专利名称：一种电动汽车车载充电系统及其充电控制方法
技术领域：
本发明涉及电动汽车车载电池能量供给技术领域，特别是涉及一种电动汽车车载充电系统及其充电控制方法。
背景技术：
随着能源与环境问题的日益突出，新能源汽车迎来了空前的发展机会，而电动汽车是一种非常理想的日常公共交通工具，电动汽车的应用有效地解决了能源和环境两大难题。电动汽车大范围推广应用后，存在着对电池包中电池模块充电的技术要求，因为车载充电系统很大程度上影响电动汽车的运行质量。目前电动汽车车载充电系统质量重、体积大、充电时间长、与整车运行不匹配。针对目前情况，开发出一种体积小、轻量化、智能快速的多功能车载充电系统成为一个重要的研究方向。并且当前多数电动汽车车载充电系统只考虑了外接充电电源补给能量，对制动能量的回收充电未加考虑。市场急需一种结构简单，能够解决上述不足的电动汽车车载充电系统。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单，能兼容多种能量供给模式的电动汽车车载充电系统。为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种电动汽车车载充电系统，包括车载蓄电池、驱动电机、整流滤波电路模块，其结构特点在于，还包括一双向DC/DC变换器模块，分别与所述车载蓄电池、驱动电机、整流滤波电路模块相连，用于将外部电源能量和制动能量的电压值经过处理后转化为能满足车载蓄电池充电要求的电压幅值，反馈信号采集模块将监测到的电池、外部电源接入及制动能量产生的相关数据传输给中央控制器，所述中央控制器对数据进行分析比对后通过驱动保护电路模块控制所述双向DC/DC变换器模块及充电选择开关模块工作以完成车载蓄电池的充电过程。所述双向DC/DC变换器模块是具有能量双向流动功能的电动汽车车载功率变换器，它既能使得蓄电池向外供给能量，也可使得能量从外部补给蓄电池，采用两个全桥电路，电路中每个开关管均采用带有反向并联二极管与电容的绝缘栅双极性晶体管(IGBT)。能量流动方向由中央控制器分析处理反馈信号后，通过PWM脉冲控制各个IGBT管的开关状态来决定，进而实现整个车载充电系统的功能。所述反馈信号采集模块包括用于监测车载蓄电池电压、电流及温度的第一电压传感器、第一电流传感器和电池温度传感器，用于监测外部电源的第二电压传感器和第二电流传感器，以及用于监测驱动电机制动反向电源的第三电压传感器和第三电流传感器。所述充电选择开关模块包括两组单刀双掷开关，通过所述中央控制器控制第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关同时置左或同时置右实现两种充电模式的切换。所述车载蓄电池与所 述双向DC/DC变换器模块还设置有一电池放电装置，用来消除快速充电时电池的极化现象。
一种利用上述电动汽车车载充电系统实现电动汽车车载蓄电池充电的控制方法，包括以下步骤:I)所述中央控制器通过反馈信号采集模块查询车载蓄电池容量及温度；2)当电池容量及温度满足充电条件时则由所述中央控制器通过控制所述充电选择开关模块来选择充电模式；3)当有外部电源接入时，所述中央控制器控制充电选择开关模块中的第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关同时置右，外部电源能量通过所述双向DC/DC变换器模块对车载蓄电池进行充电；4)当有制动能量产生需要回收时，所述中央控制器控制充电选择开关模块中的第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关同时置左，制动能量通过所述双向DC/DC变换器模块对车载蓄电池进行充电；5)当充电结束时，所述中央控制器控制充电选择开关模块断开第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关。其中，所述步骤2)是通过以下步骤实现的:2-1)电池温度传感器的温度是否在合适范围内；2-2)第一电压传感器和第一电流传感器是否在合适范围内；2-3)以上条件满足开始监测第二电压传感器和第二电流传感器，以及第三电压传感器和第三电流传感器；2-4)开启充电选择开关模块，准备进行充电模式选择。所述步骤3)还包括以下步骤:3-1)当第二电压传感器和第二电流传感器监测到的电压及电流超过一定范围时，所述中央控制器将控制车载蓄电池放电装置开始工作，通过放电脉冲防止蓄电池极化。与现有技术相比，本发明既能满足目前电动汽车充电方式多样化的要求，又能使得整个车载充电系统小型化、智能化，有效降低成本，同时还可以延长电动汽车一次充电续驶里程，具有很大的实用价值。
图1为本发明充电系统的组成结构示意图；图2为本发明充电系统的电路原理示意图；图3为本发明充电系统的工作流程示意图。在附图中:1-车载蓄电池；2_驱动电机；3_驱动保护电路模块；4-双向DC/DC变换器模块；5-整流滤波电路模块；6_中央控制器；7_反馈信号采集模块；8_电池放电装置；U1-第一电压传感器；U2-第二电压传感器；U3-第三电压传感器；11_第一电流传感器；12_第二电流传感器；13_第三电流传感器；T1-电池温度传感器；SW1-第一单刀双掷开关；SW2-第二单刀双掷开关。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施方式作进一步描述。
参照附图1和图2所示，本发明所描述的一种电动汽车车载充电系统，包括车载蓄电池I，驱动电机2，驱动保护电路模块3，双向DC/DC变换器模块4，整流滤波电路模块5，中央控制器6，反馈信号采集模块7，电池放电装置8以及充电选择开关模块。图1为本发明的系统连接图以及能量流动图，所述双向DC/DC变换器模块4分别与所述车载蓄电池1、驱动电机2、整流滤波电路模块5相连，用于将经过整流滤波电路模块5转换的外部电源输入的电网能量和驱动电机2的制动能量经过处理后转化为能满足车载蓄电池I充电要求的充电能量，反馈信号采集模块7将监测到的电池、外部电源接入及制动能量产生的相关数据传输给中央控制器6，所述中央控制器6对数据进行分析比对后通过驱动保护电路模块控制所述双向DC/DC变换器模块4及充电选择开关模块工作以完成车载蓄电池I的充电过程，车载蓄电池I与所述双向DC/DC变换器模块4还设置有一电池放电装置8，当采用外部电源输入快速充电时，可以用来消除电池的极化现象。同时车载蓄电池I的驱动能量也可以通过双向DC/DC变换器模块4提供给驱动电机2。图2具体描述了该系统的实施电路图，双向DC/DC变换器模块4采用受控于中央控制器6的开关管Q1-Q8组成的两个全桥。车载蓄电池I能量补给方式路径选择由受控于中央控制器6的SW1、SW2两个单刀双掷开关决定。当能量由外部电源的能量补给时选择开关同时置右，接通充电主电路。当能量由电动汽车制动能量补给时选择开关同时置左，接通充电主电路。反馈信号采集模块7包括用于监测车载蓄电池I电压、电流及温度的第一电压传感器U1、第一电流传感器Il和电池温度传感器Tl，用于监测外部电源的第二电压传感器U2和第二电流传感器12，以及用于监测驱动电机2制动反向电源的第三电压传感器U3和第三电流传感器13。在此，对于车载蓄电池I的电池容量SOC的获取通过电池管理系统得到。本发明通过上述传感器将充电主电路中各处相关电压、电流信号传输给中央控制器6，中央控制器6通过这些数据作出不同的判断进而实现整个充电系统的正常工作。电池放电装置8包括开关元件QO和电感T0，当车载充电系统接外部电源进行快速充电时，通过控制开关管QO来进行电池反向大脉冲放电来消除极化现象，防止电池温升过大，影响电池寿命。本系统的工作流程如图3所示，所述中央控制器6通过反馈信号采集模块7查询车载蓄电池I容量及温度，首先是检测电池温度传感器Tl的温度是否在合适范围内，满足条件后则检测第一电压传感器Ul和第一电流传感器Il是否在合适范围内，以上条件满足开始监测第二电压传感器U2和第二电流传感器12，以及第三电压传感器U3和第三电流传感器13，开启充电选择开关模块，准备进行充电模式选择。当有外部电源接入时，所述中央控制器6控制充电选择开关模块中的第一单刀双掷开关SWl和第二单刀双掷开关SW2同时置右，外部电源能量通过所述双向DC/DC变换器模块4对车载蓄电池I进行充电，此时如果第二电压传感器U2和第二电流传感器12监测到的电压及电流超过一定范围时，所述中央控制器6将控制电池放电装置8开始工作，通过放电脉冲防止蓄电池极化。当检测到蓄电池容量为已满或者数据信号不在正常范围内，应停止接通主电路，检测充电系统后，使得满足充电条件后，再进行充电。当有制动能量产生需要反向电源充电时，所述中央控制器6控制接受传感器U3、13的信号数据后，当满足充电条件后将充电选择开关模块中的第一单刀双掷开关(SWl)和第二单刀双掷开关SW2同时置左，制动能量通过所述双向DC/DC变换器模块4对车载蓄电池I进行充电。如遇到不满足充电条件时，所述中央控制器6控制充电选择开关模块断开第一单刀双掷开关SWl和第二单刀双掷开关SW2，充电过程结束，直到系统满足条件后再接通主电路。上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
权利要求
1.一种电动汽车车载充电系统，包括车载蓄电池(I)、驱动电机(2)、整流滤波电路模块(5)，其特征在于，还包括一双向DC/DC变换器模块(4)，分别与所述车载蓄电池(I)、驱动电机(2)、整流滤波电路模块(5)相连，反馈信号采集模块(7)将监测到的相关数据传输给中央控制器(6 )，所述中央控制器(6 )对数据进行分析比对后通过驱动保护电路模块(3 )控制所述双向DC/DC变换器模块(4)及充电选择开关模块工作以完成车载蓄电池(I)的充电过程。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车车载充电系统，其特征在于，所述双向DC/DC变换器模块(4)采用两个全桥电路，电路中每个开关管均采用带有反向并联二极管与电容的绝缘栅双极性晶体管，可以通过所述中央控制器(6)控制开关管实现能量的双向流动。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车车载充电系统，其特征在于，所述反馈信号采集模块(7)包括用于监测车载蓄电池电压、电流及温度的第一电压传感器(U1)、第一电流传感器(Il)和电池温 度传感器(Tl)，用于监测外部电源的第二电压传感器(U2)和第二电流传感器(12)，以及用于监测驱动电机制动反向电源的第三电压传感器(U3)和第三电流传感器(13)。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车车载充电系统，其特征在于，所述充电选择开关模块包括两组单刀双掷开关，通过所述中央控制器控制第一单刀双掷开关(SWl)和第二单刀双掷开关(SW2)同时置左或同时置右实现两种充电模式的切换。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车车载充电系统，其特征在于，所述车载蓄电池(O与所述双向DC/DC变换器模块(4)之间还设置有一电池放电装置(8)，用来消除快速充电时电池的极化现象。
6.—种利用权利要求1 5中任意一项所述的电动汽车车载充电系统实现电动汽车车载蓄电池充电的控制方法，其特征在于，包括以下步骤: I)所述中央控制器(6)通过反馈信号采集模块(7)查询车载蓄电池(I)容量及温度； 2)当电池容量及温度满足充电条件时则由所述中央控制器(6 )通过控制所述充电选择开关模块来选择充电模式； 3)当有外部电源接入时，所述中央控制器(6)控制充电选择开关模块中的第一单刀双掷开关(SWl)和第二单刀双掷开关(SW2)同时置右，外部电源能量通过所述双向DC/DC变换器模块(4 )对车载蓄电池(I)进行充电； 4)当有制动能量产生需要回收时，所述中央控制器(6)控制充电选择开关模块中的第一单刀双掷开关(SWl)和第二单刀双掷开关(SW2)同时置左，制动能量通过所述双向DC/DC变换器模块(4)对车载蓄电池(I)进行充电； 5)当充电结束时，所述中央控制器(6)控制充电选择开关模块断开第一单刀双掷开关(Sffl)和第二单刀双掷开关(SW2)。
7.根据权利要求6所述的一种电动汽车车载蓄电池充电的控制方法,其特征在于,所述步骤2)是通过以下步骤实现的: 2-1)第一温度传感器(Tl)的温度是否在合适范围内； 2-2)第一电压传感器(Ul)和第一电流传感器(Il)是否在合适范围内； 2-3)以上条件满足开始监测第二电压传感器(U2)和第二电流传感器(12)，以及第三电压传感器(U3)和第三电流传感器(13)；2-4)开启充电选择开关模块，准备进行充电模式选择。
8.根据权利要求6所述的一种电动汽车车载蓄电池充电的控制方法,其特征在于,所述步骤3)还包括以下步骤: 3-1)当第二电压传感器(U2)和第二电流传感器(12)监测到的电压及电流超过一定范围时，所述中央控制器(6 )将控制车载蓄电池放电装置(8 )开始工作，通过放电脉冲防止蓄电池极化。
全文摘要
本发明公开了一种电动汽车车载充电系统及其充电控制方法，包括车载蓄电池、驱动电机、整流滤波电路模块，其特征在于，还包括一双向DC/DC变换器模块，分别与所述车载蓄电池、驱动电机、整流滤波电路模块相连，用于实现充电及放电能量的双向流动，反馈信号采集模块将监测到的电池、外部电源接入及制动能量产生的相关数据传输给中央控制器，所述中央控制器对数据进行分析比对后通过驱动保护电路模块控制所述双向DC/DC变换器模块及充电选择开关模块工作以完成车载蓄电池的充电过程。本发明使得整个车载充电系统小型化、智能化，满足目前电动汽车充电方式多样化的要求，延长了电动汽车一次充电续驶里程。
文档编号H02J7/00GK103219764SQ201310115870
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者邓元望, 朱浩, 文滨, 周帅 申请人:湖南大学