CN111251926B - 一种新能源车辆充电系统及充电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新能源车辆充电系统和充电控制方法，系统包括控制器、主充电枪和辅助充电枪；主充电枪连接有主充电模块和可调充电模块，辅助充电枪连接有辅助充电模块；主充电枪上设置有通讯接口，控制器与通讯接口连接；主充电模块包括多个主充电子模块，各主充电子模块的输出功率呈2的倍数递增，可调充电模块与其中输出功率最小的充电子模块相同；辅助充电模块连接相应辅助充电枪的线路上设置有相应的可控开关，控制器与各可控开关连接；每个主充电子模块连接主充电枪的线路上设置有一个继电器，可调充电模块连接主充电枪的线路上设置有可控硅，控制器连接可控硅和各继电器。本发明所提供的技术方案可解决现有技术中充电系统可靠性差的问题。

Description

一种新能源车辆充电系统及充电控制方法

技术领域

本发明属于新能源车辆充电控制技术领域，具体涉及一种新能源车辆充电系统及充电控制方法。

背景技术

目前，传统燃油汽车的能源主要依靠于石油，而石油短缺及燃油排放的尾气对环境造成严重污染已使得人类越来越迫切研究出新的绿色交通工具。作为绿色交通工具，电动汽车不仅节能效果显著，能源综合利用率大幅度提高，而且尾气零排放，环境效益明显，因此电动汽车的使用越来越广泛。

电动汽车的动力来自于动力电池，而动力电池的充电速度慢、续航里程短一直是制约电动汽车大范围推广的关键因素。鉴于动力电池能量密度发展缓慢，采用大电流快速充电可作为当前阶段推广电动汽车的关键条件。但是由于充电枪线的载流能力受自身硬件条件的制约，导致单枪充电已不能满足大电流快速充电的趋势。

目前很多厂家均采用多枪充电模式来实现大电流快速充电，且采用的充电控制方法均为各充电枪平均输出电流以满足BMS请求电流值，比如，当采用两把充电枪为动力电池进行充电时，如果动力电池请求电流为500A，则两把充电枪分别输出250A的电流。

这种控制方法虽然可以满足大电流快速充电，但是会引起充电枪线损耗过快，造成成本的增加，比如上述采用两把充电枪为同一个动力电池进行充电时，假设每把充电枪的最大载流能力为250A，如果动力电池充电所需电流为500A，则两把充电枪需分别输出250A的电流；当充电过程中动力电池充电所需电流根据当前电池参数(SOC、电池温度、单体电压等)变化为200A时，则需要两把充电枪分别输出100A的电流，而此时只需一把充电枪输出即可满足动力电池需求，无需再同时使用两把充电枪输出，引起过多损耗。

充电枪的输出电流是由充电机内部的充电模块提供的，且每个充电模块的最大输出能力相同，如每个充电模块最大输出电流为20A，则当充电枪需要输出250A的充电电流时，需要13个充电模块，其中12个充电模块均提供20A的电流，另一个充电模块提供10A的电流。在投入或切除充电模块时会引起充电线路中电流的波动，对充电过程的可靠性造成影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种新能源车辆充电系统及充电控制方法，以解决现有技术中充电系统可靠性差的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新能源车辆充电系统，包括控制器、主充电枪和至少一个辅助充电枪；所述主充电枪连接有主充电模块和可调充电模块，所述辅助充电枪连接有辅助充电模块；所述主充电枪上还设置有通讯接口，所述控制器与通讯接口连接；所述主充电模块包括多个主充电子模块，各主充电子模块的输出功率呈2的倍数递增，所述可调充电模块的输出功率与输出功率最小的主充电子模块相同；所述辅助充电模块与主充电模块的输出功率相同，辅助充电模块连接相应辅助充电枪的线路上设置有相应的可控开关，所述控制器与各可控开关的控制部分连接；

每个主充电子模块对应设置有一个继电器，各继电器的触点部分设置在主充电子模块连接相应充电枪的线路上，控制器连接各继电器的线圈部分；

所述可调充电模块连接主充电枪的线路上设置有可控硅，所述控制器连接可控硅的控制端。

进一步的，可调充电模块和各主充电子模块连接主充电枪的线路上分别设置有相应的防反装置，各辅助充电模块连接相应辅助充电枪的线路上设置有相应的防反装置。

进一步的，所述可调充电模块和各主充电子模块连接相应充电枪的线路上分别设置有相应的电流传感器，所述控制器连接各电流传感器的信号输出端。

进一步的，所述辅助充电模块包括多个辅助充电子模块，各辅助充电子模块之间并联设置，且输出功率呈2的倍数递增。

进一步的，所述控制器连接有触摸屏。

一种新能源车辆的充电控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)获取用户输入的充电时间和/或充电费用；

(2)根据充电时间和/或充电费用获取充电策略，并按照充电策略对新能源车辆进行充电；

在执行充电策略时控制器控制所述可控硅、各继电器和切换开关，使电动车辆的充电电流呈线性变化。

进一步的，在执行充电策略之前，先判断与电动车辆连接的充电枪的数量，得到最大的充电功率。

进一步的，当接收到用户只输入充电时间时，计算在该充电时间内以最大充电功率进行充电所需的充电费用，并在当用户支付完成后进行充电。

进一步的，当接收到用户只输入充电金额时，控制器计算充电最短需要的时间和慢充时所选的充电时间，并根据用户选择执行充电策略。

进一步的，当接收到用户输入充电时间和充电金额时，根据充电时间和充电金额得到恒功率充电策略。

本发明的有益效果：本发明所提供的技术方案，主充电模块和辅助充电模块的输出功率相同，且可通过控制可控硅使可调充电模块的输出电流线性增加，并通过各主充电子模块对应的继电器，可使充电功率线性增加，从而解决现有技术中充电系统可靠性差的问题。

附图说明

图1是本发明系统实施例中新能源车辆充电系统的结构示意图；

图2是本发明系统实施例中主充电模块的结构示意图；

图3是本发明系统实施例中辅助充电模块的结构示意图。

具体实施方式

系统实施例：

本实施例提供一种新能源车辆充电系统，用于对电动车辆的充电过程进行控制，提高对电动车辆充电控制的可靠性。

本实施例所提供的新能源车辆充电系统，其结构如图1所示，包括控制器、一个主充电枪和至少一个辅助充电枪。

主充电枪连接有主充电模块和可调充电模块，辅助充电枪连接有辅助充电模块，并在主充电枪上设置有通讯接口，控制器与通讯接口连接。

主充电模块的结构如图2所示，包括可调充电模块和四个主充电子模块，输出功率分别为P1、P2、P3和P4，其比例为1：2：4：8，继电器K1、K2、K3和K4的触点分别设置在第一主充电子模块、第二主充电子模块、第三主充电子模块和第四主充电子模块连接主充电枪的线路上，控制器连接继电器K1、继电器K2、继电器K3和继电器K4的线圈部分，用于控制继电器K1、继电器K2、继电器K3和继电器K4触点部分的动作。防反二极管D0、D1、D2、D3和D4分别设置在可调充电模块、第一主充电子模块、第二主充电子模块、第三主充电子模块和第四主充电子模块连接主充电枪的线路上，用于防止主充电枪的电流反灌到可调充电模块、第一主充电子模块、第二主充电子模块、第三主充电子模块和第四主充电子模块中。

可调充电模块的输出功率为P1，其与主充电枪连接线路上设置有可控硅Q0，控制器连接可控硅Q0的控制端，通过控制可控硅调节可调充电模块的输出功率。

辅助充电模块的结构如图3所示，包括四个辅助充电子模块，各辅助充电子模块的输出功率分别为P1、P2、P3和P4，各辅助充电子模块之间并联设置，且并联后通过切换开关K11连接辅助充电枪，控制器连接各切换开关K11的控制部分。本实施例中切换开关采用的是继电器，其触点部分设置在辅助充电模块连接相应辅助充电枪的线路上，控制器连接其线圈部分，并在辅助充电模块连接辅助充电枪的线路上设置有防反二极管D11。

本实施例所提供的新能源车辆充电系统，其充电控制方法为：

主充电枪与电动车辆连接后，控制器通过通讯接口建立与电动车辆之间的通讯连接；

控制器检测与电动车辆连接的充电枪的数量，计算能够为电动车辆提供的最大充电功率；

控制主充电模块的其中一个主充电子模块对应的继电器闭合，检测主充电模块与主充电枪之间的线路上是否有电流，如果有，则判断为主充电枪与电动车辆连接；

控制辅助充电枪对应的切换开关闭合，检测辅助充电模块与辅助充电枪之间的线路上是否有电流，如果有，则判断为辅助充电枪与电动车辆连接；

设主充电模块和各辅助充电模块能够提供的最大供电功率为P0，遇到电动车辆连接的充电枪为主充电枪和N个辅助充电枪，则能够为充电车辆提供的最大充电功率为(1+N)×P0。

控制器通过车辆控制器接收用户输入的充电信息，充电信息包括充电时间和充电金额；然后根据充电金额计算充电量，根据充电时间和充电量得到充电策略：

当控制器只接收到用户输入的充电时间时，计算其以最大充电功率进行充电时所需的充电费用并发送给用户；当用户完成支付后，在用户输入的充电时间内，按照最大充电功率对电动车辆进行充电；

当控制器只接收到用户输入充电金额后，计算该充电金额可得到的充电量，然后计算快充所用时间和慢充所用时间并发送给用户；

控制器接收用户选择的是慢充还是快充，并根据用户的选择进行充电；

当控制器同时接收到用户输入充电时间和充电金额后，根据用户输入的充电时间和充电金额制定恒功率充电策略，对电动车辆进行恒功率充电。

恒功率充电策略，是指在用户输入的充电时间内，电动车的充电功率保持不变。

当需要的充电功率大于主充电模块的功率时，由辅助充电枪和主充电枪共同为电动车辆充电；其中辅助充电枪提供最大充电功率，剩余的充电功率由主充电枪提供。

本实施例所说的快充，是主充电枪和辅助充电枪共同为电动车辆进行充电；慢充，是指只采用主充电枪对电动车辆进行充电。

主充电模块中各主充电子模块的控制方法为：

第一主充电子模块的投入方法为：

在投入的过程首先控制可调充电模块的输出电流从小到大按照设定变化率增加；

当可调充电模块的功率达到最大时，控制继电器K1闭合同时控制可调充电模块的输出电流为零。

第二主充电子模块的投入方法为：

首先控制第一主充电子模块投入；

然后控制可调充电模块的输出电流从小到大按照设定变化率增加，当最大时控制继电器K2闭合同时控制继电器K1断开，并控制可调充电模块的输出电流为零。

第三主充电子模块的投入方法为：

首先控制第一充电子模块和第二充电子模块投入；

然后控制可调充电模块的输出电流从小到大按照设定变化率增加，当最大时控制继电器K3闭合同时控制继电器K2和继电器K1断开，并控制可调充电模块的输出功率为零；

第四主充电子模块的投入方法为：

首先控制第一充电子模块、第二充电子模块和第三充电子模块投入；

然后控制可调充电模块的输出电流从小到大按照设定变化率增加，当最大时控制继电器K4闭合同时控制继电器K3、继电器K2、继电器K1断开，并控制可调充电模块的输出功率为零。

辅助充电模块的控制方法为：

首先控制主充电模块投入，然后控制辅助充电模块的切换开关闭合，各主充电模块中的各继电器断开。

设需要的充电功率为N，如果N大于15n，则需要m个辅助充电模块全部提供功率，主充电模块提供N1的功率，则有：

N＝m×15n+N1

如果N不大于15n，则由主充电模块提供充电功率。

各主充电子模块连接主充电枪的线路上设置有相应的电流传感器，可调充电模块连接主充电枪的线路上设置有相应的电流传感器，各辅助充电子模块连接相应辅助充电枪的线路上设置有相应的电流传感器，控制器与各电流传感器连接，通过各电流传感器检测主充电模块中各主充电子模块的输出电流和辅助充电模块中各辅助充电子模块的输出电流，当有主充电子模块或辅助充电子模块的输出电流异常时能够及时的查找并消除故障。

在充电机上设置有触摸屏，控制器与触摸屏连接，通过触摸屏与控制器进行人机交互，接收用户或工作人员输入的指令。

方法实施例：

本实施例提供一种新能源车辆充电控制方法，与上述系统实施例中新能源车辆充电系统的控制方法相同，该方法已在上述系统实施例中做了详细介绍，这里不多做说明。

以上公开的本发明的实施例只是用于帮助阐明本发明的技术方案，并没有尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种新能源车辆充电系统，其特征在于，包括控制器、主充电枪和至少一个辅助充电枪；所述主充电枪连接有主充电模块和可调充电模块，所述辅助充电枪连接有辅助充电模块；所述主充电枪上还设置有通讯接口，所述控制器与通讯接口连接；所述主充电模块包括多个主充电子模块，各主充电子模块的输出功率呈2的倍数递增，所述可调充电模块的输出功率与输出功率最小的主充电子模块相同；所述辅助充电模块与主充电模块的输出功率相同，辅助充电模块连接相应辅助充电枪的线路上设置有相应的可控开关，所述控制器与各可控开关的控制部分连接；

每个主充电子模块对应设置有一个继电器，各继电器的触点部分设置在主充电子模块连接相应充电枪的线路上，控制器连接各继电器的线圈部分；

所述可调充电模块连接主充电枪的线路上设置有可控硅，所述控制器连接可控硅的控制端；

其中，当主充电模块包括四个主充电子模块时，主充电模块中各主充电子模块的控制方法为：

第一主充电子模块的投入方法为：

在投入的过程首先控制可调充电模块的输出电流从小到大按照设定变化率增加；

当可调充电模块的功率达到最大时，控制第一主充电子模块的继电器闭合同时控制可调充电模块的输出电流为零；

第二主充电子模块的投入方法为：

首先控制第一主充电子模块投入；

然后控制可调充电模块的输出电流从小到大按照设定变化率增加，当最大时控制第二主充电子模块的继电器闭合同时控制第一主充电子模块的继电器断开，并控制可调充电模块的输出电流为零；

第三主充电子模块的投入方法为：

首先控制第一充电子模块和第二充电子模块投入；

然后控制可调充电模块的输出电流从小到大按照设定变化率增加，当最大时控制第三主充电子模块的继电器闭合同时控制第一充电子模块和第二充电子模块的继电器断开，并控制可调充电模块的输出功率为零；

第四主充电子模块的投入方法为：

首先控制第一充电子模块、第二充电子模块和第三充电子模块投入；

然后控制可调充电模块的输出电流从小到大按照设定变化率增加，当最大时控制第四主充电子模块的继电器闭合同时控制第一充电子模块、第二充电子模块和第三充电子模块继电器、继电器、继电器断开，并控制可调充电模块的输出功率为零。

2.根据权利要求1所述的新能源车辆充电系统，其特征在于，可调充电模块和各主充电子模块连接主充电枪的线路上分别设置有相应的防反装置，各辅助充电模块连接相应辅助充电枪的线路上设置有相应的防反装置。

3.根据权利要求1所述的新能源车辆充电系统，其特征在于，所述可调充电模块和各主充电子模块连接相应充电枪的线路上分别设置有相应的电流传感器，所述控制器连接各电流传感器的信号输出端。

4.根据权利要求1所述的新能源车辆充电系统，其特征在于，所述辅助充电模块包括多个辅助充电子模块，各辅助充电子模块之间并联设置，且输出功率呈2的倍数递增。

5.根据权利要求1所述的新能源车辆充电系统，其特征在于，所述控制器连接有触摸屏。

6.一种如权利要求1-5任意一项所述的新能源车辆充电系统的充电控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）获取用户输入的充电时间和/或充电费用；

（2）根据充电时间和/或充电费用获取充电策略，并按照充电策略对新能源车辆进行充电；

在执行充电策略时控制器控制所述可控硅、各继电器和切换开关，使电动车辆的充电电流呈线性变化。

7.根据权利要求6所述的新能源车辆充电系统的充电控制方法，其特征在于，在执行充电策略之前，先判断与电动车辆连接的充电枪的数量，得到最大的充电功率。

8.根据权利要求6或7所述的新能源车辆充电系统的充电控制方法，其特征在于，当接收到用户只选择充电时间时，计算在该充电时间内以最大充电功率进行充电所需的充电费用，并在当用户支付完成后进行充电。

9.根据权利要求6或7所述的新能源车辆充电系统的充电控制方法，其特征在于，当接收到用户只输入充电金额后，控制器计算充电最短需要的时间和慢充时所选的充电时间，并根据用户选择执行充电策略。

10.根据权利要求6或7所述的新能源车辆充电系统的充电控制方法，其特征在于，当接收到用户的充电时间和充电金额后，根据充电时间和充电金额得到恒功率充电策略。

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