CN106864300B - 一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置，一端安装在充电枪接口处，另一端接入电动汽车充电接口，包括：微处理器控制电路、BMS电压识别电路、CAN总线光电耦合电路、DC‑DC转换电路和逻辑切换电路：BMS电压识别电路、逻辑控制电路分别与微处理器相连接，CAN总线光电耦合电路和DC‑DC转换电路分别与逻辑控制电路相连接。本发明还公开一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换方法。本发明的优点体现在：本发明所提供的一种支持多类型电动汽车的充电枪自动切换装置和方法可在现有的充电桩的基础上，不需要改动原有充电设施的情况下实现充电桩与不同类型电动汽车的兼容。

Description

一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置和方法
技术领域
本发明涉及一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置和方法，属于电动汽车及直流充电设施领域。
背景技术
随着电动汽车的增多，充电桩已在一定程度上得到了普及。然而，由于前期缺乏统一的规范，充电桩的数量虽然多，但是规格却不尽相同，制约了电动汽车的进一步发展。因此，研究出一种充电枪转换装置，使得电动汽车可以与更多规格的充电桩相匹配具有重要的实际意义。
现有市面上主要是500V、37.5kW的家用型电动汽车直流充电桩，提供的低压辅助电压为12v，然而对于小型及中型电动巴士的所需要的低压辅助电压为24v，充电电压为750v，因此家用型电动汽车充电桩不能用于小型及中型电动巴士的充电需求。同样，对于小型及中型电动巴士的充电桩，家用型电动汽车也不能用于充电。
发明内容
本发明是为了解决家用型电动汽车与商用型电动巴士充电桩不兼容的问题，提出一种支持多类型电动汽车直流充电的充电枪的自动切换装置和方法，在现有的充电桩的基础上，不需要改动原有充电设施的情况下实现充电桩与不同类型电动汽车的兼容。
为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置，一端安装在充电枪接口处，另一端接入电动汽车充电接口，包括：微处理器控制电路、BMS电压检测电路、CAN光电耦合电路、DC-DC转换电路和逻辑切换电路：
BMS工作电压识别电路，用于检测电动汽车BMS的额定工作电压；
CAN光电耦合电路，用于当充电桩所提供的低压辅助电压与电动汽车的BMS工作电压不匹配时实现正常的通信；
DC-DC转换电路，用于当充电桩所提供的低压辅助电压与电动汽车的BMS工作电压不匹配时实现电压的转换，从而为BMS提供合适的工作电压(A+，A-)；
逻辑切换电路，用于为不同类型电动汽车提供合适的链接通道，所提供的通道包括：12v/24vCAN通信通道(S+，S-)、12v/24v低压辅助电压通道；
微处理器控制电路连接外围电路，并根据切换逻辑控制外围电路正常工作；
BMS电压检测电路、逻辑切换电路分别与微处理器相连接，CAN光电耦合电路和DC-DC转换电路分别与逻辑切换电路相连接。
进一步的，所述BMS工作电压识别电路包括CAN光电耦合电路、DC-DC转换电路以及逻辑切换电路，其中，DC-DC转换电路以及逻辑切换电路是BMS工作电压识别电路与自动检测及切换单元的共用电路：
DC-DC转换电路，用于当充电桩所提供的低压辅助电压与电动汽车的BMS工作电压不匹配时实现电压的转换，从而为BMS提供合适的工作电压；
逻辑切换电路，用于为不同类型电动汽车提供合适的链接通道，所提供的通道包括：12v/24vCAN通信通道(S+，S-)、12v/24v低压辅助电压通道(A+，A-)；
CAN光电耦合电路，提供BMS与微处理器之间进行CAN通信的通道；
CAN光电耦合电路一端与BMS的CAN总线相连，另一端与逻辑切换电路相连；逻辑切换电路与微处理器的CAN总线接口相连。
进一步的，所述CAN光电耦合电路包含12v直连通道、24v直连通道、12/24v光电耦合通道和24/12v光电耦合通道；
各通道均与逻辑切换电路相连接；
DC-DC转换电路包含12v电压通道、24v电压通道、12v/24v电压通道和24v/12v电压通道；
各通道均与逻辑切换电路相连接；
逻辑切换电路的输入端与微处理器的CAN通信接口、微处理器的控制接口、充电枪的CAN通信接口和充电枪的辅助接口相连接。
本发明还公开一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：CC1连接确认并上电；
步骤S2：充电桩为充电枪自动切换装置供电，充电枪自动切换装置检测充电桩所提供的低压辅助电压的大小；
充电枪自动切换装置控制逻辑切换电路为电动汽车的BMS提供12v工作电压并选择对应的CAN通信通道；
步骤S3：充电枪自动切换装置通过CAN总线向BMS发送伪充电握手报文；
步骤S4：检测是否接收到BMS的应答报文BRM，如果自动检测及切换装置在一段时间内接收到BMS返回的应答报文,则认为BMS的工作电压为12v，电动汽车的类型为家用型电动汽车，执行步骤S9；如果一段时间内，没有接收到BMS返回的应答报文，自动检测及切换装置控制逻辑执行步骤S5；
步骤S5：检测及转换装置通过逻辑选择电路为BMS提供24v的辅助电压，并选择相应的CAN通信通道；
步骤S6：充电枪自动切换装置通过CAN总线向BMS发送伪充电握手报文；
步骤S7：检测是否接收到BMS的应答报文BRM，如果自动检测及切换装置在一段时间内接收到BMS返回的应答报文,则认为BMS的工作电压为24v，电动汽车的类型为电动巴士，执行步骤S9，如果一段时间内，没有接收到BMS返回的应答报文，自动检测及切换装置控制逻辑执行步骤S8；
步骤S8：提示错误信息，未识别车辆类型并退出；
步骤S9：CC2连接确认，执行后续充电流程。
进一步的，步骤S2中，充电桩所提供的低压辅助电压类型有两种：一种为适用于家用型电动汽车的12v低压辅助电压，另一种为适用于商用巴士的24v低压辅助电压；
进一步的，步骤S2中，当充电桩的低压辅助电压为12v时，逻辑切换电路选择DC-DC电路的12v电压通道为BMS供电并选择CAN光电耦合电路的12v直连通道为微处理器和BMS之间提供CAN总线通信链路；当充电桩的低压辅助电压为24v时，逻辑切换电路选择DC-DC电路的24/12v电压通道为BMS供电并选择CAN光电耦合电路的24/12v光电耦合通道为微处理器和BMS之间提供CAN总线通信链路。
进一步的，步骤S3中，充电枪自动切换装置与BMS之间的伪握手报文与充电机和BMS之间的握手报文相同。
进一步的，步骤S3中，充电枪自动切换装置所发送的握手报文的周期为250ms，连续发送3次，在一个发送周期内至少一次接收到BMS返回的应答报文，则认为通信成功，否则通信连接失败，通信链路不匹配。
进一步的，步骤S5中，在为BMS提供24v的辅助电压时，当充电桩的低压辅助电压为12v时，逻辑切换电路选择DC-DC电路的12/24v电压通道为BMS供电并选择CAN光电耦合电路的12/24v光电耦合通道为微处理器和BMS之间提供CAN总线通信链路；当充电桩的低压辅助电压为24v时，逻辑切换电路选择24v电压通道为BMS供电并选择CAN光电耦合电路的24v直连通道为微处理器和BMS之间提供CAN总线通信链路。
进一步的，步骤S9中，在CC2连接确认后执行后续充电流程与直流充电机的充电流程相同，包括充电握手阶段、充电参数配置阶段、充电阶段、充电结束阶段。
本发明的有益效果在于：本发明所提供的一种支持多类型电动汽车直流充电的充电枪自动切换装置和方法可在现有的充电桩的基础上，不需要改动原有充电设施的情况下实现充电桩与不同类型电动汽车的兼容。
附图说明
图1为本发明支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置安装连接示意图。
图2为本发明充电枪自动切换装置的连接示意图。
图3为本发明充电枪自动切换装置的结构框图。
图4为本发明BMS工作电压识别电路的结构框图。
图5为本发明CAN光电耦合电路的通道示意图。
图6为本发明DC-DC转换电路的电压通道示意图。
图7为本发明逻辑切换电路示意图。
图8为本发明充电枪自动切换装置的工作流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置和方法，主要应用于电动汽车直流充电领域。
实施例1：
根据本发明所提供的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置和方法，充电枪自动切换装置的安装连线示意图如图1所示。充电枪自动切换装置2的一侧通过9孔接口21插入到电动汽车直流充电桩1的充电枪12接口处，另一侧通过9孔接口22接入到电动汽车或电动巴士3的充电插座。
根据本发明所提供的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置和方法，充电枪自动切换装置的连接示意图如图2所示。充电枪自动切换装置2的一端与充电桩1相连，另一端与电动汽车相连3相连。充电枪自动切换装置2的一端的接口211(PE)、212(DC+)、213(DC-)、214(CC1)和215(CC2)与另一端接口221(PE)、222(DC+)、223(DC-)、224(CC1)和225(CC2)直接相连，接口216(S+)、217(S-)、218(A+)和219(A-)连接到自动检测与切换单元23的输入侧，接口226(S+)、227(S-)、228(A+)和229(A-)连接到自动检测与切换单元23的输出侧。
根据本发明所提供的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置和方法，充电枪自动切换装置的结构框图如图3所示。自动检测与切换单元23包括微处理器控制电路231、逻辑切换电路232、BMS电压检测电路233、CAN光电耦合电路234和DC/DC转换电路235。
微处理器控制电路231：连接外围电路，并根据切换逻辑控制外围电路正常工作；
逻辑切换电路232：用于为不同类型电动汽车提供合适的链接通道。
BMS电压检测电路233：用于检测电动汽车BMS的额定工作电压。
CAN光电耦合电路234：用于当充电桩所提供的低压辅助电压与电动汽车的BMS工作电压不匹配时实现正常的通信；
DC/DC转换电路235：当充电桩所提供的低压辅助电压与电动汽车的BMS工作电压不匹配时实现电压的转换，从而为BMS提供的合适的工作电压。
实施例2：
根据本发明所提供的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置和方法，BMS工作电压识别电路的结构框图如图4所示。BMS电压检测电路233包含逻辑切换电路232、CAN光电耦合电路234和DC/DC转换电路235。逻辑切换电路232、CAN光电耦合电路234和DC/DC转换电路235的功能与实施例3中所描述的电路功能相同，且可以共用同一电路。逻辑切换电路232的输入端通过CAN总线连接到微处理器控制电路231。本实施例的其余技术方案与实施例1相同，且本实施例所采用的技术方案同样适用于其他实施例。
实施例3：
根据本发明所提供的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置和方法，CAN光电耦合电路的通道示意图如图5所示。CAN光电耦合电路234包含12/24v光电耦合通道2341、24/12v光电耦合通道2342、24vCAN总线直连通道2343和12vCAN总线直连通道2344。CAN光电耦合电路234输入侧与逻辑切换电路232相连，输出侧与接口226(S+)、227(S-)。
12/24v光电耦合通道2341：用于当充电桩的辅助电压为12v而BMS的工作电压为24v时提供CAN通信链路。
24/12v光电耦合通道2342：用于当充电桩的辅助电压为24v而BMS的工作电压为12v时提供CAN通信链路。
24vCAN总线直连通道2343：用于当充电桩的辅助电压为24v且BMS的工作电压为24v时提供CAN通信链路。
12vCAN总线直连通道2344：用于当充电桩的辅助电压为12v且BMS的工作电压为12v时提供CAN通信链路。
本实施例的其余技术方案与实施例1相同，且本实施例所采用的技术方案同样适用于其他实施例。
实施例4：
根据本发明所提供的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置和方法，DC-DC转换电路的电压通道示意图如图6所示。DC-DC转换电路235包含12/24vDC-DC电压通道2351、24/12vDC-DC电压通道2352、24v直连电压通道2353和12v直连电压通道2354。DC-DC转换电路235的输入侧与逻辑切换电路232相连，输出侧与接口228(A+)、229(A-)。
12/24vDC-DC电压通道2351：用于当充电桩的辅助电压为12v而BMS的工作电压为24v时提供12v转24v的升压通道。
24/12vDC-DC电压通道2352：用于当充电桩的辅助电压为24v而BMS的工作电压为12v时提供124v转12v的降压通道。
24v直连电压通道2353：用于当充电桩的辅助电压为24v且BMS的工作电压为24v时提供24v的电压通道。
12v直连电压通道2354：用于当充电桩的辅助电压为12v且BMS的工作电压为12v时提供12v的电压通道。
本实施例的其余技术方案与实施例1相同，且本实施例所采用的技术方案同样适用于其他实施例。
实施例5：
根据本发明所提供的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置和方法，逻辑切换电路示意图如图7所示。逻辑切换电路232包含CAN总线通道选择电路2321和DC/DC电压通道选择电路2322。CAN总线通道选择电路2321的输入侧与微处理器控制电路231和接口216(S+)、217(S-)相连，输出侧与CAN光电耦合电路234相连。DC/DC通道选择电路2322的输入侧与接口218(A+)、219(A-)相连，输出侧与DC/DC转换电路235相连。
本实施例的其余技术方案与实施例1相同，且本实施例所采用的技术方案同样适用于其他实施例。
实施例6：
根据本发明所提供的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置和方法，充电枪自动切换装置的工作流程图如图8所示，包含以下步骤：
步骤S1：CC1连接确认并上电；
步骤S2：充电桩为充电枪自动切换装置供电，充电枪自动切换装置检测充电桩所提供的低压辅助电压的大小；充电枪自动切换装置控制逻辑切换电路为电动汽车的BMS提供12v工作电压并选择对应的CAN通信通道，充电桩所提供的低压辅助电压类型有两种：一种为适用于家用型电动汽车的12v低压辅助电压，另一种为适用于商用巴士的24v低压辅助电压；
当充电桩的低压辅助电压为12v时，逻辑切换电路选择DC-DC电路的12v电压通道为BMS供电并选择CAN光电耦合电路的12v直连通道为微处理器和BMS之间提供CAN总线通信链路；当充电桩的低压辅助电压为24v时，逻辑切换电路选择DC-DC电路的24/12v电压通道为BMS供电并选择CAN光电耦合电路的24/12v光电耦合通道为微处理器和BMS之间提供CAN总线通信链路；
步骤S3：充电枪自动切换装置通过CAN总线向BMS发送伪充电握手报文；
充电枪自动切换装置与BMS之间的伪握手报文与充电机和BMS之间的握手报文相同，报文格式如下所示：
表1伪握手报文格式
充电枪自动切换装置所发送的握手报文的周期为250ms，连续发送3次，在一个发送周期内至少一次接收到BMS返回的应答报文，则认为通信成功，否则通信连接失败，通信链路不匹配；
步骤S4：检测是否接收到BMS的应答报文BRM，如果自动检测及切换装置在一段时间内接收到BMS返回的应答报文,则认为BMS的工作电压为12v，电动汽车的类型为家用型电动汽车，执行步骤S9；如果一段时间内，没有接收到BMS返回的应答报文，自动检测及切换装置控制逻辑执行步骤S5；
步骤S5：检测及转换装置通过逻辑选择电路为BMS提供24v的辅助电压，并选择相应的CAN通信通道；
在为BMS提供24v的辅助电压时，当充电桩的低压辅助电压为12v时，逻辑切换电路选择DC-DC电路的12/24v电压通道为BMS供电并选择CAN光电耦合电路的12/24v光电耦合通道为微处理器和BMS之间提供CAN总线通信链路；当充电桩的低压辅助电压为24v时，逻辑切换电路选择24v电压通道为BMS供电并选择CAN光电耦合电路的24v直连通道为微处理器和BMS之间提供CAN总线通信链路；
步骤S6：充电枪自动切换装置通过CAN总线向BMS发送伪充电握手报文；
步骤S7：检测是否接收到BMS的应答报文BRM，如果自动检测及切换装置在一段时间内接收到BMS返回的应答报文,则认为BMS的工作电压为24v，电动汽车的类型为电动巴士，执行步骤S9，如果一段时间内，没有接收到BMS返回的应答报文，自动检测及切换装置控制逻辑执行步骤S8；
步骤S8：提示错误信息，未识别车辆类型并退出；
步骤S9：CC2连接确认，执行后续充电流程；
在CC2连接确认后执行后续充电流程与直流充电机的充电流程相同，包括充电握手阶段、充电参数配置阶段、充电阶段、充电结束阶段。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制；应当指出，尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置，一端安装在充电枪接口处，另一端接入电动汽车充电接口，其特征在于，包括：微处理器控制电路、BMS电压检测电路、CAN光电耦合电路、DC-DC转换电路和逻辑切换电路：
BMS电压检测电路，用于检测电动汽车BMS的额定工作电压；
CAN光电耦合电路，用于当充电桩所提供的低压辅助电压与电动汽车的BMS工作电压不匹配时实现正常的通信；
DC-DC转换电路，用于当充电桩所提供的低压辅助电压与电动汽车的BMS工作电压不匹配时实现电压的转换，从而为BMS提供合适的工作电压；
逻辑切换电路，用于为不同类型电动汽车提供合适的链接通道，所提供的通道包括：12v/24vCAN通信通道、12v/24v低压辅助电压通道；
微处理器控制电路连接外围电路，并根据切换逻辑控制外围电路正常工作；
BMS电压检测电路、逻辑切换电路分别与微处理器相连接，CAN光电耦合电路和DC-DC转换电路分别与逻辑切换电路相连接。
2.根据权利要求1所述的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置，其特征在于，所述BMS电压检测电路包括CAN光电耦合电路、DC-DC转换电路以及逻辑切换电路，其中，DC-DC转换电路以及逻辑切换电路是BMS电压检测电路与自动检测及切换单元的共用电路：
DC-DC转换电路，用于当充电桩所提供的低压辅助电压与电动汽车的BMS工作电压不匹配时实现电压的转换，从而为BMS提供合适的工作电压；
逻辑切换电路，用于为不同类型电动汽车提供合适的链接通道，所提供的通道包括：12v/24vCAN通信通道、12v/24v低压辅助电压通道；
CAN光电耦合电路，提供BMS与微处理器之间进行CAN通信的通道；
CAN光电耦合电路一端与BMS的CAN总线相连，另一端与逻辑切换电路相连；逻辑切换电路与微处理器的CAN总线接口相连。
3.根据权利要求1所述的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换装置，其特征在于，所述CAN光电耦合电路包含12v直连通道、24v直连通道、12/24v光电耦合通道和24/12v光电耦合通道；
各通道均与逻辑切换电路相连接；
DC-DC转换电路包含12v电压通道、24v电压通道、12v/24v电压通道和24v/12v电压通道；
各通道均与逻辑切换电路相连接；
逻辑切换电路的输入端与微处理器的CAN通信接口、微处理器的控制接口、充电枪的CAN通信接口和充电枪的辅助接口相连接。
4.一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：CC1连接确认并上电；
步骤S2：充电桩为充电枪自动切换装置供电，充电枪自动切换装置检测充电桩所提供的低压辅助电压的大小；
充电枪自动切换装置控制逻辑切换电路为电动汽车的BMS提供12v工作电压并选择对应的CAN通信通道；
步骤S3：充电枪自动切换装置通过CAN总线向BMS发送伪充电握手报文；
步骤S4：检测是否接收到BMS的应答报文BRM，如果自动检测及切换装置在一段时间内接收到BMS返回的应答报文,则认为BMS的工作电压为12v，电动汽车的类型为家用型电动汽车，执行步骤S9；如果一段时间内，没有接收到BMS返回的应答报文，自动检测及切换装置控制逻辑执行步骤S5；
步骤S5：检测及转换装置通过逻辑选择电路为BMS提供24v的辅助电压，并选择相应的CAN通信通道；
步骤S6：充电枪自动切换装置通过CAN总线向BMS发送伪充电握手报文；
步骤S7：检测是否接收到BMS的应答报文BRM，如果自动检测及切换装置在一段时间内接收到BMS返回的应答报文,则认为BMS的工作电压为24v，电动汽车的类型为电动巴士，执行步骤S9，如果一段时间内，没有接收到BMS返回的应答报文，自动检测及切换装置控制逻辑执行步骤S8；
步骤S8：提示错误信息，未识别车辆类型并退出；
步骤S9：CC2连接确认，执行后续充电流程。
5.根据权利要求4所述的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换方法，其特征在于，步骤S2中，充电桩所提供的低压辅助电压类型有两种：一种为适用于家用型电动汽车的12v低压辅助电压，另一种为适用于商用巴士的24v低压辅助电压。
6.根据权利要求5所述的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换方法，其特征在于，步骤S2中，当充电桩的低压辅助电压为12v时，逻辑切换电路选择DC-DC电路的12v电压通道为BMS供电并选择CAN光电耦合电路的12v直连通道为微处理器和BMS之间提供CAN总线通信链路；当充电桩的低压辅助电压为24v时，逻辑切换电路选择DC-DC电路的24/12v电压通道为BMS供电并选择CAN光电耦合电路的24/12v光电耦合通道为微处理器和BMS之间提供CAN总线通信链路。
7.根据权利要求4所述的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换方法，其特征在于，步骤S3中，充电枪自动切换装置与BMS之间的伪握手报文与充电机和BMS之间的握手报文相同。
8.根据权利要求7所述的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换方法，其特征在于，步骤S3中，充电枪自动切换装置所发送的握手报文的周期为250ms，连续发送3次，在一个发送周期内至少一次接收到BMS返回的应答报文，则认为通信成功，否则通信连接失败，通信链路不匹配。
9.根据权利要求4所述的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换方法，其特征在于，步骤S5中，在为BMS提供24v的辅助电压时，当充电桩的低压辅助电压为12v时，逻辑切换电路选择DC-DC电路的12/24v电压通道为BMS供电并选择CAN光电耦合电路的12/24v光电耦合通道为微处理器和BMS之间提供CAN总线通信链路；当充电桩的低压辅助电压为24v时，逻辑切换电路选择24v电压通道为BMS供电并选择CAN光电耦合电路的24v直连通道为微处理器和BMS之间提供CAN总线通信链路。
10.根据权利要求4所述的一种支持多类型电动汽车充电枪的自动切换方法，其特征在于，步骤S9中，在CC2连接确认后执行后续充电流程与直流充电机的充电流程相同，包括充电握手阶段、充电参数配置阶段、充电阶段、充电结束阶段。
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