CN107539146A - 一种车载充电供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载充电供电系统，包括开关模块、用于无线充电输入的无线接口、用于交流输入的交流接口、用于直流输入的直流接口、对外供电的供电接口、接触器模块、电机驱动模块、AC‑DC双向转换模块，开关模块设置成在无线接口与交流接口之间选择一接口与AC‑DC双向转换模块线路连通。本发明取代了原有的单一充电模式，提供了一种兼容所有充电方式系统，高度集成化的，同时能够应对停电、地震、户外活动等特殊情况的通用充电、供电系统。对整车厂来说，本发明的设置方式不需要再考虑接口定义、通信协议的问题，提升生产效率，降低成本。

Description

一种车载充电供电系统

技术领域

本发明涉及电动车辆领域，特别涉及一种车载充电供电系统。

背景技术

随着新能源车辆的大幅推广，越来越多的电动车走进千家万户。由于车辆种类的千差万别，其所使用的电池平台、电池容量都不尽相同，从而导致不同车辆具有多种类型的充电方式。目前所有新能源车型都只配备了某一种充电方式，或者是直流充电方式，或者是交流充电。现有技术中单一的充电方式没有较好的通用性，从而使得车辆在满足交流充电的情况下，又无法在紧急情况下满足直流快充；或者使得车辆在满足快充需求的情况下，又不能使用家用交流充电。这都导致了现有车辆的充电方式使用起来比较麻烦。

同时，现有的新能源车整个系统由车载充电机(OBC)、无线控制单元、高压盒、电池管理系统(BMS)，DC-AC单元、DCDC单元、电机控制器等多种系统连接而成。由于连接端口多种多样无法实现有效统一，因此在车辆的安装匹配、协议对接上非常繁琐，不利于产品推广及配套。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种车载充电供电系统，它能够兼容所有充电方式系统，高度集成化，同时能够应对特殊情况的通用充电、供电。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种车载充电供电系统，包括开关模块、用于无线充电输入的无线接口、用于交流输入的交流接口、用于直流输入的直流接口、接触器模块、电机驱动模块、AC-DC双向转换模块，所述无线接口与所述交流接口分别通过所述开关模块与所述AC-DC双向转换模块连接，所述AC-DC双向转换模块还与所述接触器模块连接，所述直流接口直接与所述接触器模块连接，所述接触器模块还与所述电机驱动模块连接，其中，所述开关模块设置成在所述无线接口与所述交流接口之间选择一接口与所述AC-DC双向转换模块线路连通。

优选的，还包括用于对外供电输出的供电接口，所述供电接口通过所述开关模块与所述AC-DC双向转换模块连接。

优选的，所述开关模块设置成在所述无线接口、所述交流接口与所述供电接口之间选择一接口与所述AC-DC双向转换模块线路连通。

优选的，所述供电接口与所述交流接口共用同一公共接口，其中，所述供电接口与所述交流接口通过所述开关模块中的同一线路与所述AC-DC双向转换模块连接。

优选的，所述开关模块设置成在所述无线接口与所述公共接口之间择一选择一接口与所述AC-DC双向转换模块线路连通。

优选的，还包括DC-DC转换模块和低压辅助电池，所述接触器模块通过所述DC-DC转换模块与所述低压辅助电池连接。

优选的，所述供电接口的电压为交流220V。

优选的，所述供电接口的电压可以进一步的转化为直流5V、12V、24V、48V输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：能够同时兼容直流充电、交流充电以及无线充电模式，基本上覆盖并兼容了所有的充电方式，以使得车辆能够随时应对如停电、应急救援等特殊情况的充电条件。

在本发明的优选方案中，本发明还可以对外供电，从而在户外活动等场所作为电源使用。

在本发明的优选方案中，交流接口能够和供电接口共用一个公共接口，因此，这能够大大接口的节省空间，还能够节省开关模块内的线路资源，简化开关模块内的线路系统。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1为本发明的一种车载充电供电系统的一个实施例的示意图；

图2为本发明中开关模块的一个实施例的内部线路图；

图3为本发明中开关模块的一个实施例的内部线路的原理图；

图4为本发明的一种车载充电供电系统的充电流程图；

图5为本发明的一种车载充电供电系统的供电流程图。

图中各符号表示的含义如下，

191-无线接口，192-交流接口，193-直流接口，194-供电接口，100车载充电供电系统，110-开关模块，111-自动识别模块，112-切换开关，120-AC-DC双向转换模块，130-主处理器，140-接触器驱动模块，150-接触器模块，160-电机驱动单元，170-DC-DC转换模块，180-整车低压通信接口，230-电机，240-低压辅助电池，250-整车控制器，260-高压电池系统，210-动力传输线束，220-信号传输线束。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明的一种车载充电供电系统100包括暴露在车辆外部的多个接口、开关模块110以及电路中的其他设备。接口包括用于无线充电输入的无线接口191、用于交流输入的交流接口192、用于直流输入的直流接口193以及用于对外供电输出的供电接口194。在其他实施例中，供电接口194可以和交流接口192合并，从而共用同一个公共接口。

无线接口191安装于车辆底部或其他位置，接收地面发送线圈发送的能量。具体的能量传输方式包括感应式、谐振式及电池辐射。无线接口191输出端连接到所述开关模块120。输出端包括动力传输线束210以及信号传输线束220。动力线束用于能量传输，信号线束用于通信控制。

交流接口192安装于车身尾部或其他位置，通过标准充电枪连接到地面交流充电桩上。交流接口192的输出端通过线束连接到所述开关模块110，车载充电供电系统100通过交流充电接口192可以兼容3.3KW/6.6KW的充电功率。

直流接口193安装于车身尾部或其他位置，通过标准充电枪连接到地面直流充电桩上。直流接口193的输出端通过线束连接到所述接触器模块150的输入端。直流接口193的信号线连接到主处理器130，从而实现主处理器130对直流接口193的充电控制。

电路中的其他设备包括：AC-DC双向转换模块120、主处理器130。无线接口191与交流接口192分别通过开关模块110与AC-DC双向转换模块120连接。供电接口194也通过开关模块110与AC-DC双向转换模块120连接。具体的开关模块110内部线路图参见图2。开关模块110集成于车载充电供电系统100内部，其输入端连接到所述无线接口191以及交流接口192的输出端，其输出端连接到AC-DC双向转换模块120的输入端。所述开关模块通过所述处理器110来控制内部接触器，实现充电模式的选择。

如图2和图3所示，由于开关模块110设置成在无线接口191、交流接口192与供电接口194之间选择一接口与AC-DC双向转换模块120连接，因此，开关模块110包括6路切换开关112和自动识别模块111。如图3所示，不同充电模式有不同唤醒回路。比如通过交流接口192的有线交流充电，在接通有线交流充电设备时，CP信号会输出一个12V电源，通过D2和R3进行分压(输出端串联有一个电阻)。为了适应主处理器130的电压平台，在进入处理器输入端口时通过R4，R5进一步分压以满足要求。U1是电压跟随器，用于提高输入阻抗，以免影响充电桩采样点的电压。而通过直流接口193的直流有线充电唤醒原理与有线交流的类似。R6，R7构成分压电路，连接到主处理器130的输入端口。至于无线接口的无线充电唤醒，由于是交流输出，所以在前级进行整流滤波。具体的整流滤波方式为整流桥D1，由C1、L1、C2组成的滤波回路，再经R1、R2分压进入主处理器130的输入输出端口以唤醒主处理器130。如图2所示，开关模块110中的矩阵开关回路主要包含有充电模式智能识别及切换电路，并与主处理器130相连且能够唤醒主处理器130。开关模块110主要实现无线充电和有线充电的识别及切换，包含K1、K2、K3、K4、K5、K6的6路切换开关。其中K1、K2用于选择无线充电输入，K3、K4用于选择有线充电输入，K5、K6用于选择对外供电输出。切换开关112的输入端连接到充电的输入端，切换开关112的输出端连接到所述AC-DC双向转换模块120，从而构成多路选择回路。在主处理器130完成唤醒源识别后，控制相应的开关闭合，将电能输入到所述AC-DC双向转换模块120进行转换。

因此，对于无线接口191的无线充电模式来说，开关模块110通过Zigbee或RFID方式相互识别及唤醒；而对于交流接口192的有线充电模块来说，开关模块110通过硬线唤醒主处理器130，从而切换至于交流接口192相关的电路。同理，开关模块110还能够识别供电接口194的对外输出线路，从而将开关切换至对外输出的线路上。

优选的，对外供电的电路结构是现有技术中的电路结构。车辆的电池包中的电能能够通过对外供电的电路，经由供电接口194对外部电子设备进行充电。供电接口194的电压可以为5V、12V、24V、48V或者220V。供电接口194的电压可以根据实际情况设计成不同电压平台输出，以方便直接给用电设备供电。

优选的，供电接口194与交流接口192可以共用同一公共接口。其中，供电接口194与交流接口192通过开关模块110中的同一线路与AC-DC双向转换模块120连接。由于一般充电和对外供电不会同时进行，因此，有线交流电路的交流接口192能够与对外输出的供电接口194公用。因此，开关模块110中的电路可以缩减至K1、K3的2路切换开关，节省了开关模块110内的开关资源，简化了开关模块110内部的系统。此时，开关模块110设置成在无线接口191与公共接口之间选择一接口与AC-DC双向转换模块120连接。

在其他实施例中，开关模块110中的切换开关可以缩减至只有K1、K2、K5的5路开关。

优选的，AC-DC双向转换模块120主要包含H桥电路，以实现电流从交流到直流的转换，并能够按照高压电池系统260的需求进行三段式充电。具体的，AC-DC双向转换模块120的输入端连接到所述开关模块110输出端，AC-DC双向转换模块120的输出端连接到所述接触器模块150输入端，实现交流到直流的转换，并能够按照高压电池系统的需求进行电压、电路输出大小的控制，实现三段式智能充电。AC-DC双向转换模块120连接到主处理器130，并由其控制实现H桥电路的工作。同时AC-DC双向转换模块120配合正弦脉宽调试(SPWM)功能实现直流到交流的逆变输出。H桥电路的功率开光管由主处理器130直接控制。该方式可以适用于不同的交流频率，常规的市电频率及特定的无线充电频率。而由于无线充电和有线交流充电不会同时进行，所以只需要一路H桥就能够实现。

通过上述的多个接口，本发明能够同时兼容直流充电、交流充电以及无线充电模式，基本上覆盖并兼容了所有的充电方式，以使得车辆能够随时应对如停电、应急救援等特殊情况的充电条件。而且本发明还可以对外供电，从而在户外活动等场所作为电源使用。

如图1所示，电路中的其他设备还包括：接触器模块150、电机驱动模块10、接触器驱动模块140、DC-DC转换模块170。其中，AC-DC双向转换模块120还与接触器模块150连接。而用于直流输入的直流接口193直接与接触器模块150连接。接触器模块150主要是实现高压电池系统260的充电、供电通断功能。因此，接触器模块150可以通过与主处理器130连接的接触器驱动模块140控制。接触器模块150还与电机驱动模块10连接。电机驱动模块10连接外部电机230，用于电机230的驱动控制。接触器模块150还通过DC-DC转换模块170与低压辅助电池240连接。DC-DC转换模块170一方面实现控制系统中的低压电源输入，另一方面可实现高压电池对低压辅助电池的充电。

接触器驱动模块140由主处理器130控制，用于驱动所述接触器模块内相关接触器。比如在交流充电模式下，则驱动交流充电接触器，若是在直流充电模式下，则驱动直流接触器，同时所述接触器驱动模块具备接触器状态检测回路，用于确认接触器当前的闭开状态。

接触器模块150作为电池系统充电供电的切断枢纽。电池的充电、放电都需要通过所述接触器模块150来实现通断。通常接触器模块150内部包含有交流充电接触器、直流充电接触器、输出总正接触、输出总负接触器、预充接触器、DC-DC接触器、加热接触器以及一些限流保险丝等高压器件。其中另一种可行的方式为采用交直流采用同一个接触器，因为交流充电模式下接触所需功率较小，所以可以共用直流接触器。

电机驱动模块160主要实现电机的驱动控制，作为核心控制部分一种比较好的方式是通过专用电机驱动控制芯片来实现电机驱动控制功能，该模块通过通信的方式与主处理器130进行信息交互。且电机驱动模块160具备能量制动回收功能。

DC-DC转换模块170实现高压电池系统直流到低压辅助电池系统直流的转换。低压辅助电池系统240通常是12V、24V或48V系统。在低压辅助电池系统240缺电时可以通过所述DC-DC转换模块170对其进行充电。同时所述DC-DC转换模块170为车辆所有低压系统进行供电，包括所述主处理器130，电机驱动模块160。

整车低压通信接口180作为所述系统100和车辆控制器VCU的通信接口，负责双方的信息交互。

如图1所示，电路中的其他设备还包括：整车低压通信模块180、整车控制器250以及高压电池系统260。这些系统和模块都可以通过主处理器130进行调控和设置。

如图4所示，主要示出了本发明的一种车载充电供电系统的充电流程图。图4结合图2，充电过程主要包括以下步骤：

S000：准备充电；

S100：唤醒主处理器；

S200：充电模式判断；

S300：若是属于无线充电；

S301：则K1、K2闭合，K3、K4断开；

S302：进入无线充电模式；

S400：若是属于有线交流充电；

S401：则K3、K4闭合，K1、K2断开；

S402：进入到有线交流充电模式；

S500：若是属于有线直流充电模式；

S501：保持K1、K2、K3、K4断开；

S502：进入到有线直流充电模式；

S600：收集高压电池系统的状态参数，计算充电电压、电流，同时启动DC-DC转换模块；

S700：闭合主负继电器；

S800：开启AC-DC双向转换模块；

S900：闭合总正接触器模块；

S001：充电开始。

具体的，在步骤S200中，充电模式判断如图2所示。当车辆进入充电位时，无线接口处的设备检测到接收线圈到达指定位置，满足充电条件则开始发送电能，接受线圈受电后自动识别模块工作，并唤醒主处理器130。另外。主处理器130还可以对唤醒源进行识别，从而判断是无线充电还是有线交流充电。在步骤S600中，主处理器具备了常规电池管理系统(BMS)主控功能，其通过对充电、整车通信、电机驱动模块通信、继电器驱动、电池系统管理等功能的控制来集成整套车载充电供电控制系统。

在具体的实施方式中，充电策略上默认直流充电优先级最高，有线交流充电次之，无线充电优先级最低。也就是说当我们在进行无线充电时，若是有有线交流充电设备接入或有线直流充电设备接入时，系统根据策略断开当前优先级较低的充电回路，同时进入优先级高的充电模式中，若是重新接入的优先级相对较高的充电设备有故障，则重新连接充电优先级相对较低的充电回路。确保车辆充电系统最高的充电效率。

如图5所示，主要示出了本发明的一种车载充电供电系统的供电流程图。供电过程包括对电机供电和对外部用电器供电，其中对电机供电原理上和现有新能源车一样。图5主要说明对外部用电器供电的过程，主要包括以下步骤：

S1：准备对外供电；

S2：驻车完成；

S3：连接插线板；

S4：手动供电模式切换；

S5：确定电池状态；

S6：启动AC-DC双向转换模块；

S7：对外供电。

在步骤S3中，用于对外供电输出的供电接口可以与交流有线充电的交流接口共用。当然，供电接口也可以单独设置在车辆相对安全、隐蔽的地方。在步骤S4中，如果供电接口与交流接口共用，则需要使用人员手动切换以进入对外部供电模式。在步骤S6中，AC-DC双向转换模块将车辆的电能转换成设定的合适的电压值，以便于输出供电。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种车载充电供电系统，其特征在于：包括开关模块、用于无线充电输入的无线接口、用于交流输入的交流接口、用于直流输入的直流接口、接触器模块、电机驱动模块、AC-DC双向转换模块，所述无线接口与所述交流接口分别通过所述开关模块与所述AC-DC双向转换模块连接，所述AC-DC双向转换模块还与所述接触器模块连接，所述直流接口直接与所述接触器模块连接，所述接触器模块还与所述电机驱动模块连接，其中，所述开关模块设置成在所述无线接口与所述交流接口之间选择一接口与所述AC-DC双向转换模块线路连通。

2.根据权利要求1所述的车载充电供电系统，其特征在于：还包括用于对外供电输出的供电接口，所述供电接口通过所述开关模块与所述AC-DC双向转换模块连接。

3.根据权利要求2所述的车载充电供电系统，其特征在于：所述开关模块设置成在所述无线接口、所述交流接口与所述供电接口之间选择一接口与所述AC-DC双向转换模块线路连通。

4.根据权利要求2所述的车载充电供电系统，其特征在于：所述供电接口与所述交流接口共用同一公共接口，其中，所述供电接口与所述交流接口通过所述开关模块中的同一线路与所述AC-DC双向转换模块连接。

5.根据权利要求4所述的车载充电供电系统，其特征在于：所述开关模块设置成在所述无线接口与所述公共接口之间选择一接口与所述AC-DC双向转换模块线路连通。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的车载充电供电系统，其特征在于：还包括DC-DC转换模块和低压辅助电池，所述接触器模块通过所述DC-DC转换模块与所述低压辅助电池连接。

7.根据权利要求2-5中任一项所述的车载充电供电系统，其特征在于：所述供电接口的电压为交流220V。