CN203056608U - 一种非车载直流充电机与电动汽车通信的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种非车载直流充电机与电动汽车通信的系统，所述充电机和电动汽车均包括高速电力线载波通信模块，所述高速电力线载波通信模块包括位于所述充电机里的高速电力线载波通信模块A与位于所述电动汽车里的高速电力线载波通信模块B；所述高速电力线载波通信模块A一端与所述充电机控制装置连接，另一端与所述车辆插头中的连接端子A+和A-连接；所述高速电力线载波通信模块B一端与所述车辆控制装置连接，另一端与所述车辆插座中的连接端子A+和A-连接。本实用新型提供的一种非车载直流充电机与电动汽车通信的系统采用高速电力载波通信方式，通信速率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动汽车充电领域，具体涉及一种非车载直流充电机与电动汽车通信的系统。
背景技术
典型的电动汽车充电站主要包括供电系统、充电系统、监控系统、保护系统及土建等其他辅助设施。其中，充电站充电系统主要包括交流充电桩和非车载直流充电机，是充电站的核心设备。
电动汽车非车载直流充电机指的是一种安装在电动汽车车体外、将交流电能变换为直流电能并采用传导方式为电动汽车动力蓄电池充电的专用装置。为了安全可靠的实现充电，必须对整个充电过程进行实时控制，车辆控制装置指的是一种安装在电动汽车内，对电动汽车的运行、充电等进行全面监视控制的专业装置，其对充电过程的监控是一项重要的功能，是实现电动汽车能源补给的关键功能。电动汽车充电过程就是车辆控制装置通过电池管理模块，采集电池组信息，通过专门的控制算法，控制充电机对电池组进行充电的过程。因此车辆控制装置必须在整个充电过程中，实时的与充电机通信，调整充电机参数。目前，常用的通信方法主要有以下几种：
（1）CAN总线通信：本方法可以最高实现500kbps的通信速率，信号传输采用差分方式，可以实现较长距离通信。本方法主要缺点是通信速率比较低，需要专用的屏蔽通信电缆。
（2）RS422通信：本方法可以实现长距离通信，并可以全双工通信。本方法的缺点是通信速率很低，需要两对专用的屏蔽通信电缆。
（3）RS485通信：本方法可以实现长距离通信，但是通信速率很低，并且只能半双工通信，需要专用的屏蔽通信电缆。
（4）RS232通信：这种通信方法可以实现全双工通信，缺点是通信距离比较短，当充电机与电动汽车距离比较远时，可能影响通信质量，并且通信速率很低，需要专用的屏蔽通信电缆。
如图1所示为传统充电机与电动汽车部分连接关系框图，由图1可知，充电机包括车辆插头、整流模块和充电机控制装置，电动汽车包括车辆插座、电池组及电池管理单元和车辆控制装置，车辆插头和车辆插座包含9个连接端子，分别是DC+、DC-，直流充电的功率端子；PE，保护接地端子；S+、S-，专用的通信信号，可以是CAN、RS485或RS232等通信方式；CC1、CC2分别是车辆连接确认和充电机连接确认信号；A+、A-为充电机给车辆充电 控制系统部分供给工作电源的辅助电源线；当将非车载充电机的车辆插头与电动汽车的车辆插座连接以后，非车载直流充电机通过CC1检测到车辆已经连接，通过A+、A-给车辆控制装置供电，车辆控制装置开始工作，通过CC2检测到非车载充电机已经连接，车辆控制装置通过S+、S-发起与非车载充电机的通信连接，通信正常后，非车载直流充电机合上K1、K2，电动汽车合上K5、K6，非车载直流充电机根据车辆控制装置的控制参数，经过整流模块，在DC+、DC-上输出直流电源，对电动汽车电池组进行充电。
现有通信方法的局限性，限制了电动汽车充电机与车辆控制装置通信的整体性能，影响了电动汽车充电机的产业化推广应用。随着电动汽车充电需求的不断增长，急需改进或提出新的通信方法。
实用新型内容
本实用新型针对现有电动汽车非车载直流充电机与车辆控制装置通信存在的速率低，可靠性差，需要专用屏蔽通信电缆等缺点和不足，提供一种非车载直流充电机与电动汽车通信的系统，所述充电机包括相互连接的车辆插头和充电机控制装置，所述电动汽车包括电池组及电池管理单元、车辆插座和与车辆插座连接的车辆控制装置，所述充电机与所述充电连接器模块包含7个连接端子：DC+、DC-、PE、CC1、CC2、A+和A-，所述充电机和电动汽车均包括高速电力线载波通信模块，所述高速电力线载波通信模块包括位于所述充电机里的高速电力线载波通信模块A与位于所述电动汽车里的高速电力线载波通信模块B；
所述高速电力线载波通信模块A一端与所述充电机控制装置连接，另一端与所述车辆插头中的连接端子A+和A-连接；
所述高速电力线载波通信模块B一端与所述车辆控制装置连接，另一端与所述车辆插座中的连接端子A+和A-连接。
本实用新型的第一优选实施例中：所述充电机包括充电机控制装置、整流模块、车辆插头和高速电力线载波通信模块A；
所述充电机控制装置与所述整流模块通过CAN总线连接，与所述高速电力线载波通信模块A通过以太网连接。
本实用新型的第二优选实施例中：所述电动汽车包括车辆插座、高速电力线载波通信模块B、车辆控制装置和电池组及电池管理单元；
所述车辆控制装置与所述电池组及电池管理单元通过CAN总线连接，与所述高速电力线载波通信模块B通过以太网连接。
本实用新型的第三优选实施例中：所述高速电力线载波通信模块A和所述高速电力线载 波通信模块B分别通过耦合电路A和耦合电路B将信号耦合到所述车辆插头或所述车辆插座中的连接端子A+和A-上，所述车辆插头和所述车辆插座中的连接端子A+和A-连接后实现所述充电机与所述电动汽车的高速通信。
本实用新型的第四优选实施例中：所述耦合电路采用变压器耦合方式，所述高速电力线载波通信模块的输入和输出分别通过输入带通滤波器和输出带通滤波器后通过信号耦合变压器进行耦合；
所述耦合后的通信信号分别通过耦合电容与连接端子A+和A-连接，所述连接端子A+和A-之间连接有保护信号电路的双向TVS管。
本实用新型的第五优选实施例中：所述电动汽车为乘用车时，电源电压为12V，所述TVS管的额定电压选为18V；所述电动汽车为商用车时，电源电压为24V，所述TVS管的额定电压选为36V；
所述耦合电容的电容值为53PF；
所述信号耦合变压器的型号为5024-X096；
所述输入带通滤波器和输出带通滤波器的通带为2Mhz-28Mhz。
本实用新型的第六优选实施例中：所述高速电力载波通信模块包括依次连接的模拟前端电路、电力猫芯片、物理层芯片和RJ45接口；
所述电力猫芯片配置了一片SDRAM作为程序运行和存放数据的空间；
所述耦合电路与所述模拟前端电路连接，所述RJ45接口与所述充电机控制装置或车辆控制装置连接；
从耦合电路过来的信号经过所述模拟前端电路进行处理后与所述电力猫芯片接口，所述电力猫芯片通过所述RJ45接口通过以太网与所述车辆控制装置或充电机控制装置连接。
本实用新型的第七优选实施例中：所述模拟前端电路采用INT1400芯片；
所述电力猫芯片采用INT6400芯片，所述INT6400芯片采用OFDM调制模式，支持1024/256/64/16/8-QAM，QPSK，BPSK和ROBO多种调制模式，通信速率达200Mbps，同时INT6400为ARM926EJ-S32位RISC处理器，配置了一片SDRAM作为程序运行和存放数据的空间；
所述物理层芯片采用RTL8201芯片。
本实用新型提供的一种非车载直流充电机与电动汽车通信的系统的有益效果包括：
1、本实用新型提供的一种非车载直流充电机与电动汽车通信的系统，充电机和电动汽车均包括高速电力线载波通信模块，采用高速电力载波通信方式，通信速率高。
2、充电机和电动汽车包含的高速电力线载波通信模块均通过耦合电路将通信信号耦合到 连接端子A+和A-上进行通信，还可以将通信信号耦合到其他信号或电源线上传输，不需额外的通信电缆。
3、耦合电路采用TVS管保护，通过电容和变压器耦合的载波信号，并配置了带通滤波器，保证了通信的可靠性和安全性。
附图说明
图1为传统充电机与电动汽车部分连接关系框图；
图2为本实用新型提供的充电机与电动汽车部分连接关系框图；
图3为本实用新型提供的充电机原理框图；
图4为本实用新型提供的电动汽车的充电部分的原理框图；
图5为本实用新型提供的耦合电路的电路原理图；
图6为本实用新型提供的高速电力载波通信模块的内部原理款图及其与外部相连的结构示意图。
具体实施方式
非车载直流充电机为电动汽车动力蓄电池充电的专用装置，充电机包括相互连接的充电机控制装置和车辆插头，电动汽车包括电池组及电池管理单元、车辆插座和与车辆插座连接的车辆控制装置，车辆插座和车辆插头包含7个连接端子，分别是直流充电的功率端子DC+和DC-，保护接地端子PE，车辆连接确认和充电机连接确认信号CC1和CC2，充电机给充电汽车供给工作电源的辅助电源线连接端子A+、A-。当将充电机的车辆插头与电动汽车的车辆插座连接以后，充电机通过CC1检测到车辆已经连接，通过连接端子A+、A-给车辆控制装置供电，车辆控制装置开始工作，通过CC2检测到非车载充电机已经连接，车辆控制装置通过S+、S-发起与非车载充电机的通信连接，通信正常后，非车载直流充电机合上K1、K2，电动汽车合上K5、K6，非车载直流充电机根据车辆控制装置的控制参数，经过整流模块，在DC+、DC-上输出直流电源，对电动汽车电池组进行充电。
本实用新型提供的一种非车载直流充电机与电动汽车通信的系统，充电机与电动汽车部分连接关系框图如图2所示，由图2可知，充电机和电动汽车均包括高速电力线载波通信模块，该高速电力线载波通信模块包括位于充电机里的高速电力线载波通信模块A与位于电动汽车里的高速电力线载波通信模块B，充电机与电动汽车连接涉及到7个端子，分别是直流充电的功率端子DC+和DC-，保护接地端子PE车辆连接确认和充电机连接确认信号CC1和CC2，非车载直流充电机给车辆充电控制系统部分供给工作电源的辅助电源线连接端子A+和A-。
充电机通过CC1检测到车辆已经连接，通过连接端子A+、A-给车辆控制装置供电，车 辆控制装置开始工作，通过CC2检测到非车载充电机已经连接，车辆控制装置通过高速电力线载波通信模块，发起与非车载充电机的通信连接，充电机也通过电力线载波通信模块，与车辆控制装置建立连接，通信正常后，充电机合上K1、K2，电动汽车合上K5、K6，充电机根据车辆控制装置的控制参数，在DC+、DC-上输出直流电源，对电动汽车电池组进行充电。
如图3所示为本实用新型提供的充电机原理框图，由图3可知，充电机包括充电机控制装置、整流模块、高速电力线载波通信模块A和车辆插头。其中充电机控制装置与整流模块通过CAN总线连接，与高速电力线载波通信模块通过以太网连接，其主要功能是，通过高速电力线载波通信模块与电动汽车车辆控制装置连接，获得电动汽车充电的控制参数，将控制参数经过专业的算法分析，形成对整流模块的控制参数，将该参数传递给整流模块，使整流模块输出电动汽车充电需求的充电电压及电流。
如图4所示为本实用新型提供的电动汽车的充电部分的原理框图，由图4可知，电动汽车的充电部分包括车辆插座、高速电力线载波通信模块B、车辆控制装置和电池组及电池管理单元。车辆控制装置通过CAN总线与电池管理单元通信，获得电池组的状态，经过专用的算法计算，得到控制电动汽车充电机的控制参数，车辆控制装置通过以太网与高速电力线载波通信模块连接，将对非车载直流充电机的控制参数通过连接端子A+、A-传递到非车载充电机的高速电力线载波通信模块，控制非车载直流充电机输出需求的充电电压及电流。
充电机通过电力线载波通信模块A与车辆控制装置建立连接的方法为：
车辆控制装置通过所述高速电力线载波通信模块B将通信信号耦合到车辆插座的连接端子A+和A-上，通信信号传递到车辆插头中的连接端子A+和A-上后，将通信信号耦合到所述高速电力线载波通信模块A中。
高速电力线载波通信模块A和高速电力线载波通信模块B分别通过耦合电路A和耦合电路B进行耦合，耦合电路的电路原理图如图5所示，高速电力线载波通信模块的输入和输出分别通过Tx Band pass和Rx Band pass后通过信号耦合变压器T1或T2耦合到连接端子A+、A-上，连接端子A+和A-之间连接有TR1或TR2，TR1和TR2为保护信号电路的双向TVS管，由于连接端子A+、A-上的电源电压根据乘用车或商用车不同，分别为12V或24V，因此该TVS管可以选用额定电压为18V或36V的双向TVS管。耦合后的通信信号分别通过Cplc与连接端子A+和A-连接，Cplc为耦合电容，取53pf。信号耦合变压器T1和T2可以选用5024-X096等型号。Tx Band pass和Rx Band pass为输入输出信号滤波器，通带为2MHz-28MHz。
如图6所示为高速电力载波通信模块的内部原理框图及其与外部相连的结构示意图，由图6可知，该高速电力载波通信模块包括依次连接的模拟前端电路、电力猫芯片、物理层芯 片和RJ45接口；电力猫芯片配置了一片SDRAM作为程序运行和存放数据的空间；耦合电路与模拟前端电路连接，RJ45接口与充电机控制装置或车辆控制装置连接；
从耦合电路过来的信号经过模拟前端电路进行处理后与电力猫芯片接口，电力猫芯片通过RJ45接口采用以太网与述车辆控制装置或充电机控制装置连接。
模拟前端电路采用INT1400芯片；电力猫芯片采用INT6400芯片，INT6400芯片采用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术）调制模式，支持1024/256/64/16/8-QAM，QPSK,BPSK和ROBO等多种调制模式通信速率可达200Mbps，同时INT6400为ARM926EJ-S32位RISC处理器，配置了一片SDRAM作为程序运行和存放数据的空间；物理层芯片采用RTL8201。
以上虽然根据附图对本实用新型的实施例进行了详细说明，但不仅限于此具体实施方式，本领域的技术人员根据此具体技术方案进行的各种等同、变形处理，也在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种非车载直流充电机与电动汽车通信的系统，所述充电机包括相互连接的车辆插头和充电机控制装置，所述电动汽车包括电池组及电池管理单元、车辆插座和与车辆插座连接的车辆控制装置，所述车辆插头和车辆插座包含7个连接端子：DC+、DC-、PE、CC1、CC2、A+和A-，其特征在于，
所述充电机和电动汽车均包括高速电力线载波通信模块，所述高速电力线载波通信模块包括位于所述充电机里的高速电力线载波通信模块A与位于所述电动汽车里的高速电力线载波通信模块B；
所述高速电力线载波通信模块A一端与所述充电机控制装置连接，另一端与所述车辆插头中的连接端子A+和A-连接；
所述高速电力线载波通信模块B一端与所述车辆控制装置连接，另一端与所述车辆插座中的连接端子A+和A-连接。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述充电机包括充电机控制装置、整流模块、车辆插头和高速电力线载波通信模块A；
所述充电机控制装置与所述整流模块通过CAN总线连接，与所述高速电力线载波通信模块A通过以太网连接。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电动汽车包括车辆插座、高速电力线载波通信模块B、车辆控制装置和电池组及电池管理单元；
所述车辆控制装置与所述电池组及电池管理单元通过CAN总线连接，与所述高速电力线载波通信模块B通过以太网连接。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高速电力线载波通信模块A和所述高速电力线载波通信模块B分别通过耦合电路A和耦合电路B将信号耦合到所述车辆插头或所述车辆插座中的连接端子A+和A-上，所述车辆插头和所述车辆插座中的连接端子A+和A-连接后实现所述充电机与所述电动汽车的高速通信。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述耦合电路采用变压器耦合方式，所述高速电力线载波通信模块的输入和输出分别通过输入带通滤波器和输出带通滤波器后通过信号耦合变压器进行耦合；
所述耦合后的通信信号分别通过耦合电容与连接端子A+和A-连接，所述连接端子A+和A-之间连接有保护信号电路的双向TVS管。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述电动汽车为乘用车时，电源电压为12V，所述TVS管的额定电压选为18V；所述电动汽车为商用车时，电源电压为24V，所述TVS管的额定电压选为36V；
所述耦合电容的电容值为53PF；
所述信号耦合变压器的型号为5024-X096；
所述输入带通滤波器和输出带通滤波器的通带为2Mhz-28Mhz。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高速电力载波通信模块包括依次连接的模拟前端电路、电力猫芯片、物理层芯片和RJ45接口；
所述电力猫芯片配置了一片SDRAM作为程序运行和存放数据的空间；
所述耦合电路与所述模拟前端电路连接，所述RJ45接口与所述充电机控制装置或车辆控制装置连接；
从耦合电路过来的信号经过所述模拟前端电路进行处理后与所述电力猫芯片接口，所述电力猫芯片通过所述RJ45接口采用以太网与所述车辆控制装置或充电机控制装置连接。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述模拟前端电路采用INT1400芯片；
所述电力猫芯片采用INT6400芯片，所述INT6400芯片采用OFDM调制模式，支持1024/256/64/16/8-QAM，QPSK，BPSK和ROBO多种调制模式，通信速率达200Mbps，同时INT6400为ARM926EJ-S32位RISC处理器，配置了一片SDRAM作为程序运行和存放数据的空间；
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