CN113043870B - 一种动力电池充电系统及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池充电系统及电动汽车，包括电池管理系统、控制系统、电机控制器、三相电机、电感L、第一可控开关K1和第二可控开关K2；电机控制器包括控制模块、三相桥臂和母线电容C；电感L与第二可控开关K2并联，三相电机的三相定子绕组的中性点引线连接第一、第二可控开关K1、K2的第一端，第一可控开关K1的第二端连接三相桥臂的上端，第二可控开关K2的第二端连接外部电源模块的正端，三相桥臂的下端连接外部电源模块的负端，第一、第二可控开关K1、K2的控制端与控制系统连接。本发明能避免出现充电系统的适应性与成本无法兼顾的问题，同时使充电电压调节范围更广。

Description

一种动力电池充电系统及电动汽车

技术领域

本发明属于动力电池充电领域，具体涉及一种动力电池充电系统及电动汽车。

背景技术

近年来，随着电动汽车的大力推广，电动汽车的充电问题也越来越得到人们的关注。现阶段，市面上投入使用的电动汽车动力电池的电压平台与充电桩的电压平台并未形成统一的标准，这大大降低了电动汽车动力电池充电的便捷性。

为了适配不同电压的充电桩，提高电动汽车充电的兼容性，现有的电动汽车多采用增加升压模块的方式来解决。当外接充电电源的电压低于动力电池的电压时，通过升压模块将外接充电电源的电压提升至高于动力电池电压，以给动力电池进行充电。这种方式在一定程度上提升了电动汽车充电系统的适应性，然而增加升压模块也将导致电动汽车的成本大大增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种动力电池充电系统及电动汽车，以避免出现充电系统的适应性与成本无法兼顾的问题，同时使充电电压调节范围更广。

本发明所述的动力电池充电系统，包括电池管理系统、控制系统、电机控制器和三相电机；电机控制器包括控制模块、三相桥臂和母线电容C，母线电容C与三相桥臂并联，三相桥臂的上端连接动力电池的正极，三相桥臂的下端连接动力电池的负极，三相桥臂的六个功率开关的控制端分别与控制模块的六个控制输出端连接，三相桥臂的中点分别连接三相电机的三相定子绕组。电池管理系统与动力电池、控制系统连接，控制系统与控制模块、外部电源模块连接。所述动力电池充电系统还包括电感L、第一可控开关K1和第二可控开关K2，电感L与第二可控开关K2并联，三相电机的三相定子绕组的中性点引线连接第一可控开关K1的第一端和第二可控开关K2的第一端，第一可控开关K1的第二端连接三相桥臂的上端，第二可控开关K2的第二端连接外部电源模块的正端，外部电源模块的负端连接三相桥臂的下端，第一可控开关K1的控制端和第二可控开关K2的控制端与控制系统连接。

在动力电池需要充电时，所述控制系统将获取的外部电源模块的最高输出电压与获取的动力电池的最高电压进行对比，并根据对比结果控制第一可控开关K1、第二可控开关K2以及请求控制模块控制所述六个功率开关，使得外部电源模块对动力电池进行升压充电或者直接充电。

优选的，上述动力电池充电系统还包括第三可控开关K3，第二可控开关K2的第二端连接第三可控开关K3的第一端，第三可控开关K3的第二端连接外部电源模块的正端，第三可控开关K3的控制端与控制系统连接。控制系统能控制第三可控开关K3闭合/断开。增加第三可控开关K3可以提高动力电池充电系统的安全性。

优选的，在动力电池需要充电，且控制系统获取的外部电源模块的最高输出电压大于获取的动力电池的最高电压时，控制系统控制第一可控开关K1、第二可控开关K2都闭合，以使得外部电源模块对动力电池进行直接充电。在动力电池需要充电，且控制系统获取的外部电源模块的最高输出电压大于预设的电压阈值，且小于或等于获取的动力电池的最高电压时，控制系统控制第一可控开关K1断开、第二可控开关K2闭合，并请求控制模块控制所述六个功率开关，使外部电源模块对三相定子绕组的储能过程以及外部电源模块、三相定子绕组对动力电池的充电过程交替进行，以使得外部电源模块对动力电池进行升压充电。在动力电池需要充电，且控制系统获取的外部电源模块的最高输出电压小于或等于预设的电压阈值时，控制系统控制第一可控开关K1、第二可控开关K2都断开，并请求控制模块控制所述六个功率开关，使外部电源模块对电感L和三相定子绕组的储能过程以及外部电源模块、电感L和三相定子绕组对动力电池的充电过程交替进行，以使得外部电源模块对动力电池进行升压充电。

优选的，所述外部电源模块、第二可控开关K2、三相定子绕组和三相桥臂的下桥臂的三个功率开关构成第一储能回路；所述外部电源模块、第二可控开关K2、三相定子绕组、三相桥臂的上桥臂的三个功率开关的续流二极管和动力电池构成第一充电回路。在动力电池需要充电，且控制系统获取的外部电源模块的最高输出电压大于预设的电压阈值，且小于或等于获取的动力电池的最高电压时，控制系统控制第一可控开关K1断开、第二可控开关K2闭合，并请求控制模块控制三相桥臂的上桥臂的三个功率开关保持断开，请求控制模块控制三相桥臂的下桥臂的三个功率开关的导通与断开交替进行，使所述第一储能回路与第一充电回路交替导通，以使得外部电源模块对动力电池进行升压充电。

优选的，所述外部电源模块、电感L、三相定子绕组和三相桥臂的下桥臂的三个功率开关构成第二储能回路；所述外部电源模块、电感L、三相定子绕组、三相桥臂的上桥臂的三个功率开关的续流二极管和动力电池构成第二充电回路。在动力电池需要充电，且控制系统获取的外部电源模块的最高输出电压小于或等于预设的电压阈值时，控制系统控制第一可控开关K1、第二可控开关K2都断开，并请求控制模块控制三相桥臂的上桥臂的三个功率开关保持断开，请求控制模块控制三相桥臂的下桥臂的三个功率开关的导通与断开交替进行，使所述第二储能回路与第二充电回路交替导通，以使得外部电源模块对动力电池进行升压充电。

在增加第三可控开关K3的情况下：

优选的，在动力电池需要充电，且控制系统获取的外部电源模块的最高输出电压大于获取的动力电池的最高电压时，控制系统控制第一可控开关K1、第二可控开关K2、第三可控开关K3都闭合，使得外部电源模块对动力电池进行直接充电。在动力电池需要充电，且控制系统获取的外部电源模块的最高输出电压大于预设的电压阈值，且小于或等于获取的动力电池的最高电压时，控制系统控制第一可控开关K1断开、第二可控开关K2和第三可控开关K3闭合，并请求控制模块控制所述六个功率开关，使外部电源模块对三相定子绕组的储能过程以及外部电源模块、三相定子绕组对动力电池的充电过程交替进行，以使得外部电源模块对动力电池进行升压充电。在动力电池需要充电，且控制系统获取的外部电源模块的最高输出电压小于或等于预设的电压阈值时，控制系统控制第一可控开关K1和第二可控开关K2断开、第三可控开关K3闭合，并请求控制模块控制所述六个功率开关，使外部电源模块对电感L和三相定子绕组的储能过程以及外部电源模块、电感L和三相定子绕组对动力电池的充电过程交替进行，以使得外部电源模块对动力电池进行升压充电。

优选的，外部电源模块、第三可控开关K3、第二可控开关K2、三相定子绕组和三相桥臂的下桥臂的三个功率开关构成第三储能回路；所述外部电源模块、第三可控开关K3、第二可控开关K2、三相定子绕组、三相桥臂的上桥臂的三个功率开关的续流二极管和动力电池构成第三充电回路。在动力电池需要充电，且控制系统获取的外部电源模块的最高输出电压大于预设的电压阈值，且小于或等于获取的动力电池的最高电压时，控制系统控制第一可控开关K1断开、第二可控开关K2和第三可控开关K3闭合，并请求控制模块控制三相桥臂的上桥臂的三个功率开关保持断开，请求控制模块控制三相桥臂的下桥臂的三个功率开关的导通与断开交替进行，使所述第三储能回路与第三充电回路交替导通，以使得外部电源模块对动力电池进行升压充电。

优选的，所述外部电源模块、第三可控开关K3、电感L、三相定子绕组和三相桥臂的下桥臂的三个功率开关构成第四储能回路；所述外部电源模块、第三可控开关K3、电感L、三相定子绕组、三相桥臂的上桥臂的三个功率开关的续流二极管和动力电池构成第四充电回路。在动力电池需要充电，且控制系统获取的外部电源模块的最高输出电压小于或等于预设的电压阈值时，控制系统控制第一可控开关K1和第二可控开关K2断开、第三可控开关K3闭合，并请求控制模块控制三相桥臂的上桥臂的三个功率开关保持断开，请求控制模块控制三相桥臂的下桥臂的三个功率开关的导通与断开交替进行，使所述第四储能回路与第四充电回路交替导通，以使得外部电源模块对动力电池进行升压充电。

优选的，在控制系统获取的动力电池的当前电量小于预设的充电启动最高电量时，控制系统判定动力电池需要充电。在控制系统获取的动力电池的当前电量大于或等于预设的充电停止电量时，控制系统判定动力电池充电完成，控制第一可控开关K1、第二可控开关K2、第三可控开关K3都断开。

本发明所述的电动汽车，包括上述动力电池充电系统。

本发明具有如下效果：

（1）通过复用电机系统（电机控制器和三相电机）来实现对动力电池的升压充电，提升了动力电池充电的便捷性，同时无需外加升压模块，大大降低了车辆成本，避免了出现充电系统的适应性与成本无法兼顾的问题。

（2）将电感L接入升压充电回路，能为系统提供更广的升压电压和升压功率调节范围。当三相定子绕组可以满足升压电压和升压功率需求时，通过闭合第二可控开关K2来使电感L不接入升压充电回路，可以降低系统升压充电过程中的损耗，提升动力电池的充电效率。

（3）提供了两种升压充电回路（即电感L接入或者不接入升压充电回路），可以根据实际升压需求选择更加适合的升压充电回路。

附图说明

图1为实施例1中的动力电池充电系统的电路示意图。

图2为实施例1中的动力电池充电系统处于直接充电模式下的电流路径图。

图3为实施例1中的动力电池充电系统在第一升压模式下的储能过程的电流路径图。

图4为实施例1中的动力电池充电系统在第一升压模式下的充电过程的电流路径图。

图5为实施例1中的动力电池充电系统在第二升压模式下的储能过程的电流路径图。

图6为实施例1中的动力电池充电系统在第二升压模式下的充电过程的电流路径图。

图7为实施例1中的动力电池充电系统的充电控制流程图。

图8为实施例2中的动力电池充电系统的电路示意图。

图9为实施例2中的动力电池充电系统处于直接充电模式下的电流路径图。

图10为实施例2中的动力电池充电系统在第一升压模式下的储能过程的电流路径图。

图11为实施例2中的动力电池充电系统在第一升压模式下的充电过程的电流路径图。

图12为实施例2中的动力电池充电系统在第二升压模式下的储能过程的电流路径图。

图13为实施例2中的动力电池充电系统在第二升压模式下的充电过程的电流路径图。

图14为实施例2中的动力电池充电系统的充电控制流程图。

具体实施方式

实施例1：如图1所示的动力电池充电系统，包括电池管理系统2、控制系统3、电机控制器4、三相电机5、电感L、第一可控开关K1和第二可控开关K2。外部电源模块6为直流供电模块，能输出电压恒定的直流电，外部电源模块6可以是直流充电桩的输出端，或者交流充电设备与交流电隔离的输出端，或者其他充电设备的直流输出端。三相电机5为Y型连接的三相四线制电机，电机控制器4包括控制模块、三相桥臂和母线电容C。三相桥臂由U相桥臂、V相桥臂和W相桥臂并联构成，母线电容C与U相桥臂、V相桥臂、W相桥臂并联。U相桥臂由上桥臂功率开关S1和下桥臂功率开关S4连接构成，V相桥臂由上桥臂功率开关S2和下桥臂功率开关S5连接构成，W相桥臂由上桥臂功率开关S3和下桥臂功率开关S6连接构成。本实施中上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3、下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5和下桥臂功率开关S6都为IGBT模块，上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3、下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5和下桥臂功率开关S6都具有续流二极管。上桥臂功率开关S1的上端、上桥臂功率开关S2的上端、上桥臂功率开关S3的上端引线连接动力电池1的正极，下桥臂功率开关S4的下端、下桥臂功率开关S5的下端、下桥臂功率开关S6的下端引线连接动力电池1的负极。上桥臂功率开关S1的控制端、上桥臂功率开关S2的控制端、上桥臂功率开关S3的控制端、下桥臂功率开关S4的控制端、下桥臂功率开关S5的控制端和下桥臂功率开关S6的控制端分别与控制模块的六个控制输出端连接。U相桥臂的中点（即上桥臂功率开关S1与下桥臂功率开关S4的连接点）引线连接三相电机5的U相定子绕组L1，V相桥臂的中点（即上桥臂功率开关S2与下桥臂功率开关S5的连接点）引线连接三相电机5的V相定子绕组L2，W相桥臂的中点（即上桥臂功率开关S3与下桥臂功率开关S6的连接点）引线连接三相电机5的W相定子绕组L3。三相电机5的U、V、W相定子绕组的中性点引线连接第一可控开关K1的第一端和第二可控开关K2的第一端，电感L与第二可控开关K2并联，第一可控开关K1的第二端连接上桥臂功率开关S1的上端、上桥臂功率开关S2的上端、上桥臂功率开关S3的上端，第二可控开关K2的第二端连接外部电源模块6的正端，外部电源模块6的负端连接下桥臂功率开关S4的下端、下桥臂功率开关S5的下端、下桥臂功率开关S6的下端，第一可控开关K1的控制端和第二可控开关K2的控制端与控制系统3连接。电池管理系统2与动力电池1连接，电池管理系统2监测动力电池1的状态信息（比如动力电池的最高电压、动力电池的当前电量等），控制系统3与电池管理系统2连接，从电池管理系统2处获取动力电池的最高电压和动力电池的当前电量，控制系统3与外部电源模块6连接，从外部电源模块6处获取外部电源模块的最高输出电压。控制系统3与控制模块连接，请求控制模块控制六个功率开关（即上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3、下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5和下桥臂功率开关S6）导通/断开。在动力电池需要充电时，控制系统3将获取的外部电源模块的最高输出电压与获取的动力电池的最高电压进行对比，并根据对比结果控制第一可控开关K1、第二可控开关K2以及请求控制模块控制六个功率开关，使得外部电源模块6对动力电池1进行升压充电或者直接充电。

电机控制器4和三相电机5可以工作在驱动模式和升压充电模式。控制系统可以识别车辆的模式。当控制系统3识别到车辆处于驱动模式下，控制系统3控制第一可控开关K1断开、第二可控开关K2断开，动力电池1、电机控制器4和三相电机5构成车辆的驱动回路，控制模块接收控制系统3发出的扭矩指令，通过控制六个功率开关的通断来控制三相电机5中的电流，从而在三相电机5的转子上输出整车需求的扭矩，驱动车辆正常行驶。当控制系统3识别到车辆处于充电模式下，则通过控制使得外部电源模块6对动力电池1进行升压充电或者直接充电。

如图3、图4所示，外部电源模块6、第二可控开关K2、三相定子绕组（即U、V、W相定子绕组）和下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6构成第一储能回路。外部电源模块6、第二可控开关K2、三相定子绕组、上桥臂功率开关S1的续流二极管、上桥臂功率开关S2的续流二极管、上桥臂功率开关S3的续流二极管和动力电池1构成第一充电回路。

如图5、图6所示，外部电源模块6、电感L、三相定子绕组（即U、V、W相定子绕组）和下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6构成第二储能回路。外部电源模块6、电感L、三相定子绕组、上桥臂功率开关S1的续流二极管、上桥臂功率开关S2的续流二极管、上桥臂功率开关S3的续流二极管和动力电池1构成第二充电回路。

如图7所示，采用实施例1中的动力电池充电系统进行充电的具体方法，由控制系统3执行，该方法包括：

步骤一、判断动力电池的当前电量是否小于预设的充电启动最高电量，如果是，则执行步骤二，否则判定动力电池不需要充电，然后结束。

步骤二、判定动力电池需要充电，然后执行步骤三。

步骤三、判断外部电源模块6的最高输出电压是否大于动力电池6的最高电压，如果是，则执行步骤四，否则执行步骤五。

步骤四、控制第一可控开关K1、第二可控开关K2都闭合，使得外部电源模块6对动力电池1进行直接充电（参见图2），然后执行步骤八。

步骤五、判断是否外部电源模块6的最高输出电压大于预设的电压阈值，且小于或等于动力电池1的最高电压，如果是，则执行步骤六，否则（即外部电源模块的最高输出电压小于或等于预设的电压阈值时）执行步骤七。

步骤六、控制第一可控开关K1断开、第二可控开关K2闭合，并请求控制模块控制上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3保持断开，请求控制模块控制下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6的导通与断开交替进行，使第一储能回路与第一充电回路交替导通，以使得外部电源模块6对动力电池1进行第一升压模式的升压充电（参见图3、图4），然后执行步骤八。

步骤七、控制第一可控开关K1、第二可控开关K2都断开，并请求控制模块控制上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3保持断开，请求控制模块控制下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6的导通与断开交替进行，使第二储能回路与第二充电回路交替导通，以使得外部电源模块6对动力电池1进行第二升压模式的升压充电（参见图5、图6），然后执行步骤八。

步骤八、判断动力电池的当前电量是否大于或等于预设的充电停止电量，如果是，则执行步骤九，否则继续执行步骤八。

步骤九、判定动力电池充电完成，控制第一可控开关K1、第二可控开关K2都断开，然后结束。

如图3所示的第一升压模式下的储能过程的电流流向为：电流由外部电源模块6的正端流出，流经第二可控开关K2，再由U、V、W相定子绕组的中性线流入U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3，通过下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6流出电机控制器4，最后回到外部电源模块6的负端。通过该第一储能回路，外部电源模块6给U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3进行充电（储能）。

如图4所示的第一升压模式下的充电过程的电流流向为：电流由外部电源模块6的正端流出，流经第二可控开关K2，再由U、V、W相定子绕组的中性线流入U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3，通过上桥臂功率开关S1的续流二极管、上桥臂功率开关S2的续流二极管、上桥臂功率开关S3的续流二极管流出电机控制器4，再进入动力电池正极，从动力电池负极流出后回到外部电源模块6的负端。通过该第一充电回路，将外部电源模块6和U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3上的电能给动力电池进行充电。通过调整下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6在一个周期内的导通时间来实现对升压后的电压值进行调节。

如图5所示的第二升压模式下的储能过程的电流流向为：电流由外部电源模块6的正端流出，流经电感L，再由U、V、W相定子绕组的中性线流入U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3，通过下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6流出电机控制器4，最后回到外部电源模块6的负端。通过该第二储能回路，外部电源模块6给电感L、U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3进行充电（储能）。

如图6所示的第二升压模式下的充电过程的电流流向为：电流由外部电源模块6的正端流出，流经电感L，再由U、V、W相定子绕组的中性线流入U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3，通过上桥臂功率开关S1的续流二极管、上桥臂功率开关S2的续流二极管、上桥臂功率开关S3的续流二极管流出电机控制器4，再进入动力电池正极，从动力电池负极流出后回到外部电源模块6的负端。通过该第二充电回路，将外部电源模块6和电感L、U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3上的电能给动力电池进行充电。通过调整下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6在一个周期内的导通时间来实现对升压后的电压值进行调节。

本实施例还提供一种电动汽车，包括上述动力电池充电系统。

实施例2：如图8所示的动力电池充电系统，其大部分结构与实施例1相同，不同之处在于：还包括第三可控开关K3，第二可控开关K2的第二端连接第三可控开关K3的第一端，第三可控开关K3的第二端连接外部电源模块6的正端，第三可控开关K3的控制端与控制系统3连接。

当控制系统3识别到车辆处于驱动模式下，控制系统3控制第一可控开关K1断开、第二可控开关K2断开、第三可控开关K3断开，动力电池1、电机控制器4和三相电机5构成车辆的驱动回路，控制模块接收控制系统3发出的扭矩指令，通过控制六个功率开关的通断来控制三相电机5中的电流，从而在三相电机5的转子上输出整车需求的扭矩，驱动车辆正常行驶。当控制系统3识别到车辆处于充电模式下，则通过控制使得外部电源模块6对动力电池1进行升压充电或者直接充电。

如图10、图11所示，外部电源模块6、第三可控开关K3、第二可控开关K2、三相定子绕组（即U、V、W相定子绕组）和下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6构成第三储能回路。外部电源模块6、第三可控开关K3、第二可控开关K2、三相定子绕组、上桥臂功率开关S1的续流二极管、上桥臂功率开关S2的续流二极管、上桥臂功率开关S3的续流二极管和动力电池1构成第三充电回路。

如图12、图13所示，外部电源模块6、第三可控开关K3、电感L、三相定子绕组（即U、V、W相定子绕组）和下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6构成第四储能回路。外部电源模块6、第三可控开关K3、电感L、三相定子绕组、上桥臂功率开关S1的续流二极管、上桥臂功率开关S2的续流二极管、上桥臂功率开关S3的续流二极管和动力电池1构成第四充电回路。

如图14所示，采用实施例2中的动力电池充电系统进行充电的具体方法，由控制系统3执行，该方法包括：

步骤一、判断动力电池的当前电量是否小于预设的充电启动最高电量，如果是，则执行步骤二，否则判定动力电池不需要充电，然后结束。

步骤二、判定动力电池需要充电，然后执行步骤三。

步骤三、判断外部电源模块6的最高输出电压是否大于动力电池6的最高电压，如果是，则执行步骤四，否则执行步骤五。

步骤四、控制第一可控开关K1、第二可控开关K2、第三可控开关K3都闭合，使得外部电源模块6对动力电池1进行直接充电（参见图9），然后执行步骤八。

步骤五、判断是否外部电源模块6的最高输出电压大于预设的电压阈值，且小于或等于动力电池1的最高电压，如果是，则执行步骤六，否则（即外部电源模块的最高输出电压小于或等于预设的电压阈值时）执行步骤七。

步骤六、控制第一可控开关K1断开、第二可控开关K2闭合、第三可控开关K3闭合，并请求控制模块控制上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3保持断开，请求控制模块控制下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6的导通与断开交替进行，使第三储能回路与第三充电回路交替导通，以使得外部电源模块6对动力电池1进行第一升压模式的升压充电（参见图10、图11），然后执行步骤八。

步骤七、控制第一可控开关K1断开、第二可控开关K2断开、第三可控开关K3闭合，并请求控制模块控制上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3保持断开，请求控制模块控制下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6的导通与断开交替进行，使第四储能回路与第四充电回路交替导通，以使得外部电源模块6对动力电池1进行第二升压模式的升压充电（参见图12、图13），然后执行步骤八。

步骤八、判断动力电池的当前电量是否大于或等于预设的充电停止电量，如果是，则执行步骤九，否则继续执行步骤八。

步骤九、判定动力电池充电完成，控制第一可控开关K1、第二可控开关K2、第三可控开关K3都断开，然后结束。

如图10所示的第一升压模式下的储能过程的电流流向为：电流由外部电源模块6的正端流出，依次流经第三可控开关K3、第二可控开关K2，再由U、V、W相定子绕组的中性线流入U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3，通过下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6流出电机控制器4，最后回到外部电源模块6的负端。通过该第三储能回路，外部电源模块6给U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3进行充电（储能）。

如图11所示的第一升压模式下的充电过程的电流流向为：电流由外部电源模块6的正端流出，依次流经第三可控开关K3、第二可控开关K2，再由U、V、W相定子绕组的中性线流入U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3，通过上桥臂功率开关S1的续流二极管、上桥臂功率开关S2的续流二极管、上桥臂功率开关S3的续流二极管流出电机控制器4，再进入动力电池正极，从动力电池负极流出后回到外部电源模块6的负端。通过该第三充电回路，将外部电源模块6和U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3上的电能给动力电池进行充电。通过调整下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6在一个周期内的导通时间来实现对升压后的电压值进行调节。

如图12所示的第二升压模式下的储能过程的电流流向为：电流由外部电源模块6的正端流出，依次流经第三可控开关K3、电感L，再由U、V、W相定子绕组的中性线流入U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3，通过下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6流出电机控制器4，最后回到外部电源模块6的负端。通过该第四储能回路，外部电源模块6给电感L、U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3进行充电（储能）。

如图13所示的第二升压模式下的充电过程的电流流向为：电流由外部电源模块6的正端流出，依次流经第三可控开关K3、电感L，再由U、V、W相定子绕组的中性线流入U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3，通过上桥臂功率开关S1的续流二极管、上桥臂功率开关S2的续流二极管、上桥臂功率开关S3的续流二极管流出电机控制器4，再进入动力电池正极，从动力电池负极流出后回到外部电源模块6的负端。通过该第四充电回路，将外部电源模块6和电感L、U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3上的电能给动力电池进行充电。通过调整下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6在一个周期内的导通时间来实现对升压后的电压值进行调节。

本实施例还提供一种电动汽车，包括上述动力电池充电系统。

Claims (8)

1.一种动力电池充电系统，包括电池管理系统（2）、控制系统（3）、电机控制器（4）和三相电机（5）；电机控制器（4）包括控制模块、三相桥臂和母线电容C，母线电容C与三相桥臂并联，三相桥臂的上端连接动力电池（1）的正极、下端连接动力电池（1）的负极，三相桥臂的六个功率开关的控制端分别与控制模块的六个控制输出端连接，三相桥臂的中点分别连接三相电机（5）的三相定子绕组；电池管理系统（2）与动力电池（1）、控制系统（3）连接，控制系统（3）与控制模块、外部电源模块（6）连接；其特征在于：所述充电系统还包括电感L、第一可控开关K1和第二可控开关K2，电感L与第二可控开关K2并联，三相电机（5）的三相定子绕组的中性点引线连接第一可控开关K1的第一端和第二可控开关K2的第一端，第一可控开关K1的第二端连接三相桥臂的上端，第二可控开关K2的第二端连接外部电源模块（6）的正端，外部电源模块（6）的负端连接三相桥臂的下端，第一可控开关K1的控制端和第二可控开关K2的控制端与控制系统（3）连接；

在动力电池需要充电时，所述控制系统（3）将获取的外部电源模块的最高输出电压与获取的动力电池的最高电压进行对比，并根据对比结果控制第一可控开关K1、第二可控开关K2以及请求控制模块控制所述六个功率开关，使得外部电源模块（6）对动力电池（1）进行升压充电或者直接充电，具体为：

在动力电池需要充电，且控制系统（3）获取的外部电源模块的最高输出电压大于获取的动力电池的最高电压时，控制系统（3）控制第一可控开关K1、第二可控开关K2都闭合，以使得外部电源模块（6）对动力电池（1）进行直接充电；

在动力电池需要充电，且控制系统（3）获取的外部电源模块的最高输出电压大于预设的电压阈值，且小于或等于获取的动力电池的最高电压时，控制系统（3）控制第一可控开关K1断开、第二可控开关K2闭合，并请求控制模块控制所述六个功率开关，使外部电源模块对三相定子绕组的储能过程以及外部电源模块、三相定子绕组对动力电池的充电过程交替进行，以使得外部电源模块（6）对动力电池（1）进行升压充电；

在动力电池需要充电，且控制系统（3）获取的外部电源模块的最高输出电压小于或等于预设的电压阈值时，控制系统（3）控制第一可控开关K1、第二可控开关K2都断开，并请求控制模块控制所述六个功率开关，使外部电源模块对电感L和三相定子绕组的储能过程以及外部电源模块、电感L和三相定子绕组对动力电池的充电过程交替进行，以使得外部电源模块（6）对动力电池（1）进行升压充电。

2.根据权利要求1所述的动力电池充电系统，其特征在于：

所述外部电源模块（6）、第二可控开关K2、三相定子绕组和三相桥臂的下桥臂的三个功率开关构成第一储能回路；所述外部电源模块（6）、第二可控开关K2、三相定子绕组、三相桥臂的上桥臂的三个功率开关的续流二极管和动力电池（1）构成第一充电回路；

在动力电池需要充电，且控制系统（3）获取的外部电源模块的最高输出电压大于预设的电压阈值，且小于或等于获取的动力电池的最高电压时，控制系统（3）控制第一可控开关K1断开、第二可控开关K2闭合，并请求控制模块控制三相桥臂的上桥臂的三个功率开关保持断开，控制三相桥臂的下桥臂的三个功率开关的导通与断开交替进行，使所述第一储能回路与第一充电回路交替导通，以使得外部电源模块（6）对动力电池（1）进行升压充电；

所述外部电源模块（6）、电感L、三相定子绕组和三相桥臂的下桥臂的三个功率开关构成第二储能回路；所述外部电源模块（6）、电感L、三相定子绕组、三相桥臂的上桥臂的三个功率开关的续流二极管和动力电池（1）构成第二充电回路；

在动力电池需要充电，且控制系统（3）获取的外部电源模块的最高输出电压小于或等于预设的电压阈值时，控制系统（3）控制第一可控开关K1、第二可控开关K2都断开，并请求控制模块控制三相桥臂的上桥臂的三个功率开关保持断开，控制三相桥臂的下桥臂的三个功率开关的导通与断开交替进行，使所述第二储能回路与第二充电回路交替导通，以使得外部电源模块（6）对动力电池（1）进行升压充电。

3.根据权利要求1或2所述的动力电池充电系统，其特征在于：

在控制系统（3）获取的动力电池的当前电量小于预设的充电启动最高电量时，控制系统（3）判定动力电池需要充电。

4.一种动力电池充电系统，包括电池管理系统（2）、控制系统（3）、电机控制器（4）和三相电机（5）；电机控制器（4）包括控制模块、三相桥臂和母线电容C，母线电容C与三相桥臂并联，三相桥臂的上端连接动力电池（1）的正极、下端连接动力电池（1）的负极，三相桥臂的六个功率开关的控制端分别与控制模块的六个控制输出端连接，三相桥臂的中点分别连接三相电机（5）的三相定子绕组；电池管理系统（2）与动力电池（1）、控制系统（3）连接，控制系统（3）与控制模块、外部电源模块（6）连接；其特征在于：所述充电系统还包括电感L、第一可控开关K1、第二可控开关K2和第三可控开关K3，电感L与第二可控开关K2并联，三相电机（5）的三相定子绕组的中性点引线连接第一可控开关K1的第一端和第二可控开关K2的第一端，第一可控开关K1的第二端连接三相桥臂的上端，第二可控开关K2的第二端连接第三可控开关K3的第一端，第三可控开关K3的第二端连接外部电源模块（6）的正端，外部电源模块（6）的负端连接三相桥臂的下端，第一可控开关K1的控制端、第二可控开关K2的控制端和第三可控开关K3的控制端与控制系统（3）连接；

在动力电池需要充电时，所述控制系统（3）将获取的外部电源模块的最高输出电压与获取的动力电池的最高电压进行对比，并根据对比结果控制第一可控开关K1、第二可控开关K2、第三可控开关K3以及请求控制模块控制所述六个功率开关，使得外部电源模块（6）对动力电池（1）进行升压充电或者直接充电，具体为：

在动力电池需要充电，且控制系统（3）获取的外部电源模块的最高输出电压大于获取的动力电池的最高电压时，控制系统（3）控制第一可控开关K1、第二可控开关K2、第三可控开关K3都闭合，使得外部电源模块（6）对动力电池（1）进行直接充电；

在动力电池需要充电，且控制系统（3）获取的外部电源模块的最高输出电压大于预设的电压阈值，且小于或等于获取的动力电池的最高电压时，控制系统控制第一可控开关K1断开、第二可控开关K2和第三可控开关K3闭合，并请求控制模块控制所述六个功率开关，使外部电源模块对三相定子绕组的储能过程以及外部电源模块、三相定子绕组对动力电池的充电过程交替进行，以使得外部电源模块（6）对动力电池（1）进行升压充电；

在动力电池需要充电，且控制系统（3）获取的外部电源模块的最高输出电压小于或等于预设的电压阈值时，控制系统控制第一可控开关K1和第二可控开关K2断开、第三可控开关K3闭合，并请求控制模块控制所述六个功率开关，使外部电源模块对电感L和三相定子绕组的储能过程以及外部电源模块、电感L和三相定子绕组对动力电池的充电过程交替进行，以使得外部电源模块（6）对动力电池（1）进行升压充电。

5.根据权利要求4所述的动力电池充电系统，其特征在于：

所述外部电源模块（6）、第三可控开关K3、第二可控开关K2、三相定子绕组和三相桥臂的下桥臂的三个功率开关构成第三储能回路；所述外部电源模块（6）、第三可控开关K3、第二可控开关K2、三相定子绕组、三相桥臂的上桥臂的三个功率开关的续流二极管和动力电池（1）构成第三充电回路；

在动力电池需要充电，且控制系统（3）获取的外部电源模块的最高输出电压大于预设的电压阈值，且小于或等于获取的动力电池的最高电压时，控制系统（3）控制第一可控开关K1断开、第二可控开关K2和第三可控开关K3闭合，并请求控制模块控制三相桥臂的上桥臂的三个功率开关保持断开，控制三相桥臂的下桥臂的三个功率开关的导通与断开交替进行，使所述第三储能回路与第三充电回路交替导通，以使得外部电源模块（6）对动力电池（1）进行升压充电；

所述外部电源模块（6）、第三可控开关K3、电感L、三相定子绕组和三相桥臂的下桥臂的三个功率开关构成第四储能回路；所述外部电源模块（6）、第三可控开关K3、电感L、三相定子绕组、三相桥臂的上桥臂的三个功率开关的续流二极管和动力电池（1）构成第四充电回路；

在动力电池需要充电，且控制系统（3）获取的外部电源模块的最高输出电压小于或等于预设的电压阈值时，控制系统（3）控制第一可控开关K1和第二可控开关K2断开、第三可控开关K3闭合，并请求控制模块控制三相桥臂的上桥臂的三个功率开关保持断开，控制三相桥臂的下桥臂的三个功率开关的导通与断开交替进行，使所述第四储能回路与第四充电回路交替导通，以使得外部电源模块（6）对动力电池（1）进行升压充电。

6.根据权利要求4或5所述的动力电池充电系统，其特征在于：

在控制系统（3）获取的动力电池的当前电量小于预设的充电启动最高电量时，控制系统（3）判定动力电池需要充电。

7.根据权利要求6所述的动力电池充电系统，其特征在于：

在控制系统（3）获取的动力电池的当前电量大于或等于预设的充电停止电量时，控制系统（3）判定动力电池充电完成，控制第一可控开关K1、第二可控开关K2、第三可控开关K3都断开。

8.一种电动汽车，其特征在于：包括如权利要求1至7任一项所述的动力电池充电系统。

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