CN112248842A - 电动汽车及其充电控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车及其充电控制系统，其中，充电控制系统包括：动力电池；直流充电插座；双向DC/AC转换器；驱动电机，其定子绕组通过电机控制电路与双向DC/AC转换器的交流端相连，其中，定子绕组呈星型连接，星型连接点通过直流控制开关与直流充电插座的一输入口相连；控制器，用于获取电动汽车的动力系统当前所处的工作模式，并根据工作模式对电机控制电路和直流控制开关进行控制。该充电控制系统将驱动电机、电机控制电路和直流控制开关进行了集成，且根据电动汽车动力系统的工作模式对电机控制电路和直流控制开关进行控制，能够提高集成度，提高核心硬件复用率，且有助于提升充电功率，缩短充电时间。

Description

电动汽车及其充电控制系统
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车的充电控制系统和一种电动汽车。
背景技术
相关技术(例如专利201680027236.1)中，电动汽车的充电控制系统具有直流充电及驱动电机运行的功能，直流充电的时候断开电机接触器，根据直流充电柜需求控制IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的直流端，以调整电动汽车充电口端电容电压；驱动电机运行时则闭合电机接触器，控制三相IGBT的交流端工作，以控制电机输出扭矩。
然而，上述技术具有以下缺陷：
1.集成度较低，硬件(驱动电机、DC/AC转换器、接触器)复用率低；
2.充电功率较小，充电时间较长，直流充电时仅控制一相IGBT工作以给动力电池充电，受限于IGBT、电感的耐压能力、过流能力、散热状况、控制器箱体体积，其允许充电功率较小；
3.不具备容错性，单点故障容易引起系统功能失效，单回路系统中回路上任一节点故障均可能引发系统故障导致功能失效。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电动汽车的充电控制系统，该系统将驱动电机、电机控制电路和直流控制开关进行了集成，且根据电动汽车动力系统的工作模式对电机控制电路和直流控制开关进行控制，能够提高集成度，提高核心硬件复用率，且有助于提升充电功率，缩短充电时间。
本发明的另一个目的在于提出一种电动汽车。
为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电动汽车的充电控制系统，包括：动力电池；直流充电插座，所述直流充电插座用于与直流供电设备相连；双向DC/AC转换器，所述双向DC/AC转换器的直流端与所述动力电池相连；驱动电机，所述驱动电机的定子绕组通过电机控制电路与所述双向DC/AC转换器的交流端相连，其中，所述定子绕组呈星型连接，星型连接点通过直流控制开关与所述直流充电插座的一输入口相连；控制器，所述控制器与所述电机控制电路和所述直流控制开关相连，所述控制器用于获取电动汽车的动力系统当前所处的工作模式，并根据所述工作模式对所述电机控制电路和所述直流控制开关进行控制，其中，所述工作模式包括驱动模式和直流充电模式。
根据本发明实施例的电动汽车的充电控制系统，将驱动电机、电机控制电路和直流控制开关进行了集成，且根据电动汽车动力系统的工作模式对电机控制电路和直流控制开关进行控制，能够提高集成度，提高核心硬件复用率，且有助于提升充电功率，缩短充电时间。
另外，根据本发明上述实施例的电动汽车的充电控制系统还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，电动汽车的充电控制系统，还包括：母线电容，所述母线电容连接在所述双向DC/AC转换器的第一直流端的第一端口和第二端口之间。
根据本发明的一个实施例，所述控制器具体用于：在所述动力系统当前处于驱动模式时，控制所述电机控制电路闭合，并控制所述直流控制开关断开；在所述动力系统当前处于直流充电模式时，控制所述电机控制电路和所述直流控制开关闭合。
根据本发明的一个实施例，电动汽车的充电控制系统，还包括：充放电控制开关，所述充放电控制开关的一端与所述双向DC/AC转换器的直流端的第二端口相连，所述充放电控制开关的另一端与所述动力电池的第二极相连，其中，所述双向DC/AC转换器的直流端的第一端口与所述动力电池的第一极相连；其中，所述控制器还与所述充放电控制开关相连，所述控制器还用于在所述动力系统当前处于驱动模式或直流充电模式时，控制所述充放电控制开关闭合。
根据本发明的一个实施例，电动汽车的充电控制系统，还包括：第一电容，所述第一电容的一端连接在所述直流充电插座的一输入口和所述直流控制开关的一端之间，所述第一电容的另一端分别与所述直流充电插座的另一端和所述动力电池的第二极相连。
根据本发明的一个实施例，所述双向DC/AC转换器采用三相逆变桥，所述电机控制电路包括：第一电机控制开关，所述第一电机控制开关连接在所述驱动电机的V相定子绕组与所述双向DC/AC转换器的B相桥臂的第二中点之间；第二电机控制开关，所述第二电机控制开关连接在所述驱动电机的W相定子绕组与所述双向DC/AC转换器的C相桥臂的第三中点之间；其中，所述驱动电机的U相定子绕组与所述DC/AC转换器的A相桥臂的第一中点连接。
根据本发明的一个实施例，当所述动力系统当前处于直流充电模式时，所述控制器控制所述直流控制开关闭合之后，具体用于：
获取所述动力电池的允许充电功率；如果所述允许充电功率大于第一预设充电功率，则控制所述第一电机控制开关和所述第二电机控制开关均闭合，并根据所述动力电池的电压和所述直流充电插座输入口的需求电压计算需求占空比，以及根据所述需求占空比对所述双向DC/AC转换器中的A、B、C三相桥臂上的开关管进行控制，且任意两相开通的时间相差1/3周期，以使所述第一电容两端的电压与所述需求电压之间的差值小于第一预设差值；
如果所述允许充电功率大于第二预设充电功率且小于或等于所述第一预设充电功率，则控制所述第一电机控制开关或所述第二电机控制开关闭合，并根据所述动力电池的电压和所述直流充电插座输入口的需求电压计算需求占空比，以及根据所述需求占空比对所述双向DC/AC转换器中的A相桥臂和B相或C相桥臂上的开关管进行控制，且两相开通的时间相差1/2周期，以使所述第一电容两端的电压与所述需求电压之间的差值小于第一预设差值；
如果所述允许充电功率小于或等于所述第二预设充电功率，则根据所述动力电池的电压和所述直流充电插座输入口的需求电压计算需求占空比，以及根据所述需求占空比对A相桥臂上的开关管进行控制，以使所述第一电容两端的电压与所述需求电压之间的差值小于第一预设差值，其中，所述第一电机控制开关和所述第二电机控制开关均断开。
根据本发明的一个实施例，所述控制器还用于：在所述允许充电功率发生改变，需要改变直流充电工作回路的数量时，向所述直流供电设备发送电流调节指令，以使所述直流供电设备调整输入电流，并在所述直流供电设备的输入电流小于预设电流时，通过所述电机控制电路改变直流充电工作回路的数量。
根据本发明的一个实施例，所述控制器包括电压环PI调节器和电流环PI调节器，所述控制器在计算所述需求占空比时，具体用于：根据所述动力电池的电压和所述第一电容两端的初始电压计算初始占空比；将所述需求电压和所述第一电容两端的实时电压输入至所述电压环PI调节器，以使所述电压环PI调节器根据所述需求电压和所述第一电容两端的实时电压计算得到第一输出值；将所述第一输出值和所述直流供电设备的输入电流输入至所述电流环PI调节器，以使所述电流环PI调节器根据所述第一输出值和所述输入电流计算得到第二输出值；根据所述第二输出值和所述初始占空比计算所述需求占空比。
根据本发明的一个实施例，电动汽车的充电控制系统，还包括：电流采集单元，所述电流采集电路用于采集所述定子绕组的U、V、W三相电流；模数转换单元，所述模数转换单元的输入端与所述电流采集电路的输出端相连，输出端与所述控制器相连，所述模数转换器用于对所述定子绕组的U、V、W三相电流进行模数转换，以得到各相电流对应的数字量；其中，所述控制器还用于在所述动力系统当前处于直流充电模式时，判断各数字量与预设值之间的差值是否小于第二预设差值，并在各数字量与预设值之间的差值小于所述第二预设差值时，判断所述定子绕组的U、V、W三相电流采样正常。
根据本发明的一个实施例，当所述动力系统当前处于直流充电模式时，所述控制器还用于：输出控制所述第一电机控制开关和所述第二电机控制开关的控制信号；获取所述第一电机控制开关和所述第二电机控制开关的回检信号；在根据所述回检信号判断所述第一电机控制开关和/或所述第二电机控制开关能够正常闭合后，控制所述第一电机控制开关和/或所述第二电机控制开关断开；在第一预设时间内根据所述回检信号未判断出所述第一电机控制开关和/或所述第二电机控制开关是否能够正常闭合时，判断所述第一电机控制开关和/或所述第二电机控制开关异常。
根据本发明的一个实施例，当所述动力系统当前处于直流充电模式时，所述控制器还用于：
控制所述直流控制开关闭合；
通过A相桥臂上的开关管控制所述第一电容两端的电压为所述动力电池的电压的3/4，在第二预设时间内，如果所述第一电容两端的电压与所述动力电池的电压的3/4之间的差值小于第三预设差值，且持续第三预设时间，则判断所述A相桥臂上的开关管工作正常；
控制所述第一电机控制开关闭合，通过B相桥臂上的开关管控制所述第一电容两端的电压为所述动力电池的电压的1/4，在所述第二预设时间内，如果所述第一电容两端的电压与所述动力电池的电压的1/4之间的差值小于所述第三预设差值，且持续所述第三预设时间，则判断所述B相桥臂上的开关管工作正常，并控制所述第一电机控制开关断开；
控制所述第二电机控制开关闭合，通过C相桥臂上的开关管控制所述第一电容两端的电压为所述动力电池的电压的3/4，在所述第二预设时间内，如果所述第一电容两端的电压与所述动力电池的电压的3/4之间的差值小于所述第三预设差值，且持续所述第三预设时间，则判断所述C相桥臂上的开关管工作正常，并控制所述第二电机控制开关断开。
根据本发明的一个实施例，所述控制器还用于：根据所述U、V、W三相电流采样、所述电机控制电路和A、B、C三相桥臂上开关管的判断结果，对所述驱动电机的三相回路状态进行判断，并根据判断结果对所述电机控制电路进行控制。
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电动汽车，包括本发明第一方面实施例提出的电动汽车的充电控制系统。
根据本发明实施例的电动汽车，通过本发明实施例的电动汽车的充电控制系统，将驱动电机、电机控制电路和直流控制开关进行了集成，且根据电动汽车动力系统的工作模式对电机控制电路和直流控制开关进行控制，能够提高集成度，提高核心硬件复用率，且有助于提升充电功率，缩短充电时间。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明实施例的电动汽车的充电控制系统的结构框图；
图2是根据本发明一个示例的电动汽车的充电控制系统的结构示意图；
图3是根据本发明一个示例的根据动力系统当前所处的工作模式进行控制的流程图；
图4是根据本发明一个示例的根据动力电池的允许功率选择直流充电工作回路数量的流程图；
图5是根据本发明一个示例的电压环PI调节器和电流环PI调节器的原理方框图；
图6是根据本发明实施例的电动汽车的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的电动汽车及其充电控制系统。
如图1所示，该电动汽车的充电控制系统100包括：动力电池10、直流充电插座20、双向DC/AC转换器30、驱动电机40和控制器50。
其中，直流充电插座20用于与直流供电设备a相连；双向DC/AC转换器30的直流端与动力电池10相连；如图2所示，驱动电机40的定子绕组通过电机控制电路1与双向DC/AC转换器30的交流端相连，其中，定子绕组呈星型连接，星型连接点通过直流控制开关K与直流充电插座20的一输入口相连；控制器50与电机控制电路1和直流控制开关K相连，控制器50用于获取电动汽车的动力系统当前所处的工作模式，并根据工作模式对电机控制电路1和直流控制开关K进行控制，其中，工作模式包括驱动模式和直流充电模式。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，电动汽车的充电控制系统100还可包括母线电容C2，母线电容C2连接在双向DC/AC转换器30的第一直流端的第一端口和第二端口之间。
在一个示例中，控制器50可具体用于：在动力系统当前处于驱动模式时，控制电机控制电路1闭合，并控制直流控制开关K断开；在动力系统当前处于直流充电模式时，控制电机控制电路1和直流控制开关K闭合。
进一步地，参照图2，电动汽车的充电控制系统100还可包括充放电控制开关K3，其一端与双向DC/AC转换器30的直流端的第二端口相连，另一端与动力电池10的第二极相连，其中，双向DC/AC转换器30的直流端的第一端口与动力电池10的第一极相连；其中，控制器50还与充放电控制开关K3相连，控制器50还用于在动力系统当前处于驱动模式或直流充电模式时，控制充放电控制开关K3闭合。
具体而言，如图3所示，可在电动汽车的充电控制系统100得电后，默认为空模式，在电动汽车的动力系统进入驱动模式或者直流充电模式之前均保持空模式，在空模式期间，可首先判断动力系统是否接收到启动命令报文，如果未接收到启动命令报文，则判断是否接收到直流充电命令报文，在接收到直流充电命令报文时，电动汽车的动力系统进入直流充电模式，进而控制器50在获取到电动汽车的动力系统当前处于直流充电模式，即动力电池10需要直流充电时，控制电机控制电路1和直流控制开关K均闭合，控制充放电控制开关K3闭合，以使直流供电设备a通过驱动电机40和双向DC/AC转换器30给动力电池10充电，其中，驱动电机40的至少一个定子绕组可相当于电感来存储能量，在驱动电机40的三相定子绕组均工作时，可提高充电功率，双向DC/AC转换器30相当于直流转换器，将直流电压升压或者降压后给动力电池10充电，增大直流充电电压范围。
其中，参照图2，动力电池10的第一极可为正极，动力电池10的第二极可为负极。
可选地，该电动汽车的充电控制系统100还可包括BMS(Battery ManagementSystem，电池管理系统)和旋转变压器，当BMS监测到动力电池10需要充电时，发送充电命令至控制器50，直流供电设备a可以是直流充电柜、充电桩等，直流控制开关K可以是常开的直流接触器，可在控制器50中设置与直流接触器对应的线圈，可通过控制线圈通电来控制直流接触器闭合。
参照图3，如果电动汽车的动力系统接收到启动命令报文，则控制该系统进入驱动模式，进而在控制器50获取到电动汽车的动力系统处于驱动模式时，且可在系统100高压上电后，控制器50控制电机控制电路1闭合，控制直流控制开关K(直流接触器)断开，控制充放电控制开关K3闭合，以使动力电池10的输出的直流电经过母线电容C2消除其中的谐波分量，然后经过双向DC/AC转换器30逆变为交流电提供给驱动电机40，同时，可通过旋转变压器根据解码技术获取驱动电机40的转子位置，并发送至控制器50，控制器50可根据转子的当前位置与驾驶员的需求(目标输出扭矩)通过SVPWM(SpaceVectorPulseWidthModulation，空间矢量脉宽调制)技术控制双向DC/AC转换器30，以通过双向DC/AC转换器30控制驱动电机40的输出扭矩。
本发明实施例的电动汽车的动力系统，将驱动电机、电机控制电路和直流控制开关进行了集成，且根据电动汽车动力系统的工作模式对电机控制电路和直流控制开关进行控制，能够提高集成度，提高核心硬件复用率，提升充电功率，缩短充电时间。
在本发明的一个示例中，参照图2，电动汽车的充电控制系统100还可包括第一电容C1，第一电容C1的一端连接在直流充电插座20的一输入口和直流控制开关K的一端之间，第一电容C1的另一端分别与直流充电插座20的另一端和动力电池10的第二极相连。
具体而言，在进行直流充电时，控制器50可根据直流供电设备a的需求电压调整第一电容C1两端的电压，以通过第一电容C1给动力电池10充电。
在本发明的一个示例中，参照图2，双向DC/AC转换器30可采用三相逆变桥，可以是三相IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)逆变桥，电机控制电路1可包括：第一电机控制开关K1和第二电机控制开关K2。
其中，第一电机控制开关K1连接在驱动电机40的V相定子绕组与双向DC/AC转换器30的B相桥臂的第二中点之间；第二电机控制开关K2连接在驱动电机40的W相定子绕组与双向DC/AC转换器30的C相桥臂的第三中点之间；其中，驱动电机40的U相定子绕组与双向DC/AC转换器30的A相桥臂的第一中点连接。
进一步地，如图4所示，当动力系统当前处于直流充电模式时，控制器50控制直流控制开关K闭合之后，具体可用于：
获取动力电池10的允许充电功率；如果允许充电功率大于第一预设充电功率，则控制第一电机控制开关K1和第二电机控制开关K2均闭合，并根据动力电池10的电压和直流充电插座20输入口的需求电压计算需求占空比，以及根据需求占空比对双向DC/AC转换器30中的A、B、C三相桥臂上的开关管(IGBT管)进行控制，且任意两相开通的时间相差1/3周期，以使第一电容C1两端的电压与需求电压之间的差值小于第一预设差值；如果允许充电功率大于第二预设充电功率且小于或等于第一预设充电功率，则控制第一电机控制开关K1或第二电机控制开关K2闭合，并根据动力电池10的电压和直流充电插座20输入口的需求电压计算需求占空比，以及根据需求占空比对双向DC/AC转换器30中的A相桥臂和B相或C相桥臂上的开关管(IGBT管)进行控制，且两相开通的时间相差1/2周期，以使第一电容C1两端的电压与需求电压之间的差值小于第一预设差值；如果允许充电功率小于或等于第二预设充电功率，则根据动力电池10的电压和直流充电插座20输入口的需求电压计算需求占空比，以及根据需求占空比对A相桥臂上的开关管(IGBT管)进行控制，以使第一电容C1两端的电压与需求电压之间的差值小于第一预设差值，其中，第一电机控制开关K1和第二电机控制开关K2均断开。
更进一步地，在允许充电功率发生改变，需要改变直流充电工作回路的数量时，向直流供电设备a发送电流调节指令，以使直流供电设备a调整输入电流，并在直流供电设备a的输入电流小于预设电流时，通过电机控制电路1改变直流充电工作回路的数量。
具体地，在电动汽车的动力系统处于驱动模式时，控制器50可控制第一电机控制开关K1和/或第二电机控制开关K2闭合，并通过控制IGBT管的开通和关断来产生驱动信号，以控制驱动电机40运行；在电动汽车的动力系统当前处于直流充电模式时，如果允许直流充电，则可在控制器50控制直流控制开关K闭合之后，获取动力电池10的允许充电功率，以根据允许充电功率与第一预设充电功率、第二预设充电功率的大小关系确定直流充电工作回路的数量。
在该示例中，如果允许直流充电，则控制器50可通过BMS发送的直流充电命令报文获取直流供电设备a(直流充电柜)的最大输出功率和直流充电插座20输入口的需求电压，并获取动力电池10的最大允许充电功率和直流供电设备a的最大输出功率两者中其小值得到动力电池10的允许充电功率。
其中，第一预设充电功率可以为动力电池10最大允许充电功率的三分之二，第二预设充电功率可以为动力电池10最大允许充电功率的三分之一。
具体而言，如果动力电池10的允许充电功率大于动力电池10的最大充电功率的三分之二，则说明此时需要大功率充电，为提升充电效率，则控制直流充电的三相回路均工作，若只有两相回路状态正常，则控制该状态正常的两相回路工作；如果动力电池10的允许充电功率大于最大充电功率的三分之一且小于或等于最大充电功率的三分之二，则说明此时系统需求充电功率较大，为提升充电效率，减小IGBT管的开关损耗，控制直流充电的两相回路工作，若只有一相回路状态正常，则仅控制该状态正常的回路工作；如果允许充电功率小于或等于最大充电功率的三分之一，则说明此时系统需求充电功率较小，此时用两相或者三相回路同时工作时，充电效率相对较低，因此为提升充电效率，仅使用直流充电工作回路的一相工作即可。
需要说明的是，在需要两相回路工作时，优先控制U相和V相、U相和W相工作，其次才控制V相和W相；在仅需一相回路工作时，优先控制U相工作，其次才控制V相、W相。由此，能够减少第一电机开关和第二电机开关的使用率，增长其寿命。
可以理解的是，在直流充电的三相回路均工作时，其输出能力为常规单向回路的三倍，相应的充电时间为常规单相回路的三分之一；在直流充电回路工作两相时，其输出能力为常规单相半桥升降压电路的两倍。
总的来说，在该示例中，根据动力电池10的允许充电功率确定直流充电工作回路的数量。因而，在允许充电功率发生改变时，需要改变直流充电工作回路的数量，为了能够进行平稳地切换直流充电工作的回路，降低直流供电设备a(直流充电柜)的输入电流，又考虑到部分直流供电设备a在小电流或0电流时可能出现控制不稳定的现象，所以先降低直流供电设备a的输入电流，在直流供电设备a的输入电流小于预设电流(5A)时，通过电机控制电路1改变直流充电工作回路的数量。
可选地，还可以根据动力电池的允许充电电流来确定直流充电工作回路的数量。
由此，能够提升电动汽车的充电功率，避免重新选择耐压过流能力较强的双向DC/AC转换器，最大程度的保障充电效率，大大提升系统容错性；在允许充电功率发生改变时，能够进行平稳地切换直流充电工作的回路，提升了充电控制系统的可靠性、稳定性。
在本发明的一个示例中，参照图2，控制器50可包括电压环PI(ProportionIntegral，比例积分)调节器51和电流环PI调节器52，如图5所示，控制器50在计算需求占空比时，具体用于：根据动力电池10的电压和第一电容C1两端的初始电压计算初始占空比(IGBT下桥的占空比)；将需求电压Uref和第一电容C1两端的实时电压Ufb输入至电压环PI调节51，以使电压环PI调节器51根据需求电压Uref和第一电容C1两端的实时电压Ufb计算得到第一输出值UdcOut；将第一输出值UdcOut和直流供电设备a的输入电流Ifb输入至电流环PI调节器52，以使电流环PI调节器52根据第一输出值UdcOut和输入电流Ifb计算得到第二输出值IdcOut；根据第二输出值和初始占空比计算需求占空比。
具体地，初始占空比即为动力电池10的电压经直流斩波得到第一电容C1两端的初始电压所需要的占空比，当动力系统当前处于直流充电模式时，通常在开波前动力电池10的电压很高，而第一电容C1两端的电压很低，进而此时的初始占空比很高，为了控制第一电容C1两端的电压逐渐升高，需逐渐减小占空比至需求占空比(IGBT下桥的占空比)。
具体而言，参照图6，可将需求电压Uref和第一电容C1两端的实时电压Ufb作差后经过比例调节(调节比例系数Kp)和积分调节(调节积分系数Ki)后得到第一输出值UdcOut；可将第一输出值UdcOut和直流供电设备a的输入电流Ifb(反馈电流)作差后经过比例调节和积分调节后得到第二输出值IdcOut；根据第二输出值IdcOut和初始占空比计算得到需求占空比，进而跟据需求占空比分别对三相桥臂上的IGBT管进行控制，以使动力电池10的电压经过直流斩波得到第一电容C1两端的电压。
由此，根据直流供电设备的需求电压控制第一电容两端的电压，能够通过电压环PI调节器和电流环PI调节器使第一电容两端的电压在直流供电设备的输入电流发生变化时依然能够保持稳定。
在本发明的一个示例中，参照图2，电动汽车的充电控制系统100还可包括：电流采集单元60和模数转换单元70。
其中，电流采集单元60用于采集定子绕组的U、V、W三相电流；模数转换单元70的输入端与电流采集单元60的输出端相连，输出端与控制器50相连，模数转换单元70用于对定子绕组的U、V、W三相电流进行模数转换，以得到各相电流对应的数字量：其中，控制器50还用于在动力系统当前处于直流充电模式时，判断各数字量与预设值之间的差值是否小于第二预设差值，并在各数字量与预设值之间的差值小于第二预设差值时，判断定子绕组的U、V、W三相电流采样正常。
具体地，U、V、W三相电流值I和与其对应的AD值(预设值)之间的对应关系可为(-Imin—Imax)～(ADmin—ADmax)，且可根据该对应关系得到电流为0时对应的预设AD值，进而得到其他电流值对应的预设AD值。
具体而言，在进入直流充电模式后，根据该对应关系和预设值判断U、V、W三相电流对应的AD值(分别对应图2中采样点1、2、3)与预设值的偏差是否小于第二预设差值。例如，如果设置U、V、W三相电流的范围为-200A-200A对应的AD值为410-3686(预设值)，第二预设差值(可根据实际情况设置)为10，则未启动充电、无电流输入时AD值为2048，根据第二预设差值可得该AD值的正常范围应为1966-2130，因此，电流为10A对应的AD值范围可为1966+82至2130+82，即2048-2212，若电流采集单元60采集到的U、V、W三相电流10A经模数转换单元70转换后的AD值为2100，其在2048-2212范围内，则判断出定子绕组的U、V、W三相电流采样正常，即电流采集单元60和模数转换单元70工作正常，若经转换后的AD值为2300，即不在2048-2212范围内，判断出定子绕组的U、V、W三相电流采样异常。
由此，能够在电动汽车的动力系统当前处于直流充电模式时，根据模数转换单元输出的数字量与预设值判断定子绕组的U、V、W三相电流采样是否正常。
在本发明的一个示例中，当动力系统当前处于直流充电模式时，控制器50还可用于：输出控制第一电机控制开关K1和第二电机控制开关K2的控制信号；获取第一电机控制开关K1和第二电机控制开关K2的回检信号；在根据回检信号判断第一电机控制开关K1和/或第二电机控制开关K2能够正常闭合后，控制第一电机控制开关K1和/或第二电机控制开关K2断开；在第一预设时间内根据回检信号未判断出第一电机控制开关K1和/或第二电机控制开关K2是否能够正常闭合时，判断第一电机控制开关K1和/或第二电机控制开关K2异常。
具体地，第一电机控制开关K1和第二电机控制开关K2可均为电机接触器，电机接触器的默认初始状态可为断开状态，在动力系统进入直流充电模式时，首先均控制V、W相电机接触器闭合，然后检测电机接触器回检信号输入输出口电平(对应图2中回检点4、5)，若回检信号表示闭合，则说明电机接触器能正常闭合，该相电机接触器状态记为正常0，否则，若在第一预设时间(500ms)内未检测到该相电机接触器闭合则记该相电机接触器状态异常1；可以理解的是，由于U相未连接电机接触器，故其状态恒为正常0。检测完成后，断开电机接触器，恢复初始状态。
可选地，控制器50还可以包括电流传感器，可通过电流传感器检测电极接触器的回检信号，该电流传感器可以与电机接触器串联连接，当电流传感器检测到电流大于0时，可判断电机接触器处于闭合状态；当电流传感器检测到电流等于0或者检测不到电流时，可判断电机传感器处于断开状态。
由此，能够判断第一电机控制开关和第二电机控制开关是否异常，以进行相应的控制，提升系统可靠性。
在本发明的一个示例中，当动力系统当前处于直流充电模式时，控制器50还可用于：
控制直流控制开关K闭合；通过A相桥臂上的开关管(IGBT管)控制第一电容C1两端的电压为动力电池10的电压的3/4，在第二预设时间内，如果第一电容C1两端的电压与动力电池10的电压的3/4之间的差值小于第三预设差值，且持续第三预设时间，则判断A相桥臂上的开关管(IGBT管)工作正常；控制第一电机控制开关K1闭合，通过B相桥臂上的开关管(IGBT管)控制第一电容C1两端的电压为动力电池10的电压的1/4，在第二预设时间内，如果第一电容C1两端的电压与动力电池10的电压的1/4之间的差值小于第三预设差值，且持续第三预设时间，则判断B相桥臂上的开关管(IGBT管)工作正常，并控制第一电机控制开关K1断开；控制第二电机控制开关K2闭合，通过C相桥臂上的开关管(IGBT管)控制第一电容C1两端的电压为动力电池10的电压的3/4，在第二预设时间内，如果第一电容C1两端的电压与动力电池10的电压的3/4之间的差值小于第三预设差值，且持续第三预设时间，则判断C相桥臂上的开关管(IGBT管)工作正常，并控制第二电机控制开关K2断开。
优选地，第三预设差值可以为20V，第三预设时间可以为500ms。该示例中，IGBT管工作正常计为0，IGBT管工作异常计为1。由此，实现对IGBT管状态的判断。
在本发明的一个示例中，控制器50还可用于：根据U、V、W三相电流采样、电机控制电路1和A、B、C三相桥臂上开关管的判断结果，对驱动电机40的三相回路状态进行判断，并根据判断结果对电机控制电路1进行控制。
具体而言，可计U、V、W三相电流采样的状态分别为U0、V0、W0，电机控制电路1的状态分别为U1、V1、W1，IGBT管的状态分别为U2、V2、W2，且每一相正常计为0、异常计为1，每一相的三种状态取或条件为异常，即若U0||U1||U2为1，则说明U相回路异常，若U0||U1||U2为0，则说明U相回路正常；若V0||V1||V2为1，则说明V相回路异常，若V0||V1||V2为0，则说明V相回路正常；若W0||W1||W2为1，则说明W相回路异常，若W0||W1||W2为0，则说明W相回路正常。若仅有一相回路正常，则控制器50通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)发送功率受限状态及限制电流值至直流供电设备a，以提示直流供电设备a限制输入电流。
综上所述，本发明实施例的电动汽车的充电控制系统，将驱动电机、电机控制电路和直流控制开关进行了集成，且根据电动汽车动力系统的工作模式对电机控制电路和直流控制开关进行控制，能够提高集成度，提高核心硬件复用率，提升电动汽车充电功率，缩短充电时间，无需重新选择耐压过流能力更强的转换器；能够判断U、V、W三相电流采样、电机控制电路和A、B、C三相桥臂上IGBT管的状态是正常，容错性高，使系统在单点或多点故障的情况下仍正常工作；能够进行平稳地切换直流充电工作的回路，提升了充电控制系统的可靠性、稳定性。
图6是根据本发明实施例的电动汽车的结构框图。
如图6所示，该电动汽车1000包括本发明上述实施例的电动汽车的充电控制系统100。
本发明实施例的电动汽车，通过本发明实施例的电动汽车的充电控制系统，将驱动电机、电机控制电路和直流控制开关进行了集成，且根据电动汽车动力系统的工作模式对电机控制电路和直流控制开关进行控制，能够提高集成度，提高核心硬件复用率，提升充电功率，缩短充电时间，且容错性高。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (14)

1.一种电动汽车的充电控制系统，其特征在于，包括：
动力电池；
直流充电插座，所述直流充电插座用于与直流供电设备相连；
双向DC/AC转换器，所述双向DC/AC转换器的直流端与所述动力电池相连；
驱动电机，所述驱动电机的定子绕组通过电机控制电路与所述双向DC/AC转换器的交流端相连，其中，所述定子绕组呈星型连接，星型连接点通过直流控制开关与所述直流充电插座的一输入口相连；
控制器，所述控制器与所述电机控制电路和所述直流控制开关相连，所述控制器用于获取电动汽车的动力系统当前所处的工作模式，并根据所述工作模式对所述电机控制电路和所述直流控制开关进行控制，其中，所述工作模式包括驱动模式和直流充电模式。
2.如权利要求1所述的电动汽车的充电控制系统，其特征在于，还包括：
母线电容，所述母线电容连接在所述双向DC/AC转换器的第一直流端的第一端口和第二端口之间。
3.如权利要求2所述的电动汽车的充电控制系统，其特征在于，所述控制器具体用于：
在所述动力系统当前处于驱动模式时，控制所述电机控制电路闭合，并控制所述直流控制开关断开；
在所述动力系统当前处于直流充电模式时，控制所述电机控制电路和所述直流控制开关闭合。
4.如权利要求3所述的电动汽车的充电控制系统，其特征在于，还包括：
充放电控制开关，所述充放电控制开关的一端与所述双向DC/AC转换器的直流端的第二端口相连，所述充放电控制开关的另一端与所述动力电池的第二极相连，其中，所述双向DC/AC转换器的直流端的第一端口与所述动力电池的第一极相连；
其中，所述控制器还与所述充放电控制开关相连，所述控制器还用于在所述动力系统当前处于驱动模式或直流充电模式时，控制所述充放电控制开关闭合。
5.如权利要求3所述的电动汽车的充电控制系统，其特征在于，还包括：
第一电容，所述第一电容的一端连接在所述直流充电插座的一输入口和所述直流控制开关的一端之间，所述第一电容的另一端分别与所述直流充电插座的另一端和所述动力电池的第二极相连。
6.如权利要求5所述的电动汽车的充电控制系统，其特征在于，所述双向DC/AC转换器采用三相逆变桥，所述电机控制电路包括：
第一电机控制开关，所述第一电机控制开关连接在所述驱动电机的V相定子绕组与所述DC/AC转换器的B相桥臂的第二中点之间；
第二电机控制开关，所述第二电机控制开关连接在所述驱动电机的W相定子绕组与所述DC/AC转换器的C相桥臂的第三中点之间；
其中，所述驱动电机的U相定子绕组与所述DC/AC转换器的A相桥臂的第一中点连接。
7.如权利要求6所述的电动汽车的充电控制系统，其特征在于，当所述动力系统当前处于直流充电模式时，所述控制器控制所述直流控制开关闭合之后，具体用于：
获取所述动力电池的允许充电功率；
如果所述允许充电功率大于第一预设充电功率，则控制所述第一电机控制开关和所述第二电机控制开关均闭合，并根据所述动力电池的电压和所述直流充放电插座输入口的需求电压计算需求占空比，以及根据所述需求占空比对所述双向DC/AC转换器中的A、B、C三相桥臂上的开关管进行控制，且任意两相开通的时间相差1/3周期，以使所述第一电容两端的电压与所述需求电压之间的差值小于第一预设差值；
如果所述允许充电功率大于第二预设充电功率且小于或等于所述第一预设充电功率，则控制所述第一电机控制开关或所述第二电机控制开关闭合，并根据所述动力电池的电压和所述直流充电插座输入口的需求电压计算需求占空比，以及根据所述需求占空比对所述双向DC/AC转换器中的A相桥臂和B相或C相桥臂上的开关管进行控制，且两相开通的时间相差1/2周期，以使所述第一电容两端的电压与所述需求电压之间的差值小于第一预设差值；
如果所述允许充电功率小于或等于所述第二预设充电功率，则根据所述动力电池的电压和所述直流充放电插座输入口的需求电压计算需求占空比，以及根据所述需求占空比对A相桥臂上的开关管进行控制，以使所述第一电容两端的电压与所述需求电压之间的差值小于第一预设差值，其中，所述第一电机控制开关和所述第二电机控制开关均断开。
8.如权利要求7所述的电动汽车的充电控制系统，其特征在于，所述控制器还用于：
在所述允许充电功率发生改变，需要改变直流充电工作回路的数量时，向所述直流供电设备发送电流调节指令，以使所述直流供电设备调整输入电流，并在所述直流供电设备的输入电流小于预设电流时，通过所述电机控制电路改变直流充电工作回路的数量。
9.如权利要求7所述的电动汽车的充电控制系统，其特征在于，所述控制器包括电压环PI调节器和电流环PI调节器，所述控制器在计算所述需求占空比时，具体用于：
根据所述动力电池的电压和所述第一电容两端的初始电压计算初始占空比；
将所述需求电压和所述第一电容两端的实时电压输入至所述电压环PI调节器，以使所述电压环PI调节器根据所述需求电压和所述第一电容两端的实时电压计算得到第一输出值；
将所述第一输出值和所述直流供电设备的输入电流输入至所述电流环PI调节器，以使所述电流环PI调节器根据所述第一输出值和所述输入电流计算得到第二输出值；
根据所述第二输出值和所述初始占空比计算所述需求占空比。
10.如权利要求6所述的电动汽车的充电控制系统，其特征在于，还包括：
电流采集单元，所述电流采集单元用于采集所述定子绕组的U、V、W三相电流；
模数转换单元，所述模数转换单元的输入端与所述电流采集单元的输出端相连，输出端与所述控制器相连，所述模数转换单元用于对所述定子绕组的U、V、W三相电流进行模数转换，以得到各相电流对应的数字量；
其中，所述控制器还用于在所述动力系统当前处于直流充电模式时，判断各数字量与预设值之间的差值是否小于第二预设差值，并在各数字量与预设值之间的差值小于所述第二预设差值时，判断所述定子绕组的U、V、W三相电流采样正常。
11.如权利要求10所述的电动汽车的充电控制系统，其特征在于，当所述动力系统当前处于直流充电模式时，所述控制器还用于：
输出控制所述第一电机控制开关和所述第二电机控制开关的控制信号；
获取所述第一电机控制开关和所述第二电机控制开关的回检信号；
在根据所述回检信号判断所述第一电机控制开关和/或所述第二电机控制开关能够正常闭合后，控制所述第一电机控制开关和/或所述第二电机控制开关断开；
在第一预设时间内根据所述回检信号未判断出所述第一电机控制开关和/或所述第二电机控制开关是否能够正常闭合时，判断所述第一电机控制开关和/或所述第二电机控制开关异常。
12.如权利要求11所述的电动汽车的充电控制系统，其特征在于，当所述动力系统当前处于直流充电模式时，所述控制器还用于：
控制所述直流控制开关闭合；
通过A相桥臂上的开关管控制所述第一电容两端的电压为所述动力电池的电压的3/4，在第二预设时间内，如果所述第一电容两端的电压与所述动力电池的电压的3/4之间的差值小于第三预设差值，且持续第三预设时间，则判断所述A相桥臂上的开关管工作正常；
控制所述第一电机控制开关闭合，通过B相桥臂上的开关管控制所述第一电容两端的电压为所述动力电池的电压的1/4，在所述第二预设时间内，如果所述第一电容两端的电压与所述动力电池的电压的1/4之间的差值小于所述第三预设差值，且持续所述第三预设时间，则判断所述B相桥臂上的开关管工作正常，并控制所述第一电机控制开关断开；
控制所述第二电机控制开关闭合，通过C相桥臂上的开关管控制所述第一电容两端的电压为所述动力电池的电压的3/4，在所述第二预设时间内，如果所述第一电容两端的电压与所述动力电池的电压的3/4之间的差值小于所述第三预设差值，且持续所述第三预设时间，则判断所述C相桥臂上的开关管工作正常，并控制所述第二电机控制开关断开。
13.如权利要求12所述的电动汽车的充电控制系统，其特征在于，所述控制器还用于：
根据所述U、V、W三相电流采样、所述电机控制电路和A、B、C三相桥臂上开关管的判断结果，对所述驱动电机的三相回路状态进行判断，并根据判断结果对所述电机控制电路进行控制。
14.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1-13中任一项所述的电动汽车的充电控制系统。
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