电动车电驱动系统、电动车、非接触式电力变换系统及方法与流程

本发明涉及一种电动车及充电，尤其涉及电动汽车、电动车非接触式电力变换系统及其控制方法。

背景技术：

1、电动汽车可以减少污染，利于环境，汽车的电气化转型已经得到普及。电动汽车包含电驱动系统和非接触式电能变换系统。如图1所示。电驱动系统包括控制器1、电力变换装置1和电动机；非接触式电能变换系统包括控制器2、电力变换装置2和耦合器。电驱动系统还包括插枪充电系统，非接触式充电方式无需插枪充电即可对电池补能，是一种安全和便捷的补能方式。

2、电力变换装置包括开关电路和滤波电容。开关电路是将直流电转换为高频交流电；或将高频交流电转换为直流电。开关电路可以是由开关管构成的单相的h桥、或三相h桥、或多电平等电路；开关电路连接到电动机时，可以被设置为驱动模式或回收模式。驱动模式下，开关电路工作为逆变器，将直流电转换为高频交流电以驱动电机。回收模式下，开关电路工作为整流器，电动机执行发电机功能，产生的高频交流电被开关电路转换为直流电以为电池充电。

3、开关电路连接到耦合器时，可以被设置为发射模式或接收模式。发射模式就是逆变器模式，将直流电转换为高频交流电给耦合器，以产生高频交变磁场。接收模式就是整流器模式，将耦合器通过电磁感应产生的交流电转换为直流电以为电池充电。

4、耦合器可以是基于电磁感应原理传输能量的线圈，也可以是基于电场原理传输能量的电容极板。耦合器还包括高磁导率的磁体，用以提高线圈的电感量。

5、谐振网络与耦合器构成谐振耦合器，以减小电力变换电路中的无功功率。谐振网络包括谐振电感或谐振电容谐振网络与耦合器的谐振频率与电力变换装置的工作频率接近。

6、电池是储能单元，可以是任何形式的电池，也可以是超级电容。

7、控制器用来控制电力变换装置执行具体的电力转换。控制器还可以检测电池的各种状态，包括电量、电压、电流、故障等信息；控制器还可以检测电力变换装置的各种状态；控制器还可以检测耦合器的各种参数，包括自感、互感、漏感、电流、感应到的电压等；控制器可以根据耦合器感应到的电压信息判断其他耦合器是否与自己的耦合器是否处于可以相互传输能量的位置。

8、控制器还可以连接到车辆的控制中心，接受车辆控制中心的指令并执行相应的动作。

9、控制器还与通信模块连接，并通过通信模块向车辆外部发送或接收信息。

10、现有技术中电动车系统还包括通信模块具有无线通信功能，与其他车辆通过无线形式取得通信来传输信息。

11、但是如上可知，现有电动车的电驱动系统和非接触式补能系统是两套独立的装置，分别占用汽车的空间，而且需要独立电力变换装置和散热组件，成本高昂。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有电动车的电驱动系统和非接触式补能系统是两套独立的装置，分别占用汽车的空间，而且需要独立电力变换装置的技术问题。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案。

3、第一方面，本发明提供了电动车电驱动系统，包括：电池、电力变换装置、电动机和车辆控制器，所述电动机中定子包括绕组和导磁体，利用所述绕组和导磁体构建耦合器；电力变换装置的一端连接电池，另一端与所述耦合器连接；所述车辆控制器用于控制产生pwm信号通过驱动电路用以控制电力变换装置中晶体管的通断。

4、进一步地，所述电力变换装置包括由开关管构成的开关变换电路，用于逆变直流产生高频交流信号驱动绕组，或将绕组中交流整流为直流电。

5、再进一步地，所述开关变换电路采用三相全桥电路、单相全桥、半桥以及多电平电路中的任意一种。

6、进一步地，所述电力变换装置还包括谐振组件模块，所述谐振组件模块包括谐振元件和开关，所述开关用于控制是否将谐振元件连接到电路里。

7、第二方面，本发明提供了电动车，包括如权利要求第一方面任一可能的实施方式所述的电动车电驱动系统。

8、第三方面，本发明提供了电动车非接触式电力变换系统，包括：如第二方面任意一种可能的实施方式所提供的电动车以及地面装置，所述地面装置包括地面耦合器、地面电力变换装置、能量源和地面控制器；

9、地面电力变换装置的一端连接能量源，另一端连接地面耦合器；

10、所述导磁体作为第二磁体，所述地面耦合器包括第一磁体；所述地面耦合器和电动车上的耦合器能够相互耦合。

11、进一步地，所述地面耦合器还包括第三磁体；所述第三磁体用于减小第一磁体和第二磁体之间在竖直方向的间隙，以使得第一耦合器和第二耦合器之间形成满足设定要求的闭合磁回路。

12、再进一步地，所述地面装置还包括移动机构，通过移动机构，实现第三磁体相对第二磁体在竖直方向上上下移动。

13、进一步地，所述地面装置还包括传感器，所述传感器用于采集第二磁体和/或第三磁体的高度信息，并传输至地面控制器，以使得控制器控制移动机构，使得第三磁体做出相应的动作并到达指定位置。

14、进一步地，电动机为单相电机或三相电机，若为单相电机第一磁体直接与导磁体构成的第二磁体两端对接，使得绕组中产生电动势；若电动机为三相电机，所述系统还包括延长部件，所述延长部件用于将电机内穿插绕组的导磁体两端延长，使得构成的第二磁体能与第一耦合器构成磁回路。

15、应用于权利要求第三方面任意一种可能的实施方式提供的电动车非接触式电力变换系统的电力变换方法，包括：

16、车辆控制器与地面控制器进行无线通信交互能量交换命令；

17、当车辆控制器设置电动车非接触式电力变换装置为发射模式，地面控制器设置地面电力变换装置为接收模式，车辆电池开始放电，若车辆控制器与地面控制器判断停止放电，则结束放电；

18、当车辆控制器设置电动车非接触式电力变换装置为接收模式，地面控制器设置地面电力变换装置为发射模式，车辆电池开始充电，若车辆控制器与地面控制器判断停止充电，则结束充电。

19、进一步地，所述车辆控制器判断需要执行的功能，当确定为电机功能时，车辆控制器控制电动车处于驱动模式或回收模式，驱动模式为电力变换装置工作为逆变器，将直流电转换为高频交流电以驱动电机；回收模式为电力变换装置工作为整流器，电动机执行发电机功能，产生的高频交流电被电力变换装置转换为直流电以为电池充电；

20、当确定为充放电功能时，车辆控制器与地面控制器无线通信交互能量交换命令，将电机转子设置为制动状态。

21、有益效果：

22、本发明不需要增加额外的耦合器、电力变换装置等就可以在电动机上实现非接触时能量的交换；提高系统内器件利用率、降低占用物理空间、降低系统成本。

技术特征：

1.电动车电驱动系统，其特征在于，包括：电池、电力变换装置、电动机和车辆控制器，所述电动机中定子包括绕组和导磁体，利用所述绕组和导磁体构建耦合器；电力变换装置的一端连接电池，另一端与所述耦合器连接；所述车辆控制器用于控制产生pwm信号通过驱动电路用以控制电力变换装置中晶体管的通断。

2.根据权利要求1所述的电动车电驱动系统，其特征在于，所述电力变换装置包括由开关管构成的开关变换电路，用于逆变直流产生高频交流信号驱动绕组，或将绕组中交流整流为直流电。

3.根据权利要求2所述的电动车电驱动系统，其特征在于，所述开关变换电路采用三相全桥电路、单相全桥、半桥以及多电平电路中的任意一种。

4.根据权利要求2所述的电动车电驱动系统，其特征在于，所述电力变换装置还包括谐振组件模块，所述谐振组件模块包括谐振元件和开关，所述开关用于控制是否将谐振元件连接到电路里。

5.电动车，其特征在于，包括如权利要求1~4任一所述的电动车电驱动系统。

6.电动车非接触式电力变换系统，其特征在于，包括：如权5所述的电动车以及地面装置，所述地面装置包括地面耦合器、地面电力变换装置、能量源和地面控制器；

7.根据权利要求6所述的电动车非接触式电力变换系统，其特征在于，所述地面耦合器还包括第三磁体；所述第三磁体用于减小第一磁体和第二磁体之间在竖直方向的间隙，以使得第一耦合器和第二耦合器之间形成满足设定要求的闭合磁回路。

8.根据权利要求7所述的电动车非接触式电力变换系统，其特征在于，所述地面装置还包括移动机构，通过移动机构，实现第三磁体相对第二磁体在竖直方向上上下移动。

9.根据权利要求8所述的电动车非接触式电力变换系统，其特征在于，所述地面装置还包括传感器，所述传感器用于采集第二磁体和/或第三磁体的高度信息，并传输至地面控制器，以使得控制器控制移动机构，使得第三磁体做出相应的动作并到达指定位置。

10.根据权利要求8所述的电动车非接触式电力变换系统，其特征在于，电动机为单相电机或三相电机，若为单相电机第一磁体直接与导磁体构成的第二磁体两端对接，使得绕组中产生电动势；若电动机为三相电机，所述系统还包括延长部件，所述延长部件用于将电机内穿插绕组的导磁体两端延长，使得构成的第二磁体能与第一耦合器构成磁回路。

11.应用于权利要求6所述的电动车非接触式电力变换系统的电力变换方法，其特征在于，包括：

12.根据权利要求11所述的电力变换方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了电动车电驱动系统、电动车、非接触式电力变换系统及方法，电动车电驱动系统包括电池、电力变换装置、电动机和车辆控制器，电动机中定子包括绕组和导磁体，利用所述绕组和导磁体构建耦合器；电力变换装置的一端连接电池，另一端与耦合器连接；所述车辆控制器用于控制产生PWM信号通过驱动电路用以控制电力变换装置中晶体管的通断。本发明不需要增加额外的耦合器、电力变换装置等就可以在电动机上实现非接触式能量的交换；提高系统内器件利用率、降低占用物理空间、降低系统成本。

技术研发人员：李建廷
受保护的技术使用者：爻新科技（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29