CN114148206A - 一种基于欧标充电桩的电动车辆充电系统及方法 - Google Patents

一种基于欧标充电桩的电动车辆充电系统及方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于欧标充电桩的电动车辆充电系统及方法，电动车辆充电系统，包括电动车辆通信控制器、欧标充电接口、车载充电机以及整车控制器；电动车辆通信控制器的第一控制引导端子与欧标充电接口的第二控制引导端子连接；充电状态下，欧标充电接口的第三控制引导端子与欧标充电桩内的第四控制引导端子连接；直流充电状态下，第四控制引导端子与欧标充电接口的第一接地端子电连接，形成电力线载波通讯回路；电动车辆通信控制器与整车控制器之间以及车载充电机与整车控制器之间通过CAN通讯交互。本申请对原充电架构进行了较小的改动即可实现电动车辆的欧标充电要求。

Description

一种基于欧标充电桩的电动车辆充电系统及方法
技术领域
本申请涉及电动车辆技术领域，更具体地，涉及一种基于欧标充电桩的电动车辆充电系统及方法。
背景技术
随着我国新能源汽车产业快速发展，已经有大量电动车辆出口海外，由于其他地区的充电标准与国标有差异，需要按照当地的标准对车辆进行匹配改制，例如欧洲充电标准中关于直流充电的通讯方式采用电力线载波(Power Line Carrier，PLC)通讯，与我国标准要求的控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)通讯标准存在较大差异，因此我国现有的充电系统架构无法满足车辆在欧洲的充电需求。
另外，现有的电动车辆充电系统中，车载充电机除了将电能从充电桩输送给电池外，同时还需要检测充电接口的连接状态以及确定向电池输送的电压和电流，功能复杂，开发周期长，开发难度大。
发明内容
本申请提供一种基于欧标充电桩的电动车辆充电系统及方法，通过增加电动车辆通信控制器，实现充电系统与充电桩之间的PLC通讯，实现直流充电模式，对原充电架构进行了较小的改动即可实现电动车辆的欧标充电要求。
本申请提供了一种基于欧标充电桩的电动车辆充电系统，包括电动车辆通信控制器、欧标充电接口、车载充电机以及整车控制器；
电动车辆通信控制器的第一控制引导端子与欧标充电接口的第二控制引导端子连接；充电状态下，欧标充电接口的第三控制引导端子与欧标充电桩内的第四控制引导端子连接；直流充电状态下，第四控制引导端子与欧标充电接口的第一接地端子电连接，形成电力线载波通讯回路；
电动车辆通信控制器与整车控制器之间以及车载充电机与整车控制器之间通过CAN通讯交互。
优选地，电动车辆通信控制器的第一充电检测端子与欧标充电接口的第二充电检测端子连接；充电状态下，欧标充电接口的第三充电检测端子与欧标充电桩的充电插头连接，形成充电检测回路。
优选地，电动车辆通信控制器内设有控制引导电路模块，控制引导电路模块包括开关，开关与第一控制引导端子之间设有电阻。
优选地，电动车辆通信控制器上设有欧标充电接口的温度测量反馈信号端子。
优选地，整车控制器向车载充电机发送开机指令、关机指令、充电电压指令以及充电电流指令。
优选地，电动车辆通信控制器上设有欧标充电接口的电子锁反馈端子。
本申请还提供一种基于欧标充电桩的电动车辆充电方法，包括：
响应于通过第一控制引导端子检测到充电桩的充电插头与欧标充电接口的直流充电连接而向整车控制器发出唤醒信号；
响应于接收到整车控制器的车辆准备就绪信号而通过欧标充电接口与充电桩建立电力线载波通讯回路。
优选地，检测充电插头与欧标充电接口的直流充电连接，具体包括：
响应于检测到第一充电检测端子的电压信号而通过第一控制引导端子采集充电桩的占空比；
判断占空比是否为预设值；
若是，则判定充电插头与欧标充电接口的连接为直流充电连接。
优选地，若占空比在预设范围内，则判定充电插头与欧标充电接口的连接为交流充电连接；
其中，预设值在预设范围之外。
优选地，若充电插头与欧标充电接口的连接为交流充电连接，则将采集到的充电线缆的载流能力和占空比发送给整车控制器，使得整车控制器依据载流能力和占空比确定车载充电机向电动车辆的动力电池输出的充电电流。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请提供的基于欧标充电桩的电动车辆充电系统的电路连接示意图；
图2为本申请提供的基于欧标充电桩的电动车辆充电方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
本申请提供一种基于欧标充电桩的电动车辆充电系统及方法，通过增加电动车辆通信控制器，实现充电系统与充电桩之间的PLC通讯，实现直流充电模式，对原充电架构进行了较小的改动即可实现电动车辆的欧标充电要求。另外，电动车辆通信控制器实现了充电检测和占空比检测功能，简化了车载充电机的结构。
如图1所示，基于欧标充电桩的电动车辆充电系统包括电动车辆通信控制器(Electric Vehicle Communication Controller，EVCC)、欧标充电接口、车载充电机(OnBoard Charger，OBC)、整车控制器(Vehicle Control Unit，VCU)、高压配电盒(PowerDistribution Unit，PDU)以及动力电池。
动力电池与电动车辆的组合仪表之间通过CAN通讯进行交互。
OBC通过PDU与动力电池连接，PDU内部有熔断器，如果充电回路中出现短路或者严重过载情况，熔断器发生熔断，起到保护电路的作用。
动力电池由诸多电芯串并联而成，电压在200V-750V不等，根据整车的需要进行匹配性调整。
EVCC的第一控制引导端子CP1与欧标充电接口的第二控制引导端子CP2连接。充电状态下，欧标充电接口的第三控制引导端子CP3与欧标充电桩内的第四控制引导端子连接。直流充电状态下，第四控制引导端子与欧标充电接口的第一接地端子PE1电连接，形成电力线载波PLC通讯回路。
如图1所示，EVCC内设有控制引导电路模块，控制引导电路模块包括开关S2，开关S2与第一控制引导端子CP1之间设有电阻R2。开关S2和电阻R2形成第一并联支路，控制引导电路模块还包括与第一并联支路并联的第二并联支路，第二并联支路上设有电阻R3。电阻R3与第一控制引导端子CP1之间设有二极管D1。
EVCC的第一充电检测端子PP1与欧标充电接口的第二充电检测端子PP2连接。充电状态下，欧标充电接口的第三充电检测端子PP3与欧标充电桩的充电插头内的检测电路模块连接，形成充电检测回路。充电插头内的检测电路模块符合欧洲标准。
如图1所示，EVCC内设有充电检测电路模块，充电检测电路模块包括与第一充电检测端子PP1连接的电阻R4。欧标充电接口内，第二充电检测端子PP2与第三充电检测端子PP3之间设有检测电阻RC，在第二充电检测端子PP2与欧标充电接口的第二接地端子PE2之间设有电阻R5。通过电阻R5与电阻RC的并联实现充电插头插入与未插入的状态对比。
在充电桩的充电插头与欧标充电接口连接时，充电检测回路接通，检测电阻RC上的电压与连接前的不同，由此判断充电插头的连接状态。
优选地，如图1所示，EVCC上设有欧标充电接口的温度测量反馈信号端子，具体包括直流温度测量反馈信号端子和交流温度测量反馈信号端子，用于测量直流充电和交流充电状态下欧标充电接口的温度。当温度超过设定阈值且持续时间超过设定值时，EVCC将温度故障上报给VCU，VCU向OBC发送降低充电电流指令或者停止充电指令。
优选地，如图1所示，EVCC上设有欧标充电接口的电子锁反馈端子，具体包括第一电子锁电力馈电信号端子、第二电子锁电力馈电信号端子和电子锁反馈信号。第一电子锁电力馈电信号端子用于检测欧标充电接口的电子锁中电机的第一端的极性，第二电子锁电力馈电信号端子用于检测欧标充电接口的电子锁中电机的第二端的极性，由此判断电子锁是在正转还是反转。电子锁反馈信号用于检测电子锁是否转动到位。EVCC控制欧标充电接口的电子锁，当进入充电过程时，EVCC控制电子锁闭合，并在充电过程中根据VCU的停止充电等指令解开电子锁，电子锁反馈端子用于检测电子锁的状态。
EVCC与VCU之间通过CAN通讯进行交互，参考国标通讯协议，在此基础上增加相应CAN协议，向VCU发送充电插头的最大充电电流(Proximity Pilot，PP)状态信息、控制引导(Control pilot，CP)状态信息及故障状态等。VCU根据EVCC发出的CC、CP状态信息并结合动力电池的电压计算充电电流并发送给OBC，OBC根据VCU的充电电压、充电电流指令输出电流，给动力电池充电。
OBC与VCU之间通过CAN通讯交互，向VCU上报充电电压、充电电流及故障状态等信息，并接受VCU的开机指令、关机指令、充电电压指令、充电电流指令等。
欧标充电接口的交流输入部分与OBC相连，包含L1、L2、L3、N、PE五根线，如果为单相充电，则为L、N、PE三根线。
欧标充电接口按照欧洲充电标准的要求设计，充电检测电路部分、控制引导电路部分分别与EVCC上相应的端子相连接，EVCC通过监测PP状态信号确定充电插头的连接状态。EVCC通过监测CP状态信号获得充电桩的脉冲宽度调制(Pluse Width Modulation，PWM)信号的占空比，以确认充电方式及充电桩的充电能力，同时也通过控制引导端子与接地端子之间的连接构成PLC通讯回路，实现充电桩在直流充电状态下的通讯。
基于上述电动车辆充电系统，本申请提供了一种基于欧标充电桩的电动车辆充电方法，EVCC响应于通过第一控制引导端子检测到充电桩的充电插头与欧标充电接口的充电连接状态而向VCU发出唤醒信号，使得VCU检查整车状态以及唤醒OBC，随后EVCC响应于接收到VCU的车辆准备就绪信号而通过欧标充电接口与充电桩建立通讯，实施相应的充电操作。
具体地，作为一个实施例，如图2所示，电动车辆充电方法具体包括：
S210：响应于检测到第一充电检测端子的电压信号而通过第一控制引导端子采集充电桩的占空比。
第一充电检测端子存在电压信号说明充电插头与欧标充电接口连接，此时EVCC通过检测充电检测回路中电阻RC的电阻值来计算充电线缆的载流能力，同时检测控制引导信号中PWM信号的占空比。
S220：判断占空比是否为预设值。若是，则执行S230；否则，执行S240。
作为一个实施例，预设值为5％。
S230：判定充电插头与欧标充电接口的连接为直流充电连接，EVCC唤醒VCU，并与充电桩建立通讯，VCU控制OBC实施直流充电操作。
具体地，当车辆采用直流充电时，充电桩的直流充电插头与欧标充电接口连接后，充电插头的充电检测回路与EVCC连接，EVCC通过内部电路实现启动，然后EVCC给出12V唤醒信号给VCU，并与VCU之间进行信号交互，将当前电阻RC的阻值及充电桩的占空比发送给VCU，明确为直流充电。VCU被唤醒后，检测整车各部件的状态，如果状态无异常，则向EVCC发送车辆准备就绪信号，允许充电。此时EVCC闭合开关S2，充电桩检测到开关S2闭合后，充电桩闭合接触器，给出直流电至OBC。OBC被VCU唤醒后，检测是否检测到直流电输入，检测完成后，与VCU交互，上报OBC状态。同时，EVCC与VCU之间根据GBT27930协议进入直流充电流程，EVCC与直流充电桩之间基于PLC通讯进行交互，进入充电流程。
S240：判断占空比是否在预设范围内。若是，则执行S250。
其中，预设值在预设范围之外。作为一个实施例，预设范围为8％-97％。
S250：判定充电插头与欧标充电接口的连接为交流充电连接，EVCC唤醒VCU，并与充电桩建立通讯，VCU控制OBC实施交流充电操作。
具体地，当车辆采用交流充电时，交流充电插头与欧标充电接口连接后，充电插头的充电检测回路与EVCC连接，EVCC通过内部电路实现启动，然后EVCC给出12V唤醒信号给VCU，并与VCU之间进行信号交互，告知VCU当前电阻RC的阻值及充电桩的占空比。VCU被唤醒后，检测整车各部件的状态，如果状态无异常，则向EVCC发送车辆准备就绪信号，表示当前车辆允许慢充，同时VCU通过CAN信号唤醒充电机。此时EVCC闭合开关S2，充电桩检测到开关S2闭合后，充电桩闭合接触器，给出交流电至OBC。OBC被VCU唤醒后，检测是否检测到交流电输入，检测完成后，与VCU交互，上报充电机状态，VCU发送充电电压指令、充电电流指令给OBC，OBC按照VCU的充电电压指令、充电电流指令向动力电池输出电能。
VCU的充电电流指令是根据EVCC发送的电阻RC的阻值计算充电线缆的载流能力，根据EVCC发送的充电桩的占空比计算充电电流，并将充电电流与充电线缆的载流能力进行对比，取较小值作为OBC向动力电池输出的充电电流。
OBC根据VCU的指令进行输出，OBC不参与PP状态、CP状态的检测和判断，当需要停止充电或待机时，VCU发送停止充电或者待机指令给OBC，OBC停止充电或待机。由此，通过EVCC的PP状态、CP状态的检测简化了OBC的功能，提高了OBC的充电效率。
EVCC的第一控制引导端子既可以作为交流充电的PWM信号传输线，也可以作为直流充电时的PLC通讯传输线，在原有国标充电结构的基础上小范围的改动，实现国标车辆与欧标充电架构的兼容，提升车辆充电系统可靠性，降低技术风险。
本申请的国标车辆兼容欧标充电标准，并且将电动车辆与充电桩的交互交给EVCC，简化了车载充电机的功能，而且通过EVCC与充电桩和VCU的交互，对整车做较小改动便可实现欧标充电方案。
虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种基于欧标充电桩的电动车辆充电系统，其特征在于，包括电动车辆通信控制器、欧标充电接口、车载充电机以及整车控制器；
所述电动车辆通信控制器的第一控制引导端子与所述欧标充电接口的第二控制引导端子连接；充电状态下，所述欧标充电接口的第三控制引导端子与欧标充电桩内的第四控制引导端子连接；直流充电状态下，所述第四控制引导端子与所述欧标充电接口的第一接地端子电连接，形成电力线载波通讯回路；
所述电动车辆通信控制器与所述整车控制器之间以及所述车载充电机与所述整车控制器之间通过CAN通讯交互。
2.根据权利要求1所述的基于欧标充电桩的电动车辆充电系统，其特征在于，所述电动车辆通信控制器的第一充电检测端子与所述欧标充电接口的第二充电检测端子连接；充电状态下，所述欧标充电接口的第三充电检测端子与欧标充电桩的充电插头连接，形成充电检测回路。
3.根据权利要求1所述的基于欧标充电桩的电动车辆充电系统，其特征在于，所述电动车辆通信控制器内设有控制引导电路模块，所述控制引导电路模块包括开关，所述开关与所述第一控制引导端子之间设有电阻。
4.根据权利要求1所述的基于欧标充电桩的电动车辆充电系统，其特征在于，所述电动车辆通信控制器上设有欧标充电接口的温度测量反馈信号端子。
5.根据权利要求2所述的基于欧标充电桩的电动车辆充电系统，其特征在于，所述整车控制器向所述车载充电机发送开机指令、关机指令、充电电压指令以及充电电流指令。
6.根据权利要求1或4所述的基于欧标充电桩的电动车辆充电系统，其特征在于，所述电动车辆通信控制器上设有欧标充电接口的电子锁反馈端子。
7.一种基于欧标充电桩的电动车辆充电方法，其特征在于，包括：
响应于通过第一控制引导端子检测到充电桩的充电插头与欧标充电接口的直流充电连接而向整车控制器发出唤醒信号；
响应于接收到所述整车控制器的车辆准备就绪信号而通过欧标充电接口与充电桩建立电力线载波通讯回路。
8.根据权利要求7所述的基于欧标充电桩的电动车辆充电方法，其特征在于，检测充电插头与欧标充电接口的直流充电连接，具体包括：
响应于检测到第一充电检测端子的电压信号而通过第一控制引导端子采集充电桩的占空比；
判断所述占空比是否为预设值；
若是，则判定充电插头与欧标充电接口的连接为直流充电连接。
9.根据权利要求8所述的基于欧标充电桩的电动车辆充电方法，其特征在于，若所述占空比在预设范围内，则判定充电插头与欧标充电接口的连接为交流充电连接；
其中，所述预设值在所述预设范围之外。
10.根据权利要求9所述的基于欧标充电桩的电动车辆充电方法，其特征在于，若充电插头与欧标充电接口的连接为交流充电连接，则将采集到的充电线缆的载流能力和所述占空比发送给整车控制器，使得所述整车控制器依据所述载流能力和所述占空比确定车载充电机向电动车辆的动力电池输出的充电电流。
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