CN103182948B - 电动汽车及在充放电和驱动功能之间切换的动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，包括：动力电池；充放电插座；双向DC/DC模块；驱动控制开关；双向DC/AC模块；电机控制开关；充放电控制模块；控制器模块，所述控制器模块与所述驱动控制开关、电机控制开关和充放电控制模块相连，控制器模块用于在动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时，建立动力电池至电机之间的通路，且在动力系统当前所处的工作模式为充放电模式时，建立所述充放电插座与动力电池之间的通路。该动力系统能够实现使用民用或工业交流电网对电动汽车进行大功率交流充电，使用户可以随时随地高效、快捷的充电，并且适用电池工作电压范围宽，节省空间和成本。本发明还提出了一种电动汽车。

Description

电动汽车及在充放电和驱动功能之间切换的动力系统
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种在充放电和驱动功能之间切换的动力系统以及一种具有该动力系统的电动汽车。
背景技术
随着科技的发展，环保节能的电动汽车正在扮演着取代燃油车的角色，然而电动汽车的普及还面临着一些问题，其中高的续航里程和快捷的充电技术，已成为电动汽车推广的一大难题。
目前，电动汽车大多采用大容量的电池，虽然可以提高电动汽车的续航能力，但同样大容量的电池又带来了充电时间过长的问题。虽然专业的直流充电站可以快速的为电池进行充电，但高额的成本和较大占地面积等问题使得这种基础设施的普及还面临着一定的难度，同时又由于车辆的空间有限，车载充电器受到体积的制约而无法满足充电功率。
现在市场上所采取的充电方案有以下几种：
方案（1）：如图1和图2所示，此方案中的车载充放电装置主要包括三相电源变压器1’、六个晶闸管元件组成三相桥式电路2’、恒压控制装置AUR和恒流控制装置ACR，但是该方案严重浪费空间和成本。
方案（2）：如图3所示，此方案中的车载充放电装置为适应单/三相充电而安装两个充电插座15’、16’，增加了成本；电机驱动回路包含电感L1’和电容C1’组成的滤波模块，在电机驱动时，三相电流经过滤波模块产生损耗，是对电池电量的浪费；该方案充放电工作时逆变器13’对交流电进行整流/逆变，整流/逆变后电压不可调节，适用电池工作电压范围窄。
综上所述，目前市场上所采取的交流充电技术大多采用单项充电技术，该技术存在充电功率小、充电时间长、硬件体积较大、功能单一、受限于不同地区电网的电压等级限制等缺点。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，能够实现使用民用或工业交流电网对电动汽车进行大功率交流充电，使用户可以随时随地高效、快捷的充电，无需恒压控制装置和恒流控制装置，节省空间和成本，并且适用电池工作电压范围宽。
本发明的另一个目的还在于提出一种电动汽车。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，包括：动力电池；充放电插座；双向DC/DC模块，所述双向DC/DC模块的第一直流端与所述动力电池的另一端相连，所述双向DC/DC模块的第二直流端与所述动力电池的一端相连，其中，所述第一直流端为所述双向DC/DC模块输入及输出的共用直流端；驱动控制开关，所述驱动控制开关的一端与所述动力电池一端相连，所述驱动控制开关的另一端与所述双向DC/DC模块的第三直流端相连；双向DC/AC模块，所述双向DC/AC模块的第一直流端与所述驱动控制开关的另一端相连，所述双向DC/AC模块的第二直流端与所述动力电池的另一端相连；电机控制开关，所述电机控制开关的一端与所述双向DC/AC模块的交流端相连，所述电机控制开关的另一端与电机相连；充放电控制模块，所述充放电控制模块的一端与所述双向DC/AC模块的交流端相连，所述充放电控制模块的另一端与所述充放电插座相连；以及控制器模块，所述控制器模块与所述驱动控制开关、电机控制开关和充放电控制模块相连，所述控制器模块用于在所述动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时，建立所述动力电池至所述电机之间的通路，且在所述动力系统当前所处的工作模式为充放电模式时，建立所述充放电插座与所述动力电池之间的通路。
根据本发明实施例的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，能够实现使用民用或工业交流电网对电动汽车进行大功率交流充电，使用户可以随时随地高效、快捷的充电，节省充电时间，同时无需恒压控制装置和恒流控制装置，节省空间和成本，并且适用电池工作电压范围宽。
此外，本发明的另一方面的实施例还提出了一种电动汽车，包括上述的动力系统。该电动汽车能够通过三相或单相电进行大功率充电，方便用户随时随地对电动汽车进行快速充电，节约了时间成本，满足人们的需求。
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
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为现有的一种车载充放电装置的电路图；
图2为现有的一种车载充放电装置的控制示意图；
图3为现有的另一种车载充放电装置的电路图；
图4为根据本发明一个实施例的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统的方框示意图；
图5为根据本发明一个实施例的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统的拓扑图；
图6为根据本发明一个实施例的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统的进一步的方框示意图；
图7为根据本发明一个实施例的控制器模块的方框示意图；
图8为根据本发明一个示例的控制器模块中的DSP与外围硬件电路接口示意图；
图9为根据本发明一个实施例的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统的功能判断流程图；
图10为根据本发明一个实施例的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统进行电机驱动控制功能的方框示意图；
图11为根据本发明一个实施例的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统充放电功能启动判断流程图；
图12为根据本发明一个实施例的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统在充电工作模式下的控制流程图；
图13为根据本发明一个实施例的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统在电动汽车充电结束时的控制流程图；
图14为根据本发明一个实施例的电动汽车与供电设备之间连接电路图；
图15为根据本发明另一个实施例的采用两个动力系统并联对电动汽车进行充电的示意图；
图16为根据本发明一个示例的充放电插座的示意图；
图17为根据本发明另一个示例的离网带载放电插头的示意图；
图18为根据本发明再一个实施例的用于电动汽车的电力载波通讯系统的结构图；
图19为电力载波通讯装置的方框示意图；
图20为八个电力载波通讯装置与对应的控制装置进行通讯的示意图；
图21为电力载波通讯系统进行数据接收的方法流程图；以及
图22为根据本发明还一个实施例的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统的箱体结构示意图。
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，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统以及具有该动力系统的电动汽车。
如图4所示，本发明一个实施例提出的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统包括动力电池10、充放电插座20、双向DC/DC模块30、驱动控制开关40、双向DC/AC模块50、电机控制开关60、充放电控制模块70和控制器模块80。
其中，双向DC/DC模块30的第一直流端a1与动力电池10的另一端相连，双向DC/DC模块30的第二直流端a2与动力电池10的一端相连，并且第一直流端a1为双向DC/DC模块30输入及输出的共用直流端。驱动控制开关40的一端与动力电池10的一端相连，驱动控制开关40的另一端与双向DC/DC模块30的第三直流端a3相连。双向DC/AC模块50的第一直流端b1与驱动控制开关40的另一端相连，双向DC/AC模块50的第二直流端b2与动力电池10的另一端相连，电机控制开关60的一端与双向DC/AC模块50的交流端c相连，电机控制开关60的另一端与电机M相连。充放电控制模块70的一端与双向DC/AC模块50的交流端c相连，充放电控制模块70的另一端与充放电插座20相连。控制器模块80与驱动控制开关40、电机控制开关60和充放电控制模块70相连，控制器模块80用于在动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时，建立动力电池10至电机M之间的通路，且在动力系统当前所处的工作模式为充放电模式时，建立充放电插座20与动力电池10之间的通路。
进一步地，在本发明的实施例中，动力系统当前所处的工作模式可以包括驱动模式和充放电模式。当动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时，控制器模块80控制驱动控制开关40闭合以关闭双向DC/DC模块30，并控制电机控制开关60闭合以正常驱动电机M，以及控制充放电控制模块70断开。需要说明的是，在本发明的实施例中，虽然图5中电机控制开关60包括了与电机三相输入相连的三个开关，但是在本发明的其他实施例中也可包括与电机两相输入相连的两个开关，甚至一个开关。在此只要能实现对电机的控制即可。因此，其他实施例在此不再赘述。当动力系统当前所处的工作模式为充放电模式时，控制器模块80控制驱动控制开关40断开以启动双向DC/DC模块30，并控制电机控制开关60断开以将电机M移出，以及控制充放电控制模块70闭合，使外部电源可以正常地为动力电池10进行充电。双向DC/DC模块30的第一直流端a1和第三直流端a3与直流母线的正负端相连。
在本发明的一个实施例中，如图5所示，在充放电和驱动功能之间切换的动力系统还包括第一预充控制模块101，第一预充控制模块101的一端与动力电池10的一端相连，第一预充控制模块101的另一端与双向DC/DC模块30的第二直流端a2相连，第一预充控制模块101用于在为双向DC/DC模块30中的电容C1及母线电容C0进行预充电，其中，母线电容C0连接在双向DC/DC模块30的第一直流端a1和双向DC/DC模块30的第三直流端a3之间。其中，第一预充控制模块101包括第一电阻R1、第一开关K1和第二开关K2。第一电阻R1的一端与第一开关K1的一端相连，第一电阻R1的另一端与动力电池10的一端相连，第一开关K1的另一端与双向DC/DC模块30的第二直流端a2相连，第一电阻R1和第一开关K1串联之后与第二开关K2并联，其中，控制器模块80在动力系统启动时控制第一开关K1闭合以对双向DC/DC模块30中的电容C1及母线电容C0进行预充电，并在母线电容C0的电压与动力电池10的电压成预设倍数时，控制第一开关K1断开同时控制第二开关K2闭合。
如图5所示，双向DC/DC模块30进一步包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、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相互串联连接，相互串联的第一开关管Q1和第二开关管Q2连接在双向DC/DC模块30的第一直流端a1和第三直流端a3之间，第一开关管Q1和第二开关管Q2受控制器模块80的控制，并且第一开关管Q1和第二开关管Q2之间具有第一节点A。第一二极管D1与第一开关管Q1反向并联，第二二极管D2与第二开关管Q2反向并联，第一电感L1的一端与第一节点A相连，第一电感L1的另一端与动力电池10的一端相连。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的另一端相连。
此外，在本发明的实施例中，如图5所示，该在充放电和驱动功能之间切换的动力系统还包括漏电流削减模块102，漏电流削减模块102连接在双向DC/DC模块30的第一直流端a1和双向DC/DC模块30的第三直流端a3之间。具体而言，漏电流削减模块102包括第二电容C2和第三电容C3，第二电容C2的一端与第三电容C3的一端相连，第二电容C2的另一端与双向DC/DC模块30的第一直流端a1相连，第三电容C3的另一端与双向DC/DC模块30的第三直流端a3相连，其中，第二电容C2和第三电容C3之间具有第二节点B。
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难点。因此，该动力系统在直流母线正负端增加漏电流削减模块102，能有效减小漏电流。漏电流削减模块102包含两个同类型电容C2和C3，其安装在直流母线正负端和三相交流中点电位之间，在本系统工作时能将产生的高频电流反馈到直流侧，即能有效降低了系统在工作时的高频漏电流。
在本发明的一个实施例中，如图5所示，该在充放电和驱动功能之间切换的动力系统还包括滤波模块103、滤波控制模块104、EMI模块105和第二预充控制模块106。
其中，滤波模块103连接在双向DC/AC模块50和充放电控制模块70之间。具体而言，如图5所示，滤波模块103包括电感LA、LB、LC和电容C4、C5、C6，而双向DC/AC模块50可以包括六个IGBT，上下两个IGBT之间的连接点分别通过电力总线与滤波模块103和电机控制开关60相连接。
如图5所示，滤波控制模块104连接在第二节点B和滤波模块103之间，并且滤波控制模块104受控制器模块80控制，控制器模块80在动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时控制滤波控制模块104断开。其中，滤波控制模块104可以为电容切换继电器，由接触器K10组成。EMI模块105连接在充放电插座20和充放电控制模块70之间。需要说明的是，在图5中接触器k10的位置仅是示意性的。在本发明的其他实施例中，接触器K10还可设在其他位置，只要能够实现对滤波模块103的关断即可。例如，在本发明的另一个实施例中，该接触器K10也可以连接在双向DC/AC模块50和滤波模块103之间。
第二预充模块106与充放电控制模块70并联，第二预充控制模块106用于对滤波模块103中的电容C4、C5、C6进行预充电。其中，第二预充控制模块106包括相互串联的三个电阻RA、RB、RC和三相预充开关K9。
在本发明的一个实施例中，如图5所示，充放电控制模块70进一步包括三相开关K8和/或单相开关K7，用于实现三相充放电或单相充放电。
也就是说，在本发明的实施例中，当动力系统启动时，控制器模块80控制第一开关K1闭合以对双向DC/DC模块30中的第一电容C1及母线电容C0进行预充电，并在母线电容C0的电压与动力电池10的电压成预设倍数时，控制第一开关K1断开同时控制第二开关K2闭合。这样，通过双向DC/DC模块30和直接连接在电力总线即直流母线之间的大容量母线电容C0组成实现电池低温激活技术的主要部件，用于将动力电池10的电能通过双向DC/DC模块30充到大容量母线电容C0中，再将大容量母线电容C0中储存的电能通过双向DC/DC模块30充回动力电池10（即对动力电池充电时），对动力电池10循环充放电使得动力电池的温度上升到最佳工作温度范围。
当动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时，控制器模块80控制驱动控制开关40闭合以关闭双向DC/DC模块30，并控制电机控制开关60闭合以正常驱动电机M，以及控制充放电控制模块70断开。这样，通过双向DC/AC模块50把动力电池10的直流电逆变为交流电并输送给电机M，可以利用旋转变压解码器技术和空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制算法来控制电机M的运行。
当动力系统当前所处的工作模式为充放电模式时，控制器模块80控制驱动控制开关40断开以启动双向DC/DC模块30，并控制电机控制开关60断开以将电机M移出，以及控制充放电控制模块70闭合，使外部电源例如三相电或者单相电通过充放电插座20可以正常地为动力电池10进行充电。即言，通过检测充电连接信号、交流电网电制和整车电池管理的相关信息，借用双向DC/AC模块50进行可控整流功能，并结合双向DC/DC模块30，可实现单相\三相电对动力电池10的充电。
根据本发明实施例的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，能够实现使用民用或工业交流电网对电动汽车进行大功率交流充电，使用户可以随时随地高效、快捷的充电，节省充电时间，同时无需恒压控制装置和恒流控制装置，节省空间和成本，并且适用电池工作电压范围宽。
此外，在本发明的实施例中，如图6所示，该在充放电和驱动功能之间切换的动力系统还可以包括高压配电箱90、仪表107、电池管理器108和整车信号109。其中，驱动控制开关40、第一开关K1和第二开关K2可以设置在高压配电箱90内。
在本发明的一个实施例中，如图7所示，控制器模块80包括控制板201和驱动板202。其中，控制板201上的控制模块采用两个高速数字信号处理芯片（DSP1和DSP2）进行控制。控制板201上的控制模块与整车信息接口203相连，并相互进行信息交互。控制板201上的控制模块接收驱动板202上的驱动模块输出的母线电压采样信号、IPM保护信号以及IGBT温度采样信号等，同时输出脉冲宽度调制PWM信号至驱动模块。
其中，如图8所示，DSP1主要用于控制，DSP2用于信息采集。DSP1中的采样单元输出油门信号、母线电压采样信号、刹车信号、直流侧电压采样信号、电机电流霍尔V相信号、电机电流霍尔W相信号、充电控制电流霍尔U相信号、充电控制电流霍尔V相信号、充电控制电流霍尔W相信号、直流电流霍尔信号、逆变电压U相信号、逆变电压V相信号、逆变电压W相信号、电网电压U相信号、电网电压V相信号、电网电压W相信号、逆变U相捕获信号、电网U相捕获信号等采样信号，DSP1中的开关控制单元输出电机A相开关信号、电机B相开关信号、电网A相开关信号、电网B相开关信号、电网C相开关信号、三相预充开关信号和电容切换继电器信号等，DSP1中的驱动单元输出A相PWM1信号、A相PWM2信号、B相PWM1信号、B相PWM2信号、C相PWM1信号、C相PWM2信号、DC相PWM1信号、DC相PWM2信号和IPM保护信号等，DSP1还具有旋变信号输出控制、串行通信、硬件保护、CAN通讯和档位控制等功能。DSP2中的采样单元输出供电电源监测信号、电源监测信号、油门1信号、刹车2信号、油门2信号、刹车1信号、电机模拟温度信号、漏电传感器信号、散热器温度信号、直流侧电感温度采样信号、V相电感温度采样信号、U相电感温度采样信号、W相电感温度采样信号、放电PWM电压采样信号、倾角传感器读信号、倾角传感器片选信号、IGBT温度采样W相信号、IGBT温度采样U相信号、IGBT温度采样升降压相信号、IGBT温度采样V相信号、电机温度开关信号、单/三相切换开关信号等，DSP2中的充放电控制单元输出充放电开关信号、休眠信号、放电PWM信号、电池管理器BMS信号、充放电输出控制信号、CP信号和CC信号等，并且DSP2还具有CAN通讯、串行通信功能。
综上所述，在本发明实施例提出的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统集电机驱动功能、车辆控制功能、交流充电功能、并网功能、离网带载功能、车辆对车辆充电功能于一体。并且，该动力系统不是通过把各种功能模块简单的物理组合为一体，而是在电机驱动控制系统的基础上，通过添加一些外围器件，实现系统的功能多样化，最大化节省空间和成本，提高功率密度。
具体而言，在充放电和驱动功能之间切换的动力系统的功能简单介绍如下：
1、电机驱动功能：通过双向DC/AC模块50把动力电池10的直流电逆变为交流电并输送给电机M，可以利用旋转变压解码器技术和空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制算法来控制电机M的运行。
也就是说，当本动力系统得电工作时，如图9所示，该系统功能判断流程包括以下步骤：
S901，动力系统得电。
S902，判断充电连接信号。如果有充电连接信号，则转至步骤S903，如果没有则转至步骤904。
S903，进入充放电控制流程。在本发明的一个实施例中，还需要对油门、档位及刹车信号进行判断。当油门为0、档位为N档、手刹、充电连接即CC信号有效时（即充放电插座20连接有充电连接装置），则进入充放电控制流程。
S904，进入车辆控制流程。
在步骤S904进入车辆控制流程后，控制器模块80控制电机控制开关60闭合，通过CAN通讯通知电池管理器108，电池管理器108控制高压配电箱90对C1和C0进行预充，控制器模块80检测母线电压187，判断预充是否成功，成功后通知电池管理器108闭合驱动控制开关40，该系统进入驱动模式，同时控制器模块80对整车信息进行采集，通过综合判断处理对电机M进行驱动。
进行电机驱动控制功能：如图10所示，控制器模块80发送PWM信号，对双向DC/AC模块50进行控制，把动力电池10的直流电逆变为交流电并输送给电机M，控制器模块80通过旋转变压器解算转子位置，并采集母线电压和电机BC相电流使电机M能精准的运行。即言，控制器模块80根据电流传感器采样的电机BC相电流信号和旋转变压器的反馈信息对PWM信号进行调节，最终使电机M能精准的运行。
这样，通过通信模块对整车油门、刹车以及档位信息，判断当前运行工况，实现车辆的加速、减速和能量回馈功能，使得整车在各种工况下下安全可靠运行，保证车辆的安全性、动力性和平顺性。
2、充放电功能
（1）充放电功能连接确认和启动：如图11所示，该动力系统充放电功能启动判断流程包括如下步骤：
S1101，充放电连接装置即充放电插座物理连接完成，并且电源正常。
S1102，供电设备检测充电信号CC连接是否正常。如果是，则进入步骤S1103；如果否，则返回步骤S1102，继续检测。
S1103，供电设备检测CP检测点的电压是否为9V。如果是，则进入步骤S1106；如果否，返回步骤S1102，继续检测。其中，9V是一个预设示例值。
S1104，控制器模块检测充电信号CC连接是否正常。如果是，则进入步骤S1105；如果否，则返回步骤S1104，继续检测。
S1105，拉低输出充电连接信号、充电指示灯信号。
S1106，进入充放电功能。
如图12所示，该动力系统在充电工作模式下的控制流程包括如下步骤：
S1201，判断系统得电后是否完全启动工作。如果是，则进入步骤S1202；如果否，则返回步骤S1201，继续判断。
S1202，检测CC检测点电阻值，确定充电连接装置容量。
S1203，判断CP检测点是否检测到固定占空比的PWM信号。如果是，则进入步骤S1204；如果否，则进入步骤S1205。
S1204，发送充电连接正常充电准备就绪报文，收到BMS充电允许、充电接触器吸合报文，进入步骤S1206。
S1205，充电连接故障。
S1206，控制器模块吸合内部开关。
S1207，判断预设时间例如1.5秒内检测到外部充电设备是否无PWM波发送。如果是，则进入步骤S1208；如果否，则进入步骤S1209。
S1208，判断为外部国标充电桩，充电过程中不发送PWM波。
S1209，向供电设备发送PWM波。
S1210，判断预设时间例如3秒内检测交流输入是否正常。如果是，则进入步骤S1213；如果否，则进入步骤S1211。
S1211，交流外部充电设备故障。
S1212，进行异常处理。
S1213，进入充电阶段。
也就是说，如图11和图12所示，供电设备和控制器模块80自检无故障后，根据检测CC信号电阻值确定充电连接装置容量，检测CP信号确定是否完全连接，充放电连接装置完全连接确认后，发送充电连接正常和充电准备就绪报文，电池管理器108控制高压配电箱90闭合第一开关K1进行预充，预充完成后断开K1，吸合第二开关K2，控制器模块80收到BMS充电允许、第二开关K2吸合报文，充放电准备就绪，即可通过仪表设置功能，如下：交流充电功能（G to V，电网对电动汽车）、离网带载功能（V to L，电动汽车对负载）、并网功能（V to G，电动汽车对电网）和车辆对车辆充电功能（V to V，电动汽车对电动汽车）。
（2）交流充电功能（G to V）：该动力系统接收到仪表充电指令，电池管理器108允许最大充电电流、供电设备最大供电电流和充放电连接装置即充放电插座20的额定电流，控制器模块80判断三者中最小的充电电流，自动选择充电相关参数。并且，该动力系统通过电网电压采样183对供电设备输送的交流电进行采样，控制器模块80通过采样值计算出交流电电压有效值，通过捕获来确定交流电频率，根据电压值和频率判断出交流电电制，根据电网电制选取控制参数。确定控制参数后，控制器模块80控制第二预充模块106中的K9和滤波控制模块104中的接触器K10吸合，对直流侧母线电容C0进行充电，控制器模块80通过187对母线电容的电压进行采样，当电容电压达到选定控制参数例如与动力电池的电压成预设倍数后再控制吸合三相开关K8，同时断开K9。此时该动力系统根据预先选定参数，控制器模块80发送PWM信号，控制双向DC/AC模块50对交流电进行整流，再根据动力电池电压，控制双向DC/DC模块30对电压进行调节，最后把直流电输送给动力电池10，在此过程中，控制器模块80根据预先选定目标充电电流和电流采样184反馈的相电流，对整个动力系统进行闭环的电流环调节，最终实现对动力电池10进行充电。由此，通过检测充电连接信号、交流电网电制和整车电池管理的相关信息，借用双向DC/AC模块50进行可控整流功能，结合双向DC/DC模块30，可实现单相\三相电对动力电池10的充电。
（3）离网带载功能（V to L）：该动力系统接收到仪表V to L指令，首先判断动力电池荷电状态SOC是否在可以放电范围，如果允许放电，再根据指令选择输出电制，根据充放电连接装置的额定电流，智能选择输出最大输出功率并给定控制参数，系统进入控制流程。首先控制器模块80控制吸合三相开关K8、接触器K10，根据电池电压和给定的输出电压，发送PWM信号控制双向DC/DC模块30对电压进行调节，达到目标值后输送给双向DC/AC模块50把直流电逆变为交流电，通过专用的充电插座即可直接为用电设备供电。在此过程中，控制器模块80根据电压采样183反馈进行调节，保证负载安全可靠的工作。
即言，系统上电，当接到仪表的V to L控制指令以及输出电制要求，检测充电连接信号和整车电池管理的相关信息，根据电池的电压进行DC/DC电压转换，借用双向DC/AC模块50进行交流逆变功能，输出稳定单相\三相交流电压。
（4）并网功能（V to G）：该动力系统接收到仪表V to G指令，首先判断动力电池SOC是否在可以放电范围，如果允许放电，再根据指令选择输出电制，根据充放电连接装置的额定电流，智能选择输出最大输出功率并给定控制参数，动力系统进入控制流程。首先控制器模块80控制吸合三相开关K8、接触器K10，根据电池电压和给定的输出电压，发送PWM信号控制双向DC/DC模块30对电压进行调节，在经过双向DC/AC模块50把直流电逆变为交流电，根据预先选定放电电流目标值和电流采样184反馈的相电流，对整个动力系统进行闭环的电流环调节，实现并网放电。
也就是说，动力系统上电，当接到仪表的V to G控制指令，检测充电连接信号、交流电网电制和整车电池管理的相关信息，根据电池的电压进行DC/DC电压转换，借用双向DC/AC模块50进行交流逆变，实现单相\三相车辆对电网放电功能。
（5）车辆对车辆充电功能（V to V）：V to V功能需要使用专用的连接插头，当动力系统检测到充电连接信号CC有效，并检测到其电平确认为VTOV专用充电插头，等待仪表命令。例如，假设车辆A向车辆B充电，则车辆A设置为放电状态即设置为离网带载功能，车辆B设置为交流充电状态，车辆A的控制器模块发送充电连接正常充电准备就绪报文至电池管理器，电池管理器控制充放电回路预充，完成后发送充电允许、充电接触器吸合报文至控制器模块，该动力系统进行放电功能，并发送PWM信号。车辆B接收到充电指令后，其系统检测到CP信号，判断为供电车辆A已准备就绪，控制器模块80发送连接正常报文至电池管理器，电池管理器接到指令后完成预充流程，通知控制器模块，整个动力系统充电准备就绪，启动充电功能（G to V），最后实现车辆对充功能。
也就是说，系统上电，当接到仪表的V to V控制指令，检测充电连接信号和整车电池管理的相关信息，设置车辆为交流输出电源状态，同时模拟外部充电设备输出CP信号功能，实现和需要充电的车辆进行交互。该车辆根据电池的电压进行DC/DC电压转换，借用双向DC/AC模块50进行交流逆变，实现单相\三相车辆对车辆的对充功能。
在本发明的一个实施例中，如图13所示，该动力系统在电动汽车充电结束时的控制流程包括如下步骤：
S1301，供电设备断开供电开关，停止交流输出，进入步骤S1305。
S1302，控制器模块控制停止充电，进行卸载，进入下一步骤S1303。
S1303，卸载完成后断开内部开关，发送充电结束报文。
S1304，发送断电请求。
S1305，充电结束。
其中，如图14所示，供电设备301通过供电插头302与电动汽车1000的车辆插头303相连，从而实现对电动汽车1000进行充电。其中，电动汽车的动力系统通过检测点3检测CP信号和通过检测点4检测CC信号，而供电设备通过检测点1检测CP信号和通过检测点2检测CC信号。并且，在充电完成后，均控制断开供电插头302和车辆插头303中的内部开关S2。
在本发明的另一个实施例中，电动汽车还可以采用多个动力系统并联对动力电池进行充电，例如采用两个动力系统并联后对动力电池充电，其中两个动力系统共用一个控制器模块。
在本实施例中，如图15所示，该电动汽车充电系统包括动力电池10、第一充电支路401、第二充电支路402和控制器模块80。其中，第一充电支路401和第二充电支路402均包括充放电插座20、双向DC/DC模块30、母线电容C0、双向DC/AC模块50、滤波模块103、充放电控制模块70和第二预充模块106。并且，第一充电支路401和第二充电支路402还包括熔断器FU。动力电池10通过第一预充控制模块101与第一充电支路相连，动力电池10还通过第一预充控制模块101与第二充电支路相连，控制器模块80分别与第一充电支路401和第二充电支路402相连，其中控制器模块80用于接收到充电信号时，控制电网分别通过第一充电支路401和第二充电支路402对动力电池10进行充电。
此外，本发明的又一个实施例还提出了一种电动车辆的充电控制方法，该充电控制方法包括以下步骤：
步骤S1，控制器模块检测到第一充电支路通过充放电插座与供电设备相连，且第二充电支路通过充放电插座与供电设备相连时，向电池管理器发送充电连接信号。
步骤S2，电池管理器接收到控制器模块发送的充电连接信号后，检测并判断动力电池是否需要充电，当动力电池需要充电时，执行下一步骤。
步骤S3，电池管理器向控制器模块发送充电信号。
步骤S4，控制器模块接收到充电信号时，控制电网分别通过第一充电支路和第二充电支路对动力电池进行充电。
采用上述技术方案的电动汽车充电系统及其充电控制方法，控制器模块通过控制电网分别通过第一充电支路和第二充电支路对动力电池进行充电，使得电动车的充电功率增大，从而大大缩短充电时间，实现快速充电，节约了时间成本。
在本发明的实施例中，上述在充放电和驱动功能之间切换的动力系统兼容范围广泛，具有单相三相切换功能，并且适应不同国家电网电制标准。
具体地，如图16所示，充放电插座20具有两个充电插座（例如美标和欧标）切换的功能。该充放电插座20包括单相充电插座501例如美标、三相充电插座502例如欧标、两个高压接触器K503、K504组成。单相充电插座501与三相充电插座502的CC、CP和PE共用，单相充电插座501的L、N相线通过接触器K503、K504与三相充电插座503的A、B相连接。控制器模块80接收到单相充放电指令时，控制接触器K503、K504闭合，使三相充电插座502的A、B相与单相充电插座501的L、N相线导通，三相充电插座502不做使用，由三相充电插座502的A、B相代替单相充电插座501的L、N相线与充电插头连接，控制器模块80即可正常实现单相充电功能。
或者，如图5所示，利用标准7芯插座，在N线与B相线之间增加单相开关K7，控制器模块80接收到单相充放电指令，控制单相开关K7吸合，使B相线和N线连接，由A、B相作为L、N相线使用，连接插头需使用专用连接插头，或其B、C相不做使用的连接插头。
也就是说，在本发明的实施例中，动力系统将根据控制器模块80检测电网的电压，通过计算判断电网的频率及单相/三相，根据计算信息和得出电制后，控制器模块80根据充放电插头20的类型和电网电制，选择不同的控制参数，控制双向DC/AC模块50对交流电压进行可控整流，双向DC/DC模块30根据电池电压对直流电进行调压，最后输送给动力电池10。
在本发明的另一个示例中，如图17所示，离网带载放电插头为两芯、三芯和四芯的插座，与充电插头相连，可以输出单相、三相、四相电制的电。
图18为根据本发明再一个实施例的用于电动汽车的电力载波通讯系统的结构图。
如图18所示，该用于电动汽车的电力载波通讯系统2000包括多个控制装置110、汽车电力线120和多个电力载波通讯装置130。
具体地，多个控制装置110均具有通讯接口，通讯接口例如为但不限于：串行通信接口SCI。汽车电力线120为多个控制装置110供电且多个控制装置110之间通过汽车电力线120进行通讯。多个电力载波通讯装置103与多个控制装置110一一对应，多个控制装置110通过各自的通讯接口与对应的电力载波通讯装置130相连，多个电力载波通讯装置130之间通过汽车电力线120相连，其中，多个电力载波通讯装置130从汽车电力线120上获取载波信号以便将载波信号解调后发送给对应的控制装置，并接收对应的控制装置发送的信息，并将信息调制后发送至汽车电力线120上。
结合图18所示，多个控制装置110包括控制装置1至控制装置N（N≥2，N为整数）。与之相对应的多个电力载波通讯装置130包括电力载波装置1至电力载波装置N。例如，控制装置1需要与控制装置2进行通讯，则电力载波装置1从汽车电力线120中获取来自于电力载波装置2发送的载波信号，该载波信号来自于控制装置2，并由电力载波装置2调制后发送至汽车电力线120上。
其中，如图19所示，每个电力载波通讯装置130包括依次相连的耦合器131、滤波器133、放大器134和调制解调器132。
进一步地，如图20所示，多个电力载波通讯装置例如八个电力载波通讯装置1-8通过汽车电力线束121、122与网关300相连，每个电力载波通讯装置与一个控制装置对应。例如，电力载波通讯装置1与传动控制装置111相对应，电力载波通讯装置2与发动机控制装置112相对应，电力载波通讯装置3与主动悬挂装置对应，电力载波通讯装置4与空调控制装置114相对应，电力载波通讯装置5与安全气囊115相对应，电力载波通讯装置6与仪表显示116相对应，电力载波通讯装置7与故障诊断117相对应，电力载波通讯装置8与照明装置118相对应。
在本实施例中，如图21所示，该电力载波通讯系统进行数据接收的方法包括如下步骤：
S2101，系统加电启动，系统程序进入从电力线接收数据的状态。
S2102，检测载波信号的有无及正确与否。如果是，则执行步骤S2103；如果否，则执行步骤S2104。
S2103，开始接收从电力线上传来的数据，进入下一步骤S2105。
S2104，检测SCI口，判断SCI口是否有数据。如果是，则进入下一步骤S2105；如果否，则返回步骤S2101。
S2105，进入数据接收状态。
根据本实施例的用于电动汽车的电力载波通讯系统，在不增加汽车内线束的基础上，可实现车内各个控制系统之间的数据传输和共享，而利用电力线作为通讯介质的电力载波通讯，避免建设和投资新的通讯网络，降低了制造成本和维护难度。
在本发明的还一个实施例中，上述的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统采用采用水冷方式，如图22所示，箱体结构布局为电感水道散热和IGBT水道共用，很好的解决了散热和空间问题。箱体结构布局分为上下两层，IGBT散热水道背面对滤波模块进行散热，根据电感形状制作，制作成电感槽601，利用电感槽601的侧面传导热量，最后通过水道602带走热量，电感利用高导热系数的胶进行固定，增加了热量传导能力和整体设计的机械强度。本实施例中的动力系统采用采用水冷方式进行散热，散热效果优于风冷方式，同等功率下可以减小滤波模块体积，减小整体动力系统的体积和重量。
此外，本发明的另一方面的实施例还提出了一种电动汽车，包括上述的动力系统。该电动汽车能够通过三相或单相电进行大功率充电，方便用户随时随地对电动汽车进行快速充电，节约了时间成本，满足人们的需求。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (14)

1.一种在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，其特征在于，包括：
动力电池；
充放电插座；
双向DC/DC模块，所述双向DC/DC模块的第一直流端与所述动力电池的另一端相连，所述双向DC/DC模块的第二直流端与所述动力电池的一端相连，其中，所述第一直流端为所述双向DC/DC模块输入及输出的共用直流端；
驱动控制开关，所述驱动控制开关的一端与所述动力电池一端相连，所述驱动控制开关的另一端与所述双向DC/DC模块的第三直流端相连；
双向DC/AC模块，所述双向DC/AC模块的第一直流端与所述驱动控制开关的另一端相连，所述双向DC/AC模块的第二直流端与所述动力电池的另一端相连；
电机控制开关，所述电机控制开关的一端与所述双向DC/AC模块的交流端相连，所述电机控制开关的另一端与电机相连；
充放电控制模块，所述充放电控制模块的一端与所述双向DC/AC模块的交流端相连，所述充放电控制模块的另一端与所述充放电插座相连；以及
控制器模块，所述控制器模块与所述驱动控制开关、电机控制开关和充放电控制模块相连，所述控制器模块用于在所述动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时，建立所述动力电池至所述电机之间的通路，且在所述动力系统当前所处的工作模式为充放电模式时，建立所述充放电插座与所述动力电池之间的通路。
2.如权利要求1所述的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，其特征在于，
当所述动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时，所述控制器模块控制所述驱动控制开关闭合以关闭所述双向DC/DC模块，并控制所述电机控制开关闭合，以及控制所述充放电控制模块断开。
3.如权利要求1所述的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，其特征在于，
当所述动力系统当前所处的工作模式为充放电模式时，所述控制器模块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开关断开，以及控制所述充放电控制模块闭合以启动所述双向DC/AC模块。
4.如权利要求1-3任一项所述的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，其特征在于，还包括：
第一预充控制模块，所述第一预充控制模块的一端与所述动力电池的一端相连，所述第一预充控制模块的另一端与所述双向DC/DC模块的第二直流端相连，所述第一预充控制模块用于在为所述双向DC/DC模块中的电容及母线电容进行预充电，其中，所述母线电容连接在所述双向DC/DC模块的第一直流端和所述双向DC/DC模块的第三直流端之间。
5.如权利要求4所述的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，其特征在于，所述第一预充控制模块进一步包括：
第一电阻和第一开关，所述第一电阻的一端与所述第一开关的一端相连，所述第一电阻的另一端与所述动力电池的一端相连，所述第一开关的另一端与所述双向DC/DC模块的第二直流端相连；
第二开关，所述第一电阻和所述第一开关串联之后与所述第二开关并联，
其中，所述控制器模块在所述动力系统启动时控制所述第一开关闭合以对所述双向DC/DC模块中的电容及母线电容进行预充电，并在所述母线电容的电压等于所述动力电池的电压的预设倍数时，控制所述第一开关断开同时控制所述第二开关闭合。
6.如权利要求1-3任一项所述的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，其特征在于，所述双向DC/DC模块进一步包括：
相互串联的第一开关管和第二开关管，所述相互串联的第一开关管和第二开关管连接在所述双向DC/DC模块的第一直流端和第三直流端之间，所述第一开关管和第二开关管受所述控制器模块的控制，其中，所述第一开关管和第二开关管之间具有第一节点；
第一二极管，所述第一二极管与所述第一开关管反向并联；
第二二极管，所述第二二极管与所述第二开关管反向并联；
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一端相连；以及
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另一端相连。
7.如权利要求1-3任一项所述的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，其特征在于，还包括：
漏电流削减模块，所述漏电流削减模块连接在所述双向DC/DC模块的第一直流端和所述双向DC/DC模块的第三直流端之间。
8.如权利要求7所述的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，其特征在于，所述漏电流削减模块进一步包括：
第二电容和第三电容，所述第二电容的一端与所述第三电容的一端相连，所述第二电容的另一端与所述双向DC/DC模块的第一直流端相连，所述第三电容的另一端与所述双向DC/DC模块的第三直流端相连，其中，所述第二电容和第三电容之间具有第二节点。
9.如权利要求8所述的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，其特征在于，还包括：
滤波模块，所述滤波模块连接在所述双向DC/AC模块和所述充放电控制模块之间。
10.如权利要求9所述的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，其特征在于，还包括：
滤波控制模块，所述滤波控制模块连接在所述第二节点和所述滤波模块之间，所述滤波控制模块受所述控制器模块控制，所述控制器模块在所述动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时控制所述滤波控制模块断开。
11.如权利要求9所述的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，其特征在于，还包括：
EMI模块，所述EMI模块连接在所述充放电插座和充放电控制模块之间。
12.如权利要求11所述的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，其特征在于，还包括：
第二预充控制模块，所述第二预充模块与所述充放电控制模块并联，所述第二预充控制模块用于对所述滤波模块中的电容进行预充电。
13.如权利要求1-3任一项所述的在充放电和驱动功能之间切换的动力系统，其特征在于，所述充放电控制模块进一步包括：
三相开关和/或单相开关，用于实现三相充放电或单相充放电。
14.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1-13任一项所述的动力系统。
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