一种低电压平台电动车车载快慢充一体式充电系统及方法与流程

1.本发明属于电动汽车充电技术领域，具体涉及一种低电压平台电动车车载快慢充一体式充电系统及方法。


背景技术：

2.为应对特定电动汽车客户需求及低成本开发需求，需开发低电压平台的电动汽车(本文指动力电池电压范围小于200v的电动汽车)，但是现阶段国内通用的快充桩的最低输出电压均大于200v，无法支持低电压平台车辆的充电需求，对充电便利性影响很大，因此低电压电动汽车的开发需要解决使用通用的快充桩无法充电的问题。
3.现有一种电动汽车用车载充电机、充电方法及电动汽车，通过增设升压dc
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dc(在采用直流快充时，利用升压dc
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dc将蓄电池提供的12v转换成高电压，如400v，用于使直流充电接口具有预定的高电压以满足直流快速充电桩与所述直流充电接口之间的极性检测要求)以实现兼容交流慢速充电和直流快速充电。但该现有技术存在如下缺陷：
4.1、电路拓扑中无pfc电路，无功率因数矫正功能，交流慢速充电时的电力利用率越低，整机的转换效率较低；
5.2、在交流慢速充电过程中，220v交流电经整流桥后，与直流充电接口连接，导致慢充过程中直流充电接口一直存在直流高压电，存在触电风险，有巨大的安全隐患；
6.3、电池管理系统(bms)集成于所述车载充电机中，共用cpu控制器，在充电和行车过程中，该cpu控制器均处于工作状态，影响使用寿命，会导致故障率的升高；另外，电池管理系统(bms)与电池包内的各检测电路或传感器需通过较多的低压信号线束进行通讯连接，电池管理系统(bms)在电池包外部，会导致整车线束设计困难、可靠性的降低和成本的上升，传输的信号也更容易被干扰，影响使用安全。
7.另有一种电动汽车高适应性充电系统及方法，公开了一种多种充电模式的思想；但该现有技术仅公开了利用电池管理系统对普通充电模式的正极继电器、高压充电模式的正极继电器和低压充电模式的正极继电器进行管理，以实现不同模式下的充电，没有公开每种充电模式下电路的具体结构，且公开的也不是低电压电动汽车的慢充和快充模式的充电结构。


技术实现要素：

8.本发明要解决的技术问题是：提供一种低电压平台电动车车载快慢充一体式充电系统及方法，用于实现低电压平台电动汽车在常规快充桩充电的功能。
9.本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种低电压平台电动车车载快慢充一体式充电系统，包括车辆快充插座、车辆慢充插座、车载快慢充一体式充电装置、动力电池、蓄电池；车载快慢充一体式充电装置包括充电控制单元、dc/dc升压模块、ac/dc变换模块、dc/dc降压模块、第一开关、第二开关、第三开关；车辆快充插座的能量输入端连接快充桩；车辆快充插座的能量输出端通过车载快慢充一体式充电装置的直流输入接口依次
串联第二开关和dc/dc降压模块的能量输入端；车辆快充插座的信号端通过车载快慢充一体式充电装置的低压接口连接充电控制单元；车辆快充插座用于在连通快充桩时向充电控制单元发送快充信号，并将快充桩输出的高压直流电传输给dc/dc降压模块，使车载快慢充一体式充电装置进入快充工作模式并控制输入电压和电流；车辆慢充插座的能量输入端连接慢充桩；车辆慢充插座的能量输出端通过车载快慢充一体式充电装置的交流输入接口串联ac/dc变换模块的能量输入端；车辆慢充插座的信号端通过车载快慢充一体式充电装置的低压接口连接充电控制单元；车辆慢充插座用于在连通慢充桩时向充电控制单元发送慢充信号，并将慢充桩输出的交流电传输给ac/dc变换模块，使车载快慢充一体式充电装置进入慢充工作模式并控制输入电流；充电控制单元的控制端分别连接ac/dc变换模块的信号端、dc/dc降压模块的信号端、dc/dc升压模块的信号端，用于分别向ac/dc变换模块、dc/dc降压模块、dc/dc升压模块发送驱动信号；蓄电池的能量输出端分别连接充电控制单元和dc/dc升压模块的能量输入端，分别用于为充电控制单元和dc/dc升压模块供电；dc/dc升压模块的能量输出端通过第三开关、车载快慢充一体式充电装置的直流输入接口、车辆快充插座连接快充桩；dc/dc升压模块用于根据充电控制单元的驱动信号将蓄电池输出的低压直流电转换为高压直流电并传输给快充桩，模拟快充桩启动所需要检测的车辆端电压；ac/dc变换模块的能量输出端通过第一开关连接dc/dc降压模块的能量输入端；ac/dc变换模块用于根据充电控制单元的驱动信号将慢充桩输出的交流电转换成直流电，并传输给dc/dc降压模块；dc/dc降压模块的能量输出端通过车载快慢充一体式充电装置的直流输出接口连接动力电池的能量输入端；dc/dc降压模块用于根据充电控制单元的驱动信号将快充桩输出的高电压直流电或ac/dc模块输出的直流电转换为与动力电池的需求匹配的低压直流电，并传输给动力电池。
10.按上述方案，动力电池包括电池管理单元；电池管理单元的信号端通过车载快慢充一体式充电装置的低压接口连接充电控制单元；电池管理单元用于向充电控制单元发送包括动力电池的允许充电电压、允许充电电流、soc的信号，以控制车载快慢充一体式充电装置输出的电压和电流。
11.进一步的，充电控制单元包括插抢检测电路、mcu控制电路和dsp控制电路；插抢检测电路用于检测慢充信号或快充信号，并在检测到时输出高电平信号唤醒mcu控制电路和dsp控制电路；mcu控制电路用于在被插抢检测电路唤醒后，接收快充信号或慢充信号、接收动力电池的包括允许充电电压、允许充电电流、soc的信号，并向dsp控制电路发送包括快充工作模式或慢充工作模式、输入电压限值、输入电流限值的信号；dsp控制电路用于在被插抢检测电路唤醒后，接收包括快充工作模式或慢充工作模式、输入电压限值、输入电流限值、输出电压、输出电流的信号，并分别向dc/dc升压模块、ac/dc变换模块、dc/dc降压模块发送驱动信号。
12.进一步的，dc/dc升压模块包括逆变电路、整流电路；逆变电路用于根据dsp控制电路发送的驱动信号将蓄电池输出的低压直流电转换为交流电，并输出给整流电路；整流电路用于将逆变电路输出的交流电转换为高压直流电并传输给快充桩，模拟快充桩启动所需要检测的车辆端电压。
13.进一步的，ac/dc变换模块包括滤波电路、无桥pfc电路；滤波电路用于滤除慢充桩输出的交流电中的纹波；无桥pfc电路用于根据dsp控制电路发送的驱动信号将经过滤波电
路的交流电转换为直流电、矫正功率因素，并输出给dc/dc降压模块。
14.进一步的，dc/dc降压模块包括逆变电路、整流电路；逆变电路用于根据dsp控制电路发送的驱动信号将快充桩输出的高电压直流电或ac/dc模块输出的直流电转换为交流电，并输出给整流电路；整流电路用于根据dsp控制电路发送的驱动信号将逆变电路输出的交流电转换为低电压直流电，并输出给动力电池。
15.按上述方案，还包括第一高压电缆组构成的慢充交流输入回路，用于连接车辆慢充插座与车载快慢充一体式充电装置的交流输入接口；第二高压电缆组构成的快充直流输入回路，用于连接车辆快充插座与车载快慢充一体式充电装置的直流输入接口；第三高压电缆组构成的直流输出回路，用于连接车载快慢充一体式充电装置的直流输出接口和动力电池的能量输入端；第一低压电缆组构成的慢充信号传输线，用于连接车辆慢充插座的信号端与充电控制单元；第二低压电缆组构成的快充信号传输线，用于连接车辆快充插座的信号端与充电控制单元；第三低压电缆组构成can通讯信号传输线，用于连接动力电池的电池管理单元与充电控制单元；第四低压电缆组构成的电源线，用于分别连接蓄电池的能量输出端与充电控制单元的能量输入端、dc/dc升压模块的能量输入端。
16.一种低电压平台电动车车载快慢充一体式充电方法，包括以下步骤：
17.s1：搭建一种低电压平台电动车车载快慢充一体式充电系统，包括车辆快充插座、车辆慢充插座、车载快慢充一体式充电装置、动力电池、蓄电池；车载快慢充一体式充电装置包括充电控制单元、dc/dc升压模块、ac/dc变换模块、dc/dc降压模块、第一开关、第二开关、第三开关；车辆快充插座的能量输入端连接快充桩；车辆快充插座的能量输出端通过车载快慢充一体式充电装置的直流输入接口依次串联第二开关和dc/dc降压模块的能量输入端；车辆快充插座的信号端通过车载快慢充一体式充电装置的低压接口连接充电控制单元；车辆慢充插座的能量输入端连接慢充桩；车辆慢充插座的能量输出端通过车载快慢充一体式充电装置的交流输入接口串联ac/dc变换模块的能量输入端；车辆慢充插座的信号端通过车载快慢充一体式充电装置的低压接口连接充电控制单元；充电控制单元的控制端分别连接ac/dc变换模块的信号端、dc/dc降压模块的信号端、dc/dc升压模块的信号端；蓄电池的能量输出端分别连接充电控制单元和dc/dc升压模块的能量输入端；dc/dc升压模块的能量输出端通过第三开关、车载快慢充一体式充电装置的直流输入接口、车辆快充插座连接快充桩；ac/dc变换模块的能量输出端通过第一开关连接dc/dc降压模块的能量输入端；dc/dc降压模块的能量输出端通过车载快慢充一体式充电装置的直流输出接口连接动力电池的能量输入端；
18.s2：当电动汽车接入充电桩进行充电时，车载快慢充一体式装置的充电控制单元通过低压接口输入的信号识别车辆接入的是哪种充电桩，若识别为快充桩，则入快充工作模式，执行步骤s3；若识别为慢充桩，则进入慢充工作模式，执行步骤s4；
19.s3：在快充工作模式下，充电控制单元与快充桩、动力电池的电池管理单元进行信号交互；第三开关闭合，dc/dc升压模块将蓄电池输出的低压直流电转换为高电压直流电，通过车辆快充插座输出给快充桩；快充桩检测到车辆端高压建立后启动输出；第三开关断开，dc/dc升压模块关闭；第二开关闭合，dc/dc降压模块将快充桩输出的高压直流电转换为低压直流电，并传输给动力电池；
20.s4：在慢充工作模式下，充电控制单元与慢充桩、动力电池的电池管理单元进行信
号交互；第一开关闭合，ac/dc变换模块和dc/dc降压模块将慢充桩输出的交流电转换为低压直流电，并传输给动力电池。
21.进一步的，所述的步骤s3中，在快充工作模式下，充电控制单元与快充桩、动力电池的电池管理单元进行信号交互的具体步骤为：
22.s31：充电控制单元的插抢检测电路检测到快充信号则唤醒充电控制单元的mcu控制电路和dsp控制电路；
23.s32：充电控制单元的mcu控制电路收到快充信号进入快充工作模式，向充电控制单元的dsp控制电路发送包括快充工作模式、输入电压限值、输入电流限值的信号；
24.s33：dsp控制电路收到包括快充工作模式、输入电压限值、输入电流限值、输出电压、输出电流的信号则进入快充工作模式，分别向dc/dc升压模块和dc/dc降压模块发送驱动信号。
25.进一步的，所述的步骤s4中，在慢充工作模式下，充电控制单元与慢充桩、动力电池的电池管理单元进行信号交互具体步骤为：
26.s41：充电控制单元的插抢检测电路检测到慢充信号则唤醒充电控制单元的mcu控制电路和dsp控制电路；
27.s42：充电控制单元的mcu控制电路收到慢充信号进入慢充工作模式，向充电控制单元的dsp控制电路发送包括慢充工作模式、输入电压限值、输入电流限值的信号；
28.s43：dsp控制电路收到包括慢充工作模式、输入电压限值、输入电流限值、输出电压、输出电流的信号则进入慢充工作模式，分别向ac/dc变换模块和dc/dc降压模块发送驱动信号。
29.本发明的有益效果为：
30.1.本发明的一种低电压平台电动车车载快慢充一体式充电系统及方法，针对低电压平台电动汽车现阶段存在的充电便利性问题，通过采用特定的充电装置和控制方法，实现了低电压平台电动汽车在常规快充桩充电的功能，大大提高了低电压平台电动汽车使用的便利性。
31.2.本发明通过慢充工作模式同时支持低电压平台电动汽车使用慢充桩进行高效安全充电，有效提高了低电压平台电动汽车充电系统充电的兼容性。
附图说明
32.图1是本发明实施例的功能框图。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
34.本发明针对的低电压平台电动汽车为动力电池电压范围小于200v的电动汽车。如图1所示，本发明的实施例一包括：车辆慢充插座、车辆快充插座、车载快慢充一体式充电装置、高压电缆组1构成的慢充交流输入回路、高压电缆组2构成的快充直流输入回路、高压电缆组3构成的直流输出回路、低压电缆组1构成的慢充信号传输线、低压电缆组2构成的快充信号传输线、低压电缆组3构成can通讯信号传输线、低压电缆组4构成的电源线、12v蓄电池和动力电池。
35.其中，所述车辆慢充插座，用于在与慢充桩连接时，通过低压电缆组1构成的慢充信号传输线传输慢充信号给车载快慢充一体式充电装置，并通过高压电缆组1构成的慢充交流输入回路传输慢充桩输出的交流电(～220v)给车载快慢充一体式充电装置，使所述车载快慢充一体式充电装置基于所述慢充信号进入慢充工作模式和控制输入电流；在gb/t 18487标准下，所述慢充信号为cc、cp。
36.所述车辆快充插座，用于在与快充桩连接时，通过低压电缆组2构成的快充信号传输线传输快充信号给车载快慢充一体式充电装置，并通过高压电缆组2构成的快充直流输入回路传输快充桩输出的高电压直流电(电压>200v)给车载快慢充一体式充电装置，使所述车载快慢充一体式充电装置基于所述快充信号进入快充工作模式，以及进行输入电压和电流的控制；在gb/t 18487和gb/t 27930标准下，所述快充信号为cc2、a+、以及标准定义的快充can通讯信号。
37.所述车载快慢充一体式充电装置，用于通过所述车辆慢充插座、高压电缆组1构成的慢充交流输入回路接收所述慢充桩输出的交流电(～220v)，并将所述慢充交流电转换成与动力电池电压匹配的直流电，通过高压电缆组3构成的直流输出回路向动力电池传输直流电；或用于通过所述车辆快充插座、高压电缆组2构成的快充直流输入回路接收所述快充桩输出的高电压直流电(电压>200v)，并将所述高电压直流电(电压>200v)转换为低电压直流电(电压<200v)，通过高压电缆组3构成的直流输出回路向动力电池传输；
38.其中，车载快慢充一体式充电装置主要包括交流输入接口、直流输入接口、ac/dc变换模块、dc/dc升压模块、dc/dc降压模块，充电控制单元、k1/k2/k3开关(常开)、低压接口和直流输出接口。
39.其中，所述充电控制单元，通过所述低压接口、低压电缆组1构成的慢充信号传输线与所述车辆慢充插座连接，用于接收所述慢充信号，并基于所述慢充信号进入慢充工作模式，以及进行输入电流控制；或者，通过所述低压接口、低压电缆组2构成的快充信号传输线与所述车辆快充插座连接，用于接收所述快充信号，并基于所述快充信号进入快充工作模式，以及进行输入电压和电流控制；充电控制单元在接收慢充信号或者快充信号的同时，通过所述低压接口、低压电缆组3构成的can通讯信号传输线与电池管理单元连接，用于接收动力电池的允许充电电压、允许充电电流、soc等can信号，并基于动力电池的can信号进行输出电压和电流控制；并且通过所述低压接口、低压电缆组4构成的电源线与12v蓄电池连接，用于充电控制单元的供电；
40.具体来讲，充电控制单元主要包括：插抢检测电路、mcu控制电路和dsp控制电路，其中，所述插抢检测电路，用于检测所述慢充信号或者快充信号，当检测到所述慢充信号或者快充信号，插抢检测电路通过内部电源芯片输出5v电压唤醒mcu控制电路和dsp控制电路。
41.所述mcu控制电路，在被插抢检测电路唤醒后，用于接收所述慢充信号，基于所述慢充信号，进入慢充工作模式，控制k1开关闭合，k2/k3开关打开，向所述dsp控制电路发送工作模式(慢充)、输入电压、输入电流限值信号；或者，用于接收所述快充信号，基于所述快充信号，进入快充工作模式，控制k2/k3开关闭合，k1开关打开，向所述dsp控制电路发送工作模式(快充)、输入电压、输入电流限值信号；在接收慢充信号或者快充信号的同时，用于接收所述动力电池的允许充电电压、允许充电电流、soc等can信号，基于动力电池的can信
号，向所述dsp控制电路发送输出电压和输出电流信号。
42.所述dsp控制电路，在被插抢检测电路唤醒后，用于接收所述工作模式信号、输入电压、输入电流限值信号，以及输出电压和输出电流信号；基于工作模式(慢充)信号，输入电压、输入电流限值信号，以及输出电压和输出电流信号，进入慢充工作模式，向ac/dc模块和dcdc降压模块发送驱动信号，使其启动工作将慢充桩输出的交流电转换为直流电输出给动力电池；或者，基于工作模式(快充)信号，输入电压、输入电流限值信号，以及输出电压和输出电流信号，进入快充工作模式，向dc/dc升压模块和dcdc降压模块发送驱动信号，使其启动工作将快充桩输出的高电压直流电(电压>200v)转换为低电压直流电(电压<200v)输出给动力电池。
43.所述ac/dc变换模块，通过所述交流输入接口、高压电缆组1构成的慢充交流输入回路与车辆慢充插座连接，用于接收所述慢充桩输出的交流电，ac/dc变换模块基于dsp控制模块发送的驱动信号进行工作，将慢充桩输出的220v交流电转换为直流电，传输给dc/dc降压模块。所述ac/dc变换模块主要包括滤波电路、无桥pfc电路；其中，所述滤波电路用于将慢充桩输入的交流电中的纹波进行有效滤除；其中，所述无桥pfc电路用于接收dsp控制电路发送的驱动信号，基于所述驱动信号，打开或者关闭mosfet，将经过滤波电路处理后的交流电，转换为直流电，同时完成功率因素矫正。
44.所述dc/dc升压模块，通过低压接口、低压电缆组4构成的电源线与12v蓄电池连接，用于接收蓄电池输出的12v直流电；通过k3开关、直流输入接口、高压电缆组2构成的快充直流输入回路与车辆快充插座连接，用于输出高电压直流电(电压>200v)到快充桩，模拟快充桩启动所需要检测的车辆端电压。dc/dc升压模块基于dsp控制电路发送的驱动信号进行工作，将蓄电池输出的12v直流电转换为高电压直流电(电压>200v)传输给快充桩，模拟快充桩启动所需要检测的车辆端电压。所述dc/dc升压模块主要包括：逆变电路、整流电路；其中，所述逆变电路用于接收dsp控制电路发送的驱动信号，基于所述驱动信号，打开或者关闭mosfet，将蓄电池的12v低压电经逆变电路转换为交流电输出给整流电路；其中，所述整流电路用于将逆变电路输出的交流电转换为高电压直流电(电压>200v)传输给快充桩，模拟快充桩启动所需要检测的车辆端电压。
45.所述dc/dc降压模块，通过k2开关、直流输入接口、高压电缆组2构成的快充直流输入回路与车辆快充插座连接，用于接收快充桩输出的高电压直流电(电压>200v)；或者通过k1开关与ac/dc模块连接，用于接收ac/dc模块输出的直流电；在接收快充桩输出的高电压直流电(电压>200v)或者ac/dc模块输出的直流电的同时，通过直流输出接口、高压电缆组3构成的直流输出回路与动力电池连接，用于输出低电压直流电(电压<200v)给动力电池。dc/dc降压模块基于dsp控制电路发送的驱动信号进行工作，将快充桩输出的高电压直流电(电压>200v)或者ac/dc模块输出的直流电转换为低电压直流电(电压<200v)传输给动力电池。所述dc/dc降压模块主要包括逆变电路、整流电路；其中，所述逆变电路用于接收dsp控制电路发送的驱动信号，基于所述驱动信号，打开或者关闭mosfet，将快充桩输出的高电压直流电(电压>200v)或者ac/dc模块输出的直流电转换为交流电输出给所述整流电路；其中，所述整流电路用于接收dsp控制电路发送的驱动信号，基于所述驱动信号，打开或者关闭mosfet，将所述逆变电路输出的交流电转换为低电压直流电(电压<200v)传输给动力电池。
46.实施例二：将车载快慢充一体式装置替换为分体式方案，将ac/dc变换模块于dc/dc降压模块集成一体，实现慢充功能；将dc/dc升压模块和dc/dc降压模块集成一体，实现快充功能。
47.实施例三：将为dc/dc升压模块原边供电的12v蓄电池替换为快充桩a+供电。
48.本发明提供的低电压平台电动汽车车载快慢充一体式充电系统，不仅通过所述快充工作模式，解决了低电压平台电动汽车无法使用通用快充桩进行充电的问题，而通过所述慢充工作模式支持使用慢充桩进行充电，大大提高了低电压平台电动汽车充电系统的兼容性和充电的便利性。
49.低电压平台电动汽车车载快慢充一体式充电系统的工作方法，包括如下过程：
50.当电动汽车接入充电桩进行充电时，由车载快慢充一体式装置的充电控制单元通过低压接口输入的信号识别车辆接入的为哪一种充电桩，当识别为慢充桩接入时，进入慢充工作模式，当识别为快充桩接入时，进入快充工作模式。
51.在慢充工作模式下，充电控制单元与慢充桩和电池管理单元进行信号交互，充电控制单元控制k1开关闭合，ac/dc变换模块和dc/dc降压模块启动，将通过车辆慢充插座、高压电缆组1构成的慢充交流输入回路、交流输入接口接收的慢充桩交流电(～220v)转换为低电压直流电(电压<200v)，通过直流输出接口、高压电缆组3构成的直流输出回路传输给动力电池。
52.在快充工作模式下，充电控制单元与快充桩和电池管理单元进行信号交互，充电控制单元控制k3开关闭合，dc/dc升压模块启动，将通过低压接口、低压电缆组4构成的电源线输入的12v低压电转换为高电压直流电(电压>200v)通过k3开关、直流输入接口、高压电缆组2构成的快充直流输入回路、车辆快充插座输出给快充桩；快充桩检测到车辆端高压(电压>200v)建立后开始启动输出，快充桩启动输出后，充电控制单元再控制k2开关闭合，dc/dc降压模块启动，然后控制k3开关打开，dc/dc升压模块关闭，将通过通过车辆快充插座、高压电缆组2构成的快充直流输入回路、直流输入接口接收的快充桩高电压直流电(电压>200v)转换为低电压直流电(电压<200v)，通过直流输出接口、高压电缆组3构成的直流输出回路传输给动力电池。
53.低电压平台电动汽车车载快慢充一体式充电系统的信号交互包括：在慢充模式下，车载快慢充一体式装置与慢充桩之间的信号交互、与电池管理单元之间的信号交互；在快充模式下，车载快慢充一体式装置与快充桩之间的信号交互、与电池管理单元之间的信号交互。
54.所述车载快慢充一体式装置与慢充桩之间的信号交互按gb/t 18487执行，内容包括：cc、cp。
55.所有车载快慢充一体式装置与快充桩之间的信号交互按gb/t 18487和gb/t 27930执行，内容包括：cc1、cc2、a+、以及标准定义的can信号
56.所述车载快慢充一体式装置与电池管理单元之间的信号交互内容包括：电池管理单元将动力电池允许充电电压、允许充电电流、soc等发送至车载快慢充一体式装置，车载快慢充一体式装置将充电模式、充电枪连接状态、装置工作状态、输入电压和电流、输出电压和电流发送至动力电池。
57.以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术
人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。