车载充电机和电机控制器的集成电路、电动汽车的制作方法

本发明属于电动汽车领域，尤其涉及一种车载充电机和电机控制器的集成电路、电动汽车。

背景技术：

电动汽车作为一种清洁能源交通工具，具有能源利用效率高、节能环保和噪声低等优点，成为未来交通工具的主要发展方向。其中，车载充电机和电机控制器是电动汽车重要组成部分，车载充电机用于将市电转换为直流电为动力电池包充电，电机控制器用于将动力电池包中高压直流电转换成驱动电机用交流电，控制电机工作。

然而，现有的车载充电机和电机控制器的集成方案主要存在如下问题：

(1)车载充电机和电机控制器的集成方案中，车载充电机和车载dc/dc(直流/直流)主要采样磁芯集成，即车载充电机和车载dc/dc共用变压器、部分功率电路、水冷板、外壳、电气连接。随着车载充电机功率增加，车载充电机(11kw、22kw)和车载dc/dc(2.0kw、2.5kw)集成的体积、成本优势不再明显，即随着车载电池容量增加，车载充电机功率逐渐增大，现有的车载充电机和车载dc/dc集成电路不能满足更高的使用需求；

(2)车载充电机和电机控制器之间是分散设置的，使得整车布置空间较大，即集成度不高，从而浪费整车布置空间以及生产成本；

(3)现有的车载充电机和电机控制器的集成方案还存在功能单一，且需要基于多个继电器等其他器件才能实现，从而造成集成电路结构复杂且增加生产成本等问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中车载充电机和电机控制器的集成方案存在集成度不高、电路结构复杂、生产成本较高、不能满足更高的使用需求等缺陷，目的在于提供一种车载充电机和电机控制器的集成电路、电动汽车。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供一种车载充电机和电机控制器的集成电路，所述集成电路包括pfc(功率因数校正)模块、高压ac(交流)侧功率开关模块、变压模块、模式切换模块、电机控制模块和主控制模块；

所述pfc模块、所述高压ac侧功率开关模块、所述变压模块、所述模式切换模块和所述电机控制模块依次电连接；所述模式切换模块和所述主控制模块电连接，所述模式切换模块和所述电机控制模块均与驱动电机电连接；所述pfc模块还与三相电源电连接，所述电机控制模块还与动力电池电连接；

所述主控制模块用于获取外部触发条件，根据所述外部触发条件确定所述集成电路的工作模式，并控制所述模式切换模块将所述集成电路切换至所述工作模式；

当所述工作模式为充电模式时：

所述pfc模块用于将输入的第一交流电转换为第一直流电并发送至所述高压ac侧功率开关模块；所述高压ac侧功率开关模块用于将输入的第一直流电转换为高频交流电并发送至所述变压模块；所述变压模块用于对输入的高频交流电进行电气隔离和llc(谐振电路)变换处理并通过所述模式切换模块发送至所述电机控制模块；所述电机控制模块用于将输入的高频交流电转换为第二直流电以供所述动力电池充电；

或，当所述工作模式为单相逆变模式时：

所述电机控制模块用于将所述动力电池输入的第二直流电转换高频交流电并通过所述模式切换模块发送至所述变压模块；所述变压模块用于对输入的高频交流电进行电气隔离和llc变换处理并发送至所述高压ac侧功率开关模块；所述高压ac侧功率开关模块用于将输入的高频交流电转换为第一直流电并发送至所述pfc模块；所述pfc模块用于将输入的所述第一直流电转换为单相交流电以供负载工作；

或，当所述工作模式为电机控制模式时：

所述电机控制模块将所述动力电池输入的第二直流电转换三相交流电以供所述驱动电机工作。

较佳地，当所述充电模式为三相充电模式时，所述pfc模块用于将输入的三相交流电转换为所述第一直流电且对三相功率因数进行校正，并发送至所述高压ac侧功率开关模块；

当所述充电模式为单相充电模式时，所述pfc模块用于将输入的单相交流电转换为所述第一直流电且对单相功率因数进行校正，并发送至所述高压ac侧功率开关模块。

较佳地，所述模式切换模块为切换开关。

较佳地，所述切换开关包括双刀双掷开关、组合开关或功率器件开关。

较佳地，所述pfc模块包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第一功率开关管单元、第二功率开关管单元、第三功率开关管单元、第四功率开关管单元、第五功率开关管单元、第六功率开关管单元、第七功率开关管单元和第八功率开关管单元；

所述第一电感的一端与三相交流电中第一相线电连接，所述第一电感的另一端分别与所述第一功率开关管单元的一端以及所述第五功率开关管单元的一端电连接；所述第二电感的一端与三相交流电中第二相线电连接，所述第二电感的另一端与所述第二功率开关管单元的一端以及与所述第六功率开关管单元的一端电连接；所述第三电感的一端与三相交流电中第三相线电连接，所述第三电感的另一端与所述第三功率开关管单元的一端以及与所述第七功率开关管单元的一端电连接，所述第四功率开关管单元的一端、所述第八功率开关管单元的一端均与零线电连接；

所述第一功率开关管单元的另一端、所述第二功率开关管单元的另一端、所述第三功率开关管单元的另一端和所述第四功率开关管单元的另一端均与所述第一电容的一端电连接，所述第五功率开关管单元、所述第六功率开关管单元、所述第七功率开关管单元和所述第八功率开关管单元均与所述第一电容的另一端电连接，所述第一电容的两端与所述高压ac侧功率开关模块电连接。

较佳地，所述高压ac侧功率开关模块包括第九功率开关管单元、第十功率开关管单元、第十一功率开关管单元和第十二功率开关管单元；

所述第九功率开关管单元的一端和所述第十功率开关管单元的一端均与所述第一电容的一端电连接，所述第九功率开关管单元的另一端分别与所述第十一功率开关管单元的一端以及所述变压模块电连接，所述第十功率开关管单元的另一端分别与所述第十二功率开关管单元的一端以及所述变压模块电连接，所述第十一功率开关管单元的另一端和所述第十二功率开关管单元的另一端均与所述第一电容的另一端电连接。

较佳地，所述变压模块包括第四电感、第二电容、第三电容和变压器；

所述第二电容的一端与所述第九功率开关管单元的另一端电连接，所述第二电容的另一端与所述变压器中第一线圈绕组的一端电连接；

所述第四电感的一端与所述第十功率开关管单元的另一端电连接，所述第四电感的另一端与所述第一线圈绕组的另一端电连接；

所述第三电容的一端与所述变压器中第二线圈绕组的一端电连接，所述第三电容的另一端和所述第二线圈绕组的另一端均与所述模式切换模块电连接。

较佳地，当所述模式切换模块为双刀双掷开关时，所述模式切换模块包括第一活动端、第二活动端、第一固定端、第二固定端、第三固定端和第四固定端；

其中，所述第一活动端对应所述第一固定端和所述第二固定端，所述第二活动端对应所述第三固定端和所述第四固定端；

所述第三电容的另一端与所述第一固定端电连接，所述第二线圈绕组的另一端与所述第三固定端电连接，所述第二固定端与所述驱动电机的第一端电连接，所述第四固定端与所述驱动电机的第二端电连接；

所述第一活动端和所述第二活动端均与所述电机控制模块电连接。

较佳地，当所述控制器确定所述集成电路的工作模式为充电模式或单相逆变模式时，所述模式切换模块将所述第一活动端与所述第一固定端电连接，所述第二活动端与所述第三固定端电连接；

当所述控制器确定所述集成电路的工作模式为电机控制模式时，所述模式切换模块将所述第一活动端与所述第二固定端电连接，所述第二活动端与所述第四固定端电连接。

较佳地，所述电机控制模块包括第四电容、第十三功率开关管单元、第十四功率开关管单元、第十五功率开关管单元、第十六功率开关管单元、第十七功率开关管单元和第十八功率开关管单元；

所述第十三功率开关管单元的一端与所述第十六功率开关管单元的一端均与所述第一活动端电连接，所述第十四功率开关管单元的一端与所述第十七功率开关管单元的一端均与所述第二活动端电连接，所述第十五功率开关管单元的一端与所述第十八功率开关管单元的一端均与所述驱动电机的第三端电连接；

所述第十三功率开关管单元的另一端、所述第十四功率开关管单元的另一端和所述第十五功率开关管单元的另一端均与所述动力电池的一端以及所述第四电容的一端电连接，所述第十六功率开关管单元的另一端、所述第十七功率开关管单元的另一端和所述第十八功率开关管单元的另一端均与所述动力电池的另一端以及所述第四电容的另一端电连接。

较佳地，所述第一功率开关管单元至所述第十八功率开关管单元包括一个功率开关管，或多个串联和/或并联的功率开关管。

较佳地，所述功率开关管包括三极管、mos(金属氧化物半导体场效应晶体管)管或igbt晶体管(绝缘栅双极型晶体管)。

本发明还提供一种电动汽车，所述电动汽车包括上述的车载充电机和电机控制器的集成电路。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

(1)对车载充电机和电机控制器进行优化设计，两者之间共用部分功率电路，提高了电路的集成度，从整体上有效地优化了整车布置空间，降低了整车成本。

(2)通过设置模式切换模块(如双刀双掷开关)，根据实际使用需求灵活地切换选择集成电路工作在电机控制器模式还是车载充电模式，方便实现三相充电、单相充电、单相逆变、电机控制四种工作模式任意切换。

附图说明

图1为本发明是实施例1的车载充电机和电机控制器的集成电路的结构示意图。

图2为本发明是实施例2的车载充电机和电机控制器的集成电路的电路示意图。

图3为本发明是实施例2的车载充电机和电机控制器的集成电路在三相充电或单相充电模式下的电路示意图。

图4为本发明是实施例2的车载充电机和电机控制器的集成电路在单相逆变模式下的电路示意图。

图5为本发明是实施例2的车载充电机和电机控制器的集成电路在电机控制模式下的电路示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

如图1所示，本实施例的车载充电机和电机控制器的集成电路包括pfc模块1、高压ac侧功率开关模块2、变压模块3、模式切换模块4、电机控制模块5和主控制模块6。

pfc模块1、高压ac侧功率开关模块2、变压模块3、模式切换模块4和电机控制模块5依次电连接。

模式切换模块4和主控制模块6电连接，模式切换模块4和电机控制模块5均与驱动电机电连接。

pfc模块1还与三相电源(380v外接电源)电连接，电机控制模块5还与动力电池电连接。

其中，pfc模块1为无桥pfc模块。

模式切换模块4为切换开关。具体地，切换开关包括但不限于双刀双掷开关、组合开关或功率器件开关。

主控制模块6用于获取外部触发条件，根据外部触发条件确定集成电路的工作模式，并控制模式切换模块4将集成电路切换至工作模式。

其中，外部触发条件包括整车控制器发送的控制指令、充电桩对应的电阻值等。

当工作模式为充电模式时：

pfc模块1用于将输入的第一交流电转换为第一直流电并发送至高压ac侧功率开关模块2；

高压ac侧功率开关模块2用于将输入的第一直流电转换为高频交流电并发送至变压模块3；

变压模块3用于对输入的高频交流电进行电气隔离和llc变换处理并通过模式切换模块4发送至电机控制模块5；

电机控制模块5用于将输入的高频交流电转换为第二直流电以供动力电池充电；

其中，当充电模式为三相充电模式时，pfc模块1用于将输入的三相交流电转换为第一直流电且对三相功率因数进行校正，并发送至高压ac侧功率开关模块2；

当充电模式为单相充电模式时，pfc模块1用于将输入的单相交流电转换为第一直流电且对单相功率因数进行校正，并发送至高压ac侧功率开关模块2。

当工作模式为单相逆变模式时：

电机控制模块5用于将动力电池输入的第二直流电转换高频交流电并通过模式切换模块4发送至变压模块3；

变压模块3用于对输入的高频交流电进行电气隔离和llc变换处理并发送至高压ac侧功率开关模块2；

高压ac侧功率开关模块2用于将输入的高频交流电转换为第一直流电并发送至pfc模块1；

pfc模块1用于将输入的第一直流电转换为单相交流电以供负载工作。

即本申请的车载充电机和车载dc/dc的集成电路能够实现双向工作的效果，提升了现有的集成电路的使用性能。

当工作模式为电机控制模式时：

电机控制模块5将动力电池输入的第二直流电转换三相交流电以供驱动电机工作。

本实施例中，对车载充电机和电机控制器进行优化设计，两者之间共用部分功率电路，提高了电路的集成度，从整体上有效地优化了整车布置空间，降低了整车成本；同时，通过设置模式切换模块，根据实际使用需求灵活地切换选择集成电路工作在电机控制器模式还是车载充电模式，方便实现三相充电、单相充电、单相逆变、电机控制四种工作模式任意切换。

实施例2

本实施例的车载充电机和电机控制器的集成电路是对是实施例1的进一步改进，具体地：

如图2所示，pfc模块1包括第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第一电容c1、第一功率开关管单元q1、第二功率开关管单元q2、第三功率开关管单元q3、第四功率开关管单元q4、第五功率开关管单元q5、第六功率开关管单元q6、第七功率开关管单元q7和第八功率开关管单元q8。

其中，第一电感l1的一端与三相交流电中第一相线电连接，第一电感l1的另一端分别与第一功率开关管单元q1的一端以及第五功率开关管单元q5的一端电连接；

第二电感l2的一端与三相交流电中第二相线电连接，第二电感l2的另一端与第二功率开关管单元q2的一端以及与第六功率开关管单元q6的一端电连接；第三电感l3的一端与三相交流电中第三相线电连接，第三电感l3的另一端与第三功率开关管单元q3的一端以及与第七功率开关管单元q7的一端电连接，第四功率开关管单元q4的一端、第八功率开关管单元q8的一端均与零线电连接；

第一功率开关管单元q1的另一端、第二功率开关管单元q2的另一端、第三功率开关管单元q3的另一端和第四功率开关管单元q4的另一端均与第一电容c1的一端电连接，第五功率开关管单元q5、第六功率开关管单元q6、第七功率开关管单元q7和第八功率开关管单元q8均与第一电容c1的另一端电连接，第一电容c1的两端与高压ac侧功率开关模块2电连接。

高压ac侧功率开关模块2包括第九功率开关管单元q9、第十功率开关管单元q10、第十一功率开关管单元q11和第十二功率开关管单元q12。

其中，第九功率开关管单元q9的一端和第十功率开关管单元q10的一端均与第一电容c1的一端电连接，第九功率开关管单元q9的另一端分别与第十一功率开关管单元q11的一端以及变压模块3电连接，第十功率开关管单元q10的另一端分别与第十二功率开关管单元q12的一端以及变压模块3电连接，第十一功率开关管单元q11的另一端和第十二功率开关管单元q12的另一端均与第一电容c1的另一端电连接。

变压模块3包括第四电感l4、第二电容c2、第三电容c3和变压器t。

其中，第二电容c2的一端与第九功率开关管单元q9的另一端电连接，第二电容c2的另一端与变压器t中第一线圈绕组的一端电连接；

第四电感l4的一端与第十功率开关管单元q10的另一端电连接，第四电感l4的另一端与第一线圈绕组的另一端电连接；

第三电容c3的一端与变压器t中第二线圈绕组的一端电连接，第三电容c3的另一端和第二线圈绕组的另一端均与模式切换模块4电连接。

当模式切换模块4为双刀双掷开关时，模式切换模块4包括第一活动端l1、第二活动端l2、第一固定端r1、第二固定端r2、第三固定端r3和第四固定端r4；

其中，第一活动端l1对应第一固定端r1和第二固定端r2，第二活动端l2对应第三固定端r3和第四固定端r4；

第三电容c3的另一端与第一固定端r1电连接，第二线圈绕组的另一端与第三固定端r3电连接，第二固定端r2与驱动电机的第一端电连接，第四固定端r4与驱动电机的第二端电连接；

第一活动端l1和第二活动端l2均与电机控制模块5电连接。

其中，当控制器确定集成电路的工作模式为充电模式或单相逆变模式时，模式切换模块4将第一活动端l1与第一固定端r1电连接，第二活动端l2与第三固定端r3电连接；

当控制器确定集成电路的工作模式为电机控制模式时，模式切换模块4将第一活动端l1与第二固定端r2电连接，第二活动端l2与第四固定端r4电连接。

电机控制模块5包括第第四电容c4、十三功率开关管单元q13、第十四功率开关管单元q14、第十五功率开关管单元q15、第十六功率开关管单元q16、第十七功率开关管单元q17和第十八功率开关管单元q18；

其中，第十三功率开关管单元q13的一端与第十六功率开关管单元q16的一端均与第一活动端l1电连接，第十四功率开关管单元q14的一端与第十七功率开关管单元q17的一端均与第二活动端l2电连接，第十五功率开关管单元q15的一端与第十八功率开关管单元q18的一端均与驱动电机的第三端电连接；

第十三功率开关管单元q13的另一端、第十四功率开关管单元q14的另一端和第十五功率开关管单元q15的另一端均与动力电池的一端以及第四电容c4的一端电连接，第十六功率开关管单元q16的另一端、第十七功率开关管单元q17的另一端和第十八功率开关管单元q18的另一端均与动力电池的另一端以及第四电容c4的另一端电连接。

具体地，第一功率开关管单元q1至第十八功率开关管单元q18包括一个功率开关管，或多个串联和/或并联的功率开关管。

功率开关管包括但不限于三极管、mos管或igbt晶体管。

本实施例中，通过公用部分功率电路，包括第十三功率开关管单元q13、第十四功率开关管单元q14、第十六功率开关管单元q16以及第十七功率开关管单元q17组成的电路单元，提高了集成电路的集成度的同时，降低了成本且支持多种工作模式的实现。

下面结合实例具体说明：

本实施例的车载充电机和电机控制器的集成电路安装在电动汽车上，为市电(三相交流电)与动力电池、动力电池与驱动电机构成能量流通回路。其中，车载充电机功率可以为11kw或22kw。本实施例的集成电路包括四种工作模式：三相充电模式、单相充电模式、单相逆变模式以及电机控制模式。

(1)如图3所示，当集成电路处于三相充电模式时，模式切换模块4将第一活动端l1与第一固定端r1电连接，第二活动端l2与第三固定端r3电连接。

此时，pfc模块1中的电感l1-l3，功率开关管单元q1、q2、q3、q5、q6和q7，以及电容c1组成三相pfc控制；高压ac侧功率开关模块1处于高频调制控制，变压器模块3中电感l4，电容c2和c3，以及变压器t构成cllc(谐振电路)拓扑结构；电机控制模块5中功率开关管单元q13、q14、q16和q17，以及电容c4组成高频整流控制，从而实现能量从市电流向动力电池即对动力电池进行充电。其中，箭头方向为电流流动方向。

(2)如图3所示，当集成电路处于单相充电模式时，模式切换模块4将第一活动端l1与第一固定端r1电连接，第二活动端l2与第三固定端r3电连接。

此时，pfc模块1中的电感l1，功率开关管单元q1、q5、q4、q8，以及电容c1组成单相pfc控制；高压ac侧功率开关模块1处于高频调制控制，变压器模块3中电感l4，电容c2和c3，以及变压器t构成cllc拓扑结构；电机控制模块5中功率开关管单元q13、q14、q16、q17，以及电容c4组成高频整流控制，从而实现能量从市电流向动力电池即对动力电池进行充电。其中，箭头方向为电流流动方向。

(3)如图4所示，当集成电路处于单相逆变模式时，模式切换模块4将第一活动端l1与第一固定端r1电连接，第二活动端l2与第三固定端r3电连接。

此时，pfc模块1中的电感l1，功率开关管单元q1、q5、q4、q8，以及电容c1组成逆变控制；高压ac侧功率开关模块1处于高频整流控制，变压器模块3中电感l4，电容c2和c3，以及变压器t构成cllc拓扑结构；电机控制模块5中功率开关管单元q13、q14、q16、q17，以及电容c4组成高频调制控制，从而实现能量从动力电池流向负载即给负载提供工作电流。其中，箭头方向为电流流动方向。

(4)如图5所示，当集成电路处于电机控制模式时，模式切换模块4将第一活动端l1与第二固定端r2电连接，第二活动端l2与第四固定端r4电连接。

此时，pfc模块1、高压ac侧功率开关模块2、变压器模块3处于非工作状态，电机控制模块5功率开关管单元q13-q18，以及电容c4组成逆变控制，从而实现能量从动力电池流向驱动电机以控制驱动电机转动。其中，箭头方向为电流流动方向。

本实施例中，对车载充电机和电机控制器进行优化设计，两者之间共用部分功率电路，提高了电路的集成度，从整体上有效地优化了整车布置空间，降低了整车成本；同时，通过设置模式切换模块(如双刀双掷开关)，根据实际使用需求灵活地切换选择集成电路工作在电机控制器模式还是车载充电模式，方便实现三相充电、单相充电、单相逆变、电机控制四种工作模式任意切换。

实施例3

本实施例的电动汽车实施例1或2中的车载充电机和电机控制器的集成电路。

本实施例的电动汽车安装有车载充电机和电机控制器的集成电路，优化了整车布置空间，降低了整车成本。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。