CN104092273A - 电动汽车驱动与充电集成控制方法及其应用的电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电动汽车驱动与充电集成控制方法及其应用的电动汽车，是一种将驱动功能与充电功能共用同一硬件的拓扑系统结构，包括高压电池、逆变器和电机，当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正向操作控制转换成3相交流电输出到电机，驱动电机运转；当电动汽车处于充电状态，外部3相交流电输入到电机，通过电机的线圈绕组，再输入到逆变器，通过逆变器反向操作控制转换成直流电对高压电池进行充电，利用电机的线圈绕组作为充电电感和电机驱动系统--即逆变器的反向操作，对高压电池进行充电，在充电状态下，把电机的线圈绕组作为充电电感，把逆变器变成充电器，结构更加简单，控制简便体积紧凑，成本低，处于全功率驱动的充电能力，充电快速，效率高。

Description

电动汽车驱动与充电集成控制方法及其应用的电动汽车

技术领域：

本发明涉及电动汽车驱动与充电集成控制方法及其应用的电动汽车。

背景技术：

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：

第一种方式如图1所示，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。

第二种方式如图2所示，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。

发明内容：

本发明的目的是提供电动汽车驱动与充电集成控制方法及其应用的电动汽车，利用三相电机驱动系统--即逆变器的反向操作，对高压电池进行充电，在充电状态下，把逆变器变成充电器，结构更加简单，控制简便体积紧凑，成本低，处于全功率驱动的充电能力，充电快速，效率高。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：

电动汽车驱动与充电集成控制方法，所述的电动汽车包括高压电池、逆变器和至少含有3相线圈绕组的电机，其特征在于：当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正向操作控制转换成3相交流电输出到电机，驱动电机运转；当电动汽车处于充电状态，外部3相交流电经过3个充电电感器输入到逆变器，通过逆变器反向操作控制转换成直流电对高压电池进行充电。

上述所述的3个充电电感器是由电机的3相线圈绕组组成，利用电机的线圈绕组作为充电电感器，然后才进入到逆变器。

上述所述的逆变器正向操作控制是指通过检测电机线圈绕组的相电流和转子位置对3相电机的电流进行控制驱动电机的转子运转；所述的反向操作控制是指检测电机线圈绕组的电流、外部3相交流电的端电压使外部3相交流电转换成直流电对高压电池进行充电。

上述所述的电机的线圈绕组的相数是3N，N是整数。

上述所述的逆变器的个数是N个，每个逆变器对应连接电机的3个线圈绕组。

一种利用权利要求1所述的电动汽车驱动与充电集成控制方法的电动汽车，包括高压电池、逆变器和电机，所述的电机包括定子组件和转子组件，定子组件里面含有若干相线圈绕组，高压电池与逆变器连接，其特征在于：电动汽车处于驱动状态，高压电池通过逆变器连接电机的线圈绕组，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车；电动汽车处于充电状态，外部3相交流电通过输入连接器连接到逆变器，利用逆变器作为充电器，外部3相交流电通过逆变器反向操作控制转换成高压直流电对高压电池进行充电。

上述所述的外部3相交流电先连接到电机的线圈绕组，电机的线圈绕组再与逆变器连接，利用电机的线圈绕组作为充电电感器。

上述所述的用来输入3相交流电的输入连接器后面连接三相开关控制盒，其中电机连接在逆变器与三相开关控制盒之间；当电动汽车处于驱动状态，电机的线圈绕组的一端与逆变器连接，通过对三相开关控制盒的控制使线圈绕组另一端短路连接起来；当电动汽车处于充电状态，电机的线圈绕组一端与逆变器连接，通过对三相开关控制盒的控制使线圈绕组的另一端与输入连接器连接，外部3相交流电通过电机的线圈绕组，然后进入逆变器。

上述所述的电机的线圈绕组的相数是3N，N是整数。

上述所述的逆变器具有N个，每个逆变器与电机的3相线圈绕组连接。

上述所述的N＝3，即电机是9相电机，逆变器具有3个，每3相线圈绕组一端短路连接起来并连接外部1相交流电，另一端连接一个逆变器。

上述所述的逆变器包括微处理器单元、驱动电路单元、IGBT模块和检测电路，检测电路检测电机运行参数并送到微处理器单元，微处理器单元输出控制信号到驱动电路单元，驱动电路单元控制IGBT模块，以便控制电机的3N相线圈绕组正常换相。

所述的逆变器正向操作控制是指通过检测电机线圈绕组的相电流和转子位置对3相电机的电流进行控制驱动电机的转子运转；所述的反向操作控制是指检测电机线圈绕组的电流、外部3相交流电的端电压使外部3相交流电转换成直流电对高压电池进行充电。。

三相开关控制盒包括有机械开关JK，当电动汽车处于驱动状态，电机的线圈绕组的一端与逆变器连接，机械开关JK闭合使线圈绕组另一端短路连接起来；当电动汽车处于充电状态，线圈绕组的另一端与输入连接器连接，外部3相交流电通过电机的线圈绕组，然后进入逆变器，通过对三相开关控制盒的控制，使机械开关JK断开，线圈绕组另一端不能短路连接起来。

上述所述的三相开关控制盒连接有管理控制单元，管理控制单元检测三相开关控制盒是否接入外部3相交流供电电源，管理控制单元与逆变器连接通信；当管理控制单元检测三相开关控制盒没有接入外部3相交流电，管理控制单元通知逆变器---电动汽车处于驱动状态，管理控制单元对三相开关控制盒的控制使电机的3相线圈绕组的另一端短路连接起来，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3相交流电输出到电机，驱动电机运转；当管理控制单元检测三相开关控制盒接入外部3相交流电，管理控制单元通知逆变器---电动汽车处于充电状态，通过对三相开关控制盒的控制使电机的3相线圈绕组与外部3相交流供电电源连接，外部3相交流供电电源通过逆变器反向操作控制转换成高压直流电对高压电池进行充电。

上述所述的高压电池还连接有电池管理系统BMS，电池管理系统BMS与逆变器连接通信。

上述所述的所述的三相开关控制盒包括3个继电器开关及其集电器线圈驱动电路。

上述所述的所述的三相开关控制盒包括6个IGBT组成，每2个IGBT组合成一个开关，每组的2个IGBT发射极连接起来，每组的2个IGBT中上方的IGBT的集电极连接外部1相交流供电电源，下方的IGBT的集电极与电机3相绕组的并联引线连接，各IGBT的基极分别引出连接控制信号。

上述所述的三相开关控制盒包括3个开关,3个开关可以分别把电机的3相绕组的一端互相断开或者互相短接，3个开关是机械开关实现。

上述所述3个开关是电磁继电接触器。

上述所述的三相开关控制盒包括3个开关。3个开关可以分别把电机的3相绕组的一端互相断开或者互相短接，3个开关可以由电子开关实现。

上述所述的电子开关是IGBT模块，所述的IGBT模块包括6个IGBT组成，每2个IGBT组合成一个开关，每组的2个IGBT发射极连接起来，每组的2个IGBT的集电极一端连接外部1相交流供电电源，另一端的IGBT的集电极与电机3相绕组的引线连接，各IGBT的基极分别引出连接控制信号

上述所述的管理控制单元包括变压器、电压传感器、整流电路以及DC-DC电路，变压器连接到外部3相交流供电电源上获取电源信号，电源信号通过电压传感器检测后反馈输出，电源信号通过整流电路以及DC-DC电路输出一路充电唤醒信号到逆变器，输出另一路开关控制信号到三相开关控制盒，逆变器返回开关控制信号到整流电路以及DC-DC电路。

本发明与现有技术相比，具有如下效果：

1)当电动汽车处于充电状态，外部3相交流电输入到逆变器，通过逆变器反向操作控制转换成直流电对高压电池进行充电，这时候逆变器相当于一个充电器，无需像传统汽车充电器一样外加独立充电器或者充电电感器，体积小，结构简单，成本低；

2)本发明在充电状态下，逆变器相当于一个充电器使用，并非传统意见的简单整流+整流器+三相交错的DC/DC的概念，本发明是对三相电机驱动系统-逆变器(INVERTER)的反向操作，结构更加简单，只需增加逆变器(INVERTER)反向操作的控制程序即可，控制非常简单，制造成本更低；

3)本发明是对三相电机驱动系统-逆变器(INVERTER)的反向操作，是对外部3相交流电进行3相全功率充电，充电快速，效率高，充电能力远比传统单相充电器或者通过二极管整流器进行三相充电的效率高；

4)本发明动汽车处于充电状态时，外部3相交流供电电源通过输入到电机的线圈绕组，利用电机的线圈绕组和定子铁芯组成电感器，无需外加充电电感器，节省成本和体积，简化结构；

5)本发明的电动汽车通过三相开关控制盒连接外部3相交流供电电源，其中：电机连接在逆变器与三相开关控制盒之间或者三相开关控制盒连接在逆变器与电机之间；当电动汽车处于驱动状态，通过对三相开关控制盒的控制使电机的3相线圈绕组的一端与逆变器连接，3相线圈绕组另一端短路连接起来，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3相交流电输出到电机，驱动电机运转；当电动汽车处于充电状态，通过对三相开关控制盒的控制使电机的3相线圈绕组一端与逆变器连接，3相线圈绕组的另一端与外部3相交流供电电源连接，外部3相交流供电电源通过逆变器反向操作控制转换成高压直流电对高压电池进行充电，这样实现逆变器与充电器之间的自动切换，操作简便；

5)本发明的电动汽车的三相开关控制盒连接有管理控制单元，管理控制单元检测三相开关控制盒是否接入外部3相交流供电电源，管理控制单元与逆变器连接通信，通过管理控制单元可以自动控制三相开关控制盒的动作，并通知逆变器当前处于驱动工作状态还是充电工作状态，以便逆变器切换恰当的控制模式，控制简单合理；

6)本发明的电动汽车可以采用3个逆变器带9相线圈绕组的电机，每3相线圈绕组通过一个逆变器驱动，高压电池连接到逆变器的输入端，电机的9相线圈绕组连接到3个逆变器的一端，电机的9相线圈绕组的另一端连接外部3相交流供电电源；无需相开关控制盒，结构更加简单，成本更加低。

7)三相开关控制盒包括有机械开关JK，当电动汽车处于驱动状态，电机的线圈绕组的一端与逆变器连接，机械开关JK闭合使线圈绕组另一端短路连接起来；当电动汽车处于充电状态，线圈绕组的另一端与输入连接器连接，外部3相交流电通过电机的线圈绕组，然后进入逆变器，通过对三相开关控制盒的控制，使机械开关JK断开，线圈绕组另一端不能短路连接起来。防止短路，安全性可操作性更加好。

附图说明：

图1是现有电动汽车驱动与充电集成控制其中一种方式的电路原理图；

图2是现有电动汽车驱动与充电集成控制另一种方式的电路原理图；

图3是本发明实施例一的电路原理图；

图4是本发明逆变器的电路原理图；

图5是本发明实施例一中三相开关控制盒采用机械开关的一种电气原理图；

图6是本发明实施例一中三相开关控制盒采用电子开关的一种电气原理图；

图7是本发明实施例一充电状态的电气连接图；

图8是本发明管理控制单元的电路原理图；

图9是本发明实施例二的电路原理图；

图10是实施例二中3个逆变器与电机之间的连接电路图；

图11是本发明的逆变器反向操作控制的原理示意图；

图12是本发明处于充电时，流过电机各相绕组电流的波形图；

图13是本发明的实施例四至实施例十一的连接示意图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

实施例一：如图3所示，本发明是一种电动汽车，包括高压电池、逆变器和电机，所述的电机包括定子组件和转子组件，定子组件里面含有3相线圈绕组，高压电池与逆变器连接，它还包括三相开关控制盒，三相开关控制盒连接3相交流电的输入连接器，输入连接器输入外部3相交流电，其中电机连接在逆变器与三相开关控制盒之间，3相交流电输入连接器连接在充电站的充电插座中，3相交流的市电电源经过3相变压器进入充电插座中；

当电动汽车处于驱动状态，电机的3相线圈绕组的一端与逆变器连接，通过对三相开关控制盒的控制使3相线圈绕组另一端短路连接起来，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3相交流电输出到电机，驱动电机运转；

如图3、图7所示，当电动汽车处于充电状态，电机的3相线圈绕组一端与逆变器连接，通过对三相开关控制盒的控制使3相线圈绕组的另一端与3相交流电输入连接器连接，外部3相交流电通过电机的3相线圈绕组，利用电机的3相线圈绕组作为充电电感，然后进入逆变器，利用逆变器反向操作控制转换成高压直流电对高压电池进行充电。

如图4所示，逆变器包括微处理器单元、驱动电路单元、IGBT模块和检测电路，检测电路检测电机运行参数并送到微处理器单元，微处理器单元输出控制信号到驱动电路单元，驱动电路单元控制IGBT模块，以便控制电机的3相线圈绕组正常换相。所述的IGBT模块由6个电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6组成3个桥臂，每个桥臂分别连接电机的一相线圈绕组(U、V、W)。

所述的逆变器正向操作控制是通过检测电机绕组的电流和转子位置参数对电机的各相绕组进行换相的操作，实现高压直流电转换成3相交流电。检测电路检测电机绕组和转子位置参数并送到微处理器单元，微处理器单元根据电机绕组的电流和转子位置参数输出等6路PWM信号到驱动电路单元，驱动电路单元控制电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的打开或者断开。逆变器正向操作---即作为永磁电机的换相驱动部件在教科书或者专利文献已经详细披露，在这里没有必要详细叙述，转子位置参数的测量通常用旋转变压器来实现，检测电机绕组的电流用电流传感器可以实现。

所述的所述的反向操作控制是指检测电机线圈绕组的电流、外部3相交流电的端电压使外部3相交流电转换成直流电对高压电池进行充电。。同样的，检测电路检测电机绕组的电流和外部3相交流电的端电压并送到微处理器单元，微处理器单元根据电机绕组的电流和外部3相交流电的端电压，微处理器单元输出等6路PWM信号到驱动电路单元，驱动电路单元控制电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6轮流导通，使高压直流电从电子开关管经过并对高压电池进行充电。通过在逆变器里面建立一个反向充电的控制程序就可以，换言之，反向充电的控制程序不同于正向操作控制程序。

如图3所示，三相开关控制盒连接有管理控制单元，管理控制单元检测三相开关控制盒是否接入外部3相交流供电电源，管理控制单元与逆变器连接通信；当管理控制单元检测三相开关控制盒没有接入外部3相交流电，管理控制单元通知逆变器---电动汽车处于驱动状态，管理控制单元对三相开关控制盒的控制使电机的3相线圈绕组的另一端短路李连接起来，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3相交流电输出到电机，驱动电机运转；当管理控制单元检测三相开关控制盒接入外部3相交流电，管理控制单元通知逆变器---电动汽车处于充电状态，通过对三相开关控制盒的控制使电机的3相线圈绕组与外部3相交流供电电源连接，外部3相交流供电电源通过逆变器反向操作控制转换成高压直流电对高压电池进行充电。

高压电池还连接有电池管理系统BMS，电池管理系统BMS与逆变器连接通信。

如图5所示，所述的三相开关控制盒包括有机械开关JK，当电动汽车处于驱动状态，电机的线圈绕组的一端与逆变器连接，机械开关JK闭合使线圈绕组另一端短路连接起来；当电动汽车处于充电状态，线圈绕组的另一端与输入连接器连接，外部3相交流电通过电机的线圈绕组，然后进入逆变器，通过对三相开关控制盒的控制，使机械开关JK断开，线圈绕组另一端不能短路连接起来。

为了操作的逆变器在驱动模式和充电模式之间切换更加安全可靠，外部3相交流电源电压的信息需要监控/测量，如图8所示。

A)驱动方式开始前：·逆变器PWM处于关闭状态，外部3相交流电的输入连接器在车辆侧，输入连接器不应该有电压，否则，检测到输入连接器接入外部3相交流电，车不能开动；另外，通过对三相开关控制盒的控制使机械开关JK闭合，线圈绕组另一端短路连接起来，符合遵循正常的车辆驱动启动顺序。

B)在开始充电模式：·HV电池应连接到逆变器，所有电动汽车需要测量是否连接，·逆变器PWM处于关闭状态，此时通过对三相开关控制盒的控制，使机械开关JK断开，线圈绕组的另一端与输入连接器连接，外部3相交流电通过电机的线圈绕组，然后进入逆变器.外部3相交流电的输入连接器，终端应该有电压，如图8所示，如果不是，外部3相交流电未连接；·交流电源反馈信号，如图8所示，在充电模式；电动汽车用于驱动控制·的旋转变压器信号将外部3相交流电的端电压信号代替。

如图6所示，所述的三相开关控制盒采用电子开关，包括6个IGBT组成，每2个IGBT组合成一个开关，每组的2个IGBT发射极连接起来，每组的2个IGBT中上方的IGBT的集电极连接外部1相交流供电电源，下方的IGBT的集电极与电机3相绕组的并联引线连接，各IGBT的基极分别引出连接控制信号C2。，在3相交流电的输入连接器的后面可以选择增加一个电源开关，电源开关是触点常开的机械开关。

如图8所示，管理控制单元包括变压器、电压传感器、整流电路以及DC-DC电路，变压器连接到外部3相交流供电电源上获取电源信号C4，电源信号C4通过电压传感器检测后反馈输出，电源信号c4通过整流电路以及DC-DC电路输出一路充电唤醒信号C5到逆变器，输出另一路开关控制信号C3到三相开关控制盒，逆变器返回开关控制信号N到整流电路以及DC-DC电路。所述的变压器是380V/12V变压器。

实施例二：如图9所示，本发明是一种电动汽车，包括高压电池、3个逆变器和电机，所述的电机包括定子组件和转子组件，定子组件里面含有9相线圈绕组，每3相线圈绕组通过一个逆变器驱动，高压电池连接到逆变器的输入端，电机的9相线圈绕组连接到3个逆变器的一端，电机的9相线圈绕组的另一端连接外部3相交流供电电源；

如图10所示，定子组件里面含有9相线圈绕组，每3相线圈绕组通过一个逆变器驱动，与同一逆变器连接的3相线圈绕组的一端短路连接后连接3相交流电的一相交流输入，3相交流电输入连接器输入外部3相交流电，高压电池还连接有电池管理系统BMS，电池管理系统BMS与3个逆变器连接通信，逆变器连接管理控制单元，管理控制单元检测是否接入外部3相交供电；

图中有3个逆变器(即第一逆变器、第二逆变器和第三逆变器)，每个逆变器与电机中的3相线圈绕组形成一个电机单元(电机1、电机2和电机3)，当处于驱动状态，每个逆变器各自驱动控制3相线圈绕，当处于充电状态，每一相交流电输入到3相相线圈绕，然后进入一个逆变器，逆变器根据该相交流电输入的状态进行反向操作控制转换成高压直流电对高压电池进行充电，这样的连接可以省略三相开关控制盒，节省成本。

如图4所示，每个逆变器包括微处理器单元、驱动电路单元、IGBT模块和检测电路，检测电路检测电机运行参数并送到微处理器单元，微处理器单元输出控制信号到驱动电路单元，驱动电路单元控制IGBT模块，以便控制电机的3相线圈绕组正常换相，所述的逆变器正向操作控制是指通过检测电机线圈绕组的相电流和转子位置对3相电机的电流进行控制驱动电机的转子运转；所述的反向操作控制是指检测电机线圈绕组的电流、外部3相交流电的端电压使外部3相交流电转换成直流电对高压电池进行充电。

下面简述逆变器反向操作控制是指对电机的各相绕组进行换相的操作，如图11、图12所示，通过电机每相线圈绕组(U、V、W)的电流互感器或者电流传感器sensor检测各相电机线圈绕组电流状况，众所周知，输入的三相交流电AC POWER是正弦波的电流且相互相差120度电角度，分别包括A相、B相和C相，电流互感器或者电流传感器sensor检测各相电机线圈绕组的相电流和外部3相交流电的端电压，并通过A/D转换输送到微处理器；微处理器单元输出P1、P2、P3、P4、P5、P6等6路PWM信号到驱动电路单元，驱动电路单元控制电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6轮流导通，使高压直流电从电子开关管经过并对高压电池进行充电，微处理器单元当检测到U相线圈绕组处于正半周时，打开电子开关管Q1，处于负半周时，打开电子开关管Q2；微处理器单元当检测到V相线圈绕组处于正半周时，打开电子开关管Q3，处于负半周时，打开电子开关管Q4；微处理器单元当检测到W相线圈绕组处于正半周时，打开电子开关管Q5，处于负半周时，打开电子开关管Q6。这种逆变器反向操作控制充电与传统的二极管整流的主要优点是：二级管整流，发热较为厉害，损失能量多，不高效；本发明的逆变器反向操作控制充电，只是对子开关的闭合,损耗小，效率高，充电快捷。另外外部3相交流电的端电压信号C5送到逆变器里面的微处理器，微处理器根据外部3相交流电的端电压相位和各相电机线圈绕组的相电流的相位进行反向操作控制。

实施例三：

一种电动汽车驱动与充电集成控制方法，所述的电动汽车包括高压电池、逆变器和电机，当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正向操作控制转换成3相交流电输出到电机，驱动电机运转；当电动汽车处于充电状态，外部3相交流电经过3个充电电感器输入到逆变器，通过逆变器反向操作控制转换成直流电对高压电池进行充电。

所述的3个充电电感器是由电机的3相线圈绕组组成，利用电机的线圈绕组作为充电电感器。

所述的所述的逆变器正向操作控制是指通过检测电机线圈绕组的相电流和转子位置对3相电机的电流进行控制驱动电机的转子运转；所述的反向操作控制是指检测电机线圈绕组的电流、外部3相交流电的端电压使外部3相交流电转换成直流电对高压电池进行充电。

所述的电机的线圈绕组的相数是3N，N是整数。

所述的逆变器的个数是N个，每个逆变器对应连接电机的3个线圈绕组。

实施例四至实施例十一：如图13所示，利用该图，我们可以得到多种的实施方式：图中有3相交流电输入A、B、C，位于图3的充电插座中；电机中有9相的线圈绕组L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8和L9，高压电池和逆变器，具有9个充电触点1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8、1-9和9个驱动触点2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7、2-8、2-9；具有切换的继电器开关JK，控制继电器开关JK断开和闭合的驱动电路，主要包括三极管Q0和继电器线圈L。9个充电触点1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8、1-9相当于图3的输入连接器。

下面是我的通用配置概念。当它的驱动触点闭合，交流电源应断开与电机线圈绕组的连接，当它的充电触点与交流电源连接时，断开驱动触点。总共有7个可能的配置，见下表。

一)组成一个三相电机：充电触点1-1、1-2、1-3分别与3相交流电输入A、B、C相连接；当在驱动状态下，驱动触点2-1，2-2，2-3短接起来。

二)组成两个平行的三相异步电动机：充电触点1-1和1-4与3相交流电输入A相连接，充电触点1-2和1-5与3相交流电输入B相连接，充电触点1-3和1-6与3相交流电输入C相连接；当在驱动状态下，驱动触点2-1，2-2，2-3短路接起来，驱动触点2-4，2-5，和2-6短路接起来。

三)组成一个六相电机：充电触点1-1和1-4与3相交流电输入A相连接，充电触点1-2和1-5与3相交流电输入B相连接，充电触点1-3和1-6与3相交流电输入C相连接；当在驱动状态下，驱动触点2-1，2-2，2-3、2-4，2-5，和2-6短路接起来。

四)组成三个平行的三相异步电动机：充电触点1-1，1-2和1-3与3相交流电输入A相连接，充电触点1-4，1-5和1-6与3相交流电输入B相连接，充电触点1-7，1-8和1-9与3相交流电输入C相连接；当在驱动状态下，驱动触点2-1，2-2，2-3短路接起来，驱动触点2-4，2-5，和2-6短路接起来，驱动触点2-7，2-8，和2-9短路接起来。

五)组成三个平行的三相异步电动机(选项2)：

充电触点1-1，1-4和1-7与3相交流电输入A相连接，充电触点1-2，1-5和1-8与3相交流电输入B相连接，充电触点1-3，1-6和1-9与3相交流电输入C相连接；当在驱动状态下，驱动触点2-1，2-2，2-3短路接起来，驱动触点2-4，2-5，和2-6短路接起来，驱动触点2-7，2-8，和2-9短路接起来。

六)组成一个九相电机(选项1)：

充电触点1-1，1-2和1-3与3相交流电输入A相连接，充电触点1-4，1-5和1-6与3相交流电输入B相连接，充电触点1-7，1-8和1-9与3相交流电输入C相连接；当在驱动状态下，驱动触点·2-1，2-2，2-3，2-4，2-5，2-6，2-7，2-8，和2-9短路接起来。

七)组成一个九相电机(选项2)：

充电触点1-1，1-4和1-7与3相交流电输入A相连接，充电触点1-2，1-5和1-8与3相交流电输入B相连接，充电触点1-3，1-6和1-9与3相交流电输入C相连接；当在驱动状态下，驱动触点·2-1，2-2，2-3，2-4，2-5，2-6，2-7，2-8，和2-9短路接起来。

八)组成一个5相电机，充电触点1-1和1-4与3相交流电输入A相连接，充电触点1-2和1-5与3相交流电输入B相连接，充电触点1-3与3相交流电输入C相连接；当在驱动状态下，驱动触点2-1，2-2，2-3、2-4，2-5短路接起来。当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正向操作控制转换成3相交流电输出到电机，驱动相电机运转；当电动汽车处于充电状态，外部3相交流电输入到逆变器，通过逆变器反向操作控制转换成直流电对高压电池进行充电。

Claims (21)

1.电动汽车驱动与充电集成控制方法，所述的电动汽车包括高压电池、逆变器和至少含有3相线圈绕组的电机，其特征在于：

当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正向操作控制转换成3相交流电输出到电机，驱动电机运转；

当电动汽车处于充电状态，外部3相交流电经过3个充电电感器输入到逆变器，通过逆变器反向操作控制转换成直流电对高压电池进行充电。

2.根据权利要求1所述的电动汽车驱动与充电集成控制方法，其特征在于：所述的3个充电电感器是由电机的3相线圈绕组组成，利用电机的线圈绕组作为充电电感器。

3.根据权利要求1或2所述的电动汽车驱动与充电集成控制方法，其特征在于：所述的逆变器正向操作控制是指通过检测电机线圈绕组的相电流和转子位置对3相电机的电流进行控制驱动电机的转子运转；所述的反向操作控制是指检测电机线圈绕组的电流、外部3相交流电的端电压使外部3相交流电转换成直流电对高压电池进行充电。

4.根据权利要求3所述的电动汽车驱动与充电集成控制方法，其特征在于：电机的线圈绕组的相数是3N，N是整数。

5.根据权利要求4所述的电动汽车驱动与充电集成控制方法，其特征在于：逆变器的个数是N个，每个逆变器对应连接电机的3个线圈绕组。

6.一种利用权利要求1所述的电动汽车驱动与充电集成控制方法的电动汽车，包括高压电池、逆变器和电机，所述的电机包括定子组件和转子组件，定子组件里面含有若干相线圈绕组，高压电池与逆变器连接，其特征在于：电动汽车处于驱动状态，高压电池通过逆变器连接电机的线圈绕组，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车；电动汽车处于充电状态，外部3相交流电通过输入连接器连接到逆变器，利用逆变器作为充电器，外部3相交流电通过逆变器反向操作控制转换成高压直流电对高压电池进行充电。

7.根据权利要求6所述的电动汽车，其特征在于：外部3相交流电先连接到电机的线圈绕组，电机的线圈绕组再与逆变器连接，利用电机的线圈绕组作为充电电感器。

8.根据权利要求7所述的电动汽车，其特征在于：用来输入3相交流电的输入连接器后面连接三相开关控制盒，其中电机连接在逆变器与三相开关控制盒之间；当电动汽车处于驱动状态，电机的线圈绕组的一端与逆变器连接，通过对三相开关控制盒的控制使线圈绕组另一端短路连接起来；当电动汽车处于充电状态，电机的线圈绕组一端与逆变器连接，通过对三相开关控制盒的控制使线圈绕组的另一端与输入连接器连接，外部3相交流电通过电机的线圈绕组，然后进入逆变器。

9.根据权利要求6或7或8所述的电动汽车，其特征在于：电机的线圈绕组的相数是3N，N是整数。

10.根据权利要求9所述的电动汽车，其特征在于：所述的逆变器具有N个，每个逆变器与电机的3相线圈绕组连接。

11.根据根据权利要求10所述的电动汽车，其特征在于：所述的N＝3，即电机是9相电机，逆变器具有3个，每3相线圈绕组一端短路连接起来并连接外部1相交流电，另一端连接一个逆变器。

12.根据权利要求6或7或8所述的电动汽车，其特征在于：所述的逆变器包括微处理器单元、驱动电路单元、IGBT模块和检测电路，检测电路检测电机运行参数并送到微处理器单元，微处理器单元输出控制信号到驱动电路单元，驱动电路单元控制IGBT模块，以便控制电机的3N相线圈绕组正常换相。

13.根据权利要求6或7或8所述的电动汽车，其特征在于：所述的逆变器正向操作控制是指通过检测电机线圈绕组的相电流和转子位置对3相电机的电流进行控制驱动电机的转子运转；所述的反向操作控制是指检测电机线圈绕组的电流、外部3相交流电的端电压使外部3相交流电转换成直流电对高压电池进行充电。

14.根据权利要求8所述的电动汽车，其特征在于：三相开关控制盒包括有机械开关JK，当电动汽车处于驱动状态，电机的线圈绕组的一端与逆变器连接，机械开关JK闭合使线圈绕组另一端短路连接起来；当电动汽车处于充电状态，线圈绕组的另一端与输入连接器连接，外部3相交流电通过电机的线圈绕组，然后进入逆变器，通过对三相开关控制盒的控制，使机械开关JK断开，线圈绕组另一端不能短路连接起来。

15.根据权利要求14所述的电动汽车，其特征在于：三相开关控制盒连接有管理控制单元，管理控制单元检测三相开关控制盒是否接入外部3相交流供电电源，管理控制单元与逆变器连接通信；

当管理控制单元检测三相开关控制盒没有接入外部3相交流电，管理控制单元通知逆变器---电动汽车处于驱动状态，管理控制单元对三相开关控制盒的控制使电机的3相线圈绕组的短路连接起来，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3相交流电输出到电机，驱动电机运转；

当管理控制单元检测三相开关控制盒接入外部3相交流电，管理控制单元通知逆变器---电动汽车处于充电状态，通过对三相开关控制盒的控制使电机的3相线圈绕组与外部3相交流供电电源连接，外部3相交流供电电源通过逆变器反向操作控制转换成高压直流电对高压电池进行充电。

16.根据权利要求15所述的电动汽车，其特征在于：高压电池还连接有电池管理系统BMS，电池管理系统BMS与逆变器连接通信。

17.根据权利要求8所述的电动汽车，其特征在于：所述的三相开关控制盒包括3个开关,3个开关可以分别把电机的3相绕组的一端互相断开或者互相短接，3个开关是机械开关实现。

18.根据权利要求17所述的电动汽车，其特征在于：所述3个开关是电磁继电接触器。

19.根据权利要求8所述的电动汽车，其特征在于：所述的三相开关控制盒包括3个开关。3个开关可以分别把电机的3相绕组的一端互相断开或者互相短接，3个开关可以由电子开关实现。

20.根据权利要求19所述的电动汽车，其特征在于：所述的电子开关是IGBT模块，所述的IGBT模块包括6个IGBT组成，每2个IGBT组合成一个开关，每组的2个IGBT发射极连接起来，每组的2个IGBT的集电极一端连接外部1相交流供电电源，另一端的IGBT的集电极与电机3相绕组的引线连接，各IGBT的基极分别引出连接控制信号。

21.根据权利要求13所述的电动汽车，其特征在于：管理控制单元包括变压器、电压传感器、整流电路以及DC-DC电路，变压器连接到外部3相交流供电电源上获取电源信号，电源信号通过电压传感器检测后反馈输出，电源信号通过整流电路以及DC-DC电路输出一路充电唤醒信号到逆变器，输出另一路开关控制信号到三相开关控制盒，逆变器返回开关控制信号到整流电路以及DC-DC电路。