CN116587869A - 利用电机驱动系统的车辆电池充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用电机驱动系统的车辆电池充电系统。所述车辆电池充电系统包括：第一逆变器，其包括第一开关元件和分别连接至电池和电机的绕组的第一端的直流端子和交流端子；第二逆变器，其包括第二开关元件和分别连接至电池和绕组的第二端的直流端子和交流端子；第三开关元件，每个第三开关元件的第一端连接至绕组的第二端，每个第三开关元件的第二端彼此连接；充电电容器，其设置在第三开关元件的第二端与电池的负极端子之间，直流充电电压施加至所述充电电容器，以对电池充电；第四开关元件，其在第三开关元件的第二端与负极端子之间与充电电容器串联连接；控制器，其配置为控制第一开关元件至第四开关元件。

Description

利用电机驱动系统的车辆电池充电系统
技术领域
本发明涉及一种利用电机驱动系统的车辆电池充电系统，更具体地，涉及这样一种利用电机驱动系统的车辆电池充电系统：其中，车辆内的电池可以通过利用开放端部绕组(open-end winding)电机驱动系统进行充电，在所述开放端部绕组电机驱动系统中，通过利用分别连接至电机内的绕组的两端的多个逆变器来驱动电机。
背景技术
利用由电机产生的扭矩作为动力的环保车辆(例如，电动车辆)的燃料效率(或能量效率)由逆变器-电机(inverter-motor)的电力转换效率决定，为了提高燃料效率，使逆变器的电力转换效率和电机效率最大化至关重要。
因此，提供了一种选择性地确定闭合端部绕组模式或开放端部绕组模式来驱动电机的技术，在所述闭合端部绕组模式下，车辆的驱动电机内的绕组的第一端彼此连接，形成Y型连接，然后驱动电机；在所述开放端部绕组模式下，逆变器分别连接至电机绕组的两端，以在电机绕组的两端保持开放时驱动电机。
同时，电动车辆(EV)或插电式混合动力电动车辆(PHEV)通常将由外部充电设施提供的电力转换为适于对车辆内的电池充电的状态，并且将其提供至电池，从而对电池充电。
用于快速充电的传统充电设施制造成输出400V的单一电压规格，但是车辆内使用的电池往往设计成具有800V以上的电压，以提高效率或增加行驶距离。为了对各种电压幅度的车辆的电池进行充电，需要提供能够覆盖对应于电池电压规格的各种电压范围的充电设施，或者需要将单一的充电设施实现为能够输出各种电压范围。
存在的问题在于：建设这样的充电基础设施需要巨额成本，并且如果由于对充电设施施加的充电电流的限制而导致需要输出低电压，则充电功率降低使得充电时间增加。
因此，相关技术领域需要这样一种电池充电方案：其结合通过利用多个逆变器以开放端部绕组模式驱动电机的电机驱动系统，能够在无需额外的装置并且无需额外增加成本的情况下，对由作为现有基础设施建设的充电设施提供的充电电压的幅度进行转换，从而对电池充电。
此外，电机的Y型连接的中性端连接有充电电容器，以减少快速充电期间外部充电装置的输入电压纹波并且保持稳定的电压，这样的充电电容器需要在用于行驶的电机被驱动时与中性端分离。为此，在传统的电机驱动系统中，在充电电流传导路径上应用了继电器，但是大电流(充电电流)会导致继电器发热、劣化或烧毁的问题。
包括在本发明的背景技术中的信息仅用于增强对本发明一般背景的理解，并且不应被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种利用电机驱动系统的车辆电池充电系统，其中，通过利用以开放端部绕组模式驱动电机的电机驱动系统来适当地转换由外部充电设施提供的充电电压的幅度，而无需单独的专用转换装置，从而对电池充电。
此外，本发明的另一方面是提供一种利用电机驱动系统的车辆电池充电系统，其中，充电电容器和电机绕组的中性点可以有效地相互连接和断开。
本发明所要解决的技术问题不限于上述技术问题，本发明所属领域的技术人员将从以下描述中清楚地理解本文中未提及的其他技术问题。
根据本发明的一方面，一种电池充电系统，其用于利用电机驱动系统对电池充电，所述电机驱动系统用于驱动包括分别对应于多个相的多个绕组的电机，所述电池充电系统可以包括：第一逆变器，其包括多个第一开关元件并且具有连接至电池的直流(DC)端子和连接至多个绕组的第一端的交流(AC)端子；第二逆变器，其包括多个第二开关元件，具有连接至电池的直流端子并且具有连接至多个绕组的第二端的交流端子；多个第三开关元件，每个第三开关元件的第一端连接至多个绕组的第二端，每个第三开关元件的第二端彼此连接；充电电容器，其设置在多个第三开关元件的第二端与电池的负极端子之间，并且在用于对电池充电的充电模式下，直流充电电压施加至所述充电电容器；第四开关元件，其在多个第三开关元件的第二端与电池的负极端子之间与充电电容器串联连接；控制器，其配置为在充电模式下接通第四开关元件，并且基于直流充电电压的幅度和电池的电压的幅度控制多个第一开关元件、多个第二开关元件和多个第三开关元件的开路/短路状态。
例如，所述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的第一端连接至多个第三开关元件的第二端，并且高电位的直流充电电压施加至所述第一充电电力施加开关的第二端，所述第二充电电力施加开关的第一端连接至电池的负极端子，并且低电位的直流充电电压施加至所述第二充电电力施加开关的第二端，并且所述控制器可以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。
例如，所述控制器可以在用于驱动电机的驱动模式下关断第四开关元件。
例如，当第四开关元件关断时，所述充电电容器可以与形成在多个第三开关元件的第二端的电机的中性端电分离。
例如，第四开关元件可以包括FET。
例如，第四开关元件可以安装于安装有第一逆变器和第二逆变器的逆变器板。
例如，所述充电电容器可以设置在多个第三开关元件的第二端与第四开关元件之间。
例如，所述第四开关元件可以设置在多个第三开关元件的第二端与充电电容器之间。
例如，在充电模式下，当直流充电电压低于电池的电压时，控制器可以将多个第三开关元件全部控制为处于短路状态，并且可以对第一逆变器的下部开关元件执行脉宽调制控制以对直流充电电压进行升压，第一逆变器的下部开关元件是连接至第一逆变器中包括的开关元件中的直流端子的低电位端子的开关元件。
例如，在充电模式下，当直流充电电压对应于电池的电压时，控制器可以将多个第三开关元件全部控制为处于短路状态，并且可以将充电电流控制为通过第二逆变器的上部开关元件传输至电池，所述第二逆变器的上部开关元件是连接至第二逆变器中包括的开关元件中的直流端子的高电位端子的开关元件。
根据利用电机驱动系统的车辆电池充电系统，根据由外部充电装置提供的充电电压的幅度，利用为电机的开放端部绕组驱动提供的电机驱动系统来适当地转换充电电压的幅度，从而对电池充电。
因此，利用电机驱动系统的车辆电池充电系统使得不必根据车辆电池的高电压为额外的高压充电设施建设额外的基础设施，因此不会产生针对基础设施建设的社会成本。
此外，利用电机驱动系统的车辆电池充电系统在高效的开放端部绕组型的电机驱动的同时，响应于各种外部充电电压实现电池充电。
此外，利用电机驱动系统的车辆电池充电系统通过半导体开关元件控制是否将充电电容器和电机绕组的中性点进行连接，因此，与继电器相比，在加热、冷却、耐冲击和烧毁方面是优异的。
本发明的方法和装置具有其它的特征和优点，这些特征和优点从并入本文中的所附附图和下面的详细描述中将是显而易见的，或者将在并入本文中的所附附图和下面的详细描述中进行更详细的陈述，这些所附附图和下面的详细描述共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施方案的利用电机驱动系统的车辆电池充电系统的电路图；
图2和图3是示出根据本发明的示例性实施方案的利用电机驱动系统的车辆电池充电系统的运行状态的示意图；
图4是示出根据本发明的示例性实施方案的另一方面的利用电机驱动系统的车辆电池充电系统的电路图；
图5是示出根据本发明的示例性实施方案的电机驱动系统的控制过程的示例的流程图。
应当了解，所附附图不一定按比例地绘制，而是为了说明本发明的基本原理的各种特征的适当简化的画法。如本文所包括的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征，将部分地由具体所要应用和使用的环境决定。
在图中，相同的附图标记在附图的多幅图中指代本发明的相同或等同的部件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各种实施方案，各种实施方案的示例在所附附图中进行说明并如下进行描述。尽管本发明将结合本发明的示例性实施方案进行描述，但将理解，本说明书并非旨在将本发明限制为本发明的所述示例性实施方案。另一方面，本发明旨在不仅覆盖本发明的示例性实施方案，还覆盖可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替代实施方案、修改实施方案、等同实施方案和其它实施方案。
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的车辆电池充电系统。
图1是示出根据本发明的示例性实施方案的利用电机驱动系统的车辆电池充电系统的电路图。
参考图1，根据本发明的示例性实施方案的利用电机驱动系统的车辆电池充电系统是利用用于向电机100提供驱动电力的电机驱动系统的充电系统，所述电机100包括对应于多个相的多个绕组L1、L2和L3。
首先，电机驱动系统可以包括第一逆变器10、第二逆变器20和多个第三开关元件S31、S32和S33，所述第一逆变器10包括多个第一开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16，并且连接至电机100的各个绕组的一端；所述第二逆变器20包括多个第二开关元件S21、S22、S23、S24、S25和S26，并且连接至电机100的各个绕组的另一端；所述多个第三开关元件S31、S32和S33的一端连接至电机100的各个绕组的另一端，并且多个第三开关元件S31、S32和S33的另一端彼此短路。
第一逆变器10可以具有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；所述交流端子连接至电机100的各个绕组L1、L2和L3。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可以具有能够选择性地连接至第一逆变器10的直流端子的直流端子以及连接至电机100的各个绕组L1、L2和L3的交流端子。包括第二逆变器20能够选择性地连接至第一逆变器10的直流端子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。
在电机产生用于驱动车辆的电力的电机驱动模式下，第一逆变器10和第二逆变器20具有连接至电池200的共同的直流端子，以将储存在电池200中的直流电转换为三相交流电，并且将所述交流电提供至电机100，或者将再生制动期间通过电机100的再生制动扭矩的产生而产生的再生制动能量转换为直流电，并且将所述直流电提供至电池200。可以通过对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、S12、S13、S14、S15和S16以及多个第二开关元件S21、S22、S23、S24、S25和S26的脉宽调制控制来执行直流电和交流电之间的这种转换。
第一逆变器10可以包括多个支路11、12和13，形成于直流端子的直流电压施加至所述多个支路11、12和13。各个支路11、12和13可以对应于电机100的各个相以形成电连接。
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的连接节点可以连接至电机100中一相的绕组L1的一端，使得与电机100的多个相中的一相相对应的交流电输入和输出。
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的连接节点可以连接至电机100中一相的绕组L2的一端，使得与电机100的多个相中的一相相对应的交流电输入和输出。
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的连接节点可以连接至电机100中一相的绕组L3的一端，使得与电机100的多个相中的一相相对应的交流电输入和输出。
第二逆变器20也可以具有与第一逆变器10的构造类似的构造。第二逆变器20可以包括多个支路21、22和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支路21、22和23。各个支路21、22和23可以对应于电机100的多个相，以形成电连接。
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的连接节点可以连接至电机100中一相的绕组L1的另一端，使得与电机100的多个相中的一相相对应的交流电输入和输出。
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的连接节点可以连接至电机100中一相的绕组L2的另一端，使得与电机100的多个相中的一相相对应的交流电输入和输出。
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的连接节点可以连接至电机100中一相的绕组L3的另一端，使得与电机100的多个相中的一相相对应的交流电输入和输出。
第一逆变器10可以连接至电机100的绕组L1、L2和L3的一端，第二逆变器20可以连接至电机100的绕组L1、L2和L3的另一端。也就是说，可以形成电机100的绕组L1、L2和L3的两端分别连接至第一逆变器10和第二逆变器20的开放端部绕组结构的电连接。
包括在第一逆变器10和第二逆变器20中的开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16以及S21、S22、S23、S24、S25和S26可以是包括在用于驱动电机的典型的逆变器中的开关元件，并且应当理解为包括实际执行切换的IGBT或FET和在IGBT或FET的源极和漏极之间反向连接的二极管的概念。
多个第三开关元件S31、S32和S33可以连接至电机100的绕组L1、L2和L3的另一端(第二逆变器的交流端子)。第三开关元件S31、S32和S33可以称为“切换开关”。多个切换开关S31、S32和S33的一端可以连接至电机100的绕组L1、L2和L3的另一端，并且另一端可以彼此连接以形成电气短路。
当多个切换开关S31、S32和S33开路时，电机100的绕组L1、L2和L3的两端可以分别连接至第一逆变器10和第二逆变器20，以形成开放端部绕组结构。此外，当多个切换开关S31、S32和S33短路时，电机100的绕组L1、L2和L3的另一端可以彼此电气短路，并且可以形成电机100的绕组L1、L2和L3形成Y型连接的闭合端部绕组结构的电连接。当形成闭合端部绕组结构的电连接时，可以通过对第一逆变器10的开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16执行脉宽调制控制来驱动电机100(即，CEW驱动模式)，并且可以使第二逆变器20的开关元件S21、S22、S23、S24、S25和S26始终保持开路状态。
多个切换开关S31、S32和S33配置为在开放端部绕组结构和闭合端部绕组结构之间切换用于驱动电机的电路连接结构，因此可以统称为切换开关单元30。
控制器40可以对包括在第一逆变器10和第二逆变器20中的开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16以及S21至S26执行脉宽调制控制，使得可以在电机驱动模式下基于电机100的所需输出来驱动电机100。
控制器40可以基于电机100的所需输出确定用于驱动电机的逆变器，因此可以确定切换开关单元30的多个切换开关S31、S32和S33的接通/关断状态，从而可以对确定驱动的逆变器的开关元件执行脉宽调制控制。
例如，当电机100的所需输出小于预定参考值时，控制器40可以将切换开关单元30的多个切换开关S31、S32和S33全部配置为短路状态，并且可以对第一逆变器10的开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16执行脉宽调制控制，而不运行第二逆变器20，从而驱动电机100(即，闭合端部绕组模式)。
在闭合端部绕组(closed-end winding，CEW)模式下，电机的驱动可以实现为：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的相电流以及由设置在电机100中的电机转子传感器检测的电机旋转角度对第一逆变器10的开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16执行脉宽调制控制。由于通过对逆变器中的多个开关元件执行脉宽调制控制来驱动电机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。
同时，当电机100的所需输出大于预定参考值时，控制器100可以将切换开关单元30的多个切换开关S31、S32和S33全部配置为开路状态，并且可以运行第一逆变器10和第二逆变器20两者，以驱动电机100(即，开放端部绕组模式)。在开放端部绕组模式下，可以将电机100驱动为使得多个绕组L1、L2和L3的一端处于开放状态并且另一端也处于开放状态，并且对分别连接至绕组L1、L2和L3两端的两个逆变器10和20执行脉宽调制控制。
在开放端部绕组模式下，电机的驱动可以实现为：控制器100通过接收第一逆变器10和第二逆变器20的直流电压、提供至与电机100的各个相相对应的多个绕组的相电流以及由设置在电机100中的电机转子传感器检测的电机角度等，对第一逆变器10的第一开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16以及第二逆变器20的第二开关元件S21、S22、S23、S24、S25和S26一起执行脉宽控制。
由于在开放端部绕组模式下通过对连接至绕组的两端的两个逆变器执行脉宽调制控制来驱动电机的各种技术在本领域中是已知的，因此将省略对其的进一步详细描述。
在对电池充电的充电模式下，控制器40可以使直流充电电压施加在多个切换开关S31、S32和S33的另一端与电池200的负极端子之间，并且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、S12、S13、S14、S15和S16以及S21至S26、开关S31至S33以及第四开关元件S4，使得基于直流充电电压的幅度对直流充电电压的幅度进行转换并提供至电池。
从外部充电装置300提供的直流电力可以施加在切换开关单元30的多个切换开关S31、S32和S33互相连接的节点与连接至电池200的负极端子的节点之间。也就是说，从外部充电装置300提供的充电电压可以施加在多个切换开关S31、S32和S33互相连接的节点与连接至电池200的负极端子的节点之间。
为了形成或阻断外部充电装置300与电机驱动系统之间的电连接，本发明的示例性实施方案可以进一步包括充电电力施加开关R1和R2以及第四开关元件S4。
车辆可以包括连接至外部充电装置300的充电入口，并且在充电期间，所述充电入口可以与外部充电装置300的充电出口接合。外部充电装置300的充电出口可以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)，这些端子可以分别连接至充电入口的高电位端子和低电位端子。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多个切换开关S31、S32和S33互相连接的节点之间，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电池200的负极端子之间。
充电电容器C可以连接在切换开关单元30的另一端与电池的负极端子之间。此外，第四开关元件S4可以与充电电容器C串联连接。换言之，充电电容器C的一端可以连接在切换开关单元30和第一充电电力施加开关R1互相连接的节点之间，充电电容器C的另一端可以连接至与电池200的负极端子连接的节点。
如上所述，因为第四开关元件S4与充电电容器C串联连接，所以与在大电流(数百安培)的充电电流传导通过的路径上使用继电器的情况不同，不需要确保假设大电流传导的性能。因此，即使使用半导体型开关装置，也可以有效地控制充电电容器C和中性端N之间的连接，而无需针对大电流来增加尺寸或材料成本。例如，与配置为传导大电流的继电器相比，尺寸相对较小且便宜的FET可以应用于第四开关元件S4。在这种情况下，不仅降低了材料成本，而且减小了逆变器模块的整体尺寸，从而可以实现提高输出密度的效果。此外，通过PCB设计将用作继电器的FET安装于逆变器板，可以在无需额外空间的情况下实现用作继电器的FET，并且可以将FET的引脚焊接至逆变器板，从而可以弥补由于车辆行驶时的震动而导致的可靠性下降的缺陷。此外，通过将FET的位置设计在壳体冷却范围内，具有当冷却剂循环以冷却逆变器板时也可以冷却FET的效果。然而，FET是第四开关装置S4的示例性实施方案，因此不一定限于此，并且对于本领域技术人员显而易见的是，可以应用各种半导体类型的开关装置。
因此，在外部充电装置300连接至车辆以进行充电的情况下，当控制器40接通切换开关单元30和第四开关元件S4时，电机绕组L1、L2和L3的中性端N可以形成在切换开关单元30的另一端，充电电容器C可以连接至中性端N。当充电电容器C连接至中性端N时，可以降低外部充电装置300的输入电压纹波并且稳定地保持电压。
然而，当驱动电机100时，为了逆变器10和20的正常运行，充电电容器C需要与中性端N电分离。因此，当控制器40在电机100驱动时关断第四开关元件S4时，充电电容器C的(-)端子可以与地分离，使得充电电容器C可以与电机100的中性端N电分离。
同时，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控制为在电机驱动模式下始终开路。此外，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控制为在电池充电模式下始终处于短路状态。
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和第二充电电力施加开关R2用于在模式继续时保持在确定模式切换或电压升高/降低时确定的开路/短路状态，从而不需要快速切换。因此，第一充电电力施加开关R1和第二充电电力施加开关R2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可以实现为包括用于在电池200的高压端子和低压端子与逆变器的直流端子的两个端子之间形成电连接的接线、第一充电电力施加开关R1和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和第二充电电力施加开关R2与切换开关单元30以及逆变器10和20的直流端子之间的接线的硬件的形式。
图2和图3是示出根据本发明的示例性实施方案的利用电机驱动系统的车辆电池充电系统的运行状态的示意图。
首先，图2示出了在充电模式下从外部充电装置300供应的充电电压(例如，400V)低于车辆的电池200的电压(例如，800V)的示例。
如图2所示，在充电模式下，控制器40可以将所有的充电电力施加开关R1和R2控制为处于短路状态，并且可以将切换开关单元30的开关S31、S32和S33控制为保持短路状态。此外，控制器40可以将第二逆变器20的所有开关元件S21、S22、S23、S24、S25和S26控制为保持开路状态。
因此，电机100的绕组L1、L2和L3、第一逆变器10的连接至绕组L1、L2和L3的一端的上部开关元件S11、S13和S15的二极管以及第一逆变器10的下部开关元件S12、S14和S16可以形成升压转换器的拓扑结构，所述升压转换器配置为沿从外部充电装置300到电池200的方向升高电压。通过使用升压转换器的拓扑结构，可以将从外部充电装置300提供的充电电压升高并提供给电池200，从而可以对电池200充电。
在这种情况下，因为第二逆变器20的直流端子的电压大于从外部充电装置300提供的电压，所以流向第二逆变器20的电流可以由第二逆变器20的上部开关元件S21、S23和S25的反向二极管阻断。
在此，上部开关元件S11、S13、S15是指逆变器的支路中包含的两个开关元件中连接至直流端子的高电位端子的开关元件，而下部开关元件是指连接至直流端子的低电位端子的开关元件。
此外，虽然图2示出了切换开关单元30的所有开关S31、S32和S33保持短路状态然后升高电压的示例，但是控制器40可以选择性地仅使切换开关单元30的开关S31、S32和S33的一部分短路，然后可以对连接至保持短路状态的开关的下部开关元件进行脉宽调制控制，从而可以升高电压。
在对应于电机的各个相的切换开关单元30的开关S31、S32和S33在升高电压时保持短路状态并且第一逆变器10的所有的下部开关S12、S14和S16切换以升高电压的情况下，控制器40可以以交错的方式控制对应于各个相的升压转换器。
使用升压转换器和多个升压转换器(其包括线圈(电感器)、二极管以及用于通过对开关的脉宽调制控制来增大电压的幅度的开关)的交错控制技术在本领域中是公知的，因此将省略对其的额外描述。
接着，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(例如800V)对应于车辆的电池200的电压(例如800V)的情况的示例。在这种情况下，无需提高或降低充电电压，可以直接向电池200供应充电电流，从而对电池200充电。
如图3所示，在充电模式下，控制器40可以将所有的充电电力施加开关R1和R2控制为处于短路状态，并且可以将切换开关单元30的开关S31、S32和S33控制为保持短路状态。此外，控制器40可以将第一逆变器10的所有开关元件S11、S12、S13、S14、S15和S16控制为保持开路状态。
因此，充电电流可以通过第二逆变器20的上部开关S21、S23和S25传输至电池200。
图4是示出根据本发明的示例性实施方案的另一方面的利用电机驱动系统的车辆电池充电系统的电路图。
在图4所示的电机驱动系统中，与图1所示的电机驱动系统相比，改变了串联连接在切换开关单元30的另一端与电池的负极端子之间的充电电容器C'和第四开关元件S4'的连接顺序。
即使通过这种改变，以相同的方式，根据电池是否充电以及电机是否驱动，充电电容器C'和中性端N是否彼此电连接也可以通过对第四开关元件S4'的控制而确定，因此可以根据逆变器壳体的设计进行适当的元件布置。
图5是示出根据本发明的示例性实施方案的电机驱动系统的控制过程的示例的流程图。
参考图5，首先，在操作S510中，控制器40可以确定车辆的当前状态是电机驱动模式还是快速充电模式。
当车辆当前处于电机驱动模式时，在操作S520A中，控制器40可以关断第四开关元件S4，以将电机绕组L1、L2和L3的中性端N与充电电容器C电分离。
此外，在操作S530中，控制器40可以根据电机100的所需输出来确定CEW驱动模式或OEW驱动模式，并且可以根据确定出的驱动模式生成用于驱动电机的电压和电流命令。
在操作S540中，基于电压和电流命令，控制器40可以控制第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件以驱动电机。
另一方面，当车辆当前处于电池充电模式时，在操作S520B中，控制器40可以接通第四开关元件S4，以将电机绕组L1、L2和L3的中性端N与充电电容器电连接。
在操作S550中，控制器40可以通过识别充电装置连接来确定充电电压，并且在操作S560中，可以控制第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件以升高电压，使得可以将充电电流传输至电池，或者可以将充电电流直接传输至电池(如上面参考图2或图3所述)。
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的车辆电池充电系统可以根据从外部充电装置提供的充电电压的幅度，利用为驱动电机的开放端部绕组提供的电机驱动系统来适当地转换充电电压的幅度，从而便于对电池充电。
因此，根据本发明的各个实施方案的利用电机驱动系统的车辆电池充电系统可以消除根据车辆电池的高电压为额外的高压充电设施建设额外的基础设施的需求，从而可以避免社会成本。
此外，根据本发明的各个实施方案的利用电机驱动系统车辆电池充电系统可以以高效率的开放端部绕组方式驱动电机，并且可以实现对应于各种外部充电电压对电池充电。
此外，因为充电电流不直接传导至第四开关元件，所以第四开关元件可以实现为半导体型开关元件，从而可以使逆变器模块小型化，并且可以便于冷却第四开关元件。
此外，与诸如“控制器”、“控制设备”、“控制单元”、“控制装置”、“控制模块”或“服务器”等的控制装置有关的术语指的是包括存储器和处理器的硬件装置，所述处理器配置为执行解释为算法结构的一个或多个步骤。存储器存储算法步骤，并且处理器执行算法步骤以执行根据本发明的各种示例性实施方案的方法的一个或多个过程。根据本发明的示例性实施方案的控制装置可以通过非易失性存储器来实现，所述非易失性存储器配置为存储用于控制车辆的各个组件的操作的算法或关于用于执行该算法的软件命令的数据，并且处理器配置为利用存储在存储器中的数据来执行如上所述的操作。存储器和处理器可以是单独的芯片。或者，存储器和处理器可以集成于单个芯片。所述处理器可以实现为一个或多个处理器。处理器可以包括各种逻辑电路和运算电路，可以根据从存储器提供的程序来处理数据，并且可以根据处理结果来生成控制信号。
控制装置可以是通过预定程序操作的至少一个微处理器，所述预定程序可以包括用于执行包括在前述的本发明的各种示例性实施方案中的方法的一系列命令。
前述的发明也可以实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是能够存储之后可以由计算机系统读取的数据以及能够存储并执行之后可以由计算机系统读取的程序指令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，并且实现为载波(例如，通过互联网传输)。程序指令的示例包括诸如由编译器生成的机器语言代码以及可以由计算机利用解释器等执行的高级语言代码。
在本发明的各种示例性实施方案中，上述每个操作可以由控制装置执行，并且控制装置可以由多个控制装置或集成的单个的控制装置配置。
在本发明的各种示例性实施方案中，控制装置可以实现为硬件或软件的形式，或者可以实现为硬件和软件的组合。
此外，诸如“单元”、“模块”等的包括在说明中的术语指的是用于处理至少一种功能或操作的单元，所述单元可以通过硬件、软件或其组合来实现。
为了方便解释和准确定义所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“上面”、“下面”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“背面”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“内部的”、“外部的”、“向前”和“向后”用于参考附图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。将进一步理解，术语“连接”或其衍生词指的是直接和间接连接两者。
前面对本发明的预定示例性实施方案的描述是为了说明和描述的目的。前述描述并不旨在详尽或将本发明限制在所公开的精确的形式中，并且显然，根据上述教示可以进行多种修改和改变。选择和描述示例性实施方案是为了解释本发明的某些原理和其实际应用，以使本领域其他技术人员能够实施和利用本发明的各种示例性实施方案及其各种替代实施方案和修改实施方案。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种电池充电系统，其用于利用电机驱动系统对电池充电，所述电机驱动系统用于驱动包括分别对应于多个相的多个绕组的电机，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，并且包括连接至电池的直流端子和连接至多个绕组的第一端的交流端子；
第二逆变器，其包括多个第二开关元件，并且包括连接至电池的直流端子和连接至多个绕组的第二端的交流端子；
多个第三开关元件，每个第三开关元件的第一端连接至多个绕组的第二端，每个第三开关元件的第二端彼此连接；
充电电容器，其设置在多个第三开关元件的第二端与电池的负极端子之间，并且在用于对电池充电的充电模式下，直流充电电压施加至所述充电电容器；
第四开关元件，其在多个第三开关元件的第二端与电池的负极端子之间与充电电容器串联连接；以及
控制器，其配置为在充电模式下接通第四开关元件，并且基于直流充电电压的幅度和电池的电压的幅度控制多个第一开关元件、多个第二开关元件和多个第三开关元件的开路/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和第二充电电力施加开关，所述第一充电电力施加开关的第一端连接至多个第三开关元件的第二端，并且高电位的直流充电电压施加至所述第一充电电力施加开关的第二端，所述第二充电电力施加开关的第一端连接至电池的负极端子，并且低电位的直流充电电压施加至所述第二充电电力施加开关的第二端，
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，所述控制器配置为在用于驱动电机的驱动模式下关断第四开关元件。
4.根据权利要求3所述的电池充电系统，其中，当第四开关元件关断时，所述充电电容器与形成在多个第三开关元件的第二端的电机的中性端电分离。
5.根据权利要求1所述的电池充电系统，其中，所述第四开关元件包括场效应晶体管。
6.根据权利要求1所述的电池充电系统，其中，所述第四开关元件安装于安装有第一逆变器和第二逆变器的逆变器板。
7.根据权利要求1所述的电池充电系统，其中，所述充电电容器设置在多个第三开关元件的第二端与第四开关元件之间。
8.根据权利要求1所述的电池充电系统，其中，所述第四开关元件设置在多个第三开关元件的第二端与充电电容器之间。
9.根据权利要求1所述的电池充电系统，其中，在充电模式下，当直流充电电压低于电池的电压时，所述控制器配置为将多个第三开关元件全部控制为处于短路状态，并且配置为对第一逆变器的下部开关元件执行脉宽调制控制以对直流充电电压进行升压，第一逆变器的下部开关元件是下述的开关元件，其连接至第一逆变器中包括的开关元件中的直流端子的低电位端子。
10.根据权利要求1所述的电池充电系统，其中，在充电模式下，当直流充电电压对应于电池的电压时，所述控制器配置为将多个第三开关元件全部控制为处于短路状态，并且配置为将充电电流控制为通过第二逆变器的上部开关元件传输至电池，第二逆变器的上部开关元件是下述的开关元件，其连接至第二逆变器中包括的开关元件中的直流端子的高电位端子。
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