一種集成充電與驅(qū)動(dòng)于一體的電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種集成充電與驅(qū)動(dòng)于一體的電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油短缺的問(wèn)題嚴(yán)重，同時(shí)我國(guó)已成為世界最大的汽車(chē)市 場(chǎng)，汽車(chē)對(duì)我國(guó)的能源供應(yīng)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，汽車(chē)排放的一氧化碳、碳氨化合物和氮氧化 合物等對(duì)城市環(huán)境也造成了較大的污染，因此，發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)對(duì)我國(guó)的能源安全具有深遠(yuǎn) 的影響。
[0003] 現(xiàn)有電動(dòng)汽車(chē)用逆變器（INVERTER)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)，利用高壓電池輸出的高壓直 流電通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成3相交流輸出到電機(jī)，當(dāng)高壓電池電量較低時(shí)，需要對(duì)高壓電池進(jìn) 行充電，否則無(wú)法驅(qū)動(dòng)汽車(chē)?，F(xiàn)有對(duì)高壓電池進(jìn)行充電的方式主要包括如下兩種：
[0004] 第一種方式，3相供電電源通過(guò)獨(dú)立的充電器換成高壓直流電對(duì)高壓電池進(jìn)行充 電，運(yùn)樣明顯增加了獨(dú)立的充電器，導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本偏高，另外運(yùn)種充電器的運(yùn)作 原理是基于整流巧ectifier)的概念，即整流器+ Ξ相交錯(cuò)的DC/DC的組合，充電效率較 低，不能滿足快速高效充電的要求。 陽(yáng)0化]第二種方式，利用逆變器（INVERTER)的部分元器件形成整流器巧ectifier)，外 加電感器利用單相交流電源對(duì)高壓電池進(jìn)行充電。當(dāng)充電時(shí)，首先需要通過(guò)開(kāi)關(guān)K1切斷逆 變器與電機(jī)Ξ相繞組之間的連接，單相供電電源通過(guò)電感器L與逆變器連接并通過(guò)整流器 轉(zhuǎn)換成高壓直流電對(duì)高壓電池進(jìn)行充電，運(yùn)種結(jié)構(gòu)見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利US8441229度2)，運(yùn)種方式， 他們的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的充電器的概念，即，整流器+ Ξ相交錯(cuò)的DC/DC ;需要額外增加電 感器L，體積大，成本高，充電效率低，因?yàn)槭褂脙呻A段的功率轉(zhuǎn)換，即交流AC-直流DC-交流 AC，需要一個(gè)全新的充電器控制器包括AC/DC和DC/DC，控制較為復(fù)雜。
[0006] 有鑒于此，申請(qǐng)人開(kāi)發(fā)了一種充電與驅(qū)動(dòng)集成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示，即將高 壓電池與逆變器連接，逆變器與若干相線圈繞組的第一端連接，若干相線圈繞組的第二端 分別連接3相交流電的輸入連接器和短路連接單元，逆變器可作為充電器使用；電動(dòng)汽車(chē) 處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，短路連接單元使若干相線圈繞組的第二連接端短路連接起來(lái)，高壓電池輸 出的高壓直流電通過(guò)逆變器正向操作控制轉(zhuǎn)換成交流電輸出到電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)牽引電 動(dòng)汽車(chē)；電動(dòng)汽車(chē)處于充電狀態(tài)，若干相線圈繞組的第二連接端與3相交流電的輸入連接 器連接，利用電機(jī)的若干相線圈繞組作為充電電感，利用逆變器作為充電器，外部3相交流 電通過(guò)電機(jī)的若干相線圈繞組和逆變器轉(zhuǎn)換成直流電對(duì)高壓電池進(jìn)行充電。但上述的拓?fù)?結(jié)構(gòu)還不完善，主要存在如下缺點(diǎn)：
[0007] 1)短路連接單元與3相交流電的輸入連接器之間不互鎖，一旦輸入外部3相交流 電而短路連接單元處于導(dǎo)通狀態(tài)，極易造成短路燒壞，存在安全隱患；
[0008] 2)進(jìn)入充電狀態(tài)或者驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，如果不互鎖，也造成安全隱患。
[0009] 3)3相交流電的輸入連接器與牽引電機(jī)的若干相線圈繞組、逆變器、高壓電池處于 串聯(lián)狀態(tài)，一旦他人意外觸碰到3相交流電的輸入連接器的高壓端子，會(huì)產(chǎn)生觸電事故，因 此也存在安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0010] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種集成充電與驅(qū)動(dòng)于一體的電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)更加 簡(jiǎn)單、緊湊，而且通過(guò)設(shè)置高壓互鎖裝置實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)安全、可靠和快速的充電。
[0011] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種集成充電與驅(qū)動(dòng)于一體的電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)的控制 方法，通過(guò)先檢測(cè)充電蓋狀態(tài)，然后再檢測(cè)充電站的插頭是否輸入連接器接插好，實(shí)現(xiàn)互 鎖，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本更低，充電操作更加安全可靠。
[0012] 本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)是通過(guò)下述技術(shù)方案予W實(shí)現(xiàn)的：
[0013] 一種集成充電與驅(qū)動(dòng)于一體的電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)，包括高壓電池、逆變器和牽引電機(jī)， 所述的電機(jī)包括定子組件、轉(zhuǎn)子組件和驅(qū)動(dòng)/充電切換控制器，定子組件里面含有若干相 線圈繞組，驅(qū)動(dòng)/充電切換控制器用于控制電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)狀態(tài)或者充電狀態(tài)，其中：電 動(dòng)汽車(chē)處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，高壓電池輸出的高壓直流電通過(guò)逆變器控制轉(zhuǎn)換成交流電輸出到牽 引電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)牽引電動(dòng)汽車(chē)；電動(dòng)汽車(chē)處于充電狀態(tài)，利用電機(jī)的若干相線圈繞組 作為充電電感，利用逆變器作為充電器，外部3相交流電依次通過(guò)電機(jī)的若干相線圈繞組 和逆變器轉(zhuǎn)換成直流電對(duì)高壓電池進(jìn)行充電；其特征在于：它還包括高壓互鎖裝置，高壓 互鎖裝置包括充電蓋、鎖銷(xiāo)裝置和檢測(cè)開(kāi)關(guān)，外部3相交流是通過(guò)一個(gè)輸入連接器來(lái)輸入， 所述的輸入連接器的外面被充電蓋罩住W免裸露出輸入連接器上的高壓端子，鎖銷(xiāo)裝置用 于在充電蓋關(guān)閉時(shí)鎖住充電蓋，W免充電蓋意外打開(kāi)，檢測(cè)開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)充電蓋的開(kāi)啟或 者關(guān)閉狀態(tài)并將信號(hào)傳送到驅(qū)動(dòng)/充電切換控制器。
[0014] 上述所述的3相交流電的輸入連接器包括插座體W及安裝在插座體里面的3相高 壓端子，接地端子、控制通信端子和接近端子，當(dāng)充電站的插頭插入到輸入連接器，接近端 子與充電站的插頭里面對(duì)應(yīng)的端子接觸時(shí)，接近端子輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)/充電切換控制器， 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確保 充電站的插頭與輸入連接器已經(jīng)連接好，可W進(jìn)入充電狀態(tài)。
[0015] 上述所述的高壓電池與逆變器之間通過(guò)第一組開(kāi)關(guān)kl連接，電機(jī)的線圈繞組的 第一端與逆變器連接，電機(jī)的線圈繞組的第二端連接輸入連接器，電機(jī)的線圈繞組的第二 端還通過(guò)第二組開(kāi)關(guān)k2連接短接單元。
[0016] 上述所述的第一組開(kāi)關(guān)kl受電池管理系統(tǒng)BMS控制，第二組開(kāi)關(guān)k2受驅(qū)動(dòng)/充 電切換控制器控制，電池管理系統(tǒng)BMS、逆變器和驅(qū)動(dòng)/充電切換控制器相互連接通信。
[0017] 上述所述當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，第一組開(kāi)關(guān)kl閉合，輸入連接器的外面的充 電蓋關(guān)閉罩住高壓端子并且被鎖銷(xiāo)裝置鎖住，使外部3相交流電與電機(jī)的線圈繞組的第二 端斷開(kāi)，電機(jī)的線圈繞組的第一端與逆變器連接，第二組開(kāi)關(guān)k2閉合使線圈繞組的第二 端通過(guò)短接單元互相短接，高壓電池輸出的高壓直流電通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成3相交流電輸出 到電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0018] 上述所述當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)處于充電狀態(tài)，電機(jī)的線圈繞組的第一端與逆變器連接，鎖 銷(xiāo)裝置被打開(kāi)，輸入連接器的外面的充電蓋被打開(kāi)，檢測(cè)開(kāi)關(guān)將充電蓋的開(kāi)啟狀態(tài)的信號(hào) 傳送到驅(qū)動(dòng)/充電切換控制器，驅(qū)動(dòng)/充電切換控制器斷開(kāi)第二組開(kāi)關(guān)k2,使線圈繞組的第 二端互相斷開(kāi)不短接，同時(shí)使外部3相交流電與電機(jī)的線圈繞組的第二端連接，當(dāng)充電站 的插頭與輸入連接器已經(jīng)完全連接好時(shí)，接近端子輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)/充電切換控制器，第 一組開(kāi)關(guān)kl才閉合連接高壓電池和逆變器，利用電機(jī)的線圈繞組作為充電電感器，利用逆 變器作為充電器，外部3相交流電依次通過(guò)電機(jī)的若干相線圈繞組和逆變器轉(zhuǎn)換成直流電 對(duì)高壓電池進(jìn)行充電。
[0019] 上述所述電動(dòng)汽車(chē)的駕駛室里面設(shè)置有充電控制按鈕，充電控制按鈕通過(guò)一個(gè)機(jī) 械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鎖銷(xiāo)裝置，當(dāng)人們操控充電控制按鈕，充電控制按鈕通過(guò)一個(gè)機(jī)械傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)帶動(dòng)鎖銷(xiāo)裝置動(dòng)作，打開(kāi)充電蓋，充電控制按鈕還向驅(qū)動(dòng)/充電切換控制器輸出信號(hào)。
[0020] 上述所述的電動(dòng)汽車(chē)的駕駛室里面設(shè)置有驅(qū)動(dòng)控制按鈕，驅(qū)動(dòng)控制按鈕向驅(qū)動(dòng)/ 充電切換控制器輸出信號(hào)。
[0021] 本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)既有如下優(yōu)點(diǎn)：1)電動(dòng)汽車(chē)處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，高 壓電池輸出的高壓直流電通過(guò)逆變器控制轉(zhuǎn)換成交流電輸出到牽引電機(jī)，電動(dòng)汽車(chē)處于充 電狀態(tài)，利用電機(jī)的若干相線圈繞組作為充電電感，利用逆變器作為充電器，外部3相交流 電依次通過(guò)電機(jī)的若干相線圈繞組和逆變器轉(zhuǎn)換成直流電對(duì)高壓電池進(jìn)行充電，結(jié)構(gòu)更加 簡(jiǎn)單、緊湊，另外增加高壓互鎖裝置，高壓互鎖裝置包括充電蓋、鎖銷(xiāo)裝置和檢測(cè)開(kāi)關(guān)，輸 入連接器