CN208046288U - 电动车集成充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的电动车集成充电装置，包括整流电路(1)和功率电路(2)，所述整流电路(1)外接交流电源插头，所述功率电路(2)中连接有三相电机M；功率电路(2)依次通过电池充电控制单元(6)、驱动逻辑单元(4)与驱动电路(3)相连，驱动电路(3)的输出端再接至功率电路(2)的控制信号输入端口；所述集成充电装置还包括电机运行控制单元(5)，所述电机运行控制单元(5)通过驱动逻辑单元(4)与驱动电路(3)相连。本实用新型具有电路结构紧凑，总体制造成本降低，使用更方便，充电过程更安全和可靠等优点。

Description

电动车集成充电装置

技术领域

本实用新型涉及电动车充电领域，特别是涉及一种电动车集成充电装置。

背景技术

随着人民生活水平的不断提高，电动车的应用日益普及。电动车充电是电动车使用中的一项十分频繁的工作，电动车充电的便利性和安全性对电动车使用者就显得非常重要。目前，采用低压电池的电动车都是采用独立的充电器对电池进行充电，例如，广泛使用的电动自行车的充电，就是采用与车辆分离的独立开关电源充电器。电动自行车使用中，需要在充电地点配置有相应规格的开关电源充电器，此外，开关电源充电器充电器使用中的放置不当和闲置时的保管不当，易造成受潮或绝缘破损等现象，产生短路发热或漏电的安全隐患。

如果在电动车的电机驱动控制电路的基础上，将充电电路与电机驱动控制电路集成在一起，就可以省去独立的开关电源充电器。这种集成充电电路能使电动车在任何有交流供电的地方就能进行充电操作，无需携带独立开关电源充电器，给使用者带来方便，也减少人为因素造成的安全问题。

中国专利文献CN 106740247 A公开了一种电动车充电与驱动一体化设备，由于需要在原有驱动电路的基础上增加电抗器或DC-DC变换器，增加了装置体积和复杂性。中国专利文献CN 104092273 A公开了一种电动汽车驱动与充电集成控制方法及其应用的电动汽车，其电路结构用于对高压电池进行充电，不适用于低压电池的场合。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种适用于低压电池(例如：48-220V)充电的电动车集成充电装置，在现有电动车驱动电路基础上，将充电控制与电机运行控制集成于一体，构成电动车集成充电装置。对于电动自行车等电压电池系统，无需携带独立开关电源充电器，使电动车充电更加安全和方便。

本实用新型解决其技术问题采用以下的技术方案：

本实用新型提供的电动车集成充电装置，包括整流电路和功率电路，所述整流电路外接交流电源插头，所述功率电路中连接有三相电机M；功率电路依次通过电池充电控制单元、驱动逻辑单元与驱动电路相连，驱动电路的输出端再接至功率电路的控制信号输入端口；所述集成充电装置还包括电机运行控制单元，所述电机运行控制单元通过驱动逻辑单元与驱动电路相连。

所述功率电路内设有模式切换开关K1，电池充电控制单元内设有振荡器和反相器；所述电池充电控制单元包括电压控制器和第一电流控制器、第二电流控制器，电压控制器的输出端与第一电流控制器、第二电流控制器的输入端均相连；所述电压控制器的一个输入端接至功率电路内的电池B正极，所述电压控制器的另一个输入端接至参考电压V_Bref；所述三相电机M的绕组L2上接有电流传感器S1，三相电机M的绕组L3上接有电流传感器S2；所述第一电流控制器有三个输入端，其中第1个输入端口接至电流传感器S1，第2个输入端口接至振荡器输出端，第3个输入端口接至电压控制器的输出端；所述第二电流控制器有三个输入端，其中第1个输入端口接至电流传感器S2，第2个输入端口接至反相器的输出端，第3个输入端口接至电压控制器的输出端；振荡器的输出与反相器的输入端相连。

所述功率电路中，电池B与电容C2并联，然后与6个场效应功率开关管Q1～Q6组成的三相桥式电路相并联，该三相桥式电路还包括二极管D1～D6，其连接关系为，将功率开关管Q1、Q4，Q3、Q6，Q5、Q2分成三组，功率开关管Q1的源极与功率开关管Q4的漏极相连，功率开关管Q3的源极与功率开关管Q6的漏极相连，功率开关管Q5的源极与功率开关管Q2的漏极相连；二极管D1～D6的正极分别接至功率开关管Q1～Q6的源极，二极管D1～D6的负极分别接至功率开关管Q1～Q6的漏极；三相电机M包括绕组L1、L2、L3，绕组L1与功率开关管Q1、Q4的中点U相连，绕组L2与功率开关管Q3、Q6的中点V相连，绕组L3与功率开关管Q5、Q2的中点W相连，功率开关管Q1、Q3、Q5的漏极相连后接至电池B的正极，功率开关管Q4接电池B的负极，功率开关管Q6、Q2的源极相连接并接地；所述模式切换开关K1包括中间触点、常闭触点和常开触点，中间触点和常闭触点位于功率开关管Q4、Q6的源极之间，常开触点与整流电路负极一端相连。

所述整流电路包括二极管D7～D10、电容器C1、滤波器F和插接件X；交流电源的火线和零线通过插接件X接入整流电路，滤波器F包括火线线圈和零线线圈，两线圈分别接在火线、零线上，两线圈间通有磁芯；二极管D9的负极接至二极管D7的正极，并与火线线圈相连；二极管D10的负极接至二极管D8的正极，并与零线线圈相连；二极管D7、D8的负极相连，二极管D9、D10的正极相连；二极管D9、D7组成的串联支路与二极管D10、D8组成的串联支路相并联后再与电容C1并联，其中二极管D7、D8的负极接至电池B正极，二极管D9、D10的正极接至模式切换开关K1的常开触点。

所述驱动逻辑单元设有与模式切换开关K1同步联动的逻辑开关K2，逻辑开关K2用于切换所述驱动电路的输入信号源；逻辑开关K2包括六个联动的逻辑开关单元K2-1～K2-6，各逻辑开关单元均包括中间触点、常闭触点和常开触点，其中间触点连接到驱动电路的输入信号端，其常闭触点连接到电机运行控制单元的输出端，逻辑开关单元K2-1、K2-3、K2-5的常开触点与地相连接，逻辑开关单元K2-4的常开触点与控制电源+V1连接，逻辑开关单元K2-6的常开触点与充电控制单元中的第一电流控制器输出端连接，逻辑开关单元K2-2的常开触点与充电控制单元中的第二电流控制器的输出端连接。

所述整流电路的输入端还接有与所述模式切换开关K1相关联的继电器线圈；继电器线圈失电时，所述模式切换开关K1的中间触点与其常闭触点相接触，继电器线圈得电时，中间触点与其常开触点相接触。

所述电池充电控制单元还包括电压检测电路，电压检测电路包括电阻R1～R4和三极管T1，电阻R1与电阻R2相串联，电阻R1的另一端接至电池B的正极，电阻R2的另一端接至电池B的负极，电阻R3连接在三极管T1的发射极与电池B的正极之间，三极管T1的集电极经电阻R4接地；电压控制器包括电阻R5、R6、电容C5和运算放大器P1，运算放大器P1的反相输入端经电阻R5与三极管T1的集电极连接，运算放大器P1的同相输入端接参考电源VBref，电阻R6与电容C5相串联后再连接在运算放大器P1的输出端与反相输入端之间。

所述第一电流控制器包括触发器DF1、比较器P2、电流源I1、电容器C3和金属氧化物半导体场效应管M1，比较器P2的反相输入端与运算放大器P1的输出端连接，比较器P2的同相输入端与电流传感器S1的输出端相连接，同时，比较器P2的同相输入端还与所述金属氧化物半导体场效应管M1的漏极连接；电流源I1输入端与控制电源+V1连接，电容器C3的一端与所述金属氧化物半导体场效应管M1的漏极相连并连接到电流源I1的输出端，电容器C3的另一端与所述金属氧化物半导体场效应管M1的源极相连接后接地；触发器DF1的复位端连接到比较器P2的输出端，触发器DF1的置位端与振荡器的输出端连接，触发器DF1的反相输出端连接到所述金属氧化物半导体场效应管M1的栅极，触发器DF1的同相输出端与驱动逻辑单元中与门A4的一个输入端相连接。

所述第二电流控制器包括触发器DF2、比较器P3、电流源I2、电容器C4和金属氧化物半导体场效应管M2，比较器P3的反相输入端与运算放大器P1的输出端连接，比较器P3的同相输入端与电流传感器S2的输出端、所述金属氧化物半导体场效应管M2的漏极连接；电流源I2的输入端与控制电源+V1连接，电容器C4的一端与所述金属氧化物半导体场效应管M2的漏极相连并连接到电流源I2的输出端，电容器C4的另一端与所述金属氧化物半导体场效应管M2的源极后接地；触发器DF2的复位端连接到比较器P3的输出端，触发器DF2的置位端与反相器P0的输出端连接，触发器DF2的反相输出端连接到所述金属氧化物半导体场效应管M2的栅极，触发器DF2的同相输出端与驱动逻辑单元4中的与门A6的一个输入端相连接。

所述驱动逻辑单元包括与门A1～A7、或门O1～O3、反相器P4和检测电路，其中：检测电路包括电阻R7、R8和比较器P5；反相器P4的输入端与比较器P5的输出连接，比较器P5的同相输入端接控制电源+V1，比较器P5的反相输入端接在串联电阻R7和R8的连接点，电阻R7的另一端与电池B的负极连接，电阻R8的另一端接地，电容C6与电阻R8并联。

上述驱动逻辑单元中，与门A1的一个输入端与电机运行控制单元的一个输出端连接，与门A1的另一个输入端与比较器P5输出端连接，与门A1的输出端与驱动电路的一个输入端连接。

上述驱动逻辑单元中，或门O1的一个输入端与电机运行控制单元的一个输出端连接，或门O1的另一个输入端与反相器P4的输出端连接，或门O1的输出端与驱动电路的一个输入端连接。

上述驱动逻辑单元中，与门A2的一个输入端与电机运行控制单元的一个输出端连接，与门A2的另一个输入端与比较器P5的输出端连接，与门A2的输出端与驱动电路的一个输入端连接。

上述驱动逻辑单元中，与门A3的一个输入端与电机运行控制单元的一个输出端连接，与门A3的另一个输入端与比较器P5的输出端连接，与门A4的一个输入端与电池充电控制单元中触发器DF1的同相输出端连接，与门A4的另一个输入端与反相器P4的输出端连接；或门O2的一个输入端与与门A3的输出端相接，或门O2的另一个输入端连接到与门A4的输出端，或门O2的输出端与驱动电路的一个输入端连接。

上述驱动逻辑单元中，与门A5的一个输入端与电机运行控制单元的一个输出端连接，与门A5的另一个输入端与比较器P5的输出端连接，与门A5的输出端与驱动电路的一个输入端连接。

上述驱动逻辑单元中，与门A6的一个输入端与电池充电控制单元中触发器DF2的同相输出端连接，与门A6的另一个输入端与反相器P4的输出端连接；与门A7的一个输入端与电机运行控制单元的一个输出端连接，与门A7的另一个输入端与比较器P5的输出端连接；或门O3的一个输入端与与门A6的输出端相接，或门O3的另一个输入端连接到与门A7的输出端，或门O3的输出端与驱动电路3的一个输入端连接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下的主要优点：

其一，采用电动车集成充电装置，与电动车配置独立充电器方式相比，电路结构紧凑，总体制造成本降低。在电动车的电机驱动控制电路的基础上，将充电控制与电机运行控制集成于一体，构成电动车集成充电装置，功率开关电路和电机绕组既被用于电动车的驱动控制，又被用于充电控制，省去了复杂的独立开关电源电路和装置。

其二，采用电动车集成充电装置，电动车的使用更方便、充电过程更安全和可靠。采用电动车集成充电装置后，使用者无需配置或携带独立充电器，在任何有交流供电的场所都能方便地给电动车电池充电。采用电动车集成充电装置的电动车无外置带电移动器具，外置电缆及其连接减少，可靠性增加，也避免了独立充电器使用中的不正确放置和未妥善保管造成的用电安全问题。

附图说明

图1是现有电动车充电方式示意图。

图2是按照本实用新型一实施方式用于电动车集成充电装置和方法的结构示意图。

图3是按照本实用新型一实施方式用于电动车集成充电装置和方法的电路原理示意图。

图4是按照本实用新型一实施方式用于电动车集成充电装置电池充电控制的电路示意图。

具体实施方式

如图1所示，现有的电动车充电方式是在电动车的功率电路2之外，为电动车配置独立充电器(220V，50Hz)。电动车需要充电时，将独立充电器直流输出的正极端和负极端通过接插件X分别连接到电池B的正极端和负极端，由独立充电器对电池B进行充电。充电完毕，将独立充电器从插接件移除，独立充电器与车辆分离。其中，电池B与电容C2并联，然后与6个场效应功率开关管Q1～Q6组成的三相桥式电路相并联。该三相桥式电路除Q1～Q6外，还包括二极管D1～D6，连接关系为：分成Q1、Q4，Q3、Q6，Q5、Q2三对功率开关管，Q1的源极与Q4的漏极相连，Q3的源极与Q6的漏极相连，Q5的源极与Q2的漏极相连。D1～D6的正极分别接至Q1～Q6的源极，D1～D6的负极分别接至Q1～Q6的漏极。三相电机M包括绕组L1、L2、L3，L1与Q1、Q4的中点U相连，L2与Q3、Q6的中点V相连，L3与Q5、Q2的中点W相连。Q1、Q3、Q5的漏极相连后接至电池B的正极，Q4、Q6、Q2的源极相连后接至电池B的负极。

本实用新型提供的电动车集成充电装置，是在现有电机运行电力电子变换电路基础上增加整流电路、模式切换开关、电池充电控制单元和驱动逻辑单元，利用原有的功率开关器件并利用电机绕组电感，将电机运行控制和电池充电控制的集成于一体，构成电动车集成充电装置。所述整流电路经模式切换开关与功率电路连接，驱动逻辑单元设有逻辑开关，逻辑开关与模式切换开关同步联动，用于切换驱动电路输入端的信号来源。本实用新型通过操作模式切换开关改变功率电路的结构，同时操作逻辑开关改变驱动控制回路，当由电机运行控制单元提供驱动信号时，该装置工作于电机运行工作模式，当由电池充电控制单元提供驱动信号时，该装置工作于电池充电控制模式。

本实用新型提供的电动车集成充电装置，适用于构成低压电池(例如：48V-220V)供电电动车的电池充电控制和电机运行控制的集成系统。在电动车的电机运行控制系统的基础上增加整流电路和开关元件构成电动车集成充电装置，功率开关电路和电机绕组既被用于电动车的运行，又被用于电池充电，省去了复杂的独立开关电源电路和装置，电路结构紧凑，总体制造成本降低。采用电动车集成充电装置，电动车使用者无需配置或携带独立充电器，在任何有交流供电的场所都能方便地给电动车电池充电，电动车的使用更方便和安全。

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不限定本实用新型。

实施例1.电动车集成充电装置

电动车集成充电装置的结构如图2所示，电动车集成充电装置由电动机M、电池B、整流电路1、功率电路2、驱动电路3、驱动逻辑单元4、电机运行控制单元5和电池充电控制单元6组成。所述功率电路2内设有模式切换开关K1，所述整流电路的母线负极经模式切换开关与功率电路的母线负极连接；驱动电路的输出端分别与功率电路中的三个桥臂上的六个功率开关管的栅源极对应连接，驱动电路的输入端与驱动逻辑单元的输出端连接；驱动逻辑单元的输入分别与电机运行控制单元和电池充电控制单元的输出端连接。电池充电控制单元的输入分别为功率电路中的电池电压和电机两个绕组的电流信号。

所述整流电路1由整流二极管D7-D10、电容器C1、滤波器F和插接件X组成。交流电源的火线和零线通过插接件X接入整流电路，滤波器F包括火线线圈和零线线圈，两线圈分别接至外接220V交流电源的火线、零线上，两线圈间通有磁芯。二极管D9的负极接至二极管D7的正极，并与F火线线圈相连；二极管D10的负极接至二极管D8的正极，并与F的零线线圈相连；二极管D9、D7相串联组成的支路与二极管D10、D8相串联组成的支路并联连接后再与电容C1相并联。其中二极管D7、D8的负极接至B正极，二极管D9、D10正极接至模式切换开关K1的常开触点。

所述功率电路2，包括：由功率开关管(功率MOSFET，功率型金属氧化物半导体场效应晶体管)Q1-Q6和对应并联二极管D1-D6构成三相桥式电路，该桥式电路的结构与图1一致，区别仅在于Q4和Q6的源极是通过模式切换开关K1的常闭触点和中间触点相连的，Q6、Q2的源极还接地。本实用新型的MOSFET可选用N沟道型，如图2所示，N沟道MOSFET Q1包含三个极，即栅极(G极)、源极(S极)和漏极(D极)，其S极与二极管D1的正极相连，D极与二极管D1的负极相连，而Q1的另外一个极即为G极与驱动电路的输出端相连。其中，Q1和D1与Q4和D4分别组成桥臂a的上桥臂和下桥臂，Q3和D3与Q6和D6分别组成桥臂b的上桥臂和下桥臂，Q5和D5与Q2和D2分别组成桥臂c的上桥臂和下桥臂；三相桥式电路的直流母线上并联有电容器C1和电池B；在三个桥臂a、b、c的中点U,V和W处分别连接电动机的星型绕组L1、L2和L3。

所述整流电路1的母线负极经模式切换开关K1的常开触点和中间触点与功率电路2的母线负极(各下桥臂所连的母线)连接；驱动电路3的输出端为功率电路2中功率开关管的栅极驱动信号，栅极驱动信号分别与功率电路2中的三个桥臂上的六个功率开关管Q1-Q6的栅源极对应连接(Q_g1与Q1的G极和S极均相连，其余Q_gi也同样与Qi的G极和S极相连，i＝2…6，驱动电路3的输入端与驱动逻辑单元4的输出端连接；驱动逻辑单元4的输入分别与电机运行控制单元5和电池充电控制单元6的输出端连接。电池充电控制单元6的输入分别为功率电路2中的电池B电压信号和电机绕组L2和L3的电流传感器S1、S2的信号。

所述功率电路2的桥臂a下桥臂与桥臂b下桥臂之间的负极直流母线上设有模式切换开关K1，用于切换功率电路2的结构。其中，模式切换开关K1的中间触点连接桥臂b下桥臂侧的负极直流母线，模式切换开关K1的常闭触点与桥臂a下桥臂侧的负极直流母线连接，模式切换开关K1的常开触点连接整流电路1的直流母线负极。

所述驱动逻辑单元4设有与模式切换开关K1同步联动的逻辑开关K2，逻辑开关K2用于切换所述驱动电路3的输入信号源；逻辑开关K2包括六个联动的逻辑开关单元K2-1～K2-6，各逻辑开关单元均包括中间触点、常闭触点和常开触点，其中间触点连接到驱动电路3的输入信号端，其常闭触点连接到电机运行控制单元5的输出端，逻辑开关单元K2-1、K2-3、K2-5的常开触点与地相连接，逻辑开关单元K2-4的常开触点与控制电源+V1连接，逻辑开关单元K2-6的常开触点与充电控制单元6中的第一电流控制器输出端连接，逻辑开关单元K2-2的常开触点与充电控制单元6中的第二电流控制器的输出端连接。

所述模式切换开关K1为两位手动开关，用于改变功率电路2的电路连接关系，分别形成电动车的电机运行电路(模式切换开关的中间触点接至其常闭触点)和电池充电电路两种结构(模式切换开关的中间触点接至其常开触点)。

如图2所示，所述电池充电控制单元6含有电压控制器、第一电流控制器和第二电流控制器。其中：电压控制器的一个输入为电池B的电压(接至B的正极)，电压控制器的另一个输入端接至参考电压V_Bref，电压控制器的输出端连接到两个电流控制器的输入端，用于为两个电流控制器提供电流参考信号。电池充电控制单元6内设有振荡器和反相器，振荡器的输出与反相器的输入端相连。所述三相电机M的绕组L2上接有电流传感器S1，三相电机M的绕组L3上接有电流传感器S2；所述第一电流控制器有三个输入端，其中，第1个输入端接至功率电路2中电机绕组L2的电流传感器S1的输出端，用于检测绕组L2的电流信号。第2个输入端接至振荡器输出端，用于接收振荡器的输出时钟脉冲信号，第3个输入端口接至电压控制器的输出端；即：第一电流控制器的输入为所述电流参考信号、时钟脉冲信号和与桥臂b中点连接的电动机绕组L2的电流信号；第一电流控制器的输出信号经逻辑开关单元4和驱动电路3后，产生对桥臂b下桥臂功率管Q6的驱动信号(接至K2-6)。

所述第二电流控制器也有三个输入端，其中，第1个输入端接至功率电路2中电机绕组L3的电流传感器S2的输出端，用于检测绕组L3的电流信号。第2个输入端接至反相器输出端，用于接收反相器的输出时钟脉冲信号，第3个输入端口接至电压控制器的输出端；即：第二电流控制器的输入为所述电流参考信号、反相后的时钟脉冲信号和与桥臂c中点连接的电动机绕组L3的电流信号；第二电流控制器的输出信号经逻辑开关单元4和驱动电路3后，产生对桥臂c下桥臂功率管Q2的驱动信号(接至K2-2)。

实施例2.电动车集成充电装置

实施例2为实施例1进一步优选后的实施方案，其所提供的电动车集成充电装置中电池充电控制单元6和驱动逻辑单元4的电路如图3所示，用于低压电池供电电动车的电池充电控制和功率电路的驱动。

图3中，整流电路1、功率电路2、驱动电路3和电机运行控制单元5与图2中相同。所不同的是整流电路1中的模式切换开关K1为电磁开关，即交流继电器。

图3中，所述模式切换开关K1的电磁线圈连接在整流电路1的输入端(例如图中的二端口220V交流电源)，模式切换开关K1对应触点连接在功率电路2上，各触点端子的连接方式与图2一致。当整流电路1的输入侧接有交流电时，模式切换开关K1的线圈得电动作，其中间触点离开常闭触点与常开触点接通，功率电路2自动从电机运行电路结构切换到电池充电电路结构。

图3中，电池充电控制单元6中，由电阻R1、R2、R3、R4和PNP型三极管T1构成对功率电路2中电池B的电压检测电路。所述电阻R1与R2相串联后分别连接到功率电路2直流母线的正极和负极端，即电池B的正极与负极端，图中为R1与R2相串联后，R1的上侧端口接正极，R2的下侧端口接负极。电阻R3连接在晶体管T1的发射极与电池B的正极之间，T1的集电极经电阻R4接地。

电阻R5、R6、电容C5和运算放大器P1组成电压控制器。运算放大器P1的反相输入端经电阻R5与T1的集电极连接，同相输入端接参考电压VBref，电阻R6与电容C5相串联后再连接在运算放大器P1的输出端与反相输入端之间。

由触发器DF1、比较器P2、电流源I1、电容器C3和场效应管M1构成第一电流控制器。比较器P2的反相输入端与运算放大器P1的输出端连接，比较器P2的同相输入端与电流传感器S1的输出端相连接，同时，比较器P2的同相输入端还与N沟道型场效应管M1的漏极连接。电流源I1输入端与控制电源+V1连接，电容器C3的上端与电流源I1的输出端相连接，还与场效应管M1的漏极相连，电容器C3的下端接地，电容器C3的下端还与场效应管M1的源极相连接。触发器DF1的复位端(R端)连接到比较器P2的输出端，置位端(S端)与振荡器的输出端连接；触发器DF1的反相输出端(端)连接到场效应管M1的栅极，触发器DF1的同相输出端(Q端)与驱动逻辑单元4中的与门A4的一个输入端相连接。

由触发器DF2、比较器P3、电流源I2、电容器C4和N沟道型场效应管M2构成第二电流控制器。比较器P3的反相输入端与运算放大器P1的输出端连接，比较器P3的同相输入端与电流传感器S2的输出端相连接，同时，比较器P3的同相输入端还与场效应管M2的漏极连接。电流源I2输入端与控制电源+V1连接，电容器C4的上端与电流源I2的输出端相连接，还与场效应管M2的漏极相连，电容器C4的下端接地，电容器C4的下端还与场效应管M2的源极相连接。触发器DF2的复位端连接到比较器P3的输出端，置位端与反相器的输出端连接，触发器DF2的反相输出端连接到场效应管M2的栅极，同相输出端与驱动逻辑单元4中的与门A6的一个输入端相连接。

反相器的输入端与振荡器的输出端相连接。

图3中：驱动逻辑单元4由与门A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、或门O1、O2、O3、反相器P4和检测电路构成；其中，检测电路包括电阻R7、R8和比较器P5。

反相器P4的输入端与比较器P5的输出连接，比较器P5的同相输入端接控制电源+V1，反相输入端接在串联电阻R7和R8的连接点，电阻R7的另一端与电池B的负极连接，电阻R8的另一端接地，电容C6与电阻R8并联。

与门A1的一个输入端与电机运行控制单元5的一个输出端连接，另一个输入端与比较器P5输出端连接。与门A1的输出端与驱动电路3的一个输入端连接，用于产生功率电路2中功率开关管Q1的栅极驱动信号Q_g1。

或门O1的一个输入端与电机运行控制单元5的一个输出端连接，另一个输入端与反相器P4的输出端连接，或门O1的输出端与驱动电路3的一个输入端连接，用于产生功率电路2中功率开关管Q4的栅极驱动信号Q_g4。

与门A2的一个输入端与电机运行控制单元5的一个输出端连接，另一个输入端与比较器P5输出端连接。与门A2的输出端与驱动电路3的一个输入端连接，用于产生功率电路2中功率开关管Q3的栅极驱动信号Q_g3。

与门A3的一个输入端与电机运行控制单元5的一个输出端连接，另一个输入端与比较器P5的输出端连接；与门A4的一个输入端与电池充电控制单元6中触发器DF1的同相输出端连接，与门A4另一个输入端与反相器P4的输出端连接；或门O2的一个输入端与与门A3的输出端相接，另一个输入端连接到与门A4的输出端，或门O2的输出端与驱动电路3的一个输入端连接，用于产生功率电路2中功率开关管Q6的栅极驱动信号Q_g6。

与门A5的一个输入端与电机运行控制单元5的一个输出端连接，另一个输入端与比较器P5输出端连接。与门A5的输出端与驱动电路3的一个输入端连接，用于产生功率电路2中功率开关管Q5的栅极驱动信号Q_g5。

与门A6的一个输入端与电池充电控制单元6中触发器DF2的同相输出端连接，与门A6另一个输入端与反相器P4的输出端连接；与门A7的一个输入端与电机运行控制单元5的一个输出端连接，另一个输入端与比较器P5的输出端连接；或门O3的一个输入端与与门A6的输出端相接，另一个输入端连接到与门A7的输出端，或门O3的输出端与驱动电路3的一个输入端连接，用于产生功率电路2中功率开关管Q2的栅极驱动信号Q_g2。

图3中，所述电动车集成充电装置，设有检测模式切换开关K1常闭触点与中间触点之间电压变化的检测电路，模式切换开关K1动作时，检测电路的输出逻辑信号使驱动逻辑单元4中的逻辑开关同步切换。所述检测电路由电阻R7、R8、电容C6和比较器P5构成，当模式切换开关K1常闭触点闭合时，即常闭触点与中间触点接触时，比较器P5同相输入端的电平高于反相输入端的电平，比较器P5输出高电平，反相器P4输出低电平，此时经逻辑选择，驱动信号Q_g1～Q_g6由电机运行控制单元5产生。当模式切换开关K1常开触点闭合时，即常闭触点与中间触点接触时，比较器P5反相输入端的电平高于同相输入端的电平，比较器P5输出低电平，反相器P4输出高电平，此时经逻辑选择，驱动信号Q_g1、Q_g3、Q_g5被置为低电平，Q_g4被置为高电平，Q_g6和Q_g2由电池充电控制单元6产生。

图3中：电机运行控制单元5可采用专业芯片MC33035或微控制器PIC16F72实现，驱动电路3可采用驱动芯片IR2103；电池充电控制单元6的恒流源I1、I2可采用相连的稳压管MM3Z2V4T1G和三极管NSS40300MZ4J1T构成，振荡器可采用NE555芯片或微控制器软件定时时钟产生，反相器可采用集成芯片7406或采用微控制器软件实现，所述的各运算放大器和各比较器可分别采用OP7和LM339集成芯片实现。

实施例3.电动车集成充电控制过程

本实用新型提供的电动车集成充电控制装置，使电动车集成充电工作于电机运行和电池充电两种工作模式，分别进行电动车的电机运行控制和电池充电控制。

(1)电机运行工作模式：

如图2所示，将模式切换开关K1常闭触点闭合(常开触点断开)，同时，使驱动逻辑单元4中与模式切换开关K1同步联动的逻辑开关K2的常闭触点也闭合(常开点断开)，电机运行控制单元5的输出端与驱动电路3输入端成连接状态，电机运行控制单元5的输出信号经驱动电路3后，产生对功率电路2三个桥臂上的功率开关管Q1-Q6进行开关控制的栅极驱动信号Q_g1-Q_g6，由电机运行控制单元5对电动机运行状态进行控制，电动车集成充电装置处于电机运行工作模式。

(2)电池充电工作模式：

如图2所示，将模式切换开关K1常开触点闭合(常闭触点断开)，同时，使驱动逻辑单元4中与模式切换开关K1同步联动的逻辑开关K2常开触点也被闭合(常闭触点断开)，功率电路2的桥臂a的上桥臂功率开关管Q1的栅极驱动信号被置零，下桥臂功率开关管Q4栅极驱动信号被置高电平；桥臂b的上桥臂功率开关管Q3的栅极驱动信号被置零，桥臂c的上桥臂功率开关管Q5的栅极驱动信号被置零；所述电池充电控制单元6的第一电流控制器输出信号经驱动电路3后，产生对功率电路2的桥臂b下桥臂功率开关管Q6进行开关控制的栅极驱动信号；第二电流控制器的输出信号经驱动电路3放大后，产生对功率电路2的桥臂c下桥臂功率开关管Q2进行开关控制的栅极驱动信号，由电池充电控制单元6对电池B的充电电压和电流进行控制，电动车集成充电装置处于电池充电工作模式。

在电池充电工作模式下，电压控制器检测电池电压，并与参考电压进行比较形成误差信号，电压控制器对该误差信号进行运算后的输出信号，作为两个电流控制器的输入电流参考信号。

在电池充电工作模式下，第一电流控制器工作在峰值电流控制方式，第一电流控制器检测电动机绕组L2的电流信号，经驱动逻辑电路4的逻辑控制和驱动电路3的功率放大，产生对功率开关管Q6的PWM(脉冲宽度调制)驱动信号，形成对电池充电电压和电机绕组L2峰值电流的双闭环控制。

在电池充电工作模式下，第二电流控制器工作在峰值电流控制方式，第二电流控制器检测电动机绕组L3的电流信号，经驱动逻辑电路4的逻辑控制和驱动电路3的功率放大，产生对功率开关管Q2的PWM驱动信号，形成对电池充电电压和电机绕组L3峰值电流的双闭环控制。

电池充电工作模式下的等效电路如图4所示。电池充电工作原理为：首先，当模式切换开关K1常开触点闭合(常闭触点断开)后，整流电路1的直流母线负极连接到功率电路2的桥臂a和桥臂b下桥臂的负极直流母线上；同时，桥臂a的下桥臂同电池负极的连接端与桥臂a和桥臂b下桥臂的负极直流母分离(即Q4、Q6的源极连接处断开)。其次，逻辑开关K2与模式切换开关K1同步动作，逻辑开关K2的常开触点也被闭合(常闭触点断开)，功率开关管Q1、Q3和Q5被关断，功率开关管Q4被开通；功率开关管Q6的栅极与Q2的栅极接受电池充电控制单元6的输出控制信号。

图4中，电池充电控制单元6的输出经驱动逻辑单元4和驱动电路3对功率开关管Q6与功率开关管Q2的栅极和源极间施加栅极驱动信号。电流流通情况如下：

(1)当功率开关管Q6开通时，电流通路为：整流电路1的直流母线正极(C1上端+号处)→电池正极→电池负极→功率开关管Q4→绕组L1→绕组L2→功率开关管Q6→整流电路1的直流母线负极(C1下端-号处)，形成电源对电池充电的电流回路。当功率开关管Q6关断时，电流通路为：绕组L2右端→二极管D3→电池正极→电池负极→功率开关管Q4→绕组L1→绕组L2左端，形成绕组L1和L2的续流对电池充电的电流回路。

(2)当功率开关管Q2开通时，电流通路为：整流电路1的直流母线正极→电池正极→电池负极→功率开关管Q4→绕组L1→绕组L3→功率开关管Q2→整流电路1的直流母线负极，形成电源对电池充电的电流回路。当功率开关管Q2关断时，电流通路为：绕组L3右端→二极管D5→电池正极→电池负极→功率开关管Q4→绕组L1→绕组L3左端，形成绕组L1和L3的续流对电池充电的电流回路。

通过上述两种电流通路的控制，实现将市电整流后对电动车电池的降压变换充电控制。

下面结合图3和图4，进一步说明在电池充电工作模式下本实用新型提供的电动车集成充电装置优选的工作原理，以功率电路2中功率开关管Q6开关工作过程说明其原理：在电池电池工作模式下，电池充电控制单元6中的振荡器输出正脉冲信号，施加在触发器DF1置位端，触发器DF1的同相输出端被锁存为高电平，该高电平信号经驱动逻辑单元4传送到驱动电路3，产生功率开关管Q6的栅极驱动信号G_g6，功率开关管Q6开通。当功率开关管Q6开通后，形成了上述电流流通情况(1)中电源对电池充电的电流回路。此时，绕组L2的电流上升，绕组L2上的电流经电流传感器S1检测得到电流反馈信号，该电流反馈信号反馈到电池充电控制单元6中比较器P2的同相输入端，与加在比较器P2反相输入端的来自运算放大器器P1输出端的电流参考信号进行比较，一旦电流反馈信号大于电流参考信号，比较器P2输出高电平信号，于是，触发器DF1立即复位，其同相输出端被锁存为低电平，功率开关管Q6被关断，绕组L2上的电流即电池充电电流的上升被限制。当振荡器下一个正脉冲信号到来时，重复上述过程。此外，由于比较器P2的反相输入端信号是来自对电池电压进行反馈控制的电压控制器的输出信号，最终形成了电池充电工作模式下的电压外环和电流内环的双闭环控制，使电池充电电压和充电电流得到控制。

功率电路2中功率开关管Q2工作过程与功率开关管Q6工作过程相似，不同之处在于触发器DF2的置位信号来自反相器的输出，故功率开关管Q2与功率开关管Q6可交替工作。

恒流源I1、电容器C3和场效应管M1构成斜率补偿电路，为比较器P2的同相输入端提供补偿信号；恒流源I2、电容器C4和场效应管M2构成斜率补偿电路，为比较器P3的同相输入端提供补偿信号。

上述实施例中，本实用新型提供的电动车集成充电装置是在现有电机运行控制技术的基础上，增加少量元件和实施充电控制方法，利用电动机绕组电感和重复利用功率开关器件，实现对电动车电机运行控制和低压电池的充电控制。其中，充电控制单元、驱动逻辑单元和电机运动控制单元，即能采用硬件电路实现集成，也能采用软件来实现集成。采用电动车集成充电装置和方法，与电动车配置独立充电器方式相比，电路结构紧凑，便于制造，总体制造成本降低。电动车使用者无需配置或携带独立充电器，在任何有交流供电的场所都能方便地给电动车电池充电，使电动车的使用更方便、充电过程更安全和可靠。

上述实施例虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。

Claims (9)

1.电动车集成充电装置，其特征在于：包括整流电路(1)和功率电路(2)，所述整流电路(1)外接交流电源插头，所述功率电路(2)中连接有三相电机M；功率电路(2)依次通过电池充电控制单元(6)、驱动逻辑单元(4)与驱动电路(3)相连，驱动电路(3)的输出端再接至功率电路(2)的控制信号输入端口；所述集成充电装置还包括电机运行控制单元(5)，所述电机运行控制单元(5)通过驱动逻辑单元(4)与驱动电路(3)相连。

2.根据权利要求1所述的电动车集成充电装置，其特征在于：所述功率电路(2)内设有模式切换开关K1，电池充电控制单元(6)内设有振荡器和反相器；所述电池充电控制单元(6)包括电压控制器和第一电流控制器、第二电流控制器，电压控制器的输出端与第一电流控制器、第二电流控制器的输入端均相连；所述电压控制器的一个输入端接至功率电路(2)内的电池B正极，所述电压控制器的另一个输入端接至参考电压V_Bref；所述三相电机M的绕组L2上接有电流传感器S1，三相电机M的绕组L3上接有电流传感器S2；所述第一电流控制器有三个输入端，其中第1个输入端口接至电流传感器S1，第2个输入端口接至振荡器输出端，第3个输入端口接至电压控制器的输出端；所述第二电流控制器有三个输入端，其中第1个输入端口接至电流传感器S2，第2个输入端口接至反相器的输出端，第3个输入端口接至电压控制器的输出端；振荡器的输出与反相器的输入端相连。

3.根据权利要求2所述的电动车集成充电装置，其特征在于：所述功率电路(2)中，电池B与电容C2并联，然后与6个场效应功率开关管Q1～Q6组成的三相桥式电路相并联，该三相桥式电路还包括二极管D1～D6，其连接关系为，将功率开关管Q1、Q4，Q3、Q6，Q5、Q2分成三组，功率开关管Q1的源极与功率开关管Q4的漏极相连，功率开关管Q3的源极与功率开关管Q6的漏极相连，功率开关管Q5的源极与功率开关管Q2的漏极相连；二极管D1～D6的正极分别接至功率开关管Q1～Q6的源极，二极管D1～D6的负极分别接至功率开关管Q1～Q6的漏极；三相电机M包括绕组L1、L2、L3，绕组L1与功率开关管Q1、Q4的中点U相连，绕组L2与功率开关管Q3、Q6的中点V相连，绕组L3与功率开关管Q5、Q2的中点W相连，功率开关管Q1、Q3、Q5的漏极相连后接至电池B的正极，功率开关管Q4接电池B的负极，功率开关管Q6、Q2的源极相连接并接地；所述模式切换开关K1包括中间触点、常闭触点和常开触点，中间触点和常闭触点位于功率开关管Q4、Q6的源极之间，常开触点与整流电路负极一端相连。

4.根据权利要求2所述的电动车集成充电装置，其特征在于：整流电路(1)包括二极管D7～D10、电容器C1、滤波器F和插接件X；交流电源的火线和零线通过插接件X接入整流电路(1)，滤波器F包括火线线圈和零线线圈，两线圈分别接在火线、零线上，两线圈间通有磁芯；二极管D9的负极接至二极管D7的正极，并与火线线圈相连；二极管D10的负极接至二极管D8的正极，并与零线线圈相连；二极管D7、D8的负极相连，二极管D9、D10的正极相连；二极管D9、D7组成的串联支路与二极管D10、D8组成的串联支路相并联后再与电容C1并联，其中二极管D7、D8的负极接至电池B正极，二极管D9、D10的正极接至模式切换开关K1的常开触点。

5.根据权利要求2所述的电动车集成充电装置，其特征在于：所述驱动逻辑单元(4)设有与模式切换开关K1同步联动的逻辑开关K2，逻辑开关K2用于切换所述驱动电路(3)的输入信号源；逻辑开关K2包括六个联动的逻辑开关单元K2-1～K2-6，各逻辑开关单元均包括中间触点、常闭触点和常开触点，其中间触点连接到驱动电路(3)的输入信号端，其常闭触点连接到电机运行控制单元(5)的输出端，逻辑开关单元K2-1、K2-3、K2-5的常开触点与地相连接，逻辑开关单元K2-4的常开触点与控制电源+V1连接，逻辑开关单元K2-6的常开触点与充电控制单元(6)中的第一电流控制器输出端连接，逻辑开关单元K2-2的常开触点与充电控制单元(6)中的第二电流控制器的输出端连接。

6.根据权利要求3所述的电动车集成充电装置，其特征在于：所述整流电路(1)的输入端还接有与所述模式切换开关K1相关联的继电器线圈；继电器线圈失电时，所述模式切换开关K1的中间触点与其常闭触点相接触，继电器线圈得电时，中间触点与其常开触点相接触。

7.根据权利要求3所述的电动车集成充电装置，其特征在于：电池充电控制单元(6)还包括电压检测电路，电压检测电路包括电阻R1～R4和三极管T1，电阻R1与电阻R2相串联，电阻R1的另一端接至电池B的正极，电阻R2的另一端接至电池B的负极，电阻R3连接在三极管T1的发射极与电池B的正极之间，三极管T1的集电极经电阻R4接地；电压控制器包括电阻R5、R6、电容C5和运算放大器P1，运算放大器P1的反相输入端经电阻R5与三极管T1的集电极连接，运算放大器P1的同相输入端接参考电源VBref，电阻R6与电容C5相串联后再连接在运算放大器P1的输出端与反相输入端之间。

8.根据权利要求7所述的电动车集成充电装置，其特征在于：第一电流控制器包括触发器DF1、比较器P2、电流源I1、电容器C3和金属氧化物半导体场效应管M1，比较器P2的反相输入端与运算放大器P1的输出端连接，比较器P2的同相输入端与电流传感器S1的输出端相连接，同时，比较器P2的同相输入端还与所述金属氧化物半导体场效应管M1的漏极连接；电流源I1输入端与控制电源+V1连接，电容器C3的一端与所述金属氧化物半导体场效应管M1的漏极相连并连接到电流源I1的输出端，电容器C3的另一端与所述金属氧化物半导体场效应管M1的源极相连接后接地；触发器DF1的复位端连接到比较器P2的输出端，触发器DF1的置位端与振荡器的输出端连接，触发器DF1的反相输出端连接到所述金属氧化物半导体场效应管M1的栅极，触发器DF1的同相输出端与驱动逻辑单元(4)中与门A4的一个输入端相连接；

第二电流控制器包括触发器DF2、比较器P3、电流源I2、电容器C4和金属氧化物半导体场效应管M2，比较器P3的反相输入端与运算放大器P1的输出端连接，比较器P3的同相输入端与电流传感器S2的输出端、所述金属氧化物半导体场效应管M2的漏极连接；电流源I2的输入端与控制电源+V1连接，电容器C4的一端与所述金属氧化物半导体场效应管M2的漏极相连并连接到电流源I2的输出端，电容器C4的另一端与所述金属氧化物半导体场效应管M2的源极后接地；触发器DF2的复位端连接到比较器P3的输出端，触发器DF2的置位端与反相器P0的输出端连接，触发器DF2的反相输出端连接到所述金属氧化物半导体场效应管M2的栅极，触发器DF2的同相输出端与驱动逻辑单元(4)中的与门A6的一个输入端相连接。

9.根据权利要求8所述的电动车集成充电装置，其特征在于：驱动逻辑单元(4)包括与门A1～A7、或门O1～O3、反相器P4和检测电路，其中，检测电路包括电阻R7、R8、电容C6和比较器P5；

反相器P4的输入端与比较器P5的输出连接，比较器P5的同相输入端接控制电源+V1，比较器P5的反相输入端接在串联电阻R7和R8的连接点，电阻R7的另一端与电池B的负极连接，电阻R8的另一端接地，电容C6与电阻R8并联；

与门A1的一个输入端与电机运行控制单元(5)的一个输出端连接，与门A1的另一个输入端与比较器P5输出端连接，与门A1的输出端与驱动电路(3)的一个输入端连接；

或门O1的一个输入端与电机运行控制单元(5)的一个输出端连接，或门O1的另一个输入端与反相器P4的输出端连接，或门O1的输出端与驱动电路(3)的一个输入端连接；

与门A2的一个输入端与电机运行控制单元(5)的一个输出端连接，与门A2的另一个输入端与比较器P5的输出端连接，与门A2的输出端与驱动电路(3)的一个输入端连接；

与门A3的一个输入端与电机运行控制单元(5)的一个输出端连接，与门A3的另一个输入端与比较器P5的输出端连接，与门A4的一个输入端与电池充电控制单元(6)中触发器DF1的同相输出端连接，与门A4的另一个输入端与反相器P4的输出端连接；或门O2的一个输入端与与门A3的输出端相接，或门O2的另一个输入端连接到与门A4的输出端，或门O2的输出端与驱动电路(3)的一个输入端连接；

与门A5的一个输入端与电机运行控制单元(5)的一个输出端连接，与门A5的另一个输入端与比较器P5的输出端连接，与门A5的输出端与驱动电路(3)的一个输入端连接；

与门A6的一个输入端与电池充电控制单元(6)中触发器DF2的同相输出端连接，与门A6的另一个输入端与反相器P4的输出端连接；与门A7的一个输入端与电机运行控制单元(5)的一个输出端连接，与门A7的另一个输入端与比较器P5的输出端连接；或门O3的一个输入端与与门A6的输出端相接，或门O3的另一个输入端连接到与门A7的输出端，或门O3的输出端与驱动电路(3)的一个输入端连接。