CN104249628A - 电动汽车及用于电动汽车的动力系统和电机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于电动汽车的动力系统，包括：动力电池；充放电插座；三电平双向DC/AC模块，所述三电平双向DC/AC模块的第一直流端与所述动力电池的一端相连，所述三电平双向DC/AC模块的第二直流端与所述动力电池的另一端相连；电机控制开关；充放电控制模块；以及控制器模块，所述控制器模块与所述电机控制开关和充放电控制模块分别相连，所述控制器模块用于根据所述动力系统当前所处的工作模式对所述电机控制开关和充放电控制模块进行控制。该动力系统采用三电平控制，减少了DC-DC模块，可以实现大功率充电，降低了母线电压，并且效率高，充电时间短。本发明还提出了一种电动汽车和电机控制器。

Description

电动汽车及用于电动汽车的动力系统和电机控制器

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种用于电动汽车的动力系统和电机控制器以及一种具有该动力系统的电动汽车。

背景技术

随着科技的发展，环保节能的电动汽车正在扮演着取代燃油车的角色，然而电动汽车的普及还面临着一些问题，其中快速便捷高效的充电技术，已成为电动汽车推广的一大难题。

目前，在现有的电动汽车的充电方式中，交流充电的方式一般都是小功率充电如3.3KW、7KW、30KW等，而大功率充电都是直流充电方式。但是直流充电站又带来了充电时间过长，且高额的成本和较大占地面积等问题使得这种基础设施的普及还面临着一定的难度，同时又由于车辆的空间有限，车载充电器受到体积的制约而无法满足充电功率。

现在市场上通常采用具有DC/DC模块的充电装置对电动汽车进行充电，然而由于有DC/DC模块的存在，会导致充电效率低，且充电时间长，因而无法满足电动汽车快速充电的需求。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种用于电动汽车的动力系统，采用三电平控制，减少了DC-DC模块，可以实现大功率充电，降低了母线电压，并且效率高，充电时间短。

本发明的另一个目的在于提出一种电动汽车。

本发明的再一个目的还在于提出一种电机控制器。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的一种用于电动汽车的动力系统，包括：动力电池；充放电插座；三电平双向DC/AC模块，所述三电平双向DC/AC模块的第一直流端与所述动力电池的一端相连，所述三电平双向DC/AC模块的第二直流端与所述动力电池的另一端相连；电机控制开关，所述电机控制开关的一端与所述三电平双向DC/AC模块的交流端相连，所述电机控制开关的另一端与电机相连；充放电控制模块，所述充放电控制模块的一端与所述三电平双向DC/AC模块的交流端相连，所述充放电控制模块的另一端与所述充放电插座相连；以及控制器模块，所述控制器模块与所述电机控制开关和充放电控制模块分别相连，所述控制器模块用于根据所述动力系统当前所处的工作模式对所述电机控制开关和充放电控制模块进行控制。

根据本发明实施例的用于电动汽车的动力系统，采用三电平双向DC-AC模块，通过三电平控制，减小了共模电压，降低了漏电流，减小了谐波。并且无需DC-DC直流升降压模块、预充电模块，可以实现大功率充电，降低了母线电压，提高了效率，缩短了充电时间。此外，无需专业充电桩，降低了成本，有利于电动汽车的普及和推广。

本发明的第二方面的实施例还提出了一种电动汽车，包括上述的动力系统。该电动汽车根据三电平的控制，能够通过三相或单相电进行大功率充电，方便用户随时随地对电动汽车进行快速充电，节约了时间成本，满足人们的需求，并且充电效率高，有助于电动汽车的推广。

本发明的第三方面的实施例还提出了一种用于电动汽车的电机控制器，包括：三电平双向DC/AC模块，所述三电平双向DC/AC模块的第一直流端与所述电动汽车的动力电池的一端相连，所述三电平双向DC/AC模块的第二直流端与所述动力电池的另一端相连；电机控制开关，所述电机控制开关的一端与所述三电平双向DC/AC模块的交流端相连，所述电机控制开关的另一端与电机相连；充放电控制模块，所述充放电控制模块的一端与所述三电平双向DC/AC模块的交流端相连，所述充放电控制模块的另一端与所述电动汽车的充放电插座相连；以及控制器模块，所述控制器模块与所述电机控制开关和充放电控制模块分别相连，所述控制器模块用于根据所述动力系统当前所处的工作模式对所述电机控制开关和充放电控制模块进行控制。

本发明实施例的电机控制器具有双向特性，既可以实现外部电网对电动汽车的充电，例如可通过交流电直接对电动汽车进行充电，也可以实现电动汽车对外的放电，因此电机控制器具有多种功能，极大地方便了用户的使用。此外，由于可通过三电平控制，大大减小了共模电压，降低了漏电流，减小了谐波，提高了充电效率，使得交流电直接对电动汽车进行充电，因此还省略了充电机，节约了充电站的成本，此外用户可以直接使用当地交流电，随时随地对电动汽车进行充电，有助于采用该电机控制器的电动汽车的普及和推广。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的用于电动汽车的动力系统的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的用于电动汽车的动力系统的拓扑图；

图3为根据本发明一个实施例的用于电动汽车的动力系统的进一步的结构示意图；

图4为根据本发明一个实施例的控制器模块的结构示意图；

图5为根据本发明一个实施例的用于电动汽车的动力系统的功能判断流程图；

图6为根据本发明一个实施例的用于电动汽车的动力系统进行电机驱动控制功能的原理示意图；

图7为根据本发明一个实施例的用于电动汽车的动力系统充放电功能启动判断流程图；

图8为根据本发明一个实施例的用于电动汽车的动力系统在充电工作模式下的控制流程图；

图9为根据本发明一个实施例的用于电动汽车的动力系统在电动汽车充电结束时的控制流程图；

图10为根据本发明一个实施例的电动汽车与供电设备之间连接电路图；

图11为根据本发明一个示例的充放电插座的示意图；

图12为根据本发明另一个示例的离网带载放电插头的示意图；

图13为根据本发明再一个实施例的用于电动汽车的电力载波通讯系统的结构图；

图14为电力载波通讯装置的结构示意图；

图15为八个电力载波通讯装置与对应的控制装置进行通讯的示意图；

图16为电力载波通讯系统进行数据接收的方法流程图；以及

图17为根据本发明还一个实施例的用于电动汽车的电机控制器与电动汽车其他部分之间的连接示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的用于电动汽车的动力系统和电机控制器以及具有该动力系统的电动汽车。

如图1所示，本发明实施例提出的用于电动汽车的动力系统包括动力电池10、充放电插座20、三电平双向DC/AC模块30、电机控制开关40、充放电控制模块50和控制器模块60。

三电平双向DC/AC模块30的第一直流端a1与动力电池10的一端相连，三电平双向DC/AC模块30的第二直流端a2与动力电池10的另一端相连，三电平双向DC/AC模块30用于实现交直流转换。电机控制开关40的一端与三电平双向DC/AC模块30的交流端相连，电机控制开关40的另一端与电机M相连。充放电控制模块50的一端与三电平双向DC/AC模块30的交流端相连，充放电控制模块50的另一端与充放电插座20相连，控制器模块60与电机控制开关40和充放电控制模块50分别相连，控制器模块60用于根据所述动力系统当前所处的工作模式对电机控制开关40和充放电控制模块50进行控制，从而可以实现驱动和充放电功能的转换。

进一步地，在本发明的实施例中，动力系统当前所处的工作模式可以包括驱动模式和充放电模式。当动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时，控制器模块60控制控制电机控制开关40闭合以正常驱动电机M，并且控制充放电控制模块50断开。需要说明的是，在本发明的实施例中，虽然图2中电机控制开关40包括了与电机三相输入相连的三个开关，但是在本发明的其他实施例中也可包括与电机两相输入相连的两个开关例如K3、K4，甚至一个开关。在此只要能实现对电机的控制即可。因此，其他实施例在此不再赘述。

当动力系统当前所处的工作模式为充放电模式时，控制器模块60控制电机控制开关40断开以将电机M移出，并控制充放电控制模块70闭合以启动三电平双向DC/AC模块30，使外部电源可以正常地为动力电池10进行充电。三电平双向DC/AC模块30的第一直流端a1和第二直流端a2与直流母线的正负端相连。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，三电平双向DC/AC模块30包括第一电容C1、第二电容C2和第一IGBT1至第十二IGBT12。

其中，第一电容C1和第二电容C2相互串联连接，第一电容C1的一端与动力电池10的一端相连，第一电容C1的另一端与第二电容C2的一端相连，第二电容C2的另一端与动力电池10的另一端相连，第一电容C1与第二电容C2之间具有第一节点J1；第一IGBT1和第二IGBT2相互串联连接，相互串联的第一IGBT1和第二IGBT2连接在三电平双向DC/AC模块30的第一直流端a1和第二直流端a2之间，相互串联的第一IGBT1和第二IGBT2之间具有第二节点J2；第三IGBT3和第四IGBT4相互串联连接，相互串联的第三IGBT3和第四IGBT4连接在第一节点J1和第二节点J2之间；第五IGBT5和第六IGBT6相互串联连接，相互串联的第五IGBT5和第六IGBT6连接在三电平双向DC/AC模块30的第一直流端a1和第二直流端a2之间，相互串联的第五IGBT5和第六IGBT6之间具有第三节点J3；第七IGBT7和第八IGBT8相互串联连接，相互串联的第七IGBT7和第八IGBT8连接在第一节点J1和第三节点J3之间；第九IGBT9和第十IGBT10相互串联连接，相互串联的第九IGBT9和第十IGBT10连接在三电平双向DC/AC模块30的第一直流端a1和第二直流端a2之间，相互串联的第九IGBT9和第十IGBT10之间具有第四节点J4；第十一IGBT11和第十二IGBT12相互串联连接，相互串联的第十一IGBT11和第十二IGBT12连接在第一节点J1和第四节点J4之间。其中，第二节点J2、第三节点J3和第四节点J4作为三电平双向DC/AC模块30的交流端。

并且，如图2所示，该用于电动汽车的动力系统还包括相互串联的第一共模电容C11和第二共模电容C12，相互串联的第一共模电容C11和第二共模电容C12串联连接在动力电池10的一端和另一端之间，且相互串联的第一共模电容C11和第二共模电容C12之间的节点接地。

通常由于无变压器隔离的逆变和并网系统，普遍存在漏电流大的难点。相对两电平系统，本发明的动力系统采用三电平双向DC/AC模块30，通过三电平控制，并将串联的第一共模电容C11和第二共模电容C12连接在动力电池的两端，理论上共模电压可以减少一半，可以解决目前控制器普遍存在的漏电流大问题。同时能降低交流侧漏电流，更好地满足各国家的电制要求（母线电压通过电容分压Udc/2，由于第一共模电容和第二共模电容导致系统泄露电流i=C*du/dt减小）。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，该用于电动汽车的动力系统还包括滤波模块70、滤波控制模块80和EMI模块90。

其中，滤波模块70连接在三电平双向DC/AC模块30和充放电控制模块50之间，用于消除谐波，起到平波的作用。具体而言，如图2所示，滤波模块70包括电感LA、LB、LC和电容C4、C5、C6。

如图2所示，滤波控制模块80连接在第一节点J1和滤波模块70之间，并且滤波控制模块80受控制器模块60控制，控制器模块60在动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时控制滤波控制模块80断开。其中，滤波控制模块80可以为电容切换继电器，由接触器K10组成。EMI模块90连接在充放电插座20和充放电控制模块50之间，主要是滤除传导和辐射干扰的。

需要说明的是，在图2中接触器K10的位置仅是示意性的。在本发明的其他实施例中，接触器K10还可设在其他位置，只要能够实现对滤波模块70的关断即可。例如，在本发明的另一个实施例中，该接触器K10也可以连接在三电平双向DC/AC模块30和滤波模块70之间。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，充放电控制模块50进一步包括三相开关K8和/或单相开关K7，用于实现三相充放电或单相充放电。

在本发明的实施例中，当动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时，控制器模块60控制电机控制开关40闭合以正常驱动电机M，以及控制充放电控制模块50断开。这样，通过三电平双向DC/AC模块30把动力电池10的直流电逆变为交流电并输送给电机M，可以利用旋转变压解码器技术和空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制算法来控制电机M的运行。

当动力系统当前所处的工作模式为充放电模式时，控制器模块60控制电机控制开关40断开以将电机M移出，以及控制充放电控制模块50闭合，使外部电源例如三相电或者单相电通过充放电插座20可以正常地为动力电池10进行充电。即言，通过检测充电连接信号、交流电网电制和整车电池管理的相关信息，借用三电平双向DC/AC模块30进行可控整流功能，可实现单相\三相电对车载动力电池10的充电。

根据本发明实施例的用于电动汽车的动力系统，采用三电平双向DC-AC模块，通过三电平控制，减小了共模电压，降低了漏电流。由于采用三电平代替两电平，减小了谐波。并且无需DC-DC直流升降压模块、预充电模块，可以实现大功率充电，降低了母线电压，提高了效率例如驱动的效率可达97%，缩短了充电时间，例如10分钟左右即可充满电池。此外，本发明的动力系统能使电动汽车无论开到哪里只要是有电的地方就可以充电而无需专业充电桩，能像燃油车一样简单快速方便的补充能量，使得电动车普及更加容易，打破了现有的电动汽车依赖专业直流充电装置的充电模式，采用交流充放电模式，不受充电站限制，只要有交流供电接口的地方均可充电，便于电动汽车使用和大批量推广。因此，本发明的动力系统使得电动汽车充电时无需专业充电桩，降低了成本，有利于电动汽车的普及和推广。

此外，在本发明的实施例中，如图3所示，该用于电动汽车的动力系统还可以包括高压配电箱101、仪表102、电池管理器103和整车信号104。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，控制器模块60包括控制板201和驱动板202。其中，控制板201上的控制模块采用两个高速数字信号处理芯片（DSP1和DSP2）进行控制。控制板201上的控制模块与整车信息接口203相连，并相互进行信息交互。控制板201上的控制模块接收驱动板202上的驱动模块输出的母线电压采样信号、IPM保护信号以及IGBT温度采样信号等，同时输出脉冲宽度调制PWM信号至驱动模块。

综上所述，在本发明实施例提出的用于电动汽车的动力系统集电机驱动功能、车辆控制功能、交流充电功能、并网功能、离网带载功能、车辆对车辆充电功能于一体。并且，该动力系统不是通过把各种功能模块简单的物理组合为一体，而是在电机驱动控制的基础上，通过添加一些外围器件，实现系统的功能多样化，例如实现充放电与驱动控制之间的切换，从而最大化节省空间和成本，提高功率密度。

具体而言，用于电动汽车的动力系统的功能简单介绍如下：

1、电机驱动功能：通过三电平双向DC/AC模块30把动力电池10的直流电逆变为交流电并输送给电机M，可以利用旋转变压解码器技术和空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制算法来控制电机M的运行。

也就是说，当本动力系统得电工作时，如图5所示，该系统功能判断流程包括以下步骤：

S501，控制器模块得电。

S502，判断油门是否为0，档位是否为N档，手刹是否有效，充电信号（CC信号）是否有效。如果是，则转至步骤S503，如果否则转至步骤504。

S503，进入充放电控制流程。当油门为0、档位为N档、手刹、充电连接即CC信号有效时（即充放电插座20连接有充电连接装置），则进入充放电控制流程。

S504，进入车辆控制流程。

在步骤S504进入车辆控制流程后，控制器模块60控制电机控制开关40闭合，该系统进入驱动模式，同时控制器模块60对整车信息进行采集，通过综合判断处理对电机M进行驱动。

进行电机驱动控制功能：如图6所示，控制器模块60发送PWM信号，对三电平双向DC/AC模块30进行控制，把动力电池10的直流电逆变为交流电并输送给电机M，控制器模块60通过旋转变压器解算转子位置，并采集母线电压和电机B、C相电流使电机M能精准的运行。即言，控制器模块60根据电流传感器采样的电机B、C相电流信号和旋转变压器的反馈信息对PWM信号进行调节，最终使电机M能精准的运行。

这样，通过通信模块对整车油门、刹车以及档位信息，判断当前运行工况，实现车辆的加速、减速和能量回馈功能，使得整车在各种工况下下安全可靠运行，保证车辆的安全性、动力性和平顺性。

2、充放电功能

（1）充放电功能连接确认和启动：如图7所示，该动力系统充放电功能启动判断流程包括如下步骤：

S701，充放电连接装置即充放电插座物理连接完成，并且电源正常。

S702，供电设备检测充电信号CC连接是否正常。如果是，则进入步骤S703；如果否，则返回步骤S702，继续检测。

S703，供电设备检测CP检测点的电压是否为9V。如果是，则进入步骤S706；如果否，返回步骤S702，继续检测。其中，9V是一个预设示例值。

S704，控制器模块检测充电信号CC连接是否正常。如果是，则进入步骤S705；如果否，则返回步骤S704，继续检测。

S705，拉低输出充电连接信号、充电指示灯信号。

S706，进入充放电功能。

如图8所示，该动力系统在充电工作模式下的控制流程包括如下步骤：

S801，判断系统得电后是否完全启动工作。如果是，则进入步骤S802；如果否，则返回步骤S801，继续判断。

S802，检测CC检测点电阻值，确定充电连接装置容量。

S803，判断CP检测点是否检测到固定占空比的PWM信号。如果是，则进入步骤S804；如果否，则进入步骤S805。

S804，发送充电连接正常充电准备就绪报文，收到BMS充电允许、充电接触器吸合报文，进入步骤S806。

S805，充电连接故障。

S806，控制器模块吸合内部开关。

S807，判断预设时间例如1.5秒内检测到外充设备是否无PWM波发送。如果是，则进入步骤S808；如果否，则进入步骤S809。

S808，判断为外部国标充电桩，充电过程中不发送PWM波。

S809，向供电设备发送PWM波。

S810，判断预设时间例如3秒内检测交流输入是否正常。如果是，则进入步骤S813；如果否，则进入步骤S811。

S811，交流外充设备故障。

S812，进行异常处理。

S813，进入充电阶段。

也就是说，如图7和图8所示，供电设备和控制器模块60自检无故障后，根据检测CC信号电压值确定充电连接装置容量，检测CP信号确定是否完全连接，充放电连接装置完全连接确认后，发送充电连接正常和充电准备就绪报文，控制K8吸合，充放电准备就绪，即可通过仪表设置功能，如下：交流充电功能（G to V，电网对电动汽车）、离网带载功能（V to L，电动汽车对负载）、并网功能（V to G，电动汽车对电网）和车辆对车辆充电功能（V to V，电动汽车对电动汽车）。

（2）交流充电功能（G to V）：该动力系统接收到仪表充电指令，根据充电桩供电能力和充电线缆容量设置合适充电功率进行充电。控制器模块60对电网的信息采样，判断电网电制，根据电网电制选取控制参数。控制器模块60控制K10吸合，再吸合K8，此时系统控制三电平双向DC/AC模块30对交流电进行整流，根据电池管理器允许最大充电功率、充电桩允许最大过流能力和控制器模块可以输出的最大功率，选取三者中最小的充电电流，作为给定目标充电电流，进行闭环的电流环进行调节，实现对车载电池进行充电。

（3）离网带载功能（V to L）：该动力系统接收到仪表V to L指令，首先判断动力电池荷电状态SOC是否在可以放电范围，如果允许放电，再根据指令选择输出电制，根据充放电连接装置的额定电流，智能选择输出最大输出功率并给定控制参数，系统进入控制流程。首先控制器模块60控制吸合三相开关K8、接触器K10，三电平双向DC/AC模块30把直流电逆变为交流电，通过专用的充电插座即可直接为用电设备供电。

（4）并网功能（V to G）：该动力系统接收到仪表V to G指令，首先判断动力电池SOC是否在可以放电范围，如果允许放电，再根据指令选择输出电制，根据充放电连接装置的额定电流，智能选择输出最大输出功率并给定控制参数，动力系统进入控制流程。首先控制器模块60控制吸合三相开关K8、接触器K10，经过三电平双向DC/AC模块30把直流电逆变为交流电，根据预先选定放电电流目标值和电流采样反馈的相电流，对整个动力系统进行闭环的电流环调节，实现并网发电。

（5）车辆对车辆充电功能（V to V）：V to V功能需要使用专用的连接插头，当动力系统检测到充电连接信号CC有效，并检测到其电平确认为V to V专用充电插头，等待仪表命令。例如，假设车辆A向车辆B充电，则车辆A设置为放电状态即设置为离网带载功能，车辆A的控制器模块发送充电连接正常充电准备就绪报文至电池管理器，电池管理器发送充电允许、充电接触器吸合报文至控制器模块，该动力系统进行放电功能，并发送PWM信号。车辆B接收到充电指令后，其系统检测到CP信号，判断为供电车辆A已准备就绪，控制器模块发送连接正常报文至电池管理器，电池管理器接到指令后通知控制器模块，整个动力系统充电准备就绪，启动充电功能（G to V），最后实现车辆对充功能。

也就是说，系统上电，当控制器模块60接到仪表的V to V控制指令，检测充电连接信号和整车电池管理的相关信息，设置车辆为交流输出电源状态，同时模拟充电盒输出CP信号功能，实现和需要充电的车辆进行交互。即将车辆设置为放电模式，同时控制器模块模拟供电设备实现供电设备的功能，需要充电的电动车，可以通过一条专用的充电线连接，实现车辆对车辆充电。

在本发明的一个实施例中，如图9所示，该动力系统在电动汽车充电结束时的控制流程包括如下步骤：

S1301，供电设备断开供电开关，停止交流输出，进入步骤S1305。

S1302，控制器模块控制停止充电，进行卸载，进入下一步骤S1303。

S1303，卸载完成后断开内部开关，发送充电结束报文。

S1304，发送断电请求。

S1305，充电结束。

其中，如图10所示，供电设备301通过供电插头302与电动汽车1000的车辆插头303相连，从而实现对电动汽车1000进行充电。其中，电动汽车的动力系统通过检测点3检测CP信号和通过检测点4检测CC信号，而供电设备通过检测点1检测CP信号和通过检测点2检测CC信号。并且，在充电完成后，均控制断开供电插头302和车辆插头303中的内部开关S2。

在本发明的另一个实施例中，电动汽车还可以采用多个动力系统并联对动力电池进行充电，例如采用两个动力系统并联后对动力电池充电，其中两个动力系统共用一个控制器模块。

在本实施例中，该电动汽车充电系统包括动力电池10、第一充电支路、第二充电支路和控制器模块60。

其中，所述第一充电支路包括第一整流单元即一个三电平双向DC/AC模块30和第一充电接口即充电插座，所述第二充电支路包括第二整流单元即一个三电平双向DC/AC模块30和第二充电接口即充电插座，所述动力电池依次通过第一整流单元与第一充电接口相连，所述电池组还依次通过第二整流单元与第二充电接口相连，所述控制器模块分别与第一整流单元、第二整流单元相连，其中所述控制器模块用于接收到充电信号时，控制电网分别通过第一充电支路和第二充电支路对动力电池进行充电。

此外，本发明的又一个实施例还提出了一种电动车辆的充电控制方法，该充电控制方法包括以下步骤：

步骤S1，控制器模块检测到第一充电支路通过充电插座与充电连接器相连，且第二充电支路通过充电插座与充电连接器相连时，向电池管理器发送充电连接信号。

步骤S2，电池管理器接收到控制器模块发送的充电连接信号后，检测并判断动力电池是否需要充电，当动力电池需要充电时，执行下一步骤。

步骤S3，电池管理器向控制器模块发送充电信号。

步骤S4，控制器模块接收到充电信号时，控制电网分别通过第一充电支路和第二充电支路对动力电池进行充电。

采用上述技术方案的电动汽车充电系统及其充电控制方法，控制器模块通过控制电网分别通过第一充电支路和第二充电支路对动力电池进行充电，使得电动车的充电功率增大，从而大大缩短充电时间，实现快速充电，节约了时间成本。

在本发明的实施例中，上述用于电动汽车的动力系统兼容范围广泛，具有单相三相切换功能，并且适应不同国家电网电制标准。

具体地，如图11所示，充放电插座20具有两个充电插座（例如美标和欧标）切换的功能。该充放电插座20包括单相充电插座501例如美标、三相充电插座502例如欧标、两个高压接触器K503、K504组成。单相充电插座501与三相充电插座502的CC、CP和PE共用，单相充电插座501的L、N相线通过接触器K503、K504与三相充电插座503的A、B相连接。控制器模块60接收到单相充放电指令时，控制接触器K503、K504闭合，使三相充电插座502的A、B相与单相充电插座501的L、N相线导通，三相充电插座502不做使用，由三相充电插座502的A、B相代替单相充电插座501的L、N相线与充电插头连接，控制器模块60即可正常实现单相充电功能。

或者，如图2所示，利用标准7芯插座，在N线与B相线之间增加单相开关K7，控制器模块60接收到单相充放电指令，控制单相开关K7吸合，使B相线和N线连接，由A、B相作为L、N相线使用，连接插头需使用专用连接插头，或其B、C相不做使用的连接插头。

也就是说，在本发明的实施例中，动力系统将根据控制器模块60检测电网的电压，通过计算判断电网的频率及单相/三相，根据计算信息和得出电制后，控制器模块60根据充放电插头20的类型和电网电制，选择不同的控制参数，控制三电平双向DC/AC模块30对交流电压进行可控整流，最后输送给动力电池10。

在本发明的另一个示例中，如图12所示，离网带载放电插头为两芯、三芯和四芯的插座，与充电插头相连，可以输出单相、三相、四相电制的电。

图13为根据本发明再一个实施例的用于电动汽车的电力载波通讯系统的结构图。

如图13所示，该用于电动汽车的电力载波通讯系统2000包括多个控制装置110、汽车电力线120和多个电力载波通讯装置130。

具体地，多个控制装置110均具有通讯接口，通讯接口例如为但不限于：串行通信接口SCI。汽车电力线120为多个控制装置110供电且多个控制装置110之间通过汽车电力线120进行通讯。多个电力载波通讯装置103与多个控制装置110一一对应，多个控制装置110通过各自的通讯接口与对应的电力载波通讯装置130相连，多个电力载波通讯装置130之间通过汽车电力线120相连，其中，多个电力载波通讯装置130从汽车电力线120上获取载波信号以便将载波信号解调后发送给对应的控制装置，并接收对应的控制装置发送的信息，并将信息调制后发送至汽车电力线120上。

结合图13所示，多个控制装置110包括控制装置1至控制装置N（N≥2，N为整数）。与之相对应的多个电力载波通讯装置130包括电力载波装置1至电力载波装置N。例如，控制装置1需要与控制装置2进行通讯，则电力载波装置1从汽车电力线120中获取来自于电力载波装置2发送的载波信号，该载波信号来自于控制装置2，并由电力载波装置2调制后发送至汽车电力线120上。

其中，如图14所示，每个电力载波通讯装置130包括依次相连的耦合器131、滤波器133、放大器134和调制解调器132。

进一步地，如图15所示，多个电力载波通讯装置例如八个电力载波通讯装置1-8通过汽车电力线束121、122与网关300相连，每个电力载波通讯装置与一个控制装置对应。例如，电力载波通讯装置1与传动控制装置111相对应，电力载波通讯装置2与发动机控制装置112相对应，电力载波通讯装置3与主动悬挂装置对应，电力载波通讯装置4与空调控制装置114相对应，电力载波通讯装置5与安全气囊115相对应，电力载波通讯装置6与仪表显示116相对应，电力载波通讯装置7与故障诊断117相对应，电力载波通讯装置8与照明装置118相对应。

在本实施例中，如图16所示，该电力载波通讯系统进行数据接收的方法包括如下步骤：

S2101，系统加电启动，系统程序进入从电力线接收数据的状态。

S2102，检测载波信号的有无及正确与否。如果是，则执行步骤S2103；如果否，则执行步骤S2104。

S2103，开始接收从电力线上传来的数据，进入下一步骤S2105。

S2104，检测SCI口，判断SCI口是否有数据。如果是，则进入下一步骤S2105；如果否，则返回步骤S2101。

S2105，进入数据接收状态。

根据本实施例的用于电动汽车的电力载波通讯系统，在不增加汽车内线束的基础上，可实现车内各个控制系统之间的数据传输和共享，而利用电力线作为通讯介质的电力载波通讯，避免建设和投资新的通讯网络，降低了制造成本和维护难度。

此外，本发明的另一方面的实施例还提出了一种电动汽车，包括上述的动力系统。该电动汽车根据三电平的控制，能够通过三相或单相电进行大功率充电，方便用户随时随地对电动汽车进行快速充电，节约了时间成本，满足人们的需求，并且充电效率高，有助于电动汽车的推广。

如图17所示，为根据本发明还一个实施例的用于电动汽车的电机控制器与电动汽车其他部分之间的连接示意图。该电机控制器通过直流连接口与动力电池相连，通过交流连接口与电网相连以实现对动力电池的充电，通过交流连接口与负载或其他车辆相连，从而实现动力电池对负载或其他车辆的放电。其中，本发明实施例的用于电动汽车的电机控制器包括三电平双向DC/AC模块、电机控制开关、充放电控制模块和控制器模块。

其中，三电平双向DC/AC模块的第一直流端与电动汽车的动力电池的一端相连，三电平双向DC/AC模块的第二直流端与动力电池的另一端相连；电机控制开关的一端与三电平双向DC/AC模块的交流端相连，电机控制开关的另一端与电机相连；充放电控制模块的一端与三电平双向DC/AC模块的交流端相连，充放电控制模块的另一端与电动汽车的充放电插座相连；控制器模块与电机控制开关和充放电控制模块分别相连，控制器模块用于根据动力系统当前所处的工作模式对电机控制开关和充放电控制模块进行控制。

本发明实施例的电机控制器具有双向特性，既可以实现外部电网对电动汽车的充电，例如可通过交流电直接对电动汽车进行充电，也可以实现电动汽车对外的放电，因此电机控制器具有多种功能，极大地方便了用户的使用。此外，由于可通过三电平控制，大大减小了共模电压，降低了漏电流，减小了谐波，提高了充电效率，使得交流电直接对电动汽车进行充电，因此还省略了充电机，节约了充电站的成本，此外用户可以直接使用当地交流电，随时随地对电动汽车进行充电，有助于采用该电机控制器的电动汽车的普及和推广。

在本发明的一个实施例中，当所述动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时，所述控制器模块控制所述电机控制开关闭合，并控制所述充放电控制模块断开。而当所述动力系统当前所处的工作模式为充放电模式时，所述控制器模块控制所述电机控制开关断开，并控制所述充放电控制模块闭合以启动所述三电平双向DC/AC模块。

在本发明的一个实施例中，所述三电平双向DC/AC模块具体包括串联的第一电容和第二电容、相互串联的第一IGBT和第二IGBT、相互串联的第三IGBT和第四IGBT、相互串联的第五IGBT和第六IGBT、相互串联的第七IGBT和第八IGBT、相互串联的第九IGBT和第十IGBT以及相互串联的第十一IGBT和第十二IGBT。

其中，所述第一电容的一端与所述动力电池的一端相连，所述第一电容的另一端与所述第二电容的一端相连，所述第二电容的另一端与所述动力电池的另一端相连，所述第一电容与所述第二电容之间具有第一节点；所述相互串联的第一IGBT和第二IGBT连接在所述三电平双向DC/AC模块的第一直流端和第二直流端之间，所述相互串联的第一IGBT和第二IGBT之间具有第二节点；所述相互串联的第三IGBT和第四IGBT连接在所述第一节点和第二节点之间；所述相互串联的第五IGBT和第六IGBT连接在所述三电平双向DC/AC模块的第一直流端和第二直流端之间，所述相互串联的第五IGBT和第六IGBT之间具有第三节点；所述相互串联的第七IGBT和第八IGBT连接在所述第一节点和第三节点之间；所述相互串联的第九IGBT和第十IGBT连接在所述三电平双向DC/AC模块的第一直流端和第二直流端之间，所述相互串联的第九IGBT和第十IGBT之间具有第四节点；所述相互串联的第十一IGBT和第十二IGBT连接在所述第一节点和第四节点之间。其中，所述第二节点、第三节点和第四节点作为所述三电平双向DC/AC模块的交流端。

在本发明的一个实施例中，还包括：相互串联的第一共模电容和第二共模电容，所述相互串联的第一共模电容和第二共模电容串联连接在所述动力电池的一端和另一端之间，且所述相互串联的第一共模电容和第二共模电容之间的节点接地。

在本发明的一个实施例中，还包括：滤波模块，所述滤波模块连接在所述三电平双向DC/AC模块和所述充放电控制模块之间。

在本发明的一个实施例中，还包括：滤波控制模块，所述滤波控制模块连接在所述第一节点和所述滤波模块之间，所述滤波控制模块受所述控制器模块控制，所述控制器模块在所述动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时控制所述滤波控制模块断开。

在本发明的一个实施例中，还包括：EMI模块，所述EMI模块连接在所述充放电插座和充放电控制模块之间。

在本发明的一个实施例中，所述充放电控制模块进一步包括：三相开关和/或单相开关，用于实现三相充放电或单相充放电。

在本发明的一个实施例中，所述电机控制器与动力电池相连，且所述电机控制器与负载、电网或其他电动汽车相连。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (20)

1.一种用于电动汽车的动力系统，其特征在于，包括：

动力电池；

充放电插座；

三电平双向DC/AC模块，所述三电平双向DC/AC模块的第一直流端与所述动力电池的一端相连，所述三电平双向DC/AC模块的第二直流端与所述动力电池的另一端相连；

电机控制开关，所述电机控制开关的一端与所述三电平双向DC/AC模块的交流端相连，所述电机控制开关的另一端与电机相连；

充放电控制模块，所述充放电控制模块的一端与所述三电平双向DC/AC模块的交流端相连，所述充放电控制模块的另一端与所述充放电插座相连；以及

控制器模块，所述控制器模块与所述电机控制开关和充放电控制模块分别相连，所述控制器模块用于根据所述动力系统当前所处的工作模式对所述电机控制开关和充放电控制模块进行控制。

2.如权利要求1所述的用于电动汽车的动力系统，其特征在于，当所述动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时，所述控制器模块控制所述电机控制开关闭合，并控制所述充放电控制模块断开。

3.如权利要求1或2所述的用于电动汽车的动力系统，其特征在于，当所述动力系统当前所处的工作模式为充放电模式时，所述控制器模块控制所述电机控制开关断开，并控制所述充放电控制模块闭合以启动所述三电平双向DC/AC模块。

4.如权利要求1-3任一项所述的用于电动汽车的动力系统，其特征在于，所述三电平双向DC/AC模块包括：

串联的第一电容和第二电容，所述第一电容的一端与所述动力电池的一端相连，所述第一电容的另一端与所述第二电容的一端相连，所述第二电容的另一端与所述动力电池的另一端相连，所述第一电容与所述第二电容之间具有第一节点；

相互串联的第一IGBT和第二IGBT，所述相互串联的第一IGBT和第二IGBT连接在所述三电平双向DC/AC模块的第一直流端和第二直流端之间，所述相互串联的第一IGBT和第二IGBT之间具有第二节点；

相互串联的第三IGBT和第四IGBT，所述相互串联的第三IGBT和第四IGBT连接在所述第一节点和第二节点之间；

相互串联的第五IGBT和第六IGBT，所述相互串联的第五IGBT和第六IGBT连接在所述三电平双向DC/AC模块的第一直流端和第二直流端之间，所述相互串联的第五IGBT和第六IGBT之间具有第三节点；

相互串联的第七IGBT和第八IGBT，所述相互串联的第七IGBT和第八IGBT连接在所述第一节点和第三节点之间；

相互串联的第九IGBT和第十IGBT，所述相互串联的第九IGBT和第十IGBT连接在所述三电平双向DC/AC模块的第一直流端和第二直流端之间，所述相互串联的第九IGBT和第十IGBT之间具有第四节点；

相互串联的第十一IGBT和第十二IGBT，所述相互串联的第十一IGBT和第十二IGBT连接在所述第一节点和第四节点之间；

其中，所述第二节点、第三节点和第四节点作为所述三电平双向DC/AC模块的交流端。

5.如权利要求1所述的用于电动汽车的动力系统，其特征在于，还包括：

相互串联的第一共模电容和第二共模电容，所述相互串联的第一共模电容和第二共模电容串联连接在所述动力电池的一端和另一端之间，且所述相互串联的第一共模电容和第二共模电容之间的节点接地。

6.如权利要求4所述的用于电动汽车的动力系统，其特征在于，还包括：

滤波模块，所述滤波模块连接在所述三电平双向DC/AC模块的交流端和所述充放电控制模块之间。

7.如权利要求6所述的用于电动汽车的动力系统，其特征在于，还包括：

滤波控制模块，所述滤波控制模块连接在所述第一节点和所述滤波模块之间，所述滤波控制模块受所述控制器模块控制，所述控制器模块在所述动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时控制所述滤波控制模块断开。

8.如权利要求7所述的用于电动汽车的动力系统，其特征在于，还包括：

EMI模块，所述EMI模块连接在所述充放电插座和充放电控制模块之间。

9.如权利要求1-3任一项所述的用于电动汽车的动力系统，其特征在于，所述充放电控制模块进一步包括：

三相开关和/或单相开关，用于实现三相充放电或单相充放电。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的动力系统。

11.一种用于电动汽车的电机控制器，其特征在于，包括：

三电平双向DC/AC模块，所述三电平双向DC/AC模块的第一直流端与所述电动汽车的动力电池的一端相连，所述三电平双向DC/AC模块的第二直流端与所述动力电池的另一端相连；

电机控制开关，所述电机控制开关的一端与所述三电平双向DC/AC模块的交流端相连，所述电机控制开关的另一端与电机相连；

充放电控制模块，所述充放电控制模块的一端与所述三电平双向DC/AC模块的交流端相连，所述充放电控制模块的另一端与所述电动汽车的充放电插座相连；以及

控制器模块，所述控制器模块与所述电机控制开关和充放电控制模块分别相连，所述控制器模块用于根据所述动力系统当前所处的工作模式对所述电机控制开关和充放电控制模块进行控制。

12.如权利要求11所述的用于电动汽车的电机控制器，其特征在于，当所述动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时，所述控制器模块控制所述电机控制开关闭合，并控制所述充放电控制模块断开。

13.如权利要求11或12所述的用于电动汽车的电机控制器，其特征在于，当所述动力系统当前所处的工作模式为充放电模式时，所述控制器模块控制所述电机控制开关断开，并控制所述充放电控制模块闭合以启动所述三电平双向DC/AC模块。

14.如权利要求11所述的用于电动汽车的电机控制器，其特征在于，所述三电平双向DC/AC模块包括：

串联的第一电容和第二电容，所述第一电容的一端与所述动力电池的一端相连，所述第一电容的另一端与所述第二电容的一端相连，所述第二电容的另一端与所述动力电池的另一端相连，所述第一电容与所述第二电容之间具有第一节点；

相互串联的第一IGBT和第二IGBT，所述相互串联的第一IGBT和第二IGBT连接在所述三电平双向DC/AC模块的第一直流端和第二直流端之间，所述相互串联的第一IGBT和第二IGBT之间具有第二节点；

相互串联的第三IGBT和第四IGBT，所述相互串联的第三IGBT和第四IGBT连接在所述第一节点和第二节点之间；

相互串联的第五IGBT和第六IGBT，所述相互串联的第五IGBT和第六IGBT连接在所述三电平双向DC/AC模块的第一直流端和第二直流端之间，所述相互串联的第五IGBT和第六IGBT之间具有第三节点；

相互串联的第七IGBT和第八IGBT，所述相互串联的第七IGBT和第八IGBT连接在所述第一节点和第三节点之间；

相互串联的第九IGBT和第十IGBT，所述相互串联的第九IGBT和第十IGBT连接在所述三电平双向DC/AC模块的第一直流端和第二直流端之间，所述相互串联的第九IGBT和第十IGBT之间具有第四节点；

相互串联的第十一IGBT和第十二IGBT，所述相互串联的第十一IGBT和第十二IGBT连接在所述第一节点和第四节点之间；

其中，所述第二节点、第三节点和第四节点作为所述三电平双向DC/AC模块的交流端。

15.如权利要求11所述的用于电动汽车的电机控制器，其特征在于，还包括：

相互串联的第一共模电容和第二共模电容，所述相互串联的第一共模电容和第二共模电容串联连接在所述动力电池的一端和另一端之间，且所述相互串联的第一共模电容和第二共模电容之间的节点接地。

16.如权利要求14所述的用于电动汽车的电机控制器，其特征在于，还包括：

滤波模块，所述滤波模块连接在所述三电平双向DC/AC模块的交流端和所述充放电控制模块之间。

17.如权利要求16所述的用于电动汽车的电机控制器，其特征在于，还包括：

滤波控制模块，所述滤波控制模块连接在所述第一节点和所述滤波模块之间，所述滤波控制模块受所述控制器模块控制，所述控制器模块在所述动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时控制所述滤波控制模块断开。

18.如权利要求17所述的用于电动汽车的电机控制器，其特征在于，还包括：

EMI模块，所述EMI模块连接在所述充放电插座和充放电控制模块之间。

19.如权利要求11所述的用于电动汽车的电机控制器，其特征在于，所述充放电控制模块进一步包括：

三相开关和/或单相开关，用于实现三相充放电或单相充放电。

20.如权利要求11所述的用于电动汽车的电机控制器，其特征在于，所述电机控制器与所述动力电池相连，且所述电机控制器与负载、电网或其他电动汽车相连。