电机控制装置及电动两轮车的制作方法

1.本技术涉及电动两轮车技术领域，具体涉及一种用于电动两轮车的电机控制装置及具有该电机控制装置的电动两轮车。


背景技术：

2.在电动车中，动力电池和电驱系统是整车动力系统的两个核心部件，决定着电动车的主要动力性能。新型电驱系统中电机控制器应满足以下基本要求：1)高效率；2)高功率密度；3)优异的扭矩转速控制性能；4)良好的nvh性能。
3.现有的电机控制器中的功率变换电路主要由功率mosfet(金属-氧化物半导体场效应晶体管)组成，常用to-263多管并联铝基板的技术方案来实现。此种技术主要的优点是采用低压mosfet作为主要的功率器件，成本上有一定的优势，结构上也较为简单。
4.但是，由于电动两轮车对电驱系统功率需求的日益增大，在现有电压平台条件下很难满足功率需求。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术存在的问题，本技术的主要目的在于提供一种在降低电驱系统的工作电流、减小驱动电机的体积、且最大程度降低电机的弱磁深度的情况下提高电驱系统的工作效率及功率密度的电机控制装置。
6.为了实现上述目的，本技术具体采用以下技术方案：
7.本技术提供了一种电机控制装置，应用于电动两轮车，所述电动两轮车包括电池系统和驱动电机，该电机控制装置包括：
8.dc/dc变换电路，与所述电池系统连接，用于将所述电池系统输出的直流低电压转换为直流高电压；
9.dc/ac变换电路，与所述dc/dc变换电路、所述驱动电机连接，用于将所述dc/dc变换电路输出的直流高电压转换为所述驱动电机所需的交流高电压；
10.采样电路，与所述驱动电机、所述dc/dc变换电路及所述dc/ac变换电路连接，用于采样所述驱动电机、所述dc/dc变换电路及所述dc/ac变换电路输出的信号；
11.控制电路，与所述采样电路、所述dc/ac变换电路及所述dc/dc变换电路分别连接，用于根据所述采样电路的采样信号控制所述dc/ac变换电路及所述dc/dc变换电路的工作。
12.在一些实施例中，所述dc/dc变换电路包括一组电压变换回路；或者
13.所述dc/dc变换电路包括并联连接的多组电压变换回路；
14.所述电压变换回路包括电感和晶体管，通过所述电感和所述晶体管将所述电池系统输出的直流低电压转换为直流高电压。
15.在一些实施例中，每组所述电压变换回路包括电感、第一晶体管和第二晶体管；
16.所述电池系统的正极通过所述电感连接于所述第一晶体管的发射极和所述第二晶体管的集电极，所述第一晶体管的集电极连接于所述dc/ac变换电路的一个输入端，所述
第二晶体管的发射极连接于所述电池系统的负极及所述dc/ac变换电路另一个输入端。
17.在一些实施例中，所述电机控制装置还包括滤波电容，所述滤波电容的两端分别连接于所述电池系统的正极和负极，用于对所述电池系统输出的直流电进行滤波或稳压。
18.在一些实施例中，所述dc/ac变换电路包括多个晶体管，多个所述晶体管连接，组成能够用于将直流电转为交流电的逆变电路。
19.在一些实施例中，所述dc/ac变换电路还包括至少一个电容，所述电容连接于所述dc/dc变换电路的输出端，用于对所述dc/dc变换电路输出的直流电进行储能、滤波或稳压。
20.在一些实施例中，所述dc/dc变换电路还用于与公共直流充电桩连接，用于将所述公共直流充电桩输出的直流高电压转化为所述电池系统所需的直流低电压。
21.在一些实施例中，所述电机控制装置还包括信号处理电路，所述信号处理电路与所述控制电路、所述采样电路分别连接，用于将所述采样电路采样到的信号进行处理及过滤后传递给所述控制电路。
22.在一些实施例中，所述信号处理电路还与所述dc/ac变换电路、所述dc/dc变换电路连接，用于将所述控制电路发出的驱动信号进行放大及隔离后传递给所述dc/ac变换电路及所述dc/dc变换电路。
23.对应地，本技术还提供了一种电动两轮车，该电动两轮车包括电池系统、驱动电机和如以上任一实施例所述的电机控制装置，所述电池系统经所述电机控制装置连接于所述驱动电机。
24.本技术的电机控制装置包括dc/dc变换电路、dc/ac变换电路、采样电路和控制电路；dc/dc变换电路与电池系统连接，用于将电池系统输出的直流低电压转换为直流高电压；dc/ac变换电路与dc/dc变换电路、驱动电机连接，用于将dc/dc变换电路输出的直流高电压转换为驱动电机所需的交流高电压；采样电路用于采样驱动电机、dc/dc变换电路及dc/ac变换电路输出的信号；控制电路与采样电路、dc/ac变换电路及dc/dc变换电路连接，用于根据采样电路的采样信号控制dc/ac变换电路及dc/dc变换电路的工作。相比于现有技术，本技术在电池系统和dc/ac变换电路之间设有dc/dc变换电路，从而能够根据电驱系统的需要通过dc/dc变换电路动态调整直流电压，使电驱系统工作在合适的电压平台下，进而能够在降低电驱系统的工作电流、减小驱动电机的体积、且最大程度降低电机的弱磁深度的情况下提高电驱系统的工作效率及功率密度。
附图说明
25.图1为本技术实施例提供的电机控制装置的模块框图。
26.图2为本技术实施例提供的电机控制装置的电路原理图。
具体实施方式
27.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
28.在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个
或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
29.本说明书的描述中，需要理解的是，本技术实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本技术实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
30.电动两轮车通常包括电池系统、驱动电机及电驱系统(电驱系统包括电机控制器)，其中，电池系统用于为驱动电机提供电能，以使驱动电机能够运行，进而使整车运行，电机控制器的主要作用是将电池系统提供的直流电源转化为驱动电机所需的交流电源，通过对控制算法的优化发挥出驱动电机的最优动力性能。
31.目前电动两轮车电驱系统的主流电压平台主要有48vdc、72vdc、144vdc。主要的功率变换系统由mosfet半导体器件组成，峰值功率大都在10kw以下。随着电动两轮车的发展，对电驱系统功率要求越来越高。
32.针对目前电动两轮车的电压平台和电驱系统功率需求之间的相互制约，本技术公开了一种新型拓扑的电机控制装置，在电机控制器输入端前置dc/dc变换电路(dc/dc变换电路为具有buck/boost双向控制功能的双向变换系统)，根据电驱系统需要动态调整直流电压，让电驱系统工作在最合适的电压平台下，以降低电驱系统的工作电流，减少驱动电机的体积，最大程度降低驱动电机的弱磁深度，且提高电驱系统的工作效率及功率密度。
33.参照图1所示，图1为本技术实施例提供的电机控制装置的模块框图，该电机控制装置包括dc/dc变换电路3、dc/ac变换电路4、采样电路5和控制电路6。dc/dc变换电路3与电池系统1连接，用于在车辆行驶时将电池系统1输出的直流低电压转换为dc/ac变换电路4所需的直流高电压。dc/ac变换电路4与dc/dc变换电路3、驱动电机2连接，用于将dc/dc变换电路3输出的直流高电压转换为驱动电机2所需的交流高电压。采样电路5与驱动电机2、dc/dc变换电路3及dc/ac变换电路4分别连接，用于采样驱动电机2、dc/dc变换电路3及dc/ac变换电路4输出的信号，其中，采样电路5可以采样驱动电机2输出的相电流信号、直流电压信号、驱动电机转速信号及角度信号等，及采样dc/dc变换电路3中电感电压、dc/ac变换电路4中电容电压。控制电路6与采样电路5、dc/ac变换电路4及dc/dc变换电路3分别连接，用于根据采样电路5实时采样的信号经过运算得出驱动信号，并将该驱动信号发送给dc/ac变换电路4及dc/dc变换电路3，以控制dc/ac变换电路4及dc/dc变换电路3的工作。
34.本技术在电池系统1和dc/ac变换电路4之间设有dc/dc变换电路3，从而能够通过dc/dc变换电路3根据电驱系统的需求动态调整直流电压，使电驱系统工作在合适的电压平台下，从而避免以目前的电池技术水平，在较低电量需求下提高电池包的电压平台会导致电池内阻偏大、增加电池放电损耗及电池发热更快等状况。
35.在需要增大电驱系统的功率时，本技术可以通过dc/dc变换电路根据电驱系统的需求动态调整直流电压，而无需增大电池系统的输出电流，从而也无需配置大直径的电缆，减小了电驱系统的损耗；同时，由于本技术电池系统的输出电流小，因此，无需并联更多的
mosfet来增加电机控制器的电流输出能力，减少了mosfet的使用数量，减小了铝基板的体积，从而减小了电机控制器外形尺寸，且避免了由于并联mosfet数量的增加会带来并联不均流的风险。
36.另外，永磁同步电机的转速还与其弱磁深度有关，如果要提高永磁同步电机的转速，可以通过提高电机的弱磁深度来实现提高电机转速的目的。但是，本技术通过dc/dc变换电路将电池系统输出的低电压转换为高电压，从而能够提高电机的功率，进而提高电机的转速，而无需提高电机的弱磁深度，进而使永磁同步电机在较低弱磁深度下工作，提高了电机工作效率，降低了电机的反电动势，且避免了若发生弱磁控制失效，较高的反电动势会通过mosfet反冲到电机控制器及电池系统中，严重情况下甚至会损坏电机控制器和电池系统的状况。
37.综上，本技术通过设置有能够根据电驱系统的需求动态调整直流电压的dc/dc变换电路，从而能够在降低电驱系统的工作电流、减小驱动电机的体积、且最大程度降低电机的弱磁深度的情况下提高电驱系统的工作效率及功率密度。
38.参照图2所示，图2为本技术实施例提供的电机控制装置的电路原理图，电机控制装置还包括信号处理电路7和io及通信系统8，控制电路6经io及通信系统8与整车连接，从而实现与整车的通信。信号处理电路7与控制电路6、采样电路5、dc/ac变换电路4及dc/dc变换电路3分别连接，用于将采样电路5采样到的信号进行处理及过滤后传递给控制电路6，及用于将控制电路6发出的驱动信号进行放大及隔离后传递给dc/ac变换电路4及dc/dc变换电路3，以控制dc/ac变换电路4、dc/dc变换电路3的工作，及对dc/ac变换电路4、dc/dc变换电路3进行故障保护及故障信息上报。
39.在一些实施例中，该dc/dc变换电路3还用于与公共直流充电桩100连接，在车辆充电时，用于将公共直流充电桩100输出的直流高电压转化为电池系统1充电所需的直流低电压，从而给电池系统1充电。当然，在其他实施例中，该电池系统1还可以与车载交流充电机200连接，车载交流充电机200为安装于车上的交流充电机，通过车载交流充电机200为电池系统1充电，即，电池系统可以具有两种充电方式，慢充时使用车载交流充电机200进行充电，快充时使用公共直流充电桩100进行充电，充电电压通过dc/dc变换电路3进行调整。本实施例能够使用公共直流充电桩对车辆进行充电，改善了车辆的充电环境，且增加车辆的使用场景。
40.继续参照图2所示，电机控制装置还包括滤波电容c3，滤波电容c3的两端分别连接于电池系统1的正极和负极，通过滤波电容c3对电池系统提供的直流电源进行滤波、稳压等，为dc/dc变换电路3提供稳定的直流电压。
41.在一些实施例中，dc/dc变换电路3也可以仅包括一组电压变换回路，在车辆行驶时，通过该组电压变换回路可以将电池系统1输出的直流低电压转换为dc/ac变换电路4所需的直流高电压；在车辆充电时，通过该组电压变换回路可以将公共直流充电桩100输出的直流高电压转化为电池系统1充电所需的直流低电压，从而实现快速地给电池系统1充电。
42.在一些实施例中，dc/dc变换电路3也可以包括并联连接的多组电压变换回路，各组电压变换回路之间相互独立，可以分别控制，本技术通过设置有并联连接的多组电压变换回路，可以增加冗余功能，即，各电压变换回路的功能完全一样，若其中某一组电压变换回路坏了，还可以使用其他电压变换回路执行相同功能；同时，本技术通过设置有并联连接
的多组电压变换回路，能够将总的负载电流分解到每个回路上，减少每个回路的电流。在实际应用场景中，可以根据不同功率需求设置并联的电压变换回路的数量。其中，各组电压变换回路由电感和晶体管组成，晶体管为金属-氧化物半导体场效应晶体管。
43.每组电压变换回路包括电感l1、第一晶体管q1和第二晶体管q2。电池系统1的正极通过电感l1连接于第一晶体管q1的发射极和第二晶体管q2的集电极，第一晶体管q1的集电极连接于dc/ac变换电路4的一个输入端，第二晶体管q2的发射极连接于电池系统1的负极及dc/ac变换电路4另一个输入端。
44.dc/ac变换电路4包括电容和多个晶体管，其中，电容用于对dc/dc变换电路3输出的电流进行储能、滤波或稳压，多个晶体管连接，组成能够用于将直流电转为交流电的逆变电路。具体地，dc/ac变换电路4包括第一电容c1、第二电容c2、第三晶体管q3、第四晶体管q4、第五晶体管q5、第六晶体管q6、第七晶体管q7和第八晶体管q8。第一电容c1、第二电容c2的一端连接于第一晶体管q1的集电极，第一电容c1、第二电容c2的另一端连接于第二晶体管q2的发射集。第三晶体管q3的发射极连接于第四晶体管q4的集电极，第五晶体管q5的发射极连接于第六晶体管q6的集电极，第七晶体管q7的发射极连接于第八晶体管q8的集电极，第三晶体管q3、第五晶体管q5及第七晶体管q7的集电极连接于第一晶体管q1的集电极，第四晶体管q4、第六晶体管q6及第八晶体管q8的发射极连接于第二晶体管q2的发射极。驱动电机2的三相线分别连接于第三晶体管q3、第五晶体管q5及第七晶体管q7的发射极。
45.在本实施例中，dc/ac变换电路设置有两个电容，通过该两个电容对dc/dc变换电路3输出的电流进行储能、滤波或稳压。可以理解，在其他实施例中，dc/ac变换电路也可以仅设有一个电容。
46.在车辆行驶时，dc/dc变换电路工作在boost(升压斩波)升压模式，在升压模式下，vin端口为低压电源输入端，电池系统通过此端口放电。vout端口为高压电源输出端，通过此端口给dc/ac变换电路提供所需的高压直流电源。升压时，第一晶体管q1保持关闭状态，工作在续流二极管模式，第二晶体管q2根据控制命令快速开关，在第二晶体管q2打开时，电感l1工作在储能模式，电感l1上的电流逐步增大,此时vout＝vin；当第二晶体管q2关闭时，由于电感l1的电流存在延时性，此时电感l1上储存的能量通过第一晶管体q1给第一电容c1、第二电容c2充电，此时vout》vin。通过对第二晶体管q2占空比的调整可以使vout端口电压提升至不同的电压值。
47.在车辆充电时，dc/dc变换电路工作在buck(降压斩波)降压模式，在降压模式下，vin端口为低压电源输出端，通过此端口给电池系统充电。vout端口为高压电源输入端，通过此端口连接公共直流充电桩。降压时，第二晶管体q2保持关闭状态，工作在续流二极管模式，第一晶体管q1根据控制命令快速开关，在第一晶体管q1打开时，电压电源通过电感l1给滤波电容c3充电，同时电感l1被充磁，储存能量，此时vin＝vout；当第一晶体管q1关闭时，由于电感l1电流的延时性，此时滤波电容c3上的电压由电感l1上储存的能量来提供，此时vin《vout。通过对第二晶体管q2占空比的调整可以使vin端口电压降低至不同的电压值。
48.相应地，本技术的实施例还公开了一种电机控制系统，该电机控制系统应用于电动两轮车，其包括驱动电机、电池系统及如以上任一实施例所述的电机控制装置，其中，电池系统经电机控制装置连接于驱动电机，通过电机控制装置控制电池系统输出给驱动电机的电能。
49.相应地，本技术的实施例还公开了一种电动两轮车，该电动两轮车包括如以上任一实施例所述的电机控制系统。
50.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种电机控制装置，应用于电动两轮车，所述电动两轮车包括电池系统和驱动电机，其特征在于，包括：dc/dc变换电路，与所述电池系统连接，用于将所述电池系统输出的直流低电压转换为直流高电压；dc/ac变换电路，与所述dc/dc变换电路、所述驱动电机连接，用于将所述dc/dc变换电路输出的直流高电压转换为所述驱动电机所需的交流高电压；采样电路，与所述驱动电机、所述dc/dc变换电路及所述dc/ac变换电路连接，用于采样所述驱动电机、所述dc/dc变换电路及所述dc/ac变换电路输出的信号；控制电路，与所述采样电路、所述dc/ac变换电路及所述dc/dc变换电路分别连接，用于根据所述采样电路的采样信号控制所述dc/ac变换电路及所述dc/dc变换电路的工作。2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，所述dc/dc变换电路包括一组电压变换回路；或者所述dc/dc变换电路包括并联连接的多组电压变换回路；所述电压变换回路包括电感和晶体管，通过所述电感和所述晶体管将所述电池系统输出的直流低电压转换为直流高电压。3.根据权利要求2所述的电机控制装置，其特征在于，每组所述电压变换回路包括电感、第一晶体管和第二晶体管；所述电池系统的正极通过所述电感连接于所述第一晶体管的发射极和所述第二晶体管的集电极，所述第一晶体管的集电极连接于所述dc/ac变换电路的一个输入端，所述第二晶体管的发射极连接于所述电池系统的负极及所述dc/ac变换电路另一个输入端。4.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，所述电机控制装置还包括滤波电容，所述滤波电容的两端分别连接于所述电池系统的正极和负极，用于对所述电池系统输出的直流电进行滤波或稳压。5.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，所述dc/ac变换电路包括多个晶体管，多个所述晶体管连接，组成能够用于将直流电转为交流电的逆变电路。6.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，所述dc/ac变换电路还包括至少一个电容，所述电容连接于所述dc/dc变换电路的输出端，用于对所述dc/dc变换电路输出的直流电进行储能、滤波或稳压。7.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，所述dc/dc变换电路还用于与公共直流充电桩连接，用于将所述公共直流充电桩输出的直流高电压转化为所述电池系统所需的直流低电压。8.根据权利要求1～7任一项所述的电机控制装置，其特征在于，所述电机控制装置还包括信号处理电路，所述信号处理电路与所述控制电路、所述采样电路分别连接，用于将所述采样电路采样到的信号进行处理及过滤后传递给所述控制电路。9.根据权利要求8所述的电机控制装置，其特征在于，所述信号处理电路还与所述dc/ac变换电路、所述dc/dc变换电路连接，用于将所述控制电路发出的驱动信号进行放大及隔离后传递给所述dc/ac变换电路及所述dc/dc变换电路。10.一种电动两轮车，其特征在于，所述电动两轮车包括电池系统、驱动电机和如权利要求1～9任一项所述的电机控制装置，所述电池系统经所述电机控制装置连接于所述驱动
电机。

技术总结
本申请公开了一种电机控制装置及电动两轮车，电机控制装置包括DC/DC变换电路、DC/AC变换电路、采样电路和控制电路，DC/DC变换电路与电池系统连接，用于将电池系统输出的直流低电压转换为直流高电压；DC/AC变换电路与DC/DC变换电路连接，用于将DC/DC变换电路输出的直流高电压转换为驱动电机所需的交流高电压；控制电路与采样电路、DC/AC变换电路及DC/DC变换电路分别连接，用于根据采样电路的采样信号控制DC/AC变换电路及DC/DC变换电路的工作。本申请能够在降低电驱系统的工作电流、减小驱动电机的体积、且最大程度降低电机的弱磁深度的情况下提高电驱系统的工作效率及功率密度。况下提高电驱系统的工作效率及功率密度。况下提高电驱系统的工作效率及功率密度。


技术研发人员：何雄 宋敬育
受保护的技术使用者：浙江春风动力股份有限公司
技术研发日：2022.03.28
技术公布日：2023/10/11