CN217007496U - 一种电动汽车用车载充电机的回馈型节能老化测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电动汽车传导充电装置老化测试技术领域，公开了一种电动汽车用车载充电机的回馈型节能老化测试系统，针对目前车载充电机厂家广泛使用的老化测试系统架构中所存在的缺陷，通过在老化测试系统架构中引入储能电池包作为能量载体，将车载充电机的输出能量实时储存在储能电池包中，然后利用储能电池包将能量回馈到车载充电机的输入端，替代220Vac交流市电供电，形成电能自循环回馈路径，有效解决了现有老化测试系统电力资源浪费大、电力成本高的弊端，起到了节能降耗的目的，具有较高的推广应用价值。

Description

一种电动汽车用车载充电机的回馈型节能老化测试系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车传导充电装置老化测试技术领域，特别涉及一种电动汽车用车载充电机的回馈型节能老化测试系统。

背景技术

近年来，随着电动汽车的日益普及，国家对电动汽车的补贴政策逐步转向支持充电基础设施建设和运营等环节，充电形式、充电方法、充电时间以及充电效率也已经成为用户的重要关切。

目前，电动汽车的充电形式主要有两种：慢充和快充，对应的充电机可以分为车载充电系统和非车载充电系统。车载充电系统安装在车辆内部，具有体积小、冷却和封闭性好、重量轻等特点。非车载充电系统安装在电动汽车外部，具有功率大、使用范围广等优点，但体积大，不易移动，主要用于电动汽车的快速充电。按照车载传导充电国标《GB/T18487.1—2015电动汽车传导充电系统—第1部分：通用要求》的定义，车载充电机(OBC)是指固定安装在电动汽车上，将公共电网的电能变换为车载储能装置所要求的直流电，并给车载储能装置充电的设备。对于多数电动汽车用户来说，以家和公司作为目的地进行充电是更常用，也是更理想的充电方式，这样可以免去频繁跑直流充电站的烦恼，而车载充电机是完成将交流电转换为动力电池所需的直流电，并决定充电功率和效率的关键部件，所以车载充电机技术的进步和用户充电体验有着非常大的关系。

车载充电机作为电动汽车系统总成的关键零部件及能量转换系统的重要组成部分，国家相关部门和汽车行业对其在安全规范、电磁兼容、环境适应性和功能性指标等方面都有严格的要求，如果没有授权的第三方检测机构出具合格报告，整车也无法完成上公告流程。现阶段，欣锐科技、比亚迪、铁城信息等各大车载充电机生产厂家基本上都是按照汽车行业标准《QC/T 895—2011电动汽车用传导式车载充电机》里规定的车载充电机的技术参数、功能要求和试验方法来对已完成生产环节即将流向市场的车载充电机进行老化测试，以提高产品可靠性，保证产品质量。

如图1所示，现阶段车载充电机厂家广泛使用的老化测试系统架构由 220Vac交流市电、待老化的车载充电机、大功率可调电阻负载箱、USB/CAN 通信接口卡以及上位机终端等几部分组成，车载充电机将220Vac交流市电整流成脉动直流电后，再通过DC/DC直流变换为所需要的电压平台，针对电动自行车、电动三轮车和低端的电动汽车市场，车载充电机的输出电压平台一般为24Vdc、36Vdc、48Vdc、60Vdc、72Vdc；针对电动乘用车、电动商用车、电动巴士等高端的电动汽车市场，车载充电机的输出电压平台范围是 200Vdc～950Vdc；根据车载充电机的额定输出功率，选择大功率可调电阻负载箱的负荷档位，利用纯阻性负载来消耗车载充电机的最大输出电流，以此来衡量车载充电机的输出带载能力，验证产品可靠性。

按照车载传导充电国标《GB/T 18487.1—2015电动汽车传导充电系统—第1部分：通用要求》中对交流充电部分的规定，车载充电机要完成充电流程需要检测CC/CP等充电控制导引信号，并且要和电池管理系统(BMS)进行 CAN交互通信和握手。图1中上位机终端通过USB/CAN通信接口卡与车载充电机建立CAN通信链接，模拟电池管理系统功能和车载充电机通信握手，并向车载充电机请求输出电压和电流，模拟充电过程。

车载充电机厂家目前所使用的老化测试系统电气架构主要是利用大功率电阻负载来消耗车载充电机的输出功率，将车载充电机的输出能量转化为热量的形式耗散掉，这样势必造成电力资源的极大浪费以及电力成本的额外增加。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种电动汽车用车载充电机的回馈型节能老化测试系统，通过在老化测试系统架构中引入储能电池包作为能量载体，将车载充电机的输出能量实时储存在储能电池包中，然后利用储能电池包将能量回馈到车载充电机的输入端，替代220Vac交流市电供电，形成电能自循环回馈路径，以此达到节能降耗的目的。

为实现上述目的，本实用新型提出的电动汽车用车载充电机的回馈型节能老化测试系统，包括交流市电(220Vac)、整流桥堆、前级滤波电容、预充开关单元、车载充电机(OBC)、储能电池包、分布式电池管理系统(BMS)、 USB/CAN通信接口卡以及上位机终端，所述交流市电(220Vac)、整流桥堆以及前级滤波电容依次串联电连接，所述前级滤波电容的输出端平滑滤波输出311Vdc稳压直流电；所述预充开关单元的输入端与所述前级滤波电容的输出端电连接，所述预充开关单元的输出端、所述车载充电机(OBC)以及储能电池包、依次串联电连接，且所述储能电池包与所述车载充电机(OBC) 的输入端电连接，所述分布式电池管理系统(BMS)、USB/CAN通信接口卡以及上位机终端与所述储能电池包依次串联通信连接，所述分布式电池管理系统(BMS)与所述车载充电机(OBC)通信连接，所述预充开关单元用于对所述车载充电机(OBC)的输入端电容和储能电池包进行预充电，防止高压大电流对输入电容及电池的冲击，所述上位机终端用于接收并显示所述储能电池包和车载充电机的相关数据信息。

进一步地，所述分布式电池管理系统(BMS)包括主控模块(BCU)和采集模块(BMU)，且所述主控模块(BCU)通过CAN通信与所述采集模块 (BMU)通信连接，所述采集模块(BMU)与所述储能电池包电连接，所述主控模块(BCU)通过CAN通信分别与所述USB/CAN通信接口卡和车载充电机(OBC)通信连接，所述主控模块(BCU)用于根据各所述储能电池包的电压实时调整所述车载充电机的输出电压和电流，所述采集模块(BMU) 用于实时采集所述储能电池包中各个单体电芯电压及温度模拟量参数。

进一步地，所述上位机终端通过USB接口与所述USB/CAN通信接口卡通信连接。

进一步地，所述前级滤波电容输出稳压直流电为311Vdc。

进一步地，所述储能电池包包括多串锂离子电池组，且所述多串锂离子电池组串联连接。

采用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：本实用新型的技术方案，针对目前车载充电机厂家广泛使用的老化测试系统架构中所存在的缺陷，通过在老化测试系统架构中引入储能电池包作为能量载体，将车载充电机的输出能量实时储存在储能电池包中，然后利用储能电池包将能量回馈到车载充电机的输入端，替代220Vac交流市电供电，形成电能自循环回馈路径，有效解决了现有老化测试系统电力资源浪费大、电力成本高的弊端，起到了节能降耗的目的，具有较高的推广应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为现阶段车载充电机厂家广泛使用的老化测试系统架构图；

图2为本实用新型提出的电动汽车用车载充电机的回馈型节能老化测试系统架构图

图3为本实用新型提出的一种可以同时进行7台车载充电机的回馈型节能老化测试系统架构图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种电动汽车用车载充电机的回馈型节能老化测试系统。

如图2和图3所示，在本实用新型一实施例中，该电动汽车用车载充电机的回馈型节能老化测试系统，包括交流市电(220Vac)、整流桥堆、前级滤波电容、预充开关单元、车载充电机(OBC)、储能电池包、分布式电池管理系统(BMS)、USB/CAN通信接口卡以及上位机终端，所述交流市电(220Vac)、整流桥堆以及前级滤波电容依次串联电连接，所述前级滤波电容的输出端平滑滤波输出311Vdc稳压直流电；所述预充开关单元的输入端与所述前级滤波电容的输出端电连接，所述预充开关单元的输出端、所述车载充电机(OBC) 以及储能电池包、依次串联电连接，且所述储能电池包与所述车载充电机 (OBC)的输入端电连接，所述分布式电池管理系统(BMS)、USB/CAN通信接口卡以及上位机终端与所述储能电池包依次串联通信连接，所述分布式电池管理系统(BMS)与所述车载充电机(OBC)通信连接，所述预充开关单元用于对所述车载充电机(OBC)的输入端电容和储能电池包进行预充电，防止高压大电流对输入电容及电池的冲击，所述上位机终端用于接收并显示所述储能电池包和车载充电机的相关数据信息。

具体地，所述分布式电池管理系统(BMS)包括主控模块(BCU)和采集模块(BMU)，且所述主控模块(BCU)通过CAN通信与所述采集模块 (BMU)通信连接，所述采集模块(BMU)与所述储能电池包电连接，所述主控模块(BCU)通过CAN通信分别与所述USB/CAN通信接口卡和车载充电机(OBC)通信连接，所述主控模块(BCU)用于根据各所述储能电池包的电压实时调整所述车载充电机的输出电压和电流，所述采集模块(BMU) 用于实时采集所述储能电池包中各个单体电芯电压及温度模拟量参数。

具体地，所述上位机终端通过USB接口与所述USB/CAN通信接口卡通信连接。

具体地，所述前级滤波电容输出稳压直流电为311Vdc。

具体地，所述储能电池包包括多串锂离子电池组，且所述多串锂离子电池组串联连接。

具体地，本实用新型提出的回馈型节能老化测试系统中220Vac交流市电经过由二极管组成的整流桥堆整流成脉动直流电后，由前级滤波电容平滑滤波输出311Vdc稳压直流电；预充开关单元由预充继电器、预充电阻和主正继电器组成，用于对车载充电机输入端电容和储能电池包进行预充电，防止高压大电流对输入电容及电池的冲击；220Vac交流市电整流滤波后构成311Vdc 直流母线，经过预充开关单元后对储能电池包进行充电，同时回馈到车载充电机的输入端，当储能电池包的总压被车载充电机充电到311Vdc以上时，整流桥堆反向截止停止输出，储能电池包将会替代220Vac交流市电对车载充电机输入供电，形成闭环能量自回馈路径，以此达到节能降耗的目的；车载充电机内部是AC/DC+DC/DC(整流+直流变换)的电气拓扑，输入端也有整流桥，因此311Vdc稳压直流电直接输入进车载充电机和220Vac交流电输入效果是一样的，没有任何影响，也能正常工作。

储能电池包由多串锂离子电池PACK成组，需要电池管理系统(BMS) 进行充放电保护，该分布式电池管理系统(BMS)由采集模块(BMU)和主控模块(BCU)组成，采集模块负责实时采集储能电池包中各个单体电芯电压及温度等模拟量参数，并通过CAN通信上传给主控模块；主控模块接收采样数据后进行数据运算处理和执行过压、欠压、过温、低温、过流及短路等多种逻辑保护判断动作，保证电池不受到伤害，主控模块还需要检测311Vdc 正负直流母线电压和储能电池包串联总压，根据两者电压比较情况来控制预充电流程及高压继电器的开合；采集模块和主控模块建立内部CAN通信链接，主控模块和车载充电机建立充电CAN通信链接，根据各储能电池包电压实时调整车载充电机输出电压和电流，上位机终端通过USB/CAN通信接口卡与主控模块建立外部CAN通信链接，接收并显示储能电池包和车载充电机的相关数据信息。

具体地，如图3所示，为本实用新型的一种具体实施方式，可以同时进行7台车载充电机的回馈型节能老化测试系统，根据本实用新型提出的车载充电机老化测试系统架构，同时考虑到220Vac交流市电整流滤波输出的 311Vdc直流母线电压平台，选择7组48Vdc额定电压的储能电池包串联作为车载充电机的能量回馈载体，同时进行7台车载充电机的老化循环测试。考虑到车载充电机的老化输出功率，每台车载充电机的输入都对应1套整流桥， 7台车载充电机对应7套整流桥，因此图3中整流桥堆实际上是由7套整流桥并联组成，每套整流桥由4只大功率整流二极管电气连接构成。

每个储能电池包由15串磷酸铁锂电池串联成组，构成48Vdc的额定电压， 7组储能电池包串联构成336Vdc的额定总压，因为单节磷酸铁锂电池工作电压范围为2.5～3.65Vdc，那么单个储能电池包的电压工作范围为37.5～ 54.75Vdc，储能电池包串联后的总压工作范围为262.5～383.25Vdc。结合图3 所示回馈型节能老化测试系统，其节能原理和工作过程描述如下：

(1)电池管理系统(BMS)低压上电并自检，各采集模块(BMU)将采集到的电芯电压和温度等数据通过内部CAN总线上传给主控模块(BCU)，主控模块进行数据运算处理，同时采样311Vdc直流母线电压和储能电池包串联总压，并以此进行逻辑控制动作；

(2)电池管理系统自检成功后，通过硬线唤醒车载充电机(OBC)高压上电，然后启动预充电流程：先吸合预充继电器K2，高压直流母线能量通过预充继电器K2和预充电阻R对储能电池包和车载充电机输入电容进行充电，此时电池管理系统会采样预充电电压，当预充电电压达到95％储能电池包串联总压时吸合主正继电器K1，并同时断开预充继电器K2，此后高压直流母线能量将通过主正继电器K1流向储能电池包和车载充电机输入端，预充回路自动被屏蔽；

(3)如果储能电池包串联总压小于311Vdc直流母线电压，高压直流母线会对车载充电机输入供电，同时对串联储能电池包充电，车载充电机将按照电池管理系统申请的充电电压和充电电流对各自连接的储能电池包进行恒流恒压充电，此时储能电池包的充电能量来自于两个方面：高压直流母线和车载充电机；随着充电过程进行，储能电池包串联总压逐渐升高，高压直流母线对储能电池包的充电电流逐渐减小；

(4)如果储能电池包串联总压等于311Vdc直流母线电压，高压直流母线电压和储能电池包串联总压持平，高压直流母线不对车载充电机提供输入能量，车载充电机和储能电池包将处于一种静态平衡工作状态；

(5)如果储能电池包串联总压大于311Vdc直流母线电压，前端整流桥堆中的整流二极管将会因为承受反向电压而截止，车载充电机的输入能量完全来自于储能电池包串联总压，同时车载充电机的输出对储能电池包进行充电，形成闭环能量自回馈路径；

(6)上位机终端通过USB/CAN通信接口卡与主控模块建立CAN通信链接，接收并显示储能电池包和车载充电机的各种数据信息，以及预充开关单元中各继电器的开闭状态。

由上述工作过程可以看出，在220Vac交流市电稳定的情况下，整流后的直流母线电压为311Vdc，对于15*7＝105节磷酸铁锂电池而言，相当于平均每节磷酸铁锂电池可以被高压直流母线充电到311Vdc/105＝2.962Vdc，这对于工作电压范围在2.5～3.65Vdc之间的单节磷酸铁锂电池并没有达到其3.3Vdc 左右的平台电压，2.962Vdc大概只占有磷酸铁锂电池生命周期5％左右的容量，单节磷酸铁锂电池平均电压一旦超过2.962Vdc，前端整流桥堆即反向截止，高压直流母线停止输出能量，车载充电机的输入供电完全由串联储能电池包总压提供，从而形成电能自循环回馈路径，以此达到节能降耗的效果。

本实用新型针对目前车载充电机厂家广泛使用的老化测试系统架构中所存在的缺陷，通过在老化测试系统架构中引入储能电池包作为能量载体，将车载充电机的输出能量实时储存在储能电池包中，然后利用储能电池包将能量回馈到车载充电机的输入端，替代220Vac交流市电供电，形成电能自循环回馈路径，有效解决了现有老化测试系统电力资源浪费大、电力成本高的弊端，起到了节能降耗的目的，具有较高的推广应用价值。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种电动汽车用车载充电机的回馈型节能老化测试系统，其特征在于，包括交流市电(220Vac)、整流桥堆、前级滤波电容、预充开关单元、车载充电机(OBC)、储能电池包、分布式电池管理系统(BMS)、USB/CAN通信接口卡以及上位机终端，所述交流市电(220Vac)、整流桥堆以及前级滤波电容依次串联电连接，所述前级滤波电容的输出端平滑滤波输出311Vdc稳压直流电；所述预充开关单元的输入端与所述前级滤波电容的输出端电连接，所述预充开关单元的输出端、所述车载充电机(OBC)以及储能电池包、依次串联电连接，且所述储能电池包与所述车载充电机(OBC)的输入端电连接，所述分布式电池管理系统(BMS)、USB/CAN通信接口卡以及上位机终端与所述储能电池包依次串联通信连接，所述分布式电池管理系统(BMS)与所述车载充电机(OBC)通信连接，所述预充开关单元用于对所述车载充电机(OBC)的输入端电容和储能电池包进行预充电，防止高压大电流对输入电容及电池的冲击，所述上位机终端用于接收并显示所述储能电池包和车载充电机的相关数据信息。

2.根据权利要求1所述的电动汽车用车载充电机的回馈型节能老化测试系统，其特征在于，所述分布式电池管理系统(BMS)包括主控模块(BCU)和采集模块(BMU)，且所述主控模块(BCU)通过CAN通信与所述采集模块(BMU)通信连接，所述采集模块(BMU)与所述储能电池包电连接，所述主控模块(BCU)通过CAN通信分别与所述USB/CAN通信接口卡和车载充电机(OBC)通信连接，所述主控模块(BCU)用于根据各所述储能电池包的电压实时调整所述车载充电机的输出电压和电流，所述采集模块(BMU)用于实时采集所述储能电池包中各个单体电芯电压及温度模拟量参数。

3.根据权利要求1所述的电动汽车用车载充电机的回馈型节能老化测试系统，其特征在于，所述上位机终端通过USB接口与所述USB/CAN通信接口卡通信连接。

4.根据权利要求1所述的电动汽车用车载充电机的回馈型节能老化测试系统，其特征在于，所述前级滤波电容输出稳压直流电为311Vdc。

5.根据权利要求1所述的电动汽车用车载充电机的回馈型节能老化测试系统，其特征在于，所述储能电池包包括多串锂离子电池组，且所述多串锂离子电池组串联连接。

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