CN202906833U - 一种车用电机控制器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种车用电机控制器，属于汽车电子技术领域。它解决了现有的技术中动力电池电压等级低影响电机输出功率的问题。本车用电机控制器，连接在电源与三相驱动电机之间且与整车控制器连接，包括控制主板，电机控制器还包括升压转换器、逆变器，控制主板分别连接升压转换器和逆变器并且分别控制升压转换器升压/降压和控制逆变器将高压直流电逆变成交流电，升压转换器输入部分接连接动力电池，所述升压转换器输出部分接所述逆变器输入部分，所述逆变器输出部分连接三相驱动电机。本车用电机控制器有效解决动力电池电压等级低与电机需求电压的问题，保证了电机的输出功率。

Description

一种车用电机控制器
技术领域
本实用新型属于汽车电子技术领域，涉及一种车用电机控制器。 
背景技术
在新能源汽车中，驱动电机将成为主要的动力驱动源。对于高性能的纯电动汽车，一般要求电机的功率要达到几十千瓦，电压等级要求越高越好。电压等级升高对整车的对立***带来的好处是显而易见的。在电流不变的前提下，升高直流母线的电压可以提高电机控制器的功率能力。在电机散热允许的情况下，电机***的输出功率与母线电压成正比，即母线电压越高，电机输出的功率越大。 
但是，动力电池由于布置空间和总能量的限制，电池单体的电压等级是相对固定的，而且动力电池的总电压往往不能达到电机端电压的需求，这就导致电机的输出功率不足，进而影响行车。 
发明内容
本实用新型针对现有的技术存在上述问题，提出了一种车用电机控制器，该电机控制器解决了在不改变动力电池电压等级的前提下如何提高电机控制电压，从而提高电机输出功率的问题。 
本实用新型通过下列技术方案来实现：一种车用电机控制器，连接在电源与三相驱动电机之间且与整车控制器连接，包括控制主板，其特征在于，所述的电机控制器还包括升压转换器、逆变器，所述的控制主板分别连接升压转换器和逆变器并且分别控制升压转换器升压/降压和控制逆变器将高压直流电逆变成交流电，所述升压转换器输入部分接连接动力电池，所述升压转换器输出部分接所述逆变器输入部分，所述逆变器输出部分连接三相驱动电机。 
在上述的车用电机控制器中，所述控制主板上设有变压控制模块、PWM控制输出模块和CAN总线模块，所述变压控制模块与升压转换器连接，所述PWM控制输出模块与逆变器连接，所述CAN总线模块通过CAN总线与整车控制器连接。 
在上述的车用电机控制器中，所述升压转换器包括直流支撑电容C1、电抗器L、绝缘栅双极型晶体管IGBT1、绝缘栅双极型晶体管IGBT2和直流支撑电容C2，所述直流支撑电容C1两端分别接动力电池正负极；所述电抗器L一端接动力电池正极，另一端分别接绝缘栅双极型晶体管IGBT1的发射极和绝缘栅双极型晶体管IGBT2的集电极；所述绝缘栅双极型晶体管IGBT1的集电极和绝缘栅双极型晶体管IGBT2的发射极分别连接直流支撑电容C2的两端；所述绝缘栅双极型晶体管IGBT1和绝缘栅双极型晶体管IGBT2的门极均与变压控制模块连接。 
在上述的车用电机控制器中，所述的逆变器包括绝缘栅双极型晶体管IGBT3、绝缘栅双极型晶体管IGBT4、绝缘栅双极型晶体管IGBT5、绝缘栅双极型晶体管IGBT6、绝缘栅双极型晶体管IGBT7、绝缘栅双极型晶体管IGBT8，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT3、绝缘栅双极型晶体管IGBT5、绝缘栅双极型晶体管IGBT7的集电极均与绝缘栅双极型晶体管IGBT1的集电极连接；所述绝缘栅双极型晶体管IGBT4、绝缘栅双极型晶体管IGBT6、绝缘栅双极型晶体管IGBT8的发射极均与绝缘栅双极型晶体管IGBT2的发射极连接；所述绝缘栅双极型晶体管IGBT3的发射极与绝缘栅双极型晶体管IGBT4的集电极连接；所述绝缘栅双极型晶体管IGBT5的发射极与绝缘栅双极型晶体管IGBT6的集电极连接；所述绝缘栅双极型晶体管IGBT7的发射极与绝缘栅双极型晶体管IGBT8的集电极连接；所述绝缘栅双极型晶体管IGBT3、绝缘栅双极型晶体管IGBT5、绝缘栅双极型晶体管IGBT7的发射极分别与三相驱动电机的三相定子绕组引线连接；所述绝缘栅双极型晶体管TGBT3-TGBT8的门级分别与PWM控制输出模块连接。 
在上述的车用电机控制器中，所述控制主板还设有用于采集母线电压的电压采集模块、用于采集电机相电流采集模块、用于采集电机转速 的速度采集模块和用于采集电机温度及绝缘栅双极型晶体管温度采集模块。 
在上述的车用电机控制器中，所述电压采集模块连接有一电压传感器，所述电压传感器设置在母线上。电压传感器检测直流母线电压并发送电压信号给电压采集模块，以便控制主板对电压进行变压控制。 
在上述的车用电机控制器中，所述电流采集模块连接有两个电流传感器，所述电流传感器分别设置在三相驱动电机的任意两相定子绕组引线上。电流传感器采集三相电机相电流变化并发送电流信号给电流采集模块，以便控制主板对逆变器进行逆变控制。 
在上述的车用电机控制器中，所述速度采集模块连接有一旋转变压器，所述旋转变压器设置三相驱动电机的转子上。旋转变压器用于检测三相电机的转速并发送转速信号给速度采集模块，以便控制主板对母线电压和相电电流进行反馈调节。 
在上述的车用电机控制器中，所述温度采集模块连接有与绝缘栅双极型晶体管一一对应的绝缘栅双极型晶体管温度传感器和一电机温度传感器，所述绝缘栅双极型晶体管温度传感器设置在绝缘栅双极型晶体管上，所述电机温度传感器设置在电机定子上。温度传感器分别检测绝缘栅双极型晶体管和电机的温度并分别发送温度信号给控制主板，以防止绝缘栅双极型晶体管或者电机因温度过高而烧毁。 
现有技术相比，本车用电机控制器具备以下优点：通过升压转换器对电压进行升压或者降压，并通过逆变器将高压直流电逆变为交流电，在不改变动力电池电压的前提下，提高了电机的控制电压，从而提高电机输出功率，利用大功率的升压转换器实现直流母线电压的动态调节，提高***效率和可靠性。 
附图说明
图1是本实用新型实施例的车用电机控制器的电路原理图。 
图2是本实用新型实施例中升压转换器升压操作时的电流流向示意 图。 
图2-a是本实用新型实施例中升压转换器升压操作时控制主板将绝缘栅双极型晶体管IGBT1闭合时的电流流向示意图。 
图2-b是本实用新型实施例中升压转换器升压操作时控制主板将绝缘栅双极型晶体管IGBT2断开时的电流流向示意图。 
图3是本实用新型实施例中升压转换器降压操作时的电流流向示意图。 
图3-a是本实用新型实施例中降压操作时控制主板将绝缘栅双极型晶体管IGBT1闭合时的电流流向示意图。 
图3-b是本实用新型实施例中降压操作时控制主板将绝缘栅双极型晶体管IGBT1断开时的电流流向示意图。 
图中，1、控制主板；1a、变压控制模块；1b、电压采集模块；1c、PWM控制输出模块；1d、电流采集模块；1e、速度采集模块；1f、温度采集模块；1g、CAN总线模块；2、动力电池；3、升压转换器；4、逆变器；5、三相驱动电机；6、整车控制器；7、电压传感器；8、电流传感器；9、转速传感器；10、绝缘栅双极型晶体管温度传感器；11、电机温度传感器。 
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例，并结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。 
图1示出了本实用新型的电路原理图，车用电机控制器连接在动力电池2和三相驱动电机5之间，并且还与整车控制器6连接。其中，车用电机控制器包括控制主板1、升压转换器3、逆变器4、电压传感器7、电流传感器8、转速传感器9、绝缘栅双极型晶体管温度传感器10和电机温度传感器11。动力电池2与升压转换器3连接，升压转换器3与逆变器4连接，逆变器4连接三相驱动电机5。控制主板1输出端分别连接升压转换器3和逆变器4；控制主板1输入端分别连接电压传感器7、 电流传感器8、转速传感器9、绝缘栅双极型晶体管温度传感器10和电机温度传感器11；此外，控制主板1还和整车控制器6通过CAN总线双向通信。 
更详细的说，控制主板1包括变压控制模块1a、电压采集模块1b、PWM控制输出模块1c、电流采集模块1d、速度采集模块1e、温度采集模块1f和CAN总线模块。其中，变压控制模块1a分两路输出控制信号给升压转换器3；电压采集模块1b上连接有电压传感器7，该电压传感器设置在直流母线上，能够采集直流母线的电压并发送电压信号给电压采集模块；PWM控制输出模块1c分六路输出控制信号给逆变器4；电流采集模块1d上连接有两个电流传感器8，这两个电流传感器8分别设置在三相驱动电机5的其中任意两相定子绕组引线上，用于检测三相驱动电机5的相电流并发送电流信号给电流采集模块1d；速度采集模块1e上连接有转速传感器9，该转速传感器9采用旋转变压器，设置在三相驱动电机5的转子上，通过检测转子位置变化来获取三相驱动电机5的转速并发送转速信号给速度采集模块1e；温度采集模块1f上连接有八个绝缘栅双极型晶体管温度传感器10和一个电机温度传感器11，绝缘栅双极型晶体管温度传感器10分别对应设置在各个绝缘栅双极型晶体管上，电机温度传感器11设置在三相驱动电机5的定子上，上述两类温度传感器分别检测各自被测目标的温度并发送相应的温度信号给温度采集模块1f；CAN模块1g通过CAN总线与整车控制器6进行双向通信。 
升压转换器3包括直流支撑电容C1、电抗器L、绝缘栅双极型晶体管IGBT1、绝缘栅双极型晶体管IGBT2和直流支撑电容C2，直流支撑电容C1两端分别接动力电池正负极；电抗器L一端接动力电池正极，另一端分别接绝缘栅双极型晶体管IGBT1的发射极和绝缘栅双极型晶体管IGBT2的集电极；绝缘栅双极型晶体管IGBT1的集电极和绝缘栅双极型晶体管IGBT2的发射极分别连接直流支撑电容C2的两端；绝缘栅双极型晶体管IGBT1和绝缘栅双极型晶体管IGBT2的门极分别连接变压控制模块1a的两路输出端口。 
逆变器包括绝缘栅双极型晶体管IGBT3、绝缘栅双极型晶体管IGBT4、绝缘栅双极型晶体管IGBT5、绝缘栅双极型晶体管IGBT6、绝缘栅双极型晶体管IGBT7、绝缘栅双极型晶体管IGBT8，绝缘栅双极型晶体管IGBT3、绝缘栅双极型晶体管IGBT5、绝缘栅双极型晶体管IGBT7的集电极均与绝缘栅双极型晶体管IGBT1的集电极连接；绝缘栅双极型晶体管IGBT4、绝缘栅双极型晶体管IGBT6、绝缘栅双极型晶体管IGBT8的发射极均与绝缘栅双极型晶体管IGBT2的发射极连接；绝缘栅双极型晶体管IGBT3的发射极与绝缘栅双极型晶体管IGBT4的集电极连接；绝缘栅双极型晶体管IGBT5的发射极与绝缘栅双极型晶体管IGBT6的集电极连接；绝缘栅双极型晶体管IGBT7的发射极与绝缘栅双极型晶体管IGBT8的集电极连接；所述绝缘栅双极型晶体管IGBT3、绝缘栅双极型晶体管IGBT5、绝缘栅双极型晶体管IGBT7的发射极分别与三相驱动电机5的三相定子绕组引线连接；所述绝缘栅双极型晶体管TGBT3-TGBT8的门级分别连接PWM控制输出模块1c的六路输出端口连接。 
图2（包括图2-a、图2-b）示出了升压转换器升压操作时的电流流向，其原理如下： 
当本车用电机控制器需要工作驱动三相驱动电机时，动力电池放电。首先，控制主板1通过变压控制模块1a控制绝缘栅双极型晶体管IGBT1闭合，此时动力电池给直流支撑电容C1充电，同时给电抗器L充电储能；然后，控制主板1通过变压控制模块1a控制绝缘栅双极型晶体管IGBT2断开，电流被截止，由于电抗器L的线圈内部的磁场发生变化，所感应出的电流被绝缘栅双极型晶体管IGBT1的续流二极管引导给直流支撑电容C2进行充电，经过这一能量转换使得直流支撑电容C2两端的电压升高。在此升压操作时，将绝缘栅双极型晶体管IGBT2的开关频率设置为50KHz。 
图3（包括图3-a、图3-b）示出了升压转换器降压操作时的电流流向，其原理如下： 
当电机进行制动能量回收时，直流支撑电容C2两端的电压为高压， 此时，控制主板1通过变压控制模块1a将绝缘栅双极型晶体管IGBT1闭合，直流支撑电容C2两端的高压给电抗器L充电储能；然后，控制主板1通过变压控制模块1a控制绝缘栅双极型晶体管IGBT1断开，使电流被截止，由于电抗器L的线圈内部磁场发生变化，所感应出的电流给直流支撑电容C1充电，至此，完成降压操作。在降压操作过程中，将绝缘栅双极型晶体管IGBT1的开关频率设为50KHz。 
本实用新型解决了动力电池的电压不能达到电机端电压的问题，使得在动力电池电压等级不能升高的前提下，提高电机的工作电压等级，提升电机的输出功率，使得在相同的输出功率下，电机的质量和体积可以变得更小。 
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 
尽管本文较多地使用了控制主板1、变压控制模块1a、电压采集模块1b、PWM控制输出模块1c、电流采集模块1d、速度采集模块1e、温度采集模块1f、CAN总线模块1g、动力电池2、升压转换器3、逆变器4、三相驱动电机5、整车控制器6、电压传感器7、电流传感器8、转速传感器9、绝缘栅双极型晶体管温度传感器10、三相驱动电机温度传感器11等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。 

Claims (9)

1.一种车用电机控制器，连接在电源与三相驱动电机（5）之间且与整车控制器（6）连接，包括控制主板（1），其特征在于，所述电机控制器还包括升压转换器（3）、逆变器（4），所述控制主板（1）分别连接升压转换器（3）和逆变器（4）并且分别控制升压转换器（3）升压/降压和控制逆变器（4）将高压直流电逆变成交流电，所述升压转换器（3）输入部分接连接动力电池（2），所述升压转换器（3）输出部分接所述逆变器（4）输入部分，所述逆变器（4）输出部分连接三相驱动电机（5）。
2.根据权利要求1所述的车用电机控制器，其特征在于，所述控制主板（1）上设有变压控制模块（1a）、PWM控制输出模块（1C）和CAN总线模块（1G），所述变压控制模块（1a）与升压转换器（3）连接，所述PWM控制输出模块（1C）与逆变器（4）连接，所述CAN总线模块（1G）通过CAN总线与整车控制器（6）连接。
3.根据权利要求1或2所述的车用电机控制器，其特征在于，所述升压转换器（3）包括直流支撑电容C1、电抗器L、绝缘栅双极型晶体管IGBT1、绝缘栅双极型晶体管IGBT2和直流支撑电容C2，所述直流支撑电容C1两端分别接动力电池（2）正负极；所述电抗器L一端接动力电池（2）正极，另一端分别接绝缘栅双极型晶体管IGBT1的发射极和绝缘栅双极型晶体管IGBT2的集电极；所述绝缘栅双极型晶体管IGBT1的集电极和绝缘栅双极型晶体管IGBT2的发射极分别连接直流支撑电容C2的两端；所述绝缘栅双极型晶体管IGBT1和绝缘栅双极型晶体管IGBT2的门极均与变压控制模块（1a）连接。
4.根据权利要求1或2所述的车用电机控制器，其特征在于，所述逆变器（4）包括绝缘栅双极型晶体管IGBT3、绝缘栅双极型晶体管IGBT4、绝缘栅双极型晶体管IGBT5、绝缘栅双极型晶体管IGBT6、绝缘栅双极型晶体管IGBT7、绝缘栅双极型晶体管IGBT8，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT3、绝缘栅双极型晶体管IGBT5、绝缘栅双极型晶体管IGBT7的集电极均与绝缘栅双极型晶体管IGBT1的集电极连接；所述绝缘栅双极型晶体管IGBT4、绝缘栅双极型晶体管IGBT6、绝缘栅双极型晶体管IGBT8的发射极均与绝缘栅双极型晶体管IGBT2的发射极连接；所述绝缘栅双极型晶体管IGBT3的发射极与绝缘栅双极型晶体管IGBT4的集电极连接；所述绝缘栅双极型晶体管IGBT5的发射极与绝缘栅双极型晶体管IGBT6的集电极连接；所述绝缘栅双极型晶体管IGBT7的发射极与绝缘栅双极型晶体管IGBT8的集电极连接；所述绝缘栅双极型晶体管IGBT3、绝缘栅双极型晶体管IGBT5、绝缘栅双极型晶体管IGBT7的发射极分别与三相驱动电机（5）的三相定子绕组引线连接；所述绝缘栅双极型晶体管TGBT3-TGBT8的门级分别与PWM控制输出模块（1C）连接。
5.根据权利要求1或2所述的车用电机控制器，其特征在于，所述控制主板（1）还设有用于采集母线电压的电压采集模块（1b）、用于采集电机相电流采集模块（1d）、用于采集电机转速的速度采集模块（1e）和用于采集电机温度及绝缘栅双极型晶体管温度采集模块（1f）。
6.根据权利要求5所述的车用电机控制器，其特征在于，所述电压采集模块（1b）连接有一电压传感器（7），所述电压传感器（7）设置在母线上。
7.根据权利要求5所述的车用电机控制器，其特征在于，所述电流采集模块（1d）连接有两个电流传感器（8），所述电流传感器（8）分别设置在三相驱动电机（5）的任意两相定子绕组引线上。
8.根据权利要求5所述的车用电机控制器，其特征在于，所述速度采集模块（1e）连接有一旋转变压器，所述旋转变压器设置三相驱动电机（5）的转子上。
9.根据权利要求5所述的车用电机控制器，其特征在于，所述温度采集模块（1f）连接有与绝缘栅双极型晶体管一一对应的绝缘栅双极型晶体管温度传感器（10）和一电机温度传感器（11），所述绝缘栅双极型晶体管温度传感器（10）设置在绝缘栅双极型晶体管上，所述电机温度传感器（11）设置在电机定子上。
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