CN106994910B - 一种用于电动汽车之间的电能转换设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电动汽车之间的电能转换设备及方法，包括输入充电枪、输出充电枪、控制单元以及辅源供电单元，控制单元与人机交互单元、DC/DC功率模块和辅源供电单元相交互；DC/DC功率模块的输入端连接输入直流控制单元，输出端依次连接输出直流控制单元和输出充电枪；输入直流控制单元的输入端连接输入充电枪。本发明利用电动汽车自身动力电池储存的电能对被救援车辆或者其他待充电车辆进行充电，解决了现有技术中电动汽车之间无法直接实现电能传递，无法实现电动汽车对其他待充电的电动汽车的紧急补电或者充电等问题，提高了用户的使用体验。

Description

一种用于电动汽车之间的电能转换设备及方法
【技术领域】
本发明属于电动汽车充电技术领域，具体涉及一种用于电动汽车之间的电能转换设备及方法。
【背景技术】
随着科技的发展，环保消费的理念逐步深入百姓的消费观念中，再加上政策的导向，电动汽车正扮演着逐步取代燃油车的角色。但是在因现阶段技术的限制，在电动车普及和使用中还存在不少问题。尤其是电动汽车的动力系统能量来源是车载电池，电池的能量补充主要依靠充电站的补充，受现阶段行业规模的影响充电站的布局密度还相对较低，这样就给电动车使用带来了不便。
随着共享汽车的逐步推向市场，车辆在使用过程中行驶的路况、交通拥堵情况及驾驶者使用习惯差别很大，同时目前电池特性还受气温环境影响很大，这样会造成车载电池管理器对电池电量的估算及续航里程的估算存在偏差，出现电动汽车在行驶过程中电池电量不足或耗尽的情况导致车辆抛锚无法移动至可充电场所，给使用者带来极大不便。
对于这种突发情况，电动汽车不同于燃油车的情况是电动汽车无法通过紧急加油脱困，只能通过现场充电或拖车拖移。而使用拖车拖移会产生高昂的拖车费用，目前市场比较倾向于现场充电的方式解决这个问题。
由于电动汽车携带有电池包，用电动汽车内部电池包对待救援车辆进行充电成为一种发展趋势。本专利旨在提供一种用于电动汽车之间的电能转换设备及方法，通过该设备及方法实现电动汽车之间的电能传递，实现对待救援车辆的紧急救援。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于电动汽车之间的电能转换设备及方法，以解决电动汽车之间无法直接实现电能传递，无法实现电动汽车对其他待充电的电动汽车的紧急补电或者充电等问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种用于电动汽车之间的电能转换设备，包括输入充电枪、输出充电枪、控制单元以及辅源供电单元，控制单元与人机交互单元、DC/DC功率模块和辅源供电单元相交互；DC/DC功率模块的输入端连接输入直流控制单元，输出端依次连接输出直流控制单元和输出充电枪；输入直流控制单元的输入端连接输入充电枪；
DC/DC功率模块用于将救援车辆直流电能转换为被救援车辆充电所需的电能；
控制单元用于与两辆电动汽车BMS进行通信，获取电池包的总容量，控制DC/DC功率模块为电动汽车进行充电，同时监控两辆车辆BMS信息，判断充电结束条件是否满足；
人机交互单元用于用户对设备进行控制命令的输出和充电参数的设置；同时，实时显示充电状态信息；控制命令为用户触屏操作后生成的启动命令或停止命令；充电参数包括对于救援车辆的允许放电门限和放电保护门限、对于被救援车辆的充电停止门限；
辅源供电单元用于为整个电能转换设备提供辅助供电电源；
输入充电枪用于将救援车辆的电池包电能传入电能转换设备；
输入直流控制单元用于控制救援车辆电池包电能输入；
输出直流控制单元用于控制设备为被救援车辆充电时输出电能；
输出充电枪用于与被救援车辆充电端口连接，实现电能的输出。
本发明进一步的改进在于：
辅源供电单元包括低压辅源供电单元、低压电池以及高压/低压直流辅源；低压辅源供电单元与控制单元相交互，低压辅源供电单元与人机交互单元、高压/低压直流辅源以及低压电池相连；
低压辅源供电单元用于在充电开始前，将低压电池接入，为控制单元供电，让控制单元与救援车辆BMS建立通信连接，让救援车辆电池包输出接口输出电压，待高压/低压直流辅源上电后，将高压/低压直流辅源切入进行供电；还用于转换输出多个电压等级的低压电能，为电能转换设备的其他各组成单元提供所需供电电能；
高压/低压直流辅源用于将救援车辆电池包的高压电转换为电能转换设备各单元所需的低压电为各单元供电，同时为低压电池进行电量补充；
低压电池用于在电能转换设备启动时进行供电，让设备与救援车辆BMS建立通信连接，将救援车辆的电池包电能输出端口打开。
高压/低压直流辅源还用于通过其输出电能为被救援车辆的车载低压电瓶充电。
输出直流控制单元和输出充电枪之间还连接有用于采集充电电量和充电计费的直流计量单元。
充电状态信息至少包括以下一种信息：
充电过程中救援车辆的电池包电压、SOC值、已放电电量以及放电时间；
充电过程中被救援车辆的电池包电压、SOC值、已充电电量以及充电时间；
充电过程中电能转换设备的输出电压和输出电流。
控制单元用于采集在电动汽车充电前及充电过程中的电池包数据特征值，并与其他时刻的电池包数据特征值进行对比，判断是否存在充电异常。
一种用于电动汽车之间的电能转换方法，包括以下步骤：
1)将输入充电枪和输出充电枪分别与救援车辆及被救援车辆的充电接口连接；
2)触发预置的低压电池后，控制单元启动，设备待机；
3)在人机交互单元的显示界面上设置充电参数，充电参数包括允许放电门限，放电保护门限和充电停止门限；
4)设置完毕后，启动电能转换设备；
5)控制单元先与救援车辆BMS建立通信，检测救援车辆动力电池信息，判断是否大于允许放电门限；若大于允许放电门限，则控制单元对救援车辆进行安全检测后，接通与救援车辆放电回路的电气连接，执行步骤6)；若小于或等于允许放电门限，则停止；
6)与救援车辆放电回路电气接通后，高压/低压直流辅源启动工作，切除低压电池，控制单元对被救援车辆进行安全检测，待检测正常后，启动DC/DC功率模块，将救援车辆的电能转变成被救援车辆所需电能，输出给被救援车辆，进行充电；
7)充电过程中，控制单元实时通过与救援车辆BMS通信，检测救援车辆电池信息，如果达到设置的放电保护门限时停止放电；同时控制单元还实时检测系统各组件运行状态，如果出现故障，则立即停机；其中，系统包括电能转换设备、救援车辆及被救援车辆；
8)如果未达到设置的放电保护门限，则当控制单元检测到达到设置的充电停止门限后，停止充电，本次救援结束，依次拔出输入、输出充电枪和断开低压电池。
步骤2)中，若低压电池外置于电能转换设备，则通过连接电能转换设备指定的端口对低压电池进行触发；若低压电池内置于电能转换设备，则通过电能转换设备外部设置的相应按钮对低压电池进行触发。
通过救援车辆的SOC值、允许放电电量或放电时间作为允许放电门限和放电保护门限的设置参数。
通过被救援车辆的SOC值、所需充电电量、充电时间、电池包电压、单体电池最高电压或充电需求电流作为充电停止门限的设置参数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明能够实现电能转换设备与放电车辆(救援车辆)数据通信，从放电车辆电池中取出电能，通过电能转换设备整定至待救援车辆所需电压及电流。并且能够实现电能转换设备与放电车辆数据通信，保证放电车辆电气回路安全，同时设置放电截止门限，保证不会对放电车辆进行过放。本发明利用电动汽车(放电车辆)自身动力电池储存的电能对被救援车辆或者其他待充电车辆进行充电，解决了现有技术中电动汽车之间无法直接实现电能传递，无法实现电动汽车对其他待充电的电动汽车的紧急补电或者充电等问题，提高了用户的使用体验。
【附图说明】
图1是本发明组成及电气连接结构框图；
图2是本发明软件控制流程图；
图3是本发明实施例的电气连接示意图。
其中，1-控制单元；2-人机交互单元；3-输入充电枪；4-输入直流控制单元；5-DC/DC功率模块；6-输出直流控制单元；7-直流计量单元；8-输出充电枪；9-低压辅源供电单元；10-高压/低压直流辅源；11-低压电池。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1-3，本发明用于电动汽车之间的电能转换设备，包括输入充电枪3、输出充电枪8、控制单元1以及辅源供电单元，控制单元1与人机交互单元2、DC/DC功率模块5和辅源供电单元相交互；DC/DC功率模块5的输入端连接输入直流控制单元4，输出端依次连接输出直流控制单元6和输出充电枪8；输入直流控制单元4的输入端连接输入充电枪3；
DC/DC功率模块5用于将救援车辆直流电能转换为被救援车辆充电所需的电能；可选地，DC/DC功率模块可以为单向能量转换模块，需要区分其输入端口和输出端口，也可以为双向能量转换模块，且在人机交互界面设置其输入端口和输出端口。
控制单元1用于与两辆电动汽车BMS进行通信，获取电池包的总容量，控制DC/DC功率模块为电动汽车进行充电，同时监控两辆车辆BMS信息，判断终止充电的条件(即充电结束条件)是否满足；控制单元能够采集在电动汽车充电前及充电过程中的电池包数据特征值，并与其他时刻的电池包数据特征值进行对比，判断是否存在充电异常。
辅源供电单元包括低压辅源供电单元9、低压电池11以及高压/低压直流辅源10；低压辅源供电单元9与控制单元1相交互，低压辅源供电单元9与人机交互单元2、高压/低压直流辅源10以及低压电池11相连；
低压辅源供电单元9用于在充电开始前，将低压电池接入，为控制单元供电，让控制单元与救援车辆BMS建立通信连接，进行参数配置和握手，让救援车辆电池包输出接口输出电压，待高压/低压直流辅源上电后，将高压/低压直流辅源切入进行供电，同时对低压电池进行充电；低压辅源供电单元9还用于转换输出多个电压等级的低压电能，为电能转换设备的其他各组成单元提供所需供电电能。
高压/低压直流辅源10用于将救援车辆电池包的高压电转换为电能转换设备各单元所需的低压电为各单元供电，同时为低压电池进行电量补充；高压/低压直流辅源还用于通过其输出电能为被救援车辆的车载低压电瓶充电。
低压电池11用于在电能转换设备启动时进行供电，让电能转换设备与救援车辆BMS建立通信连接，将救援车辆的电池包电能输出端口打开。
人机交互单元2用于用户对设备进行控制命令的输出和充电参数的设置；同时，能够实时显示充电状态信息；控制命令为用户触屏操作后生成的启动命令或停止命令。充电参数包括对于救援车辆的允许放电门限和放电保护门限、对于被救援车辆的充电停止门限；充电状态信息至少包括以下一种信息：充电过程中救援车辆的电池包电压、SOC值、已放电电量以及放电时间；充电过程中被救援车辆的电池包电压、SOC值、已充电电量以及充电时间；充电过程中电能转换设备的输出电压和输出电流。
辅源供电单元用于为整个电能转换设备提供辅助供电电源；
输入充电枪3用于将救援车辆的电池包电能传入电能转换设备；
输入直流控制单元4用于控制救援车辆电池包电能输入；
输出直流控制单元6用于控制设备为被救援车辆充电时输出电能；
输出充电枪8用于与被救援车辆充电端口连接，实现电能的输出。
输出直流控制单元6和输出充电枪8之间还连接有用于采集充电电量和充电计费的直流计量单元7。
在一种可选的实施例中，高压/低压直流辅源的输出依次与限流电阻和二极管连接，并通过电能转换设备的区别于输出充电枪的另一输出端口，将电能输出，为被救援车辆的车载低压电瓶，如为铅酸电池充电，以保证铅酸电池的可靠性。
另外，在高压/低压直流辅源启动工作，切除低压电池之后，可以通过高压/低压直流辅源的输出为被救援车辆的铅酸电池充电，之后再进入为被救援车辆电池包进行充电的流程。或者在救援车辆停止为被救援车辆的电池包进行充电后，通过高压/低压直流辅源的输出为被救援车辆的铅酸电池(即上述的车载低压电瓶)充电。
基于上述设备，本发明还公开了一种用于电动汽车之间的电能转换方法，包括以下步骤：
1)用户驾驶救援车辆达到救援现场后，放置设备至合适位置，将输入充电枪3和输出充电枪8分别与救援车辆及被救援车辆的充电接口连接。
或者，先将输入充电枪与救援车辆连接。
2)触发预置的低压电池后，设备控制单元1启动，设备待机，人机显示界面显示相关信息。
进一步地，若低压电池外置于电能转换设备，则通过连接电能转换设备指定的端口对低压电池进行触发，如，充电宝，用户接入充电宝，即通过电能转换设备外置的通信接口连接充电宝，使充电宝被触发输出电能；若低压电池内置于电能转换设备，则电能转换设备外部设置有按钮对低压电池进行触发，如储能蓄电池。
3)用户在人机显示界面上设置相关充电结束条件(即充电参数)，充电参数包括允许放电门限，放电保护门限和充电停止门限。可选地，通过救援车辆的SOC值、允许放电电量或放电时间作为允许放电门限和放电保护门限的设置参数；通过被救援车辆的SOC值、所需充电电量、充电时间、电池包电压、单体电池最高电压或充电需求电流作为充电停止门限的设置参数。
可选地，在执行该步骤之前，还包括用户连接输出充电枪。
4)设置完毕后用户启动电能转换设备。设备判断输入端口连接状态是否正常，即判断输入充电枪与救援车辆连接状态是否正常，若正常，则执行步骤5，若不正常，则设备待机。
5)控制单元先与救援车辆BMS建立通信，检测救援车辆动力电池信息，判断是否大于允许放电门限；若大于允许放电门限，则控制单元对救援车辆进行安全检测后，接通与救援车辆放电回路的电气连接，执行步骤6)；若小于或等于允许放电门限，则停止；
6)设备与救援车辆放电回路电气接通后，高压/低压直流辅源10启动工作，切除低压电池，控制单元1启动为被救援车辆充电相关的自检、绝缘检测等相关安全检测，待检测正常后，启动DC/DC功率模块5，将救援车辆的电能转变成被救援车辆所需电能，输出给被救援车辆。
7)充电过程中，控制单元实时通过与救援车辆BMS通信，检测救援车辆电池信息，如果达到设置的放电保护门限时停止放电；同时控制单元还实时检测系统各组件运行状态，如果出现故障，则立即停机；其中，系统包括电能转换设备、救援车辆及被救援车辆。
8)如果未达到设置的放电保护门限，则当控制单元检测到达到设置的充电停止门限后，停止充电，本次救援结束，依次拔出输入、输出充电枪和断开低压电池，收起设备，驾驶救援车辆驶离救援现场。
在整个充电过程中，用户在任意时刻输出停止充电命令，设备则基于停止充电命令停止充电。可选地，用户可以随时按停止按钮，或者在人机交互单元的显示界面进行触屏操作，输出停止充电命令。
如图3所示，为本发明实施例的电气连接示意图，控制单元1为CCU，输入充电枪3通过输入直流控制单元4与DC/DC功率模块5相连，DC/DC功率模块5通过输出直流控制单元6与输出充电枪8相连，同时通过直流计量单元7与CCU的电表采样接口相连；输入直流控制单元4通过高压/低压直流辅源10与低压辅源供电单元9和低压电池11相连；CCU通过CAN总线采集输入充电枪3和输出充电枪8的数据。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于电动汽车之间的电能转换设备，其特征在于，包括输入充电枪（3）、输出充电枪（8）、控制单元（1）以及辅源供电单元，控制单元（1）与人机交互单元（2）、DC/DC功率模块（5）和辅源供电单元相交互；DC/DC功率模块（5）的输入端连接输入直流控制单元（4），输出端依次连接输出直流控制单元（6）和输出充电枪（8）；输入直流控制单元（4）的输入端连接输入充电枪（3）；
DC/DC功率模块（5）用于将救援车辆直流电能转换为被救援车辆充电所需的电能；
控制单元（1）用于与两辆电动汽车BMS进行通信，获取电池包的总容量，控制DC/DC功率模块为电动汽车进行充电，同时监控两辆车辆BMS信息，判断充电结束条件是否满足；
人机交互单元（2）用于用户对设备进行控制命令的输出和充电参数的设置；同时，实时显示充电状态信息；控制命令为用户触屏操作后生成的启动命令或停止命令；充电参数包括对于救援车辆的允许放电门限和放电保护门限、对于被救援车辆的充电停止门限；
辅源供电单元用于为整个电能转换设备提供辅助供电电源；
输入充电枪（3）用于将救援车辆的电池包电能传入电能转换设备；
输入直流控制单元（4）用于控制救援车辆电池包电能输入；
输出直流控制单元（6）用于控制设备为被救援车辆充电时输出电能；
输出充电枪（8）用于与被救援车辆充电端口连接，实现电能的输出；
充电状态信息至少包括以下一种信息：
充电过程中救援车辆的电池包电压、SOC值、已放电电量以及放电时间；
充电过程中被救援车辆的电池包电压、SOC值、已充电电量以及充电时间；
充电过程中电能转换设备的输出电压和输出电流；
控制单元用于采集在电动汽车充电前及充电过程中的电池包数据特征值，并与其他时刻的电池包数据特征值进行对比，判断是否存在充电异常。
2.根据权利要求1所述的用于电动汽车之间的电能转换设备，其特征在于，辅源供电单元包括低压辅源供电单元（9）、低压电池（11）以及高压/低压直流辅源（10）；低压辅源供电单元（9）与控制单元（1）相交互，低压辅源供电单元（9）与人机交互单元（2）、高压/低压直流辅源（10）以及低压电池（11）相连；
低压辅源供电单元（9）用于在充电开始前，将低压电池接入，为控制单元供电，让控制单元与救援车辆BMS建立通信连接，让救援车辆电池包输出接口输出电压，待高压/低压直流辅源上电后，将高压/低压直流辅源切入进行供电；还用于转换输出多个电压等级的低压电能，为电能转换设备的其他各组成单元提供所需供电电能；
高压/低压直流辅源（10）用于将救援车辆电池包的高压电转换为电能转换设备各单元所需的低压电为各单元供电，同时为低压电池进行电量补充；
低压电池（11）用于在电能转换设备启动时进行供电，让设备与救援车辆BMS建立通信连接，将救援车辆的电池包电能输出端口打开。
3.根据权利要求2所述的用于电动汽车之间的电能转换设备，其特征在于，高压/低压直流辅源还用于通过其输出电能为被救援车辆的车载低压电瓶充电。
4.根据权利要求2所述的用于电动汽车之间的电能转换设备，其特征在于，输出直流控制单元（6）和输出充电枪（8）之间还连接有用于采集充电电量和充电计费的直流计量单元（7）。
5.一种用于电动汽车之间的电能转换方法，其特征在于，所述方法基于一种用于电动汽车之间的电能转换设备，所述电能转换设备包括输入充电枪（3）、输出充电枪（8）、控制单元（1）以及辅源供电单元，控制单元（1）与人机交互单元（2）、DC/DC功率模块（5）和辅源供电单元相交互；DC/DC功率模块（5）的输入端连接输入直流控制单元（4），输出端依次连接输出直流控制单元（6）和输出充电枪（8）；输入直流控制单元（4）的输入端连接输入充电枪（3）；
所述电能转换方法包括以下步骤：
1）将输入充电枪和输出充电枪分别与救援车辆及被救援车辆的充电接口连接；
2）触发预置的低压电池后，控制单元启动，设备待机；
3）在人机交互单元的显示界面上设置充电参数，充电参数包括允许放电门限，放电保护门限和充电停止门限；
4）设置完毕后，启动电能转换设备；
5）控制单元先与救援车辆BMS建立通信，检测救援车辆动力电池信息，判断是否大于允许放电门限；若大于允许放电门限，则控制单元对救援车辆进行安全检测后，接通与救援车辆放电回路的电气连接，执行步骤6）；若小于或等于允许放电门限，则停止；
6）与救援车辆放电回路电气接通后，高压/低压直流辅源启动工作，切除低压电池，控制单元对被救援车辆进行安全检测，待检测正常后，启动DC/DC功率模块，将救援车辆的电能转变成被救援车辆所需电能，输出给被救援车辆，进行充电；
7）充电过程中，控制单元实时通过与救援车辆BMS通信，检测救援车辆电池信息，如果达到设置的放电保护门限时停止放电；同时控制单元还实时检测系统各组件运行状态，如果出现故障，则立即停机；其中，系统包括电能转换设备、救援车辆及被救援车辆；
8）如果未达到设置的放电保护门限，则当控制单元检测到达到设置的充电停止门限后，停止充电，本次救援结束，依次拔出输入、输出充电枪和断开低压电池。
6.根据权利要求5所述的用于电动汽车之间的电能转换方法，其特征在于，步骤2）中，若低压电池外置于电能转换设备，则通过连接电能转换设备指定的端口对低压电池进行触发；若低压电池内置于电能转换设备，则通过电能转换设备外部设置的相应按钮对低压电池进行触发。
7.根据权利要求6所述的用于电动汽车之间的电能转换方法，其特征在于，通过救援车辆的SOC值、允许放电电量或放电时间作为允许放电门限和放电保护门限的设置参数。
8.根据权利要求5所述的用于电动汽车之间的电能转换方法，其特征在于，通过被救援车辆的SOC值、所需充电电量、充电时间、电池包电压、单体电池最高电压或充电需求电流作为充电停止门限的设置参数。
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