一种电池充电和电机驱动两用控制器的制作方法

本实用新型属于电机和电池技术领域，具体是涉及一种电池充电和电机驱动两用控制器。

背景技术：

新能源交通工具的广泛应用使得市场对控制电机的逆变器和给电池充电的充电器需求量大增。控制电机的逆变器肯定是和车载的电动机一起的，而充电器却有车载和非车载两种。尽管是车载充电器，目前其控制器也是与逆变器的控制器不同，且相互独立。由于相互独立，所以控制器各有自己的外壳、插头、以及线束。两个控制器内都有自己的主芯片、工作电源芯片、通讯芯片等电子电路。两个控制器内都有自己的大功率电子器件，一个用于逆变，即将直流电变成交流电；一个用于整流，即交流电变成直流电。两者制造成本比较高，分别安装占用较多地方。

基于此，需要对现有技术进行改进，本案由此产生。

技术实现要素：

本实用新型主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种电池充电和电机驱动两用控制器。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种电池充电和电机驱动两用控制器，包括交流电输入端口、交流电输出端口、充电控制模块、整流逆变共享电路、主控模块、逆变控制模块、以及直流电输入和输出端口，其中，

所述整流逆变共享电路分别与交流电输入端口、直流电输入和输出端口连接，所述交流电输入端口用于连接单相或三相交流电，所述充电控制模块分别与主控模块和整流逆变共享电路连接，所述充电控制模块在主控模块的控制下，控制整流逆变共享电路处于整流状态，将单相或三相交流电转换成直流电，并按照设定的充电参数通过直流电输入和输出端口向外接的电池组单元充电，充电电压和充电电流的大小由充电控制模块控制；

所述整流逆变共享电路与交流电输出端口连接，所述逆变控制模块分别与主控模块和整流逆变共享电路连接，所述逆变控制模块在主控模块的控制下，控制整流逆变共享电路处于逆变状态，将通过直流电输入和输出端口外接的电池组单元的直流电转换成适合外接电动机驱动的交流电，并通过交流电输出端口驱动外接的电动机；

所述主控模块对整流状态和逆变状态进行互锁，不允许整流状态和逆变状态同时存在。

作为优选，在三相交流电输入、三相交流电输出的情况下，所述整流逆变共享电路包括与开关k1和开关k4连接的第一桥臂、与开关k3和开关k6连接的第二桥臂、与开关k5和开关k2连接的第三桥臂、与第一桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m1、与第二桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m2、与第三桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m3、与第一桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m6、与第二桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m5、以及与第三桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m4；

所述开关m1、开关m2、开关m3、开关m4、开关m5和开关m6为机械开关，或场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关；所述开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5和开关k6为场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关。

作为优选，在单相交流电输入、单相交流电输出的情况下，所述整流逆变共享电路包括与开关k1和开关k4连接的第一桥臂、与开关k3和开关k6连接的第二桥臂、与第一桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m1、与第二桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m2、与第一桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m4、与第二桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m3；

所述开关m1、开关m2、开关m3和开关m4为机械开关，或场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关；所述开关k1、开关k3、开关k4和开关k6为场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关。

作为优选，在单相交流电输入、三相交流电输出的情况下，所述整流逆变共享电路包括与开关k1和开关k4连接的第一桥臂、与开关k3和开关k6连接的第二桥臂、与开关k5和开关k2连接的第三桥臂、与第一桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m1、与第二桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m2、与第三桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m3、与其中任意两桥臂的中点连接并控制与之连接的桥臂交流电输入的开关m4和开关m5；

所述开关m1、开关m2、开关m3、开关m4和开关m5为机械开关，或场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关；所述开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5和开关k6为场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关。

作为优选，在三相交流电输入、单相交流电输出的情况下，所述整流逆变共享电路包括与开关k1和开关k4连接的第一桥臂、与开关k3和开关k6连接的第二桥臂、与开关k5和开关k2连接的第三桥臂、与其中任意两桥臂的中点连接并控制与之连接的桥臂交流电输出的开关m1和开关m2、与第一桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m4、与第二桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m3、以及与第三桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m5；

所述开关m1、开关m2、开关m3、开关m4和开关m5为机械开关，或场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关；所述开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5和开关k6为场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关。

作为优选，所述充电控制模块在主控模块的控制下，控制整流逆变共享电路处于整流状态，接通用于控制交流电输入的开关，断开用于控制交流电输出的开关，并根据主控模块的命令调节充电电压和充电电流的大小。

作为优选，所述逆变控制模块在主控模块的控制下，控制整流逆变共享电路处于逆变状态，断开用于控制交流电输入的开关，接通用于控制交流电输出的开关，并根据主控模块的命令调节驱动电压和驱动电流的大小。

作为优选，用于控制交流电输入的开关的数量可减少一个，用于控制交流电输出的开关的数量可减少一个。

作为优选，用于控制交流电输入和输出的开关可用一个插头插座互锁装置取代，插头插座互锁装置的输入控制开关用于冗余保护、控制充电电压和充电电流的大小。

作为优选，还包括信号处理模块、通讯模块、以及故障探测和处理模块；

所述信号处理模块，用于对所有的输入信号进行量化处理及滤波，处理好的信号供控制器使用；

所述通讯模块，是控制器和外界联系的工具，用于接收外界信号、向外界报告电池状态和控制器状态；

所述故障探测和处理模块，用于实时探测可能存在的故障、采取措施补救、以及通知使用者。

本实用新型具有的有益效果：本实用新型将电机控制器和电池充电器集成到一起，共用一个整流逆变共享电路，共用一个外壳，共用一个插头和线束，具备给电池充电和从电池中获取能源并控制电机的两个功能，简化了设计，降低了成本，减轻了重量，减少了占地要求，便于安装。本实用新型不仅适用于电动交通工具，也适用于使用电池类储能能源进行逆变后给电机供电和用充电器给储能器充电的工具。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图2是本实用新型整流逆变共享电路(三相交流电输入、三相交流电输出的情况下)的一种结构示意图；

图3是本实用新型整流逆变共享电路(三相交流电输入、三相交流电输出的情况下)减少开关的一种结构示意图；

图4是本实用新型整流逆变共享电路(单相交流电输入、单相交流电输出的情况下)的一种结构示意图；

图5是本实用新型整流逆变共享电路(单相交流电输入、三相交流电输出的情况下)的一种结构示意图；

图6是本实用新型整流逆变共享电路(三相交流电输入、单相交流电输出的情况下)的一种结构示意图；

图7是本实用新型整流逆变共享电路(采用插头插座互锁装置)的一种结构示意图。

图中：1、交流电输入端口；2、充电控制模块；3、整流逆变共享电路；4、主控模块；5、逆变控制模块；6、电池组单元；7、电动机；8、信号处理模块；9、通讯模块；10、故障探测和处理模块；11、交流电输出端口；12、直流电输入和输出端口。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：一种电池充电和电机驱动两用控制器，如图1所示，包括交流电输入端口1、充电控制模块2、整流逆变共享电路3、主控模块4、逆变控制模块5、交流电输出端口11、以及直流电输入和输出端口12，其中，所述整流逆变共享电路3是既可用于整流又可用于逆变的桥式电路，根据输入和输出的不同需要，所述整流逆变共享电路3可以是单相桥式、三相桥式、更多相桥式电路，所述整流逆变共享电路3分别与交流电输入端口1、直流电输入和输出端口12连接，所述交流电输入端口1用于连接单相或三相交流电，所述直流电输入和输出端口12与外接的电池组单元6连接，所述充电控制模块2分别与主控模块4和整流逆变共享电路3连接，所述充电控制模块2在主控模块4的控制下，控制整流逆变共享电路3处于整流状态，将单相或三相交流电转换成直流电，并按照设定的充电参数通过直流电输入和输出端口12向外接的电池组单元6充电，充电控制模块2在主控模块4的控制下，调节充电电压和充电电流的大小。这些整流的控制技术是公众已知的，所以不在此地赘述。

所述整流逆变共享电路与交流电输出端口11连接，所述交流电输出端口11与外接的电动机连接，所述逆变控制模块5与主控模块4和整流逆变共享电路3连接，所述逆变控制模块5在主控模块4的控制下，控制整流逆变共享电路3处于逆变状态，将通过直流电输入和输出端口12外接的电池组单元6的直流电转换成适合外接电动机7驱动的交流电，并通过交流电输出端口11驱动外接的电动机7。这些逆变的控制技术是公众已知的，所以不在此地赘述。外接的电动机7可为单相同步电机、三相同步电机、单相异步电机、三相异步电机、三相直流无刷电机、三相开关式磁阻电机、或是其他需要的交流负载。电动机7在整流逆变共享电路3输送的交流电的控制下工作，驱动与电动机7相连的外部设备转动、或运动、或改变转速、或改变扭矩、或改变转向。

所述主控模块4对整流状态和逆变状态进行互锁，对交流输入和交流输出进行互锁，不允许整流状态和逆变状态同时存在。因此，在不同的时间里，整流逆变共享电路3可以作为整流电路用，也可以作为逆变电路用，且它不需要改变任何电路。

如图2所示，在三相交流电输入、三相交流电输出的情况下，所述整流逆变共享电路3包括：与开关k1和开关k4连接的第一桥臂、与开关k3和开关k6连接的第二桥臂、与开关k5和开关k2连接的第三桥臂、与第一桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m1、与第二桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m2、与第三桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m3、与第一桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m6、与第二桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m5、以及与第三桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m4。

所述开关m1、开关m2、开关m3、开关m4、开关m5和开关m6为机械开关，或场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关；所述开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5和开关k6为场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关。

整流时，开关m1、开关m2和开关m3断开，使电动机7脱离整流逆变共享电路3，开关m4、开关m5和开关m6接通，三相交流电通过这些接通的开关到达整流电路，只要在合适的时间里控制开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5、以及开关k6的导通角就可以将输入的交流电变成可调的直流电。当这个直流电的电压高于外接电池的电压时，就对电池进行充电。在同样的电池状态下，整流输出的直流电的电压越高，充电电流就越大。

逆变时，开关m1、开关m2和开关m3接通，使电动机7连接到整流逆变共享电路3，开关m4、开关m5和开关m6断开，三相交流电不能达到整流电路，只要在合适的时间里控制开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5、以及开关k6的导通角(如空间矢量法)就可以将电池的直流电变成可调的交流电。电动机7在这个交流电的驱动下旋转，进而带动和电动机7联机的设备运转。这些foc等逆变的控制技术是公众已知的，所以不在此地赘述。

为了简化电路，用于控制交流电输出的开关m1、开关m2、开关m3可以减少其中任意一个，用于控制交流电输入的开关m4、开关m5、开关m6可以减少其中任意一个，然后直接连通，如图3所示。虽然其中一桥臂直接连通，但形不成回路，因而不起作用。

如图4所示，在单相交流电输入、单相交流电输出的情况下，所述整流逆变共享电路3包括：与开关k1和开关k4连接的第一桥臂、与开关k3和开关k6连接的第二桥臂、与第一桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m1、与第二桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m2、与第一桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m4、与第二桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m3。

所述开关m1、开关m2、开关m3和开关m4为机械开关，或场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关；所述开关k1、开关k3、开关k4和开关k6为场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关。

整流时，开关m1和开关m2断开，使电动机7脱离整流逆变共享电路3，开关m3和开关m4接通，单相交流电通过这些接通的开关到达整流电路，只要在适合的时间里控制开关k1、开关k3、开关k4、以及开关k6的导通角就可以将输入的交流电变成可调的直流电。当这个直流电的电压高于外接电池的电压时，就对电池进行充电。在同样的电池状态下，整流输出的直流电的电压越高，充电电流就越大。

逆变时，开关m1和开关m2接通，使电动机7连接到整流逆变共享电路3，开关m3和开关m4断开，单相交流电不能到达整流电路，只要在合适的时间里控制开关k1、开关k3、开关k4、以及开关k6的导通角就可以将电池的直流电变成可调的交流电。电动机7在这个交流电的驱动下旋转，进而带动和电动机7联机的设备运转。

为了简化电路，用于控制交流电输出的开关m1、开关m2可以减少其中任意一个，用于控制交流电输入的开关m3、开关m4可以减少其中任意一个，然后直接连通。虽然其中一桥臂直接连通，但形不成回路，因而不起作用。

如图5所示，在单相交流电输入、三相交流电输出的情况下，所述整流逆变共享电路3包括：与开关k1和开关k4连接的第一桥臂、与开关k3和开关k6连接的第二桥臂、与开关k5和开关k2连接的第三桥臂、与第一桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m1、与第二桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m2、与第三桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输出的开关m3、与其中任意两桥臂的中点连接并控制与之连接的桥臂交流电输入的开关m4和开关m5。

所述开关m1、开关m2、开关m3、开关m4和开关m5为机械开关，或场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关；所述开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5和开关k6为场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关。

整流时，开关m1、开关m2和开关m3断开，使电动机7脱离整流逆变共享电路3，开关m4和开关m5接通，单相交流电通过这些接通的开关到达整流电路，只要在适合的时间里控制开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5、以及开关k6的导通角就可以将输入的交流电变成可调的直流电。当这个直流电的电压高于外接电池的电压时，就对电池进行充电。在同样的电池状态下，整流输出的直流电的电压越高，充电电流就越大。

逆变时，开关m1、开关m2和开关m3接通，使电动机7连接到整流逆变共享电路3，开关m4和开关m5断开，单相交流电不能到达整流电路，只要在合适的时间里控制开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5、以及开关k6的导通角就可以将电池的直流电变成可调的交流电。电动机7在这个交流电的驱动下旋转，进而带动和电动机7联机的设备运转。

为了简化电路，用于控制交流电输出的开关m1、开关m2、开关m3可以减少其中任意一个，用于控制交流电输入的开关m4、开关m5可以减少其中任意一个，然后直接连通。虽然其中一桥臂直接连通，但形不成回路，因而不起作用。

如图6所示，在三相交流电输入、单相交流电输出的情况下，所述整流逆变共享电路3包括：与开关k1和开关k4连接的第一桥臂、与开关k3和开关k6连接的第二桥臂、与开关k5和开关k2连接的第三桥臂、与其中任意两桥臂的中点连接并控制与之连接的桥臂交流电输出的开关m1和开关m2、与第一桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m4、与第二桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m3、以及与第三桥臂的中点连接并控制该桥臂交流电输入的开关m5。

所述开关m1、开关m2、开关m3、开关m4和开关m5为机械开关，或场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关；所述开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5和开关k6为场效应管开关，或双向可控硅开关，或闸流管开关，或igbt开关。

整流时，开关m1和开关m2断开，使电动机7脱离整流逆变共享电路3，开关m3、开关m4和开关m5接通，三相交流电通过这些接通的开关到达整流电路，只要在适合的时间里控制开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5、以及开关k6的导通角就可以将输入的交流电变成可调的直流电。当这个直流电的电压高于外接电池的电压时，就对电池进行充电。在同样的电池状态下，整流输出的直流电的电压越高，充电电流就越大。

逆变时，开关m1和开关m2接通，使电动机7连接到整流逆变共享电路3，开关m3、开关m4和开关m5断开，三相交流电不能到达整流电路，只要在合适的时间里控制开关k1、开关k2、开关k3、开关k4、开关k5、以及开关k6的导通角就可以将电池的直流电变成可调的交流电。电动机7在这个交流电的驱动下旋转，进而带动和电动机7联机的设备运转。

为了简化电路，用于控制交流电输出的开关m1、开关m2可以减少其中任意一个，用于控制交流电输入的开关m3、开关m4、开关m5可以减少其中任意一个，然后直接连通。虽然其中一桥臂直接连通，但形不成回路，因而不起作用。

为了简化电子控制电路，用于控制交流电输入和输出的开关可用一个插头插座互锁装置来取代，如图7所示。所述插头插座互锁装置，即为交流输入线束有一个带接触机构的插头，接触结构包括开关k7、开关k8、以及弹簧(未图示)。当交流线束插入到电路中时，先断开开关k8，然后接通开关k7；当拔掉交流线束时，在弹簧的作用下，开关k7自动断开，开关k8自动接通。通过采用上述连接方式，从机械上实现了互锁，不会发生开关k7、开关k8被击穿而短路的失效模式，而且用于控制交流电输入和输出的开关的内电阻被插头的接触电阻所取代，内阻有所减少。

为增加充电电流的可控性和安全性，如图7所示，还增加了开关k9。当充电时，通过控制开关k9的导通角大小就能控制充电电流的大小。当需要保护采用切断电流时，就让开关k9截止。当电池接反时，开关k9处于截止状态而断开，起到反接保护的作用。当驱动时，开关k9接通使双向畅通，只受导通电阻的影响。开关k9为插头插座互锁装置的输入控制开关，用于冗余保护、控制充电电压和充电电流的大小。

所述充电控制模块2在主控模块4的控制下需要整流时，控制整流逆变共享电路3处于整流状态，接通用于控制交流电输入的开关，断开用于控制交流电输出的开关，并根据主控模块4的命令控制开关k1～开关k6的导通角来调节充电电压和充电电流的大小。

所述逆变控制模块5在主控模块4的控制下需要逆变时，控制整流逆变共享电路3处于逆变状态，断开用于控制交流电输入的开关，接通用于控制交流电输出的开关，并根据主控模块4的命令控制开关k1～开关k6的导通角来调节驱动电压和驱动电流的大小。

上述控制器还包括信号处理模块8、通讯模块9、以及故障探测和处理模块10。所述信号处理模块8用于对系统所有的输入信号进行量化处理及滤波，处理好的信号供控制器使用。所述通讯模块9是控制器和外界联系的工具，用于接收外界信号、以及向外界报告电池状态和控制器状态。所述故障探测和处理模块10实时探测系统可能存在的故障，其中包括所有输入信号的正确性和输出信号的正确性。一旦发生故障，所述故障探测和处理模块10及时采取措施补救，防止问题进一步的扩大，同时通知使用者。

综上所述，本实用新型将电机控制器和电池充电器集成到一起，共用一个整流逆变共享电路，共用一个外壳，共用一个插头和线束，具备给电池充电和从电池中获取能源并控制电机的两个功能，简化了设计，降低了成本，减轻了重量，减少了占地要求，便于安装。本实用新型不仅适用于电动交通工具，也适用于使用电池类储能能源进行逆变后给电机供电和用充电器给储能器充电的工具。

以上对本实用新型所提供的一种电池充电和电机驱动两用控制器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。