用于移动式储能电站对新能源汽车的无线充电系统及方法_3

文档序号:8321413阅读:来源:国知局
输出以及为车上其他用电设备供电的储能设备,可进行反复充电,电压一般为12V或者24V。
[0067]高压配电箱是一个控制高压回路通断的高压器件,其内部含有多个接触器,电池管理器通过发送控制信号给高压配电箱,可控制其内部继电器的闭合和关断,从而达到控制充电回路通断的目的。其中,在高压配电箱中有一个第一接插件,用于接收电池管理器的控制信号,控制内部接触器的通断。
[0068]另外,在无线充电系统中,电池管理器与车载无线充电E⑶通过CAN线连接。车载无线充电ECU通过高压线束与高压配电箱连接。高压配电箱通过高压线束与车载动力电池连接。无线充电ECU与线圈通过高压线束连接。无线充电ECU带有一个低压接插件,其作用是与新能源汽车上的零部件进行通讯,其中包括与电池管理器的CAN通讯信号线,自检信号线和故障信号线,以及低压供电电源线。
[0069]用户的充电确认可由无线充电开关按钮实现。该无线充电开关按钮由用户控制,在仪表出现无线充电提示时按下该按钮,则充电开始,在无线充电过程中按下该按钮,则充电结束。其中,由电池管理器检测该开关按钮的开关信号。
[0070]停车充电是指整车挂在P档或N档,整车的其它高压用电设备也能同时工作,除电机以外。在无线充电过程中,不响应档位信号的更改。
[0071]如图3所示,为根据本发明一个实施例的移动式储能电站对新能源汽车的无线充电系统的电能转换原理示意图。
[0072]其中,第一部分:安装在移动储能电站上的无线充电储能设备,其包括储能电池组和电源监控系统(即电源监控装置)。
[0073]具体而言,储能电池组为变频转换器提供直流供电电源。
[0074]电源监控系统实时监控储能电池组的工作状态。
[0075]第二部分:移动储能电站上的无线充电发射端设备,主要是指电站无线充电ECU,其内部包括变频转换器、发射线圈和无线充电监控模块。
[0076]变频转换器把储能电池组输出的直流电转换成一定频率的交变电源。
[0077]发射线圈把变频转换器转换出来的交流电以电磁场的形式发射出去。频率一定的交变电流经过发射线圈,产生特定频率变化的磁场。
[0078]无线充电监控模块可以跟车载无线充电ECU进行无线通讯,能和电源监控系统进行CAN通讯,对发射端设备的工作状态进行监控。
[0079]第三部分:安装在电动车上的接收端设备,主要是指车载无线充电ECU,其内部包括接收线圈、整流器、功率控制模块、DC-DC转换器和稳压电路。
[0080]接收线圈在发射线圈产生的交变磁场中产生感应电流,从而实现电能从充电电网到车载无线充电ECU的传递。
[0081 ] 整流器把接收线圈的交流电压信号转换成直流电压信号。
[0082]功率控制模块(即控制模块)主要是根据电池管理器发送的电池信息和充电功率需求,控制整流器的输出功率。
[0083]DC-DC转换器对功率控制模块输出的电压信号进行升降压处理,以便于给车载动力电池充电。
[0084]稳压电路对DC-DC转换器输出的电压信号进行滤波处理,使输出的直流电压更为平稳。
[0085]第四部分:车载储能设备,包括高压配电箱和车载动力电池。
[0086]高压配电箱主要作用是作为通断高压回路的设备,在本示例中主要作为无线充电高压端的开关。高压配电箱在接收到电池管理器发送过来的无线充电接触器吸合信号后,高压配电箱内部的无线充电接触器吸合,无线充电回路导通,充电开始。充电结束时,电池管理器发送无线充电接触器断开信号,则高压配电箱内部的无线交流充电接触器断开,无线充电回路断开。
[0087]车载动力电池为电动车提供电力输出,在进行无线充电过程中,车载无线充电ECU向车载动力电池充电。
[0088]如图4所示,移动储能电站上配置有多个储能电池组,每个储能电池组之间是独立的,每个储能电池组可以给一辆新能源汽车充电。每个储能电池组的电池信息分别由一组电池信息采集器负责采集,并发送给相应的电源监控装置,从而实现一个移动储能电站同时对多个新能源汽车无线充电,且在无线充电过程中不会相互影响,保证了充电的可靠性和充电效率。
[0089]如图5所示,本发明实施例的用于移动式储能电站对新能源汽车的无线充电系统100可视为一个无线充电通讯网,该无线充电通讯网包括:动力网、舒适网、电池子网、无线充电子网、车载无线充电网和电源监控子网。
[0090]具体地,电池子网主要是电池信息采集器与电池管理器130之间的通讯网络,通讯速率可以设置为250kbps,电池信息采集器采集车载动力电池的电压和温度信息,并通过电池子网发送给电池管理器130,电池管理器130汇总车载动力电池信息,进行相应处理。
[0091]无线充电子网主要是车载无线充电E⑶和电站无线充电E⑶之间的通讯网络,车载无线充电ECU向电站无线充电ECU发送车载动力电池的当前状态信息,以及充电功率需求,电站无线充电ECU根据接收到的电池信息,做相应的调整。电站无线充电ECU计算充电电量,并发送给车载无线充电E⑶。车载无线充电E⑶和电站无线充电E⑶之间进行无线通τΗ ο
[0092]电源监控子网是指电站无线充电E⑶与电源监控系统(即电源监控装置)之间的通讯网络,电源监控系统通过CAN线与电站无线充电E⑶进行通讯,通讯的速率可设置为250kbps,电源监控系统实时向电站无线充电ECU发送出能电池组状态信息,当电站无线充电ECU故障时,电源监控系统接收电站无线充电ECU发送的故障信号,停止无线充电。
[0093]车载无线充电网主要是指电池管理器130和车载无线充电E⑶之间的通讯网络。电池管理器130通过CAN线与车载无线充电E⑶进行通讯,通讯的速率可设置为250kbps,电池管理器130实时向车载无线充电ECU发送电池状态信息,当车载无线充电ECU故障时,电池管理器接收车载无线充电ECU发送的故障信号,停止无线充电。
[0094]动力网主要是车载高压器件之间的通讯网络,在无线充电进行时,车速为零,整车处于N档或者P档,电池管理器130发送无线充电信号给其他高压设备,以配合无线充电的进行。例如向电机控制器发送信号,禁止电机功率输出。
[0095]舒适网主要是电池管理器130向仪表之间的通讯网络,以便于仪表上显示无线充电指示信号,仪表无线充电开关信号由仪表发送给电池管理器130,作为无线充电的启动和停止?目号。
[0096]结合图6和图7所示,以移动储能电站对电动汽车进行无线充电为例子,对本发明实施例的用于移动式储能电站对新能源汽车的无线充电系统100的充电策略进行描述。该无线充电系统100的充电策略具体如下:
[0097]首先,在正常情况下:电动车上高压电,当电动车挂P档或N档,静止后,车上的无线充电ECU (即电能接收装置的一部分)开始工作,每隔IS检测车辆附近是否有无线充电设备,若在30S内未检测到无线充电设备,则车载无线充电ECU停止工作。若检测到附近有无线充电设备,则向电池管理器发送无线充电请求。移动储能电站行驶至电动车旁静止后,电站无线充电ECU (即电能提供装置的一部分)开始检测附近的接收端设备的无线通讯信号。
[0098]车载无线充电ECU向电池管理器发送无线充电请求信号,电池管理器发送充电请求信号给仪表,仪表提示用户是否需要进行无线充电。若仪表提示无线充电请求信号30S内,用户没有按下仪表台上的无线充电开关按钮,则仪表显示禁止无线充电。若按下电动车上的无线充电开关按钮,则车载无线充电ECU向电站无线充电ECU发送无线充电允许信息,若此时电站无线充电ECU接收到此信息,则车载无线充电ECU和电站无线充电ECU匹配成功。对于电站无线充电E⑶,在检测到附近有车载无线充电E⑶通讯信号后,向电源监控系统发送无线充电请求信号,电源监控系统发送信号给移动储能电站显示屏,显示屏显示无线充电准备就绪。电站无线充电ECU —直等待接收车载无线充电ECU发送的充电允许信息,若30S内,用户没有按下仪表台上的无线充电开关按钮,则显示屏显示禁止无线充电。
[0099]匹配成功后,对于储能电池组,电源监控系统先检测储能电池组的SOC (剩余电量)是否小于20%,如剩余电量小于20%,则电源监控系统不响应电站无线充电E⑶的充电请求,禁止无线充电。对于电动车,电池管理器先检测车载动力电池的SOC (剩余电量)是否大于70%,如剩余电量大于70%,则电池管理器不响应无线充电E⑶的充电请求,禁止无线充电。
[0100]如果储能电池组剩余电量大于20%,且车载动力电池B剩余电量小于70%,则电池管理器检测车载动力电池是否存在故障,包括动力电池单体温度过高、动力电池单体电压过高、动力电池漏电、动力电池采样线断开、电池管理器与电池信息采集器通讯失效等故障,如果存在上述故障,则禁止无线充电。电池管理器发送报警信号给仪表,仪表显示禁止无线充电。同时,电源监控系统检测储能电池组是否存在故障,包括储能电池单体温度过高、储能电池单体电压过高、漏电、采样线断开、电池信息采集器通讯失效等故障,如果存在上述故障,则禁止无线充电。
[0101]如果车载动力电池和储能电池组无故障,则电池管理器发送控制信号给高压配电箱,控制无线充电接触器吸合,电池管理器发送信号给仪表,仪表显示无线充电指示灯,进入无线充电流程,同时电源监控系统控制接通移动储能电站上的无线充电回路,储能电池组给电站无线充电E⑶供电。
[0102]无线充电接触器安装在高压配电箱内部,其作用是作为车载无线充电ECU高压电路部分与车载动力电池连接的开关。
[0103]进入无线充电流程后,电池管理器发送车载动力电池的电池信息和充电功率请求给车载无线充电ECU,车载无线充电ECU发送该信息给电站无线充电ECU。电站无线充电ECU接收到该信息后,调节充电输出功率,通过线圈向外传输能量。车载无线充电ECU通过线圈接收来自储能电池组的能量,对车载动力电池充电。其中发送的电池信息包括车载动力电池组当前剩余电量、充电电流、充电功率最高单节电池电压、最低单节电池电压、最高单节电池温度、最低单节电池温度,以及车载动力电池故障信息。
[0104]电站无线充电ECU在充电的过程中一直检测无线充电设备是否存在异常,检测的内容包括发射线圈故障、电站无线充电E⑶输出异常和电站无线充电E⑶通讯故障;车载无线充电ECU则检测接收线圈故障、车载无线充电ECU输出异常和车载无线充电ECU通讯故障。若存电站无线充电设备存在如上故障,则电站无线充电ECU发送充电终止请求信号给电源监控系统。电源监控系统接收到此信息后断开无线充电回路,停止无线充电,并发送充电故障信号给显示屏,显示屏显示无线充电设备故障,电站无线充电ECU向车载无线充电ECU发送故障信息。若车载无线充电设备存在如上故障,则车载无线充电ECU发送充电终止请求信号给电池管理器。电池管理器接收到此信息后断开无线充电接触器,停止无线充电,并发送充电故障信号给仪表,仪表显示无线充电设备故障,车载无线充电ECU向电站无线充电ECU发送故障信息。
[0105]无线充电过程中,电池管理器一直检测车载动力电池信息,检测的内容包括动力电池温度是否过高、动力电池电压是否过高、充电电流是否过大、电池信息采集器是否存在故障。动力电池温度过高、动力电池电压过高和充电电流过大故障应分情况进行处理,可分为一级故障和二级故障。当车载动力电池发生一级故障(一般报警)时,电池管理器发送限功率充电信息给车载无线充电ECU,车载无线充电ECU发送限功率信息给电站无线充电ECU,降低当前充电功率,进行限功率充电。当储能电池组发生一级故障(一般报警)时,电源监控系统发送限功率充电信息给电站无线充电ECU,电站无线充电ECU发送该信息给车载无线充电ECU,电站无线充电ECU降低当前充电功率,进行限功率充电。若发生二级故障(严重报警),或者电池信息采集器故障,则电池管理器断开无线充电接触器,电源监控系统断开无线充电回路,无线充电终止。
[0106]无线充电过程中,无线充电系统一直检测无线充电是
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