新能源电动汽车的车对车型车载直流充电系统及充电方法与流程

1.本发明涉及车对车充电领域，尤其是涉及一种新能源电动汽车的车对车型车载直流充电系统及充电方法。


背景技术：

2.随着新能源电动汽车技术快速发展，电动车辆用户数量迅速增加，但因整车续航里程受限，充电设施配套建设又不完善，经常发生电动车辆行驶途中电量耗尽需求救援的情况，也经常出现周边充电不方便，需要提供上门充电服务情况。
3.现有技术中，可以利用搭载车对车充电设备的救援车对缺电车辆进行救援。如中国专利cn107834658a公开了一种新能源汽车v2v应急充电装置及其充电控制方法，该应急充电装置包括缓启动单元、高压继电器、输入测量单元、输出测量单元、充放电管理单元、辅助电源单元、放电协议单元、充电协议单元；缓启动单元连接输入测量单元，高压继电器分别连接输入测量单元、输出测量单元；充放电管理单元连接高压继电器、输入测量单元、输出测量单元、辅助电源单元、放电协议单元、充电协议单元。该应急充电装置需要额外车辆运送至救援地点进行救援，目前市场上车外电动车救援用高功率直流充电装置的成本高、体积大、重量高，导致救援成本贵、救援时效性差，救援费用高。
4.另外，中国专利cn201810898555.0公开了一种移动充电车对外供电系统，在车辆上设置了充电桩对外供电。该应急充电装置将直流充电桩额外安装在车辆上作为救援专用车，导致平时该车辆用途受限，局限于专车专用，市场体量小。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种新能源电动汽车的车对车型车载直流充电系统及充电方法。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.一种新能源电动汽车的车对车型车载直流充电系统，所述的系统应用于新能源车辆，所述系统包括能量供给模块、能量转换模块、直流充放电插座、放电枪和控制器，
8.其中，所述能量供给模块分别与所述控制器和所述能量转换模块连接，用于在所述控制器的控制下向所述能量转换模块提供能量，
9.所述能量转换模块，用于在确定与被充电车辆握手成功后，获取所述被充电车辆的充电需求，并将所述需求上报给控制器；
10.所述控制器，用于控制所述能量供给模块按照所述充电需求向所述能量转换模块输出电能；
11.所述能量转换模块还与直流充放电插座连接，还用于将所述能量供给模块提供的能量输出至直流充放电插座。
12.优选地，所述的能量供给模块包括动力电池包，所述的动力电池包分别与控制器、能量转换模块连接，用于在所述控制器的控制下向所述能量转换模块提供能量。
13.优选地，所述的能量供给模块还包括增程发电装置，所述的增程发电装置分别与控制器、能量转换模块连接，用于在所述控制器的控制下向所述能量转换模块提供能量。
14.优选地，所述的增程发电装置包括发动机、发电机，所述的发动机与发电机机械耦合发电，所述的发电机的输出端通过能量转换模块与直流充放电插座、动力电池包供电连接。
15.优选地，所述的能量转换模块包括交直流转换器、电压调节模块、放电继电器，
16.所述的交直流转换器用于对发电机的输出交流电进行交直流转换，
17.所述的电压调节模块用于对交直流转换或来自动力电池包的直流电进行调压，
18.当所述增程发电装置为直流充放电插座供电时，所述的发电机的输出端依次通过交直流转换器、电压调节模块、放电继电器与直流充放电插座连通，
19.当所述动力电池包为直流充放电插座供电时，所述的动力电池包的输出端依次通过电压调节模块、放电继电器与直流充放电插座连通。
20.优选地，所述的能量转换模块还包括用于对电压调节模块的输出线路进行绝缘监测的绝缘监测模块，所述的绝缘监测模块与放电继电器的输出端并联连接。
21.优选地，所述的能量转换模块还包括用于对绝缘监测电压进行泄放的泄放模块，所述的泄放模块与电压调节模块的输出端并联连接。
22.优选地，所述的能量转换模块还包括电流传感器、电压传感器，所述的电流传感器串联设于电压调节模块的输出端，所述的电压传感器与放电继电器的输出端并联连接。
23.优选地，所述的动力电池包包括电池电芯、继电器组件，所述的电池电芯通过继电器组件与直流充放电插座、能量转换模块连接。
24.优选地，所述的继电器组件包括电池继电器、快充继电器，
25.当所述增程发电装置为动力电池包供电或动力电池包为直流充放电插座供电时，所述的电池电芯通过电池继电器与能量转换模块连通，
26.当通过直流充放电插座为动力电池包供电时，所述的电池电芯通过电池继电器、快充继电器与直流充放电插座连通。
27.优选地，所述的动力电池包还包括bms电池管理子系统，所述的控制器与bms电池管理子系统通讯并调控动力电池包的充电功率。
28.优选地，所述的交直流转换器的输出端通过高压线束、对接铜牌与电压调节模块的输入端连接，所述的动力电池包的输出端通过高压线束、对接铜牌与电压调节模块的输入端连接。
29.一种新能源电动汽车的车对车型车载直流充电方法，所述方法应用于充电车辆，所述充电车辆上设置有上述的直流充电系统，该方法用于直流充电系统的控制器，所述方法包括：
30.在与被充电车辆握手成功后，接收被充电车车辆发送的充电需求；
31.根据所述充电需求控制能量供给模块的输出功率，使所述能量供给模块依次通过能量转换模块、直流充放电插座、放电枪向被所述充电车辆充电，直到满足预设充电截止条件后停止充电。
32.优选地，所述根据所述充电需求控制能量供给模块的输出功率，使所述能量供给模块依次通过能量转换模块、直流充放电插座、放电枪向被所述充电车辆充电，包括：
33.判断动力电池包、增程发电装置是否满足放电条件；
34.若动力电池包、增程发电装置均满足放电条件，控制动力电池包、增程发电装置同时向所述能量转换模块提供能量；
35.若动力电池包满足放电条件、增程发电装置不满足放电条件，控制动力电池包向所述能量转换模块提供能量；
36.若增程发电装置满足放电条件、动力电池包不满足放电条件，所述控制器控制增程发电装置向所述能量转换模块提供能量；
37.若动力电池包、增程发电装置均不满足放电条件，控制能量供给模块停止向所述能量转换模块提供能量。
38.优选地，通过所述充电车辆中的中控设备或与充电车辆连接的移动终端调节充电车辆的充电开始时间和放电量。
39.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
40.(1)本发明的直流充电系统设于新能源电动汽车上，能够利用新能源电动汽车上的增程发电装置、动力电池包对被充电车辆进行供能充电，将车对车型车载直流系统与电动汽车结构集成设置，无需搭载额外的充电装置，救援效率高使用成本低；
41.(2)本发明的直流充电系统集成搭载在新能源电动汽车上，车辆外观形态与普通电动汽车相同，但是能提供额外的车对车直流快充功能，用途广泛，时效性高，避免专车专用的局限性；
42.(3)本发明通过能量转换模块对增程发电装置、动力电池包的输出进行电压转换、调节，使本发明的直流快充充电系统能够根据被充电车辆的充电需求进行输出功率调整，适用范围广，能够充电救援的车辆类型广；
43.(4)本发明的充电供电模式多，能根据充电车辆和被充电车辆的状态、充电需求进行多种充电模式的切换，能够进行单增程发电装置充电、单动力电池包充电、混合充电多种形式，输出功率范围广，适用于不同的救援场景和救援条件，普适性好；
44.(5)本发明利用能量转换模块及控制器获取被充电车辆的充电需求，进行针对性的输出功率调整，能源利用率高，充电效率高；
45.(6)本发明的增程发电装置、动力电池包的输出端通过高压线束、对接铜牌分别与电压调节模块的输入端连接，避免两者输出并线的情况，对外部线束的没有高电流要求，有效降低生产成本，经济性好；
46.(7)本发明的充电方法能够根据被充电车的充电需求进行功率调整，根据预设充电截止条件进行有效充电过程控制，操作方便，适用于不同的被充电车辆类型，充电效果好。
附图说明
47.图1为本发明的直流充电系统的结构示意图；
48.图2为本发明的直流充电系统的具体结构图；
49.图3为本发明的充电方法的流程图。
50.其中，1、发动机，2、发电机，3、动力电池包，31、电池继电器，32、快充继电器，33、电池电芯，34、bms电池管理子系统，4、能量转换模块，41、交直流转换器，42、放电继电器，43、
电压传感器，44、电流传感器，45、泄放继电器，46、泄放电阻，47、电压调节模块，48、绝缘监测模块，5、控制器，6、直流充放电插座，7、放电枪，8、充电插座，9、被充电车辆，10、高压线束，11、动力can，12、250k内can。
具体实施方式
51.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
52.实施例
53.一种新能源电动汽车的车对车型车载直流充电系统，该系统应用于新能源车辆，本实施例中，该系统设于增程式新能源电动汽车上，其能量转换模块包括增程发电装置、动力电池包3，能为待充电车辆进行车对车直流快充充电。
54.本发明的直流充电系统如图1所述，包括设于新能源电动汽车上的能量转换模块4、直流充放电插座6、放电枪7，放电枪7的两端分别与直流充放电插座6、被充电车辆9连接。
55.本发明的能量供给模块分别与控制器和能量转换模块连接，用于在控制器的控制下向能量转换模块提供能量，能量转换模块，用于在确定与被充电车辆握手成功后，获取被充电车辆的充电需求，并将需求上报给控制器；控制器，用于控制能量供给模块按照充电需求向能量转换模块输出电能；能量转换模块还与直流充放电插座连接，还用于将能量供给模块提供的能量输出至直流充放电插座。
56.对于上述各部件，如图2所示，具体地：
57.增程发电装置通过能量转换模块4与直流充放电插座6连接，能够为直流充放电插座6供电，本实施例中与现有增程式汽车相同，增程发电装置还能直接为动力电池包3供电。其具体包括发动机1、发电机2，发动机1与发电机2机械耦合发电，发电机2的输出端通过能量转换模块4与直流充放电插座6、动力电池包3供电连接。
58.动力电池包3也通过能量转换模块4与直流充放电插座6连接，能够为直流充放电插座6供电。其具体地包括电池电芯33、继电器组件、bms电池管理子系统34，继电器组件包括电池继电器31、快充继电器32，控制器5与bms电池管理子系统34通讯并调控动力电池包3的充电功率。
59.对于动力电池包3的继电器组件，当所述增程发电装置为动力电池包3供电或动力电池包3为直流充放电插座6供电时，电池电芯33通过电池继电器31与能量转换模块4连通；当通过直流充放电插座6为动力电池包3供电时，电池电芯33通过电池继电器31、快充继电器32与直流充放电插座6连通。
60.能量转换模块4包括交直流转换器41、电压调节模块47、放电继电器42、绝缘监测模块48、泄放模块、电流传感器44、电压传感器43，能量转换模块4还用于获取被充电车辆的充电需求信息并交互给控制器5。
61.其中：交直流转换器41用于对发电机2的输出交流电进行交直流转换，电压调节模块47用于对交直流转换或来自动力电池包3的直流电进行调压，绝缘监测模块48与放电继电器42的输出端并联连接，用于对电压调节模块47的输出线路进行绝缘监测的绝缘监测模块48，泄放模块与电压调节模块47的输出端并联连接。电流传感器44串联设于电压调节模
块47的输出端，电压传感器43与放电继电器42的输出端并联连接，检测能量转换模块4输出到直流充放电插座6的电流、电压大小。
62.基于能量转换模块4的结构，当所述增程发电装置为直流充放电插座6供电时，发电机2的输出端依次通过交直流转换器41、电压调节模块47、放电继电器42与直流充放电插座6连通，当所述动力电池包3为直流充放电插座6供电时，动力电池包3的输出端依次通过电压调节模块47、放电继电器42与直流充放电插座6连通。
63.控制器5根据充电需求信息控制增程发电装置、动力电池包3向所述能量转换模块输出电能。本实施例中，控制器5采用汽车整车控制器，能够降低设备成本。
64.进一步具体地，本实施例中：
65.电池继电器31包括主正继电器、主负继电器，电池电芯33的正极输出通过主正继电器、高压线束10与电压调节模块47的正极进线连接，并通过快充继电器32与直流充放电插座6的正极接线连接；电池电芯33的负极输出通过主负继电器、高压线束10与电压调节模块47的负极进线连接，并与直流充放电插座6的负极接线连接。电池继电器31还包括串联连接的预充继电器、预充电阻，预充继电器、预充电阻串联后与主正继电器并联。
66.交流转换器为igbt功率模块，电压调节模块47为碳化硅管调压元件，泄放模块包括串联设置的泄放继电器45、泄放电阻46。放电继电器42包括正放电继电器、负放电继电器，电压调节模块47的正极输出上依次串联电流传感器44、正放电继电器后与直流充放电插座6的正极接线连接，电压调节模块47的负极输出上串联负放电继电器后与直流充放电插座6的负极接线连接。泄放模块并联设于电压调节模块47的正、负极输出上，绝缘监测模块48并联设于正放电继电器、负放电继电器末端。
67.另外，本实施例中，直流充放电插座6通过250k内can12与能量转换模块4通讯连接，能量转换模块4通过动力can11与控制器5通讯连接。使用时，能量转换模块4通过内can与被充电车辆9的bms电池管理模块24建立充电功率需求通讯及控制，获取被充电车辆9的充电需求信息，并通过动力can11将充电需求信息交互给控制器5，控制器5进行充电功率的调配及控制。
68.本发明的另一种实施方式中，交直流转换器41的输出端通过高压线束10、对接铜牌与电压调节模块47的输入端连接，动力电池包3的输出端通过高压线束10、对接铜牌与电压调节模块47的输入端连接。采用该种连接形式，能够有效降低线束的成本，提高经济效益。
69.本发明的直流充放电插座6同时为新能源电动汽车的供电插座和充电插座，分别用于对待充电车辆充电、对动力电池包3充电。本发明的另一种实施方式中，直流充放电插座6为独立设置的本发明工作时，包括以下工作状态：
70.(1)增程发电装置单独为待充电车辆供电。该状态下，发动机1、发电机2运行，正放电继电器、负放电继电器闭合，增程发电装置产生的电流经交直流转换器41转换为直流电，通过电压调节模块47调压后经直流充放电插座6输出至待充电车辆。
71.(2)动力电池包3为待充电车辆单独供电。该状态下，正放电继电器、负放电继电器闭合，动力电池包3的输出直流电通过电压调节模块47调压后经直流充放电插座6输出至待充电车辆。
72.(3)增程发电装置、动力电池包3同时为待充电车辆供电。该状态下，发动机1、发电
机2运行，正放电继电器、负放电继电器闭合，增程发电装置产生的电流经交直流转换器41转换为直流电，交直流转换器41的输出直流电、动力电池包3的输出直流电共同输入电压调节模块47，电压调节模块47调压后经直流充放电插座6输出至待充电车辆。
73.(4)增程发电装置单独为动力电池包3供电。该状态下，发动机1、发电机2运行，正放电继电器、负放电继电器断开，增程发电装置产生的电流经交直流转换器41转换为直流电，交直流转换器41的输出直流电送入动力电池包3进行充电。
74.(5)增程发电装置同时为待充电车辆、动力电池包3供电。该状态与状态1的区别在于，主正继电器、主负继电器闭合，交直流转换器41的输出直流电同时也送入动力电池包3进行充电。
75.(6)直流充放电插座6外接充电桩，通过外接充电桩直接为动力电池包3供电。
76.本发明还提供了一种新能源电动汽车的车对车型车载直流充电方法，方法应用于充电车辆，充电车辆上设置有上述的直流充电系统，该方法应用于直流充电系统的控制器，包括：
77.在与被充电车辆握手成功后，接收被充电车车辆发送的充电需求；
78.根据充电需求控制能量供给模块的输出功率，使能量供给模块依次通过能量转换模块、直流充放电插座6、放电枪7向被充电车辆充电，直到满足预设充电截止条件后停止充电。
79.进一步具体地，本实施例中，如图3所示，所述方法包括以下步骤：
80.s0：检测车辆和直流充电系统是否正常，若是进入步骤s1，否则停止充电；
81.s1：通过放电枪7连接充电车辆与被充电车辆，放电枪7的两端分别与充电车辆的直流充放电插座6、被充电车辆的充电插座连接，充电车辆与被充电车辆通讯握手。
82.s2：控制器接收到被充电车车辆发送的充电需求。步骤s2中可设置需求获取模块通过放电枪7与被充电车辆连接，获取被充电车辆的充电需求并发送至控制器，也可以通过本实施例中的能量转换模块4获取被充电车辆的充电需求并发送至控制器。
83.s3：设置充电开始时间、放电量、充电截止条件，到达充电开始时间后，控制器根据充电需求控制能量供给模块的输出功率，使所述能量供给模块依次通过能量转换模块4、直流充放电插座6、放电枪7向被充电车辆充电，直到满足预设充电截止条件后停止充电，另外，当充电车辆的放电量到达预设值时，也会停止充电。
84.具体地，步骤s3中通过充电车辆中的中控设备或与充电车辆连接的移动终端调节充电车辆的充电开始时间和放电量；步骤s3中通过充电车辆中的中控设备或与充电车辆连接的移动终端设置充电车辆的充电截止条件，充电截止条件可以为发动机1油量低于预设油量值。本实施例中，中控设备为车辆中控屏，移动终端为用户的手机，可以通过手机上的应用软件对充电车辆的充电开始时间和放电量进行调节、设置充电车辆的充电截止条件。
85.另外，对于本发明的控制器对能量供给模块的输出功率控制，本实施例步骤s3中控制器分别判断动力电池包3、增程发电装置是否满足放电条件；
86.若动力电池包3、增程发电装置均满足放电条件，所述控制器控制动力电池包3、增程发电装置同时向所述能量转换模块提供能量；若动力电池包3满足放电条件、增程发电装置不满足放电条件，所述控制器控制动力电池包3向所述能量转换模块提供能量；若增程发电装置满足放电条件、动力电池包3不满足放电条件，所述控制器控制增程发电装置向所述
能量转换模块提供能量。
87.进一步地，动力电池包3的放电条件包括动力电池包3的剩余电量大于预设放电电量、动力电池包3无故障等条件，增程发电装置的放电条件为发动机的剩余油量大于预设油量、增程发电装置无故障等条件。
88.根据上述输出功率控制策略，控制器5根据充电需求控制增程发电装置、动力电池包3的输出功率。具体包括以下四种形式：
89.(1)增程发电装置满足放电条件、动力电池包3不满足放电条件，增程发电装置单独为待充电车辆供电。该状态下，发动机1、发电机2运行，正放电继电器、负放电继电器闭合，增程发电装置产生的电流经交直流转换器41转换为直流电，通过电压调节模块47调压后经直流充放电插座6输出至待充电车辆。控制器5根据充电需求调节发动机1、发电机2的输出功率。
90.第一种形式具体例如：控制器5判断增程发电装置的剩余油量高于设定阈值且无故障、动力电池包3的剩余电量低于设定阈值且无故障，控制器5接收到被充电车辆需求充电电压、电流对应的充电功率30kw时，控制器5调控能量转换模块4、发动机1、发电机2的发电功率输出30kw充电到被充车辆。
91.(2)动力电池包3满足放电条件、增程发电装置不满足放电条件，动力电池包3为待充电车辆单独供电。该状态下，正放电继电器、负放电继电器闭合，动力电池包3的输出直流电通过电压调节模块47调压后经直流充放电插座6输出至待充电车辆。控制器5根据充电需求分部调节发动机1、发电机2的输出功率及动力电池包3的输出功率。
92.第二种形式具体例如：控制器5判断增程发电装置的剩余油量低于设定阈值且无故障、动力电池包3的剩余电量高于设定阈值且无故障，接收到被充电车辆需求充电电压、电流对应的充电功率30kw时，控制器5不启动能量转换模块4、发动机1、发电机2工作，其发电功率输出0kw；使能动力电池包3独立放电30kw充电到被充车辆。
93.(3)动力电池包3、增程发电装置均满足放电条件，增程发电装置、动力电池包3同时为待充电车辆供电。该状态下，发动机1、发电机2运行，正放电继电器、负放电继电器闭合，增程发电装置产生的电流经交直流转换器41转换为直流电，交直流转换器41的输出直流电、动力电池包3的输出直流电共同输入电压调节模块47，电压调节模块47调压后经直流充放电插座6输出至待充电车辆。该种状态下，增程发电装置、动力电池包3可以按照控制器5预设的输出功率比例进行能量输出。
94.第三种形式具体例如：控制器5判断增程发电装置的剩余油量高于设定阈值且无故障、动力电池包3的剩余电量高于设定阈值且无故障，当控制器5接收到被充电车辆需求充电电压、电流对应的充电功率30kw时，控制器5调控能量转换模块4、发动机1、发电机2的发电功率输出15w，同时使能电池放电15kw，共计30kw充电到被充车辆；充电过程中依据增程系统的油量、动力电池包3电量的多少，可以动态调节发电功率与动力电池包3放电功率的大小匹配，如当电多油少时，调控发电功率输出10kw，同时使能动力电池包3放电20kw，共计30kw充电到被充车辆。
95.(4)动力电池包3、增程发电装置均不满足放电条件，增程发电装置、动力电池包3停止为待充电车辆供电。例如，增程发电装置的剩余油量低于设定阈值且无故障、动力电池包3的剩余电量低于设定阈值且无故障，则控制增程发电装置、动力电池包3停止为待充电
车辆供电；例如增程发电装置、动力电池包3均故障，则控制增程发电装置、动力电池包3停止为待充电车辆供电。
96.上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。