P端，选择开关装置控制单向二极管与桥臂一端的导通、P端与桥臂一端的导通的二者之一，充电接口电路的输出端分别连接三相电压型整流器的桥臂的两端，且在桥臂一端于充电接口电路的输出端的一端之间串接有第一开关装置；
其中，三相电压型整流器的P、N端分别接至电池单元的正、负极，三相电压型整流器的U、V、W端分别接至电动机，充电接口电路的输入端分别接至外电源，控制器单元控制三相电压型整流器中各桥臂的导通与关断，以及选择开关装置和第一开关装置的状态，以实现电机控制模式或充电模式。
在电机控制模式，所述控制器单元控制所有桥臂导通，以及使选择开关装置控制P端与桥臂一端的导通，并使第一开关装置处于打开状态；
在充电模式，所述控制器单元控制一条桥臂导通，以及使选择开关装置控制单向二极管与桥臂一端的导通，并使第一开关装置处于关闭状态。
优选地，还包括第二开关装置，该第二开关装置并接在一个半桥臂两端，并由控制器单元控制该第二开关装置的状态。
可选地，在电机控制模式，所述控制器单元使第二开关装置处于打开状态；在充电模式，所述控制器单元使第二开关装置处于关闭状态。
可选地，还包括与所述控制器单元连接的通讯模块、电机信号处理模块、电流检测模块、温度检测模块、直流母线检测模块或电压转换模块之一或他们的组合。
可选地，所述控制器单元通过低压插接件输出控制信号。
可选地，所述充电接口电路包括第一电容、第一电感、整流桥以及隔离变压器，所述三相电压型整流器包括六路IGBT模块及第二电容。
本发明提供的电动车的充电与电机控制模块，将选择开关装置以及开关装置三相电压型整流器与充电接口电路整合在一起，并通过控制器单元来控制三相电压型整流器中各桥臂的导通与关断，以及选择开关装置和第一开关装置的状态，实现电机控制和充电两种不同的模式，从而，实现了电机控制与车载充电的一体化，优化了整车的结构，简化了整车的控制策略。
附图说明
图1为根据本发明实施例的电动车的充电与电机控制模块的结构示意图；
图2为图1中的充电与控制电路单元的结构示意图。
具体实施方式
为使发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
参考图1所示，在此实施例中，控制器单元为中央控制单元100，例如为DSP系统，其连接有通讯模块、电机信号处理模块、电流监测模块、直流母线监测模块以及电压调理模块，并且输出有多路信号1U、2U、1V、2V、1W、2W、S1、S2、S3，这些信号分别用于控制充电与控制电路单元200中各个相关部件的状态，来实现电机控制或充电的不同模式。当然，在其他实施例中，根据设计的需要，可以仅连接这些模块中的某个、某几个模块，本发明对比并不做出限制。
如图2所示，在此实施例中，充电与控制电路单元200由三相电压型整流器210、充电接口电路220、选择开关装置R3、第一开关装置R1以及第二开关装置R2组成，其中，三相电压型整流器为六路IGBT模块的半桥整流器并并联有第二电容C2，充电接口电路220为由隔离变压器T1并接整流桥D1后，并接第一电容C1、串接第一电感L1组成的经典电路，隔离变压器T1的输入端接外电源，整个充电接口电路220的输出端A、B端分别接三相电压型整流器210的桥臂的两端C、D，也即直流电接入点P、N的等电势点，同时，在桥臂一端P与充电接口电路的输出端的一端A之间串接有第一开关装置R1，所述三相电压型整流器的P端串接有单向二极管D2以及选择开关装置R3，单向二极管D2的负极接P端，选择开关装置R3控制单向二极管D2与桥臂一端C的导通、P端与桥臂一端C的导通的二者之一，同时，在一个半桥臂U6的两端并接有第二开关装置R2，其中选择开关装置、第一开关装置和第二开关装置都为继电器。三相电压型整流器的P、N端分别接至电池单元，三相电压型整流器的U、V、W端分别接至电动机，充电接口电路的输入端分别接至外电源。
对于该实施例中的充电与控制电路单元200，是通过中央控制单元100输出的信号1U、2U、1V、2V、1W、2W来分别控制三相电压型整流器210中的六路IGBT的导通与否，进而控制各半桥U1、U2、U3、U4、U5、U6的导通与关断，通过中央控制单元100输出的信号S1、S2、S3分别控制选择开关装置R3的开关朝向以及第二开关装置R2和第一开关装置R1的开关状态，从而来分别实现电机控制模式或充电模式。在具体的控制的实施例中，当在电机控制模式时，所述控制器单元控制所有桥臂导通，以及使选择开关装置R3控制P端与桥臂一端C的导通，并使第一开关装置R1和第二开关装置R2处于打开状态，这样，充电接口电路220被断开，仅电池接至电动机，从而实现了电机扭矩的输出与制动能量的回收；而当在充电模式时，中央控制单元的输出信号使选择开关装置R3控制单向二极管D2与桥臂一端C的导通，并使第一开关装置R1和第二开关装置R2处于关闭状态，这样，将充电接口电路220接入进来，而同时将一个半桥U6短路掉，并通过控制各桥臂中导通与关断，仅使并接有第二开关装置R2的那路桥臂导通，其他半桥处于开路，这样，只需通过控制半桥U5的导通与否就可实现外电源向电池的充电。
在此实施例中，第二开关装置R2并接在半桥U6的两端，可以理解的是，该第二开关装置R2还可以并接在其他半桥的两端，而且此处的第二开关装置R2的设置为优选的实施例，设置该开关装置后，可以仅控制一个半桥的开关与导通就可以实现充电的停止与进行，非常简单易行。当然，也可以不设置第二开关装置R2，控制一条桥臂的导通，在此实施例中即控制两个半桥的开关与导通实现充电的停止与进行。
从图1中可以看出，本实施例的控制模块集成了更多的功能，在工作于电机控制和电池充电模式外，还能具有过压、欠压、过流、短路与过温保护功能。
其中，通讯模块3 10通过CAN通讯电路实现了中央控制单元100的通讯，可以传送外部的信号进入中央控制单元，如传入模式转换信号，通过该信号进一步输出不同的信号以控制充电与控制电路单元，当然，控制充电与控制电路单元的控制信号也可以由中央控制单元通过对采集信号处理后来输出的。
电机信号处理模块320用于采集并处理电机信号，如旋转变压器激励信号EX1、EX2，旋转变压器反馈信号S1、S2、S3、S4，以及电机温度传感器信号NTC1、NTC2。
电流检测电路330用于采集和处理电池的直流母线电流信号IP以及电机三相线电流信号IU、IV、IW。
温度检测电路340用于向中央处理器传入各IGBT模块的温度信号，各IGBT模块的温度信号可由温度采集电路获得。
直流母线电压检测电路350用于向中央处理器传入直流母线电压信号UDC，该直流母线电压信号UDC可由直流母线电压采集电路获得。
电源转换电路360用于向系统提供合适的电源。
电机信号处理模块、电流检测电路、温度检测电路、直流母线电压检测电路输出的各个信号由中央处理器通过通讯系统传出，如传出至上位机，可以实时的得知电路的情况，使系统具有过压、欠压、过流、短路与过温保护功能，具有更好的安全性和集成性。
虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不被限定于上述实施例，而只受所附权利要求的限定，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。

Claims (7)

1.一种电动车的充电与电机控制模块，其特征在于，包括：
控制器单元；
充电与控制电路单元，包括三相电压型整流器、充电接口电路、选择开关装置及第一开关装置，所述三相电压型整流器的P端串接有单向二极管以及选择开关装置，单向二极管的负极接P端，选择开关装置控制单向二极管与桥臂一端的导通、P端与桥臂一端的导通的二者之一，充电接口电路的输出端分别连接三相电压型整流器的桥臂的两端，且在桥臂一端与充电接口电路的输出端的一端之间串接有第一开关装置；
第二开关装置，该第二开关装置并接在一个半桥臂两端；
其中，三相电压型整流器的P、N端分别接至电池单元的正、负极，三相电压型整流器的U、V、W端分别接至电动机，充电接口电路的输入端分别接至外电源，控制器单元控制三相电压型整流器中各桥臂的导通与关断，以及选择开关装置和第一开关装置、第二开关装置的状态，以实现电机控制模式或充电模式。
2.根据权利要求1所述的电动车的充电与电机控制模块，其特征在于，在电机控制模式，所述控制器单元控制所有桥臂导通，以及使选择开关装置控制P端与桥臂一端的导通，并使第一开关装置处于打开状态；
在充电模式，所述控制器单元控制一条桥臂导通，以及使选择开关装置控制单向二极管与桥臂一端的导通，并使第一开关装置处于关闭状态。
3.根据权利要求2所述的电动车的充电与电机控制模块，其特征在于，在电机控制模式，所述控制器单元使第二开关装置处于打开状态；在充电模式，所述控制器单元使第二开关装置处于关闭状态。
4.根据权利要求1-3中任意项所述的电动车的充电与电机控制模块，其特征在于，还包括与所述控制器单元连接的通讯模块、电机信号处理模块、电流检测模块、温度检测模块、直流母线检测模块或电压转换模块之一或他们的组合。
5.根据权利要求1-3中任意项所述的电动车的充电与电机控制模块，其特征在于，所述控制器单元通过低压插接件输出控制信号。
6.根据权利要求1-3中任意项所述的电动车的充电与电机控制模块，其特征在于，所述充电接口电路包括第一电容、第一电感、整流桥以及隔离变压器。
7.根据权利要求6所述的电动车的充电与电机控制模块，其特征在于，所述三相电压型整流器包括六路IGBT模块及第二电容。
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