一种针对只含有交流充电接口的新能源汽车的便携充电装置的制作方法

本发明属于充电桩技术领域，具体涉及一种针对只含有交流充电接口的新能源汽车的便携充电装置。

背景技术：

目前充电站和服务区的直流充电桩开始大面积普及，同时越来越多的家庭充电桩也支持直流充电桩的安装，而交流充电桩则是很少布置在充电站和服务区内；同时直流充电桩相比于交流充电桩有明显的充电快的优势，因此，直流桩的推广和建设速度远高于交流充电桩，同时，国家也在加快推进直流桩小型化，代替交流充电桩，并将车载充电机逐步转移到车下，简化电动汽车的充电系统；因此，在可预见的将来，直流充电方式必将占主导地位，也将进一步挤占交流充电桩的所占公共资源和生存空间。但目前对于一些小型新能源汽车和插电混动的汽车，其充电接口只包含交流充电接口，而这些新能源汽车只能在交流充电桩上进行充电，以上新能源汽车的充电难问题正在逐渐的凸显，此类汽车未来短期内也很难都被淘汰，其充电问题必将更加严峻；其次，对于一些非国标充电的其他类型电动汽车，例如代步车、房车，无cp的电动汽车等，其只能通过交流电来充电，且不能直接通过国标的交流充电桩或直流充电桩来充电，此类电动汽车的充电难题更加凸显；因此设计一种用于只含有交流接口的电动汽车充电的便携的充电装置具有非常实际的意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种针对只含有交流充电接口的新能源汽车的便携充电装置，通过对装置本身进行改进，实现直流、交流双输入功能，方便只含有交流充电接口的新能源汽车选择任意充电桩进行充电，并且本装置成品小巧、方便随车携带。

本发明采用的技术方案是：一种针对只含有交流充电接口的新能源汽车的便携充电装置，包括壳体，设置在壳体内的直流连接模块和交流连接模块、与直流连接模块连接的工频逆变模块、与交流连接模块连接的交流控制模块、与工频逆变模块和交流控制模块输出端连接的交流输出模块以及配套的充电控制模块，所述充电控制模块包括系统cpu模块、连接在系统cpu模块与直流连接模块之间的直流交互模块和直流检测模块、连接在系统cpu模块与交流连接模块之间的交流交互模块、连接在系统cpu模块与交流输出模块之间的输出交互模块和输出检测模块、连接在工频逆变模块与系统cpu模块之间的逆变控制模块以及与系统cpu模块连接的输出模式选择模块。

所述直流交互模块接收、解析直流充电枪的can信号，根据接收系统cpu模块发送的需求电压、电流信号转化成can信号发送给直流充电枪，达到对直流充电枪输出电压、电流、功率的调节；

所述交流交互模块识别交流充电枪中cp信号的电平状态、占空比信息，在cp线与pe线之间配置电阻器，通过内置的可控开关模拟车内s2开关，实现对交流充电枪充电启停的控制；

所述输出交互模块接收、解析系统cpu模块发送的占空比信号，来调节输出cp信号的占空比，达到对交流输出功率的调节。

进一步地，所述直流连接模块包括直流充电枪接口、设置在直流充电枪接口上的温度检测元件和直流输出连接线以及配套直流连接处理单元；所述直流连接处理单元与直流交互模块进行数据交互，所述直流输出连接线与工频逆变模块连接，所述直流检测模块与直流输出连接线连接。

进一步地，所述交流连接模块包括交流充电枪接口，设置交流充电枪接口上的电子锁、温度检测元件和交流输出连接线以及配套的交流连接处理单元；所述交流连接处理单元与交流交互模块连接，所述交流输出连接线与交流控制模块连接。

进一步地，所述交流控制模块包括与交流输出连接线连接的交流接触器、控制交流接触器的继电器及配套的控制和状态检测电路，所述控制和状态检测电路与系统cpu模块连接。

进一步地，所述交流输出模块包括借助输出切换开关与交流输入线连接的充电插座和交流充电枪、设置在充电插座内的限位开关以及配套的输出接口控制单元；所述输出接口控制单元与输出交互模块连接，所述交流输入线与工频逆变模块和交流控制模块的输出端连接,所述输出检测模块与交流输入线连接。

本发明产生的有益效果：本发明通过对装置本身进行改进，实现直流、交流双输入功能，方便只含有交流充电接口的新能源汽车选择任意充电桩进行充电；并且本装置成品小巧、方便随车携带；充电时用户只需携带本装置，就可对国标或非国标的只含有交流充电接口的新能源汽车在直流或交流充电桩直接充电，大大减少了用户寻找适合充电桩的时间。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是直流连接模块的结构组成和连接示意图；

图3是交流连接模块的结构组成和连接示意图

图4是交流控制模块的结构示意图；

图5是交流输出模块的结构组成和连接示意图。

具体实施方式

参看附图1-5，一种针对只含有交流充电接口的新能源汽车的便携充电装置，包括壳体，设置在壳体内的直流连接模块和交流连接模块、与直流连接模块连接的工频逆变模块、与交流连接模块连接的交流控制模块、与工频逆变模块和交流控制模块输出端连接的交流输出模块以及配套的充电控制模块，所述充电控制模块包括系统cpu模块、连接在系统cpu模块与直流连接模块之间的直流交互模块和直流检测模块、连接在系统cpu模块与交流连接模块之间的交流交互模块、连接在系统cpu模块与交流输出模块之间的输出交互模块和输出检测模块、连接在工频逆变模块与系统cpu模块之间的逆变控制模块以及与系统cpu模块连接的输出模式选择模块。上述充电控制模块为图1中灰色部分。

参看图2，所述直流连接模块包括直流充电枪接口、设置在直流充电枪接口上的温度检测元件和直流输出连接线以及配套直流连接处理单元；所述直流连接处理单元与直流交互模块进行数据交互，所述直流输出连接线与工频逆变模块连接，所述直流检测模块与直流输出连接线连接。

所述工频逆变模块将直流充电桩输入的直流电逆变为工频交流电输出，提供给新能源汽车充电；工频逆变模块采用桥式逆变结构，采用4个功率开关管进行切换，每个功率开关管接受逆变控制单元中开关管驱动器的模拟电压进行控制，模拟控制信号和开关管切换的频率为工频50hz。

所述直流交互模块接收并解析直流充电枪的can数据，并回应相应的数据帧，模拟bms与直流充电桩充电交互功能；直流交互模块接收系统cpu模块发送的需求电压、电流信号，转化成can数据发送给外部直流充电枪，达到调节外部直流充电枪输出电压、电流、功率的目的；此外直流交互模块还负责检测直流充电连接装置的连接状态、温度等信息，综合对充电流程进行控制；直流交互模块与直流充电枪交互的can数据协议均遵照国标要求。

所述交流交互模块识别交流充电枪中cp信号的电平状态、占空比信息，在cp与pe之间配置符合国标的电阻器，通过内置的可控开关模拟车内s2开关，实现对外部交流充电枪充电启停的控制；可控开关为mos管或三极管，由系统cpu模块直接控制；此外交流交互模块与交流连接处理单元通信，实现对充电插座温度和连接状态的监控，以及对电子锁的控制与锁止状态的监测；充电启动前电子锁锁上，充电完成后电子锁解锁，充电过程中电子锁异常解锁需要立即终止充电。

所述输出交互模块，作为与新能源汽车交流充电口交互的单元，在系统中起到判断输出接口充电类型是否为国标或非国标，控制相应的充电接口输出以及与新能源汽车交流充电口交互的作用；输出交互模块接收系统cpu模块发送的输出占空比信号，输出cp信号占空比可通过系统cpu模块发送的输出占空比信号来实时调节，从而达到外部电动汽车的最大充电电流，实现对交流输出功率的调节；cp信号为直流或pwm形式，cp信号占空比大小代表交流最大输出功率；此外，输出交互模块还与交流输出模块中的输出接口控制单元通信，获取输出充电插座的连接状态，并间接控制输出切换开关的切换，并在国标交流充电时负责与新能源汽车交流充电口交互。此外，非国标交流的交流充电枪接口连接新能源汽车充电时，该模块的cp控制部分不起作用。

所述直流检测模块，包含直流输入电压监测、直流输入电流监测和功率监测；该模块的输入线为电压采集信号和电流采集信号，电压采集信号为电阻分压方式获取，电流采集信号为串联进母线负线中的分流器获取，该模块与系统cpu模块通过通信线连接，将采集数据实时上报给系统cpu模块。

所述输出检测模块，包含交流输出电压监测、火线电流监测、零线电流监测和功率监测；该模块的输入线为电压信号和电流采集信号，电压信号直接从输出l和n线上接入，电流采集信号通过分别套入输出l线和n线的电流互感器获取；该模块与系统cpu模块通过通信线连接，将采集数据实时上报给系统cpu模块。

输出模式选择模块，作为参数设置单元，可手动设置充电装置的最大输出功率、选择输入接口类型（交流、直流、自动）、选择交流输出模式（国标、非国标、自动）。

直流充电枪接口符合国标要求，连接线包含直流输出+、直流输出-、pe线、cc线、can通讯的h和l线，其中直流输出线与工频逆变模块的输入端连接，并通过电压分压采集电路以及分流器将电压和电流采集信号输入到直流检测模块，实现输入电压、电流以及功率检测；直流连接处理单元通过检测cc与pe之间电阻值的变化，识别直流充电枪是否连接，直流连接处理单元通过温度检测元件实现对充电插座温度的检测；此外，直流充电枪接口的can通讯线直接与直流交互模块连接，直流连接处理单元与直流交互模块通过通信线连接。

参看附图3，所述交流连接模块包括交流充电枪接口，设置交流充电枪接口上的电子锁、温度检测元件和交流输出连接线以及配套的交流连接处理单元；所述交流连接处理单元与交流交互模块连接，所述交流输出连接线与交流控制模块连接。

交流充电枪接口与符合国标的交流充电枪配套使用，交流输出连接线包含交流电源线l和n、cc线、cp线、电子锁控制及反馈线、温度采集线以及pe线；其中，交流连接处理单元通过检测cc与pe之间电阻值的变化识别交流充电枪是否连接，并通过温度检测元件和温度采集线实现对交流充电枪接口温度的检测；此外，交流连接处理单元还直接控制布置在交流充电枪接口上的电子锁并检测电子锁的锁止状态，电子锁的作用是在充电过程中把交流充电枪锁在充电插座上，防止误拔；交流连接处理单元与交流交互模块通过通信线连接；交流充电枪接口上的cp线直接与交流交互模块连接，cp线上的信号为直流或pwm信号。

参看图4，所述交流控制模块包括与交流输出连接线连接的交流接触器、控制交流接触器的继电器及配套的控制和状态检测电路，所述控制和状态检测电路与系统cpu模块连接。

控制和状态检测电路实现继电器的控制以及接触器的控制，继电器实现对接触器的直接控制，接触器控制交流电是否输出到交流输出接口，用于外部连接交流充电桩时进行充电控制，同时可防止外部同时连接直流充电枪与交流充电枪时系统内部交流输出短接问题。

参看图5，所述交流输出模块包括借助输出切换开关与交流输入线连接的充电插座和交流充电枪、设置在充电插座内的限位开关以及配套的输出接口控制单元；所述输出接口控制单元与输出交互模块连接，所述交流输入线与工频逆变模块和交流控制模块的输出端连接,所述输出检测模块与交流输入线连接。

输出切换开关为双刀双掷形式，可通过输出接口控制电路控制切换到充电插座或交流充电枪；输出接口控制单元还可检测充电插座内限位开关的状态来检测插座的连接状态；充电插座和交流充电枪均包含输出l、n和pe线，此外交流充电枪为标准国标交流充电枪，其中充电枪cp线直接与输出交互模块连接，直接与电动汽车进行充电交互；此外，输出交互模块与输出接口控制单元通过通信线连接，输出接口控制单元接受输出交互模块的控制并反馈充电插座或交流充电枪的连接状态。

在具体实施时，本发明便携充电装置，可支持只含有国标或非国标交流充电接口的新能源汽车在国标交流充电桩或直流充电桩上充电；该充电装置可实现直流充电桩到国标交流充电接口的充电、直流充电桩到非国标交流充电接口的充电、交流充电桩到非国标交流充电接口的充电，以上多方式充电模式的结合，可解决不同类型交流充电接口的新能源汽车的充电问题。同时本发明具有以下功能特点：

功率自动调节

目前新能源电动汽车交流充电接口的最大输入电流一般分为32a、16a和10a等，针对以上不同的电流类型，受限于内部电气结构和cp占空比的固定模式，普通交流充电桩一般只能支持某一电流区间的充电，实现不了充电功率的全覆盖和自动调节；而本发明可通过调节系统cpu模块发送给输出交互模块的占空比信号，实现实时调节输出交互模块的cp信号的占空比大小的作用，从而实现外部电动汽车的最大交流充电电流，达到改变交流输出功率的目的；此外，系统cpu模块通过输出检测模块实时监测交流输出功率的变化，再根据交流输出功率的变化，及时通过调节直流交互模块的需求电压、电流，达到改变外部直流充电枪输出电压、电流的目的，实现输入功率的调节，从而实现输入功率与输出功率的自动匹配与自动调节。

输入模式自适应

输入模式分为交流输入与直流输入，在未通过充电模式设置单元强制设置到某一固定的输入模式的前提下，该充电装置具备输入模式的自适应功能；输入部分的直流连接模块和交流连接模块均包含连接检测装置（cc线与连接处理单元），用以对外部的输入的充电枪的连接检测；当直流连接装置检测到充电枪接入时，直流交互模块收到连接信息并上报给系统cpu模块，系统cpu模块控制逆变控制模块、直流交互模块、输入检测模块以及输出检测模块处于准备工作状态，同时确保在外部直流充电枪未拔出的情况下，交流控制模块处于断开状态，防止同时误插交流充电枪时造成的交流输出短接的风险；当直流交互模块检测到充电开始信号并完成交互后，外部直流充电桩输出直流电压并传到工频逆变模块输入端，系统cpu模块控制逆变控制模块及时的启动逆变器，实现交流输出；当外部只有交流充电枪接入时，交流连接装置检测到充电枪接入，交流交互模块收到连接信息并上报给系统cpu模块，系统cpu模块控制交流控制模块、交流交互模块、以及输出检测模块处于准备工作状态，同时保证直流充电转换相关的工频逆变模块和逆变控制模块处于非工作状态，保证系统的单一输出，当交流交互模块检测到充电开始的pwm信号时，交流交互模块及时的闭合模拟车内s2的控制开关，外部交流充电桩开始输出交流电，等到输出接口与外部电动汽车充电接口交互完成后，系统cpu模块控制交流控制模块闭合接触器，确保交流控制模块的输入交流接口与输出接口的导通，实现交流接口的输出。

输出模式自适应

输出模式分为国标交流输出与非国标交流输出，普通交流充电桩二者互不兼容；在未通过输出模式选择模块强制设置到某一固定的输出模式的前提下，该充电装置具备输出模式的自适应功能；当交流输出模块的充电枪已连接的前提下，系统的充电转换开始后，首先系统cpu模块控制输出交互模块的cp接口输出充电开始信号，持续一断时间后，若充电开始信号得到回应（检测到车内s2开关闭合，pwm变为±6v），则判定此次充电为国标模式，则此后充电进入国标的模式，系统cpu模块立即控制交流控制模块闭合交流接触器，然后交流输出模块内的输出切换开关切换到充电枪接口的一侧，然后输出交互模块控制cp信号进行充电交互，充电过程中通过检测交流输出电流、调节cp信号占空比实时调整输出功率，并实时的检测充电停止信号，及时的停止充电和关断交流输出；若在启动阶段cp的充电开始信号持续未得到响应（持续20s未得到响应），则判定此次充电为非国标的充电，则输出接口cp信息的交互停止，然后交流控制模块直接闭合交流接触器，交流输出模块内的输出切换开关切换到充电枪接口的一侧，开始充电；此外，交流输出模块的充电插座连接后（限位开关状态改变），并启动充电后，输出交互模块不进行cp信号交互，直接定为非国标的充电方式，交流控制模块直接闭合接触器，交流输出模块内的输出切换开关切换到充电插座接口的一侧，开始充电。非国标交流充电过程中，系统通过检测交流输出电流持续小于某一设定值后，及时的断开交流输出，停止充电。

非国标交流充电方式的安全性

由于非国标充电模式本身存在弊端，无cp信号的交互，充电枪或充电插头连接断开交流输出不会停止，存在安全性问题；充电枪连接充电时，该充电装置会实时监测充电电流突降为零，判断充电枪连接断开造成电流突降为零时立即断开交流输出；充电插座连接充电时，系统会实时监测充电插座中限位开关的状态，当检测到充电插座连接断开时（限位开关状态改变），立即断开交流输出，保证充电的安全。另外任一模式下充电时，系统实时监测输出火线与零线电流的差值，差值大于某一设定值（30ma）时判定输出端有漏电，并及时断开交流输出，保证充电的安全性。

本装置体积小，方便用户随车携带。需要充电时，根据充电桩电流类型,充电桩的充电枪选择连接本装置的直流连接模块或交流连接模块；新能源汽车的交流充电接口连接本装置的插座或充电枪。充电模式分为单一输出模式和输出自适应模式；单一输出模式为只在插座进行通电，方便非国标且不能使用充电枪的新能源汽车进行充电；输出自适应模式为只在充电枪进行通电，方便能使用充电枪的新能源汽车进行充电。