CN112319290B - 一种电动汽车用自动举升充电系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车用自动举升充电系统的控制方法，涉及新能源汽车技术领域，该充电系统采用举升连接方式，充电系统在车辆进站时自动识别充电设备，并通过视觉定位系统自动调整车载充电接头位置，无需车辆准确对位，保证司机操作简单便捷，充电连接安全可靠。车辆驻车前，举升机构已立起并完成定位，驻车后通过气动系统快速连接充电设备，整个连接过程用时短，能实现车辆在停站期间充进较多电量。车载充电系统采用DC/DC电抗器和DC/DC转换器进行能量转换，充电控制设备安装在车上，车辆掌握充电控制权，更加安全可控。

Description

一种电动汽车用自动举升充电系统的控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，具体是指一种电动汽车用自动举升充电系统的控制方法。

背景技术

近年来，随着电动汽车的快速发展，人们对车辆的充电时间、续航里程和经济性提出了更高的要求。目前新能源商用车一般采用终点站充电方式，充电时间长，车辆运营效率低，为了保证续航里程，车辆需要牺牲大量空间用以增加电池能量，动力电池已成为车辆很大的载重负担，对车辆的运营经济性不利，增加电池电量也大大增加了购车成本，同时导致充电时间进一步加长。

现有的技术在实际使用中存在的主要问题有：（1）为保证车辆有充足的续航里程，需要配置大电量的电池，大大增加了购车成本，并占用大量的车辆空间，增加了车辆自重，对经济性不利；（2）车辆充电一般设置在终点站进行，运营过程中不进行充电，充电时间长，车辆运营效率低，需增加车辆的购置数量以满足运营排班要求，大大增加了成本。因此，现有的电动汽车动力电池充电系统未能达到理想效果，且对车辆运营的经济性、灵活性和续航里程等诸多方面造成不利影响。

发明内容

本发明提供一种电动汽车用自动举升充电系统的控制方法，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明采用如下技术方案：

一种电动汽车用自动举升充电系统的控制方法，该系统包括带车载充电接头的车载充电设备和带地面充电接头的地面供电设备，所述车载充电设备还包括射频识别系统、气动系统、视觉定位系统以及举升机构，所述车载充电接头通过举升机构可活动地装配于车辆顶部；当车辆行驶时，举升机构横置于车顶，气动系统将车载充电接头收起；当车辆进站时，由所述射频识别系统识别地面供电设备，调整充电策略，实现兼容多种地面供电设备的需求；当车辆行驶到地面供电设备的下方时，所述视觉定位系统对地面充电接头进行定位，据此通过气动系统驱动举升机构调整车载充电接头到相应位置，直至车载充电接头与地面充电接头上下对齐；当车辆完成驻车时，气动系统驱动举升机构，将车载充电接头上顶并使其与地面充电接头完成连接，再进行充电。

进一步，所述射频识别系统识别地面供电设备的同时判断车速是否满足举升机构立起的预设条件，车速满足则将举升机构提前立起，节省充电连接时间。

更进一步，所述车载充电设备还包括动力电池、主接触器、DC/DC转换器、DC/DC电抗器、充电正接触器、预充接触器、泄放接触器、电阻以及充电负接触器；所述DC/DC转换器和DC/DC电抗器用于将地面供电设备提供的电能，转换为动力电池需求的电压和电流，实现能量传输；在充电准备阶段，电池管理系统控制主接触器、预充接触器，通过电阻实现预充电；当车载充电接头和地面充电接头完成连接后，闭合充电负接触器、充电正接触器，使充电回路接通；车载充电接头与地面充电接头脱离连接后，充电负接触器、充电正接触器断开，保证车载充电接头不带电；下电时，电池管理系统控制闭合泄放接触器，通过电阻实现能量泄放。

更进一步，车辆仪表台设置有司机允许充电按钮，当按钮按下时整车控制器向总线发送司机允许充电信号=1，反之发送司机允许充电信号=0，以此反映司机的充电意愿。

具体地，充电过程由整车控制器、电池管理系统和车载充电控制系统在同一总线上通信交互实现，具体步骤如下：

（1）整车控制器、电池管理系统和车载充电控制系统由车辆供电，进入流程时都处于正常工作状态；整车控制器通过发送VCU充电使能信号表示整车控制器是否允许充电，电池管理系统通过发送BMS充电使能信号表示电池管理系统是否允许充电，车载充电控制系统通过发送CCS准备就绪信号表示车载充电控制系统是否准备好进行充电连接；上电后，整车控制器发送VCU充电使能信号=0、电池管理系统发送BMS充电使能信号=0、车载充电控制系统发送CCS准备就绪信号=0。

（2）当车载充电控制系统判断自身正常，电池管理系统正常，且整车控制器正常时，发送主接触器、预充接触器控制指令。

（3）电池管理系统自检通过，整车控制器正常，车载充电控制系统正常，且收到主接触器、预充接触器控制指令后，先控制闭合预充接触器，再闭合主接触器，再断开预充接触器，完成预充电和高压连接，并发送接触器状态。

（4）当整车控制器判断自身正常，电池管理系统正常，车载充电控制系统正常，主接触器状态为闭合，且司机允许充电按钮闭合时，发送VCU充电使能信号=1。

（5）当电池管理系统判断无充电故障，VCU充电使能信号=1，司机允许充电信号=1，且电池未充满时，发送BMS充电使能信号=1。

（6）当车载充电控制系统判断预充电完成，主接触器状态为闭合，司机允许充电信号=1，VCU充电使能信号=1且BMS充电使能信号=1时，发送CCS准备就绪信号=1；至此，车辆已准备好进行充电连接。

（7）车辆进站，车载充电控制系统通过射频识别系统识别到充电站且车速满足举升机构立起条件时，控制气动系统和举升机构，将举升机构立起；同时视觉定位系统跟踪并锁定地面充电接头，举升机构移动至相应位置准备上顶车载充电接头。

（8）车辆驻车，整车控制器发送驻车信号；车载充电控制系统收到驻车信号=1时，控制举升机构上顶，完成车载充电接头与地面充电接头的连接，并发送充电连接完成信号；同时发送充电负接触器、充电正接触器闭合指令。

（9）整车控制器收到充电连接完成信号后，禁止车辆行驶。

（10）电池管理系统收到充电负接触器、充电正接触器闭合指令后，闭合相应的接触器并反馈接触器状态；之后发送BMS充电使能信号=1。

（11）车载充电控制系统收到充电负接触器、充电正接触器状态为闭合后，控制DC/DC转换器、DC/DC电抗器等设备输出电能对动力电池充电。

（12）电池管理系统判断充电完成或收到车载充电控制系统停止充电信号=1时，将充电需求电流降为0，并发送BMS充电使能信号=0。

（13）车载充电控制系统判断充电完成，收到司机允许充电信号=0，驻车信号=0或BMS充电使能=0时，停止充电，将车载充电接头断开连接并复位，同时发送充电负接触器、充电正接触器断开指令。

（14）电池管理系统收到充电负接触器、充电正接触器断开指令后，判断电池电流是否满足断开条件，满足条件时断开充电负接触器、充电正接触器，电池管理系统流程返回至BMS使能判断状态，等待下次充电连接。

（15）如果在限定时间内未能满足断开条件，电池管理系统将强制断开主接触器、充电负接触器和充电正接触器，停止充电流程，需重新启动才能再次充电。

（16）车载充电接头复位完成后，车载充电控制系统发送车载充电接头脱离连接信号，车载充电控制系统流程返回至CCS系统就绪=1状态，等待下次充电连接。

（17）整车控制器收到车载充电接头脱离连接信号后，允许车辆行驶，整车控制器流程回到车辆进站，等待下次充电连接。

由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明的车载充电系统采用举升连接方式，充电系统在车辆进站时自动识别充电设备，并通过视觉定位系统自动调整车载充电接头位置，无需车辆准确对位，保证司机操作简单便捷，充电连接安全可靠。车辆驻车前，举升机构已立起并完成定位，驻车后通过气动系统快速连接充电设备，整个连接过程用时短，能实现车辆在停站期间充进较多电量。车载充电系统采用DC/DC电抗器和DC/DC转换器进行能量转换，充电控制设备安装在车上，车辆掌握充电控制权，更加安全可控。

附图说明

图1为本发明中，自动举升充电系统的结构框图。

图2为本发明中，自动举升充电系统的控制方法流程图的上半部。

图3为本发明中，自动举升充电系统的控制方法流程图的下半部。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2和图3所示，一种电动汽车用自动举升充电系统，该系统包括车载充电设备和地面供电设备。其中，地面供电设备包括地面充电接头，车载充电设备包括车载充电接头、动力电池、主接触器S1、DC/DC转换器、DC/DC电抗器、充电正接触器S5、预充接触器S2、泄放接触器S3、电阻R1、及充电负接触器S4、射频识别系统、气动系统、视觉定位系统以及举升机构。上述车载充电接头通过举升机构可活动地装配于车辆顶部，并且该举升机构采用车辆的气动系统进行驱动。

该系统的控制方法大体如下：

当车辆行驶时，举升机构横置于车顶，气动系统将车载充电接头收起。

当车辆进站时，由上述射频识别系统识别地面供电设备，调整充电策略，实现兼容多种地面供电设备的需求；同时，上述射频识别系统判断车速是否满足举升机构立起的预设条件，车速满足则将举升机构提前立起，节省充电连接时间。

当车辆行驶到地面供电设备的下方时，上述视觉定位系统对地面充电接头进行定位，据此通过气动系统驱动举升机构调整车载充电接头到相应位置，直至车载充电接头与地面充电接头上下对齐。

当车辆完成驻车时，通过气动系统驱动举升机构将车载充电接头上顶，使其与地面充电接头完成连接，再进行充电。具体地，在充电准备阶段，电池管理系统控制主接触器S1、预充接触器S2，通过电阻R1实现预充电。当车载充电接头和地面充电接头完成连接后，闭合充电负接触器S4、充电正接触器S5，使充电回路接通，由DC/DC转换器和DC/DC电抗器将地面供电设备提供的电能，转换为动力电池需求的电压和电流，实现能量传输。充电完成后，车载充电接头与地面充电接头脱离连接后，充电负接触器S4、充电正接触器S5断开，保证车载充电接头不带电；下电时，电池管理系统控制闭合泄放接触器S3，通过电阻R1实现能量泄放。

此外，车辆仪表台设置有司机允许充电按钮，当按钮按下时整车控制器（即VCU）向总线发送司机允许充电信号=1，反之发送司机允许充电信号=0，以此反映司机的充电意愿。

更具体地，充电过程由整车控制器（即VCU）、电池管理系统（即BMS）和车载充电控制系统（即CCS）在同一总线上通信交互实现，对各接触器等进行控制，具体步骤如下：

（1）VCU、BMS和CCS由车辆供电，进入流程时都处于正常工作状态；VCU通过发送VCU充电使能信号表示VCU是否允许充电，BMS通过发送BMS充电使能信号表示BMS是否允许充电，CCS通过发送CCS准备就绪信号表示CCS是否准备好进行充电连接；上电后，VCU发送VCU充电使能信号=0、BMS发送BMS充电使能信号=0、CCS发送CCS准备就绪信号=0。

（2）当CCS判断自身正常，BMS正常，且VCU正常时，发送主接触器S1、预充接触器S2控制指令。

（3）BMS自检通过，VCU正常，CCS正常，且收到主接触器S1、预充接触器S2控制指令后，先控制闭合预充接触器S2，再闭合主接触器S1，再断开预充接触器，完成预充电和高压连接，并发送接触器状态。

（4）当VCU判断自身正常，BMS正常，CCS正常，主接触器S1状态为闭合，且司机允许充电按钮闭合时，发送VCU充电使能信号=1。

（5）当BMS判断无充电故障，VCU充电使能信号=1，司机允许充电信号=1，且电池未充满时，发送BMS充电使能信号=1。

（6）当CCS判断预充电完成，主接触器S1状态为闭合，司机允许充电信号=1，VCU充电使能信号=1且BMS充电使能信号=1时，发送CCS准备就绪信号=1；至此，车辆已准备好进行充电连接。

（7）车辆进站，CCS通过射频识别系统识别到充电站且车速满足举升机构立起条件时，控制气动系统和举升机构，将举升机构立起；同时视觉定位系统跟踪并锁定地面充电接头，举升机构移动至相应位置准备上顶车载充电接头。

（8）车辆驻车，VCU发送驻车信号；CCS收到驻车信号=1时，控制举升机构上顶，完成车载充电接头与地面充电接头的连接，并发送充电连接完成信号；同时发送充电负接触器S4、充电正接触器S5闭合指令。

（9）VCU收到充电连接完成信号后，禁止车辆行驶。

（10）BMS收到充电负接触器S4、充电正接触器S5闭合指令后，闭合相应的接触器并反馈接触器状态；之后发送BMS充电使能信号=1。

（11）CCS收到充电负接触器S4、充电正接触器S5状态为闭合后，控制DC/DC转换器、DC/DC电抗器等设备输出电能对动力电池充电。

（12）BMS判断充电完成或收到CCS停止充电信号=1时，将充电需求电流降为0，并发送BMS充电使能信号=0。

（13）CCS判断充电完成，收到司机允许充电信号=0，驻车信号=0或BMS充电使能=0时，停止充电，将车载充电接头断开连接并复位，同时发送充电负接触器S4、充电正接触器S5断开指令。

（14）BMS收到充电负接触器S4、充电正接触器S5断开指令后，判断电池电流是否满足断开条件，满足条件时断开充电负接触器S4、充电正接触器S5，BMS流程返回至BMS使能判断状态，等待下次充电连接。

（15）如果在限定时间内未能满足断开条件，BMS将强制断开主接触器S1、充电负接触器S4和充电正接触器S5，停止充电流程，需重新启动才能再次充电。

（16）车载充电接头复位完成后，CCS发送车载充电接头脱离连接信号，CCS流程返回至CCS系统就绪=1状态，等待下次充电连接。

（17）VCU收到车载充电接头脱离连接信号后，允许车辆行驶，VCU流程回到车辆进站，等待下次充电连接。

本发明的车载充电系统采用举升连接方式，充电系统在车辆进站时自动识别充电设备，并通过视觉定位系统自动调整车载充电接头位置，无需车辆准确对位，保证司机操作简单便捷，充电连接安全可靠。车辆驻车前，举升机构已立起并完成定位，驻车后通过气动系统快速连接充电设备，整个连接过程用时短，能实现车辆在停站期间充进较多电量。车载充电系统采用DC/DC电抗器和DC/DC转换器进行能量转换，充电控制设备安装在车上，车辆掌握充电控制权，更加安全可控。

综上可见，本发明具有如下优点：（1）车辆可利用停站时间进行大功率充电；（2）通过运营中多次短时间充电，实现长续航里程；（3）车辆配备的动力电池电量大幅减少，车辆自重减少，经济性好；（4）车辆无需在终点站长时间充电，较少车辆即可满足运营需求，节约成本。

此外需要强调的是:

1.本方案中的动力电池包括但不限于锂离子动力电池；

2、本方案中的接触器S1、S2、S3、S4、S5的控制器包括但不限于电池管理系统、整车控制器和车载充电控制系统；

3、本方案中车载充电接头的接触点包括但不限于直流正极（DC+）、直流负极（DC-）、连接确认信号（CP）、接地极（PE）；

4、本方案中举升机构的动力来源包括但不限于气动系统、电动系统；

5、本方案中举升机构的定位系统包括但不限于视觉定位系统；

6、本方案中充电能量转换设备包括但不限于DC/DC电抗器、DC/DC转换器。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (4)

1.一种电动汽车用自动举升充电系统的控制方法，该系统包括带有车载充电接头的车载充电设备和带有地面充电接头的地面供电设备，其特征在于：所述车载充电设备还包括射频识别系统、气动系统、视觉定位系统以及举升机构，所述车载充电接头通过举升机构可活动地装配于车辆顶部；当车辆进站时，由所述射频识别系统识别地面供电设备，调整充电策略；当车辆行驶到地面供电设备的下方时，所述视觉定位系统对地面充电接头进行定位，据此通过气动系统驱动举升机构调整车载充电接头到相应位置，直至车载充电接头与地面充电接头上下对齐；当车辆完成驻车时，通过气动系统驱动举升机构，将车载充电接头上顶并使其与地面充电接头完成连接，再进行充电；

所述车载充电设备还包括动力电池、主接触器、DC/DC转换器、DC/DC电抗器、充电正接触器、预充接触器、泄放接触器、电阻以及充电负接触器；所述DC/DC转换器和DC/DC电抗器用于将地面供电设备提供的电能，转换为动力电池需求的电压和电流，实现能量传输；在充电准备阶段，电池管理系统控制主接触器、预充接触器，通过电阻实现预充电；当车载充电接头和地面充电接头完成连接后，闭合充电负接触器、充电正接触器，使充电回路接通；车载充电接头与地面充电接头脱离连接后，充电负接触器、充电正接触器断开，保证车载充电接头不带电；下电时，电池管理系统控制闭合泄放接触器，通过电阻实现能量泄放；车辆仪表台设置有司机允许充电按钮，当按钮按下时整车控制器向总线发送司机允许充电信号=1，反之发送司机允许充电信号=0，以此反映司机的充电意愿；

充电过程由整车控制器、电池管理系统和车载充电控制系统在同一总线上通信交互实现，具体步骤如下：

（1）整车控制器、电池管理系统和车载充电控制系统由车辆供电，进入流程时都处于正常工作状态；上电后，整车控制器发送VCU充电使能信号=0、电池管理系统发送BMS充电使能信号=0、车载充电控制系统发送CCS准备就绪信号=0；

（2）当车载充电控制系统判断自身正常，电池管理系统正常，且整车控制器正常时，发送主接触器、预充接触器控制指令；

（3）电池管理系统自检通过，整车控制器正常，车载充电控制系统正常，且收到主接触器、预充接触器控制指令后，先控制闭合预充接触器，再闭合主接触器，再断开预充接触器，完成预充电和高压连接，并发送接触器状态；

（4）当整车控制器判断自身正常，电池管理系统正常，车载充电控制系统正常，主接触器状态为闭合，且司机允许充电按钮闭合时，发送VCU充电使能信号=1；

（5）当电池管理系统判断无充电故障，VCU充电使能信号=1，司机允许充电信号=1，且电池未充满时，发送BMS充电使能信号=1；

（6）当车载充电控制系统判断预充电完成，主接触器状态为闭合，司机允许充电信号=1，VCU充电使能信号=1且BMS充电使能信号=1时，发送CCS准备就绪信号=1；至此，车辆已准备好进行充电连接。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用自动举升充电系统的控制方法，其特征在于：所述射频识别系统识别地面供电设备的同时判断车速是否满足举升机构立起的预设条件，车速满足则将举升机构提前立起。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车用自动举升充电系统的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

（7）车辆进站，车载充电控制系统通过射频识别系统识别到充电站且车速满足举升机构立起条件时，控制气动系统和举升机构，将举升机构立起；同时视觉定位系统跟踪并锁定地面充电接头，举升机构移动至相应位置准备上顶车载充电接头；

（8）车辆驻车，整车控制器发送驻车信号；车载充电控制系统收到驻车信号=1时，控制举升机构上顶，完成车载充电接头与地面充电接头的连接，并发送充电连接完成信号；同时发送充电负接触器、充电正接触器闭合指令；

（9）整车控制器收到充电连接完成信号后，禁止车辆行驶；

（10）电池管理系统收到充电负接触器、充电正接触器闭合指令后，闭合相应的接触器并反馈接触器状态；之后发送BMS充电使能信号=1；

（11）车载充电控制系统收到充电负接触器、充电正接触器状态为闭合后，控制DC/DC转换器、DC/DC电抗器输出电能对动力电池充电。

4.根据权利要求3所述的一种电动汽车用自动举升充电系统的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

（12）电池管理系统判断充电完成或收到车载充电控制系统停止充电信号=1时，将充电需求电流降为0，并发送BMS充电使能信号=0；

（13）车载充电控制系统判断充电完成，收到司机允许充电信号=0，驻车信号=0或BMS充电使能=0时，停止充电，将车载充电接头断开连接并复位，同时发送充电负接触器、充电正接触器断开指令；

（14）电池管理系统收到充电负接触器、充电正接触器断开指令后，判断电池电流是否满足断开条件，满足条件时断开充电负接触器、充电正接触器，电池管理系统流程返回至BMS使能判断状态，等待下次充电连接；

（15）如果在限定时间内未能满足断开条件，电池管理系统将强制断开主接触器、充电负接触器和充电正接触器，停止充电流程，需重新启动才能再次充电；

（16）车载充电接头复位完成后，车载充电控制系统发送车载充电接头脱离连接信号，车载充电控制系统流程返回至CCS系统就绪=1状态，等待下次充电连接；

（17）整车控制器收到车载充电接头脱离连接信号后，允许车辆行驶，整车控制器流程回到车辆进站，等待下次充电连接。

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