CN112208381A - 一种新能源汽车充电系统控制电路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种新能源汽车充电系统控制电路，包括蓄电池组，所述蓄电池组与DCDC直流电源变换器并联，所述DCDC直流电源变换器与钥匙开关和继电器串联，所述DCDC直流电源变换器、电源总开关、继电器、第一熔断器、第一二极管和低压控制系统依次串联，所述低压控制系统与充电电路串联。本发明满足在电源总开关上电且钥匙ON档上电、电源总开关上电且钥匙ON档断电、电源总开关断电且钥匙ON档断电的情形下的可靠稳定的充电需求，即充电过程可实现有人值守充电和无人值守充电；有人值守充电时，驾驶员可开启多媒体设备，减少等候疲劳，此时整车高低压电器电能均由充电设备提供，不会消耗电池电量，不会对电池造成损害。

Description

一种新能源汽车充电系统控制电路及控制方法
技术领域
本发明涉及一种新能源汽车充电系统控制电路及控制方法，属于新能源汽车领域。
背景技术
截止2018年，我国汽车保有量突破2亿辆，汽车污染已成为我国空气污染的重要来源，是造成空气污染的重要原因，汽车污染减排的紧迫性日益凸显。能源安全、节能减排与大气污染防治已迫在眉睫。在此大背景下，新能源汽车逐渐推出。
新能源汽车核心技术包括动力电池、驱动电机和电控系统。其中电池技术是新能源汽车最为重要的核心技术，而充电技术是保证电池稳定、可靠的实现充电，保证电池良好工作，延长电池寿命的基础关键性技术。
早期的新能源汽车充电电路设计方案为：充电设备通过充电枪与BMS连接，充电过程由充电设备为BMS、VCU等控制设备提供低压供电。采用该种供电电路存在以下问题：车辆用电设备较少时，可满足需求，车辆用电负载较多时，无法满足功率需求；充电过程中，车辆与充电设施连接故障或意外中断时，车辆突然掉电，存在较大风险；目前车辆上低压系统有12V/24V两种类型系统，部分充电设备不支持24V电源供电，导致车辆与充电设备无法匹配问题。
发明内容
本发明为解决上述现有技术的不足，提出了一种新能源汽车充电系统控制电路及控制方法，具体技术方案如下：
一种新能源汽车充电系统控制电路，包括蓄电池组，所述蓄电池组与DCDC直流电源变换器并联，所述DCDC直流电源变换器与钥匙开关和继电器串联，所述DCDC直流电源变换器、电源总开关、继电器、第一熔断器、第一二极管和低压控制系统依次串联，所述低压控制系统与充电电路串联。
优选的，所述充电电路包括依次串联连接的充电设备、充电枪、第二熔断器和第二二极管，所述第二二极管与低压用电系统串联。
优选的，所述低压控制系统包括车载T-BOX、整车控制器和电池管理系统，所述车载T-BOX、整车控制器和电池管理系统并联连接。
优选的，所述第一二极管和第二二极管的正向导通压降小于1V，反向耐压大于1300V。
优选的，所述钥匙开关包括LOCK档和ON档。
进一步的，所述整车控制器的充电控制工作电压范围为6-32DC，可兼容12V和24V充电设备。
一种新能源汽车充电系统控制方法，电源总开关闭合，钥匙开关处于ON档状态，车辆处于高压上电状态，插入充电枪，此时，低压控制系统的电池管理系统和整车控制器处于唤醒模式，充电设备与电池管理系统建立通信连接，电池管理系统向整车控制器发送充电请求命令的第一报文，整车控制器接收到第一报文后向仪表发送第二报文，仪表接收第二报文后点亮充电连接指示灯；在充电设备的操作界面设置充电参数，按下充电开始按钮，电池管理系统控制充电接触器闭合，同时电池管理系统向整车控制器发送充电开始的第三报文，整车控制器接收到第三报文后，向仪表发送第四报文，点亮充电状态指示灯，开始充电。
进一步的，电源总开关闭合，钥匙开关未处于ON档状态，车辆处于高压未上电状态，插入充电枪，此时，低压控制系统的电池管理系统和整车控制器处于唤醒就绪模式，电池管理系统与充电设备建立通信连接，电池管理系统向整车控制器发送充电请求命令的第一报文，整车控制器接收到第一报文后向仪表发送第二报文，仪表接收第二报文后点亮充电连接指示灯；在充电设备的操作界面设置充电参数，按下充电开始按钮，电池管理系统控制充电接触器闭合，电池管理系统和整车控制器处于唤醒模式，同时电池管理系统向整车控制器发送充电开始的第三报文，整车控制器接收到第三报文后，向仪表发送第四报文，点亮充电状态指示灯，开始充电；整车控制器运行上高压程序，向电池管理系统发送第四报文，电池管理系统接收到第四报文后闭合继电器，完成高压上电，DCDC直流电源变换器开始工作，车辆的低压控制系统由DCDC直流变换器供电。
进一步的，电源总开关断开，钥匙开关未处于ON档状态，车辆处于高压未上电状态，此时，低压控制系统的电池管理系统和整车控制器处于未唤醒模式，插入充电枪，电池管理系统与充电设备建立通信连接，在充电设备的操作界面设置充电参数，按下充电开始按钮，电池管理系统控制充电接触器闭合，电池管理系统和整车控制器处于唤醒模式，开始充电。
本发明满足在电源总开关上电且钥匙ON档上电、电源总开关上电且钥匙ON档断电、电源总开关断电且钥匙ON档断电的情形下的可靠稳定的充电需求，即充电过程可实现有人值守充电和无人值守充电；有人值守充电时，驾驶员可开启多媒体设备，减少等候疲劳；天气炎热时或寒冷时可开启空调或暖风，提高等候舒适性，此时整车高低压电器电能均由充电设备提供，不会消耗电池电量，不会对电池造成损害。
附图说明
图1是本发明一种新能源汽车充电系统控制电路的电路图。
图2是本发明充电系统在不同模式下的充电流程图。
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。
如图1所示，一种新能源汽车充电系统控制电路，包括蓄电池组，所述蓄电池组与DCDC直流电源变换器并联，所述DCDC直流电源变换器与钥匙开关S1和继电器K1串联，所述DCDC直流电源变换器、电源总开关S0、继电器、第一熔断器F1、第一二极管D1和低压控制系统依次串联，所述低压控制系统与充电电路串联。所述充电电路包括依次串联连接的充电设备、充电枪、第二熔断器F2和第二二极管D2，所述第二二极管D2与低压用电系统串联。所述钥匙开关S1包括LOCK档和ON档。所述低压控制系统包括远程终端车载T-BOX、整车控制器VCU和电池管理系统BMS，所述车载T-BOX、整车控制器VCU和电池管理系统BMS并联连接。
所述DCDC直流变换器为充电设备提供24V低压供电，避免充电设备供电电压不稳定，功率受限。
所述蓄电池组包括蓄电池G1和蓄电池G2，所述蓄电池G1和蓄电池G2为24V电池，与DCDC直流电源变换器并联组成整车低压电源系统，充电过程中，整车低压供电由DCDC直流电源变换器提供，避免充电设备供电电压不稳定，功率不足的弊端。继电器K1为ON档继电器，作用是利用钥匙开关的ON档的小电流控制继电器K1触点回路大电流。蓄电池组可平衡和吸收充电过程中低压回路的电压波动和脉冲。
所述第一熔断器F1和第二熔断器F2有效保护充电电路和设备电气安全，对充电电路进行过载和短路保护。
所述第一二极管和第二二极管的正向导通压降小于1V，反向耐压大于1300V，型号为BY255，能够有效隔离反向电压。第一二极管D1能够保证车辆正常上电时，唤醒信号能够有效导通，充电模式下，能够隔离充电唤醒信号串入整车唤醒回路，造成其他设备使用，导致意外工作。第二二极管D2可有效防止车辆处于工作模式时，车辆唤醒信号倒灌至充电设施系统中，造成充电设施系统紊乱等故障。为了在充电时不唤醒仪表等其他附件，只唤醒整车控制器VCU，电池管理系统BMS等设备，在电路中串入防反的第一二极管D1，当充电时，充电枪的12V或24V电平去唤醒整车控制器VCU和电池管理系统BMS，防止电压反灌到ON线路中将其他附件唤醒，所以加第一二极管D1；同样在充电唤醒信号回路也串联第二二极管D2，防止在ON上电情况下，将电流枪插上电压反灌到充电系统。
在满足整车控制器VCU等控制模块唤醒电压要求下，实现充电回路与ON档电器回路的隔离和保护。在高压放电回路接通、24V低压回路也接通时，此时插入充电枪会对低压电器造成一定瞬时冲击，加入第一二极管D1可有效避免这种冲击对放电低压回路和充电低压回路的影响。另一方面，在充电过程中，如果突然切断放电钥匙开关S1的ON档回路电，会因为感性设备产生的电磁感应反电动势，对放电回路造成较大冲击，加入第一二极管D1可有效避免这种冲击。
所述整车控制器VCU的充电控制工作电压范围为6-32DC，可兼容12V和24V充电设备，具有良好的适应性。充电设备输出充电唤醒信号时，整车控制器VCU可在6～32VDC范围内被唤醒进入充电控制程序。采用车辆低压电源作为供电系统，能够保证车辆充电过程中安全性，避免因充电设施故障或充电连接系统故障等因素，导致的车辆低压系统突然掉电，车辆状态无法检测、故障无法及时处理等极度危险状态产生。
配置继电器K1，没有将钥匙开关S1的ON档直接接入整车控制器VCU、电池管理系统BMS等控制设备，利用钥匙开关S1控制继电器K1，继电器K1触点接电源总开关电S0，一方面可减少钥匙开关S1的ON档触点负载，另一方面，保证送入整车控制器VCU、电池管理系统BMS等控制设备的唤醒信号稳定。
一种新能源汽车充电系统控制方法，电源总开关闭合S0，钥匙开关S1处于ON档状态，车辆处于高压上电状态，插入充电枪，此时，低压控制系统的电池管理系统BMS和整车控制器VCU处于唤醒模式，充电设备与电池管理系统BMS建立通信连接，电池管理系统BMS向整车控制器VCU发送充电请求命令的第一报文，整车控制器VCU接收到第一报文后向仪表发送第二报文，仪表接收第二报文后通过数据场7.1位点亮充电连接指示灯；在充电设备的操作界面设置充电参数，按下充电开始按钮，电池管理系统BMS控制充电接触器闭合，同时电池管理系统BMS向整车控制器VCU发送充电开始的第三报文，整车控制器VCU接收到第三报文后，向仪表发送第四报文，仪表接收第四报文后通过数据场7.0位点亮充电状态指示灯，开始充电。该充电模式适用于有人值守时使用。
电源总开关S0闭合，钥匙开关S1未处于ON档状态，车辆处于高压未上电状态，插入充电枪，此时，低压控制系统的电池管理系统BMS和整车控制器VCU处于唤醒就绪模式，电池管理系统BMS与充电设备建立通信连接，电池管理系统BMS向整车控制器VCU发送充电请求命令的第一报文，整车控制器VCU接收到第一报文后向仪表发送第二报文，仪表接收第二报文后通过数据场7.1位点亮充电连接指示灯；在充电设备的操作界面设置充电参数，按下充电开始按钮，电池管理系统BMS控制充电接触器闭合，电池管理系统BMS和整车控制器VCU处于唤醒模式，同时电池管理系统BMS向整车控制器VCU发送充电开始的第三报文，整车控制器VCU接收到第三报文后，向仪表发送第四报文，仪表接收第四报文后通过数据场7.0位点亮充电状态指示灯，开始充电；整车控制器VCU运行上高压程序，向电池管理系统BMS发送第四报文，电池管理系统BMS接收到第四报文后闭合继电器K1，完成高压上电，DCDC直流电源变换器开始工作，车辆的低压控制系统由DCDC直流变换器供电。完成充电流程，正常充电后再闭合继电器K1完成上高压电流程，可有效避免动力电池放电。该充电模式适用于有人值守时使用。
电源总开关S0断开，钥匙开关S1未处于ON档状态，车辆处于高压未上电状态，此时，低压控制系统的电池管理系统BMS和整车控制器VCU处于未唤醒模式，插入充电枪，电池管理系统BMS与充电设备建立通信连接，在充电设备的操作界面设置充电参数，按下充电开始按钮，电池管理系统BMS控制充电接触器闭合，电池管理系统BMS和整车控制器VCU处于唤醒模式，开始充电。这种充电模式可实现无人值守，应用最为广泛。
该控制电路可保证充电过程启动DCDC直流电源变换器，该DCDC直流电源变换器可将高压电转换为25～27Vdc低压电，给充电过程的低压用电器提供可靠稳定的供电。早期充电电路由充电设备提供低压电，仅能输出不大于150W电功率，无法满足电池管理系统BMS、整车控制器VCU等同时工作的功率需求，此时低压蓄电池被迫参与供电，容易造成蓄电池亏电甚至损坏。可以满足车辆在使用过程中启动其他用电设备，扩展丰富车辆使用功能。
该控制电路可避免车辆启动大功率用电设备时(灯光、雨刮电机等)造成低压供电电源超负荷运行，供电不稳定，导致高压继电器等部件，接触触点抖动、拉弧，降低高压部件寿命等问题。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新能源汽车充电系统控制电路，其特征在于：包括蓄电池组，所述蓄电池组与DCDC直流电源变换器并联，所述DCDC直流电源变换器与钥匙开关和继电器串联，所述DCDC直流电源变换器、电源总开关、继电器、第一熔断器、第一二极管和低压控制系统依次串联，所述低压控制系统与充电电路串联。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车充电系统控制电路，其特征在于：所述充电电路包括依次串联连接的充电设备、充电枪、第二熔断器和第二二极管，所述第二二极管与低压用电系统串联。
3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车充电系统控制电路，其特征在于：所述低压控制系统包括车载T-BOX、整车控制器和电池管理系统，所述车载T-BOX、整车控制器和电池管理系统并联连接。
4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车充电系统控制电路，其特征在于：所述第一二极管和第二二极管的正向导通压降小于1V，反向耐压大于1300V。
5.根据权利要求1所述的一种新能源汽车充电系统控制电路，其特征在于：所述钥匙开关包括LOCK档和ON档。
6.根据权利要求3所述的一种新能源汽车充电系统控制电路，其特征在于：所述整车控制器的充电控制工作电压范围为6-32DC，可兼容12V和24V充电设备。
7.一种新能源汽车充电系统控制方法，其特征在于：电源总开关闭合，钥匙开关处于ON档状态，车辆处于高压上电状态，插入充电枪，此时，低压控制系统的电池管理系统和整车控制器处于唤醒模式，充电设备与电池管理系统建立通信连接，电池管理系统向整车控制器发送充电请求命令的第一报文，整车控制器接收到第一报文后向仪表发送第二报文，仪表接收第二报文后点亮充电连接指示灯；在充电设备的操作界面设置充电参数，按下充电开始按钮，电池管理系统控制充电接触器闭合，同时电池管理系统向整车控制器发送充电开始的第三报文，整车控制器接收到第三报文后，向仪表发送第四报文，点亮充电状态指示灯，开始充电。
8.根据权利要求7所述的一种新能源汽车充电系统控制方法，其特征在于：电源总开关闭合，钥匙开关未处于ON档状态，车辆处于高压未上电状态，插入充电枪，此时，低压控制系统的电池管理系统和整车控制器处于唤醒就绪模式，电池管理系统与充电设备建立通信连接，电池管理系统向整车控制器发送充电请求命令的第一报文，整车控制器接收到第一报文后向仪表发送第二报文，仪表接收第二报文后点亮充电连接指示灯；在充电设备的操作界面设置充电参数，按下充电开始按钮，电池管理系统控制充电接触器闭合，电池管理系统和整车控制器处于唤醒模式，同时电池管理系统向整车控制器发送充电开始的第三报文，整车控制器接收到第三报文后，向仪表发送第四报文，点亮充电状态指示灯，开始充电；整车控制器运行上高压程序，向电池管理系统发送第四报文，电池管理系统接收到第四报文后闭合继电器，完成高压上电，DCDC直流电源变换器开始工作，车辆的低压控制系统由DCDC直流变换器供电。
9.根据权利要求7所述的一种新能源汽车充电系统控制方法，其特征在于：电源总开关断开，钥匙开关未处于ON档状态，车辆处于高压未上电状态，此时，低压控制系统的电池管理系统和整车控制器处于未唤醒模式，插入充电枪，电池管理系统与充电设备建立通信连接，在充电设备的操作界面设置充电参数，按下充电开始按钮，电池管理系统控制充电接触器闭合，电池管理系统和整车控制器处于唤醒模式，开始充电。
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