本發(fā)明屬于充電器領(lǐng)域，尤其涉及一種可與穩(wěn)壓電源堆疊的電動(dòng)汽車的通用充電器。

背景技術(shù)：

新能源電動(dòng)汽車，對(duì)作為動(dòng)力來源的電池包有電壓和容量的要求，電池包往往由數(shù)千個(gè)單體電池，通過串并聯(lián)組成。系統(tǒng)電壓從幾十伏到幾百伏，電池組容量從幾十KWH到幾百KWH，各不相同。

現(xiàn)在的充電站(樁)是一臺(tái)獨(dú)立的專用設(shè)備，根據(jù)電動(dòng)汽車的電池包電壓，提供充電電壓，根據(jù)電動(dòng)汽車的電池組容量，提供充電電流。充電站或充電樁基本是一個(gè)針對(duì)某一特定電動(dòng)汽車專用設(shè)備，適應(yīng)性差，難以滿足形形色色的電動(dòng)汽車的充電要求。

而對(duì)于電動(dòng)汽車，載重和速度各異，需要的電池包的電壓和容量不同，很難統(tǒng)一。因此，現(xiàn)在很多的電動(dòng)汽車找不到合適的充電設(shè)備，而不解決電動(dòng)汽車的充電問題，電動(dòng)汽車很難推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電動(dòng)汽車的通用充電器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中電動(dòng)汽車的充電設(shè)備只針對(duì)某一類型的電動(dòng)汽車，導(dǎo)致電動(dòng)汽車充電不方便的問題。

本發(fā)明公開了一種電動(dòng)汽車的通用充電器，所述充電器包括：

輸入電路、變換電路、輸出電路、電壓疊加模塊、檢測(cè)模塊、控制電路、以及通訊模塊；

所述變換電路與所述輸入電路相連，用于根據(jù)所述控制電路的指令對(duì)輸入電路輸入的電壓電流進(jìn)行調(diào)節(jié)后發(fā)送至所述輸出電路；

所述電壓疊加模塊，用于將所述輸出電路與直流穩(wěn)壓電源輸入模塊輸入的電壓進(jìn)行串聯(lián)疊加；

所述檢測(cè)模塊與所述電壓疊加模塊相連，用于對(duì)電壓和/或電流進(jìn)行采樣；

所述控制電路，用于根據(jù)所述檢測(cè)模塊的檢測(cè)結(jié)果以及所述通訊模塊接收的信息對(duì)輸出開關(guān)以及所述變換電路進(jìn)行控制。

優(yōu)選的，所述通訊模塊用于接收發(fā)送來的充電網(wǎng)絡(luò)連接完成的信息和電動(dòng)汽車電池包的當(dāng)前電壓；

所述控制電路，用于在接收到所述充電網(wǎng)絡(luò)連接完成的信息后不斷提高自身電壓直至疊加后的電壓與所述電動(dòng)汽車電池包的當(dāng)前電壓相等時(shí)，控制所述輸出開關(guān)閉合。

優(yōu)選的，所述通訊模塊，用于接收發(fā)送來的初始充電電流；

所述控制電路，用于根據(jù)所述初始充電電流對(duì)所述變換電路進(jìn)行控制，以按照所述初始充電電流對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。

優(yōu)選的，所述控制電路，還用于在所述檢測(cè)模塊檢測(cè)到自身的輸出電壓達(dá)到第一設(shè)定閾值時(shí)，發(fā)送降低輸出電流的指令至所述變換電路，直至輸出的電流為零時(shí)，控制所述輸出開關(guān)斷開并發(fā)送重新匹配充電網(wǎng)絡(luò)的指令至所述通訊模塊。

優(yōu)選的，所述通訊模塊，還用于接收發(fā)送來的減小電流第一指令；

所述控制電路，用于根據(jù)所述減小電流第一指令對(duì)所述變換電路進(jìn)行控制以減小電流；

所述減小電流第一指令在所述電池包的任一單節(jié)電壓達(dá)到第二設(shè)定閾值時(shí)生成，所述第二設(shè)定閾值不大于所述單體電池的充電終止電壓。

優(yōu)選的，所述通訊模塊，還用于接收發(fā)送來的減小電流第二指令；

所述控制電路，用于根據(jù)所述減小電流第二指令對(duì)所述變換電路進(jìn)行控制以減小電流；

所述減小電流第二指令在所述電池包的任一點(diǎn)的溫度達(dá)到第三設(shè)定閾值時(shí)生成。

優(yōu)選的，所述通訊模塊，還用于接收發(fā)送來的充電終止指令；

所述控制電路，用于根據(jù)所述充電終止指令或在檢測(cè)到充電電流為零時(shí)，控制所述輸出開關(guān)斷開。

優(yōu)選的，所述變換電路包括移相橋軟開關(guān)電路以及高頻變壓器。

優(yōu)選的，

所述輸入電路包括三相交流輸入單元和整流濾波電路；

所述輸出電路包括同步整流濾波單元和直流輸出單元。

優(yōu)選的，所述通訊模塊通過CAN總線進(jìn)行通訊。

本發(fā)明通過提供一種電動(dòng)汽車的通用充電器，該充電器包括自身的電源并可以將不同數(shù)量的外界穩(wěn)壓電源串聯(lián)，將電壓疊加后輸出。這樣的充電器能夠靈活改變輸出電壓，以適應(yīng)不同的電動(dòng)汽車。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是電動(dòng)汽車通用充電器的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明通用充電器的一種具體結(jié)構(gòu)；

圖3是本發(fā)明單節(jié)電壓示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請(qǐng)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本申請(qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。

為使本發(fā)明更加清楚，首先對(duì)以下術(shù)語進(jìn)行描述：

BMS：現(xiàn)在的電動(dòng)汽車，作為動(dòng)力來源的電池包，有數(shù)千個(gè)鋰離子單體電池，通過串并聯(lián)組成，鋰離子電池的充電要求嚴(yán)格，過充和過放都有安全隱患，必須嚴(yán)格控制。所以，電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置，都有一個(gè)電池管理系統(tǒng)BMS。BMS負(fù)責(zé)檢測(cè)電池組電壓，電池包內(nèi)部的溫度和單體(節(jié))電壓等電池參數(shù)。

充電終止電壓：現(xiàn)在對(duì)電動(dòng)汽車充電，是BMS預(yù)先人為設(shè)定充電終止電壓，這個(gè)電壓等于電池包串聯(lián)的電池節(jié)數(shù)與單體電池的理論充電終止電壓的乘積，為了防止過充，通常會(huì)留有一定余量，如電池廠家規(guī)定單體電池的充電終止電壓是4.2V，BMS生產(chǎn)廠設(shè)定充電電壓時(shí)，人為設(shè)定成4.1V，防止過充。假設(shè)電池包由100個(gè)單節(jié)電池串聯(lián)而成，設(shè)定的充電電壓為：100*4.1V＝410V，當(dāng)電池充電到端電壓到410V時(shí)，切斷充電回路，防止電池過充。

充電電流：充電電流設(shè)定是BMS根據(jù)特定的電池包的容量，人為設(shè)定一個(gè)最大電流值，通常設(shè)定1C，完成充電的時(shí)間理論值1小時(shí)，超過這個(gè)電流的上限，切斷充電回路。

本發(fā)明旨在提供一種電動(dòng)汽車的通用充電器，能夠與不同數(shù)量的外界穩(wěn)壓電源模塊串聯(lián)，將自身電壓與穩(wěn)壓電源模塊電壓疊加后輸出，以滿足不同電動(dòng)汽車的充電需求。

如圖1所示，為本發(fā)明提供的一種電動(dòng)汽車通用充電器的結(jié)構(gòu)圖，包括：

輸入電路11、變換電路12、輸出電路13、電壓疊加模塊15、檢測(cè)模塊16、控制電路17、通訊模塊18。其相互間的連接關(guān)系如圖所示。

所述變換電路12與所述輸入電路11相連，用于根據(jù)所述控制電路17的指令對(duì)輸入電路11輸入的電壓電流進(jìn)行調(diào)節(jié)后發(fā)送至所述輸出電路13。

所述電壓疊加模塊15，用于將所述輸出電路13與外界直流穩(wěn)壓電源輸入模塊14輸入的電壓進(jìn)行串聯(lián)疊加。

所述檢測(cè)模塊16與所述電壓疊加模塊15相連，用于對(duì)電壓和/或電流進(jìn)行采樣。

所述控制電路17，用于根據(jù)所述檢測(cè)模塊16的檢測(cè)結(jié)果以及所述通訊模塊18接收的信息對(duì)充電網(wǎng)絡(luò)中的輸出開關(guān)19以及所述變換電路12進(jìn)行控制。具體的控制策略將在下文進(jìn)行介紹。

可見，本發(fā)明的通用充電器包含電壓疊加模塊15，能夠與外界穩(wěn)壓電源串聯(lián)，將電壓疊加后輸出，同時(shí)，還可根據(jù)需要調(diào)整自身的電壓，因而能夠靈活調(diào)節(jié)最后的輸出電壓，以適應(yīng)不同的電動(dòng)汽車充電要求。

如圖2所示，為本發(fā)明通用充電器的一種具體結(jié)構(gòu)，采用開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

其中輸入電路包括三相交流輸入單元111和整流濾波單元112；變換電路包括電源管理模塊121和高頻變壓器122；輸出電路包括同步整流濾波單元131和直流輸出單元132，控制電路為單片機(jī)171，通訊模塊為CAN通訊模塊181。除此外還包括直流穩(wěn)壓電源輸入模塊141，電壓疊加模塊151以及檢測(cè)模塊161。其中，上述電源管理模塊121選用移相橋軟開關(guān)電路。

結(jié)合電動(dòng)汽車的充電場(chǎng)景，通訊模塊主要與電池包內(nèi)的BMS以及充電站的控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。以下以此為例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明給電動(dòng)汽車充電的通用充電器，與直流穩(wěn)壓電源串聯(lián)，直流輸出電壓為40V～100V，電流和穩(wěn)壓電源的輸出電流保持一致，保證系統(tǒng)具備同樣的供電能力。

通用充電器采用開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸出電壓與穩(wěn)壓電源電壓疊加，檢測(cè)模塊檢測(cè)疊加的總電壓和電動(dòng)汽車電池包當(dāng)前電壓進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)兩邊電壓相等時(shí)，控制電路閉合輸出開關(guān)，避免瞬間大電流，對(duì)電動(dòng)汽車鋰離子電池和開關(guān)電源的沖擊，實(shí)現(xiàn)0電流平穩(wěn)過度。

穩(wěn)壓電源模塊和通用充電器組成的充電網(wǎng)絡(luò)與電動(dòng)汽車連接以后，電動(dòng)汽車電池包的BMS首先通過CAN總線發(fā)送電池包的規(guī)格型號(hào)，主要包括電池容量，電池充電終止電壓，電池當(dāng)前電壓，電池包內(nèi)最高溫度等。報(bào)文在CAN控制器局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上廣播。

充電站控制中心收到這些信息，根據(jù)當(dāng)前電壓，選擇穩(wěn)壓電源模塊的數(shù)量和規(guī)格，匹配充當(dāng)前電網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)電池包的容量，確定通用充電器的充電電流(參考穩(wěn)壓電源和通用充電器的額定電流)，根據(jù)電池包的充電終止電壓，確定充電最后階段的充電網(wǎng)絡(luò)，為最后完成充電做準(zhǔn)備。

充電網(wǎng)絡(luò)接入通用充電器以后，通用充電器的檢測(cè)模塊檢測(cè)電動(dòng)汽車電池包當(dāng)前電壓，并提升自身電壓，當(dāng)充電網(wǎng)絡(luò)和自身的電壓疊加后的總電壓和電動(dòng)汽車電池包當(dāng)前電壓相等的瞬間，通用充電器的控制電路即單片機(jī)閉合輸出開關(guān)，實(shí)現(xiàn)0電流平穩(wěn)過渡。隨即開始加大電力開關(guān)器件的PWM開度，按照電動(dòng)汽車BMS的電流命令，輸出符合要求的電流給電動(dòng)汽車充電。

充電過程中，電池包內(nèi)電池并聯(lián)形成的單節(jié)電壓和溫度都在上升，單節(jié)電壓大于單體電池的充電終止電壓，則為過充，鋰離子電池不允許出現(xiàn)過充。當(dāng)電池包內(nèi)單節(jié)電壓的最大值接近鋰離子電池的單體電池充電終止電壓時(shí)，BMS發(fā)出電流遞減的第一指令，通用充電器通過通訊模塊收到該命令，控制電路立刻發(fā)出減小電流遞減5％～10％的命令給變換電路進(jìn)行電流的調(diào)節(jié)。

如圖3所示，BMS不斷對(duì)電池包進(jìn)行檢測(cè)，40個(gè)單體電池并聯(lián)，形成兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的電壓，近似等于鋰離子電池的單體電壓(以下簡稱單節(jié)電壓)。39個(gè)單節(jié)電壓串聯(lián)，疊加形成144V平臺(tái)電壓。

BMS對(duì)電池包內(nèi)部的并聯(lián)電池的39個(gè)節(jié)單節(jié)電壓采樣，39個(gè)單節(jié)電壓之和，是電池包的總電壓，BMS對(duì)采集到的39個(gè)單節(jié)電壓進(jìn)行比較，確定39個(gè)單節(jié)電壓的最大值，當(dāng)其中一個(gè)單節(jié)電壓，接近電池生產(chǎn)廠規(guī)定的充電終止電壓時(shí)，向通用充電器發(fā)出電流遞減的命令。命令的格式必須統(tǒng)一，通用充電器收到CAN總線傳送來的電流遞減第一指令后，中止對(duì)電動(dòng)汽車充電，停頓并減小充電電流，然后繼續(xù)充電。遞減的幅度和比例，由通用充電器控制。隨著充電時(shí)間推移，單節(jié)電壓繼續(xù)上升，當(dāng)單節(jié)電壓的最大值，再次接近充電終止電壓時(shí)，BMS再次發(fā)出“電流遞減”命令。如此反復(fù)。

鋰離子電池，在溫度60℃以上進(jìn)行充放電循環(huán)，會(huì)導(dǎo)致容量下降，壽命縮短，當(dāng)電池包內(nèi)的溫度最大值接近55℃時(shí)，BMS發(fā)出電流遞減的第二指令，通用充電器通過通訊模塊收到該指令后，控制電路立刻發(fā)出減小電流的20％～30％的命令給變換電路進(jìn)行電流的調(diào)節(jié)。

第一指令和第二指令兩種遞減的幅度不同，是因?yàn)榈谝环N遞減是消除極化，第二種遞減受電池包熱容量和溫度慣性的影響，效果不同。

開關(guān)電源電壓調(diào)整范圍，受高頻變壓器的限制，有一定的范圍，超過這個(gè)范圍，電壓提不上去。所以，當(dāng)電動(dòng)汽車的電池電壓提高到超過通用充電器的電壓調(diào)節(jié)范圍后，需要充電站控制中心重新匹配充電網(wǎng)絡(luò)。

首先，控制中心通過CAN總線，發(fā)出中止充電的命令，通用充電器的控制電路立即關(guān)斷電力開關(guān)器件，停止供電。當(dāng)充電網(wǎng)絡(luò)輸出電流為0時(shí)，通用充電器的控制電路控制切斷輸出開關(guān)，控制中心開始切換穩(wěn)壓電源的空氣開關(guān)，重新匹配充電網(wǎng)絡(luò)。一切操作智能化，自動(dòng)化，耗時(shí)不超過10秒。充電網(wǎng)絡(luò)匹配完畢，控制中心發(fā)出“開始充電”命令，通用充電器的通訊模塊收到該命令后，開始檢測(cè)電動(dòng)汽車電池包當(dāng)前電壓和充電網(wǎng)絡(luò)電壓，當(dāng)兩邊電壓相等的瞬間，閉合充電總開關(guān)，重新開始充電。

結(jié)束充電有兩種選擇，第一種：充電站一般不需要將電池充到100％，當(dāng)BMS檢測(cè)到電池包的電量達(dá)到需要的比例時(shí)，下達(dá)充電終止的命令至通用充電器的通訊模塊，此時(shí)控制電路控制輸出開關(guān)斷開。第二種：當(dāng)電流多次遞減，檢測(cè)模塊檢測(cè)到充電電流小于充電終止電流時(shí)，控制電路控制輸出開關(guān)斷開，結(jié)束充電，這時(shí)的電池已經(jīng)充飽。

鋰離子單體電池充電終止電壓4.2V，放電終止電壓2.5V，100節(jié)單體電池串聯(lián)，電壓窗口為420V～250V，電壓窗口170V，大巴車串聯(lián)的單體電池還要多，窗口更大。選擇適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓電源堆疊，與通用充電器配合，可以滿足任何電壓等級(jí)的電動(dòng)汽車充電需求。

雖然通過實(shí)施例描繪了本申請(qǐng)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，本申請(qǐng)有許多變形和變化而不脫離本申請(qǐng)的精神，希望所附的權(quán)利要求包括這些變形和變化而不脫離本申請(qǐng)的精神。