CN116208062A - 电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆 - Google Patents

电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆 Download PDF

Info

Publication number
CN116208062A
CN116208062A CN202310207607.6A CN202310207607A CN116208062A CN 116208062 A CN116208062 A CN 116208062A CN 202310207607 A CN202310207607 A CN 202310207607A CN 116208062 A CN116208062 A CN 116208062A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage battery
motor
open
obc
control system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310207607.6A
Other languages
English (en)
Inventor
张松霖
周洪波
陈健
唐德钱
彭钱磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Changan New Energy Automobile Technology Co Ltd
Original Assignee
Chongqing Changan New Energy Automobile Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Changan New Energy Automobile Technology Co Ltd filed Critical Chongqing Changan New Energy Automobile Technology Co Ltd
Priority to CN202310207607.6A priority Critical patent/CN116208062A/zh
Publication of CN116208062A publication Critical patent/CN116208062A/zh
Priority to PCT/CN2023/120817 priority patent/WO2024183264A1/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/0243Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being a broken phase
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/22Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/24Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53875Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output
    • H02M7/53876Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output based on synthesising a desired voltage vector via the selection of appropriate fundamental voltage vectors, and corresponding dwelling times
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022Synchronous motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/12Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation pulsing by guiding the flux vector, current vector or voltage vector on a circle or a closed curve, e.g. for direct torque control
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/028Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the motor continuing operation despite the fault condition, e.g. eliminating, compensating for or remedying the fault
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本申请涉及一种电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆,包括:OBC的后级DC/DC变换器、OBC的前级PFC、第一直流电容、第二直流电容、电机逆变器和开绕组电机,通过第一直流电容的两端分别与高压电池和电机逆变器相连形成第一通道,利用第一通道将高压电池的直流电逆变为第一三相交流电,通过第一三相交流电驱动开绕组电机,通过将高压电池、OBC的后级DC/DC变换器、第二直流电容和OBC的前级PFC按照预设顺序相连形成第二通道,利用第二通道将高压电池的直流电逆变为第二三相交流电后,通过第二三相交流电驱动开绕组电机。由此,解决了电机逆变器与车载充电机功能复用度低、电机控制容错率低等问题。

Description

电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆
技术领域
本申请涉及电动汽车电机控制技术领域,特别涉及一种电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆。
背景技术
随着电动汽车时代的到来,各厂纷纷推出多合一电驱系统,从电机、减速器及电控三合一逐渐向具有充放电功能的多合一演变。多合一技术重要的三点:一是将分立式器件物理集成为一体,通过共用壳体等方法节约车内空间,优化布局;二是在物理集成的基础上进一步复用电路拓扑及驱动板、控制板,尽可能进行功能复用以实现深度集成,实现大幅度减少元器件的使用、提高功率密度;三是在深度集成的基础上,通过局部修改,如提升控制策略,尽可能地提高充放电效率以及驱动效率。
目前电机控制器系统一般物理集成多合一电源与电机控制器。多合一电源一般包含车载充电机OBC(On-board charger,车载充电机)、车载DC/DC(Direct Current,直流转换器)及对应控制、驱动电路。电机控制器主要由电机逆变电路及对应控制、驱动电路组成。车载充电机OBC是使车外交流电与车内高压电池直流电相互转换的电力电子装置,一般是前级PFC与后级LLC组成的两级结构,即OBC一端连接外部充放电装置,另一端连接高压电池。根据充放电功率不同,OBC存在单相OBC与三相OBC,而三相OBC的前级PFC结构通常可用三相全桥变流电路。车载DC/DC是使车外交流电与车内高压电池直流电转为低压直流电供给车内低压用电设备的电力电子装置,目前单级结构与两级结构均有应用。电机逆变电路是使车内高压电池直流电与驱动电机侧的交流电相互转换的电力电子装置,一般使用单级结构,即大容量薄膜电容加上三相全桥变流电路,用于驱动电机及制动能量回收。
目前,车载充电机OBC主要有两套控制电路及驱动电路,分别对应前级PFC(PowerFactor Correction,功率因数校正)结构与后级DC/DC结构;车载DC/DC有一套控制电路及驱动电路,或者与OBC后级DC/DC结构进行电路功能复用,可降低部分元器件的使用;电机逆变电路主要有一套控制电路及驱动电路。在汽车行驶工况或者充放电工况下,拥有相同功能(均能从高压电池取电、充电)的车载充电机OBC与电机逆变器并没有实现功能复用,以降低元器件使用。
相关技术中提出一种具有充电功能的电动汽车电机控制电路(申请号为CN201010178404.1),如图1所示,通过复用电机逆变的三相全桥变流电路,实现对电路拓扑及控制、驱动电路的深度复用,通过切换第一开关1与第二开关2实现充电以及逆变模式,控制切换对应功能。
然而,该方法存在两方面的问题:(1)仅用三相全桥变流电路这种单级结构,难以满足电池电压的宽范围变化及电流要求;(2)充放电与电机驱动复用同一拓扑,容错率低,影响充放电与驱动可靠性。
相关技术中还提出一种车辆及其能量转换装置与动力系统(申请号为CN201910582154.9),如图2所示,采用包括电机线圈、桥臂变换器和双向桥臂的集驱动和充电功能的能量转换装置,使其工作于驱动模式、交流充电模式、直流充电模式。通过切换第一开关单元141与第二开关单元142实现交、直流充放电模式以及电机驱动模式的切换,如图3所示,电机线圈11与桥臂变换器12用于直流充电,电机线圈11、桥臂变换器12和双向桥臂13用于交流充电,电机线圈11和桥臂变换器12用于电机驱动,经双向桥臂13的直流母线电压向第二DC/DC电路156输入电能,供给车辆低压装置。深度复用桥臂变换器12,用于交直流充放电以及驱动模式。
然而,此方法存在三方面的问题:(1)在电机逆变桥的基础上增加了一组桥臂,增加额外的空间及器件成本;(2)继电器众多,增加额外的空间及成本;(3)充放电与电机驱动复用统一拓扑,容错率低,影响充放电与驱动可靠性。
相关技术中还提出一种基于电机绕组开路的充放电电路拓扑(申请号为:CN201811220817.4),如图4所示,将电机定子绕组开路,通过开关组合实现该拓扑的充放电及驱动功能。如图5所示,通过对开关S1-S6的排列组合实现系统的电机驱动以及充放电功能。
然而,此方法存在两方面的问题:(1)继电器众多,增加额外的空间及器件成本;(2)充放电与电机驱动复用统一拓扑,容错率低,影响充放电与驱动可靠性。
相关技术中还提出一种电动汽车用单电源开绕组永磁同步电机驱动系统(申请号为CN201210404534.1),如图6所示,由共直流母线供电的双逆变器开绕组电机驱动拓扑,运用于大功率电驱,且提高电驱可靠性。
然而,此方法存在两方面的问题:(1)采用单电源共直流母线结构,无法实现单电源的双隔离直流母线驱动,适用范围较小;(2)仅电机驱动就需要双逆变器结构,未考虑到与OBC的功能复用,造成额外成本浪费。
综上,相关技术中提出的方法通过复用OBC与电机逆变器电路拓扑,实现充放电与电机驱动一体化,节约车内空间及降低成本。然而,依然存在无法实现单电源双隔离直流母线驱动、继电器单元众多,电机驱动与充放电容错率低的缺陷,亟待解决。
发明内容
本申请提供一种电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆,解决了电机逆变器与车载充电机功能复用度低、电机控制容错率低等问题,提升电驱总成或电控总成驱动效率和充放电效率,提高电驱总成或电控总成功率密度,提高电机故障运行能力。
本申请第一方面实施例提供一种电机控制系统,包括:车载充电机OBC的后级DC/DC变换器、OBC的前级功率因数校正器PFC、第一直流电容、第二直流电容、电机逆变器和开绕组电机,所述电机逆变器的第一至第三交流输出端分别与所述开绕组电机定子绕组的第一至第三引出端相连,所述OBC的前级PFC的第一至第三交流输出端分别与所述开绕组电机定子绕组的第四至第六引出端相连,其中,通过所述第一直流电容的两端分别与高压电池和所述电机逆变器相连形成第一通道,并利用所述第一通道将所述高压电池的直流电逆变为第一三相交流电后,通过所述第一三相交流电驱动所述开绕组电机;和/或,通过将所述高压电池、所述OBC的后级DC/DC变换器、所述第二直流电容和所述OBC的前级PFC按照预设顺序相连形成第二通道,并利用所述第二通道将所述高压电池的直流电逆变为第二三相交流电后,通过所述第二三相交流电驱动所述开绕组电机。
根据上述技术手段,解决了电机逆变器与车载充电机功能复用度低、电机控制容错率低等问题,双通道均可独立驱动电机,以两电平电压源逆变器的硬件基础,实现三电平、四电平逆变器输出,定子绕组电流的谐波含量更低,驱动效率更高。
进一步地,所述开绕组电机,还用于:将制动回收能量通过所述第一通道和/或所述第二通道反向整流给所述高压电池,以为所述高压电池充电。
根据上述技术手段,开绕组电机的制动回收能量可单独通过第一通道、第二通道反向整流给高压电池充电,可同时经第一通道、第二通道反向整流给高压电池充电。
进一步地,上述的电机控制系统,还包括:第一车载DC/DC,所述第一车载DC/DC的第一至第二直流输出端分别与低压电池的两端相连,所述第一车载DC/DC的第三至第四直流输出端分别与所述第一直流电容和所述高压电池相并联,以利用所述高压电池的直流电或所述开绕组电机的制动回收能量为所述低压电池或低压负载供电。
根据上述技术手段,利用高压电池的直流电或开绕组电机的制动回收能量为低压电池或低压负载供电,实现多路能量源经车载DC/DC供给低压电池或负载。
进一步地,上述的电机控制系统,还包括:第二车载DC/DC,所述第二车载DC/DC与所述第二直流电容并联,以利用流过所述第二直流电容的电能为所述低压电池或所述低压负载供电。
根据上述技术手段,利用流过第二直流电容的电能为低压电池或低压负载供电,实现多路能量源经车载DC/DC供给低压电池或负载。
进一步地,上述的电机控制系统,还包括:增能组件,所述增能组件分别与所述第一直流电容和所述高压电池相并联,以向所述高压电池、所述低压电池和所述开绕组电机提供电能。
根据上述技术手段,增能组件作为另外一路能量来源可以向高压电池、低压电池及开绕组电机供能,实现更长的续航。
进一步地,上述的电机控制系统,还包括:发电组件,所述发电组件分别与所述第一直流电容和所述高压电池相并联,以向所述高压电池、所述低压电池和所述开绕组电机提供电能。
根据上述技术手段,发电组件作为另一路能量来源可以向高压电池、低压电池和开绕组电机供能,实现更长的续航。
进一步地,所述开绕组电机的定子绕组中性点为打开状态。
根据上述技术手段,将永磁同步电机的定子绕组中性点打开,保留定子绕组原第一至第三引出端ABC作为第一驱动通道,新引出的第四至第六引出端XYZ作为第二驱动通道,只打开定子绕组中性点,电机改动开发成本低。
进一步地,所述开绕组电机由多变流器进行供电。
根据上述技术手段,开绕组电机可由多变流器进行供电,可降低单一变流器容量。
进一步地,所述第二直流电容设置于所述OBC的后级DC/DC变换器和所述OBC的前级功率因数校正器PFC之间。
根据上述技术手段,第二直流电容作为OBC的后级DC/DC变换器和OBC的前级功率因数校正器PFC的能量中转站。
进一步地,所述第二直流电容由多个电容串联得到,或由所述多个电容并联得到,或者由所述多个电容串并联得到。
根据上述技术手段,串并联形式不限,若第二直流电容由两组电容器串联,可从这两组电容器中点引出三相充放电的中性线N。
进一步地,所述OBC的后级DC/DC变换器、所述第二直流电容和所述高压电池之间的电路拓扑连接形式为隔离型拓扑或非隔离型拓扑。
根据上述技术手段,OBC后级DC/DC可灵活选择隔离结构与非隔离结构—双逆变器驱动电机控制策略由OBC后级DC/DC结构决定,拓展性强。
进一步地,所述电机逆变器与所述第一直流电容、所述开绕组电机之间的电路拓扑连接形式为三相六开关形式。
根据上述技术手段,三相六开关变换器的功率器件选型不作限制,可以是IGBT器件、也可以是各类MOS管,包括SiCMOS、GaNMOS等。
本申请第二方面实施例提供一种电机控制系统的控制方法,包括以下步骤:通过第一直流电容的两端分别与高压电池和电机逆变器相连形成第一通道,并通过将所述高压电池、OBC的后级DC/DC变换器、第二直流电容和OBC的前级PFC按照预设顺序相连形成第二通道;利用所述第一通道将所述高压电池的直流电逆变为第一三相交流电,且利用所述第二通道将所述高压电池的直流电逆变为第二三相交流电;以及通过所述第一三相交流电,和/或所述第二三相交流电驱动开绕组电机;其中,所述电机逆变器的第一至第三交流输出端、所述OBC的前级PFC的第一至第三交流输出端分别与所述开绕组电机定子绕组的第一至第三引出端、第四至第六引出端相连。
进一步地,上述的电机控制系统的控制方法,还包括:通过所述开绕组电机将制动回收能量通过所述第一通道和/或所述第二通道反向整流给所述高压电池,以为所述高压电池充电。
进一步地,上述的电机控制系统的控制方法,还包括:基于第一车载DC/DC,利用所述高压电池的直流电或所述开绕组电机的制动回收能量为低压电池或低压负载供电,其中,所述第一车载DC/DC的第一至第二直流输出端分别与低压电池的两端相连,所述第一车载DC/DC的第三至第四端直流输出端分别与所述第一直流电容和所述高压电池相并联。
进一步地,上述的电机控制系统的控制方法,还包括:基于第二车载DC/DC,利用流过所述第二直流电容的电能为所述低压电池或所述低压负载供电,其中,所述第二车载DC/DC与所述第二直流电容并联。
进一步地,上述的电机控制系统的控制方法,还包括:通过增能组件向所述高压电池、所述低压电池和所述开绕组电机提供电能,其中,所述增能组件分别与所述第一直流电容和所述高压电池相并联。
进一步地,上述的电机控制系统的控制方法,还包括:通过发电组件向所述高压电池、所述低压电池和所述开绕组电机提供电能,其中,所述发电组件分别与所述第一直流电容和所述高压电池相并联。
本申请第三方面实施例提供一种车辆,其包括上述的电机控制系统。
由此,本申请采用车载充电机OBC的后级DC/DC变换器、OBC的前级功率因数校正器PFC、第一直流电容、第二直流电容、电机逆变器和开绕组电机,通过第一直流电容的两端分别与高压电池和电机逆变器相连形成第一通道,并通过将高压电池、OBC的后级DC/DC变换器、第二直流电容和OBC的前级PFC按照预设顺序相连形成第二通道,利用第一通道将高压电池的直流电逆变为第一三相交流电,且利用第二通道将高压电池的直流电逆变为第二三相交流电,并通过第一三相交流电,和/或第二三相交流电驱动开绕组电机。由此,解决了电机逆变器与车载充电机功能复用度低、电机控制容错率低等问题,提升电驱总成或电控总成驱动效率和充放电效率,提高电驱总成或电控总成功率密度,提高电机故障运行能力。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为相关技术中的电动汽车电机控制电路的示意图;
图2为相关技术中的车辆及其能量转换装置与动力系统的示意图;
图3为相关技术中的车辆及其能量转换装置与动力系统的电路示意图;
图4为相关技术中的电机绕组开路的充放电电路拓扑的示意图;
图5为相关技术中的拓扑的充放电及驱动功能实现的电路示意图;
图6为相关技术中的电动汽车用单电源开绕组永磁同步电机驱动系统的示意图;
图7为根据本申请实施例提供的一种电机控制系统的方框示意图;
图8为根据本申请一个实施例的电机控制系统的模块结构示意图;
图9为根据本申请一个实施例的电机控制系统的电路结构示意图;
图10为根据本申请一个实施例的电机控制系统的三相充电模式示意图;
图11为根据本申请一个实施例的电机控制系统的单相充电模式示意图;
图12为根据本申请一个实施例的电机控制系统的第一通道驱动示意图;
图13为根据本申请一个实施例的电机控制系统的第二通道驱动示意图;
图14为根据本申请一个实施例的电机控制系统的电路结构示意图;
图15为根据本申请一个实施例的电机控制系统的模块结构示意图;
图16为根据本申请一个实施例的电机控制系统的模块结构示意图;
图17为根据本申请一个实施例的多路高容错深度复用适用于增程式平台的电机控制系统的模块结构示意图;
图18为根据本申请一个实施例的多路高容错深度复用适用于燃料发电平台的电机控制系统的模块结构示意图;
图19为根据本申请实施例提供的一种电机控制系统的控制方法的流程图。
附图标记说明:10-电机控制系统、12-车载充电机OBC的后级DC/DC变换器、14-OBC的前级功率因数校正器PFC、18-第一直流电容、13-第二直流电容、17-电机逆变器和16-开绕组电机。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆。
针对上述背景技术中提到的电机逆变器与车载充电机功能复用度低、电机控制容错率低的问题,本申请提供了一种电机控制系统,在该系统中,采用车载充电机OBC的后级DC/DC变换器、OBC的前级功率因数校正器PFC、第一直流电容、第二直流电容、电机逆变器和开绕组电机,通过第一直流电容的两端分别与高压电池和电机逆变器相连形成第一通道,并通过将高压电池、OBC的后级DC/DC变换器、第二直流电容和OBC的前级PFC按照预设顺序相连形成第二通道,利用第一通道将高压电池的直流电逆变为第一三相交流电,且利用第二通道将高压电池的直流电逆变为第二三相交流电,并通过第一三相交流电,和/或第二三相交流电驱动开绕组电机。由此,解决了电机逆变器与车载充电机功能复用度低、电机控制容错率低等问题,提升电驱总成或电控总成效率,提高电驱总成或电控总成功率密度,提高故障运行能力。
具体而言,图7为本申请实施例所提供的一种电机控制系统的示意图。
如图7和图8所示,该电机控制系统10包括:车载充电机OBC的后级DC/DC变换器12、OBC的前级功率因数校正器PFC14、第一直流电容18、第二直流电容13、电机逆变器17和开绕组电机16,其中,电机逆变器17的第一至第三交流输出端分别与开绕组电机16的第一至第三引出端相连,OBC的前级PFC14的第一至第三交流输出端分别与开绕组电机定子绕组的第四至第六引出端相连,其中,通过第一直流电容18的两端分别与高压电池11和电机逆变器17相连形成第一通道,并利用第一通道将高压电池11的直流电逆变为第一三相交流电后,通过第一三相交流电驱动开绕组电机16;和/或,通过将高压电池11、OBC的后级DC/DC变换器12、第二直流电容13和OBC的前级PFC14按照预设顺序相连形成第二通道,并利用第二通道将高压电池11的直流电逆变为第二三相交流电后,通过第二三相交流电驱动开绕组电机16。
具体地,第一直流电容18作为电机逆变器17、高压电池11、外部直流能量与电机的电能中转站,能量来源可来自汽车内部高压电池11、外部直流能量以及开绕组电机16的制动回收能量。OBC前级PFC14与电机逆变器17分别通过第二直流电容13、第一直流电容18传递过来的直流电逆变为三相交流电供给开绕组电机16,并经过减速器等装置驱动车轮。OBC前级PFC14与电机逆变器17均可以单独驱动开绕组电机16,也可同时驱动开绕组电机16。
具体地,如图8所示,OBC后级DC/DC12、第一直流电容18、电机逆变器17均与高压电池11连接;OBC后级DC/DC12、OBC前级PFC14均与第二直流电容13连接;单三相充放电切换开关15分别与OBC前级PFC14、第二直流电容13连接;开绕组电机16分别与电机逆变器17、OBC前级PFC14连接。
其中,在一些实施例中,开绕组电机16,还用于:将制动回收能量通过第一通道和/或第二通道反向整流给高压电池11,以为高压电池11充电。
具体的,高压电池11的直流电经第一直流电容18、电机逆变器17形成的第一通道可逆变为三相交流电驱动开绕组电机16;高压电池11的直流电经OBC后级DC/DC12、第二直流电容13、OBC前级PFC14形成的第二通道可逆变为三相交流电驱动开绕组电机16;高压电池11的直流电经第一通道、第二通道逆变为三相交流电可同时驱动开绕组电机16;开绕组电机16的制动回收能量可通过第一通道反向整流给高压电池11充电;开绕组电机16的制动回收能量可通过第二通道反向整流给高压电池11充电;单三相充放电切换开关15可通过第二通道对高压电池11进行单、三相充放电。
在该实施例中,通过采用包括开绕组电机16、电机逆变器17、第一直流电容18、OBC前级PFC14、第二直流电容13、OBC后级DC/DC12及单三相充放电切换开关15的集传统电机驱动与充放电功能的电机控制系统,使得该电机控制器系统存在多路驱动、制动能量回收及充放电通道,即第一直流电容18与电机逆变器17组成的第一通道用于电机驱动以及制动能量回收,OBC后级DC/DC12、第二直流电容13、OBC前级PFC14组成的第二通道用于单、三相的充放电以及制动能量回收,第一通道与第二通道同时用于电机驱动,从而深度复用OBC组成的第一通道与电机逆变器17组成的第二通道,以形成单能量源双直流母线的开绕组电机16驱动系统,无需增加额外的三相变流器,也无需更改变换器拓扑,可在现有两电平变换器的硬件基础上实现三电平甚至四电平的变换器控制效果,做到高容错率高容量高效率的电机驱动,实现更高的功率密度,从深度功能复用的角度解决了现有电驱动控制与充放电系统的集成度低、功能单一问题,即在尽可能较少改动现有电机控制系统结构的基础上,对电机逆变电路与OBC充放电电路进行深度功能复用。
进一步地,在一些实施例中,OBC的后级DC/DC变换器12、第二直流电容13和高压电池11之间的电路拓扑连接形式为隔离型拓扑或非隔离型拓扑。
可以理解的是,OBC后级DC/DC12分别与第二直流电容13、高压电池11两端连接,其电路拓扑形式不限,包括各类隔离型、非隔离型拓扑。
进一步地,OBC后级DC/DC12既可以为隔离型DC/DC,也可以为非隔离型DC/DC。在OBC前级PFC14与电机逆变器17均为两电平变换器的前提下,当OBC后级DC/DC12为隔离型DC/DC时,第二直流电容13与第一直流电容18的两直流母线电压相互隔离,可灵活控制第二直流电容13上的电压,可实现四电平逆变器电机驱动的输出效果,减小谐波含量,提高驱动效率;当OBC后级DC/DC12为非隔离型DC/DC时,第二直流电容13与第一直流电容18的两直流母线电压相等,此时可实现三电平逆变器电机驱动的输出效果,减小谐波含量,提高驱动效率。
进一步地,OBC后级DC/DC12、第二直流电容13与OBC前级PFC14组成的第二通道在充放电与驱动功能复用的基础上,可实现大幅度提升电机控制系统的功率密度。随着电网的放开与V2G(Vehicle to Grid,电动汽车V2G技术)技术的发展,大功率三相OBC,如11kW、22kW、33kW等,将逐渐搭载在汽车产品上。复用三相OBC作为第二通道与第一通道组成双逆变器同时驱动开绕组电机16,在改动较小的前提下,可实现电控大幅功率密度的提升。
进一步地,开绕组电机16的双逆变器驱动模式可实现多相电机的高容错率运行。在OBC后级DC/DC12为非隔离型DC/DC的前提条件下,当电机一相绕组或者逆变器发生故障时,无需重构开关拓扑,只需将故障部分隔离即可实现电机降额运行,确保电机运行可靠性,并且在OBC后级DC/DC12为隔离型DC/DC拓扑的前提条件下,当电机逆变器17或者OBC前级PFC14任一模块内部出现故障时,均可实现单独驱动开绕组电机16,提高电机故障运行能力。
其中,在一些实施例中,开绕组电机16的定子绕组中性点为打开状态。
其中,定子绕组的连接形式不限,连接形式可以为星形、三角形、五角星形和五边形等,此时电机可由多变流器进行供电,可降低单一变流器容量,且星形连接时故障相的电流不影响正常相运行。
其中,在一些实施例中,开绕组电机16由多变流器进行供电。
进一步地,在一些实施例中,所述第二直流电容由多个电容串联得到,或由所述多个电容并联得到,或者由所述多个电容串并联得到。
具体地,单三相充放电切换开关15与OBC前级PFC14、第二直流电容13连接,其工作于三相充放电时,第二直流电容13提供等效中性点,其工作于单相充放电时,OBC前级PFC14的第三桥臂中点提供等效中性点。
进一步地,在一些实施例中,第二直流电容13由多个电容串联得到,或由多个电容并联得到,或者由多个电容串并联得到。
可以理解的是,第二直流电容13作为OBC前级PFC14、OBC后级DC/DC12的电能中转站,能量来源可来自汽车内部高压电池11、电机以及外部充电桩,其串并联形式不限,可由多电容串联、多电容并联,也可以由多电容的串并联组合形成。
具体地,高压电池11的直流电经第一直流电容18、电机逆变器17形成的第一通道逆变为三相交流电单独驱动开绕组电机16,高压电池11的直流电经OBC后级DC/DC12、第二直流电容13、OBC前级PFC14形成的第二通道逆变为三相交流电单独驱动开绕组电机16;高压电池11的直流电经第一通道、第二通道逆变为三相交流电同时驱动开绕组电机16;开绕组电机16的制动回收能量可单独通过第一通道、第二通道反向整流给高压电池11充电;单三相充放电切换开关15可通过第二通道单独对高压电池11进行单三相充放电。
进一步地,在一些实施例中,电机逆变器17与第一直流电容18、开绕组电机16之间的电路拓扑连接形式为三相六开关形式。
可以理解的是,电机逆变器17分别与第一直流电容18、开绕组电机16连接,其电路拓扑为三相六开关形式,开关为各种半导体开关。三相六开关变换器的功率器件选型不作限制,可以是IGBT器件、也可以是各类MOS管,包括SiCMOS、GaNMOS等。
下面通过具体的电路原理图对本申请技术方案进行详细说明:
具体地,如图9所示,图9为本申请一种电机控制系统的举例电路图,为方便说明电机控制方法,图中忽略了其他电气设备,如交、直流EMI(Electromagnetic Interference,电磁干扰电路)电路,只考虑了高压电池11、隔离型OBC后级DC/DC12、第二直流电容13、OBC前级PFC14、单三相充放电切换开关15、开绕组电机16、电机逆变器17、第一直流电容18。
其中,高压电池11的外部输入/输出由直流正极和负极构成,其内部结构包括但不限于高压直流继电器、电池模组等。
其中,隔离型OBC后级DC/DC12包括第一变换器121、隔离变压单元122及第二变换器123。隔离变压单元122包括原边P、副边S。第一变换器121包括桥臂开关单元Q19、Q20、Q17、Q18组成的全桥整流电路及滤波电容C5,桥臂开关单元Q19与Q17的上端共接形成隔离型OBC后级DC/DC12的第一直流正,桥臂开关单元Q20与Q18的下端共接形成隔离型OBC后级DC/DC12的第一直流负,滤波电容C5分别与隔离型OBC后级DC/DC12的第一直流正、第一直流负连接,桥臂开关单元Q19、Q20的中点及Q17、Q18的中点分别与隔离变压单元122的原边P相连接。第二变换器123包括桥臂开关单元Q15、Q16、Q13、Q14组成的全桥整流电路及谐振电感L3、谐振电容C4,桥臂开关单元Q15与Q13的上端共接形成隔离型OBC后级DC/DC12的第二直流正,桥臂开关单元Q16与Q14的下端共接形成隔离型OBC后级DC/DC12的第二直流负。谐振电感L3的一端与桥臂开关单元Q13、Q14的中点连接,另一端与隔离变压单元122的副边S连接。谐振电容C4的一端与桥臂开关单元Q15、Q16的中点连接,另一端与隔离变压单元122的副边S连接。
进一步地,隔离型OBC后级DC/DC12包括但不限于各类隔离型DC/DC拓扑,如SRC(Series Resonant Converter,串联谐振变换器)、LLC(Logical Link Control,谐振电路)谐振变换器等,其桥臂开关单元包括但不限于各种快慢开关,如IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor,绝缘栅双极晶体管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金氧半场效晶体管)、Cool MOS、SiC MOS等。
其中,第二直流电容13由电容C2、电容C3串联组成。电容C2、C3的中点引出线连接到单三相切换充放电开关15。
其中,OBC前级PFC14为桥臂开关单元Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12组成的三相全桥变流器单元,桥臂开关单元Q11、Q9、Q7的上端共接形成OBC前级PFC14的直流正,桥臂开关单元Q12、Q10、Q8的下端共接形成OBC前级PFC14的直流负。
其中,单三相充放电切换开关15包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3以及储能电感L1、L2。第一开关K1的两端连接在三相交流线La、Lb之间,第二开关K2的两端连接在三相交流线Lc与中性线N之间,第三开关K3的两端分别与电容C2、C3的中点引出线及中性线N之间。单三相充放电切换开关15是电动汽车充放电的单三相切换控制开关。
其中,开绕组电机16的定子三相绕组AX、BY、CZ均为打开状态,无中性线引出,电机逆变器17为桥臂开关单元Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6组成的三相全桥变流器单元,桥臂开关单元Q1、Q3、Q5的上端共接形成电机逆变器17的直流正,桥臂开关单元Q2、Q4、Q6的下端共接形成电机逆变器17的直流负,第一直流电容18由薄膜电容C1构成。
本申请实施例的连接关系为:隔离型OBC后级DC/DC12的第一直流正连接高压电池11的正极,隔离型OBC后级DC/DC12的第一直流负连接高压电池11的负极;隔离型OBC后级DC/DC12的第二直流正连接OBC前级PFC14的直流正,隔离型OBC后级DC/DC12的第一直流负连接OBC前级PFC14的直流负;OBC前级PFC14桥臂开关单元Q7、Q8的中点引出线分别与单三相充放电切换开关15的电感L1一端、开绕组电机16的定子AX绕组的X端连接,OBC前级PFC14桥臂开关单元Q9、Q10的中点引出线分别与单三相充放电切换开关15的电感L2一端、定子BY绕组的Y端连接连接,OBC前级PFC14桥臂开关单元Q11、Q12的中点引出线作为Lc引出,并与定子CZ绕组的Z端连接;电机逆变器17桥臂开关单元Q1、Q2的中点引出线与开绕组电机16的定子AX绕组的A端连接,电机逆变器17桥臂开关单元Q3、Q4的中点引出线与开绕组电机16的定子BY绕组的B端连接,电机逆变器17桥臂开关单元Q5、Q6的中点引出线与开绕组电机16的定子CZ绕组的C端连接;电机逆变器17的直流正与高压电池11正极连接,电机逆变器17的直流负与高压电池11负极连接。
如图10所示,三相充电的实现方式为:单三相充放电切换开关15的第一开关K1、第二开关K2均断开,第三开关K3闭合,并连接外部充电桩;电机逆变器17的三相六开关Q1、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6均断开,避免充电时电机起动,此时外部三相交流电源经OBC前级PFC14所示的电容中点式两电平三相四线制整流器转为更高电压的直流电,再经隔离型OBC后级DC/DC12所示的LLC电路匹配电池直流电压进行充电。
其中,单三相充放电切换开关15,单三相充放电切换开关15的第一至第三端分别与OBC的前级PFC14的第一至第三交流输出端相连,单三相充放电切换开关15的第四端与第二直流电容13的中点相连,其中,单三相充放电切换开关15用于在接收到单相充放电指令时,控制单三相充放电切换开关15的第一端La、第二端Lb等效为一相火线输入端,控制单三相充放电切换开关15的第三端Lc、第四端N等效为中性线,以通过第二通道对高压电池11进行单相充放电,或者,在接收到三相充放电指令时,控制单三相充放电切换开关15的第一至第三端均处于三相独立相线状态,第四端此时为中性线,以通过第二通道对高压电池进行三相充放电。
此外,需注意充放电时三相电感是平衡的,为方便说明本申请实施例的工作原理,图10所示电路未标注出其余电感。OBC前级PFC14的拓扑形式包括但不限于电容中点式两电平三相四线制整流器、三相四桥臂式。
进一步地,三相放电与三相充电类似,此处不再赘述。三相放电模式下,OBC还能作为低压APF接入电网,实现谐波治理,提高接入低压配电网的电能质量。
如图11所示,单相充电的实现方式为:单三相充放电切换开关15的第一开关K1、第二开关K2均闭合,第三开关K3断开,并连接外部充电桩;电机逆变器17的三相六开关Q1、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6均断开,避免充电时电机起动,此时外部单相交流电源经OBC前级PFC14所示的两路并联交错PFC转为更高电压的直流电,再经隔离型OBC后级DC/DC12所示的LLC电路匹配电池直流电压进行充电。
需要说明的是,单相放电与单相充电类似,此处不再赘述。
如图12所示,第一通道单独驱动开绕组电机16的实现方式为:单三相充放电切换开关15的第一开关K1、第二开关K2,第三开关K3均断开;OBC前级PFC14的三相上桥臂开关Q11、Q9、Q7均导通,下桥臂开关Q12、Q10、Q8均断开,以闭合电机三相定子绕组中性点。此时高压电池11的直流电经电机逆变器17逆变为三相交流电单独驱动开绕组电机16。
此外,第一通道单独驱动开绕组电机16时,OBC前级PFC14也可以同时导通其三个下桥臂开关Q12、Q10、Q8,此处不作限制。
进一步地,开绕组电机16的制动回收能量也经过第一通道回收至高压电池11。
如图13所示,第二通道单独驱动开绕组电机16的实现方式为:单三相充放电切换开关15的第一开关K1、第二开关K2,第三开关K3均断开;电机逆变器17的三相上桥臂开关Q1、Q3、Q5均导通,下桥臂开关Q2、Q4、Q6均断开,以闭合电机三相定子绕组中性点。此时高压电池11的直流电经OBC后级DC/DC12、OBC前级PFC14逆变为三相交流电单独驱动开绕组电机16。
此外,第二通道单独驱动开绕组电机16时,电机逆变器17也可以同时导通其三个下桥臂开关Q2、Q4、Q6,此处不作限制。
如图10所示,第一通道与第二通道同时驱动开绕组电机16的实现方式为:单三相充放电切换开关15的第一开关K1、第二开关K2,第三开关K3均断开;高压电池11分别经第一直流电容18、第二直流电容13向第一通道、第二通道传输交流电供给开绕组电机16。若控制第二直流电容13的电压等于第一直流电容18的电压时,双逆变器两电平开绕组电机16可以等效为三电平逆变器驱动,且不同的电压矢量数为19个;若控制第二直流电容13的电压等于第一直流电容18的电压一半时,双逆变器两电平开绕组电机可以等效为四电平逆变器驱动,且不同的电压矢量数为37个。由于双逆变器驱动开绕组电机16,定子各相绕组独立,且冗余电压矢量多,即使在电机缺相或者开关器件故障时,也能实现降额运行。
进一步地,如图14所示,图14为本申请实施例的电机控制系统另一种举例的电路图,与图8的不同点在于:OBC后级DC/DC12由隔离型电路拓扑转为非隔离型电路拓扑,该拓扑直接决定了双逆变器驱动开绕组电机16的控制方式,由隔离型直流母线双逆变器驱动转为共直流母线双逆变器驱动,此时形成了零序回路,需额外增加抑制零序电流的控制策略。
进一步地,在一些实施例中,上述的电机控制系统10,还包括:第一车载DC/DC19,第一车载DC/DC19的第一至第二直流输出端分别与低压电池20的两端相连,第一车载DC/DC19的第三至第四直流输出端分别与第一直流电容18和高压电池11相并联,以利用高压电池11的直流电或开绕组电机16将制动回收能量为低压电池20或低压负载供电。
具体地,如图15所示,本申请第二实施例所提供的电机控制系统的模块结构,与实施例一不同的是,第一车载DC/DC19与第一直流电容18、高压电池11相并联,开绕组电机16经制动回收的能量可直接通过电机逆变器17、车载DC/DC19给低压电池20或者低压负载供电,高压电池11的直流电经车载DC/DC19也可对低压电池20或者低压负载供电,外部交流电经OBC输出的直流电与上述类似。
进一步地,在一些实施例中,上述的电机控制系统10,还包括:第二车载DC/DC23,第二车载DC/DC23与第二直流电容13并联,以利用流过第二直流电容13的电能为低压电池20或低压负载供电。
具体地,如图16所示,本申请第三实施例所提供的电机控制系统的模块结构,与实施例二不同的是,第二车载DC/DC23与第二直流电容13相并联,第二车载DC/DC23可以接受流过第二直流电容13上的电能。
进一步地,在一些实施例中,上述的电机控制系统10,还包括:增能组件21,增能组件21分别与第一直流电容18和高压电池11相并联,以向高压电池11、低压电池20和开绕组电机16提供电能。
具体地,如图17所示,本申请第四实施例所提供一种多路高容错深度复用的增程式电机控制系统模块结构,与实施例一不同的是,增能组件21(即增程器21)作为另外一路能量来源可以向高压电池11、低压电池20以及开绕组电机16供能,具体参见图15与图16。
进一步地,在一些实施例中,上述的电机控制系统10,还包括:发电组件22,发电组件22分别与第一直流电容18和高压电池11相并联,以向高压电池11、低压电池20和开绕组电机16提供电能。
具体地,如图18所示,本申请第五实施例所提供一种多路高容错深度复用的燃料发电版电机控制系统模块结构,与实施例一不同的是,发电组件22即(燃料发电22)作为另外一路能量来源可以向高压电池11、低压电池20以及开绕组电机16供能,具体参见图15与图16。
在此基础上,增程式发电与燃料电池发电均可作为电机控制系统及其控制方法、车辆的扩展能量源。
本申请实施例与相关技术的比较如下:
(1)由于现有的复用电机逆变器与OBC为一体的电机控制系统,需要在电机定子绕组侧附加额外的开关装置以避免充放电时起动电机,造成空间及成本浪费,而本申请实施例的电机控制系统使用开绕组电机,在OBC进行充放电动作时,只需要控制电机逆变器的开关器件即可避免电机误起动,无需在电机定子绕组侧增加额外的开关,降低成本及空间,更有利于优化电机控制系统的布局结构,以实现更高的功率密度。
(2)在相关技术中若需实现多电平控制效果,需使用更为复杂的多电平变换器拓扑驱动电机,造成电机逆变器开关器件及其他辅助器件的增多,增加电机控制系统的成本,也增大了空间布局,反而降低了功率密度。本申请实施例通过复用OBC作为第二通道与电机逆变器的第一通道共同驱动电机,在现有结构改动较小的前提下,可实现以两电平逆变器硬件基础达到三电平、甚至四电平逆变器的输出效果,即高效率驱动。
(3)在相关技术中若增大电机输出功率,需要使用更大功率开关器件,成本较高,且选型较少,而本申请实施例采用复用OBC与电机逆变器组成双逆变器驱动模式,可在不改变开关器件情况下,实现电机更大功率输出。
(4)在相关技术中常采用多相电机提高电机运行的容错率,需重新设计电机定转子绕组,而本申请实施例采用开绕组电机,只需将定子绕组的中性点打开,电机设计难度低,设计成本易控制。当电机逆变器完全故障时,复用OBC组成的第二通道仍然可以作为应急通道驱动电机降额运行。
综上,本申请实施例采用包括开绕组电机、电机逆变器、第一直流电容、OBC前级PFC、第二直流电容、OBC后级DC/DC及单三相充放电切换开关15的集传统电机驱动与充放电功能的电机控制系统,使得该电机控制系统存在多路驱动、制动能量回收及充放电通道,深度复用OBC前级PFC与电机逆变器形成单能量源双直流母线的开绕组电机驱动系统,无需增加额外的三相变流器,也无需改变变换器拓扑,在两电平变换器的硬件基础上实现三电平甚至四电平的变换器控制效果,提高电机驱动的容错率及容量效率,实现更高的功率密度,从深度功能复用的角度解决了相关技术中电驱动控制与充放电系统的集成度低、功能单一问题。
根据本申请实施例提出的电机控制系统,采用车载充电机OBC的后级DC/DC变换器、OBC的前级功率因数校正器PFC、第一直流电容、第二直流电容、电机逆变器和开绕组电机,通过第一直流电容的两端分别与高压电池和电机逆变器相连形成第一通道,并通过将高压电池、OBC的后级DC/DC变换器、第二直流电容和OBC的前级PFC按照预设顺序相连形成第二通道,利用第一通道将高压电池的直流电逆变为第一三相交流电,且利用第二通道将高压电池的直流电逆变为第二三相交流电,并通过第一三相交流电,和/或第二三相交流电驱动开绕组电机。由此,解决了电机逆变器与车载充电机功能复用度低、电机控制容错率低等问题,提升电驱总成或电控总成效率,提高电驱总成或电控总成功率密度,提高故障运行能力。
其次参照附图描述根据本申请实施例提出的电机控制系统的控制方法。
图19是本申请实施例的电机控制系统的控制方法的流程示意图。
如图19所示,该电机控制系统的控制方法,包括以下步骤:
在步骤S1901中,通过第一直流电容的两端分别与高压电池和电机逆变器相连形成第一通道,并通过将高压电池、OBC的后级DC/DC变换器、第二直流电容和OBC的前级PFC按照预设顺序相连形成第二通道。
在步骤S1902中,利用第一通道将高压电池的直流电逆变为第一三相交流电,且利用第二通道将高压电池的直流电逆变为第二三相交流电。
在步骤S1903中,通过第一三相交流电,和/或第二三相交流电驱动开绕组电机;其中,电机逆变器的第一至第三交流输出端、OBC的前级PFC的第一至第三交流输出端均分别与开绕组电机定子绕组的第一至第三引出端、第四至第六引出端相连。
进一步地,在一些实施例中,上述的电机控制系统的控制方法,还包括:通过开绕组电机将制动回收能量通过第一通道和/或第二通道反向整流给高压电池,以为高压电池充电。
进一步地,在一些实施例中,上述的电机控制系统的控制方法,还包括:在接收到单相充放电指令时,控制单三相充放电切换开关15的第一端La、第二端Lb等效为一相火线输入端,控制单三相充放电切换开关15的第三端Lc、第四端N等效为一条中性线,以通过第二通道对高压电池11进行单相充放电,或者,在接收到三相充放电指令时,控制单三相充放电切换开关15的第一至第三端均处于三相独立相线状态,第四端此时为中性线;其中,单三相充放电切换开关的第一至第三端分别与OBC的前级PFC的第一至第三输出端相连,单三相充放电切换开关的第四端与第二直流电容相连。
进一步地,在一些实施例中,上述的电机控制系统的控制方法,还包括:基于第一车载DC/DC,利用高压电池的直流电或开绕组电机的制动回收能量为低压电池或低压负载供电,其中,第一车载DC/DC的第一至第二直流输出端分别与低压电池的两端相连,第一车载DC/DC的第三至第四直流输出端分别与第一直流电容和高压电池相并联。
进一步地,在一些实施例中,上述的电机控制系统的控制方法,还包括:基于第二车载DC/DC,利用流过第二直流电容的电能为低压电池或低压负载供电,其中,第二车载DC/DC与第二直流电容并联。
进一步地,在一些实施例中,上述的电机控制系统的控制方法,还包括:通过增能组件向高压电池、低压电池和开绕组电机提供电能,其中,增能组件分别与第一直流电容和高压电池相并联。
进一步地,在一些实施例中,上述的电机控制系统的控制方法,还包括:通过发电组件向高压电池、低压电池和开绕组电机提供电能,其中,发电组件分别与第一直流电容和高压电池相并联。
需要说明的是,前述对电机控制系统实施例的解释说明也适用于该实施例的电机控制系统的控制方法,此处不再赘述。
根据本申请实施例提出的电机控制系统的控制方法,通过第一直流电容的两端分别与高压电池和电机逆变器相连形成第一通道,并通过将高压电池、OBC的后级DC/DC变换器、第二直流电容和OBC的前级PFC按照预设顺序相连形成第二通道,利用第一通道将高压电池的直流电逆变为第一三相交流电,且利用第二通道将高压电池的直流电逆变为第二三相交流电,并通过第一三相交流电,和/或第二三相交流电驱动开绕组电机。由此,解决了电机逆变器与车载充电机功能复用度低、电机控制容错率低等问题,提升电驱总成或电控总成效率,提高电驱总成或电控总成功率密度,提高故障运行能力。
本申请实施例还提供一种车辆,该车辆包括上述的电机控制系统。
根据本申请实施例提出的车辆,通过上述的电机控制系统,解决了电机逆变器与车载充电机功能复用度低、电机控制容错率低等问题,提升电驱总成或电控总成效率,提高电驱总成或电控总成功率密度,提高故障运行能力。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中,“N个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解,本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如,如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列,现场可编程门阵列等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本申请的限制,本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (19)

1.一种电机控制系统,其特征在于,包括:
车载充电机OBC的后级DC/DC变换器、OBC的前级功率因数校正器PFC、第一直流电容、第二直流电容、电机逆变器和开绕组电机,所述电机逆变器的第一至第三交流输出端分别与所述开绕组电机定子绕组的第一至第三引出端相连,所述OBC的前级PFC的第一至第三交流输出端分别与所述开绕组电机定子绕组的第四至第六引出端相连,其中,
通过所述第一直流电容的两端分别与高压电池和所述电机逆变器相连形成第一通道,并利用所述第一通道将所述高压电池的直流电逆变为第一三相交流电后,通过所述第一三相交流电驱动所述开绕组电机;
和/或,通过将所述高压电池、所述OBC的后级DC/DC变换器、所述第二直流电容和所述OBC的前级PFC按照预设顺序相连形成第二通道,并利用所述第二通道将所述高压电池的直流电逆变为第二三相交流电后,通过所述第二三相交流电驱动所述开绕组电机。
2.根据权利要求1所述的电机控制系统,其特征在于,所述开绕组电机,还用于:
将制动回收能量通过所述第一通道和/或所述第二通道反向整流给所述高压电池,以为所述高压电池充电。
3.根据权利要求2所述的电机控制系统,其特征在于,还包括:
第一车载DC/DC,所述第一车载DC/DC的第一至第二直流输出端分别与低压电池的两端相连,所述第一车载DC/DC的第三至第四直流输出端分别与所述第一直流电容和所述高压电池相并联,以利用所述高压电池的直流电或所述开绕组电机的制动回收能量为所述低压电池或低压负载供电。
4.根据权利要求3所述的电机控制系统,其特征在于,还包括:
第二车载DC/DC,所述第二车载DC/DC与所述第二直流电容并联,以利用流过所述第二直流电容的电能为所述低压电池或所述低压负载供电。
5.根据权利要求4所述的电机控制系统,其特征在于,还包括:
增能组件,所述增能组件分别与所述第一直流电容和所述高压电池相并联,以向所述高压电池、所述低压电池和所述开绕组电机提供电能。
6.根据权利要求5所述的电机控制系统,其特征在于,还包括:
发电组件,所述发电组件分别与所述第一直流电容和所述高压电池相并联,以向所述高压电池、所述低压电池和所述开绕组电机提供电能。
7.根据权利要求1所述的电机控制系统,其特征在于,所述开绕组电机的定子绕组中性点为打开状态。
8.根据权利要求6所述的电机控制系统,其特征在于,所述开绕组电机由多变流器进行供电。
9.根据权利要求1所述的电机控制系统,其特征在于,所述第二直流电容设置于所述OBC的后级DC/DC变换器和所述OBC的前级功率因数校正器PFC之间。
10.根据权利要求7所述的电机控制系统,其特征在于,所述第二直流电容由多个电容串联得到,或由所述多个电容并联得到,或者由所述多个电容串并联得到。
11.根据权利要求1所述的电机控制系统,其特征在于,所述OBC的后级DC/DC变换器、所述第二直流电容和所述高压电池之间的电路拓扑连接形式为隔离型拓扑或非隔离型拓扑。
12.根据权利要求1所述的电机控制系统,其特征在于,所述电机逆变器与所述第一直流电容、所述开绕组电机之间的电路拓扑连接形式为三相六开关形式。
13.一种车辆,其特征在于,包括:如权利要求1-12任一项所述的电机控制系统。
14.一种电机控制系统的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
通过第一直流电容的两端分别与高压电池和电机逆变器相连形成第一通道,并通过将所述高压电池、OBC的后级DC/DC变换器、第二直流电容和OBC的前级PFC按照预设顺序相连形成第二通道;
利用所述第一通道将所述高压电池的直流电逆变为第一三相交流电,且利用所述第二通道将所述高压电池的直流电逆变为第二三相交流电;以及
通过所述第一三相交流电,和/或所述第二三相交流电驱动开绕组电机;其中,所述电机逆变器的第一至第三交流输出端、所述OBC的前级PFC的第一至第三交流输出端分别与所述开绕组电机定子绕组的第一至第三引出端、第四至第六引出端相连。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,还包括:
通过所述开绕组电机将制动回收能量通过所述第一通道和/或所述第二通道反向整流给所述高压电池,以为所述高压电池充电。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,还包括:
基于第一车载DC/DC,利用所述高压电池的直流电或所述开绕组电机的制动回收能量为低压电池或低压负载供电,其中,
所述第一车载DC/DC的第一至第二直流输出端分别与低压电池的两端相连,所述第一车载DC/DC的第三至第四直流输出端分别与所述第一直流电容和所述高压电池相并联。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,还包括:
基于第二车载DC/DC,利用流过所述第二直流电容的电能为所述低压电池或所述低压负载供电,其中,
所述第二车载DC/DC与所述第二直流电容并联。
18.根据权利要求17所述的方法,其特征在于,还包括:
通过增能组件向所述高压电池、所述低压电池和所述开绕组电机提供电能,其中,所述增能组件分别与所述第一直流电容和所述高压电池相并联。
19.根据权利要求18所述的方法,其特征在于,还包括:
通过发电组件向所述高压电池、所述低压电池和所述开绕组电机提供电能,其中,所述发电组件分别与所述第一直流电容和所述高压电池相并联。
CN202310207607.6A 2023-03-06 2023-03-06 电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆 Pending CN116208062A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310207607.6A CN116208062A (zh) 2023-03-06 2023-03-06 电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆
PCT/CN2023/120817 WO2024183264A1 (zh) 2023-03-06 2023-09-22 电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310207607.6A CN116208062A (zh) 2023-03-06 2023-03-06 电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116208062A true CN116208062A (zh) 2023-06-02

Family

ID=86509264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310207607.6A Pending CN116208062A (zh) 2023-03-06 2023-03-06 电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN116208062A (zh)
WO (1) WO2024183264A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117554687A (zh) * 2024-01-10 2024-02-13 常州通宝光电股份有限公司 一种交流市电电压采样电路
WO2024183264A1 (zh) * 2023-03-06 2024-09-12 深蓝汽车科技有限公司 电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011072081A (ja) * 2009-09-24 2011-04-07 Fujitsu Ten Ltd プラグイン充電車両の制御装置及び制御方法
CN110406406A (zh) * 2018-04-26 2019-11-05 比亚迪股份有限公司 车载充电机和电动车辆
WO2020041904A1 (en) * 2018-08-31 2020-03-05 The Governing Council Of The University Of Toronto An integrated three-phase ac charger for vehicle applications with dual-inverter drive
CN111216575A (zh) * 2018-11-26 2020-06-02 河南森源重工有限公司 一种电动汽车和一种开绕组电动汽车驱动及充电系统
WO2022132807A1 (en) * 2020-12-14 2022-06-23 Power Technology Holdings, Llc Electric generator for electric vehicle
CN116208062A (zh) * 2023-03-06 2023-06-02 重庆长安新能源汽车科技有限公司 电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024183264A1 (zh) * 2023-03-06 2024-09-12 深蓝汽车科技有限公司 电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆
CN117554687A (zh) * 2024-01-10 2024-02-13 常州通宝光电股份有限公司 一种交流市电电压采样电路
CN117554687B (zh) * 2024-01-10 2024-03-22 常州通宝光电股份有限公司 一种交流市电电压采样电路

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024183264A1 (zh) 2024-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240246428A1 (en) Constant current fast charging of electric vehicles via dc grid using dual inverter drive
CN111434513B (zh) 一种车辆及其能量转换装置与动力系统
Shi et al. Constant current fast charging of electric vehicles via a DC grid using a dual-inverter drive
US10771001B2 (en) Controller for an inductive load having one or more inductive windings
CA2983328C (en) Constant current fast charging of electric vehicles via dc grid using dual inverter drive
Subotic et al. A review of single-phase on-board integrated battery charging topologies for electric vehicles
Cheng et al. An integrated SRM powertrain topology for plug-in hybrid electric vehicles with multiple driving and onboard charging capabilities
US7605497B2 (en) Two-source inverter
CN116208062A (zh) 电机控制系统、电机控制系统的控制方法及车辆
JP7205428B2 (ja) 電源装置
US8203236B2 (en) Dual voltage-source inverter system and method
JP7032249B2 (ja) 電源システム
CN112224057B (zh) 一种车辆及其能量转换装置与动力系统
US7719138B2 (en) Two-source series inverter
WO2020041904A1 (en) An integrated three-phase ac charger for vehicle applications with dual-inverter drive
CN112224060B (zh) 一种车辆及其能量转换装置与动力系统
CN103770656A (zh) 一种集成驱动/充电装置
Tsirinomeny et al. Configurable modular multilevel converter (CMMC) for flexible EV
CN112224051B (zh) 一种车辆及其能量转换装置与动力系统
KR20190065814A (ko) 전기자동차를 위한 통합 충전기
JP7103320B2 (ja) 電源装置
Salem et al. New Powertrain Configurations Based on Six-Phase Current-Source Inverters for Heavy-Duty Electric Vehicles
CN112224038A (zh) 一种能量转换装置、动力系统及车辆
JP7559573B2 (ja) 電源装置
JP7559617B2 (ja) 電源装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: No. 588 Shuguang Road, Longxing Town, Yubei District, Chongqing, 401135

Applicant after: Deep Blue Automotive Technology Co.,Ltd.

Address before: 401133 room 208, 2 house, 39 Yonghe Road, Yu Zui Town, Jiangbei District, Chongqing

Applicant before: CHONGQING CHANGAN NEW ENERGY AUTOMOBILE TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information