CN113783477B - 一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，该系统包括电机驱动器和永磁同步电机，所述的永磁同步电机包括三相线、中性线、定子绕组、转子永磁体和位置传感器，所述的电机驱动器内部包括正母线P1和正母线P2以及负母线N，所述的电机驱动器由直流高压输入模块、电容器组模块、逆变模块以及控制模块组成；所述的直流高压输入模块包括两个外部直流电源输入接口；所述的电容器组模块包括电容C1、电容C2和三个继电器；所述的逆变器模块包括三相桥臂和对应的三相输出；所述的控制模块分别与三个继电器和逆变器模块的六个开关器件连接，与现有技术相比，本发明具有满足多工作模式的需求、提高电动汽车和燃料电池汽车的性能等优点。

Description

一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统

技术领域

本发明涉及电机驱动领域，尤其是涉及一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统。

背景技术

新能源汽车产业化发展趋势迅猛，锂离子电池所具有的高能量密度和良好的充放电循环性能，使其在新能源汽车中大量应用，然而锂离子电池在低温下内电阻增加，可用容量降低，对续驶里程及电池使用寿命影响明显，通常为扩大应用范围，车辆需要给电池预热，一方面要求电池组预热精准，消除低温引起的负面效应，让电池尽快回暖到舒适温度，另一方面要减少预热时能量损失，充分节能，降低能耗。

目前常规的预热方式有在电池中安装加热器直接加热电池，以及加热电池冷却液以实现电池温度的提高；还可以利用电池内阻，以电池内部损耗作为热量对电池加热，后者的优点在于电池内部电解液加热均匀，且无需通过提高电池外部壳体温度加热电解液，加热效率和效果均好于前者，并可实现大倍率充放电条件下的快速加热，但该方式必须在系统中提供两个独立的储能设备，以满足电池充放电时的能量交换，为此，2020年有研究人员提出将电池包通过继电器分组，正常运行时分组电池包并联，共同为驱动电机提供电能，电池高倍率充放电加热时，每个电池包组分别接电机逆变器三相桥臂的上桥臂，利用无中性线电机的三相电流平衡关系实现电池包组之间的电能交换，实现电池的快速加热，该方式必须对电池包的成组方式进行调整，同时更改逆变器主功率传递部分的直流母线结构，使得系统结构复杂，并且加大了能量传递路径上的接触电阻，影响系统效率，2021年现代自动车株式会社在其公开的发明专利申请书中，提出利用电机磁能作为能量存储形式，实现与电池的能量交换，并通过交轴电流等于零控制，消除由此引起的附加转矩，该方式由于电机磁场储能有限，限制了电池充放电倍率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，该系统包括电机驱动器和永磁同步电机，所述的永磁同步电机包括三相线、中性线、定子绕组、转子永磁体和位置传感器，所述的电机驱动器的内部包括两条独立的正母线P1和正母线P2以及一条负母线N，所述的电机驱动器由直流高压输入模块、电容器组模块、逆变模块以及控制模块组成；

所述的直流高压输入模块包括两个外部直流电源输入接口，用以外接电源；

所述的电容器组模块包括两个高功率的电容C1和电容C2，所述的电容C2跨接在正母线P1和负母线N之间，所述的电容C1的正极与并接的三个继电器串联，用以根据继电器的不同开关状态实现电容C1正极的不同连接方式；

所述的逆变器模块包括三相桥臂和对应的三相输出，所述的三相桥臂包括结构相同的第一相桥臂和第二相桥臂和第三相桥臂，所述的三相输出包括第一相输出和第二相输出和第三相输出；

所述的控制模块分别与电容器组模块的三个继电器、继电器SW4以及逆变器模块的六个开关器件连接，并通过发送信号进行组合控制，以实现电机驱动系统不同的工作模式。

所述的两个外部直流输入接口分别为高压直流电源接口VH和低压直流电源接口VL，所述的高压直流电源接口VH的正极与正母线P1连接，所述的高压直流电源接口VH和低压直流电源接口VL的负极均与负母线N连接，所述的低压直流电源接口VL的正极通过继电器SW4和正母线P2与永磁同步电机的三相中性线连接。

所述的电容C1的正极的不同连接方式具体为：

(1)当继电器SW1闭合，且继电器SW2和SW3断开时，电容C1的正极通过继电器SW1及串联的电阻R1与正母线P1相连；

(2)当继电器SW2闭合，且继电器SW1和SW3断开时，电容C1的正极通过继电器SW2与正母线P1相连；

(3)当继电器SW3闭合，且继电器SW1和SW2断开时，电容C1的正极通过继电器SW3与正母线P2相连。

所述的三相桥臂的每一相分别由串联的两个开关器件组成，所述的开关器件包括二极管和开关管，所述的每一相桥臂跨接在正母线P1和负母线N之间，靠近正母线P1的三个开关器件组成三相上桥臂，靠近负母线N的三个开关器件组成三相下桥臂，所述的第一相输出、第二相输出和第三相输出分别位于第一相桥臂、第二相桥臂以及第三相桥臂的两个开关器件之间。

所述的控制模块向电容器组模块的三个继电器、继电器SW4和逆变器模块的六个开关器件发送继电器控制信号和脉宽调制PWM信号，所述的继电器控制信号包括控制继电器SW1开关状态的信号K1、控制继电器SW2开关状态的信号K2、控制继电器SW3开关状态的信号K3和控制继电器SW4开关状态的信号K4，所述的脉宽调制信号包括控制六个开关器件状态的信号S1、S2、S3、S4、S5和S6，以实现直流母线电流和电机三相电流不同的产生方式。

所述的永磁同步电机的定子绕组呈Y字形连接，所述的定子绕组的一端与三相中性点连接，所述的三相线包括分别与逆变器模块的三相输出进行连接的a相、b相和c相定子绕组引出线，所述的三相中性点通过三相中性线与正母线P2连接，所述的位置传感器与电机驱动器的控制模块连接，并向其发送信号θ，用以获取电机定子和转子之间的相对位置。

应用该系统实现行驶状态下对电池在线高频充放电时，则有：

所述的高压直流电源接口VH单独与外部电源连接，控制模块通过向继电器发送继电器控制信号闭合继电器SW2并断开继电器SW1、SW3和SW4，所述的控制模块采用基于目标转矩的电机电流控制方式进行控制，通过SVPWM空间矢量脉宽调制方式驱动逆变模块的开关管进而激励永磁同步电机，利用电机电流在永磁同步电机恒转矩曲线上的往复滑动引起电机电枢磁能交变，进而在高压直流电源接口VH的直流电流中叠加出交流分量，以在永磁同步电机有转矩输出的条件下实现高压直流电源接口VH连接的外部电源的高频电流注入。

应用该系统实现驻车状态下对电池的大功率高频充放电时，则有：

所述的高压直流电源接口VH单独与外部电源连接，所述的控制模块通过向继电器发送继电器控制信号闭合继电器SW3并断开继电器SW1、SW2和SW4，所述的电容器C1与正母线P2相连，所述的控制模块通过BUCK PWM脉宽调制模式和BOOST PWM脉宽调制模式分别实现高压直流电源接口VH的外接电源向电容器C1充电以及实现电容器C1向高压直流电源接口VH的外接电源充电，即通过二者的切换实现高压直流电源接口VH的外接电源与电容器C1之间电流和电能的双向流动；

所述的控制模块基于BUCK PWM脉宽调制模式进行控制的过程具体为：

控制模块基于电机三相电流控制方式进行控制，该模式下控制的目标电流为永磁同步电机的零序电流，目标电流的值由高压直流电源接口VH的外接电源的放电需求决定，逆变器将永磁同步电机的三组电感通过等效得到的零序电感、逆变模块中的三相上桥臂的开关管及三相下桥臂的二级管等效为三路并联的BUCK电路，通过三路BUCK PWM信号驱动逆变模块的开关管调节三相电流，实现高压直流电源接口VH的外接电源的电能向电容器C1转移；

所述的控制模块基于BOOST PWM脉宽调制模式进行控制的过程具体为：

控制模块基于电机三相电流控制方式进行控制，该模式下控制的目标电流为永磁同步电机的零序电流，目标电流值由高压直流电源接口VH的外接电源的充电需求决定，逆变器将永磁同步电机的三组电感通过等效得到的零序电感、逆变模块中的三相上桥臂的二极管及三相下桥臂的开关管等效为三路并联的BOOST电路，通过三路BOOST PWM信号驱动逆变模块的开关管调节三相电流，实现电容器C1的电能向高压直流电源接口VH的外接电源转移；

所述的三路BUCK PWM信号之间以及三路BOOST PWM之间分别插入120°相移角，以产生平稳的电流波形。

应用该系统实现地面充电设备与车载电池电压不匹配时的大功率充电时，则有：

所述的低压直流电源接口VL外接地面低电压充电设备，所述的高压直流电源接口VH外接高电压电池，所述的控制模块通过向继电器发送继电器控制信号闭合继电器SW2和SW4并断开继电器SW1和SW3，控制模块基于BOOST PWM脉宽调制模式实现低压直流电源接口VL向高压直流电源接口VH充电的功能，进而实现地面低电压充电设备与外接高电压电池的电压匹配。

应用该系统实现燃料电池汽车中燃料电池升压直流变换器的后备冗余时，则有：

所述的低压直流电源接口VL外接车载燃料电池，所述的控制模块通过向继电器发送继电器控制信号闭合继电器SW3和SW4并断开继电器SW1和SW2，所述的控制模块基于电机三相电流控制方式进行控制，该控制方式下控制的目标电流为在直流分量基础上叠加三相对称交流分量形成的交变电流，目标电流的值由燃料电池放电功率及车辆对电机的转矩需求共同决定，所述的直流分量通过等效空间矢量脉宽调制信号中7矢量和0矢量两个零矢量的施加时间比进行控制，进而对高压直流电源接口VH的外接高电压电池进行充电，所述的交流分量通过等效空间矢量脉宽调制信号中非零矢量与零矢量的组合进行控制，进而驱动永磁同步电机运转，以作为燃料电池汽车中的燃料电池升压直流变换器的后备冗余，进而实现燃料电池在宽电压变化范围内与高压直流电源接口VH的外接高电压电池的电压匹配。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

在满足正常电机驱动功能的基础上，本发明能够根据电动汽车的需求实现：

行驶状态下对电池在线高频充放电；驻车状态下对电池的大功率高频充放电；地面充电设备与车载电池电压不匹配时的大功率充电；燃料电池汽车中燃料电池升压直流变换器的后备冗余等多种功能，提高电动汽车和燃料电池汽车的性能。

附图说明

图1为本发明实施例中行驶状态下对电池在线高频充放电的电路及能量流向图；

图2为本发明实施例中驻车状态下对电池的大功率高频充放电的电路及能量流向图(BUCK PWM脉宽调制模式下三相上桥臂开关管导通)；

图3为本发明实施例中驻车状态下对电池的大功率高频充放电的电路及能量流向图(BUCK PWM脉宽调制模式下三相上桥臂开关管截止)；

图4为本发明实施例中驻车状态下对电池的大功率高频充放电的电路及能量流向图(BOOST PWM脉宽调制模式下三相下桥臂开关管导通)；

图5为本发明实施例中驻车状态下对电池的大功率高频充放电的电路及能量流向图(BOOST PWM脉宽调制模式下三相下桥臂开关管截止)；

图6为本发明实施例中地面充电设备与车载电池电压不匹配时的大功率充电的电路及能量流向图(BOOST PWM脉宽调制模式下三相下桥臂开关管导通)；

图7为本发明实施例中地面充电设备与车载电池电压不匹配时的大功率充电的电路及能量流向图(BOOST PWM脉宽调制模式下三相下桥臂开关管截止)。

图8为本发明实施例中燃料电池升压直流变换器的后备冗余的电路及能量流向图。

图9为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图9所示，本发明提供了一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，包括电机驱动器和永磁同步电机，电机驱动器由直流高压输入模块、电容器组模块、三相六路逆变模块以及控制模块组成，电机驱动器的内部具有两条独立的直流正母线P1、正母线P2以及一条负母线N，直流高压输入模块含有两个外部直流电源输入接口，并通过正母线和负母线向逆变器模块及永磁同步电机供电，电容器组模块含有两个连接形式不同的功率电容，电容C1的正极与并接的三个继电器SW1、SW2和SW3串联，根据继电器的不同状态实现电容C1的正极的不同连接方式：

所述的继电器SW1闭合，并断开继电器SW2和SW3，所述的电容C1的正极通过继电器SW1及串联的电阻R1与正母线P1相连；

所述的继电器SW2闭合，并断开继电器SW1和SW3，所述的电容C1的正极通过继电器SW2与正母线P1相连；

所述的继电器SW3闭合，并断开继电器SW1和SW2，所述的电容C1的正极通过继电器SW3与正母线P2相连。

逆变器模块包括三相桥臂和对应的三相输出，所述的三相桥臂包括结构相同的第一相桥臂和第二相桥臂和第三相桥臂，所述的三相输出包括第一相输出和第二相输出和第三相输出，三相桥臂的每一相分别由串联的两个开关器件组成，所述的开关器件包括二极管和开关管，所述的每一相桥臂跨接在正母线P1和负母线N之间，靠近正母线P1的三个开关器件组成三相上桥臂，靠近负母线N的三个开关器件组成三相下桥臂，所述的第一相输出、第二相输出和第三相输出分别位于第一相桥臂、第二相桥臂以及第三相桥臂的两个开关器件之间。

控制模块通过继电器控制信号和脉宽调制信号(PWM)分别对电容器组模块的三个继电器、继电器SW4以及逆变器模块的六个开关器件的开关状态进行组合控制，实现不同的直流母线电流和电机三相电流产生方式。

永磁同步电机的定子绕组引出线a、b和c三相分别与电机驱动器中逆变器模块的三相输出连接，永磁同步电机三相中性线引入电机驱动器，并与电机驱动器内部的直流正母线P2连接，永磁同步电机位置传感器的信号θ直接接入电机驱动器的控制模块，永磁同步电机的转子永磁体由铁氧体或钐钴类高电阻率材料构成。

如图1所示的在行驶状态下对电池在线高频充放电的电路及能量流向图，高压直流电源接口VH外接动力电池包单独进行供电，控制模块分别向继电器SW1、SW2、SW3和SW4发送信号K1、K2、K3和K4，闭合继电器SW2，并断开继电器SW1、SW3和SW4，将电容器C2跨接于正母线P1和负母线N之间，电容C1的正极通过继电器SW2与正母线P1相连，电容器C1和C2并联，控制模块采用基于目标转矩的电机电流控制方法进行控制，通过空间矢量脉宽调制(SVPWM)方式驱动逆变模块的开关管进而激励永磁同步电机，根据高压直流电源接口VH对在其电流中叠加交流分量的要求，利用电机电流在永磁同步电机恒转矩曲线上的往复滑动引起电机电枢磁能交变，进而在高压直流电源接口VH的直流电流中叠加出交流分量，以在永磁同步电机有转矩输出的条件下实现高压直流电源接口VH连接的外部电源的高频电流注入。

整个过程的能量转换为：高压直流电源接口VH连接的动力电池包的电能转化为永磁同步电机的机械能，伴有电机电枢磁能的变化，电容C1和C2的电场储能与动力电池包的电能之间相互转换，动力电池包的电池内阻损耗产生热量调节电池的温度。

如图2、图3、图4和5所示的在驻车状态下对电池的大功率高频充放电的电路及能量流向图，高压直流电源接口VH外接动力电池包单独进行供电，控制模块通过对继电器SW1、SW2、SW3和SW4发送信号K1、K2、K3和K4闭合继电器SW3，并断开继电器SW1、SW2和SW4，电容器C1跨接于正母线P2和负母线N之间，控制模块通过BUCK PWM脉宽调制模式和BOOST PWM脉宽调制模式分别实现高压直流电源接口VH的外接电源向电容器C1充电以及实现电容器C1向高压直流电源接口VH的外接电源充电，在三路BUCK PWM/BOOST PWM信号之间插入120°相移角，以减小电流高频纹波。

如图2和图3所示，控制模块基于BUCK PWM脉宽调制模式进行控制的过程具体为：控制模块采用电机三相电流控制方式进行控制，该模式下控制的目标电流为永磁同步电机的零序电流，目标电流的值由高压直流电源接口VH的外接电源的放电需求决定，逆变器将永磁同步电机的三组电感通过等效得到的零序电感、逆变模块中的三相上桥臂的开关管及三相下桥臂的二级管等效为三路并联的BUCK电路，通过三路BUCK PWM信号驱动逆变模块的开关管调节三相电流，实现高压直流电源接口VH的外接电源的电能向电容器C1转移。

如图4和图5所示，控制模块基于BOOST PWM脉宽调制模式进行控制的过程具体为：控制模块采用电机三相电流控制方式进行控制，该模式下控制的目标电流为永磁同步电机的零序电流，目标电流的值由高压直流电源接口VH的外接电源的充电需求决定，逆变器将永磁同步电机的三组电感通过等效得到的零序电感、逆变模块中的三相上桥臂的二极管及三相下桥臂的开关管等效为三路并联的BOOST电路，通过三路BOOST PWM信号驱动逆变模块的开关管调节三相电流，实现电容器C1的电能向高压直流电源接口VH的外接电源转移。

具体来说，如图2所示，当三相上桥臂的开关管导通时，电能从高压直流电源接口VH和电容C2通过上桥臂开关管流向永磁同步电机的电感和电容C1，此时电感将电能转换为磁场储能，使得流过电感的电流增大，电容C1两端的电压也增大；如图3所示，当三相上桥臂开关管截止时，此时高压直流电源接口VH两端电压高于电容C2两端电压，电能从高压直流电源接口VH流向电容C2，同时三相下桥臂的二极管续流，电感释放能量，维持电流流向不变，继续给电容C1充电，电容C1两端的电压持续增大；如图4所示，当三相下桥臂的开关管导通时，电容C1的电场储能从电容C1通过三相中性线流向电机电感，下桥臂开关管由截止切换到导通时电容C2两端电压高于直流电源VH两端电压，电容C2给直流电源VH充电；如图5所示，当三相下桥臂开关管截止时，此时电流从电机的电感通过逆变模块的三相上桥臂的二极管流向电容C2和高压直流电源接口VH，由于电流减小，电机电感感生出电动势，电感与电容C1串联共同为电容C2和高压直流电源接口VH充电。

如图6和图7所示的实施例中地面充电设备与车载电池电压不匹配时的大功率充电的电路及能量流向图，低压直流电源接口VL为外接地面低电压充电设备，且高压直流电源接口VH为外接高电压电池时，控制模块通过分别向继电器SW1、SW2、SW3和SW4发送信号K1、K2、K3和K4，闭合继电器SW2和SW4，并断开继电器SW1和SW3，控制模块基于BOOST PWM脉宽调制模式实现低压直流电源接口VL向高压直流电源接口VH充电的功能，进而实现地面低电压充电设备与外接高电压电池的电压匹配。

具体来说，如图6所示，当三相下桥臂的开关管导通时，能量通过逆变模块的三相下桥臂的开关管从低压直流电源接口VL流向电机的电感，三相下桥臂的开关管由截止切换到导通时，电容C1和电容C2两端电压高于高压直流电源接口VH两端电压，电容C1、C2给高压直流电源接口VH充电；如图7所示，当三相下桥臂的开关管截止时，此时电流从电机的定子绕组通过三相上桥臂的二极管流向电容C1、电容C2和高压直流电源接口VH，由于电感电流减小，电机电感感生出电动势，电感与低压直流电源接口VL串联共同为电容C1、电容C2和高压直流电源接口VH充电。

如图8所示的实施例中燃料电池升压直流变换器的后备冗余的电路及能量流向图，低压直流电源接口VL为外接车载的燃料电池，控制模块通过分别向继电器SW1、SW2、SW3和SW4发送信号K1、K2、K3和K4，闭合继电器SW3和SW4，并断开继电器SW1和SW2，控制模块基于电机三相电流控制方式进行控制，该控制方式下控制的目标电流为在直流分量基础上叠加三相对称交流分量形成的交变电流，目标电流的值由燃料电池的放电功率及车辆对电机的转矩需求共同决定，直流分量通过等效空间矢量脉宽调制信号中7矢量和0矢量两个零矢量的施加时间比进行控制，进而对高压直流电源接口VH的外接高电压电池进行充电，交流分量通过等效空间矢量脉宽调制信号中非零矢量与零矢量的组合进行控制，进而驱动永磁同步电机运转，由于永磁同步电机的三相中性点电压通过燃料电池钳位，故永磁同步电机的三相定子绕组能够采用脉宽调制方式分别独立控制，实现上述脉宽调制的等效方式，图8所示的结构与控制方式能够作为燃料电池汽车中燃料电池升压直流变换器的后备冗余，实现燃料电池在宽电压变化范围下与高压直流电源接口VH外接高电压电池的电压匹配。

电机驱动系统在进行不同模式转换时需对高功率电容C1的电压进行预充，继电器SW1闭合时，电容C1的正极通过串联电阻R1和继电器SW1与正母线P1相连，实现电机驱动系统在进行不同模式转换时高功率电容C1的电压预充，如从驻车状态下对电池的大功率高频充放电转换为行驶状态下对电池在线高频充放电时，继电器从SW3闭合转为SW2闭合，这时应先断开SW3，闭合SW1，再断开SW1，闭合SW2。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，该系统包括电机驱动器和永磁同步电机，所述的永磁同步电机包括三相线、中性线、定子绕组、转子永磁体和位置传感器，其特征在于，所述的电机驱动器的内部包括两条独立的正母线P1和正母线P2以及一条负母线N，所述的电机驱动器由直流高压输入模块、电容器组模块、逆变模块以及控制模块组成；

所述的直流高压输入模块包括两个外部直流电源输入接口，用以外接电源；

所述的电容器组模块包括两个高功率的电容C1和电容C2，所述的电容C2跨接在正母线P1和负母线N之间，所述的电容C1的正极与并接的三个继电器串联，用以根据继电器的不同开关状态实现电容C1正极的不同连接方式；

所述的逆变模块包括三相桥臂和对应的三相输出，所述的三相桥臂包括结构相同的第一相桥臂和第二相桥臂和第三相桥臂，所述的三相输出包括第一相输出和第二相输出和第三相输出；

所述的控制模块分别与电容器组模块的三个继电器、继电器SW4以及逆变模块的六个开关器件连接，并通过发送信号进行组合控制，以实现电机驱动系统不同的工作模式；

所述的两个外部直流电源输入接口分别为高压直流电源接口VH和低压直流电源接口VL，所述的高压直流电源接口VH的正极与正母线P1连接，所述的高压直流电源接口VH和低压直流电源接口VL的负极均与负母线N连接，所述的低压直流电源接口VL的正极通过继电器SW4和正母线P2与永磁同步电机的三相中性线连接；

所述的电容C1的正极的不同连接方式具体为：

(1)当继电器SW1闭合，且继电器SW2和SW3断开时，电容C1的正极通过继电器SW1及串联的电阻R1与正母线P1相连；

(2)当继电器SW2闭合，且继电器SW1和SW3断开时，电容C1的正极通过继电器SW2与正母线P1相连；

(3)当继电器SW3闭合，且继电器SW1和SW2断开时，电容C1的正极通过继电器SW3与正母线P2相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，其特征在于，所述的三相桥臂的每一相分别由串联的两个开关器件组成，所述的开关器件包括二极管和开关管，所述的每一相桥臂跨接在正母线P1和负母线N之间，靠近正母线P1的三个开关器件组成三相上桥臂，靠近负母线N的三个开关器件组成三相下桥臂，所述的第一相输出、第二相输出和第三相输出分别位于第一相桥臂、第二相桥臂以及第三相桥臂的两个开关器件之间。

3.根据权利要求2所述的一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，其特征在于，所述的控制模块向电容器组模块的三个继电器、继电器SW4和逆变模块的六个开关器件发送继电器控制信号和脉宽调制PWM信号，所述的继电器控制信号包括控制继电器SW1开关状态的信号K1、控制继电器SW2开关状态的信号K2、控制继电器SW3开关状态的信号K3和控制继电器SW4开关状态的信号K4，所述的脉宽调制PWM信号包括控制六个开关器件状态的信号S1、S2、S3、S4、S5和S6，以实现直流母线电流和电机三相电流不同的产生方式。

4.根据权利要求3所述的一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，其特征在于，所述的永磁同步电机的定子绕组呈Y字形连接，所述的定子绕组的一端与三相中性点连接，所述的三相线包括分别与逆变模块的三相输出进行连接的a相、b相和c相定子绕组引出线，所述的三相中性点通过三相中性线与正母线P2连接，所述的位置传感器与电机驱动器的控制模块连接，并向其发送信号θ，用以获取电机定子和转子之间的相对位置。

5.根据权利要求4所述的一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，其特征在于，应用该系统实现行驶状态下对电池在线高频充放电时，则有：

所述的高压直流电源接口VH单独与外部电源连接，控制模块通过向继电器发送继电器控制信号闭合继电器SW2并断开继电器SW1、SW3和SW4，所述的控制模块采用基于目标转矩的电机电流控制方式进行控制，通过SVPWM空间矢量脉宽调制方式驱动逆变模块的开关管进而激励永磁同步电机，利用电机电流在永磁同步电机恒转矩曲线上的往复滑动引起电机电枢磁能交变，进而在高压直流电源接口VH的直流电流中叠加出交流分量，以在永磁同步电机有转矩输出的条件下实现高压直流电源接口VH连接的外部电源的高频电流注入。

6.根据权利要求5所述的一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，其特征在于，应用该系统实现驻车状态下对电池的大功率高频充放电时，则有：

所述的高压直流电源接口VH单独与外部电源连接，所述的控制模块通过向继电器发送继电器控制信号闭合继电器SW3并断开继电器SW1、SW2和SW4，所述的电容C1与正母线P2相连，所述的控制模块通过BUCK PWM脉宽调制模式和BOOST PWM脉宽调制模式分别实现高压直流电源接口VH的外接电源向电容C1充电以及实现电容C1向高压直流电源接口VH的外接电源充电，即通过二者的切换实现高压直流电源接口VH的外接电源与电容C1之间电流和电能的双向流动；

所述的控制模块基于BUCK PWM脉宽调制模式进行控制的过程具体为：

控制模块基于电机三相电流控制方式进行控制，该模式下控制的目标电流为永磁同步电机的零序电流，目标电流的值由高压直流电源接口VH的外接电源的放电需求决定，逆变器将永磁同步电机的三组电感通过等效得到的零序电感、逆变模块中的三相上桥臂的开关管及三相下桥臂的二极管等效为三路并联的BUCK电路，通过三路BUCK PWM信号驱动逆变模块的开关管调节三相电流，实现高压直流电源接口VH的外接电源的电能向电容C1转移；

所述的控制模块基于BOOST PWM脉宽调制模式进行控制的过程具体为：

控制模块基于电机三相电流控制方式进行控制，该模式下控制的目标电流为永磁同步电机的零序电流，目标电流值由高压直流电源接口VH的外接电源的充电需求决定，逆变器将永磁同步电机的三组电感通过等效得到的零序电感、逆变模块中的三相上桥臂的二极管及三相下桥臂的开关管等效为三路并联的BOOST电路，通过三路BOOST PWM信号驱动逆变模块的开关管调节三相电流，实现电容C1的电能向高压直流电源接口VH的外接电源转移；

所述的三路BUCK PWM信号之间以及三路BOOST PWM之间分别插入120°相移角，以产生平稳的电流波形。

7.根据权利要求6所述的一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，其特征在于，应用该系统实现地面充电设备与车载电池电压不匹配时的大功率充电时，则有：

所述的低压直流电源接口VL外接地面低电压充电设备，所述的高压直流电源接口VH外接高电压电池，所述的控制模块通过向继电器发送继电器控制信号闭合继电器SW2和SW4并断开继电器SW1和SW3，控制模块基于BOOST PWM脉宽调制模式实现低压直流电源接口VL向高压直流电源接口VH充电的功能，进而实现地面低电压充电设备与外接高电压电池的电压匹配。

8.根据权利要求7所述的一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，其特征在于，应用该系统实现燃料电池汽车中燃料电池升压直流变换器的后备冗余时，则有：

所述的低压直流电源接口VL外接车载燃料电池，所述的控制模块通过向继电器发送继电器控制信号闭合继电器SW3和SW4并断开继电器SW1和SW2，所述的控制模块基于电机三相电流控制方式进行控制，该控制方式下控制的目标电流为在直流分量基础上叠加三相对称交流分量形成的交变电流，目标电流的值由燃料电池放电功率及车辆对电机的转矩需求共同决定，所述的直流分量通过等效空间矢量脉宽调制信号中7矢量和0矢量两个零矢量的施加时间比进行控制，进而对高压直流电源接口VH的外接高电压电池进行充电，所述的交流分量通过等效空间矢量脉宽调制信号中非零矢量与零矢量的组合进行控制，进而驱动永磁同步电机运转，以作为燃料电池汽车中的燃料电池升压直流变换器的后备冗余，进而实现燃料电池在宽电压变化范围内与高压直流电源接口VH的外接高电压电池的电压匹配。

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