CN107379999A - 一种电动车用下压式充电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种电动车用下压式充电系统，包括地面充电机部分和车辆部分；其中：地面充电机部分包括充电机、充电架和下压机构；车辆部分包括车顶铜排、高压配电柜、动力电池、电池管理系统、无线通信模块、整车控制器、行程开关、充电开关和DC/DC转换器；所述下压机构的输出端连接所述车顶铜排的输入端，所述车顶铜排的输出端依次连接所述高压配电柜和所述动力电池；所述动力电池与所述电池管理系统连接；所述电池管理系统与所述高压配电柜连接；所述行程开关和所述充电开关的输出端与所述整车控制器的输入端低压信号连接；本发明在适应大电流的快速充电的同时，车辆上不需要安装集电弓，减小了车辆的整车质量和制造成本。

Description

一种电动车用下压式充电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及新能源电动车辆充电领域，具体是一种电动车用下压式充电系统及其控制方法。

背景技术

应用于城市公交领域的电动车辆对于快速补电，缩短充电等待时间的运营需求越来越高，搭载快充型动力电池的电动车通常采用传统的双路充电枪连接方式充电，而弓式充电是一种新兴的充电应用方式，通过在车顶布置过电流能力更强的车载集电弓总成，结合外部充电架相关设施，能为电动车辆提供一种支持大电流快速充电的方式，并且弓式快速充电站具有占地面积小、投入成本低和使用效率高的特点，非常适合充电场所用地紧张的城市。

但在车顶加设集电弓的价格昂贵，质量很大。不但会增加整车的制造成本还会增加整车的重量。而且集电弓的体积较大，会增加车辆其他部件的布置难度。

因此，需要提出一种电动车用下压式充电系统及其控制方法。

发明内容

本发明提供一种电动车用下压式充电系统及其控制方法，旨在克服现有电动车上设置集电弓，导致整车重量增加和成本昂贵的现状。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术措施：

一种电动车用下压式充电系统，包括地面充电机部分和车辆部分；其中：

地面充电机部分包括充电机、充电架和下压机构；所述充电机具有无线通信功能，所述充电机的输出端连接所述充电架的输入端，所述充电架的输出端连接所述下压机构的输入端，所述充电机通过低压信号与所述下压机构双向连接；

车辆部分包括车顶铜排、高压配电柜、动力电池、电池管理系统、无线通信模块、整车控制器、行程开关、充电开关和DC/DC转换器；

所述下压机构的输出端连接所述车顶铜排的输入端，所述车顶铜排的输出端依次连接所述高压配电柜和所述动力电池；

所述动力电池的输出端与所述电池管理系统的输入端低压信号连接；

所述电池管理系统与所述高压配电柜通过低压信号双向连接；

所述整车控制器的输出端与所述高压配电柜的输入端低压信号连接；

所述行程开关和所述充电开关的输出端与所述整车控制器的输入端低压信号连接；

所述电池管理系统、所述无线通信模块、所述DC/DC转换器和所述整车控制器之间通过CAN网络进行通信连接；

所述充电机和所述无线通信模块通过无线网络连接。

作为进一步改进，所述车辆部分进一步包括仪表、驱动电机变频器和电空调控制器；所述仪表、所述驱动电机变频器和所述电空调控制器分别通过CAN网络与所述整车控制器进行通信连接；所述驱动电机变频器通过低压信号与所述驱动电机双向连接，所述驱动电机变频器的输入端连接有转速传感器。

作为进一步改进，所述车辆部分进一步包括手刹，所述手刹与所述整车控制器的输入端连接。

作为进一步改进，所述仪表的输入端连接有监控探头，所述监控探头布置在所述车顶铜排的周边，用于检测下压机构与车顶铜排是否接触良好。

作为进一步改进，所述无线通信模块连接有人机界面。

作为进一步改进，所述无线通信模块为车载WiFi处理器。

一种电动车用下压式充电系统的控制方法，包括以下步骤：

S1、将车辆行驶到充电架下的充电位，并按下充电开关；

S2、所述整车控制器接收到充电开关传来的信号后通过CAN网络发送下压命令；

S3、所述下压指令经过所述车载WiFi处理器转换成无线信号发送给所述充电机；

S4、所述充电机就收到所述下压命令后控制所述充电架上的所述下压机构下降并与所述车顶铜排接触；

S5、当下压机构与车顶铜排完成接触后，所述整车控制器通过CAN网络发允许充电报文给所述电池管理系统；

S6、所述电池管理系统通过所述车载WiFi处理器与所述充电机按照国标GB/T27930进行充电通信交互，然后电池管理系统控制所述高压配电柜中的充电继电器闭合，启动充电。

作为进一步改进，所述步骤S1和步骤S2之间进一步包括：

S11，所述整车控制器检测所述手刹的开关信号，若所述手刹的开关信号有效，则进入步骤S2；否则，使充电开关的信号无效。

作为进一步改进，在步骤S2中，进一步包括：

S21，所述整车控制器接收到充电开关传来的信号时，所述整车控制器发送禁止行车报文给所述驱动电机变频器，发送禁止运行报文给所述电空调控制器。

作为进一步改进，在步骤S2中，所述整车控制器接收到充电开关传来的信号后通过CAN网络发送下压命令的步骤，包括：

S22、所述整车控制器接收到充电开关传来的信号后，所述整车控制器检测所述DC/DC转换器以及所述动力电池是否无故障以及车速是否为0，若是则进入步骤S23；

S23、所述整车控制器通过CAN网络发送下压命令。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1、使用车顶铜排代替集电弓，减轻了整车的质量，降低了整车的成本。

2、车顶铜排结构简单，体积较小，安装方便，且不会影响其他零件的安装。

附图说明

附图1是本发明一种电动车用下压式充电系统的结构示意图。

附图2是本发明一种电动车用下压式充电系统的控制流程图。

附图3是本发明一种电动车用下压式充电系统的充电行车互锁控制原理图。

附图4是本发明一种电动车用下压式充电系统的充电连接控制原理图。

附图5是本发明一种电动车用下压式充电系统的充电过程控制原理图。

附图6是本发明一种电动车用下压式充电系统的充电断开控制原理图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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在本发明中的具体含义。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

请参考图1，实施例中，一种电动车用下压式充电系统，包括地面充电机部分和车辆部分；其中：

地面充电机部分包括充电机、充电架和下压机构；所述充电机具有无线通信功能，所述充电机的输出端连接所述充电架的输入端，所述充电架的输出端连接所述下压机构的输入端，所述充电机通过低压信号与所述下压机构双向连接；

车辆部分包括车顶铜排、高压配电柜、动力电池、电池管理系统、无线通信模块、整车控制器、行程开关、充电开关和DC/DC转换器；

所述下压机构的输出端连接所述车顶铜排的输入端，所述车顶铜排的输出端依次连接所述高压配电柜和所述动力电池；

所述动力电池的输出端与所述电池管理系统的输入端低压信号连接；

所述电池管理系统与所述高压配电柜通过低压信号双向连接；

所述整车控制器的输出端与所述高压配电柜的输入端低压信号连接；

所述行程开关和所述充电开关的输出端与所述整车控制器的输入端低压信号连接；

所述电池管理系统、所述无线通信模块、所述DC/DC转换器和所述整车控制器之间通过CAN网络进行通信连接；

所述充电机和所述无线通信模块通过无线网络连接。

本系统的的工作流程包括以下步骤：

S1、将车辆行驶到充电架下的充电位，并按下充电开关；

S2、所述整车控制器接收到充电开关传来的信号后通过CAN网络发送下压命令；

S3、所述下压指令经过所述车载WiFi处理器转换成无线信号发送给所述充电机；

S4、所述充电机就收到所述下压命令后控制所述充电架上的所述下压机构下降并与所述车顶铜排接触；

S5、当下压机构与车顶铜排完成接触后，所述整车控制器通过CAN网络发允许充电报文给所述电池管理系统；

S6、所述电池管理系统通过所述车载WiFi处理器与所述充电机按照国标GB/T27930进行充电通信交互，然后电池管理系统控制所述高压配电柜中的充电继电器闭合，启动充电。

发明的技术解决方案是将整车控制器，车顶铜排、电池管理系统、动力电池、车载WiFi处理器、DC/DC转换器、高压配电柜等组成系统，各部件控制单元之间，通过车辆CAN总线通信网络实现状态信息、控制信息和故障信息的传递交互。

作为进一步改进，所述车辆部分进一步包括手刹，所述手刹与所述整车控制器的输入端连接。在进行充电前，所述整车控制器检测所述手刹的开关信号，若所述手刹的开关信号有效，则进入充电模式；否则，使充电开关的信号无效。

作为进一步改进，所述车辆部分进一步包括仪表、驱动电机变频器和电空调控制器；所述仪表、所述驱动电机变频器和所述电空调控制器分别通过CAN网络与所述整车控制器进行通信连接；所述驱动电机变频器通过低压信号与所述驱动电机双向连接，所述驱动电机变频器的输入端连接有转速传感器。所述整车控制器接收到充电开关传来的信号时，所述整车控制器发送禁止行车报文给所述驱动电机变频器，发送禁止运行报文给所述电空调控制器。

作为进一步改进，所述整车控制器接收到充电开关传来的信号后通过CAN网络发送下压命令的步骤，包括：

S22、所述整车控制器接收到充电开关传来的信号后，所述整车控制器检测所述DC/DC转换器以及所述动力电池是否无故障以及车速是否为0，若是则进入步骤S23；

S23、所述整车控制器通过CAN网络发送下压命令。

下压机构下压前会先检查车辆各部件是否正常，若存在异常，则禁止下压。

作为进一步改进，所述仪表的输入端连接有监控探头，所述监控探头布置在所述车顶铜排的周边，用于检测下压机构与车顶铜排是否接触良好。防止下压机构与铜排未充分接触便开始充电从而发生意外。

作为进一步改进，所述无线通信模块连接有人机界面；所述无线通信模块为车载WiFi处理器。用户可通过人机界面直接观察车顶情况，若在充电时，下压机构与车顶铜排发生接触不良等问题，可直接控制车辆立即断开充电。

本发明的一种电动车用下压式充电系统，工作流程如图2所示，分为依次进行的充电行车互锁阶段、充电连接控制阶段、充电过程控制阶段和充电断开控制阶段。

在充电行车互锁阶段，整车控制器执行充电行车互锁控制策略，对车辆进行行车互锁；

在充电连接控制阶段，整车控制器执行充电连接控制策略，对下压机构进行下压操作；

在充电过程控制阶段，电池管理系统和地面充电机进行数据交互，实现智能充电，整车控制器实时监控管理车辆充电状态，确保充电过程安全可靠；

在充电断开控制阶段，整车控制器执行集电弓降弓控制策略，对下压机构进行抬升操作。

进一步地，还可设置车顶铜排视频监控保障，通过仪表集成显示车顶铜排工作状态，对弓式充电整个过程进行实时监控和确认。

下面通过一个具体的实施例来具体说明本发明的工作原理，此实施例为本发明的较佳实施例。本实施例中，人机界面的设置、充电过程的监控显示和手刹信号的引入可使得本发明的技术方案更优化，但没有它们也不影响本发明的实施。

本发明中，如图3所示，充电行车互锁阶段工作原理如下：

当充电车辆拉手刹停入充电架下面后，当手刹开关信号有效时，按下“充电开关”，充电开关信号有效，整车控制器发禁止行车报文给驱动电机变频器和禁止运行报文给电空调控制器，禁止驱动电机和电空调的工作。当整车控制器读取驱动电机电流小于截止电流后，整车控制器断开高压配电柜中的主放电继电器。

本发明中行车互锁有两层保护，第一层，整车控制软件报文保护；第二层就是通过所述主放电继电器从硬件电路上进行断路。加入的手刹开关信号，主要目的是进一步确保车辆已经停下，才能进行充电。

本发明中，如图4所示，充电连接控制阶段的工作原理如下：

充电开关信号有效时，整车控制器进入充电连接控制模式，首先判断整车状态(DC/DC转换器无故障、动力电池无严重故障、手刹开关信号有效、车速为“0”)发送下压命令报文，该报文经过车载WiFi处理器转换成无线信号发送给充电机，充电机控制充电架上的下压机构工作，完成下压后，充电机将下压机构的完成下压状态，经过WiFi处理器转换成CAN报文发送给整车控制器。当充电架上的下压机构与车顶铜排接触后，安装在车顶的行程开关信号会有效。当整车控制监测到下压机构已经完成下压和行程开关有效后，整车控制器发允许充电命令给电池管理系统，电池管理系统进入充电模式；整车控制器采集行程开关的状态，并发送行程开关状态报文，车载WiFi处理器将其转换成无线信号发送给充电机，当充电机监测到行程开关有效后，进入准备充电模式。

本发明中，如图5所示，充电过程控制阶段的工作原理如下：

当充电架上的下压机构与车顶铜排接触导通后，行程开关有效，整车控制器发允许充电报文给动力电池管理系统，充电操作人员在人机界面上选定地面充电机的编号，然后启动充电。充电机的充电报文信号经过无线传输到车载WiFi处理器转换成CAN报文，经过整车CAN网络传输给电池管理系统，动力电池管理系统和充电机，根据国标GB/T 27930进行充电通讯。电池管理系统发充电状态报文(0不允许充电、1允许充电、2正在充电、3充电完成、4充电异常)给整车控制器。

在整个充电过程中如果出现车速＞“0”、手刹开关信号丢失、充电开关信号丢失、行程开关有效信号丢失、DC/DC转换器报文异常、CAN通讯异常时，整车控制器发送不允许充电报文给电池管理系统。电池管理系统收到整车控制器的不允许充电报文后，发停止充电报文给充电机，充电机接受到停止充电报文后，停止电力输出。当充电电流小于截止电流后，电池管理系统控制断开充电继电器，如果10S内充电电流不能降低到截止电流，强行断开充电继电器。

当操作人员要通过人机界面提前中止充电过程时，车载WiFi处理器发停止命令给充电机，充电机停止电力输出，并根据直流充电通讯国标发送停止充电报文给电池管理系统，电池管理系统检测到充电电流小于截止电流，断开充电继电器，如果10S内充电电流不能降低到截止电流，强行断开充电继电器。

当电池管理系统检测到动力电池充满电状态或者动力电池故障时，电池管理系统发直流充电通讯国标的停止充电报文给充电机，充电机接受到停止充电报文后，停止电力输出。当充电电流小于截止电流，电池管理系统断开充电继电器，如果10S内充电电流不能降低到截止电流，强行断开充电继电器。

本发明中，如图6所示，充电断开控制阶段的工作原理如下：

当充电结束后，电池管理系统控制高压配电柜中的充电继电器断开。充电人员松开“充电开关”，充电开关信号丢失，整车控制器读取电池充电状态报文为非“正在充电”和充电继电器状态报文为充电继电器已经断开时，发上升命令报文，该报文经过车载WiFi处理器转换成无线信号发送给充电机，充电机控制下压机构执行上升动作，当完成上升动作后，充电机发送已经完成上升状态给车载WiFi处理器，车载WiFi处理器将该信号转换器成上升状态报文。当整车控制器监测到上升状态报文为已经完成上升和行程开关信号丢失后，整车控制器发允许行车报文给驱动电机变频器解除行车互锁，整车控制器发允许运行报文给空调控制器，允许使用空调。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种电动车用下压式充电系统，其特征在于，包括地面充电机部分和车辆部分；其中：

地面充电机部分包括充电机、充电架和下压机构；所述充电机具有无线通信功能，所述充电机的输出端连接所述充电架的输入端，所述充电架的输出端连接所述下压机构的输入端，所述充电机通过低压信号与所述下压机构双向连接；

车辆部分包括车顶铜排、高压配电柜、动力电池、电池管理系统、无线通信模块、整车控制器、行程开关、充电开关和DC/DC转换器；

所述下压机构的输出端连接所述车顶铜排的输入端，所述车顶铜排的输出端依次连接所述高压配电柜和所述动力电池；

所述动力电池的输出端与所述电池管理系统的输入端低压信号连接；

所述电池管理系统与所述高压配电柜通过低压信号双向连接；

所述整车控制器的输出端与所述高压配电柜的输入端低压信号连接；

所述行程开关和所述充电开关的输出端与所述整车控制器的输入端低压信号连接；

所述电池管理系统、所述无线通信模块、所述DC/DC转换器和所述整车控制器之间通过CAN网络进行通信连接；

所述充电机和所述无线通信模块通过无线网络连接。

2.根据权利要求1所述的电动车用下压式充电系统，其特征在于，所述车辆部分进一步包括仪表、驱动电机变频器和电空调控制器；所述仪表、所述驱动电机变频器和所述电空调控制器分别通过CAN网络与所述整车控制器进行通信连接；所述驱动电机变频器通过低压信号与所述驱动电机双向连接，所述驱动电机变频器的输入端连接有转速传感器。

3.根据权利要求2所述的电动车用下压式充电系统，其特征在于，所述车辆部分进一步包括手刹，所述手刹与所述整车控制器的输入端连接。

4.根据权利要求2所述的电动车用下压式充电系统，其特征在于，所述仪表的输入端连接有监控探头，所述监控探头布置在所述车顶铜排的周边，用于检测下压机构与车顶铜排是否接触良好。

5.根据权利要求1所述的电动车用下压式充电系统，其特征在于，所述无线通信模块连接有人机界面。

6.根据权利要求5所述的电动车用下压式充电系统，其特征在于，所述无线通信模块为车载WiFi处理器。

7.一种电动车用下压式充电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将车辆行驶到充电架下的充电位，并按下充电开关；

S2、所述整车控制器接收到充电开关传来的信号后通过CAN网络发送下压命令；

S3、所述下压指令经过所述车载WiFi处理器转换成无线信号发送给所述充电机；

S4、所述充电机就收到所述下压命令后控制所述充电架上的所述下压机构下降并与所述车顶铜排接触；

S5、当下压机构与车顶铜排完成接触后，所述整车控制器通过CAN网络发允许充电报文给所述电池管理系统；

S6、所述电池管理系统通过所述车载WiFi处理器与所述充电机按照国标GB/T 27930进行充电通信交互，然后电池管理系统控制所述高压配电柜中的充电继电器闭合，启动充电。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1和步骤S2之间进一步包括：

S11，所述整车控制器检测所述手刹的开关信号，若所述手刹的开关信号有效，则进入步骤S2；否则，使充电开关的信号无效。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在步骤S2中，进一步包括：

S21，所述整车控制器接收到充电开关传来的信号时，所述整车控制器发送禁止行车报文给所述驱动电机变频器，发送禁止运行报文给所述电空调控制器。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在步骤S2中，所述整车控制器接收到充电开关传来的信号后通过CAN网络发送下压命令的步骤，包括：

S22、所述整车控制器接收到充电开关传来的信号后，所述整车控制器检测所述DC/DC转换器以及所述动力电池是否无故障以及车速是否为0，若是则进入步骤S23；

S23、所述整车控制器通过CAN网络发送下压命令。