CN112277671B - 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；交流充电插座；直流充电插座；双向DC/AC转换器；驱动电机，驱动电机的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，并根据工作模式对充放电控制电路、电机控制电路和直流控制开关进行控制。该系统将驱动电机、电机控制电路和交、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进行控制，能够兼容直流、单相交流、三相交流三种充电模式，集成度高，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
目前，双向逆变充放电式电机控制器(VTOG控制器)具有单相、三相交流充电及驱动电机运行的功能，充电的时候断开电机接触器，根据电网供电制式选择闭合交流单相或者三相充电接触器并决定DC/AC转换器的工作模式是否升压，驱动的时候则闭合电机接触器断开交流接触器。其特点是交流充电可适应单、三相充电；充电和驱动共用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)三相逆变桥，提高了硬件利用率。
然而，上述技术具有以下缺限：
1.集成度较低，对硬件(驱动电机、DC/AC转换器、接触器)的复用率低；
2.充电功率较小，充电时间较长，受国标限制，单相充电口交流输入功率不超过43.47KW(230*63*3/1000)。
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、电机控制电路和交、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充放电控制电路、电机控制电路和直流控制开关进行控制，能够兼容直流、单相交流、三相交流三种充电模式，集成度高，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；交流充电插座，所述交流充电插座用于与交流供电设备相连；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转换器的交流端通过充放电控制电路与所述交流充电插座的输入口相连，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，所述控制器与所述充放电控制电路、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充放电控制电路、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、交流充电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、电机控制电路和交、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充放电控制电路、电机控制电路和直流控制开关进行控制，能够兼容直流、单相交流、三相交流三种充电模式，集成度高，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，所述充放电控制电路包括三相支路和单相支路，所述三相支路用于实现三相充放电，所述单相支路用于实现单相充放电。
根据本发明的一个实施例，所述控制器具体用于：在所述动力系统工作在所述交流充电模式时，根据所述交流供电设备的第一相电压至第三相电压的有效值判断所述交流供电设备为单相电源或三相电源，并根据判断结果对所述单相支路或所述三相支路进行控制。
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，电动汽车的充电控制系统，还包括：驱动控制开关，所述驱动控制开关的一端与所述双向DC/AC转换器的直流端的第一端口相连，所述驱动控制开关的另一端与所述动力电池的第一极相连；双向DC/DC转换器，所述双向DC/DC转换器的第一直流端的第一端口与所述动力电池的第一极相连，所述双向DC/DC转换器的第一直流端的第二端口与所述动力电池的第二极相连，所述双向DC/DC转换器的第二直流端的第一端口与所述双向DC/AC转换器的直流端的第一端口相连，所述双向DC/DC转换器的第二直流端的第二端口与所述双向DC/AC转换器的直流端的第二端口相连，其中，所述双向DC/DC转换器的第一直流端的第二端口与所述双向DC/DC转换器的第二直流端的第二端口共用一个端口；其中，所述控制器还与所述驱动控制开关相连，所述控制器还用于根据所述动力系统所处的工作模式对所述驱动控制开关进行控制。
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，控制所述驱动控制开关闭合以关闭所述双向DC/DC转换器，并控制所述电机控制电路闭合，以及控制所述直流控制开关和所述充放电控制电路断开；在所述动力系统当前处于交流充电模式时，控制所述驱动控制开关断开以启动所述双向DC/DC模块，并控制所述充放电控制电路闭合，以及控制所述电机控制电路断开；在所述动力系统当前处于直流充电模式时，控制所述驱动控制开关断开以启动所述双向DC/DC模块，并控制所述电机控制电路和所述直流控制开关闭合，以及控制所述充放电控制电路断开。
根据本发明的一个实施例，电动汽车的充电控制系统，其特征在于，还包括：充电控制开关，所述充电控制开关的一端与所述动力电池的第一极相连，所述充电控制开关的另一端与所述双向DC/DC转换器的第一直流端的第一端口相连；其中，所述控制器还与所述充电控制开关相连，并在所述动力系统启动时控制所述充电控制开关闭合。
根据本发明的一个实施例，所述双向DC/DC转换器包括：串联连接的第一开关管和第二开关管，所述串联连接的第一开关管和第二开关管连接在所述双向DC/DC转换器的第二直流端的第一端口和第二端口之间，所述第一开关管和第二开关管受所述控制器控制，其中，所述第一开关管和第二开关管之间具有第一节点；第一电感，所述第一电感的一端与所述第一节点相连，所述第一电感的另一端与所述动力电池的第一极相连；第一电容，所述第一电容的一端与所述第一电感的另一端相连，所述第一电容的另一端与所述动力电池的第二极相连。
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：串联连接的第二电容和第三电容，所述串联连接的第二电容和第三电容连接在所述双向DC/DC转换器的第二直流端的第一端口和第二端口之间，其中，所述第二电容和所述第三电容之间具有第二节点；滤波电路，所述滤波电路连接在所述双向DC/AC转换器的交流端和所述充放电控制电路之间；滤波控制电路，所述滤波控制电路的一端与所述第二节点相连，所述滤波控制电路的另一端连接在所述滤波电路与所述充放电控制电路之间；其中，所述控制器还与所述滤波控制电路相连，所述控制器还用于在所述动力系统当前处于驱动模式或者直流充电模式时，控制所述滤波控制电路断开。
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：串联连接的第一共模电容和第二共模电容，所述串联连接的第一共模电容和第二共模电容连接在所述双向DC/DC转换器的第二直流端的第一端口和第二端口之间，其中，所述第一共模电容和所述第二共模电容之间具有第三节点，所述第三节点接地。
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：预充控制电路，所述预充控制电路与所述充放电控制电路并联，所述预充控制电路用于对所述滤波控制电路中的电容进行预充电。
根据本发明的一个实施例，动汽车的充电控制系统，还包括：第四电容，所述第四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，所述第四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相定子绕组与所述双向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，以使所述第四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，以使所述第四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，以使所述第四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四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四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四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。
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、电机控制电路和交、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充放电控制电路、电机控制电路和直流控制开关进行控制，能够兼容直流、单相交流、三相交流三种充电模式，集成度高，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是根据本发明另一个示例的电动汽车的充电控制系统的结构示意图；
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是根据本发明一个示例的控制器的结构框图；
图7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。
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；
如图1所示，该充电控制系统100包括：动力电池10、交流充电插座20、直流充电插座30、双向DC/AC转换器40、驱动电机50和控制器60。
其中，交流充电插座20与交流供电设备a相连；直流充电插座30与直流供电设备b相连；双向DC/AC转换器40的交流端通过充放电控制电路1与交流充电插座20的输入口相连，双向DC/AC转换器40的直流端与动力电池10相连；驱动电机50的定子绕组通过电机控制电路2与双向DC/AC转换器40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K1与直流充电插座30的一输入口相连；控制器60与充放电控制电路1、电机控制电路2和直流控制开关K1相连，用于获取电动汽车的动力系统当前所处的工作模式，并根据工作模式对充放电控制电路1、电机控制电路2和直流控制开关K1进行控制，其中，工作模式包括驱动模式、交流充电模式和直流充电模式。
在一个实施例中，充放电控制电路1包括三相支路和单相支路，三相支路用于实现三相充放电，单相支路用于实现单相充放电。
在一个示例中，控制器60可具体用于：在动力系统工作在交流充电模式时，根据交流供电设备a的第一相电压至第三相电压的有效值判断交流供电设备a为单相电源或三相电源，并根据判断结果对单相支路或三相支路进行控制。
具体而言，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、交流充电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，则判断是否接收到交流充电命令报文，如果接收到交流充电命令报文，则电动汽车的动力系统进入交流充电模式，进而控制器60获取到电动汽车的动力系统当前处于交流充电模式，即动力电池10需要交流充电，紧接着获取交流供电设备a的第一相电压至第三相电压的有效值，并根据获取到的有效值判断交流供电设备a为单相电源或三相电源，例如，若第一相电压至第二相电压的有效值均大于第一预设值，则交流供电设备a为三相电源，进而可控制充放电控制电路1中的三相支路工作，以进行三相充放电，此时，交流供电设备a可以为三相交流充电桩；若控制器60检测到仅第一相电压的有效值大于第一预设值，则交流供电设备a为单相电源，进而可控制充放电控制电路1中的单相支路工作，以进行单相充放电，此时，交流供电设备a可以为单相交流充电桩。
可以理解的是，交流供电设备a输出的交流电经双向DC/AC转换器40逆变为直流电后充电给动力电池10，即双向DC/AC转换器40起逆变作用。
也就是说，首先判断是否接收到启动命令报文，如果接收到启动命令报文，则动力系统进入驱动模式；如果未接收到启动命令报文，则判断是否接收到交流充电命令报文，若未接收到交流充电命令报文，则判断是否接收到直流充电命令报文，如果接收到直流充电命令报文，则动力系统进入直流充电模式，进而进行后续控制。在该实施例中，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。
本发明实施例的电动汽车的动力系统，将驱动电机、电机控制电路和交、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充放电控制电路、电机控制电路和直流控制开关进行控制，能够兼容直流、单相交流、三相交流三种充电模式，集成度高，有助于提升充电功率，缩短充电时间。
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C0，母线电容C0连接在双向DC/AC转换器40的第一直流端的第一端口和第二端口之间。
在一个示例中，如图3所示，电动汽车的充电控制系统100还可包括驱动控制开关K2和双向DC/DC转换器70。
其中，驱动控制开关K2的一端与双向DC/DC转换器70的第一直流端的第一端口相连，驱动控制开关K2的另一端与动力电池10的第一极相连，其中，双向DC/DC转换器70的第一直流端的第一端口与动力电池10的第一极相连，双向DC/DC转换器70的第一直流端的第二端口与动力电池10的第二极相连；双向DC/DC转换器70的第二直流端的第一端口与双向DC/AC转换器40的直流端的第一端口相连，双向DC/DC转换器70的第二直流端的第二端口与双向DC/AC转换器40的直流端的第二端口相连，其中，双向DC/DC转换器70的第一直流端的第二端口与双向DC/DC转换器70的第二直流端的第二端口共用一个端口；控制器60还与驱动控制开关K2相连，控制器60还用于根据动力系统所处的工作模式对驱动控制开关K2进行控制。
在该示例中，参照图3，双向DC/DC转换器70可包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一电感L1和第一电容C1。
其中，第一开关管Q1和第二开关管Q2(均可为IGBT管)串联连接在双向DC/DC转换器70的第二直流端的第一端口和第二端口之间，第一开关管Q1和第二开关管Q2受控制器60控制，其中，第一开关管Q1和第二开关管Q2之间具有第一节点d1；第一电感L1的一端与第一节点d1相连，第一电感L1的另一端与动力电池10的第一极相连；第一电容C1的一端与第一电感L1的另一端相连，第一电容C1的另一端与动力电池10的第二极相连。
进一步地，控制器60具体可用于：在动力系统当前处于驱动模式时，控制驱动控制开关K2闭合以关闭双向DC/DC转换器70，并控制电机控制电路2闭合以接入驱动电机50，以及控制直流控制开关K1和充放电控制电路1断开以移除交流充电插座20和直流充电插座30；在动力系统当前处于交流充电模式时，控制驱动控制开关K2断开以启动双向DC/DC转换器70，并控制充放电控制电路1闭合以接入交流充电插座20，以及控制电机控制电路2断开以移除驱动电机50；在动力系统当前处于直流充电模式时，控制驱动控制开关K2断开以启动双向DC/DC转换器70，并控制电机控制电路2和直流控制开关K1闭合以接入驱动电机50(此时相当于储存能量的电感)和直流充电插座30，以及控制充放电控制电路1断开以移除交流充电插座20。
在一个示例中，参照图3，电动汽车的充电控制系统100还可包括充电控制开关K3，充电控制开关K3的一端与动力电池10的第一极相连，充电控制开关K3的另一端与双向DC/DC转换器70的第一直流端的第一端口相连；其中，控制器60还与充电控制开关K3相连，并在动力系统启动时控制充电控制开关K3闭合。
具体地，在动力系统当前处于驱动模式，即不需给动力电池10充电时，动力电池10输出的直流电经母线电容C0消除其中的谐波分量，然后经过双向DC/AC转换器40逆变为交流电后提供给驱动电机50，同时，可通过旋转变压器根据解码技术获取驱动电机50的转子位置，并发送至控制器60，控制器60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40，以通过双向DC/AC转换器40控制驱动电机50的输出扭矩；在动力系统当前处于交流充电模式，即进行交流充电时，交流供电设备a输出的三相交流电或单相交流电经双向DC/AC转换器40整流为直流电，再经过双向DC/DC转换器70将其母线电压升压处理后给动力电池10充电(仅适用于三相交流充电)，以使交流充电适应更宽的电压范围；在动力系统当前处于直流充电模式，即进行直流充电时，直流供电设备b(直流充电桩)输出的直流电经双向DC/DC转换器70的升压或降压处理后给动力电池10充电。
该示例中，在进行三相交流充电时，在双向DC/DC转换器70中，第一电感L1和第一电容C1对经升压处理后输出的直流电(可能会波动)进行滤波处理，且可以抑制其中的干扰信号，进而使双向DC/DC转换器70输出比较纯净的直流电，将该纯净的直流电给动力电池10充电，从而提高了电压转换效率。
需要说明的是，参照图2，在进行单相交流充电时，充放电控制电路1可控制单相支路开关K4闭合，以进行单相交流充电，另外，充电控制系统还可包括与单相支路开关K4对应的滤波电感L0。具体而言，单相交流电经双向DC/AC转换器40整流后的直流电大小约为325V(计算依据：例如电网电压为230V，230V*1.414＝325.22V)，故一般不需要双向DC/DC转换器70抬升其母线电压，由此，大大降低了硬件成本，缩小了硬件体积，节省了车辆空间，同时可使用民用电进行单相小功率充电，或者使用直流充电进行大功率快速充电。
由此，能够提高集成度，提高核心硬件复用率，降低硬件成本，且充电模式多样化，提升了电动汽车的充电便捷性。
在本发明的一个示例中，参照图3，电动汽车的充电控制系统100还可包括：第二电容C2、第三电容C3、滤波电路80和滤波控制电路90。
其中，第二电容C2和第三电容C3串联连接在双向DC/DC转换器70的第二直流端的第一端口和第二端口之间，其中，第二电容C2和第三电容C3之间具有第二节点d2；滤波电路80连接在双向DC/AC转换器40的交流端和充放电控制电路1之间；滤波控制电路90的一端与第二节点d2相连，滤波控制电路90的另一端连接在滤波电路80与充放电控制电路1之间；其中，控制器60还与滤波控制电路90相连，控制器60还用于在动力系统当前处于驱动模式或者直流充电模式时，控制滤波控制电路90断开。
具体地，参照图3，滤波电路80可包括相同类型的电感L2、L3、L4和电容C5、C6、C7。滤波控制电路90可以由接触器K5组成，需要说明的是，图3中滤波控制电路90位置仅是示意性的，还可设置在其他能够实现对滤波电路80的控制关断的位置。
可以理解的是，通常由于无变压器隔离的逆变和并网系统，普遍存在漏电流大的问题。因此，该系统在直流母线正负端设置第二电容C2和第三电容C3，能有效减小漏电流。第二电容C2和第三电容C3可以是两个同类型电容，即能有效降低了系统在工作时的高频漏电流。
优选地，电动汽车的充电控制系统100还可包括EMI(ElectromagneticInterference，电磁干扰)模块，参照图3，EMI模块可设置在交流充电插座20和充放电控制电路1之间。在进行交流充电时，EMI模块可滤除外界电网的高频脉冲的干扰。
在本发明的一个示例中，电动汽车的充电控制系统100还可包括串联连接的第一共模电容CY1和第二共模电容CY2，其连接在双向DC/DC转换器70的第二直流端的第一端口和第二端口之间，其中，第一共模电容CY1和第二共模电容CY2之间具有第三节点d3，第三节点d3接地GND。通过第一共模电容和第二共模电容抑制共模干扰和共模噪声。
在本发明的一个示例中，电动汽车的充电控制系统100还可包括预充控制电路101，预充控制电路101与充放电控制电路1并联，用于对滤波电路80中的电容C5、C6、C7进行预充电。
具体地，参照图3，预充控制电路101可包括电阻R1、R2、R3和三相预充开关K6。预充控制电路101对滤波控制电路90中的电容进行预充电，以防止电网供电瞬间的近似短路效应。
在本发明的一个示例中，电动汽车的充电控制系统100还可包括第四电容C4，第四电容C4的一端连接在直流充电插座30的一输入口和直流控制开关K1的一端之间，第四电容C4的另一端分别与直流充电插座30的另一端和动力电池10的第二极相连。
进一步地，参照图3，双向DC/AC转换器40可采用三相逆变桥，可以是三相IGBT逆变桥，电机控制电路2可包括：第一电机控制开关2-K1和第二电机控制开关2-K2。
其中，第一电机控制开关2-K1连接在驱动电机50的V相定子绕组与双向DC/AC转换器40的B相桥臂的第二中点之间；第二电机控制开关2-K2连接在驱动电机50的W相定子绕组与双向DC/AC转换器40的C相桥臂的第三中点之间；其中，驱动电机50的U相定子绕组与双向DC/AC转换器40的A相桥臂的第一中点连接。
更进一步地，如图4所示，当动力系统当前处于直流充电模式时，控制器60控制直流控制开关K1闭合之后，具体用于：
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2-K1和第二电机控制开关2-K2均闭合，并根据动力电池10的电压和直流充电插座30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40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，以使第四电容C4两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2-K1或第二电机控制开关2-K2闭合，并根据动力电池10的电压和直流充电插座30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40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，以使第四电容C4两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30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IGBT管进行控制，以使第四电容C4两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2-K1和第二电机控制开关2-K2均断开。
具体地，在电动汽车的动力系统处于驱动模式时，控制器50可控制第一电机开关2-K1和/或第二电机开关2-K2闭合以接入驱动电机50，并通过控制开关管(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，则可在控制器50控制直流控制开关K1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、第二预设功率的大小关系确定直流充电工作回路(U相、V相和W相)的数量。
在该示例中，控制器60可获取直流供电设备a的最大输出功率和直流充电插座30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，增加其寿命。
可选地，控制器50还可以判断第一电机控制开关2-K1、第二电机控制开关2-K2以及各个IGBT管是否工作正常，以对三相回路状态进行判断，从而可根据判断结果直流三相回路的工作数量。
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，每一相输入电流较小，在驱动电机50绕组感量较低的情况下依然不会带来较大的电流纹波，且三相交错开关，母线电流不会断续，三组半桥升降压电路上的谐波相互抵消，从而减小电流谐波；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。因而可以理解，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，本发明的控制开关均可以为常开接触器，可在控制器60中设置与常开接触器对应的线圈，可通过控制线圈通电来控制接触器闭合与断开。
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，能够提升电动汽车在直流充电时的充电功率，避免重新选择耐压过流能力较强的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，如图5所示，控制器60还可包括电压环PI(ProportionIntegral，比例积分)调节器61和电流环PI调节器62，控制器60在计算需求占空比时，具体用于：根据动力电池10的电压和第四电容C4两端的初始电压计算初始占空比；根据动力电池10的电压和第四电容C4两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和第四电容C4两端的实时电压Ufb输入至电压环PI调节61，以使电压环PI调节器61根据需求电压Uref和第四电容C4两端的实时电压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b的输入电流Ifb输入至电流环PI调节器62，以使电流环PI调节器62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四电容C4两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，而第四电容C4两端的电压很低，进而此时的初始占空比很高，为了控制第四电容C4两端的电压逐渐升高，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，如图6所示，可将需求电压Uref和第四电容C4两端的实时电压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b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四电容C4两端的电压。
由此，根据直流供电设备的需求电压调整第四电容两端的电压，能够通过电压环PI调节器和电流环PI调节器使第四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。
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、电机控制电路和交、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充放电控制电路、电机控制电路和直流控制开关进行控制，集成度高；能够兼容直流、单相交流、三相交流三种充电模式，充电模式多样化，提升了电动汽车的充电便捷性；能够提升直流充电功率，缩短充电时间；容错性高。
图7是根据本发明实施例的电动汽车的结构框图。
如图7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、电机控制电路和交、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充放电控制电路、电机控制电路和直流控制开关进行控制，集成度高，能够兼容直流、单相交流、三相交流三种充电模式，充电模式多样化，提升了电动汽车的充电便捷性，能够提升直流充电功率，缩短充电时间。
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；
交流充电插座，所述交流充电插座用于与交流供电设备相连；
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转换器的交流端通过充放电控制电路与所述交流充电插座的输入口相连，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，所述控制器与所述充放电控制电路、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充放电控制电路、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、交流充电模式和直流充电模式；
第四电容，所述第四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，所述第四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；
其中，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相定子绕组与所述双向DC/AC转换器的A相桥臂的第一中点连接；
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，以使所述第四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。
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，所述充放电控制电路包括三相支路和单相支路，所述三相支路用于实现三相充放电，所述单相支路用于实现单相充放电。
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：
在所述动力系统工作在所述交流充电模式时，根据所述交流供电设备的第一相电压至第三相电压的有效值判断所述交流供电设备为单相电源或三相电源，并根据判断结果对所述单相支路或所述三相支路进行控制。
4.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。
5.如权利要求4所述的电动汽车的充电控制系统，其特征在于，还包括：
驱动控制开关，所述驱动控制开关的一端与所述双向DC/AC转换器的直流端的第一端口相连，所述驱动控制开关的另一端与所述动力电池的第一极相连；
双向DC/DC转换器，所述双向DC/DC转换器的第一直流端的第一端口与所述动力电池的第一极相连，所述双向DC/DC转换器的第一直流端的第二端口与所述动力电池的第二极相连，所述双向DC/DC转换器的第二直流端的第一端口与所述双向DC/AC转换器的直流端的第一端口相连，所述双向DC/DC转换器的第二直流端的第二端口与所述双向DC/AC转换器的直流端的第二端口相连，其中，所述双向DC/DC转换器的第一直流端的第二端口与所述双向DC/DC转换器的第二直流端的第二端口共用一个端口；
其中，所述控制器还与所述驱动控制开关相连，所述控制器还用于根据所述动力系统所处的工作模式对所述驱动控制开关进行控制。
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，控制所述驱动控制开关闭合以关闭所述双向DC/DC转换器，并控制所述电机控制电路闭合，以及控制所述直流控制开关和所述充放电控制电路断开；
在所述动力系统当前处于交流充电模式时，控制所述驱动控制开关断开以启动所述双向DC/DC转换器，并控制所述充放电控制电路闭合，以及控制所述电机控制电路断开；
在所述动力系统当前处于直流充电模式时，控制所述驱动控制开关断开以启动所述双向DC/DC转换器，并控制所述电机控制电路和所述直流控制开关闭合，以及控制所述充放电控制电路断开。
7.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，还包括：
充电控制开关，所述充电控制开关的一端与所述动力电池的第一极相连，所述充电控制开关的另一端与所述双向DC/DC转换器的第一直流端的第一端口相连；
其中，所述控制器还与所述充电控制开关相连，并在所述动力系统启动时控制所述充电控制开关闭合。
8.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/DC转换器包括：
串联连接的第一开关管和第二开关管，所述串联连接的第一开关管和第二开关管连接在所述双向DC/DC转换器的第二直流端的第一端口和第二端口之间，所述第一开关管和第二开关管受所述控制器控制，其中，所述第一开关管和第二开关管之间具有第一节点；
第一电感，所述第一电感的一端与所述第一节点相连，所述第一电感的另一端与所述动力电池的第一极相连；
第一电容，所述第一电容的一端与所述第一电感的另一端相连，所述第一电容的另一端与所述动力电池的第二极相连。
9.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，还包括：
串联连接的第二电容和第三电容，所述串联连接的第二电容和第三电容连接在所述双向DC/DC转换器的第二直流端的第一端口和第二端口之间，其中，所述第二电容和所述第三电容之间具有第二节点；
滤波电路，所述滤波电路连接在所述双向DC/AC转换器的交流端和所述充放电控制电路之间；
滤波控制电路，所述滤波控制电路的一端与所述第二节点相连，所述滤波控制电路的另一端连接在所述滤波电路与所述充放电控制电路之间；
其中，所述控制器还与所述滤波控制电路相连，所述控制器还用于在所述动力系统当前处于驱动模式或者直流充电模式时，控制所述滤波控制电路断开。
10.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，还包括：
串联连接的第一共模电容和第二共模电容，所述串联连接的第一共模电容和第二共模电容连接在所述双向DC/DC转换器的第二直流端的第一端口和第二端口之间，其中，所述第一共模电容和所述第二共模电容之间具有第三节点，所述第三节点接地。
11.如权利要求9所述的电动汽车的充电控制系统，其特征在于，还包括：
预充控制电路，所述预充控制电路与所述充放电控制电路并联，所述预充控制电路用于对所述滤波控制电路中的电容进行预充电。
12.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，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：
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，以使所述第四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，以使所述第四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。
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四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四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四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。
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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