用于电动汽车的大功率充电系统及其控制方法

专利名称：用于电动汽车的大功率充电系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种用于电动汽车的大功率充电系统及其控制方法。
背景技术：
随着科技的发展，环保节能的电动汽车正在扮演着取代燃油车的角色，然而电动汽车的普及还面临着一些问题，其中高的续航里程和快捷的充电技术，已成为电动汽车推广的一大难题。
目前，电动汽车大多采用大容量的电池，虽然可以提高电动汽车的续航能力，但同样大容量的电池又带来了充电时间过长的问题。虽然专业的直流充电站可以快速的为电池进行充电，但高额的成本和较大占地面积等问题使得这种基础设施的普及还面临着一定的难度，同时又由于车辆的空间有限，车载充电器受到体积的制约而无法满足充电功率。
现在市场上所采取的充电方案有以下几种:
方案(I):如图1和图2所示，此方案中的车载充放电装置主要包括三相电源变压器I’、六个晶闸管元件组成三相桥式电路2’、恒压控制装置AUR和恒流控制装置ACR，但是该方案严重浪费空间和成本。
方案(2):如图3所示，此方案中的车载充放电装置为适应单/三相充电而安装两个充电插座15’、16’，增加了成本；电机驱动回路包含电感LI’和电容Cl’组成的滤波模块，在电机驱动时，三相电流经过滤波模块产生损耗，是对电池电量的浪费；该方案充放电工作时逆变器13 ’对交流电进行整流/逆变，整流/逆变后电压不可调节，适用电池工作电压范围窄。
综上所述，目前市场上所采取的交流充电技术大多采用单项充电技术，该技术存在充电功率小、充电时间长、硬件体积较大、功能单一、受限于不同地区电网的电压等级限制等缺点。
另外，作为电动汽车核心组成部分之一的动力电池充电系统,一般分为车载交流充电系统及快速直流充电系统，传统车载交流充电系统拥有功率变换模块、控制模块等，充电功率小，可以使用家用及工业电网直接充电，具有优越的便利性，但是，小功率交流充电系统的控制方式已不能适应大功率交流充电系统的要求。快速直流充电系统只需车辆侧有相应配电电路、动力电池管理系统进行协助控制，车辆成本较小，充电功率大，但是，快速直流充电系统的充电设施需要庞大的功率变换模块等设备，需要在专门建设的充电站进行充电，对于用户来说不方便。发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种用于电动汽车的大功率充电系统，采用该系统能够实现各系统工作状态的统一切换，协调控制车辆的各分立系统，兼容性强。本发明的第二个目的在于提出一种用于电动汽车的大功率充电系统的控制方法。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出一种用于电动汽车的大功率充电系统，包括:动力电池，所述动力电池设置在所述电动汽车之中；充电连接装置，所述充电连接装置具有供电插头和汽车插头；外部供电装置，所述外部供电装置与所述充电连接装置的供电插头相连；充电控制装置，所述充电控制装置设置在所述电动汽车之中，且与所述动力电池相连，并与所述充电连接装置的汽车插头相连，其中，所述充电控制装置与所述外部供电装置之间通过所述充电连接装置相互发送调制之后的PWM波信号以实现所述充电控制装置与所述外部供电装置的相互通信。
根据本发明实施例的用于电动汽车的大功率充电系统，根据工作模式的不同，可以实现各系统工作状态的统一切换，协调控制车辆的各分立系统，兼容性强，并且由于具有冷却模块，满足大功率工作时的散热要求，可以满足电动汽车不同功能需求及扩展，具有良好的适应性。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出一种用于电动汽车的大功率充电系统的控制方法，包括如下步骤:建立所述充电控制装置与所述外部供电装置之间的相互通信；检测到所述汽车插头插入所述充电接口之后，控制所述高压配电模块形成所述动力电池至所述充电接口的高压通路；控制所述动力电池对所述电动汽车进行充电。
根据本发明实施例的用于电动汽车的大功率充电系统的控制方法，综上所述，根据本发明实施例提出的用于电动汽车的大功率充电系统的控制方法，能够实现交流充电系统的良好匹配，具有完善的安全处理措施，能够在车辆及供电设备侧监控充电状态，并能满足大功率输出的要求。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。


本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
图1为现有的一种车载充放电装置的电路图2为现有的一种车载充放电装置的控制示意图3为现有的另一种车载充放电装置的电路图4为根据本发明实施例的用于电动汽车的大功率充电系统的结构示意图5为根据本发明的一个实施例的充电系统的连接示意图6为根据本发明一个实施例的用于电动汽车的动力系统的拓扑图7为根据本发明实施例的用于电动汽车的大功率充电系统的控制方法流程图8为根据本发明的一个实施例的动力系统充放电功能启动判断流程图9为根据本发明的一个实施例的充电系统充电之前的准备工作流程图10为根据本发明的一个实施例的控制动力电池对电动汽车进行充电的流程图；以及
图11为根据本发明的一个实施例的充电完成阶段的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此夕卜，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
下面参照附图描述根据本发明第一方面实施例提出的用于电动汽车的大功率充电系统。
如图4所示，本发明实施例的用于电动汽车的大功率充电系统包括:动力电池10、充电连接装置402、外部供电装置403和充电控制装置404(未在图中标示)。需要在此说明的是，虽然在图4中以三相供电为例进行描述，但是在本发明的其他实施例中，也可采用单相供电。在本发明的实施例中，可采用大电流进行充电，最大工作电流可至少达到63A。
其中，动力电池10设置在电动汽车之中。充电连接装置402具有供电插头和汽车插头。外部供电装置403与充电连接装置402的供电插头相连。充电控制装置404设置在电动汽车之中，且与动力电池10相连，并与充电连接装置402的汽车插头相连，其中，充电控制装置404与外部供电装置403之间通过充电连接装置402相互发送调制之后的PWM波信号以实现充电控制装置404与外部供电装置403的相互通信。
进一步地，如图5所示，充电控制装置404还包括:电池管理模块501、高压配电模块502、充电接口 503和充电控制模块504。其中，电池管理模块501检测动力电池的状态信息。高压配电模块502与动力电池10相连。充电接口 503与充电连接装置402的汽车插头相连。充电控制模块504与电池管理模块501、高压配电模块502和充电接口 503相连，充电控制模块504检测到汽车插头插入充电接口 503之后，控制高压配电模块502形成动力电池10至充电接口 503的高压通路。充电控制模块504还用于检测充电连接装置402的载流能力和/或外部供电装置403的供电负荷能力，以便根据充电连接装置402的载流能力和/或外部供电装置403的供电负荷能力对其进行保护。
在本发明的一个实施例中，如图5所示，充电控制装置404还包括:锁止模块505(未在图中标示)、辅助控制器506和冷却模块507。其中，锁止模块505用于将汽车插头锁止在充电接口中。辅助控制器506在充电连接装置402的载流能力和/或外部供电装置403的供电负荷能力满足要求之后，控制锁止模块进行锁止。冷却模块507与辅助控制器506相连，冷却模块507在辅助控制器506的控制下在对动力电池10充电时对充电控制装置进行冷却。
在本发明的一个实施例中，充电连接装置402包括多个高压端、第一检测端和第二检测端以及通信端，例如图1中的检测点1、检测点2、通信检测点3和通信检测点4，外部供电装置403和充电控制装置404根据第一检测端和第二检测端判断供电插头和汽车插头的连接状态，外部供电装置103和充电控制装置404通过通信端相互通信。充电控制装置404通过第二检测端检测充电连接装置402的载流能力，并通过通信端获得外部供电装置403的供电负荷能力。
在本发明的一个实施例中，如图6所示，高压配电模块202包括:第一预充控制模块101和与第一预充控制模块101并联的第一开关K1，第一预充控制模块101和第一开关Kl的一端与动力电池10的一端相连,第一预充控制模块101和第一开关Kl的另一端与充电控制装置404的第一端相连；第二开关K2，第二开关K2的一端与动力电池10的一端相连，且第二开关K2与充电控制装置404的第三端相连。动力系统当前所处的工作模式可以包括驱动模式和充放电模式。当电动汽车处于驱动模式或充放电模式时，控制器通过第一预充控制模块101对充电控制装置404进行预充电，当充电控制装置404的母线电压与动力电池的电压成预设倍数时，控制第一预充控制模块101关断并闭合第一开关K1。
在本发明的实施例中，充电控制模块504进一步包括:双向DC/DC模块30、驱动控制开关40、双向DC/AC模块50、电机控制开关60、充放电控制模块70和控制器模块80。
其中，双向DC/DC模块30的第一直流端al与动力电池10的另一端相连，双向DC/DC模块30的第二直流端a2与第一预充控制模块101和第一开关Kl的另一端相连，其中，第一直流端al为双向DC/DC模块30输入及输出的共用直流端。驱动控制开关40的一端与第二开关K2的另一端相连，驱动控制开关40的另一端与双向DC/DC模块30的第三直流端a3相连。双向DC/AC模块50的第一直流端bl与驱动控制开关40的另一端相连，双向DC/AC模块50的第二直流端b2与动力电池10的另一端相连。电机控制开关60的一端与双向DC/AC模块50的交流端相连，电机控制开关60的另一端与电机相连。充放电控制模块70的一端与双向DC/AC模块50的交流端相连，充放电控制模块70的另一端与充放电插座相连。控制器模块80与驱动控制开关40、电机控制开关60和充放电控制模块70相连，控制器模块80用于根据动力系统当前所处的工作模式对驱动控制开关40、电机控制开关60和充放电控制模块80进行控制。
进一步地，在本发明的实施例中，动力系统当前所处的工作模式可以包括驱动模式和充放电模式。当动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时，控制器模块80控制驱动控制开关40闭合以关闭双向DC/DC模块30，并控制电机控制开关60闭合以正常驱动电机，以及控制充放电控制模块70断开。当动力系统当前所处的工作模式为充放电模式时，控制器模块80控制驱动控制开关40断开以启动双向DC/DC模块30，并控制电机控制开关60断开以将电机移出，以及控制充放电控制模块70闭合，使外部电源可以正常地为动力电池10进行充电。
在本发明的一个实施例中，双向DC/DC模块30进一步包括第一开关管Ql、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感LI和第一电容Cl。其中，第一开关管Ql和第二开关管Q2相互串联连接，相互串联的第一开关管Ql和第二开关管Q2连接在双向DC/DC模块30的第一直流端al和第三直流端a3之间，第一开关管Ql和第二开关管Q2受控制器模块80的控制，并且第一开关管Ql和第二开关管Q2之间具有第一节点A。第一二极管Dl与第一开关管Ql反向并联，第二二极管D2与第二开关管Q2反向并联，第一电感LI的一端与第一节点A相连，第一电感LI的另一端与动力电池10的一端相连。第一电容Cl的一端与第一电感LI的另一端相连，第一电容Cl的另一端与动力电池10的另一端相连。
此外，在本发明的实施例中，充电控制装置404还包括漏电流削减模块102，漏电流削减模块102连接在双向DC/DC模块30的第一直流端al和双向DC/DC模块30的第三直流端a3之间。具体而言，漏电流削减模块102包括第二电容C2和第三电容C3，第二电容C2的一端与第三电容C3的一端相连,第二电容C2的另一端与双向DC/DC模块30的第一直流端al相连，第三电容C3的另一端与双向DC/DC模块30的第三直流端a3相连，其中，第二电容C2和第三电容C3之间具有第二节点B。
通常由于无变压器隔离的逆变和并网系统，普遍存在漏电流大的难点。因此，该动力系统在直流母线正负端增加漏电流削减模块102，能有效减小漏电流。漏电流削减模块102包含两个同类型电容C2和C3，其安装在直流母线正负端和三相交流中点电位之间，在本系统工作时能将产生的高频电流反馈到直流侧，即能有效降低了系统在工作时的高频漏电流。
在本发明的一个实施例中，如图6所示，充电控制装置404还包括滤波模块103和滤波控制模块104。
其中，滤波模块103连接在双向DC/AC模块50和充放电控制模70块之间。具体而言，如图6所示，滤波模块103包括电感LA、LB、LC和电容C4、C5、C6，而双向DC/AC模块50可以包括六个IGBT，上下两个IGBT之间的连接点分别通过电力总线与滤波模块103和电机控制开关60相连接。
如图6所示，滤波控制模块104连接在第二节点B和滤波模块103之间，并且滤波控制模块104受控制器模块80控制，控制器模块80在动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时控制滤波控制103模块断开。其中，滤波控制模块104可以为电容切换继电器，由接触器KlO组成。
在本发明的一个实施例中，充电控制模块504还包括第二预充控制模块106，第二预充模块106与充放电控制模块70并联，第二预充控制模块30用于对滤波模块103中的电容进行预充电。
在本发明的一个实施例中，如图6所示，充放电控制模块70进一步包括三相开关K8和/或单相开关K7，用于实现三相充放电或单相充放电。
也就是说，在本发明的实施例中，当动力系统启动时，控制器模块80控制第一开关Kl闭合以对双向DC/DC模块30中的第一电容Cl及母线电容CO进行预充电，并在母线电容CO的电压与动力电池10的电压成预设倍数时，控制第一开关Kl断开同时控制第二开关K2闭合。这样，通过双向DC/DC模块30和直接连接在电力总线即直流母线之间的大容量母线电容CO组成实现电池低温激活技术的主要部件，用于将动力电池10的电能通过双向DC/DC模块30充到大容量母线电容CO中，再将大容量母线电容CO中储存的电能通过双向DC/DC模块30充回动力电池10 (即对动力电池充电时)，对动力电池10循环充放电使得动力电池10的温度上升到最佳工作温度范围。
当动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时，控制器模块80控制驱动控制开关40闭合以关闭双向DC/DC模块30，并控制电机控制开关60闭合以正常驱动电机，以及控制充放电控制模块70断开。需要说明的是，在本发明的实施例中，虽然图6中电机控制开关60包括了与电机三相输入相连的三个开关，但是在本发明的其他实施例中也可包括与电机两相输入相连的两个开关，甚至一个开关。在此只要能实现对电机的控制即可。因此，其他实施例在此不再赘述。这样，通过双向DC/AC模块50把动力电池10的直流电逆变为交流电并输送给电机，可以利用旋转变压解码器技术和空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制算法来控制电机的运行。
当动力系统当前所处的工作模式为充放电模式时，控制器模块80控制驱动控制开关40断开以启动双向DC/DC模块30，并控制电机控制开关60断开以将电机移出，以及控制充放电控制模块70闭合，使外部电源例如三相电或者单相电通过充放电插座可以正常地为动力电池10进行充电。即言，通过检测充电连接信号、交流电网电制和整车电池管理的相关信息，借用双向DC/AC模块50进行可控整流功能，并结合双向DC/DC模块30，可实现单相\三相电对车载动力电池10的充电。
根据本发明实施例的用于电动汽车的大功率充电系统，根据工作模式的不同，可以实现各系统工作状态的统一切换，协调控制车辆的各分立系统，兼容性强，并且由于具有冷却模块，满足大功率工作时的散热要求，可以满足电动汽车不同功能需求及扩展，具有良好的适应性。
下面参照附图描述根据本发明第二方面实施例提出的一种用于电动汽车的大功率充电系统的控制方法。
如图7所示，本发明实施例的用于电动汽车的大功率充电系统的控制方法包括如下步骤:
S701，建立充电控制装置与外部供电装置之间的相互通信。
在确定外部供电装置通过充电连接装置与电动汽车的物理连接正确及电源正常后，检测通信连接，建立充电控制装置与外部供电装置之间的相互通信。具体包括以下步骤:
充放电功能连接确认和启动:如图8所示,该动力系统充放电功能启动判断流程包括如下步骤:
S801，充放电连接装置即充放电插座物理连接完成，并且电源正常。
S802，供电设备检测充电信号CC连接是否正常。如果是，则进入步骤S803 ;如果否，则返回步骤S802，继续检测。
S803，供电设备检测CP检测点的电压是否为9V。如果是，则进入步骤S806 ;如果否，返回步骤S802，继续检测。其中，9V是一个预设示例值。
S804，控制器模块检测充电信号CC连接是否正常。如果是，则进入步骤S805 ;如果否，则返回步骤S804，继续检测。
S805，拉低输出充电连接信号、充电指示灯信号。
S806，进入设置功能。
外部供电装置连接车辆充电口，供电设备检测连接信号，当判断硬件连接完成后激活屏幕等并等待操作人员触发信号；车辆侧充电控制器检测到充电枪信号后分别输出充电枪连接信号给BCM、组合仪表；BCM检测到该充电枪连接信号后激活低压电源，控制相应继电器吸合供给低压用电器电源，充电控制器、动力电池管理系统、辅助控制器等完全启动工作；组合仪表检测到该充电枪连接信号后显示充电枪符号并显示相应充电信息。
在充电控制装置与外部供电装置之间建立相互通信后，在接通高压回路之前，如图9所示,还包括:
对于外部供电装置侧包括:
S901，进行自检，判断是否有故障。
外部供电装置进行自检，如果无故障则进入步骤S902，如果有故障，外部供电装置的故障灯会亮，提醒工作人员进行故障处理。
S902，检测充电信号。
外部供电装置自检无故障后，操作人员发出的充电信号，检测是否有充电信号，如果在第一预设时间例如10分钟后没有检测到充电信号，则提醒操作人员重新对外部充电装置的充电插头连接。如果检测到充电信号，则外部充电装置开始发送调制由供电负荷能力信息的PWM信号给充电控制装置。其中，发送PWM信号时，图4中的开关SI从电压例如+12V状态切换为PWM发送状态，发送标示供电能力的固定占空比PWM波例如:16A-20%，32A-40%，63A-80%。
S903，检测通信检测点的电压值。
在开始发送PWM波后，设定时间例如5S内检测通信检测点的电压值，如果在检测到通信检测点电压值为设定值例如6V，则切换SI开关为低电平接收信号状态。如果检测通信检测点电压值不为设定值，则开关SI切换为电压例如+12V状态并且显示充电连接故障。
S904，检测 PWM 输出。
在开关SI为低电平接收信号状态时，在一定时间例如2S内检测到通信检测点的PWM信号输出，则控制供电装置的内部开关接通交流输出，开始供电。反之，切换SI开关为发送固定占空比PWM信号状态，并控制供电装置的内部开关接通交流输出，开始供电。
对于动力电池侧包括:
S905，充电控制装置进行自检，并检测电系统是否启动。
充电控制装置检测电动汽车的双路电的电系统是否全部启动，并自检。
906，检测充电连接装置的载流能力和/或外部供电装置的供电负荷能力。
通过充电连接装置中第一检测点和第二检测点分别检测充电连接装置的载流能力和/或外部供电装置的供电负荷能力。在充电连接装置的载流能力和/或外部供电装置的供电负荷能力满足要求之后，辅助控制器控制锁止模块进行锁止。也就是说，充电控制装置在系统启动后自检完成即回检外部充电装置连接信号判断充电连接装置载流能力，并检测与外部供电装置通讯的PWM波信号判断供电设备的供电负荷能力，在判断完成后发送相应命令报文通知动力电池管理系统BMS接通高压线路、通知辅助控制器锁止。
S907，检测连接信号及通信信号。
检测连接检测点电阻值，确定充电连接装置容量，例如:16Α-100Ω，32Α-220Ω，63Α-680Ω。检测通信检测点，如果在一定时间例如15分钟内检测到固定占空比的PWM信号，并且在检测等待期间PWM信号发送未间断，反之，则判断充电连接有故障。发送充电连接正常报文、充电准备就绪报文、充电口锁闭命令给电池管理系统。
S702，检测到汽车插头插入充电接口之后，控制高压配电模块形成动力电池至充电接口的高压通路。
如图9包括:S908，充电控制装置控制开关S2闭合，接通充电高压回路。
动力电池管理系统监控动力电池状态良好可以充电并收到充电控制装置的命令后控制高压配电箱中的相应接触器动作吸合，接通充电高压回路，并发送相应的状态信息；辅助控制器在收到命令后控制锁止模块锁止充电接口并发送相应状态信息；充电控制装置判断车辆准备完成后，控制图1中的开关S2闭合，输出触发信号给外部供电设备，等待判断供电设备交流输入状态。
S909，检测 PWM 信号。
当充电控制装置控制开关S2闭合后，检测是否有外部充电装置的PWM信号发送，如果在设定时间例如1.5S内没有检测到PWM信号则判断为外部国标充电桩，充电过程中不发送PWM信号。反之，向充电装置发送PWM信号。
S910，检测交流输入是否正常。
外部充电装置进行交流输出后，电动汽车高压充电回路接通后，接收到交流输入，在一定时间例如3S内检测交流输入是否正常，如果正常则进入充电阶段，反之，则交流外部供电装置故障，进行故障处理。
在充电控制装置与外部供电装置之间建立相互通信后，外部供电装置和电动汽车侧的充电准备工作完成后，可以进入充电阶段。
S703，控制动力电池对电动汽车进行充电。
控制高压配电模块接通高压通路后，进行充电，具体包括以下步骤:
对于动力汽车侧包括:
S1001，根据外部充电装置的供电能力和充电线缆容量设置合适充电功率，并发送报文。
充电控制装置检测到交流输入正常后根据充电连接装置、外部供电装置、动力电池管理系统等的功率负荷后，设定合适的充电功率，启动开始充电，并发送相应状态信息。例如发送充电开始报文、散热请求报文。通过通信连接向外部充电装置发送动力汽车充电信息，如果是外部国际充电装置则不发送。动力电池管理系统监控动力电池的充电状态，并发送相应的状态信息；辅助控制器根据充电控制器请求控制冷却系统工作，即在对动力电池充电时辅助控制器控制冷却模块对充电控制装置进行冷却。
S1002，充电控制装置监测DC工作状态、充电连接状态、动力电池状态等的信息。
充电控制装置监测DC工作状态、在向外部充电装置发送充电信息后，如果在一定时间例如5秒内检测到DC启动正常，则检测连接检测点的电阻值，每个检测周期不大于50ms,如果在5秒内检测不到DC启动，则DC启动异常。如果检测连接检测点电阻值不正常则充电连接发生故障。同时检测通信线路的PWM信号是否正常，检测周期不大于5S，如果PWM信号不正常则外部充电装置发生故障。
S1003，充电控制装置根据DC工作状态、充电连接状态、动力电池状态等的信息调整功率或者进行保护动作。
充电控制装置根据通信检测点检测的PWM信号占空比调整充电功率。另外，如果收到电池管理系统发送的限制充电功率的报文则充电控制装置减低充电功率进行充电，如果通信超时则充电功率降低为零。
S1004，当充电控制装置接收到电池管理系统发送的充电完成报文，则停止充电。如果充电完成但是未收到电池管理系统的充电完成报文，则判断充电控制装置异常，进行异常处理，并停止充电。
S1005，外部供电装置中显示车辆通过通信线路发送的充电信息，或显示正在充电。
S1006，检测连接信号是否正常。
如果不正常则进入步骤S1009，如果正常则进入步骤S1007。
S1007，检测通信检测点电压值是否为6V或者判断PWM信号是否中断。
如果否进入步骤S1009，如果是进入步骤S1008。
S1008，检测充电信号。
如果检测到充电信号，则进入步骤S1005，l反之，进入步骤S1009。
S1009,切换开关SI为+12V连接状态。
动力电池管理系统检测到电动汽车的动力电池充满后发送充电完成状态，充电结束阶段主要包括以下步骤:
SI 101，外部供电装置根据检测到的充电控制装置充电结束信号，停止交流输出。
外部供电装置根据充电控制器要求停止交流输出，进行相应的状态显示。当外部交流电网突然短时断电后，充电控制装置保持等待交流输出恢复正常状态，在外部供电装置恢复供电后可以继续进行充电。
SI 102，充电控制装置接收到充电完成信号后停止充电，进行卸载并发送充电口解锁命令。
SI 103，卸载完成后，充电控制装置控制开关S2断开，发送充电结束报文。
S1104，延时预设时间后，充电控制装置发送断开充电的双路电路的请求。
也就是说，充电控制装置收到充电完成信息后，进行卸载并发送相应控制器充电结束工作状态，动力电池管理系统收到充电控制装置充电结束后控制高压配电箱断开高压回路连接。
当充电过程中出现故障需要停止充电时，充电控制装置进行相应处理卸载及发送各工作状态及故障状态。具体包括:
S1105，检测充电控制装置是否有故障。
如果充电控制装置发生故障则停止充电，进行卸载并发送充电口解锁命令，卸载完成后断开内部开关S2，并发送充电停止报文、故障报文，进行故障处理。
S1106，检测是否收到电池管理系统的充电不允许报文。
在充电控制装置未发生故障的情况下，如果收到电池管理系统的充电不允许报文，则停止充电，进行卸载并发送充电口解锁命令，卸载完成后断开内部开关S2，并发送充电停止报文、故障报文，进行故障处理。
S1107，检测是否充电连接故障或外部供电装置故障或充电口锁闭是否失效或DC启动是否正常。
如果充电连接故障或外部供电装置故障或充电口锁闭失效或DC启动异常，则停止充电，进行卸载并发送充电口解锁命令，卸载完成后断开内部开关S2，并发送充电停止报文、故障报文，进行故障处理。
SI 108，检测是否存在充电控制装置过温、外部供电装置停电等可恢复故障。
如果检测充电连接良好、充电口锁闭良好或DC启动正常，如果检测充电控制装置过温、或外部供电装置停电，则停止充电进行卸载，进入步骤S 1109。如果充电控制装置温度合适、外部供电装置正常则可以发送充电口锁止命令，进入步骤S1110。
S1109，卸载完成后发送充电暂停报文、充电口解锁命令。
如果发送报文后，等待一段时间例如10分钟，没有进行相应操作，则进入步骤Sllll0反之进入步骤S1108。
SI 110，检测是否收到充电锁止信号。
如果接收到充电锁止信号，则进行对充电口锁止，进入充电阶段。如果未收到充电锁止信号，则进入步骤SI 105。
S1111，卸载完成后断开内部开关S2，并发送充电停止报文、故障报文。
送充电停止报文、故障报文后，并进入步骤S1104。
此外，组合仪表显示充电控制装置、动力电池管理系统的充电状态信息，根据信息作出相应的操作。
综上所述，根据本发明实施例提出的用于电动汽车的大功率充电系统的控制方法，能够实现交流充电系统的良好匹配，具有完善的安全处理措施，能够在车辆及供电设备侧监控充电状态，并能满足大功率输出的要求。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下:具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(R0M)，可擦除可编辑只读存储器(EPR0M或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(⑶ROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求
1.一种用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，包括: 动力电池，所述动力电池设置在所述电动汽车之中； 充电连接装置，所述充电连接装置具有供电插头和汽车插头； 外部供电装置，所述外部供电装置与所述充电连接装置的供电插头相连； 充电控制装置，所述充电控制装置设置在所述电动汽车之中，且与所述动力电池相连，并与所述充电连接装置的汽车插头相连， 其中，所述充电控制装置与所述外部供电装置之间通过所述充电连接装置相互发送调制之后的PWM波信号以实现所述充电控制装置与所述外部供电装置的相互通信。
2.如权利要求1所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，所述充电控制装置进一步包括: 电池管理模块，所述电池管理模块检测所述动力电池的状态信息； 高压配电模块，所述高压配电模块与所述动力电池相连； 充电接口，所述充电接口与所述充电连接装置的汽车插头相连；以及充电控制模块，所述充电控制模块与所述电池管理模块、所述高压配电模块和所述充电接口相连，所述充电控制模块检测到所述汽车插头插入所述充电接口之后，控制所述高压配电模块形成所述动力电池至所述充电接口的高压通路。
3.如权利要求2所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，所述充电控制模块还用于检测所述充电连接装置的载流能力和/或所述外部供电装置的供电负荷能力。
4.如权利要求3所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，所述充电控制装置还包括: 锁止模块，用于将所述汽车插头锁止在所述充电接口中； 辅助控制器，所述辅助控制器在所述充电连接装置的载流能力和/或所述外部供电装置的供电负荷能力满足要求之后，控制所述锁止模块进行锁止。
5.如权利要求3所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，所述充电控制装置还包括: 冷却模块，所述冷却模块与所述辅助控制器相连，所述冷却模块在所述辅助控制器的控制下在对所述动力电池充电时对所述充电控制装置进行冷却。
6.如权利要求1所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，所述充电连接装置包括多个高压端、第一检测端和第二检测端以及通信端，所述外部供电装置和充电控制装置根据所述第一检测端 和第二检测端判断所述供电插头和汽车插头的连接状态，所述外部供电装置和充电控制装置通过所述通信端相互通信。
7.如权利要求6所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，所述充电控制装置通过所述第二检测端检测所述充电连接装置的载流能力，并通过所述通信端获得所述外部供电装置的供电负荷能力。
8.如权利要求1-7任一项所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，所述高压配电模块包括: 第一预充控制模块和与所述第一预充控制模块并联的第一开关，所述第一预充控制模块和所述第一开关的一端与所述动力电池的一端相连，所述第一预充控制模块和所述第一开关的另一端与所述充电控制装置的第一端相连；第三开关，所述第三开关的一端与所述动力电池的一端相连，且所述第三开关与所述充电控制装置的第三端相连。
9.如权利要求8所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于， 当所述电动汽车处于驱动模式或充放电模式时，所述控制器通过所述第一预充控制模块对所述充电控制装置进行预充电，当所述充电控制装置的母线电压与所述动力电池的电压成预设倍数时，控制所述第一预充控制模块关断并闭合所述第一开关。
10.如权利要求9所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，所述充电控制模块进一步包括: 双向DC/DC模块，所述双向DC/DC模块的第一直流端与所述动力电池的另一端相连，所述双向DC/DC模块的第二直流端与所述第一预充控制模块和所述第一开关的另一端相连，其中，所述第一直流端为所述双向DC/DC模块输入及输出的共用直流端； 驱动控制开关，所述驱动控制开关的一端与所述第三开关的另一端相连，所述驱动控制开关的另一端与所述双向DC/DC模块的第三直流端相连； 双向DC/AC模块，所述双向DC/AC模块的第一直流端与所述驱动控制开关的另一端相连，所述双向DC/AC模块的第二直流端与所述动力电池的另一端相连； 电机控制开关，所述电机控制开关的一端与所述双向DC/AC模块的交流端相连，所述电机控制开关的另一端与电机相连； 充放电控制模块，所述充放电控制模块的一端与所述双向DC/AC模块的交流端相连，所述充放电控制模块的另一端与所述充放电插座相连；以及 控制器模块，所述控制器模块与所述驱动控制开关、电机控制开关和充放电控制模块相连，所述控制器模块用于根据所述动力系统当前所处的工作模式对所述驱动控制开关、电机控制开关和充放电控制模块进行控制。
11.如权利要求10所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于， 当所述动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时，所述控制器模块控制所述驱动控制开关闭合以关闭所述双向DC/DC模块，并控制所述电机控制开关闭合，以及控制所述充放电控制模块断开。
12.如权利要求11所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于， 当所述动力系统当前所处的工作模式为充放电模式时，所述控制器模块控制所述驱动控制开关断开以启动所 述双向DC/DC模块，并控制所述电机控制开关断开，以及控制所述充放电控制模块闭合。
13.如权利要求10所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，所述双向DC/DC模块进一步包括: 相互串联的第一开关管和第二开关管，所述相互串联的第一开关管和第二开关管连接在所述双向DC/DC模块的第一直流端和第三直流端之间，所述第一开关管和第二开关管受所述控制器模块的控制，其中，所述第一开关管和第二开关管之间具有第一节点； 第一二极管，所述第一二极管与所述第一开关管反向并联； 第二二极管，所述第二二极管与所述第二开关管反向并联； 第一电感，所述第一电感的一端与所述第一节点相连，所述第一电感的另一端与所述动力电池的一端相连；以及第一电容，所述第一电容的一端与所述第一电感的另一端相连，所述第一电容的另一端与所述动力电池的另一端相连。
14.如权利要求10所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，所述充电控制装置还包括: 漏电流削减模块，所述漏电流削减模块连接在所述双向DC/DC模块的第一直流端和所述双向DC/DC模块的第三直流端之间。
15.如权利要求14所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，所述漏电流削减模块进一步包括: 第二电容和第三电容，所述第二电容的一端与所述第三电容的一端相连，所述第二电容的另一端与所述双向DC/DC模块的第一直流端相连,所述第三电容的另一端与所述双向DC/DC模块的第三直流端相连，其中，所述第二电容和第三电容之间具有第二节点。
16.如权利要求15所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，所述充电控制装置还包括: 滤波模块，所述滤波模块连接在所述双向DC/AC模块和所述充放电控制模块之间。
17.如权利要求16所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，所述充电控制装置还包括: 滤波控制模块，所述滤波控制模块连接在所述第二节点和所述滤波模块之间，所述滤波控制模块受所述控制器模块控制，所述控制器模块在所述动力系统当前所处的工作模式为驱动模式时控制所述滤波控制模块断开。
18.如权利要求10所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，还包括: 第二预充控制模块，所述第二预充模块与所述充放电控制模块并联，所述第二预充控制模块用于对所述滤波模块中的电容进行预充电。
19.如权利要求10所述的用于电动汽车的大功率充电系统，其特征在于，所述充放电控制模块进一步包括: 三相开关和/或单相开关，用于实现三相充放电或单相充放电。
20.—种如权利要求1-19任一项所述的用于电动汽车的大功率充电系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 建立所述充电控制装置与所述外部供电装置之间的相互通信； 检测到所述汽车插头插入所述充电接口之后，控制所述高压配电模块形成所述动力电池至所述充电接口的高压通路； 控制所述动力电池对所述电动汽车进行充电。
21.如权利要求20所述的用于电动汽车的大功率充电系统的控制方法，其特征在于，还包括: 检测所述充电连接装置的载流能力和/或所述外部供电装置的供电负荷能力； 在所述充电连接装置的载流能力和/或所述外部供电装置的供电负荷能力满足要求之后，所述辅助控制器控制所述锁止模块进行锁止。
22.如权利要求21所述的用于电动汽车的大功率充电系统的控制方法，其特征在于，还包括: 在对所述动力电池充电时所述 辅助控制器控制所述冷却模块对所述充电控制装置进行冷却。
全文摘要
本发明提出一种用于电动汽车的大功率充电系统，包括动力电池，动力电池设置在电动汽车之中；充电连接装置，充电连接装置具有供电插头和汽车插头；外部供电装置，外部供电装置与充电连接装置的供电插头相连；电控制装置，充电控制装置设置在电动汽车之中，且与动力电池相连，并与充电连接装置的汽车插头相连，其中，充电控制装置与外部供电装置之间通过充电连接装置相互发送调制之后的PWM波信号以实现充电控制装置与外部供电装置的相互通信。采用该系统能够实现各系统工作状态的统一切换，协调控制车辆的各分立系统，兼容性强。本发明同时还提出一种用于电动汽车的大功率充电系统的控制方法。
文档编号B60L11/18GK103187762SQ201210591810
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者魏维, 王洪军, 周伟 申请人:比亚迪股份有限公司