CN114954313A - 电动汽车车载供电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车车载供电系统及其控制方法，该电动汽车车载供电系统包括供电系统控制单元、车载储能系统、双向车载充电机、配电装置和供电插座；车载储能系统与所述双向车载充电机电性连接，车载储能系统用于为车辆提供驱动和用电部件所需的电能；双向车载充电机为带有逆变功能的车载充电机，支持高压直流与交流220V双向充电/逆变功能；配电装置与双向车载充电机通过交流电路连接，供电插座上设有放电开关；供电系统控制单元通过CAN通讯分别与配电装置、双向车载充电机、车载储能系统、电机控制单元和高压附件模块通讯。本发明能够解决现有技术车载供电功率较小，不能满足行驶过程中对车内负载和设备放电的技术问题。

Description

电动汽车车载供电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车控制技术领域，特别是涉及一种电动汽车车载供电系统及其控制方法。

背景技术

传统燃油汽车车载交流220V供电，是利用车载发电机发出的直流12V电，通过低压直流12V转交流220V的方式实现的。车载发电机容量一般为150A，因此总发电功率约为1.8kw左右。

电动汽车传统车载交流220V供电，是利用直流-直流模块(DC-DC)输出直流12V电，再通过低压直流12V转交流220V的方式实现的。目前，电动汽车普遍使用的直流-直流模块的额定功率为2.5kw。

传统燃油汽车车载供电方案和电动汽车传统车载供电方案分别受制于车载发电机的容量和直流-直流模块的输出功率，使得可用12V电源功率较小。再考虑扣除车辆基本供电，可用于逆变交流220V的功率容量更低。

上述两种供电方案，其原理都是通过直流12V逆变220V的方式实现交流供电。此种技术受制于直流12V转交流220V逆变模块的转换效率和输出功率，其输出的允许车载或后装设备可使用的功率很少，远远不能满足实际需求。

此外，现有的电动汽车车载对外放电功能(如：V2L或V2V)，是基于电动汽车原有车载充电机(OBC)，增加逆变功能，通过连接放电枪的方式对外放电。这种放电方式只允许驻车状态下工作，不满足行驶过程中对车内负载和设备放电的使用需求。

在车辆实际使用过程中，随着客户使用场景的多样化(比如办公场景等)，使用者对车载用电需求大幅提升，更加要求车载供电形式简单多样。尤其是涉及到车辆改装业务(如：房车、检测车)，后装的设备等对车载放电功率有极大需求，车辆使用者希望无论行驶或是驻车工况，车载放电都能满足后装设备和负载的用电需求。

发明内容

为此，本发明的目的在于提出一种电动汽车车载供电系统及其控制方法，以解决现有技术车载供电功率较小，不能满足行驶过程中对车内负载和设备放电的技术问题。

本发明的一方面提供一种电动汽车车载供电系统，包括供电系统控制单元、车载储能系统、双向车载充电机、配电装置和供电插座；

所述车载储能系统与所述双向车载充电机电性连接，所述车载储能系统用于为车辆提供驱动和用电部件所需的电能；

所述双向车载充电机为带有逆变功能的车载充电机，支持高压直流与交流220V双向充电/逆变功能；

所述配电装置与所述双向车载充电机通过交流电路连接，所述配电装置具备两路或两路以上交流输出功能，其中一路维持充放电功能，另外的一路或多路用于车载供电；

所述供电插座上设有放电开关，所述放电开关的开关状态信号由所述供电系统控制单元采集；

所述供电系统控制单元通过CAN通讯分别与所述配电装置、所述双向车载充电机、所述车载储能系统、电机控制单元和高压附件模块通讯，所述供电系统控制单元用于根据获取到的信号，并采用联合控制策略控制所述电动汽车车载供电系统的运行。

上述电动汽车车载供电系统，其中，所述配电装置包括继电器控制模块、若干个交流继电器、保险盒，所述继电器控制模块用于接收所述供电系统控制单元的指令，以控制所述交流继电器闭合或断开，并监控所述交流继电器状态。

上述电动汽车车载供电系统，其中，所述供电系统控制单元用于根据放电开关状态信号、整车高压状态信号、充放电枪插枪状态信号、电池的剩余SOC、电池剩余可用放电功率信号，请求所述继电器控制模块控制各个继电器的工作状态，并请求所述双向车载充电机进入车载供电工作模式，以实现车载供电功能。

上述电动汽车车载供电系统，其中，若干个交流继电器分别为交流继电器K1、交流继电器K2、交流继电器K3、交流继电器K4，所述交流继电器K1连接在所述双向车载充电机的火线和充放电枪插座的火线之间，所述交流继电器K2连接在所述双向车载充电机的零线和所述充放电枪插座的零线之间，所述交流继电器K3连接在所述双向车载充电机的零线和所述放电开关的零线之间，所述交流继电器K4连接在所述双向车载充电机的火线和所述放电开关的火线之间。

上述电动汽车车载供电系统，其中，所述配电装置还包括保险盒，所述保险盒连接在所述交流继电器K4和所述放电开关的火线之间。

上述电动汽车车载供电系统，其中，所述供电插座用于提供10A或16A的供电电流。

本发明的另一方面提供了上述电动汽车车载供电系统的控制方法，包括：

步骤1，所述供电系统控制单元监控所述放电开关的状态，判断车辆使用者是否有车载用电需求，如果所述放电开关处于导通状态，则进入步骤2；

步骤2，所述供电系统控制单元通过CAN通讯与所述车载储能系统、直流-直流模块、电机控制单元和高压附件模块通讯，获取当前车载储能系统的SOC状态和允许放电功率、直流-直流模块实际功率、电机实际功率以及高压附件的使用功率，计算当前可用功率是否允许车载供电，如果当前车载储能系统的SOC和可用功率不允许车载供电，则重新进入步骤2；如果当前车载储能系统的SOC和可用功率允许车载供电，则进入步骤3；

步骤3，所述双向车载充电机监控当前充放电枪连接状态，如充放电枪插入，双向车载充电机将充放电枪连接状态通过CAN通讯反馈给所述供电系统控制单元，所述供电系统控制单元识别到有充放电枪插入，将禁止车载供电功能，此时，所述双向车载充电机依据充放电枪的型号，响应其充电或放电请求，进入充电模式或V2L/V2V放电模式；如果所述供电系统控制单元未识别充放电枪连接，则进入步骤4；

步骤4，所述供电系统控制单元接收到充放电枪未连接状态后，判断系统允许进行车载供电，所述供电系统控制单元通过CAN通讯，请求所述继电器控制模块断开继电器K1、K2，闭合继电器K3、K4；所述继电器控制模块反馈继电器状态正确后，进入步骤5；

步骤5，所述供电系统控制单元请求所述双向车载充电机的工作模式为车载供电模式，所述双向车载充电机响应放电系统控制器工作模式请求后，处于实际可放电状态，在其输出功率范围内，放电功率由负载决定。

根据本发明提供的电动汽车车载供电系统及其控制方法，在不额外增加直流转交流模块的基础上，利用原有的双向车载充电机，通过增加供电系统控制单元、配电装置和供电插座和相关的控制策略，供电系统控制单元通过识别放电系统各部件的信息，结合控制规则，实现车载供电功能。本发明能够直接将电动汽车高压电池的直流高压电逆变为220V的交流电，实现对车内和后装设备的供电。相对于传统直流12V逆变交流220V的方法，本发明提出的方法具备高效率、大功率输出的优势；相对于现有的通过充放电枪插座对负载放电的方法(V2L)，本发明提出的方法具备在车辆行驶和驻车状态下持续对车载和后装设备、负载放电的功能，契合了客户的实际需求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。

附图说明

本发明实施例的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例提供的电动汽车车载供电系统的结果示意图；

图2是本发明一实施例提供的电动汽车车载供电系统的通讯连接示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参阅图1和图2，本发明一实施例提供的电动汽车车载供电系统，包括供电系统控制单元10、车载储能系统20、双向车载充电机30、配电装置40和供电插座50。

所述车载储能系统20与所述双向车载充电机30电性连接，所述车载储能系统20为能量供给部件，用于为车辆提供驱动和用电部件所需的电能。

所述双向车载充电机30为带有逆变功能的车载充电机，支持高压直流与交流220V双向充电/逆变功能。双向车载充电机30具备充电和放电两种功能，其放电功能将高压直流电逆变为交流电供负载使用。双向车载充电机30有三种主要工作模式：充电模式、V2L放电模式和车载供电模式。其中，充电模式、V2L放电模式为原有工作模式；此外，双向车载充电机30还能够检测充放电枪的连接状态。

所述配电装置40与所述双向车载充电机30通过交流电路连接，所述配电装置40具备两路或两路以上交流输出功能，其中一路维持充放电功能，另外的一路或多路用于车载供电。

所述供电插座50为标准插座(符合GB 2099.1和GB 1002要求)，用于提供10A或16A的供电电流。所述供电插座50上设有放电开关501，所述放电开关501的开关状态信号由所述供电系统控制单元10采集。

放电开关501的状态分为导通和关闭两种状态。当车辆使用者有车载用电需求时，操作放电开关导通，供电系统控制单元即识别到车载供电需求。

所述供电系统控制单元10通过CAN通讯分别与所述配电装置40、所述双向车载充电机30、所述车载储能系统20、电机控制单元60和高压附件模块70通讯，所述供电系统控制单元10用于根据获取到的信号，并采用联合控制策略控制所述电动汽车车载供电系统的运行。

其中，所述配电装置40包括继电器控制模块401、若干个交流继电器、保险盒，所述继电器控制模块401用于接收所述供电系统控制单元10的指令，以控制所述交流继电器闭合或断开，并监控所述交流继电器状态。

其中，所述供电系统控制单元10用于根据放电开关状态信号、整车高压状态信号、充放电枪插枪状态信号、电池的剩余SOC、电池剩余可用放电功率信号，请求所述继电器控制模块401控制各个继电器的工作状态，并请求所述双向车载充电机30进入车载供电工作模式，以实现车载供电功能。具体的，供电系统控制单元10可以根据当前电池允许放电功率，减去直流-直流模块80(DC-DC模块)、电机实际功率以及高压附件(空调等)的使用功率，即可计算得到电池剩余可用放电功率信号。

本实施例中，若干个交流继电器分别为交流继电器K1、交流继电器K2、交流继电器K3、交流继电器K4，所述交流继电器K1连接在所述双向车载充电机30的火线和充放电枪插座90的火线之间，所述交流继电器K2连接在所述双向车载充电机30的零线和所述充放电枪插座90的零线之间，所述交流继电器K3连接在所述双向车载充电机30的零线和所述放电开关501的零线之间，所述交流继电器K4连接在所述双向车载充电机30的火线和所述放电开关501的火线之间。

所述配电装置40还包括保险盒402，所述保险盒402连接在所述交流继电器K4和所述放电开关501的火线之间。

本发明的实施例还提供了上述电动汽车车载供电系统的控制方法，包括：

步骤1，所述供电系统控制单元10监控所述放电开关的状态，判断车辆使用者是否有车载用电需求，如果所述放电开关处于导通状态，则进入步骤2；

步骤2，所述供电系统控制单元10通过CAN通讯与所述车载储能系统20、直流-直流模块80、电机控制单元60和高压附件模块70通讯，获取当前车载储能系统的SOC状态和允许放电功率、直流-直流模块实际功率、电机实际功率以及高压附件的使用功率，计算当前可用功率是否允许车载供电，如果当前车载储能系统的SOC和可用功率不允许车载供电，则重新进入步骤2；如果当前车载储能系统的SOC和可用功率允许车载供电，则进入步骤3；

步骤3，所述双向车载充电机30监控当前充放电枪连接状态，如充放电枪插入，双向车载充电机30将充放电枪连接状态通过CAN通讯反馈给所述供电系统控制单元10，所述供电系统控制单元10识别到有充放电枪插入，将禁止车载供电功能，此时，所述双向车载充电机30依据充放电枪的型号，响应其充电或放电请求，进入充电模式或V2L/V2V放电模式；如果所述供电系统控制单元10未识别充放电枪连接，则进入步骤4；

步骤4，所述供电系统控制单元10接收到充放电枪未连接状态后，判断系统允许进行车载供电，所述供电系统控制单元10通过CAN通讯，请求所述继电器控制模块401断开继电器K1、K2，闭合继电器K3、K4；所述继电器控制模块401反馈继电器状态正确后，进入步骤5；

步骤5，所述供电系统控制单元10请求所述双向车载充电机30的工作模式为车载供电模式，所述双向车载充电机30响应放电系统控制器工作模式请求后，处于实际可放电状态，在其输出功率范围内，放电功率由负载决定。

至此，车载供电回路导通，车辆使用者可根据供电插座50的型号判断其最大允许放电电流(10A或16A)，匹配后装设备的用电需求。

根据上述的电动汽车车载供电系统及其控制方法，在不额外增加直流转交流模块的基础上，利用原有的双向车载充电机，通过增加供电系统控制单元、配电装置和供电插座和相关的控制策略，供电系统控制单元通过识别放电系统各部件的信息，结合控制规则，实现车载供电功能。本发明能够直接将电动汽车高压电池的直流高压电逆变为220V的交流电，实现对车内和后装设备的供电。相对于传统直流12V逆变交流220V的方法，本发明提出的方法具备高效率、大功率输出的优势；相对于现有的通过充放电枪插座对负载放电的方法(V2L)，本发明提出的方法具备在车辆行驶和驻车状态下持续对车载和后装设备、负载放电的功能，契合了客户的实际需求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种电动汽车车载供电系统，其特征在于，包括供电系统控制单元、车载储能系统、双向车载充电机、配电装置和供电插座；

所述车载储能系统与所述双向车载充电机电性连接，所述车载储能系统用于为车辆提供驱动和用电部件所需的电能；

所述双向车载充电机为带有逆变功能的车载充电机，支持高压直流与交流220V双向充电/逆变功能；

所述配电装置与所述双向车载充电机通过交流电路连接，所述配电装置具备两路或两路以上交流输出功能，其中一路维持充放电功能，另外的一路或多路用于车载供电；

所述供电插座上设有放电开关，所述放电开关的开关状态信号由所述供电系统控制单元采集；

所述供电系统控制单元通过CAN通讯分别与所述配电装置、所述双向车载充电机、所述车载储能系统、电机控制单元和高压附件模块通讯，所述供电系统控制单元用于根据获取到的信号，并采用联合控制策略控制所述电动汽车车载供电系统的运行。

2.根据权利要求1所述的电动汽车车载供电系统，其特征在于，所述配电装置包括继电器控制模块、若干个交流继电器、保险盒，所述继电器控制模块用于接收所述供电系统控制单元的指令，以控制所述交流继电器闭合或断开，并监控所述交流继电器状态。

3.根据权利要求2所述的电动汽车车载供电系统，其特征在于，所述供电系统控制单元用于根据放电开关状态信号、整车高压状态信号、充放电枪插枪状态信号、电池的剩余SOC、电池剩余可用放电功率信号，请求所述继电器控制模块控制各个继电器的工作状态，并请求所述双向车载充电机进入车载供电工作模式，以实现车载供电功能。

4.根据权利要求2所述的电动汽车车载供电系统，其特征在于，若干个交流继电器分别为交流继电器K1、交流继电器K2、交流继电器K3、交流继电器K4，所述交流继电器K1连接在所述双向车载充电机的火线和充放电枪插座的火线之间，所述交流继电器K2连接在所述双向车载充电机的零线和所述充放电枪插座的零线之间，所述交流继电器K3连接在所述双向车载充电机的零线和所述放电开关的零线之间，所述交流继电器K4连接在所述双向车载充电机的火线和所述放电开关的火线之间。

5.根据权利要求4所述的电动汽车车载供电系统，其特征在于，所述配电装置还包括保险盒，所述保险盒连接在所述交流继电器K4和所述放电开关的火线之间。

6.根据权利要求1所述的电动汽车车载供电系统，其特征在于，所述供电插座用于提供10A或16A的供电电流。

7.权利要求4所述的电动汽车车载供电系统的控制方法，其特征在于，包括：

步骤1，所述供电系统控制单元监控所述放电开关的状态，判断车辆使用者是否有车载用电需求，如果所述放电开关处于导通状态，则进入步骤2；

步骤2，所述供电系统控制单元通过CAN通讯与所述车载储能系统、直流-直流模块、电机控制单元和高压附件模块通讯，获取当前车载储能系统的SOC状态和允许放电功率、直流-直流模块实际功率、电机实际功率以及高压附件的使用功率，计算当前可用功率是否允许车载供电，如果当前车载储能系统的SOC和可用功率不允许车载供电，则重新进入步骤2；如果当前车载储能系统的SOC和可用功率允许车载供电，则进入步骤3；

步骤3，所述双向车载充电机监控当前充放电枪连接状态，如充放电枪插入，双向车载充电机将充放电枪连接状态通过CAN通讯反馈给所述供电系统控制单元，所述供电系统控制单元识别到有充放电枪插入，将禁止车载供电功能，此时，所述双向车载充电机依据充放电枪的型号，响应其充电或放电请求，进入充电模式或V2L/V2V放电模式；如果所述供电系统控制单元未识别充放电枪连接，则进入步骤4；

步骤4，所述供电系统控制单元接收到充放电枪未连接状态后，判断系统允许进行车载供电，所述供电系统控制单元通过CAN通讯，请求所述继电器控制模块断开继电器K1、K2，闭合继电器K3、K4；所述继电器控制模块反馈继电器状态正确后，进入步骤5；

步骤5，所述供电系统控制单元请求所述双向车载充电机的工作模式为车载供电模式，所述双向车载充电机响应放电系统控制器工作模式请求后，处于实际可放电状态，在其输出功率范围内，放电功率由负载决定。

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