集成交流充电的分裂式六相电机控制系统及其方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910719795.4 (22)申请日 2019.08.06 (71)申请人 芜湖瑞来电子科技有限公司 地址 241000 安徽省芜湖市弋江区中山南 路717号科技产业园4号楼9层西侧 (72)发明人 李跃民屈仁高金文 (74)专利代理机构 芜湖众汇知识产权代理事务 所(普通合伙) 34128 代理人 程方柳 (51)Int.Cl. H02P 25/22(2006.01) H02J 7/02(2016.01) B60L 53/24(2019.01) (54)发明名称 一种集。

2、成交流充电的分裂式六相电机控制 系统及其方法 (57)摘要 本发明公开了一种集成交流充电的分裂式 六相电机控制系统， 包括主控模块、 驱动模块、 直 流电模块、 预充模块、 逆变单元模块、 分裂式六相 电机和连接于交流电插座的PFC电感模块， 通过 逆变单元模块设有的交流电充电端口和分裂式 六相电机端口驱动交流电输入电压信号控制六 相电机， 逆变单元模块通过PFC电感模块与交流 电插座电性连接； 本案公开的控制方法中有交流 充电的速充方法， 通过逆变单元的分合流控制， 实现六相电机的快速电量输入， 以达到电动汽车 快充的目的。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 110957957 A。

3、 2020.04.03 CN 110957957 A 1.一种集成交流充电的分裂式六相电机控制系统， 其特征在于： 包括主控模块、 驱动模 块、 直流电模块、 预充模块、 逆变单元模块、 分裂式六相电机和连接于交流电插座的PFC电感 模块， 其中， 主控模块通过驱动模块连接于预充模块的信号输入端， 该预充模块被配置成连 接于直流电模块， 以通过主控模块输出相应的预充电信号于预充模块并驱动预充模块接收 直流电的输入， 预充模块的信号输出端连接于逆变单元模块， 且通过逆变单元模块设有的 交流电充电端口和分裂式六相电机端口驱动交流电输入电压信号控制六相电机， 逆变单元 模块通过PFC电感模块与交流电。

4、插座电性连接。 2.按照权利要求1所述的一种集成交流充电的分裂式六相电机控制系统， 其特征在于， 所述逆变单元模块包括对应六相电机输入端的且相互并联六个子逆变单元模块， 每个子逆 变单元模块均设有数量相同且连接于单相电机的多个并联的逆变单元， 逆变单元模块和六 相电机之间的PFC电感模块内均串联有与所述逆变单元数量相对应的FPC电感， 该系统中包 括对应六相电机的两个交流电插座和FPC电感模块， FPC电感模块通过交流电开关连接于交 流电插座， 电机中设有转子传感器， 将永磁转子磁场的位置信号转换成电信号， 为逻辑开关 电路提供正确的换相信息。 3.按照权利要求1所述的一种集成交流充电的分裂式。

5、六相电机控制系统， 其特征在于， 所述系统中还包括AD转换模块和电流检测模块， 所述主控模块通过AD转换模块配置成连接 于电流检测模块， 电流检测模块的输入端连接于逆变单元模块的输出端， 电流检测模块设 置有两个输出端且分别连接于六相电机和所述PFC模块， 以通过主控模块输出的信号控制 逆变单元模块输入电压于六相电机。 4.按照权利要求2所述的一种集成交流充电的分裂式六相电机控制系统， 其特征在于， 所述预充模块包括： 第一接触器、 第一预充电阻、 第二接触器和第三接触器， 所述第二接触 器连接在所述高压电池的正极和所述电流变换模块的第二直流端之间； 所述第三接触器连 接在所述高压电池的正极和。

6、所述电流变换模块第一直流端之间； 所述第一接触器与所述第 一预充电阻串联后与所述第二接触器并联； 所述第一接触器、 所述第二接触器和所述第三接触器的控制端分别与所述主控单元模 块连接； 且预充模块与所述高压电池集成为一体。 5.按照权利要求1所述的一种集成交流充电的分裂式六相电机控制系统， 其特征在于， 所述预充模块和逆变单元模块之间设有保险模块， 预充模块通过保险模块配置成连接于逆 变单元模块。 6.按照权利要求2所述的一种集成交流充电的分裂式六相电机控制系统， 所述逆变单 元采用绝缘栅双极型晶体管， 通过多个并联的绝缘栅双极型晶体管组成子逆变单元模块。 7.一种集成交流充电的分裂式六相电机。

7、控制方法， 包括权利要求1至6任一所述的一种 集成交流充电的分裂式六相电机控制系统， 其特征在于： 所述主控模块分别与与所述逆变 单元模块、 所述预充模块、 电机控制开关和交流控制开关的控制端分别连接， 以控制其开 闭； 其中， 在所述系统处于驱动模式时， 所述逆变单元模块向所述电机驱动回路输出电能， 电机控制开关处于闭合状态下， 交流控制开关断开； 反之， 在所述系统处于充电模式时， 外部交流电源通过交流充电插座向所述电流变换 权利要求书 1/2 页 2 CN 110957957 A 2 模块输入电能， 交流控制开关处于闭合状态下， 电机控制开关断开。 8.按照权利要求7所述的一种集成交流充。

8、电的分裂式六相电机控制方法， 其特征在于， 所述六相电机中的每个单项电机的电源输入端内均设有多个电机电感， 电机通过多个电感 与子逆变单元模块中的多个逆变单元相连， 以通过多次逆变加大交流电于电机的电量输 入。 9.按照权利要求7所述的一种集成交流充电的分裂式六相电机控制方法， 其特征在于， 所述逆变单元中均包括两个相串联的三极管和二极管的开关电路， 该两个开关电路相并联 的节点与电机的交流控制开关相连。 10.一种电动汽车， 其特征在于， 包括权利要求1至6任一所述的一种集成交流充电的分 裂式六相电机控制系统。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110957957 A 3 一种集成交流充电的。

9、分裂式六相电机控制系统及其方法 技术领域 0001 本发明属于电动汽车领域， 更具体地说， 本发明涉及一种集成交流充电的分裂式 六相电机控制系统及其方法。 背景技术 0002 伴随着现代化科学技术的发展， 日益严重的环境问题逐渐引起人们的关注， 进而 在发展科技的同时如何更好的保护环境显得尤关重要， 绿色环保的新能源汽车成为了未来 汽车行业发展的主要趋势， 目前我国已全面推动新能源汽车战略发展， 电动机取代传统的 燃油发动机成为汽车驱动系统的核心器件， 采用分立器件并联对电机进行控制， 但在实际 应用过程中如何解决器件的稳定性和充电缓慢等问题目前所要面临的。 0003 现有技术中主流的充电方案。

10、是直流快速充电和单相交流充电， 直流快速充电投入 成本较高且体积较大， 不利用当前新能源汽车的快速发展； 单相交流充电时间较长， 另外有 一些特种车辆如环卫上装车辆或双电机驱动车辆需要设计两个控制器和电机， 这使得车辆 整体系统变得复杂降低了系统的可靠性， 增加了成本， 而且采用大量分立器件并联， 一旦出 现故障， 难以排查问题所在， 如何实现分立器件均流和提高分立器件可靠性以及缩减充电 时间也是目前要解决的关键性问题。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题是提供一种集成交流充电的分裂式六相电机控制系 统及其方法。 0005 为了实现上述目的， 本发明采取的技术方案为： 一种集成交流充。

11、电的分裂式六相 电机控制系统， 包括主控模块、 驱动模块、 直流电模块、 预充模块、 逆变单元模块、 分裂式六 相电机和连接于交流电插座的PFC电感模块， 其中， 主控模块通过驱动模块连接于预充模块 的信号输入端， 该预充模块被配置成连接于直流电模块， 以通过主控模块输出相应的预充 电信号于预充模块并驱动预充模块接收直流电的输入， 预充模块的信号输出端连接于逆变 单元模块， 且通过逆变单元模块设有的交流电充电端口和分裂式六相电机端口驱动交流电 输入电压信号控制六相电机， 逆变单元模块通过PFC电感模块与交流电插座电性连接。 0006 本发明公开的一种集成交流充电的分裂式六相电机控制系统， 所述。

12、逆变单元模块 包括对应六相电机输入端的且相互并联六个子逆变单元模块， 每个子逆变单元模块均设有 数量相同且连接于单相电机的多个并联的逆变单元， 逆变单元模块和六相电机之间的PFC 电感模块内均串联有与所述逆变单元数量相对应的FPC电感， 该系统中包括对应六相电机 的两个交流电插座和FPC电感模块， FPC电感模块通过交流电开关连接于交流电插座， 电机 中设有转子传感器， 将永磁转子磁场的位置信号转换成电信号， 为逻辑开关电路提供正确 的换相信息。 0007 本发明公开的一种集成交流充电的分裂式六相电机控制系统， 所述系统中还包括 AD转换模块和电流检测模块， 所述主控模块通过AD转换模块配置成。

13、连接于电流检测模块， 说明书 1/6 页 4 CN 110957957 A 4 电流检测模块的输入端连接于逆变单元模块的输出端， 电流检测模块设置有两个输出端且 分别连接于六相电机和所述PFC模块， 以通过主控模块输出的信号控制逆变单元模块输入 电压于六相电机。 0008 本发明公开的一种集成交流充电的分裂式六相电机控制系统， 所述预充模块包 括： 第一接触器、 第一预充电阻、 第二接触器和第三接触器， 所述第二接触器连接在所述高 压电池的正极和所述电流变换模块的第二直流端之间； 所述第三接触器连接在所述高压电 池的正极和所述电流变换模块第一直流端之间； 所述第一接触器与所述第一预充电阻串联 。

14、后与所述第二接触器并联； 0009 所述第一接触器、 所述第二接触器和所述第三接触器的控制端分别与所述主控单 元模块连接； 0010 且预充模块与所述高压电池集成为一体。 0011 本发明公开的一种集成交流充电的分裂式六相电机控制系统， 所述预充模块和逆 变单元模块之间设有保险模块， 预充模块通过保险模块配置成连接于逆变单元模块。 0012 本发明公开的一种集成交流充电的分裂式六相电机控制系统， 所述逆变单元采用 绝缘栅双极型晶体管， 通过多个并联的绝缘栅双极型晶体管组成子逆变单元模块。 0013 本发明公开的一种集成交流充电的分裂式六相电机控制方法， 所述主控模块分别 与与所述逆变单元模块、。

15、 所述预充模块、 电机控制开关和交流控制开关的控制端分别连接， 以控制其开闭； 0014 其中， 在所述系统处于驱动模式时， 所述逆变单元模块向所述电机驱动回路输出 电能， 电机控制开关处于闭合状态下， 交流控制开关断开； 0015 反之， 在所述系统处于充电模式时， 外部交流电源通过交流充电插座向所述电流 变换模块输入电能， 交流控制开关处于闭合状态下， 电机控制开关断开。 0016 本发明公开的一种集成交流充电的分裂式六相电机控制方法， 所述六相电机中的 每个单项电机的电源输入端内均设有多个电机电感， 电机通过多个电感与子逆变单元模块 中的多个逆变单元相连， 以通过多次逆变加大交流电于电机。

16、的电量输入。 0017 本发明公开的一种集成交流充电的分裂式六相电机控制方法， 所述逆变单元中均 包括两个相串联的三极管和二极管的开关电路， 该两个开关电路相并联的节点与电机的交 流控制开关相连。 0018 本发明公开的一种电动汽车， 包括一种集成交流充电的分裂式六相电机控制系 统。 0019 采用本技术方案， 通过设计单个的逆变单元对应控制一路独立的绕组， 进而使得 多个逆变单元同时工作， 以控制分裂式六相电机同时工作， 可以避免分立器件在并联应用 中面临的不均流和不可靠的问题， 同时通过复用分立逆变单元器件集成交流充电， 以实现 同时对新能源汽车进行双枪大功率充电， 加大充电的电量输入， 。

17、提高了电动汽车的充电速 度， 并且非常适合于目前大多数电动汽车的使用， 不仅缩短了充电时间， 并且将电动汽车的 充电过程便捷化， 适合大多数使用者的消费需求， 节约时间成本， 增加效率。 0020 以下将结合附图和实施例， 对本发明进行较为详细的说明。 说明书 2/6 页 5 CN 110957957 A 5 附图说明 0021 下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明： 0022 图1为本发明的电路逻辑示意图； 0023 图2为本发明的电路逻辑框图； 0024 图3为本发明的电路连接图。 0025 图1和图2中标记为： 101、 主控模块； 102、 驱动模块； 103、 高。

18、压电池； 104、 预充模块； 105、 逆变单元模块； 106、 第一交流电插座； 107、 分裂式六相电机； 108、 电流检测模块； 109、 AD转换模块； 110、 保险模块； 111、 双向DCDC模块； 113、 第二交流电插座； 114、 第一PFC电感模 块； 115、 第二PFC电感模块。 0026 图3： 201、 主控模块； 202、 驱动电路模块； 203、 高压电池； 204、 预充模块； 205、 逆变 单元模块； 206、 第一交流电插座； 207、 第二交流电插座； 208、 电流检测模块； 209、 AD转换模 块； 210、 保险模块； 211、 双向DC。

19、DC模块； 212、 转子传感器。 具体实施方式 0027 下面对照附图， 通过对实施例的描述， 对本发明的具体实施方式如所涉及的各构 件的形状、 构造、 各部分之间的相互位置及连接关系、 各部分的作用及工作原理、 制造工艺 及操作使用方法等， 作进一步详细的说明， 以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、 技术方案有更完整、 准确和深入的理解。 0028 图1为本发明的电路逻辑示意图， 图2为本发明的电路逻辑框图， 图3为本发明的电 路连接图， 如图所示的一种集成交流充电的分裂式六相电机控制系统， 包括主控模块101、 驱动模块102、 直流电模块、 预充模块104、 逆变单元模块105、。

20、 分裂式六相电机107和连接于 交流电插座(106、 113)的PFC电感模块(114、 115)， 其中， 主控模块101通过驱动模块102连接 于预充模块104的信号输入端， 该预充模块104被配置成连接于直流电模块， 以通过主控模 块101输出相应的预充电信号于预充模块104并驱动预充模块接收直流电的输入， 预充模块 104的信号输出端连接于逆变单元模块， 且通过逆变单元模块105设有的交流电充电端口和 分裂式六相电机端口驱动交流电输入电压信号控制六相电机， 逆变单元模块通过PFC电感 模块与交流电插座电性连接； 逆变单元模块包括对应六相电机输入端的且相互并联六个子 逆变单元模块， 每个。

21、子逆变单元模块均设有数量相同且连接于单相电机的多个并联的逆变 单元， 逆变单元模块和六相电机之间的PFC电感模块(114、 115)内均串联有与所述逆变单元 数量相对应的FPC电感(114、 115)， 该系统中包括对应六相电机的两个交流电插座(106、 113)和FPC电感模块(114、 115)， FPC电感模块通过交流电开关连接于交流电插座， 电机中设 有转子传感器212， 将永磁转子磁场的位置信号转换成电信号， 为逻辑开关电路提供正确的 换相信息。 0029 本案的系统中还包括AD转换模块和电流检测模块， 所述主控模块通过AD转换模块 配置成连接于电流检测模块， 电流检测模块的输入端连。

22、接于逆变单元模块的输出端， 电流 检测模块设置有两个输出端且分别连接于六相电机和所述PFC模块， 以通过主控模块输出 的信号控制逆变单元模块输入电压于六相电机。 0030 上述中的预充模块包括： 第一接触器、 第一预充电阻、 第二接触器和第三接触器， 所述第二接触器连接在所述高压电池的正极和所述电流变换模块的第二直流端之间； 所述 说明书 3/6 页 6 CN 110957957 A 6 第三接触器连接在所述高压电池的正极和所述电流变换模块第一直流端之间； 所述第一接 触器与所述第一预充电阻串联后与所述第二接触器并联； 0031 所述第一接触器、 所述第二接触器和所述第三接触器的控制端分别与所。

23、述主控单 元模块连接； 0032 且预充模块与所述高压电池集成为一体； 预充模块和逆变单元模块之间设有保险 模块， 预充模块通过保险模块配置成连接于逆变单元模块。 0033 逆变单元采用绝缘栅双极型晶体管， 通过多个并联的绝缘栅双极型晶体管组成子 逆变单元模块， 绝缘栅双极晶体管综合了电力晶体管和电力场效应晶体管的优点， 具有良 好的特性， 应用领域很广泛； IGBT也是三端器件： 栅极， 集电极和发射极。 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是MOS结构双极器件， 属于具有功率MOSFET的高速性能与双极 的低电阻性能的功率器件。 IGBT的应用范围。

24、一般都在耐压600V以上、 电流10A以上、 频率为 1kHz以上的区域。 多使用在工业用电机、 民用小容量电机、 变换器(逆变器)、 照相机的频闪 观测器、 感应加热电饭锅等领域。 根据封装的不同， IGBT大致分为两种类型， 一种是模压树 脂密封的三端单体封装型， 从TO3P到小型表面贴装都已形成系列。 另一种是把IGBT与FWD (Flee Wheel Diode)成对地(2或6组)封装起来的模块型， 主要应用在工业上， 模块的类型 根据用途的不同， 分为多种形状及封装方式， 都已形成系列化。 0034 实施例一 0035 本案公开的一种集成交流充电的分裂式六相电机控制方法， 所述主控模。

25、块分别与 与所述逆变单元模块、 所述预充模块、 电机控制开关和交流控制开关的控制端分别连接， 以 控制其开闭； 0036 其中， 在所述系统处于驱动模式时， 所述逆变单元模块向所述电机驱动回路输出 电能， 电机控制开关处于闭合状态下， 交流控制开关断开； 0037 反之， 在所述系统处于充电模式时， 外部交流电源通过交流充电插座向所述电流 变换模块输入电能， 交流控制开关处于闭合状态下， 电机控制开关断开。 0038 本案中的六相电机中的每个单项电机的电源输入端内均设有多个电机电感， 电机 通过多个电感与子逆变单元模块中的多个逆变单元相连， 以通过多次逆变加大交流电于电 机的电量输入。 003。

26、9 逆变单元中均包括两个相串联的三极管和二极管的开关电路， 该两个开关电路相 并联的节点与电机的交流控制开关相连。 0040 实施例二 0041 具体地， 主控单元模块(图2中未示出)分别与交流充电插座205的低压信号输出端 连接， 接收充电插座中的低压信号。 主控单元模块根据接收的低压信号或整车控制器的信 号进行工作模式的判断。 0042 例如， 当电动汽车的充电枪与交流充电插座连接时， 充电枪的低压信号会激活主 控单元模块上的低压控制电源， 主控单元模块上电后， 会将系统的工作模式切换到充电模 式。 0043 之后， 主控单元模块检测到充电枪连接到该系统， 通过充电枪中的PWM信号与充电 。

27、桩进行信息交互， 确认充电桩的供电能力； 主控单元模块确认系统各个模块自检无故障后， 向第一接触器K1开关发送闭合指令， 使第一接触器开关K1闭合以进行系统高压预充电， 高 说明书 4/6 页 7 CN 110957957 A 7 压预充电完成后再控制接触器K2闭合。 0044 进一步地， 主控单元模块启动电流变换模块的BOOST功能， 通过第一电容器C1、 第 一电感L1、 第二开关Q2、 第一二极管D1和第二电容器C2实现BOOST升压功能， 对第二电容器 C2电压进行升压； 主控单元模块控制第四接触器K4闭合， 并控制交流充电插座中PWM信号控 制开关闭合使9V的PWM信号变换为6V的P。

28、WM信号， 充电桩检测到6V的PWM信号后会闭合充电 桩内的交流接触器， 单相两线制交流电会通过交流充电插座进入到本变换系统， 此时关闭 电流变换模块105的BOOST功能。 0045 进一步地， 主控单元模块通过控制器局域网络通信方式与车辆的电池管理系统 (BMS)和整车控制器(VCU)进行数据交互， 了解高压电池的实时充电需求， 主控单元模块首 先通过控制第二半桥、 第三半桥模块和PFC功率电感进行整流与稳压功能， 再启动电流变换 模块的BUCK降压功能， 通过第一电容器C1、 第一电感L1、 第一开关Q1、 第二二极管D2和第二 电容器C2构成BUCK电路。 该BUCK电路可以实现从交流。

29、电网电源取电， 对车载高压电池102进 行充电的功能。 0046 其中， 当出现高压电池充满电， 或运行中某个部件发生故障， 或者充电桩人为停止 充电过程操作的情况时， 需要终止充电。 这时， 主控单元模块首先关闭整流功能、 然后关闭 BUCK功能， 通过关闭PWM通信控制开关使PWM信号变为9V信号， 充电桩检测到9V信号后关闭 内部交流接触器， 主控单元模块在检测到交流输入电压信号切断后， 断开K2和K4接触器， 记 录故障后并进入到休眠模式。 0047 基于以上方案， 本系统可以实现从交流电网取电， 对车载高压电池102进行充电。 0048 当系统进行驱动模式时， 主控单元模块通过VCU。

30、驱动使能信号激活上低压电， 通过 总线通信与VCU进行驱动工作模式确认， 然后闭合电机控制开关K5、 K6、 K7， 这时， 各个模块 自检无故障后， 则等待高压电池上电， 主控单元模块首先控制接触器K1闭合进行高压预充 电， 高压预充电完成后再控制控制接触器K3闭合并断开接触器K1。 0049 进一步地， 主控单元模块接收到VCU发送的电机运行指令后， 电流变换模块通过 PWM调制控制方式进行电机的实时控制。 0050 优选的一种电动汽车， 包括一种集成交流充电的分裂式六相电机控制系统； 电动 汽车交流充电桩(简称充电桩)是指采用传导方式为具有车载充电机的电动汽车提供交流 电源的专用供电装置。

31、。 充电桩是电动汽车充换电设施的一种。 单相充电桩的最大额定功率 为7kW， 主要适用于为小型乘用车(纯电动汽车或可插电混合动力电动汽车)充电。 根据车辆 配置电池容量， 充满电的时间一般需要38个小时， 本案所采用的充电方法， 可以提高充电 的速度， 节省充电时间2至4倍。 0051 采用本技术方案， 通过设计单个的逆变单元对应控制一路独立的绕组， 进而使得 多个逆变单元同时工作， 以控制分裂式六相电机同时工作， 可以避免分立器件在并联应用 中面临的不均流和不可靠的问题， 同时通过复用分立逆变单元器件集成交流充电， 以实现 同时对新能源汽车进行双枪大功率充电， 加大充电的电量输入， 提高了电。

32、动汽车的充电速 度， 并且非常适合于目前大多数电动汽车的使用， 不仅缩短了充电时间， 并且将电动汽车的 充电过程便捷化， 适合大多数使用者的消费需求， 节约时间成本， 增加效率。 0052 上面结合附图对本发明进行了示例性描述， 显然本发明具体实现并不受上述方式 的限制， 只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进， 或未经改 说明书 5/6 页 8 CN 110957957 A 8 进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的， 均在本发明的保护范围之内。 说明书 6/6 页 9 CN 110957957 A 9 图1 说明书附图 1/3 页 10 CN 110957957 A 10 图2 说明书附图 2/3 页 11 CN 110957957 A 11 图3 说明书附图 3/3 页 12 CN 110957957 A 12 。