CN110077255A - 一种大功率充电弓式充电控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率充电弓式充电控制系统及方法，该系统包括：充电系统、车载系统和地面控制中心，所述充电系统接收车载系统发出的充电请求信号，通过充电弓与所述车载系统的受电弓接触，并通过压力传感器控制接触压力，保证极板接触安全可靠，充电系统、车载系统分别接通弓内和车内充电回路，开始充电，并通过温度传感器时刻检测极板温度，保证极板温度变化在安全范围之内；所述地面控制中心用于接收和发送指令，遇到紧急情况可随时中断充电过程。该控制系统和方法简单有序，可有效规避大电流充电带来的安全隐患，提升充电安全性。

Description

一种大功率充电弓式充电控制系统及方法
技术领域
本发明属于快速充电领域，尤其涉及一种大型电动汽车充电弓式充电控制系统及方法。
背景技术
随着电动汽车的普及和发展，伴随电动汽车的动力电池充电问题受到越来越多的关注。在现有的技术中，电动汽车充电主要通过充电桩式充电和顶部充电弓式充电，前者需要人工进行充电枪的插拔，充电电流较低，因而效率低下；后者可通过充电弓的升降机构进行自动对接，充电电流大，充电效率高。在充电过程中，为减少充电等待时间，使用大功率充电弓进行充电，其充电电流可高达800A。然而，过高的充电电流会存在安全隐患，比如充电极板与受电极板接触不良会导致充电过程中极板温度大幅上升，甚者会烧坏极板；充电极板接触到受电弓其它部件，则会连通车体，引发触电风险；又比如，在充电的瞬间或者断电的瞬间，充电系统电流急剧突变，对充电线网和极板造成极大的损害等。
发明内容
本发明的目的是提出一种大功率充电弓式充电控制系统及方法，规范充电流程，规避充电过程可能产生的安全隐患，进一步提高大功率充电弓充电可靠性。
为了解决上述技术问题，具体地，本发明采用的技术方案如下：一种大功率充电弓式充电控制系统，包括充电系统(1)、车载系统(2)和地面控制中心(3)，其中，所述充电系统(1)包括充电弓 (101)、压力传感器(102)、温度传感器(103)、弓载控制器(104) 和电源控制器(105)。所述压力传感器(102)安装在充电弓(101) 上的充电极板支撑座上，用于检测充电极板与受电极板接触时的接触压力；所述温度传感器(103)安装在充电极板背面，用于检测充电过程中，极板的温度变化；所述电源控制器(105)用于控制充电系统电压电流输出；所述弓载控制器(104)用于控制充电弓(101)的升降、传感器信息的接收和与车载系统(2)和地面控制中心(3)的信息交互。
进一步地，所述车载控制系统(2)包括受电弓(201)、温度传感器(202)车载控制器(203)、电池管理器(204)和动力电池(205)。其中，所述受电弓(201)安装在车顶上，其内部有受电极板，受电极板通过车内充电线路与动力电池(205)接通，所述温度传感器(202) 安装在受电极板背面，检测受电极板温度变化。所述车载控制器(203) 为车载系统(2)的控制中枢，可以读取温度传感器(202)信息、电池管理器(204)信息，控制受电弓(201)防护罩的打开和关闭，与充电系统(1)和地面控制中心(3)进行信息交互。
进一步地，所述地面控制中心(3)接收和显示充电系统(1)、车载系统(2)充电过程的信息和画面，并可随时发出指令，中断充电过程。
一种大功率充电弓式充电控制方法，其步骤如下：电动汽车驶进充电区域，弓载控制器(104)通过RFID读取电动汽车信息，充电系统(1)、车载系统(2)和地面控制中心(3)的无线信号接通。
进一步地，所述车载系统(2)启动自锁模式，限制电动汽车发生位置移动；用户通过车载系统(2)启动充电请求，并开启电动汽车自检模式，检测车内充电线路和动力电池(205)是否有故障，若有故障则禁止充电，发出警报，检修电动汽车。若无故障，则打开受电弓(201)防护罩，并向充电系统(1)发送充电请求信号。
进一步地，充电系统(1)接收充电请求信号后，弓载控制器(104) 控制充电弓下降，使充电极板与受电极板接触，压力传感器(102) 检测充电极板与受电极板的接触压力，当所有极板达到可靠充电接触压力时，弓载控制器(104)控制充电弓(101)停止运动。
进一步地，弓载控制器(104)开启自检模式，检测充电弓(101) 内充电线路是否存在电压电流，若存在电压电流则禁止充电，发出警报，检修充电系统(1)。若未检测到，则接通充电弓(101)内充电线路。
进一步地，所述电源控制器(105)输出较小的充电电压和电流，车载控制器(203)进行绝缘检测，若检测失败则停止充电，发出警报，对车载系统进行检修；若检测通过则接通车内充电线路，开始给动力电池(205)充电，并逐渐增加充电电流，电池管理器(204)读取动力电池(205)BMS信息，并通过车载控制器(203)将信息发送到地面控制中心(3)。
进一步地，所述车载控制器(203)检测到动力电池(205)充满电后，则启动充电停止程序：电源控制器(105)逐渐减小充电电流至0，车载控制器(203)断开车内充电线路，弓载控制器(104)断开弓内充电线路，充电弓(101)提升复位，受电弓(201)关闭防护罩。
进一步地，在整个充电过程中，所述充电极板后的温度传感器 (103)和受电极板后的温度传感器(202)检测极板的温度变化，若变化值超出预先设定的安全温度变化值，则启动停止充电程序，检查排除引起温度变化大的原因后再继续充电。
进一步地，充电完成后，车载控制器(203)提醒用户充电已完成，打开自锁模式，用户启动电动汽车驶离充电区域。
本发明的有益效果是：由以上可以看出，本发明提供了一种大功率充电弓式的充电控制系统和方法，通过压力传感器可以确保充电极板与受电极板接触的可靠性；通过逐渐增加/减小的充电电流输出，可有效避免通电和断电时大电流的瞬时突变引发的拉弧现象；通过温度传感器可以实时检测充电过程极板接触温度的变化，可有效应对充电温度发生大幅度变化，提高充电的可靠性。全面规范有序的充电检测流程，可安全有效规避充电过程的安全隐患，保护充电设备，增强用户使用体验。
附图说明
图1为本发明一种大功率充电设备结构示意图；
图2为本发明充电弓结构示意图；
图3为本发明一种大功率充电弓式充电系统结构示意图；
图4为本发明一种大功率充电弓式充电系统控制方法；
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。
结合图1至图3对本发明一种大功率充电弓式充电系统做进一步说明。一种大功率充电弓式充电控制系统，包括充电系统(1)、车载系统 (2)和地面控制中心(3)。其中，所述充电系统(1)包括充电弓 (101)、压力传感器(102)、温度传感器(103)、弓载控制器(104)和电源控制器(105)。
所述充电弓(101)包括升降机构和底部的浮动充电极板，充电极板与受电弓(201)内的受电极板一一对应，通过升降机构实现极板的接触和分离；压力传感器(102)安装在充电极板后，用于检测充电极板与受电极板接触时的接触压力；温度传感器(103)安装在充电极板背面，用于检测充电过程中，极板的温度变化；电源控制器 (105)用于控制充电系统电压电流输出；弓载控制器(104)用于控制充电弓(101)的升降、压力传感器和温度传感器信息的接收和与车载系统(2)和地面控制中心(3)的信息交互。
所述车载系统(2)包括受电弓(201)、温度传感器(202)车载控制器(203)、电池管理器(204)和动力电池(205)。其中，所述受电弓(201)安装在车顶上，其内部有受电极板，受电极板通过车内充电线路与动力电池(205)接通，所述温度传感器(202)安装在受电极板背面，检测受电极板温度变化。所述车载控制器(203) 为车载系统(2)的控制中枢，可以读取温度传感器(202)信息、电池管理器(204)信息，控制受电弓(201)防护罩的打开和关闭，与充电系统(1)和地面控制中心(3)进行信息交互。
所述地面控制中心(3)接收和显示充电系统(1)、车载系统(2) 充电过程的信息和画面，并可随时发出指令，中断充电过程。
如图3所示，充电系统(1)通过充电弓(101)与车载系统(2) 的受电弓(201)连接，充电电流从电源控制器(105)经充电弓内充电线路、充电极板、受电极板和车内充电线路到达动力电池(205)。弓内和车内的充电线路的通断分别由所述弓载控制器(104)和车载控制器(203)控制。
一种大功率充电弓式充电控制方法，其步骤如下：
S1.电动汽车驶进充电区域，弓载控制器(104)通过RFID读取电动汽车信息，充电系统(1)、车载系统(2)和地面控制中心(3) 的无线信号接通。
S2.所述车载系统(2)启动自锁模式，限制电动汽车发生位置移动；用户(司机)通过车载系统(2)启动充电请求，并开启电动汽车自检模式，检测车内充电线路和动力电池(205)是否有故障，若有故障则禁止充电，发出警报，检修电动汽车。若无故障，则启动受电弓(201)防护罩，并向充电系统发送充电请求信号。
S3.充电系统(1)接收充电请求信号后，弓载控制器(104)控制充电下降，使充电极板与受电极板接触，压力传感器(102)检测充电极板与受电极板的接触压力，当所有极板均达到可靠充电接触压力(200N-300N)时，弓载控制器(104)控制充电弓(101)停止运动。
S4.弓载控制器(104)开启自检模式，检测充电弓(101)内充电线路是否存在电压电流，若存在电压电流则禁止充电，发出警报，地面控制中心(3)发出指令并派出工作人员检修充电系统。若未检测到，则接通充电系统(1)内充电线路。
S5.所述电源控制器(105)输出较小的充电电压和电流，车载控制器(203)进行绝缘检测，检测充电极板是否接触到除受电极板外车上的其它部件，避免车体发生触电危险。若检测未通过，则停止充电并发出警报，地面控制中心(3)发出指令并派出工作人员检修电动汽车。若检测通过则接通车载系统(2)内充电线路，至此，从电源控制器(105)至动力电池(205)的充电线路完全接通，电源控制器(105)开始给动力电池(205)充电，并逐渐增加充电电流。所述电池管理器(204)读取动力电池(205)BMS信息，并通过车载控制器(203)将信息发送到地面控制中心(3)。
S6.所述车载控制器(203)检测到动力电池(205)充满电后，则启动充电停止程序：首先电源控制器(105)逐渐减小充电电流至0，然后车载控制器(203)断开车内充电线路，弓载控制器(104)断开弓内充电线路，保证整个充电线路处于断开状态，接着充电弓(101) 提升复位，充电极板和受电极板在无电流的情况下分离可增加充电系统的安全性，最后受电弓(201)关闭防护罩。
S7.在整个充电过程中，所述充电极板后的温度传感器(103) 和受电极板后的温度传感器(202)检测极板的温度变化，若变化值超出预先设定的安全温度变化值，则启动停止充电程序，地面控制中心(3)发出检修指令，安排工作人员检查并排除引起温度变化大的原因，再继续充电。所述充电系统(1)、车载系统(2)和地面控制中心(3)通过无线信号进行通信。
S8.充电完成后，车载控制器(203)发出语音提醒用户充电已完成，并关闭自锁模式，用户启动电动汽车驶离充电区域。
以上结合附图和实施例对本发明的实施方式做了详细说明，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变化、修改、替换和变型，仍归于本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种大功率充电弓式充电控制系统，包括充电系统(1)、车载系统(2)和地面控制中心(3)，其特征在于：所述充电系统(1)包括充电弓(101)、压力传感器(102)、温度传感器(103)、弓载控制器(104)和电源控制器(105)。
2.根据权利要求1所述的一种大功率充电弓式充电控制系统，其特征在于：所述车载系统(2)包括受电弓(201)、温度传感器(202)车载控制器(203)、电池管理器(204)和动力电池(205)。
3.根据权利要求1所述的一种大功率充电弓式充电控制系统，其特征在于：所述地面控制中心(3)接收和显示充电系统(1)、车载系统(2)充电过程的信息，并可随时发出指令，中断充电过程。
4.一种大功率充电弓式充电控制方法，其特征在于：电动汽车驶进充电区域，所述弓载控制器(104)通过RFID读取电动汽车信息，充电系统(1)、车载系统(2)和地面控制中心(3)的无线信号接通；所述车载系统(2)启动自锁模式，限制电动汽车发生位置移动，用户启动充电请求，并开启电动汽车自检模式，检测车内充电线路和动力电池是否有故障，若有故障则禁止充电，发出警报，检修电动汽车；若无故障，则启动受电弓(201)防护罩，并向充电系统(1)发送充电请求信号。
5.根据权利要求4所述的一种大功率充电弓式充电控制方法，其特征在于：所述充电系统(1)接收充电请求信号后，所述弓载控制器(104)控制充电弓下降，所述压力传感器检测到所有极板达到设定的可靠充电接触压力范围时，弓载控制器(104)控制充电弓(101)停止运动；弓载控制器(104)开启自检模式，检测充电弓(101)内充电线路是否存在电压电流，若存在电压电流则禁止充电，发出警报，检修充电系统；若未检测到，则接通弓内充电线路。
6.根据权利要求4所述的一种大功率充电弓式充电控制方法，其特征在于：所述电源控制器(105)输出较小的充电电压和电流，车载控制器(203)进行绝缘检测，若检测通过则接通车内充电线路，开始给动力电池(205)充电，并逐渐增加充电电流；所述电池管理器(204)读取动力电池(205)BMS信息，并通过车载控制器(203)将信息发送到地面控制中心(3)。
7.根据权利要求4所述的一种大功率充电弓式充电控制方法，其特征在于：所述车载控制器(203)检测到动力电池(205)充满电后，则启动充电停止程序：电源控制器(105)逐渐减小充电电流至0A，车载控制器(203)断开车内充电线路，弓载控制器(104)断开弓内充电线路，充电弓(101)提升复位，受电弓(201)关闭防护罩；车载控制器(203)提醒用户充电已完成，关闭自锁模式，用户启动电动汽车驶离充电区域。
8.根据权利要求4所述的一种大功率充电弓式充电控制方法，其特征在于：在整个充电过程中，所述充电极板后的温度传感器(103)和受电极板后的温度传感器(202)检测极板的温度变化，若变化值超出预先设定的安全温度变化值，则启动停止充电程序，检查排除引起温度变化大的原因后再继续充电。
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