CN103227610A - 电机控制电路和汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机控制电路和汽车，涉及电力电子技术领域，通过同一套控制系统实现为电池充电和驱动电机，使得驱动电机的结构和控制过程更加简单。该电机控制电路，用于电动汽车或混合动力汽车，包括：电池；连接于所述电池的双向DC/DC；三相逆变桥，其直流侧连接于所述双向DC/DC，其交流侧的三端用于连接电机的三相输入端和三个充电端；所述电机的三相输入端与所述三相逆变桥交流侧的三端之间分别设置有三个第一开关；所述三个充电端与所述三相逆变桥交流侧的三端之间分别设置有三个第二开关；连接于所述双向DC/DC和三相逆变桥控制端的主控模块。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电机控制电路和汽车。
背景技术
随着人们的环保意识逐渐提高，新能源汽车越来越受到人们的关注，常见的新能源汽车包括电动汽车和混合动力车。然而，目前的电动汽车或混合动力汽车的驱动结构和控制过程复杂。具体地，在充电阶段，通过充电机将外部的交流电转换为直流电，从而为电池充电；在行驶阶段，通过逆变器将电池提供的直流电转换为交流电以驱动电机。
发明内容
本发明提供一种电机控制电路和汽车，通过同一套控制系统实现为电池充电和驱动电机，使得驱动电机的结构和控制过程更加简单。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一方面，提供一种电机控制电路，用于电动汽车或混合动力汽车，包括：
电池；
连接于所述电池的双向DC/DC；
三相逆变桥，其直流侧连接于所述双向DC/DC，其交流侧的三端用于连接电机的三相输入端和三个充电端；
所述电机的三相输入端与所述三相逆变桥交流侧的三端之间分别设置有三个第一开关；
所述三个充电端与所述三相逆变桥交流侧的三端之间分别设置有三个第二开关；
连接于所述双向DC/DC和三相逆变桥控制端的主控模块，用于控制使：所述双向DC/DC将所述电池提供的直流电变换为需要的电压，所述三相逆变桥将所述双向DC/DC提供的直流电转换为交流电提供至所述电机或充电端，以使所述电机工作或通过所述充电端为外部供电；
或者，所述主控模块用于控制使：所述三相逆变桥将外部通过所述充电端提供的交流电转换为直流电，所述双向DC/DC将所述三相逆变桥提供的直流电转换为充电电压提供至所述电池，以使所述电池充电。
具体地，所述双向DC/DC包括：
与所述电池并联的第一滤波电容；
第一电感，其一端连接于所述电池正极；
第一开关管，其第一端连接于第一节点，其第二端连接于所述第一电感的另一端，其控制端连接于所述主控模块；
第二开关管，其第一端连接于所述第一开关管的第二端，其第二端连接于第二节点，其控制端连接于所述主控模块；
第二电感，其一端连接于所述电池正极；
第三开关管，其第一端连接于所述第一节点，其第二端连接于所述第二电感的另一端，其控制端连接于所述主控模块；
第四开关管，其第一端连接于所述第三开关管的第二端，其第二端连接于所述第二节点，其控制端连接于所述主控模块；
所述第一节点和第二节点连接于所述三相逆变桥的直流侧。
具体地，所述三相逆变桥包括：
连接于所述第一节点和第二节点之间的第二电容；
第五开关管，其第一端连接于所述第一节点，其第二端连接于第三节点，其控制端连接于所述主控模块；
第六开关管，其第一端连接于所述第三节点，其第二端连接于所述第二节点，其控制端连接于所述主控模块；
第七开关管，其第一端连接于所述第一节点，其第二端连接于第四节点，其控制端连接于所述主控模块；
第八开关管，其第一端连接于所述第四节点，其第二端连接于所述第二节点，其控制端连接于所述主控模块；
第九开关管，其第一端连接于所述第一节点，其第二端连接于第五节点，其控制端连接于所述主控模块；
第十开关管，其第一端连接于所述第五节点，其第二端连接于所述第二节点，其控制端连接于所述主控模块；
所述第三节点、第四节点和第五节点分别为所述三相逆变桥交流侧的三端。
进一步地，所述三个第二开光中的一个第二开关并联有预充电模块；
所述预充电模块包括相互串联的预充电开关和电阻。
具体地，所述每个第二开关和每个充电端之间设置有谐振电感；
所述每个充电端和接地端之间设置有谐振电容。
进一步地，还包括：
用于为车内电器供电的低电压DC/DC，其输入端连接于所述电池。
具体地，所述开关为继电器、固态接触器或可控硅。
具体地，所述开关管为IGBT或MOSFET。
另一方面，提供一种汽车，所述汽车为电动汽车或混合动力汽车，包括上述的电机控制电路。
本发明实施例中的电机控制电路和汽车，通过设置双向DC/DC，与三相逆变桥配合，通过同一个控制模块实现由电池向电机或外界供电，以及由外界为电池充电三种状态，与现有技术相比，无需单独设置充电机来为电池充电，使得驱动电机的结构和控制过程更加简单，在节约成本的同时，减少了通讯过程中可能存在的故障风险，减少了线束、接插件等连接器存在带来的电磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，EMC）问题，提高了效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种电机控制电路的结构框图；
图2为本发明实施例中一种电机控制电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种电机控制电路，用于电动汽车或混合动力汽车，包括：电池1；连接于电池1的双向直流转直流电源（DC/DC，Direct Current/Direct Current）2；三相逆变桥3，其直流侧连接于双向DC/DC2，其交流侧的三端用于连接电机4的三相输入端和三个充电端5；电机4的三相输入端与三相逆变桥3交流侧的三端之间分别设置有三个第一开关S1；三个充电端5与三相逆变桥3交流侧的三端之间分别设置有三个第二开关S2；连接于双向DC/DC2和三相逆变桥3控制端的主控模块6。其中，通过对双向DC/DC2的不同控制，双向DC/DC2能够将电池1提供的直流电升压或降压后提供给三相逆变桥3，也能够将三相逆变桥3提供的直流电升压或降压后提供给电池1，上述第一开关S1和第二开关S2的控制端也可以连接于主控模块6，由主控模块6控制每个第一开关S1和第二开关S2的导通和断开。
其中，在汽车行驶时，第一开关S1都导通，第二开关S2都断开，主控模块6用于控制使：双向DC/DC2将电池1提供的直流电变换为需要的电压，三相逆变桥3将双向DC/DC2提供的直流电转换为交流电提供至电机4，以使电机4工作。
或者在某些状况，需要汽车内电池为外界供电时，第一开关S1都断开，三个第二开关S2中的两个或三个导通，主控模块6用于控制使：双向DC/DC2将电池1提供的直流电变换为需要的电压，三相逆变桥3将双向DC/DC2提供的直流电转换为交流电提供至充电端5，通过充电端5为外部供电。
或者，在电池充电时，第一开关S1都断开，三个第二开关S2中的两个或三个导通，主控模块6用于控制使：三相逆变桥3将外部通过充电端5提供的交流电转换为直流电，双向DC/DC2将三相逆变桥3提供的直流电转换为充电电压提供至电池1，以使电池1充电。
本发明实施例中的电机控制电路，通过设置双向DC/DC，与三相逆变桥配合，通过同一个控制模块实现由电池向电机或外界供电，以及由外界为电池充电三种状态，与现有技术相比，无需单独设置充电机来为电池充电，使得驱动电机的结构和控制过程更加简单，在节约成本的同时，减少了通讯过程中可能存在的故障风险，减少了线束、接插件等连接器存在带来的电磁兼容性（ElectroMagnetic Compatibility，EMC）问题，提高了效率。
进一步地，如图2所示，双向DC/DC2具体可以包括：与电池1并联的第一滤波电容C1；第一电感L1，其一端连接于电池1正极；第一开关管T1，其第一端连接于第一节点A1，其第二端连接于第一电感L1的另一端，其控制端连接于主控模块6；第二开关管T2，其第一端连接于第一开关管T1的第二端，其第二端连接于第二节点A2，其控制端连接于主控模块6；第二电感L2，其一端连接于电池1正极；第三开关管T3，其第一端连接于第一节点A1，其第二端连接于第二电感L2的另一端，其控制端连接于主控模块6；第四开关管T4，其第一端连接于第三开关管T3的第二端，其第二端连接于第二节点A2，其控制端连接于主控模块6；第一节点A1和第二节点A2连接于三相逆变桥3的直流侧。具体地，通过主控模块6的控制，使第一开关管T1和第二开关管T2互补工作，第三开关管T3和第四开关管T4互补工作，调整脉冲宽度调制（Pulse WidthModulation，PWM）的占空比大小，实现升压或降压。
能够理解的，上述双向DC/DC也可以仅包括第一电感、第一开关管和第二开关管构成的一个升压拓扑以及第一滤波电容。但是，如图2中所示包括两个升压拓扑构成的双向DC/DC能够有效减少电感的体积和重量，减少其中各开关管的负荷从而提高效率。
具体地，三相逆变桥3可以包括：连接于第一节点A1和第二节点A2之间的第二电容C2；第五开关管T5，其第一端连接于第一节点A1，其第二端连接于第三节点A3，其控制端连接于主控模块6；第六开关管T6，其第一端连接于第三节点A3，其第二端连接于第二节点A2，其控制端连接于主控模块6；第七开关管T7，其第一端连接于第一节点A1，其第二端连接于第四节点A4，其控制端连接于主控模块6；第八开关管T8，其第一端连接于第四节点A4，其第二端连接于第二节点A2，其控制端连接于主控模块6；第九开关管T9，其第一端连接于第一节点A1，其第二端连接于第五节点A5，其控制端连接于主控模块6；第十开关管T10，其第一端连接于第五节点A5，其第二端连接于第二节点A2，其控制端连接于主控模块6；第三节点A3、第四节点A4和第五节点A5分别为三相逆变桥3交流侧的三端。
进一步地，三个第二开关S2中的一个第二开关S2并联有预充电模块；预充电模块包括相互串联的预充电开关S3和电阻R。预充电模块的作用是在电池充电时，避免充电初期的大电流对器件造成损坏。预充电开关S3的控制端可以连接于主控模块6，具体地，在电池充电开始之前进行预充电，三个第二开关S2都断开，预充电开关S3导通，电流首先通过电阻R，之后才进入三相逆变桥3；在预充电结束之后进入正常充电，预充电开关S3断开，三个第二开关S2中的两个或三个导通。由于电阻R的限流作用，避免了初期大电流对器件的损坏。
进一步地，每个第二开关S2和每个充电端5之间设置有谐振电感L3；每个充电端5和接地端GND之间设置有谐振电容C3。谐振电感L3和谐振电容C3可以用于对充电端5输入的电流滤波；或者在电池1通过充电端5向外部供电时，配合三相逆变桥3产生正弦波。
进一步地，上述的电机控制电路，还包括：用于为车内电器供电的低电压DC/DC7，其输入端连接于电池1，其控制端可以连接于主控模块6。驱动电机4的电池1通常电压较高，低电压DC/DC7用于将电池1提供的直流电降压后提供给车内的用电器，将低电压DC/DC7集成至电机控制电路中，共用一套控制系统、散热系统，从而节约了成本，提高了效率。
具体地，上述各开关，包括第一开关S1、第二开关S2和预充电开关S3，可以为继电器、固态接触器或可控硅。
具体地，上述各开关管，包括第一至第十开关管T1、T2、T3…T10，可以为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)或金属氧化层半导体场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET），具体地，当上述各开关管为IGBT时，开关管的第一端为IGBT的集电极，开关管的第二端为IGBT的发射极，开关管的控制端为IGBT的栅极；当上述各开关管为MOSFET时，开关管的第一端为MOSFET的漏极，开关管的第二端为MOSFET的源极，开关管的控制端为MOSFET的栅极。
以下通过具体的电池供电和电池充电两种状态来说明电机控制电路的工作过程。其中，电池供电包括电池驱动电机和电池向外部供电两种情况。
电池驱动电机时，三个第一开关S1导通，三个第二开关S2和预充电开关S3断开，以电池1的电压为300V为例，通过主控模块6的控制，使双向DC/DC2将电池1提供的300V直流电升压至500V提供给三相逆变桥3，主控模块6通过电机旋转变压器读取当前电机4转子位置控制三相逆变桥3，使三相逆变桥3将双向DC/DC2提供的500V直流电转换为交流电，并通过交流侧的三端提供至电机4的三相输入端，以驱动电机4运转。
电池向外部供电包括：向外界用电器提供交流电，例如在野外用电或者紧急停电等情况下提供220V、50Hz的两相交流电或者380V、50Hz的三相交流电；以及并入动力电网供电，例如在事故或者灾害等紧急情况下，可为一小片重要区域、或者通过多个电机控制电路并联为较大区域提供380V替代动力电源。其中，在向外界用电器供电时，根据需要选择三相供电或者两相供电，在三相供电模式下，三个第二开关S2都导通，第一开关S1和预充电开关S3都断开，在两相供电模式下，三个第二开关S2中的两个导通、一个断开，第一开关S1和预充电开关S3都断开，主控模块6根据需要控制双向DC/DC2和三相逆变桥3生成相应电压和频率的交流电，在向外部电网供电时，还需要使输出电压相位与当前电网保持一致。
电池充电时，首先第一开关S1和第二开关S2都断开，预充电开关S3导通，进行预充电，之后第二开关S2中的两个或三个导通，预充电开关S3断开，进行正常充电。在正常充电过程中，首先主控模块6控制三相逆变桥3将充电端提供的交流电转换为直流电，若输入电压高于电池1电压，则双向DC/DC2可以不工作，三相逆变桥3将充电端提供的交流电转换为直流电直接为电池1充电即可，当然，也可以通过双向DC/DC2对直流电进行升压或降压的调整之后再冲入电池1；若输入电压低于电池1电压，则在三相逆变桥3将充电端提供的交流电转换为直流电后，需要双向DC/DC2将直流电升压至充电电压后再冲入电池1。
本发明实施例中的电机控制电路，通过设置双向DC/DC，与三相逆变桥配合，通过同一个控制模块实现由电池向电机或外界供电，以及由外界为电池充电三种状态，与现有技术相比，无需单独设置充电机来为电池充电，使得驱动电机的结构和控制过程更加简单，在节约成本的同时，减少了通讯过程中可能存在的故障风险，减少了线束、接插件等连接器存在带来的电磁兼容性（ElectroMagnetic Compatibility，EMC）问题，提高了效率。
本发明实施例还提供一种汽车，该汽车为电动汽车或混合动力汽车，包括上述的电机控制电路，电机控制电路的具体结构和工作原理与上述实施例相同，在此不再赘述。
本发明实施例中的电机控制电路，通过设置双向DC/DC，与三相逆变桥配合，通过同一个控制模块实现由电池向电机或外界供电，以及由外界为电池充电三种状态，与现有技术相比，无需单独设置充电机来为电池充电，使得驱动电机的结构和控制过程更加简单，在节约成本的同时，减少了通讯过程中可能存在的故障风险，减少了线束、接插件等连接器存在带来的电磁兼容性（ElectroMagnetic Compatibility，EMC）问题，提高了效率。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种电机控制电路，用于电动汽车或混合动力汽车，其特征在于，包括：
电池；
连接于所述电池的双向DC/DC；
三相逆变桥，其直流侧连接于所述双向DC/DC，其交流侧的三端用于连接电机的三相输入端和三个充电端；
所述电机的三相输入端与所述三相逆变桥交流侧的三端之间分别设置有三个第一开关；
所述三个充电端与所述三相逆变桥交流侧的三端之间分别设置有三个第二开关；
连接于所述双向DC/DC和三相逆变桥控制端的主控模块，用于控制使：所述双向DC/DC将所述电池提供的直流电变换为需要的电压，所述三相逆变桥将所述双向DC/DC提供的直流电转换为交流电提供至所述电机或充电端，以使所述电机工作或通过所述充电端为外部供电；
或者，所述主控模块用于控制使：所述三相逆变桥将外部通过所述充电端提供的交流电转换为直流电，所述双向DC/DC将所述三相逆变桥提供的直流电转换为充电电压提供至所述电池，以使所述电池充电。
2.根据权利要求1所述的电机控制电路，其特征在于，
所述双向DC/DC包括：
与所述电池并联的第一滤波电容；
第一电感，其一端连接于所述电池正极；
第一开关管，其第一端连接于第一节点，其第二端连接于所述第一电感的另一端，其控制端连接于所述主控模块；
第二开关管，其第一端连接于所述第一开关管的第二端，其第二端连接于第二节点，其控制端连接于所述主控模块；
第二电感，其一端连接于所述电池正极；
第三开关管，其第一端连接于所述第一节点，其第二端连接于所述第二电感的另一端，其控制端连接于所述主控模块；
第四开关管，其第一端连接于所述第三开关管的第二端，其第二端连接于所述第二节点，其控制端连接于所述主控模块；
所述第一节点和第二节点连接于所述三相逆变桥的直流侧。
3.根据权利要求2所述的电机控制电路，其特征在于，
所述三相逆变桥包括：
连接于所述第一节点和第二节点之间的第二电容；
第五开关管，其第一端连接于所述第一节点，其第二端连接于第三节点，其控制端连接于所述主控模块；
第六开关管，其第一端连接于所述第三节点，其第二端连接于所述第二节点，其控制端连接于所述主控模块；
第七开关管，其第一端连接于所述第一节点，其第二端连接于第四节点，其控制端连接于所述主控模块；
第八开关管，其第一端连接于所述第四节点，其第二端连接于所述第二节点，其控制端连接于所述主控模块；
第九开关管，其第一端连接于所述第一节点，其第二端连接于第五节点，其控制端连接于所述主控模块；
第十开关管，其第一端连接于所述第五节点，其第二端连接于所述第二节点，其控制端连接于所述主控模块；
所述第三节点、第四节点和第五节点分别为所述三相逆变桥交流侧的三端。
4.根据权利要求1所述的电机控制电路，其特征在于，
所述三个第二开光中的一个第二开关并联有预充电模块；
所述预充电模块包括相互串联的预充电开关和电阻。
5.根据权利要求1所述的电机控制电路，其特征在于，
所述每个第二开关和每个充电端之间设置有谐振电感；
所述每个充电端和接地端之间设置有谐振电容。
6.根据权利要求1所述的电机控制电路，其特征在于，还包括：
用于为车内电器供电的低电压DC/DC，其输入端连接于所述电池。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的电机控制电路，其特征在于，
所述开关为继电器、固态接触器或可控硅。
8.根据权利要求2至6中任意一项所述的电机控制电路，其特征在于，
所述开关管为IGBT或MOSFET。
9.一种汽车，所述汽车为电动汽车或混合动力汽车，其特征在于，包括如权利要求1至8中任意一项所述的电机控制电路。
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