CN116587900B - 双电机架构的充放电***及新能源车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双电机架构的充放电***及新能源车辆，该***中第一逆变电路的第一端通过第二开关与动力电池的正极连接，第二端与动力电池的负极、充放电口的负极连接，第一逆变电路的每相输出端分别与第一电机的一个绕组连接；第一电机引出中性线通过第一开关连接至动力电池的正极；第二逆变电路的第一端通过第一开关与动力电池连接，第二端与动力电池的负极、充放电口的负极连接；第二电机引出中性线连接至充放电口的正极；***可以工作于降压充电、升压充电、降压放电及升压充电模式。本发明实施例利用已有的电机控制器及电机实现既能升压又能降压充放电，不需要增加其他控制器，降低了成本以及整车布置难度。

Description

双电机架构的充放电***及新能源车辆

技术领域

本发明涉及纯电动双电机新能源汽车技术领域，具体而言，涉及一种双电机架构的充放电***及新能源车辆。

背景技术

目前常见的公共充电桩主要以400V为主，800V车型无法直接用市面上400V桩进行充电，另外，1000V充电桩也无法给400V车型直接充电，充电兼容性和便利性大打折扣，不利于用户的使用。因此要解决目前的问题，就需要整车增加400V升800V（或1000V降400V）的额外的升压（降压）装置来兼容充电桩。

现有方案通常是增加额外的升压（降压）DCDC，这将极大的增加整车的成本，对整车的布置空间带来挑战。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种双电机架构的充放电***，所述***包括第一充放电单元及第二充放电单元；所述第一充放电单元包括第一电机控制器及第一电机，所述第二充放电单元包括第二电机控制器及第二电机；所述第一电机控制器包括第一逆变电路，所述第一逆变电路的第一端通过第二开关与动力电池的正极连接，第二端与所述动力电池的负极、充放电口的负极连接，所述第一逆变电路的每相输出端分别与所述第一电机的一个绕组连接；所述第一电机引出中性线通过第一开关连接至所述动力电池的正极；所述第二电机控制器包括第二逆变电路，所述第二逆变电路的第一端通过所述第一开关与动力电池连接，第二端与所述动力电池的负极、所述充放电口的负极连接，所述第二逆变电路的每相输出端分别与所述第一电机的一个绕组连接；所述第二电机引出中性线连接至所述充放电口的正极；所述第一充放电单元及所述第二充放电单元用于控制所述第一开关、所述第二开关、所述第一逆变电路、所述第二逆变电路，使***工作于降压充电模式、升压充电模式、降压放电模式及升压充电模式。

可选地，***工作在升压充电模式下，所述第二电机控制器用于控制所述第二逆变电路与所述第二电机组成BOOST电路。

可选地，***工作在降压充电模式下，所述第一电机控制器用于控制所述第一逆变电路与所述第一电机组成BUCK电路。

可选地，***工作在升压放电模式下，所述第一电机控制器用于控制所述第一逆变电路与所述第一电机组成BOOST电路。

可选地，***工作在降压放电模式下，所述第二电机控制器用于控制所述第二逆变电路与所述第二电机组成BUCK电路。

可选地，所述第一充放电单元及所述第二充放电单元用于根据充电功率的大小来确定启动一路充放电、两路充放电或者三路充放电。

可选地，所述充放电口的负极与所述第一逆变电路、所述第二逆变电路的第二端之间设置第三开关，所述充放电口的正极与所述第二电机的中性线之间设置第四开关。

可选地，还包括第一电容，所述第一电容与所述动力电池并联。

可选地，所述第一逆变电路包括第一桥臂组、第二桥臂组和第三桥臂组；所述第一桥臂组包括串联的第一桥臂和第二桥臂，所述第二桥臂组包括串联的第三桥臂和第四桥臂，所述第三桥臂组包括串联的第五桥臂和第六桥臂；所述第一桥臂包括并联的第一可控开关管和第一二极管，所述第二桥臂包括并联的第二可控开关管和第二二极管，所述第三桥臂包括并联的第三可控开关管和第三二极管，所述第四桥臂包括并联的第四可控开关管和第四二极管，所述第五桥臂包括并联的第五可控开关管和第五二极管，所述第六桥臂包括并联的第六可控开关管和第六二极管；所述第一桥臂和所述第二桥臂之间的连接点与所述第一电机的第一绕组连接；所述第三桥臂和所述第四桥臂之间的连接点与所述第一电机的第二绕组连接；所述第五桥臂和所述第六桥臂之间的连接点与所述第一电机的第三绕组连接；

所述第二逆变电路包括第四桥臂组、第五桥臂组和第六桥臂组；所述第四桥臂组包括串联的第七桥臂和第八桥臂，所述第五桥臂组包括串联的第九桥臂和第十桥臂，所述第六桥臂组包括串联的第十一桥臂和第十二桥臂；

所述第七桥臂包括并联的第七可控开关管和第七二极管，所述第八桥臂包括并联的第八可控开关管和第八二极管，所述第九桥臂包括并联的第九可控开关管和第九二极管，所述第十桥臂包括并联的第十可控开关管和第十二极管，所述第十一桥臂包括并联的第十一可控开关管和第十一二极管，所述第十二桥臂包括并联的第十二可控开关管和第十二二极管；

所述第七桥臂和所述第八桥臂之间的连接点与所述第二电机的第四绕组连接；所述第九桥臂和所述第十桥臂之间的连接点与所述第二电机的第五绕组连接；所述第十一桥臂和所述第十二桥臂之间的连接点与所述第二电机的第六绕组连接。

本发明实施例提供了一种新能源车辆，包括上述任一项所述的双电机架构的充放电***。

本发明实施例提供的双电机架构的充放电***及新能源车辆，利用已有的电机控制器及电机实现既能升压又能降压充放电，不需要增加其他控制器，降低了成本以及整车布置难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中双电机架构的充放电***的升压充电回路示意图；

图2为本发明实施例中双电机架构的充放电***的降压充电回路示意图；

图3为本发明实施例中双电机架构的充放电***的升压放电回路示意图；

图4为本发明实施例中双电机架构的充放电***的降压放电回路示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有充电桩与新能源车存在电压不兼容问题以外，支持V2V功能的新能源乘用车，也存在充放电车辆之间电压不兼容问题。以纯电动中重卡为例，其自带大电量的动力电池，从某种角度而言，纯电动中重卡本身也是一个大充电宝，利用纯电动中重卡放电给外界其他车辆充电电还是会存在一定的市场。

本发明实施例利用双电驱***来实现升压/降压功能，通过复用电机电控及电机来实现既能升压又能降压充放电，不需要增加其他控制器（如DCDC进行转换），降低了成本。

具体地，在本实施例中需要引出两个电机的中性线。利用双电机定子的电感特性与双电机控制器功率管的开关特性相互配合，通过电机控制器的控制策略，将400V充电桩输出电压升压后，给800V车辆进行充电，或者将1000V充电桩输出电压降压后，给400V车辆进行充电。利用双电机定子的电感特性与电机控制器功率管的开关特性相互配合，通过电机控制器的控制策略，将放电车辆800V电压降压后，给400V车辆进行充电，或者将放电车辆400V电压升压后，给800V车辆进行充电。

本发明实施例提供了一种双电机架构的充放电***，该***包括第一充放电单元及第二充放电单元。

其中，第一充放电单元包括第一电机控制器及第一电机，第二充放电单元包括第二电机控制器及第二电机。该第一充放电单元及第二充放电单元均为车辆原本具有，复用后实现升压/降压充放电。

具体地，第一充放电单元及第二充放电单元的结构如下：

第一电机控制器包括第一逆变电路，第一逆变电路的第一端通过第二开关与动力电池的正极连接，第二端与动力电池的负极、充放电口的负极连接，第一逆变电路的每相输出端分别与第一电机的一个绕组连接；第一电机引出中性线通过第一开关连接至动力电池的正极。

第二电机控制器包括第二逆变电路，第二逆变电路的第一端通过第一开关与动力电池连接，第二端与动力电池的负极、充放电口的负极连接，第二逆变电路的每相输出端分别与第一电机的一个绕组连接；第二电机引出中性线连接至充放电口的正极。

其中，需要引出两个电机的中性线。例如，两个电机中分别包括三个绕组，则可以作为三路分别控制，从而实现一路充放电、二路充放电及三路充放电。

示例性地，上述逆变电路为三相两电平逆变电路等形式。

第一充放电单元及第二充放电单元用于控制第一开关、第二开关、第一逆变电路、第二逆变电路，使***工作于降压充电模式、升压充电模式、降压放电模式及升压充电模式。

本发明实施例提供的双电机架构的充放电***，利用已有的电机控制器及电机实现既能升压又能降压充放电，不需要增加其他控制器，降低了成本以及整车布置难度。

可选地，若***工作在升压充电模式下，第二电机控制器用于控制第二逆变电路与第二电机组成BOOST电路。此情况下，第一逆变电路与第一电机处于被短路状态。

可选地，若***工作在降压充电模式下，第一电机控制器用于控制第一逆变电路与第一电机组成BUCK电路。此情况下，第二逆变电路与第二电机处于直通状态，起到导通作用，不起升降压作用。

可选地，若***工作在升压放电模式下，第一电机控制器用于控制第一逆变电路与第一电机组成BOOST电路。此情况下，第二逆变电路与第二电机处于直通状态，起到导通作用，不起升降压作用。

可选地，若***工作在降压放电模式下，第二电机控制器用于控制第二逆变电路与第二电机组成BUCK电路。此情况下，第一逆变电路与第一电机处于被短路状态。

在实际的使用中，可以根据充电功率的大小来决定是启动一路放电、两路放电还是三路同时放电。基于此，上述第一充放电单元及第二充放电单元用于根据充电功率的大小来确定启动一路充放电、两路充放电或者三路充放电。其中，一路充放电情况下，使用电机中的一个绕组；二路充放电情况下，使用电机中的二个绕组；三路充放电情况下，使用电机中的三个绕组。

进一步，上述充放电口的负极与第一逆变电路、第二逆变电路的第二端之间设置第三开关，充放电口的正极与第二电机的中性线之间设置第四开关。

进一步，上述充放电***还包括第一电容，第一电容与动力电池并联，该第一电容可以起到储能及供电作用。

具体地，上述第一逆变电路可以包括第一桥臂组、第二桥臂组和第三桥臂组；

第一桥臂组包括串联的第一桥臂和第二桥臂，第二桥臂组包括串联的第三桥臂和第四桥臂，第三桥臂组包括串联的第五桥臂和第六桥臂；第一桥臂包括并联的第一可控开关管和第一二极管，第二桥臂包括并联的第二可控开关管和第二二极管，第三桥臂包括并联的第三可控开关管和第三二极管，第四桥臂包括并联的第四可控开关管和第四二极管，第五桥臂包括并联的第五可控开关管和第五二极管，第六桥臂包括并联的第六可控开关管和第六二极管；第一桥臂和第二桥臂之间的连接点与第一电机的第一绕组连接；第三桥臂和第四桥臂之间的连接点与第一电机的第二绕组连接；第五桥臂和第六桥臂之间的连接点与第一电机的第三绕组连接；

上述第二逆变电路可以包括第四桥臂组、第五桥臂组和第六桥臂组；

第四桥臂组包括串联的第七桥臂和第八桥臂，第五桥臂组包括串联的第九桥臂和第十桥臂，第六桥臂组包括串联的第十一桥臂和第十二桥臂；

第七桥臂包括并联的第七可控开关管和第七二极管，第八桥臂包括并联的第八可控开关管和第八二极管，第九桥臂包括并联的第九可控开关管和第九二极管，第十桥臂包括并联的第十可控开关管和第十二极管，第十一桥臂包括并联的第十一可控开关管和第十一二极管，第十二桥臂包括并联的第十二可控开关管和第十二二极管；

第七桥臂和第八桥臂之间的连接点与第二电机的第四绕组连接；第九桥臂和第十桥臂之间的连接点与第二电机的第五绕组连接；第十一桥臂和第十二桥臂之间的连接点与第二电机的第六绕组连接。

示例性地，上述可控开关管可以为IGBT、MOSFET（简称MOS管，具体类型有包括PMOS和NMOS两类）、SiC MOSFET等。

图1示出了本发明实施例中双电机架构的充放电***的升压充电回路示意图，该充放电***包括第一充放电单元11及第二充放电单元12。

该第一充放电单元11包括第一电机控制器，该第一电机控制器包括第一逆变电路，该第一逆变电路包括第一桥臂组、第二桥臂组和第三桥臂组，由可控开关管Q1-Q6及并联的六个二极管组成。电机1引出中性线，通过开关K1连接至电池的正极。

该第二充放电单元12包括第二电机控制器，该第二电机控制器包括第二逆变电路，该第二逆变电路包括第四桥臂组、第五桥臂组和第六桥臂组，由可控开关管Q7-Q12及并联的六个二极管组成。电机2引出中性线，通过开关K4连接至直流充电口的正极。

升压充电原理如下：Q9截止，Q10导通，电流通过K4、L5、Q10、K3给L5充电，之后，Q10截止，Q9导通，电流通过K4、L5、Q9、K2给动力电池充电。在实际的使用中，可以根据充电功率的大小来决定是启动一路充电、两路充电还是三路同时充电。

图2示出了本发明实施例中双电机架构的充放电***的降压充电回路示意图。降压充电原理如下：Q10、Q4截止，Q9、Q3导通，电流通过K4、L5、Q9、Q3、L2、K1到动力电池再到充电口，由于充电口的电压等于动力电池的电压加上L2上的电压，所以动力电池端的电压是低于充电口电压的，进而达到了降压的作用。其中，电机2及第二逆变电路起通路作用。在实际的使用中，可以根据充电功率的大小来决定是启动一路充电、两路充电还是三路同时充电。相应地，通过控制Q7-Q12而使L4、L5、L6中一个或者多个接入电路。

图3示出了本发明实施例中双电机架构的充放电***的升压放电回路示意图。升压放电原理如下：Q10、Q4截止，Q9、Q3导通，电流通过K1、L2、Q3、Q9、L5、K4给充电口放电，由于充电口的电压等于动力电池的电压加上L2上的电压，所以充电口的电压是高于动力电池电压的，进而达到了升压的作用。其中，电机2及第二逆变电路起通路作用。在实际的使用中，可以根据充电功率的大小来决定是启动一路放电、两路放电还是三路同时放电。

图4示出了本发明实施例中双电机架构的充放电***的降压放电回路示意图。降压放电原理如下：Q10截止，Q9导通，电流通过K2、Q9、L5、K4给充电口，由于充电口的电压等于动力电池的电压减去L5上的电压，所以充电口端的电压是低于动力电池电压的，进而达到了降压的作用。第一逆变电路与电机1处于被短路状态。在实际的使用中，可以根据充电功率的大小来决定是启动一路放电、两路放电还是三路同时放电。

现有采用电机绕组做为电感，但是无中性线的方案，其通过电机电感A和B、或A和C，或B和C串联起来实现升降压，电机发热量大，存在电机退磁风险；且电感串联后通过逆变器两个回路同时工作才能实现升降压，充电电流小，功率低。本实施例中根据充电功率的大小来决定是启动一路充电、两路充电还是三路同时充电，电感是并联方式，充电功率大小可调。

现有具备V2V功能的车辆，部分仅有升压功能或者降压功能，而本实施例中可以在同一辆车，既能升压充电，降压充电，又能升压放电，降压放电。

本发明实施例还提供了一种新能源车辆，包括上述双电机架构的充放电***。

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。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种双电机架构的充放电***，其特征在于，所述***包括第一充放电单元及第二充放电单元；

所述第一充放电单元包括第一电机控制器及第一电机，所述第二充放电单元包括第二电机控制器及第二电机；

所述第一电机控制器包括第一逆变电路，所述第一逆变电路的第一端通过第二开关与动力电池的正极连接，第二端与所述动力电池的负极、充放电口的负极连接，所述第一逆变电路的每相输出端分别与所述第一电机的一个绕组连接；所述第一电机引出中性线通过第一开关连接至所述动力电池的正极；

所述第二电机控制器包括第二逆变电路，所述第二逆变电路的第一端通过所述第二开关与动力电池的正极连接，第二端与所述动力电池的负极、所述充放电口的负极连接，所述第二逆变电路的每相输出端分别与所述第一电机的一个绕组连接；所述第二电机引出中性线连接至所述充放电口的正极；

所述第一充放电单元及所述第二充放电单元用于控制所述第一开关、所述第二开关、所述第一逆变电路、所述第二逆变电路，使***工作于降压充电模式、升压充电模式、降压放电模式及升压放电模式；

***工作在升压充电模式下，所述第二电机控制器用于控制所述第二逆变电路与所述第二电机组成BOOST电路；

***工作在降压充电模式下，所述第一电机控制器用于控制所述第一逆变电路与所述第一电机组成BUCK电路；

***工作在升压放电模式下，所述第一电机控制器用于控制所述第一逆变电路与所述第一电机组成BOOST电路；

***工作在降压放电模式下，所述第二电机控制器用于控制所述第二逆变电路与所述第二电机组成BUCK电路；

所述第二逆变电路的第一端还与所述第一逆变电路的第一端连接。

2.根据权利要求1所述的充放电***，其特征在于，所述第一充放电单元及所述第二充放电单元用于根据充电功率的大小来确定启动一路充放电、两路充放电或者三路充放电。

3.根据权利要求1所述的充放电***，其特征在于，所述充放电口的负极与所述第一逆变电路、所述第二逆变电路的第二端之间设置第三开关，所述充放电口的正极与所述第二电机的中性线之间设置第四开关。

4.根据权利要求1所述的充放电***，其特征在于，还包括第一电容，所述第一电容与所述动力电池并联。

5.根据权利要求1所述的充放电***，其特征在于，

所述第一逆变电路包括第一桥臂组、第二桥臂组和第三桥臂组；

所述第一桥臂组包括串联的第一桥臂和第二桥臂，所述第二桥臂组包括串联的第三桥臂和第四桥臂，所述第三桥臂组包括串联的第五桥臂和第六桥臂；所述第一桥臂包括并联的第一可控开关管和第一二极管，所述第二桥臂包括并联的第二可控开关管和第二二极管，所述第三桥臂包括并联的第三可控开关管和第三二极管，所述第四桥臂包括并联的第四可控开关管和第四二极管，所述第五桥臂包括并联的第五可控开关管和第五二极管，所述第六桥臂包括并联的第六可控开关管和第六二极管；所述第一桥臂和所述第二桥臂之间的连接点与所述第一电机的第一绕组连接；所述第三桥臂和所述第四桥臂之间的连接点与所述第一电机的第二绕组连接；所述第五桥臂和所述第六桥臂之间的连接点与所述第一电机的第三绕组连接；

所述第二逆变电路包括第四桥臂组、第五桥臂组和第六桥臂组；

所述第四桥臂组包括串联的第七桥臂和第八桥臂，所述第五桥臂组包括串联的第九桥臂和第十桥臂，所述第六桥臂组包括串联的第十一桥臂和第十二桥臂；

所述第七桥臂包括并联的第七可控开关管和第七二极管，所述第八桥臂包括并联的第八可控开关管和第八二极管，所述第九桥臂包括并联的第九可控开关管和第九二极管，所述第十桥臂包括并联的第十可控开关管和第十二极管，所述第十一桥臂包括并联的第十一可控开关管和第十一二极管，所述第十二桥臂包括并联的第十二可控开关管和第十二二极管；

所述第七桥臂和所述第八桥臂之间的连接点与所述第二电机的第四绕组连接；所述第九桥臂和所述第十桥臂之间的连接点与所述第二电机的第五绕组连接；所述第十一桥臂和所述第十二桥臂之间的连接点与所述第二电机的第六绕组连接。

6.一种新能源车辆，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的双电机架构的充放电***。