电动汽车的直流充电控制方法及大功率群充系统与流程

本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种电动汽车的直流充电控制方法及大功率群充系统。

背景技术：

电动汽车产业的迅猛发展，引领全球新能源领域的快速膨胀，迫使新能源成为21世纪高新技术产业的又一次革命。随着电动汽车销量的不断提升，全球大量涌现各种电动汽车充电设施研发、生产、建造与运营的企业，电动汽车充电桩迅速普及到祖国的大江南北。针对电动汽车续航里程的不断提升，大量客户、车企、电池厂家对目前充电桩的充电功率需求日益增大，于此同时考虑到电动汽车的安全性、稳定性及可靠性的提升，大量的bms厂家对电池的充电过程给予越来越严谨的充电逻辑，各种bms对动力电池初始充电需求功率均加以逐次递增式放开，然而对于大多数桩企研发的直流快充模块目前最大功率只有30kw，要实现大功率及超大功率的充电，必须要实现多个模块并联输出，并且并联模块的个数需跟随bms的逐次递增式需求依次加入。然而，现有技术方案中并不能实现功率模块的在线逐次加入，大功率充电系统存在功率模块的利用率低等问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在功率模块的利用率低的技术问题，本发明提供一种电动汽车的直流充电控制方法及大功率群充系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电动汽车的直流充电控制方法，当充电枪插入电动汽车且收到充电指令后，进行以下步骤：

步骤s10.与电动汽车的bms模块进行握手操作，并获取所述bms模块的初始需求功率，且根据所述初始需求功率投入一个功率模块进行充电，其中，所述初始需求功率小于等于一个功率模块的输出功率；

步骤s20.实时接收所述bms模块下发的当前需求电流，并判断所述当前需求电流是否大于预设电流值，若是，则执行步骤s30；若否，则执行步骤s40；

步骤s30.根据当前需求电流及当前输出电流，对所确定的功率模块及pdu模块中的相应充电通道进行开关控制，以将所述功率模块在线加入或退出充电，然后执行步骤s20；

步骤s40.关闭所有在线加入的功率模块及相应的充电通道，且使用第一个开启的功率模块及相应的充电通道继续进行充电，直至达到充电截止条件。

优选地，在所述步骤s10和所述步骤s20之间，还包括：

步骤s50.接收所述bms模块下发的当前需求电流，并判断所述当前需求电流是否大于预设电流值，若是，则执行下一步骤；

步骤s60.等待预设时间，然后执行步骤s20。

优选地，所述步骤s30包括：

步骤s31.对当前需求电流与当前输出电流进行比较；

步骤s32.在当前需求电流大于当前输出电流时，选择一空闲的功率模块，并对pdu模块中与该功率模块所对应的充电通道进行自检，若自检通过，则开启所述功率模块及所述充电通道，以将所述功率模块在线加入充电；

步骤s33.在当前需求电流小于当前输出电流时，关闭其中一个在线加入的功率模块及相应的充电通道，以将所述功率模块在线退出充电；

步骤s34.在当前需求电流等于当前输出电流时，维持功率模块及相应充电通道的当前状态。

优选地，每个充电通道包括第一继电器和第二继电器，而且，所述第一继电器连接在相应功率模块的正输出端及电池的正极之间，所述第二继电器连接在相应功率模块的负输出端及电池的负极之间；

而且，在所述步骤s32中，对该功率模块所对应的充电通道进行自检，包括：

对所述第一继电器、所述第二继电器进行粘连检测；

对所述第一继电器、所述第二继电器进行驱动失效检测；

对充电枪输出端口对群充系统的保护地的绝缘电阻进行检测。

优选地，对所述第一继电器、所述第二继电器进行粘连检测，包括：

对所述第一继电器、所述第二继电器进行粘连检测，包括：

控制所述第一继电器和所述第二继电器关断；

向所述功率模块发送开启指令，以使所述功率模块输出自检电压；

对pdu模块的正向输入端与所述pdu模块的负向输出端的电压进行采样，并获取充电通道的输入电压检测值；

若所述输入电压检测值与所述自检电压的差值绝对值小于预设值，则确定所述第二继电器发生粘连故障；

若所述输入电压检测值与当前电池电压的差值绝对值小于预设值，则确定所述第一继电器发生粘连故障。

优选地，对所述第二继电器进行驱动失效检测，包括：

控制所述第一继电器关断，所述第二继电器闭合；

向所述功率模块发送开启指令，以使所述功率模块输出自检电压；

对pdu模块的正向输入端与所述pdu模块的负向输出端的电压进行采样，并获取充电通道的输入电压检测值；

若所述输入电压检测值与所述自检电压的差值绝对值大于预设值，则确定所述第二继电器发生驱动失效故障；

对所述第一继电器进行驱动失效检测，包括：

控制所述第一继电器闭合，所述第二继电器关断；

对pdu模块的正向输入端与所述pdu模块的负向输出端的电压进行采样，并获取充电通道的输入电压检测值；

若所述输入电压检测值与当前电池电压的差值绝对值大于预设值，则确定所述第一继电器发生驱动失效故障。

本发明还构造一种大功率群充系统，包括控制模块、n个功率模块、m个充电枪及包含m*n个充电通道的pdu模块，其中，n为大于1的自然数，m为大于等于1的自然数，所述控制模块包括：

第一控制子模块，用于当充电枪插入电动汽车且收到充电指令后，与电动汽车的bms模块进行握手操作，并获取所述bms模块的初始需求功率，且根据所述初始需求功率投入一个功率模块进行充电，其中，所述初始需求功率小于等于一个功率模块的输出功率；

判断子模块，用于实时接收所述bms模块下发的当前需求电流，并判断所述当前需求电流是否大于预设电流值；

第二控制子模块，用于在所述当前需求电流大于预设电流值时，根据当前需求电流及当前输出电流，对所确定的功率模块及相应的充电通道进行开关控制，以将所述功率模块在线加入或退出充电；

第三控制子模块，用于在所述当前需求电流不大于预设电流值时，关闭所有在线加入的功率模块及相应的充电通道，且使用第一个开启的功率模块及相应的充电通道继续进行充电，直至达到充电截止条件。

优选地，所述第二控制子模块包括：

比较单元，用于对当前需求电流与当前输出电流进行比较；

在线加入单元，用于在当前需求电流大于当前输出电流时，选择一空闲的功率模块，并对该功率模块所对应的充电通道进行自检，若自检通过，则开启所述功率模块及所述充电通道，以将所述功率模块在线加入充电；

在线退出单元，用于在当前需求电流小于当前输出电流时，关闭其中一个在线加入的功率模块及相应的充电通道，以将所述功率模块在线退出充电；

维持单元，用于在当前需求电流等于当前输出电流时，维持功率模块及相应充电通道的当前状态。

优选地，每个充电通道包括第一继电器和第二继电器，而且，所述第一继电器连接在相应功率模块的正输出端及电池的正极之间，所述第二继电器连接在相应功率模块的负输出端及电池的负极之间；而且，

所述在线加入单元，用于对第一继电器、第二继电器进行粘连检测及驱动失效检测，并对充电枪输出端口对群充系统的保护地的绝缘电阻进行检测。

优选地，还包括设置在每个充电通路中的运放、开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻及第四电阻，其中，所述运放的同相输入端通过相串联的所述开关及所述第一电阻连接相应功率模块的正输出端，所述运放的反相输入端通过所述第三电阻连接电池的负极，所述第二电阻的第一端连接所述运放的同相输入端，所述第二电阻的第二端连接内部参考地，所述第四电阻连接在所述运放的反相输入端与输出端之间，所述运放的输出端输出采样电压。

实施本发明的技术方案，在对电动汽车进行充电时，由于能根据bms模块的实时需求控制投入功率模块的数量，所以可实现全充电周期中严格按照bms递增式需求执行功率模块的依次在线加入和依次在线退出，进一步完善了整个充电周期bms模块对各个功率模块的灵活调用，提高整套大功率群充系统对功率模块的利用率，更加增强了充电周期的安全性，严禁杜绝对动力电池的过冲现象，对电池的寿命实现全充电周期的保驾护航。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明电动汽车的直流充电控制方法实施例一的流程图；

图2是本发明大功率群充系统中控制模块实施例一的逻辑结构图；

图3是本发明大功率群充系统实施例一的结构图；

图4是本发明大功率群充系统中充电通路实施例一的电路图；

图5是本发明电动汽车的直流充电控制方法实施例二的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明电动汽车的直流充电控制方法实施例一的流程图，该实施例的直流充电控制方法应用在大功率群充系统的控制模块(ccu)中。当充电枪插入电动汽车且收到充电指令后，进行以下步骤：

步骤s10.与电动汽车的bms模块进行握手操作，并获取bms模块的初始需求功率，且根据初始需求功率投入一个功率模块进行充电，其中，初始需求功率小于等于一个功率模块的输出功率；

步骤s20.实时接收bms模块下发的当前需求电流，并判断当前需求电流是否大于预设电流值，若是，则执行步骤s30；若否，则执行步骤s40，而且，优选地，预设值例如为36a，即，一个功率模块的输出电流值；

步骤s30.根据当前需求电流及当前输出电流，对所确定的功率模块及pdu模块中的相应充电通道进行开关控制，以将功率模块在线加入或退出充电，然后执行步骤s20；

步骤s40.关闭所有在线加入的功率模块及相应的充电通道，且使用第一个开启的功率模块及相应的充电通道继续进行充电，直至达到充电截止条件。

下面说明该实施例的直流充电控制方法的工作过程：

当充电枪插入电动汽车且收到充电指令后，进入初始充电阶段，在初始充电阶段，由于bms模块的初始需求功率较小，小于单个功率模块的输出功率。所以，当控制模块获取到bms下发的初始需求功率后，投入一个功率模块进行充电。应理解，在投入该功率模块之前，需对该功率模块所对应的充电通道进行自检，若自检通过，则可开启该功率模块及相应的充电通道，若自检不通过，则不开启该功率模块及相应的充电通道，换一功率模块所对应的充电通道继续进行检测，直到确定出自检通过的充电通道。

当投入一个功率模块进行充电后，bms模块根据电池在当前充电阶段的承载能力，不断的放开电池的功率需求，此时单个功率模块的输出功率无法满足充电需求。当控制模块收到bms模块下发的当前需求电流后，判断该当前需求电流大于预设电流值，便开始进入大功率的稳定充电阶段。在稳定充电阶段，根据当前需求电流及当前输出电流，实现充电中对功率模块的在线加入和在线退出的控制，以此配合提升整车的可靠性和稳定性，进一步提升动力电池的寿命减小电池充放电的耗尽量。

当使用大功率进行多个小时的充电后，bms模块根据电池在当前充电阶段的承载能力，开始缩减充电需求。此时，控制模块在收到bms模块下发的当前需求电流后，判断该当前需求电流不大于预设电流值，便开始进入涓流充电阶段。在涓流充电阶段，仅保留一个功率模块及相应的充电通道开启，而关闭其它在线加入的功率模块及相应的充电通道，继续进行涓流充电多个小时，直至达到充电截止条件，充电截止条件为soc为100％。

在上述实施例的基础上，进一步地，在步骤s10和步骤s20之间，还包括：

步骤s50.接收bms模块下发的当前需求电流，并判断当前需求电流是否大于预设电流值，若是，则执行下一步骤；

步骤s60.等待预设时间，然后执行步骤s20。

在该实施例中，在投入一个功率模块进行充电后，若判断当前需求电流大于预设电流值，进入需求确认阶段，例如等待2分钟，从而可确认bms的当前需求电流是否稳定。

在一个可选实施例中，步骤s30包括：

步骤s31.对当前需求电流与当前输出电流进行比较；

步骤s32.在当前需求电流大于当前输出电流时，选择一空闲的功率模块，并对pdu模块中与该功率模块所对应的充电通道进行自检，若自检通过，则开启功率模块及充电通道，以将功率模块在线加入充电；

步骤s33.在当前需求电流小于当前输出电流时，关闭其中一个在线加入的功率模块及相应的充电通道，以将功率模块在线退出充电；

步骤s34.在当前需求电流等于当前输出电流时，维持功率模块及相应充电通道的当前状态。

在该实施例中，在大功率的稳定充电阶段，控制模块会实时根据当前需求电流调整投入的功率模块数量，实现充电中对功率模块的在线加入和在线退出的控制，完善了整个充电周期bms模块对各个功率模块的灵活调用，提高整套大功率群充系统对功率模块的利用率。

进一步地，每个充电通道包括第一继电器和第二继电器，而且，第一继电器连接在相应功率模块的正输出端及电池的正极之间，第二继电器连接在相应功率模块的负输出端及电池的负极之间；

而且，在步骤s32中，对该功率模块所对应的充电通道进行自检，包括：

对第一继电器、第二继电器进行粘连检测；

对第一继电器、第二继电器进行驱动失效检测；

对充电枪输出端口对群充系统的保护地的绝缘电阻进行检测。

在一个具体实施例中，对第一继电器、第二继电器进行粘连检测，包括：

控制第一继电器和第二继电器关断；

向功率模块发送开启指令，以使功率模块输出自检电压，例如，若功率模块的输出电压范围为200-750v，则自检电压可为300v；

对pdu模块的正向输入端与pdu模块的负向输出端的电压进行采样，并获取充电通道的输入电压检测值；

若输入电压检测值与自检电压的差值绝对值小于预设值，则确定第二继电器发生粘连故障；

若输入电压检测值与当前电池电压的差值绝对值小于预设值，则确定第一继电器发生粘连故障。

在一个具体实施例中，对第二继电器进行驱动失效检测，包括：

控制第一继电器关断，第二继电器闭合；

向功率模块发送开启指令，以使功率模块输出自检电压，例如，若功率模块的输出电压范围为200-750v，则自检电压可为300v；

对pdu模块的正向输入端与pdu模块的负向输出端的电压进行采样，并获取充电通道的输入电压检测值；

若输入电压检测值与自检电压的差值绝对值大于预设值，则确定第二继电器发生驱动失效故障；

对第一继电器进行驱动失效检测，包括：

控制第一继电器闭合，第二继电器关断；

对pdu模块的正向输入端与pdu模块的负向输出端的电压进行采样，并获取充电通道的输入电压检测值；

若输入电压检测值与当前电池电压的差值绝对值大于预设值，则确定第一继电器发生驱动失效故障。

在上述实施例中，预设值例如为20v。

本发明还构造一种大功率群充系统，该大功率群充系统包括控制模块、n个功率模块、m个充电枪及包含m*n个充电通道的pdu模块，其中，n为大于1的自然数，m为大于等于1的自然数。图2是本发明大功率群充系统中控制模块实施例一的逻辑结构图，该实施例的控制模块包括第一控制子模块11、判断子模块12、第二控制子模块13及第三控制子模块14，其中，第一控制子模块11用于当充电枪插入电动汽车且收到充电指令后，与电动汽车的bms模块进行握手操作，并获取bms模块的初始需求功率，且根据初始需求功率投入一个功率模块进行充电，其中，初始需求功率小于等于一个功率模块的输出功率。判断子模块12用于实时接收bms模块下发的当前需求电流，并判断当前需求电流是否大于预设电流值。第二控制子模块13用于在当前需求电流大于预设电流值时，根据当前需求电流及当前输出电流，对所确定的功率模块及相应的充电通道进行开关控制，以将功率模块在线加入或退出充电。第三控制子模块14用于在当前需求电流不大于预设电流值时，关闭所有在线加入的功率模块及相应的充电通道，且使用第一个开启的功率模块及相应的充电通道继续进行充电，直至达到充电截止条件。

进一步地，第二控制子模块包括：比较单元、在线加入单元、在线退出单元及维持单元。其中，比较单元用于对当前需求电流与当前输出电流进行比较；在线加入单元用于在当前需求电流大于当前输出电流时，选择一空闲的功率模块，并对该功率模块所对应的充电通道进行自检，若自检通过，则开启功率模块及充电通道，以将功率模块在线加入充电；在线退出单元用于在当前需求电流小于当前输出电流时，关闭其中一个在线加入的功率模块及相应的充电通道，以将功率模块在线退出充电；维持单元用于在当前需求电流等于当前输出电流时，维持功率模块及相应充电通道的当前状态。

图3是本发明大功率群充系统实施例一的结构图，该实施例的大功率群充系统包括两个功率模块、两个充电枪及四个充电通道，每个充电枪对应一功率分配单元(pdu)，而且，每个充电通道包括第一继电器和第二继电器，第一继电器连接在相应功率模块的正输出端及电池的正极之间，第二继电器连接在相应功率模块的负输出端及电池的负极之间。另外需说明的是，该实施例是以一个pdu灵活调用两个功率模块为例进行说明的，应理解，如果把一个pdu支持调用两个功率模块定义为2t1，那么，对于更大功率的群充系统，功率模块调用个数更多，统称为nt1群充系统(n表示可灵活调用功率模块的个数)。

在该实施例中，1#功率模块的输出端vo+、vo-分别连接1#、2#pdu的两个充电通道，2#功率模块的输出端vo+、vo-分别连接1#、2#pdu的两个充电通道。每个充电通道包括正向支路、负向支路。以1#pdu为例，在1#pdu的第一充电通道中，正输入端口vin1+、继电器k1、正输出端口vbat+构成正向支路，负输入端口vin1-、继电器k2、二极管d2、负输出端口vbat-构成负向支路。而且，正向支路的vin1+连接1#功率模块的正输出端vo+，正向支路的vbat+通过1#pdu对应的充电枪连接电池的正极。负向支路的vin1-连接1#功率模块的负输出端vo-，负向支路的vbat-通过1#pdu对应的充电枪连接电池的负极。在1#pdu的第二充电通道中，正输入端口vin2+、继电器k3、正输出端口vbat+构成正向支路，负输入端口vin2-、继电器k4、二极管d3、负输出端口vbat-构成负向支路。而且，正向支路的vin2+连接2#功率模块的正输出端vo+，正向支路的vbat+通过1#pdu对应的充电枪连接电池的正极。负向支路的vin1-连接2#功率模块的负输出端vo-，负向支路的vbat-通过2#pdu对应的充电枪连接电池的负极。每个pdu的充电通道个数决定了该pdu可灵活调用功率模块的数量，且一旦某个功率模块被调用，该功率模块不再允许被其它pdu再次调用。

另外，每个充电通道中还包括分别用于对充电通道的输入电压、输出电压进行采样的采样支路。以1#pdu的第一通道为例，首先说明的是，在图3中，ra代表正输入端口vin1+对gnd的等效电阻，r1代表正输出端口vbat+对gnd的等效电阻，r2代表负输出端口vbat-对gnd的等效电阻，rx代表正输出端口vbat+对pe的绝缘电阻，ry代表负输出电压vbat-对pe的绝缘电阻，其中，gnd为pdu的内部参考地；pe为群充系统的保护地，且与系统机架连接。而且，ka0、ra构成vin1+对gnd的采样支路，vbat-、r2构成vbat-对gnd的采样支路，d1、r1构成vbat+对gnd的采样支路。vin1+对gnd的采样支路用于实现k1、k2、k3、k4接触器的检测使用，等效电阻ra、r1、r2用于实现绝缘电阻的检测，因此在绝缘检测过程中无需外加平衡电阻，且kp0、kp1只用于进行绝缘检测时吸合。在一个具体实施例中，在线加入单元用于对第一继电器(例如继电器k1)、第二继电器(例如继电器k2)进行粘连检测及驱动失效检测，并对充电枪输出端口对群充系统的保护地的绝缘电阻(rx、ry)进行检测。

图4是本发明大功率群充系统中充电通路实施例一的电路图，在该实施例的充电通道中，输入电压采样支路包括运放uo、开关k1a、第一电阻r1a、第二电阻r2a、第三电阻r1b及第四电阻r2b，其中，运放uo的同相输入端通过相串联的开关k1a及第一电阻r1a连接相应功率模块的正输出端，运放uo的反相输入端通过第三电阻r1b连接电池的负极，第二电阻r2a的第一端连接运放uo的同相输入端，第二电阻r2a的第二端连接内部参考地，第四电阻r2b连接在运放uo的反相输入端与输出端之间，运放uo的输出端输出采样电压vins+。另外，r1代表vbat+对gnd的等效电阻，r2代表vbat-对gnd的等效电阻，rx代表正输出端口vbat+对pe的绝缘电阻，ry代表负输出电压vbat-对pe的绝缘电阻，其中，gnd为pdu的内部参考地，pe为群充系统的保护地，且与系统机架连接。另外，gnd与pe之间通过继电器ko相连。

当需要对该充电通路中的继电器k1、k2进行粘连检测时，先控制两个继电器k1、k2关断，且控制开关k1a闭合。接着，向功率模块发送开启指令，以使功率模块输出自检电压，自检电压例如为300v。然后，获取运放uo输出端的采样电压vins+，通过转换可获取该充电通道的输入电压检测值vins，若输入电压检测值与自检电压的差值绝对值小于预设值，则确定继电器k2发生粘连故障；若输入电压检测值与电池电压的差值绝对值小于预设值，则确定继电器k1发生粘连故障。

下面结合图3、图4及图5说明电动汽车的直流充电控制方法，在该实施例中，开始时，由于bms模块的初始需求功率较小，小于单个功率模块的输出功率，所以，此时仅投入一个功率模块进行充电。当投入一个功率模块进行充电后，bms模块根据电池在当前充电阶段的承载能力，不断的放开电池的功率需求，当获取到bms模块的需求电流i_bms>36a时，等待2min，以确保需求稳定，然后便开始在线加入功率模块，具体地：下发自检电压vdc以开启功率模块，并采样在线加入的充电通道的输入电压vins，再判断是否满足以下条件：|vdc-vins|＜20v，若是，则报继电器k2粘连，并亮黄灯；若否，则确认继电器k2未粘连。然后进一步判断是否满足以下条件：|vbat+-vins|＜20v，若是，则报继电器k1粘连，并亮黄灯；若否，则确认继电器k1未粘连。在确认继电器k1或k2粘连时，则关闭该充电通道，开启下一个充电通道。在确认继电器k1、k2均未粘连时，再进一步检测绝缘电阻，如果均没问题，可将该功率模块在线加入充电。当功率模块充电等待n小时后，可获取到bms模块的需求电流i_bms<36a，此时，下发关机命令，以将在线加入的功率模块关机，然后剔除在线加入的功率模块，并关闭对应的充电通道，进入涓流充电阶段，充电等待n小时后，充电结束。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明的权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。