CN106452279B - 集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器及控制方法 - Google Patents

集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106452279B
CN106452279B CN201610836899.XA CN201610836899A CN106452279B CN 106452279 B CN106452279 B CN 106452279B CN 201610836899 A CN201610836899 A CN 201610836899A CN 106452279 B CN106452279 B CN 106452279B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
control
relay switch
voltage
phase bridge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610836899.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106452279A (zh
Inventor
王巍
李明
刘继行
李兵
张亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bohai University
Original Assignee
Bohai University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bohai University filed Critical Bohai University
Priority to CN201610836899.XA priority Critical patent/CN106452279B/zh
Publication of CN106452279A publication Critical patent/CN106452279A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106452279B publication Critical patent/CN106452279B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/022—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters characterised by the type of converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Abstract

一种集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器，其特征在于：该控制器包括三相桥式DC‑AC双向变换器、第一继电器开关、第二继电器开关、交流电源输入接口装置、驱动电机、降压变压器、充电动力电池和中央控制微处理器；本发明电路结构简洁，减少电子元气件，工作更可靠，并且具有成本低、重量轻、体积小、高功率因数。

Description

集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器及控制方法
技术领域
本发明涉及集成单相慢充和三相快充的充电功能的电动汽车驱动电机控制器，尤其涉及一种集成电机驱动和充电功能的控制器及控制方法。
背景技术
目前国外集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器的解决方案基于非隔离集成“充电-驱动”系统的方案在汽车行业已经得到应用。从国外已有技术方案来看，目前基于PWM整流技术的“驱动—充电”集成方案均实现了高效的充电和单位功率因数控制等功能，性能上具有较大优势；而且与电机驱动系统中的三相逆变器共用电力电子器件，节省了不控整流+有源功率因数校正电路或PWM整流电路的成本，是一种可以切实提高系统性能指标，降低体积和成本的有前景的技术。但是国外技术利用电机绕组作为电感，对电机的设计要求较高。三相充电模式下，在永磁同步电机上必须增加额外的锁止装置，控制技术上难以实现。国内集驱动及充电功能的电机控制器的解决方案，都得在原有电机控制器的前端增加双向DC-DC升降压变换单元，增加了成本，减小了可靠性。
发明内容
发明目的：
本发明提供一种集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器及控制方法，其目的是解决以往所存在的问题。
技术方案：
一种集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器，其特征在于：该控制器包括三相桥式DC-AC双向变换器、第一继电器开关(K1)、第二继电器开关(K2)、交流电源输入接口装置、驱动电机、降压变压器、充电动力电池和中央控制微处理器；其中充电动力电池、三相桥式DC-AC双向变换器以及驱动电机依次连接形成电机驱动回路，交流电源输入接口装置、降压变压器、三相桥式DC-AC双向变换器以及充电动力电池依次连接形成电池充电回路。
第一继电器开关(K1)安装在三相桥式DC-AC双向变换器和驱动电机之间，用于控制三相桥式DC-AC双向变换器和电机的连接与断开；第二继电器开关(K2)安装在三相桥式DC-AC双向变换器和降压变压器之间，用于控制三相桥式DC-AC双向变换器和降压变压器的连接和断开，也就是交流电网的连接和断开；中央控制微处理器连接第一继电器开关(K1)和第二继电器开关(K2)并对第一继电器开关(K1)和第二继电器开关(K2)进行控制使电机驱动回路处于工作状态时电池充电回路关断，或者使电机驱动回路关断时电池充电回路处于工作状态。
利用上述的集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器所实施的控制方法，其特征在于：在驱动模式下，利用中央控制微处理器对三相桥式DC-AC双向变换器进行控制，使第一继电器开关(K1)闭合，第二继电器开关(K2)断开，车载电池经三相桥式DC-AC双向变换器工作在逆变状态，将直流DC变化成交流AC供电给驱动电机；在充电模式下，利用中央控制微处理器对三相桥式DC-AC双向变换器进行控制，第二继电器开关(K2)闭合，第一继电器开关(K1)断开，三相桥式DC-AC双向变换器工作在整流状态，交流电源输入接口装置输入的交流电经过降压变压器和三相桥式DC-AC双向变换器进行高频PWM整流得到的直流母线电压对车载充电动力电池进行快速充电或者慢充。
(1)交流电源输入接口装置与三相桥式DC-AC双向变换器之间连接降压变压器，这里的降压变压器的作用有两个：一是充当PWM整流电路的PFC电感；二是使将电网电压U1变换到合适的交流电压U2，电网电压U1经降压变压器后的线电压峰值不能大于最低的电池电压UDCmin，这样做的目的是不致于交流侧电压过高，通过三相桥式整流电路IGBT反并联的二极管进行不控整流，导致电路的电流不可控，即：该降压变压器的变比k满足下面的公式：
(2)PWM整流的控制方式由传统结构的母线电压外环+有功、无功电流内环结构改为母线电流在最外环、母线电压在第二环和有功无功电流在最内环的三环控制结构，由于给电池充电是要控制其充电电流，即需要控制母线电流IDC，因此，PWM整流的控制方式增加了母线电流控制环。
三环结构的工作过程：首先根据具体的电池特性，采用恒流充电的方式进行充电，即母线电流给定值设定为常数，给电池进行充电，母线电流给定值和实际值IDC进行比较后，通过PI控制器得到直流母线电压的给定值直流母线电压的给定值和实际值UDC进行比较后，通过PI控制器得到有功电流的给定值有功电流的给定值和实际值id比较后输出有功电压ud，无功电流的给定值和实际值iq比较后，通过PI控制器得到无功电压uq，有功电压ud和无功电压uq通过坐标变换得到静止坐标系下的电压值uD和uQ，静止坐标系下的电压值通过空间电压矢量控制(SVPWM)算法得到6路PWM信号控制三相全桥双向变换器功率器件的开关，实现对母线电流的最终控制。
交流电源输入接口装置兼容单相充电和三相充电，并采用统一接口，具有第一接口(JA)、第二接口(JB)、第三接口(JC)，交流电源输入接口连接有交流输入检测电路，交流输入检测电路将检测信号传送到中央控制微处理器，中央控制微处理器启动单相充电模式和三相充电模式去控制三相桥式DC-AC双向变换器。
当中央控制微处理器启动单相充电模式，闭合第二继电器开关(K2)，第一接口(JA)和第二接口(JB)有输入，利用三相降压变压器的A相电感和B相电感充当单相全桥PWM整流的PFC电感。
当外部电源通过同一个接口接入到中央控制微处理器时，交流输入检测电路将对第一接口(JA)、第二接口(JB)和第三接口(JC)进行幅值和相位的检测，当检测判断结果为单相输入时，启动单相PWM整流程序，当检测判断结果为三相输入时，启动三相PWM整流程序，单相、三相互不干涉输入，共用一个充电接口装置。
第一继电器开关(K1)、第二继电器开关(K2)都是继电器开关，中央控制微处理器通过驱动电路分别独立控制第一继电器开关(K1)和第二继电器开关(K2)，从而控制电动汽车驱动电机控制器工作于电动状态还是充电状态。
交流电源输入接口连接有交流输入检测电路，交流输入检测电路将检测信号传送到中央控制微处理器，中央控制微处理器启动充电模式去控制双向三相桥式DC-AC双向变换器；中央控制微处理器还检测母线电压、母线电流、电机转子位置、电机绕组的相电流以及进行电机故障、控制器故障。
优点及效果：
本发明是一种集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器及控制方法，本发明与现有技术相比，具有如下效果：
(1)充电动力电池与三相桥式DC-AC双向变换器和电机依次连接形成电机驱动回路；交流电源输入接口装置、降压变压器、三相桥式DC-AC双向变换器、和充电动力电池依次连接形成电池充电回路。中央控制微处理器对三相桥式DC-AC双向变换器进行控制，利用驱动-充电模式切换装置使电机驱动回路处于工作状态而电池充电回路关断，或者使电机驱动回路关断而电池充电回路处于工作状态。这样一来，采用同一个三相桥式DC-AC双向变换器实现充电控制和驱动控制，简化电路结构，和现有技术相比减少DC-DC变换单元，减少电子元气件，工作更可靠，并且具有成本低、重量轻、体积小、提高功率因数。
(2)实现了充电机系统、三相充电模式的兼容与自适应；在驱动模式下，开关K1闭合和开关K2断开，在充电模式下，开关K1断开和开关K2闭合，交流电源输入接口连接有交流输入检测电路，交流输入检测电路将检测信号传送到中央控制微处理器，中央控制微处理器启动充电模式去控制三相桥式DC-AC双向变换器，实现PWM整流，对车载动力电池进行充电。连接电网的降压变压器即起到降压功能，可以省掉传统充电回路中的双向DC-DC变换器，同时也充当PWM整流时的三相PFC电感，简化电路结构，工作更可靠，并且具有成本低、重量轻、体积小、提高功率因数。
(3)驱动-充电模式切换装置包括继电器开关K1和继电器开关K2，继电器开关K1和继电器开关K2分别安装驱动回路和充电回路以控制三相桥式DC-AC双向变换器和电机或者降压变压器的连接和断开，在驱动模式下，继电器开关K1闭合和继电器开关断开，在充电模式下，继电器开关K1断开和继电器开关K2闭合，控制简单可靠，零件数小。
(4)本发明的交流电源输入接口装置输入的交流电经过降压变压器、三相桥式DC-AC双向变换器进行高频PWM整流得到的直流母线电压，省却传统一体化控制器的DC-DC控制器以及交流输入整流装置的同时，还实现了高功率因数；
(5)本发明的利用继电器开关K1和继电器开关K2控制电机的通断电，除去了传统控制方案的复用电机电感所带来的复杂锁止控制，使本发明的整个系统控制策略比较简单；
(6)成本低廉，本发明额外增加的硬件只有两个继电器开关和一个降压变压器。并且在成果普及的情况下，可以标准化电池电压，及容量可以将降压变压器直接放到电网上，直接作为一个简易的快充充电桩。
综上所述，本发明电路结构简洁，减少电子元气件，工作更可靠，并且具有成本低、重量轻、体积小、高功率因数。
附图说明
图1是本发明的电路原理方框图。
图2是本发明的PWM整流电路的三环控制结构示意图。
图3是本发明在电动模式的等效电路图。
图4是本发明在三相充电模式的等效电路图。
图5是本发明在单相充电模式的等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
如图所示，本发明提出了一种集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器，该控制器包括三相桥式DC-AC双向变换器、第一继电器开关K1、第二继电器开关K2、交流电源输入接口装置、驱动电机、降压变压器、充电动力电池和中央控制微处理器；其中充电动力电池、三相桥式DC-AC双向变换器以及驱动电机依次连接形成电机驱动回路，交流电源输入接口装置、降压变压器、三相桥式DC-AC双向变换器以及充电动力电池依次连接形成电池充电回路，中央控制微处理器使电机驱动回路处于工作状态时电池充电回路关断，或者使电机驱动回路关断时电池充电回路处于工作状态。和现有技术相比该方案省掉了双向DC-DC变换单元,降低了成本，减少了故障的几率。
第一继电器开关K1安装在三相桥式DC-AC双向变换器和驱动电机之间，用于控制三相桥式DC-AC双向变换器和电机的连接与断开；第二继电器开关K2安装在三相桥式DC-AC双向变换器和降压变压器之间，用于控制三相桥式DC-AC双向变换器和降压变压器的连接和断开，也就是交流电网的连接和断开；中央控制微处理器连接第一继电器开关K1和第二继电器开关K2并对第一继电器开关K1和第二继电器开关K2进行控制使电机驱动回路处于工作状态时电池充电回路关断，或者使电机驱动回路关断时电池充电回路处于工作状态。中央控制微处理器通过驱动电路分别独立控制第一继电器开关K1和第二继电器开关K2。
在驱动模式下，利用中央控制微处理器对三相桥式DC-AC双向变换器进行控制，使第一继电器开关K1闭合，第二继电器开关K2断开，车载电池经三相桥式DC-AC双向变换器工作在逆变状态，将直流DC变化成交流AC供电给驱动电机；在充电模式下，利用中央控制微处理器对三相桥式DC-AC双向变换器进行控制，第二继电器开关K2闭合，第一继电器开关K1断开，三相桥式DC-AC双向变换器工作在整流状态，交流电源输入接口装置输入的交流电经过降压变压器和三相桥式DC-AC双向变换器进行高频PWM整流得到的直流母线电压对车载充电动力电池进行快速充电或者慢充，和现有技术相比该方案省掉了双向DC-DC变换单元,降低了成本，增加了可靠性。
所述在电池充电回路和传统的充电回路拓扑相比，没有DC-DC变换单元，省掉DC-DC变换单元是通过以下两种方式实现的：
(1)交流电源输入接口装置与三相桥式DC-AC双向变换器之间连接三相PFC电感换成了降压变压器，这里的降压变压器的作用有两个：一是充当PWM整流电路的PFC电感；二是使将电网电压U1变换到合适的交流电压U2，电网电压U1经降压变压器后的线电压峰值不能大于最低的电池电压UDCmin，这样做的目的是不致于交流侧电压过高，通过三相桥式整流电路IGBT反并联的二极管进行不控整流，导致电路的电流不可控，即：该降压变压器的变比k满足下面的公式：
(2)PWM整流的控制方式由传统结构的母线电压外环+有功、无功电流内环结构改为母线电流在最外环、母线电压在第二环和有功无功电流在最内环的三环控制结构，具体控制方式框图见图2。由于给电池充电是要控制其充电电流，即需要控制母线电流IDC，因此，本申请中的PWM整流的控制方式增加了母线电流控制环。
三环结构的工作过程：首先根据具体的电池特性，采用恒流充电的方式进行充电，即母线电流给定值设定为常数，给电池进行充电，母线电流给定值和实际值IDC进行比较后，通过PI控制器得到直流母线电压的给定值直流母线电压的给定值和实际值UDC进行比较后，通过PI控制器得到有功电流的给定值有功电流的给定值和实际值id比较后输出有功电压ud，无功电流的给定值和实际值iq比较后，通过PI控制器得到无功电压uq，有功电压ud和无功电压uq通过坐标变换得到静止坐标系下的电压值uD和uQ，静止坐标系下的电压值通过空间电压矢量控制(SVPWM)算法得到6路PWM信号控制三相全桥双向变换器功率器件的开关，实现对母线电流的最终控制。上述过程通过中央控制微处理器单元通过程序实现。没有硬件增加，节约了成本。
交流电源输入接口装置兼容单相充电和三相充电，并采用统一接口，具有第一接口JA、第二接口JB、第三接口JC，交流电源输入接口连接有交流输入检测电路，交流输入检测电路将检测信号传送到中央控制微处理器，中央控制微处理器启动单相充电模式和三相充电模式去控制三相桥式DC-AC双向变换器。
当中央控制微处理器启动单相充电模式，闭合第二继电器开关K2，第一接口JA和第二接口JB有输入，利用三相降压变压器的A相电感和B相电感充当单相全桥PWM整流的PFC电感。
当外部电源通过同一个接口接入到中央控制微处理器时，交流输入检测电路将对第一接口JA、第二接口JB和第三接口JC进行幅值和相位的检测，当检测判断结果为单相输入时，启动单相PWM整流程序，当检测判断结果为三相输入时，启动三相PWM整流程序，单相、三相互不干涉输入，共用一个充电接口装置。具体点说就是当外部电源通过同一个接口接入到中央控制微处理器时，交流输入检测电路将对第一接口JA、第二接口JB和第三接口JC进行幅值和相位的检测，当检测判断结果为三相输入时，降压变压器充当PFC电感，程序运行三相PWM整流程序，通过三相桥式双向DC-AC逆变器对充电动力电池充电，当检测判断结果为单相输入时，运行单相PWM整流程序，对充电动力电池充电，即：接口JA、接口JB有输入，接口JC没有输入时，利用降压变压器的A相和B相线圈充当PFC电感和三相桥式双向DC-AC中A桥臂和B桥臂(T1、T3、T4、T6和D1、D3、D4、D6)构成单相PWM整流电路为充电动力电池充电。从而实现单相和三相的不干涉输入，共用一个接口。
第一继电器开关K1、第二继电器开关K2都是继电器开关，中央控制微处理器通过驱动电路分别独立控制第一继电器开关K1和第二继电器开关K2，从而控制电动汽车驱动电机控制器工作于电动状态还是充电状态。
交流电源输入接口连接有交流输入检测电路，交流输入检测电路将检测信号传送到中央控制微处理器，中央控制微处理器启动充电模式去控制双向三相桥式DC-AC双向变换器；中央控制微处理器还检测母线电压、母线电流、电机转子位置、电机绕组的相电流以及进行电机故障、控制器故障。
本发明的工作原理如下：本发明的集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器可以利用同一套装置实现驱动电机和给动力电池充电功能。
在电机驱动模式下，K1闭合，K2断开，充电动力电池E与三相桥式DC-AC双向变换器和电机依次连接形成电机驱动回路，如图3所示，此时，三相桥式DC-AC双向变换器在中央控制微处理器控制下工作在逆变状态，将动力电池提供的直流电逆变成交流电供电给汽车驱动电机M。该控制方式为业内所熟悉，这里不再赘述。
在充电模式下：K1断开，K2闭合，交流输入检测电路将检测信号传送到中央控制微处理器，交流输入检测电路将对接口JA、接口JB、接口JC进行幅值和相位的检测，当检测判断结果为单相输入时，控制程序启动单相PWM整流模式，当检测判断结果为三相输入时，控制程序启动三相PWM整流模式，从而实现单相和三相的不干涉输入，共用一个接口。
在三相充电模下：交流电源输入接口装置、降压变压器、三相桥式DC-AC双向变换器、和充电动力电池依次连接形成电池充电回路，降压变压器充当PFC电感，三相桥式DC-AC双向变换器在中央控制微处理器控制下工作在三相桥式PWM整流，其等效电路如图4所示。控制方式如图2所示的三环控制结构。
在单相充电模下：交流电源输入接口装置接口A和接口B、降压变压器的A相和B相、以及三相桥式DC-AC双向变换器的A桥臂和B桥臂、充电动力电池依次连接形成电池充电回路，外界三相交流电源利用降压变压器的A相和B相等效电感参与PFC功率校正，三相桥式DC-AC双向变换器在中央控制微处理器控制下工作在单相桥式PWM整流，其等效电路如图5实线部分所示。控制方式如图2所示的三环控制结构类似，这里不再赘述。

Claims (8)

1.利用集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器所实施的控制方法，其特征在于：该方法利用如下控制器实施，该控制器包括三相桥式DC-AC双向变换器、第一继电器开关K1、第二继电器开关K2、交流电源输入接口装置、驱动电机、降压变压器、充电动力电池和中央控制微处理器；其中充电动力电池、三相桥式DC-AC双向变换器以及驱动电机依次连接形成电机驱动回路，交流电源输入接口装置、降压变压器、三相桥式DC-AC双向变换器以及充电动力电池依次连接形成电池充电回路；
在驱动模式下，利用中央控制微处理器对三相桥式DC-AC双向变换器进行控制，使第一继电器开关K1闭合，第二继电器开关K2断开，车载电池经三相桥式DC-AC双向变换器工作在逆变状态，将直流DC变化成交流AC供电给驱动电机；在充电模式下，利用中央控制微处理器对三相桥式DC-AC双向变换器进行控制，第二继电器开关K2闭合，第一继电器开关K1断开，三相桥式DC-AC双向变换器工作在整流状态，交流电源输入接口装置输入的交流电经过降压变压器和三相桥式DC-AC双向变换器进行高频PWM整流得到的直流母线电压对车载充电动力电池进行快速充电或者慢充；
(1)交流电源输入接口装置与三相桥式DC-AC双向变换器之间连接降压变压器，这里的降压变压器的作用有两个：一是充当PWM整流电路的PFC电感；二是将电网电压U1变换到合适的交流电压U2，电网电压U1经降压变压器后的线电压峰值不能大于最低的电池电压UDCmin，这样做的目的是不致于交流侧电压过高，通过三相桥式整流电路IGBT反并联的二极管进行不控整流，导致电路的电流不可控，即：该降压变压器的变比k满足下面的公式：
(2)PWM整流的控制方式由传统结构的母线电压外环+有功、无功电流内环结构改为母线电流在最外环、母线电压在第二环和有功无功电流在最内环的三环控制结构，由于给电池充电是要控制其充电电流，即需要控制母线电流IDC，因此，PWM整流的控制方式增加了母线电流控制环。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：第一继电器开关K1安装在三相桥式DC-AC双向变换器和驱动电机之间，用于控制三相桥式DC-AC双向变换器和电机的连接与断开；第二继电器开关K2安装在三相桥式DC-AC双向变换器和降压变压器之间，用于控制三相桥式DC-AC双向变换器和降压变压器的连接和断开，也就是交流电网的连接和断开；中央控制微处理器连接第一继电器开关K1和第二继电器开关K2并对第一继电器开关K1和第二继电器开关K2进行控制使电机驱动回路处于工作状态时电池充电回路关断，或者使电机驱动回路关断时电池充电回路处于工作状态。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：三环结构的工作过程：首先根据具体的电池特性，采用恒流充电的方式进行充电，即母线电流给定值设定为常数，给电池进行充电，母线电流给定值和实际值IDC进行比较后，通过PI控制器得到直流母线电压的给定值直流母线电压的给定值和实际值UDC进行比较后，通过PI控制器得到有功电流的给定值有功电流的给定值和实际值id比较后输出有功电压ud，无功电流的给定值和实际值iq比较后，通过PI控制器得到无功电压uq，有功电压ud和无功电压uq通过坐标变换得到静止坐标系下的电压值uD和uQ，静止坐标系下的电压值通过空间电压矢量控制SVPWM算法得到6路PWM信号控制三相桥式DC-AC双向变换器功率器件的开关，实现对母线电流的最终控制。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：交流电源输入接口装置兼容单相充电和三相充电，并采用统一接口，具有第一接口JA、第二接口JB、第三接口JC，交流电源输入接口连接有交流输入检测电路，交流输入检测电路将检测信号传送到中央控制微处理器，中央控制微处理器启动单相充电模式和三相充电模式去控制三相桥式DC-AC双向变换器。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：当中央控制微处理器启动单相充电模式时，闭合第二继电器开关K2，第一接口JA和第二接口JB有输入，利用三相降压变压器的A相电感和B相电感充当单相全桥PWM整流的PFC电感。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：当外部电源通过同一个接口接入到中央控制微处理器时，交流输入检测电路将对第一接口JA、第二接口JB和第三接口JC进行幅值和相位的检测，当检测判断结果为单相输入时，启动单相PWM整流程序，当检测判断结果为三相输入时，启动三相PWM整流程序，单相、三相互不干涉输入，共用一个充电接口装置。
7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：第一继电器开关K1、第二继电器开关K2都是继电器开关，中央控制微处理器通过驱动电路分别独立控制第一继电器开关K1和第二继电器开关K2，从而控制电动汽车驱动电机控制器工作于电动状态还是充电状态。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：交流电源输入接口连接有交流输入检测电路，交流输入检测电路将检测信号传送到中央控制微处理器，中央控制微处理器启动充电模式去控制双向三相桥式DC-AC双向变换器；中央控制微处理器还检测母线电压、母线电流、电机转子位置、电机绕组的相电流以及电机故障、控制器故障。
CN201610836899.XA 2016-09-21 2016-09-21 集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器及控制方法 Expired - Fee Related CN106452279B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610836899.XA CN106452279B (zh) 2016-09-21 2016-09-21 集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610836899.XA CN106452279B (zh) 2016-09-21 2016-09-21 集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器及控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106452279A CN106452279A (zh) 2017-02-22
CN106452279B true CN106452279B (zh) 2018-10-30

Family

ID=58165921

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610836899.XA Expired - Fee Related CN106452279B (zh) 2016-09-21 2016-09-21 集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106452279B (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102398884B1 (ko) * 2017-06-09 2022-05-18 현대자동차주식회사 권선형 동기 전동기를 이용한 충전 시스템
KR102433999B1 (ko) * 2017-08-24 2022-08-19 현대자동차주식회사 모터 구동 및 배터리 충전 장치 및 차량
CN109951095A (zh) * 2017-12-19 2019-06-28 河南森源重工有限公司 一种集成驱动充电功能的三相逆变电路、装置与汽车
CN108390420A (zh) * 2018-01-16 2018-08-10 知豆电动汽车有限公司 通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置及方法
CN108312878B (zh) * 2018-02-09 2020-11-13 合肥巨一动力系统有限公司 一种车载复用充电机
KR102524192B1 (ko) * 2018-03-21 2023-04-21 현대자동차주식회사 전기 자동차의 충전 장치
CN111038300A (zh) * 2018-10-15 2020-04-21 乐金电子研发中心(上海)有限公司 车载电力电子集成装置
CN111347925B (zh) * 2018-12-21 2022-03-18 比亚迪股份有限公司 一种车辆、电机控制电路、动力电池充电方法与加热方法
CN109687722B (zh) * 2019-02-01 2023-11-14 华南理工大学 一种电动汽车用集成多模式功率转换器及其控制方法
CN112389348B (zh) * 2019-08-15 2022-12-09 比亚迪股份有限公司 电动汽车及其集成控制器、集成控制系统
CN110474409A (zh) * 2019-09-02 2019-11-19 西安特锐德智能充电科技有限公司 一种充电控制方法及充电设备
CN110667418B (zh) * 2019-09-17 2021-02-05 华中科技大学 一种单相并网零转矩集成充电器及其电流控制方法
CN114640266B (zh) * 2020-05-21 2022-11-25 华为数字能源技术有限公司 一种电机驱动系统及车辆
CN112550023B (zh) * 2020-11-24 2022-05-10 广州橙行智动汽车科技有限公司 电动汽车电气集成装置、方法及电动汽车
WO2023094959A1 (en) * 2021-11-24 2023-06-01 Matter Motor Works Private Limited An universal on-board charger cum inverter system

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102195330A (zh) * 2010-03-08 2011-09-21 株式会社丰田自动织机 电池充电电路和充电方法
CN102694388A (zh) * 2012-05-29 2012-09-26 电子科技大学 一种双向变流器控制装置
CN103178590A (zh) * 2011-12-26 2013-06-26 上海大郡动力控制技术有限公司 用于电力驱动汽车的插电式电池充电装置及其使用方法
CA2787418A1 (en) * 2012-08-21 2014-02-21 Qutel Inc. System and method for managing a multiphase motor in an electric automotive vehicle
CN103684202A (zh) * 2013-12-27 2014-03-26 大洋电机新动力科技有限公司 集成驱动及充放电功能的电机控制器
CN103762628A (zh) * 2013-12-31 2014-04-30 北京科诺伟业科技股份有限公司 一种双向变流器对蓄电池充放电的控制方法
EP2738035A1 (en) * 2012-11-28 2014-06-04 Sandvik Mining and Construction Oy A method and an arrangement for controlling power supply in an electric mining unit, and a method for controlling power supply in a mining unit, as well as a mining unit
CN206099839U (zh) * 2016-09-21 2017-04-12 渤海大学 集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102195330A (zh) * 2010-03-08 2011-09-21 株式会社丰田自动织机 电池充电电路和充电方法
CN103178590A (zh) * 2011-12-26 2013-06-26 上海大郡动力控制技术有限公司 用于电力驱动汽车的插电式电池充电装置及其使用方法
CN102694388A (zh) * 2012-05-29 2012-09-26 电子科技大学 一种双向变流器控制装置
CA2787418A1 (en) * 2012-08-21 2014-02-21 Qutel Inc. System and method for managing a multiphase motor in an electric automotive vehicle
EP2738035A1 (en) * 2012-11-28 2014-06-04 Sandvik Mining and Construction Oy A method and an arrangement for controlling power supply in an electric mining unit, and a method for controlling power supply in a mining unit, as well as a mining unit
CN103684202A (zh) * 2013-12-27 2014-03-26 大洋电机新动力科技有限公司 集成驱动及充放电功能的电机控制器
CN103762628A (zh) * 2013-12-31 2014-04-30 北京科诺伟业科技股份有限公司 一种双向变流器对蓄电池充放电的控制方法
CN206099839U (zh) * 2016-09-21 2017-04-12 渤海大学 集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器

Also Published As

Publication number Publication date
CN106452279A (zh) 2017-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106452279B (zh) 集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器及控制方法
CN103684202B (zh) 集成驱动及充放电功能的电机控制器
CN104092273B (zh) 电动汽车驱动与充电集成控制方法及其应用的电动汽车
CN103647483B (zh) 一种集成开关磁阻电机驱动和电池充电的功率变换装置
CN101958674B (zh) 绕组开路型永磁电机车载起动发电系统及控制方法
CN203708154U (zh) 一种集成开关磁阻电机驱动和电池充电的功率变换装置
CN206099839U (zh) 集成充电功能的电动汽车驱动电机控制器
CN101369735A (zh) 紧急辅助负载的供电方法、辅助变换器及其铁道车辆
CN106357164A (zh) 一种双凸极高压直流起动发电系统及控制方法
CN105703689B (zh) 大功率无刷双馈电机三电平双向变频调速系统
US11738653B2 (en) Integrated charger and motor control system isolated by motor
CN110289669B (zh) 对智能电池的交流充电
CN103023344A (zh) 一种通用的智能电网电力电子装置
WO2011159241A1 (en) Electrical apparatus comprising drive system and electrical machine with reconnectable stator winding
CN106655433A (zh) 一种电感参数可变的车载集成式电路
CN104993580B (zh) 油电混合直流供电装置
CN101895142B (zh) 基于发电机为储能部件充电的充电电路
CN106671796A (zh) 机车牵引系统
CN204012748U (zh) 一种变频电机用spwm整流回馈装置
CN106059229A (zh) 异步发电系统和列车
CN103427729A (zh) 基于直流母线的抽油机井群控系统
CN201690400U (zh) 变频软启混合动力柜
CN106864267A (zh) 一种用于列车的自供电方法
CN202679286U (zh) 基于直流母线的抽油机井群控系统
CN203747494U (zh) 一种应急电源装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20181030

Termination date: 20190921

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee