CN115635866A - 利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统。所述电机驱动系统操作具有多个绕组的电机。所述系统包括第一逆变器、第二逆变器和控制器，所述第一逆变器具有多个第一开关元件、与电池连接的直流端子以及与多个绕组的一个端子连接的交流端子；所述第二逆变器具有多个第二开关元件、选择性地与第一逆变器的直流端子短路/开路的直流端子以及与多个绕组的另一个端子连接的交流端子；所述控制器配置为控制第一逆变器的直流端子与第二逆变器的直流端子之间的电连接状态以及第一开关元件和第二开关元件的开路/短路状态。

Description

利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统
技术领域
本发明涉及一种利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统，更具体地，涉及这样一种利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统：其可以通过利用开放端部绕组电机驱动系统对设置于车辆的电池充电，所述开放端部绕组电机驱动系统通过利用分别与安装在电机中的绕组的两端连接的多个逆变器来操作电机。
背景技术
由于诸如利用电机产生的扭矩作为动力的电动车辆的环保车辆的燃料效率(或电效率)由逆变器-电机(inverter-motor)电力转换效率决定，因此，为了提高燃料效率，重要的是使逆变器的电力转换效率和电机的效率最大化。
因此，本申请的申请人已经提出了一种能够通过选择性地确定闭合端部绕组模式(closed-end winding mode)和开放端部绕组模式(open-end winding mode)来操作驱动电机的技术，在所述闭合端部绕组模式中，在通过使设置在车辆的驱动电机中的绕组的一端彼此连接形成Y型连接之后，驱动电机操作，在所述开放端部绕组模式中，电机绕组的两端分别与逆变器连接，使得驱动电机在电机绕组两端开放的情况下操作。
同时，一般来说，电动车辆或插电式混合动力车辆将从外部充电设施提供的电力转换为适于对设置在车辆中的电池充电的状态，并且将其提供至电池，从而对电池充电。
传统上，用于快速充电的充电设备制造成输出400V的单一电压标准，但是用于车辆的电池往往设计成具有800V或更高的电压，以提高效率和行驶里程。因此，为了对具有各种电压水平的车辆的电池进行充电，应当提供满足电池电压规格的各种电压区段的充电设施，或者应当实现一种充电设施，使得能够输出多个电压区段。
建造这样的充电基础设施不仅耗费大量资金，而且由于充电设施的充电电流限制，当电压降低时，可能会导致充电时间随着充电功率的降低而增加的问题。
因此，在本领域中，在通过利用多个逆变器以开放端部绕组模式操作电机的电机驱动系统中，需要一种电池充电技术，该技术可以通过转换由作为现有基础设施建造的充电设施提供的充电电压的水平来对电池充电，而无需额外的设备和额外的成本。
前述内容仅旨在帮助理解本发明的背景技术，并且不旨在意味着本发明落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。
发明内容
因此，本发明已经考虑到相关技术中出现的上述问题，并且本发明旨在提供一种利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统，以在无需单独的专用转换装置的情况下，通过利用电机驱动系统适当地转换从外部充电设备提供的充电电压的水平对电池充电，所述电机驱动系统以开放端部绕组模式操作电机。
为了实现这一点，根据本发明，利用电机驱动系统(其操作具有分别对应于多个相的多个绕组的电机)对车辆的电池充电的系统可以包括：第一逆变器、第二逆变器和控制器，所述第一逆变器包括多个第一开关元件，并且具有与电池连接的直流端子以及与多个绕组的一个端子连接的交流端子；所述第二逆变器包括多个第二开关元件，并且具有选择性地与第一逆变器的直流端子短路/开路的直流端子以及与多个绕组的另一端子连接的交流端子；所述控制器配置为在对电池充电的充电模式下，基于施加至第二逆变器的直流端子的直流充电电压的水平和电池电压的水平来控制第一逆变器的直流端子与第二逆变器的直流端子之间的电连接状态以及多个第一开关元件和多个第二开关元件的开路/短路状态。
根据本发明的一个实施方案，电池充电系统可以进一步包括：第一充电电力施加开关和第二充电电力施加开关，所述第一充电电力施加开关配置为使得一个端子与第二逆变器的直流端子的高电位端子连接并且将直流充电电压的高电位施加至另一个端子；所述第二充电电力施加开关配置为使得一个端子与第二逆变器的直流端子的低电位端子连接并且将直流充电电压的低电位施加至另一个端子，其中，在充电模式下，所述控制器可以将第一充电电力施加开关和第二充电电力施加开关控制为处于短路状态。
根据本发明的一个实施方案，在充电模式下，当直流充电电压的水平是能够对电池充电的电压时，所述控制器可以使多个第一开关元件和多个第二开关元件开路，并且使第一逆变器的直流端子和第二逆变器的直流端子电连接。
根据本发明的一个实施方案，在充电模式下，当直流充电电压的水平小于电池的电压时，所述控制器可以使第一逆变器的直流端子和第二逆变器的直流端子彼此电开路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的高电位端子连接的开关元件短路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的低电位端子连接的开关元件开路，使多个第一开关元件中与第一逆变器的高电位端子连接的开关元件开路，并且通过对多个第一开关元件中与第一逆变器的低电位端子连接的开关元件的脉宽调制控制对直流充电电压进行升压，以将升压的直流充电电压施加至电池。
根据本发明的一个实施方案，在充电模式下，当直流充电电压的水平大于电池的电压时，所述控制器可以使第一逆变器的直流端子和第二逆变器的直流端子彼此电开路，使多个第一开关元件开路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的低电位端子连接的开关元件开路，并且通过对多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的高电位端子连接的开关元件的脉宽调制控制对直流充电电压进行降压，以将降压的直流充电电压施加至电池。
根据本发明的一个实施方案，电池充电系统可以进一步包括第三充电电力施加开关，所述第三充电电力施加开关配置为使得一个端子与第一逆变器的直流端子连接并且使得另一个端子与第二逆变器的直流端子连接。
根据本发明的一个实施方案，在充电模式下，当直流充电电压的水平是能够对电池充电的电压时，所述控制器可以使多个第一开关元件和多个第二开关元件开路，并且使第三充电电力施加开关短路。
根据本发明的一个实施方案，在充电模式下，当直流充电电压的水平小于电池的电压时，所述控制器可以使第三充电电力施加开关开路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的高电位端子连接的开关元件短路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的低电位端子连接的开关元件开路，使多个第一开关元件中与第一逆变器的高电位端子连接的开关元件开路，并且通过对多个第一开关元件中与第一逆变器的低电位端子连接的开关元件的脉宽调制控制对直流充电电压进行升压，以将升压的直流充电电压施加至电池。
根据本发明的一个实施方案，在充电模式下，当直流充电电压的水平大于电池的电压时，所述控制器可以使第三充电电力施加开关开路，使多个第一开关元件开路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的低电位端子连接的开关元件开路，并且通过对多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的高电位端子连接的开关元件的脉宽调制控制对直流充电电压进行降压，以将降压的直流充电电压施加至电池。
作为用于解决上述技术问题的另一种手段，利用电机驱动系统(其操作具有分别对应于多个相的多个绕组的电机)对车辆的电池充电的系统可以包括：第一逆变器、第二逆变器、第一充电电力施加开关、第二充电电力施加开关、第三充电电力施加开关和控制器，所述第一逆变器包括多个第一开关元件，并且具有与电池连接的直流端子以及与多个绕组的一个端子连接的交流端子；所述第二逆变器包括多个第二开关元件，并且具有选择性地与第一逆变器的直流端子短路/开路的直流端子以及与多个绕组的另一个端子连接的交流端子；所述第一充电电力施加开关配置为使得一个端子与第二逆变器的直流端子的高电位端子连接并且使得另一个端子接收施加的直流充电电压的高电位；所述第二充电电力施加开关配置为使得一个端子与第二逆变器的直流端子的低电位端子连接并且使得另一个端子接收施加的直流充电电压的低电位；所述第三充电电力施加开关配置为使得一个端子与第一逆变器的直流端子连接并且使得另一个端子与第二逆变器的直流端子连接；所述控制器配置为在对电池充电的充电模式下，基于施加至第二逆变器的直流端子的直流充电电压的水平和电池电压的水平来控制第一充电电力施加开关至第三充电电力施加开关的开路/短路状态、多个第一开关元件的开路/短路状态和多个第二开关元件的开路/短路状态。
根据本发明的一个实施方案，在充电模式下，当直流充电电压的水平是能够对电池充电的电压时，所述控制器可以使第一充电电力施加开关和第二充电电力施加开关短路，使多个第一开关元件和多个第二开关元件开路，并且使第三充电电力施加开关短路。
根据本发明的一个实施方案，在充电模式下，当直流充电电压的水平小于电池的电压时，所述控制器可以使第一充电电力施加开关和第二充电电力施加开关短路，使第三充电电力施加开关开路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的高电位端子连接的开关元件短路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的低电位端子连接的开关元件开路，使多个第一开关元件中与第一逆变器的直流端子的高电位端子连接的开关元件开路，并且通过对多个第一开关元件中与第一逆变器的低电位端子连接的开关元件的脉宽调制控制对直流充电电压进行升压，以将升压的直流充电电压施加至电池。
根据本发明的一个实施方案，在充电模式下，当直流充电电压的水平大于电池的电压时，所述控制器可以使第一充电电力施加开关和第二充电电力施加开关短路，使第三充电电力施加开关开路，使多个第一开关元件开路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的低电位端子连接的开关元件开路，并且通过对多个第二开关元件中与第二逆变器的高电位端子连接的开关元件的脉宽调制控制对直流充电电压进行降压，以将降压的直流充电电压施加至电池。
根据本发明的利用电机驱动系统对车辆的电池充电系统，可以通过利用为以开放端部绕组模式操作电机而设置的电机驱动系统、根据从外部充电装置提供的充电电压的水平适当地转换充电电压的水平，从而可以对电池充电。
因此，利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统不需要由于车辆的电池中的高电压使用而导致的为高压充电设施建设额外基础设施，从而避免了为了建设基础设施而产生社会成本。
此外，当从充电设施提供的充电电压大于电池电压时，利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统可以不对具有电流限制的充电设施的电压进行降压，而是通过利用安装于车辆的电机驱动系统来对电压水平进行降压，使得当对充电电压进行降压时发生在充电设施中的充电功率降低问题得以解决，从而解决了由于对充电电压进行降压而导致的电池充电时间增加的问题。
此外，利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统可以以高效率的开放端部绕组模式操作电机，并且还能够对应于各种外部充电电压对电池充电。
本发明中能够获得的效果不限于上述效果，并且本发明所属领域的普通技术人员通过以下描述将清楚地理解未提及的其他效果。
附图说明
通过以下结合所附附图的详细描述，将会更为清楚地理解上述和其它目的、特征以及本发明的其他优点，其中：
图1是根据本发明的实施方案的利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统的电路图；
图2至图4是示出根据本发明的实施方案的利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统的操作状态的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考所附附图详细描述根据本发明的各种实施方案的利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统。
图1是根据本发明的实施方案的利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统的电路图。
参考图1，根据本发明的一个实施方案的利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统是利用向具有多个绕组L1至L3的电机100供应驱动电力的电机驱动系统的电池充电系统。
电机驱动系统可以包括第一逆变器10、第二逆变器20和多个开关元件S31至S33，第一逆变器10包括多个第一开关元件S11至S16并且与电机100的各个绕组的一端连接；所述第二逆变器20包括多个第二开关元件S21至S26并且与电机100的各个绕组的另一端连接；所述多个开关元件S31至S33配置为使得一端与电机100的各个绕组的另一端连接并且使得另一端彼此短路。
第一逆变器10可以包括直流端子和交流端子，在电池200的正极端子与负极端子之间形成的直流电压施加至所述直流端子；所述交流端子与电机100的各个绕组L1至L3连接。第一逆变器10与电池200的正极端子和负极端子连接的两个节点可以是直流端子，第一逆变器10与电机100的各个绕组的一端连接的三个节点可以是交流端子。
类似地，第二逆变器20可以包括选择性地与第一逆变器10的直流端子连接的直流端子以及与电机100的各个绕组L1至L3连接的交流端子。包括第二逆变器20选择性地与第一逆变器10的直流端子连接的一个节点的两个节点可以是直流端子，并且第二逆变器20与电机100的各个绕组的另一端连接的三个节点可以是交流端子。
第一逆变器10的直流端子和第二逆变器20的直流端子可以通过充电电力施加开关R3选择性地短路/开路。充电电力施加开关R3的状态可以由控制器40控制。
在电机产生用于驱动车辆的动力的电机驱动模式中，第一逆变器10和第二逆变器20共同与电池200的直流端子连接，使得储存在电池200中的直流电可以转换为三相交流电，并且可以将转换的交流电提供至电机100，或者可以将再生制动期间由于电机100的再生制动扭矩的产生而生成的再生制动能量转换为直流电，使得所述直流电可以提供至电池200。可以通过分别设置在第一逆变器10和第二逆变器20中的多个第一开关元件S11至S16和多个第二开关元件S21至S26的脉宽调制控制来执行直流电和交流电之间的转换。
第一逆变器10可以包括多个支路11至13，形成在直流端子中的直流电压施加至所述多个支路11至13。各个支路11至13可以与电机100的多个相的各相相对应，以形成电连接。
更具体地，第一支路11可以包括串联连接在形成直流端子的两个节点之间的两个开关元件S11和S12，并且两个开关元件S11和S12的连接节点可以与一相的绕组L1的一端连接，使得与多个相中的一相相对应的交流电输入/输出。
类似地，第二支路12可以包括串联连接在形成直流端子的两个节点之间的两个开关元件S13和S14，并且两个开关元件S13和S14的连接节点可以与电机100的一相的绕组L2的一端连接，使得与电机的多个相中的一相相对应的交流电输入/输出。
此外，第三支路13可以包括串联连接在形成直流端子的两个节点之间的两个开关元件S15和S16，并且两个开关元件S15和S16的连接节点可以与电机100的一相的绕组L3的一端连接，使得与电机100的多个相中的一相相对应的交流电输入/输出。
第二逆变器20也可以具有与第一逆变器10类似的构造。第二逆变器20可以包括多个支路21至23，施加有电池200的两个端子之间的直流电压的直流端子的直流电压施加至所述多个支路21至23。各个支路21至23可以与电机100的多个相相对应，以形成电连接。
更具体地，第一支路21可以包括串联连接在形成直流端子的两个节点之间的两个开关元件S21和S22，并且两个开关元件S21和S22的连接节点可以与一相的绕组L1的另一端连接，使得与多个相中的一相相对应的交流电输入/输出。
类似地，第二支路22可以包括串联连接在形成直流端子的两个节点之间的两个开关元件S23和S24，并且两个开关元件S23和S24的连接节点可以与电机100的一相的绕组L2的另一端连接，使得与电机的多个相中的一相相对应的交流电输入/输出。
此外，第三支路23可以包括串联连接在形成直流端子的两个节点之间的两个开关元件S25和S26，并且两个开关元件S25和S26的连接节点可以与电机100的一相的绕组L3的另一端连接，使得与电机100的多个相中的一相相对应的交流电输入/输出。
第一逆变器10与电机100的绕组L1至L3的一端连接，第二逆变器20与电机100的绕组L1至L3的另一端连接。也就是说，电机100的绕组L1至L3的两端可以在与第一逆变器10和第二逆变器20连接的开放端部绕组结构中彼此电连接。
包括在第一逆变器10和第二逆变器20中的开关元件S11至S16和S21至S26是包括在用于驱动电机的传统逆变器中的开关元件，并且是执行实际开关的IGBT或FET，因此应理解为包括执行实际开关的IGBT、FET或在IGBT或FET的源极和漏极之间反向连接的二极管的概念。
多个切换开关S31至S33可以与电机100的绕组L1至L3的另一端(第二逆变器的交流端子)连接。多个切换开关S31至S33的一端与电机100的绕组L1至L3的一端连接，并且多个切换开关S31至S33的另一端彼此连接，从而可以形成电短路。
当多个切换开关S31至S33开路时，电机100的绕组L1至L3的两端分别与第一逆变器10和第二逆变器20连接，并且可以形成开放端部绕组结构。
此外，当多个切换开关S31至S33短路时，电机100的绕组L1至L3的另一端彼此电短路，使得电机100的绕组L1至L3可以形成闭合端部绕组结构(其形成Y型连接)的电连接。
当多个切换开关S31至S33开路时，电机100的绕组L1至L3的两端分别与第一逆变器10和第二逆变器20连接，使得可以形成开放端部绕组结构。此外，当多个切换开关S31至S33短路时，电机100的绕组L1至L3的另一端彼此电短路，使得电机100的绕组L1至L3可以形成闭合端部绕组结构(其形成Y型连接)的电连接。当形成闭合端部绕组结构的电连接时，电机100可以通过第一逆变器10的开关元件S11至S16的脉宽调制控制进行操作，并且第二逆变器20的所有开关元件S21至S26可以始终保持开路状态。
多个切换开关S31至S33起到在开放端部绕组结构和闭合端部绕组结构之间切换用于操作电机的电路连接结构的作用，因此可以统称为切换开关单元30。
与第一开关元件或第二开关元件一样，切换开关单元30中的多个切换开关S31至S33可以实现为MOSFET、IGBT等。
控制器40可以控制包括在第一逆变器10和第二逆变器20中的开关元件S11至S16和S21至S26的脉宽调制，使得电机100可以基于电机100在电机驱动模式下所需的需求输出而操作。
更具体地，控制器40可以基于电机100的需求输出确定要用于操作电机的逆变器，根据确定结果确定切换开关单元30的多个切换开关S31至S33的接通/关断状态，并且可以控制确定出的逆变器的开关元件的脉宽调制。
例如，当电机100所需的输出小于预设参考值时，控制器40可以通过将切换开关单元30的多个切换开关S31至S33全部设置为短路状态，并且在不操作第二逆变器20的情况下控制第一逆变器10的开关元件S11至S16的脉宽调制(闭合端部绕组模式)来操作电机100。
在闭合端部绕组模式下，使控制器40基于施加至第一逆变器10的直流端子的直流电压、从逆变器10的交流端子提供至电机100的相电流、由安装于电机100的电机转子传感器(未示出)检测的电机旋转角度等来控制第一逆变器10的多个开关元件S11至S16的脉宽调制，从而驱动电机。由于通过逆变器中的多个开关元件的脉宽调制控制来操作电机100的各种技术在本领域中是已知的，因此将省略对逆变器的脉宽调制控制方法的进一步详细描述。
另一方面，当电机100所需的输出大于所述预设参考值时，控制器100可以通过将切换开关单元30的多个切换开关S31至S33全部设置为开路状态，并且操作第一逆变器10和第二逆变器20两者(开放端部绕组模式)来操作电机100。也就是说，在开放端部绕组模式下，可以通过将多个绕组L1至L3的一端设置为彼此开路的状态，将多个绕组L1至L3的另一端也设置为彼此开路的状态，并且控制分别与绕组L1至L3的两端连接的两个逆变器10和20的脉宽调制来操作电机100。
在开放端部绕组模式下，使控制器40接收施加至第一逆变器10和第二逆变器20的直流端子的直流电压、分别提供至与电机100的各相相对应的多个绕组的相电流、由安装于电机100的电机转子传感器(未示出)检测的电机旋转角度等作为输入来控制第一逆变器10的开关元件S11至S16和第二逆变器20的开关元件S21至S26两者的脉宽调制，从而驱动电机。
由于通过以开放端部绕组模式与绕组的两端连接的两个逆变器的脉宽调制控制来操作电机100的各种技术在本领域中是已知的，因此将省略对逆变器的脉宽调制控制方法的进一步详细描述。
本发明的一个实施方案可以进一步包括充电电力施加开关R1和R2，以在用于对电池充电的充电模式下使外部充电装置300与电机驱动系统之间的电连接连接/断开。
控制器40可以将充电电力施加开关R1和R2控制为短路状态，以使从外部充电装置300提供的直流充电电压施加至第二逆变器20的直流端子。
此外，控制器40可以控制包括在第一逆变器10和第二逆变器20中的开关元件S11至S16和S21至S26以及第三充电电力施加开关R3，以通过基于从外部充电装置300提供的直流充电电压的水平和电池200的电压水平、在不改变直流充电电压的水平的情况下或在改变直流充电电压的水平之后向电池200施加直流充电电压来对电池200充电。
车辆可以包括连接外部充电装置300的充电入口(未示出)，并且该充电入口可以在充电期间与外部充电装置300的充电出口接合。外部充电装置300的充电出口具有形成充电电压的高电位端子(正极端子)和低电位端子(负极端子)，这些端子可以分别与充电入口的高电位端子和低电位端子连接。第一充电电力施加开关R1可以连接在充电入口的高电位端子和第二逆变器20的高电位端子之间，第二充电电力施加开关R2可以连接在充电入口的低电位端子和第二逆变器20的低电位端子之间。
在电机驱动模式下，控制器40可以将第一充电电力施加开关R1和第二充电电力施加开关R2控制为始终处于开路状态，并且可以将第一逆变器10的直流端子与第二逆变器20的直流端子之间的第三充电电力施加开关R3控制为始终处于短路状态。
此外，在电池充电模式下，控制器40可以将第一充电电力施加开关R1和第二充电电力施加开关R2控制为始终处于短路状态，并且可以基于从外部施加的充电电压的水平和电池200的水平，根据是将外部充电电压直接施加至电池200还是对外部充电电压进行转换，选择性地控制第三充电电力施加开关R3的状态。
第一充电电力施加开关R1至第三充电电力施加开关R3可以应用本领域已知的各种开关装置，但第一充电电力施加开关R1至第三充电电力施加开关R3用于在模式切换或升压/降压确定期间确定开路/短路状态，并且在模式继续时保持确定的状态的目的，因此不需要高速切换。因此，第一充电电力施加开关R1至第三充电电力施加开关R3优选地实现为继电器。
这里，第一充电电力施加开关R1和第二充电电力施加开关R2可以以接线盒400的形式实现，以形成电路中的电连接关系。例如，接线盒400可以是包括用于形成电池200的低压端子与地之间的连接的接线、第一充电电力施加开关R1与外部充电装置之间以及第二充电电力施加开关R2与外部充电装置之间的接线、第一充电电力施加开关R1与第二逆变器20的直流端子之间以及第二充电电力施加开关R2与第二逆变器20的直流端子之间的接线的硬件形式。
图2至图4是示出根据本发明的实施方案的利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统的操作状态的示意图。
首先，图2示出了从外部充电装置300提供的充电电压的水平具有适合对电池200充电的水平的情况的示例。
如图2所示，当外部充电电压的水平在预设范围内大于电池200的电压时，在可以通过将外部充电电压直接施加至电池200来对电池200充电的情况下，控制器40可以通过将第一充电电力施加开关R1至第三充电电力施加开关R3全部控制为处于短路状态，使得外部充电电力通过第二逆变器20的直流端子和第一逆变器10的直流端子直接施加至电池200。
在这种情况下，控制器40可以将第一逆变器10和第二逆变器20中的开关元件S11至S16和S21至S26控制为处于开路状态。
这里，可以根据电池规格等预先确定能够对电池200充电的外部充电电压的水平范围，当外部充电电压的水平大于电池200容许的预设最大电压的水平时，可以通过外部充电电压的降压控制对电池200充电(这将在稍后进行描述)。
接下来，图3示出了在充电模式下从外部充电装置300供应的充电电压低于安装在车辆中的电池200的电压的示例。
如图3所示，在充电模式下，控制器40可以将充电电力施加开关R1和R2控制为处于短路状态，并且可以将第三充电电力施加开关R3控制为处于开路状态。
此外，当从充电装置300提供的充电电压低于安装在车辆中的电池200的电压时，控制器40可以将第二逆变器20的开关元件S21至S26中与第二逆变器20的高电位端子连接的所有开关元件S21、S23和S25控制为保持处于短路状态，并且可以将第二逆变器20的开关元件S21至S26中与第二逆变器20的低电位端子连接的所有开关元件S22、S24和S26控制为保持处于开路状态。
此外，控制器40可以将第一逆变器10的开关元件S11至S16中与第一逆变器10的高电位端子连接的所有开关元件S11、S13和S15控制为保持处于开路状态，并且可以控制第一逆变器10的开关元件S11至S16中与第一逆变器10的低电位端子连接的所有开关元件S12、S14和S16的脉宽调制。
也就是说，电机100的绕组、与第一逆变器10(其与绕组的一端连接)的高电位端子连接的开关元件S11、S13和S15的二极管以及与第一逆变器10的低电位端子连接以通过脉宽调制进行控制的开关元件S12、S14和S16可以形成能够对从外部充电装置300到电池200的方向上的电压进行升压的升压转换器的拓扑结构。
从外部充电装置300提供的充电电压通过利用升压转换器的拓扑结构进行升压并且提供至电池200，从而可以对电池200充电。
在下文中，将与各个逆变器的直流端子的高电位端子连接的开关元件称为各个逆变器的上部开关元件，将与各个逆变器的直流端子的低电位端子连接的开关元件称为各个逆变器的下部开关元件。
另外，在图3中，将与电机中的多个相相对应的线圈连接的所有开关元件表示为被升压，但是控制器40可以通过与多个相的一相或两相相对应的线圈以及与其连接的开关元件的脉宽调制控制来执行升压。
在通过控制与两相或更多相相对应的线圈以及与其连接的开关元件来执行升压的情况下，控制器40可以以交错方式控制多相的升压转换器。
由于包括线圈(电感)、二极管和开关以通过开关的脉宽调制控制来提高电压的水平的升压转换器以及使用多个升压转换器的交错控制技术在本领域中是公知的，因此将省略对其的进一步描述。
接下来，图4示出了在充电模式下从外部充电装置300供应的充电电压大于安装在车辆中的电池200的电压的情况(即，应对外部充电电压进行降压的情况)的示例。
如图4所示，在执行降压充电的充电模式下，控制器40可以将第一充电电力施加开关R1和第二充电电力施加开关R2两者控制为处于短路状态，并且将第三充电电力施加开关R3控制为处于开路状态。
此外，当从充电装置300供应的充电电压大于能够对电池200充电的电压水平的范围时，控制器40可以将第一逆变器10的所有开关元件S11至S16控制为处于开路状态，将第二逆变器的所有下部开关元件S22、S24和S26控制为保持处于开路状态，并且对第二逆变器20的上部开关元件S21、S23和S25执行脉宽调制控制。
也就是说，电机100的绕组、与第二逆变器20(其与绕组的一端连接)的高电位端子连接以通过脉宽调制控制进行切换的开关元件S21、S23和S25以及与第二逆变器20的低电位端子连接的开关元件S22、S24和S26的二极管可以形成能够对从外部充电装置300到电池200的方向上的电压进行降压的降压转换器的拓扑结构。从外部充电装置300提供的充电电压通过利用降压转换器的拓扑结构进行降压并且提供至电池200，从而可以对电池200充电。
即使在降压时，也可以通过控制对应于与多个相相对应的线圈的一部分的线圈以及与其连接的开关元件来执行降压。此外，在通过控制与两相或更多相相对应的线圈以及与其连接的开关元件来执行降压时，控制器40可以以交错方式控制与多相相对应的降压转换器。
控制器40可以包括处理器或微处理器。可选地，控制器40还可以包括存储器。控制器40的上述操作/功能可以实现为存储在其存储器上的计算机可读代码/算法/软件，所述存储器可以包括非暂时性计算机可读记录介质。非暂时性计算机可读记录介质是可以存储之后可以由处理器或微处理器读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括硬盘驱动器(HDD)、固态硬盘(SSD)、硅磁盘驱动器(SDD)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置等。处理器或微处理器可以通过执行存储在非暂时性计算机可读记录介质上的计算机可读代码/算法/软件来执行控制器40的上述操作/功能。
如上所述，根据本发明的各个实施方案的利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统可以通过利用为电机的一端绕组操作而设置的电机驱动系统，根据从外部充电装置提供的充电电压的水平适当地转换充电电压的水平，从而对电池充电。
因此，根据本发明的各个实施方案的利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统可以消除根据车辆电池的高电压使用为高压充电设施额外建造附加基础设施的需要，从而避免了建设基础设施的社会成本。
此外，当从充电设施提供的充电电压大于电池电压时，根据本发明的各个实施方案的利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统可以不对具有电流限制的充电设施的电压进行降压，而是通过利用安装于车辆的电机驱动系统来对电压水平进行降压，使得当对充电电压进行降压时发生在充电设施中的充电功率降低问题得以解决，从而解决了由于对充电电压进行降压而导致的电池充电时间增加的问题。
此外，根据本发明的各个实施方案的利用电机驱动系统对车辆的电池充电的系统可以以高效率的开放端部绕组模式操作电机，并且还能够对应于各种外部充电电压对电池充电。
尽管出于说明的目的已经描述了本发明的优选实施方案，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离在所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (15)

1.一种电池充电系统，其用于对与电机连接的电池充电，所述电机具有分别对应于多个相的多个绕组，所述电池充电系统包括：
第一逆变器，其包括多个第一开关元件，并且具有与电池连接的直流端子以及与多个绕组的第一端子连接的交流端子；
第二逆变器，其包括多个第二开关元件，并且具有选择性地与第一逆变器的直流端子短路/开路的直流端子以及与多个绕组的第二端子连接的交流端子；以及
控制器，其配置为：在对电池充电的充电模式下，基于施加至第二逆变器的直流端子的直流充电电压的水平和电池电压的水平来控制第一逆变器的直流端子与第二逆变器的直流端子之间的电连接状态以及多个第一开关元件和多个第二开关元件的开路/短路状态。
2.根据权利要求1所述的电池充电系统，其进一步包括：
第一充电电力施加开关，其包括与第二逆变器的直流端子的高电位端子连接的第一端和施加直流充电电压的高电位的第二端；以及
第二充电电力施加开关，其包括与第二逆变器的直流端子的低电位端子连接的第一端和施加直流充电电压的低电位的第二端，
其中，所述控制器配置为：在充电模式下，将第一充电电力施加开关和第二充电电力施加开关控制为处于短路状态。
3.根据权利要求1所述的电池充电系统，其中，在充电模式下，当直流充电电压的水平是能够对电池充电的电压时，所述控制器配置为：使多个第一开关元件和多个第二开关元件开路，并且使第一逆变器的直流端子和第二逆变器的直流端子电连接。
4.根据权利要求1所述的电池充电系统，其中，在充电模式下，当直流充电电压的水平小于电池的电压时，所述控制器配置为：使第一逆变器的直流端子和第二逆变器的直流端子彼此电开路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的高电位端子连接的开关元件短路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的低电位端子连接的开关元件开路，使多个第一开关元件中与第一逆变器的高电位端子连接的开关元件开路，并且通过对多个第一开关元件中与第一逆变器的低电位端子连接的开关元件的脉宽调制控制对直流充电电压进行升压，以将升压的直流充电电压施加至电池。
5.根据权利要求1所述的电池充电系统，其中，在充电模式下，当直流充电电压的水平大于电池的电压时，所述控制器配置为：使第一逆变器的直流端子和第二逆变器的直流端子彼此电开路，使多个第一开关元件开路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的低电位端子连接的开关元件开路，并且通过对多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的高电位端子连接的开关元件的脉宽调制控制对直流充电电压进行降压，以将降压的直流充电电压施加至电池。
6.根据权利要求1所述的电池充电系统，其进一步包括：
第三充电电力施加开关，其包括与第一逆变器的直流端子连接的第一端以及与第二逆变器的直流端子连接的第二端。
7.根据权利要求6所述的电池充电系统，其中，在充电模式下，当直流充电电压的水平是能够对电池充电的电压时，所述控制器配置为：使多个第一开关元件和多个第二开关元件开路，并且使第三充电电力施加开关短路。
8.根据权利要求6所述的电池充电系统，其中，在充电模式下，当直流充电电压的水平小于电池的电压时，所述控制器配置为：使第三充电电力施加开关开路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的高电位端子连接的开关元件短路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的低电位端子连接的开关元件开路，使多个第一开关元件中与第一逆变器的高电位端子连接的开关元件开路，并且通过对多个第一开关元件中与第一逆变器的低电位端子连接的开关元件的脉宽调制控制对直流充电电压进行升压，以将升压的直流充电电压施加至电池。
9.根据权利要求6所述的电池充电系统，其中，在充电模式下，当直流充电电压的水平大于电池的电压时，所述控制器配置为：使第三充电电力施加开关开路，使多个第一开关元件开路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的低电位端子连接的开关元件开路，并且通过对多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的高电位端子连接的开关元件的脉宽调制控制对直流充电电压进行降压，以将降压的直流充电电压施加至电池。
10.根据权利要求1所述的电池充电系统，其中，所述电池充电系统配置为利用电机驱动系统对车辆的电池充电，所述电机驱动系统使具有多个绕组的电机运行。
11.一种电池充电系统，其用于对与电机连接的电池充电，所述电机具有分别对应于多个相的多个绕组，所述电池充电系统包括：
第一逆变器，其包括多个第一开关元件，并且具有与电池连接的直流端子以及与多个绕组的第一端子连接的交流端子；
第二逆变器，其包括多个第二开关元件，并且具有选择性地与第一逆变器的直流端子短路/开路的直流端子以及与多个绕组的第二端子连接的交流端子；
第一充电电力施加开关，其包括与第二逆变器的直流端子的高电位端子连接的第一端和施加直流充电电压的高电位的第二端；
第二充电电力施加开关，其包括与第二逆变器的直流端子的低电位端子连接的第一端和施加直流充电电压的低电位的第二端，
第三充电电力施加开关，其包括与第一逆变器的直流端子连接的第一端以及与第二逆变器的直流端子连接的第二端；
控制器，其配置为：在对电池充电的充电模式下，基于施加至第二逆变器的直流端子的直流充电电压的水平和电池电压的水平来控制第一充电电力施加开关至第三充电电力施加开关的开路/短路状态、多个第一开关元件的开路/短路状态和多个第二开关元件的开路/短路状态。
12.根据权利要求11所述的电池充电系统，其中，在充电模式下，当直流充电电压的水平是能够对电池充电的电压时，所述控制器配置为：使第一充电电力施加开关和第二充电电力施加开关短路，使多个第一开关元件和多个第二开关元件开路，并且使第三充电电力施加开关短路。
13.根据权利要求11所述的电池充电系统，其中，在充电模式下，当直流充电电压的水平小于电池的电压时，所述控制器配置为：使第一充电电力施加开关和第二充电电力施加开关短路，使第三充电电力施加开关开路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的高电位端子连接的开关元件短路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的低电位端子连接的开关元件开路，使多个第一开关元件中与第一逆变器的直流端子的高电位端子连接的开关元件开路，并且通过对多个第一开关元件中与第一逆变器的低电位端子连接的开关元件的脉宽调制控制对直流充电电压进行升压，以将升压的直流充电电压施加至电池。
14.根据权利要求11所述的电池充电系统，其中，在充电模式下，当直流充电电压的水平大于电池的电压时，所述控制器配置为：使第一充电电力施加开关和第二充电电力施加开关短路，使第三充电电力施加开关开路，使多个第一开关元件开路，使多个第二开关元件中与第二逆变器的直流端子的低电位端子连接的开关元件开路，并且通过对多个第二开关元件中与第二逆变器的高电位端子连接的开关元件的脉宽调制控制对直流充电电压进行降压，以将降压的直流充电电压施加至电池。
15.根据权利要求11所述的电池充电系统，其中，所述电池充电系统配置为利用电机驱动系统对车辆的电池充电，所述电机驱动系统使具有多个绕组的电机运行。
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