CN109774528B - 电动汽车直流充电控制引导电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车直流充电控制引导电路，包括供电侧控制引导电路和汽车侧控制引导电路，供电侧控制引导电路包括第一反馈电路和第二反馈电路，汽车侧控制引导电路包括第三反馈电路和第四反馈电路。同时也公开了相应的控制方法。本发明通过改进现有控制导引电路，控制开关状态同时监测监测点电压的变化，提高直流大功率充电的可靠性和时效性；实现对故障检测的快速判断和实时响应，并解决目前PE断针无法检测的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车直流充电控制引导电路及控制方法，属于电动汽车充电领域。
背景技术
电动汽车大功率充电可以缩短充电时间，提高车主充电消费体验，解决充电焦虑感。传导直流大功率充电主要将充电功率提高到350kW或以上，以单枪方式，仅需10-15分钟即可为动力电池传导充电，其重点在于大功率充电连接组件、冷却技术、温度监测技术、充电通信控制技术、大功率充电机等。大功率直流充电技术与现有的2015版标准充电技术(GB/T 18487.1-2015、GB/T 20234.1-2015、GB/T 20234.3-2015)是并行的技术路线，在今后很长一段时间内不会相互替代，大功率充电当前主要是一种补充和完善。大功率充电技术应重点在于充电的安全性和可靠性，由于可能涉及充电接口、控制导引及通信协议等方面，影响面大。
2015版充电控制导引电路存在以下问题：充电机和车辆均无法检测到车辆接口中保护接地线PE断针故障，这将无法避免对使用过程中电缆和连接器针触点的安全危险；无硬节点信号，当充电中发生紧急情况，仅靠数据通信报文作为触发，响应速度慢，可靠性较低。因此急需提出一种新型控制导引电路，应用于大功率充电技术中。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电动汽车直流充电控制引导电路及控制方法，通过改进现有控制导引电路，控制开关状态同时监测监测点电压的变化，提高直流大功率充电的可靠性和时效性；实现对故障检测的快速判断和实时响应，并解决目前PE断针无法检测的难题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
电动汽车直流充电控制引导电路，包括相互配合的供电侧PE端和汽车侧PE端、供电侧CC1端和汽车侧CC1端、供电侧CC2端和汽车侧CC2端，还包括供电侧控制引导电路和汽车侧控制引导电路；
供电侧控制引导电路包括第一反馈电路和第二反馈电路，汽车侧控制引导电路包括第三反馈电路和第四反馈电路；
第一反馈电路设置在供电侧PE端和供电侧CC1端之间，第一反馈电路上设置有电源U1、开关S1和监测点1，第二反馈电路设置在供电侧PE端和供电侧CC2端之间；
第三反馈电路设置在汽车侧PE端和汽车侧CC1端之间，第三反馈电路上设置有开关S2和监测点2，第四反馈电路设置在汽车侧PE端和汽车侧CC2端之间，第四反馈电路上设置有电源U2、开关Sv和监测点3；
监测点1检测供电侧CC1端与供电侧PE端之间的电压，并将检测的电压反馈给供电设备控制器，监测点2检测汽车侧CC1端与汽车侧PE端之间的电压，并将检测的电压反馈给汽车车载控制器，监测点3检测汽车侧CC2端与汽车侧PE端之间的电压，并将检测的电压反馈给汽车车载控制器，通过开关S1和开关S2的开合控制监测点1和监测点2的电压，通过开关Sv的开合控制监测点3的电压。
供电侧PE端为PE针，汽车侧PE端位于PE针匹配的插座，供电侧CC1端为CC1针，汽车侧CC1端位于CC1针匹配的插座，供电侧CC2端为CC2针，汽车侧CC2端位于CC2针匹配的插座。
电动汽车直流充电控制引导电路的控制方法，包括以下步骤，
供电设备未连接汽车，开关S1断开，若监测点1的电压在正常范围A1内，则认为供电设备侧PE线、CC1线均连接正常，允许充电；
供电设备连接汽车，若监测点1的电压在正常范围A2内，则认为PE端、CC1端均连接正常，允许充电，闭合开关S1；
开关S1闭合预设时间内，若供电设备接收到汽车发送的锁止反馈信号，则判断供电设备侧是否有预约、是否接收到汽车侧有预约的反馈，若供电设备未接收到汽车发送的锁止反馈信号，则断开开关S1，并停止此次充电流程；
若两侧均没有预约，监测点1的电压在正常范围A3内，发送通信报文进入充电过程；若至少一侧有预约，在供电设备侧完成预约后，监测点1的电压在正常范围A3内，发送通信报文进入充电过程。
供电设备侧完成预约的过程如下，
a1)供电设备进行绝缘检测，断开开关S1，直到预约时间到达后闭合开关S1；
a2)若监测点1的电压在正常范围A3内，则发送通信报文进入充电过程，若监测点1的电压在正常范围A4内，转至步骤a3；
a3)断开开关S1，直到监测点1的电压在正常范围A5内后闭合开关S1，发送通信报文进入充电过程。
在充电过程中，若监测点1的电压在正常范围A3内，则表示充电正常，否则表示充电故障，断开开关S1。
电动汽车直流充电控制引导电路的控制方法，包括以下步骤，
汽车未连接供电设备时，开关S2断开，开关Sv闭合；
汽车连接供电设备且检测到开关S1第一次闭合后，汽车被唤醒；
若监测点2的电压在正常范围B1内，则认为CC1端连接正常；
若监测点3的电压在正常范围C1内，则认为CC2端连接正常；
汽车锁止电子锁，向供电设备发送锁止反馈信号；
判断汽车侧是否有预约，若没有预约，闭合开关S2，监测点2的电压在正常范围B2内，接收通信报文进入充电过程；若有预约，直到汽车侧或者供电设备侧完成预约后再闭合开关S2，监测点2的电压在正常范围B2内，接收通信报文进入充电过程。
在汽车侧完成预约的过程如下，
b1)断开开关S2；
b2)判断监测点2的电压在正常范围B3，若在，则转至步骤b3，否则转至步骤b4；
b3)汽车休眠；
b4)判断监测点2的电压在正常范围B1内，若在，则转至步骤b5，否则转至步骤b3；
b5)判断预约时间是否到达，若是，则闭合开关S2，转至b6，否则转至b2；
b6)判断监测点2的电压在正常范围B2内，若是，则接收通信报文进入充电过程，否则转至b7；
b7)断开开关S2，汽车休眠，直到监测点2的电压在正常范围B1内后闭合开关S2，接收通信报文进入充电过程。
在充电过程中，若监测点2的电压在正常范围B2内，则表示充电正常，否则表示充电故障，断开开关S2。
不同版本的供电设备对应不同的第二反馈电路，通过监测点3电压，判断供电设备的版本。
在充电开始前，断开开关Sv，在充电结束后闭合开关Sv。
本发明所达到的有益效果：1、省去辅助电源电路的两针，减少了现有中国直流充电接口针数，从9根针降为7根针，降低成本，也减小多针连接存在的风险和不稳定性；2、控制导引电路上设有监测点，通过开关进行控制，双方根据监测点1和监测点2的电压变化作为充电激活信号，通过硬件电压信号可以判断出对方是否准备就绪，降低了只依靠通信报文识别的不确定性；3、充电前和充电结束后，通过开关Sv进行控制，车辆根据监测点3的电压变化判断车辆接口的连接状态，确认完全连接后，车辆完成电子锁止，充电中通过打开开关Sv，车辆将电源U2从控制导引电路中断开，从而避免其在充电时带来的干扰；4、通过选择电阻Rc，可以实现硬件版本硬编码，通过硬件进行版本判断；5、本发明解决了目前中国直流充电方案无硬节点信号、响应速度慢、可靠性低等问题，通过监测点电压检测和开关动作状态的监控，提高了充电设备对故障的判断和响应能力，提高充电安全可靠性；6、本发明可以解决现有方案PE断针无法检测的难题，通过硬件节点方式，当在供电侧、车辆接口、汽车侧发生PE断针时，监测点电压不相同，从而帮助系统维护人员更准确的判断具体断针的位置，以便维护人员更快的解决故障，降低系统维护时间和维护成本。
附图说明
图1为本发明的电路结构；
图2为控制时序图；
图3为结合硬件的预约流程；
图4为软件预约流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，电动汽车直流充电控制引导电路，包括相互配合的供电侧PE端和汽车侧PE端、供电侧CC1端和汽车侧CC1端、供电侧CC2端和汽车侧CC2端、供电侧控制引导电路和汽车侧控制引导电路。
供电侧控制引导电路包括第一反馈电路和第二反馈电路，汽车侧控制引导电路包括第三反馈电路和第四反馈电路。
第一反馈电路设置在供电侧PE端和供电侧CC1端之间，第一反馈电路上设置有电源U1、开关S1和监测点1，第二反馈电路设置在供电侧PE端和供电侧CC2端之间。第三反馈电路设置在汽车侧PE端和汽车侧CC1端之间，第三反馈电路上设置有开关S2和监测点2，第四反馈电路设置在汽车侧PE端和汽车侧侧CC2端之间，第四反馈电路上设置有电源U2、开关Sv和监测点3。
监测点1检测供电侧CC1端与供电侧PE端之间的电压，并将检测的电压反馈给供电设备控制器，供电设备控制器根据监测点1的电压判断供电设备状态、CC1端连接状态和PE端连接状态。监测点2检测汽车侧CC1端与汽车侧PE端之间的电压，并将检测的电压反馈给汽车车载控制器，监测点3检测汽车侧CC2端与汽车侧PE端之间的电压，并将检测的电压反馈给汽车车载控制器，汽车车载控制器根据监测点2和监测点3的电压判断汽车状态、CC1端连接状态、PE端连接状态和CC2端连接状态。通过开关S1和开关S2的开合控制监测点1和监测点2的电压，通过开关Sv的开合控制监测点3的电压。
这里第一反馈电路包括电源U1、若干电阻、开关S1和监测点1，电源U1和若干电阻串联成回路，供电侧CC1端不直接连接电源U1正极和负极，供电侧CC1端连接在两个电阻之间，监测点1直接连接供电侧CC1端，供电侧PE端连接电源U1负极，开关S1可并接在一电阻两端。具体的结构可如图所示，电阻包括电阻R1、电阻R2和电阻R1’，电源U1、电阻R1、电阻R1’和电阻R2串联成回路，监测点1设置在电阻R1’和电阻R2之间，开关S1可并接在电阻R1’两端。
这里第二反馈电路包括电阻Rc，不同版本的供电设备对应不同的电阻Rc(即不同的阻值)，通过监测点3电压，判断供电设备的版本。
这里第三反馈电路包括若干电阻、开关S2和监测点2，若干电阻分成若干阻，一组电阻串联成一串联电路，所有串联电路两端分别连接汽车侧CC1端和汽车侧PE端，开关S2设置在任一串联电路上，监测点2直接连接汽车侧CC1端。具体的结构可如图所示，包括电阻R4和电阻R4’，电阻R4’两端分别连接汽车侧CC1端和汽车侧PE端，电阻R4与开关S2串联，电阻R4和开关S2构成的串联电路两端分别连接汽车侧CC1端和汽车侧PE端。
这里的第四反馈电路包括电源U2、开关Sv、若干电阻和监测点3，电源U2、若干电阻和开关Sv依次串联，电源U2的负极连接汽车侧PE端，开关Sv的一端连接汽车侧CC2端，开关Sv的另一端通过监测点3连接电阻。具体的结构可如图所示，电阻仅有一个电阻Rv，位于监测点3和电源U2之间。
供电侧PE端为PE针，汽车侧PE端位于PE针匹配的插座，供电侧CC1端为CC1针，汽车侧CC1端位于CC1针匹配的插座，供电侧CC2端为CC2针，汽车侧CC2端位于CC2针匹配的插座。
上述各部件的参数如表1和2所示。
表1导引电路参数
表2U2和Rv组合参数
如图2所示，电动汽车直流充电控制引导电路的控制方法，包括供电侧控制方法和汽车侧控制方法。
供电侧控制方法具体如下：
11)供电设备未连接汽车，开关S1断开，若监测点1的电压在正常范围A1内，则认为供电设备侧PE线、CC1线均连接正常，允许充电。
12)供电设备连接汽车，若监测点1的电压在正常范围A2内，则认为PE端和CC1端连接正常，允许充电，闭合开关S1。
13)开关S1闭合预设时间内，若供电设备接收到汽车发送的锁止反馈信号，则判断供电设备侧是否有预约、是否接收到汽车侧有预约的反馈，若供电设备未接收到汽车发送的锁止反馈信号，则断开开关S1，并停止此次充电流程。
14)若两侧均没有预约，监测点1的电压在正常范围A3内，发送通信报文进入充电过程；若至少一侧有预约，在供电设备侧完成预约后，监测点1的电压在正常范围A3内，发送通信报文进入充电过程。
如图2所示，供电设备侧完成预约的过程如下：
a1)供电设备进行绝缘检测，断开开关S1，直到预约时间到达后闭合开关S1。
a2)若监测点1的电压在正常范围A3内，则发送通信报文进入充电过程，若监测点1的电压在正常范围A4内，转至步骤a3。
a3)断开开关S1，直到监测点1的电压在正常范围A5内后闭合开关S1，发送通信报文进入充电过程。
供电设备侧完成预约有两种情况，一种是结合硬件的预约，另一种是软件预约，其中软件预约是根据两侧的通信信息判断是否有预约，只要一侧有预约，都在供电设备侧完成，具体如图3所示；如：供电侧没有预约，汽车侧有预约，则将汽车侧的预约时间等信息发往供电侧，由供电侧完成预约。
在充电过程中，若监测点1的电压在正常范围A3内，则表示充电正常，否则表示充电故障，断开开关S1。
供电侧故障有一些几种情况：
紧急停机：供电设备发生紧急故障，断开开关S1，停止充电并发送中止充电报文；
主动停机：当电池充满或达到充电中止条件时，发送中止充电报文，当收到对方的中止充电报文后，断开对应开关，如：供电设备断开开关S1，停止充电；
被动停机：当收到对方发送的中止充电报文后，发送中止充电报文，断开对应开关，如供电设备断开开关S1，停止充电。
汽车侧控制方法具体如下：
21)汽车未连接供电设备时，开关S2断开，开关Sv闭合。
22)汽车连接供电设备且检测到开关S1第一次闭合后，汽车被唤醒。
23)若监测点2的电压在正常范围B1内，则认为CC1端连接正常。
24)若监测点3的电压在正常范围C1内，则认为CC2端连接正常。
25)汽车锁止电子锁，向供电设备发送锁止反馈信号。
26)判断汽车侧是否有预约，若没有预约，闭合开关S2，监测点2的电压在正常范围B2内，接收通信报文进入充电过程；若有预约，直到汽车侧或者供电设备侧完成预约后再闭合开关S2，监测点2的电压在正常范围B2内，接收通信报文进入充电过程。
如图2所示，在汽车侧完成预约的过程如下：
b1)断开开关S2；
b2)判断监测点2的电压在正常范围B3，若在，则转至步骤b3，否则转至步骤b4；
b3)汽车休眠；
b4)判断监测点2的电压在正常范围B1内，若在，则转至步骤b5，否则转至步骤b3；
b5)判断预约时间是否到达，若是，则闭合开关S2，转至b6，否则转至b2；
b6)判断监测点2的电压在正常范围B2内，若是，则接收通信报文进入充电过程，否则转至b7；
b7)断开开关S2，汽车休眠，直到监测点2的电压在正常范围B1内后闭合开关S2，接收通信报文进入充电过程。
在充电开始前，断开开关Sv，在充电结束后闭合开关Sv。
在充电过程中，若监测点2的电压在正常范围B2内，则表示充电正常，否则表示充电故障，断开开关S2。
汽车侧故障有一些几种情况：
紧急停机：汽车发生紧急故障，断开开关S2，停止充电并发送中止充电报文；
主动停机：当电池充满或达到充电中止条件时，发送中止充电报文，当收到对方的中止充电报文后，断开对应开关，如：汽车断开开关S2，停止充电；
被动停机：当收到对方发送的中止充电报文后，发送中止充电报文，断开对应开关，如汽车断开开关S2，停止充电。
不同连接状态下，开关与监测点的状态如表3所示。
表3充电连接状态
不同故障下，监测点的状态如表4所示。
表4充电故障状态
本发明减少了现有中国直流充电接口针数，从9根针降为7根针，省去辅助电源电路的两针，一方面现有车辆将辅助电源导通作为汽车激活信号，本发明利用监测点1电压即可激活汽车，降低接口成本，另一方面由于供电设备的辅助电源电路负极可能会与PE相连，出现连接故障时不容易定位故障点，存在安全隐患，本发明可以减小多针连接存在的风险和不稳定性。
本发明的控制导引电路上设有监测点，通过开关进行控制，双方根据监测点1和监测点2的电压变化作为充电激活信号，通过硬件电压信号双方可以判断出对方是否准备就绪，降低了只依靠通信报文识别的不确定性。
本发明充电前和充电结束后，通过开关Sv进行控制，车辆根据监测点3的电压变化判断车辆接口的连接状态，确认完全连接后，车辆完成电子锁止，充电中通过打开开关Sv，车辆将电源U2从控制导引电路中断开，从而避免其在充电时带来的干扰。
本发明通过开关S1和开关S2的开合状态以及监测点电压变化，可以迅速让对方获知充电正常和故障，解决了目前中国直流充电方案无硬节点信号、响应速度慢、可靠性低等问题，提高了充电设备对故障的判断和响应能力，提高充电安全可靠性。
本发明可以解决现有方案PE断针无法检测的难题，当出现PE断针时，双方通过监测点电压更准确的判断具体断针的位置，以便维护人员更快的解决故障，降低系统维护时间和维护成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.电动汽车直流充电控制引导电路，包括相互配合的供电侧PE端和汽车侧PE端、供电侧CC1端和汽车侧CC1端、供电侧CC2端和汽车侧CC2端，其特征在于：还包括供电侧控制引导电路和汽车侧控制引导电路；
供电侧控制引导电路包括第一反馈电路和第二反馈电路，汽车侧控制引导电路包括第三反馈电路和第四反馈电路；
第一反馈电路设置在供电侧PE端和供电侧CC1端之间，第一反馈电路上设置有电源U1、开关S1和监测点1，第二反馈电路设置在供电侧PE端和供电侧CC2端之间；
第三反馈电路设置在汽车侧PE端和汽车侧CC1端之间，第三反馈电路上设置有开关S2和监测点2，第四反馈电路设置在汽车侧PE端和汽车侧CC2端之间，第四反馈电路上设置有电源U2、开关Sv和监测点3；
监测点1检测供电侧CC1端与供电侧PE端之间的电压，并将检测的电压反馈给供电设备控制器，监测点2检测汽车侧CC1端与汽车侧PE端之间的电压，并将检测的电压反馈给汽车车载控制器，监测点3检测汽车侧CC2端与汽车侧PE端之间的电压，并将检测的电压反馈给汽车车载控制器，通过开关S1和开关S2的开合控制监测点1和监测点2的电压，通过开关Sv的开合控制监测点3的电压。
2.根据权利要求1所述的电动汽车直流充电控制引导电路，其特征在于：供电侧PE端为PE针，汽车侧PE端位于PE针匹配的插座，供电侧CC1端为CC1针，汽车侧CC1端位于CC1针匹配的插座，供电侧CC2端为CC2针，汽车侧CC2端位于CC2针匹配的插座。
3.基于权利要求1所述的电动汽车直流充电控制引导电路的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
供电设备未连接汽车，开关S1断开，若监测点1的电压在正常范围A1内，则认为供电设备侧PE线、CC1线均连接正常，允许充电；
供电设备连接汽车，若监测点1的电压在正常范围A2内，则认为PE端、CC1端连接均正常，允许充电，闭合开关S1；
开关S1闭合预设时间内，若供电设备接收到汽车发送的锁止反馈信号，则判断供电设备侧是否有预约、是否接收到汽车侧有预约的反馈，若供电设备未接收到汽车发送的锁止反馈信号，则断开开关S1，并停止此次充电流程；
若两侧均没有预约，监测点1的电压在正常范围A3内，发送通信报文进入充电过程；若至少一侧有预约，在供电设备侧完成预约后，监测点1的电压在正常范围A3内，发送通信报文进入充电过程。
4.根据权利要求3所述的电动汽车直流充电控制引导电路的控制方法，其特征在于：供电设备侧完成预约的过程如下，
a1)供电设备进行绝缘检测，断开开关S1，直到预约时间到达后闭合开关S1；
a2)若监测点1的电压在正常范围A3内，则发送通信报文进入充电过程，若监测点1的电压在正常范围A4内，转至步骤a3；
a3)断开开关S1，直到监测点1的电压在正常范围A5内后闭合开关S1，发送通信报文进入充电过程。
5.根据权利要求3所述的电动汽车直流充电控制引导电路的控制方法，其特征在于：在充电过程中，若监测点1的电压在正常范围A3内，则表示充电正常，否则表示充电故障，断开开关S1。
6.基于权利要求1所述的电动汽车直流充电控制引导电路的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
汽车未连接供电设备时，开关S2断开，开关Sv闭合；
汽车连接供电设备且检测到开关S1第一次闭合后，汽车被唤醒；
若监测点2的电压在正常范围B1内，则认为CC1端连接正常；
若监测点3的电压在正常范围C1内，则认为CC2端连接正常；
汽车锁止电子锁，向供电设备发送锁止反馈信号；
判断汽车侧是否有预约，若没有预约，闭合开关S2，监测点2的电压在正常范围B2内，接收通信报文进入充电过程；若有预约，直到汽车侧或者供电设备侧完成预约后再闭合开关S2，监测点2的电压在正常范围B2内，接收通信报文进入充电过程。
7.根据权利要求6所述的电动汽车直流充电控制引导电路的控制方法，其特征在于：在汽车侧完成预约的过程如下，
b1)断开开关S2；
b2)判断监测点2的电压在正常范围B3，若在，则转至步骤b3，否则转至步骤b4；
b3)汽车休眠；
b4)判断监测点2的电压在正常范围B1内，若在，则转至步骤b5，否则转至步骤b3；
b5)判断预约时间是否到达，若是，则闭合开关S2，转至b6，否则转至b2；
b6)判断监测点2的电压在正常范围B2内，若是，则接收通信报文进入充电过程，否则转至b7；
b7)断开开关S2，汽车休眠，直到监测点2的电压在正常范围B1内后闭合开关S2，接收通信报文进入充电过程。
8.根据权利要求6所述的电动汽车直流充电控制引导电路的控制方法，其特征在于：在充电过程中，若监测点2的电压在正常范围B2内，则表示充电正常，否则表示充电故障，断开开关S2。
9.根据权利要求6所述的电动汽车直流充电控制引导电路的控制方法，其特征在于：不同版本的供电设备对应不同的第二反馈电路，通过监测点3电压，判断供电设备的版本。
10.根据权利要求6所述的电动汽车直流充电控制引导电路的控制方法，其特征在于：在充电开始前，断开开关Sv，在充电结束后闭合开关Sv。
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