CN102664447A - 一种电动汽车直流充电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车直流充电系统及其控制方法，包括人机交互设备、充电系统控制模块、大功率直流充电机，其中大功率直流充电机由多个充电模块并联而成，为电动汽车提供充电的直流电流和/或直流电压；所述充电系统控制模块分别和人机交互设备、大功率直流充电机中各个充电模块的控制电路连接；所述大功率直流充电机的输出端与电动汽车充电接口连接；所述人机交互设备用于显示充电信息和设置充电参数。控制方法中通过所述充电系统控制模块控制各个充电模块的工作状态，确保始终以最少的充电模块提供电动汽车充电所需电流和/或电压，避免了充电模块的轻载运行，减小了电动汽车充电系统的损耗以及对电网的谐波污染。

Description

一种电动汽车直流充电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种新型电动汽车直流充电系统及其控制方法。

背景技术

在国家的大力支持和推动下，电动汽车技术已日渐成熟，并已有部分车型商品化。在技术和价格的坚冰逐步消融时，配套充电设施的建设成为严重制约电动汽车产业化的因素之一。充电系统为电动汽车运行提供能量补给，是电动汽车的重要基础支撑，也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节，其品质的优劣直接关系到电动汽车的推广。

对于远距离行驶的电动汽车，电动汽车直流充电系统提供快速充电必不可少，直流充电系统一般为大功率充电系统，由多个充电模块并联组成，而电动汽车电池容量、可接受的最大充电电流及最高充电电压不同，为了使充电机能够为不同参数的电动汽车电池充电，直流充电机的容量一般都按照最大要求来配置。这种大功率直流充电机若给电池容量较小的电动汽车充电或者进行常规充电（慢速充电），会造成大功率直流充电机的各个充电模块大部分甚至全部工作时间都处于轻载工作状态，而轻载工作时，充电模块效率低下、波形畸变严重、对电网污染较大。

发明内容

本发明目的在于提供一种电动汽车直流充电系统及其控制方法，解决目前大功率直流充电机存在经常轻载运行、能耗大、谐波污染严重、各充电模块均效率低下等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电动汽车直流充电系统，包括人机交互设备、充电系统控制模块、大功率直流充电机，其中大功率直流充电机由多个充电模块并联而成，为电动汽车提供充电的直流电流和/或直流电压；所述充电系统控制模块分别和人机交互设备、大功率直流充电机中各个充电模块的控制电路连接；所述大功率直流充电机的输出端与电动汽车充电接口连接；所述人机交互设备用于显示充电信息和设置充电参数；所述充电系统控制模块用于控制各个充电模块的工作状态，确保始终以最少的充电模块提供电动汽车充电所需电流和/或电压。

上述的电动汽车直流充电系统中，所述各充电模块具有相同的结构，均各自包括控制电路、主功率电路、温度检测电路、计时电路、充电模块编号预置电路、存储设备；所述充电模块的控制电路分别与其主功率电路、温度检测电路、计时电路、充电模块编号预置电路、存储设备连接；所述充电模块的温度检测电路用于对充电模块温度进行检测并通过控制电路发送给充电系统控制模块；所述计时电路用于对充电模块连续工作时间和总工作时间进行记录，通过控制电路发送给充电系统控制模块，同时把数据存储在存储设备中；所述充电模块编号预置电路对充电模块进行编号。

上述的电动汽车直流充电系统还包括数字电表，大功率直流充电机的输出端通过数字电表与电动汽车充电接口连接，数字电表还与充电系统控制模块连接；数字电表用于计算充电电量，并实时将电量数据提供给充电系统控制模块计算充电费用。

上述充电参数包括充电模式、充电时间、充电电量、充电费用、充电电流、充电电压中的一种以上。

上述充电系统控制模块还与电动汽车的电池管理系统BMS连接。

上述大功率直流充电机中各充电模块的最大输出电流和最高输出电压相同。

上述充电模块的主功率电路包括顺次连接的三相整流滤波电路、高频逆变电路、输出整流滤波电路，三相整流滤波电路与三相交流电源连接，输出整流滤波电路与电动汽车充电接口连接。

作为优选的，上述人机交互设备为触摸屏，作为人机界面的显示和输入设备，提供充电参数的设置，以及充电相关信息显示的功能。

上述所述充电系统控制模块为电动汽车直流充电系统的主控制模块，实现对整个电动汽车直流充电系统各部分的控制和管理。

作为优选的，充电系统控制模块可采用ARM处理器。

上述电动汽车直流充电系统的控制方法如下:

所述充电系统控制模块根据电动汽车需要的充电电流和/或充电电压控制各个充电模块的工作状态，确保始终以最少的充电模块提供电动汽车充电所需的电流和/或电压，电动汽车直流充电系统损耗和谐波存在相对较少；

所述各个充电模块工作状态的控制顺序由充电模块空闲优先级决定；所述充电模块空闲优先级按照每个充电模块温度、连续工作时间、总工作时间排列；温度越高其空闲优先级越低，温度相同而连续工作时间越长其空闲优先级越低，前两者相同的情况下总工作时间越长其空闲优先级越低，反之亦然，若几个充电模块的温度、连续工作时间、总工作时间都相同，则编号越小的充电模块空闲优先级越高。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

1、提高了充电模块工作时的效率；

2、减小了电动汽车充电时的电能损耗；     

3、避免了电动汽车充电模块在轻载运行时波形畸变严重、对电网谐波污染较大。

附图说明

图1是实施方式的电动汽车直流充电系统结构示意图。

图2是实施方式的电动汽车直流充电系统充电模块框图。

图3是实施方式的电动汽车直流充电系统充电模块控制流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。

图1是实施方式的电动汽车直流充电系统结构示意图，电动汽车直流充电系统包括人机交互设备、充电系统控制模块、大功率直流充电机，其中大功率直流充电机由n个充电模块并联而成，n≧2，比如n=5、8、10等，并不作为对本发明的限制,为电动汽车提供充电的直流电流和/或直流电压；如图2所示，所述各充电模块具有相同的结构，均各自包括控制电路、主功率电路、温度检测电路、计时电路、充电模块编号预置电路、存储设备；所述充电模块的控制电路分别与其主功率电路、温度检测电路、计时电路、充电模块编号预置电路、存储设备连接；所述充电系统控制模块分别和人机交互设备、大功率直流充电机中各个充电模块的控制电路连接；所述大功率直流充电机的输出端与电动汽车充电接口连接；所述人机交互设备用于显示充电信息和设置充电参数；充电系统控制模块还与电动汽车的电池管理系统BMS连接，用于控制各个充电模块的工作状态，确保始终以最少的充电模块提供电动汽车充电所需电流和/或电压。充电系统控制模块为电动汽车直流充电系统的主控制模块，实现对整个电动汽车直流充电系统各部分的控制和管理。

如图1，电动汽车直流充电系统还包括数字电表，大功率直流充电机的输出端通过数字电表与电动汽车充电接口连接，数字电表还与充电系统控制模块连接；数字电表用于计算充电电量，并实时将电量数据提供给充电系统控制模块计算充电费用；充电参数包括：充电模式、充电时间、充电电量、充电费用、充电电流、充电电压。

上述大功率直流充电机中各充电模块的最大输出电流和最高输出电压相同，为电动汽车提供直流电流和/或直流电压，最大输出电流例如但不限于50A，最高输出电压例如但不限于500V，每一个充电模块的输出电流、输出电压的大小可依据实际需要来设计。

上述充电模块的主功率电路包括顺次连接的三相整流滤波电路、高频逆变电路、输出整流滤波电路，三相整流滤波电路与三相交流电源连接，输出整流滤波电路与电动汽车充电接口连接；所述充电模块的温度检测电路用于对充电模块温度进行检测并通过控制电路发送给充电系统控制模块；所述计时电路用于对充电模块连续工作时间和总工作时间进行记录，通过控制电路发送给充电系统控制模块，同时把数据存储在存储设备中；所述充电模块编号预置电路对充电模块进行编号。

本实例中人机交互设备为触摸屏，作为人机界面的显示和输入设备，提供充电参数的设置，以及充电相关信息显示的功能。充电系统控制模块采用ARM处理器, 也可以采用DSP处理器，对充电过程进行信息采集计算以及统筹控制整个大功率电动汽车直流充电系统。

上述电动汽车直流充电系统的控制方法如下:

所述充电系统控制模块根据电动汽车需要的充电电流和/或充电电压控制各个充电模块的工作状态，确保始终以最少的充电模块提供电动汽车充电所需的电流和/或电压，电动汽车直流充电系统损耗和谐波存在相对较少；

所述各个充电模块工作状态的控制顺序由充电模块空闲优先级决定；所述充电模块空闲优先级按照每个充电模块温度、连续工作时间、总工作时间排列；温度越高其空闲优先级越低，温度相同而连续工作时间越长其空闲优先级越低，前两者相同的情况下总工作时间越长其空闲优先级越低，反之亦然，若几个充电模块的温度、连续工作时间、总工作时间都相同，则编号越小的充电模块空闲优先级越高；

当充电过程中有充电模块因故障退出工作时，充电系统控制模块控制空闲状态（未工作）中空闲优先级最高的充电模块工作；若没有空闲的充电模块则自动调小充电电流，由其余可正常工作的充电模块继续为电动汽车充电。

图3是实施方式的电动汽车直流充电系统充电模块控制流程图。电动汽车直流充电系统在充电准备阶段通过CAN总线与电动汽车电池管理系统BMS通信，首先识别连接的电动汽车电池参数，并与电动汽车直流充电系统最大输出电流比较：（1）如果电动汽车直流充电系统最大输出电流小于或者等于电动汽车最大可接受的充电电流时，电动汽车直流充电系统所有充电模块（n个）全部工作。（2）如果电动汽车直流充电系统最大输出电流大于电动汽车最大可接受的充电电流时，电动汽车直流充电系统控制模块进一步判断电动汽车充电所需的实际充电模块数（此处设为m，m≤n)，并选择空闲优先级最高的m个充电模块工作。

在充电过程中，充电系统控制模块实时根据充电电流调整运行的充电模块数，确保始终以最少的充电模块提供电动汽车充电所需的充电电流和/或电压。控制各个充电模块的工作状态的控制顺序由充电模块空闲优先级决定。

例如，大功率直流充电机包含8个并联的充电模块，每个充电模块的最大输出电流为50A、最高输出电压为500V，则大功率直流充电机最大输出电流为400A、最高输出电压为500V。若电动汽车最大可接受充电电流为310A，最高可接受充电电压为450V，充电系统控制模块选择8个充电模块中空闲优先级最高的7个充电模块提供310A的充电电流，当充电电流从310A减小至300A时，7个充电模块中空闲优先级最低的充电模块停止工作。类似地，以50A为一单位，依次减少至只有一个充电模块工作到充电完成。

再例如，若电动汽车最大可接受充电电流为700A，最高可接受充电电压为500V，充电系统控制模块选择8个充电模块满载给电动汽车充电，当充电电流下降到350A以下时，8个充电模块中空闲优先级最低的充电模块退出工作。类似地，以50A为一单位，依次减少至只有一个充电模块工作到充电完成。

本发明所提供的电动汽车直流充电系统避免了充电模块的轻载运行，减小了电动汽车直流充电系统的损耗以及对电网的谐波污染，提高了充电模块运行时的工作效率。

本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神的具体说明，本领域技术人员可以在不违背本发明的原理和实质的前提下对本具体实施例做出各种修改或补充或者采用类似的方式替代，但是这些改动均落入本发明的保护范围。因此本发明技术范围不局限于上述实施例。

Claims (8)

1.一种电动汽车直流充电系统，其特征在于包括人机交互设备、充电系统控制模块、大功率直流充电机，其中大功率直流充电机由多个充电模块并联而成，为电动汽车提供充电的直流电流和/或直流电压；所述充电系统控制模块分别和人机交互设备、大功率直流充电机中各个充电模块的控制电路连接；所述大功率直流充电机的输出端与电动汽车充电接口连接；所述人机交互设备用于显示充电信息和设置充电参数；所述充电系统控制模块用于控制各个充电模块的工作状态，确保始终以最少的充电模块提供电动汽车充电所需电流和/或电压。

2.根据权利要求1所述的电动汽车直流充电系统，其特征在于所述各充电模块具有相同的结构，均各自包括控制电路、主功率电路、温度检测电路、计时电路、充电模块编号预置电路、存储设备；所述充电模块的控制电路分别与其主功率电路、温度检测电路、计时电路、充电模块编号预置电路、存储设备连接；所述充电模块的温度检测电路用于对充电模块温度进行检测并通过控制电路发送给充电系统控制模块；所述计时电路用于对充电模块连续工作时间和总工作时间进行记录，通过控制电路发送给充电系统控制模块，同时把数据存储在存储设备中；所述充电模块编号预置电路对充电模块进行编号。

3.根据权利要求1所述的电动汽车直流充电系统，其特征在于还包括数字电表，大功率直流充电机的输出端通过数字电表与电动汽车充电接口连接，数字电表还与充电系统控制模块连接。

4.根据权利要求1所述的电动汽车直流充电系统，其特征在于所述充电参数包括充电模式、充电时间、充电电量、充电费用、充电电流、充电电压中的一种以上。

5.根据权利要求1所述的电动汽车直流充电系统，其特征在于所述充电系统控制模块还与电动汽车的电池管理系统BMS连接。

6.根据权利要求1所述的电动汽车直流充电系统，其特征在于所述大功率直流充电机中各充电模块的最大输出电流和最高输出电压相同。

7.根据权利要求1所述的电动汽车直流充电系统，其特征在于所述充电模块的主功率电路包括顺次连接的三相整流滤波电路、高频逆变电路、输出整流滤波电路，三相整流滤波电路与三相交流电源连接，输出整流滤波电路与电动汽车充电接口连接。

8.权利要求1-7任一项所述的电动汽车直流充电系统的控制方法，其特征在于所述充电系统控制模块根据电动汽车需要的充电电流和/或充电电压控制各个充电模块的工作状态，确保始终以最少的充电模块提供电动汽车充电所需的电流和/或电压，电动汽车直流充电系统损耗和谐波存在相对较少；

所述各个充电模块工作状态的控制顺序由充电模块空闲优先级决定；所述充电模块空闲优先级按照每个充电模块温度、连续工作时间、总工作时间排列；温度越高其空闲优先级越低，温度相同而连续工作时间越长其空闲优先级越低，前两者相同的情况下总工作时间越长其空闲优先级越低，反之亦然，若几个充电模块的温度、连续工作时间、总工作时间都相同，则编号越小的充电模块空闲优先级越高。

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