[发明专利]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

说明书

技术领域：

本发明涉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：

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、碳氢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。

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：

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，这样明显增加了独立的充电器，导致产品结构复杂，成本偏高，另外这种充电器的运作原理是基于整流(Rectifier)的概念，即整流器+三相交错的DC/DC的组合，充电效率较低，不能满足快速高效充电的要求。

第二种方式，利用逆变器(INVERTER)的部分元器件形成整流器(Rectifier)，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切断逆变器与电机三相绕组之间的连接，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，这种结构见美国专利US8441229(B2)，这种方式，他们的拓扑结构是传统的充电器的概念，即，整流器+三相交错的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。

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：

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；

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。

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：

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。

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。

本发明的电动汽车系统是通过下述技术方案予以实现的：

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以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，以免充电盖意外打开，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。