CN204361721U - 电动汽车及其电机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了电动汽车及其电机驱动系统，其中，该电机驱动系统除包括控制电路、功率模块和驱动电路模块外，功率模块的电能输出端还与动力电池组的电能输入端相连；功率模块的电能输入端还与外部电源的电能输出端相连；所述电机驱动系统还包括连接于功率模块的电能输出端与动力电池组的电能输入端之间的第一开关、隔离变压器、整流管、输出滤波电感和输出整流电容，连接于动力电池组的电能输出端与功率模块的电能输入端之间的第二开关，连接于功率模块的电能输出端与交流电机的电能输入端之间的第三开关，以及连接于外部电源的电能输出端与功率模块的电能输入端之间的第四开关，以在不增加硬件成本的前提下，实现电动汽车的安全可靠充电。

Description

电动汽车及其电机驱动系统

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车技术领域，更具体地说，涉及电动汽车及其电机驱动系统。

背景技术

电动汽车以可充电的动力电池组作为动力来源，用交流电机驱动车轮行驶，具有节能、环保、噪声小、能量来源广等优良特性，其前景被广泛看好。

电动汽车的充电技术是本领域研究的热点，其充电系统主要包括控制电路、驱动电路模块和功率模块，其中：功率模块通过驱动电路模块连接至控制电路，用于在控制电路的控制下对动力电池组充电。

但是，由于充电系统中的功率模块容量比较小，在长时间大功率应用下容易发热，存在功率管高温爆炸的隐患，而大容量、高可靠性的功率模块造价又高；因此，如何在不增加硬件成本的前提下，实现电动汽车的安全可靠充电，成为本领域亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种电动汽车及其电机驱动系统，以在不增加硬件成本的前提下，实现电动汽车的安全可靠充电。

一种电机驱动系统，包括电能输入端分别连接动力电池组的电能输出端的控制电路、功率模块和驱动电路模块，其中，所述功率模块的电能输出端连接交流电机，所述功率模块的控制信号输入端通过所述驱动电路模块与所述控制电路相连，此外：

所述功率模块的电能输出端还与所述动力电池组的电能输入端相连；

所述功率模块的电能输入端还与外部电源的电能输出端相连；

所述电机驱动系统还包括连接于所述功率模块的电能输出端与所述动力电池组的电能输入端之间的第一开关、隔离变压器、整流管、输出滤波电感和输出整流电容，连接于所述动力电池组的电能输出端与所述功率模块的电能输入端之间的第二开关，连接于所述功率模块的电能输出端与所述交流电机的电能输入端之间的第三开关，以及连接于所述外部电源的电能输出端与所述功率模块的电能输入端之间的第四开关。

可选地，所述电机驱动系统还包括：与所述功率模块的电能输入端相连的预充电电路。

其中，所述预充电电路包括预充电电阻和第五开关，所述预充电电阻和所述第五开关相串联后并联在所述第四开关两端。

可选地，所述电机驱动系统还包括：分别与所述预充电电路的控制信号输入端及所述功率模块相连的预充电控制器。

可选地，所述预充电控制器还与所述控制电路相连；所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关均为可控开关；所述控制电路还分别与所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关的控制信号输入端相连。

可选地，所述电机驱动系统还包括：与所述预充电控制器相连的报警器。

可选地，所述电机驱动系统还包括：与所述控制电路相连的报警器。

可选地，所述电机驱动系统还包括：与所述控制电路相连的显示器。

其中，所述功率模块为智能功率模块IPM。

一种电动汽车，包括上述任一种电机驱动系统。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型将电动汽车的电机驱动系统复用为充电系统使用，由于所述电机驱动系统中的功率模块具有较大的功率容量，足以满足所述充电系统对大容量功率模块的需求，且所述电机驱动系统的安全性能都经过了国家认证机关的严格测试，因此，本实用新型在不增加硬件成本的前提下，提升了电动汽车充电系统的安全可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例公开的一种电机驱动系统结构示意图；

图2为现有技术公开的一种电动汽车充电系统结构示意图；

图3为现有技术公开的一种电动汽车电机驱动系统结构示意图；

图4为本实用新型实施例公开的又一种电机驱动系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图(图1-4中的箭头方向表示信号流向)，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，本实用新型实施例公开了一种电机驱动系统，以在不增加硬件成本的前提下，实现电动汽车的安全可靠充电，包括电能输入端分别连接动力电池组100的电能输出端的控制电路101、功率模块102和驱动电路模块103，其中，功率模块102的电能输出端连接交流电机104，功率模块102的控制信号输入端通过驱动电路模块103与控制电路101相连，此外为将所述电机驱动系统复用为充电控制系统，还应设置：

功率模块102的电能输出端还与动力电池组100的电能输入端相连；

功率模块102的电能输入端还与外部电源105的电能输出端相连；

所述电机驱动系统还包括连接于功率模块102的电能输出端与动力电池组100的电能输入端之间的第一开关106、隔离变压器107、整流管108、输出滤波电感109和输出整流电容110，连接于动力电池组100的电能输出端与功率模块102的电能输入端之间的第二开关111，连接于功率模块102的电能输出端与交流电机104的电能输入端之间的第三开关112，以及连接于外部电源105的电能输出端与功率模块102的电能输入端之间的第四开关113。

本实施例将电动汽车的电机驱动系统复用为充电系统使用，由于所述电机驱动系统中的功率模块具有较大的功率容量，足以满足所述充电系统对大容量功率模块的需求，且所述电机驱动系统的安全性能都经过了国家认证机关的严格测试，因此，本实施例在不增加硬件成本的前提下，提升了电动汽车充电系统的安全可靠性。

为了清楚的描述本实施例所述的技术方案，下面结合现有的电动汽车充电系统和现有的电动汽车电机驱动系统的特性，对本技术方案进行详述。

参见图2，现有的电动汽车充电系统包括控制电路201、驱动电路模块202和功率模块203及其他辅助器件，其中：控制电路201、驱动电路模块202和功率模块203均由外部电源204供电；功率模块203连接动力电池组205的电能输入端，并通过驱动电路模块202接入控制电路201，用于在控制电路201的控制下对动力电池组205供电；所述辅助器件包括连接于功率模块203与动力电池组205的电能输入端之间的隔离变压器206、整流管207、输出滤波电感208和输出整流电容209；此外，当外部电源204为220V/50Hz的交流电时，所述辅助器件还包括连接于外部电源204与功率模块203之间的输入整流模块210。

现有的电动汽车充电系统的工作原理为：控制电路201给出充电信号到驱动电路模块202，驱动电路模块202通过控制功率模块203中的功率管的通断来控制功率模块203的电能输出，功率模块203输出的交流电经过隔离变压器206、整流管207、输出滤波电感208和输出整流电容209处理后，转换成直流电提供给动力电池组205进行充电；同时，控制电路201获取各种信号(包括功率模块203和动力电池组205的反馈信号)，实现充电过程的闭环控制。

现有的电动汽车充电系统的不足之处在于：功率模块203的输出功率一般在2.5kW～10kW左右，而功率模块203进行大电流工作的时间长达5h甚至更多，这对功率模块203的容量要求比较大；以额定功率为2.5kW的功率模块203为例，其容量至少应为3kW，否则长时间的大功率应用，功率模块203容易发热，将可能出现功率模块203中功率管高温爆炸的情况。换句话说，要想提高电动汽车充电系统的安全可靠性，就要保证功率模块203具有足够大的功率容量，但是大容量、高可靠性的功率模块203造价非常高，这大大增加了电动汽车的生产成本和销售价格，不利于电动汽车的普及。

参见图3，现有的电动汽车电机驱动系统包括控制电路301、驱动电路模块302和功率模块303，其中：控制电路301、驱动电路模块302和功率模块303均由动力电池组304供电；功率模块303连接交流电机305的电能输入端，并通过驱动电路模块302接入控制电路301，用于在控制电路301的控制下驱动交流电机305运转。

所述电动汽车电机驱动系统的工作原理为：控制电路301给出电机驱动信号到驱动电路模块302，驱动电路模块302通过控制功率模块303中功率管的通断来控制功率模块303驱动交流电机305运转；同时，控制电路301获取各种信号(前进信号、后退信号、刹车信号、油门信号、电钥匙信号，以及电机转速、电池电压、电机电流、系统温度等反馈信号)，实现电机驱动过程的闭环控制。

所述电动汽车电机驱动系统的优势在于：电机驱动系统是电动汽车的“大脑”，功率模块303的容量一般在30kW以上；而且，所述电机驱动系统的安全性能都经过了国家认证机关的严格测试，安全可靠性高。

基于此，本实施例将电动汽车的电机驱动系统复用为充电系统使用，构建得到了图1所示的系统架构，本领域技术人员只需将充电控制逻辑写入控制电路101，即可实现电机驱动系统与充电系统的集成。改进后的电机驱动系统中的控制电路101的控制逻辑主要是：控制电路101在接收到电机驱动请求、未接收到充电请求的情况下，向驱动电路模块103发送电机驱动信号，以控制功率模块102驱动交流电机104运转；而控制电路101在未接收到电机驱动请求、接收到充电请求的情况下，向驱动电路模块103发送充电信号，以控制功率模块102对动力电池组100充电，后者便是控制电路101对所述充电请求的响应条件及其响应动作，也即控制电路101与现有控制电路301的明显区别之处。

综合上述描述可以看出，由于在现有电机驱动系统中新引入的器件(如第一开关106、隔离变压器107、整流管108等)的硬件成本远远小于现有的充电系统，且电动汽车的电机驱动系统足够为充电系统提供安全可靠的硬件支持，因此，本实施例在不增加硬件成本的前提下，实现了电动汽车的安全可靠充电，解决了现有技术存在的问题。此外，本实施例还减小了电动汽车内部电机驱动系统和充电系统的整体体积，且充电系统的容量要求越大时，该体积较小效果越明显。

此外，在图1示出的系统架构中，考虑到功率模块102的电能输入端一般配置有稳压大电容，若没有小电流预充电，则其直接与外部充电电源相连时，会出现冲击电流，折损零件的使用寿命，因此需要在功率模块102的电能输入端设计预充电电路。

比如：所述预充电电路包括预充电电阻R和第五开关114，其中，预充电电阻R和第五开关114相串联后并联在第四开关113两端(如图4所示)。当第五开关114闭合时，外部电源105首先以小电流对功率模块102预充电，待预充电完成后，断开第五开关114，以保证外部电源105能够以大电流对功率模块102供电。

可选地，仍参见图4，所述电机驱动系统还包括：分别与所述预充电电路的控制信号输入端及功率模块102相连的预充电控制器115(连接关系未示出)。此时，本领域技术人员仅需基于该系统架构对预充电控制器115进行简单编程，即可使预充电控制器115在检测到安全的充电环境时，控制所述预充电电路自动导通(即控制第五开关114自动闭合)，从而实现对功率模块303的预充电。

可选地，预充电控制器115还与控制电路101相连；第一开关106、第二开关111、第三开关112和第四开关113均为可控开关；控制电路101还分别与第一开关106、第二开关111、第三开关112和第四开关113的控制信号输入端相连(连接关系未示出)。此时，本领域技术人员仅需基于该系统架构进行简单编程，即可令预充电控制器115在预充电完成后自动向控制电路101发送充电请求；控制电路101通过控制第一开关106、第二开关111、第三开关112和第四开关113的通断，实现电动汽车在充电与电机驱动两种运行模式间的自由切换。

可选地，所述电机驱动系统还包括：与预充电控制器115相连的报警器，预充电控制器115用于在监测到充电环境出现过压、欠压等状况时，控制所述报警器发出报警信号。

可选地，所述电机驱动系统还包括：与控制电路101相连的报警器；控制电路101用于在同时接收到充电请求和电机驱动请求时，控制所述报警器发出报警信号，从而避免充电与电机驱动模式同时运行造成电动汽车功能紊乱。其中，所述电机驱动请求可采用现有的电钥匙信号，钥匙打到“ON”时所述电钥匙信号开始发送，钥匙打到“OFF”时所述电钥匙信号停止发送；所述充电请求由预充电控制器115在所述电机驱动系统中的功率模块预充电完成后发送。

可选地，所述电机驱动系统还包括：与控制电路101相连的显示器，用于显示控制电路的各项采集、处理及其输出数据。

其中，功率模块102优选智能功率模块IPM，但并不局限。IPM内部集成有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU；它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路模块以及快速保护电路构成，即使发生负载事故或使用不当，也可以保证IPM自身不受损坏。

本实用新型实施例还公开了一种电动汽车，包括上述公开的任一种电机驱动系统，以在不增加硬件成本的前提下，实现所述电动汽车的安全可靠充电。

综上所述，本实用新型将电动汽车的电机驱动系统复用为充电系统使用，由于所述电机驱动系统中的功率模块具有较大的功率容量，足以满足所述充电系统对大容量功率模块的需求，且所述电机驱动系统的安全性能都经过了国家认证机关的严格测试，因此，本实用新型在不增加硬件成本的前提下，提升了电动汽车充电系统的安全可靠性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电机驱动系统，包括电能输入端分别连接动力电池组的电能输出端的控制电路、功率模块和驱动电路模块，其中，所述功率模块的电能输出端连接交流电机，所述功率模块的控制信号输入端通过所述驱动电路模块与所述控制电路相连，其特征在于：

所述功率模块的电能输出端还与所述动力电池组的电能输入端相连；

所述功率模块的电能输入端还与外部电源的电能输出端相连；

所述电机驱动系统还包括连接于所述功率模块的电能输出端与所述动力电池组的电能输入端之间的第一开关、隔离变压器、整流管、输出滤波电感和输出整流电容，连接于所述动力电池组的电能输出端与所述功率模块的电能输入端之间的第二开关，连接于所述功率模块的电能输出端与所述交流电机的电能输入端之间的第三开关，以及连接于所述外部电源的电能输出端与所述功率模块的电能输入端之间的第四开关。

2.根据权利要求1所述的电机驱动系统，其特征在于，还包括：与所述功率模块的电能输入端相连的预充电电路。

3.根据权利要求2所述的电机驱动系统，其特征在于，所述预充电电路包括预充电电阻和第五开关，其中，所述预充电电阻和所述第五开关相串联后并联在所述第四开关两端。

4.根据权利要求2或3所述的电机驱动系统，其特征在于，还包括：分别与所述预充电电路的控制信号输入端及所述功率模块相连的预充电控制器。

5.根据权利要求4所述的电机驱动系统，其特征在于，所述预充电控制器还与所述控制电路相连；

所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关均为可控开关；所述控制电路还分别与所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关的控制信号输入端相连。

6.根据权利要求4所述的电机驱动系统，其特征在于，还包括：与所述预充电控制器相连的报警器。

7.根据权利要求1所述的电机驱动系统，其特征在于，还包括：与所述控制电路相连的报警器。

8.根据权利要求1所述的电机驱动系统，其特征在于，还包括：与所述控制电路相连的显示器。

9.根据权利要求1所述的电机驱动系统，其特征在于，所述功率模块为智能功率模块IPM。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括：权利要求1-9中任一项所述的电机驱动系统。