电动汽车和电机控制系统的制作方法

本发明涉汽车技术领域，特别涉及一种电机控制系统和电动汽车。

背景技术：

相关技术中，电动汽车的电机控制系统一般采用如图1所示的结构。如图1所示，电机控制系统一般包括：第一至第八开关k1-k8、母线支撑电容c、被动泄放电阻r1、y电容c2、c3、双向dc/ac模块30、储能电感l和交流充电口u1、三相平衡电容c4-c6、预充电阻r2等，具体连接方式参照图1，此处不做赘述。

当电机控制系统工作在电机驱动模式时，第一开关k1、第二开关k2吸合，第三至第七开关k3-k7断开，动力电池输出的高压直流电经过滤波后输入双向dc/ac模块30，经过双向dc/ac模块30逆变成三相交流电，通过k1、k2输送至驱动电机m。当电机控制系统工作在交流充电模式时，k1、k2断开，k6吸合，交流充电口u1与交流充电柜连接，k7吸合，通过r2给c预充，预充成功后，k3、k4、k5吸合，交流电通过双向dc/ac模块30中的二极管整流成直流电进入动力电池80，以给动力电池80进行充电。

然而，上述系统只能通过专用的交流充电柜对动力电池80进行充电，而交流充电柜的不仅体积大而且造价高，这在一定程度上提高了纯电动汽车的普及成本。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电机控制系统，该系统使电动汽车既可以进行交流充电又可以进行直流充电，不仅提高了电动汽车充电的通用性，还降低了电动汽车的普及成本，推动了电动汽车的普及进程。

本发明的另一个目的在于提出一种电动汽车。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种电机控制系统，包括：交流充电口，用于连接外部交流充电设备；第一开关模块，所述第一开关模块的一端与所述交流充电口相连；双向dc/ac模块，所述双向dc/ac模块的三相交流端与所述第一开关模块的另一端相连；第二开关模块，所述第二开关模块的一端与所述双向dc/ac模块的三相交流端相连，所述第二开关模块的另一端与驱动电机相连；直流充电口，用于连接外部直流充电设备；直流充电模块，所述直流充电模块的第一端与所述双向dc/ac模块的第一直流端相连，所述直流充电模块的第二端与所述双向dc/ac模块的第二直流端相连；第三开关模块，所述第三开关模块的一端与动力电池相连，所述第三开关模块的另一端分别与所述双向dc/ac模块的第一直流端和第二直流端相连；第四开关模块，所述第四开关模块的一端与所述直流充电口相连，所述第四开关模块的另一端分别与所述直流充电模块的第二端和第三端相连；控制器模块，所述控制器模块用于对所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第四开关模块以及所述双向dc/ac模块和所述直流充电模块进行控制以使所述电机控制系统在电机驱动模式、交流充电模式和直流充电模式之间进行切换工作。

根据本发明实施例的电机控制系统，通过控制器模块对第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块以及双向dc/ac模块和直流充电模块进行控制以使电机控制系统在电机驱动模式、交流充电模式和直流充电模式之间进行切换工作，使电动汽车既可以进行交流充电又可以进行直流充电，不仅提高了电动汽车充电的通用性，还降低了电动汽车的普及成本，推动了电动汽车的普及进程。

另外，根据本发明上述实施例提出的电机控制系统还可具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，上述的电机控制系统还包括：预充模块，所述预充模块在所述电机控制系统以交流充电模式工作之前，在所述控制器模块的控制下用于对所述双向dc/ac模块的第一直流端与第二直流端之间的直流母线电容进行预充。

根据本发明的一个实施例，上述的电机控制系统还包括：被动泄放模块，所述被动泄放模块与所述直流母线电容并联，用于对所述直流母线电容上的电压进行被动泄放；滤波模块，所述滤波模块与所述被动泄放模块并联，用于吸收共模干扰；三相平衡模块，所述三相平衡模块的第一端与所述双向dc/ac模块的第一直流端相连，所述三相平衡模块的第二端与所述双向dc/ac模块的第二直流端相连，所述三相平衡模块的第三端通过储能模块连接到所述双向dc/ac模块的三相交流端，所述三相平衡模块用于对所述双向dc/ac模块的三相交流端电压进行平衡。

根据本发明的一个实施例，所述第三开关模块包括：第一开关，所述第一开关的第一端与所述动力电池的一端相连，所述第一开关的第二端与所述双向dc/ac模块的第一直流端相连；第二开关，所述第二开关的第一端与所述动力电池的另一端相连，所述第二开关的第二端与所述双向dc/ac模块的第二直流端相连。

根据本发明的一个实施例，所述第四开关模块包括：第三开关，所述第三开关的第一端与所述直流充电口的一端相连，所述第三开关的第二端与所述直流充电模块的第三端相连；第四开关，所述第四开关的第一端与所述直流充电口的另一端相连，所述第四开关的第二端与所述直流充电模块的第二端相连。

根据本发明的一个实施例，所述直流充电模块包括：第一电容，所述第一电容的一端与所述第三开关的第二端相连，所述第一电容的另一端与所述第四开关的第二端相连；第一电感，所述第一电感的一端分别与所述第一电容的一端和所述第三开关的第二端相连；第一功率开关管和第二功率开关管，所述第一功率开关管的一端与所述双向dc/ac模块的第一直流端相连，所述第一功率开关管的另一端与所述第二功率开关管的一端相连且具有第一节点，所述第一节点与所述第一电感的另一端相连，所述第二功率开关管的另一端与所述双向dc/ac模块的第二直流端相连。

根据本发明的一个实施例，所述控制器模块在接收到直流充电指令时，判断所述外部直流充电设备的工作电压与所述动力电池所需充电电压之间的关系，其中，如果所述外部直流充电设备的工作电压小于所述动力电池所需充电电压，所述控制器模块控制所述第一开关至所述第四开关闭合，并控制所述第二功率开关管常关，以及通过控制所述第一功率开关管的占空比以使所述直流充电模块进行升压工作，以实现所述电机控制系统以直流升压充电方式对所述动力电池充电；如果所述外部直流充电设备的工作电压大于所述动力电池所需充电电压，所述控制器模块控制所述第二开关和所述第四开关闭合，并控制所述第三开关的第一端与所述第一开关的第二端连接、所述第一开关的第一端与所述第三开关的第二端连接，以及控制所述第一功率开关管常关，并通过控制所述第二功率开关管的占空比以使所述直流充电模块进行降压工作，以实现所述电机控制系统以直流降压充电方式对所述动力电池充电；如果所述外部直流充电设备的工作电压等于所述动力电池所需充电电压时，所述控制器模块控制所述第一开关、所述第二开关和所述第四开关闭合，并控制所述第三开关的第一端与所述第一开关的第二端连接，以实现所述电机控制系统以直流对充方式对所述动力电池充电。

根据本发明的一个实施例，所述第一开关模块包括第一三相开关和单相开关，所述预充模块包括第二三相开关和三相预充电阻，所述三相平衡模块包括三相平衡电容和第三三相开关，其中，所述控制器模块在接收电机驱动指令时，控制所述第二开关模块和第三开关模块闭合，并控制所述第一三相开关、所述单相开关、所述第二三相开关、所述第三三相开关以及所述第四开关模块全部断开，以实现所述电机控制系统以电机驱动模式工作。

根据本发明的一个实施例，所述控制器模块接收到交流充电指令时，控制所述第二开关模块和所述第四开关模块断开，并控制所述第三开关模块闭合，以及控制所述第二三相开关和所述第三三相开关闭合以对所述直流母线电容进行预充，并在预充完成后，如果所述交流充电指令对应的是三相交流充电，所述控制器模块则控制所述第一三相开关闭合，并控制所述单相开关断开；如果所述交流充电指令对应的是单相交流充电，所述控制器模块则控制所述第一三相开关中的一相和所述单相开关闭合。

为达到上述目的，本发明的另一方面实施例提出的一种电动汽车，其包括上述的电机控制系统。

本发明实施例的电动汽车，通过上述的电机控制系统的控制器模块对第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块以及双向dc/ac模块和直流充电模块进行控制以使电机控制系统在电机驱动模式、交流充电模式和直流充电模式之间进行切换工作，使电动汽车既可以进行交流充电又可以进行直流充电，不仅提高了电动汽车充电的通用性，还降低了电动汽车的普及成本，推动了电动汽车的普及进程。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1是相关技术中电动汽车的电机控制系统的电路拓扑图；

图2是根据本发明一个实施例的电机控制系统的方框示意图；

图3是根据本发明一个实施例的电机控制系统的电路拓扑图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来描述本发明实施例提出的电机控制系统和电动汽车。

图2是根据本发明一个实施例的电机控制系统的方框示意图。如图2所示，该电机控制系统包括：交流充电口u1、第一开关模块20、双向dc/ac模块30、第二开关模块40、直流充电口u2、直流充电模块50、第三开关模块60、第四开关模块70和控制器模块(图中未具体示出)。

其中，交流充电口u1用于连接外部交流充电设备。第一开关模块20的一端与交流充电口u1相连。双向dc/ac模块30的三相交流端与第一开关模块20的另一端相连。第二开关模块40的一端与双向dc/ac模块30的三相交流端相连，第二开关模块40的另一端与驱动电机m相连。直流充电口u2用于连接外部直流充电设备。直流充电模块50的第一端与双向dc/ac模块30的第一直流端相连，直流充电模块50的第二端与双向dc/ac模块30的第二直流端相连。第三开关模块60的一端与动力电池80相连，第三开关模块60的另一端分别与双向dc/ac模块30的第一直流端和第二直流端相连。第四开关模块70的一端与直流充电口u2相连，第四开关模块70的另一端分别与直流充电模块50的第二端和第三端相连。控制器模块用于对第一开关模块20、第二开关模块40、第三开关模块60、第四开关模块70以及双向dc/ac模块30和直流充电模块50进行控制以使电机控制系统在电机驱动模式、交流充电模式和直流充电模式之间进行切换工作。

具体地，如图2所示，双向dc/ac模块30可将三相交流端的交流电转换为直流电并从直流端输出，还可将直流端的直流电逆变成交流电并从三相交流端输出。通过控制第三开关模块60、第四开关模块70的状态可以使直流充电模块50工作在升压模式、降压模式和对充模式，从而将直流充电口u2输出的直流电进行升压处理、降压处理或者直接输入至动力电池80。

当电机控制系统工作在电机驱动模式时，控制器模块控制第一开关模块20、第四开关模块70断开，并控制第二开关模块40、第三开关模块60闭合，动力电池80输出的直流电经双向dc/ac模块30逆变为三相交流电输入至驱动电机m，以给驱动电机m供电。当电机控制系统工作在交流充电模式时，控制器模块控制第一开关模块20、第三开关模块60闭合，并控制第二开关模块40、第四开关模块70断开，外部交流充电设备(例如交流充电柜)输出的交流电经双向dc/ac模块30整流后输出直流电至动力电池80，以给动力电池80充电。

当电机控制系统工作在直流充电模式时，控制器模块控制第一开关模块20、第二开关模块40断开，并根据外部交流充电设备(例如直流充电柜)的电压等级对第三开关模块60、第四开关模块70进行控制，使直流充电模块50工作在升压模式、降压模式和对充模式，从而将直流充电口u2输出的直流电进行升压处理、降压处理或者直接输入至动力电池80，以对动力电池80进行充电。由此，该电机控制系统增加了直流充电功能，使电动汽车既可以进行交流充电又可以进行直流充电，提高了电动汽车充电的通用性，并且，直流充电柜的体积较小，且造价较低，因此可降低电动汽车的普及成本，推动电动汽车的普及进程。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，上述的电机控制系统还可以包括：预充模块90。预充模块90在电机控制系统以交流充电模式工作之前，在控制器模块的控制下用于对双向dc/ac模块30的第一直流端与第二直流端之间的直流母线电容c进行预充。

具体地，如图3所示，c为母线支撑电容，一方面可以稳定系统内部的电压，另一方面可以吸收尖峰电压。在电机控制系统以交流充电模式工作之前，控制器模块的先控制第三开关模块60、预充模块90闭合，以对直流母线电容c进行预充，以防止在第一开关模块20闭合瞬间电流过大而烧毁或者击穿电路中的元器件，在直流母线电容c充满电后，控制器模块再控第一开关模块20闭合，以对动力电池80充电。

根据本发明的一个实施例，上述的电机控制系统还可以包括：被动泄放模块、滤波模块和三相平衡模块。

其中，被动泄放模块与直流母线电容c并联，用于对直流母线电容c上的电压进行被动泄放。滤波模块与被动泄放模块并联，用于吸收共模干扰。三相平衡模块的第一端与双向dc/ac模块30的第一直流端相连，三相平衡模块的第二端与双向dc/ac模块30的第二直流端相连，三相平衡模块的第三端通过储能模块10连接到双向dc/ac模块30的三相交流端，三相平衡模块用于对双向dc/ac模块30的三相交流端电压进行平衡。

具体地，如图3所示，被动泄放模块可以包括被动泄放电阻r1，当主动泄放失效时，可以通过被动泄放电阻r1放点，以保证高压降到安全操作范围内。滤波模块可以包括第二电容c2、第三电容c3，c2、c3组成一组y电容，以吸收工模干扰。三相平衡模块可以包括第四电容c4、第五电容c5和第六电容c6和第六开关k6，当三相电压不平衡时，可通过第四电容c4、第五电容c5和第六电容c6将电压拉平。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，双向dc/ac模块30的三相交流端通过储能模块10与第一开关模块20的另一端相连。储能模块10可以包括储能电感l，利用电感电流不能突变的特性，通过储能电感l可以吸收流过电感的尖峰电流，起到滤波的作用。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，第三开关模块60可以包括：第一开关k1和第二开关k2。其中，第一开关k1的第一端与动力电池80的一端相连，第一开关k1的第二端与双向dc/ac模块30的第一直流端相连。第二开关k2的第一端与动力电池80的另一端相连，第二开关k2的第二端与双向dc/ac模块30的第二直流端相连。

如图3所示，第四开关模块70可以包括：第三开关k3和第四开关k4。其中，第三开关k3的第一端与直流充电口u2的一端相连，第三开关k3的第二端与直流充电模块50的第三端相连。第四开关k4的第一端与直流充电口u2的另一端相连，第四开关k4的第二端与直流充电模块50的第二端相连。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，第一开关模块20可以包括第一三相开关k8、k9、k10和单相开关k5，预充模块90包括第二三相开关k7和三相预充电阻r2，三相平衡模块120可以包括三相平衡电容c4、c5、c6和第三三相开关k6，其中，控制器模块在接收电机驱动指令时，控制第二开关模块40和第三开关模块60闭合，并控制第一三相开关k8、k9、k10、单相开关k5、第二三相开关k7、第三三相开关k6以及第四开关模块70全部断开，以实现电机控制系统以电机驱动模式工作。

具体地，如图3所示，单相开关k5的一端与交流充电口u1的中性点端子相连，单相开关k5的另一端通过储能模块10与双向dc/ac模块30的三相交流端的任一端子相连。双向dc/ac模块30可以包括第一至第六开关管a1-a6，第一至第六开关管a1-a6可以为igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)。第二开关模块40可以包括第十一开关k11和第十二开关k12。控制器模块接收到电机驱动指令时，控制k11、k12、k1、k2闭合，并控制k3、k4、k5、k6、k7、k8、k9、k10全部断开，双向dc/ac模块30将动力电池80输出的直流电经逆变为三相交流电输入至驱动电机m，以给驱动电机m供电。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，控制器模块接收到交流充电指令时，控制第二开关模块40和第四开关模块70断开，并控制第三开关模块60闭合，以及控制第二三相开关k7和第三三相开关k6闭合以对直流母线电容c进行预充，并在预充完成后，如果交流充电指令对应的是三相交流充电，控制器模块则控制第一三相开关k8-k10闭合，并控制单相开关k5断开；如果交流充电指令对应的是单相交流充电，控制器模块则控制第一三相开关k8-k10中的一相和单相开关k5闭合。

具体地，如图3所示，如果控制器模块接收到三相交流充电指令，则先控制k3、k4、k5、k11、k12断开，k1、k2闭合，交流充电口u2与交流充电柜连接，k6、k7闭合，以对c、c6进行预充，在直流母线电容c充满电后，控制器模块再控制k7断开，并控制k8、k9、k10闭合，以进行三相交流充电。如果控制器模块接收到单相交流充电指令，则控制k3、k4、k9、k11、k12断开，k1、k2闭合，交流充电口u2与交流充电柜连接，k6、k7闭合，以对c、c6进行预充，在直流母线电容c充满电后，控制器模块再控制k5和第一三相开关k8、k9、k10中不与单相开关k5相连的一相(即图3中的k8或k10)闭合，以进行单相交流充电。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，直流充电模块50可以包括：第一电容c1、第一电感l1、第一功率开关管q1和第二功率开关管q2。其中，第一电容c1的一端与第三开关k3的第二端相连，第一电容c1的另一端与第四开关k4的第二端相连。第一电感l1的一端分别与第一电容c1的一端和第三开关k3的第二端相连。第一功率开关管q1的一端与双向dc/ac模块30的第一直流端相连，第一功率开关管q1的另一端与第二功率开关管q2的一端相连且具有第一节点1，第一节点1与第一电感l1的另一端相连，第二功率开关管q2的另一端与双向dc/ac模块30的第二直流端相连。第一功率开关管q1和第二功率开关管q2可以为igbt。

进一步地，根据本发明的一个实施例，控制器模块在接收到直流充电指令时，判断外部直流充电设备的工作电压与动力电池所需充电电压之间的关系。其中，如果外部直流充电设备的工作电压小于动力电池所需充电电压，控制器模块控制第一开关至第四开关k1-k4闭合，并控制第二功率开关管q2常关，以及通过控制第一功率开关管q1的占空比以使直流充电模块50进行升压工作，以实现电机控制系统以直流升压充电方式对动力电池80充电。如果外部直流充电设备的工作电压大于动力电池所需充电电压，控制器模块控制第二开关k2和第四开关k4闭合，并控制第三开关k3的第一端与第一开关k2的第二端连接、第一开关k1的第一端与第三开关k3的第二端连接，以及控制第一功率开关管q1常关，并通过控制第二功率开关管q2的占空比以使直流充电模块50进行降压工作，以实现电机控制系统以直流降压充电方式对动力电池80充电。如果外部直流充电设备的工作电压等于动力电池所需充电电压时，控制器模块控制第一开关k1、第二开关k2和第四开关k4闭合，并控制第三开关k3的第一端与第一开关k1的第二端连接，以实现电机控制系统以直流对充方式对动力电池80充电。

具体地，如图3所示，控制器模块在接收到直流充电指令时，如果外部直流充电设备的工作电压小于动力电池所需充电电压，则采用升压电路，控制器模块控制k5、k6、k7、k8、k9、k10、k11、k12断开，q2常关，k1、k2、k3、k4吸合，q1开通以对l1、c1进行预充，预充结束后，断开q1，电流通过q2的二极管续流，通过控制q1的占空比实现升压，通过l1、c1组成的升压电路将外部直流充电设备输出的电压抬升至动力电池所需充电电压后再给动力电池80进行充电。

如果外部直流充电设备的工作电压大于动力电池所需充电电压，则采用降压电路，控制器模块则控制k5、k6、k7、k8、k9、k10、k11、k12断开，q1常关，k2、k4吸合，k3接到a点，k1接到f点，q2开通以对l1、c1进行预充，预充结束后，断开q2，电流通过q1的二极管续流，通过控制q2的占空比实现降压。通过l1、c1组成的降压电路将外部直流充电设备输出的电压降低至动力电池所需充电电压后再给动力电池80进行充电。

如果外部直流充电设备的工作电压等于动力电池所需充电电压，控制器模块则控制k5、k6、k7、k8、k9、k10、k11、k12断开，k2、k4吸合，k3接到a点，k1也接到a点，外部直流充电设备与动力电池80直接连接进行对充。

综上所述，根据本发明实施例的电机控制系统，通过控制器模块对第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块以及双向dc/ac模块和直流充电模块进行控制以使电机控制系统在电机驱动模式、交流充电模式和直流充电模式之间进行切换工作，使电动汽车既可以进行交流充电又可以进行直流充电，不仅提高了电动汽车充电的通用性，还降低了电动汽车的普及成本，推动了电动汽车的普及进程。

此外，本发明的实施例还提出一种电动汽车，其包括上述的电机控制系统。

本发明实施例的电动汽车，通过上述的电机控制系统的控制器模块对第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块以及双向dc/ac模块和直流充电模块进行控制以使电机控制系统在电机驱动模式、交流充电模式和直流充电模式之间进行切换工作，使电动汽车既可以进行交流充电又可以进行直流充电，不仅提高了电动汽车充电的通用性，还降低了电动汽车的普及成本，推动了电动汽车的普及进程。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。