WO2019136994A1

WO2019136994A1 - 用于电动汽车直流充电的充电装置

Info

Publication number: WO2019136994A1
Application number: PCT/CN2018/100028
Authority: WO
Inventors: 范金焰
Original assignee: 蔚来汽车有限公司
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2019-07-18
Also published as: EP3738817A4; CN108394288B; CN108394288A; EP3738817A1

Abstract

一种用于电动汽车直流充电的充电装置，包括电池模组卡槽（1），用于设置电池模组（2）；电池模组（2），可拆卸地设置在电池模组卡槽（1）中，与电池模组卡槽（1）形成电连接，并向第一DCDC变换器（3）输出电压；第一DCDC变换器（3），用于将电池模组（2）的输出电压转换为第一充电电压；充电控制器（4），用于控制第一DCDC变换器（3）输出用于为被充电车辆充电的第一充电电压和第一充电电流。

Description

用于电动汽车直流充电的充电装置

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种用于电动汽车直流充电的充电装置。

背景技术

随着传统化石能源消耗带来的供应压力以及尾气的污染，在环保以及清洁能源概念的大趋势下，电动汽车对环境影响相对传统汽车较小，因此电动汽车近几年呈现了井喷式发展。随着电动汽车的大量普及，基础充电设施必不可少，电动汽车充电桩作为充电基础设施的一部分对应推进电动汽车的普及具有重要意义。但是电动汽充电桩设备通常固定在一个地点，不能移动。目前的电动汽车动力电池电量估算很难做到与传统汽车一样精确，因此，在电动车使用过程中，很可能出现实际电量耗尽而停在路途中的风险。

电动汽车充电装置可以为车辆补充电能，为电动汽车提供亏电救援，使车辆可以继续行使到附近的充电桩进行充电。因此，研制出一种简单便携，切实可行的电动汽车充电装置成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于电动汽车直流充电的充电装置，可根据救援后的续航里程需求给被救援车辆提供充电电能，且集成了电动汽车储能电池馈电救援与辅助电源电池亏电救援两种救援设备，结构紧凑，运行高效，提升了用户体验。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于电动汽车直流充电的充电装置，包括:

电池模组卡槽，用于设置电池模组；

电池模组，可拆卸地设置在所述电池模组卡槽中，与所述电池模组卡槽形成电连接，并向第一DCDC变换器输出电压；

第一DCDC变换器，用于将所述电池模组的输出电压转换为第一充电电压；

充电控制器，用于控制所述第一DCDC变换器输出用于为被充电车辆充电的第一充电电压和第一充电电流。

进一步的，所述电池模组卡槽内部设有与所述电池模组卡槽电连接的接插件，所述电池模组卡槽通过所述接插件与所述电池模组形成电连接，根据被充电车辆的续航里程需求，更换所述电池模组。

进一步的，所述充电控制器还用于获取被充电车辆动力电池BMS的充电信息，并根据所述动力电池BMS的充电信息向所述第一DCDC变换器发送第一充电控制指令，从而控制所述第一DCDC变换器输出第一充电电压和第一充电电流。

进一步的，所述充电控制器还用于监控所述电池模组，当所述电池模组出现异常时，发出断电控制指令，进行断电保护。

进一步的，所述充电控制器实时检测所述电池模组的单体电压、单体温度、模组电压和模组电流，将检测值与对应的预设范围值进行比较，如果其中任意一个参数的检测值不再对应的预设范围内，则发送断电控制指令。

进一步的，所述充电装置还包括第二DCDC变换器，连接所述电池模组和充电控制器，在所述充电控制器的控制下，用于为所述被充电车辆动力电池的BMS供电，或者为车载辅助电源充电。

进一步的，所述第二DCDC变换器包括两种工作模式：恒压供电模式和恒流充电模式；

所述第二DCDC变换器为恒压工作模式时，用于接收所述充电控制器发送的恒压限流指令，进入电压闭环，并将电池模组的输出电压转换为BMS供电电压，为动力电池BMS恒压供电；

所述第二DCDC变换器为所述恒流充电模式时，用于接收所述充电控制器发送的恒流限压指令，进入电流闭环，并将电池模组的输出电压转换为第二充电电压，为车载辅助电源充电。

所述第二所述第二所述第二进一步的，所述充电装置还包括直流充电枪，连接所述第一DCDC变换器、第二DCDC变换器和充电控制器，用于连接所述被充电车辆的充电接口，为所述被充电车辆充电，以及为所述被充电车辆动力电池的BMS供电。

进一步的，所述充电装置还包括电源输出连接器，与所述第二DCDC变换器相连接，用于连接车载辅助电源，为所述车载辅助电源充电。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明一种用于电动汽车直流充电的充电装置可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

(1)所述充电装置可更换电池模组，可根据救援后的后续续航里程需求来给被救援车辆提供充电电能，提高了设备的经济效益，同时提升了用户体验。

(2)所述充电装置的第二DCDC变换器具有两种工作模式，恒压供电模式下为被充电车辆动力电池BMS供电，恒流充电模式下给车载辅助电源充电；集成了电动汽车动力电池亏电救援与车载辅助电源电池亏电救援两种救援设备，结构紧凑，运行高效，更具有通用性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例提供用于电动汽车直流充电的充电装置示意图；

图2为本发明一实施例提供的充电装置的充电控制器控制第二DCDC变换器的工作模式切换逻辑示意图；

图3为本发明一实施例提供的充电装置的第二DCDC变换器工作原理示意图。

主要附图标记说明：

1：电池模组卡槽 2：电池模组

3：第一DCDC变换器 4：充电控制器

5：第二DCDC变换器 6：直流充电枪

7：电源输出连接器

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种用于电动汽车直流充电的充电装置的具体实施方式及其功效，详细说明如后。

如图1所示，本发明实施例提供了一种用于电动汽车直流充电的充电装置，包括电池模组卡槽1、电池模组2、第一DCDC变换器3和充电控制器4，DCDC变换器是指直流变直流的变流器。其中，电池模组卡槽1用于设置电池模组2；电池模组2可拆卸地设置在电池模组卡槽1中，与电池模组卡槽1形成电连接，并向第一DCDC变换器3输出电压；第一DCDC变换器3用于将所述电池模组2的输出电压转换为第一充电电压；充电控制器4用于控制第一DCDC变换器3输出第一充电电压和第一充电电流，第一充电电压和第一充电电流用于为被充电车辆充电。

需要说明的是，本发明的电动汽车泛指具有可以车载电源为动力的车辆，并不仅限定为纯电动汽车，也可以为混动汽车。所述充电装置可以作为独立的充电装置，供车主携带备用，也可以设于用于提供充电服务的车辆上，作为可移动的充电车等。

电池模组2为标准化的电池模组，可以采用动力电池包内的电池模组，电池模组卡槽1内部设有与所述电池模组卡槽1电连接的接插件，电池模组卡槽1可通过接插件与电池模组2形成电连接。此外，为了达到便携的目的，电池模组2重量可设置为不超过15KG，携带电量不超过3Kwh，如果电动汽车亏电地点距离可用充电桩较远的情况下，或者大型充电设备能停放的地方较远，可以根据被充电车辆的续航里程需求，更换电池模组2获得更多的电量。

以下以两个实施例进行说明：

实施例一、

充电装置中包括一个电池模组卡槽1，当一个待充电车辆需要行驶10公里到目标充电桩，每公里消耗需消耗0.2度电，则至充电装置至少需要为待充车辆提供2度电，若每个电池模组2包含1度电，则至少需要配备2个电池模组2，为待充车辆充电，一个电池模组2电能耗尽后，将其移出电池模组卡槽1，另一组电池模组2可快速装入电池模组卡槽1中，继续为车辆充电，无需更换电池模组卡槽1。

实施例二、

充电装置中包括多个电池模组卡槽1，多个电池模组卡槽1可设置为单独分别使用，也可设置为通过组策略同时使用多个。每个电池模组卡槽1中可设置一个电池模组2。例如可以为双电池模组卡槽1，或三个电池模组卡槽1等，以三个电池模组卡槽1为例进行说明，设三个电池模组卡槽1分别为第一电池模组卡槽、第二电池模组卡槽和第三电池模组卡槽。

当一个待充电车辆需要行驶10公里到目标充电桩，每公里消耗需消耗0.3度电，则至充电装置至少需要为待充车辆提供3度电，若每个电池模组2包含1度电，则至少需要配备3个电池模组2，为待充车辆充电，此时可通过两种方式为待充电车辆充电：

方式一、

逐个使用第一电池模组卡槽、第二电池模组卡槽和第三电池模组卡槽中对应的电池模组2为待充车辆充电，即先使用第一电池模组卡槽中的电池模组2为待充电车辆进行充电，再使用第二电池模组卡槽中的电池模组2为待充电车辆进行充电，最后使用第三电池模组卡槽中的电池模组2为待充电车辆进行充电，充电过程中，无需拔掉电池模组2。

方式二、

将第一电池模组卡槽、第二电池模组卡槽和第三电池模组卡槽中进行组合充电，其中可进行全部组合或部分组合，例如可直接将三组电池模组卡槽1组合为待充电车辆进行充电，作为示例，可采用串联的方式将三者组合。或者先将第一电池模组卡槽和第二电池模组卡槽组合为待充电车辆进行充电，然后再使用第三电池模组卡槽中的电池模组2为待充电车辆充电等等。此过程中，也无需拔掉电池模组2。

由此可知，本发明所述充电装置可更换电池模组2，通过上述实施例可知，更换电池模组2并非一定要拔掉电池模组2，也可以时多个电池模组2之间的组合和切换。根据救援后的后续续航里程需求来给被救援车辆提供充电电能，提高了设备的经济效益，同时提升了用户体验。

第一DCDC变换器3可将电池模组2输出的电压转换为能够适应被充电车辆充电的电压，并输出相应的充电电流。

充电控制器4获取被充电车辆动力电池BMS(Battery management system，电池管理系统)的充电信息，具体包括动力电池电压、电流等，并根据动力电池BMS的充电信息向第一DCDC变换器3发送第一充电控制指令，从而控制第一DCDC变换器3输出第一充电电压和第一充电电流。

充电控制器4还连接电池模组2，用于监控电池模组2，当电池模组2出现异常时，发出断电控制指令，进行断电保护。充电控制器4实时检测电池模组2的单体电压、单体温度、模组电压和模组电流，每个参数均设有对应的预设范围值，在预设范围值内可正常工作，将检测值与对应的预设范围值进行比较，如果其中任意一个参数的检测值不再对应的预设范围内，则发送断电控制指令，使充电装置停止工作，从而进行断电保护，防止危险发生。

此外，充电装置还包括第二DCDC变换器5，第二DCDC变换器5连接电池模组2和充电控制器4，在充电控制器4的控制下，用于为被充电车辆动力电池的BMS供电，或者为车载辅助电源充电。充电控制器4可以控制第二DCDC变换器5在恒压供电模式或恒流充电模式下工作，第二DCDC变换器5为恒压工作模式时，用于接收充电控制器4发送的恒压限流指令，进入电压闭环，并将电池模组2的输出电压转换为BMS供电电压，为动力电池BMS恒压供电；第二DCDC变换器5为恒流充电模式时，用于接收充电控制器4发送的恒流限压指令，进入电流闭环，并将电池模组2的输出电压转换为第二充电电压，为车载辅助电源充电。其中，车载辅助电源可以为12V的车载铅酸电池。

充电控制器4控制第二DCDC变换器5的工作模式的切换逻辑如图2所示，充电控制器4上电后，检测是否接收到直流充电插枪信号，若有，则控制所述充电装置进入车辆直流充电流程，向第二DCDC变换器5发送恒压限流指令，第二DCDC变换器5进入恒压供电模式；否则，控制所述充电装置进入车辆辅助电源充电的流程，向第二DCDC变换器5发送恒流限压指令，第二DCDC变换器5进入恒流充电模式。

第二DCDC变换器5工作原理示意图，如图3所示，若第二DCDC变换器5接收到恒压限流指令，进入电压闭环，将电池模组2的输出电压转换为BMS供电电压，为动力电池BMS进行恒压供电，进入电压闭环后，还需实时监测第二DCDC变换器5的电流值，若不超过预设限流值，则持续为车辆动力电池的BMS进行恒压供电，否则进入关机状态，以确保所述充电装置处于安全工作状态。若第二DCDC变换器5接收到恒流限压指令，则进入电流闭环，将电池模组2的输出电压转换为第二充电电压，为车载辅助电源充电，进入电流闭环后，可持续监测第二DCDC变换器5的电压值，若不超过预设限压值，则持续为车载辅助电源充电，否则进入关机状态，以确保所述充电装置处于安全工作状态。

充电装置还包括电源输出连接器7，与第二DCDC变换器5相连接，当充电装置用于为车载辅助电源充电时，第二DCDC变换器5连接车载辅助电源，为所述车载辅助电源充电。充电装置不仅可以为电动汽车的车载辅助电源充电，也可为传统石化能源车的车载辅助电源充电，进行车辆辅助电源救援。

充电装置还包括直流充电枪6，连接第一DCDC变换器3、第二DCDC变换器5和充电控制器4，用于连接被充电车辆的充电接口，为被充电车辆充电，以及为被充电车辆动力电池的BMS供电。直流充电枪6可以为国标充电枪、美标直流充电枪或欧标直流充电枪等。通过直流充电枪6为电动车充电，进一步提高了充电装置的通用性。

采用本发明实施例所述充电装置为车辆直流充电的流程为：

步骤11、将电池模组2插入电池模组卡槽1中，将直流充电枪6连接车辆充电口；

步骤12、充电控制器4上电，接收启动指令，并检测是否接收到直流充电枪插枪信号，若是，则向第二DCDC变换器5发送恒压限流指令；

步骤13、第二DCDC变换器5为被充电车辆动力电池BMS供电；

步骤14、充电控制器4从动力电池BMS获取充电需求，并根据充电需求向第一DCDC变换器3发送控制指令；

步骤15、第一DCDC变换器3根据所接收的控制指令将电池模组2输出的电压转换为第一充电电压，并输出第一充电电压和第一充电电流给直流充电枪，为车辆充电。

采用本发明实施例所述充电装置为车辆辅助电源充电的流程为：

步骤21、将电池模组2插入电池模组卡槽1中，将电源输出连接器7连接车辆辅助电源；

步骤22、充电控制器4上电，接受启动指令，检测是否接受到直流充电枪插枪信号，如否，则进入步骤23；

步骤23、充电控制器4向第二DCDC变换器5发送恒流限压指令；

步骤24、第二DCDC变换器5将电池模组2输出的电压转换为第二充电电压，并输出第二充电电压和第二充电电流给电源输出连接器7，为车辆辅助电源充电。

本发明实施例所述充电装置可更换电池模组2，可根据救援后的后续续航里程需求来给被救援车辆提供充电电能，提高了设备的经济效益，同时提升了用户体验。所述充电装置的第二DCDC变换器5具有两种工作模式，恒压供电模式下，为被充电车辆动力电池BMS供电，恒流充电模式下，给车载辅助电源充电；集成了电动汽车动力电池亏电救援与车载辅助电源电池亏电救援两种救援设备，结构紧凑，运行高效，更具有通用性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

一种用于电动汽车直流充电的充电装置，其特征在于：包括:

电池模组卡槽，用于设置电池模组；

电池模组，可拆卸地设置在所述电池模组卡槽中，与所述电池模组卡槽形成电连接，并向第一DCDC变换器输出电压；

第一DCDC变换器，用于将所述电池模组的输出电压转换为第一充电电压；

充电控制器，用于控制所述第一DCDC变换器输出用于为被充电车辆充电的第一充电电压和第一充电电流。
根据权利要求1所述的用于电动汽车直流充电的充电装置，其特征在于：

所述电池模组卡槽内部设有与所述电池模组卡槽电连接的接插件，所述电池模组卡槽通过所述接插件与所述电池模组形成电连接，根据被充电车辆的续航里程需求，更换所述电池模组。
根据权利要求1所述的用于电动汽车直流充电的充电装置，其特征在于：

所述充电控制器还用于获取被充电车辆动力电池BMS的充电信息，并根据所述动力电池BMS的充电信息向所述第一DCDC变换器发送第一充电控制指令，从而控制所述第一DCDC变换器输出第一充电电压和第一充电电流。
根据权利要求1所述的用于电动汽车直流充电的充电装置，其特征在于：

所述充电控制器还用于监控所述电池模组，当所述电池模组出现异常时，发出断电控制指令，进行断电保护。
根据权利要求4所述的用于电动汽车直流充电的充电装置，其特征在于：

所述充电控制器实时检测所述电池模组的单体电压、单体温度、模组电压和模组电流，将检测值与对应的预设范围值进行比较，如果其中任意一个参数的检测值不再对应的预设范围内，则发送断电控制指令。
根据权利要求1所述的用于电动汽车直流充电的充电装置，其特征在于：

所述充电装置还包括第二DCDC变换器，连接所述电池模组和充电控制器，在所述充电控制器的控制下，用于为所述被充电车辆动力电池的BMS供电，或者为车载辅助电源充电。
根据权利要求6所述的用于电动汽车直流充电的充电装置，其特征在于：

所述第二DCDC变换器包括两种工作模式：恒压供电模式和恒流充电模式；

所述第二DCDC变换器为恒压工作模式时，用于接收所述充电控制器发送的恒压限流指令，进入电压闭环，并将电池模组的输出电压转换为BMS供电电压，为动力电池BMS恒压供电；

所述第二DCDC变换器为所述恒流充电模式时，用于接收所述充电控制器发送的恒流限压指令，进入电流闭环，并将电池模组的输出电压转换为第二充电电压，为车载辅助电源充电。
根据权利要求6所述的用于电动汽车直流充电的充电装置，其特征在于：

所述充电装置还包括直流充电枪，连接所述第一DCDC变换器、第二DCDC变换器和充电控制器，用于连接所述被充电车辆的充电接口，为所述被充电车辆充电，以及为所述被充电车辆动力电池的BMS供电。
根据权利要求6所述的用于电动汽车直流充电的充电装置，其特征在于：

所述充电装置还包括电源输出连接器，与所述第二DCDC变换器相连接，用于连接车载辅助电源，为所述车载辅助电源充电。