一种电机控制器、电机驱动系统及新能源汽车的制作方法

本实用新型涉及放电技术领域，尤其涉及一种电机控制器、电机驱动系统及新能源汽车。

背景技术：

当前普遍使用的燃油发动机汽车存在各种弊端，诸如能量利用率低、污染严重等，随着人们环保意识的增强，新能源汽车越来越受到人们的欢迎。新能源汽车以车载高压电池为动力，高压电池的电能经过电机控制器驱动电动机，用电动机驱动车轮行驶，能够减低对环境的污染。为确保电机控制器可靠工作，在电机控制器的前端设置用于储存电能的母线电容，当特定工况下，如需要维修汽车，即便通过整车控制器将高压电池与电机控制器完全断开连接，但是由于高压电池的输出电压高于100v，使得母线电容电压高于100v，那么连接与蓄电池和电机控制器之间的母线上的电压(母线电压)也高于人体的安全电压，为确保维修人员或车辆驾驶员的安全，需要对母线电容进行放电，以使母线电压降至人体安全电压范围内，现有的对母线电压进行放电的方式是，采用直流-直流转换器将母线电容中的直流高压转换为直流低压后为车载低压电池充电，采用这样的放电方式时，需要额外增加放电设备，使得新能源汽车的结构较为复杂。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种电机控制器、电机驱动系统及新能源汽车，在能够实现对母线电容进行放电的同时，可以便于简化新能源汽车的结构。

第一方面，本实用新型实施例提供一种电机控制器，包括电路板，所述电路板上设有处理器、母线电容、逆变器与放电电路模块，所述放电电路模块包括放电电阻组及放电控制电路，所述放电电阻组的第一端子与所述母线电容的正极连接，所述放电电阻组的第二端子与所述母线电容的负极及放电控制电路的输出端分别连接，所述放电控制电路的输入端与所述处理器连接，所述母线电容的正极和负极分别与所述逆变器连接。

根据本实用新型实施例的一种具体实现方式，所述放电电阻组包括依次串联的第一并联电阻组、第二并联电阻组及第三并联电阻组；所述放电控制电路包括恒流电子开关；所述第一并联电阻组的第一端子与所述母线电容的正极连接，所述第三并联电阻组的第一端子与恒流电子开关的第一端子连接，所述恒流电子开关的第二端子与所述母线电容的负极连接。

根据本实用新型实施例的一种具体实现方式，所述恒流电子开关为增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管，所述第三并联电阻组的第一端子与增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极连接，所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极与所述母线电容的负极相连。

根据本实用新型实施例的一种具体实现方式，所述恒流电子开关为增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管；所述放电控制电路还包括：恒压源电路及光电开关隔离电路，所述恒压源电路包括第一npn型三极管、第一电阻及稳压二极管，所述第一电阻一端与稳压二极管串联后接地；所述光电开关隔离电路包括光电耦合器及与第二npn型三极管；所述光电耦合器的第一输入端接地，第二输入端与所述处理器连接，所述光电耦合器的第一输出端连接于第二npn型三极管的集电极，所述光电耦合器的第二输出端接地；所述第一npn型三极管的集电极与所述母线电容的正极相连，所述第一npn型三极管的发射极分别与所述第二npn型三极管的基极、第一电阻的另一端连接，所述第一npn型三极管的基极与所述第二npn型三极管的集电极相连，所述第一电阻与稳压二极管之间的节点及所述第二npn型三极管的发射极分别与所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的栅极相连，所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极与所述母线电容的负极相连。

根据本实用新型实施例的一种具体实现方式，所述恒压源电路还包括第一热敏电阻，所述第一热敏电阻连接于第一npn形三极管的发射极与第一电阻之间。

根据本实用新型实施例的一种具体实现方式，所述放电控制电路还包括用于向所述第一npn型三极管的基极提供正向偏置电压及向所述第二npn型三极管的集电极提供负载电压的电阻组，所述电阻组一端与所述母线电容正极连接，所述电阻组另一端分别与所述第一npn型三极管的基极及第二npn型三极管的集电极连接。

根据本实用新型实施例的一种具体实现方式，所述母线电容的负极接地，所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极与母线电容负极之间串联有稳流电阻，所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的栅极通过限流保护电阻接地。

根据本实用新型实施例的一种具体实现方式，所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极与母线电容负极之间还串联有第二热敏电阻。

根据本实用新型实施例的一种具体实现方式，所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的栅极连接有接地的电容。

根据本实用新型实施例的一种具体实现方式，所述电阻组两端还连接有母线电压采样电路。

根据本实用新型实施例的一种具体实现方式，所述放电电路模块印制于所述电路板上。

第二方面，本实用新型实施例提供一种电机驱动系统，包括：高压电池、前述任一实现方式所述的电机控制器与电机，所述高压电池与所述电机控制器中的母线电容相连，所述电机控制器中的逆变器的输出端与所述电机连接。

第三方面，本实用新型实施例提供一种新能源汽车，包括：车架、电源管理系统和前述实现方式所述的电机驱动系统，所述电源管理系统与所述电机驱动系统分别设置于所述车架上，所述电源管理系统分别与所述电机驱动系统的高压电池及电机控制器相连。

本实用新型实施例提供的一种电机控制器、电机驱动系统及新能源汽车，通过在电路板上设有处理器、母线电容、逆变器与放电电路模块，所述放电电路模块包括放电电阻组及放电控制电路，这样，将放电电路模块集成在电机控制器内，并且放电电阻组的第一端子与所述母线电容的正极连接，所述放电电阻组的第二端子与所述母线电容的负极及放电控制电路的输出端分别连接，所述放电控制电路的输入端与所述处理器连接，所述母线电容的正极和负极分别与所述逆变器连接，能够对母线电容进行放电，以使母线电压降低到人体安全电压范围内的过程中，这样，在对母线电容进行放电时，无需额外增加放电设备，从而可以便于简化新能源汽车的结构。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型提供一种电机控制器的实施例一结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中的放电电路模块的结构示意图；

图3为本实用新型又一实施例中的放电电路模块的结构示意图；

图4为本实用新型再一实施例中的放电电路模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型提供一种电机控制器的实施例一结构示意图，如图1所示，图2为本实用新型一实施例中的放电电路模块的结构示意图，如图2所示，结合图1和图2对本实施例进行说明，本实施例的电机控制器，包括电路板，所述电路板上设有处理器1、母线电容2、逆变器3与放电电路模块4，所述放电电路模块4包括放电电阻组41及放电控制电路42，所述放电电阻组41的第一端子与所述母线电容2的正极连接，所述放电电阻组41的第二端子与所述母线电容2的负极及放电控制电路42的输出端分别连接，所述放电控制电路42的输入端与所述处理器1连接，所述母线电容2的正极和负极分别与所述逆变器3连接。

本实施例中，处理器1、母线电容2、逆变器3与放电电路模块4可通过与电路板的接口连接设于电路板上，也可部分印制于电路板上；处理器1可以为单片机，也可为dsp，其用于对输入的数据进行处理，得到处理结果，并可以根据处理结果，向与其相连部件发出控制指令，以实现对相应功能，本实施例中，处理器1对放电电路模块4是否工作进行控制；母线电容2设置于逆变器3的前端，用来存储新能源汽车中的蓄电池提供的电压；逆变器3能够将高压电池的直流电转化为交流电，将交流电输入到电动机中，使电动机转动，进而驱动机械传动装置工作，进一步可驱动新能源汽车的驱动轮转动。

本实施例中，放电电路模块4包括放电电阻组41及放电控制电路42，所述放电电阻组41的第一端子与所述母线电容2的正极连接，所述放电电阻组41的第二端子与所述母线电容2的负极及放电控制电路42的输出端分别连接，所述放电控制电路42的输入端与所述处理器1连接。

其中，放电电路模块可以印制于单独的电路板上，也可印制于电机控制器内原有的电路板上，为了使电机控制器内部结构更加简单，在本实用新型一实施例中，所述放电电路印制于所述电机控制器的电路板上。

可以理解的是，由于电机驱动系统中的高压电池的输出电压高于100v，在某些工况下，例如需要检修或车辆发生碰撞等工况，为保护人身安全，需要对其进行放电，以在该工况中降低母线电容c的高电压，本实用新型实施例的电机控制器具体的放电工作过程为：当需要对母线电容进行放电时，处理器1发出控制信号，控制放电控制电路42工作，以使母线电容通过放电电阻组41进行放电，使母线电容经过放电降低至安全电压，从而确保维修人员或车辆驾驶员等相关人员的安全。

本实用新型实施例提供的放电方案，是在电机控制器的基础上实现的，无需增加直流-直流转换器等额外的硬件结构，在电机控制器硬件的电路板上增加所述放电电路模块，即可实现母线高压的放电，而且相比于额外增加直流-直流转换器等硬件设备，成本较低。

本实用新型实施例提供的一种电机控制器，通过在电路板上设有处理器、母线电容、逆变器与放电电路模块，所述放电电路模块包括放电电阻组及放电控制电路，这样，将放电电路模块集成在电机控制器内，并且放电电阻组的第一端子与所述母线电容的正极连接，所述放电电阻组的第二端子与所述母线电容的负极及放电控制电路的输出端分别连接，所述放电控制电路的输入端与所述处理器连接，所述母线电容的正极和负极分别与所述逆变器连接，能够对母线电容进行放电，以使母线电压降低到人体安全电压范围内的过程中，这样，在对母线电容进行放电时，无需额外增加放电设备，从而可以便于简化新能源汽车的结构。

参见图2，图中high-voltage为高压母线电容正极即电压高端，hgnd为地，本实施例中，母线电容负极即电压低端接地，dis-charge表示接收放电控制指令；放电电阻组41包括依次串联的第一并联电阻组41a、第二并联电阻组41b及第三并联电阻组41c；所述放电控制电路42包括恒流电子开关42a，用于实现恒流放电控制。

所述第一并联电阻组41a的第一端子与所述母线电容2的正极连接，所述第三并联电阻组41c的第一端子与恒流电子开关42a的第一端子连接，所述恒流电子开关42a的第二端子与所述母线电容3的负极连接。

本实施例由于采用恒流电子开关来控制放电，可以实现对母线电容的放电。本实施例中，第一并联电阻组41a、第二并联电阻组41b或第三并联电阻组41c可由一个电阻组成，也可由多个电阻串和/或并联组成；恒流电子开关42a接通，使母线电容2的正极、第一并联电阻组41a、第二并联电阻组41b、第三并联电阻组41c及母线电容2的负极构成导通电路，实现对母线电容放电。

本实施例，通过第一并联电阻组、第二并联电阻组和第三并联电阻组相串联后的电阻值与只使用与之电阻值相等的一个电阻相比，成本更低，从而便于使电机控制器成本降低。

本实用新型一实施例中，恒流电子开关为增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管，所述第三并联电阻组的第一端子与增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极连接，所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极与所述母线电容的负极相连。

其中，金属-氧化物半导体场效应晶体管(mosfet，metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor)依照其沟道极性的不同，可分为电子占多数的n沟道型与空穴占多数的p沟道型，通常被称为n型金氧半场效晶体管(nmosfet)与p型金氧半场效晶体管(pmosfet)，本实施例中使用增强型nmosfet，当在栅极和源极之间施加电压，产生漏极电流，即mosfet开通。

图3为本实用新型又一实施例中的放电电路模块的结构示意图，如图3所示，本实施例中，所述恒流电子开关42a为增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管；

在前述实施例的基础上，所述放电控制电路42还包括：恒压源电路及光电开关隔离电路42d，所述恒压源电路包括第一npn型三极管42c1、第一电阻42c2及稳压二极管42c3，所述第一电阻42c2一端与稳压二极管42c3串联后接地，起到稳压的作用，以保护增强型nmosfet的门极不被击穿。

所述光电开关隔离电路42d包括光电耦合器42d1及与第二npn型三极管42d2；所述光电耦合器42d1的第一输入端接地，第二输入端与所述处理器连接，所述光电耦合器42d1的第一输出端连接于第二npn型三极管42d2的集电极，所述光电耦合器42d1的第二输出端接地；

所述第一npn型三极管42c1的集电极与所述母线电容的正极相连，所述第一npn型三极管42c1的发射极分别与所述第二npn型三极管42d2的基极、第一电阻42c2的另一端连接，所述第一npn型三极管42c1的基极与所述第二npn型三极管42d2的集电极相连，所述第一电阻42c2与稳压二极管42c3之间的节点及所述第二npn型三极管42d2的发射极分别与所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的栅极相连，所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极与所述母线电容的负极相连。

本实施例中，npn型三极管，由三块半导体构成，其中两块n型和一块p型半导体组成，p型半导体在中间，两块n型半导体在两侧，主要的功能是电流放大和开关作用。

本实施例中，稳压二极管42c3，利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。

本实施例中，光电耦合器42d1是以光为媒介传输电信号的一种电-光-电转换器件，它由发光源和受光器两部分组成，把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。光电耦合器42d1的第二输入端作为整个放电电路模块的第三端。

本实施例中，放电电路模块不工作时，使光电耦合器42d1一直处于通电状态，这样，使第二npn型三极管42d2的集电极接地，由于第一npn型三极管42c1的基极与所述第二npn型三极管42d2的集电极相连，第一npn型三极管42c1的基极接地，此时，第一npn型三极管42c1和第二npn型三极管42d2均处于截止状态，使得整个放电电路模块处于不放电状态；当处理器发出信号控制光电耦合器，使放电电路模块放电，第二npn型三极管42d2的集电极与地断开，由于第一npn型三极管42c1的基极与所述第二npn型三极管42d2的集电极相连，此时，母线电容的正极电压将电压施加与第一npn型三极管42c1的基极，使第一npn型三极管42c1导通，第一电阻42c2上的电压施加于第二npn型三极管42d2的基极，使第二npn型三极管42d2导通，经过稳压二极管，将电压施加于nmosfet管的栅极，使nmosfet管导通，从而，使母线电容的正极电压通过放电电阻组和nmosfet管实现放电。

本实施例，通过第一npn型三极管的集电极与母线电容的正极相连，第一npn型三极管的发射极分别与所述第二npn型三极管的基极、第一电阻的另一端连接，所述第一npn型三极管的基极与所述第二npn型三极管的集电极相连，所述第一电阻与稳压二极管之间的节点及所述第二npn型三极管的发射极分别与所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的栅极相连，所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极与所述母线电容的负极相连，能够对母线电压进行放电。

图4为本实用新型再一实施例中的放电电路模块的结构示意图，如图4所示，在前述实施例的基础上，所述放电控制电路42还包括用于向所述第一npn型三极管的基极提供正向偏置电压及向所述第二npn型三极管的集电极提供负载电压的电阻组42e，所述电阻组42e一端与所述母线电容正极连接，所述电阻组42e另一端分别与所述第一npn型三极管42c1的基极及第二npn型三极管42d2的集电极连接。

其中，电阻组42e可为一个电阻，也可为多个电阻串联和/或并联。

母线电容4正极上的电压通过电阻组，在电阻组42e上产生一定量的压降，这样，母线电容4上的电压为第一npn型三极管42c1的基极提供的电压值比母线电容4上的电压小，在合理确定电阻组的阻值后，能够为第一npn型三极管42c1的基极提供维持其导通的较小的电压，并且向所述第二npn型三极管42d2的集电极提供负载电压，从而提高第一npn型三极管42c1及第二npn型三极管42d2的寿命。

本实施例，通过将电阻组一端与所述母线电容正极连接，电阻组另一端分别与所述第一npn型三极管的基极及第二npn型三极管的集电极连接，便于提高放电电路模块的寿命，同时提高放电电路模块工作的可靠性。

参见图4，在本实用新型一实施例中，在图3放电电路模块中的放电控制电路基础上，恒压源电路42c还包括第一热敏电阻42c4，所述第一热敏电阻42c4连接于第一npn形三极管42c1的发射极与第一电阻42c2之间。

本实施例中，热敏电阻器42c4是敏感元件，不同的温度下表现出不同的电阻值，正温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越大。

本实施例中，当流过热敏电阻的电流过大时，热敏电阻的电阻值变大，电阻值变大使流过热敏电阻的电流减小，从而使施加在第二npn型三极管的基极电压维持恒定，便于使第二npn型三极管稳定导通，提高放电电路模块放电时的稳定性。

参见图4，在本实用新型一实施例中，所述母线电容的负极接地，所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极与母线电容负极之间串联有稳流电阻43，所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的栅极通过限流保护电阻44接地。

本实施例中，在放电电路模块工作过程中，增强型nmosfet处于线性工作状态，施加在稳流电阻43上的电压恒定，使得放电电流恒定，即实现放电电路的恒流放电；稳流电阻43阻值大小不同，放电电流大小不同，可以通过改变稳流电阻43阻值实现对放电电流大小的调节。

本实施例中，当增强型nmosfet管的栅极有电压，限流保护电阻44导通；当放电电路模块不工作时，特定情况下，有电压施加在增强型nmosfet管的栅极，由于限流保护电阻44的存在，使得施加在增强型nmosfet管的栅极电压，通过限流保护电阻44放电，这样，增强型nmosfet管不会由于其它原因导致增强型nmosfet管误导通

本实施例，通过将稳流电阻连接在增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极与所述电容的负极之间，增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的栅极通过限流保护电阻接地，便于实现放电电路的恒流放电以及提高放电电路的可靠性。

作为一可选实施方式，所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极与母线电容负极之间还串联有第二热敏电阻45。

本实施例中，当放电电流过大时，第二热敏电阻45的电阻值变大，电阻值变大能够使放电电流减小，从而对放电电流大小进行调整，便于使放电电路以恒流放电。

参见图4，在本实用新型一实施例中，所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的栅极连接有接地的电容46。

本实施例中，电容46对施加到增强型nmosfet管的栅极电压进行滤波，使增强型nmosfet管工作稳定。

参见图4，在本实用新型一实施例中，所述电阻组两端还连接有母线电压采样电路47。

本实施例中，当放电电路模块对母线电容放电时，母线电压采样电路47采集电阻组两端的电压值，并将结果返回给处理器，处理器根据该电压值返回结果，获知母线电容上电压变化，当已经达到了预定的电压值时，处理器发出控制信号，控制放电电路不再对母线电压放电。

本实施例，通过将母线电压采样电路连接在电阻组的两端，以使处理器能够监测母线电容的电压变化情况，从而，便于对放电电路进行控制。

作为一可选实施方式，所述放电电路，还包括第一二极管，所述稳压管的阴极、所述第二电阻的另一端和所述第二npn型三极管的发射极分别连接于第一二极管的阳极，第一二极管的阴极与所述增强型n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的栅极相连。

本实用新型实施例还提供了一种电机驱动系统，包括：高压电池、上述实施例中的电机控制器与电机，所述高压电池与所述电机控制器中的母线电容相连，所述电机控制器中的逆变器的输出端与所述电机连接。

本实施例，通过高压电池与所述电机控制器中的母线电容相连，所述电机控制器中的逆变器的输出端与所述电机连接，便于通过电机控制器中的放电电路模块对母线电容进行放电。

本实用新型实施例还提供了一种新能源汽车，包括：车架、电源管理系统和上述实施例中的电机驱动系统，所述电源管理系统与所述电机驱动系统分别设置于所述车架上，所述电源管理系统分别与所述电机驱动系统的高压电池及电机控制器相连。

本实施例，通过所述电源管理系统与所述电机驱动系统分别设置于所述车架上，所述电源管理系统分别与所述电机驱动系统的高压电池及电机控制器相连，便于通过电机驱动系统中的放电电路模块对母线电容进行放电。

本实用新型实施例提供的新能源汽车，由于采用了前述实施例提供的电机控制器，无需额外增加放电设备，就可以实现对母线电容放电，将母线电压降低到人体安全电压范围内；进一步地，由于在实现放电过程中，无需另外增加放电设备，从而可以简化整车结构。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。