WO2016082326A1 - 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 - Google Patents

Abstract

一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统，主要特征在于有高压互锁装置，高压互锁装置包括充电盖（2）、锁销装置和检测开关（6），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（2）关闭时锁住充电盖（2），检测开关（6）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；以及用于该系统的控制方法，该控制方法的主要特点是：进入充电程序必需满足两个条件，1)充电盖（2）必需先打开，检测充电盖（2）状态的检测开关将信号传送到驱动/充电切换控制器；2)充电站的插头必需与输入连接器接插好，并由接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器，它结构更加简单、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。

Description

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 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。

上述所述的3相交流电的输入连接器包括插座体以及安装在插座体里面的3相高压端子，接地端子、控制通信端子和接近端子，当充电站的插头插入到输入连接器，接近端子与充电站的插头里面对应的端子接触时，接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器，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，以确保充电站的插头与输入连接器已经连接好，可以进入充电状态。

上述所述的高压电池与逆变器之间通过第一组开关k1连接，电机的线圈绕组的第一端与逆变器连接，电机的线圈绕组的第二端连接输入连接器，电机的线圈绕组的第二端还通过第二组开关k2连接短接单元。

上述所述的第一组开关k1受电池管理系统BMS控制，第二组开关k2受驱动/充电切换控制器控制，电池管理系统BMS、逆变器和驱动/充电切换控制器相互连接通信。

上述所述当电动汽车处于驱动状态，第一组开关k1闭合，输入连接器的外面的充电盖关闭罩住高压端子并且被锁销装置锁住，使外部3相交流电与电机的线圈绕组的第二端断开，电机的线圈绕组的第一端与逆变器连接，第二组开关k2闭合使线圈绕组的第二端通过短接单元互相短接，高压电池输出的高压直 流电通过逆变器转换成3相交流电输出到电机，驱动电机运转。

上述所述当电动汽车处于充电状态，电机的线圈绕组的第一端与逆变器连接，锁销装置被打开，输入连接器的外面的充电盖被打开，检测开关将充电盖的开启状态的信号传送到驱动/充电切换控制器，驱动/充电切换控制器断开第二组开关k2，使线圈绕组的第二端互相断开不短接，同时使外部3相交流电与电机的线圈绕组的第二端连接，当充电站的插头与输入连接器已经完全连接好时，接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器，第一组开关k1才闭合连接高压电池和逆变器，利用电机的线圈绕组作为充电电感器，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。

上述所述电动汽车的驾驶室里面设置有充电控制按钮，充电控制按钮通过一个机械传动机构带动锁销装置，当人们操控充电控制按钮，充电控制按钮通过一个机械传动机构带动锁销装置动作，打开充电盖，充电控制按钮还向驱动/充电切换控制器输出信号。

上述所述的电动汽车的驾驶室里面设置有驱动控制按钮，驱动控制按钮向驱动/充电切换控制器输出信号。

本发明的电动汽车系统与现有技术既有如下优点：1)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，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，结构更加简单、紧凑，另外增加高压互锁装置，高压互锁装置包括充电盖、锁销装置和检测开关，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，这样可以提高产品的安全性，实现可靠、快速充电；2)当充电站的插头插入到输入连接器，接近端子与充电站 的插头里面对应的端子接触时，接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器，表示充电站的插头与输入连接器已经连接好，可以进入充电状态，可以进一步提高产品的安全性，实现可靠、快速充电；3)高压电池与逆变器之间通过第一组开关k1连接，电机的线圈绕组的第二端连接输入连接器，电机的线圈绕组的第二端还通过第二组开关k2连接短接单元，简化结构，使控制更加简单。

本发明的电动汽车系统的控制方法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的控制方法，所述的电动汽车系统高压电池、逆变器、牵引电机、电池管理系统BMS、驱动/充电切换控制器、第一组开关k1、第二组开关k2、短接单元、3相交流电的输入连接器和高压互锁装置，高压电池通过第一组开关k1与逆变器一端连接，逆变器的另一端连接牵引电机的线圈绕组的第一端连接，牵引电机的线圈绕组的第二端连接输入连接器，电机的线圈绕组的第二端还通过第二组开关k2连接短接单元，驱动/充电切换控制器与逆变器和电池管理系统BMS连接通信，高压互锁装置包括充电盖、锁销装置和检测开关，外部3相交流电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，3相交流电的输入连接器包括插座体以及安装在插座体里面的3相高压端子，接地端子、控制通信端子和接近端子，接近端子与充电站的插头里面对应的端子接触时，接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器，其特征在于：控制方法如下：进入充电程序必需满足两个条件，1)充电盖必需先打开，检测充电盖状态的检测开关将信号传送到驱动/充电切换控制器；2)充电站的插头必需与输入连接器接插好，并由接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器；进入驱动程序必需满足一个条件：就是充电盖必需处于关闭状态，检测充电盖状态的检测开关将信号传送到驱动/充电切换控制器。

上述所述当电动汽车处于睡眠状态时，第一组开关k1断开，使高压电池与 逆变器断开，既不能充电，也不能驱动；电动汽车由睡眠状态切换到充电状态时，首先检测充电盖是否打开，若打开则断开第一组开关k1和第二组开关k2，然后检测输入连接器的插座的接近端子是否连接好以确定充电站的插头与输入连接器是否已经插接好，若插接好，则闭合第一组开关k1，进入充电程序，当充电站的插头与输入连接器脱离，接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器，停止充电，断开第一组开关k1，进入睡眠状态。

上述所述电动汽车由睡眠状态切换到驱动状态时，首先检测充电盖是否关闭，若充电盖处于关闭状态，则闭合第二组开关k2，再闭合第一组开关k1，进入驱动程序，在驱动过程中，如果充电盖打开，则中断驱动，打开第一组开关k1和第二组开关k2，进入睡眠状态。

上述所述的驱动/充电切换控制器的输入端与位于汽车驾驶室内的充电控制按钮连接，按下充电控制按钮向驱动/充电切换控制器发送指令准备进入充电状态，与此同时充电控制按钮通过一个机械传动机构带动锁销装置动作，打开充电盖，检测充电盖状态的检测开关将信号传送到驱动/充电切换控制器。

上述所述的驱动/充电切换控制器的输入端与位于汽车驾驶室内驱动控制按钮连接，按下驱动控制按钮向驱动/充电切换控制器发送指令准备进入驱动状态，驱动/充电切换控制器再检测充电盖是否处于关闭状态。

本发明的电动汽车系统的控制方法与现有技术既有如下优点：进入充电程序必需满足两个条件，1)充电盖必需先打开，检测充电盖状态的检测开关将信号传送到驱动/充电切换控制器；2)充电站的插头必需与输入连接器接插好，并由接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器；进入驱动程序必需满足一个条件：就是充电盖必需处于关闭状态，检测充电盖状态的检测开关将信号传送到驱动/充电切换控制器。它较好实现互锁，实现简单、成本更低，充电操作更加安全可靠。

附图说明：

图1是申请人自行研发的电动汽车驱动与充电集成控制的拓扑结构原理 图；

图2是本发明具体的控制原理框图；

图3是本发明驱动/充电切换控制器的一种简单的实现结构示意图；

图4是本发明的结构原理图；

图5是本发明与充电站连接接口的示意图；

图6是本发明的输入连接器在活动安装盖关闭状态下的结构示意图；

图7是本发明的输入连接器在活动安装盖打开状态下的结构示意图；

图8是图6的的主视图；

图9是图8的A-A剖视图；

图10是图9的B-B局部放大图；

图11是本发明的牵引电机采用9相线圈绕组的原理方框图；

图12是本发明的充电控制的程序方框图；

图13是本发明的驱动控制的程序方框图。

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2所示，一种电动汽车系统，包括高压电池、逆变器和牵引电机，高压电池与逆变器之间安装第一组开关k1，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，其中：当第二组开关k2闭合，外部3相交流电没有进入输入连接器，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；当第二组开关k2断开，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A、B、C依次通过输入连接器、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；另外它还包括高压互锁装置和驱动/充电切换控制器，驱动/充电切换控制器与逆变器连接通信，高压互锁装置在进入驱动状态或者充电状态过程中输出互锁信号到驱动/充电切换控制器，逆变器根据驱动/充电切换控制器的指 令进入驱动运行模式或者充电运行模式。所述的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

如图4所示，高压电池与逆变器连接，逆变器与3相线圈绕组104的第一端连接101，若干相线圈绕组104的第二端102分别连接3相交流电的输入连接器和短路连接单元103，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103使若干相线圈绕组的第二连接端102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；第二组开关k2设置在短路连接单元103与若干相线圈绕组104的第二端102之间，这时候，当第二组开关k2闭合，外部3相交流电没有进入输入连接器。电动汽车处于充电状态，外部3相交流电A、B、C依次通过输入连接器，若干相线圈绕组104的第二连接端102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104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；牵引电机的定子组件里面含有3N相线圈绕组，其中N是整数。

如图4、图3所示，是本发明的具体实施原理图，牵引电机采用3相线圈绕组104，在该图中第一组开关K1分别连接在高压电池与逆变器之间，使控制更加完善，驱动/充电切换控制器包括微处理器单元、继电器驱动电路、电流传感器检测单元，第一组开关K1分别连接在高压电池与逆变器之间，逆变器与若干相线圈绕组104的第一端101连接，若干相线圈绕组104的第二端102分别连接3相交流电的输入连接器和短路连接单元103，第二组开关k2设置在短路连接单元与若干相线圈绕组104的第二端102之间。第一组开关K1和第二组开关k2都是继电器开关，分别具有电磁线圈L1和电磁线圈L2；微处理器单 元通过继电器驱动电路控制电磁线圈L2，从而通过第二组开关k2控制短路连接单元与若干相线圈绕组的第二端连接或者断开，微处理器单元与电池管理系统BMS和逆变器相互连接通信，电池管理系统BMS通过继电器驱动电路控制电磁线圈L1，从而控制高压电池与逆变器之间的第一组开关K1的接通或者断开。驱动/充电切换控制器还包括充电盖指示灯，微处理器单元可以根据充电盖的开关状态通过充电盖指示灯来显示。

所述的3相交流电的输入连接器包括插座体以及安装在插座体里面的3相高压端子，接地端子、控制通信端子和接近端子，当充电站的插头插入到输入连接器，接近端子与充电站的插头里面对应的端子接触时，接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器，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好，接近端子最后才短接，以确保充电站的插头与输入连接器已经连接好，可以进入充电状态。

充电站与电动汽车的3相交流电输入连接器的标准接口如图5所示，是一种国际标准接口，如IEC 61851 SAE J1772，输入连接器包括A、B、C三相高压端子，1个接地端子GND，1个接近端子COM1，1个充电通信端子COM2。接近端子COM1输出信号到驱动/充电切换控制器，如果充电站的插头与输入连接器插接好，才通知可以进入充电状态，充电通信端子COM2是在充电过程中用作充电站与电动汽车之间的数据通信。

当电动汽车处于驱动状态，第一组开关k1闭合，输入连接器的外面的充电盖关闭罩住高压端子并且被锁销装置锁住，使外部3相交流电与电机的线圈绕组的第二端断开，电机的线圈绕组的第一端与逆变器连接，第二组开关k2闭合使线圈绕组的第二端通过短接单元互相短接，高压电池输出的高压直流电通过逆变器转换成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，电机的线圈绕组的第一端与逆变器连接，锁销装置被打开，输入连接器的外面的充电盖被打开，检测开关将充电盖的开启状态的信号传送到驱动/充电切换控制器，驱动/充电切换控制器断开第二组开关 k2，使线圈绕组的第二端互相断开不短接，同时使外部3相交流电与电机的线圈绕组的第二端连接，当充电站的插头与输入连接器已经完全连接好时，接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器，第一组开关k1才闭合连接高压电池和逆变器，利用电机的线圈绕组作为充电电感器，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。

电动汽车的驾驶室里面设置有充电控制按钮，充电控制按钮通过一个机械传动机构带动锁销装置，当人们操控充电控制按钮，充电控制按钮通过一个机械传动机构带动锁销装置动作，打开充电盖，充电控制按钮还向驱动/充电切换控制器输出信号，指令驱动/充电切换控制器进入充电状态。电动汽车的驾驶室里面设置有驱动控制按钮，驱动控制按钮向驱动/充电切换控制器输出信号，当人们操控驱动控制按钮，驱动控制按钮向驱动/充电切换控制器输出信号，指令驱动/充电切换控制器进入驱动状态。

如图6、图7、图8、图9、图10所示，外部3相交流电是通过3相交流电的输入连接器输入，所述的3相交流电的输入连接器包括插座体1以及安装在插座体1的空腔11里面的端子4，端子4包括包括A、B、C三相高压端子，1个接地端子GND，1个接近端子COM1，1个充电通信端子COM2，充电盖2通过铰链3安装在插座体1的外面，充电盖2可绕插座体1翻转从而打开或者关闭，充电盖2的活动的一侧凸出凸块21，在凸块21上设置卡槽22，插座体1安装在车身100上，车身100设置有锁销装置，锁销装置包括锁销6、弹簧8、机械传动机构，当充电盖2关闭时锁销6在弹簧8的作用下卡入到凸块21上设置卡槽22里面，使充电盖2不能随意打开，只有当按下充电控制按钮，充电控制按钮通过一个机械传动机构带动锁销6克服弹簧8的阻力脱离卡槽22，从而打开充电盖2，在铰链3的旁边设置压簧7，一旦锁销6脱离卡槽22，压簧7就弹开充电盖2。在锁销6的旁边、车身100上设置检测开关6(位置开关)，检测开关6输出0和1的数字信号，0数字信号代表充电盖2关闭；数 字信号代表充电盖2打开，检测开关6将充电盖2的状态信号送到驱动/充电切换控制器。

另外，并且在非充电状态下，充电盖2封堵住3相高压端子4，避免他人接触触电导致危险，在充电状态下，打开充电盖2，裸露出3相高压端子4，充电盖2的打开或关闭会触发检测开关6输出第一互锁信号送到驱动/充电切换控制器。

充电控制按钮一般安装在驾驶室内，充电控制按钮还通过机械传动机构带动锁销5动作，控制充电盖2的开启，该锁销装置的结构正如许多汽车上应用的加油按钮一样，在车内压下或上拉加油按钮才能打开加油盖的外盖一样，其结构基本类似；属于机械联动锁止机构；按下充电控制按钮触发锁销装置动作，可以打开充电盖2。锁销装置的结构可参考公告号为CN200610063402、名称为：汽车加油口盖系统-的专利文献，或者参考公告号为CN201110432192、名称为：-一种自锁式加油口的专利文献。

如图11所示，定子组件里面含有9相线圈绕组，逆变器具有3个，每3相线圈绕组形成一个单元绕组，单元绕组的3相线圈绕组的第一端连接一个逆变器，单元绕组的3相线圈绕组的第二端短路连接起来，外部的3相交流电的每一相连接一个单元绕组。

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，以便控制电机的线圈绕组正常换相，当电动汽车处于驱动状态，通过检测电机线圈绕组的相电流和转子位置对电机的电流进行控制驱动电机的转子运转，当电动汽车处于充电状态，通过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。

如图4、图3、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图12所示，一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统的控制方法，所述的电动汽车系统高压 电池、逆变器、牵引电机、电池管理系统BMS、驱动/充电切换控制器、第一组开关k1、第二组开关k2、短接单元、3相交流电的输入连接器和高压互锁装置，高压电池通过第一组开关k1与逆变器一端连接，逆变器的另一端连接牵引电机的线圈绕组的第一端连接，牵引电机的线圈绕组的第二端连接输入连接器，电机的线圈绕组的第二端还通过第二组开关k2连接短接单元，驱动/充电切换控制器与逆变器和电池管理系统BMS连接通信，高压互锁装置包括充电盖、锁销装置和检测开关，外部3相交流电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，3相交流电的输入连接器包括插座体以及安装在插座体里面的3相高压端子，接地端子、控制通信端子和接近端子，接近端子与充电站的插头里面对应的端子接触时，接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器，其特征在于：控制方法如下：进入充电程序必需满足两个条件，1)充电盖必需先打开，检测充电盖状态的检测开关将信号传送到驱动/充电切换控制器；2)充电站的插头必需与输入连接器接插好，并由接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器；进入驱动程序必需满足一个条件：就是充电盖必需处于关闭状态，检测充电盖状态的检测开关将信号传送到驱动/充电切换控制器。

上述当电动汽车处于睡眠状态时，第一组开关k1断开，使高压电池与逆变器断开，既不能充电，也不能驱动；电动汽车由睡眠状态切换到充电状态时，首先检测充电盖是否打开，若打开则断开第一组开关k1和第二组开关k2，然后检测输入连接器的插座的接近端子是否连接好以确定充电站的插头与输入连接器是否已经插接好，若插接好，则闭合第一组开关k1，进入充电程序，当充电站的插头与输入连接器脱离，接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器，停止充电，断开第一组开关k1，进入睡眠状态。

如图13所示，上述所述的电动汽车由睡眠状态切换到驱动状态时，首先检 测充电盖是否关闭，若充电盖处于关闭状态，则闭合第二组开关k2，再闭合第一组开关k1，进入驱动程序，在驱动过程中，如果充电盖打开，则中断驱动，打开第一组开关k1和第二组开关k2，进入睡眠状态。

上述的驱动/充电切换控制器的输入端与位于汽车驾驶室内的充电控制按钮连接，按下充电控制按钮向驱动/充电切换控制器发送指令准备进入充电状态，与此同时充电控制按钮通过一个机械传动机构带动锁销装置动作，打开充电盖，检测充电盖状态的检测开关将信号传送到驱动/充电切换控制器。

上述所述的驱动/充电切换控制器的输入端与位于汽车驾驶室内驱动控制按钮连接，按下驱动控制按钮向驱动/充电切换控制器发送指令准备进入驱动状态，驱动/充电切换控制器再检测充电盖是否处于关闭状态。

在正常状态下，驱动或者停车状态(非充电)，充电盖2是处于关闭状态，当出现意外情况下，充电盖2在非充电状态下打开，检测开关5提供1/0的数字信号到驱动/充电切换控制器，驱动/充电切换控制器将停止驱动模式，断开第一组开关k1，进入睡眠状态；

如图12所示，具体的进入充电的程序如下：步骤1)按下充电控制按钮向驱动/充电切换控制器发出充电指令；步骤2)驱动/充电切换控制器向逆变器发送指令进入充电控制模式；步骤3)判断逆变器是否已进入充电控制模式，如果没有则返回步骤1)，若已进入充电控制模式，跳到步骤4)；步骤4)断开第一组开关k1和第二组开关K2；步骤5)检测充电盖打开了吗？若没有打开，充电盖开启指示灯闪亮，提示用户打开充电盖，若已经打开充电盖，则进入步骤6)；步骤6)检测接近端子COM1接插好了吗？若没有，提示用户重新接插好；若已经接插好，则闭合第一组开关k1，逆变器启动充电程序对高压电池充电；步骤7)当接近端子COM1断开时，停止充电，断开第一组开关k1，进入充电休眠状态。

1、充电控制按钮连接的锁销装置可以防止人们随意打开充电盖2，避免裸露出带电的高压端子发生危险；

2、按下充电控制按钮，充电盖2打开，但是端子4中A、B、C三相高压端子是不带电的，直到充电站的充电插头插入到输入连接器导致接近端子COM1的连接被激活，因此现场高压端不会暴露在人类面前，避免触电危险；

3、当然充电盖2有一个位置检测开关，位置检测开关将充电盖2的开启或关闭状态告诉驱动/充电切换控制器；

4、充电通信端子COM2的信号用来协调正常充电过程之间的高压电池管理系统BMS、驱动/充电切换控制器、逆变器和充电站控制器之间动作。

5、如果在充电过程中，接近端子COM1断开(例如充电站的充电插头被拔掉)，充电过程将被终止和第一组开关k1必须在安全所需的时间(例如100ms)被断开，而使高压端子不带电。

6、在正常情况下，如果充电完成时，第一组开关k1必须在自动断开。

7、第二组开关K2可以在一个常闭状态(例如，当系统处于睡眠模式下第二组开关K2闭合。第二组开关K2的打开的目的是使电机绕组可以作为充电时候的电感器使用)。

8。正常驱动模式期间，第二组开关K2应关闭，充电盖2内的三相高压端子将被激活带电，这就是锁销装置和高压互锁装置是必需设置的理由。如果，在驱动模式，充电盖2被开启(有意或无意)，充电盖2的位置检测开关将信号送到驱动/充电切换控制器，驱动/充电切换控制器终止驱动模式和打开第一组开关K1，避免高压端子带电。

充电过程中应当有以下顺序，

1、按下充电控制按钮触发锁销装置使充电盖2的打开；

2、检测开关5检测充电盖2的开闭状态，检测开关5提供1/0的数字信号到驱动/充电切换控制器；

3、驱动/充电切换控制器将请求打开第一组开关K1和要求打开第二组开关K2；

4、一旦充电插头连接好，充电通信端子COM2的信号协调高压电池管理系统BMS、驱动/充电切换控制器、逆变器和充电站控制器之间动作。

5、直到充电站的充电插头插入到输入连接器导致充接近端子COM1的连接被激活，驱动/充电切换控制器通知逆变器进入充电模式控制充电过程。

在充电过程中，如果因任何原因，接近端子COM1失去了信号，这意味着充电插头断开连接，驱动/充电切换控制器停止充电并将请求断开第一组开关K1。请注意，在睡眠模式中，第一组开关K1和第二组开关K2的应在打开状态。小结，各模式切换及第一组开关k1、第二组开关k2的对应状态如下表所示：

开关状态	第二开关K2打开	第二开关K2闭合
			第一开关K1打开	睡眠模式	无用
第一开关K1闭合	充电模式	驱动模式

从睡眠模式进入驱动模式的步骤如下

1.检测充电盖2是否闭合，如闭合

2.闭合开关K2

3.闭合开关K1

4.进入驱动控制程序

5.在驱动过程中，如果充电盖2被打开，断开开关K1和开关K2

6.进入睡眠模式。

从睡眠模式进入充电模式的步骤如下

1.检测充电盖2是否打开，若打开

2.断开开关K1和开关K2

3.接近端子COM1是否有信号，如有，则

4.关闭开关K1

5.启动充电程序-充电通信端子COM2的信号协调高压电池管理系统BMS、驱动/充电切换控制器、逆变器和充电站控制器之间动作

6.在充电过程中，如果因任何原因，接近端子COM1失去了信号，这意味着充电插头断 开连接，驱动/充电切换控制器将请求断开开关K1

7.进入睡眠模式。

Claims (13)

1. 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。
2. 根据权利要求1所述的一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统，其特征在于：所述的3相交流电的输入连接器包括插座体以及安装在插座体里面的3相高压端子，接地端子、控制通信端子和接近端子，当充电站的插头插入到输入连接器，接近端子与充电站的插头里面对应的端子接触时，接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器，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，以确保充电站的插头与输入连接器已经连接好，可以进入充电状态。
3. 根据权利要求2所述的一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统，其特征在于：高压电池与逆变器之间通过第一组开关k1连接，电机的线圈绕组的第一端与逆变器连接，电机的线圈绕组的第二端连接输入连接器，电机的线圈绕组的第二端还通过第二组开关k2连接短接单元。
4. 根据权利要求3所述的一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统，其特征在于：第一组开关k1受电池管理系统BMS控制，第二组开关k2受驱动/充电切换控制器控制，电池管理系统BMS、逆变器和驱动/充电切换控制器相互连接通信。
5. 根据权利要求3或4所述的一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统，其特征在于：当电动汽车处于驱动状态，第一组开关k1闭合，输入连接器的外面的充电盖关闭罩住高压端子并且被锁销装置锁住，使外部3相交流电与电机的线圈绕组的第二端断开，电机的线圈绕组的第一端与逆变器连接，第二组开关k2闭合使线圈绕组的第二端通过短接单元互相短接，高压电池输出的高压直流电通过逆变器转换成3相交流电输出到电机，驱动电机运转。
6. 根据权利要求3或4所述的一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统，其特征在于：当电动汽车处于充电状态，电机的线圈绕组的第一端与逆变器连接，锁销装置被打开，输入连接器的外面的充电盖被打开，检测开关将充电盖的开启状态的信号传送到驱动/充电切换控制器，驱动/充电切换控制器断开第二组开关k2，使线圈绕组的第二端互相断开不短接，同时使外部3相交流电与电机的线圈绕组的第二端连接，当充电站的插头与输入连接器已经完全连接好时，接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器，第一组开关k1才闭合连接高压电池和逆变器，利用电机的线圈绕组作为充电电感器，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。
7. 根据权利要求1或2或3或4所述的一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统，其特征在于：电动汽车的驾驶室里面设置有充电控制按钮，充电控制按钮通过一个机械传动机构带动锁销装置，当人们操控充电控制按钮，充电控制按钮通过一个机械传动机构带动锁销装置动作，打开充电盖，充电控制按钮还向驱动/充电切换控制器输出信号。
8. 根据权利要求1或2或3或4所述的一种集成充电与驱动于一体的电 动汽车系统，其特征在于：电动汽车的驾驶室里面设置有驱动控制按钮，驱动控制按钮向驱动/充电切换控制器输出信号。
9. 一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统的控制方法，所述的电动汽车系统高压电池、逆变器、牵引电机、电池管理系统BMS、驱动/充电切换控制器、第一组开关k1、第二组开关k2、短接单元、3相交流电的输入连接器和高压互锁装置，高压电池通过第一组开关k1与逆变器一端连接，逆变器的另一端连接牵引电机的线圈绕组的第一端连接，牵引电机的线圈绕组的第二端连接输入连接器，电机的线圈绕组的第二端还通过第二组开关k2连接短接单元，驱动/充电切换控制器与逆变器和电池管理系统BMS连接通信，高压互锁装置包括充电盖、锁销装置和检测开关，外部3相交流电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，3相交流电的输入连接器包括插座体以及安装在插座体里面的3相高压端子，接地端子、控制通信端子和接近端子，接近端子与充电站的插头里面对应的端子接触时，接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器，其特征在于：控制方法如下：进入充电程序必需满足两个条件，1)充电盖必需先打开，检测充电盖状态的检测开关将信号传送到驱动/充电切换控制器；2)充电站的插头必需与输入连接器接插好，并由接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器；进入驱动程序必需满足一个条件：就是充电盖必需处于关闭状态，检测充电盖状态的检测开关将信号传送到驱动/充电切换控制器。
10. 根据权利要要求9所述的集成充电与驱动于一体的电动汽车系统的控制方法，其特征在于：当电动汽车处于睡眠状态时，第一组开关k1断开，使高压电池与逆变器断开，既不能充电，也不能驱动；电动汽车由睡眠状态切换到充电状态时，首先检测充电盖是否打开，若打开则断开第一组开关k1和第二组开关k2，然后检测输入连接器的插座的接近端子是否连接好以确定充电站的 插头与输入连接器是否已经插接好，若插接好，则闭合第一组开关k1，进入充电程序，当充电站的插头与输入连接器脱离，接近端子输出信号到驱动/充电切换控制器，停止充电，断开第一组开关k1，进入睡眠状态。
11. 根据权利要求10所述的一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统的控制方法，其特征在于：电动汽车由睡眠状态切换到驱动状态时，首先检测充电盖是否关闭，若充电盖处于关闭状态，则闭合第二组开关k2，再闭合第一组开关k1，进入驱动程序，在驱动过程中，如果充电盖打开，则中断驱动，打开第一组开关k1和第二组开关k2，进入睡眠状态。
12. 根据权利要求10所述的一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统的控制方法，其特征在于：驱动/充电切换控制器的输入端与位于汽车驾驶室内的充电控制按钮连接，按下充电控制按钮向驱动/充电切换控制器发送指令准备进入充电状态，与此同时充电控制按钮通过一个机械传动机构带动锁销装置动作，打开充电盖，检测充电盖状态的检测开关将信号传送到驱动/充电切换控制器。
13. 根据权利要求11所述的一种集成充电与驱动于一体的电动汽车系统的控制方法，其特征在于：驱动/充电切换控制器的输入端与位于汽车驾驶室内驱动控制按钮连接，按下驱动控制按钮向驱动/充电切换控制器发送指令准备进入驱动状态，驱动/充电切换控制器再检测充电盖是否处于关闭状态。

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