CN108263240B - 电动汽车车载充电装置及其充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车车载充电装置及其充电方法，包括交流电源、充电枪和车载充电机，所述的车载充电机对充电电池充电，所述的车载充电机包括主功率电路、控制电路和总线通讯电路；所述的主功率电路用于将交流电源通过整流转化为直流电源，该直流电源对充电电池充电；所述的控制电路用于对主功率电路进行控制；该控制电路通过总线通讯电路与外部单元通信传输。该控制方法分为：1、开始；2、上电自检及初始化；3判断是否接收到开机指令；4、判断电压是否正常；5、控制输入继电器闭合，PFC升压电路工作；6、判断充电机是否满足充电工作条件；7、控制谐振电路输出，充电机开始工作；8、电池充满，结束充电，充电机停止工作。

Description

电动汽车车载充电装置及其充电方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术，尤其涉及一种电动汽车车载充电装置及其充电方法。

背景技术

当前，充电机是从交流电网中获取交流电，经过内部功率电路变换为高压直流输出。因为从交流电网中获取交流电，前级电路都需要满足功率因数的要求。而在满足功率因数的条件下，前级控制电路特性就近似阻性放大器，最终输出直流端就会存在交流电2倍频的电压纹波和电流纹波。这种纹波电压经过DC-DC的变换后一定会出现在输出电压纹波中。如果对该纹波不加抑制，则会影响电池管理系统(BMS)的正常处理，可能造成充电异常，长时间充电对电池寿命也会有影响。

传统的纹波抑制方式是通过增加PFC输出母线侧滤波电容容量，或者降低后级DC-DC闭环控制带宽来实现的。这两种方式都可以起到抑制输出电压纹波的效果，但是前者增加硬件成本和体积，后者牺牲了电源闭环系统的动态响应速度。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种降低成本，提高控制性能条件下，降低输出电压纹波的方法，避免了充电异常，而且降低了成本，延长了充电电池的使用寿命的电动车车载充电装置。

本发明另一目的在于提供一种电动汽车车载充电装置的充电方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种电动汽车车载充电装置，包括交流电源、充电枪和车载充电机，所述的交流电源用于给充电枪提供电源；所述的充电枪通过车载充电机端口与车载充电机连接，所述的车载充电机通过输出连接电路对充电电池充电，所述的车载充电机包括主功率电路、控制电路和总线通讯电路；所述的交流电源还用来给主功率电路提供电源，所述的主功率电路用于将交流电源通过整流转化为直流电源，该转化后的直流电源对充电电池充电；所述的转化后的直流电源用于给控制电路提供电源，所述的控制电路用于对主功率电路进行控制；该控制电路通过总线通讯电路与外埠单元控制电路通信传输。

所述的控制电路用于对主功率电路进行控制包括开关控制和检测控制。

所述的主功率电路包括输入继电器电路，该输入继电器电路用于对主功率电路输入的交流电源通断来保护主功率电路；不控整流电路，该不控整流电路用于将继电器电路输入的交流电源通过整流转化为直流电源；升压电路，该升压电路将转化的直流电升压至固定的直流电压，使该直流电压幅值受控；滤波电路，该滤波电路用于将升压后的直流电源进行滤波；谐振电路，所述的谐振电路用于将滤波后的直流电转化为输出的可控制的直流电，该谐振电路通过输出连接电路对充电电池充电。输出继电器，所述的输出继电器用于充电机与充电电池断开或接通。

该采样电路用于对输出电路的电压电流采样，锁相电路，该锁相电路用于对输入电路的交流电压的频率及相位进行检测；交流侧单片机，该交流侧单片机用于将采样电路输入的模拟信号转化为数字信号；直流侧单片机，该直流侧单片机用于将锁相电路输入的脉宽调制信号获得交流电源的相位和频率，进而得到输出直流电压上2倍工频纹波的频率和相位，所述的直流侧单片机将该脉宽调制信号与输出负载特性查表对应得到的系数相结合，得到对输出纹波抑制的补偿量；驱动电路，该驱动电路用于将直流侧单片机发出的功率控制信号转化为电压电流适合功率管信号开通或关断的电平信号；串口通讯电路，所述的串口通讯电路用于所述的交流侧单片机和直流侧单片机之间的通信；总线通讯电路，该总线通讯电路通过总线通讯接口与直流侧单片机连接，用于对外部控制器的通信传输。

所述的滤波电路为直流母线电容，该直流母线电容用于电路信号的存储和电路信号的滤波。

所述的输出连接电路为继电器。

一种电动汽车车载充电装置的充电方法，包括如下步骤：

1)开始；

2)上电自检及初始化；如果正常，则，进入下一步；如果不正常，则，结束充电，充电机停止工作；

3)判断是否接收到开机指令；如果接收到指令，则，进入下一步；如果没有接收到指令，则，结束充电，充电机停止工作；

4)判断电压是否正常；如果电压正常，则，进入下一步；如果电压不正常，则，结束充电，充电机停止工作；

5)控制输入继电器闭合，PFC升压电路工作；

6)判断充电机是否满足充电工作条件；如果满足工作条件，则，进入下一步；如果不满足工作条件，则，结束充电，充电机停止工作；

7)控制谐振电路输出，充电机开始工作；

8)电源充满，结束充电，充电机停止工作。

本发明的有益效果是：1)本发明采用了新的控制电路，对输入电压的频率和相位可以进行锁相跟踪，并进行检测，间接得到输出侧直流电压上低频纹波的频率和相位；2)由于本发明在电路中可以获得输出纹波电压相关的补偿量，从而达到抑制输出电压纹波，使充电更加稳定，避免了充电异常；3)降低了成本，延长了充电电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例电动汽车车载充电装置系统方框图；

图2为本发明实施例电动汽车车载充电装置的充电机系统方框图；

图3为本发明实施例电动汽车车载充电装置的充电机电路方框图；

图4为本发明实施例电动汽车车载充电装置的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对发明作进一步详细的说明。

参看图1，该电动汽车车载充电装置，包括交流电源1、充电枪2和车载充电机3，所述的交流电源1用于给充电枪2提供电源；所述的充电枪2通过车载充电机端口3与车载充电机4连接，所述的车载充电机4通过高压输出连接电路5对充电电池6进行充电。所述的车载充电机3包括主功率电路41、控制电路42和总线通讯电路44；所述的交流电源1还用来给主功率电路41提供电源，所述的主功率电路41用于将交流电源1输入的交流电通过整流转化为直流电，该转化后的直流电源对充电电池6充电；所述的转化后的直流电源43还可以给控制电路42提供电源，所述的控制电路42用于对主功率电路41进行控制；该控制电路42与总线通讯电路44信息相互通信传输。

参看图2，所述的控制电路42用于对主功率电路41进行控制包括开关控制和检测控制。

参看图3，所述的主功率电路41包括输入继电器电路411，该输入继电器电路411用于对主功率电路41输入的交流电源1通断来保护主功率电路41；实现充电机输入侧交流电的通断，如果发生输入电压异常的情况，则可通过断开该继电器对充电机进行自我保护；

不控整流电路412，该不控整流电路412用于将继电器电路411输入的交流电源1通过整流转化为直流电源；使直流电的幅值与交流输入电压的峰值相同；PFC升压电路413，该PFC升压电路413将转化的直流电升压至固定的直流电压，使该直流电压幅值受控；该PFC升压电路413将不控整流桥变化后的直流电升压到一个固定的直流电压，该电压幅值受控。但是由于要实现较高的功率因数，所以升压后的总线(BUS)电压存在着两倍工频的纹波电压；

滤波电路414，该滤波电路414用于将升压后的直流电源进行滤波；所述的滤波电路可以是直流母线电容，所述的直流母线电容用于电路信号的存储和电路信号的滤波。该器件用于储存能量和滤波，相同条件下，电容越大，母线电压上的纹波幅值就越小。

谐振电路415，所述的谐振电路415用于将滤波后的直流电转化为输出的可控制的直流电，该谐振电路415通过输出继电器电路416对充电电池充电6。该电路用于将固定的BUS电压变化成输出电压和电流均可调节的直流电，以给电池充电。该电路的特点是功率开关可以实现软开关，变换效率较高；输出继电器416用于将充电机4与充电电池6断开或接通。当不需要充电或者充电机4检测到输出异常时断开继电器，如果充电条件满足，则闭合该继电器；

参看图3，所述的控制电路42包括采样电路421，该采样电路421用于对输出电路的电压电流采样，所述的采样电路421对充电机4输出及输出侧的电压电流，以及PFC升压电路413输出的电压进行采样，将模拟量转换到单片机可以接收的电平范围。单片机通过AD转换将模拟信号转换为数字信号，然后对所采集的数据再进行处理。

锁相电路422，该锁相电路422用于对输入电路的交流电压的频率及相位进行检测；对交流输入电压的频率及相位进行检测，产生同频同相位的脉宽调制信号(PWM)信号送给直流侧单片机426。该直流侧单片机426通过捕获该脉宽调制信号(PWM)信号获输出电压纹波的相位和频率，从而实现对输出电压纹波的抑制效果。

交流侧单片424，该交流侧单片机424用于将采样电路421输入的模拟信号转化为数字信号；直流侧单片机426，该直流侧单片机426用于将锁相电路46输入的脉宽调制信号(PWM)获得交流电源的相位和频率，进而得到输出直流电压上2倍工频纹波的频率和相位，所述的直流侧单片机426将该脉宽调制信号(PWM)与输出负载特性查表对应得到的系数相结合，得到对输出纹波抑制的补偿量；

驱动电路423，该驱动电路423用于将直流侧单片机426发出的功率控制信号转化为电压电流适合功率信号开通或关断的电平信号；所述的驱动电路423将单片机发出来的功率管(MOSFET)控制信号经过驱动电路423变为电压电流适合驱动功率管开通或关断的电平信号；

串口通讯电路(SCI)425，所述的串口通讯电路(SCI)425用于所述的交流侧单片机424和直流侧单片机426之间的通信；总线(CAN)通讯电路44，该总线(CAN)通讯电路44通过CAN通讯接口427与直流侧单片机426连接，用于对外部控制电路通信传输。

参看图4，本发明实施例的电动汽车车载充电装置的充电方法，包括如下步骤：

步骤1)开始S1；

步骤2)上电自检及初始化S2；如果正常，则，进入下一步；如果不正常，则，结束充电，充电机停止工作S7；

步骤3)判断是否接收到开机指令S3；如果接收到指令，则，进入下一步；如果没有

接收到指令，则，结束充电，充电机停止工作S7；

步骤4)判断输入电压是否正常S4，如果判断正常，则，进入下一步；如果判断电压不正常，则，结束充电，充电机停止工作S7；

步骤5)控制输入继电器闭合，PFC升压电路工作S4；

步骤6)判断充电机是否满足充电工作条件S6；如果满足工作条件，则，进入下一步；如果不满足工作条件，则，结束充电，充电机停止工作S7；

步骤7)控制谐振电路输出，充电机开始工作S8；

步骤8)电源充满，结束充电，充电机停止工作S7。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电动汽车车载充电装置，包括交流电源、充电枪和车载充电机，所述的交流电源用于给充电枪提供电源；所述的充电枪通过车载充电机端口与车载充电机连接，所述的车载充电机通过输出连接电路对充电电池充电，其特征在于：所述的车载充电机包括主功率电路、控制电路和总线通讯电路；所述的交流电源还用来给主功率电路提供电源，所述的主功率电路用于将交流电源通过整流转化为直流电源，该转化后的直流电源对充电电池充电；所述直流电源的输出规格受控制电路控制；所述的控制电路用于对主功率电路进行控制；该控制电路通过总线通讯电路与外部单元通信传输；

所述的控制电路包括采样电路，该采样电路用于对输出电路的电压电流采样，锁相电路，该锁相电路用于对输入电路的交流电压的频率及相位进行检测；交流侧单片机，该交流侧单片机用于将采样电路输入的模拟信号转化为数字信号；直流侧单片机，该直流侧单片机用于将锁相电路输入的脉宽调制信号获得交流电源的相位和频率，进而得到输出直流电压上2倍工频纹波的频率和相位，所述的直流侧单片机将该脉宽调制信号与输出负载特性查表对应得到的系数相结合，得到对输出纹波抑制的补偿量；驱动电路，该驱动电路用于将直流侧单片机发出的功率控制信号转化为电压电流适合功率管信号开通或关断的电平信号；串口通讯电路，所述的串口通讯电路用于所述的交流侧单片机和直流侧单片机之间的通信；总线通讯电路，该总线通讯电路通过总线通讯接口与直流侧单片机连接，用于对外部控制器的通信传输；

充电方法如下：

1)开始；

2)上电自检及初始化；如果正常，则执行步骤3)；否则，结束充电，充电机停止工作；

3)判断是否接收到开机指令；如果接收到指令，则执行步骤4)，否则，结束充电，充电机停止工作；

4)判断电压是否正常；如果电压正常，则执行步骤5)；否则，结束充电，充电机停止工作；

5)控制输入继电器闭合，PFC升压电路工作；

6)判断充电机是否满足充电工作条件；如果满足工作条件，则执行步骤7)；否则，结束充电，充电机停止工作；

7)控制谐振电路输出，充电机开始工作；

8)电池充满，结束充电，充电机停止工作。

2.根据权利要求1所述的电动汽车车载充电装置，其特征在于：所述的控制电路用于对主功率电路进行控制包括模拟采样、驱动控制和温度检测控制。

3.根据权利要求1或2所述的电动汽车车载充电装置，其特征在于：所述的主功率电路包括输入继电器电路，该输入继电器电路用于对主功率电路输入的交流电源通断来保护主功率电路；不控整流电路，该不控整流电路用于将继电器电路输入的交流电源通过整流转化为直流电源；升压电路，该升压电路将转化的直流电源升压至固定的直流电压，使该直流电压幅值受控；滤波电路，该滤波电路用于将升压后的直流电源进行滤波；谐振电路，所述的谐振电路用于将滤波后的直流电转化为输出的可控制的直流电源，该谐振电路通过输出继电器对充电电池充电；输出继电器，所述的输出继电器用于充电机与充电电池断开或接通。

4.根据权利要求3所述的电动汽车车载充电装置，其特征在于：所述的滤波电路为直流母线电容，该直流母线电容用于电路能量的存储和电路电压滤波。

5.根据权利要求1所述的电动汽车车载充电装置，其特征在于：所述的输出连接电路为继电器。