專利名稱：具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特別涉及汽車電機(jī)的控制電路結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體是指一 種具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路。
背景技術(shù)：
隨著環(huán)保意識的深入人心，電動汽車越來越受到消費(fèi)者的青睞。相較于傳統(tǒng)的燃 油汽車，電動汽車具有零排放，無污染，能量利用率高，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。目前的純電動汽車 通常采用蓄電池作為驅(qū)動能源，通過逆變器將蓄電池的電能傳送至電機(jī)中，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn) 換，從而驅(qū)動汽車。其中逆變器通過電機(jī)控制器進(jìn)行控制，以滿足駕駛者對電動汽車速度、 轉(zhuǎn)矩等要求。另一方面，當(dāng)電池的電量下降并耗盡時，需要連接外部電網(wǎng)對蓄電池進(jìn)行充 電。而電網(wǎng)供電采用的是50Hz工頻交流電，而且電壓固定不可調(diào)。因此電動汽車還需要通 過充電機(jī)將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換成能夠?qū)π铍姵剡M(jìn)行充電的直流電，才能充電。由此可見，對 于電動汽車來說，必須同時具有逆變器和充電機(jī)。其缺點(diǎn)在于，由于逆變器和充電機(jī)的工作原理恰好相反，因此兩者的電路拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)有著很大程度上的一致性，在同一電動汽車中設(shè)置兩個電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本相同裝置，顯 然不利于產(chǎn)品的整合，提高了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種整合了逆變器和充電 機(jī)，能同時滿足逆變與充電功能，減少生產(chǎn)成本，結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，應(yīng)用范圍廣泛的具有充電 功能的電動汽車電機(jī)控制電路。為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路具有如下 構(gòu)成該電路包括直流電源接入端、直流電壓電流感應(yīng)裝置、三相橋式逆變電路、交流電 流感應(yīng)裝置、第一開關(guān)、電機(jī)接入端以及控制器，其中，所述的直流電源接入端通過所述的 直流電壓電流感應(yīng)裝置連接所述的三相橋式逆變電路的直流側(cè)，所述的三相橋式逆變電路 的交流側(cè)順序通過所述的交流電流感應(yīng)裝置和第一開關(guān)連接所述的電機(jī)接入端，所述的控 制器的輸入端連接所述的直流電壓電流感應(yīng)裝置和交流電流感應(yīng)裝置，其輸出端連接所述 的三相橋式逆變電路各橋臂的導(dǎo)通控制端，其主要特點(diǎn)是，所述的電機(jī)控制電路還包括三 相交流電接入端和第二開關(guān)，所述的三相交流電接入端通過所述的第二開關(guān)連接所述的三 相橋式逆變電路的交流側(cè)。該具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路中，所述的第一開關(guān)與第二開關(guān)為擇一 選通的互鎖開關(guān)。該具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路中，所述的控制器為脈寬調(diào)制控制器。 所述的脈寬調(diào)制控制器還包括連接汽車轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信號采集端的通信接口。該具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路中，所述的電機(jī)控制電路還包括三相電感組，所述的三相電感組串接于所述的第二開關(guān)與所述的三相橋式逆變電路的交流側(cè)之 間。該具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路中，所述的直流電壓電流感應(yīng)裝置包括 與直流電源串聯(lián)的直流電流傳感器以及與直流電源并聯(lián)的直流電壓傳感器，所述的交流電 流感應(yīng)裝置包括分別串聯(lián)于三相橋式逆變電路的交流側(cè)的兩相上的交流電流傳感器，所述 的直流電流傳感器、直流電壓傳感器和交流電流傳感器均信號連接所述的控制器的輸入端。該具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路中，所述的電機(jī)控制電路還包括連接于 所述的三相橋式逆變電路的直流側(cè)的電容和預(yù)充電電路，所述的電容跨接于所述的直流電 源接入端的兩側(cè)，所述的預(yù)充電電路串接于所述的直流電源接入端。該具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路中，當(dāng)所述的電機(jī)控制電路中的第一開 關(guān)連通，而第二開關(guān)關(guān)斷時，所述的控制器可以為矢量控制脈寬調(diào)制控制器或直接轉(zhuǎn)矩控 制脈寬調(diào)制控制器。該具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路中，當(dāng)所述的電機(jī)控制電路中的第二開 關(guān)連通，而第一開關(guān)關(guān)斷時，所述的控制器的電路結(jié)構(gòu)中包括順序串聯(lián)的給定電比較器、 比例積分調(diào)節(jié)器、正弦信號乘法器、電阻乘法器、三相電壓比較器和三角波調(diào)制器，一余弦 信號乘法器和一感抗乘法器相串聯(lián)且并聯(lián)跨接于所述的正弦信號乘法器和電阻乘法器的 兩端，其中，所述的給定電壓比較器包括給定直流電壓信號輸入端和實(shí)際直流電壓信號輸 入端，所述的給定直流電壓信號輸入端連接預(yù)設(shè)的給定直流電壓信號，所述的實(shí)際直流電 壓信號輸入端連接所述的直流電壓電流感應(yīng)裝置的直流電流傳感器，所述的三相電壓比較 器包括電阻乘法器輸入端、感抗乘法器輸入端和三相電壓信號輸入端，所述的電阻乘法器 輸入端連接所述的電阻乘法器的輸出端，所述的感抗乘法器輸入端連接所述的感抗乘法器 的輸出端，所述的三相電壓信號輸入端連接所述的三相交流電。所述的正弦信號乘法器的系數(shù)為sin( t+2Kn /3)，K = 0、1、2 ；所述的余弦信號 乘法器的系數(shù)為 cos( t+2K II /3)，K = 0、1、2。采用了該發(fā)明的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路，其通過第一開關(guān)與第二 開關(guān)分別連接電機(jī)或外部交流電網(wǎng)，經(jīng)由控制所述的第一開關(guān)與第二開關(guān)可以分別將該電 路作為逆變電路或充電電路，實(shí)現(xiàn)對電動汽車中逆變器和充電機(jī)的整合，從而簡化了設(shè)計， 減少了生產(chǎn)成本。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，應(yīng)用范圍較為廣泛。


圖1為本發(fā)明的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明連通第一開關(guān)的等效電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明連通第二開關(guān)的等效電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明連通第二開關(guān)時的控制器的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實(shí)施例詳細(xì)說明。請參閱圖1所示，為本發(fā)明的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路的一種實(shí)施方式的電路結(jié)構(gòu)示意圖。該電機(jī)控制電路包括直流電源接入端、直流電壓電流感應(yīng)裝置、三相橋式逆變電 路3、交流電流感應(yīng)裝置4、第一開關(guān)1、電機(jī)接入端以及控制器5。所述的直流電源接入端 通過所述的直流電壓電流感應(yīng)裝置連接所述的三相橋式逆變電路3的直流側(cè)，所述的三相 橋式逆變電路3的交流側(cè)順序通過所述的交流電流感應(yīng)裝置4和第一開關(guān)1連接所述的電 機(jī)接入端，所述的控制器5的輸入端連接所述的直流電壓電流感應(yīng)裝置和交流電流感應(yīng)裝 置4，其輸出端連接所述的三相橋式逆變電路3各橋臂的導(dǎo)通控制端。所述的電機(jī)控制電 路還包括三相交流電接入端和第二開關(guān)2，所述的三相交流電接入端通過所述的第二開關(guān) 2連接所述的三相橋式逆變電路3的交流側(cè)。其中，所述的第一開關(guān)1與第二開關(guān)2為擇一選通的互鎖開關(guān)。所述的控制器5 為脈寬調(diào)制控制器。該脈寬調(diào)制控制器還包括連接汽車轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信號采集端的通信接口 6。該具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路中，還包括三相電感組7，所述的三相電 感組7串接于所述的第二開關(guān)2與三相橋式逆變電路3的交流側(cè)之間。該具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路中，所述的直流電壓電流感應(yīng)裝置包括 與直流電源串聯(lián)的直流電流傳感器8以及與直流電源并聯(lián)的直流電壓傳感器9，所述的交 流電流感應(yīng)裝置4包括分別串聯(lián)于三相橋式逆變電路的交流側(cè)的兩相上的交流電流傳感 器，所述的直流電流傳感器8、直流電壓傳感器9和交流電流傳感裝置4均信號連接所述的 控制器5的輸入端。該具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路中，所述的電機(jī)控制電路還包括連接于 所述的三相橋式逆變電路的直流側(cè)的電容10和預(yù)充電電路11，所述的電容10跨接于所述 的直流電源接入端的兩側(cè)，所述的預(yù)充電電路11串接于所述的直流電源接入端。該具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路中，當(dāng)所述的電機(jī)控制電路中的第一開 關(guān)1連通，而第二開關(guān)2關(guān)斷時，所述的控制器5可以為矢量控制脈寬調(diào)制控制器或直接轉(zhuǎn) 矩控制脈寬調(diào)制控制器。該具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路中，當(dāng)所述的電機(jī)控制電路中的第二開 關(guān)2連通，而第一開關(guān)1關(guān)斷時，所述的控制器5的電路結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中包括順序串 聯(lián)的給定電壓比較器、比例積分調(diào)節(jié)器、正弦信號乘法器、電阻乘法器、三相電壓比較器和 三角波調(diào)制器，一余弦信號乘法器和一感抗乘法器相串聯(lián)且并聯(lián)跨接于所述的正弦信號乘 法器和電阻乘法器的兩端，其中，所述的給定電壓比較器包括給定直流電壓信號輸入端和 實(shí)際直流電壓信號輸入端，所述的給定直流電壓信號輸入端連接預(yù)設(shè)的給定直流電壓信 號，所述的實(shí)際直流電壓信號輸入端連接所述的直流電壓電流感應(yīng)裝置的直流電流傳感器 9，所述的三相電壓比較器包括電阻乘法器輸入端、感抗乘法器輸入端和三相電壓信號輸入 端，所述的電阻乘法器輸入端連接所述的電阻乘法器的輸出端，所述的感抗乘法器輸入端 連接所述的感抗乘法器的輸出端，所述的三相電壓信號輸入端連接所述的三相交流電。所 述的正弦信號乘法器的系數(shù)為sin( t+2K II /3)，K = 0、1、2 ；所述的余弦信號乘法器的系 數(shù)為 cos(ot+2K II /3)，K = 0、1、2。在本發(fā)明的應(yīng)用中，根據(jù)第一開關(guān)1與第二開關(guān)2的連通和斷開，該具有充電功能 的電動汽車電機(jī)控制電路可以分別工作于逆變狀態(tài)與充電狀態(tài)。
當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)1閉合且第二開關(guān)2斷開時，所述的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控 制電路的等效電路圖如圖2所示，其用以實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)電動汽車的逆變器相同的逆變功能。 其中控制器5通過接受來自通信接口 6的電動汽車的需求速度以及轉(zhuǎn)矩指令，以及分別來 自直流電壓傳感器8和直流電流傳感器9的信號，通過矢量控制或者直接轉(zhuǎn)矩控制等方法， 向三相橋式逆變電路3輸出脈寬調(diào)制信號，用以控制三相橋式逆變電路3交流側(cè)的輸出電 壓，從而實(shí)現(xiàn)對電動汽車電機(jī)的控制，最終達(dá)到對電動汽車進(jìn)行控制的目的。當(dāng)?shù)诙_關(guān)2閉合且第一開關(guān)1斷開時，所述的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控 制電路的等效電路圖如圖3所示，其用以實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)電動汽車的充電機(jī)相同的變壓整流功 能。在該狀態(tài)下，三相橋式整流電路(即三相橋式逆變電路)3的中心點(diǎn)都通過三相電 感組7和交流電流傳感裝置4與外部交流電網(wǎng)的三相ABC相連接。該電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是脈 寬調(diào)制整流器(即脈寬調(diào)制控制器)5的工作拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該工作結(jié)構(gòu)的與傳統(tǒng)的整流電路相 比，傳統(tǒng)的相控整流或者不可控整流方式其整流電路的輸入電流滯后于電壓，功率因素較 低，而且輸入電流中的諧波分量很大，會對電網(wǎng)造成較大的污染。而通過采用脈寬調(diào)制整流 器5的電路結(jié)構(gòu)，通過選擇合適的工作方式，可以實(shí)現(xiàn)功率因素1的整流效果，同時對電網(wǎng) 的諧波污染也大大減輕。該脈寬調(diào)制控制器5的控制系統(tǒng)如圖4所示，預(yù)先設(shè)定的直流電壓給定信號u/和 實(shí)際的直流電壓ud進(jìn)行比較后送入PI調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器的輸出為一直流電流指令信號id， id的大小和三相橋式整流電路3的交流輸入電流的幅值成正比。穩(wěn)態(tài)時，ud = u/，PI調(diào)節(jié) 器的輸入為0，其輸出id和三相橋式整流電路3的負(fù)載電流(即電池充電電流)的大小相對 應(yīng)，即和三相橋式整流電路3交流輸入電流的幅值相對應(yīng)。在圖4中，乘法器均為三相乘法 器的簡單表示。id分別乘以和a，b，c相三相相電壓同相位的正弦信號sin(cot+2K II /3)， K = 0、1、2，再乘以電阻R就可以得到各相電流在電阻Rs上的壓降UKa、UKb、UK。；并列的乘法 器則是乘以比a，b，c三相相電壓相位超前Ji/2的余弦信號C0S( t+2Kn /3)，K = 0、1、 2，再乘以電感上的感抗\，得到電感Ls上各相電流的壓降Uy ULb，隊(duì)。，各相的相電壓ua、 ub.uc分別減去所求得的URa、URb、URc和ULa，ULb,隊(duì)。，就可以得到所需的三相橋式整流電路3 交流側(cè)各相的相電壓uA、uB、uC的信號，用該信號對三角波進(jìn)行調(diào)制，可以得到控制三相橋 式整流電路3的脈寬調(diào)制開關(guān)信號，得到需要的控制效果。采用了該發(fā)明的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路，其通過第一開關(guān)與第二 開關(guān)分別連接電機(jī)或外部交流電網(wǎng)，經(jīng)由控制所述的第一開關(guān)與第二開關(guān)可以分別將該電 路作為逆變電路或充電電路，實(shí)現(xiàn)對電動汽車中逆變器和充電機(jī)的整合，從而簡化了設(shè)計， 減少了生產(chǎn)成本。同時，利用本發(fā)明的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路對蓄電池充 電，其采用脈寬調(diào)制整流器的電路結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)功率因素1的整流效果，同時對電網(wǎng)的諧 波污染也大大減輕。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，應(yīng)用范圍較為廣泛。在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出 各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的 而非限制性的。
權(quán)利要求
一種具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路，包括直流電源接入端、直流電壓電流感應(yīng)裝置、三相橋式逆變電路、交流電流感應(yīng)裝置、第一開關(guān)、電機(jī)接入端以及控制器，其中，所述的直流電源接入端通過所述的直流電壓電流感應(yīng)裝置連接所述的三相橋式逆變電路的直流側(cè)，所述的三相橋式逆變電路的交流側(cè)順序通過所述的交流電流感應(yīng)裝置和第一開關(guān)連接所述的電機(jī)接入端，所述的控制器的輸入端連接所述的直流電壓電流感應(yīng)裝置和交流電流感應(yīng)裝置，其輸出端連接所述的三相橋式逆變電路各橋臂的導(dǎo)通控制端，其特征在于，所述的電機(jī)控制電路還包括三相交流電接入端和第二開關(guān)，所述的三相交流電接入端通過所述的第二開關(guān)連接所述的三相橋式逆變電路的交流側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路，其特征在于，所述 的第一開關(guān)與第二開關(guān)為擇一選通的互鎖開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路，其特征在于，所述 的控制器為脈寬調(diào)制控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路，其特征在于，所述 的脈寬調(diào)制控制器還包括連接汽車轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信號采集端的通信接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路，其特征在于，所述 的電機(jī)控制電路還包括三相電感組，所述的三相電感組串接于所述的第二開關(guān)與所述的三 相橋式逆變電路的交流側(cè)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路，其特征在于，所述 的直流電壓電流感應(yīng)裝置包括與直流電源串聯(lián)的直流電流傳感器以及與直流電源并聯(lián)的 直流電壓傳感器，所述的交流電流感應(yīng)裝置包括分別串聯(lián)于三相橋式逆變電路的交流側(cè)的 兩相上的交流電流傳感器，所述的直流電流傳感器、直流電壓傳感器和交流電流傳感器均 信號連接所述的控制器的輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路，其特征在于，所述 的電機(jī)控制電路還包括連接于所述的三相橋式逆變電路的直流側(cè)的電容和預(yù)充電電路，所 述的電容跨接于所述的直流電源接入端的兩側(cè)，所述的預(yù)充電電路串接于所述的直流電源 接入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路，其特征在于，當(dāng)所 述的電機(jī)控制電路中的第一開關(guān)連通，而第二開關(guān)關(guān)斷時，所述的控制器為矢量控制脈寬 調(diào)制控制器或直接轉(zhuǎn)矩控制脈寬調(diào)制控制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路，其特征在于，當(dāng)所 述的電機(jī)控制電路中的第二開關(guān)連通，而第一開關(guān)關(guān)斷時，所述的控制器的電路結(jié)構(gòu)中包 括順序串聯(lián)的給定電壓比較器、比例積分調(diào)節(jié)器、正弦信號乘法器、電阻乘法器、三相電壓 比較器和三角波調(diào)制器，一余弦信號乘法器和一感抗乘法器相串聯(lián)且并聯(lián)跨接于所述的正 弦信號乘法器和電阻乘法器的兩端，其中，所述的給定電壓比較器包括給定直流電壓信號 輸入端和實(shí)際直流電壓信號輸入端，所述的給定直流電壓信號輸入端連接預(yù)設(shè)的給定直流 電壓信號，所述的實(shí)際直流電壓信號輸入端連接所述的直流電壓電流感應(yīng)裝置的直流電流 傳感器，所述的三相電壓比較器包括電阻乘法器輸入端、感抗乘法器輸入端和三相電壓信號輸入端，所述的電阻乘法器輸入端連接所述的電阻乘法器的輸出端，所述的感抗乘法器 輸入端連接所述的感抗乘法器的輸出端，所述的三相電壓信號輸入端連接所述的三相交流電。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路，其特征在于，所述 的正弦信號乘法器的系數(shù)為sin( t+2Kn /3)，K = 0、1、2 ；所述的余弦信號乘法器的系數(shù) 為 cos(wt+2K II /3)，K = 0、1、2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路，包括直流電源接入端、直流電壓電流感應(yīng)裝置、三相橋式逆變電路、交流電流感應(yīng)裝置、第一開關(guān)、電機(jī)接入端以及控制器，直流電源接入端通過直流電壓電流感應(yīng)裝置連接三相橋式逆變電路的直流側(cè)，三相橋式逆變電路的交流側(cè)通過交流電流感應(yīng)裝置和第一開關(guān)連接電機(jī)接入端，其中，該電機(jī)控制電路還包括三相交流電接入端和第二開關(guān)，三相交流電接入端通過第二開關(guān)連接三相橋式逆變電路的交流側(cè)。采用了該發(fā)明的具有充電功能的電動汽車電機(jī)控制電路，其可以分別作為逆變電路或充電電路，實(shí)現(xiàn)對電動汽車中逆變器和充電機(jī)的整合，從而簡化了設(shè)計，減少了生產(chǎn)成本。
文檔編號H02J3/01GK101860320SQ20101017840
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者曾慶文, 胡浩 申請人:上海中科深江電動車輛有限公司