CN104600815B - 电动汽车充电系统及充电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车充电系统，包括：电池包、主正继电器、主负继电器、整车控制器、快充继电器、快充辅助继电器、慢充继电器、慢充辅助继电器和车载充电器，快充继电器与慢充继电器的常开触点串联，快充辅助继电器与慢充辅助继电器的常开触点串联。本发明还提供了采用上述电动汽车充电系统进行快充、慢充的控制方法。本发明能够提高电动汽车的充电安全性。

Description

电动汽车充电系统及充电控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，具体涉及电动汽车充电系统及充电控制方法。

背景技术

在环境污染日益严重和燃料资源日益枯竭的情况下，电动汽车成为一个重点发展方向。一般电动汽车均提供两种充电模式：快充模式和慢充模式(也被称为车载充电模式)。在慢充模式下，布置在车内的车载充电器利用市电供电或者充电桩慢充接口供电，车载充电器将交流电转化为电池包(也被称为动力电池组)所需的慢充电压；在快充模式下，充电桩内部的快充电器输出直流电，直接向电池包充电。

现有技术中的电动汽车充电系统如图1所示，电池包整车的接口主要包括供电正、供电负、慢充电正、慢充电负、快充电正、快充电负，其中供电正、供电负主要为整车的用电负载如电机控制器、空调等提供供电电源；慢充电正、慢充电负主要用于车载充电器与电池包的高压接口，而快充电正、快充电负主要用于快速充电器与电池包的高压接口。当仅主正继电器、主负继电器的常开触点闭合时，供电正、供电负两个接口分别与电池组的正极线P、负极线N接通，电池包向外供电；当慢充电枪插入慢充电正、慢充电负接口时，车载充电(慢充)继电器和主负继电器的常开触点闭合，电池包进入慢充状态；当快充电枪插入快充电正、快充电负接口时，快速充电继电器和主负继电器的常开触点闭合，电池包进入快充状态。

在现有技术方案中，首先并未考虑到快充电接口与慢充电接口同时接入到电池包接口的状态，整个系统并无针对多种输入状态下的识别机制，快充电接口与慢充电接口同时接入到整车后，并没有针对充电接口的连接状态检测。为防止快充接口与慢充接口同时接入电池包，目前采取的应对措施是快充接口与慢充接口采用独立的两个接口，同时对快充电枪和慢充电枪的长度、口径等形状进行区分，这会对使用者带来困扰并增加了汽车厂商和充电桩生产商的生产成本、配件成本。其次，当连接接口慢充电正、慢充电负、快充电正、快充电负连接不牢固时，在高压连接端子连接处将产生较大的阻抗，一旦有电流通过，将会造成连接接口端子的烧蚀问题，也就是说，现有技术缺乏高压连接口与电池包的接口部分的安全性冗余判断。再次，一般来说，汽车生产厂与充电桩生产厂并非同一厂商，因此目前充电桩所提供的快充接口与电动车的电池包之间缺少标准的相互通讯校验环节，电池包与车载充电器的接口、充电桩的快充接口之间存在匹配性不足，一旦充电桩存在故障则会影响到整车的安全性。

总而言之，现有技术对于电动车的充电系统匹配性及安全性考虑不足。

发明内容

本发明的目的是提高电动汽车的充电系统的安全性和快充、慢充之间的匹配性。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了如下技术方案：

一种电动汽车充电系统，包括：电池包、主正继电器、主负继电器、整车控制器、快充继电器、快充辅助继电器、慢充继电器、慢充辅助继电器和车载充电器，所述电池包的正极与所述主正继电器的一对常开触点、所述慢充继电器的一对常开触点串联后分为两路，一路经所述快充继电器的一对常开触点后接入第一电压监控模块，另一路接入所述车载充电器的第二电压监控模块，所述电池包的负极与所述主负继电器的一对常开触点、所述慢充辅助继电器的一对常开触点串联后分为两路，一路经所述快充辅助继电器的一对常开触点后接入所述第一电压监控模块，另一路接入所述车载充电器的第二电压监控模块，所述第一电压监控模块具有快充接口端，所述车载充电器具有慢充接口端，所述快充继电器、所述快充辅助继电器、所述慢充继电器、所述慢充辅助继电器的线圈与所述车载充电器连接，所述主正继电器、所述主负继电器的线圈与所述整车控制器连接。

优选地，所述整车控制器与所述车载充电器通信连接。

优选地，所述车载充电器还具有与充电桩进行通信的端子。

优选地，上述电动汽车充电系统还包括预充继电器和预充电阻，所述预充继电器的一对常开触点与所述预充电阻串联后与所述主正继电器的所述一对常开触点形成并联，所述预充继电器的线圈与所述整车控制器连接。

优选地，所述第一电压监控模块、所述快充继电器、所述快充辅助继电器、所述慢充继电器和所述慢充辅助继电器位于DCDC总成内。

优选地，所述快充继电器与所述快充辅助继电器采用同一个继电器的不同组常开触点且/或所述慢充继电器与所述慢充辅助继电器采用同一个继电器的不同组常开触点。

一种采用如上所述的电动汽车充电系统进行的充电控制方法，当仅所述第一电压监控模块的快充接口端接收到快充电压输入时，所述车载充电器控制所述快充继电器、所述快充辅助继电器、所述慢充继电器和所述慢充辅助继电器的常开触点闭合，所述整车控制器控制所述主正继电器和所述主负继电器的常开触点闭合，从而进入快充状态；当所述车载充电器的慢充接口端接收到慢充电压输入时，所述车载充电器控制所述慢充继电器、所述慢充辅助继电器的常开触点闭合，同时保持所述快充继电器和所述快充辅助继电器的常开触点打开，所述整车控制器控制所述主正继电器和所述主负继电器的常开触点闭合，从而进入慢充状态。

优选地，当所述快充接口端或所述慢充接口端接收到电压输入时，所述整车控制器首先控制预充继电器的常开触点闭合，所述整车控制器对车载充电条件进行自检，确定车载充电条件允许后，所述整车控制器向所述车载充电器发送充电条件允许信号，所述整车控制器再控制所述主正继电器和所述主负继电器的常开触点闭合，所述车载充电器控制所述慢充继电器、所述慢充辅助继电器的常开触点闭合，或者同时控制所述快充继电器和所述快充辅助继电器的常开触点的闭合。

优选地，所述充电条件包括以下条件中的一个或者多个：

电池电量不为100％；

整车绝缘阻抗大于预定值；

电池包内的电池温度不得过高或过低；

电池单体电压不得过高或过低；

车载充电器温度不得过高或过低。

优选地，在进入快充状态前，所述车载充电器获得充电桩传递的快充条件允许信号后，所述车载充电器再控制所述快充继电器、所述快充辅助继电器、所述慢充继电器和所述慢充辅助继电器的常开触点闭合，所述快充条件包括以下条件中的一个或者多个：

快充电枪的连接状态确认；

充电桩的高低压绝缘阻抗大于预定值；

快充电枪存在执行操作；

快充电枪与所述车载充电器的通信状态确认；

充电允许信号；

接地；

充电桩与电池包的温度允许。

本发明利用两个电压监控模块来监控快充电压和慢充电压，利用车载充电器来实现快充继电器、快充辅助继电器、慢充继电器、慢充辅助继电器的线圈带电状态，由于快充继电器的常开触点与慢充继电器的常开触点是串联的，快充辅助继电器的常开触点与慢充辅助继电器的常开触点是串联的，因此利用车载充电器的控制，就能够实现仅慢充继电器、慢充辅助继电器的常开触点的闭合，或者实现快充继电器、快充辅助继电器、慢充继电器、慢充辅助继电器的常开触点的同时闭合，也就是说，该充电系统能够实现如下控制逻辑：只要车载充电器接收到了慢充电压，则无论是否同时接入快充，车载充电器只允许进行慢充充电，从而避免了快充、慢充同时接入带来的安全隐患，提高了安全性。

进一步地，整车控制器与车载充电器之间的通信端子能够实现整车控制器的自检信息向车载充电器的发送，从而进行冗余校验，通过对主正继电器和主负继电器、快充继电器和快充辅助继电器、慢充继电器和慢充辅助继电器的分别控制来提高安全裕度。

进一步地，利用车载充电器的与充电桩进行通信的端子，能够采集充电桩的工作状态，当充电桩的充电条件允许时才控制相应继电器的常开触点的闭合，避免了充电桩本身故障对汽车造成安全风险。

附图说明

接下来将结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细说明，其中：

图1是现有技术的电动汽车充电系统的电路结构图；

图2是本发明的实施例的电动汽车充电系统的电路结构图；

图3是本发明的实施例的慢充时整车控制器与车载充电器之间的通信框图；

图4是本发明的实施例的快充时快速充电枪与车载充电器和整车控制器之间的通信框图。

具体实施方式

在本申请中，“常开触点”指的是在汽车未充电状态下继电器的一对处于断开状态的触点，而非单独的不带电的继电器的一对触点的物理状态，例如对于主正继电器来说，能够利用一个继电器的一对常开触点，在汽车未充电状态下继电器线圈不带电，也能够利用该继电器的一对常闭触点，但在未充电状态下继电器线圈带电使常闭触点断开成为“常开触点”，其它各继电器与此类似。

参考图2，本发明中的电动汽车充电系统主要包括电池包、整车控制器、DCDC总成、车载充电器几个属于电动汽车的部件，同时充电桩作为与电动汽车实现电气、通信连接的外部设施在图2中也被示出。

电池包内部主要有电池单体、高压继电器、预充电阻、电池管理系统、高压互锁电路和维修开关。其中高压继电器包括主正继电器、主负继电器、预充继电器，这三个继电器的线圈均与整车控制器连接，因此这三个继电器触点的闭合与断开受到整车控制器的直接控制。更具体地，主负继电器的线圈通过电池包的端子1与整车控制器的端子9连接、主正继电器的线圈通过电池包的端子2与整车控制器的端子10连接、预充继电器的线圈通过电池包的端子3与整车控制器的端子11连接。主正继电器、主负继电器盒预充继电器的线圈共同通过电池包的端子6接地。电池管理系统通过温度传感器检测电池包内的电池组电池单体温度，并检测电池电量、电池单体电压等，并将检测结果通过电池包的端子7和端子8经整车动力CAN总线EV_CAN向外输出。

整车控制器除与主正继电器、主负继电器、预充继电器的线圈连接外，还通过端子12和端子13经整车动力CAN总线实现与其它部件的通信，从而控制主正继电器、主负继电器、预充继电器的动作。

DCDC总成的主要作用是通过DCDC转换器将动力电池包的高压直流电转换为12V的低压直流电，并通过端子14向低压系统供电。DCDC总成的端子15接地，端子16和端子17具有与端子14和端子15相似的功能。另外，在本实施例中，在DCDC总成内部结构上，还布置有快充继电器、快充辅助继电器、慢充继电器、慢充辅助继电器和第一电压监控模块。在实际电路中，快充继电器、快充辅助继电器、慢充继电器、慢充辅助继电器和第一电压监控模块也能够单独或者集成地布置在其它部件中。

车载充电器布置在车内，其作用是使电动汽车可选择用市电供电或充电桩供电，车载充电器可将市电(即交流电)转化为电池包所需的充电电源。车载充电器的端子37和端子38构成车载充电枪接口，即慢充接口端。车载充电器内设有第二电压监控模块，车载充电枪向端子37和端子38输入的交流电转化情况受到第二电压监控模块的监控。车载充电器内还设有主控模块，主控模块将车载充电器的工作状况通过端子39和端子40经EV_CAN与外部通信。车载充电器的主要功能是实现慢充。

充电桩并非固定在车身上，一般的充电桩内设有快充电器，既能够提供快充也能够提供慢充。当车辆需要在很短的时间内对车辆有充电较多的需求时，可选用快充电的方式。此时充电桩内的快充电器输出为直流电，可直接向电池包进行充电。充电桩内设有温度检测模块及其它检测模块，能够实现对充电桩工作状态的检测。

电池包的正极与主正继电器的一对常开触点连接，然后经电池包的端子4串联接入DCDC总成内的慢充继电器的一对常开触点。离开慢充继电器的常开触点后，电路分为两路，一路经快充继电器的一对常开触点后接入第一电压监控模块，另一路经DCDC总成的端子20和车载充电器的端子26接入车载充电器的第二电压监控模块；电池包的负极与主负继电器的一对常开触点串联后经电池包的端子5接入DCDC总成内的慢充辅助继电器的一对常开触点，然后电路分为两路，一路经快充辅助继电器的一对常开触点后接入第一电压监控模块，另一路经DCDC总成的端子21和车载充电器的端子27接入车载充电器的第二电压监控模块。第一电压监控模块通过端子18与充电桩的正极输出端子41连接，第一电压监控模块通过端子19与充电桩的负极输出端子42连接，端子18与端子19共同构成了第一电压监控模块的快充接口端。快充继电器的线圈与车载充电器的端子22连接，快充辅助继电器的线圈与车载充电器的端子23连接、慢充继电器的线圈与车载充电器的端子24连接、慢充辅助继电器的线圈与车载充电器的端子25连接，因此车载充电器能够通过控制上述继电器的线圈的带电状态变化来实现对继电器触点的断开/闭合的控制。预充继电器的一对常开触点与预充电阻串联后，与主正继电器的一对常开触点形成并联，预充继电器的线圈与整车控制器连接，从而使整车控制器能够控制预充继电器的触点的断开/闭合状态。

整车控制器与车载充电器、电池管理系统三者之间通过整车动力CAN总线EV_CAN进行通信连接。

在车载充电器的端子28至端子36与充电桩的端子43至端子51之间能够通信，具体地，端子28与端子51之间、端子29与端子50之间为温度信号线，端子30与端子49之间为快充CANL信号线，端子31与端子48之间为快充CANH信号线，端子32与端子47之间为接地信号线，端子33与端子46之间为快充电允许信号线，端子34与端子45之间为连接确认信号线，端子35与端子44之间为绝缘检测确认信号线，端子36与端子43之间为快充电状态确认信号线。

在本实施例中，快充继电器与快充辅助继电器采用的是两个单独的继电器，同样地，慢充继电器与慢充辅助继电器采用的也是两个单独的继电器。但在实际电路中，快充继电器与快充辅助继电器能够采用同一个继电器的两组常开触点，类似地，慢充继电器与＝慢充辅助继电器也能够采用同一个继电器的两组常开触点。也就是说，快充继电器与快充辅助继电器能够为同一个继电器，慢充继电器与慢充辅助继电器也能够为同一个继电器。

接下来将对上述电动汽车充电系统的充电控制过程进行详细描述。

结合图2和图3，在进行慢充时(车载充电)，车载充电器检测到车载充电枪接口有电压输入，此时主控模块通过整车动力CAN总线向整车控制器发送一个车载充电唤醒信号，整车控制器接收到该唤醒信号后，整车控制器首先向预充继电器的线圈供电，控制预充继电器的常开触点闭合，此时整车控制器对电池包、车载充电器的车载充电条件进行自检，电池管理系统和主控模块向整车控制器发送工作状态，自检内容包括表1中所列的一项或者多项。

表1

确定以上车载充电条件允许后，整车控制器向车载充电器发送充电条件允许信号，并且整车控制器控制主正继电器和主负继电器的常开触点闭合，车载充电器控制慢充继电器和慢充辅助继电器的常开触点闭合，对电池包进行慢充电，整车进入慢充状态。

结合图2和图4，当第一电压监控模块检测到端子18和端子19接收到了充电桩的端子41和端子42所输出的直流电压时，充电桩通过快充CANH和快充CANL线向车载充电器、并通过车载充电器的主控模块向整车控制器发送快充唤醒信号。整车控制器接收到该唤醒信号后，整车控制器首先向预充继电器的线圈供电，控制预充继电器的常开触点闭合，此时整车控制器对电池包、车载充电器的车载充电条件进行自检，自检条件及控制过程与慢充时的情况相同，因此不再详细描述。除了完成车载充电条件自检外，车载充电器接收到快充唤醒信号后，首先进行快充电条件自检，自检内容包括表2中所列的一项或者多项。

表2

在上述条件允许的条件下，车载充电器获得充电桩传递的快充条件允许信号后，车载充电器再控制快充继电器、快充辅助继电器的常开触点闭合，此时快充继电器、快充辅助继电器、慢充继电器和慢充辅助继电器这四个继电器的常开触点均闭合，整车进入快充状态。

当仅第一电压监控模块的快充接口端接收到快充电压输入时，车载充电器才控制快充继电器、快充辅助继电器、慢充继电器和慢充辅助继电器的常开触点同时闭合，整车控制器控制主正继电器和主负继电器的常开触点闭合，从而进入快充状态；而只要车载充电器的慢充接口端接收到慢充电压输入时，无论此时是否存在快充电压，车载充电器只控制慢充继电器、慢充辅助继电器的常开触点闭合，同时保持快充继电器和快充辅助继电器的常开触点打开，整车控制器控制主正继电器和主负继电器的常开触点闭合，从而进入慢充状态。这样，就避免了快充电压和慢充电压同时接入时对电池包甚至整车造成的伤害。而在进入慢充状态或者快充状态前，整车控制器通过对车载充电条件自检，能够发现电动汽车本身所存在的问题或者充电枪连接不牢问题，从而提高安全裕度。在进入快充状态前，车载充电器与充电桩之间的通信能够对充电桩的工作状态进行检验，这避免了充电桩本身故障、或者充电枪的连接不牢问题对汽车造成安全风险。

虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不限定于上述实施例，而只受权利要求的限定，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车充电系统，其特征在于，包括：电池包、主正继电器、主负继电器、整车控制器、快充继电器、快充辅助继电器、慢充继电器、慢充辅助继电器和车载充电器，所述电池包的正极与所述主正继电器的一对常开触点、所述慢充继电器的一对常开触点串联后分为两路，一路经所述快充继电器的一对常开触点后接入第一电压监控模块，另一路接入所述车载充电器的第二电压监控模块，所述电池包的负极与所述主负继电器的一对常开触点、所述慢充辅助继电器的一对常开触点串联后分为两路，一路经所述快充辅助继电器的一对常开触点后接入所述第一电压监控模块，另一路接入所述车载充电器的第二电压监控模块，所述第一电压监控模块具有快充接口端，所述车载充电器具有慢充接口端，所述快充继电器、所述快充辅助继电器、所述慢充继电器、所述慢充辅助继电器的线圈与所述车载充电器连接，所述主正继电器、所述主负继电器的线圈与所述整车控制器连接。

2.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统，其特征在于，所述整车控制器与所述车载充电器通信连接。

3.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统，其特征在于，所述车载充电器还具有与充电桩进行通信的端子。

4.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统，其特征在于，还包括预充继电器和预充电阻，所述预充继电器的一对常开触点与所述预充电阻串联后与所述主正继电器的所述一对常开触点形成并联，所述预充继电器的线圈与所述整车控制器连接。

5.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统，其特征在于，所述第一电压监控模块、所述快充继电器、所述快充辅助继电器、所述慢充继电器和所述慢充辅助继电器位于DCDC总成内。

6.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统，其特征在于，所述快充继电器与所述快充辅助继电器采用同一个继电器的不同组常开触点且/或所述慢充继电器与所述慢充辅助继电器采用同一个继电器的不同组常开触点。

7.一种采用如权利要求1所述的电动汽车充电系统进行的充电控制方法，其特征在于，当仅所述第一电压监控模块的快充接口端接收到快充电压输入时，所述车载充电器控制所述快充继电器、所述快充辅助继电器、所述慢充继电器和所述慢充辅助继电器的常开触点闭合，所述整车控制器控制所述主正继电器和所述主负继电器的常开触点闭合，从而进入快充状态；当所述车载充电器的慢充接口端接收到慢充电压输入时，所述车载充电器控制所述慢充继电器、所述慢充辅助继电器的常开触点闭合，同时保持所述快充继电器和所述快充辅助继电器的常开触点打开，所述整车控制器控制所述主正继电器和所述主负继电器的常开触点闭合，从而进入慢充状态。

8.根据权利要求7所述的充电控制方法，其特征在于，当所述快充接口端或所述慢充接口端接收到电压输入时，所述整车控制器首先控制预充继电器的常开触点闭合，所述整车控制器对车载充电条件进行自检，确定车载充电条件允许后，所述整车控制器向所述车载充电器发送充电条件允许信号，所述整车控制器再控制所述主正继电器和所述主负继电器的常开触点闭合，所述车载充电器控制所述慢充继电器、所述慢充辅助继电器的常开触点闭合，或者同时控制所述快充继电器和所述快充辅助继电器的常开触点的闭合。

9.根据权利要求8所述的充电控制方法，其特征在于，所述充电条件包括以下条件中的一个或者多个：

电池电量不为100％；

整车绝缘阻抗大于预定值；

电池包内的电池温度不得过高或过低；

电池单体电压不得过高或过低；

车载充电器温度不得过高或过低。

10.根据权利要求7所述的充电控制方法，其特征在于，在进入快充状态前，所述车载充电器获得充电桩传递的快充条件允许信号后，所述车载充电器再控制所述快充继电器、所述快充辅助继电器、所述慢充继电器和所述慢充辅助继电器的常开触点闭合，所述快充条件包括以下条件中的一个或者多个：

快充电枪的连接状态确认；

充电桩的高低压绝缘阻抗大于预定值；

快充电枪存在执行操作；

快充电枪与所述车载充电器的通信状态确认；

充电允许信号；

接地；

充电桩与电池包的温度允许。