專利名稱：一種充電機(jī)及其控制策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到電動(dòng)汽車的專用充電設(shè)施。
背景技術(shù)：
電動(dòng)汽車作為新能源汽車的代表，因具備經(jīng)濟(jì)、清潔等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。目前電動(dòng) 汽車技術(shù)的已經(jīng)較為成熟，但是專用充電設(shè)施的缺乏限制了電動(dòng)汽車的普及。電動(dòng)汽車搭載的蓄電池主要分為三種鉛酸電池、鎳氫電池和鋰電池，不同的蓄電 池對(duì)充電的功率、電流等要求不同，例如說(shuō)鋰電池允許較大的充電電流，通常能達(dá)到3C以 上，可以通過(guò)大功率的充電設(shè)備，在30分鐘之內(nèi)為電池組補(bǔ)充超過(guò)80%的能量。傳統(tǒng)的充電機(jī)功率一般較小，通常在2-3KW左右，輸出電流一般在IOA以內(nèi)，對(duì)于 搭載了 40AH鋰電池的電動(dòng)汽車而言，普通模式的2. 2KW充電機(jī)，一次充電時(shí)間需持續(xù)5-8 小時(shí)，難以滿足用戶需求。另外，普通的充電機(jī)一般均為單項(xiàng)輸入，這也大大限制了充電功 率的提升。目前，電動(dòng)汽車所搭載的普通充電器均為該車型所專用，不具有通用性，而對(duì)于大 功率的專業(yè)充電設(shè)備而言，體積較大且造價(jià)昂貴，為每種車型分別配備快速充電設(shè)備顯然 是不現(xiàn)實(shí)的，因此目前急需一種通用性強(qiáng)的充電機(jī)，并配備一套切實(shí)可行的控制策略，使快 速充電變得安全、可靠、有效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種通用性強(qiáng)的充電機(jī)及其控制策略，使快速充電變得安 全、可靠、有效，從而促進(jìn)電動(dòng)汽車的普及。本發(fā)明的充電機(jī)包括機(jī)殼、控制單元、輔助直流電源、充電插頭和若干個(gè)輸入、輸 出均為并聯(lián)關(guān)系的整流電源單體，所述整流電源單體為三相電輸入，直流輸出的數(shù)字開(kāi)關(guān) 電源；各整流電源單體通過(guò)CAN總線與控制單元連接；所述充電插頭包括與整流電源單體 輸出端連接的直流充電接口、與控制單元連接的CAN總線接口、與輔助直流電源輸出端連 接的輔助直流電源接口、用于充電保護(hù)的第一接地引腳，所述第一接地引腳的一端通過(guò)充 電機(jī)機(jī)殼接地，另一端用于與待充電的電動(dòng)汽車車身連接。本發(fā)明的充電機(jī)使用三相380VAC作為輸入電源，通過(guò)數(shù)字開(kāi)關(guān)電源將380V的交 流電轉(zhuǎn)化成200V 400V的直流電，輸出電流0 60A連續(xù)可調(diào)。由于充電電流較傳統(tǒng)的 充電機(jī)增加了數(shù)倍，因此可以大大縮短充電時(shí)間。例如對(duì)于搭載了 40AH鋰電池組的電動(dòng)汽 車，可以在30分鐘以內(nèi)補(bǔ)充80%的電量，與傳統(tǒng)充電機(jī)需要5 8小時(shí)的充電時(shí)間相比大 大縮短。為保證數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確，避免CAN總線受到干擾，所述充電插頭還包括用于CAN總線 屏蔽的第二接地引腳，所述第二接地引腳的一端接地，另一端用于與CAN總線的屏蔽端相 連。為保證充電過(guò)程安全、可靠，所述充電插頭還包括用于插頭連接狀態(tài)確認(rèn)的第三接地引腳，所述第三接地引腳的一端接地，另一端用于與待充電的電動(dòng)汽車的電池管理系 統(tǒng)相連。只有當(dāng)電池管理系統(tǒng)檢測(cè)到第三接地引腳為低電平時(shí)，表示插頭與插座之間連接 已經(jīng)到位，才允許充電開(kāi)始，這樣就可以防止誤充電的發(fā)生。為方便人們監(jiān)測(cè)充電過(guò)程，該充電機(jī)還包括與控制單元連接的顯示單元。上述充電機(jī)的控制策略包括如下步驟A 將充電插頭與待充電的電動(dòng)汽車的充電插座連接，控制單元與待充電的電動(dòng) 汽車的電池管理單元進(jìn)行定時(shí)通訊，獲得待充電的電動(dòng)汽車的電池狀態(tài)信息，所述電池狀 態(tài)信息包括電池單體數(shù)目，單體電壓、單體溫度、電池組額定端電壓、電池組端電壓、電池組 SOC 值；B:控制單元根據(jù)獲得的電池狀態(tài)信息來(lái)調(diào)整充電機(jī)中的各整流電源單體的輸出 電壓及輸出電流，為電動(dòng)汽車的電池充電，并將充電信息發(fā)送至顯示單元進(jìn)行顯示。具體來(lái)說(shuō)上述A步驟中，當(dāng)充電插頭與待充電的電動(dòng)汽車的充電插座連接后，充電機(jī)的輔 助直流電源通過(guò)輔助直流電源接口為電池管理系統(tǒng)提供工作電源，電池管理系統(tǒng)上電后， 定時(shí)將電池狀態(tài)信息通過(guò)CAN總線發(fā)送給控制單元。這樣在充電前可以關(guān)閉待充電電動(dòng)汽 車的電源，只依靠充電機(jī)的輔助直流電源為電池管理系統(tǒng)供電即可，保證充電安全。上述A步驟中，當(dāng)充電插頭與待充電的電動(dòng)汽車的充電插座連接后，電池管理系 統(tǒng)檢測(cè)第三接地引腳的電平，只有當(dāng)?shù)谌拥匾_為低電平時(shí)才允許電池進(jìn)行充電。通過(guò) 第三接地引腳來(lái)驗(yàn)證充電插頭和充電插座是否連接到位，可以防止誤充電的發(fā)生。電池單體溫度超過(guò)預(yù)定范圍時(shí)，會(huì)大大影響其性能，此時(shí)繼續(xù)充電容易損傷電池， 甚至造成安全事故，因此本發(fā)明的控制策略的B步驟中，當(dāng)待充電的電動(dòng)汽車的電池單體 溫度超出預(yù)定范圍時(shí)，控制單元控制各整流電源單體停止輸出，暫停為電動(dòng)汽車的電池充 電，待電池單體溫度恢復(fù)到預(yù)定范圍內(nèi)后再繼續(xù)進(jìn)行充電。上述B步驟中，當(dāng)待充電的電動(dòng)汽車的電池組SOC值高于預(yù)定SOC值后或者電池 單體電壓高于預(yù)定電壓后，控制單元控制各整流電源單體停止為電動(dòng)汽車的電池充電。上述B步驟中，控制單元根據(jù)獲得的電池狀態(tài)信息計(jì)算出電池組的充電截止電 壓，當(dāng)電池組的端電壓低于所述充電截止電壓時(shí)，控制單元控制各整流電源單體以最大電 流輸出，進(jìn)行恒流充電；當(dāng)電池組的端電壓等于或高于所述充電截止電壓時(shí)，控制單元控制 各整流電源單體進(jìn)行恒壓充電，并檢測(cè)充電電流，充電電流小于預(yù)定值后，控制單元控制各 整流電源單體停止為電動(dòng)汽車的電池充電。通過(guò)恒流和恒壓兩種充電方式交替進(jìn)行，可以 大大提高充電速度。本發(fā)明的充電機(jī)及其控制策略的優(yōu)點(diǎn)是可以在基本不修改電池管理系統(tǒng)軟件的 情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組充電狀態(tài)的監(jiān)控，也就意味著可以與多種電池管理系統(tǒng)匹配工作，因 為無(wú)論何種電動(dòng)車，電池管理系統(tǒng)都會(huì)將這些電池狀態(tài)信息定時(shí)發(fā)送到CAN總線上，以供 整車其他控制器共享，本發(fā)明正是利用電池管理系統(tǒng)發(fā)出的這些信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電過(guò)程的 控制，從而大大提高了充電機(jī)的通用性、智能性、安全性、可靠性和快速性。


圖1是本發(fā)明的充電機(jī)的原理示意4
圖2是本發(fā)明的充電機(jī)的充電插頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的充電機(jī)的控制單元與各整流電源單體進(jìn)行通訊的報(bào)文。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1 如圖1所示，本實(shí)施例的充電機(jī)包括金屬機(jī)殼1、控制單元2、由低壓蓄電池制成的 輔助直流電源3、充電插頭4和三個(gè)輸入、輸出均為并聯(lián)關(guān)系的整流電源單體6，所述整流電 源單體6為三相電輸入，直流輸出的數(shù)字開(kāi)關(guān)電源；三個(gè)整流電源單體6通過(guò)CAN總線與控 制單元2連接，控制單元2與顯示單元5連接。如圖2所示，上述充電插頭充電機(jī)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)9針插頭與待充電車輛連接，完成充 電、通信以及安全確認(rèn)等功能，充電插頭包括與整流電源單體輸出端連接的直流充電接口 DC+、DC-、與控制單元連接的CAN總線接口 S+、S-、與輔助直流電源輸出端連接的輔助直流 電源接口 A+、A-、用于充電保護(hù)的第一接地引腳PE，所述第一接地引腳PE的一端通過(guò)充電 機(jī)機(jī)殼接地，另一端用于與待充電的電動(dòng)汽車車身連接、用于CAN總線屏蔽的第二接地引 腳GND，所述第二接地引腳GND的一端接地，另一端用于與CAN總線的屏蔽端相連、用于插頭 連接狀態(tài)確認(rèn)的第三接地引腳CC，所述第三接地引腳CC的一端接地，另一端用于與待充電 的電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)相連。充電機(jī)內(nèi)安裝的三個(gè)整流電源單體6由控制單元2控制，輸入為380V的三相交流 電，輸出為直流電，每個(gè)整流電源單體6可輸出20A電流，三個(gè)整流電源單體6并聯(lián)后最大 可輸出60A電流，控制單元2通過(guò)CAN總線將每個(gè)整流電源單體6輸出的電壓、電流值發(fā)送 到整流電源單體6，各整流電源單體6根據(jù)獲得的電氣參數(shù)，調(diào)整各自整流電路內(nèi)的開(kāi)關(guān)管 的工作狀態(tài)，完成電壓、電流值的調(diào)整，控制單元2與各整流電源單體6進(jìn)行通訊的報(bào)文如 圖3所示，包括單體輸出電壓低字節(jié)、單體輸出電壓高字節(jié)、單體輸出電流低字節(jié)、單體輸 出電流高字節(jié)。上述充電機(jī)的控制策略包括如下步驟步驟A 將充電插頭與待充電的電動(dòng)汽車的充電插座連接，充電機(jī)的輔助直流電 源通過(guò)輔助直流電源接口為電池管理系統(tǒng)提供12V直流工作電源，電池管理系統(tǒng)上電后， 定時(shí)將電池狀態(tài)信息通過(guò)CAN總線發(fā)送給控制單元，所述電池狀態(tài)信息包括電池單體數(shù) 目，單體電壓、單體溫度、電池組額定端電壓、電池組端電壓、電池組SOC值；電池管理系統(tǒng) 檢測(cè)第三接地引腳CC的電平，只有當(dāng)?shù)谌拥匾_CC為低電平時(shí)才允許電池進(jìn)行充電；步驟B 控制單元根據(jù)獲得的電池狀態(tài)信息來(lái)調(diào)整充電機(jī)中的各整流電源單體的 輸出電壓及輸出電流，為電動(dòng)汽車的電池充電，并將充電信息發(fā)送至顯示單元進(jìn)行顯示。B步驟中，控制單元根據(jù)獲得的電池狀態(tài)信息計(jì)算出電池組的充電截止電壓，當(dāng)電 池組的端電壓低于所述充電截止電壓時(shí)，控制單元控制各整流電源單體以60A電流輸出， 進(jìn)行恒流充電；當(dāng)電池組的端電壓等于或高于所述充電截止電壓時(shí)，控制單元控制各整流 電源單體進(jìn)行恒壓充電，并檢測(cè)充電電流，充電電流小于2A后，控制單元控制各整流電源 單體停止為電動(dòng)汽車的電池充電，充電結(jié)束；B步驟中，當(dāng)待充電的電動(dòng)汽車的電池單體溫度處于-20 50°C之間時(shí)，充電進(jìn)行，當(dāng)電池單體溫度超出該范圍時(shí)，控制單元控制各整流電源單體停止輸出，暫停為電動(dòng)汽 車的電池充電，待電池單體溫度恢復(fù)到預(yù)定范圍內(nèi)后再繼續(xù)進(jìn)行充電；B步驟中，當(dāng)待充電的電動(dòng)汽車的電池組SOC值小于等于80%時(shí)，充電進(jìn)行，當(dāng)待 充電的電動(dòng)汽車的電池組SOC值高于80 %后，控制單元控制各整流電源單體停止為電動(dòng)汽 車的電池充電，充電結(jié)束；B步驟中，當(dāng)電池單體電壓在2. 5V—3. 8V之間時(shí)，充電進(jìn)行，當(dāng)電池單體電壓高于 3. 8V后，控制單元控制各整流電源單體停止為電動(dòng)汽車的電池充電，充電結(jié)束。在充電過(guò)程中，控制單元將充電信息發(fā)送至顯示單元進(jìn)行顯示，方便人們監(jiān)測(cè)。充 電信息包括總輸出電壓、總輸出電流、各整流電源單體的輸出電壓和輸出電流、待充電的電 動(dòng)汽車的電池的總電壓、電池節(jié)數(shù)、單節(jié)電池保護(hù)電壓、電池標(biāo)稱容量、電池實(shí)際容量、當(dāng)前 存儲(chǔ)容量、SOC值、電池管理系統(tǒng)控制最高電壓、電池管理系統(tǒng)控制最大電流、充電狀態(tài)、電 池最高溫度、電池最低溫度、單節(jié)電池最高電壓、單節(jié)電池最低電壓等。
權(quán)利要求
一種充電機(jī)，其特征在于該充電機(jī)包括機(jī)殼、控制單元、輔助直流電源、充電插頭和若干個(gè)輸入、輸出均為并聯(lián)關(guān)系的整流電源單體，所述整流電源單體為三相電輸入，直流輸出的數(shù)字開(kāi)關(guān)電源；各整流電源單體通過(guò)CAN總線與控制單元連接；所述充電插頭包括與整流電源單體輸出端連接的直流充電接口、與控制單元連接的CAN總線接口、與輔助直流電源輸出端連接的輔助直流電源接口、用于充電保護(hù)的第一接地引腳，所述第一接地引腳的一端通過(guò)充電機(jī)機(jī)殼接地，另一端用于與待充電的電動(dòng)汽車車身連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電機(jī)，其特征在于所述充電插頭還包括用于CAN總線屏蔽 的第二接地引腳，所述第二接地引腳的一端接地，另一端用于與CAN總線的屏蔽端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電機(jī)，其特征在于所述充電插頭還包括用于插頭連接狀態(tài) 確認(rèn)的第三接地引腳，所述第三接地引腳的一端接地，另一端用于與待充電的電動(dòng)汽車的 電池管理系統(tǒng)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的充電機(jī)，其特征在于該充電機(jī)還包括與控制單元連 接的顯示單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電機(jī)的控制策略，其特征在于包括如下步驟A 將充電插頭與待充電的電動(dòng)汽車的充電插座連接，控制單元與待充電的電動(dòng)汽車 的電池管理單元進(jìn)行定時(shí)通訊，獲得待充電的電動(dòng)汽車的電池狀態(tài)信息，所述電池狀態(tài)信 息包括電池單體數(shù)目，單體電壓、單體溫度、電池組額定端電壓、電池組端電壓、電池組SOC 值；B:控制單元根據(jù)獲得的電池狀態(tài)信息來(lái)調(diào)整充電機(jī)中的各整流電源單體的輸出電壓 及輸出電流，為電動(dòng)汽車的電池充電，并將充電信息發(fā)送至顯示單元進(jìn)行顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的充電機(jī)的控制策略，其特征在于所述A步驟中，當(dāng)充電插頭與 待充電的電動(dòng)汽車的充電插座連接后，充電機(jī)的輔助直流電源通過(guò)輔助直流電源接口為電 池管理系統(tǒng)提供工作電源，電池管理系統(tǒng)上電后，定時(shí)將電池狀態(tài)信息通過(guò)CAN總線發(fā)送 給控制單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的充電機(jī)的控制策略，其特征在于所述A步驟中，當(dāng)充電插頭與 待充電的電動(dòng)汽車的充電插座連接后，電池管理系統(tǒng)檢測(cè)第三接地引腳的電平，只有當(dāng)?shù)?三接地弓丨腳為低電平時(shí)才允許電池進(jìn)行充電。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的充電機(jī)的控制策略，其特征在于所述B步驟中，當(dāng) 待充電的電動(dòng)汽車的電池單體溫度超出預(yù)定范圍時(shí)，控制單元控制各整流電源單體停止輸 出，暫停為電動(dòng)汽車的電池充電，待電池單體溫度恢復(fù)到預(yù)定范圍內(nèi)后再繼續(xù)進(jìn)行充電。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的充電機(jī)的控制策略，其特征在于所述B步驟中，當(dāng)待 充電的電動(dòng)汽車的電池組SOC值高于預(yù)定SOC值后或者電池單體電壓高于預(yù)定電壓后，控 制單元控制各整流電源單體停止為電動(dòng)汽車的電池充電。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的充電機(jī)的控制策略，其特征在于所述B步驟中， 控制單元根據(jù)獲得的電池狀態(tài)信息計(jì)算出電池組的充電截止電壓，當(dāng)電池組的端電壓低于 所述充電截止電壓時(shí)，控制單元控制各整流電源單體以最大電流輸出，進(jìn)行恒流充電；當(dāng)電 池組的端電壓等于或高于所述充電截止電壓時(shí)，控制單元控制各整流電源單體進(jìn)行恒壓充 電，并檢測(cè)充電電流，充電電流小于預(yù)定值后，控制單元控制各整流電源單體停止為電動(dòng)汽 車的電池充電。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種通用性強(qiáng)的充電機(jī)及其控制策略，使快速充電變得安全、可靠、有效，從而促進(jìn)電動(dòng)汽車的普及。本發(fā)明的充電機(jī)包括機(jī)殼、控制單元、輔助直流電源、充電插頭和若干個(gè)輸入、輸出均為并聯(lián)關(guān)系的整流電源單體，所述整流電源單體為三相電輸入，直流輸出的數(shù)字開(kāi)關(guān)電源；各整流電源單體通過(guò)CAN總線與控制單元連接；所述充電插頭包括與整流電源單體輸出端連接的直流充電接口、與控制單元連接的CAN總線接口、與輔助直流電源輸出端連接的輔助直流電源接口、用于充電保護(hù)的第一接地引腳，所述第一接地引腳的一端通過(guò)充電機(jī)機(jī)殼接地，另一端用于與待充電的電動(dòng)汽車車身連接。
文檔編號(hào)H02J7/04GK101917046SQ201010237150
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者韓嵩嵬 申請(qǐng)人:奇瑞汽車股份有限公司