CN202772838U - 一种具有容错功能的电动汽车动力系统 - Google Patents

Abstract

一种具有容错能力的电动汽车动力系统，主要包括一个具有双绕组的电机，以及驱动电机双绕组的功率系统，及供电电池。该电机内设置两套绕组，两套绕组共同驱动电机旋转，两套绕组之间相互绝缘。这样其中一套绕组发生故障，另一套绕组仍然可以驱动电机旋转。为分别驱动这两套绕组，电机驱动器的功率系统也分为两套，分别驱动这两套绕组，这两套功率系统可以共用一套控制系统。电池部分也可以分为两个独立的部分，分别给电机驱动器的两套功率系统供电。

Description

一种具有容错功能的电动汽车动力系统

技术领域

本发明涉及一种电动汽车，特别涉及电动汽车的动力系统。 

背景技术

近年来电动汽车车得到了迅猛发展，电动汽车的可靠性也越来越受到人们的关注。常规的电动汽车采用一台电机作为动力源驱动汽车行进，电机又由电机驱动器进行驱动，电机驱动器的电源又来自于动力电池。这一条动力传输线上的任意一个部件的故障都将会导致动力系统失效。 

发明内容

本发明提出一种具有容错功能的电动汽车动力系统，相比于传统的电动汽车动力系统，本发明提出的电动汽车动力系统可靠性得到了大幅增强。 

电机作为汽车的动力源，是电动汽车的核心部件。为实现其容错运行，同时不显著增加成本，本发明提出在电机内设置两套绕组，两套绕组之间相互绝缘。这样其中一套绕组发生故障，另一套绕组仍然可以工作，驱动电机运行，从而实现电机的容错运行。由于电机采用了两套绕组，则电机驱动器也要做相应的调整。为分别驱动这两套绕组，电机驱动器的功率系统也分为两套，分别驱动这两套绕组。为降低成本，这两套功率系统可以共用一套控制系统，仅功率部分分为两部分，两部分功率系统共同作为控制系统的执行部件。这样做，带来的另一个好处在于，驱动电流能力大大提高了。因为功率系统分为了两个部分，正常工作时，原来由一套功率系统提供的电流由两套功率系统提供。 

电池部分也可以分为两个独立的部分，分别给电机驱动器的两套功率系统供电。这样电动汽车的整个动力系统就变成了一个双冗余系统。 

该电动汽车动力系统，包括一台电机，该电机内具有多套绕组，这多套绕组的作用都是驱动电机旋转；还包括分别驱动这多套绕组的多套功率系统以及给功率系统供电的电池。 

该电动汽车动力系统，电机内具有多套绕组，多套绕组均可设置为3相绕组的结构，并且电机内的多套绕组匝数可以设置为相同。每个电机定子槽内，均可设置有多套绕组，且电机的多套绕组的接法相同。 

该电动汽车动力系统，还包括一个控制系统，该控制系统控制驱动多套绕组的多套功率系统。电机内具有绕组的套数为两套，还包括两个电流传感器，用以测量任意两相的两套绕组电流之和，以及一个用以测量其中一套绕组中的任一相的电流。 

该电动汽车动力系统，也可设置多套控制系统，驱动多套绕组的多套功率系统分别由这多套控制系统控制。 

该电动汽车动力系统，还可包括多套供电电池，分别为驱动多套绕组的多套功率系统供电。 

该电动汽车动力系统，还可包括多套供电电池，多套供电电池分别通过多个断路器共同为驱动多套绕组的多套功率系统供电。 

该电动汽车动力系统，采用的电机可以为永磁无刷直流电机。 

附图说明

图1是电机并联导线拆成双绕组的示意图。 

图2是电机独立双绕组的示意图。 

图3是并联导线拆成双绕组的系统结构框图。 

图4是独立双绕组的系统结构框图。 

图5是并联导线拆成双绕组的故障检测方案图。 

图6是可靠性进一步增强的独立双绕组的系统结构框图。 

图中标号意义：1-绕组甲、2-绕组乙、3-电机、4-绕组丙、5-绕组丁、6-电池、7-电机驱动器、8-功率系统甲、9-功率系统乙、10-控制系统、11-电池甲、12-电池乙、13-控制系统甲、14-控制系统乙、15-电机驱动器甲、16-电机驱动器乙、17-绕组甲A相、18-绕组乙A相、19-绕组甲B相、20-绕组乙B相、21-绕组甲C相、22-绕组乙C相、23-绕组甲电流传感器、24-A相电流传感器、25-B相电流传感器、26-断路器甲、27-断路器乙。 

具体实施方式

为实现电机的容错运行，同时不显著增加成本，在电机内设置两套绕组，两套绕组之间相互绝缘。这两套绕组的功能是相同的，都用来驱动电机运行。根据电机原理可知，要实现上述功能的双绕组，可以采用两种形式：一种是将电机内原有的一套绕组的每相并联匝绕的导线根数一份为二，并将一分为二后的绕组中心点分别接在一起，这样电机3内原有的一套绕组就变成了相互绝缘的两套绕组:绕组甲1和绕组乙 2，如图1所示；另一种是，在电机3内同时设置两套绕组：绕组丙3和绕组丁4，两套绕组相互独立，如图2所示。前一种方案的优点是改造成双绕组后电机的参数没有本质变化，实现起来较方便，但是由于两套绕组紧密结合，两套绕组间的绝缘完全依靠漆包线的漆层，同时一套绕组的过热易引起另一绕组的过热，容错性略差。后一种方案的优点是两套绕组相互独立，绝缘性能好，容错性好，但是制造较前一种方案复杂。 

由于电机采用了两套绕组，则电机驱动器也要做相应的调整。为分别驱动这两套绕组，电机驱动器的功率系统也分为两套，分别驱动这两套绕组。 

如果电机采用的是图1所示的方案，这两套绕组的相位完全相同，为降低成本，驱动这两套绕组的两套功率系统可以共用一套控制系统，仅功率系统分为两部分，两部分功率系统共同作为控制系统的执行部件，结构图如图3所示。功率系统甲8驱动电机3中的绕组甲1，功率系统乙9驱动电机3中的绕组乙2。功率系统甲8与功率系统乙9共同接受控制系统10的控制。功率系统甲8、功率系统乙9以及控制系统10组成了电机驱动器7，电池6同时为功率系统甲8、功率系统乙9供电。功率系统甲8、功率系统乙9可以采用常见的三相全桥结构，控制系统10根据一定的控制算法得出三相全桥各开关管的开关信号，将这些开关信号同时发送给功率系统甲8、功率系统乙9，功率系统甲8、功率系统乙9执行开关信号。从控制的角度来说，这种方案与单绕组的电机控制方案没有本质的区别。 

若电机采用的是图2所示的方案，如果两套绕组绕组丙3和绕组丁4相位相同，则仍可以采用上述的控制方案，但如果两套绕组绕组丙3和绕组丁4相位不同，则控制系统10根据一定的控制算法要分别算出两套绕组的开关信号，控制较复杂。 

为进一步提高可靠性，可以采用图4所示的结构。电机绕组丙3由功率系统甲8驱动，功率系统甲8受控制系统甲13控制，电池甲11为功率系统甲8供电，功率系统甲8与控制系统甲13构成了电机驱动器甲15。电机绕组丁5由功率系统乙9驱动，功率系统乙9受控制系统乙14控制，电池乙12为功率系统乙9供电，功率系统乙9与控制系统乙14构成了电机驱动器乙16。电机驱动器甲15、电机驱动器乙16共同接受整车控制器的控制。这样就构成完全独立的两套电机驱动器，可靠性进一步提高。 

为实现容错运行，还需要相应的故障检测手段，若采用图1所示的方案，可以采用如图5所示的检测方案。A相电流传感器24用来检测绕组甲A相17与绕组乙A相18的总电流，B相电流传感器25用来检测绕组甲B相19与绕组乙B相20的总电流，利用这两个传感器就可以实现对电机3的控制。绕组甲电流传感器23用来检测绕组甲A相17的电流。正常工作时绕组甲电流传感器23检测出的电流接近A相电流传感器24检测出的电流的1/2。通过对绕组甲电流传感器23、A相电流传感器24、B相电流传感器25的检测结果就可以分析出，故障出在绕组甲1这一条线上还是绕组乙2这一条线上，从而切断故障一侧的控制信号，使其停止工作。绕组甲电流传感器23并不一定要检测绕组甲A相17的电流也可检测绕组甲1其他相的电流。 

若采用图2所示的方案，故障检测较简单，因为两个独立控制系统13、14，都必须分别采样两套绕组的A、B相电流，通过两套绕组的A、B相电流的对比，就可以确定故障源。 

在图2所示方案的基础上还可以进一步提高可靠性，如图6所示。图6方案与图2方案的区别在于，图6中电池甲11与电池乙12分别通过断路器甲26与断路器乙27共同给功率系统8、9供电。这样系统容错能力进一步增强。 

图2、图3、图6所示的这三种系统结构，从成本来说第图2方案最优，图6方案最差；从可靠性的角度来说，图6方案最优，图2方案最差。 

上述各种实例均为电机内具有两套绕组的情况，按照相似的原理，可以推导出电机内具有两套以上绕组的各应用实例。 

上述为本发明的几种典型实例，熟悉本领域的普通技术人员在本发明的指导原则下可以从形状到细节对本发明作变化设计。 

Claims (10)

1.一种电动汽车动力系统，其特征在于，包括一台电机，该电机内具有多套绕组，这多套绕组的作用都是驱动电机旋转；还包括分别驱动这多套绕组的多套功率系统以及给功率系统供电的电池。

2.如权利要求1所述的电动汽车动力系统，其特征在于，电机内的多套绕组均为3相绕组的结构。

3.如权利要求2所述的电动汽车动力系统，其特征在于，电机内的多套绕组匝数相同。

4.如权利要求3所述的电动汽车动力系统，其特征在于，每个电机定子槽内，均有多套绕组，且电机的多套绕组的接法相同。

5.如权利要求4所述的电动汽车动力系统，其特征在于，还包括一个控制系统，该控制系统控制驱动多套绕组的多套功率系统。

6.如权利要求5所述的电动汽车动力系统，其特征在于，电机内具有绕组的套数为两套，还包括两个电流传感器，用以测量任意两相的两套绕组电流之和，以及一个用以测量其中一套绕组中的任一相的电流。

7.如权利要求3所述的电动汽车动力系统，其特征在于，还包括多套控制系统，驱动多套绕组的多套功率系统分别由这多套控制系统控制。

8.如权利要求7所述的电动汽车动力系统，其特征在于，还包括多套供电电池，分别为驱动多套绕组的多套功率系统供电。

9.如权利要求7所述的电动汽车动力系统，其特征在于，还包括多套供电电池，多套供电电池分别通过多个断路器共同为驱动多套绕组的多套功率系统供电。

10.如权利要求9所述的电动汽车动力系统，其特征在于，电机为永磁无刷直流电机。

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