CN212827968U - 一种电动汽车电压转换控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车电压转换控制系统，所述系统包括三电压转换器，所述三电压转换器用于分别控制启动电池、储能电池以及交流市电之间的充放电进程；所述三电压转换器设有用于连接启动电池的接口一、用于连接储能电池的接口二以及用于连接市电插头的接口三。本实用新型的优点在于：通过设计的三电压转换器与车内的各电压部件之间的连接实现车内启动电池、储能电池、交流市电三种电压之间的转换，实现车内的能量转换以及互补，提高车辆的用电效率。

Description

一种电动汽车电压转换控制系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车充电领域，特别涉及一种电动汽车电压转换控制系统。

背景技术

汽车车内包含多种电压的转换利用，主要包括12V启动电池、24(48)V储能电池、以及交流220V等，在车辆运行时，需要对各个电压进行协调控制以及充放电控制，以满足汽车的运行需求。目前市面上常见的车内电压转换较为简单，且没有系统的设计三种电压之间的相互转换以满足整车用电需求。而且现有技术的并没有三者之间的相互转换以及充电的设计，特别是在改装车辆上；而且现有技术中的电能之间的转移仅仅是交流市电为启动电池、储能电池充电，无法做到三种电压之间的根据需求的自动转换，无法实现三种电压之间相互自由转换进行能量互补。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电动汽车电压转换控制系统，用于实现车内启动电池、储能电池、交流市电三种电压之间的转换，实现车内的能量转换以及互补，提高车辆的用电效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种电动汽车电压转换控制系统，所述系统包括三电压转换器，所述三电压转换器用于分别控制启动电池、储能电池以及交流市电之间的充放电进程。

所述三电压转换器设有用于连接启动电池的接口一、用于连接储能电池的接口二以及用于连接市电插头的接口三。

所述三电压转换器分别连接车辆状态检测模块、启动电池电压检测模块、储能电池电压检测模块；所述三电压转换器在检测到车辆启动或行驶时，通过检测启动电池、储能电池的电压来控制启动电池对储能电池的充电开启与关闭。

所述三电压转换器还包括220V电压输出接口，所述三电压转换器用于根据控制信号开启220V电压输出接口，所述三电压转换器用于控制储能电池输出电压转换成220V交流电。

所述三电压转换器在接收到市电AC220V电源通过接口三进入三电压转换器后，所述三电压转换器检测启动电池、储能电池的电压并根据电压控制是否为启动电池以及储能电池供电。

所述三电压转换器包括主控芯片、第一控制开关、第一充电电路，所述第一控制开关与第一充电电路串联后分别通过接口一、接口二连接启动电池、储能电池，所述主控芯片输出端分别连接充电电路的控制端以及第一控制开关，用于分别控制第一充电电路的启动以及第一控制开关的开启关闭；所述主控芯片分别连接电压传感器，所述电压传感器分别检测储能电池、启动电池的电压数据。

所述三电压转换器还包括逆变电路、逆变电路开关，所述逆变电路与逆变电路开关串联后分别连接接口一以及220V电压输出接口，所述主控芯片的输出端分别连接至逆变电路的控制端以及逆变电路开关的控制端，所述主控芯片的输入端连接220V电源控制开关，用于根据220V电源控制开关的开关信号来分别控制逆变电路的工作与否以及逆变电路开关的关断。

所述三电压转换器还包括交流供电开关，所述交流供电开关一端连接至接口三，另一端连接至220V电压输出接口，所述主控芯片输出端连接至交流供电开关，用于控制交流供电开关的开启与闭合。

所述三电压转换器还包括用于连接接口三与接口一的第二充电支路以及用于连接接口三与接口二的第三充电支路，所述第二充电支路、第三充电支路用于在接口三接入交流市电后将交流电转换后分别为启动电池、储能电池充电，所述主控芯片的输出端分别连接第二充电支路、第三充电支路以控制其工作。

所述主控芯片根据储能电池、启动电池的端电压判断储能电池、启动电池对应的SOC状态，并根据SOC状态进行充电控制。

本实用新型的优点在于：实现车内启动电池、储能电池、交流市电三种电压之间的转换，实现车内的能量转换以及互补，提高车辆的用电效率；结构简单科学，可以最大限度的实现三者之间的电源能量转换，从而实现能量互补。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明电压转换控制系统中三电压转换器的示意图；

图2为本发明三电压转换器的内部结构示意图。

上述图中的标记均为：1.ACC开关；2.启动电池；3.储能电池；4.AC220V电源控制开关；5.三种电压自由转换逆变器；6.防水插头。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明是将汽车启动电池通过三种电压自由转换逆变器转给储能电池充电以达到给相应用电设备提供电源的要求，同时可将储能电池通过三种电压自由转换逆变器转换为AC220电压以达到给AC220V用电设备提供电源的要求；驻车时，可接通AC220V市电直接给AC220V用电设备提供电源，同时也可通过三种电压自由转换逆变器给储能电池和汽车启动电池充电，实现能量互补。

如图1所示，为本申请的三种电压自由转换逆变器(以下简称三电压转换器)的外部接口与外部设备的连接示意图；三电压转换器用于分别控制启动电池、储能电池以及交流市电之间的充放电进程。其具体连接关系包括：三电压转换器设有用于连接启动电池的接口一、用于连接储能电池的接口二、用于连接市电插头的接口三以及用于连接车内高压用电器的220V电压输出接口，三电压转换器上还设置用于连接ACC开关的ACC开关接口、用于连接220V电源控制开关的220V开关电源接口，另外设置多个通信接口(图中未给出)。三电压转换器分别连接车辆状态检测模块、启动电池电压检测模块、储能电池电压检测模块；车辆状态检测模块可以是通过通讯接口连接至CAN总线获取车辆发动机控制器、BCM等信号来获取也可以是连接根据ACC开关获取ACC开关信号来获取车辆形式状态。启动电池电压检测模块、储能电池电压检测模块分别采用两个电压传感器来实现，用于获取对应的电池的电压信号。电压传感器可以直接设置在内部，然后检测与启动电池连接的接口一、接口二处的电压就可以表示出启动电池的电压以及储能电池的电压。三电压转换器在检测到车辆启动或行驶时，通过检测启动电池、储能电池的电压来控制启动电池对储能电池的充电开启与关闭。三电压转换器用于根据220V电源控制开关的开关信号开启220V电压输出接口，三电压转换器用于控制储能电池输出电压转换成220V交流电后经交流输出接口输出至车内的高压用电器。

三电压转换器在接收到市电AC220V电源通过接口三进入三电压转换器后，三电压转换器检测启动电池、储能电池的电压并根据电压控制是否为启动电池以及储能电池供电。同时根据220V电源控制开关的开关信号控制交流市电为车内高压用电器供电。

如图2所示，为三电压转换器内部电路结构示意图，包括主控芯片、第一控制开关、第一充电电路，主控芯片用于整个三电压转换器的控制及数据采集等，其采用常见控制器开发实现如51单片机等。第一控制开关主要用于控制电路的导通与否，采用继电器或接触器来实现；第一充电电路主要是实现启动电池为储能电池的充电，采用常见的充电电路来实现，包括升压、稳压等电路组成或采用现有集成式充电电路模块来实现。其具体连接结构为：第一控制开关与第一充电电路串联后分别通过接口一、接口二连接启动电池、储能电池，由于接口一、接口二可以采用插拔式接口，其用于实现三电压转换器外部电池与内部的电路的连接，主控芯片输出端分别连接充电电路的控制端以及第一控制开关，用于分别控制第一充电电路的启动以及第一控制开关的开启关闭；第一充电电路可以采用充电芯片来实现，通过主控芯片来控制其工作；第一控制开关用于根据主控芯片的控制来断开以及闭合，从而使得启动电池可以为储能电池充电。

主控芯片连接电压传感器，电压传感器分别检测储能电池、启动电池的电压数据。电压传感器可以外置在三电压转换器外通过通信接口连接内部的主控芯片，也可以直接设置在三电压转换器中，通过接口一、二来检测与接口一、二连接的启动电池、储能电池的电压。

三电压转换器还包括逆变电路、逆变电路开关，逆变电路与逆变电路开关串联后分别连接接口一以及220V电压输出接口，主控芯片的输出端分别连接至逆变电路的控制端以及逆变电路开关的控制端，主控芯片的输入端连接220V电源控制开关，用于根据220V电源控制开关的开关信号来分别控制逆变电路的工作与否以及逆变电路开关的关断。逆变电路采用桥式逆变器将直流转换成交流后为车载用电器供电，逆变电路开关采用接触器来实现回路的导通。通过获取的220V电源控制开关的开关信号来控制逆变电路开关的开启以及逆变电路的工作，从而实现根据开关控制为车载用电器供电。

三电压转换器还包括交流供电开关，交流供电开关一端连接至接口三，另一端连接至220V电压输出接口，主控芯片输出端连接至交流供电开关，用于控制交流供电开关的开启与闭合。交流供电开关采用交流接触器来实现控制回路导通。在交流市电接入接口三后，交流电经交流供电开关后在经过220V电源输出接口输出至车载用电器，从而实现当市电为车辆充电时通过220V交流电根据需要直接为车内高压电器供电。而且其控制根据AC220V电源控制开关来进行，当市电通过充电插头经接口三输入至三电压转换器后，通过检测的AC220V电源控制开关的闭合状态来控制。

进一步地，三电压转换器还包括用于连接接口三与接口一的第二充电支路以及用于连接接口三与接口二的第三充电支路，第二充电支路、第三充电支路用于在接口三接入交流市电后将交流电转换后分别为启动电池、储能电池充电，主控芯片的输出端分别连接第二充电支路、第三充电支路以控制其工作。第二充电支路包括第二充电电路和第二控制开关，第三充电支路包括第三充电电路和第三控制开关，第二、第二控制开关均采用接触器来实现，第二、第三充电电路均分别包括整流电路、稳压电路，将交流电整流稳压后为启动电池或储能电池供电。在驻车时，接口三通过外接的防水插座连接市电后，主控芯片通过储能电池的电压、启动电池的端电压判断其是否需要充电，当需要充电后，主控芯片的输出端分别连接第二控制开关、第三控制开关，分别控制第二控制开关、第三控制开关闭合。220V市电经第第二充电支路后送入到启动电池、经第三充电支路送入到储能电池，从而为储能电池、启动电池分别充电。

本申请中，主控芯片根据储能电池、启动电池的端电压判断储能电池、启动电池对应的SOC状态，并根端电压进行充电控制，当端电压达到充满对应的电压时，此时会停止通电，从而做到保护，同时在启动电池为储能电池充电时，当启动电池电压低于设定值时，停止通电进程，保护启动电池的电量。

如图1、2所示，汽车ACC开关打开或车辆行驶时(获取开关信号或者三转换控制器的主控芯片通过通讯接口连接至整车CAN网络获取发动机状态信号来判断车辆形式状态)，三种电压自由转换器接收到信号，主动检测汽车DC12V启动电池的电压，若汽车DC12V启动电池电压大于11V(可通过三种电压自由转换逆变器对汽车启动电池保护电压进行程序写入，一般保护电压写入为11V)时，汽车DC12V启动电池会主动给DC48V储能电池(3)充电直至DC12V启动电池电压小于等于11V或DC48V储能电池充满(可通过三种电压自由转换逆变器对储能电池充满电压进行程序写入，防止过充损伤电池)时，三种电压自由转换逆变器会主动对DC48V储能电池进行停充(其控制方式为三电压转换器的主控芯片输出控制信号至第一控制开关，通过该开关来控制充电的启停)；

若三种电压自由转换逆变器检测到汽车DC12V启动电池电压小于等于11V时，三种电压自由转换逆变器不会给DC48V储能电池充电，起到保护汽车DC12V启动电池的作用。三种电压自由转换逆变器通过电压传感器或电压检测电路来获取对应的电池的端电压信号。

DC48V储能电池可提供DC48V电源给DC48V用电设备供电，若需要AC220V电源，可同时打开AC220V电源控制开关，此时DC48V储能电池通过三种电压自由转换逆变器主动转换成AC220V电压输出(主控芯片控制内部的逆变电路开关闭合来实现48V储能电池通过逆变器的方式输出交流电)，给AC220V用电设备提供电源，当三种电压自由转换逆变器检测到DC48V储能电池低于45V(可通过三种电压自由转换逆变器对储能电池保护电压进行程序写入，一般保护电压写入为45V)时，三种电压自由转换逆变器主动切断AC220V电压输出，保护DC48V储能电池。

驻车时，将防水插头(该插头通过接口三接入三电压转换器内部)插入市电AC220V电源，三种电压自由转换逆变器接收到市电AC220V电源输入后，通过三种电压自由转换逆变器AC220V输出端给AC220V用电设备提供电源，同时会主动检测DC12V启动电池电压和DC48V储能电池电压是否处于满电状态，若不是满电状态，三种电压自由转换逆变器会主动给汽车DC12V启动电池和DC48V储能电池充电，直至充满并主动停充，防止过充损伤电池。

汽车ACC开关打开或车辆行驶时，三种电压自由转换逆变器接收到信号，主动检测汽车DC12V启动电池电压情况，决定是否主动给DC48V储能电池充电和停充；若需要AC220V电源，打开AC220V电源控制开关，DC48V储能电池通过三种电压自由转换逆变器内部的电路主动转换成AC220V电压输出，给AC220V用电设备提供电源，同时主动检测DC48V储能电池电压状态，保护DC48V储能电池；驻车时，将防水插头插入市电AC220V电源，三种电压自由转换逆变器接收到市电AC220V电源输入信号后，会主动检测DC12V启动电池和DC48V储能电池电压状态并予以充电，直至充满并主动停充，防止过充损伤电池。通过以上方案可实现DC12V电压、DC48V电压和AC220V电压之间相互自由转换，实现能量互补，给车辆提供三种不同电压供电需求，节约设备占用空间，提高转换效率。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动汽车电压转换控制系统，其特征在于：所述系统包括三电压转换器，所述三电压转换器用于分别控制启动电池、储能电池以及交流市电之间的充放电进程；所述三电压转换器设有用于连接启动电池的接口一、用于连接储能电池的接口二以及用于连接市电插头的接口三。

2.如权利要求1所述的一种电动汽车电压转换控制系统，其特征在于：所述三电压转换器分别连接车辆状态检测模块、启动电池电压检测模块、储能电池电压检测模块。

3.如权利要求1或2所述的一种电动汽车电压转换控制系统，其特征在于：所述三电压转换器还包括220V电压输出接口，所述三电压转换器用于根据控制信号开启220V电压输出接口，所述三电压转换器用于控制储能电池输出电压转换成220V交流电。

4.如权利要求1或2所述的一种电动汽车电压转换控制系统，其特征在于：所述三电压转换器在接收到市电AC220V电源通过接口三进入三电压转换器后，所述三电压转换器检测启动电池、储能电池的电压并根据电压控制是否为启动电池以及储能电池供电。

5.如权利要求1或2所述的一种电动汽车电压转换控制系统，其特征在于：所述三电压转换器包括主控芯片、第一控制开关、第一充电电路，所述第一控制开关与第一充电电路串联后分别通过接口一、接口二连接启动电池、储能电池，所述主控芯片输出端分别连接充电电路的控制端以及第一控制开关，用于分别控制第一充电电路的启动以及第一控制开关的开启关闭；所述主控芯片连接电压传感器，所述电压传感器分别检测储能电池、启动电池的电压数据。

6.如权利要求5所述的一种电动汽车电压转换控制系统，其特征在于：所述三电压转换器还包括逆变电路、逆变电路开关，所述逆变电路与逆变电路开关串联后分别连接接口一以及220V电压输出接口，所述主控芯片的输出端分别连接至逆变电路的控制端以及逆变电路开关的控制端，所述主控芯片的输入端连接220V电源控制开关，用于根据220V电源控制开关的开关信号来分别控制逆变电路的工作与否以及逆变电路开关的关断。

7.如权利要求6所述的一种电动汽车电压转换控制系统，其特征在于：所述三电压转换器还包括交流供电开关，所述交流供电开关一端连接至接口三，另一端连接至220V电压输出接口，所述主控芯片输出端连接至交流供电开关，用于控制交流供电开关的开启与闭合。

8.如权利要求7所述的一种电动汽车电压转换控制系统，其特征在于：所述三电压转换器还包括用于连接接口三与接口一的第二充电支路以及用于连接接口三与接口二的第三充电支路，所述第二充电支路、第三充电支路用于在接口三接入交流市电后将交流电转换后分别为启动电池、储能电池充电，所述主控芯片的输出端分别连接第二充电支路、第三充电支路以控制其工作。

9.如权利要求5所述的一种电动汽车电压转换控制系统，其特征在于：所述主控芯片根据储能电池、启动电池的端电压判断储能电池、启动电池对应的SOC状态，并根据SOC状态进行充电控制。

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