CN106992558A - 一种充放电控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充放电控制装置,包括电机、电驱动电路、电源电压采样电路、充放电电流采样电路以及控制芯片,其中:控制芯片用于向电驱动电路发送第一脉宽调制PWM驱动信号,其中,所述第一PWM驱动信号用于指示所述电驱动电路将外接电源的电能存储于电机的电感中,以及利用电机的电感中存储的电能为电池充电;或者,控制芯片用于向电驱动电路发送第二PWM驱动信号,其中,所述第一PWM驱动信号用于指示所述电驱动电路将电池的电能存储于电机的电感中,以及利用电机的电感中存储的电能为外接电源回馈电能。实施本发明提供的技术方案,有利于节约充放电控制装置的成本,减少占地面积。

Description

一种充放电控制装置

技术领域

[0001]本发明涉及电路技术领域,具体涉及一种充放电控制装置。

背景技术

[0002]电动汽车具有高效、节能、低噪声、零排放等优点,是未来新能源汽车的发展趋势, 然而电动汽车的推广仍受续航里程和充电技术的限制。目前电动汽车大多采用大容量的电 池,虽然可以提高电动汽车的续航里程,但同时也对电动汽车充电提出了更高的要求,目前 常用的两种充电方式有两种,即交流慢充和直流快充。交流慢充方式是通过固定安装在电 动汽车内部的功率变换装置将交流电变换为直流电,为电动汽车动力电池充电;直流快充 方式是通过固定安装在电动汽车外的功率变换装置将交流电变换为直流电,直接为电动汽 车的动力电池充电。

[0003] 本技术方案的发明人在研宄过程中发现,现有交流慢充方案中,由于车载充电机 和电驱动功率变换装置相互独立,受到车辆空间的限制,充电机功率不大,充电效率低,充 电时间较长,直流快充方案中,功率变换装置成本高和占地面积大。

发明内容

[0004] 本发明公开了一种充放电控制装置,用于实现电池的充放电控制。

[0005] 本发明的第一方面提供了一种充放电控制装置,包括电机、电驱动电路、电源电压 采样电路、充放电电流采样电路以及控制芯片,其中:

[0006] 所述电机的u相接线端子连接所述电驱动电路的u相接线端子,所述电机的v相接 线端子连接所述电驱动电路的V相接线端子,所述电机的W相接线端子连接所述电驱动电路 的W相接线端子,所述电机的中点抽头用于连接外接电源的第一充放电端子;

[0007] 所述电驱动电路的N点端子用于连接所述外接电源的第二充放电端子,所述电驱 动电路的直流输入正极端子用于连接电池的正极,所述电驱动电路的直流输入负极端子用 于连接所述电池的负极;

[0008] 所述充放电电流采样电路用于检测所述充放电控制装置的三相充放电电流;所述 电源电压采样电路用于检测所述外接电源的电压;所述充放电电流采样电路和所述电源电 压采样电路连接所述控制芯片;

[0009] 所述控制芯片用于向所述电驱动电路发送第一脉宽调制PWM驱动信号,其中,所述 第一 PWM驱动信号用于指示所述电驱动电路将所述外接电源的电能存储于所述电机的电感 中,以及利用所述电机的电感中存储的电能为所述电池充电;或者,

[0010]所述控制芯片用于向所述电驱动电路发送第二PWM驱动信号,其中,所述第二PWM 驱动信号用于指示所述电驱动电路将所述电池的电能存储于所述电机的电感中,以及利用 所述电机的电感中存储的电能为所述外接电源回馈电能。

[0011]当所述充放电控制装置的工作模式为充电模式时,所述充放电控制装置的控制芯 片获取输入电源类型、电源电压采样值、充电电流检测值,基于输入电源类型、电源电压采 样值、电机电感值以及充电电流检测值和充电电流目标值之间的误差计算第一 PWM驱动信 号,并根据第一PWM驱动信号进行闭环控制,将外接电源的电能存储于电机的电感中,再将 电机的电感中存储的电能传输至电池,即给电池充电。

[0012] 当所述充放电控制装置的工作模式为放电模式时,所述充放电控制装置的控制芯 片获取输入电源类型、电池的能量、回馈功率、电源电压采样值、电池电压采样值,基于电池 的能量、回馈功率、电源电压采样值、电池电压采样值、电机电感值及放电电流目标值和放 电电流检测值之间的误差计算第二PWM驱动信号,并根据第一PWM驱动信号进行闭环控制, 将电池的电能存储于电机的电感中,再将电机的电感中存储的电能传输至外接电源,即向 外接电源反馈电能。

[0013] 在一个可能的设计中,所述充放电控制装置还包括电池电压采样电路和驱动电 路,其中:

[0014] 所述电池电压采样电路用于检测所述电池的电压,所述电池电压采样电路连接所 述控制芯片;所述电驱动电路连接所述驱动电路,所述驱动电路连接所述控制芯片。

[0015] 在另一个可能的设计中,所述电驱动电路包括第一绝缘栅双极型晶体管芯片IGBT 模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块、第四IGBT模块、第五IGBT模块、第六IGBT模块以及母线 电容,其中:

[0016]所述第一 IGBT模块的发射极与所述第二IGBT模块的集电极连接后组成所述电驱 动电路的U相接线端子,所述IGBT3的发射极与所述第四IGBT模块的集电极连接后组成所述 电驱动电路的的V相接线端子,所述第五IGBT模块的发射极与所述第六IGBT模块的集电极 连接后组成所述电驱动电路的W相接线端子;

[0017]所述第一 IGBT模块的集电极、所述第三IGBT模块的集电极、所述第五IGBT模块的 集电极以及所述母线电容的正极连接后组成所述电驱动电路的直流输入正极端子;

[0018]所述第二IGBT模块的发射极、所述第四IGBT模块的发射极、所述第六IGBT模块的 发射极以及所述母线电容的负极连接后组成所述电驱动电路的直流输入负极端子和所述N 点端子;

[0019]所述第一 IGBT模块的门极和发射极、所述第二IGBT模块的门极和发射极、所述第 三IGBT模块的门极和发射极、所述第四IGBT模块的门极和发射极、所述第五IGBT模块的门 极和发射极、所述第六IGBT模块的门极和发射极连接所述驱动电路。

[0020] 需要注意的是,与所述充放电控制装置连接的所述外接电源为直流电源;所述驱 动电路包括信号隔离电路和功率放大电路。

[0021] 此外,所述充放电控制装置的所述控制芯片至少包括采样单元和驱动单元,其中:

[0022] 所述电池电压采样电路、所述充放电电流采样电路和所述电源电压采样电路连接 所述采样单元;所述驱动电路连接所述驱动单元。

[0023] 在又一个可能的设计中,所述电驱动电路包括U相电驱动电路、V相电驱动电路以 及W相电驱动电路,且所述U相电驱动电路、所述V相电驱动电路和所述w相电驱动电路均包 括n个电驱动单元,所述电驱动单元包括第一接线端子、第二接线端子、控制信号接线端子、 直流输入正极子端子、直流输入负极子端子,所述n为正整数;

[0024] 所述电池包括U相电池组、V相电池组和W相电池组,所述U相电池组包括与所述U相 电驱动电路中的n个电驱动单元对应连接的n个电池单元,所述V相电池组包括与所述V相电 驱动电路中的n个电驱动单元对应连接的n个电池单元,所述W相电池组包括与所述W相电驱 动电路中的n个电驱动单元对应连接的n个电池单元;

[00251所述U相电驱动电路中的第一个电驱动单元的第一接线端子连接所述电机的U相 接线端子,所述V相电驱动电路中的第一个电驱动单元的第一接线端子连接所述电机的v相 接线端子,所述W相电驱动电路中的第一个电驱动单元的第一接线端子连接所述电机的W相 接线端子;

[0026]所述U相电驱动电路中的第i个电驱动单元的第二接线端子连接所述U相电驱动电 路中的第i+1个电驱动单元的第一接线端子,所述第i个电驱动单元的直流输入正极子端子 连接所述电池的U相电池组中的第i个电池单元的正极,所述第i个电驱动单元的直流输入 负极子端子连接所述第i个电池单元的负极,所述i为小于n的正整数;所述V相电驱动电路 中的第j个电驱动单元的第二接线端子连接所述V相电驱动电路中的第j+1个电驱动单元的 第一接线端子,所述第j个电驱动单元的直流输入正极子端子连接所述电池的V相电池组中 的第j个电池单元的正极,所述第j个电驱动单元的直流输入负极子端子连接所述第j个电 池单元的负极,所述j为小于n的正整数;所述W相电驱动电路中的第k个电驱动单元的第二 接线端子连接所述W相电驱动电路中的第k+1个电驱动单元的第一接线端子,所述第k个电 驱动单元的直流输入正极子端子连接所述电池的W相电池组中的第k个电池单元的正极,所 述第k个电驱动单元的直流输入负极子端子连接所述第k个电池单元的负极,所述k为小于n 的正整数;

[0027]所述U相电驱动电路中的第n个电驱动单元的第二接线端子、所述V相电驱动电路 中的第n个电驱动单元的第二接线端子,以及所述W相电驱动电路中的第n个电驱动单元的 第二接线端子组成所述电驱动电路的N点端子;

[0028]所述U相电驱动电路中的电驱动单元的控制信号接线端子、所述V相电驱动电路中 的控制信号接线端子、所述W相电驱动电路中的控制信号接线端子连接所述控制芯片。

[0029] 可以理解的是,所述充放电控制装置的所述电驱动单元具体可以包括H桥逆变器、 旁路开关、驱动电路、电池电压采样电路以及电驱动单元控制芯片,其中:

[0030] 所述H桥逆变器包括第一绝缘栅双极型晶体管芯片IGBT模块、第二IGBT模块、第三 IGBT模块、第四IGBT模块,所述第一 IGBT模块的发射极、所述第四IGBT模块的集电极和所述 旁路开关的第一端子连接后组成所述电驱动单元的所述第一接线端子,所述第三IGBT模块 的发射极连、所述第二IGBT模块的集电极和所述旁路开关的第二端子连接后组成所述电驱 动单元的所述第二接线端子;

[0031 ]所述电池电压采样电路用于检测与所述电驱动单元连接的电池单元的电压;

[0032]所述第一 IGBT模块的门极和发射极、所述第二IGBT模块的门极和发射极、所述第 三IGBT模块的门极和发射极、所述第四IGBT模块的门极和发射极连接所述驱动电路;

[0033]所述电池电压采样电路、所述驱动电路连接所述电驱动单元控制芯片,所述电驱 动单元控制芯片连接所述控制芯片。

[0034]此外,与上述充放电控制装置相连接的所述外接电源为直流电源或交流电源;所 述电驱动单元控制芯片至少包括采样单元和驱动单元,其中:

[0035]所述电池电压采样电路、所述充放电电流采样电路和所述电源电压采样电路连接 所述采样单元;

[0036]所述驱动电路连接所述驱动单元。

[0037]在一些可能的实现方式中,所述充放电电流采样电路可以通过霍尔电流传感器检 测所述充放电控制装置的三相充放电电流。或者,

[0038]所述充放电电流采样电路可以通过电阻、隔离运放检测所述充放电控制装置的三 相充放电电流。

[0039] 本发明实施例中,充放电控制装置的控制芯片用于向电驱动电路发送第一 PWM驱 动信号,将外接电源的电能存储于电机的电感中,以及利用电机的电感中存储的电能为电 池充电;或者,控制芯片用于向电驱动电路发送第二PWM驱动信号,将电池的电能存储于电 机的电感中,以及利用电机的电感中存储的电能为外接电源回馈电能。可见,本发明实施例 提供的充放电控制装置通过电驱动电路实现电池的充电和放电控制,由于电驱动电路的功 率较大,故而有利于提升充放电控制装置的充放电功率,此外,所述充放电控制装置的电机 和控制芯片共用电驱动电路,无需独立部署车载充电机,有利于节约充放电控制装置的成 本,减少占地面积。

附图说明

[0040] 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。

[0041] 图1是本发明第一实施例提供的一种充放电控制装置的结构示意图;

[0042] 图2是本发明第二实施例提供的一种充放电控制装置的结构示意图;

[0043]图3是本发明第二实施例提供的另一种充放电控制装置的结构示意图;

[0044]图3.1是本发明第二实施例提供的充放电控制装置的V相充电示意图;

[0045]图3_2是本发明第二实施例提供的充放电控制装置的V相放电示意图;

[0046]图4是本发明第三实施例提供的一种充放电控制装置的结构示意图。

[0047]图4.1是本发明第三实施例提供的充放电控制装置的电驱动单元的结构示意图; [0048]图4.2是本发明第三实施例提供的外接电源为正向接入时,充放电控制装置的V相 充电示意图;

[0049]图4_3是本发明第三实施例提供的外接电源为反向接入时,充放电控制装置的V相 充电示意图;

[0050]图4 _ 4是本发明第三实施例提供的外接电源为正向接入时,充放电控制装置的V相 放电示意图;

[0051 ]图4.5是本发明第三实施例提供的外接电源为反向接入时,充放电控制装置的V相 放电示意图。

具体实施方式

[0052]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做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。

[0053]目前电动汽车大多采用大容量的电池,目前常用的两种充电方式有两种,即交流 慢充和直流快充。交流慢充方式通过固定安装在电动汽车内部的功率变换装置将交流电变 换为直流电,为电动汽车动力电池充电,此方式车载充电机和电驱动功率变换电路相互独 立,受到车辆空间的限制,充电机功率不大,充电时间较长。直流快充方式通过固定安装在 电动汽车外的功率变换装置将交流电变换为直流电,直接为电动汽车的动力电池充电,此 方式功率变换装置成本高和占地面积大。

[0054]为解决上述技术问题,本申请公开了一种充放电控制装置,充电模式下,充放电控 制装置通过电机的电感存储外接电源的电能,再将电感中存储的电能通过电驱动电路传输 给电池,放电模式下,充放电控制装置通过电机的电感存储电池的电能,再将电感中存储的 电能通过电驱动电路反馈给外接电源,如此,充放电控制装置通过电驱动电路实现电池的 充电和放电控制,由于电驱动电路的功率较大,故而可以提高充放电功率,且充放电控制装 置的电机和控制芯片共用电驱动电路,无需独立部署车载充电机,有利于节约充放电控制 装置的成本,减少占地面积。

[0055]需要注意的是,本发明实施例所描述的充放电控制装置可以应用于轿车、卡车、摩 托车、公交车、船、飞机、直升机、割草机、铲雪车、休旅车、游乐园车辆、农业设备、施工设备、 有轨电车、高尔夫球车等移动交通工具中。此外,机器人装置也可使用本发明所提供的充放 电控制装置。以下分别进行详细说明。

[0056]请参阅图1,图1是本发明第一实施例公开的一种充放电控制装置的结构图。如图1 所示,该充放电控制装置可以电机、电驱动电路、电源电压采样电路、充放电电流采样电路 以及控制芯片,其中:

[0057]所述电机的U相接线端子连接所述电驱动电路的U相接线端子,所述电机的V相接 线端子连接所述电驱动电路的V相接线端子,所述电机的W相接线端子连接所述电驱动电路 的W相接线端子,所述电机的中点抽头用于连接外接电源的第一充放电端子;

[0058]所述电驱动电路的N点端子用于连接所述外接电源的第二充放电端子,所述电驱 动电路的直流输入正极端子用于连接电池的正极,所述电驱动电路的直流输入负极端子用 于连接所述电池的负极;

[0059]所述充放电电流采样电路用于检测所述充放电控制装置的三相充放电电流;所述 电源电压采样电路用于检测所述外接电源的电压;所述充放电电流采样电路和所述电源电 压采样电路连接所述控制芯片;

[0060] 所述控制芯片用于向所述电驱动电路发送第一脉宽调制PWM驱动信号,其中,所述 第一 PWM驱动信号用于指示所述电驱动电路将所述外接电源的电能存储于所述电机的电感 中,以及利用所述电机的电感中存储的电能为所述电池充电;或者,

[0061] 所述控制芯片用于向所述电驱动电路发送第二PWM驱动信号,其中,所述第二PWM 驱动信号用于指示所述电驱动电路将所述电池的电能存储于所述电机的电感中,以及利用 所述电机的电感中存储的电能为所述外接电源回馈电能。

[0062] 图1所示的充放电控制装置的工作原理是:

[0063]当所述充放电控制装置的工作模式被设置为充电模式时,所述充放电控制装置的 控制芯片获取输入电源类型、电源电压采样值、充电电流检测值、电池电压采样值,基于输 入电源类型、电源电压采样值、电池电压采样值、电机电感值以及充电电流目标值和充电电 流检测值之间的误差计算第一PWM驱动信号,并根据第一PWM驱动信号进行闭环控制,将外 接电源的电能存储于电机的电感中,再将电机的电感中存储的电能传输至电池,即给电池 充电。

[0064] 当所述充放电控制装置的工作模式被设置为放电模式时,所述充放电控制装置的 控制芯片获取输入电源类型、电池的能量、回馈功率、电源电压采样值、电池电压采样值,基 于电池的能量、回馈功率、电源电压采样值、电池电压采样值、电机电感值及放电电流目标 值和放电电流检测值之间的误差计算第二PWM驱动信号,并根据第二PWM驱动信号进行闭环 控制,将电池的电能存储于电机的电感中,再将电机的电感中存储的电能传输至外接电源, 即向外接电源反馈电能。

[0065] 其中,所述充放电控制装置的工作模式的切换控制可以通过硬件方式进行切换, 或者通过软件方式进行切换,或者通过硬件和软件相结合的方式进行切换,例如可以通过 高低电平转换电路控制所述充放电控制装置的充电模式和放电模式的切换等,本发明实施 例对所述充放电控制装置的工作模式的切换控制不做唯一限定。

[0066] 在图1所描述的充放电控制装置中,充放电控制装置的控制芯片用于向电驱动电 路发送第一PWM驱动信号,将外接电源的电能存储于电机的电感中,以及利用电机的电感中 存储的电能为电池充电;或者,控制芯片用于向电驱动电路发送第二PWM驱动信号,将电池 的电能存储于电机的电感中,以及利用电机的电感中存储的电能为外接电源回馈电能。可 见,本发明实施例提供的充放电控制装置通过电驱动电路实现电池的充电和放电控制,由 于电驱动电路的功率较大,故而有利于提升充放电控制装置的充放电功率,此外,所述充放 电控制装置的电机和控制芯片共用电驱动电路,无需独立部署车载充电机,有利于节约充 放电控制装置的成本,减少占地面积。

[0067]可选的,本发明实施例中,所述充放电电流采样电路通过霍尔电流传感器检测所 述充放电控制装置的三相充放电电流。

[0068]可选的,本发明实施例中,所述充放电电流采样电路通过电阻、隔离运放检测所述 充放电控制装置的三相充放电电流。

[0069]可以理解的是,上述充放电控制装置中的充放电电流采样电路、电源电压采样电 路的具体实现方式可以是多种多样的,本发明实施例不做唯一限定。

[0070]请参阅图2,图2是本发明第二实施例公开的一种充放电控制装置的结构图。其中, 图2所示的充放电控制装置是对图1所示的充放电控制装置进行优化得到的,与图i所示的 充放电控制装置相比,图2所示的充放电控制装置还包括电池电压采样电路和驱动电路,其 中:

[0071]所述电池电压采样电路用于检测所述电池的电压,所述电池电压采样电路连接所 述控制芯片;

[0072 ]所述电驱动电路连接所述驱动电路,所述驱动电路连接所述控制芯片。

[0073]可选的,本发明实施例中,请参阅图3,图3是本发明第二实施例提供的另一种充放 电控制装置的结构图;其中,

[0074]所述电驱动电路包括弟一'绝缘棚双极型晶体管芯片IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)模块、第二IGBT模块T2、第三IGBT模块T3、第四IGBT模块T4、第五IGBT 模块T5、第六IGBT模块T6以及母线电容;

[0075]所述第一 IGBT模块T1的发射极与所述第二IGBT模块T2的集电极连接后组成所述 电驱动电路的U相接线端子,所述IGBT3的发射极与所述第四IGBT模块T4的集电极连接后组 成所述电驱动电路的的V相接线端子,所述第五IGBT模块T5的发射极与所述第六IGBT模块 T6的集电极连接后组成所述电驱动电路的W相接线端子;

[0076]所述第一 IGBT模块T1的集电极、所述第三IGBT模块T3的集电极、所述第五IGBT模 块T5的集电极以及所述母线电容的正极连接后组成所述电驱动电路的直流输入正极端子; [0077] 所述第二IGBT模块T2的发射极、所述第四IGBT模块T4的发射极、所述第六IGBT模 块T6的发射极以及所述母线电容的负极连接后组成所述电驱动电路的直流输入负极端子 和所述N点端子;

[0078]所述第一 IGBT模块T1的门极和发射极、所述第二IGBT模块T2的门极和发射极、所 述第三IGBT模块T3的门极和发射极、所述第四IGBT模块T4的门极和发射极、所述第五IGBT 模块T5的门极和发射极、所述第六IGBT模块T6的门极和发射极连接所述驱动电路。

[0079]可选的,本发明实施例中,所述外接电源为直流电源;

[0080]所述驱动电路包括信号隔离电路和功率放大电路。

[0081] 下面结合示意图详细描述本发明实施例提供的充放电控制装置的工作原理:

[0082] 请参阅图3.1,图3.1是本发明第二实施例提供的充放电控制装置的V相充电示意 图;当所述充放电控制装置的工作模式为充电模式、且外接电源的方向为正向(直流电源的 正向)时,所述控制芯片通过驱动电路向电驱动电路发送第一 PWM驱动信号,所述电驱动电 路的第四〗®!"模块T4逆向导通(由集电极向发射极导通,g卩IGBT模块中的晶体管导通),此 时电机、第四IGBT模块T4、N点端子、外接电源形成储能回路,外接电源给电机的电感充电, 当检测到电机的V相电感电流的上升沿的终点值达到目标值时,所述控制芯片控制所述第 四IGBT模块T4关断,所述电驱动电路中的第三IGBT模块T3正向导通(由发射极向集电极导 通,S卩IGBT模块中的二极管正向导通),所述电机、所述第三IGBT模块T3、所述电池、所述N点 端子、所述外接电源形成充电回路,所述电机的电感给所述电池充电;

[0083] 其中,所述控制芯片可以根据电源电压采样电路的采样结果确定外接电源的输入 方向、类型等信息,外接电源为直流电源时,采样结果大于零时表示外接电源的输入方向为 正向,采样结果小于零时表示外接电源的输入方向为负向,外接电源为交流电源时,采样结 果的相位大于0度小于180度时,表示外接电源的输入方向为正向,采样结果的相位大于180 度小于360度时,表示外接电源的输入方向为负向。

[0084] 请参阅图3.2,图3.2是本发明第二实施例提供的充放电控制装置的V相放电示意 图;当所述充放电控制装置的工作模式为放电模式、且外接电源的方向为正向(直流电源的 正向)时,所述控制芯片通过驱动电路向点驱动电路与发送第二PWM驱动信号,所述电驱动 电路的第三IGBT模块T3逆向导通,所述外接电源、所述N点端子、所述电池、所述第三IGBT模 块T3、所述电机形成储能回路,所述电池的电能传输给所述电机的电感,当检测到电机的V 相电感电流的上升沿的终点值达到目标值时,所述控制芯片控制所述第三IGBT模块T3关 断,所述电驱动电路的第四IGBT模块T4正向导通,所述电机、所述外接电源、所述N点端子、 所述第四IGBT模块T4形成放电回路,所述电机的电感向外接电源回馈电能。

[0085] 可选的,本发明实施例中,所述控制芯片至少包括采样单元和驱动单元;

[0086]所述电池电压采样电路、所述充放电电流采样电路和所述电源电压采样电路连接 所述采样单元;

[0087]所述驱动电路连接所述驱动单元。

[0088]其中,所述电池可以包括n个电池单元(八1、八2"金_1,八11),所述11为正整数。

[0089]在图2或图3所描述的充放电控制装置中,充放电控制装置的控制芯片用于向电驱 动电路发送第一PWM驱动信号,将外接电源的电能存储于电机的电感中,以及利用电机的电 感中存储的电能为电池充电;或者,控制芯片用于向电驱动电路发送第二PWM驱动信号,将 电池的电能存储于电机的电感中,以及利用电机的电感中存储的电能为外接电源回馈电 能。可见,本发明实施例提供的充放电控制装置通过电驱动电路实现电池的充电和放电控 制,由于电驱动电路的功率较大,故而有利于提升充放电控制装置的充放电功率,此外,所 述充放电控制装置的电机和控制芯片共用电驱动电路,无需独立部署车载充电机,有利于 节约充放电控制装置的成本,减少占地面积。

[0090]请参阅图4,图4是本发明第三实施例公开的一种充放电控制装置的结构图。其中, 图4所示的充放电控制装置是对图1所示的充放电控制装置进行优化得到的,与图1所示的 充放电控制装置相比,图3所示的充放电控制装置中:

[0091]所述电驱动电路包括U相电驱动电路、V相电驱动电路以及W相电驱动电路,且所述 U相电驱动电路、所述V相电驱动电路和所述W相电驱动电路均包括n个电驱动单元,所述电 驱动单元包括第一接线端子、第二接线端子、控制信号接线端子、直流输入正极子端子、直 流输入负极子端子,所述n为正整数;

[0092] 所述电池包括U相电池组、V相电池组和W相电池组,所述U相电池组包括与所述U相 电驱动电路中的n个电驱动单元对应连接的n个电池单元,所述V相电池组包括与所述V相电 驱动电路中的n个电驱动单元对应连接的n个电池单元,所述W相电池组包括与所述W相电驱 动电路中的n个电驱动单元对应连接的n个电池单元;

[0093]所述U相电驱动电路中的第一个电驱动单元的第一接线端子连接所述电机的U相 接线端子,所述V相电驱动电路中的第一个电驱动单元的第一接线端子连接所述电机的V相 接线端子,所述W相电驱动电路中的第一个电驱动单元的第一接线端子连接所述电机的W相 接线端子;

[°094]所述U相电驱动电路中的第i个电驱动单元的第二接线端子连接所述U相电驱动电 路中的第i+1个电驱动单元的第一接线端子,所述第i个电驱动单元的直流输入正极子端子 连接所述电池的U相电池组中的第i个电池单元的正极,所述第i个电驱动单元的直流输入 负极子端子连接所述第i个电池单元的负极,所述i为小于n的正整数;所述V相电驱动电路 中的第j个电驱动单元的第二接线端子连接所述V相电驱动电路中的第j+1个电驱动单元的 第一接线端子,所述第j个电驱动单元的直流输入正极子端子连接所述电池的V相电池组中 的第j个电池单元的正极,所述第j个电驱动单元的直流输入负极子端子连接所述第j个电 池单元的负极,所述j为小于n的正整数;所述W相电驱动电路中的第k个电驱动单元的第二 接线端子连接所述W相电驱动电路中的第k+1个电驱动单元的第一接线端子,所述第k个电 驱动单元的直流输入正极子端子连接所述电池的W相电池组中的第k个电池单元的正极,所 述第k个电驱动单元的直流输入负极子端子连接所述第k个电池单元的负极,所述k为小于n 的正整数;

[0095]所述U相电驱动电路中的第n个电驱动单元的第二接线端子、所述V相电驱动电路 中的第n个电驱动单元的第二接线端子,以及所述w相电驱动电路中的第n个电驱动单元的 第—接线纟而子组成所述电驱动电路的N点端子;

[0096]所述U相电驱动电路中的电驱动单元的控制信号接线端子、所述V相电驱动电路中 的控制信号接线端子、所述W相电驱动电路中的控制信号接线端子连接所述控制芯片。 [0097]可选的,请参阅图4.1,图4.1是本发明第三实施例提供的充放电控制装置的电驱 动单元的结构图;其中,

[0098]所述电驱动单元包括H桥逆变器、旁路开关、驱动电路、电池电压采样电路以及电 驱动单元控制芯片;所述旁路开关用于在所述电驱动单元发生故障时,旁路所述电驱动单 元;

[00"]所述H桥逆变器包括第一绝缘栅双极型晶体管芯片叩阶模块、第二IGBT模块T2、第 三IGBT模块T3、第四IGBT模块T4,所述第一 IGBT模块T1的发射极、所述第四IGBT模块T4的集 电极和所述旁路开关的第一端子连接后组成所述电驱动单元的所述第一接线端子,所述第 三IGBT模块T3的发射极连、所述第二IGBT模块T2的集电极和所述旁路开关的第二端子连接 后组成所述电驱动单元的所述第二接线端子;

[0100]所述电池电压采样电路用于检测与所述电驱动单元连接的电池单元的电压;

[0101]所述第一IGBT模块T1的门极和发射极、所述第二IGBT模块T2的门极和发射极、所 述第三IGBT模块T3的门极和发射极、所述第四IGBT模块T4的门极和发射极连接所述驱动电 路;

[0102]所述电池电压采样电路、所述驱动电路连接所述电驱动单元控制芯片,所述电驱 动单元控制芯片连接所述控制芯片。

[0103] 下面结合示意图详细描述本发明实施例提供的充放电控制装置的工作原理:

[0104] 图4所示的充放电控制装置的工作原理是:

[0105]请参阅图4.2,图4.2是本发明第三实施例提供的外接电源为正向接入时,充放电 控制装置的V相充电示意图;当所述充放电控制装置的工作模式为充电模式、且外接电源的 方向为正向时,所述控制芯片向所述电驱动电路的V相电驱动电路中的n个电驱动单元发送 第一脉宽调制P丽驱动信号,所述n个电驱动单元中的第四IGBT模块T4逆向导通(由集电极 向发射极导通,即IGBT模块中的晶体管导通),所述n个电驱动单元中的第二IGBT模块T2正 向导通(由发射极向集电极导通,即IGBT模块中的二极管正向导通),所述电机、所述n个电 驱动单元的第四IGBT模块T4和第二IGBT模块T2、所述N点端子、所述外接电源形成储能回 路,所述外接电源向所述电机的电感存储能量,当检测到电机的V相电感电流的上升沿的终 点值达到目标值时,所述控制芯片关断所述n个电驱动单元中的第四IGBT模块T4,所述n个 电驱动单元中的第一 IGBT模块T1和第二IGBT模块T2正向导通,所述电机、所述n个电驱动单 元对应的n个电池单元、所述n个电驱动单元中的第一 IGBT模块T1和第二IGBT模块T4、所述N 点端子、所述外接电源形成充电回路,所述电机的电感给电池单元充电。

[0106]请参阅图4.3,图4.3是本发明第三实施例提供的外接电源为反向接入时,充放电 控制装置的V相充电示意图;当所述充放电控制装置的工作模式为充电模式、且外接电源的 方向为负向时,所述控制芯片向所述电驱动电路的V相电驱动电路中的n个电驱动单元发送 第一 PWM驱动信号,所述n个电驱动单元中的第二IGBT模块T2逆向导通,所述n个电驱动单元 中的第四IGBT模块T4正向导通,所述外接电源、所述N点端子、所述n个电驱动单元中的第二 IGBT模块T2和第四IGBT模块T4、所述电机形成储能回路,所述外接电源向所述电机的电感 存储能量,当检测到电机的V相电感电流的上升沿的终点值达到目标值时,所述控制芯片关 断所述n个电驱动单元中的第二IGBT模块T2,所述n个电驱动单元中的第三IGBT模块T3和第 四IGBT模块T4正向导通,所述外接电源、所述n个电驱动单元中的第三IGBT模块T3、所述n个 电驱动单元对应的n个电池单元、所述n个电驱动单元中的第四IGBT模块T4、所述N点端子、 所述电机形成充电回路,所述电机的电感给所述n个电驱动单元对应的n个电池单元充电。 [0107]请参阅图4.4,图4.4是本发明第三实施例提供的外接电源为正向接入时,充放电 控制装置的V相放电示意图;当所述充放电控制装置的工作模式为放电模式、且外接电源的 方向为正向时,所述控制芯片向驱动电路的V相电驱动电路中的n个电驱动单元发送PWM放 电驱动信号,所述n个电驱动单元中的第一 IGBT模块T1、第二IGBT模块T2逆向导通,所述外 接电源、所述N点端子、所述n个电驱动单元中的第二IGBT模块T2、所述n个电驱动单元对应 的n个电池单元、所述n个电驱动单元中的第一 IGBT模块T1、所述电机形成储能回路,所述n 个电驱动单元对应的n个电池单元向电机的电感存储能量,当检测到电机的V相电感电流的 上升沿的终点值达到目标值时,所述控制芯片关断n个电驱动单元中的第一 IGBT模块T1,所 述n个电驱动单元中的第四IGBT模块T4正向导通,所述外接电源、所述N点端子、所述n个电 驱动单元中的第二IGBT模块T2、第四IGBT模块T4、所述电机形成放电回路,所述电机的电感 向所述外接电源回馈电能;

[0108]请参阅图4.5,图4.5是本发明第三实施例提供的外接电源为负向接入时,充放电 控制装置的V相放电示意图;当所述充放电控制装置的工作模式为放电模式、且外接电源的 方向为负向时,所述控制芯片向驱动电路的V相电驱动电路中的n个电驱动单元发送PWM放 电驱动信号,所述n个电驱动单元中的第四IGBT模块T4、第三IGBT模块T3逆向导通,所述电 机、所述N点端子、所述n个电驱动单元中的第四IGBT模块T4、所述n个电驱动单元对应的n个 电池单元、所述n个电驱动单元中的第三IGBT模块T3、所述外接电源形成储能回路,所述n个 电驱动单元对应的n个电池单元向电机的电感存储能量,当检测到电机的V相电感电流的上 升沿的终点值达到目标值时,所述控制芯片关断n个电驱动单元中的第三IGBT模块T3,所述 n个电驱动单元中的第二IGBT模块T2正向导通,所述电机、所述n个电驱动单元中的第四 IGBT模块T4、第二IGBT模块T2、所述N点端子、所述外接电源形成放电回路,所述电机的电感 向所述外接电源回馈电能;

[0109]可选的,本发明实施例中,所述外接电源为直流电源或交流电源;

[0110] 所述电驱动单元控制芯片至少包括采样单元和驱动单元;

[0111] 所述电池电压采样电路、所述充放电电流采样电路和所述电源电压采样电路连接 所述采样单元;

[0112] 所述驱动电路连接所述驱动单元。

[0113] 可选的,本发明实施例中,所述充放电电流采样电路通过霍尔电流传感器检测所 述充放电控制装置的三相充放电电流。或者,

[0114] 所述充放电电流采样电路通过电阻、隔离运放检测所述充放电控制装置的三相充 放电电流。

[0115] 在图4所描述的充放电控制装置中,充放电控制装置的控制芯片用于向电驱动电 路发送第一PWM驱动信号,将外接电源的电能存储于电机的电感中,以及利用电机的电感中 存储的电能为电池充电;或者,控制芯片用于向电驱动电路发送第二PWM驱动信号,将电池 的电能存储于电机的电感中,以及利用电机的电感中存储的电能为外接电源回馈电能。本 发明实施例提供的充放电控制装置通过电驱动电路实现电池的充电和放电控制,由于电驱 动电路的功率较大,故而有利于提升充放电控制装置的充放电功率,此外,所述充放电控制 装置的电机和控制芯片共用电驱动电路,无需独立部署车载充电机,有利于节约充放电控 制装置的成本,减少占地面积。

[0116]以上对本发明实施例所提供的充放电控制装置进行了详细介绍,本文中应用了具 体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发 明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实 施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限 制。

Claims (10)

1. 一种充放电控制装置,其特征在于,包括电机、电驱动电路、电源电压采样电路、充放 电电流采样电路以及控制芯片,其中: 所述电机的U相接线端子连接所述电驱动电路的U相接线端子,所述电机的V相接线端 子连接所述电驱动电路的V相接线端子,所述电机的W相接线端子连接所述电驱动电路的W 相接线端子,所述电机的中点抽头用于连接外接电源的第一充放电端子; 所述电驱动电路的N点端子用于连接所述外接电源的第二充放电端子,所述电驱动电 路的直流输入正极端子用于连接电池的正极,所述电驱动电路的直流输入负极端子用于连 接所述电池的负极; 所述充放电电流采样电路用于检测所述充放电控制装置的三相充放电电流;所述电源 电压采样电路用于检测所述外接电源的电压;所述充放电电流采样电路和所述电源电压采 样电路连接所述控制芯片; 所述控制芯片用于向所述电驱动电路发送第一脉宽调制PWM驱动信号,其中,所述第一 PWM驱动信号用于指示所述电驱动电路将所述外接电源的电能存储于所述电机的电感中, 以及利用所述电机的电感中存储的电能为所述电池充电;或者, 所述控制芯片用于向所述电驱动电路发送第二PWM驱动信号,其中,所述第二PWM驱动 信号用于指示所述电驱动电路将所述电池的电能存储于所述电机的电感中,以及利用所述 电机的电感中存储的电能为所述外接电源回馈电能。
2. 根据权利要求1所述的充放电控制装置,其特征在于, 所述充放电控制装置还包括电池电压采样电路和驱动电路; 所述电池电压采样电路用于检测所述电池的电压,所述电池电压采样电路连接所述控 制芯片; 所述电驱动电路连接所述驱动电路,所述驱动电路连接所述控制芯片。
3. 根据权利要求1或2所述的充放电控制装置,其特征在于, 所述电驱动电路包括第一绝缘栅双极型晶体管芯片IGBT模块、第二IGBT模块、第三 IGBT模块、第四IGBT模块、第五IGBT模块、第六IGBT模块以及母线电容; 所述第一 IGBT模块的发射极与所述第二IGBT模块的集电极连接后组成所述电驱动电 路的U相接线端子,所述IGBT3的发射极与所述第四IGBT模块的集电极连接后组成所述电驱 动电路的的V相接线端子,所述第五IGBT模块的发射极与所述第六IGBT模块的集电极连接 后组成所述电驱动电路的W相接线端子; 所述第一 IGBT模块的集电极、所述第三IGBT模块的集电极、所述第五IGBT模块的集电 极以及所述母线电容的正极连接后组成所述电驱动电路的直流输入正极端子; 所述第二IGBT模块的发射极、所述第四IGBT模块的发射极、所述第六IGBT模块的发射 极以及所述母线电容的负极连接后组成所述电驱动电路的直流输入负极端子和所述N点端 子; 所述第一IGBT模块的门极和发射极、所述第二IGBT模块的门极和发射极、所述第三 IGBT模块的门极和发射极、所述第四IGBT模块的门极和发射极、所述第五IGBT模块的门极 和发射极、所述第六IGBT模块的门极和发射极连接所述驱动电路。
4. 根据权利要求2或3所述的充放电控制装置,其特征在于, 所述外接电源为直流电源; 所述驱动电路包括信号隔离电路和功率放大电路。
5.根据权利要求2-4任一所述的充放电控制装置,其特征在于, 所述控制芯片至少包括采样单元和驱动单元; 所述电池电压采样电路、所述充放电电流采样电路和所述电源电压采样电路连接所述 采样单元; 所述驱动电路连接所述驱动单元。
6.根据权利要求1所述的充放电控制装置,其特征在于, 所述电驱动电路包括U相电驱动电路、V相电驱动电路以及W相电驱动电路,且所述U相 电驱动电路、所述V相电驱动电路和所述W相电驱动电路均包括n个电驱动单元,所述电驱动 单元包括第一接线端子、第二接线端子、控制信号接线端子、直流输入正极子端子、直流输 入负极子端子,所述n为正整数; 所述电池包括U相电池组、V相电池组和W相电池组,所述U相电池组包括与所述U相电驱 动电路中的n个电驱动单元对应连接的n个电池单元,所述v相电池组包括与所述V相电驱动 电路中的n个电驱动单元对应连接的n个电池单元,所述W相电池组包括与所述W相电驱动电 路中的n个电驱动单元对应连接的n个电池单元; 所述U相电驱动电路中的第一个电驱动单元的第一接线端子连接所述电机的U相接线 端子,所述V相电驱动电路中的第一个电驱动单元的第一接线端子连接所述电机的V相接线 端子,所述W相电驱动电路中的第一个电驱动单元的第一接线端子连接所述电机的W相接线 端子; 所述u相电驱动电路中的第i个电驱动单元的第二接线端子连接所述U相电驱动电路中 的第i+1个电驱动单元的第一接线端子,所述第i个电驱动单元的直流输入正极子端子连接 所述电池的U相电池组中的第i个电池单元的正极,所述第i个电驱动单元的直流输入负极 子端子连接所述第i个电池单元的负极,所述i为小于n的正整数; 所述V相电驱动电路中的第j个电驱动单元的第二接线端子连接所述V相电驱动电路中 的第j+1个电驱动单元的第一接线端子,所述第j个电驱动单元的直流输入正极子端子连接 所述电池的V相电池组中的第j个电池单元的正极,所述第j个电驱动单元的直流输入负极 子端子连接所述第j个电池单元的负极,所述j为小于n的正整数; 所述W相电驱动电路中的第k个电驱动单元的第二接线端子连接所述W相电驱动电路中 的第k+1个电驱动单元的第一接线端子,所述第k个电驱动单元的直流输入正极子端子连接 所述电池的W相电池组中的第k个电池单元的正极,所述第k个电驱动单元的直流输入负极 子端子连接所述第k个电池单元的负极,所述k为小于n的正整数; 所述U相电驱动电路中的第n个电驱动单元的第二接线端子、所述V相电驱动电路中的 第n个电驱动单元的第二接线端子,以及所述W相电驱动电路中的第n个电驱动单元的第二 接线端子组成所述电驱动电路的N点端子; 所述U相电驱动电路中的电驱动单元的控制信号接线端子、所述V相电驱动电路中的控 制信号接线端子、所述W相电驱动电路中的控制信号接线端子连接所述控制芯片。
7.根据权利要求6所述的充放电控制装置,其特征在于, 所述电驱动单元包括H桥逆变器、旁路开关、驱动电路、电池电压采样电路以及电驱动 单元控制芯片; 所述H桥逆变器包括第一绝缘栅双极型晶体管芯片IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT 模块、第四IGBT模块,所述第一 IGBT模块的发射极、所述第四IGBT模块的集电极和所述旁路 开关的第一端子连接后组成所述电驱动单元的所述第一接线端子,所述第三IGBT模块的发 射极连、所述第二IGBT模块的集电极和所述旁路开关的第二端子连接后组成所述电驱动单 元的所述第二接线端子; 所述电池电压采样电路用于检测与所述电驱动单元连接的电池单元的电压; 所述第一IGBT模块的门极和发射极、所述第二IGBT模块的门极和发射极、所述第三 IGBT模块的门极和发射极、所述第四IGBT模块的门极和发射极连接所述驱动电路; 所述电池电压采样电路、所述驱动电路连接所述电驱动单元控制芯片,所述电驱动单 元控制芯片连接所述控制芯片。
8.根据权利要求6或7所述的充放电控制装置,其特征在于, 所述外接电源为直流电源或交流电源; 所述电驱动单元控制芯片至少包括采样单元和驱动单元; 所述电池电压采样电路、所述充放电电流采样电路和所述电源电压采样电路连接所述 采样单元; 所述驱动电路连接所述驱动单元。
9.根据权利要求1-8任一项所述的充放电控制装置,其特征在于, 所述充放电电流采样电路通过霍尔电流传感器检测所述充放电控制装置的三相充放 电电流。
10.根据权利要求1-8任一项所述的充放电控制装置,其特征在于, 所述充放电电流采样电路通过电阻、隔离运放检测所述充放电控制装置的三相充放电 电流。
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