專利名稱：一種電動汽車車載充電系統(tǒng)及其充電控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動汽車車載電池能量供給技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電動汽車車載充電系統(tǒng)及其充電控制方法。
背景技術(shù)：
隨著能源與環(huán)境問題的日益突出，新能源汽車迎來了空前的發(fā)展機會，而電動汽車是一種非常理想的日常公共交通工具，電動汽車的應(yīng)用有效地解決了能源和環(huán)境兩大難題。電動汽車大范圍推廣應(yīng)用后，存在著對電池包中電池模塊充電的技術(shù)要求，因為車載充電系統(tǒng)很大程度上影響電動汽車的運行質(zhì)量。目前電動汽車車載充電系統(tǒng)質(zhì)量重、體積大、充電時間長、與整車運行不匹配。針對目前情況，開發(fā)出一種體積小、輕量化、智能快速的多功能車載充電系統(tǒng)成為一個重要的研究方向。并且當(dāng)前多數(shù)電動汽車車載充電系統(tǒng)只考慮了外接充電電源補給能量，對制動能量的回收充電未加考慮。市場急需一種結(jié)構(gòu)簡單，能夠解決上述不足的電動汽車車載充電系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，能兼容多種能量供給模式的電動汽車車載充電系統(tǒng)。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種電動汽車車載充電系統(tǒng)，包括車載蓄電池、驅(qū)動電機、整流濾波電路模塊，其結(jié)構(gòu)特點在于，還包括一雙向DC/DC變換器模塊，分別與所述車載蓄電池、驅(qū)動電機、整流濾波電路模塊相連，用于將外部電源能量和制動能量的電壓值經(jīng)過處理后轉(zhuǎn)化為能滿足車載蓄電池充電要求的電壓幅值，反饋信號采集模塊將監(jiān)測到的電池、外部電源接入及制動能量產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給中央控制器，所述中央控制器對數(shù)據(jù)進行分析比對后通過驅(qū)動保護電路模塊控制所述雙向DC/DC變換器模塊及充電選擇開關(guān)模塊工作以完成車載蓄電池的充電過程。所述雙向DC/DC變換器模塊是具有能量雙向流動功能的電動汽車車載功率變換器，它既能使得蓄電池向外供給能量，也可使得能量從外部補給蓄電池，采用兩個全橋電路，電路中每個開關(guān)管均采用帶有反向并聯(lián)二極管與電容的絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)。能量流動方向由中央控制器分析處理反饋信號后，通過PWM脈沖控制各個IGBT管的開關(guān)狀態(tài)來決定，進而實現(xiàn)整個車載充電系統(tǒng)的功能。所述反饋信號采集模塊包括用于監(jiān)測車載蓄電池電壓、電流及溫度的第一電壓傳感器、第一電流傳感器和電池溫度傳感器，用于監(jiān)測外部電源的第二電壓傳感器和第二電流傳感器，以及用于監(jiān)測驅(qū)動電機制動反向電源的第三電壓傳感器和第三電流傳感器。所述充電選擇開關(guān)模塊包括兩組單刀雙擲開關(guān)，通過所述中央控制器控制第一單刀雙擲開關(guān)和第二單刀雙擲開關(guān)同時置左或同時置右實現(xiàn)兩種充電模式的切換。所述車載蓄電池與所 述雙向DC/DC變換器模塊還設(shè)置有一電池放電裝置，用來消除快速充電時電池的極化現(xiàn)象。
一種利用上述電動汽車車載充電系統(tǒng)實現(xiàn)電動汽車車載蓄電池充電的控制方法，包括以下步驟:I)所述中央控制器通過反饋信號采集模塊查詢車載蓄電池容量及溫度；2)當(dāng)電池容量及溫度滿足充電條件時則由所述中央控制器通過控制所述充電選擇開關(guān)模塊來選擇充電模式；3)當(dāng)有外部電源接入時，所述中央控制器控制充電選擇開關(guān)模塊中的第一單刀雙擲開關(guān)和第二單刀雙擲開關(guān)同時置右，外部電源能量通過所述雙向DC/DC變換器模塊對車載蓄電池進行充電；4)當(dāng)有制動能量產(chǎn)生需要回收時，所述中央控制器控制充電選擇開關(guān)模塊中的第一單刀雙擲開關(guān)和第二單刀雙擲開關(guān)同時置左，制動能量通過所述雙向DC/DC變換器模塊對車載蓄電池進行充電；5)當(dāng)充電結(jié)束時，所述中央控制器控制充電選擇開關(guān)模塊斷開第一單刀雙擲開關(guān)和第二單刀雙擲開關(guān)。其中，所述步驟2)是通過以下步驟實現(xiàn)的:2-1)電池溫度傳感器的溫度是否在合適范圍內(nèi)；2-2)第一電壓傳感器和第一電流傳感器是否在合適范圍內(nèi)；2-3)以上條件滿足開始監(jiān)測第二電壓傳感器和第二電流傳感器，以及第三電壓傳感器和第三電流傳感器；2-4)開啟充電選擇開關(guān)模塊，準(zhǔn)備進行充電模式選擇。所述步驟3)還包括以下步驟:3-1)當(dāng)?shù)诙妷簜鞲衅骱偷诙娏鱾鞲衅鞅O(jiān)測到的電壓及電流超過一定范圍時，所述中央控制器將控制車載蓄電池放電裝置開始工作，通過放電脈沖防止蓄電池極化。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明既能滿足目前電動汽車充電方式多樣化的要求，又能使得整個車載充電系統(tǒng)小型化、智能化，有效降低成本，同時還可以延長電動汽車一次充電續(xù)駛里程，具有很大的實用價值。


圖1為本發(fā)明充電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明充電系統(tǒng)的電路原理示意圖；圖3為本發(fā)明充電系統(tǒng)的工作流程示意圖。在附圖中:1-車載蓄電池；2_驅(qū)動電機；3_驅(qū)動保護電路模塊；4-雙向DC/DC變換器模塊；5-整流濾波電路模塊；6_中央控制器；7_反饋信號采集模塊；8_電池放電裝置；U1-第一電壓傳感器；U2-第二電壓傳感器；U3-第三電壓傳感器；11_第一電流傳感器；12_第二電流傳感器；13_第三電流傳感器；T1-電池溫度傳感器；SW1-第一單刀雙擲開關(guān)；SW2-第二單刀雙擲開關(guān)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步描述。
參照附圖1和圖2所示，本發(fā)明所描述的一種電動汽車車載充電系統(tǒng)，包括車載蓄電池I，驅(qū)動電機2，驅(qū)動保護電路模塊3，雙向DC/DC變換器模塊4，整流濾波電路模塊5，中央控制器6，反饋信號采集模塊7，電池放電裝置8以及充電選擇開關(guān)模塊。圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)連接圖以及能量流動圖，所述雙向DC/DC變換器模塊4分別與所述車載蓄電池1、驅(qū)動電機2、整流濾波電路模塊5相連，用于將經(jīng)過整流濾波電路模塊5轉(zhuǎn)換的外部電源輸入的電網(wǎng)能量和驅(qū)動電機2的制動能量經(jīng)過處理后轉(zhuǎn)化為能滿足車載蓄電池I充電要求的充電能量，反饋信號采集模塊7將監(jiān)測到的電池、外部電源接入及制動能量產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給中央控制器6，所述中央控制器6對數(shù)據(jù)進行分析比對后通過驅(qū)動保護電路模塊控制所述雙向DC/DC變換器模塊4及充電選擇開關(guān)模塊工作以完成車載蓄電池I的充電過程，車載蓄電池I與所述雙向DC/DC變換器模塊4還設(shè)置有一電池放電裝置8，當(dāng)采用外部電源輸入快速充電時，可以用來消除電池的極化現(xiàn)象。同時車載蓄電池I的驅(qū)動能量也可以通過雙向DC/DC變換器模塊4提供給驅(qū)動電機2。圖2具體描述了該系統(tǒng)的實施電路圖，雙向DC/DC變換器模塊4采用受控于中央控制器6的開關(guān)管Q1-Q8組成的兩個全橋。車載蓄電池I能量補給方式路徑選擇由受控于中央控制器6的SW1、SW2兩個單刀雙擲開關(guān)決定。當(dāng)能量由外部電源的能量補給時選擇開關(guān)同時置右，接通充電主電路。當(dāng)能量由電動汽車制動能量補給時選擇開關(guān)同時置左，接通充電主電路。反饋信號采集模塊7包括用于監(jiān)測車載蓄電池I電壓、電流及溫度的第一電壓傳感器U1、第一電流傳感器Il和電池溫度傳感器Tl，用于監(jiān)測外部電源的第二電壓傳感器U2和第二電流傳感器12，以及用于監(jiān)測驅(qū)動電機2制動反向電源的第三電壓傳感器U3和第三電流傳感器13。在此，對于車載蓄電池I的電池容量SOC的獲取通過電池管理系統(tǒng)得到。本發(fā)明通過上述傳感器將充電主電路中各處相關(guān)電壓、電流信號傳輸給中央控制器6，中央控制器6通過這些數(shù)據(jù)作出不同的判斷進而實現(xiàn)整個充電系統(tǒng)的正常工作。電池放電裝置8包括開關(guān)元件QO和電感T0，當(dāng)車載充電系統(tǒng)接外部電源進行快速充電時，通過控制開關(guān)管QO來進行電池反向大脈沖放電來消除極化現(xiàn)象，防止電池溫升過大，影響電池壽命。本系統(tǒng)的工作流程如圖3所示，所述中央控制器6通過反饋信號采集模塊7查詢車載蓄電池I容量及溫度，首先是檢測電池溫度傳感器Tl的溫度是否在合適范圍內(nèi)，滿足條件后則檢測第一電壓傳感器Ul和第一電流傳感器Il是否在合適范圍內(nèi)，以上條件滿足開始監(jiān)測第二電壓傳感器U2和第二電流傳感器12，以及第三電壓傳感器U3和第三電流傳感器13，開啟充電選擇開關(guān)模塊，準(zhǔn)備進行充電模式選擇。當(dāng)有外部電源接入時，所述中央控制器6控制充電選擇開關(guān)模塊中的第一單刀雙擲開關(guān)SWl和第二單刀雙擲開關(guān)SW2同時置右，外部電源能量通過所述雙向DC/DC變換器模塊4對車載蓄電池I進行充電，此時如果第二電壓傳感器U2和第二電流傳感器12監(jiān)測到的電壓及電流超過一定范圍時，所述中央控制器6將控制電池放電裝置8開始工作，通過放電脈沖防止蓄電池極化。當(dāng)檢測到蓄電池容量為已滿或者數(shù)據(jù)信號不在正常范圍內(nèi)，應(yīng)停止接通主電路，檢測充電系統(tǒng)后，使得滿足充電條件后，再進行充電。當(dāng)有制動能量產(chǎn)生需要反向電源充電時，所述中央控制器6控制接受傳感器U3、13的信號數(shù)據(jù)后，當(dāng)滿足充電條件后將充電選擇開關(guān)模塊中的第一單刀雙擲開關(guān)(SWl)和第二單刀雙擲開關(guān)SW2同時置左，制動能量通過所述雙向DC/DC變換器模塊4對車載蓄電池I進行充電。如遇到不滿足充電條件時，所述中央控制器6控制充電選擇開關(guān)模塊斷開第一單刀雙擲開關(guān)SWl和第二單刀雙擲開關(guān)SW2，充電過程結(jié)束，直到系統(tǒng)滿足條件后再接通主電路。上述實施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電動汽車車載充電系統(tǒng)，包括車載蓄電池(I)、驅(qū)動電機(2)、整流濾波電路模塊(5)，其特征在于，還包括一雙向DC/DC變換器模塊(4)，分別與所述車載蓄電池(I)、驅(qū)動電機(2)、整流濾波電路模塊(5)相連，反饋信號采集模塊(7)將監(jiān)測到的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給中央控制器(6 )，所述中央控制器(6 )對數(shù)據(jù)進行分析比對后通過驅(qū)動保護電路模塊(3 )控制所述雙向DC/DC變換器模塊(4)及充電選擇開關(guān)模塊工作以完成車載蓄電池(I)的充電過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車車載充電系統(tǒng)，其特征在于，所述雙向DC/DC變換器模塊(4)采用兩個全橋電路，電路中每個開關(guān)管均采用帶有反向并聯(lián)二極管與電容的絕緣柵雙極性晶體管，可以通過所述中央控制器(6)控制開關(guān)管實現(xiàn)能量的雙向流動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車車載充電系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋信號采集模塊(7)包括用于監(jiān)測車載蓄電池電壓、電流及溫度的第一電壓傳感器(U1)、第一電流傳感器(Il)和電池溫 度傳感器(Tl)，用于監(jiān)測外部電源的第二電壓傳感器(U2)和第二電流傳感器(12)，以及用于監(jiān)測驅(qū)動電機制動反向電源的第三電壓傳感器(U3)和第三電流傳感器(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車車載充電系統(tǒng)，其特征在于，所述充電選擇開關(guān)模塊包括兩組單刀雙擲開關(guān)，通過所述中央控制器控制第一單刀雙擲開關(guān)(SWl)和第二單刀雙擲開關(guān)(SW2)同時置左或同時置右實現(xiàn)兩種充電模式的切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車車載充電系統(tǒng)，其特征在于，所述車載蓄電池(O與所述雙向DC/DC變換器模塊(4)之間還設(shè)置有一電池放電裝置(8)，用來消除快速充電時電池的極化現(xiàn)象。
6.—種利用權(quán)利要求1 5中任意一項所述的電動汽車車載充電系統(tǒng)實現(xiàn)電動汽車車載蓄電池充電的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: I)所述中央控制器(6)通過反饋信號采集模塊(7)查詢車載蓄電池(I)容量及溫度； 2)當(dāng)電池容量及溫度滿足充電條件時則由所述中央控制器(6 )通過控制所述充電選擇開關(guān)模塊來選擇充電模式； 3)當(dāng)有外部電源接入時，所述中央控制器(6)控制充電選擇開關(guān)模塊中的第一單刀雙擲開關(guān)(SWl)和第二單刀雙擲開關(guān)(SW2)同時置右，外部電源能量通過所述雙向DC/DC變換器模塊(4 )對車載蓄電池(I)進行充電； 4)當(dāng)有制動能量產(chǎn)生需要回收時，所述中央控制器(6)控制充電選擇開關(guān)模塊中的第一單刀雙擲開關(guān)(SWl)和第二單刀雙擲開關(guān)(SW2)同時置左，制動能量通過所述雙向DC/DC變換器模塊(4)對車載蓄電池(I)進行充電； 5)當(dāng)充電結(jié)束時，所述中央控制器(6)控制充電選擇開關(guān)模塊斷開第一單刀雙擲開關(guān)(Sffl)和第二單刀雙擲開關(guān)(SW2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電動汽車車載蓄電池充電的控制方法,其特征在于,所述步驟2)是通過以下步驟實現(xiàn)的: 2-1)第一溫度傳感器(Tl)的溫度是否在合適范圍內(nèi)； 2-2)第一電壓傳感器(Ul)和第一電流傳感器(Il)是否在合適范圍內(nèi)； 2-3)以上條件滿足開始監(jiān)測第二電壓傳感器(U2)和第二電流傳感器(12)，以及第三電壓傳感器(U3)和第三電流傳感器(13)；2-4)開啟充電選擇開關(guān)模塊，準(zhǔn)備進行充電模式選擇。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電動汽車車載蓄電池充電的控制方法,其特征在于,所述步驟3)還包括以下步驟: 3-1)當(dāng)?shù)诙妷簜鞲衅?U2)和第二電流傳感器(12)監(jiān)測到的電壓及電流超過一定范圍時，所述中央控制器(6 )將控制車載蓄電池放電裝置(8 )開始工作，通過放電脈沖防止蓄電池極化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動汽車車載充電系統(tǒng)及其充電控制方法，包括車載蓄電池、驅(qū)動電機、整流濾波電路模塊，其特征在于，還包括一雙向DC/DC變換器模塊，分別與所述車載蓄電池、驅(qū)動電機、整流濾波電路模塊相連，用于實現(xiàn)充電及放電能量的雙向流動，反饋信號采集模塊將監(jiān)測到的電池、外部電源接入及制動能量產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給中央控制器，所述中央控制器對數(shù)據(jù)進行分析比對后通過驅(qū)動保護電路模塊控制所述雙向DC/DC變換器模塊及充電選擇開關(guān)模塊工作以完成車載蓄電池的充電過程。本發(fā)明使得整個車載充電系統(tǒng)小型化、智能化，滿足目前電動汽車充電方式多樣化的要求，延長了電動汽車一次充電續(xù)駛里程。
文檔編號H02J7/00GK103219764SQ201310115870
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者鄧元望, 朱浩, 文濱, 周帥 申請人:湖南大學(xué)