CN202840644U - 一种充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种充电系统，包括：管理电池的电池管理系统、充电器、与电池管理系统电连接的插件母端；充电器包括：外壳、位于外壳上的插件公端、位于外壳内的第一整流单元、进行功率因素校正的PFC单元、将直流电进行逆变及谐振的逆变谐振单元、将逆变谐振单元输出的交流电整流为直流电的第二整流单元、及控制充电器的充电过程的充电控制单元，第二整流单元的输出端电连接插件公端，充电器还包括连接于第二整流单元的一输出端与插件公端的一引脚之间的用于控制充电器是否通过插件公端及插件母端接通电池的第一开关。本实用新型提供的充电系统能对电池单独充电，能实现电动车电池快换，使电动车使用更方便。

Description

一种充电系统

技术领域

本实用新型涉及充电领域，尤其涉及一种供锂电池充电的充电系统。 

背景技术

随着技术的发展，电动汽车取得了长足的进步，但是电动汽车的动力源相对脆弱，其成为电动车发展的瓶颈。锂电池具有能量密度和体积密度高、工作电压高、无记忆效应、自放电低又无环境污染等优点，故目前锂电池被广泛的用作电动汽车的动力源。 

电动车普遍存在的一个问题是使用时间过短，其主要是由于电动车里的电池使用时间较短，例如，在综合工况下，一般的电动叉车的使用时间为5~8小时。由于锂电池的特殊性，目前的锂电池电动车充电大多依靠整车，即不能对从电动车上拆下来的锂电池单独充电，即不能实现电池包的快换。所以，当电动车里的锂电池的电能用完后，为了满足电动车的使用需求，通常是需要频繁的给电动车整车充电或者频繁的用满电的电池包换下电量耗尽的电池包。如果是频繁的给电动车充电，电动车暂时不能使用，使其应用受到限制；如果是更换电池，则拆下来的电池又需要在其它地方充电，且操作比较麻烦，同时也会对电池造成浪费。所以，人们需要一种可以对电动车上拆下来的锂电池单独充电的充电系统。 

可以理解的是，本部分的陈述仅仅提供与本实用新型相关的背景信息，可能构成或不构成所谓的现有技术。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术中电动车的锂电池不能拆下来单独充电的缺陷，提供一种可以对拆下来的锂电池单独充电的充电系统。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种充电系统，其包括：管理电池的电池管理系统、给电池及电池管理系统供电的充电器、及与电池管理系统电连接的插件母端；充电器包括：外壳、位于外壳上与插件母端配合的插件公端、位于外壳内的用于将外部电源整流的第一整流单元、将第一整流单元输出的直流电进行功率因素校正的PFC单元、将PFC单元输出的直流电进行逆变及谐振的逆变谐振单元、将逆变谐振单元输出的交流电整流为直流电以给电池及电池管理系统供电的第二整流单元、及控制充电器的充电过程的充电控制单元，第二整流单元的输出端电连接所述插件公端，充电器还包括连接于第二整流单元的一输出端与插件公端的一引脚之间的用于控制充电器是否通过插件公端及插件母端接通电池的第一开关。 

本实用新型提供的充电系统中，所述逆变谐振单元包括全桥逆变模块及将全桥逆变模块逆变输出的交流电进行LLC谐振和降压的LLC谐振模块。 

本实用新型提供的充电系统中，还包括受控于所述充电控制单元的用于异常报警及显示充电状态的报警显示单元，报警显示单元位于所述外壳的外部。

本实用新型提供的充电系统中，还包括与第一整流单元的输入端相连的第二开关。

本实用新型提供的充电系统中，还包括用于检测电池上的电流的霍尔传感器，其同时与电池管理系统电连接。还包括连接于上述第二整流单元的一输出端与第一开关之间的保险丝。 

本实用新型提供的充电系统中，所述充电控制单元与电池管理系统之间通过 CAN 总线连接。

本实用新型提供的充电系统通过将电池及电池管理系统同时与插件母端相连，充电器上设置与插件母端对应的插件公端，同时充电器内通过第一整流单元、PFC单元、逆变谐振单元、及第二整流单元将市电转换为能对电池及电池管理系统供电的直流电，而且结合充电控制单元控制整个充电过程，使得第二整流单元输出的直流电通过插件公端及插件母端直接可对电池管理系统供电，当电池管理系统上电后，其可直接监管电池，当电池状态正常时，电池管理系统将电池的状态信息反馈给充电控制单元，进而由充电控制单元输出指令闭合第一开关，从而使第二整流单元可通过插件公端及插件母端对电池充电，进而实现了对拆下来的电池单独充电，故本实用新型提供的充电系统可实现电动车的电池快换。  

附图说明

图1是本实用新型提供的充电系统一优选实施例应用于锂电池充电的结构示意图； 

图2是本实用新型提供的充电系统一优选实施例中逆变谐振单元的电路原理图。   

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。 

参见图1及图2所示，本实用新型提供的充电系统主要用于需要电池管理系统管理的电池充电。由于锂电池需要电池管理系统，而车载的锂电池目前不能实现锂电池快换，本实用新型通过改进充电系统可实现电池快换。 

具体的，本实用新型提供的充电系统包括用于管理电池2的BMS 3( battery manage system,电池管理系统）、插件母端4、及充电器1。充电器1包括外壳，外壳外部设置有与插件母端4对应配合的插件公端16，外壳内部设置有用于将市电转换为能给电池及BMS 3提供直流电的一系列单元。更具体的，外壳内包括依次电连接的第一整流单元11、PFC（Power Factor Correction，功率因数校正）单元、逆变谐振单元13、及第二整流单元14，还包括控制充电器1充电过程的充电控制单元5及受控于充电控制单元的用于决定充电器1输出的电能能否给电池2充电的第一开关15。第一整流单元11用于将外部电源整流为直流电，电动车通常是通过市电插座充电，所以第一整流单元11主要用于将220V的市电整流为直流电；PFC单元12用于将第一整流单元11输出的直流电进行功率因素校正，以便提高充电系统的功率因素，同时，也符合国家对于电压转换标准的要求；进一步的，逆变谐振单元13用于将PFC单元12输出的直流电先逆变为交流电，再通过谐振使得输出的交流电的电压降低为适合电池2及BMS 3的电压值的同时能提高充电器1对外部电源的转化效率；然后，第二整流单元14将逆变谐振单元13输出的交流电整流，电动车上的电池2及BMS 3所需的电压通常为50-100V，由于第二整流单元14的输出端电连接插件公端16，即插件公端16为充电器1的输出端，故充电器1可输出适合的直流电以给电池2及BMS 3供电。同时，充电控制单元5与PFC单元12及逆变谐振单元13相连，以控制PFC 单元的功率因素校正及控制逆变谐振单元13的工作。而且，第一开关15的通断受控于充电控制单元5，其连接于第二整流单元14的一输出端与插件公端16的一引脚之间，以控制充电器1的输出端能否通过插件公端16及插件母端4接通电池2。 

逆变谐振单元13包括全桥逆变模块及LLC谐振模块，全桥逆变模块将PFC单元12输出的直流电逆变为交流电，LLC谐振模块用于将全桥逆变模块输出的交流电进行LLC谐振及降压，其比普通的谐振及降压具有更高的电压转换效率。全桥逆变模块及LLC谐振模块均为本领域技术人员熟知的现有技术，在此不再赘述。 

再次参见图2所示，其为逆变谐振单元13的一实施例，其通过四个IGBT管构成的全桥进行逆变，其逆变过程通过充电控制单元5输出的控制信号来控制，即充电控制单元5输出的驱动信号DRVA、DRVB、DRVC、和DRVD控制全桥逆变过程，然后，电感L03、电容C2、及变压器T05构成的LLC谐振模块对逆变后的交流电谐振及降压为较低的电压，以给电池2和BMS 3供电。整流单元、PFC单元12、及BMS 3均为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。充电控制单元5通过转换提供PFC单元12及逆变谐振单元13所需的驱动信号来控制功率因素校正过程及逆变谐振过程。充电控制单元5主要通过单片机结合程序实现。 

本实用新型提供的充电系统的充电原理如下：将需要充电的电池与插件母端电连接，并将插件公端与插件母端对接，当将充电器1接通外部电源后，例如市电作为外部电源，通过充电器1内的第一整流单元11、PFC单元12、逆变谐振单元13及第二整流单元14处理后，第二整流单元14即可输出50-100V的直流电。其中，整流及逆变谐振的过程由充电控制单元5控制。由于第二整流单元14的输出端直接连接插件公端16，而插件母端4直接连接BMS 3，故当插件公端16与插件母端4对接后，第二整流单元14的输出端直接连接BMS 3，以供BMS 3供电，当BMS 3上电后，BMS 3开始检测电池2的状态并将检测到的状态反馈给充电控制单元5，若充电控制单元5接收到电池2处于正常状态的信息，则充电控制单元5发出指令闭合第一开关15，所以第二整流单元14通过插件公端16及插件母端4直接接通电池2，以开始给电池2充电。同时，在电池2充电的过程中，BMS 3一直检测管理电池2的状态，例如充电电压、电流、温度等状态，充电控制单元5通过BMS 3反馈的电池2的状态控制充电过程，当电池2出现异常或者过充等状况时，充电控制单元5发出指令断开第一开关15，以停止充电。所以，本实用新型提供的充电系统可供需要BMS管理的电池充电，例如锂电池。当电动车电池用完后，直接将电池拆下与插件母端电连接，同时，将插件母端与插件公端对接即可实现锂电池充电，即实现电动车的电池快换。 

优选地，本实用新型提供的充电系统还包括位于充电器1外壳上的报警显示单元6，其与充电控制单元5的输出端相连，其将充电控制单元5接收到的BMS 3反馈来的电池2的充电状态显示出来，以供用户了解充电状态，例如充电电压、充电电流、充电温度、及充电时间等。同时，若充电控制单元5接收到BMS 3反馈来的信息表明电池2异常，则充电控制单元5发出指令驱动报警显示单元6进行报警，例如，通过LED和/或蜂鸣器进行声光报警。更优选地，第一整流单元11的输入端上连接有第二开关17，用于漏电保护和短路保护，即将充电器1接通到家用插座上后，通过控制用户控制第二开关17来决定是否启动充电器1对电池2充电，其具有更好的安全保障。为了更好的保护充电器1及电池2，充电系统还包括连接于上述第二整流单元14的一输出端与第一开关15之间的保险丝7，例如图1中的F1。而且，为了便于充电控制单元5与BMS 3之间高效快捷的进行信息交互，优选地，充电控制单元5与电池2管理系统之间通过 CAN (Controller Area Network, 控制器局域网络) 总线连接。BMS 3可检测管理电池2的充电电流，为了更好的采集电池2的充电电流，充电系统还包括用于检测电池2上的电流的霍尔传感器8，其同时与电池2管理系统电连接，从而霍尔传感器8将检测到的充电电流传输给BMS 3。优选地，霍尔传感器固定于电池上，以与电池形成一整体。优选地，上述第一开关15为接触器，例如图1中的K1，其能承受较高电压，且反应速度较快。 

优选地，电池与BMS可以设置为一整体，例如将BMS嵌入到电池上，成为一整体的电池包，以便于将两者一起从整车上拆下来充电。本实用新型提供的充电系统可以解决锂电池不能脱离整车充电的问题；其通过合理的设计充电器的输出功率，结合改进的充电器、插件公端及插件母端可以实现电池快换。采用更换电池的方式，使得电动车同时配两块电池就能持续不停的工作，从而解决了电动不能连续工作的问题。 

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种充电系统，其特征在于，包括：管理电池的电池管理系统、给电池及电池管理系统供电的充电器、及与电池管理系统电连接的插件母端；

充电器包括：外壳、位于外壳上与插件母端配合的插件公端、位于外壳内的用于将外部电源整流的第一整流单元、将第一整流单元输出的直流电进行功率因素校正的PFC单元、将PFC单元输出的直流电进行逆变及谐振的逆变谐振单元、将逆变谐振单元输出的交流电整流为直流电以给电池和电池管理系统供电的第二整流单元、及控制充电器的充电过程的充电控制单元，第二整流单元的输出端电连接所述插件公端，充电器还包括连接于第二整流单元的一输出端与插件公端的一引脚之间的用于控制充电器是否通过插件公端及插件母端接通电池的第一开关。

2.如权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述逆变谐振单元包括全桥逆变模块及将全桥逆变模块逆变输出的交流电进行LLC谐振和降压的LLC谐振模块。

3.如权利要求1所述的充电系统，其特征在于，还包括受控于所述充电控制单元的用于异常报警及显示充电状态的报警显示单元，报警显示单元位于所述外壳的外部。

4.如权利要求1所述的充电系统，其特征在于，还包括与第一整流单元的输入端相连的第二开关。

5.如权利要求1所述的充电系统，其特征在于，还包括用于检测电池上的电流的霍尔传感器，其同时与电池管理系统电连接。

6.如权利要求1所述的充电系统，其特征在于，还包括连接于上述第二整流单元的一输出端与第一开关之间的保险丝。

7.如权利要求1至6中任一项所述的充电系统，其特征在于，所述充电控制单元与电池管理系统之间通过 CAN 总线连接。

8.如权利要求1至6中任一项所述的充电系统，其特征在于，所述第一开关为接触器。

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