CN105281385B - 电动汽车交直流充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车交直流充电系统和电动汽车交直流充电方法，以解决现有技术中为选择不同充电方式造成的浪费公共资源以及提高产品成本的技术问题。所述系统包括充电单元和受电单元，其中，所述充电单元的充电接口连接充电枪，所述充电枪插入所述受电单元的受电插座，实现所述充电单元为所述受电单元充电，所述充电单元包括输出端连接于所述充电接口的交直流切换充电装置，以及连接于所述交直流切换充电装置的充电管理模块；所述受电单元包括输出端连接于所述受电插座的交直流受电切换回路，以及连接于所述交直流受电切换回路的汽车受电管理模块。所述系统能够同时切换充电方式和受电方式，实现了直流快充和交流慢充两种方案的灵活应用。

Description

电动汽车交直流充电方法

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及电动汽车交直流充电系统，以及基于所述电动汽车交直流充电系统的电动汽车交直流充电方法。

背景技术

电动汽车是一种新型的绿色环保交通工具，以其节能减排的优点正逐渐被人们所接受。其快速发展带动了包括其配套充电设施的普及应用。

目前，电动汽车电池充电一般使用充电桩作为充电接口，针对不同的车型，为电动汽车提供交流电能或者不同电压等级的直流电能。现有的充电桩，主要分为交流充电桩和直流充电桩两种。交流充电桩，为电动汽车的车载充电机提供220V交流电能，车载充电机再转换出直流电能给电池充电；直流充电桩通过控制充电机，将充电机转换出的直流电能供给电池充电。这两种充电方式的接口不通用，系统不相同，因此，电动汽车只能在交流充电桩和直流充电桩中择一进行充电。而电动汽车为了既能实现交流充电，又能实现直流充电，也必须具备交流充电和直流充电两种充电设备以及两种充电接口。

通常情况下，交流充电时间较长，而直流充电时间较短，但直流充电的大电流会对电池的寿命产生影响；用户通常愿意在时间紧的情况下选择直流充电加快充电速度，缩短充电时间，提高充电设备的使用效率，而在长时间停车时选择交流充电。

综上可见，为了满足电动汽车不同情况下交直流充电的需求，一方面，需要在公共场合设置交流充电桩和直流充电桩两种充电装置，但交流充电桩的使用率较低，存在占用空间闲置浪费公共资源的问题；而电动汽车上也必须具备交流充电和直流充电两套充电设备和两种充电接口，存在提高产品成本的问题。

发明内容

本申请实施例通过提供一种电动汽车交直流充电方法，以解决现有技术中为实现不同情况下选择不同充电方式造成的浪费公共资源以及提高产品成本的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例采用以下技术方案予以实现：

提供了一种电动汽车交直流充电系统，包括充电单元和受电单元，其中，所述充电单元的充电接口连接充电枪，所述充电枪插入所述受电单元的受电插座，实现所述充电单元为所述受电单元充电，所述充电单元包括输出端连接于所述充电接口的交直流切换充电装置，以及连接于所述交直流切换充电装置的充电管理模块；所述受电单元包括输出端连接于所述受电插座的交直流受电切换回路，以及连接于所述交直流受电切换回路的汽车受电管理模块。

进一步的，所述交直流切换充电装置包括高压开关，变压器，交流低压开关，交流输出固态继电器，直流充电机，直流输出固态继电器；其中，所述高压开关，所述变压器，所述交流低压开关，所述交流输出固态继电器和所述充电接口顺序连接；所述直流充电机与所述交流低压开关连接，其输出端顺序连接所述直流输出固态继电器和所述充电接口；所述充电管理模块分别连接所述交流输出固态继电器和所述直流输出固态继电器，用于根据输入的充电信号控制所述交流输出固态继电器和所述直流输出固态继电器的关断。

进一步的，所述交直流受电切换回路包括汽车直流充电机，切换固态继电器和电池；其中，所述受电插座连接所述汽车直流充电机，所述汽车直流充电机的输出端连接所述电池；所述切换固态继电器连接于所述受电插座与所述电池之间；所述汽车受电管理模块连接所述切换固态继电器，用于根据输入的受电信号控制所述切换固态继电器的关断。

进一步的，所述充电接口和所述受电插座均采用国标直流充电接口模式直流充电接口中连接ＣＡＮ总线的接线采用电接口。

进一步的，所述交直流充电装置还包括太阳能电池组，所述太阳能电池组与所述充电管理模块和所述直流输出固态继电器连接。

进一步的，所述系统还包括一充电管理系统，所述充电管理系统为集成在变电站内部的控制器或云平台；所述充电管理系统与所述电动汽车交直流充电系统连接，实现对所述电动汽车交直流充电系统的管理。

还提供了一种电动汽车交直流充电方法，包括以下步骤：

步骤S01：充电单元与受电单元建立协议认可；

步骤S02：受电单元根据受电信号设置受电模式，并由所述受电单元的汽车受电管理模块控制所述受电单元的交直流受电切换回路切换到所述受电模式要求的受电回路上；

步骤S03：充电单元根据充电信号设置充电模式，并由所述充电单元的充电管理模块控制所述充电单元的交直流切换充电装置切换到所述充电模式要求的充电链路上；

步骤S04:连接所述充电单元的充电接口与所述受电单元受电插座，判断所述充电模式与所述受电模式是否一致；若是，则进入步骤S05；其中，所述充电接口与所述受电插座均采用国标直流充电接口模式；

步骤S05：当所述充电模式与所述受电模式均为交流充电模式时，所述充电单元的交直流充电装置控制交流充电链路连接，则所述充电单元为所述受电单元交流充电；当所述充电模式与所述受电模式为均直流充电模式时，所述充电单元的交直流充电装置控制直流充电链路连接，则所述充电单元为所述受电单元直流充电。

进一步的，所述国标直流充电接口中连接ＣＡＮ总线的接线采用光电接口。

进一步的，所述步骤S02还包括：所述交直流受电切换回路切换到所述受电模式要求的受电回路上后，返回受电切换确认信号；所述步骤S03还包括：所述交直流切换充电装置切换到所述充电模式要求的充电链路上后，返回充电切换确认信号。

进一步的，所述步骤S04具体包括：通过所述充电接口与所述受电插座的通信方式判断充电模式是否一致；或通过所述充电接口与所述受电插座连接的电压信号判断充电模式是否一致。

进一步的，所述充电信号和/或所述受电信号的提出方式包括按键输入，人机交互界面输入和移动终端输入。

进一步的，当所述交直流充电装置还包括太阳能电池组时，所述充电管理模块控制所述交直流切换充电装置切换到直流充电链路上。

与现有技术相比，本申请实施例提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：本方案通过分别在交直流充电装置和电动汽车受电装置设置充电管理模块和汽车充电管理模块，使二者在接受切换充电方式的命令后都可以同时切换充电方式和受电方式，同时，将交流充电和直流充电的接口统一，在切换交直流充电时，无需切换充电接口，从而实现了直流快充和交流慢充两种方案的灵活应用，解决了交直流充电桩分别设置的资源浪费问题，也解决了电动汽车的受电装置需要设置两种充电设备和充电接口的成本高的问题，适合社会应用推广。

附图说明

图1为本申请实施例提供的电动汽车交直流充电系统的示意图；

图2为本申请实施例提供的充电单元的示意图；

图3为本申请实施例提供的受电单元的示意图；

图4为本申请实施例中直流充电接口在直流充电时的使用示意图；

图5为本申请实施例中直流充电接口在交流充电时的使用示意图；

图6为本申请实施例提供的电动汽车交直流充电方法的流程图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种电动汽车交直流充电系统和电动汽车交直流充电方法，以解决现有技术中为实现不同情况下选择不同充电方式造成的浪费公共资源以及提高产品成本的技术问题，所述系统能够同时切换充电方式和受电方式，而接口的统一使得在切换交直流充电时无需切换充电接口，从而实现了直流快充和交流慢充两种方案的灵活应用。实现了交直流充电方式切换时减少了充电设备的数量，以及节约成本的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式，对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

本申请实施例提供的电动汽车交直流充电系统，如图1所示，包括充电单元11，受电单元12；充电单元11的充电接口113连接充电枪13，所述充电枪13插入所述受电单元12的受电插座123，实现所述充电单元11为所述受电单元12充电，所述充电单元11包括输出端连接于所述充电接口113的交直流切换充电装置111，以及连接于所述交直流切换充电装置111的充电管理模块112；所述受电单元12包括输出端连接于所述受电插座123的交直流受电切换回路121，以及连接于所述交直流受电切换回路的汽车受电管理模块122。

本方案通过分别在充电单元和受电单元设置充电管理模块和汽车充电管理模块，使二者在接受切换充电方式和切换受电方式的命令后，可以同时切换充电方式和受电方式；同时，将交流充电和直流充电的接口统一为一个通用接口，在切换交直流充电时，无需切换充电接口，从而实现了直流快充和交流慢充两种方案的灵活应用，解决了交直流充电桩分别设置的资源浪费问题，也解决了电动汽车的受电装置需要设置两种充电设备和充电接口的成本高的问题，适合社会应用推广。

具体的，如图2所示，所述充电单元11为箱式结构，交直流切换充电装置111包括高压开关1111，变压器1112，交流低压开关1113，直流充电机1114，交流输出固态继电器1115和直流输出固态继电器1116。高压开关1111，变压器1112，交流低压开关1113，交流输出固态继电器1115和充电接口113顺序连接；直流充电机1114与交流低压开关1113连接，其输出端顺序连接直流输出固态继电器1116和充电接口113；充电管理模块112分别连接交流输出固态继电器1115和直流输出固态继电器1116，用于根据输入的充电信号控制交流输出固态继电器1115和直流输出固态继电器1116的关断。

充电单元11设置为箱式结构是为了优化设计，集中调试，便于设备的安装，加快推广进度；高压开关从电力系统引入10KV的电源，变压器（采用低损耗的非晶合金变压器）连接高压开关，交流低压开关连接变压器，其输出端连接交流固态继电器，主要实现短路和过流保护作用，而交流固态继电器可以实现过零投切和快速切换的作用，且寿命较长，免维护；直流充电机连接交流低压开关，根据用户需要可以调节输出电流和电压给直流输出固态继电器，直流输出固态继电器实现快切换，也可以采用直流真空接触器实现。直流侧的保护由直流充电机来完成，出现短路和过流时断开整流回路，快速保护系统的安全。

充电管理模块112控制交直流充电装置的输出电流和电压状态，并保证两套充电系统能相互闭锁。其输入信号可以为电动汽车的受电方，也可以为用户用户发出的充电要求信号，并与汽车本体的受电系统建立连接，判断接口是否一致后进行充电操作。

充电11还可以包括如图2所示的太阳能电池组119；所述太阳能电池组与充电管理模块和直流输出固态继电器连接。充电管理模块根据输入的充电信号控制交直流输出的固态继电器和外部太阳能充电系统。在太阳能丰富的情况下，充电管理模块将太阳能电源接入充电系统，并通过PWM等方式转换成需要的直流电压和电流，提供给电动汽车充电，减少交直流转换过程中的电能损耗，并实现对太阳能的高效利用。

具体的，如图3所示，受电单元12的交直流受电切换回路121包括汽车直流充电机1211，电池1212和切换固态继电器1213。电池通过汽车直流充电机与受电插座连接，同时通过切换固态继电器与受电插座连接。当充电单元通过充电接口连接充电枪，并将充电枪插入受电单元的受电插座后，交流受电命令会启动汽车直流充电机对电池进行充电（充电单元为交流充电模式），而直流受电命令会启动切换固态继电器（充电单元为直流充电模式），使充电单元直接对电池进行直流充电。

参考图4和图5所示，交直流充电装置的充电接口以及电动汽车受电装置的受电插座均采用直流充电接口模式，即现有的国家标准的直流充电接口模式。如图4，采用直流充电时，则接口按照国标的要求，与电动汽车内的BMS（Battery Management System电池管理系统）系统自动连接，电动汽车内的BMS系统控制汽车直流充电机的充电过程。接口中1芯，2芯和3芯与车载ＢＭＳ电池管理系统通讯的ＣＡＮ（Controller Area Network控制器局域网）总线连接，4芯和5芯为直流充电芯DC+和DC-，6芯和7芯A+和A-为车载BMS电池管理系统提供电源，8芯接地。如图5，采用交流充电时，该接口中1芯和3芯负责连接时提供CP（控制确认）和CC（充电连接确认）的握手信号，2芯空置，4芯和5芯为交流充电芯L（220V）和N，6芯和7芯用于判断交直流充电需求信号（因为交流接入时，电缆上无电压信号，则6芯和7芯也无电压信号；而直流接入时存在电压信号，故6芯和7芯也存在电压信号），8芯接地。

为了简化设计，与电动汽车的ＢＭＳ系统连接的CAN总线的接线可以改成光电接口，以防止电压等级不同信号连接造成的故障，方便系统连接。

受电单元12设置在电动汽车中，可以通过输入交流２２０Ｖ，由车载汽车直流充电机进行慢充，也可以切换到直流外部充电机直接进行快充，切换过程通过握手信号确认外部交直流切换正确即可。

充电单元11和受电单元12中都可以设置通信模块，实现与外部移动终端的无线通信连接，用户可以通过移动终端设置充电模式，并将充电信号传送给充电单元和受电单元。当然，充电模式的设置不限于此方式，通过在充电单元和受电单元分别设置操作平台（按键或者操作显示屏等）进行设置均可。

充电时，充电单元采用充电桩插入电动汽车的受电插座中，并采用移动终端设置充电模式和受电模式，充电模式和受电模式命令通过无线或者有线的方式传递给电动汽车的汽车充电管理模块和充电桩的充电管理模块（管理模块可以是集成在系统中的单片机等集成控制芯片），同时电动汽车得到指令后对充电回路进行确认（交流充电还是直流充电），充电桩的充电管理模块也对充电充电信息进行确认，并启动充电。

充电过程中，可以改变充电模式。首先断开充电过程，重新进行确认流程，实现交直流充电的切换。该切换可以由用户在移动终端的操作平台上设置，也可以分别的充电单元和受电单元上通过切换按钮或者操作应用平台进行切换，以适应用户不同情况下的充电需求。

进一步，在充电单元（通常为充电桩或者变电站）中设置多路充电链路，并不是所有链路均为本申请实施例提供的交直流可切换的充电系统，可设置部分交流充电或者直流充电，降低建站成本。

本申请实施例还可以适用以下情况：1、充电的电动汽车为多辆（统称汽车群）；2、有一个为汽车群集中充电的集中管理式的充电系统，该充电系统中具有一个汽车群充电监控后台（通常是集成在变电站的控制系统或者是云平台），该充电监控后台能统一统计充电信息，并控制充电状态。

基于上述情况，本申请实施例提供一种汽车群充电系统，包括充电管理系统和上述的电动车交直流充电系统，所述充电管理系统为集成在变电站内部的控制器或云平台；所述充电管理系统与所述电动汽车交直流充电系统连接，实现对所述电动汽车交直流充电系统的管理。

充电管理系统负责统一管理汽车群的充电，即对汽车群的充电信息进行统计并控制充电状态等。汽车群内的每个充电桩（即充电单元）都由充电管理系统管理，因为对充电方和受电方而言，不论是交流充电还是直流充电，其连接方式固定，不需重新切换接口，只需切换外部命令即可完成交流充电或者直流充电。那么，如果用户设定充电管理系统能够自动管理充电，则充电方式可以通过变电站内部的充电管理系统，根据充电的要求改变充电方式，并通过有线或者无线的方式将切换命令传送给充电桩和电动汽车受电三元，二者在重新进行确认流程后，实现交直流充电的切换。

通过充电管理系统对电动汽车交直流充电系统的控制，实现交直流充电的切换，这样可以在电能丰富的夜晚采用直流充电的方式快速对电动汽车进行充电，实现有效的削峰填谷。

实施例二

本申请实施例提供了一种电动汽车交直流充电方法，应用于上述实施例一提供的电动汽车交直流充电系统中，如图6所示，所述方法包括以下步骤：

步骤S01：充电单元与受电单元建立协议认可。

电动汽车的受电单元和充电站的充电单元建立协议认可的方式可以有多种，如打卡确认，刷二维码手机应用终端确认，甚至汽车的受电单元通过无线连接方式进行通信确认等。

步骤S02：受电单元根据受电信号设置受电模式，并由所述受电单元的汽车受电管理模块控制所述受电单元的交直流受电切换回路切换到所述受电模式要求的受电回路上；和

步骤S03：充电单元根据充电信号设置充电模式，并由所述充电单元的充电管理模块控制所述充电单元的交直流切换充电装置切换到所述充电模式要求的充电链路上。

受电单元接收的受电信号，以及充电单元接收的充电信号，输入方式都可以通过设置在电动汽车和充电桩上的按键操作，也可以采用设置在电动汽车和充电桩上的人机交互的应用界面进行输入，或者应用移动终端与充电单元和受电单元互联后输入。

受电单元接收到输入的受电信号后，根据受电信号的要求（交流受电模式或者直流受电模式）将受电模式切换到需求的模式上，并返回受电切换确认信号；如图3所示，交流受电模式时，受电插座与汽车直流充电机1211连接给电池1213充电，而直流受电模式时，汽车受电管理模块122控制切花固态继电器关闭，使受电插座通过切换固态继电器给电池直流充电；充电单元接收到输入的充电信号后（一般可以与输入受电信号同步进行），根据充电信号的要求（交流充电模式或者直流充电模式）将充电模式切换到需求的模式上，并返回充电切换确认信号；如图2所示，交流充电模式时，充电管理模块112控制交流输出固态继电器115关闭（直流输出固态继电器116断开），则充电单元通过充电接口为受电单元交流充电，而直流充电模式时，充电管理模块112控制直流输出固态继电器116关闭（交流输出固态继电器115断开），则充电单元通过充电接口为受电单元直流充电。

步骤S04:连接所述充电单元的充电接口与所述受电单元受电插座，判断所述充电模式与所述受电模式是否一致；若是，则进入步骤S05；其中，所述充电接口与所述充电插座均采用国标直流充电接口模式。

充电单元的充电接口和受电单元的受电插座如图4和图5所示，统一使用国标直流充电接口模式，为了防止不同电压等级的信号误接通造成充电故障，可以将接口中连接CAN总线的接线采用光电接口的方式。

充电单元与受电单元通过电缆连接后(连接所述充电单元的充电接口与所述受电单元受电插座)，判断充电模式与受电模式是否一致，可以通过以下方式进行：1、通过直流充电接口的通信方式判断确定是直流充电还是交流充电，如图4和图5所示，直流充电时，1芯、2芯和3芯用来将电缆连接与车载BMS系统的ＣＡＮ总线，与车载ＢＭＳ系统通信，而交流充电时，1芯和2芯用来与电动汽车的汽车受电管理模块传送握手信号，而3芯是控制的；依次通信方式也可判断是直流充电还是交流充电，从而判断充受电方式是否一致；2、对直流充电接口中的电压信号进一步确认电压类型来判断是否一致，如图4和图5所示，交流接入时电缆上无电压信号，则6芯和7芯上也没有电压信号，而直流接入时电缆上存在电压信号为车载BMS系统供电，则6芯和7芯上也有电压信号，依此来判断是否接入正确。

步骤S05：当所述充电模式与所述受电模式均为交流充电模式时，所述充电单元的交直流充电装置控制交流充电链路连接，则所述充电单元为所述受电单元交流充电；当所述充电模式与所述受电模式为均直流充电模式时，所述充电单元的交直流充电装置控制直流充电链路连接，则所述充电单元为所述受电单元直流充电。

具体为，当所述充电模式与所述受电模式均为交流充电模式时，所述充电单元的交直流充电装置控制交流充电链路的交流固态继电器关闭，则所述充电单元为所述受电单元交流充电；当所述充电模式与所述受电模式为均直流充电模式时，所述充电单元的交直流充电装置控制直流充电链路的直流固态继电器关闭，则所述充电单元为所述受电单元直流充电。

充电过程中，如果想改变充电和受电模式，可以首先断开充电过程，并重新输入充电信号和受电信号，重新进行上述握手确认过程，从而实现交直流充电的切换；充电模式和受电模式的切换可以由用户在移动终端操作平台上直接设置，也可以由充电管理装置根据充电时间和节奏的要求自行判断是否进行切换（如凌晨开始启动直流充电节省电费，达到削峰填谷的效果）。

本申请实施例提供的交直流充电方法，可以受控于充电变电站总体的控制系统，总体的控制系统可以为设置在变电站内部的监控计算机，也可以是云平台，为了实现智能削峰填谷的优化充电，允许充电过程中受控总体控制系统的监控和切换控制，优化了充电方案。

进一步，如果变电站如太阳能连接，则优选切换直流充电方式，总体控制系统根据其分析和判断，在太阳能丰富的情况下，将太阳能电源接入充电单元，并调整相应的输出电压，提供给受电单元充电，实现对太阳能的利用。

本申请实施例通过将直流快充与交流慢充灵活的运用，解决了电动汽车充电方式多样不易切换的问题，解决了交直流充电桩分别设置的资源浪费问题，也解决了电动汽车的受电装置需要设置两种充电设备和充电接口的成本高的问题，适合社会应用推广。

应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.电动汽车交直流充电方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S01：充电单元与受电单元建立协议认可；

步骤S02：受电单元根据受电信号设置受电模式，并由所述受电单元的汽车受电管理模块控制所述受电单元的交直流受电切换回路切换到所述受电模式要求的受电回路上；

步骤S03：充电单元根据充电信号设置充电模式，并由所述充电单元的充电管理模块控制所述充电单元的交直流切换充电装置切换到所述充电模式要求的充电链路上；

步骤S04:连接所述充电单元的充电接口与所述受电单元受电插座，判断所述充电模式与所述受电模式是否一致；若是，则进入步骤S05；其中，所述充电接口与所述受电插座均采用国标直流充电接口模式；

步骤S05：当所述充电模式与所述受电模式均为交流充电模式时，所述充电单元的交直流切换充电装置控制交流充电链路连接，则所述充电单元为所述受电单元交流充电；当所述充电模式与所述受电模式均为直流充电模式时，所述充电单元的交直流切换充电装置控制直流充电链路连接，则所述充电单元为所述受电单元直流充电。

2.根据权利要求1所述的电动汽车交直流充电方法，其特征在于，所述国标直流充电接口中连接ＣＡＮ总线的接线采用光电接口。

3.根据权利要求1所述的电动汽车交直流充电方法，其特征在于，所述步骤S02还包括：所述交直流受电切换回路切换到所述受电模式要求的受电回路上后，返回受电切换确认信号；所述步骤S03还包括：所述交直流切换充电装置切换到所述充电模式要求的充电链路上后，返回充电切换确认信号。

4.根据权利要求1所述的电动汽车交直流充电方法，其特征在于，所述步骤S04还具体包括：通过所述充电接口与所述受电插座的通信方式判断充电模式是否一致；或通过所述充电接口与所述受电插座连接的电压信号判断充电模式是否一致。

5.根据权利要求1所述的电动汽车交直流充电方法，其特征在于，所述充电信号和/或所述受电信号的提出方式包括按键输入，人机交互界面输入和移动终端输入。

6.根据权利要求1所述的电动汽车交直流充电方法，其特征在于，当所述交直流切换充电装置还包括太阳能电池组时，所述充电管理模块控制所述交直流切换充电装置切换到直流充电链路上。