CN111953036A - 一种充电连接控制系统及换电站 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种充电连接控制系统，包括控制器、电池包管理系统和充电电路，充电电路连接控制器和电池包管理系统，电池包管理系统包括电池包和电池包控制器；充电电路包括充电连接装置和驱动装置，驱动装置与控制器电连接，驱动装置驱动所述充电连接装置在第一触点和第二触点之间切换，当所述充电连接装置与第一触点连接时，所述充电电路导通；当所述充电连接装置与所述第二触点接触连接时，所述充电电路断开；本发明还提供的充电连接控制系统能够同时连通电池包和电池包控制器，或通过断开与电池包充电连接和与电池包控制器的电连接，简化控制逻辑，节约控制资源的同时能够克服现有技术先连接电池包再连接电池包控制器造成的滞后问题。

Description

一种充电连接控制系统及换电站
技术领域
本发明涉及充电控制领域，特别涉及一种充电连接控制系统及换电站。
背景技术
电池储能量小、一次充电后行驶里程不理想的问题一直制约着电动车辆的发展。目前，电动汽车动力电池的电力补给方式一般分为带车插充和更换电池两种方式，其中采用插充方式，存在如下缺陷：1、充电桩的初期投资成本较大，在一定程度上阻碍了电动汽车的普及；2、充电时间太长，至少要2～4小时，与普通汽车的加油相比，电动汽车补给能源所花费的时间太长；3、插充中的快充模式容易对电池造成较大损伤，导致缩短电池的使用寿命。因此，更换电池的方式可以有效避免插充方式存在的上述各个问题，成为目前更受欢迎的电动汽车电能补充的方法。
电池更换通常在换电站内进行。换电站一般包括用于电动汽车电池更换的换电平台、用于储藏以及对亏电电池进行电能补给的电池仓以及在换电平台和电池仓之间运载满电/亏电动力电池的换电小车。在电池仓中对亏电电池进行电能补给时，往往需要先将充电接头与电池包耦合连接，再连接电池包控制器，等电池包控制器对到位信息进行采集分析后，再控制进行对电池包的充电，控制逻辑繁琐、且存在充电滞后的问题。除此之外，由于充电接头大多采用带电插拔，不仅存在一定的安全隐患，还会导致充电插头电性能下降。
针对现有技术存在的上述缺陷，本申请旨在提供一种充电连接控制系统和应用其的换电站。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种充电连接控制系统，包括控制器、电池包管理系统和充电电路，所述充电电路连接所述控制器和所述电池包管理系统；所述充电电路包括充电连接装置和驱动装置，所述驱动装置与所述控制器电连接，所述驱动装置驱动所述充电连接装置在第一触点和第二触点之间切换，当所述充电连接装置与第一触点连接时，所述充电电路导通；当所述充电连接装置与所述第二触点接触连接时，所述充电电路断开。
进一步地，所述充电连接装置包括推杆、充电接头、导轨支架、第一接触开关和第二接触开关，所述充电接头与所述导轨支架滑动连接，所述推杆一端与所述充电接头固定连接，另一端与所述驱动装置连接，所述第一接触开关设置在所述充电接头靠近所述第一触点的一侧，所述第二接触开关设置在所述充电接头靠近所述第二触点的一侧，所述驱动装置驱动所述推杆沿所述导轨支架移动，当所述第一接触开关与所述第一触点接触连接时，所述充电电路导通；当所述第二接触开关与所述第二触点接触连接时，所述充电电路断开。
具体地，所述充电电路还包括第一端口和第二端口，所述第一端口与所述第一接触开关相连接，所述第二端口经所述驱动装置与第二接触开关相连接，所述控制器包括第一电源和第二电源，所述第一电源与所述第一端口相连接，所述第二电源与所述第二端口相连接。
具体地，所述第一接触开关包括第一动触点和第一静触点，所述第一动触点与所述第一端口相连接，所述第一静触点在接点和所述第一触点之间切换；第二接触开关包括第二动触点和第二静触点，第二动触点与第二端口相连接，所述第二静触点在在接点和所述第二触点之间切换，所述接点设置在所述第一静触点和第二静触点之间。
进一步地，所述控制器控制所述第一电源在第一周期内极性为正在第二周期内极性为负，所述控制器控制所述第二电源在第一周期内极性为负在第二周期内极性为正；所述第一周期和第二周期相互交替。
优选地，所述充电电路还包括第一保护电路，所述第一保护电路用于保护第一接触开关，所述第一保护电路包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述接点相连接，所述第一二极管的阴极与所述第一端口相连接。
优选地，所述充电电路还包括第二保护电路，所述第二保护电路用于保护第二接触开关，所述第二保护电路包括第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述接点相连接，所述第二二极管的阴极与所述第二动触点相连接。
进一步地，所述充电电路还包括继电器，所述继电器的第一常开触点与所述第一触点相连，所述继电器的第二常开触点与所述电池包管理系统相连；所述继电器的线圈的一端与所述第一触点相连接，所述继电器的线圈的另一端与第二电源相连接。
优选地，所述控制器还包括采样端口，所述采样端口与所述第二触点相连接。
本发明另一方面保护一种换电站，包括如上述技术方案提供的一种充电连接控制系统。
由于上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1)本发明提供的一种充电连接控制系统，能够在对电池包充电耦合连接的同时实现对电池包控制器的电连接；在电池包脱离充电耦合状态时，也断开与电池包控制器的电连接；因此，能够克服现有技术先连接电池包再连接电池包控制器造成的滞后问题。
2)本发明本发明提供的一种充电连接控制系统，能够通过同一控制器控制电池包耦合充电和电池包控制器电连接的同步连通或断开，无需设置两个控制器，起到简化控制逻辑，节约控制资源的作用。
3)本发明本发明提供的一种充电连接控制系统，通过触点式限位开关限制推杆行程，结构简单，性能稳定；还能够减少控制器I/O端口的占用，起到降低成本的作用外，使充电连接装置形成闭环控制；除此之外，还能够解决现有的充电连接机构带电插拔带来的安全隐患问题和电性能下降的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明实施例提供的一种充电连接控制系统的电路原理示意图；
图2是充电连接装置的结构示意图；
图3是所述充电连接控制系统在第一周期时的电路原理示意图；
图4是所述充电连接控制系统在第二周期时的电路原理示意图。
图中：10-控制器，11-第一电源，12-第二电源，13-采样端口，20-电池包管理系统，30-充电连接装置，31-推杆，32-第一接触开关，32a-第一动触点，32b-第一静触点，33-第二接触开关，33a-第二动触点，33b-第二静触点，34-充电接头，35-电池包存储架，36-导轨支架，37-上止点，38-下止点，40-驱动装置，50-第一二极管，60-第二二极管，70-继电器；
第一触点，B-第二触点，C-第一端口，D-第二端口，E-接点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
实施例
结合图1至图4，本实施例提供一种充电连接控制系统，包括控制器10、电池包管理系统20和充电电路，所述充电电路连接所述控制器10和所述电池包管理系统(BMS，BatteryManagement System)20，用于在控制器10的控制下给电池包供电；所述充电电路包括充电连接装置30和驱动装置40，所述驱动装置40驱动所述充电连接装置30在第一触点A和第二触点B之间切换，其中，所述第二触点B与控制器10的采样端口13相连接；
当所述充电连接装置30与所述第一触点A连接时，所述充电电路导通；当所述充电连接装置30与所述第二触点B连接时，所述充电电路断开，并从所述采样端口13输出采样信号。
需要说明的是，本说明书实施例中，所述电池包管理系统20包括电池包和电池包控制器，所述电池包控制器用于采集电池包的到位信号，以及电池包电量、温度等信息，用于监测和管理电池包。当充电电路导通时，控制器10同时连通电池包和电池包控制器；当充电电路断开时，电池包和电池包控制器同时与控制器断开连接。
本说明书实施例中，所述控制器10能够同时控制电池包和电池包控制器的同步连通或断开，起到简化控制逻辑、节约控制资源的作用的同时，也解决了现有技术中需要先连接电池包再连接电池包控制器造成的滞后问题。
如图2所示，为所述充电连接装置30的结构示意图，所述充电连接装置30包括推杆31、第一接触开关32、第二接触开关33、充电接头34、电池包存储架35和导轨支架36，电池包存储架35用于存储亏电的电池包，充电接头34与所述导轨支架36滑动连接，充电接头34用于与存储在电池包存储架上的亏电电池包耦合连接；所述驱动装置40设置在所述导轨支架的一侧，所述推杆31一端与所述充电接头34固定连接，另一端与所述驱动装置40连接，并在所述驱动装置40驱动作用下带动所述充电接头34沿所述导轨支架36做来回往复移动。
所述推杆31往复移动的行程在上止点37和下止点38之间，具体地，当所述第一接触开关31与所述下止点38抵接时，所述推杆31到达其行程的一个端点，此时第一接触开关32与第一触点A电连接；当所述第二接触开关32与所述上止点37抵接时，所述推杆31到达其行程的另一个端点，此时，第二接触开关33与所述第二触点B电连接。
且，下止点38到上止点37之间的距离与所述充电接头34到电池包之间的距离相适配，当第一接触开关31向下(即靠近电池包存储架的一侧)移动至与下止点38抵接时，所述充电接头34完成与电池包的耦合连接，即充电电路导通；当第一接触开关31向上(即往远离电池包存储架的一侧)移动时，充电接头34与所述电池包脱离耦合连接状态，充电电路断开，同时从采样端口输出采样信号。所述采样信息可作为电池包未连接到位的警示信息提醒到相关操作人员，提醒操作人员对电池包放置位置进行检查；也可以经一定的处理，作为电池包充电完成，电池包断电的提示。
可选地，将第一接触开关32和第二接触开关33均与所述充电接头34固定连接以实现随充电接头34同步往复移动，本说明书中将第一接触开关32设置在所述充电接头34靠近下止点38的一侧，将第二接触开关33设置在所述充电接头34靠近上止点37的一侧。所述下止点38和所述上止点37可设置在在导轨支架36上，当然，所述下止点38和所述上止点37也可以设置在位于充电连接装置30中的其他未详细介绍的部件上，只要能实现限制充电接头34移动行程的作用即可。
所述上止点37与所述下止点38之间的距离大于所述第一接触开关32到所述第二接触开关之间的距离，从而第一接触开关32与下止点接触时，第一接触开关33与上止点分离；第二接触开关33与上止点37接触时，第一接触开关33与下止点38相分离。
本申请采用触点式限位开关实现对推杆行程的控制，结构简单，性能更稳定；还能够解决现有的充电连接机构带电插拔带来的安全隐患问题和电性能下降的问题；成本低廉。
如图1所示，所述充电电路还包括第一端口C和第二端口D，所述第一端口C与第一接触开关32相连接，所述第二端口D经所述驱动装置40与第二接触开关33相连接，所述控制器10包括第一电源11和第二电源12，所述第一电源11与所述第一端C口相连接，所述第二电源12与所述第二端口D相连接。
所述第一接触开关32和所述第二接触开关33之间设有接点E。
所述第一接触开关32包括第一动触点32a和第一静触点32b，所述第一动触点32a与所述第一端口C相连接，所述第一静触点32b在所述接点E和所述第一触点A之间切换；第二接触开关33包括第二动触点和33a第二静触点33b，第二动触点33a与第二端口D相连接，所述第二静触点33b在在所述接点E和所述第二触点B之间切换。
并且，当第一静触点32b切换至接点E时，所述第二静触点33b与所述第二触点B相连接；当所述第一静触点32b切换至第一触点A时，所述第二静触点33b与所述接点E相连通，即所述第一触点A和所述第二触点B不能同时导通。
所述控制器10控制所述第一电源11在第一周期内极性为正在第二周期内极性为负，所述控制器10控制所述第二电源12在第一周期内极性为负在第二周期内极性为正；所述第一周期和第二周期相互交替。
所述充电电路还包括第一保护电路，所述第一保护电路用于防止第一接触开关32短路，所述第一保护电路包括第一二极管50，所述第一二极管50的阳极与所述接点E相连接，所述第一二极管50的阴极与所述第一端口A相连接；
与之相似地，所述充电电路还包括第二保护电路，所述第二保护电路用于保护第二接触开关，所述第二保护电路包括第二二极管60，所述第二二极管60的阳极与所述接点E相连接，所述第二二极管60的阴极与所述第二动触点33a相连接(也就是经所述驱动装置40后与所述第二端口D)。
所述充电电路还包括继电器70，所述继电器70串接在充电连接装置30与所述电池包管理系统20之间，具体地，所述继电器70的第一常开触点与所述第一触点A相连，所述继电器70的第二常开触点与所述电池包管理系统20相连；所述继电器70的线圈的一端与所述第一触点A相连接，所述继电器70的线圈的另一端与第二电源12相连接。
继电器70能够在电池包管理系统20端发生短路时，避免对控制器10造成冲击和损坏，降低充电连接控制系统的维修成本。
如图3所示，是本说明书实施例提供的充电连接控制系统在第一周期时的电路原理图，此时控制器控制10第一电源11为正极电源，第二电源12为负极电源。驱动电机40工作驱动推杆31向下移动，使得第一接触开关32与所述推杆31同步向下移动直至与所述下止点抵接，同时充电接头34与电池包耦合连接。
当第一接触开关32与所述下止点抵接时，第一接触开关32的第一动触点与所述第一触点A导通，此时，第二接触开关33与第二触点断开连接，驱动装置40停止工作；
并且，由所述第一电源11、第一接触开关32的第一动触点32a、第一触点A、继电器70的线圈和第二电源12串联的电路导通；继电器70线圈回路闭合并吸附继电器常开触点闭合导通，使得第一电源11、第一动触点32a、第一触点A、继电器70至电池包管理系统20的充电电路导通，给电池包管理系统供电。
需要说明的是，当推杆下行使得充电接头34与电池包耦合连接；第一接触开关32的第一动触点与所述第一触点A导通，控制器第一电源也实现与电池包管理系统20的电连接。因此，在图1、图3和图4中，电池包管理系统20中集成有电池包和电池包控制器，这仅是一种示意性的描述。其实际表达的是：当推杆31下行时，控制器10同时实现对电池包的耦合连接和对电池包控制器的电连接，从而克服现有技术中由于需要先与电池包相耦合，再与电池包控制器电连接，造成的时间落差和供电滞后问题。
如图4所示，为本说明书实施例提供的充电连接控制系统在第二周期时的电路原理图，此时控制器控制10第一电源11为负极电源，第二电源12为正极电源。驱动电机40工作驱动推杆31向上移动，同时充电接头34率先脱离与电池包耦合连接状态，并且第二接触开关33同步向上移动直至与所述上止点抵接。
当充电接头34脱离与电池包耦合时，第一接触开关32与第一触点A之间断开连接、继电器70的线圈回路断开，从而继电器70常开触点断开，对电池包管理系统20(电池包控制器)的连接中断；即在第二周期，能够实现同时断开与电池包的充电连接和对电池包控制器的电连接。
第二接触开关33继续向上移动，并与所述上止点相抵接时，推杆31停止，第二接触开关33的第二动触点与所述第二触点B连通，第二电源12、第二接触开关33的第二动触点、第二触点B至采样端口13的电路导通，自采样端口13输出一个高压信号；控制器10接收到该信号后控制驱动装置40停止工作。
再次反转第一电源11和第二电源12的极性后，推杆31将再次下行，直至第一接触开关与下止点相抵接时，再一次同时实现对电池包充电连接和对电池包控制器的电连接。
通过上述对本说明书提供的充电连接控制系统的原理介绍可知，在实际操作时，仅需要控制第一电源和第二电源的极性，即可控制推杆31的移动方向，进而在推杆31下行至第一接触开关与下止点抵接时，连通电池包和电池包控制器；在推杆31上行时且在第一接触开关与所述下止点相分离的同时，实现对电池包充电和电池包控制器的断开。
本说明书实施例提供的充电连接控制系统，控制逻辑简单，电源的极性、推杆的移动方向均与电池包管理系统的通断状态相对应，可用于电池包管理系统回路通断的判断；
触点式限位开关不仅能够实现对推杆行程的控制，还用于对电池包管理系统通断的切换，结构简单、稳定性高，故障率低；
通过优化充电连接装置和充电回路，减少了控制器I/O端口的占用，不仅能够降低成本，而且还能够使充电连接装置形成闭环控制，提高对电池包充电的可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种充电连接控制系统，其特征在于，包括控制器(10)、电池包管理系统(20)和充电电路，所述充电电路连接所述控制器(10)和所述电池包管理系统(20)，所述电池包管理系统(20)包括电池包和电池包控制器；所述充电电路包括充电连接装置(30)和驱动装置(40)，所述驱动装置(40)与所述控制器(10)电连接，所述驱动装置(40)驱动所述充电连接装置(30)在第一触点和第二触点之间切换，当所述充电连接装置(30)与第一触点连接时，所述充电电路导通；当所述充电连接装置(30)与所述第二触点接触连接时，所述充电电路断开。
2.根据权利要求1所述的一种充电连接控制系统，其特征在于，所述充电连接装置(30)包括推杆(31)、充电接头(34)、导轨支架(36)、第一接触开关(32)和第二接触开关(33)，所述充电接头(34)与所述导轨支架(36)滑动连接，所述推杆(31)一端与所述充电接头(34)固定连接，另一端与所述驱动装置(40)连接，所述第一接触开关(32)设置在所述充电接头(34)靠近所述第一触点的一侧，所述第二接触开关(33)设置在所述充电接头(34)靠近所述第二触点的一侧，所述驱动装置(40)驱动所述推杆(31)沿所述导轨支架(36)移动，当所述第一接触开关(32)与所述第一触点接触连接时，所述充电电路导通；当所述第二接触开关(33)与所述第二触点接触连接时，所述充电电路断开。
3.根据权利要求2所述的一种充电连接控制系统，其特征在于，所述充电电路还包括第一端口和第二端口，所述第一端口与所述第一接触开关(32)相连接，所述第二端口经所述驱动装置(40)与第二接触开关(33)相连接，所述控制器(10)包括第一电源和第二电源，所述第一电源与所述第一端口相连接，所述第二电源与所述第二端口相连接。
4.根据权利要求3所述的一种充电连接控制系统，其特征在于，所述第一接触开关(32)包括第一动触点和第一静触点，所述第一动触点与所述第一端口相连接，所述第一静触点在接点和所述第一触点之间切换；第二接触开关(33)包括第二动触点和第二静触点，第二动触点与第二端口相连接，所述第二静触点在在接点和所述第二触点之间切换，所述接点设置在所述第一静触点和第二静触点之间。
5.根据权利要求4所述的一种充电连接控制系统，其特征在于，所述控制器(10)控制所述第一电源在第一周期内极性为正在第二周期内极性为负，所述控制器(10)控制所述第二电源在第一周期内极性为负在第二周期内极性为正；所述第一周期和第二周期相互交替。
6.根据权利要求5所述的一种充电连接控制系统，其特征在于，所述充电电路还包括第一保护电路，所述第一保护电路用于保护第一接触开关(32)，所述第一保护电路包括第一二极管(50)，所述第一二极管(50)的阳极与所述接点相连接，所述第一二极管(50)的阴极与所述第一端口相连接。
7.根据权利要求5或6任意一项所述的一种充电连接控制系统，其特征在于，所述充电电路还包括第二保护电路，所述第二保护电路用于保护第二接触开关(33)，所述第二保护电路包括第二二极管(60)，所述第二二极管(60)的阳极与所述接点相连接，所述第二二极管(60)的阴极与所述第二动触点相连接。
8.根据权利要求2所述的一种充电连接控制系统，其特征在于，所述充电电路还包括继电器(70)，所述继电器(70)的第一常开触点与所述第一触点相连，所述继电器(70)的第二常开触点与所述电池包管理系统(20)相连；所述继电器(70)的线圈的一端与所述第一触点相连接，所述继电器(70)的线圈的另一端与第二电源相连接。
9.根据权利要求1所述的一种充电连接控制系统，其特征在于，所述控制器(10)还包括采样端口，所述采样端口与所述第二触点相连接。
10.一种换电站，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的充电连接控制系统。
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