CN205670705U - 直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器，包括电池端电压模拟电路、降压功率转换电路、智能充电管理电路、通讯功能电路、电源管理电路、充电连接口检测和电池组升温驱动电路，降压功率转换电路与电池端电压模拟电路电通过开关与车载动力电池组的正负极电连接，电池端电源模拟电路、智能充电管理电路和电源管理电路通过VCC连接；通讯功能电路与车载BMS控制电路、国标充电桩的通讯CAN总线及智能手机等有线和/或无线通讯连接。本实用新型的低压电动车用智能快速充电转换器，能直接配接高电压的国标充电桩，智能充电，普遍适用低压电动车，能快速充电，解决电动车续航里程短的现实问题，成本低，充电效率高。

Description

直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器

技术领域

本实用新型涉及电动车充电技术领域，特别是涉及直接配接国标充电桩的电动车充电转换器。

背景技术

最新国标定义的充电桩（机）充电电压为400V，700V，1000V，其最低充电电压也有200V。未来，全国各地都将建设数量众多的充电桩（机），供电动汽车快速充电，同时扩展电动汽车的行驶距离。目前，国内电动车市场中占绝大多数的低速短途纯电动乘用车以及小型电动汽车，其驱动动力电池组的电压比较低，大多数为72V~180V之间。这样导致这些电动车不能应用国标充电桩（机）进行充电。为了解决这个问题，本专利提出一种全新的技术方案和方法，完美的解决了这个问题。该方法不仅适用电动（汽）车，其他种类的低压充电电动设备也可以采用该方法，从高压充电机直接充电。

实用新型内容

基于此，针对现有技术，本实用新型的所要解决的技术问题就是提供一种成本低、可快速充电、高效率、普遍适用的直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器 。

本实用新型的技术方案为：

一种直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器 ，包括电池端电压模拟电路、降压功率转换电路、智能充电管理电路、通讯功能电路、电源管理电路、充电连接口检测和电池组升温驱动电路，所述降压功率转换电路与所述电池端电压模拟电路电连接后，通过开关接触器与电动车的车载动力电池组的正负极电连接，所述电池端电源模拟电路、所述智能充电管理电路和所述电源管理电路通过VCC电源接入电连接；所述通讯功能电路与扩展设备的USB和WLAN、电动车的车载BMS控制电路、国标充电桩的通讯CAN总线进行有线通讯连接，与智能手机通过智能APP、蓝牙模块进行无线通讯连接；所述降压功率转换电路与所述国标充电桩的充电正负极电连接；所述电池端电压模拟电路与所述智能充电管理电路通过ON/OFF控制口进行电连接。

在其中一个实施例中，所述降压功率转换电路采用两相交错并联结构，所述两相交错并联结构中两电感结构为独立电感或耦合电感。

在其中一个实施例中，，所述电源管理电路采用所述国标充电桩和/或车载备用电池供电。

在其中一个实施例中，所述智能充电管理电路，根据所述车载动力电池组包括电池容量、温度和剩余容量的电池状态信息，控制所述降压功率转换电路给所述车载动力电池组充电，并记录所述国标充电桩充电包括电压、电流、电量中一种或多种信息。

在其中一个实施例中，所述电池组升温驱动电路通过电池加热器控制所述车载动力电池组充电设定工作温度。

在其中一个实施例中，所述通讯功能电路通过所述通讯CAN总线，与所述国标充电桩进行数据交换，与电动车控制器通讯获取所述国标充电桩需要的包括单节电池电压、单节电池容量、电池组电压、电池组容量、电路温度、最高允许充电电压、最高允许充电电流的电池组参数。

在其中一个实施例中，所述电源管理电路与所述国标充电桩的低压辅助供电电压和/或车载备用电池进行电连接，产生至少包括单片机、所述通讯功能电路需要的电源和隔离电源。

在其中一个实施例中，还至少包括风扇、继电器、接触器、状态检测的外围IO控制。

在其中一个实施例中，所所述降压功率转换电路采用高压碳化硅半导体器件。

相对现有技术，本实用新型的直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器，具有如下技术效果：

1）、适用面广，任意电池电压都可以被模拟器模拟出来，所以各种电压等级供电的电池都可以使用本专利技术，来使用国标充电桩（机）进行充电。

2）、效率高，该变换器的大功率降压功率变换部分电路，采用2相交错并联结构，每相电压电流应力小，损耗也减小。另外，采用最新的高压碳化硅半导体器件，没有反向恢复损耗，进一步提高效率，可达到95%以上。

3）、体积小，由于采用2相交错并联技术，同时采用了高压碳化硅器件，工作频率可以提高到100kHz以上，减小了磁性元件和滤波元件的体积。

4）、重量轻，由于采用了高频、高效的电路拓扑，磁集成技术设计的新型耦合电感，不仅减小功率元件体积小，而且进一步减小了散热器的体积和重量。

5）、自动被充电桩（机）识别，采用CAN接口和标准充电通讯协议，装配该转换器的低压电池供电电动车，可以在全国各地的充电桩（机）自由充电，从而让低压电池供电的电动车具有更广阔的适用性。

6）、智能，采用蓝牙技术，用户可以方便的通过智能终端APP，随时知道设备工作状态和电池充电情况，随心设置充电、报警参数，控制设备工作。设备也可及时向APP发送提示信息，及警示。

7）、给动力电池组升温保温，当环境温度很低时，可以自动加热车载动力电池组，至合适的温度再充电。充电完成后，还可启动保温，维持电池组电容量，增加续航里程。

附图说明

图1为本实用新型的低压电动车用智能快速充电转换器基本系统功能框图；

图2为本实用新型的低压电动车用智能快速充电转换器的充电管理及通讯框图；

图3为本实用新型的低压电动车用智能快速充电转换器的电源管理框图；

图4为本实用新型的低压电动车用智能快速充电转换器的交错并联结构的实施例1的拓扑图；

图5为为本实用新型的低压电动车用智能快速充电转换器的交错并联结构的实施例2的拓扑图。

具体实施方式

下面参考附图并结合实施例对本实用新型进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下各实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1给出了本实用新型的直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器的基本系统功能框图，由图可知，该直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器，包括电池端电压模拟电路、降压功率转换电路、智能充电管理电路、通讯功能电路、电源管理电路、充电连接口检测和电池组升温驱动电路，其中，降压功率转换电路与电池端电压模拟电路电连接后，通过开关接触器K、K2与电动车的车载动力电池组的正负极DC+、DC-电连接，电池端电源模拟电路、智能充电管理电路和电源管理电路通过VCC电源接入电连接；通讯功能电路与扩展设备的USB和WLAN等接口、电动车的车载BMS控制电路、国标充电桩的通讯CAN总线进行有线通讯连接，与智能手机通过智能APP、蓝牙模块进行无线通讯连接；降压功率转换电路与国标充电桩的充电正负极DC+、DC-电电连接；电池端电压模拟电路与智能充电管理电路通过ON/OFF控制口进行电连接。

每一部分功能电路描述如下：

A、电池端电压模拟电路，其作用是把低压动力电池组的电压，升压至需要的设定高电压，该电压用来模拟高压电池组的端电压，供充电桩检测用。这里输出设定高电压数值可以根据具体情况调整，统一由充电管理模块给定配置。有一个ON/OFF控制口(电池端电压模拟器开关)，充电管理模块根据情况，可以启动/关闭该部分电路。

B、降压功率转换电路，其作用是把充电桩输出的高电压大电流，转换成车载低压动力电池所需要的充电电压/电流。从而实现，实际给车载低压动力电池充电的电流、电压完全按照厂家给出参数进行，既能快速给电池充电，又不会损坏电池。这样就达到了，让采用低压电池组供电的电动车完全可以利用国标充电桩快速充电的目的。这部分电路是该转换器的核心。由于快速充电电流要求达到数百安陪，通常该变换器的输出功率很大（几~几十kW），要求效率高，才能节能。采用高性能碳化硅器件和合理的电路拓扑，并优化参数，效率可以达到95%以上。提供参数检测，例如：输入电压、电流，输出电压、电流，温度等。还有多种保护，如过压、过流、过温等等。

C、智能充电管理电路，根据动力电池组实际情况（电池容量、温度、剩余容量），选择最优充电曲线，控制降压功率转换器把充电桩输出能源转换成适合车载动力电池组的充电电压、电流，实现快速充电，同时检测并记录充电桩充电时的电压、电流、电量等信息。给功率转换器提供保护。其他辅助功能，控制接触器K1、K2通断，充电接口是否可靠接好，控制电池端电压模拟器等等。

D、电池组升温驱动电路，当车载动力电池处于低温环境下，例如零下10摄氏度，其电容量会大幅衰减，同时也很难接受充给的电能。所以在低温情况下，充电前，就需要启动升温驱动器来使电池加热器工作，给电池组加热升温。当温度传感器检测到电池组温度升到合适的数值，停止电池组升温驱动器，然后在进行正常充电程序。充电完成后，如果需要，还可以启动保温功能，电池组升温驱动器间歇工作，维持电池组温度在一定数值。这样可以增加电动车的续航里程。

E、通讯功能电路，a）CAN通讯口实现对外与充电桩进行数据交换，b）通讯口对内与电池管理系统或者电动车控制器通讯获取充电桩需要的电池组参数/命令信息。例如，单节电池电压，容量，电池组电压，容量，温度，允许的最高电压，电流等。这里通讯电路上可以根据实际应用需求，采用多种形式，例如：CAN，RS-485，RS-232，USB，甚至蓝牙等无线通讯介质。C）蓝牙接口，用于和智能终端APP客户端通讯。用户可以方便的观察设备工作状态，随时设置参数，控制设备工作状态。D）另外还有一个通讯扩展口，可以用来诊断，同时可以扩展蓝牙/WLAN/GPRS/4G等通讯模块，实现远距离遥控、诊断。

F、电源管理电路，可以同时利用充电桩的低压辅助电源(或者车载备用电池)供电，并产生单片机、通讯、控制电路所需要的多路电源，甚至是隔离电源。

本实用新型的直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器的充电工作过程如下：

当国标充电桩插入转换器的充电座，充电桩确认连接可靠，即用辅助电源给转换器供电。这样系统电源开始工作，中央控制器初始化，完成后首先确认CC1信号并和车载BMS或者控制器通讯，获取电池信息，同时给出指令，接触器K1 和K2闭合。高压电池端电压模拟器电路工作，待输出电压达到设定高电压数值。相当于对外是一组高电压动力电池。这当中，一旦充电桩给出握手命令，中央控制器立即回应充电桩，建立通讯链路，并给出模拟高压动力电池组需要的电池电压、电流等信息。

当国标充电桩开始充电，转换管理器立即启动降压功率转换电路，开始大功率恒流充电，同时停止高压电池端电压模拟器。这当中，是无缝切换。实际给车载低压动力电池充电的电流、电压完全按照厂家给出参数进行。直到电池端电压达到充满截止电压（加上温度补偿），停止充电。或者根据客户需要的充电时间，如2小时，停止充电。并通知充电桩充电完成，发相应报文，结束本次充电。

在工作过程中，需要控制风扇散热，如果过热需要减小输出功率，或者停止输出。还有过压，过流等其他保护信号处理程序。

图2给出了充电管理及通讯框图，充电管理和通讯功能主要由单片机或者DSP、ARM架构嵌入式微处理器，通过编写程序实现智能自动工作。根据电池组实际情况，可以实时调整充电曲线。其中，微处理也可以采用CPLD或者FPGA等可编程芯片来替代，提高实时控制性能。

图3为电源管理框图，设备本身系统电源需求，可以同时采用充电桩或者车载备用电池供电，其中一路供电不足，另一路无缝补充。

图4和图5分别为交错并联结构的2种拓扑图，降压功率转换电路采用2相交错并联结构，可以采用两种不同拓扑结构。两相交错并联结构中有两个电感L1、L2，图4中的电感L1、L2可以为独立电感，图5中的电感两感L1、L2为耦合电感。

从上面可知，本实用新型的直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器，具有如下技术效果:

1）、适用面广，任意电池电压都可以被模拟器模拟出来，所以各种电压等级供电的电池都可以使用本专利技术，来使用国标充电桩（机）进行充电。

2）、效率高，该变换器的大功率降压功率变换部分电路，采用2相交错并联结构，每相电压电流应力小，损耗也减小。另外，采用最新的高压碳化硅半导体器件，没有反向恢复损耗，进一步提高效率，可达到95%以上。

3）、体积小，由于采用2相交错并联技术，同时采用了高压碳化硅器件，工作频率可以提高到100kHz以上，减小了磁性元件和滤波元件的体积。

4）、重量轻，由于采用了高频、高效的电路拓扑，磁集成技术设计的新型耦合电感，不仅减小功率元件体积小，而且进一步减小了散热器的体积和重量。

5）、自动被充电桩（机）识别，采用CAN接口和标准充电通讯协议，装配该转换器的低压电池供电电动车，可以在全国各地的充电桩（机）自由充电，从而让低压电池供电的电动车具有更广阔的适用性。

6）、智能，采用蓝牙技术，用户可以方便的通过智能终端APP，随时知道设备工作状态和电池充电情况，随心设置充电、报警参数，控制设备工作。设备也可及时向APP发送提示信息，及警示。

7）、给动力电池组升温保温，当环境温度很低时，可以自动加热车载动力电池组，至合适的温度再充电。充电完成后，还可启动保温，维持电池组电容量，增加续航里程。。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器 ，其特征在于，包括电池端电压模拟电路、降压功率转换电路、智能充电管理电路、通讯功能电路、电源管理电路、充电连接口检测和电池组升温驱动电路，所述降压功率转换电路与所述电池端电压模拟电路电连接后，通过开关接触器与电动车的车载动力电池组的正负极电连接，所述电池端电源模拟电路、所述智能充电管理电路和所述电源管理电路通过VCC电源接入电连接；所述通讯功能电路与扩展设备的USB和WLAN、电动车的车载BMS控制电路、国标充电桩的通讯CAN总线进行有线通讯连接，与智能手机通过智能APP、蓝牙模块进行无线通讯连接；所述降压功率转换电路与所述国标充电桩的充电正负极电连接；所述电池端电压模拟电路与所述智能充电管理电路通过ON/OFF控制口进行电连接。

2.根据权利要求1所述的直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器 ，其特征在于，所述降压功率转换电路采用两相交错并联结构，所述两相交错并联结构中两电感结构为独立电感或耦合电感。

3.根据权利要求1所述的直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器 ，其特征在于，所述电源管理电路采用所述国标充电桩和/或车载备用电池供电。

4.根据权利要求1所述的直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器 ，其特征在于，所述智能充电管理电路，根据所述车载动力电池组包括电池容量、温度和剩余容量的电池状态信息，控制所述降压功率转换电路给所述车载动力电池组充电，并记录所述国标充电桩充电包括电压、电流、电量中一种或多种信息。

5.根据权利要求1所述的直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器 ，其特征在于，所述电池组升温驱动电路通过电池加热器控制所述车载动力电池组充电设定工作温度。

6.根据权利要求1所述的直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器 ，其特征在于，所述通讯功能电路通过所述通讯CAN总线，与所述国标充电桩进行数据交换，与电动车控制器通讯获取所述国标充电桩需要的包括单节电池电压、单节电池容量、电池组电压、电池组容量、电路温度、最高允许充电电压、最高允许充电电流的电池组参数。

7.根据权利要求1所述的直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器 ，其特征在于，所述电源管理电路与所述国标充电桩的低压辅助供电电压和/或车载备用电池进行电连接，产生至少包括单片机、所述通讯功能电路需要的电源和隔离电源。

8.根据权利要求1所述的直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器 ，其特征在于，还至少包括风扇、继电器、接触器、状态检测的外围IO控制。

9.根据权利要求1～8任一项所述的直接配接国标充电桩的低压电动车用智能快速充电转换器 ，其特征在于，所述降压功率转换电路采用高压碳化硅半导体器件。