CN115528766A - 利用马达驱动系统的车辆电池充电系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种利用马达驱动系统的车辆电池充电系统。电池充电系统包括：第一逆变器，包括多个第一开关元件；第二逆变器，包括多个第二开关元件；多个转换开关，具有第一端和第二端，第一端分别连接到多个绕组的第二端，第二端彼此连接；以及控制器，被配置为在充电模式下控制第一逆变器的DC端子和第二逆变器的DC端子之间的连接状态以及多个第一开关元件、多个第二开关元件和多个转换开关的开路/短路状态。

Description

利用马达驱动系统的车辆电池充电系统

技术领域

本公开涉及一种利用马达驱动系统的车辆电池充电系统，更具体地，涉及一种利用马达驱动系统的车辆电池充电系统，该车辆电池充电系统能够利用开端绕组马达驱动系统对车辆电池进行充电，该马达驱动系统被配置为利用分别连接到马达中的绕组的两端的多个逆变器驱动马达。

背景技术

利用马达产生的扭矩作为动力的环保车辆(例如电动车辆)的燃料效率(或电力效率)取决于逆变器马达的功率转换效率。因此，最大限度地提高逆变器的功率转换效率和马达的效率以提高燃料效率非常重要。

本申请的申请人提出了一种通过选择性地确定闭端绕组(Closed End Winding)模式和开端绕组(Open End Winding)模式来驱动马达的技术。闭端绕组模式被配置为使得车辆的驱动马达中的绕组的一端相互连接以形成Y形连接来驱动马达，而开端绕组模式被配置为使得逆变器分别连接到马达的绕组的两端以在马达的绕组的两端开路的状态下驱动马达。

通常，在电动车辆或插电式混合动力电动车辆中，通过将从外部充电设备提供的电力转换为适合对车辆电池进行充电的状态，并且将转换后的电力提供给电池以对电池进行充电。

传统上，用于快速充电的充电设备被制造为输出400V的单一电压规格。然而，车辆中使用的电池往往被设计为具有800V以上的电压，以提高效率和行驶里程。为了对具有各种电压规格的车辆电池进行充电，应提供具有满足电池电压规格的各种电压带的充电设施，或者应实现单个充电设备能够输出各种电压带。

因此，充电基础设施的建设成本很高。另外，当由于充电设备的充电电流限制而降低电压并输出电压时，充电时间可能会随着充电功率的降低而增加。

在本公开的技术领域中，对于利用多个逆变器以开端绕组模式驱动马达的马达驱动系统，需要一种能够在不增加额外装置和增加额外成本的情况下通过转换由作为现有基础设施建造的充电设备提供的充电电压的大小来对电池进行充电的电池充电技术。

上述内容仅用于帮助理解本公开的背景，并不旨在表示本公开落入本领域技术人员已知的现有技术的范围内。

发明内容

因此，本公开考虑现有技术中出现的上述问题，并且本公开旨在提供一种利用马达驱动系统的车辆电池充电系统，其中车辆电池充电系统能够通过利用以开端绕组模式驱动马达的马达驱动系统适当地转换从外部充电设备提供的充电电压的大小来对车辆电池进行充电，而不使用单独的专用转换装置。

为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种利用马达驱动系统对车辆电池进行充电的车辆电池充电系统，该马达驱动系统被配置为驱动马达，马达具有分别对应于马达的多个相的多个绕组。车辆电池充电系统可以包括：第一逆变器，包括多个第一开关元件，并且包括连接到车辆电池的DC端子和连接到多个绕组中的每一个的第一端的AC端子；第二逆变器，包括多个第二开关元件，并且包括可以与第一逆变器的DC端子选择性地短路/开路的DC端子和连接到多个绕组中的每一个的第二端的AC端子；多个转换开关，具有第一端和第二端，多个转换开关的第一端分别连接到多个绕组的第二端，多个转换开关的第二端彼此连接；以及控制器，被配置为在可以对车辆电池进行充电的充电模式下，基于施加到多个转换开关的第二端和车辆电池的负极端子之间的部分的DC充电电压的大小以及车辆电池的电压的大小，控制第一逆变器的DC端子和第二逆变器的DC端子之间的连接状态以及多个第一开关元件、多个第二开关元件和多个转换开关的开路/短路状态。

车辆电池充电系统可以进一步包括：第一充电电力施加开关，具有连接到多个转换开关的第二端的第一端和接收DC充电电压的高电位的第二端；以及第二充电电力施加开关，具有连接到车辆电池的负极端子的第一端和接收DC充电电压的低电位的第二端，其中，控制器可以被配置为在充电模式下控制第一充电电力施加开关和第二充电电力施加开关处于短路。

车辆电池充电系统可以进一步包括：电容器，连接到第一充电电力施加开关的第二端和车辆电池的负极端子之间的部分。

当外部充电电压低于车辆电池的电压时，控制器可以被配置为在充电模式下通过控制多个转换开关中的至少一些转换开关处于短路，并通过控制第一逆变器的下开关元件的脉宽调制来将DC充电电压进行升压，逆变器的下开关元件可以连接到所述多个绕组的连接到多个转换开关中的短路开关的绕组，其中第一逆变器的下开关元件可以是多个第一开关元件中的连接到第一逆变器的DC端子的低电位端子的开关元件。

当外部充电电压低于车辆电池的电压时，控制器可以被配置为在充电模式下通过控制多个转换开关全部处于短路，并通过控制第一逆变器的下开关元件的脉宽调制来将DC充电电压进行升压，其中第一逆变器的下开关元件可以是多个第一开关元件中的连接到第一逆变器的DC端子的低电位端子的开关元件。

控制器可以被配置为在充电模式下控制多个第二开关元件处于开路。

当外部充电电压大于车辆电池的电压时，控制器可以被配置为在充电模式下通过使第一逆变器的DC端子和第二逆变器的DC端子彼此电断开，通过断开第一开关元件和第二开关元件，并通过控制多个转换开关中的至少一些转换开关的脉宽调制，来将DC充电电压进行降压。

车辆电池充电系统可以进一步包括：第三充电电力施加开关，具有连接到第一逆变器的DC端子的第一端和连接到第二逆变器的DC端子的第二端。

当外部充电电压大于车辆电池的电压时，控制器可以被配置为在充电模式下通过断开第三充电电力施加开关，通过断开第一开关元件和第二开关元件，并通过控制多个转换开关中的至少一些转换开关的脉宽调制，来将DC充电电压进行降压。

根据本公开的另一方面，一种利用马达驱动系统对车辆电池进行充电的车辆电池充电系统，该马达驱动系统被配置为驱动马达，马达具有分别对应于马达的多个相的多个绕组，该车辆电池充电系统可以包括：第一逆变器，包括多个第一开关元件，并且包括连接到车辆电池的DC端子和连接到多个绕组中的每一个的第一端的AC端子；第二逆变器，包括多个第二开关元件，并且包括可以与第一逆变器的DC端子选择性地短路/开路的DC端子和连接到多个绕组中的每一个的第二端的AC端子；多个转换开关，具有第一端和第二端，多个转换开关的第一端分别连接到多个绕组的第二端，多个转换开关的第二端彼此连接；第一充电电力施加开关，具有连接到多个转换开关的第二端的第一端和接收从系统外部提供的DC充电电压的高电位的第二端；第二充电电力施加开关，具有连接到车辆电池的负极端子的第一端和接收DC充电电压的低电位的第二端；第三充电电力施加开关，具有连接到第一逆变器的DC端子的第一端和连接到第二逆变器的DC端子的第二端；以及控制器，被配置为在对车辆电池进行充电的充电模式下，控制多个转换开关中的至少一些转换开关以及第一充电电力施加开关和第二充电电力施加开关处于短路，并且控制器可以被配置为基于DC充电电压的大小，控制第三充电电力施加开关、多个第一开关元件、多个第二开关元件以及多个转换开关的开路/短路状态。

车辆电池充电系统可以进一步包括：电容器，连接到第一充电电力施加开关的第二端和车辆电池的负极端子之间的部分。

当外部充电电压低于电池的电压时，控制器可以被配置为在充电模式下通过控制多个转换开关中的至少一些转换开关处于短路，并通过控制第一逆变器的下开关元件的脉宽调制来将DC充电电压进行升压，逆变器的下开关元件可以连接到所述多个绕组的连接到所述多个转换开关中的短路开关的绕组，其中第一逆变器的下开关元件可以是多个第一开关元件中的连接到第一逆变器的DC端子的低电位端子的开关元件。

当外部充电电压低于电池的电压时，控制器可以被配置为在充电模式下通过控制多个转换开关全部处于短路，并通过控制第一逆变器的下开关元件的脉宽调制来将DC充电电压进行升压，其中第一逆变器的下开关元件可以是多个第一开关元件中的连接到第一逆变器的DC端子的低电位端子的开关元件。

控制器可以被配置为在充电模式下控制多个第二开关元件处于开路。

当外部充电电压大于电池的电压时，控制器可以被配置为在充电模式下通过断开第三充电电力施加开关，通过断开第一开关元件和第二开关元件，并通过控制多个转换开关中的至少一些转换开关的脉宽调制，来将DC充电电压进行降压。

根据一种利用马达驱动系统的车辆电池充电系统，可以通过利用为马达的开端绕组操作设置的马达驱动系统根据从外部充电器提供的充电电压适当地转换充电电压的大小来对电池进行充电。

通过一种利用马达驱动系统的车辆电池充电系统，无需随着车辆电池的高电压化为车辆中的高压充电设施提供额外的基础设施。因此，可以避免基础设施建设引起的社会成本。

此外，一种利用马达驱动系统的车辆电池充电系统被配置为，当从充电设备提供的充电电压高于电池的电压时，不是将具有电流限制的充电设备本身的电压进行降压，而是充电系统可以通过利用车辆中设置的马达驱动系统来将电压的大小进行降压。因此，可以解决在充电设备中将充电电压进行降压时发生的充电功率降低的问题，从而可以解决由于充电电压的降压而导致电池充电时间增加的问题。

另外，一种利用马达驱动系统的车辆电池充电系统可以允许与各种类型的外部充电电压相对应的电池充电，同时允许马达以高效率开端绕组方式驱动。

本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员将清楚地理解考虑以下描述的未提及的其它效果。

附图说明

本公开的上述和其它目的、特征和其它优点将从以下结合附图的详细描述中得到更清楚的理解，其中：

图1是示出根据本公开的实施例的利用马达驱动系统的车辆电池充电系统的电路图。

图2和图3是示出根据本公开的实施例的利用马达驱动系统的车辆电池充电系统的操作的示图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述根据本公开的各种实施例的利用马达驱动系统的车辆电池充电系统。

图1是示出根据本公开的实施例的利用马达驱动系统的车辆电池充电系统的电路图。

参照图1，根据本公开的实施例，利用马达驱动系统的车辆电池充电系统是利用通过具有分别对应于多个相的多个绕组L1至L3的马达100提供驱动电力的利用马达驱动系统的充电系统。

车辆电池充电系统可以包括：第一逆变器10，包括多个第一开关元件S11至S16并且连接到马达100的每个绕组的第一端；第二逆变器20，包括多个第二开关元件S21至S26并且连接到马达100的每个绕组的第二端；以及多个转换开关S31至S33，多个转换开关S31至S33的第一端连接到马达100的绕组的第二端，多个转换开关S31至S33的第二端相互短路。

第一逆变器10可以具有施加在电池200的正极端子和负极端子之间产生的直流电压(DC电压)的直流端子(DC端子)和连接到马达100的绕组L1至L3中的每一个的交流端子(AC端子)。第一逆变器10连接到电池200的正极端子和负极端子的两个节点可以是DC端子。第一逆变器10连接到马达100的每个绕组的第一端的三个节点可以是AC端子。

类似地，第二逆变器20可以具有选择性地连接到第一逆变器10的DC端子的DC端子和连接到马达100的绕组L1至L3中的每一个的AC端子。包括第二逆变器20选择性地连接到第一逆变器10的DC端子的一个节点的两个节点可以是第二逆变器20的DC端子。第二逆变器20连接到马达100的每个绕组的第二端的三个节点可以是第二逆变器20的AC端子。

第一逆变器10的DC端子和第二逆变器20的DC端子可以通过充电电力施加开关R3选择性地彼此开路/短路。充电电力施加开关R3的操作状态可以由控制器40控制。

根据本公开的示例性实施例的系统的控制器40可以是处理器(例如，计算机、微处理器、CPU、ASIC、电路、逻辑电路等)。控制器40可以由存储例如被执行时执行下文描述的各种功能的程序、软件指令再现算法等的非暂态存储器以及被配置为执行程序、软件指令再现算法等的处理器实现。此处，存储器和处理器可以被实现为单独的半导体电路。或者，存储器和处理器可以被实现为单个集成半导体电路。处理器可以被实现为一个以上的处理器。

在马达100产生用于驱动车辆的电力的马达驱动模式下，第一逆变器10的DC端子和第二逆变器20的DC端子共同连接到电池200。因此，第一逆变器10和第二逆变器20将存储在电池200中的DC电力转换为三相AC电力并将AC电力提供给马达100，或者将再生制动期间马达100产生再生制动扭矩所产生的再生制动能量转换为DC电力并将DC电力提供给电池200。DC电力和AC电力之间的转换可以通过控制设置在第一逆变器10中的多个第一开关元件S11至S16和设置在第二逆变器20中的多个第二开关元件S21至S26的脉宽调制来执行。

第一逆变器10可以包括多个支线(leg)11至13，在DC端子中产生的DC电力被施加到这些支线。支线11至13可以分别对应于马达100的多个相以形成电连接。

更具体地，第一支线11包括在构成第一逆变器的DC端子的两个节点之间彼此串联连接的两个开关元件S11和S12。两个开关元件S11和S12之间的连接节点可以连接到马达100中的一个相绕组L1的第一端，以便输入和输出对应于马达100的多个相中的一个相的AC电力。

类似地，第二支线12包括在构成第一逆变器10的DC端子的两个节点之间彼此串联连接的两个开关元件S13和S14。开关元件S13和S14的连接节点可以连接到马达100中的一个相绕组L2的第一端，以便输入和输出对应于马达100的多个相中的一个相的AC电力。

第三支线13包括在构成第一逆变器10的DC端子的两个节点之间彼此串联连接的两个开关元件S15和S16。两个开关元件S15和S16的连接节点可以连接到马达100中的一个相绕组L3的第一端，以便输入和输出对应于马达100的多个相中的一个相的AC电力。

第二逆变器20也可以具有与第一逆变器10的结构类似的结构。第二逆变器20可以包括多个支线21至23，第二逆变器20的DC端子的DC电力被施加到这些支线上，其中电池200的两个端子之间的DC电力被施加到第二逆变器20的DC端子。支线21至23可以分别对应于马达100的多个相以形成电连接。

更具体地，第一支线21包括在构成第一逆变器10的DC端子的两个节点之间彼此串联连接的两个开关元件S21和S22。两个开关元件S21和S22之间的连接节点可以连接到马达100中的一个相绕组L1的第二端，以便输入和输出对应于马达100的多个相中的一个相的AC电力。

类似地，第二支线22包括在构成第一逆变器10的DC端子的两个节点之间彼此串联连接的两个开关元件S23和S24。开关元件S23和S24的连接节点可以连接到马达100中的一个相绕组L2的第二端，以便输入和输出对应于马达100的多个相中的一个相的AC电力。

第三支线23包括在构成第一逆变器10的DC端子的两个节点之间彼此串联连接的两个开关元件S25和S26。两个开关元件S25和S26的连接节点可以连接到马达100中的一个相绕组L3的第二端，以便输入和输出对应于马达100的多个相中的一个相的AC电力。

第一逆变器10连接到马达100的绕组L1至L3的第一端，第二逆变器20连接到马达100的绕组L1至L3的第二端。可以形成马达100的绕组L1至L3的两端分别连接到第一逆变器10和第二逆变器20的开端绕组结构的电连接。

第一逆变器10中包括的开关元件S11至S16和第二逆变器20中包括的开关元件S21至S26是用于驱动马达的传统逆变器中包括的开关元件。开关元件S11至S16和S21至S26可以理解为包括反向连接在IGBT或FET的源极和漏极之间的二极管以及实际执行开关的IGBT或FET的概念。

多个转换开关S31至S33可以连接到马达100的绕组L1至L3的第二端(第二逆变器的AC端子)。多个转换开关S31至S33的第一端连接到马达100的绕组L1至L3的第二端。多个转换开关S31至S33的第二端彼此电连接以形成电短路。

当多个转换开关S31至S33开路时，马达100的绕组L1至L3的两端分别连接到第一逆变器10和第二逆变器20，以形成开端绕组结构。当多个转换开关S31至S33短路时，马达100的绕组L1至L3的第二端彼此电短路。因此，马达100的绕组L1至L3可以形成闭端绕组结构的电连接，该闭端绕组结构形成Y形连接。当形成闭端绕组结构的电连接时，可以通过控制第一逆变器10的开关元件S11至S16的脉宽调制来驱动马达100。第二逆变器20的所有开关元件S21至S26可以始终保持开路状态。

多个转换开关S31至S33用于在开端绕组结构和闭端绕组结构之间转换用于驱动马达的电路连接结构。因此，多个转换开关S31至S33可以统称为转换开关部30。

转换开关部30中的多个转换开关S31至S33应该执行高速转换(rapid switching)以在充电期间将从系统外部提供的充电电压进行降压。因此，多个转换开关S31至S33可以实现为类似于第一开关元件或第二开关元件的MOSFET或IGBT。

控制器40可以控制包括在第一逆变器10中的开关元件S11至S16和包括在第二逆变器20中的开关元件S21至S26的脉宽调制，以基于马达100在马达驱动模式下所需的所需输出来驱动马达100。

更具体地，控制器40可以基于马达100的所需输出确定在马达驱动中使用的逆变器，确定转换开关部30的多个转换开关S31至S33的接通/关断状态，并控制确定要被驱动的逆变器的开关元件的脉宽调制。

例如，当马达100所需的输出小于预设参考值时，控制器40将转换开关部30的多个转换开关S31至S33全部设置为短路状态，并且不操作第二逆变器20。控制器40控制第一逆变器10的开关元件S11至S16的脉宽调制，使得可以驱动马达100(闭端绕组模式)。

闭端绕组模式的马达驱动可以通过控制器40基于施加到第一逆变器10的DC端子的DC电压、从第一逆变器10的AC端子提供给马达100的相电压以及由设置在马达100中的马达转子传感器(未示出)检测的马达旋转角来控制第一逆变器10的开关元件S11至S16的脉宽调制来实现的。通过控制逆变器中的多个开关元件的脉宽调制来驱动马达100的各种技术在本领域中是已知的。因此，将省略对逆变器的脉宽调制控制方法的进一步详细描述。

当马达100所需的输出大于预设参考值时，控制器40可以将转换开关部30的多个转换开关S31至S33全部设置为开路状态，并且操作第一逆变器10和第二逆变器20以驱动马达100(开端绕组模式)。在开端绕组模式中，多个绕组L1至L3的第一端彼此处于开路状态并且第二端也彼此处于开路状态，从而可以通过控制分别连接到绕组L1至L3的两端的两个逆变器10和20的脉宽调制来驱动马达100。

开端绕组模式下的马达驱动可以通过控制器40通过接收第一逆变器10和第二逆变器20的DC电压、分别提供给与马达100的每个相相对应的多个绕组中的每一个的相电流以及由设置在马达100中的马达转子传感器(未示出)检测的马达角度来控制第一逆变器10的第一开关元件S11至S16和第二逆变器20的第二开关元件S21至S26两者的脉宽调制来实现的。

开端绕组模式下通过控制连接到绕组的两端的两个逆变器的脉宽调制来驱动马达的各种技术在本领域中是已知的，因此将省略进一步的详细描述。

在对电池进行充电的充电模式中，控制器40可以控制包括在逆变器10、20中的开关元件S11至S16、S21至S26、转换开关S31至S33以及充电电力施加开关R，以在多个转换开关S31至S33的第二端与电池200的负极端子之间施加DC充电电压，并基于DC充电电压的大小转换DC充电电压的大小，然后提供给电池。

从外部充电器300提供的DC电力可以施加在转换开关部30的多个转换开关S31至S33彼此连接的节点和连接到电池200的负极端子的节点之间。从外部充电器300提供的充电电压可以施加在多个转换开关S31至S33彼此连接的节点和连接到电池200的负极端子的节点之间。

为了形成或切断外部充电器300与马达驱动系统之间的电连接，本公开实施例可以包括充电电力施加开关R1、R2。

车辆可以包括连接外部充电器300的充电入口。在充电期间，车辆的充电入口可以联接到外部充电器300的充电出口。外部充电器300的充电出口包括形成充电电压的高电位端子(正极端子)和低电位端子(负极端子)。充电出口的高电位端子和低电位端子可以分别连接到充电入口的高电位端子和低电位端子。第一充电电力施加开关R1可以连接到充电入口的高电位端子和多个转换开关S31至S33彼此连接的节点之间。第二充电电力施加开关R2可以连接到充电入口的低电位端子和电池200的负极端子之间。

在马达驱动模式下，控制器40可以控制第一充电电力施加开关R1和第二充电电力施加开关R2始终处于开路状态。另外，在马达驱动模式下，控制器40可以控制第一逆变器10的DC端子与第二逆变器20的DC端子之间的第三充电电力施加开关R3始终处于短路状态。

在电池充电模式下，控制器40可以控制第一充电电力施加开关R1和第二充电电力施加开关R2始终处于开路状态。根据从外部施加的充电电压是升压还是降压，控制器40可以选择性地控制第三充电电力施加开关R3的状态。

作为第一充电电力施加开关R1至第三充电电力施加开关R3，可以应用本领域已知的各种开关装置。然而，第一充电电力施加开关R1至第三充电电力施加开关R3在确定模式转换或升压/降压期间被确定为处于开路或短路状态，并且用于在模式持续期间保持确定的状态，因此不需要高速转换。因此，第一充电电力施加开关R1至第三充电电力施加开关R3可以优选以继电器实现。

第一充电电力施加开关R1和第二充电电力施加开关R2可以以用于形成电路中的电连接而设置的接线盒400的形式实现。例如，接线盒400可以实现为硬件形式，其包括用于在电池200的正极端子和负极端子与每个逆变器的DC端子的两个端子之间形成电连接的布线，用于在充电模式下将外部充电器300连接到接线盒时将形成用于产生从外部充电器300提供的充电电压的电容器C连接到接线盒的布线，在第一充电电力施加开关R1和第二充电电力施加开关R2与外部充电器300之间的布线，以及在第一充电电力施加开关R1和第二充电电力施加开关R2、转换开关S31至S33，和逆变器10、20的DC端子之间的布线。

图2和图3是示出根据本公开的实施例的利用马达驱动系统的车辆电池充电系统的操作的示图。

图2是示出在充电模式下从外部充电器300提供的充电电压低于车辆内的电池200的电压时的示例的示图。

如图2所示，在充电模式下，控制器40控制充电电力施加开关R1、R2处于短路状态。控制器40可以控制转换开关部30的转换开关S31、S32和S33以保持短路状态。

此外，当从外部充电器300提供的充电电压低于车辆内的电池200的电压时，控制器40可以控制第二逆变器20的所有开关元件S21至S26以保持开路状态，并且以适当的占空比控制第一逆变器10的下开关元件S12、S14和S16的脉宽调制。因此，可以将从外部充电器300提供的充电电压进行升压并提供给电池200。

马达100的绕组L1至L3、分别连接到绕组L1至L3的第一端的第一逆变器10的上开关元件S11、S13、S15的二极管以及第一逆变器10的下开关元件S12、S14、S16可以形成可以在从外部充电器300到电池200的方向上将电压进行升压的升压转换器的拓扑结构。通过利用升压转换器的拓扑结构，可以将从外部充电器300提供的充电电压进行升压并提供给电池200，从而可以对电池200进行充电。

在这种情况下，第二逆变器20的DC端子的电压大于从外部充电器300提供的电压。因此，流入第二逆变器20的电流可以被第二逆变器20的上开关元件S21、S23和S25的反向二极管切断。因此，当需要对外部充电电压进行升压时，第三充电电力施加开关R3可以处于短路状态和开路状态。

上开关元件S11、S13、S15是指连接到逆变器的支线中包括的两个开关元件中的DC端子的高电位端子的开关元件。下开关元件是指连接到DC端子的低电位端子的开关元件。

图2是示出在转换开关部30的转换开关S31至S33全部保持短路状态之后升压的示例的示图。然而，控制器40可以控制以使转换开关部30的部分转换开关S31至S33选择性地处于短路状态，然后控制连接到保持短路状态的开关的下开关元件的脉宽调制以进行升压。

在升压时，与马达的每个相相对应的转换开关部30的所有转换开关S31、S31、S33被控制以保持短路状态。当第一逆变器10的所有下开关元件S12、S14和S16被切换以进行升压时，控制器40可以通过交错方法控制与马达的每个相相对应的升压转换器。

包括线圈(电感器)、二极管和开关并且通过开关的脉宽调制控制来增加电压的升压转换器以及利用多个升压转换器的交错控制方法是本领域公知的。因此，将省略对其的进一步描述。

图3示出在充电模式下从外部充电器300提供的充电电压大于车辆内的电池200的电压时的示例，即，需要将充电电压进行降压的示例。

如图3所示，在充电模式下，控制器40可以控制第一充电电力施加开关R1和第二充电电力施加开关R2都处于短路状态，控制第三充电电力施加开关R3处于开路状态，控制所有的第一开关元件S11至S16和第二开关元件S21至S26处于开路状态，并且以适当的占空比控制转换开关部30的转换开关S31、S32和S33中的至少一些转换开关的脉宽调制。

转换开关部30的转换开关S31、S32和S33、马达100的绕组L1至L3、第二逆变器20的下开关元件S22、S24和S26的二极管以及第一逆变器10的上开关元件S11、S13和S15可以形成可以在从外部充电器300到电池200的方向上将电压进行降压的降压转换器的拓扑结构。即，通过适当地确定占空比来控制转换开关部30的转换开关S31至S33中的至少一些转换开关的脉宽调制，可以适当地控制提供给电池200的电压的大小。

此外，与升压的情况一样，可以通过控制转换开关部30的所有转换开关S31、S32和S33并以交错方法操作三个降压转换器来转换电压。

在降压控制时，施加到马达100的绕组L1至L3的第二端的电压大于电池的电压。因此，电流可以流经第二逆变器20的上开关元件的二极管，因此必须将第三充电电力施加开关R3控制为开路状态。

如上所述，根据本公开的各种实施例，一种利用马达驱动系统的车辆电池充电系统可以通过利用为马达的开端绕组操作设置的马达驱动系统根据从外部充电器提供的充电电压适当地转换充电电压的大小来对电池进行充电。

因此，根据本公开的各种实施例，一种利用马达驱动系统的车辆电池充电系统被配置为无需随着车辆电池的高电压化为车辆中的高压充电设施提供额外的基础设施，因此可以避免基础设施建设引起的社会成本。

此外，根据本公开的各个实施例，一种利用马达驱动系统的车辆电池充电系统被配置为，当从充电设备提供的充电电压高于电池的电压时，不是将具有电流限制的充电设备本身的电压进行降压，而是充电系统可以通过利用车辆中设置的马达驱动系统来将电压的大小进行降压。因此，可以解决在充电设备中将充电电压进行降压时发生的充电功率降低的问题，从而可以解决由于充电电压的降压而导致电池充电时间增加的问题。

另外，根据本公开的各种实施例，一种利用马达驱动系统的车辆电池充电系统被配置为允许与各种类型的外部充电电压相对应的电池充电，同时允许马达以高效率开端绕组方式驱动。

尽管为了说明的目的公开了本公开的优选实施例，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离所附权利要求书中公开的本公开的范围和思想的情况下，各种修改、添加和替换是可能的。

Claims (17)

1.一种利用马达驱动系统对车辆电池进行充电的车辆电池充电系统，所述马达驱动系统驱动马达，所述马达具有分别对应于所述马达的多个相的多个绕组，所述系统包括：

第一逆变器，包括多个第一开关元件，并且包括连接到所述车辆电池的DC端子和连接到所述多个绕组中的每一个的第一端的AC端子；

第二逆变器，包括多个第二开关元件，并且包括与所述第一逆变器的DC端子选择性地短路/开路的DC端子和连接到所述多个绕组中的每一个的第二端的AC端子；

多个转换开关，具有第一端和第二端，所述多个转换开关的第一端分别连接到所述多个绕组的第二端，所述多个转换开关的第二端彼此连接；以及

控制器，在对所述车辆电池进行充电的充电模式下，基于施加到所述多个转换开关的第二端和所述车辆电池的负极端子之间的部分的DC充电电压的大小以及所述车辆电池的电压的大小，控制所述第一逆变器的DC端子和所述第二逆变器的DC端子之间的连接状态以及所述多个第一开关元件、所述多个第二开关元件和所述多个转换开关的开路/短路状态。

2.根据权利要求1所述的车辆电池充电系统，进一步包括：

第一充电电力施加开关，包括连接到所述多个转换开关的第二端的第一端和接收所述DC充电电压的高电位的第二端；以及

第二充电电力施加开关，包括连接到所述车辆电池的负极端子的第一端和接收所述DC充电电压的低电位的第二端，

其中，在所述充电模式下，所述控制器控制所述第一充电电力施加开关和所述第二充电电力施加开关处于短路。

3.根据权利要求2所述的车辆电池充电系统，进一步包括：

电容器，连接到所述第一充电电力施加开关的第二端和所述车辆电池的负极端子之间的部分。

4.根据权利要求1所述的车辆电池充电系统，其中，

当外部充电电压低于所述车辆电池的电压时，在所述充电模式下，所述控制器通过控制所述多个转换开关中的至少一些转换开关处于短路，并通过控制所述第一逆变器的下开关元件的脉宽调制来将所述DC充电电压进行升压，所述逆变器的下开关元件连接到所述多个绕组的连接到所述多个转换开关中的短路开关的绕组，其中所述第一逆变器的下开关元件是所述多个第一开关元件中的连接到所述第一逆变器的DC端子的低电位端子的开关元件。

5.根据权利要求4所述的车辆电池充电系统，其中，

在所述充电模式下，所述控制器控制所述多个第二开关元件处于开路。

6.根据权利要求1所述的车辆电池充电系统，其中，

当外部充电电压低于所述车辆电池的电压时，在所述充电模式下，所述控制器通过控制所述多个转换开关全部处于短路，并通过控制所述第一逆变器的下开关元件的脉宽调制来将所述DC充电电压进行升压，其中所述第一逆变器的下开关元件是所述多个第一开关元件中的连接到所述第一逆变器的DC端子的低电位端子的开关元件。

7.根据权利要求6所述的车辆电池充电系统，其中，

在所述充电模式下，所述控制器控制所述多个第二开关元件处于开路。

8.根据权利要求1所述的车辆电池充电系统，其中，

当外部充电电压大于所述车辆电池的电压时，在所述充电模式下，所述控制器通过使所述第一逆变器的DC端子和所述第二逆变器的DC端子彼此电断开，通过断开所述多个第一开关元件和所述多个第二开关元件，并通过控制所述多个转换开关中的至少一些转换开关的脉宽调制，来将所述DC充电电压进行降压。

9.根据权利要求1所述的车辆电池充电系统，进一步包括：

第三充电电力施加开关，包括连接到所述第一逆变器的DC端子的第一端和连接到所述第二逆变器的DC端子的第二端。

10.根据权利要求9所述的车辆电池充电系统，其中，

当外部充电电压大于所述车辆电池的电压时，在所述充电模式下，所述控制器通过断开所述第三充电电力施加开关，通过断开所述多个第一开关元件和所述多个第二开关元件，并通过控制所述多个转换开关中的至少一些转换开关的脉宽调制，来将所述DC充电电压进行降压。

11.一种利用马达驱动系统对车辆电池进行充电的车辆电池充电系统，所述马达驱动系统驱动马达，所述马达具有分别对应于所述马达的多个相的多个绕组，所述系统包括：

第一逆变器，包括多个第一开关元件，并且包括连接到所述车辆电池的DC端子和连接到所述多个绕组中的每一个的第一端的AC端子；

第二逆变器，包括多个第二开关元件，并且包括与所述第一逆变器的DC端子选择性地短路/开路的DC端子和连接到所述多个绕组中的每一个的第二端的AC端子；

多个转换开关，具有第一端和第二端，所述多个转换开关的第一端分别连接到所述多个绕组的第二端，所述多个转换开关的第二端彼此连接；

第一充电电力施加开关，包括连接到所述多个转换开关的第二端的第一端和接收从所述系统外部提供的DC充电电压的高电位的第二端；

第二充电电力施加开关，包括连接到所述车辆电池的负极端子的第一端和接收所述DC充电电压的低电位的第二端；

第三充电电力施加开关，包括连接到所述第一逆变器的DC端子的第一端和连接到所述第二逆变器的DC端子的第二端；以及

控制器，在对所述车辆电池进行充电的充电模式下，控制所述多个转换开关中的至少一些转换开关以及所述第一充电电力施加开关和所述第二充电电力施加开关处于短路，并且所述控制器基于所述DC充电电压的大小，控制所述第三充电电力施加开关、所述多个第一开关元件、所述多个第二开关元件以及所述多个转换开关的开路/短路状态。

12.根据权利要求11所述的车辆电池充电系统，进一步包括：

电容器，连接到所述第一充电电力施加开关的第二端和所述车辆电池的负极端子之间的部分。

13.根据权利要求11所述的车辆电池充电系统，其中，

当外部充电电压低于所述车辆电池的电压时，在所述充电模式下，所述控制器通过控制所述多个转换开关中的至少一些转换开关处于短路，并通过控制所述第一逆变器的下开关元件的脉宽调制来将所述DC充电电压进行升压，所述逆变器的下开关元件连接到所述多个绕组的连接到所述多个转换开关中的短路开关的绕组，其中所述第一逆变器的下开关元件是所述多个第一开关元件中的连接到所述第一逆变器的DC端子的低电位端子的开关元件。

14.根据权利要求13所述的车辆电池充电系统，其中，

在所述充电模式下，所述控制器控制所述多个第二开关元件处于开路。

15.根据权利要求11所述的车辆电池充电系统，其中，

当外部充电电压低于所述车辆电池的电压时，在所述充电模式下，所述控制器通过控制所述多个转换开关全部处于短路，并通过控制所述第一逆变器的下开关元件的脉宽调制来将所述DC充电电压进行升压，其中所述第一逆变器的下开关元件是所述多个第一开关元件中的连接到所述第一逆变器的DC端子的低电位端子的开关元件。

16.根据权利要求15所述的车辆电池充电系统，其中，

在所述充电模式下，所述控制器控制所述多个第二开关元件处于开路。

17.根据权利要求11所述的车辆电池充电系统，其中，

当外部充电电压大于所述车辆电池的电压时，在所述充电模式下，所述控制器通过断开所述第三充电电力施加开关，通过断开所述多个第一开关元件和所述多个第二开关元件，并通过控制所述多个转换开关中的至少一些转换开关的脉宽调制，来将所述DC充电电压进行降压。

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