專利名稱：一種非車載直流充電機(jī)與電動汽車通信的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電動汽車充電領(lǐng)域，具體涉及一種非車載直流充電機(jī)與電動汽車通信的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
典型的電動汽車充電站主要包括供電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)及土建等其他輔助設(shè)施。其中，充電站充電系統(tǒng)主要包括交流充電樁和非車載直流充電機(jī)，是充電站的核心設(shè)備。電動汽車非車載直流充電機(jī)指的是一種安裝在電動汽車車體外、將交流電能變換為直流電能并采用傳導(dǎo)方式為電動汽車動力蓄電池充電的專用裝置。為了安全可靠的實(shí)現(xiàn)充電，必須對整個充電過 程進(jìn)行實(shí)時控制，車輛控制裝置指的是一種安裝在電動汽車內(nèi)，對電動汽車的運(yùn)行、充電等進(jìn)行全面監(jiān)視控制的專業(yè)裝置，其對充電過程的監(jiān)控是一項重要的功能，是實(shí)現(xiàn)電動汽車能源補(bǔ)給的關(guān)鍵功能。電動汽車充電過程就是車輛控制裝置通過電池管理模塊，采集電池組信息，通過專門的控制算法，控制充電機(jī)對電池組進(jìn)行充電的過程。因此車輛控制裝置必須在整個充電過程中，實(shí)時的與充電機(jī)通信，調(diào)整充電機(jī)參數(shù)。目前，常用的通信方法主要有以下幾種:(I) CAN總線通信:本方法可以最高實(shí)現(xiàn)500kbps的通信速率,信號傳輸采用差分方式，可以實(shí)現(xiàn)較長距離通信。本方法主要缺點(diǎn)是通信速率比較低，需要專用的屏蔽通信電纜。(2)RS422通信:本方法可以實(shí)現(xiàn)長距離通信，并可以全雙工通信。本方法的缺點(diǎn)是通信速率很低，需要兩對專用的屏蔽通信電纜。(3 ) RS485通信:本方法可以實(shí)現(xiàn)長距離通信，但是通信速率很低，并且只能半雙工通信，需要專用的屏蔽通信電纜。(4) RS232通信:這種通信方法可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信，缺點(diǎn)是通信距離比較短，當(dāng)充電機(jī)與電動汽車距離比較遠(yuǎn)時，可能影響通信質(zhì)量，并且通信速率很低，需要專用的屏蔽通信電纜。如圖1所不為傳統(tǒng)充電機(jī)與電動汽車部分連接關(guān)系框圖，由圖1可知,充電機(jī)包括車輛插頭、整流模塊和充電機(jī)控制裝置，電動汽車包括車輛插座、電池組及電池管理單元和車輛控制裝置，車輛插頭和車輛插座包含9個連接端子，分別是DC+、DC-,直流充電的功率端子；PE，保護(hù)接地端子；S+、S-，專用的通信信號，可以是CAN、RS485或RS232等通信方式；CCl、CC2分別是車輛連接確認(rèn)和充電機(jī)連接確認(rèn)信號；A+、A-為充電機(jī)給車輛充電控制系統(tǒng)部分供給工作電源的輔助電源線；當(dāng)將非車載充電機(jī)的車輛插頭與電動汽車的車輛插座連接以后，非車載直流充電機(jī)通過CCl檢測到車輛已經(jīng)連接，通過A+、A-給車輛控制裝置供電，車輛控制裝置開始工作，通過CC2檢測到非車載充電機(jī)已經(jīng)連接，車輛控制裝置通過S+、S-發(fā)起與非車載充電機(jī)的通信連接，通信正常后，非車載直流充電機(jī)合上K1、K2，電動汽車合上K5、K6，非車載直流充電機(jī)根據(jù)車輛控制裝置的控制參數(shù)，經(jīng)過整流模塊，在DC+、DC-上輸出直流電源，對電動汽車電池組進(jìn)行充電?，F(xiàn)有通信方法的局限性，限制了電動汽車充電機(jī)與車輛控制裝置通信的整體性能，影響了電動汽車充電機(jī)的產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用。隨著電動汽車充電需求的不斷增長，急需改進(jìn)或提出新的通信方法。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對現(xiàn)有電動汽車非車載直流充電機(jī)與車輛控制裝置通信存在的速率低，可靠性差，需要專用屏蔽通信電纜等缺點(diǎn)和不足，提供一種非車載直流充電機(jī)與電動汽車通信的系統(tǒng)，所述充電機(jī)包括相互連接的車輛插頭和充電機(jī)控制裝置，所述電動汽車包括電池組及電池管理單元、車輛插座和與車輛插座連接的車輛控制裝置，所述充電機(jī)與所述充電連接器模塊包含7個連接端子:DC+、DC-、PE、CC1、CC2、A+和A-，所述充電機(jī)和電動汽車均包括高速電力線載波通信模塊，所述高速電力線載波通信模塊包括位于所述充電機(jī)里的高速電力線載波通信模塊A與位于所述電動汽車?yán)锏母咚匐娏€載波通信模塊B ；所述高速電力線載波通信模塊A—端與所述充電機(jī)控制裝置連接，另一端與所述車輛插頭中的連接端子A+和A-連接；所述高速電力線載波通信模塊B—端與所述車輛控制裝置連接，另一端與所述車輛插座中的連接端子A+和A-連接。本實(shí)用新型的第一優(yōu)選實(shí)施例中:所述充電機(jī)包括充電機(jī)控制裝置、整流模塊、車輛插頭和高速電力線載波通信模塊A ;所述充電機(jī)控制裝置與所述整流模塊通過CAN總線連接，與所述高速電力線載波通信模塊A通過以太網(wǎng)連接。本實(shí)用新型的第二優(yōu)選實(shí)施例中:所述電動汽車包括車輛插座、高速電力線載波通信模塊B、車輛控制裝置和電池組及電池管理單元；所述車輛控制裝置與所述電池組及電池管理單元通過CAN總線連接，與所述高速電力線載波通信模塊B通過以太網(wǎng)連接。本實(shí)用新型的第三優(yōu)選實(shí)施例中:所述高速電力線載波通信模塊A和所述高速電力線載波通信模塊B分別通過耦合電路A和耦合電路B將信號耦合到所述車輛插頭或所述車輛插座中的連接端子A+和A-上，所述車輛插頭和所述車輛插座中的連接端子A+和A-連接后實(shí)現(xiàn)所述充電機(jī)與所述電動汽車的高速通信。本實(shí)用新型的第四優(yōu)選實(shí)施例中:所述耦合電路采用變壓器耦合方式，所述高速電力線載波通信模塊的輸入和輸出分別通過輸入帶通濾波器和輸出帶通濾波器后通過信號耦合變壓器進(jìn)行耦合；所述耦合后的通信信號分別通過耦合電容與連接端子A+和A-連接，所述連接端子A+和A-之間連接有保護(hù)信號電路的雙向TVS管。本實(shí)用新型的第五優(yōu)選實(shí)施例中:所述電動汽車為乘用車時，電源電壓為12V，所述TVS管的額定電壓選為18V ;所述電動汽車為商用車時，電源電壓為24V，所述TVS管的額定電壓選為36V ；所述耦合電容的電容值為53PF ;所述信號耦合變壓器的型號為5024-X096 ；[0023]所述輸入帶通濾波器和輸出帶通濾波器的通帶為2Mhz_28Mhz。本實(shí)用新型的第六優(yōu)選實(shí)施例中:所述高速電力載波通信模塊包括依次連接的模擬前端電路、電力貓芯片、物理層芯片和RJ45接口 ；所述電力貓芯片配置了一片SDRAM作為程序運(yùn)行和存放數(shù)據(jù)的空間；所述耦合電路與所述模擬前端電路連接，所述RJ45接口與所述充電機(jī)控制裝置或車輛控制裝置連接；從耦合電路過來的信號經(jīng)過所述模擬前端電路進(jìn)行處理后與所述電力貓芯片接口，所述電力貓芯片通過所述RJ45接口通過以太網(wǎng)與所述車輛控制裝置或充電機(jī)控制裝
置連接。本實(shí)用新型的第七優(yōu)選實(shí)施例中:所述模擬前端電路采用INT1400芯片；所述電力貓芯片采用INT6400芯片，所述INT6400芯片采用OFDM調(diào)制模式，支持1024/256/64/16/8-QAM，QPSK, BPSK和ROBO多種調(diào)制模式，通信速率達(dá)200Mbps，同時INT6400為ARM926EJ-S32位RISC處理器，配置了一片SDRAM作為程序運(yùn)行和存放數(shù)據(jù)的空間；所述物理層芯片采用RTL8201芯片。本實(shí)用新型提供的一種非車載直流充電機(jī)與電動汽車通信的系統(tǒng)的有益效果包括:1、本實(shí)用新型提供的一種非車載直流充電機(jī)與電動汽車通信的系統(tǒng)，充電機(jī)和電動汽車均包括高速電力線載波通信模塊，采用高速電力載波通信方式，通信速率高。2、充電機(jī)和電動汽車包含的高速電力線載波通信模塊均通過耦合電路將通信信號耦合到連接端子A+和A-上進(jìn)行通信，還可以將通信信號耦合到其他信號或電源線上傳輸，不需額外的通信電纜。3、耦合電路采用TVS管保護(hù)，通過電容和變壓器耦合的載波信號，并配置了帶通濾波器，保證了通信的可靠性和安全性。

圖1為傳統(tǒng)充電機(jī)與電動汽車部分連接關(guān)系框圖；圖2為本實(shí)用新型提供的充電機(jī)與電動汽車部分連接關(guān)系框圖；圖3為本實(shí)用新型提供的充電機(jī)原理框圖；圖4為本實(shí)用新型提供的電動汽車的充電部分的原理框圖；圖5為本實(shí)用新型提供的耦合電路的電路原理圖；圖6為本實(shí)用新型提供的高速電力載波通信模塊的內(nèi)部原理款圖及其與外部相連的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
非車載直流充電機(jī)為電動汽車動力蓄電池充電的專用裝置，充電機(jī)包括相互連接的充電機(jī)控制裝置和車輛插頭，電動汽車包括電池組及電池管理單元、車輛插座和與車輛插座連接的車輛控制裝置，車輛插座和車輛插頭包含7個連接端子，分別是直流充電的功率端子DC+和DC-，保護(hù)接地端子PE，車輛連接確認(rèn)和充電機(jī)連接確認(rèn)信號CCl和CC2，充電機(jī)給充電汽車供給工作電源的輔助電源線連接端子A+、A-。當(dāng)將充電機(jī)的車輛插頭與電動汽車的車輛插座連接以后，充電機(jī)通過CCl檢測到車輛已經(jīng)連接，通過連接端子A+、A-給車輛控制裝置供電，車輛控制裝置開始工作，通過CC2檢測到非車載充電機(jī)已經(jīng)連接，車輛控制裝置通過S+、S-發(fā)起與非車載充電機(jī)的通信連接，通信正常后，非車載直流充電機(jī)合上K1、K2，電動汽車合上Κ5、Κ6，非車載直流充電機(jī)根據(jù)車輛控制裝置的控制參數(shù)，經(jīng)過整流模塊，在DC+、DC-上輸出直流電源，對電動汽車電池組進(jìn)行充電。本實(shí)用新型提供的一種非車載直流充電機(jī)與電動汽車通信的系統(tǒng)，充電機(jī)與電動汽車部分連接關(guān)系框圖如圖2所示，由圖2可知，充電機(jī)和電動汽車均包括高速電力線載波通信模塊，該高速電力線載波通信模塊包括位于充電機(jī)里的高速電力線載波通信模塊A與位于電動汽車?yán)锏母咚匐娏€載波通信模塊B，充電機(jī)與電動汽車連接涉及到7個端子，分別是直流充電的功率端子DC+和DC-，保護(hù)接地端子PE車輛連接確認(rèn)和充電機(jī)連接確認(rèn)信號CCl和CC2，非車載直流充電機(jī)給車輛充電控制系統(tǒng)部分供給工作電源的輔助電源線連接端子A+和A-。充電機(jī)通過CCl檢測到車輛已經(jīng)連接，通過連接端子A+、A-給車輛控制裝置供電，車輛控制裝置開始工作，通過CC2檢測到非車載充電機(jī)已經(jīng)連接，車輛控制裝置通過高速電力線載波通信模塊，發(fā)起與非車載充電機(jī)的通信連接，充電機(jī)也通過電力線載波通信模塊，與車輛控制裝置建立連接，通信正常后，充電機(jī)合上K1、K2，電動汽車合上K5、K6，充電機(jī)根據(jù)車輛控制裝置的控制參數(shù)，在DC+、DC-上輸出直流電源，對電動汽車電池組進(jìn)行充電。如圖3所示為本實(shí)用新型提供的充電機(jī)原理框圖，由圖3可知，充電機(jī)包括充電機(jī)控制裝置、整流模塊、高速電力線載波通信模塊A和車輛插頭。其中充電機(jī)控制裝置與整流模塊通過CAN總線連接，與高速電力線載波通信模塊通過以太網(wǎng)連接，其主要功能是，通過高速電力線載波通信模塊與電動汽車車輛控制裝置連接，獲得電動汽車充電的控制參數(shù)，將控制參數(shù)經(jīng)過專業(yè)的算法分析，形成對整流模塊的控制參數(shù)，將該參數(shù)傳遞給整流模塊，使整流模塊輸出電動汽車充電需求的充電電壓及電流。如圖4所示為本實(shí)用新型提供的電動汽車的充電部分的原理框圖，由圖4可知，電動汽車的充電部分包括車輛插座、高速電力線載波通信模塊B、車輛控制裝置和電池組及電池管理單元。車輛控制裝置通過CAN總線與電池管理單元通信，獲得電池組的狀態(tài)，經(jīng)過專用的算法計算，得到控制電動汽車充電機(jī)的控制參數(shù)，車輛控制裝置通過以太網(wǎng)與高速電力線載波通信模塊連接，將對非車載直流充電機(jī)的控制參數(shù)通過連接端子A+、A-傳遞到非車載充電機(jī)的高速電力線載波通信模塊，控制非車載直流充電機(jī)輸出需求的充電電壓及電流。充電機(jī)通過電力線載波通信模塊A與車輛控制裝置建立連接的方法為:車輛控制裝置通過所述高速電力線載波通信模塊B將通信信號耦合到車輛插座的連接端子A+和A-上，通信信號傳遞到車輛插頭中的連接端子A+和A-上后，將通信信號耦合到所述高速電力線載波通信模塊A中。高速電力線載波通信模塊A和高速電力線載波通信模塊B分別通過耦合電路A和耦合電路B進(jìn)行耦合，耦合電路的電路原理圖如圖5所示，高速電力線載波通信模塊的輸入和輸出分別通過Tx Band pass和Rx Band pass后通過信號稱合變壓器Tl或T2稱合到連接端子A+、A-上，連接端子A+和A-之間連接有TRl或TR2，TRl和TR2為保護(hù)信號電路的雙向TVS管，由于連接端子A+、A-上的電源電壓根據(jù)乘用車或商用車不同，分別為12V或24V,因此該TVS管可以選用額定電壓為18V或36V的雙向TVS管。耦合后的通信信號分別通過Cplc與連接端子A+和A-連接，Cplc為耦合電容，取53pf。信號耦合變壓器Tl和T2可以選用5024-X096等型號。Tx Band pass和Rx Band pass為輸入輸出信號濾波器,通帶為 2MHz-28MHz。如圖6所示為高速電力載波通信模塊的內(nèi)部原理框圖及其與外部相連的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖6可知，該高速電力載波通信模塊包括依次連接的模擬前端電路、電力貓芯片、物理層芯片和RJ45接口 ；電力貓芯片配置了一片SDRAM作為程序運(yùn)行和存放數(shù)據(jù)的空間；耦合電路與模擬前端電路連接，RJ45接口與充電機(jī)控制裝置或車輛控制裝置連接；從耦合電路過來的信號經(jīng)過模擬前端電路進(jìn)行處理后與電力貓芯片接口，電力貓芯片通過RJ45接口采用以太網(wǎng)與述車輛控制裝置或充電機(jī)控制裝置連接。模擬前端電路采用INT1400芯片；電力貓芯片采用INT6400芯片，INT6400芯片采用 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分復(fù)用技術(shù))調(diào)制模式，支持1024/256/64/16/8-QAM，QPSK, BPSK和ROBO等多種調(diào)制模式通信速率可達(dá)200Mbps，同時INT6400為ARM926EJ-S32位RISC處理器，配置了一片SDRAM作為程序運(yùn)行和存放數(shù)據(jù)的空間；物理層芯片采用RTL8201。以上雖然根據(jù)附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但不僅限于此具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)此具體技術(shù)方案進(jìn)行的各種等同、變形處理，也在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種非車載直流充電機(jī)與電動汽車通信的系統(tǒng),所述充電機(jī)包括相互連接的車輛插頭和充電機(jī)控制裝置，所述電動汽車包括電池組及電池管理單元、車輛插座和與車輛插座連接的車輛控制裝置，所述車輛插頭和車輛插座包含7個連接端子:DC+、DC-、PE、CC1、CC2、A+和A-,其特征在于， 所述充電機(jī)和電動汽車均包括高速電力線載波通信模塊，所述高速電力線載波通信模塊包括位于所述充電機(jī)里的高速電力線載波通信模塊A與位于所述電動汽車?yán)锏母咚匐娏€載波通信模塊B; 所述高速電力線載波通信模塊A —端與所述充電機(jī)控制裝置連接，另一端與所述車輛插頭中的連接端子A+和A-連接； 所述高速電力線載波通信模塊B —端與所述車輛控制裝置連接，另一端與所述車輛插座中的連接端子A+和A-連接。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述充電機(jī)包括充電機(jī)控制裝置、整流模塊、車輛插頭和高速電力線載波通信模塊A ； 所述充電機(jī)控制裝置與所述整流模塊通過CAN總線連接，與所述高速電力線載波通信模塊A通過以太網(wǎng)連接。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電動汽車包括車輛插座、高速電力線載波通信模塊B、車輛控制裝置和電池組及電池管理單元； 所述車輛控制裝置與所述電池組及電池管理單元通過CAN總線連接，與所述高速電力線載波通信模塊B通過以太網(wǎng)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高速電力線載波通信模塊A和所述高速電力線載波通信模塊B分別通過耦合電路A和耦合電路B將信號耦合到所述車輛插頭或所述車輛插座中的連接端子A+和A-上，所述車輛插頭和所述車輛插座中的連接端子A+和A-連接后實(shí)現(xiàn)所述充電機(jī)與所述電動汽車的高速通信。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述耦合電路采用變壓器耦合方式，所述高速電力線載波通信模塊的輸入和輸出分別通過輸入帶通濾波器和輸出帶通濾波器后通過信號耦合變壓器進(jìn)行耦合； 所述耦合后的通信信號分別通過耦合電容與連接端子A+和A-連接，所述連接端子A+和A-之間連接有保護(hù)信號電路的雙向TVS管。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電動汽車為乘用車時，電源電壓為12V，所述TVS管的額定電壓選為18V ;所述電動汽車為商用車時，電源電壓為24V，所述TVS管的額定電壓選為36V ； 所述耦合電容的電容值為53PF ； 所述信號耦合變壓器的型號為5024-X096 ； 所述輸入帶通濾波器和輸出帶通濾波器的通帶為2Mhz-28Mhz。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高速電力載波通信模塊包括依次連接的模擬前端電路、電力貓芯片、物理層芯片和RJ45接口 ； 所述電力貓芯片配置了一片SDRAM作為程序運(yùn)行和存放數(shù)據(jù)的空間； 所述耦合電路與所述模擬前端電路連接，所述RJ45接口與所述充電機(jī)控制裝置或車輛控制裝置連接；從耦合電路過來的信號經(jīng)過所述模擬前端電路進(jìn)行處理后與所述電力貓芯片接口，所述電力貓芯片通過所述RJ45接口采用以太網(wǎng)與所述車輛控制裝置或充電機(jī)控制裝置連接。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述模擬前端電路采用INT1400芯片； 所述電力貓芯片采用INT6400芯片，所述INT6400芯片采用OFDM調(diào)制模式，支持1024/256/64/16/8-QAM, QPSK, BPSK 和 ROBO 多種調(diào)制模式，通信速率達(dá) 200Mbps，同時INT6400為ARM926EJ-S32位RISC處理器，配置了一片SDRAM作為程序運(yùn)行和存放數(shù)據(jù)的空間； 所述物理層芯片采 用RTL8201芯片。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種非車載直流充電機(jī)與電動汽車通信的系統(tǒng)，所述充電機(jī)和電動汽車均包括高速電力線載波通信模塊，所述高速電力線載波通信模塊包括位于所述充電機(jī)里的高速電力線載波通信模塊A與位于所述電動汽車?yán)锏母咚匐娏€載波通信模塊B；所述高速電力線載波通信模塊A一端與所述充電機(jī)控制裝置連接，另一端與所述車輛插頭中的連接端子A+和A-連接；所述高速電力線載波通信模塊B一端與所述車輛控制裝置連接，另一端與所述車輛插座中的連接端子A+和A-連接。本實(shí)用新型提供的一種非車載直流充電機(jī)與電動汽車通信的系統(tǒng)采用高速電力載波通信方式，通信速率高。
文檔編號H02J7/00GK203056608SQ201220497220
公開日2013年7月10日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者惠琪, 張建偉, 李延滿, 呂曉榮, 路致遠(yuǎn), 張蓓蓓, 尹宏旭, 馬彥華 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司