一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统及其控制方法
【技术领域】：
[0001] 本发明设及一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统及其控制方法。
【背景技术】：
[0002] 随着我国经济的发展，石油短缺的问题严重，同时我国已成为世界最大的汽车市 场，汽车对我国的能源供应提出了严峻的挑战，汽车排放的一氧化碳、碳氨化合物和氮氧化 合物等对城市环境也造成了较大的污染，因此，发展电动汽车对我国的能源安全具有深远 的影响。
[0003] 现有电动汽车用逆变器（INVERTER)进行驱动电机，利用高压电池输出的高压直 流电通过逆变器转换成3相交流输出到电机，当高压电池电量较低时，需要对高压电池进 行充电，否则无法驱动汽车。现有对高压电池进行充电的方式主要包括如下两种：
[0004] 第一种方式，3相供电电源通过独立的充电器换成高压直流电对高压电池进行充 电，运样明显增加了独立的充电器，导致产品结构复杂，成本偏高，另外运种充电器的运作 原理是基于整流巧ectifier)的概念，即整流器+ Ξ相交错的DC/DC的组合，充电效率较 低，不能满足快速高效充电的要求。 阳0化]第二种方式，利用逆变器（INVERTER)的部分元器件形成整流器巧ectifier)，外 加电感器利用单相交流电源对高压电池进行充电。当充电时，首先需要通过开关K1切断逆 变器与电机Ξ相绕组之间的连接，单相供电电源通过电感器L与逆变器连接并通过整流器 转换成高压直流电对高压电池进行充电，运种结构见美国专利US8441229度2)，运种方式， 他们的拓扑结构是传统的充电器的概念，即，整流器+ Ξ相交错的DC/DC ;需要额外增加电 感器L，体积大，成本高，充电效率低，因为使用两阶段的功率转换，即交流AC-直流DC-交流 AC，需要一个全新的充电器控制器包括AC/DC和DC/DC，控制较为复杂。
[0006] 有鉴于此，申请人开发了一种充电与驱动集成的拓扑结构，如图1所示，即将高 压电池与逆变器连接，逆变器与若干相线圈绕组的第一端连接，若干相线圈绕组的第二端 分别连接3相交流电的输入连接器和短路连接单元，逆变器可作为充电器使用；电动汽车 处于驱动状态，短路连接单元使若干相线圈绕组的第二连接端短路连接起来，高压电池输 出的高压直流电通过逆变器正向操作控制转换成交流电输出到电机，驱动电机运转牵引电 动汽车；电动汽车处于充电状态，若干相线圈绕组的第二连接端与3相交流电的输入连接 器连接，利用电机的若干相线圈绕组作为充电电感，利用逆变器作为充电器，外部3相交流 电通过电机的若干相线圈绕组和逆变器转换成直流电对高压电池进行充电。但上述的拓扑 结构还不完善，主要存在如下缺点：
[0007] 1)短路连接单元与3相交流电的输入连接器之间不互锁，一旦输入外部3相交流 电而短路连接单元处于导通状态，极易造成短路烧坏，存在安全隐患；
[0008] 2)进入充电状态或者驱动状态时，如果不互锁，也造成安全隐患。
[0009] 3)3相交流电的输入连接器与牵引电机的若干相线圈绕组、逆变器、高压电池处于 串联状态，一旦他人意外触碰到3相交流电的输入连接器的高压端子，会产生触电事故，因 此也存在安全隐患。
【发明内容】
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[0010] 本发明的一个目的是提供一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统，结构更加 简单、紧凑，而且通过设置高压互锁装置实现电动汽车安全、可靠和快速的充电。
[0011] 本发明的另一个目的是提供一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统的控制 方法，通过先检测充电盖状态，然后再检测充电站的插头是否输入连接器接插好，实现互 锁，实现简单、成本更低，充电操作更加安全可靠。
[0012] 本发明的电动汽车系统是通过下述技术方案予W实现的：
[0013] 一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统，包括高压电池、逆变器和牵引电机， 所述的电机包括定子组件、转子组件和驱动/充电切换控制器，定子组件里面含有若干相 线圈绕组，驱动/充电切换控制器用于控制电动汽车进入驱动状态或者充电状态，其中：电 动汽车处于驱动状态，高压电池输出的高压直流电通过逆变器控制转换成交流电输出到牵 引电机，驱动电机运转牵引电动汽车；电动汽车处于充电状态，利用电机的若干相线圈绕组 作为充电电感，利用逆变器作为充电器，外部3相交流电依次通过电机的若干相线圈绕组 和逆变器转换成直流电对高压电池进行充电；其特征在于：它还包括高压互锁装置，高压 互锁装置包括充电盖、锁销装置和检测开关，外部3相交流是通过一个输入连接器来输入， 所述的输入连接器的外面被充电盖罩住W免裸露出输入连接器上的高压端子，锁销装置用 于在充电盖关闭时锁住充电盖，W免充电盖意外打开，检测开关用于检测充电盖的开启或 者关闭状态并将信号传送到驱动/充电切换控制器。
[0014] 上述所述的3相交流电的输入连接器包括插座体W及安装在插座体里面的3相高 压端子，接地端子、控制通信端子和接近端子，当充电站的插头插入到输入连接器，接近端 子与充电站的插头里面对应的端子接触时，接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器， 接近端子是物理短接端子，只有在其它所有的端子都接插好，接近端子最后才短接，W确保 充电站的插头与输入连接器已经连接好，可W进入充电状态。
[0015] 上述所述的高压电池与逆变器之间通过第一组开关kl连接，电机的线圈绕组的 第一端与逆变器连接，电机的线圈绕组的第二端连接输入连接器，电机的线圈绕组的第二 端还通过第二组开关k2连接短接单元。
[0016] 上述所述的第一组开关kl受电池管理系统BMS控制，第二组开关k2受驱动/充 电切换控制器控制，电池管理系统BMS、逆变器和驱动/充电切换控制器相互连接通信。
[0017] 上述所述当电动汽车处于驱动状态，第一组开关kl闭合，输入连接器的外面的充 电盖关闭罩住高压端子并且被锁销装置锁住，使外部3相交流电与电机的线圈绕组的第二 端断开，电机的线圈绕组的第一端与逆变器连接，第二组开关k2闭合使线圈绕组的第二 端通过短接单元互相短接，高压电池输出的高压直流电通过逆变器转换成3相交流电输出 到电机，驱动电机运转。
[0018] 上述所述当电动汽车处于充电状态，电机的线圈绕组的第一端与逆变器连接，锁 销装置被打开，输入连接器的外面的充电盖被打开，检测开关将充电盖的开启状态的信号 传送到驱动/充电切换控制器，驱动/充电切换控制器断开第二组开关k2,使线圈绕组的第 二端互相断开不短接，同时使外部3相交流电与电机的线圈绕组的第二端连接，当充电站 的插头与输入连接器已经完全连接好时，接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器，第 一组开关kl才闭合连接高压电池和逆变器，利用电机的线圈绕组作为充电电感器，利用逆 变器作为充电器，外部3相交流电依次通过电机的若干相线圈绕组和逆变器转换成直流电 对高压电池进行充电。
[0019] 上述所述电动汽车的驾驶室里面设置有充电控制按钮，充电控制按钮通过一个机 械传动机构带动锁销装置，当人们操控充电控制按钮，充电控制按钮通过一个机械传动机 构带动锁销装置动作，打开充电盖，充电控制按钮还向驱动/充电切换控制器输出信号。
[0020] 上述所述的电动汽车的驾驶室里面设置有驱动控制按钮，驱动控制按钮向驱动/ 充电切换控制器输出信号。
[0021] 本发明的电动汽车系统与现有技术既有如下优点：1)电动汽车处于驱动状态，高 压电池输出的高压直流电通过逆变器控制转换成交流电输出到牵引电机，电动汽车处于充 电状态，利用电机的若干相线圈绕组作为充电电感，利用逆变器作为充电器，外部3相交流 电依次通过电机的若干相线圈绕组和逆变器转换成直流电对高压电池进行充电，结构更加 简单、紧凑，另外增加高压互锁装置，高压互锁装置包括充电盖、锁销装置和检测开关，输 入连接器