CN112440815B - 一种高压控制器、系统及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高压控制器、系统及电动汽车，涉及车载电源高压控制器。该高压控制器包括：双向电压变换模块；车载电源一体机，与所述双向电压变换模块连接；电机控制器驱动模块，分别与所述车载电源一体机以及所述双向电压变换模块连接；控制板，分别与所述双向电压变换模块以及电机控制器驱动模块连接。本发明的方案采用双向电压变换模块，双向电压变换器，具备双向能量流通的性能，当电池对外放电时，升压功率单元工作；当电源给电池充电时，降压功率单元工作。保证了动力系统、充电系统以及电池工作效率和工作稳定性，节约成本并且有利于集成。

Description

一种高压控制器、系统及电动汽车
技术领域
本发明涉及车载电源高压控制系统领域，特别涉及一种高压控制器、系统及电动汽车。
背景技术
电池电压越低对电池包越有利，而对于高压系统，电压越高动力系统和充电系统越有优势。
目前电池的能量密度越来越大，但由于单体电池的电压越来越低，相比以前，串联相同个数电池的总电压却越来越低，如果单纯增加电池串联个数，这就像一个链条，有可能遇到电池组里的某一节电池失效的情况。串联在一起的电池越多，出现这种情况的几率就越高。只要一节电池有问题，它的电压就会降低。到最后，一节“断开”的电池可能会中断电流的输送。而要更换电池也绝非易事，这也给电动汽车带来更高的维修费用。
由于半导体的发展，绝缘栅双极型晶体管IGBT以及功率管的耐压越来越高，技术越来越成熟，高压系统，包括：电机控制器、电机、车载充电机以及直流电压变换器电源等越来越向高压发展，电压升高对于高压系统优势较大，同功率情况下电流变小，对线束接差价要求变低，节约成本，对于电机控制系统同功率同扭矩的情况下，电机和控制器的体积会明显减小。目前电动汽车对车载电源体积要求越来越高，传统的车载电源分为车载充电机和直流电压变换器电源两个分体模块，控制板也为两个，不利于集成。
发明内容
本发明实施例提供一种高压控制器、系统及电动汽车，用于解决现有技术中电池组为多个电池串联易因一节电池故障而导致整个电池组电流输送的中断，以及车载电源分为车载充电机和直流电压变换器电源两个分体模块，控制板也为两个，不利于集成的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明的实施例提供一种高压控制器，包括：
双向电压变换模块；
车载电源一体机，与所述双向电压变换模块连接；
电机控制器驱动模块，分别与所述车载电源一体机以及所述双向电压变换模块连接；
控制板，分别与所述双向电压变换模块以及电机控制器驱动模块连接，用于产生控制双向电压变换模块的第一控制信息和控制电机控制器驱动模块的第二控制信息。
进一步地，所述的高压控制器还包括：
电池，所述电池通过电池输入接口与所述双向电压变换模块连接。
进一步地，所述双向电压变换模块，包括：
第一电压检测信号电路；
第一电容；与所述第一电压检测信号电路并联连接；
电感，与所述第一电容连接；
第一电流检测信号端；
第一绝缘栅双极型晶体管IGBT，与所述第一电容并联连接；
第二绝缘栅双极型晶体管IGBT，与所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBT连接；
第二电压检测信号电路，与所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBT并联连接；
第二电流检测信号电路；
第二电容，与所述第二电流检测信号端并联连接；
驱动电路，一端分别与所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBTQ1和所述第二绝缘栅双极型晶体管IGBTQ2连接，另一端与所述控制板连接；
其中，在所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBT恒定截止和所述第二绝缘栅双极型晶体管IGBT以恒频率的脉冲宽度调制PWM开关导通时，所述双向电压变换模块为高压控制器对三相电机侧的升压变换模式，将升高之后的电压提供给电池给功率驱动模块和三相电机；
在所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBT以恒频率的脉冲宽度调制PWM开关导通和所述第二绝缘栅双极型晶体管IGBT截止时，所述双向电压变换模块为高压控制器对电池侧的降压变换模式，将降低之后的电压用于给电池充电。
进一步地，所述第一电压检测信号电路，包括：
串联连接的第一电阻和第二电阻。
进一步地，所述第二电压检测信号电路，包括：
串联连接的第三电阻和第四电阻；
双向电压变换模块。
进一步地，所述车载电源一体机，包括：
车载充电机、直流电压变换器以及集成控制芯片；
所述集成控制芯片用于控制车载充电机和直流电压变换器。
进一步地，还包括：
水道；
所述双向电压变换模块、所述电机控制器以及控制板设置于所述水道的上方，所述车载电源一体机设置于所述水道的下方。
本发明的实施例还提供一种高压控制系统，包括如上述的高压控制器，所述高压控制系统还包括：
电池输入端接口，与所述双向电压变换模块连接；
交流输入端口，与所述车载电源一体机连接；
电机三相端口，与所述电机控制器驱动模块连接；
低压信号接口，分别与所述车载电源一体机和所述控制板连接。
本发明的实施例还提供一种电动汽车，包括上述的高压控制系统。
本发明的有益效果是：
采用双向电压变换模块，双向电压变换器，具备双向能量流通的性能，当电池对外放电时，升压功率单元工作，保证了动力系统和充电系统工作效率和工作稳定性；当电源给电池充电时，降压功率单元工作，保证了电池的性能和稳定性。一个控制板直接控制双向电压变换模块和电机控制器驱动模块，节约成本并且有利于集成。有效减小控制器体积，满足市场需求。
附图说明
图1表示本发明实施例的双向电压变换模块电路示意图；
图2表示本发明实施例的高压控制系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明针对现有技术中电池组为多个电池串联易因一节电池故障而导致整个电池组电流输送的中断，以及车载电源分为车载充电机和直流电压变换器电源两个分体模块，控制板也为两个，不利于集成的问题，提供一种高压控制器、系统及电动汽车。
如图1所示，本发明实施例提供一种高压控制器，包括：
双向电压变换模块，用于双向能量流通，实现了升压和降压模块一体化；
车载电源一体机，与所述双向电压变换模块连接；
电机控制器驱动模块，分别与所述车载电源一体机以及所述双向电压变换模块连接；
控制板，分别与所述双向电压变换模块以及电机控制器驱动模块连接，用于产生控制双向电压变换模块的第一控制信息和控制电机控制器驱动模块的第二控制信息。
进一步地，所述的高压控制器还包括：电池，所述电池通过电池输入接口与所述双向电压变换模块连接。
本发明的该实施例中，采用双向电压变换模块，双向电压变换器，具备双向能量流通的性能，当电池对外放电时，升压功率单元工作，保证了动力系统和充电系统工作效率和工作稳定性；当电源给电池充电时，降压功率单元工作，保证了电池的性能和稳定性。一个控制板直接控制双向电压变换模块和电机控制器驱动模块，节约成本并且有利于集成。有效减小控制器体积，满足市场需求。
如图2所示，本发明实施例的一可选实施例中，所述双向电压变换模块，包括：
第一电压检测信号电路1，与所述控制板连接，用于检测电路的电压；
第一电容C1；与所述第一电压检测信号电路1并联连接，用以储存电能和降低电路中的能量损失；
电感L1，与所述第一电容C1连接，用于储存电能和提供瞬时给负载供电；
第一电流检测信号端2，与所述控制板连接，用于检测电路的电流信号，包括第二电容C2和电机控制器功率模块的电流；
第一绝缘栅双极型晶体管IGBTQ1，与所述第一电容C1并联连接；
第二绝缘栅双极型晶体管IGBTQ2，与所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBTQ1连接；
第二电压检测信号电路3，一端与所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBTQ1并联连接，另一端与所述控制板连接，用于检测电路的电压；
第二电流检测信号电路4，与所述控制板连接，用于检测电路电流；
第二电容C2，与所述第二电流检测信号端4并联连接，用以储存电能和降低电路中的能量损失；
驱动电路，一端分别与所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBTQ1和所述第二绝缘栅双极型晶体管IGBTQ2连接，另一端与所述控制板连接；
其中，所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBTQ1和第二绝缘栅双极型晶体管IGBTQ2均可用多个MOS晶体管并联的结构代替；
在所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBTQ1截止和所述第二绝缘栅双极型晶体管IGBTQ2以恒频率的脉冲宽度调制PWM开关导通时，所述双向电压变换模块为高压控制器对三相电机侧的升压变换模式，将升高之后的电压提供给电池给功率驱动模块和三相电机；
需要说明的是，在电池对外放电时，即电池给功率驱动模块和三相电机提供电能，此时电压越高，在相同功率和扭矩的情况下，高压控制器的体积越小，所以此时所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBTQ1截止和所述第二绝缘栅双极型晶体管IGBTQ2以恒频率的脉冲宽度调制PWM开关导通，所述双向电压变换模块为高压控制器对三相电机侧的升压变换模式，可有效减小所述高压控制器体积；
在所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBTQ1以恒频率的脉冲宽度调制PWM开关导通和所述第二绝缘栅双极型晶体管IGBTQ2截止时，所述双向电压变换模块为高压控制器对电池侧的降压变换模式，将降低之后的电压用于给电池充电；
需要说明的是，在交流输入端给电池充电的过程中，电压越低对电池性能越有利，所以此时所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBTQ1以恒频率的脉冲宽度调制PWM开关导通和所述第二绝缘栅双极型晶体管IGBTQ2截止时，所述双向电压变换模块为高压控制器对电池侧的降压变换模式，为电池的工作效率和稳定性提供了保障。
可选地，所述第一电压检测信号电路1，包括：
串联连接的第一电阻R1和第二电阻R2；
其中，所述第一电压检测信号电路1还可以用两个以上电阻代替；
需要说明的是，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2，用来保证所述第一电压检测信号电路1测得的电压信号的稳定性。
可选地，所述第二电压检测信号电路3，包括：
串联连接的第三电阻R3和第四电阻R4；
其中，所述第二电压检测信号电路3还可以用两个以上电阻代替；
需要说明的是，所述第三电阻R3和所述第四电阻R4，用来保证所述第二电压检测信号电路3测得的电压信号的稳定性。
可选地，所述车载电源一体机，包括：
车载充电机、直流电压变换器以及集成控制芯片，所述车载电源一体机实现了车载充电机、直流电压变换器的一体化，更利于集成；
所述集成控制芯片用于控制车载充电机和直流电压变换器，省去了一个控制芯片，不仅减小了所述高压控制器的体积，还节约了成本。
可选地，所述的高压控制器还包括：
水道；
所述双向电压变换模块、所述电机控制器以及控制板设置于所述水道的上方，所述车载电源一体机设置于所述水道的下方；
两层的布置可以使所述高压控制器结构清晰且散热效果更好。
本发明的该实施例中，采用双向电压变换模块，双向电压变换器，具备双向能量流通的性能，当电池对外放电时，升压功率单元工作，保证了动力系统和充电系统工作效率和工作稳定性；当电源给电池充电时，降压功率单元工作，保证了电池的性能和稳定性。一个控制板直接控制双向电压变换模块和电机控制器驱动模块，节约成本并且有利于集成。有效减小控制器体积，满足市场需求。
本发明的实施例还提供一种高压控制系统，包括如上述的高压控制器，所述高压控制系统还包括：
电池输入端接口，与所述双向电压变换模块连接；
交流输入端口，与所述车载电源一体机连接；
电机三相端口，与所述电机控制器驱动模块连接；
低压信号接口，分别与所述车载电源一体机和所述控制板连接。
本发明的实施例还提供一种电动汽车，包括上述的高压控制系统。
本发明的该实施例中，高压控制系统采用双向电压变换模块，双向电压变换器，具备双向能量流通的性能，当电池对外放电时，升压功率单元工作，保证了动力系统和充电系统工作效率和工作稳定性；当电源给电池充电时，降压功率单元工作，保证了电池的性能和稳定性。一个控制板直接控制双向电压变换模块和电机控制器驱动模块，节约成本并且有利于集成,有效减小控制器体积，满足市场需求。
以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高压控制器，其特征在于，包括：
双向电压变换模块；
车载电源一体机，与所述双向电压变换模块连接；
电机控制器驱动模块，分别与所述车载电源一体机以及所述双向电压变换模块连接；
控制板，分别与所述双向电压变换模块以及电机控制器驱动模块连接，用于产生控制双向电压变换模块的第一控制信息和控制电机控制器驱动模块的第二控制信息；
所述车载电源一体机，包括：
车载充电机、直流电压变换器以及集成控制芯片；
所述集成控制芯片用于控制车载充电机和直流电压变换器；
水道，所述双向电压变换模块、所述电机控制器以及控制板设置于所述水道的上方，所述车载电源一体机设置于所述水道的下方；
电池，所述电池通过电池输入接口与所述双向电压变换模块连接；
所述双向电压变换模块包括：
高压控制器对三相电机侧的升压变换模式，用于将升高之后的电压提供给功率驱动模块和三相电机；
高压控制器对电池侧的降压变换模式，将降低之后的电压用于给电池充电。
2.根据权利要求1所述的高压控制器，其特征在于，所述双向电压变换模块，包括：
第一电压检测信号电路（1）；
第一电容（C1）；与所述第一电压检测信号电路（1）并联连接；
电感（L1），与所述第一电容（C1）连接；
第一电流检测信号端（2）；
第一绝缘栅双极型晶体管IGBT（Q1），与所述第一电容（C1）并联连接；
第二绝缘栅双极型晶体管IGBT（Q2），与所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBT（Q1）连接；
第二电压检测信号电路（3），与所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBT（Q1）并联连接；
第二电流检测信号端（4）；
第二电容（C2），与所述第二电流检测信号端（4）并联连接；
驱动电路，一端分别与所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBT（ Q1） 和所述第二绝缘栅双极型晶体管IGBT（ Q2） 连接，另一端与所述控制板连接；
其中，在所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBT（Q1）截止和所述第二绝缘栅双极型晶体管IGBT（Q2）以恒频率的脉冲宽度调制PWM开关导通时，所述双向电压变换模块为所述升压变换模式；
在所述第一绝缘栅双极型晶体管IGBT（Q1）以恒频率的脉冲宽度调制PWM开关导通和所述第二绝缘栅双极型晶体管IGBT（Q2）截止时，所述双向电压变换模块为所述降压变换模式。
3.根据权利要求2所述的高压控制器，其特征在于，所述第一电压检测信号电路（1），包括：
串联连接的第一电阻（R1）和第二电阻（R2）。
4.根据权利要求2所述的高压控制器，其特征在于，所述第二电压检测信号电路（3），包括：
串联连接的第三电阻（R3）和第四电阻（R4）。
5.一种高压控制系统，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的高压控制器，所述高压控制系统还包括：
电池输入端接口，与所述双向电压变换模块连接；
交流输入端口，与所述车载电源一体机连接；
电机三相端口，与所述电机控制器驱动模块连接；
低压信号接口，分别与所述车载电源一体机和所述控制板连接。
6.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求5所述的高压控制系统。
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