专利名称：电动车充电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动车充电系统，尤其是适于充电站的电动车充电系统。
技术背景充电系统是各种电动车所必需的电能补充系统，它作为电动车的必备设施，其作用非常巨大。随着电动汽车的发展，电动车充电系统将较多以充电站形式存在。充电站的主要 功能是给电动车充电，当充电站给电动车进行快速充电时，此时的充电倍率可能是一 倍到几十倍，当数台(至少1台以上)电动汽车同时进行快速充电时，所需要的电流 极大，此时会给电网造成极大压力。 发明内容本发明的目的在于克服现有充电系统可能对电网造成极大压力的上述缺陷，减少 瞬间过载容量，缓解充电站电网的压力。为实现上述目的，本发明提供一种电动车充电系统，包括交流电网供电系统、电 动车充电设备，所述交流电网供电系统的电能耦合输出到电动车充电设备；其特征在 于还包括蓄电池供电系统和电能控制模块，蓄电池供电系统的电能输入端受控地与 交流电网供电系统相连，输出端经电能控制模块的控制后耦合到电动车充电设备。进一步地，本发明所述蓄电池供电系统有多个，相应地，电能控制模块和电动车 充电设备也分别有多个，每个蓄电池供电系统分别经与其对应的电能控制模块的控制 后耦合到相应的电动车充电设备。或者，所述电能控制模块和电动车充电设备有多个，分别一一对应。所述交流电网供电系统包括提供交流电能的输入的交流电网和将交流电网输入的 电能转换为直流电耦合输出到电动车充电设备的隔离变压器。蓄电池组供电系统包括蓄电池组和蓄电池组充电模块，蓄电池组充电模块可接收 交流电网供电系统的电能对蓄电池组充电。所述电能控制模块包括开关器件、电压采样电路、电流采样电路、比较器，所述 电压采样电路分压采样电压，电流采样电路采样电流，所述采样电压和采样电流在比 较器中分别与参考电压电流设定电路所设定的参考电压和参考电流进行比较，当采样 电压值低于参考电压或采样电流值高于参考电流时，开关器件被导通，将蓄电池组供 电系统接入电动车充电设备。 所述电能控制模块包括开关器件、电压采样电路、电流采样电路、比较器和升压 电路，所述电压采样电路分压采样电压、电流采样电路采样电流，所述采样电压和采 样电流在比较器中分别与参考电压电流设定电路所设定的参考电压和参考电流进行比 较，当采样电压值低于参考电压或采样电流值高于参考电流时，开关器件被导通，将 蓄电池组供电系统通过升压电路接入电动车充电设备。所述升压电路包括PWM控制芯片IC、整流二极管、输出电容和储能电感，所述P丽 控制芯片IC的控制端接比较器的输出端，所述PWM控制芯片IC的脉宽调制信号输出 端与开关器件的控制极相连，开关器件、整流二极管、输出电容和储能电感之间的连接关系满足如下要求使得蓄电池组供电系统的电压经过升压后接入电动车充电设备。通过上述方案，在充电系统内增加蓄电池组，充分利用蓄电池组可瞬间释放大电 流的特点来缓解充电站输入电网的压力，从而使充电站的容量设计更加合理，减少瞬 间过载容量，同时当外部电网掉电时，靠电池组也可给电动车充电，解决应急充电问 题。
图1是本发明实施例一原理方框图。图2是本发明实施例二原理方框图。 图3是本发明实施例三原理方框图。 图4是本发明实施例四原理示意图。图5是本发明实施例五原理示意图。(注意图4和图5这两个新增的图实际上是 实施例一的细化，可以算成是实施例一。但此处处理成实施例四和五，如觉得需要调 整请告知)图6是本发明实施例控制流程图。 具体实施方案下面以充电站为例，对本发明进行进一步详细的描述。实施例一如图1所示，本发明的充电站是一种带蓄电池组的充电站，包括交流电网供电系 统l、蓄电池组供电系统4、电能控制模块7和直流转直流电动车充电设备8。其中交流电网供电系统l包括提供交流电能的输入的交流电网11、将交流电 网11输入的电能转换为直流电输出给电能控制模块7 (并最终耦合输出到电动车充电 设备8)的隔离变压器12。蓄电池组供电系统4包括蓄电池组42、蓄电池组充电模 块41，蓄电池组42为多节至少1节以上蓄电池串联或在此基础上并联所得，其电压值 与隔离变压器输出电压值近似；蓄电池组充电模块41可利用交流电网供电系统1的电
能对蓄电池组42充电。交流电网供电系统1和蓄电池组供电系统4将电能输出给电能控制模块7，由其控 制并输出至直流转直流电动车充电设备8，进而对电动车9充电。本方案与现有充电站的区别在于加入一个蓄电池组供电系统，该系统的作用有两 个， 一是当充电站负荷较大时将蓄电池组供电系统并入充电系统，补充电能，二是当 电网故障，没有电力供应中断的时候，也可以对电动车进行充电，而实现这个控制功 能的就是电能控制模块7，而判断电网负荷是否过大，主要是通过检测输出电流及隔离 变压器的输出电压，当输出电流超过设定值或者隔离变压器输出电压低于设定值的时 候，认为电网负荷过大。另一方面电能控制模块7可检测蓄电池组的电压，若电压较 低且充电站负荷不大的时候，可启动蓄电池组的充电模块，对蓄电池组充电。其工作原理是如图6所示，当电网负荷较大时(控制模块7可通过检测输出电 流及隔离变压器输出电压，超过设定电流值或低于设定电压值的时候认为负荷较大)， 如待充电车辆数量较多或需要进行快速充电，电能控制模块7将蓄电池组供电系统4 并入交流电网供电系统1 一同对电动车9充电在一同充电时，此时隔离变压器不给蓄 电池组充电(对蓄电池组42的充电控制见下述)。当电网负荷较轻时，如待充电车辆 较少或不需要进行快速充电时，电能控制模块7将控制交流电网供电系统1的电能给 电动车9充电的同时，还给蓄电池组42充电(对蓄电池组42的充电控制见下述)，以 备下次电网负荷较大时使用。而交流电网供电系统1因意外情况断电时，电能控制模 块7能使用蓄电池组供电系统4对电动车9充电，不因断电而中断充电服务。其中，控制模块7通过检测输出电流及隔离变压器输出电压判断是否负荷较大的方法说明如下假定交流电网供电系统输出的直流电压稳定工作值下限为m，即直流转直流电动车充电设备的输入电压稳定工作值下限为Ul (目前充电柜的就是200V)， 假定交流电网供电系统输出的电流稳定工作值上限为Al，即电动车充电设备的输入电 流稳定工作的上限为Al。电能控制模块实时检测该电压值及电流值，当电压低于Ul 或电流超过A1，认为负载过大，则控制开关器件Q1将蓄电池组供电系统接入。而蓄电 池组电压略大于U1 (如220V)，可保证一定时间内(快充一台电动车时间仅十几分钟) 增大充电系统的供电能力。对蓄电池组42的充电控制可有多种方式实现，比如1、由充电模块控制，其好 处是包括充还是不充、多大电流充电都可由充电模块控制；2、该模块可手动控制是否 充电；3、也可由控制模块7控制是否对蓄电池组充电。图1所示是第3种方式。不管 哪种方式，都可通过输出电压状态判断此时是否应充电。
实施例二如图2所示，与实施例一不同的是，在交流电网供电系统后面可连接多组电动车 充电系统第一充电系统100、第二充电系统200……，每组充电系统包含独立的蓄电 池组供电系统，每组蓄电池组仅供该组充电系统使用，容量适中。实施例三如图3所示，与实施例二不同的是在交流电网供电系统后面连接的多组电动车充电系统(第一充电系统100'第二充电系统200'……)共用一个蓄电池组供电系统，该蓄电池组供电系统可供一组或多组充电系统使用，容量较大。实施例四如图4所示，本例相当于是对实施例一中的电能控制模块7进行了具体化(图中 省略了交流电网供电系统1和蓄电池组供电系统4之间的连接)。其中开关器件Ql可 以为MOS管、IGBT、可控硅的等电可控的开关器件，或者用继电器、分合器、高压隔 离开关、负荷开关等高压开关电器，Rl、 R2分压采样电压，构成电压采样电路，Rs采 样电流，构成电流采样电路，在比较器中分别与参考电压电流设定电路Q2所设定的参 考电压和参考电流进行比较，当采样电压值低于参考电压或采样电流值高于参考电流 时，Ql被导通，将蓄电池组供电系统接入电动车充电设备，增强供电能力。此方案对蓄电池组供电系统的电压有要求，即如果蓄电池组供电系统在需要接入 供电网络时电压没有达到U1，则不能起到预定作用，所以需在供电负荷不高时，及时 启动蓄电池组充电模块对蓄电池组充电，保证其电压达到U1以上。实施例五如图5所示，本例也是对实施例一中的电能控制模块7进行了具体化(图中省略 了交流电网供电系统1和蓄电池组供电系统4之间的连接)。与实施例四相似，都是将 蓄电池并联进入交流电网供电系统，区别是实施例四是直接将蓄电池并入，不做电能 转化(升压降压这样的)，而实施例五是通过电能转化(例中是升压，即图5所示的拓 扑图)后再并入。其工作原理Rl、 R2分压采样电压，Rs采样电流，与Q2参考电压进行比较，当 取样电压值低于或采样电流值高于参考电压，IC(PWM控制芯片，即脉宽调制控制芯片) 被启动，将蓄电池组供电系统通过升压电路接入电动车充电设备，增强供电能力。其 中PWM控制芯片有很多可选的现成产品，常见的如UC3842。该IC是用来控制Q1通断 的，图5中简化了 IC的反馈输入。可理解为右边的比较器输出使能信号给IC，则升压 电路开始工作，将电压升高到电动车充电设备所需要的电压，如此将蓄电池组供电系 统的电能传送给电动车充电设备。其中，所述升压电路包括PWM控制芯片IC、整流二极管D1、输出电容C1和储能 电感L1，所述PWM控制芯片IC的控制端接比较器U1A、 U1B的输出端，所述PWM控制 芯片IC的脉宽调制信号输出端与开关器件Q1的控制极相连，开关器件Q1、整流二极 管D1、输出电容C1和储能电感L1之间的连接关系如图5所示，但并不限于图5所示 的方式，因为升压电路的形式可以有多种，只要满足如下要求即可使得蓄电池组供 电系统4的电压经过升压后接入电动车充电设备8。此方案相对于实施例四的好处在于，对蓄电池组电压要求不高，因为电能控制模 块中包含升压电路，所以就算蓄电池组供电系统电压没有达到U1，甚至更低些，也可 以通过升压电路进行供电，并且输出给电动车充电设备的电压会更稳定。上述实施例只是用于对本发明进行说明，而不是对本发明保护范围的限制。本领 域的技术人员在本发明的启示下，可能做出一些变通的实施方式，均应属于本发明保护的范围。比如电压电流取样方式多种多样，可以分压取样或者霍尔感应取样；蓄电池组供电系统采用升压方式为优选，因为其电路中的二极管Dl本身就有导流作用(即不启动升压电路时，蓄电池组电压因低于交流电网电压而不会并入其中)，当然也可以 根据具体参数值(蓄电池组电压，交流电网供电系统输出电压的大小关系)选用不同的拓扑结构；在蓄电池容量允许的情况下，蓄电池组可由单一蓄电池替代；在电动车 接受交流充电的情况下，直流转直流电动车充电设备8也可以采用直注转交流电动车 充电设备；电能控制模块的控制主体也可以是ECU (单片机)、DSP等芯片，它们都可 以用来做检测然后进行控制。等等。
权利要求
1、一种电动车充电系统，包括交流电网供电系统(1)、电动车充电设备(8)，所述交流电网供电系统(1)的电能耦合输出到电动车充电设备(8)；其特征在于还包括蓄电池供电系统(4)和电能控制模块(7)，蓄电池供电系统(4)的电能输入端受控地与交流电网供电系统(1)相连，输出端经电能控制模块(7)的控制后耦合到电动车充电设备(8)。
2、 根据权利要求l所述的电动车充电系统，其特征在于，所述蓄电池供电系统(4) 有多个，相应地，电能控制模块(7)和电动车充电设备(8)也分别有多个，每个蓄 电池供电系统(4)分别经与其对应的电能控制模块(7)的控制后耦合到相应的电动 车充电设备(8)。
3、 根据权利要求l所述的电动车充电系统，其特征在于，所述电能控制模块(7)和 电动车充电设备(8)有多个，分别一一对应。
4、 根据权利要求1或2或3所述的电动车充电系统，其特征在于，所述交流电网供 电系统(1)包括提供交流电能的输入的交流电网(11)和将交流电网(11)输入的电 能转换为直流电耦合输出到电动车充电设备(8)的隔离变压器(12)。
5、 根据权利要求1或2或3所述的电动车充电系统，其特征在于蓄电池组供电系 统(4)包括蓄电池组(42)和蓄电池组充电模块(41)，蓄电池组充电模块(41)可 接收交流电网供电系统(1)的电能对蓄电池组(42)充电。
6、 根据权利要求1或2或3所述的电动车充电系统，其特征在于所述电能控制模 块(7)包括开关器件(Ql)、电压采样电路(Rl、 R2)、电流采样电路(Rs)、比较器(U1A、 U1B),所述电压采样电路(Rl、 R2)分压采样电压，电流采样电路(Rs)采样 电流，所述采样电压和采样电流在比较器(U1A、 U1B)中分别与参考电压电流设定电 路(Q2)所设定的参考电压和参考电流进行比较，当采样电压值低于参考电压或采样 电流值高于参考电流时，开关器件(Ql)被导通，将蓄电池组供电系统(4)接入电动 车充电设备。
7、 根据权利要求1或2或3所述的电动车充电系统，其特征在于所述电能控制模 块(7)包括开关器件(Ql)、电压采样电路(Rl、 R2)、电流采样电路(Rs)、比较器(U1A、 U1B)和升压电路，所述电压采样电路(Rl、 R2)分压釆样电压、电流采样电 路(Rs)采样电流，所述采样电压和采样电流在比较器(U1A、 U1B)中分别与参考电 压电流设定电路(Q2)所设定的参考电压和参考电流进行比较，当采样电压值低于参 考电压或采样电流值高于参考电流时，开关器件(Ql)被导通，将蓄电池组供电系统(4)通过升压电路接入电动车充电设备。
8、根据权利要求7所述的电动车充电系统，其特征在于所述升压电路包括PWM控 制芯片(IC)、整流二极管(Dl)、输出电容(Cl)和储能电感(Ll)，所述PWM控制芯 片(IC)的控制端接比较器(U1A、 U1B)的输出端，所述PWM控制芯片(IC)的脉宽 调制信号输出端与开关器件(Ql)的控制极相连，开关器件(Ql)、整流二极管(Dl)、 输出电容(Cl)和储能电感(Ll)之间的连接关系满足如下要求使得蓄电池组供电 系统(4)的电压经过升压后接入电动车充电设备(8)。
全文摘要
本发明公开了一种电动车充电系统，包括交流电网供电系统、电动车充电设备，所述交流电网供电系统的电能耦合输出到电动车充电设备；其特征在于还包括蓄电池供电系统和电能控制模块，蓄电池供电系统的电能输入端受控地与交流电网供电系统相连，输出端经电能控制模块的控制后耦合到电动车充电设备。由于在充电系统内增加蓄电池组，充分利用蓄电池组可瞬间释放大电流的特点来缓解充电站输入电网的压力，从而使充电站的容量设计更加合理，减少瞬间过载容量，同时当外部电网掉电时，靠电池组也可给电动车充电，解决应急充电问题。
文档编号H02J7/02GK101150259SQ20061006267
公开日2008年3月26日 申请日期2006年9月18日 优先权日2006年9月18日
发明者张建华, 牛凯华, 彬 郭 申请人:比亚迪股份有限公司