CN107128185B - 一种电机驱动装置及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

一种电机驱动装置及电动汽车，能够提高蓄电池利用率。该电机驱动装置包括输出三相交流电的驱动电路和主控制器，其中：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；每相电驱动电路均包括n个蓄电池和与n个蓄电池一一对应的n个电驱动单元，n个电驱动单元的信号端连接主控制器，n个电驱动单元的输入端连接对应蓄电池，n个电驱动单元的输出端级联，输出上述三相交流电中的一相；其中，n为正整数；主控制器，针对驱动电路中的每相电驱动电路，根据该相电驱动电路中的n个蓄电池的电压，确定该相电驱动电路中的n个电驱动单元中的每个电驱动单元的输出电压调整系数，并输出至对应电驱动单元。

Description

一种电机驱动装置及电动汽车
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种电机驱动装置及电动汽车。
背景技术
现有技术中，电动汽车等设备中的电机驱动装置如图1所示，主要包括串联蓄电池组101和三相逆变器102。
然而，串联蓄电池组101中，由于各蓄电池的初始容量、内阻、自放电率等方面存在差异，使得各蓄电池的充放电特性也存在差异，并且在蓄电池多次充放电后，该差异进一步扩大，导致蓄电池容量、输出功率的减小，蓄电池利用率较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种电机驱动装置及电动汽车，能够提高蓄电池利用率。
本发明实施例提供的电机驱动装置，包括输出三相交流电的驱动电路和主控制器，其中：
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；每相电驱动电路均包括n个蓄电池和与n个蓄电池一一对应的n个电驱动单元，n个电驱动单元的信号端连接主控制器，n个电驱动单元的输入端连接对应蓄电池，n个电驱动单元的输出端级联，输出三相交流电中的一相；其中，n为正整数；
主控制器，针对驱动电路中的每相电驱动电路，根据该相电驱动电路中的n个蓄电池的电压，确定该相电驱动电路中的n个电驱动单元中的每个电驱动单元的输出电压调整系数，并输出至对应电驱动单元。
在本发明的一个具体实施例中，每个电驱动单元均包括H桥逆变器和单元控制器，其中：
H桥逆变器的输入端作为对应电驱动单元的输入端，H桥逆变器的输出端作为对应电驱动单元的输出端；
单元控制器的信号端作为对应电驱动单元的信号端；单元控制器，采样对应电驱动单元连接的蓄电池的电压发送至主控制器；根据主控制器确定的对应电驱动单元的输出电压调整系数，调整H桥逆变器的输出电压。
在本发明的一个具体实施例中，主控制器，具体针对驱动电路中的每相电驱动电路，确定该相电驱动电路中的n个蓄电池的电压平均值；根据电压平均值，确定该相电驱动电路中的n个电驱动单元中的每个电驱动单元的输出电压调整系数。
实际实施时，主控制器，具体可以针对该相电驱动电路中的n个电驱动单元中的每个电驱动单元，确定对应蓄电池的电压与电压平均值的比值作为该电驱动单元的电压调整系数。
较佳的，主控制器，在针对驱动电路中的每相电驱动电路，根据该相电驱动电路中的n个蓄电池的电压，确定该相电驱动电路中的n个电驱动单元中的每个电驱动单元的输出电压调整系数之前，还确定驱动电路的输出正常。即主控制在确定驱动电路的输出正常时，才确定各电驱动单元的输出电压调整系数；在确定驱动电路的输出异常时，不确定各电驱动单元的输出电压调整系数。
较佳的，驱动电路中的每相电驱动电路均还包括与n个电驱动单元一一对应的n个旁路开关单元，n个旁路开关单元分别连接于对应电驱动单元的输出端间；此时，主控制器，还可以判断电机的反电势是否高于预设值；当确定电机的反电势高于预设值时，控制驱动电路中的每相驱动电路中的旁路开关单元处于闭合状态。
实际实施时，上述旁路开关单元可以采用接触器、双向晶闸管实现，包括接触器、双向晶闸管中的至少一种。
较佳的，主控制器，在判断电机的反电势是否高于预设值之前，还确定驱动电路的输出异常。即主控制在确定驱动电路的输出异常时，才判断电机的反电势是否高于预设值；在确定驱动电路的输出正常时，不判断电机的反电势是否高于预设值。
本发明实施例提供的电动汽车，包括将电能转换为机械能的汽车电机，以及上述任一用于驱动汽车电机的电机驱动装置。
根据本发明实施例提供的电机驱动装置及电动汽车，各蓄电池独立供电输出，互不影响，并且根据各蓄电池的电压调整对应电驱动单元的输出，使电压高的蓄电池多输出电能，电压低的蓄电池少输出电能，从而达到蓄电池均压的效果，提高蓄电池的利用率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为现有技术中电机驱动装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的电机驱动装置的结构示意图之一；
图3为本发明实施例提供的电驱动单元的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的电机驱动装置的结构示意图之二；
图5为本发明实施例提供的主控制器的控制流程示意图；
图6为本发明实施例提供的电动汽车的结构示意图。
具体实施方式
为了给出提高蓄电池利用率的实现方案，本发明实施例提供了一种电机驱动装置及电动汽车，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明实施例提供了一种电机驱动装置，如图2所示，具体可以包括输出三相交流电的驱动电路201和主控制器202，其中：
驱动电路201，包括U相电驱动电路2011、V相电驱动电路2012以及W相电驱动电路2013；每相电驱动电路均包括n个蓄电池和与n个蓄电池一一对应的n个电驱动单元，n个电驱动单元的信号端连接主控制器202，n个电驱动单元的输入端连接对应蓄电池，n个电驱动单元的输出端级联，输出三相交流电中的一相；其中，n为正整数；
主控制器202，针对驱动电路201中的每相电驱动电路，根据该相电驱动电路中的n个蓄电池的电压，确定该相电驱动电路中的n个电驱动单元中的每个电驱动单元的输出电压调整系数，并输出至对应电驱动单元。
即本发明实施例提供的电机驱动装置中，驱动电路201中的U相电驱动电路2011输出驱动电机的三相交流电中的U相，V相电驱动电路2012输出驱动电机的三相交流电中的V相，W相电驱动电路2013输出驱动电机的三相交流电中的W相。
每相电驱动电路中的电驱动单元，包括信号端、正输入端和负输入端两个输入端、第一输出端和第二输出端两个输出端。
每相电驱动电路中，n个电驱动单元的信号端连接主控制器202，即为：
U相电驱动电路2011中的n个电驱动单元的信号端、V相电驱动电路2012中的n个电驱动单元的信号端、W相电驱动电路2013中的n个电驱动单元的信号端连接控制器202。
每相电驱动电路中，n个电驱动单元的输入端连接对应蓄电池，即为：
U相电驱动电路2011中第i个电驱动单元的正输入端连接U相电驱动电路2011中第i个蓄电池的正极，U相电驱动电路2011中第i个电驱动单元的负输入端连接U相电驱动电路2011中第i个蓄电池的负极；其中，i为小于n的正整数；
V相电驱动电路2012中第j个电驱动单元的正输入端连接V相电驱动电路2012中第j个蓄电池的正极，V相电驱动电路2012中第j个电驱动单元的负输入端连接V相电驱动电路2012中第j个蓄电池的负极；其中，j为小于n的正整数；
W相电驱动电路2013中第k个电驱动单元的正输入端连接W相电驱动电路2013中第k个蓄电池的正极，W相电驱动电路2013中第k个电驱动单元的负输入端连接W相电驱动电路2013中第k个蓄电池的负极；其中，k为小于n的正整数。
每相电驱动电路中，n个电驱动单元的输出端级联，输出三相交流电中的一相，即为：
U相电驱动电路2011中的第一个电驱动单元的第一输出端作为U相电驱动电路2011的第一输出端，用于连接电机的U相接线端；V相电驱动电路2012中的第一个电驱动单元的第一输出端作为V相电驱动电路2012的第一输出端，用于连接电机的V相接线端；W相电驱动电路2013中的第一个电驱动单元的第一输出端作为W相电驱动电路2013的第一输出端，用于连接电机的W相接线端；
U相电驱动电路2011中的第i个电驱动单元的第二输出端连接U相电驱动电路2011中的第i+1个电驱动单元的第一输出端；V相电驱动电路2012中的第j个电驱动单元的第二输出端连接V相电驱动电路2012中的第j+1个电驱动单元的第一输出端；W相电驱动电路2013中的第k个电驱动单元的第二输出端连接W相电驱动电路2013中的第k+1个电驱动单元的第一输出端；
U相电驱动电路2011中的第n个电驱动单元的第二输出端、V相电驱动电路2012中的第n个电驱动单元的第二输出端，以及W相电驱动电路2013中的第n个电驱动单元的第二输出端组成驱动电路201的N点。
可选的，电驱动单元具体可以如图3所示，包括H桥逆变器301和单元控制器302，其中：
H桥逆变器301的输入端作为对应电驱动单元的输入端，H桥逆变器301的输出端作为对应电驱动单元的输出端；
单元控制器302的信号端作为对应电驱动单元的信号端；单元控制器302，采样对应电驱动单元连接的蓄电池的电压发送至主控制器202；根据主控制器202确定的对应电驱动单元的输出电压调整系数，调整H桥逆变器301的输出电压。
其中，H桥逆变器301具体包括第一IGBT模块T1、第二IGBT模块T2、第三IGBT模块T3和第四IGBT模块T4，第一IGBT模块T1的集电极和第三IGBT模块T3的集电极连接后的接线端作为H桥逆变器301的正输入端，第四IGBT模块T4的发射极和第二IGBT模块T2的发射极连接后的接线端作为H桥逆变器301的负输入端，第一IGBT模块T1的发射极、第四IGBT模块T4的集电极连接后的接线端作为H桥逆变器301的第一输出端，第三IGBT模块T3的发射极、第二IGBT模块T2的集电极连接后的接线端组作为H桥逆变器301的第二输出端。
第一IGBT模块T1的门极、第二IGBT模块T2的门极、第三IGBT模块T3的门极、第四IGBT模块T4的门极连接单元控制器302，单元控制器302根据主控制器202确定的对应电驱动单元的输出电压调整系数，通过控制H桥逆变器301中各IGBT模块，实现调整H桥逆变器301的输出电压，即实现调整电驱动单元的输出电压。
实际实施时，可以由主控制器202控制驱动电路201输出三相交流电，在此基础上，根据每相电驱动电路中的各蓄电池的电压，确定该相电驱动电路中的各电驱动单元的输出电压调整系数，用于对各电驱动单元的输出电压进行成比例调整。具体的，每相电驱动电路中，蓄电池的电压越低，确定该蓄电池对应的电驱动单元的输出电压调整系数越小，调整该蓄电池对应的电驱动单元的输出电压越低，使该蓄电池输出的电能越少；蓄电池的电压越高，确定该蓄电池对应的电驱动单元的输出电压调整系数越大，调整该蓄电池对应的电驱动单元的输出电压越高，使该蓄电池输出的电能越多。
在本发明的一个具体实施例中，主控制器202，具体针对驱动电路中的每相电驱动电路，确定该相电驱动电路中的n个蓄电池的电压平均值；根据电压平均值，确定该相电驱动电路中的n个电驱动单元中的每个电驱动单元的输出电压调整系数。例如，主控制器202，具体可以针对该相电驱动电路中的n个电驱动单元中的每个电驱动单元，确定对应蓄电池的电压与电压平均值的比值作为该电驱动单元的电压调整系数。
在本发明的其它具体实施例中，主控制器202，具体也可以采用其它算法根据每相电驱动电路中的n个蓄电池的电压，确定该相电驱动电路中的n个电驱动单元中的每个电驱动单元的输出电压调整系数，在此不再举例详述。
显然，采用本发明实施例提供的电机驱动装置，各蓄电池独立供电输出，互不影响，并且根据各蓄电池的电压调整对应电驱动单元的输出，使电压高的蓄电池多输出电能，电压低的蓄电池少输出电能，从而达到蓄电池均压的效果，提高蓄电池的利用率和可靠性。
并且，电机驱动装置的每个电驱动电路中多个电驱动单元输出级联，输出信号为多电平信号，更接近于正弦，从而使得驱动电机的三相交流电谐波更小，能够有效提高电机使用寿命。
较佳的，主控制器202，在针对驱动电路201中的每相电驱动电路，根据该相电驱动电路中的n个蓄电池的电压，确定该相电驱动电路中的n个电驱动单元中的每个电驱动单元的输出电压调整系数之前，还先确定驱动电路的输出正常。
即在主控制器202进行电驱动单元的输出电压调整系数的计算之前，先判断驱动电路的输出是否正常；若主控制器202确定驱动电路的输出正常，则进行电驱动单元的输出电压调整系数的计算；若主控制器202确定驱动电路的输出异常，则不进行电驱动单元的输出电压调整系数的计算，这样能够节约主控制器202的处理资源。
较佳的，如图4所示，本发明实施例提供的电机驱动装置中的驱动电路201中的每相电驱动电路均还包括与n个电驱动单元一一对应的n个旁路开关单元，n个旁路开关单元分别连接于对应电驱动单元的输出端间，即：
U相电驱动电路中的第i个旁路开关单元连接于U相电驱动电路中的第i个电驱动单元的两个输出端间；V相电驱动电路中的第j个旁路开关单元连接于V相电驱动电路中的第j个电驱动单元的两个输出端间；W相电驱动电路中的第k个旁路开关单元连接于W相电驱动电路中的第k个电驱动单元的两个输出端间。
具体实现时，旁路开关单元可以但不限于包括接触器、双向晶闸管中的至少一种。即旁路开关单元可以采用接触器实现，也可以采用双向晶闸管实现，也可以采用接触器和双向晶闸管实现。
此时，主控制器202，还可以判断电机的反电势是否高于预设值；当确定电机的反电势高于预设值时，控制驱动电路201中的每相驱动电路中的旁路开关单元处于闭合状态。
当驱动电路201中的每相驱动电路中的电驱动单元采用图3所示结构实现时，主控制器202在确定电机的反电势高于预设值时，可以输出旁路开关单元闭合指令至电驱动单元中的单元控制器，由单元控制器控制对应旁路开关单元闭合，短路电驱动单元的输出端，保护蓄电池。
较佳的，主控制器202，在判断电机的反电势是否高于预设值之前，还先确定驱动电路的输出异常。
实际实施时，本发明实施例提供的电机驱动装置中的主控制器202执行的处理流程可以如图5所示，包括如下步骤：
步骤501、判断电机驱动装置的输出是否正常。
当确定电机驱动装置的输出正常时，进入步骤502；当确定电机驱动装置的输出异常时，直接进入步骤505。
步骤502、获取各蓄电池的电压。
步骤503、针对每相电驱动电路，计算该相电驱动电路中的蓄电池的电压平均值，以及每个蓄电池的电压与该电压平均值的比值，即对应电驱动单元的输出电压调整系数。
步骤504、输出电驱动单元的输出电压调整系数至对应电驱动单元，指示电驱动单元对输出电压进行比例调整，本次控制流程结束。
步骤505、判断电机的反电势是否高于预设值。
当确定电机的反电势高于预设值时，进入步骤506；当确定电机的反电势不高于预设值时，本次控制流程结束。
步骤506、输出旁路开关单元闭合指令，控制各旁路开关单元闭合。
综上所述，采用本发明实施例提供的方案，能够达到蓄电池均压的效果，提高蓄电池的利用率和可靠性，延长电机使用寿命。
本发明实施例还提供了一种电动汽车，如图6所示，包括将电能转换为机械能的汽车电机601，以及上述任一用于驱动汽车电机的电机驱动装置602。
当然，上述电机驱动装置除了可以应用在电动汽车中，还可以应用在其它具有电机的设备中，在此不再举例。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种电机驱动装置，其特征在于，包括输出三相交流电的驱动电路和主控制器，其中：
所述驱动电路，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；每相电驱动电路均包括n个蓄电池和与所述n个蓄电池一一对应的n个电驱动单元，所述n个电驱动单元的信号端连接所述主控制器，所述n个电驱动单元的输入端连接对应蓄电池，所述n个电驱动单元的输出端级联，输出所述三相交流电中的一相；其中，n为正整数；
所述主控制器，针对所述驱动电路中的每相电驱动电路，根据该相电驱动电路中的n个蓄电池的电压，确定该相电驱动电路中的n个电驱动单元中的每个电驱动单元的输出电压调整系数，并输出至对应电驱动单元；
所述主控制器，具体针对所述驱动电路中的每相电驱动电路，确定该相电驱动电路中的n个蓄电池的电压平均值；根据所述电压平均值，确定该相电驱动电路中的n个电驱动单元中的每个电驱动单元的输出电压调整系数；
所述主控制器，具体针对该相电驱动电路中的n个电驱动单元中的每个电驱动单元，确定对应蓄电池的电压与所述电压平均值的比值作为该电驱动单元的电压调整系数。
2.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，每个电驱动单元均包括H桥逆变器和单元控制器，其中：
所述H桥逆变器的输入端作为对应电驱动单元的输入端，所述H桥逆变器的输出端作为对应电驱动单元的输出端；
所述单元控制器的信号端作为对应电驱动单元的信号端；所述单元控制器，采样对应电驱动单元连接的蓄电池的电压发送至所述主控制器；根据所述主控制器确定的对应电驱动单元的输出电压调整系数，调整所述H桥逆变器的输出电压。
3.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述主控制器，在针对所述驱动电路中的每相电驱动电路，根据该相电驱动电路中的n个蓄电池的电压，确定该相电驱动电路中的n个电驱动单元中的每个电驱动单元的输出电压调整系数之前，还确定所述驱动电路的输出正常。
4.如权利要求1-3任一所述的电机驱动装置，其特征在于，所述驱动电路中的每相电驱动电路均还包括与所述n个电驱动单元一一对应的n个旁路开关单元，所述n个旁路开关单元分别连接于对应电驱动单元的输出端间；
所述主控制器，还判断电机的反电势是否高于预设值；当确定电机的反电势高于预设值时，控制所述驱动电路中的每相驱动电路中的旁路开关单元处于闭合状态。
5.如权利要求4所述的电机驱动装置，其特征在于，所述旁路开关单元包括接触器、双向晶闸管中的至少一种。
6.如权利要求4所述的电机驱动装置，其特征在于，所述主控制器，在判断电机的反电势是否高于预设值之前，还确定所述驱动电路的输出异常。
7.一种电动汽车，包括将电能转换为机械能的汽车电机，其特征在于，所述电动汽车还包括如权利要求1-6任一所述电机驱动装置。
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