CN112436747A - 一种电驱动***、动力总成及电动汽车 - Google Patents

一种电驱动***、动力总成及电动汽车 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种电驱动***、动力总成及电动汽车，涉及电子电路技术领域。其中，该电驱动***包括：母线、车载充电机、三电平逆变电路和控制器。母线包括正母线和负母线，用于连接三电平逆变电路的输入端；车载充电机包括功率变换电路、可控谐振电路和整流电路；功率变换电路的输入端为车载充电机的输入端，功率变换电路的输出端通过可控谐振电路连接整流电路；整流电路的第一输出端连接正母线，整流电路的第二输出端连接负母线，整流电路的第三输出端连接母线中点；控制器当三电平逆变电路工作时，控制可控谐振电路和整流电路的工作状态，以使母线中点的电位平衡。利用该电驱动***，提升了三电平逆变电路的母线中点电位均衡的调节能力。

Description

一种电驱动***、动力总成及电动汽车
技术领域
本申请涉及电子电力技术领域，尤其涉及一种电驱动***、车载充电机、动力总成及电动汽车。
背景技术
随着现代社会能源短缺和环境污染问题的加剧，电动汽车作为新能源汽车受到了各界的广泛关注。由于电动汽车的电驱动***直接影响电动汽车的安全性与效率，因此电驱动***一直是研究热点。
三电平电驱动***与传统的两电平电驱动***相比，可以有效提升电驱动***的NEDC(New European Driving Cycle，新欧洲驾驶周期)效率、降低输出电压谐波含量并优化电磁干扰性能等，因此逐渐成为被研究的对象。
三电平电驱动***包括三电平电机控制单元(Motor Control Unit，MCU)，主要包括三电平逆变电路。
参见图1，该图为现有技术的一种三电平逆变电路的示意图。
三电平逆变电路10用于将动力电池组提供的直流电转换为交流电后提供给电机20。三电平逆变电路10的母线中点(图中O点)电位的平衡程度直接影响到了三电平电驱动***的性能，因此如何使母线中点的电位平衡至关重要。
现有技术可以通过基于SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)的软件控制方式调节三电平逆变电路10的母线中点电位，但该方式调节能力有限，当母线中点电位偏移量较大时，难以实现母线中点电位的平衡。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本申请提供了一种电驱动***、车载充电机、动力总成及电动汽车，提升了三电平逆变电路的母线中点电位均衡的调节能力。
第一方面，本申请提供了一种电驱动***，包括：母线、车载充电机、三电平逆变电路和控制器。其中，母线包括正母线和负母线，用于连接三电平逆变电路的输入端。车载充电机包括功率变换电路、可控谐振电路和整流电路。功率变换电路的输入端为车载充电机的输入端，当车载充电机充电时连接交流电源。功率变换电路的输出端通过可控谐振电路连接整流电路。该整流电路的第一输出端连接正母线，整流电路的第二输出端连接负母线，整流电路的第三输出端连接母线中点。控制器当三电平逆变电路工作时，控制可控谐振电路和整流电路的工作状态，以使母线中点的电位平衡。
本申请提供的电驱动***，通过对车载充电机进行复用以实现三电平逆变电路的母线中点电位均衡。三电平逆变电路的一个母线电容连接在正母线和母线中点间，另一个母线电容连接在负母线和母线中点间，当三电平逆变电路工作时，车载充电机的输入端未连接交流电源，控制器控制可控谐振电路和整流电路的工作状态，使得可控谐振电路、整流电路和三电平逆变电路的母线电容形成谐振均压电路，进而实现母线电容间的能量转移，使得母线中点的电位均衡，能够在母线中点电位偏移量较大时，也具备良好的调节能力。
此外，由于该方案对现有的车载充电机的整流电路进行了复用，使得技术方案在实现时的硬件成本较低，无需增加复杂的硬件电路，不会明显增加电驱动***的体积。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，可控谐振电路包括可控开关和谐振单元。功率变换电路的第一输出端通过谐振单元连接整流电路的第一输入端，功率变换电路的第二输出端连接整流电路的第二输入端，可控开关连接在功率变换电路的第一输出端和第二输出端之间。控制器用于当三电平逆变电路工作时，控制可控开关闭合，以将车载充电机的功率变换电路旁路，并通过控制整流电路的工作状态以使母线中点的电位平衡。
当车载充电机为双向车载充电机时，谐振电路的可直接复用双向车载充电机的电容、电感等电路器件，仅增加可控开关，使得技术方案在实现时的硬件成本较低，无需增加复杂的硬件电路，不会明显增加电驱动***的体积，便于方案的实施。
结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，可控谐振电路包括第一可控开关、第二可控开关和谐振单元。其中，功率变换电路的第一输出端通过第二可控开关连接第一可控开关的第一端和整流电路的第一输入端，第一可控开关的第二端通过谐振单元连接功率变换电路的第二输出端和整流电路的第二输入端。控制器当三电平逆变电路工作时，控制第一可控开关闭合、第二可控开关断开，此时车载充电机的功率变换电路未接入，并通过控制整流电路的工作状态以使母线中点的电位平衡。
该方案应用于单向车载充电机，仅增加简单的可控开关和谐振电路，使得技术方案在实现时的硬件成本较低，不会明显增加电驱动***的体积，便于方案的实施。
结合第一方面，在第三种可能的实现方式中，谐振单元包括串联连接的第一电感和第一电容。第一电感和第一电容和当前所在回路中的母线电容形成串联谐振回路。
结合第一方面，在第四种可能的实现方式中，三电平逆变电路包括母线电容。三电平逆变电路的母线电容包括第一母线电容和第二母线电容。其中第一母线电容连接在正母线和母线中点间，第二母线电容连接在负母线和母线中点间。控制器对整流电路的控制信号的开关频率，等于第一电感、第一电容和母线电容形成的串联谐振电路的谐振频率。其中，第一母线电容和第二母线电容轮流与第一电感和第一电容形成的串联谐振电路。
结合第一方面，在第五种可能的实现方式中，整流电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管。其中，第一开关管的第一端连接整流电路的第一输出端，第一开关管的第二端连接整流电路的第一输入端和第二开关管的第一端，第二开关管的第二端连接整流电路的第三输出端和第三开关管的第一端，第三开关管的第二端连接整流电路的第二输入端和第四开关管的第一端，第四开关管的第二端连接整流电路的第二输出端。
结合第一方面，在第六种可能的实现方式中，控制器以第一控制信号控制第一开关管和第三开关管，以第二控制信号控制第二开关管和第四开关管，第一控制信号和第二控制信号互补且占空比相同，即占空比均为50％。
结合第一方面，在第七种可能的实现方式中，车载充电机的功率变换电路为LLC谐振变换电路。
结合第一方面，在第八种可能的实现方式中，控制器还用于控制车载充电机，和/或三电平逆变电路的工作状态。即控制器可以与车载充电机的控制器集成在一起，或控制器与三电平逆变电路的控制器集成在一起，或控制器与车载充电机的控制器、三电平逆变电路的控制器三者集成在一起。
结合第一方面，在第九种可能的实现方式中，控制器还用于当功率变换电路的输入端外接交流电源时，控制可控开关断开。
结合第一方面，在第十种可能的实现方式中，控制器还用于当功率变换电路的输入端外接交流电源时，控制第一可控开关断开且控制第二可控开关闭合。
第二方面，本申请还提供了一种车载充电机，车载充电机的输入端连接交流电源，该车载充电机包括：功率变换电路、可控谐振电路和整流电路。其中，功率变换电路的输入端为车载充电机的输入端，功率变换电路的输出端通过可控谐振电路连接整流电路。整流电路的第一输出端用于连接正母线，整流电路的第二输出端用于连接负母线，整流电路的第三输出端用于连接母线中点。
结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，车载充电机为双向车载充电机，其可控谐振电路包括可控开关和谐振单元。功率变换电路的第一输出端通过谐振单元连接整流电路的第一输入端，功率变换电路的第二输出端连接整流电路的第二输入端，可控开关连接在功率变换电路的第一输出端和第二输出端之间。
谐振电路的可直接复用双向车载充电机的电容、电感等电路器件，仅增加可控开关，使得技术方案在实现时的硬件成本较低，不会明显增加电驱动***的体积，便于方案的实施。
结合第二方面，在第二种可能的实现方式中，车载充电机为单向车载充电机，其可控谐振电路包括第一可控开关、第二可控开关和谐振单元。功率变换电路的第一输出端通过第二可控开关连接第一可控开关的第一端和整流电路的第一输入端，第一可控开关的第二端通过谐振电路连接功率变换电路的第二输出端和整流电路的第二输入端。
该方案仅增加简单的可控开关和谐振电路，使得技术方案在实现时的硬件成本较低，不会明显增加电驱动***的体积，便于方案的实施。
结合第二方面，在第三种可能的实现方式中，谐振单元包括串联连接的第一电感和第一电容。
结合第二方面，在第四种可能的实现方式中，整流电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管。其中，第一开关管的第一端连接整流电路的第一输出端，第一开关管的第二端连接整流电路的第一输入端和第二开关管的第一端，第二开关管的第二端连接整流电路的第三输出端和第三开关管的第一端，第三开关管的第二端连接整流电路的第二输入端和第四开关管的第一端，第四开关管的第二端连接整流电路的第二输出端。
结合第二方面，在第五种可能的实现方式中，功率变换电路为LLC谐振变换电路。
第三方面，本申请还提供了一种电驱动***的控制方法，用于控制以上实现方式提供的电驱动***，该方法包括：当三电平逆变电路工作时，通过控制可控开关旁路功率变换电路并使谐振电路接入路；以第一控制信号控制第一开关管和第三开关管，以第二控制信号控制第二开关管和第四开关管，第一控制信号和第二控制信号互补且占空比相同，第一控制信号和第二控制信号的开关频率，等于第一电感、第一电容和母线电容形成的串联谐振电路的谐振频率。
利用该控制方法，能够使得可控谐振电路、整流电路和三电平逆变电路的母线电容形成谐振均压电路，进而实现母线电容间的能量转移，使得母线中点的电位均衡，能够在母线中点电位偏移量较大时，也具备良好的调节效果。并且，该方法在实现时，整流电路中的可控开关管均实现了零电流开通与零电流关断，开关管的损耗低，效率高。
第四方面，本申请还提供了一种动力总成，包括以上实现方式提供的电驱动***，还包括电机。其中，电机连接三电平逆变电路的输出端。电机用于将电能转换为机械能以驱动所述电动汽车。
利用该动力总成，可以充分发挥三电平电驱动***的优势，有效提升动力总成的效率、降低输出电压谐波含量并优化电磁干扰性能。
第五方面，本申请还提供了一种电动汽车，该电动汽车包括以上提供的动力总成，还包括动力电池组。动力电池组用于为动力总成提供所需的直流电源。
附图说明
图1为现有技术的一种三电平逆变电路的示意图；
图2为图1对应的三电平电驱动***的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种电驱动***的示意图；
图4A为本申请实施例提供的一种中点箝位型三电平逆变电路的示意图；
图4B为本申请实施例提供的另一种中点箝位型三电平逆变电路的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种有源中点箝位型三电平逆变电路的示意图；
图6为本申请实施例提供的另一种电驱动***的示意图；
图7A为本申请实施例提供的仿真波形示意图一；
图7B为本申请实施例提供的仿真波形示意图二；
图8为本申请实施例提供的又一种电驱动***的示意图；
图9为本申请实施例提供的一种车载充电机的示意图；
图10为本申请实施例提供的另一种车载充电机的示意图；
图11为本申请实施例提供的一种电驱动***的控制方法的流程图；
图12为本申请实施例提供的一种动力总成的示意图；
图13为本申请实施例提供的一种电动汽车的示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面首先介绍电动汽车的三电平电驱动***。
参见图2，该图为图1对应的三电平电驱动***的示意图。
该三电平电驱动***采用车载充电机(On-board Charger，OBC)30将外部电源输入的交流电转换为直流电，用于为电动汽车的动力电池组充电。
电动汽车的车载充电机30的输出端与三电平变换电路10的输入端(即三电平电机控制单元的输入端)并联连接在直流母线上。当车载充电机30通过直流母线为动力电池组充电时，三电平变换电路10不工作；当电动汽车运行时，三电平变换电路10工作，将动力电池组提供的直流电转换为交流电后提供给电机20，此时车载充电机30处于闲置状态。
三电平逆变电路10母线中点O的电位平衡程度直接影响到了三电平逆变电路10的输出电流的谐波、功率器件的耐压等诸多指标。现有技术可以通过基于SVPWM的软件控制方式调节三电平逆变电路10的母线中点电位，但该方式调节能力有限。
例如在一些场景中，三电平逆变电路10的调制比较高、功率因素较低，此时母线中点电位可能出现几十伏的电压波动，超出了软件控制方式调节范围。
为了解决现有技术存在的以上问题，本申请提供了一种电驱动***、控制方法、车载充电机、动力总成及电动汽车，对现有的车载充电机的整流电路进行了改进与复用，控制器通过控制可控谐振电路和整流电路的工作状态，使得母线中点的电位均衡，提升了调节能力。该方案在实现时的硬件成本较低，不会明显增加电驱动***的体积，易于实现。
本申请说明中的“第一”、“第二”等用词仅用于描述目的，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。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。
实施例一：
本申请实施例提供了一种电驱动***，用于控制三电平逆变电路的母线中点电位平衡，下面结合附图具体说明。
参见图3，该图为本申请实施例提供的一种电驱动***的示意图。
该电驱动***包括母线、三电平逆变电路10、车载充电机30和控制器40。
其中，母线包括正母线(图中以P表示)和负母线(图中以N表示)。
车载充电机30包括功率变换电路301、可控谐振电路302和整流电路303。
功率变换电路301的输入端为车载充电机30的输入端，功率变换电路301的输出端通过可控谐振电路302连接所整流电路303。
在一些实施例中，功率变换电路301包括PFC(Power Factor Correction，功率因素校正)电路和DC(Direct Current，直流)-AC(Alternating Current，交流)电路。其中的PFC电路将连接的交流电转换为直流电后传输至DC-AC电路，DC-AC电路将直流电转换为交流电后传输至整流电路303。
整流电路303的第一输出端连接正母线P，整流电路303的第二输出端连接负母线N，整流电路303的第三输出端连接母线中点O。
该三电平逆变电路10可以为中点箝位(Neutral Point Clamped，NPC)型三电平逆变电路。
一并参见图4A和图4B所示的中点箝位型三电平逆变电路的示意图。其中，图4A示出了中点箝位型三电平逆变电路的功率电路101采用“T”型连接时的示意图。图4B示出了中点箝位型三电平逆变电路的功率电路101采用“I”型连接时的示意图。
该三电平逆变电路10还可以为有源中点箝位(Active Neutral Point Clamped，ANPC)型三电平逆变电路，其功率电路的示意图可以参见图5所示。
关于三电平逆变电路的工作原理与控制方式为较为成熟的技术，本申请实施例在此不再赘述。
三电平逆变电路包括第一母线电容C1和第二母线电容C2。其中，第一母线电容C1连接在正母线和母线中点间，第二母线电容C2连接在负母线和母线中点间。第一母线电容C1和第二母线电容C2的电容值相同。
当车载充电机30的输入端连接交流电源时，车载充电机30为电动汽车的动力电池组充电，即此时电动汽车处于充电状态，三电平逆变电路10不工作。
当三电平逆变电路10工作时，车载充电机30的输入端与交流电源断开，现有技术中的车载充电机30此时处于停止工作状态。而本申请在三电平逆变电路10工作时，控制器40通过控制可控谐振电路302和整流电路303的工作状态，以使母线中点的电位平衡，下面具体说明。
控制器40通过控制可控谐振电路和整流电路的工作状态，使得可控谐振电路、整流电路和母线电容形成谐振均压电路。其中，第一母线电容C1和第二母线电容C2交替接入谐振均压电路。
当正母线和母线中点间的电压的绝对值大于负母线和母线中点间的电压的绝对值时，谐振均压电路能够将第一母线电容C1的电量转移至第二母线电容C2，进而使母线中点的电位平衡；当正母线和母线中点间的电压的绝对值小于负母线和母线中点间的电压的绝对值时，谐振均压电路能够将第二母线电容C2的电量转移至第一母线电容C1，进而使母线中点的电位平衡。
在一些实施例中，电动汽车的车载充电机30为单向车载充电机，即车载充电机利用交流电网提供电能为动力电池组充电。
在另一些实施例中，电动汽车的车载充电机30为双向车载充电机，当车载充电机30的输入端连接交流电网时，电动汽车的动力电池组既可以作为电网的负载端，此时车载充电机30利用交流电网提供电能为动力电池组充电；动力电池组亦可以通过车载充电机30向电网回馈能量，即该双向车载充电机支持V2G(Vehicle-to-Grid)功能。
本实施例中的控制器40可以为专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、现场可编程逻辑门阵列(Field-programmable Gate Array，FPGA)、通用阵列逻辑(Generic Array Logic,GAL)或其任意组合，本申请实施例对此不作具体限定。
可控谐振电路302和整流电路303中包括可控开关管，本申请实施例不具体限定可控开关管的类型，例如可以为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor FiledEffect Transistor，MOSFET，以下简称MOS管)、SiC MOSFET(Silicon Carbide MetalOxide Semiconductor，碳化硅场效应管)等。
控制器40可以向可控开关管发送PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号以控制可控开关管的工作状态。
综上所述，本申请实施例提供的电驱动***，当三电平逆变电路工作时，控制器通过控制可控谐振电路和整流电路的工作状态，使得可控谐振电路、整流电路和三电平逆变电路的母线电容形成谐振均压电路，进而实现母线电容间的能量转移，使得母线中点的电位均衡，能够在母线中点电位偏移量较大时，也具备良好的调节效果。
此外，由于该方案对现有的车载充电机的整流电路进行了复用，使得技术方案在实现时的硬件成本较低，无需增加复杂的硬件电路，不会明显增加电驱动***的体积，便于方案的实施。
下面结合具体的实现方式说明电驱动***的工作原理。以下说明中以三电平逆变电路的功率电路采用“T”型连接为例进行说明，当三电平逆变电路的功率电路采用“I”型连接时的原理类似，本申请不再赘述。
实施例二：
本申请实施例中以车载充电机为双向车载充电机为例进行说明。
参见图6，该图为本申请实施例提供的另一种电驱动***的示意图。
图示车载充电机30为CLLC型车载充电机，其功率变换电路301为LLC谐振变换电路。
车载充电机30的可控谐振电路302包括可控开关S和谐振单元。该谐振单元包括串联连接的第一电感L和第一电容Co。
在另一些实施例中，第一电感L还可以表征多个电感的等效电感，第一电容还可以表征多个电容的等效电容。
可控开关S可以为可控开关管。
现有技术中的CLLC型车载充电机的副边绕组会与电感和电容串联，即本申请中的谐振单元的第一电感L和第一电容Co可以直接复用现有技术中存在的电感和电容，可控谐振电路302相较于现有技术仅增加了可控开关S，对于成本和体积的影响较小。
功率变换电路301的第一输出端通过谐振单元连接整流电路303的第一输入端，功率变换电路302的第二输出端连接整流电路303的第二输入端，可控开关S连接在功率变换电路的第一输出端和第二输出端之间。
现有技术中的CLLC型车载充电机的整流电路303一般为全桥整流电路，本申请实施例对整流电路的拓扑进行了改进，具体的：整流电路303包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管。其中，第一开关管Q1的第一端连接整流电路303的第一输出端，第一开关管Q1的第二端连接整流电路303的第一输入端和第二开关管Q2的第一端，第二开关管Q2的第二端连接整流电路303的第三输出端和第三开关管Q3的第一端，第三开关管Q3的第二端连接整流电路303的第二输入端和第四开关管Q4的第一端，第四开关管Q4的第二端连接整流电路303的第二输出端。
以开关管Q1-Q4均为NMOS管为例，则开关管Q1-Q4的第一端为其漏极，第二端为其源极。
本申请实施例的整流电路303相较于现有技术的全桥整流电路而言，并未增加使用的开关管的数量。
当功率变换电路的输入端外接交流电源时，即车载充电机30工作时，控制器控制可控开关S断开。
控制器当三电平逆变电路10工作时，控制可控开关S闭合，并通过控制整流电路303的工作状态以使母线中点的电位平衡，下面具体说明。
当三电平逆变电路10工作时，车载充电机30输入端与外接交流电源断开连接，控制器控制可控开关S闭合，以将功率变换电路301旁路。
控制器以第一控制信号控制第一开关管Q1和第三开关管Q3，以第二控制信号控制第二开关管Q2和第四开关管Q4，第一控制信号和第二控制信号互补且占空比相同，即占空比均为50％。因此当第一开关管Q1和第三开关管Q3导通时，第二开关管Q2和第四开关管Q4关断，此时第一母线电容C1、第一电感L和第一电容Co连接于同一回路；当第一开关管Q1和第三开关管Q3关断时，第二开关管Q2和第四开关管Q4导通，此时第二母线电容C2、第一电感L和第一电容Co连接于同一回路。
由于第一母线电容C1和第二母线电容C2电容值相同，因此任意一个母线电容、第一电感L和第一电容Co形成的串联谐振电路的谐振频率相同。控制器以该串联谐振电路的谐振频率作为第一控制信号和第二控制信号的开关频率。
此时第一电感L、第一电容Co和当前接入的直流母线电容形成谐振均压电路。当正母线和母线中点的电压差的绝对值大于负母线和母线中点的电压差的绝对值时，通过控制Q1-Q4的工作状态，使得第一母线电容C1和第二母线电容C2轮流与第一电感L和第一电容Co形成串联谐振电路，进而使得第一母线电容C1将电量转移至第二母线电容C2，直至第一母线电容C1和第二母线电容C2的电量相同，进而实现母线中点电位的平衡；当正母线和母线中点的电压差的绝对值小于负母线和母线中点的电压差的绝对值时，通过控制Q1-Q4的工作状态，使得第一母线电容C1和第二母线电容C2轮流与第一电感L和第一电容Co形成串联谐振电路，进而使得第二母线电容C2将电量转移至第一母线电容C1，直至第二母线电容C2和第一母线电容C1的电量相同，进而实现母线中点电位的平衡。
在一些实施例中，控制器还可以控制三电平逆变电路10的工作状态，即控制器可以与三电平逆变电路10的控制器集成在一起。
在另一些实施例中，控制器还可以控制车载充电机的工作状态，即控制器还可以与车载充电机30的控制器集成在一起。
综上所述，本申请实施例提供的电驱动***，当三电平逆变电路工作时，控制器通过控制可控谐振电路和整流电路的工作状态，使得可控谐振电路、整流电路和三电平逆变电路的母线电容形成谐振均压电路，进而实现母线电容间的能量转移，使得母线中点的电位均衡，能够在母线中点电位偏移量较大时，也具备良好的调节效果。由于该方案对现有的车载充电机的整流电路进行了复用，使得技术方案在实现时的硬件成本较低，无需增加复杂的硬件电路，不会明显增加电驱动***的体积，便于方案的实施。下面结合附图具体说明本申请技术方案的有益效果。
参见图7A，该图为本申请实施例提供的仿真波形示意图一。
图7A仿真示出了本申请技术方案对母线中点电位的调节效果。其中，Vc1和Vc2分别表征正母线电压的绝对值和负母线电压的绝对值。本申请的技术方案在T＝0.02S之后实施。
由图示波形可以看出，在T＝0.02S之前，母线中点电位存在较大的波动，其偏移程度从Vc1-Vc2对应的波形可知最大到达了40V左右。
I(Rl1a)、I(Rl1b)和I(Rl1c)分别表示三电平逆变电路的一相输出电流，可以看出母线中点电位的偏移影响了输出电流的谐波，导致输出电流波形出现了畸变。
当T＝0.02S后，本申请的技术方案使得Vc1-Vc2较为稳定的维持在0V左右，即使当母线电位偏移较大时，也可以实现母线电位的平衡，调节效果明显。
参见图7B，该图为本申请实施例提供的仿真波形示意图二。
图7B示出了整流电路303中开关管两端电压和电流的关系示意图。其中，Vmos1为Q1和Q3两端的电压，I(MOS1)为通过Q1和Q3的电流；Vmos2为Q2和Q4两端的电压，I(MOS2)为通过Q2和Q4的电流。可以看出，本申请方案在实现时，整流电路303中的可控开关管Q1-Q4均实现了零电流开通与零电流关断，开关管的损耗低，效率高。
实施例三：
下面结合另一种具体的实现方式说明电驱动的工作原理。
参见图8，该图为本申请实施例提供的又一种电驱动***的示意图。
图示车载充电机30为LLC型车载充电机，其功率变换电路301为LLC谐振变换电路。
车载充电机30的可控谐振电路302包括第一可控开关S1、第二可控单元S2和谐振单元。该谐振单元包括串联连接的第一电感L和第一电容Co。
第一可控开关S1和第二可控开关S2可以为可控开关管。
功率变换电路301的第一输出端通过第二可控单元S2连接第一可控开关S1的第一端和整流电路303的第一输入端，第一可控开关S1的第二端通过谐振单元连接功率变换电路301的第二输出端和整流电路303的第二输入端。
现有技术中的LLC型车载充电机的整流电路303一般为全桥整流电路，本申请实施例对整流电路的拓扑进行了改进，具体的：整流电路303包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4。其中，第一开关管Q1的第一端连接整流电路303的第一输出端，第一开关管Q1的第二端连接整流电路303的第一输入端和第二开关管Q2的第一端，第二开关管Q2的第二端连接整流电路303的第三输出端和第三开关管Q3的第一端，第三开关管Q3的第二端连接整流电路303的第二输入端和第四开关管Q4的第一端，第四开关管Q4的第二端连接整流电路303的第二端。
以开关管Q1-Q4均为NMOS管为例，则开关管Q1-Q4的第一端为其漏极，第二端为其源极。
本申请实施例的整流电路303相较于现有技术的全桥整流电路而言，并未增加使用的开关管的数量。
当功率变换电路的输入端外接交流电源时，即车载充电机30工作时，控制器控制第一可控开关S1断开，控制第二可控开关S2闭合。
控制器当三电平逆变电路10工作时，控制第一可控开关S1闭合，控制第二可控开关S2断开，并通过控制整流电路303的工作状态以使母线中点的电位平衡，下面具体说明。
控制器以第一控制信号控制第一开关管Q1和第三开关管Q3，以第二控制信号控制第二开关管Q2和第四开关管Q4，第一控制信号和第二控制信号互补且占空比相同，即占空比均为50％。
当第一开关管Q1和第三开关管Q3导通时，第二开关管Q2和第四开关管Q4关断，此时第一母线电容C1、第一电感L和第一电容Co连接于同一回路；当第一开关管Q1和第三开关管Q3关断时，第二开关管Q2和第四开关管Q4导通，此时第二母线电容C2、第一电感L和第一电容Co连接于同一回路。
由于第一母线电容C1和第二母线电容C2电容值相同，因此任意一个母线电容、第一电感L和第一电容Co形成的串联谐振电路的谐振频率相同。控制器以该串联谐振电路的谐振频率作为第一控制信号和第二控制信号的开关频率。此时第一电感L、第一电容Co和当前接入的直流母线电容形成谐振均压电路。
当正母线和母线中点的电压差的绝对值大于负母线和母线中点的电压差的绝对值时，第一母线电容C1和第二母线电容C2轮流与第一电感L和第一电容Co形成串联谐振电路，进而使得第一母线电容C1将电量转移至第二母线电容C2，直至第一母线电容C1和第二母线电容C2的电量相同，进而实现母线中点电位的平衡；当正母线和母线中点的电压差的绝对值小于负母线和母线中点的电压差的绝对值时，第一母线电容C1和第二母线电容C2轮流与第一电感L和第一电容Co形成串联谐振电路，进而使得第二母线电容C2将电量转移至第一母线电容C1，直至第二母线电容C2和第一母线电容C1的电量相同，进而实现母线中点电位的平衡。
在一些实施例中，控制器还可以控制三电平逆变电路10的工作状态，即控制器可以与三电平逆变电路10的控制器集成在一起。
在另一些实施例中，控制器还可以控制车载充电机的工作状态，即控制器还可以与车载充电机30的控制器集成在一起。
综上所述，利用本申请实施例提供的电驱动***，当三电平逆变电路工作时，控制器通过控制可控谐振电路和整流电路的工作状态，使得可控谐振电路、整流电路和三电平逆变电路的母线电容形成谐振均压电路，进而实现母线电容间的能量转移，使得母线中点的电位均衡，能够在母线中点电位偏移量较大时，也具备良好的调节效果。该方案对现有的单向车载充电机的整流电路进行了复用，仅增加简单的可控开关和谐振电路，使得技术方案在实现时的硬件成本较低，无需增加复杂的硬件电路，不会明显增加电驱动***的体积，便于方案的实施。并且，该方案在实现时，整流电路中的可控开关管均实现了零电流开通与零电流关断，开关管的损耗低，效率高。
实施例四：
本申请实施例还提供了一种车载充电机，应用于以上实施例提供的电驱动***，下面结合附图具体说明。
参见图9，为本申请实施例提供的一种车载充电机的示意图。
图9所示的车载充电机30为双向车载充电机，具体为CLLC型车载充电机，具体包括：功率变换电路301、可控谐振电路302和整流电路303。
其中，功率变换电路301为LLC谐振变换电路。功率变换电路301的输入端为车载充电机30的输入端，用于连接交流电源。
可控谐振电路302包括可控开关S和谐振单元。该谐振单元包括串联连接的第一电感L和第一电容Co。可控开关S可以为可控开关管。
整流电路303包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4。其中，第一开关管Q1的第一端连接整流电路303的第一输出端，第一开关管Q1的第二端连接整流电路303的第一输入端和第二开关管Q2的第一端，第二开关管Q2的第二端连接整流电路303的第三输出端和第三开关管Q3的第一端，第三开关管Q3的第二端连接整流电路303的第二输入端和第四开关管Q4的第一端，第四开关管Q4的第二端连接整流电路303的第二输出端。
其中，整流电路303的第一输出端用于连接正母线，整流电路303的第三输出端用于连接负母线，整流电路303的第二输出端用于连接母线中点。
参见图10，为本申请实施例提供的一种车载充电机的示意图。
图10所示的车载充电机30为双向车载充电机，具体为CLLC型车载充电机，具体包括：功率变换电路301、可控谐振电路302和整流电路303。
其中，功率变换电路301为LLC谐振变换电路。功率变换电路301的输入端为车载充电机30的输入端，用于连接交流电源。
可控谐振电路302包括第一可控开关S1、第二可控开关S2和谐振单元。该谐振单元包括串联连接的第一电感L和第一电容Co。可控开关S可以为可控开关管。
整流电路303包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4。整流电路的具体链接方式同上，在此不再赘述。
综上所述，本申请实施例提供的车载充电机，当输入端连接交流电源时，通过控制可控可以正常为电动汽车的动力电池组充电。当未外接交流电源且三电平逆变电路工作时，可控开关和整流电路在控制器的控制下，使得可控谐振电路、整流电路和三电平逆变电路的母线电容形成谐振均压电路，进而实现母线电容间的能量转移，使得母线中点的电位均衡，能够在母线中点电位偏移量较大时，也具备良好的调节效果。该方案对现有的车载充电机的整流电路进行了复用，使得技术方案在实现时的硬件成本较低，无需增加复杂的硬件电路，不会明显增加电驱动***的体积，便于方案的实施。并且，该方案在实现时，整流电路中的可控开关管均实现了零电流开通与零电流关断，开关管的损耗低，效率高。
实施例五：
基于以上实施例提供的电驱动***，本申请实施例还提供了一种电驱动***的控制方法，下面结合附图具体说明。
参见图11，该图为本申请实施例提供的一种电驱动***的控制方法的流程图。
该方法包括以下步骤：
S1101：当三电平逆变电路工作时，通过控制可控开关旁路功率变换电路并使谐振电路接入路。
S1102：以第一控制信号控制第一开关管和第三开关管，以第二控制信号控制第二开关管和第四开关管，第一控制信号和第二控制信号互补且占空比相同，第一控制信号和第二控制信号的开关频率，等于第一电感、第一电容和母线电容形成的串联谐振电路的谐振频率。
综上所述，利用本申请实施例提供的电驱动***的控制方法，能够使得可控谐振电路、整流电路和三电平逆变电路的母线电容形成谐振均压电路，进而实现母线电容间的能量转移，使得母线中点的电位均衡，能够在母线中点电位偏移量较大时，也具备良好的调节效果。并且，该方法在实现时，整流电路中的可控开关管均实现了零电流开通与零电流关断，开关管的损耗低，效率高。
实施例六：
基于以上实施例提供的电驱动***，本申请实施例还提供了一种电动汽车的动力总成，下面结合附图具体说明。
参见图12，该图为本申请实施例提供的一种电动汽车的动力总成的示意图。
本申请实施例提供的动力总成1200包括电驱动***1201和电机20。
电机20连接三电平逆变电路的输出端，电机20用于将电能转换为机械能以驱动电动汽车。
该电驱动***1201包括母线、三电平逆变电路、车载充电机和控制器。
母线包括正母线和负母线。
车载充电机包括功率变换电路、可控谐振电路和整流电路。
关于电驱动***的具体实现方式以及工作原理可以参见以上实施例中的相关说明，本申请实施例在此不再赘述。
综上所述，该动力总成的电驱动***的控制器，当三电平逆变电路工作时，通过控制可控谐振电路和整流电路的工作状态，使得可控谐振电路、整流电路和三电平逆变电路的母线电容形成谐振均压电路，进而实现母线电容间的能量转移，使得母线中点的电位均衡，能够在母线中点电位偏移量较大时，也具备良好的调节效果。由于该方案对现有的车载充电机的整流电路进行了复用，使得技术方案在实现时的硬件成本较低，无需增加复杂的硬件电路，不会明显增加电驱动***的体积，便于方案的实施。
此外，方案在实现时，整流电路中的可控开关管均实现了零电流开通与零电流关断，开关管的损耗低，效率高。因此该动力总成可以充分发挥三电平电驱动***的优势，有效提升动力总成的效率、降低输出电压谐波含量并优化电磁干扰性能。
实施例七：
基于以上实施例提供的动力总成，本申请实施例还提供了一种电动汽车，下面结合附图具体说明。
参见图13，该图为本申请实施例提供的一种电动汽车的示意图。
图示电动汽车1300包括动力总成1200和动力电池组1301。
动力电池组1301用于为动力总成1200提供所需的直流电。
本申请实施例提供的动力总成1200包括电驱动***1201和电机20。
电机20连接三电平逆变电路的输出端，电机20用于将电能转换为机械能以驱动电动汽车。
该电驱动***1201包括母线、三电平逆变电路、车载充电机和控制器。
母线包括正母线和负母线。
车载充电机包括功率变换电路、可控谐振电路和整流电路。
关于电驱动***的具体实现方式以及工作原理可以参见以上实施例中的相关说明，本申请实施例在此不再赘述。
综上所述，该电动汽车的动力总成包括了本申请提供的电驱动***，电驱动***的控制器当三电平逆变电路工作时，通过控制可控谐振电路和整流电路的工作状态，使得可控谐振电路、整流电路和三电平逆变电路的母线电容形成谐振均压电路，进而实现母线电容间的能量转移，使得母线中点的电位均衡，能够在母线中点电位偏移量较大时，也具备良好的调节效果。由于该方案对现有的车载充电机的整流电路进行了复用，使得技术方案在实现时的硬件成本较低，无需增加复杂的硬件电路，不会明显增加电驱动***的体积，便于方案的实施。此外，方案在实现时，整流电路中的可控开关管均实现了零电流开通与零电流关断，开关管的损耗低，效率高。因此该动力总成可以充分发挥三电平电驱动***的优势，有效提升电驱动***的效率、降低输出电压谐波含量并优化电磁干扰性能，使得电动汽车利用该动力总成后，可以有效提升NEDC效率。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，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。另外，还可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元和模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (19)

1.一种电驱动***，其特征在于，所述电驱动***包括：母线、车载充电机、三电平逆变电路和控制器；其中，
所述母线包括正母线和负母线，用于连接所述三电平逆变电路的输入端；
所述车载充电机包括功率变换电路、可控谐振电路和整流电路；
所述功率变换电路的输入端为所述车载充电机的输入端，所述功率变换电路的输出端通过所述可控谐振电路连接所述整流电路；
所述整流电路的第一输出端连接所述正母线，所述整流电路的第二输出端连接所述负母线，所述整流电路的第三输出端连接母线中点；
所述控制器，用于当所述三电平逆变电路工作时，控制所述可控谐振电路和整流电路的工作状态，以使所述母线中点的电位平衡。
2.根据权利要求1所述的电驱动***，其特征在于，所述可控谐振电路包括可控开关和谐振单元；
所述功率变换电路的第一输出端通过所述谐振单元连接所述整流电路的第一输入端，所述功率变换电路的第二输出端连接所述整流电路的第二输入端，所述可控开关连接在所述功率变换电路的第一输出端和第二输出端之间；
所述控制器，用于当所述三电平逆变电路工作时，控制所述可控开关闭合，并通过控制所述整流电路的工作状态以使所述母线中点的电位平衡。
3.根据权利要求1所述的电驱动***，其特征在于，所述可控谐振电路包括第一可控开关、第二可控开关和谐振单元；
所述功率变换电路的第一输出端通过所述第二可控开关连接所述第一可控开关的第一端和所述整流电路的第一输入端，所述第一可控开关的第二端通过所述谐振单元连接所述功率变换电路的第二输出端和所述整流电路的第二输入端；
所述控制器，用于当所述三电平逆变电路工作时，控制所述第一可控开关闭合、第二可控开关断开，并通过控制所述整流电路的工作状态以使所述母线中点的电位平衡。
4.根据权利要求2或3所述的电驱动***，其特征在于，所述谐振单元包括串联连接的第一电感和第一电容。
5.根据权利要求4所述的电驱动***，其特征在于，所述三电平逆变电路包括母线电容；
所述控制器对所述整流电路的控制信号的开关频率，等于所述第一电感、第一电容和所述母线电容形成的串联谐振电路的谐振频率。
6.根据权利要求5所述的电驱动***，其特征在于，所述整流电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；
所述第一开关管的第一端连接所述整流电路的第一输出端，所述第一开关管的第二端连接所述整流电路的第一输入端和所述第二开关管的第一端，所述第二开关管的第二端连接所述整流电路的第三输出端和所述第三开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接所述整流电路的第二输入端和所述第四开关管的第一端，所述第四开关管的第二端连接所述整流电路的第二输出端。
7.根据权利要求6所述的电驱动***，其特征在于，所述控制器以第一控制信号控制所述第一开关管和第三开关管，以第二控制信号控制所述第二开关管和第四开关管，所述第一控制信号和所述第二控制信号互补且占空比相同。
8.根据权利要求1所述的电驱动***，其特征在于，所述功率变换电路为LLC谐振变换电路。
9.根据权利要求1所述的电驱动***，其特征在于，所述控制器还用于控制所述车载充电机，和/或所述三电平逆变电路的工作状态。
10.根据权利要求2所述的电驱动***，其特征在于，所述控制器还用于当所述功率变换电路的输入端外接交流电源时，控制所述可控开关断开。
11.根据权利要求3所述的电驱动***，其特征在于，所述控制器还用于当所述功率变换电路的输入端外接交流电源时，控制所述第一可控开关断开且控制所述第二可控开关闭合。
12.一种动力总成，其特征在于，所述动力总成包括权利要求1-11中任意一项所述的电驱动***，还包括电机；
所述电机连接所述三电平逆变电路的输出端；
所述电机用于将电能转换为机械能以驱动所述电动汽车。
13.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求12所述的动力总成，还包括动力电池组；
所述动力电池组用于为所述动力总成提供所需的直流电源。
14.一种车载充电机，所述车载充电机的输入端用于连接交流电源，其特征在于，所述车载充电机包括：功率变换电路、可控谐振电路和整流电路；
所述功率变换电路的输入端为所述车载充电机的输入端，所述功率变换电路的输出端通过所述可控谐振电路连接所述整流电路；
所述整流电路的第一输出端用于连接正母线，所述整流电路的第二输出端用于连接负母线，所述整流电路的第三输出端用于连接母线中点。
15.根据权利要求14所述的车载充电机，其特征在于，所述可控谐振电路包括可控开关和谐振单元；
所述功率变换电路的第一输出端通过所述谐振单元连接所述整流电路的第一输入端，所述功率变换电路的第二输出端连接所述整流电路的第二输入端，所述可控开关连接在所述功率变换电路的第一输出端和第二输出端之间。
16.根据权利要求14所述的车载充电机，其特征在于，所述可控谐振电路包括第一可控开关、第二可控开关和谐振单元；
所述功率变换电路的第一输出端通过所述第二可控开关连接所述第一可控开关的第一端和所述整流电路的第一输入端，所述第一可控开关的第二端通过所述谐振电路连接所述功率变换电路的第二输出端和所述整流电路的第二输入端。
17.根据权利要求15或16所述的车载充电机，其特征在于，所述谐振单元包括串联连接的第一电感和第一电容。
18.根据权利要求14所述的车载充电机，其特征在于，所述整流电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；
所述第一开关管的第一端连接所述整流电路的第一输出端，所述第一开关管的第二端连接所述整流电路的第一输入端和所述第二开关管的第一端，所述第二开关管的第二端连接所述整流电路的第三输出端和所述第三开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接所述整流电路的第二输入端和所述第四开关管的第一端，所述第四开关管的第二端连接所述整流电路的第二端。
19.根据权利要求14所述的车载充电机，其特征在于，所述功率变换电路为LLC谐振变换电路。
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