CN107415750A - 一种充电系统和电动汽车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种充电系统和电动汽车，应用于应用于电动汽车的电力驱动系统，电力驱动系统包括驱动电机和供电设备，供电设备包括多个电池装置，充电装置包括多个充电模块，充电模块的数量与电池装置的数量相匹配；每个充电模块分别与对应的电池装置相连接。由于上述多个电池装置构成完整的电池包，且充电装置包括多个充电模块，因此相对于电池包来说，用于对单个电池装置进行充电的充电模块所需的充电电流就要少的多。由于构成充电模块的MOSS管的成本不是随功率线性增加，而是比线性关系增加的要快，因此多个小功率的MOSS管要比同功率的大功率的MOSS管成本要低的多，进而能够降低充电装置的制作成本，并进一步降低了电动汽车的整车成本。

Description

一种充电系统和电动汽车

技术领域

本申请涉及电动汽车技术领域，更具体地说，涉及一种充电系统和电动汽车。

背景技术

电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟，需要做多方面的完善。

电动汽车一般至少包括车载的供电设备和驱动电机，驱动电机在供电设备的电能供应下工作。由于电动汽车所需的驱动功率较大，因此，在满足较大功率的前提下，供电设备需要配置容量较大的电池包。然而，对于较大容量的电池包来说，同样需要较大输出电流的充电装置对其进行充电，从而导致充电装置的制作成本偏高，进而造成电动汽车的整车成本偏高，不利于电动汽车的普及。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种充电系统和电动汽车，用于对电力汽车的电力驱动系统中的电池装置进行充电，以降低电动汽车的整车成本。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种充电系统，应用于电动汽车的电力驱动系统，所述电力驱动系统包括驱动电机和供电设备，所述供电设备包括多个电池装置，所述充电装置包括多个充电模块，其中：

所述充电模块的数量与所述电池装置的数量相匹配；

每个所述充电模块分别与对应的所述电池装置相连接。

可选的，所述充电模块的输出端设置有开关，其中：

所述开关用于在充电时闭合，停止充电后断开。

可选的，所述电池装置包括多个并联的单体链；

所述单体链包括多个串联的电池单体。

所述驱动电机包括转子和定子，所述定子上设置有多套驱动线圈，所述供电设备分别与所述多套线圈相连接，用于同时向所述多套驱动线圈供电或则单独向选定的某一套所述驱动线圈供电，每套所述驱动线圈包括三相线圈，所述三相线圈的接线结构为星形或者三角形。

可选的，每套所述驱动线圈的相对应的单相线圈为一独立的线圈。

可选的，每套所述驱动线圈的相对应的单相线圈为一个完整线圈上的不同分段，所述分段的两端的引线为所述完整线圈的中间抽头。

一种电动汽车，包括电力驱动系统，所述电力驱动系统设置有如上所述的充电装置。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种充电系统和电动汽车，应用于电动汽车的电力驱动系统，该电力驱动系统包括驱动电机和供电设备，供电设备包括多个电池装置，所述充电装置包括多个充电模块，充电模块的数量与电池装置的数量相匹配；每个充电模块分别与对应的电池装置相连接。由于上述多个电池装置构成完整的电池包，且充电装置包括多个充电模块，因此相对于电池包来说，用于对单个电池装置进行充电的充电模块所需的充电电流就要少的多。由于构成充电模块的MOSS管的成本不是随功率线性增加，而是比线性关系增加的要快，因此多个小功率的MOSS管要比同功率的大功率的MOSS管成本要低的多，从而能够以较低的成本实现较大的充电电流，进而能够降低充电装置的制作成本，并进一步降低了电动汽车的整车成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请提供的一种电力驱动系统实施例的结构示意图；

图1a为本申请提供的电力驱动系统的另一种结构示意图；

图1b为本申请提供的电力驱动系统的又一种结构示意图；

图2为本申请提供的一种充电系统实施例的结构框图；

图2a为本申请提供的一种电池装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

我国的电动汽车重大科技项目的研发开始于2001年，经过两个五年计划的科技攻关以及奥运、世博、“十城千辆”示范平台的应用拉动，中国电动汽车从无到有，技术处于持续进步状态，建立起了具有自主知识产权的电动汽车全产业链技术体系。

当前，在各种电动汽车的技术路线中，以混合动力、纯电动汽车和燃料电池汽车为代表的电动汽车被普遍认为是未来汽车能源动力系统转型发展的主要方向，已经成为世界汽车强国和主要汽车制造商发展重点。中国已经是世界汽车产业大国，但“大而不强”，中国未来的汽车工业必须探求新的思路。电动汽车产业有望为中国汽车工业开拓新的增长点。

从国外发展情况来看，尽管国外主要发达国家的充电设施建设还处于起步阶段，但是政府支持力度非常大。从国内发展情况来看，中国充电设施建设主要参与者包括国家电网公司、南方电网公司、普天海油、中石化、比亚迪等企业。近几年来，中国已经投产了一定数量的充电站与充电桩，充电方式有快充、慢充、换电池等多种，先期的工作为后续建设提供了宝贵经验。当下，国家电网公司、南方电网公司、普天海油、中石化等企业已经与多数地方政府签订了战略合作协议，制定了较为明确的建设目标和计划，充电站建设开始呈现加速发展的势头。

世界各国著名的汽车厂商都在加紧研制各类电动汽车，并且取得了一定程度的进展和突破。

第一，日本一直以来，出于对能源危机和环境保护的关注及占领未来世界汽车市场的考虑，日本十分重视电动汽车的研制与开发。从当下世界范围内的整个形势来看，日本是电动汽车技术发展速度最快的少数几个国家之一，特别是在混合动力汽车的产品发展方面，日本居世界领先地位。企业，只有日本的丰田和本田两家汽车公司。1997年12月，丰田汽车公司首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRIUS。该轿车于2000年7月开始出口北美，同年9月开始出口欧洲，已经在全世界20多个国家上市销售。当下推出的产品已经是多次改进后的第二代产品，其生产工艺更为成熟。根据丰田汽车公司的测试，PRIUS轿车在城市工况下比同等排量的花冠轿车节油44.4％；在市郊节油29.7％，综合节油40.5％。有关统计数据显示，丰田汽车公司已占有全球混合动力汽车市场90％的份额。2004年9月15日，一汽集团与日本丰田汽车公司在北京举行了混合动力汽车合作项目签字仪式，宣布双方在2005年内。共同生产丰田PRIUS混合动力轿车。PRIUS混合动力轿车将在同年进入中国市场。

继PRIUS混合动力轿车之后，丰田汽车公司还推出了ESTIMA混合动力汽车和搭载软混合动力系统的CROWN轿车。丰田汽车公司在普及混合动力系统的低燃耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界的前列。此外。本田汽车公司开发的Insight混合动力电动汽车也已投放市场.供不应求。2002年4月，本田汽车公司在美国市场上投放了Civic混合动力汽车。日产汽车公司宣布，将于2006年向美国市场销售Ahima牌混合动力汽车，这是其于2002年与丰田汽车公司签署联合生产混合动力汽车协议的第一个产品。

第二，美国。美国的汽车公司在电动汽车产业化方面比来自日本的同行逊色不少，三大汽车公司仅仅小批量生产、销售过纯电动汽车，而混合动力和燃料电池电动汽车还未能实现产业化，来自日本的混和动力电动汽车在美国市场上占据了主导地位。

第三，挪威。2012年挪威电动汽车销量达到了1万辆，占当年新车销量的比例达到5.2％，这对人口仅500万人口的挪威来讲颇引人瞩目。挪威市场的电动汽车多为日产Leaf车型，2012年日产Leaf型车在挪威汽车销售市场上排名第13位，其他品牌的电动汽车有Revas和KewetBuddies等。

气候变化、能源和环境问题是人类社会共同面对的长期问题。随着美国表示回归COP15(《联合国气候变化框架公约》缔约方第15次会议)和以中国、印度为代表的新兴国家被纳入到其中，以及主要国家积极实施能源和环境保护战略，全球进入了真正解决人类社会共同问题的时代。交通运输领域的温室气体排放、能源消耗和尾气排放三大问题是否有效解决直接影响人类共同问题能够有效解决，为此，全球主要国家政府、组织、汽车生产商、能源供应商、风险投资企业共同行动起来，推动全球汽车工业产业结构升级和动力系统电动化战略转型，促进具有多层次结构的电动汽车社会基础产业形成和相应的政策、组织保障体系建设，助推可持续发展电动汽车社会的形成。

作为世界能源消耗大国和环境保护重要力量，中国积极实施电动汽车科技战略，促进汽车工业产业结构升级和动力系统电动化转型，培育和发展电动汽车社会，并取得了一定效果，但仍然面临着政策环境亟需完善、工业基础薄弱、国际竞争力弱、开放协同创新环境差、知识产权保护和标准化意识低、个别关键技术有待加强、车辆成本高、商业模式探索不充分等问题。本报告在简要分析国外电动汽车社会发展现状和阶段特点基础上，着重总结中国电动汽车社会的发展历程，构成中国电动汽车社会的基础产业结构特点，电动汽车社会建设所需的政策、标准、组织保障体系发展现状，并结合新能源汽车战略性新兴产业培育和发展，提出完善中国电动汽车社会发展的建议。

降低交通领域温室气体排放是解决全球气候变化重要手段，是建设可持续发展电动汽车社会前提条件。世界主要国家政府、组织都制定了严格的汽车尾气排放标准，旨在减少交通领域对全球气候和环境造成的影响。

此外，美国洛杉矶光化学烟雾、世界石油危机、中东局势动乱、北京阴霾天气等一些事件对注重环境保护、保证国家石油安全提出了迫切要求，推动了世界范围内汽车技术进步，加速电动汽车社会建设。

早在2000年时，在环境保护和国家石油安全战略的推动下，建设电动汽车社会被提到日程，中国进入了电动汽车社会“科技引导”初期发展阶段。该阶段(“十五”时期和“十一五”前期)以电动汽车关键技术研发为主要特征，着重开展电动汽车关键技术原始创新和系统集成创新、测试环境建设、专业技术人才培养、技术标准体系搭建、开放协同创新环境建设、科技成果转化活动等一系列活动。

“十五”期间，以攻克电动汽车科技问题为切入点，在充分考虑到中国工业基础薄弱、科研实力不强、企业R&D投入有限等现状，发挥中国集中力量办大事的社会主义制度优越性，科技部创造性提出了“三纵三横”电动汽车研发战略规划布局，全面部署电动汽车关键技术攻关，从而完成了中国电动汽车关键技术的原始创新和系统集成创新。“十一五”期间，在认真总结前期研究成果基础上，聚焦电动汽车动力系统技术平台和关键零部件研发，加强规模产业化技术攻关。

电动汽车的种类主要包括纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(PHEV)和燃料电池汽车(FCEV)。

纯电动汽车由电动机驱动的汽车。其相对于燃油汽车而言，主要差别在于四大部件：驱动电机、调速控制器、动力电池和车载充电器。纯电动汽车之品质差异取决于这四大部件，其价值高低也取决于这四大部件的品质。纯电动汽车的用途也在四大部件的选用配置直接相关。

纯电动汽车的时速快慢和启动速度取决于驱动电机的功率和性能，其续行里程之长短取决于车载动力电池容量的大小，车载动力电池的重量取决于选用何种动力电池，如铅酸、锌碳和锂电池等，它们体积、比重、比功率、比能量、循环寿命都不相同，具体选取和何种电池取决于制造商对整车档次的定位和用途以及市场界定、市场细分。

纯电动汽车的驱动电机有直流有刷、无刷、有永磁、电磁之分，再有交流步进电机等，它们的选用也与整车配置、用途、档次有关。另外驱动电机的调速控制也分有级调速和无级调速，有采用电子调速控制器和不用调速控制器之分。电动机有轮毂电机、内转子电机、有单电机驱动、多电机驱动和组合电机驱动等。

纯电动汽车的技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。但也存在一定的缺点，如蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本，有些使用价格比汽车贵，有些价格仅为汽车的1/3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。

混合动力汽车指能够至少从下述两类车载储存的能量中获得动力的汽车，分别为消耗燃料的发动机和可再充电的储存装置。其根据动力系统结构形式可分为串联式混合动力汽车(SHEV)、并联式混合动力汽车(PHEV)、和混联式混合动力汽车(CHEV)。

串联式混合动力汽车(SHEV)的驱动力来源于电动机的混合动力。结构特点是发动机带动发电机发电，电能通过电机控制器输送给电动机，由电动机驱动汽车行驶。另外，动力电池也可以单独向电动机提供电能驱动汽车行驶。

并联式混合动力汽车(PHEV)的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给。结构特点是并联式驱动系统可以单独使用发动机或电动机作为动力源，也可以同时使用电动机和发动机作为动力源驱动汽车行驶。

混联式混合动力汽车(CHEV)具有串联式、并联式驱动方式的特点。结构是可以在串联混合模式下工作，也可以在并联混合模式下工作，并同时兼顾了串联式和并联式的优点。

另外，随着混合动力电动汽车技术的发展，其类型不局限于以上几种，还可按照其它型式划分。目前国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。

对于混合动力汽车来说，采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。

因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现污染物的零排放。有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。可以利用现有的加油站加油，不必再投资。可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。缺点是长距离高速行驶基本不能省油。

燃料电池是以燃料电池作为动力电源的汽车。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。

单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。

近几年来，燃料电池技术已经取得了重大的进展。世界著名汽车制造厂，如戴姆勒－克莱斯勒、福特、丰田和通用汽车公司已经宣布，计划在2004年以前将燃料电池汽车投向市场。当下，燃料电池轿车的样车正在进行试验，以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目。在开发燃料电池汽车中仍然存在着技术性挑战，如燃料电池组的一体化，提高商业化电动汽车燃料处理器和辅助部汽车制造厂都在朝着集成部件和减少部件成本的方向努力，并已取得了显著的进步。

与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点：零排放或近似零排放；减少了机油泄露带来的水污染；降低了温室气体的排放；提高了燃油经济性；提高了发动机燃烧效率；运行平稳、无噪声。

对于上述任何一种电动汽车来说，其基本的组成基本可以包括：电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点，电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。其中，电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。

电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能。应用最为广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于能量低，充电速度慢，寿命短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。

作为电动汽车中最重要的部件，其动力电池性能决定了它的续行里程和成本。电动汽车电池的研发工作经历了从铅酸电池、镍氢电池到锂电池的发展过程，每一种电池各有利弊。

铅酸电池出现得最早，使用的时间也最长，属于蓄电池系列。铅酸电池的安全性能最好，很少出现爆炸、着火等现象，只是储能效果不太理想。后来，人们研制出了镍氢电池，存储电能和功率的效果都比铅酸电池理想，但是由于镍氢电池在充电过程中产生的氢气容易发生爆炸，所以企业对镍氢电池处在可用可不用的状态。

到了2000年前后，人们研制成功了锂电池。锂电池存储的电能是铅酸电池的2-3倍，但是由于它含有的锂离子活跃在金属层表面，在空气中容易出现自燃、爆炸等情况，危险性更高。所以各国对锂电池的研发主要是控制它的安全性和稳定性。

锂电池大概能循环充电1000次左右，其中磷酸铁锂电池的储能效果比钴酸锂电池和锰酸锂电池的效果差一些，但是它的安全性能最好，储能比铅酸电池要高很多，所以现在磷酸铁锂电池最被看好。目前动力电池包括如下几种：

1)超级电容器

超级电容器的优势是质量比功率高、循环寿命长，弱点是质量比能量低、购置价格贵，但是循环寿命长达50万～100万次，故单次循环价格不高，与铅酸电池、能量型锂离子电池并联可以组成性能优良的动力电源系统。

2)铅酸电池

铅酸电池生产技术成熟，安全性好，价格低廉，废电池易回收再生。近些年来，通过新技术，其比能量低、循环寿命短、充电时发生酸雾、生产中可能有铅污染环境等缺点在不断克服中，各项指标有很大提高，不仅可更好地用作电动自行车和电动摩托车的电源，而且在电动汽车上也能发挥很好的作用。

3)以磷酸铁锂为正极的锂离子电池

负极为碳、正极为磷酸铁锂的锂电池综合性能好，安全性较高，不用昂贵的原料，不含有害元素，循环寿命长达2000次，并已克服了电导率低的缺点。能量型电池的质量比能量可达120Wh/kg，与超级电容器并联使用，可以组成性能全面的动力电源。功率型的质量比能量也有70～80Wh/kg，可以单独使用而不必并联超级电容器。

4)以钛酸锂为负极的锂离子电池

钛酸锂在充电-放电中体积变化极小，保证了电机机构稳定和电池的长寿命；钛酸锂电极点位较高(相对于Li+/Li电极为1.5V)，在电池充电时可以不生成锂晶枝，保证了电池的高安全性。但也因钛酸锂电极电位较高，即使与电极电位较高的锰酸锂正极配对，电池的电压也仅约2.2V，所以电池的比能量只有约50～60Wh/kg。即使如此，这种电池高安全性，长寿命的突出优点，也是其他电池无可比拟的。

驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。但直流电动机由于存在换向火花，功率小、效率低，维护保养工作量大；随着电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机(BLDCM)、开关磁阻电动机(SRM)和交流异步电动机所取代，如无外壳盘式轴向磁场直流串励电动机。

根据驱动原理，电动汽车的驱动电机可分为以下4种：

1)直流电动机。

在电动汽车发展的早期，很多电动汽车都是采用直流电动机方案。主要是看中了直流电机的产品成熟，控制方式容易，调速优良的特点。但由于直流电动机本身的短板非常突出，其自身复杂的机械结构(电刷和机械换向器等)，制约了它的瞬时过载能力和电机转速的进一步提高；而且在长时间工作的情况下，电机的机械结构会产生损耗，提高了维护成本。此外，电动机运转时的电刷火花会使转子发热，浪费能量，散热困难，还会造成高频电磁干扰，这些因素都会影响具体整车性能。

由于直流电动机的缺点非常突出，目前的电动汽车已经将直流电机淘汰。

2)交流异步电动机。

交流异步电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机，其特点是定、转子由硅钢片叠压而成，两端用铝盖封装，定、转子之间没有相互接触的机械部件，结构简单，运行可靠耐用，维修方便。交流异步电机与同功率的直流电动机相比效率更高，质量约轻了二分之一左右。如果采用矢量控制的控制方式，可以获得与直流电机相媲美的可控性和更宽的调速范围。由于有着效率高、比功率较大、适合于高速运转等优势，交流异步机是目前大功率电动汽车上应用最广的电机。

但在高速运转的情况下电机的转子发热严重，工作时要保证电机冷却，同时异步电机的驱动、控制系统很复杂，电机本体的成本也偏高，另外运行时还需要变频器提供额外的无功功率来建立磁场，故相与永磁电机和开关磁阻电机相比，异步电机的效率和功率密度偏低，不是能效最优化的选择。

异步电动机应用的较多的地区是美国，这也被人为是和路况有关。在美国，高速公路已经具有一定的规模，除了大城市外，汽车一般以一定的高速持续行驶，所以能够让高速运转而且在高速时有较高效率的异步电动机得到广泛应用。

3)永磁式电动机。

永磁式电动机根据定子绕组的电流波形的不同可分为两种类型，一种是无刷直流电机，它具有矩形脉冲波电流；另一种是永磁同步电机，它具有正弦波电流。这两种电机在结构和工作原理上大体相同，转子都是永磁体，减少了励磁所带来的损耗，定子上安装有绕组通过交流电来产生转矩，所以冷却相对容易。由于这类电机不需要安装电刷和机械换向结构，工作时不会产生换向火花，运行安全可靠，维修方便，能量利用率较高。

永磁式电动机的控制系统相比于交流异步电机的控制系统来说更加简单。但是由于受到永磁材料本身的限制，在高温、震动和过流的条件下，转子的永磁体会产生退磁现象，所以在相对复杂的工作条件下，永磁式电机容易发生损坏，故这一块还有待继续发展改善。

而且永磁材料价格较高，因此整个电机及其控制系统成本较高，目前只有稀土资源丰富的中国比较倾向于使用永磁电机的电动汽车驱动方案。像日本、欧洲，要么是使用轻稀土的永磁材料做永磁电机，要么是直接改用无需稀土材料，但对控制器设计要求更高的开关磁阻电机。

4)开关磁阻电机。

开关磁阻电机作为一种新型电机，相比其他类型的驱动电机而言，开关磁阻电机的结构最为简单，定、转子均为普通硅钢片叠压而成的双凸极结构，转子上没有绕组，定子装有简单的集中绕组，具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等诸多优点。而且它具有直流调速系统的可控性好的优良特性，同时适用于恶劣环境，非常适合作为电动汽车的驱动电机使用。

但开关磁阻电机有转矩波动大、需要位置检测器、系统非线性特性，磁场为跳跃性旋转，控制系统复杂；对直流电源会产生很大的脉冲电流等缺点。另外开关磁阻电动机为双凸极结构，不可避免地存在转矩波动，噪声是开关磁阻电动机最主要的缺点。

但近年来的研究表明，采用合理的设计、制造和控制技术，开关磁阻电动机的噪声完全可以得到良好的抑制。像目前日本对开关磁阻电机的研究比较深入，日本电产的开关磁阻电机也广泛应用于电动汽车、家电等各类行业中。目前中国国内也渐渐有厂家关注这块电动汽车驱动电机的未来发展方向

电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。

早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现已很少采用。应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电力晶体管(如GTO、MOSFET、BTR及IGBT等)斩波调速装置所取代。从技术的发展来看，伴随着新型驱动电机的应用，电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用，将成为必然的趋势。

在驱动电动机的旋向变换控制中，直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实现电动机的旋向变换，这使得电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时，电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可使控制电路简化。此外，采用交流电动机及其变频调速控制技术，使电动汽车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。

电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，当采用电动轮驱动时，传动装置的多数部件常常可以忽略。因为电动机可以带负载启动，所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。当采用电动机无级调速控制时，电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。在采用电动轮驱动时，电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。

行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力，驱动车轮行走。它同其他汽车的构成是相同的，由车轮、轮胎和悬架等组成。

转向装置是为实现汽车的转弯而设置的，由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。作用在方向盘上的控制力，通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。多数电动汽车为前轮转向，工业中用的电动叉车常常采用后轮转向。电动汽车的转向装置有机械转向、液压转向和液压助力转向等类型。

电动汽车的制动装置同其他汽车一样，是为汽车减速或停车而设置的，通常由制动器及其操纵装置组成。

电动汽车上一般还有电磁制动装置，它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行，使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流，从而得到再生利用。国内电动汽车在大功率载客汽车，给提供空气制动设备有耐力NAILI滑片式空气压缩机，主要是压缩空气的制动方式。

工作装置是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设置的，如电动叉车的起升装置、门架、货叉等。货叉的起升和门架的倾斜通常由电动机驱动的液压系统完成。

如图1所示，本申请提供的电力驱动系统应用于电动汽车，用于替代传统的内燃发动机以驱动电动汽车运转，具体包括驱动电机M和供电设备。

该驱动电机可以为直流驱动电机或者交流驱动电机，无论那种的电机都包括相应的定子和转子。其中，定子用于接收供电设备输出电能，以驱动转子转动，转子则在定子的驱动下转动，通过转动带动电动汽车运转。

本申请中驱动电机相较于传统的电机来说，区别在于定子中设置有多套相互独立的驱动线圈，每套驱动线圈都能够在供电设备输出的电能的驱动下工作，即能够单独利用供电设备输出的电能驱动转子转动。

本实施例中以3套驱动线圈为例对驱动线圈的结构进行具体说明。每套驱动线圈包括三相线圈L1，即3个单相线圈，这3个单相线圈连接成三角形结构或者星形结构，从而构成上述的单套驱动线圈。

对于多套线圈来说，多套线圈中每一套驱动线圈的单相线圈在定子中的位置相同。例如，可以将三条导线束成一股绕制在定子内，三条导线中每条导线则作为相应驱动线圈的单相线圈。也可以利用单条导线在定子中绕制，然后通过中间抽头的方式将该单挑导线分成三个部分，如图1a所示。还可以利用三条相互独立的单条导线绕制相应的单相线圈，这三条相互独立的单条导线可以是分层结构、也可以是其他混合在一起的结构。

供电设备用于向驱动电机供电，具体包括多个电池装置10和多个驱动装置20，两者数量相同。其中的电池装置又可以叫做蓄电池组，目前作为电动汽车驱动用电蓄电池组一般由锂电池单体构成，因为锂电池相对于铅蓄电池有许多优点，且随着产量的提高和技术的提升，也具备相当的成本优势。

电池装置一般包括多个电池单体(未示出)，这里的电池单体可以包括一个锂电池单体或者一组锂电池单体。电池单体的输出电压一般不足以驱动电动汽车的驱动电机运转，因此采用串联并联的方式进行组合。可以通过将电池单体串联成一个单体链，每个单体链的输出电压可以匹配驱动电机的驱动电压；然后将多个单体链进行并联，以满足驱动电机的功率需求。也可以采用先并联、在串联的结构。

供电设备包括多个驱动装置，驱动装置的数量可以与上述的驱动线圈的数量相同，即一套驱动线圈对应一个驱动装置，如图1b所示。每个驱动装置的电能输入端分别与电池装置相连接，即均能够接收电池装置输出的电能；驱动装置的电能输出端则与驱动线圈相连接，即每个驱动装置与对应的驱动线圈相连接。

通过对驱动装置的控制可以同时对所有驱动线圈供电，也可以向选定的某套驱动线圈供电，即通过对驱动装置的开关控制使驱动电机的全部或部分驱动线圈工作。既每套驱动线圈都能够独立工作，即使部分驱动线圈损坏也不会影响驱动电机的工作。

供电设备还包括用于对电池装置进行充电的充电模块(未示出)，充电模块的电力来源一般为充电桩，在接收到充电桩输入电能后对电池装置进行充电，即对该电池装置的所有电池单体同时进行充电，这样一来充电模块需要较大的充电电流。充电模块还可以利用多个充电单元组成，每个充电单元一用于对一个电池单体进行充电，通过充电单元的负荷分担，从而可以降低充电模块得总体负荷压力。每个充电单元还以为几个电池单体进行充电，即充电单元的个数可以不等同与电池单体。

实施例一

图2为本申请提供的一种充电系统实施例的结构框图。

如图2所示，本实施例提供的充电系统用于对电动汽车的电力驱动系统中电池装置30进行充电。该电力驱动系统与上述实施例已经做了详细描述，这里不再赘述，该系统的电池装置包括多个并联的单体链，单体链由多个串联的电池单体B构成，如图2a所示。

该充电装置包括多个充电模块31，每个充电模块都能够独立工作，每个充电模块与相对应的电池装置相连接，为该电池装置进行充电。该充电装置还包括多个开关K，当充电模块对电池装置进行充电时，开关闭合，停止充电时则打开，从而避免充电模块的输出电压对电力驱动系统造成干扰。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种充电系统，应用于电动汽车的电力驱动系统，该电力驱动系统包括驱动电机和供电设备，供电设备包括多个电池装置，充电系统包括多个充电模块，充电模块的数量与电池装置的数量相匹配；每个充电模块分别与对应的电池装置相连接。由于上述多个电池装置构成完整的电池包，且充电装置包括多个充电模块，因此相对于电池包来说，用于对单个电池装置进行充电的充电模块所需的充电电流就要少的多。由于构成充电模块的MOSS管的成本不是随功率线性增加，而是比线性关系增加的要快，因此多个小功率的MOSS管要比同功率的大功率的MOSS管成本要低的多，从而能够以较低的成本实现较大的充电电流，进而能够降低充电装置的制作成本，并进一步降低了电动汽车的整车成本。

实施例二

本实施例提供了一种电动汽车，该电动汽车设置有上面实施例所提供的电力驱动系统，该电力驱动系统包括驱动电机和供电设备。驱动电机包括转子和定子，定子上设置有多套驱动线圈；供电设备分别与多套线圈相连接，用于同时向多套驱动线圈供电或者单独向选定的某一套所述驱动线圈供电。且还包括充电系统，充电系统包括多个充电模块，充电模块的数量与电池装置的数量相匹配；每个充电模块分别与对应的电池装置相连接。由于上述多个电池装置构成完整的电池包，且充电装置包括多个充电模块，因此相对于电池包来说，用于对单个电池装置进行充电的充电模块所需的充电电流就要少的多。由于构成充电模块的MOSS管的成本不是随功率线性增加，而是比线性关系增加的要快，因此多个小功率的MOSS管要比同功率的大功率的MOSS管成本要低的多，从而能够以较低的成本实现较大的充电电流，进而能够降低充电装置的制作成本，并进一步降低了电动汽车的整车成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种充电系统，应用于电动汽车的电力驱动系统，所述电力驱动系统包括驱动电机和供电设备，所述供电设备包括多个电池装置，其特征在于，所述充电系统包括多个充电模块，其中：

所述充电模块的数量与所述电池装置的数量相匹配；

每个所述充电模块分别与对应的所述电池装置相连接。

2.如权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述充电模块的输出端设置有开关，其中：

所述开关用于在充电时闭合，停止充电后断开。

3.如权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述电池装置包括多个并联的单体链；

所述单体链包括多个串联的电池单体。

4.如权利要求1所述的充电系统，所述驱动电机包括转子和定子，所述定子上设置有多套驱动线圈，所述供电设备分别与所述多套线圈相连接，用于同时向所述多套驱动线圈供电或则单独向选定的某一套所述驱动线圈供电，其特征在于，每套所述驱动线圈包括三相线圈，所述三相线圈的接线结构为星形或者三角形。

5.如权利要求4所述的充电系统，其特征在于，每套所述驱动线圈的相对应的单相线圈为一独立的线圈。

6.如权利要求4所述的充电系统，其特征在于，每套所述驱动线圈的相对应的单相线圈为一个完整线圈上的不同分段，所述分段的两端的引线为所述完整线圈的中间抽头。

7.一种电动汽车，包括电力驱动系统，其特征在于，所述电力驱动系统设置有如权利要求1～6任一项所述的充电装置。