CN102751771A - 电动汽车车载充电装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车车载充电装置的控制方法，包括以下步骤：步骤一、向所述控制器模块中输入预设充电参数；步骤二、所述控制器模块检测所述功率因数校正电路和谐振电路是否存在异常，若存在异常，则示出错误信息，若不存在异常，则执行步骤三；步骤三、所述控制器模块控制启动所述充电装置进入充电状态，向蓄电池充电，并且所述控制器在充电全程进行监控，若发现异常，则立即停止充电或调整充电状态，若未发现异常，则执行步骤四；步骤四、当所述控制器模块检测到蓄电池已经充满电后，控制所述充电装置停止充电。本发明所述的控制方法解决了现有充电装置对电网保护不够，CAN通信存在安全隐患的难题，同时提高充电效率。

Description

电动汽车车载充电装置的控制方法

技术领域

本发明涉及一种充电装置控制方法，具体涉及一种电动汽车车载充电装置的控制方法。

背景技术

电动汽车由于其环保、节能、低噪音等优点逐渐成为有效安全的交通工具，充电站的建设对电动车的发展起着重要的作用，优良的电动车充电模式会对电动车的普及起到较大的推动作用。

目前，电动车充电装置及其控制系统还未普及，关于充电接口的国家标准还未发布，部分厂家推出的充电装置，主要是充电连接器，其结构形式不统一，且价格昂贵，充电装置控制系统本身的效率不高。虽然现在也存在将充电装置布置在车内，用一个充电连接器及线束将220V交流电输送到充电装置，充电的起止过程是通过充电装置与整车控制器的CAN通信来实现的，但是充电装置控制系统缺少漏电保护器及充电连接器的连接是否充分的判断措施，使这种方案是存在安全隐患。

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新地提出一种安全有效的电动车充电系统，以解决现有技术中存在的不足，有效完成对电动汽车的充电工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种充电过程安全可控的高效电动汽车车载充电装置控制系统。

为了克服现有技术存在的问题，达到上述目的，一种电动汽车车载充电装置的控制方法，其中，所述充电装置的电路包括：控制器模块；功率因数校正电路，其与所述控制器模块连接；谐振电路，其与所述控制器模块连接，且所述谐振电路与所述功率因数校正电路连接；其中，所述谐振电路中包括所述直流电源连接器，而所述功率因数校正电路中包括所述交流电源连接器，

其中，所述控制方法包括以下步骤：

步骤一、向所述控制器模块中输入预设充电参数；

步骤二、所述控制器模块检测所述功率因数校正电路和谐振电路是否存在异常，若存在异常，则示出错误信息，若不存在异常，则执行步骤三；

步骤三、所述控制器模块控制启动所述充电装置进入充电状态，向蓄电池充电，并且所述控制器在充电全程进行监控，若发现异常，则立即停止充电或调整充电状态，若未发现异常，则执行步骤四；

步骤四、当所述控制器模块检测到蓄电池已经充满电后，控制所述充电装置停止充电。

优选的是，所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，在所述步骤一中，所述预设充电参数包括：直流电源连接器的输出电压和电流的参考值、直流电源连接器的最大输出电流、和/或功率因数校正电路的母线输出电压。

优选的是，所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，所述控制器模块包括彼此连接的复杂可编程逻辑器和单片机，所述复杂可编程逻辑器与功率因数校正电路和谐振电路连接，而所述单片机与电动汽车的车载电脑通过控制器局域网络总线通信连接，

在所述步骤一中，向所述控制器模块中的单片机中输入预设充电参数

且在所述步骤二中，利用所述控制器模块中的复杂可编程逻辑器检测所述功率因数校正电路和谐振电路，

并且其中，所述单片机通过经由循环冗余校验码保护的串行外设接口与所述复杂可编程逻辑器连接，且所述单片机监测所述复杂可编程逻辑器的工作状态。

优选的是，所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，通过所述车载电脑的触摸屏执行所述单片机的输入操作和控制操作，和/或通过所述车载电脑查看充电装置的输出和工作状态。

优选的是，所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，所述复杂可编程逻辑器与功率因数校正电路和谐振电路之间通过模数转换器连接，所述复杂可编程逻辑器通过全数字方式控制功率因数校正电路和谐振电路。

优选的是，所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，所述充电装置中还设置有至少一个温度传感器，所述单片机与所述温度传感器连接，用于监测所述温度传感器的温度，

当任一个温度传感器检测到的温度超过设定值且小于阈值时，所述单片机控制所述充电装置降额输出；当任一个温度传感器检测到的温度超过阈值时，所述单片机控制所述充电装置进入安全模式。

优选的是，所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，所述阈值为100℃。

优选的是，所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，所述单片机控制充电过程如下：

1)首先检测所述充电装置中各器件的连接状况是否满足充电条件，在满足的条件下，执行下述步骤2)；

2)激活所有温度传感器、激活控制器局域网络启动信息以及激活充电装置，自诊断功能启动并且执行驱动解锁；

3)所述单片机检测蓄电池中的低压电池的当前电压是否高于预定值，如果高于预定值则充电程序不启动，如果不高于预定值，则执行步骤4)；

4)所述单片机控制建立充电装置与蓄电池中的高压电池的通讯连接，并实时监测高压电池的状态；

5)所述单片机启动充电装置执行充电操作；

6)当所述单片机监测到蓄电池充满电时，所述单片机启动充电装置执行进入待机模式操作。

优选的是，所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，所述低压电池为12v电池，且预定值为10v。

优选的是，所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，如果所述充电装置的输出电压过高、输出电流过大，或温度传感器的检测温度过高，单片机进入安全状态，同时禁用复杂可编程逻辑器和驱动复位，且关闭功率因数校正电路和谐振电路；

单片机保存所有的诊断数据，并通过控制器局域网络通知电动汽车中的诊断车载电脑。

本发明的有益效果是：本发明采用的无桥交错谐振式功率因数校正电路和LLC直流/直流转换拓扑最大限度地实现了整体系统的工作效率和减小了对电网的谐波干扰；采用先进的数字控制方式，车载电脑/触摸屏可以控制充电装置的输入，查看充电装置的输出以及其工作状态，实现了对整机工作的智能化控制和与外部设备及控制单元的通信功能；且其采用的水冷却方式和有效的散热设计，保证了设计的紧凑性，达到了体积小、重量轻的目标；本发明解决了以往车载充电装置对报网保护不够，CAN通信存在安全隐患的难题，充电过程安全可控，同时提高了充电效率。

附图说明

图1为本发明所述电动汽车车载充电装置的控制方法的原理图；

图2为本发明所述电动汽车车载充电装置的控制方法中的CPLD 工作原理图；

图3为本发明所述电动汽车车载充电装置的控制方法中的MCU 工作流程图；

图4为本发明所述电动汽车车载充电装置的控制方法的软件控制示意图；

图5为本发明所述电动汽车车载充电装置的控制方法的控制界面截图；

图6为本发明所述电动汽车车载充电装置的控制方法的控制界面截图；

图7为本发明所述电动汽车车载充电装置的控制方法的总输出效率图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，以使本领域普通技术人员参照本说明书后能够据以实施。

一种电动汽车车载充电装置的控制方法，其中，如图1所示，所述充电装置的电路包括：控制器模块；功率因数校正电路PFC，其与所述控制器模块连接；谐振电路LLC，其与所述控制器模块连接，且所述谐振电路LLC与所述功率因数校正电路PFC连接；其中，所述谐振电路LLC中包括所述直流电源连接器，而所述功率因数校正电路PFC中包括所述交流电源连接器。

所述功率因数校正电路PFC为交错式有源功率因数校正电路，有源PFC由电感电容及电子元器件组成，体积小、通过软件去调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿，它有内部平衡负载机制，采用更具有成本效益的半导体器件，而且这种拓扑结构能得到最大的能源效率。所述谐振电路LLC为谐振直流/直流转换器，功率谐振变换器是以谐振电路为基本变换单元，利用电路发生谐振时，电流或电压周期性地过零点，使得开关器件在零电压或者零电流条件下开通或者关断，从而实现软开关，达到降低开关损耗的目的，谐振电压或电流经过整流和滤波后，转变成直流电压或电流，从而实现直流-直流变换(DC-DC)。所述控制器模块包括彼此连接的复杂可编程逻辑器CPLD和单片机MCU，所述的电动汽车车载充电装置中，所述复杂可编程逻辑器CPLD与所述功率因数校正电路PFC和谐振电路LLC之间通过模数转换器A/D连接，而所述单片机MCU与电动汽车的车载电脑通过控制器局域网络总线CAN通信连接。所述单片机MCU与所述复杂可编程逻辑器CPLD之间通过经由循环冗余校验码CRC保护的串行外设接口SPI彼此连接，所述复杂可编程逻辑器CPLD包括复位、闲置、激活和出错四种状态。

其中，所述控制方法包括以下步骤：

步骤一、向所述控制器模块中输入预设充电参数。

所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，所述控制器模块包括彼此连接的复杂可编程逻辑器和单片机，所述复杂可编程逻辑器与功率因数校正电路和谐振电路连接，而所述单片机与电动汽车的车载电脑通过控制器局域网络总线通信连接。所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，如图5和图6所示，通过所述车载电脑的触摸屏执行所述单片机的输入操作和控制操作，和/或通过所述车载电脑查看充电装置的输出和工作状态。向所述控制器模块中的单片机中输入预设充电参数，所述预设充电参数包括：直流电源连接器的输出电压和电流的参考值、直流电源连接器的最大输出电流、和/或功率因数校正电路的母线输出电压。

步骤二、所述控制器模块检测所述功率因数校正电路和谐振电路是否存在异常，若存在异常，则示出错误信息，若不存在异常，则执行步骤三；

利用所述控制器模块中的复杂可编程逻辑器检测所述功率因数校正电路和谐振电路，并且其中，所述单片机通过经由循环冗余校验码保护的串行外设接口与所述复杂可编程逻辑器连接，且所述单片机监测所述复杂可编程逻辑器的工作状态。

步骤三、所述控制器模块控制启动所述充电装置进入充电状态，向蓄电池充电，并且所述控制器在充电全程进行监控，若发现异常，则立即停止充电或调整充电状态，若未发现异常，则执行步骤四；

步骤四、当所述控制器模块检测到蓄电池已经充满电后，控制所述充电装置停止充电。

所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，所述复杂可编程逻辑器与功率因数校正电路和谐振电路之间通过模数转换器连接，所述复杂可编程逻辑器通过全数字方式控制功率因数校正电路和谐振电路。所述充电装置中还设置有至少一个温度传感器，所述单片机与所述温度传感器连接，用于监测所述温度传感器的温度。当任一个温度传感器检测到的温度超过设定值且小于阈值时，所述单片机控制所述充电装置降额输出；当任一个温度传感器检测到的温度超过阈值时，所述单片机控制所述充电装置进入安全模式；所述阈值为100℃。

单片机保存所有的诊断数据，并通过控制器局域网络通知电动汽车中的诊断车载电脑。所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，如图3所示，所述单片机控制充电过程如下：

1)首先检测所述充电装置中各器件的连接状况是否满足充电条件，在满足的条件下，执行下述步骤2)；

2)激活所有温度传感器、激活控制器局域网络启动信息以及激活充电装置，自诊断功能启动并且执行驱动解锁；

3)所述单片机检测蓄电池中的低压电池的当前电压是否高于预定值，如果高于预定值则充电程序不启动，如果不高于预定值，则执行步骤4)；

4)所述单片机控制建立充电装置与蓄电池中的高压电池的通讯连接，并实时监测高压电池的状态；

5)所述单片机启动充电装置执行充电操作；

6)当所述单片机监测到蓄电池充满电时，所述单片机启动充电装置执行进入待机模式操作。

优选的是，所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，所述低压电池为12v电池，且预定值为10v。

优选的是，所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，如果所述充电装置的输出电压过高、输出电流过大，或温度传感器的检测温度过高，单片机进入安全状态，同时禁用复杂可编程逻辑器和驱动复位，且关闭功率因数校正电路和谐振电路。

本发明所述的电动汽车车载充电装置的控制方法中，采用的主要芯片信息如下：

MCU采用的是德国infineon公司的SAK-XC2387-104F80L，主要性能如下：

80MCPU时钟(单周期执行)

16位的高性能处理器；

满足3V到5V电源供应；

集成的片上存储，包括：1KB片上SBRAM，2KB全双工RAM，16KB片上DSRAM，高达64KB片上高速PSRAM；764KB片上Flash；

16个中断优先级；

8通道外围控制器；

2个可编程同步模数转换器(10位或8位)

可用于UART、SPI连接，高速同步的六路可编程串行波特率发生器；

多功能CAN模式，支持修正版2.0B；

可编程的看门狗计时器和晶振看门狗；

高达119个可用通用I/O总线

工作温度：-40℃～+125℃；

CPLD采用的是Altera公司的EPM2210F256I5芯片，MAX II CPLD具有以下特点：

低成本、低功耗可编程逻辑器件；

待机电流25uA

四个通用时钟，其中每个LAB可以用两个；

UPM模块有高达8K的非易失存储单元；

支持3.3V、2.5V和1.8V外部电源电压；

MultiVolt I/O接口支持3.3V，2.5V，1.8V和1.5V逻辑电平

内置的JTAG和BST电路兼容IEEE Std.1149.1-1990；

ISP电路与IEEE Std.1532兼容。

工作的温度范围：-40℃～100℃。

如图3和图4所示，所述控制模块的具体控制过程为：车载电脑触摸式显示屏输入端输入电压或电流等相关参数，通过CAN总线控制MCU，MCU通过SPI将数据传输给CPLD，CPLD对PFC模块和LLC模块进行控制，PFC模块进行整流，LLC模块将输入直流电压或电流变换成直流电压或电流，通过直流输出接头给电池进行充电。MCU和CPLD之间，车载电脑和MCU之间的信息都是相互实时传输的，及时进行信息的反馈并显示在车载电脑的显示屏上。

MCU实现参数设置和监控系统的正常工作，并负责进行外部通信，其中外部通信通过CAN总线连接车载电脑，车载电脑通过CAN总线控制MCU，主要包括：检测温度、电流、电压、存储器、看门狗/时钟和外围设备的安全测试、充电处理以及停止充电等，其中CAN总线通信驱动，可以处理所有的CAN2.0B规范的帧类型，支持波特率125Kbps，250Kbps，500Kbps，1Mbps，可读取和写入CAN计数器。

其中准备状态包含：

1.连接线已经连接插座；

2.激活就近的传感器，CAN启动信息或者可用电压将激活OBC，自诊断功能启动并且驱动上锁也被激活；

3.连接线两端锁定；

4.检测12V电池电压是否高于10V；

5.要求交流网络最大值；

6.建立与高压-电池的通信连接和检测高压-电池的状态；

7.依据状态，OBC转到充电过程或者是断开状态。

充电状态包含：

汽车里所有相关的设置都置位成充电状态(比如：冷却水泵和高压电池等都开通)，开始充电。出现如下情况时充电将被停止：

1.电池充满；

2.用户停止充电；

3.断开与市电的连接；

4.发生错误情况(如过温，通信中断，连接线突然断开等)；

停止充电则是汽车里所有的相关设置都置位成停止充电(比如：当温度恢复到正常状态时关闭冷却水泵和高压电池)，车载充电装置进入待机模式。

本发明是利用软件控制控制单元的通信即CAN总线功能，保护电网和充电装置；通过车载电脑/触摸屏可以控制充电装置的输入，查看充电装置的输出以及其工作状态，全数字控制方式对整机工作和外部设备进行智能化控制。软件控制具体操作如图4所示，如果是车载充电装置输出的电压过高、电流过大，温度过高等状况时，MCU就会进入安全状态，同时禁用CPLD和驱动复位；PFC关断；LLC关断；保存所有的诊断数据，并通知在在车中的诊断车载电脑(ECU)。

当CPLD进入安全模式，将执行如下操作：PFC关断(CPLD复位也是如此)；关断LLC(CPLD复位也是如此)；保存由MCU读取的安全状态标志。在交流输入和高压输出时，保险丝保护过流。通过4个ADC(AMC1210)，CPLD将执行如下操作：检测PFC输出是否过电压；检测LLC输出是否过电流和过电压；一旦出现过流或者是过压将进入安全状态。

通过比较器单片机将执行如下操作：实时检测PFC输出是否过流；实时检测LLC输出是否过电流和过电压；一旦出现过流或者是过压将进入安全状态。

在车载充电装置的关键部位要有温度检测设备，一旦温度传感器的温度超过设定值系统将降额输出，一旦出现温度过高的情况将进入安全模式。设定的降额输出的温度为100℃，如温度传感器的温度超过100℃，则系统将降额输出。

为了提供可靠性，在车载充电装置开始充电之前需要先检测包括比较器，AMC1210，CPLD和MCU等过压、过流的设备。一旦这些设备不可用，充电装置将不能进入充电模式。具体动作为：

1)CY320(看门狗)将执行：

激活MCU监控器；

如果MCU处于闲置状态则将其复位。

2)CPLD将执行：

监控MCU的活动状态；

如果是MCU处于闲置状态则进入安全模式。

3)MCU将执行：

监控CPLD和时钟；

监控所有的偏执电压是否低于要求值，如12V，5V，3.3V；

检测温度总线上的温度是是否合理；

定期做自我检测，包括：不变的内存检测，可变的内存检测，CPU检测；

做启动检测，包括：不变的内存检测，可变的内存检测，CPU检测，外围的检测。

一旦上述之一失败，MCU将进入安全模式。

图5和图6为本发明所述汽车车载充电装置的软件操作界面图，具体充电过程为：

点击图5中的连接CAN，在控制界面上输入部分5设置各个参数，具体为：设置输出电压、电流的参考值；设置最大输出电流；设置输入的母线电压，设置完成后，点击开始充电按钮；可以在图5的输出部分6观察充电过程中的电流电压，包括充电装置输出电压、电流的实际值；输入母线电压；电机温度；充电装置的充电状态标志，充电完成后点击停止充电，断开CAN连接和退出按钮，就可以退出充电界面，断开输入输出连接器，如果是充电过程中出现错误，还是可以查看图6所示充电装置错误代码7，了解具体的错误。

图7为本发明所述电动汽车车载充电装置的控制方法的总输出效率图，采用不同的输出功率，总输出效率最高都能达到94.5％以上，输出效率高。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种电动汽车车载充电装置的控制方法，其中，所述充电装置的电路包括：控制器模块；功率因数校正电路，其与所述控制器模块连接；谐振电路，其与所述控制器模块连接，且所述谐振电路与所述功率因数校正电路连接；其中，所述谐振电路中包括所述直流电源连接器，而所述功率因数校正电路中包括所述交流电源连接器，

其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

步骤一、向所述控制器模块中输入预设充电参数；

步骤二、所述控制器模块检测所述功率因数校正电路和谐振电路是否存在异常，若存在异常，则示出错误信息，若不存在异常，则执行步骤三；

步骤三、所述控制器模块控制启动所述充电装置进入充电状态，向蓄电池充电，并且所述控制器在充电全程进行监控，若发现异常，则立即停止充电或调整充电状态，若未发现异常，则执行步骤四；

步骤四、当所述控制器模块检测到蓄电池已经充满电后，控制所述充电装置停止充电。

2.如权利要求1所述的电动汽车车载充电装置的控制方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述预设充电参数包括：直流电源连接器的输出电压和电流的参考值、直流电源连接器的最大输出电流、和/或功率因数校正电路的母线输出电压。

3.如权利要求1或2所述的电动汽车车载充电装置的控制方法，其特征在于，所述控制器模块包括彼此连接的复杂可编程逻辑器和单片机，所述复杂可编程逻辑器与功率因数校正电路和谐振电路连接，而所述单片机与电动汽车的车载电脑通过控制器局域网络总线通信连接，

在所述步骤一中，向所述控制器模块中的单片机中输入预设充电参数，

且在所述步骤二中，利用所述控制器模块中的复杂可编程逻辑器检测所述功率因数校正电路和谐振电路，

并且其中，所述单片机通过经由循环冗余校验码保护的串行外设接口与所述复杂可编程逻辑器连接，且所述单片机监测所述复杂可编程逻辑器的工作状态。

4.如权利要求3所述的电动汽车车载充电装置的控制方法，其特征在于，通过所述车载电脑的触摸屏执行所述单片机的输入操作和控制操作，和/或通过所述车载电脑查看充电装置的输出和工作状态。

5.如权利要求3所述的电动汽车车载充电装置的控制方法，其特征在于，所述复杂可编程逻辑器与功率因数校正电路和谐振电路之间通过模数转换器连接，所述复杂可编程逻辑器通过全数字方式控制功率因数校正电路和谐振电路。

6.如权利要求3所述的电动汽车车载充电装置的控制方法，其特征在于，所述充电装置中还设置有至少一个温度传感器，所述单片机与所述温度传感器连接，用于监测所述温度传感器的温度，

当任一个温度传感器检测到的温度超过设定值且小于阈值时，所述单片机控制所述充电装置降额输出；当任一个温度传感器检测到的温度超过阈值时，所述单片机控制所述充电装置进入安全模式。

7.如权利要求6所述的电动汽车车载充电装置的控制方法，其特征在于，所述阈值为100℃。

8.如权利要求6所述的电动汽车车载充电装置的控制方法，其特征在于，所述单片机控制充电过程如下：

1)首先检测所述充电装置中各器件的连接状况是否满足充电条件，在满足的条件下，执行下述步骤2)；

2)激活所有温度传感器、激活控制器局域网络启动信息以及激活充电装置，自诊断功能启动并且执行驱动解锁；

3)所述单片机检测蓄电池中的低压电池的当前电压是否高于预定值，如果高于预定值则充电程序不启动，如果不高于预定值，则执行步骤4)；

4)所述单片机控制建立充电装置与蓄电池中的高压电池的通讯连接，并实时监测高压电池的状态；

5)所述单片机启动充电装置执行充电操作；

6)当所述单片机监测到蓄电池充满电时，所述单片机启动充电装置执行进入待机模式操作。

9.如权利要求8所述的电动汽车车载充电装置的控制方法，其特征在于，所述低压电池为12v电池，且预定值为10v。

10.如权利要求8所述的电动汽车车载充电装置的控制方法，其特征在于，如果所述充电装置的输出电压过高、输出电流过大，或温度传感器的检测温度过高，单片机进入安全状态，同时禁用复杂可编程逻辑器和驱动复位，且关闭功率因数校正电路和谐振电路；

单片机保存所有的诊断数据，并通过控制器局域网络通知电动汽车中的诊断车载电脑。

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