CN107985083B - 使用绕线转子同步电动机的充电*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用绕线转子同步电动机(WRSM)的充电***，其能够减小由于车载充电电路而增加的车辆的体积、重量和成本，并且增加电池充电容量。使用绕线转子同步电动机(WRSM)的充电***包括：逆变器，其将电池的功率转换为具有多个不同相位的交流(AC)功率；WRSM，其具有每个接收不同相位的AC功率的多个定子线圈，以及与多个定子线圈形成互感，并安装在转子中以使用电池的功率形成磁通量的励磁线圈；以及控制器，其在电网电力被施加至WRSM的励磁线圈侧的充电模式中控制电池侧和励磁线圈侧彼此绝缘。

Description

使用绕线转子同步电动机的充电***

技术领域

本公开涉及一种用于为车辆的电池充电的充电***。

背景技术

由于全球变暖、环境污染等问题的出现，已经在汽车工业领域中积极地进行了能够最小化环境污染的环保型车辆的开发研究，并且其市场已逐渐扩大。已经在全球发布了作为环保车辆或绿色车辆的电动车辆、混合动力车辆和插电式混合动力车辆，其采用使用电能来产生驱动力的电动机，而不是通过燃烧现有化石燃料产生驱动力的发动机。使用电能的环保型车辆技术大多从电网对设置在车辆中的电池充电以利用电池来驱动电动机。因此，使用电能的环保型车辆需要用于将从电网提供的电能充电在电池中的车载充电电路。

车载充电电路，一种用于对环保车辆的电池充电的基本电路，可使用各种拓扑结构来实施，但是大多数车载充电电路是由用于绝缘的高频变压器和滤波器、多个开关元件、以及控制模块被实施的。因此，由于环保型车辆还单独地包括车载充电电路，因此车辆的成本和体积被不可避免地增加。特别地，由于设置在车载充电电路中的变压器使用了磁路，所以变压器的尺寸根据容量而增加，并且变压器需要大的重量和体积。

因此，需要进行各种研究和开发以减少因提供在本领域中的环保型车辆中的车载充电电路而增加的车辆的体积、重量和成本。

本部分的公开内容是提供本发明的背景。申请人注意到，本部分可能包含本申请之前的信息。但是，通过提供本部分，申请人不承认本部分所包含的任何信息构成现有技术。

发明内容

本发明的一个方面是提供一种使用绕线转子同步电动机的充电***，其能够减小由于车载充电电路而增加的车辆的体积、重量和成本，并且增加电池充电容量。

根据本发明的实施例，提供了一种使用绕线转子同步电动机(WRSM)的充电***，其包括：逆变器，其将电池的功率(power)转换为具有多个不同相位的交流(AC)功率；WRSM，其具有每个接收不同相位的AC功率的多个定子线圈，以及与多个定子线圈形成互感，并安装在转子中以使用电池的功率形成磁通量的励磁线圈；以及控制器，其在电网电力(gridpower)被施加至WRSM的励磁线圈侧的充电模式中控制电池侧和励磁线圈侧彼此绝缘。

在可旋转地驱动WRSM的情况下，控制器可控制电池与励磁线圈电连接。

在充电模式中，控制器可控制电池侧和励磁线圈侧彼此绝缘，以防止充电功率通过励磁线圈被供给到电池，以及控制逆变器以允许电网电力从励磁线圈传递到多个定子线圈以对电池充电。

在充电模式中，控制器可参照电池的电压导出用于对电池充电的充电功率参考值，基于实际供给到电池的供给功率与功率参考值之间的误差来导出输入功率参考值，通过将最大电网电压值应用于输入功率参考值来导出输入到励磁线圈的输入电流参考值的正弦分量，基于输入电流参考值和实际输入电流的正弦分量之间的误差来导出定子线圈侧的d轴电流参考值的正弦分量并基于0和输入到励磁线圈的电流的余弦分量之间的误差导出定子线圈侧的d轴电流参考值的余弦分量，基于定子线圈侧的d轴电流参考值的正弦分量和余弦分量以及电网电力的相位角来导出定子线圈侧的d轴电流参考值，基于具有值0的定子线圈侧的d轴电流参考值和q轴电流参考值来导出定子线圈侧的d轴电压参考值和q轴电压参考值，通过转换d轴电压参考值和q轴电压参考值来导出3相电压参考值V*_abcs，并且控制逆变器的开关元件的ON/OFF功能以输出3相电压参考值V*_abcs。

在充电模式中，控制器可参照电池的电压来导出用于对电池充电的充电功率参考值，基于实际供给到电池的供给功率与功率参考值之间的误差来导出输入功率参考值P*_in，使用以下等式计算定子线圈侧的d轴电流参考值的正弦分量I*_dss和余弦分量I*_dsc，

[等式]

其中L_f'＝(3/2)*(n_s/n_f)²，n_s：励磁线圈的匝数，L_m：定子的d轴与从定子侧观看的励磁线圈之间的互感，E_f：通过将电网的最大电压值转换到定子端子而获得的转换的值，并且ω_g是电网电力的角速度，

基于定子线圈侧的d轴电流参考值的正弦分量和余弦分量以及电网电力的相位角来导出定子线圈侧的d轴电流参考值，基于具有值0的定子线圈侧的d轴电流参考值和q轴电流参考值来导出定子线圈侧的d轴电压参考值和q轴电压参考值，通过将d轴电压参考值和q轴电压参考值转换为3相电压来导出3相电压参考值V*_abcs，并且控制逆变器的开关元件的ON/OFF功能以输出3相电压参考值V*_abcs。

充电***可进一步包括：整流电网电力的整流电路单元，以及将来自整流电路单元的输出转换为具有预定频率的交流(AC)信号，并将转换的AC信号提供到励磁线圈的开关电路单元。

可将电网电力直接施加到励磁线圈的两端。

充电***可进一步包括：功率因数补偿电路单元，其补偿电网电力的功率因数；以及开关电路单元，其将来自功率因数补偿电路单元的输出转换为具有预定频率的AC信号，并将转换的AC信号提供到励磁线圈。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种使用绕线转子同步电动机(WRSM)的充电***，其包括：逆变器，其选择性地操作以转换电池的功率来输出具有不同相位的多个交流(AC)功率或者转换多个AC功率以向电池输出功率；WRSM，其具有接收来自逆变器的具有不同相位的多个AC功率的多个定子线圈和安装在转子中以与多个定子线圈形成互感的励磁线圈；开关单元，其选择性地将电池和励磁线圈电连接或电断开；以及控制器，其控制开关单元的ON/OFF状态，其中，在驱动WRSM的情况下，控制器将开关单元调节到ON状态，以通过来自电池的功率使用在励磁线圈中产生的磁通量来驱动WRSM，并且在通过将电网电力施加到励磁线圈来对电池进行充电的情况下，控制器将开关单元调节到OFF状态，以允许电网电力从励磁线圈传递到定子线圈。

在对电池充电的情况下，控制器可控制包括在逆变器中的多个开关元件以向电池提供功率。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的使用绕线转子同步电动机(WRSM)的充电***的电路图；

图2和图3是示出根据本发明的各种实施例的使用WRSM的充电***的电路图；

图4和图5是示出了将应用于本发明的各种实施例的WRSM建模为d-q模型的电路图；

图6是示出用于描述根据本发明实施例的使用WRSM的充电***的控制操作的符号的电路图；

图7和图8是示出根据本发明实施例的使用WRSM的充电***的控制操作的控制框图；并且

图9是示出根据本发明另一实施例的使用WRSM的充电***的电路图，具体示出其中常规充电电路并联连接到图1所示的实施例的结构。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述根据本发明的各种实施例的使用绕线转子同步电动机(WRSM)的充电***。

图1是示出根据本发明的实施例的使用WRSM的充电***的电路图。

参照图1，根据本发明的实施例的使用WRSM的充电***可包括一个或多个电池10、逆变器20、WRSM 30、开关单元40以及控制器50。

电池10是供给用于驱动绿色车辆(或环保型车辆)中的电动机的电功率的能量存储装置，其中绿色车辆(或环保型车辆)具有产生驱动力以使电动车辆、插电式混合动力车辆等的车轮旋转的电动机。应用于绿色车辆的电池10在电动机被驱动时放电，并在从外部***接收电功率时充电。

逆变器或逆变器电路20是双向逆变器，其选择性地操作以转换来自电池10的电功率来输出不同相位的多个AC功率或者转换多个AC功率来将电功率输出到电池10。

逆变器20可具有连接到电池10的第一输入/输出端子21和连接到电动机30的第二输入/输出端子22a、22b和22c。在驱动电动机30的情况下，逆变器20通过第一输入/输出端子21从电池10接收功率，使用开关元件Q1至Q6将接收功率转换为具有多个相位的AC功率，并将转换的AC功率输出到多个第二输入/输出端子22a、22b和22c中的每一个。通常，应用通过使用彼此具有120度的相位差的3相功率来驱动电动机的技术，因此，将基于执行3相功率转换的逆变器20和3相电动机30来描述本公开的各种实施例。

WRSM 30可具有包括多个定子线圈31a、31b和31c的转子，其中多个定子线圈31a、31b和31c接收来自逆变器20的具有不同相位的多个AC功率，以及与多个定子线圈31a、31b和31c形成互感以与其磁联接的励磁线圈32。

WRSM 30特征在于通过应用励磁线圈32直接控制磁通量。通过磁通量控制，WRSM30可在车辆的中/低速区域中表现出高扭矩输出，例如永磁型同步电动机，并且由于WRSM30可具有适合于高速操作的特性，例如感应电动机，所以其适合作为应用于绿色车辆的电动机。

WRSM 30具有能够从电池10向励磁线圈32提供功率的臂，以便控制励磁线圈32的磁通量。

本公开的各种实施例具有开关单元或开关电路40，其选择性地电连接或电断开电池10和励磁线圈32，以便还使用WRSM 30对电池10充电。

开关单元40的ON/OFF状态(或关闭/打开状态)可由控制器50控制。在实施例中，在驱动WRSM 30以驱动车辆的情况下，控制器50将开关单元40调节为ON状态(或关闭状态)，以使用通过来自电池10的功率而在励磁线圈32中产生的磁通量来驱动WRSM 30，并且在通过向励磁线圈32施加电网电力来对电池10充电的情况下，控制器50将开关单元40调节为OFF状态，以允许电网电力通过互感从励磁线圈32传递到定子线圈31a、31b和31c，从而对电池10充电。在本公开的各种实施例中，驱动电动机和对电池充电是彼此不同的，并且在驱动电动机的情况下，开关单元40可使励磁线圈32形成用于驱动电动机的磁通量，以及在通过连接电网对电池10充电的情况下，开关单元40用于电断开电池10和电网。

在图1中，附图标记“60”表示用于向励磁线圈32提供AC功率的一种单相输出逆变器，其可由多个开关元件Q7至Q10实施。另外，附图标记“70”表示用于整流电网电力的整流电路。

在图1中，设置在逆变器20中的开关元件Q1至Q10和全桥电路或逆变器电路60可被控制为适当地开启或关闭以驱动WRSM 30或对电池10充电，并且此处，开关元件Q1至Q10可由图1所示的控制器50控制。图1所示的控制器50可理解为一种综合元件，其执行控制WRSM30的操作所需的各种计算并且根据计算结果将命令信号提供至需要控制的元件，以及控制开关单元40。

在图1所示的本发明的实施例中，在对电池10充电的情况下，首先，控制器50控制开关单元40打开并连接电网。然后，由整流单元70整流的电网电压被施加到与励磁线圈32相邻的逆变器60。此处，当将具有足够小的电容的电容器应用为DC链路电容器C1时，向与励磁线圈32相邻的逆变器60施加与通过取电网电压的绝对值而获得的电压相同的电压(其频率是电网电压的频率的两倍)。为了满足电网的功率因数条件，具有与电网的频率相同的频率的电流应当在励磁线圈32中流动，并且此处，可通过适当地控制与励磁线圈32相邻的逆变器60的开关元件Q7至Q10来产生期望的频率。

当AC功率被施加到励磁线圈32时，电流被感应到与励磁线圈32形成互感的定子线圈31a至31c，并且感应功率通过适当地控制逆变器20的开关元件Q1至Q6被转换并且被提供至电池10以对电池10进行充电。

图2和图3是示出根据本发明的各种实施例的使用WRSM的充电***的电路图。

图2所示的本公开的实施例具有电网直接连接到WRSM 30的励磁线圈32而不通过整流电路的结构。当励磁线圈32和定子线圈31a至31c之间的互感足够大时，可实施本实施例。在图2所示的本公开的实施例中，可去除整流电路、电容器等，因此，与图1的实施例相比，可进一步减少***组件以降低制造成本。

在图1和图2的实施例中，电网电压以相同的形式输入到转子中，并且因此，为了满足电网调节(功率因数)，电网的双频率的功率脉冲应当传递到电池。这是因为在将功率从电网传递到电池10的过程中抑制脉冲的滤波电路(电容器)的作用被设计为是小的。

图3所示的本公开的实施例具有其中在场线圈32和电网之间设置具有相对大电容的电容器C2和功率因数补偿电路80的结构。

在图3的实施例中，由于通过使用具有相对大电容的电容器C2和功率因数补偿电路80在励磁线圈32的前级处细化(refine)电网电力的脉冲，所以通过励磁线圈32传递到电池10的功率可不包括脉冲。此外，由于通过控制与励磁线圈32相邻的逆变器60而按期望设定施加到励磁线圈32的频率，所以该结构在***设计方面可能是有利的。

图4和图5是示出了将应用于本发明的各种实施例的WRSM建模为d-q模型的电路图。

如图4所示，在应用于本发明的各种实施例的WRSM中，定子端子处的3相可建模为d-q模型，并且转子端子处的励磁线圈可建模为与d-q模型化定子的d轴的线圈共享互感的形式。

如图4所示建模的WRSM可转换为如图5所示的等效电路。当将图4的模型化电路转换为图5所示的电路时，使用标记“'”表示转换后的几个参数，并且其值可根据绕组比由下面的等式1表示。

[等式1]

图4和5以及等式1中表示的参数如下。

V_ds：定子端子处的d轴电压

V_qs：定子端子处的q轴电压

I_ds：定子端子处的d轴电流

I_qs：定子端子处的q轴电流

n_s：定子端子处的线圈匝数

n_f：励磁端子处的线圈匝数

R_s：定子端子处的d轴和q轴电阻

L_md：定子端子处的d轴线圈的互感

L_mq：定子端子处的q轴线圈的互感

L_ls：定子端子处的d轴和q轴漏电感

V_f：励磁线圈侧处的输入电压

I_f：励磁线圈中流动的电流

n_f：励磁线圈的匝数

R_f：励磁线圈侧处的电阻

L_lf：励磁线圈侧处的漏电感

L_mf：励磁线圈的互感

L_m(＝L_md＝L_mf′)：励磁线圈和定子的d轴之间的互感

通过连接到励磁线圈32的全桥电路60将电网电压施加到励磁线圈32。施加的电网电压被转换为图5所示的等效电路，因此，可根据绕组比来调节其幅值(magnitude)。转换后的电网电压V_f′可由下面的等式2表示。

[等式2]

在等式2中，E_g是实际电网电压的最大值，E_f表示通过定子端子转换E_g获得的值，并且ω_g是励磁线圈32的电压，即电网电压，的角速度。此处，定子端子和励磁线圈处的电压和电流可表示为如下面的等式3所表示的正弦分量和余弦分量。

[等式3]

I`_f＝I_fssin(ω_gt)+I_fccos(ω_gt)

V_ds＝E_sssin(ω_gt)+E_sccos(ω_gt)，I_ds＝I_dsssin(ω_gt)+I_dsccos(ω_gt)

V_qs＝0，I_qs＝0

等式3的参数如下。

I_fs：励磁线圈中流动的电流的正弦分量的幅值

I_fc：励磁线圈中流动的电流的余弦分量的幅值

E_ss：施加到励磁线圈的电压的正弦分量的幅值

E_sc：施加到励磁线圈的电压的余弦分量的幅值

I_dss：定子端子的d轴的电流的正弦分量的幅值

I_dsc：定子端子的q轴的电流的余弦分量的幅值

此处，为了使励磁线圈的功率因数为“1”，励磁电流的余弦分量I_fc应为0，并且应当通过图8所示的等效电路满足下面的等式4。

[等式4]

V_ds＝R_sI_ds+p(L_lsI_ds+L_m(I_ds+I′_f))

V′_f＝R′_fI′_f+p(L′_lfI′_f+L_m(I_ds+I′_f))

在等式4中，由于对应于励磁线圈的电压由等式2确定，所以在正常状态条件下应当满足下面的等式5。

[等式5]

V′_f＝R′_fI′_f+p(L′_lfI′_f+L_m(I_ds+I″_f))

R′_f{I_fssin(ω_gt)+I_fccos(ω_gt)(L′_lf+L_m)(I_fscos(ω_gt)-I_fcsin(ω_gt))+ω_gL_m{I_dsscos(ω_gt)-I_dscsin(ω_gt)}

＝sin(ω_gt){R′_fI_fs-ω_gL_mI_dsc-ω_g(L″_lf+L_m)I_fc}+cos(ω_gt){R′_fI_fc+ω_g(L″_lf+Lm)I_fs+ω_gL_mI_dss}

＝E_fsin(ω_gt)

为了满足等式5，应当满足由下面的等式6和等式7表示的两个条件，因此，可获得定子电流。

[等式6]

R′_fI_fc+ω_g(L′_lf+L_m)I_fs+ω_gL_mI_dss＝0

[等式7]

R′_fI_fs-ω_gL_mI_dsc-ω_g(L′_lf+L_m)I_fc＝E_f

使用励磁线圈的余弦分量应为0(I_fs≈0)的事实来估计在等式6和等式7中确定的定子电流的d轴的正弦分量和余弦分量。

定子端子的电流的d轴的正弦分量可根据励磁线圈的电流的正弦分量来确定，即，如等式6表示的有效功率的电流。可如下面的等式8所表示的来确定所需的输入功率。

[等式8]

在等式8中，P_in表示所需的输入功率的平均值。

基于等式6和等式8，可确定定子端子的电流的d轴的正弦分量，如下面的等式9所示。

[等式9]

此外，基于等式7和等式8，可确定定子的d轴电流的余弦分量，如等式10所示。

[等式10]

基于等式8至等式10，根据本发明的各种实施例的使用WRSM的用于车辆的充电***可执行参照图6至图8描述的控制操作。

图6是示出用于描述根据本发明实施例的使用WRSM的充电***的控制操作的符号的电路图。图7和图8是示出根据本发明实施例的使用WRSM的充电***的控制操作的控制框图。

如图6所示，控制根据本发明实施例的使用WRSM的充电***所需的参数可通过应用于实际实施的电路的电压传感器、电流传感器等获得。在实施例中，尽管在图6中，为了检测电网电压V_g、提供至励磁线圈32的电流I_f、电池10的电压V_dc等，将电压传感器或电流传感器安装在电路的适当位置中，并且可通过从电压传感器或电流传感器获得的值来执行控制。

在本发明的各种实施例中，可由被描述为控制开关单元40的控制器50执行下文描述的控制方案。控制器50可由包括处理器和存储器的形式的硬件来实施，并且可根据需要在存储器中存储若干参数，或者处理器可使用存储在外部传感器或存储器中的若干参数根据预先编程的算法来执行计算。

首先，将描述图7所示的控制方法。

如上所述，检测用于控制所需的参数，并且可从检测值的一些检测值计算其他参数。例如，可从使用相位环路锁定(PLL)电路所检测的电网电压V_g导出电网电力的相位角θ_g和角速度ω_g，并且可导出电网电压V_g的最大值E_g，并且可通过如图5所示的等效电路转换将电网电压V_g的最大值E_g转换为“E_f”，并且可导出其值。

此外，可通过应用外差法从输入到励磁线圈32的输入电流I_f和角速度ω_g计算输入电流的正弦分量I_fs和余弦分量I_fc。

当车辆的电池管理***(BMS)或DC链路电压控制器接收电池10的电压V_dc并输出用于对电池10充电的充电功率参考值P*_dc时，可计算相对于电池10的实际供给功率P_dc的误差，电池10的实际供给功率P_dc可通过实际提供至电池10的电压/电流的幅值来计算，并且可随后通过诸如比例积分控制等的控制方法来计算能够消除误差的来自电网的输入功率参考P*_in。

此后，当对应于电压最大值E_f的四分之三(3/4)的值除以输入功率参考P*_in时，关于输入到励磁线圈32的电流的参考值的正弦分量I*_fs被导出。

计算关于输入到励磁线圈32的电流的参考值的正弦分量I*_fs与实际输入到励磁线圈32的正弦分量I_fs之间的误差，并且可通过等式6导出能够通过诸如比例积分(PI)控制等的控制方法消除误差的定子端子的d轴电流参考值的正弦分量I*_dss。

由于关于输入到励磁线圈32的电流的参考值的余弦分量I*_fc应该为0，所以在计算输入到励磁线圈32的电流的余弦分量I_fc的误差之后，可通过等式7导出能够通过诸如PI控制等的控制方法消除误差的d轴电流参考值的余弦分量I*_dsc。

通过应用定子端子的d轴电流参考值的正弦分量和余弦分量，通过等式3导出定子端子的d轴电流参考值I*_ds，并且可通过对导出的d轴电流参考值I*_ds和定子端子的具有值0的q轴电流参考值I*_qs应用诸如比例谐振控制等的方法来导出定子端子的d轴电压参考值V*_ds和q轴电压参考值V*_qs。

此后，当通过使用由设置在WRSM中的旋转变压器(resolver)33检测的转子角度θ_r将定子端子的d轴电压参考值V*_ds和q轴电压参考值V*_qs转换为3相电压时，3相电压参考值V*_abcs可被最终导出。

以这种方式，通过控制设置在逆变器20内的开关元件Q1至Q6的每一个的ON/OFF功能来输出所导出的3相电压参考值V*_abcs，期望的电池充电功率可被控制为提供至电池。

接下来，将描述图8所示的控制方法。

在图8所示的控制方法中，在以与上面参照图7描述的方式相同的方式计算来自电网的输入功率参考P*_in之后，可通过将等式9和等式10直接应用于输入功率参考P*_in而不应用PI控制方法来计算定子端子的d轴电流参考值的正弦分量I*_dss和余弦分量I*_dsc。

在计算定子端子处的d轴电流参考值的正弦分量I*_dss和余弦分量I*_dsc之后，以与图7的方法相同的方式导出3相电压参考值V*_abcs，以控制逆变器20的开关元件Q1至Q6。

如上所述，在本发明的各种实施例中，当设置在车辆中的WRSM被可旋转地驱动时，如在驱动普通电动机的情况下那样，通过将用于驱动励磁线圈的开关电路(逆变器电路)连接至电池来驱动励磁线圈。同时，在对电池充电的充电模式中，通过将开关单元(继电器)控制为OFF状态，可经由励磁线圈使用来自电网的功率对连接到定子线圈的电池进行充电。由于励磁线圈被认为是与定子的线圈形成互感以在电动机停止状态下形成变压器的线圈，所以当通过使用诸如继电器等的电路将励磁线圈的驱动电路与电池分离时，可获得绝缘特性。这符合车载充电器的要求，其出于安全目的优选具有与电网的绝缘特性。

以这种方式，在本发明的各种实施例中，由于车载充电器电路和包括已经单独使用的励磁线圈的WRSM所需的电路被集成，因此可简单地配置***。

因此，本发明的各种实施例可以低成本并通过简单的配置在使用WRSM的***式混合动力车辆中的车载充电器上实施。

图9是示出根据本发明另一实施例的使用WRSM的充电***的电路图，具体示出其中常规充电电路与图1所示的实施例并联连接的结构。

如图9所示，在本发明的另一实施例中，在如上参照图1至图8描述的使用WRSM的充电***的电网与电池10之间并联地添加了常规车载充电电路90。在实施例中，包括连接到与电网连接的整流单元70的功率因数补偿电路单元91、将来自功率因数补偿电路单元91的输出转换为高频的AC功率的桥接电路单元92、转换来自桥接电路单元92的输出并且绝缘输入/输出端子的变压器单元93、将从变压器单元93转换并输出的AC功率转换成DC功率的整流单元94、以及对来自整流单元94的转换的输出进行滤波并将其提供至电池的滤波器单元95的车载充电电路90可被并联连接在电池10和电网之间。

在本实施例中，在驱动车辆的情况下，控制器50将开关单元40控制为ON状态(连接状态)，使得WRSM 30可从电池10接收电压，并且可驱动所有定子31a、31b和31c以及励磁线圈32。此外，在对电池10充电的情况下，控制器50将开关单元40控制为OFF状态(断开状态)，以使励磁线圈32与电池10绝缘，从而防止充电功率通过励磁线圈被提供至电池。此外，当连接电网时，WRSM 30可被控制为充电模式以对电池10充电，并且电池10也可通过并联连接的附加车载充电电路90充电。此处，控制器50可灵活地控制通过WRSM 30提供至电池10的充电功率和通过车载充电电路90提供至电池10的充电功率。

在另一示例中，在电池10的常规慢速充电的情况下，控制器50可将开关单元40控制为OFF状态，以保持电池10和电网之间的绝缘状态，控制WRSM 30不在充电模式下操作，并且使电池10通过常规车载充电电路90充电。由于车载充电电路90能够被设计为针对电池充电而优化的高效电路，所以与在充电模式下操作WRSM的情况相比，其可高效地执行充电。同时，在慢速充电期间需要快速充电的情况下，控制器50可保持开关单元40的OFF状态，并且适当地控制逆变器20和逆变器20以及与励磁线圈32相邻的逆变器60，以还通过WRSM 30向电池10额外地传递功率。

以这种方式，在本发明的实施例中，由于在使用WRSM 30的电池充电***中添加了普通车载充电电路90，所以在常规充电的情况下高效充电通过充电电路90被执行，并且当需要快速充电时，控制WRSM 30为充电模式以扩大充电容量而无需任何其它附加电路，并且可选择性地控制通过WRSM 30提供的充电功率和通过充电电路90提供的充电功率。

如上所述，在使用WRSM的充电***中，在可旋转地驱动设置在车辆中的WRSM的情况下，用于驱动励磁线圈的开关电路(逆变器电路)连接到电池以如通常驱动电动机一样驱动励磁线圈，并且在对电池充电的充电模式中，开关单元(继电器)被控制为OFF状态，以通过励磁线圈将来自电网的功率充电至连接到定子线圈侧的电池，从而消除了准备单独的车载充电电路的需要，并且因此，可以低成本和以简单的配置来对使用WRSM的插电式混合动力车辆的电池充电。

此外，在使用WRSM的充电***中，通过向使用WRSM的充电***添加车载充电电路，可增加充电容量。此外，在使用WRSM的充电***中，在常规充电的情况下，通过充电电路执行高效充电，并且在需要快速充电的情况下，控制WRSM为充电模式，从而扩大充电容量而不使用任何附加电路。

在实施例中，混合动力或电动车辆包括电池10和用于推进的绕线转子同步电动机(WRSM)30。当WRSM 30不用于推进时，车辆使用WRSM 30为电池10充电。车辆包括含有WRSM30的电池充电***或电池充电器。WRSM包括定子线圈31a、31b和31c以及转子励磁线圈32。电池充电***进一步包括连接到电池10和定子线圈31a、31b和31c的第一逆变器电路20以及连接到转子励磁线圈32的第二逆变器电路60。电池充电***包括开关电路，其配置为选择性地将第二逆变器电路连接到电池10或将第二逆变器电路连接到输电网或电网。为此，开关电路包括在电池10和第二逆变器电路60之间的一个或多个开关40。开关电路进一步包括用于控制第二逆变器电路60与电网之间的连接的开关。

在实施例中，当第二逆变器电路60连接到电池10时，WRSM 30从电池10接收电功率并操作以用于车辆的推进。当第二逆变器电路60连接到电网时，来自电网的电功率通过第二逆变器电路60、转子励磁线圈32、定子线圈31a、31b和/或31c以及第一逆变器电路20传递到电池10以用于对电池10充电。当对电池10充电时，WRSM 30的转子励磁线圈32和定子线圈形成互感来传输电功率。

在实施例中，控制器50控制开关电路。在一个实施例中，当控制器50检测到或接收到指示车辆的电池充电***连接到电网的信号时，控制器50使开关40断开电池和第二逆变器电路之间的连接，使得WRSM 30不操作对车辆的推进。进一步地，在一个实施例中，仅当控制器50检测到或接收到指示车辆的电池充电***与电网断开的信号时，控制器50连接用于操作电动机20的开关40以用于车辆的推进。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可对本发明的实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种使用绕线转子同步电动机即WRSM的充电***，所述充电***包括：

逆变器，其配置为将电池的功率转换为具有多个不同相位的交流功率即AC功率；

WRSM，其具有每个接收不同相位的AC功率的多个定子线圈，以及与所述多个定子线圈形成互感并且安装在转子中以使用所述电池的功率形成磁通量的励磁线圈；以及

控制器，其配置为控制所述电池侧和所述励磁线圈侧之间的连接，以在电网电力被施加至所述WRSM的所述励磁线圈侧的充电模式中彼此断开，

其中在所述充电模式中，所述控制器进一步配置为：

参照所述电池的电压导出用于对所述电池充电的充电功率参考值，

基于实际供给到所述电池的供给功率与所述充电 功率参考值之间的误差来导出输入功率参考值。

2.根据权利要求1所述的充电***，其中，在可旋转地驱动所述WRSM的情况下，所述控制器配置为控制所述电池与所述励磁线圈电连接。

3.根据权利要求1所述的充电***，其中，在所述充电模式中，所述控制器配置为控制所述电池侧和所述励磁线圈侧彼此断开，以防止充电功率通过所述励磁线圈被供给到所述电池，并且进一步配置为控制所述逆变器以允许所述电网电力从所述励磁线圈传递到所述多个定子线圈以对所述电池充电。

4.根据权利要求1所述的充电***，其中，

通过将最大电网电压值应用于所述输入功率参考值来导出输入到所述励磁线圈的输入电流参考值的正弦分量，

基于所述输入电流参考值的正弦分量和实际输入电流的正弦分量之间的误差来导出所述定子线圈侧的d轴电流参考值的正弦分量并且基于0和输入到所述励磁线圈的电流的余弦分量之间的误差来导出所述定子线圈侧的所述d轴电流参考值的余弦分量，

基于所述定子线圈侧的所述d轴电流参考值的所述正弦分量和所述余弦分量以及所述电网电力的相位角来导出所述定子线圈侧的d轴电流参考值，

基于具有值0的所述定子线圈侧的所述d轴电流参考值和q轴电流参考值来导出所述定子线圈侧的d轴电压参考值和q轴电压参考值，

通过转换所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值来导出3相电压参考值V*_abcs，并且

控制所述逆变器的开关元件的ON/OFF功能以输出所述3相电压参考值V*_abcs。

5.根据权利要求1所述的充电***，其中，

所述输入功率参考值被表示为P_in

使用以下等式计算所述定子线圈侧的d轴电流参考值的正弦分量I_dss和余弦分量I_dsc，

[等式]

其中L_f'＝(3/2)*(n_s/n_f)²，n_s：所述定子线圈的匝数，n_f：所述励磁线圈的匝数，L_m：定子的d轴与从所述定子侧观看的励磁线圈之间的互感，E_f：通过将电网的最大电压值转换到定子端子而获得的转换的值，并且ω_g是电网电力的角速度，R'_f：所述励磁线圈的电阻，

基于所述定子线圈侧的所述d轴电流参考值的所述正弦分量和所述余弦分量以及所述电网电力的所述相位角来导出所述定子线圈侧的d轴电流参考值，

基于具有值0的所述定子线圈侧的所述d轴电流参考值和q轴电流参考值来导出所述定子线圈侧的d轴电压参考值和q轴电压参考值，

通过将所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值转换为3相电压来导出3相电压参考值V*_abcs，并且

控制所述逆变器的开关元件的ON/OFF功能以输出所述3相电压参考值V*_abcs。

6.根据权利要求1所述的充电***，其进一步包括：

配置为整流所述电网电力的整流电路单元，以及配置为将来自所述整流电路单元的输出转换为具有预定频率的交流信号即AC信号，并且将转换的AC信号提供到所述励磁线圈的开关电路单元。

7.根据权利要求1所述的充电***，其中将所述电网电力直接施加到所述励磁线圈的两端。

8.根据权利要求1所述的充电***，其进一步包括：

功率因数补偿电路单元，其配置为补偿所述电网电力的功率因数；以及

开关电路单元，其配置为将来自所述功率因数补偿电路单元的输出转换为具有预定频率的AC信号，并且将转换的AC信号提供到所述励磁线圈。

9.一种使用绕线转子同步电动机即WRSM的充电***，所述充电***包括：

逆变器，其选择性地操作以转换电池的功率来输出具有不同相位的多个交流功率即AC功率或者转换多个AC功率以向所述电池输出功率；

WRSM，其具有配置为接收来自所述逆变器的多个相位的AC功率的多个定子线圈以及安装在转子中以与所述多个定子线圈形成互感的励磁线圈；

开关单元，其配置为选择性地将所述电池和所述励磁线圈电连接或电断开；以及

控制器，其配置为控制所述开关单元的ON/OFF状态，

其中，在驱动所述WRSM的情况下，所述控制器配置为将所述开关单元调节到ON状态，以通过来自所述电池的功率使用在所述励磁线圈中产生的磁通量来驱动所述WRSM，并且在通过将电网电力施加到所述励磁线圈来对所述电池进行充电的情况下，所述控制器配置为将所述开关单元调节到OFF状态，以允许所述电网电力从所述励磁线圈传递到所述定子线圈，

其中在充电模式中，所述控制器进一步配置为：

参照所述电池的电压导出用于对所述电池充电的充电功率参考值，

基于实际供给到所述电池的供给功率与所述充电 功率参考值之间的误差来导出输入功率参考值。

10.根据权利要求9所述的充电***，其中，在对所述电池充电的情况下，所述控制器配置为控制包括在所述逆变器中的多个开关元件以向所述电池提供功率。

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