一種電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，可以檢測(cè)電動(dòng)汽車電池組的單體鋰離子電池的狀態(tài)，根據(jù)電池狀態(tài)及配電網(wǎng)狀態(tài)，進(jìn)行均衡地、自適應(yīng)地充電，該系統(tǒng)還設(shè)有濾波器，以減少充電過程中向配電網(wǎng)注入諧波。
【專利說明】—種電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉一種電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)汽車可以減少人類對(duì)石油資源的依賴，隨著全球石油資源日漸枯竭，與傳統(tǒng)的燃油汽車相比，電動(dòng)汽車備受青睞。電動(dòng)汽車形成規(guī)?；瘧?yīng)用后，將對(duì)充電設(shè)施發(fā)展和電網(wǎng)運(yùn)行帶來新的挑戰(zhàn):引發(fā)新的負(fù)荷增長(zhǎng)；充電機(jī)中的整流裝置等非線性元件的存在，造成大量電力諧波污染，導(dǎo)致電能質(zhì)量日益惡化，加大配電網(wǎng)運(yùn)行管理難度。
[0003]在智能電網(wǎng)背景下，對(duì)電動(dòng)汽車充電實(shí)施智能管理，可避免電動(dòng)汽車充電需求對(duì)電網(wǎng)造成的不利影響，并提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率。要想實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車充電需求進(jìn)行有效管理和利用就必須對(duì)充電負(fù)荷進(jìn)行控制。
[0004]鋰離子電池的高能量密度、無記憶效應(yīng)、單節(jié)循環(huán)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，使其具有較好的便攜性，是目前最具發(fā)展前景的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池。但由于制造工藝的限制，鋰離子電池電壓僅為3.0V-4.2V左右。為了構(gòu)成高電壓能量存儲(chǔ)與供應(yīng)裝置，必須將多個(gè)鋰離子電池串聯(lián)構(gòu)成電池組進(jìn)行工作。對(duì)于組成電動(dòng)汽車的鋰離子電池組的鋰離子電池單體，由于容量、內(nèi)阻、以及使用條件及環(huán)境的變化，就會(huì)造成鋰離子電池單體端電壓不一致。正是由于單個(gè)電池的特性總存在差異，在充(放)電過程中容易造成部分鋰離子電池單體過(欠)壓，從而導(dǎo)致有的電池已經(jīng)完全滿充(放盡)而有的電池則還沒有充滿(放盡)。這就會(huì)嚴(yán)重影響電池的使用壽命，進(jìn)而對(duì)鋰離子電池組的整體使用和壽命造成不利影響，使得電池組性能達(dá)不到單電池原有水平，導(dǎo)致其使用壽命將會(huì)縮短數(shù)倍甚至十幾倍。為了延長(zhǎng)電動(dòng)汽車鋰離子電池組的使用壽命，必須使所有的電池均保持在同樣的充放電深度。因此，需要建立鋰離子電池組能量均衡系統(tǒng)，對(duì)串聯(lián)鋰離子電池組中各個(gè)單體鋰離子電池的能量進(jìn)行均衡管理，充分發(fā)揮電池組中各單體電池的能力，延長(zhǎng)電池組整體使用壽命。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，可以檢測(cè)電動(dòng)汽車電池組的單體鋰離子電池的狀態(tài)，根據(jù)電池狀態(tài)及配電網(wǎng)狀態(tài)，進(jìn)行均衡地、自適應(yīng)地充電，該系統(tǒng)還設(shè)有濾波器，以減少充電過程中向配電網(wǎng)注入諧波。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
[0007]電動(dòng)汽車電池檢測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)汽車的各個(gè)電池組的充電狀態(tài)；
[0008]多個(gè)充電模塊，用于對(duì)電動(dòng)汽車的多個(gè)電池組進(jìn)行充電；
[0009]充電管理模塊，用于根據(jù)當(dāng)前電池充電狀態(tài)，控制上述每個(gè)充電模塊對(duì)單個(gè)電池組的充電功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各電池組的均衡充電；
[0010]交流/直流變換器，用于將配電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并輸入到上述各個(gè)充電模塊；
[0011]諧波檢測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)充電系統(tǒng)注入配電網(wǎng)的諧波；
[0012]濾波模塊，用于實(shí)時(shí)消除充電系統(tǒng)注入配電網(wǎng)的諧波；
[0013]無線通信模塊，包括無線信號(hào)發(fā)出單元和無線信號(hào)接收單元，無線信號(hào)發(fā)出單元設(shè)置成與電動(dòng)汽車電池檢測(cè)模塊相連，無線信號(hào)接收單元設(shè)置成與充電管理模塊相連，無線信號(hào)發(fā)出單元將電動(dòng)汽車電池檢測(cè)模塊檢測(cè)到的各電池組充電狀態(tài)發(fā)送給無線信號(hào)接收單元，由無線信號(hào)接收單元傳遞給充電管理模塊。
[0014]優(yōu)選的，各電池組，其并聯(lián)連接在所述充電模塊的電池端，通過所述充電模塊進(jìn)行充電。
[0015]優(yōu)選的，所述充電管理模塊包括控制器和與每個(gè)電池組對(duì)應(yīng)的充電模塊相連的均衡器，所述控制器根據(jù)各電池組的充電信息對(duì)各均衡器發(fā)出指令，各均衡器根據(jù)指令來控制與各充電模塊對(duì)各電池組的充電功率，其中電池組的充電信息由所述無線通信模塊來傳遞。
[0016]優(yōu)選的，所述智能充電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，即交流/直流變換器的連接各個(gè)充電模塊的總線可通過各個(gè)充電模塊為各電池組充電，各電池組也可將能量通過各自的充電模塊反饋給上述總線，從而將電能沖給其他電池組，可實(shí)現(xiàn)不同物理位置的兩個(gè)電池組之間，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的能量交換，還可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)電池之間，多對(duì)一的能量交換。
[0017]優(yōu)選的，所述濾波模塊由C型濾波器和有源濾波器通過耦合變壓器連接而構(gòu)成，與多個(gè)充電模塊并聯(lián)。
[0018]優(yōu)選的，所述電動(dòng)汽車電池檢測(cè)模塊，具有檢測(cè)各電池組的充電電流的高精度電流傳感器以及微處理器，所述高精度電流傳感器將充電電流信號(hào)發(fā)給所述微處理器，所述微處理器根據(jù)充電電流信號(hào)確定充電時(shí)間、充電功率，并通過無線通信模塊，將充電時(shí)間和充電功率發(fā)送給充電管理模塊。
[0019]本發(fā)明提供的電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)可以實(shí)時(shí)的檢測(cè)各電池組的充電情況，并對(duì)各電池組進(jìn)行均衡充電，優(yōu)化充電過程，避免在充電過程中對(duì)單個(gè)電池組的沖擊。(2)實(shí)時(shí)檢測(cè)和濾除充電系統(tǒng)給配電網(wǎng)帶來的諧波，減少充電系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)的危害；
(3)在電池和充電控控制模塊之間采用無線通信，減少系統(tǒng)的接線，提高了控制的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1不出了本發(fā)明的電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的框圖；
[0021]圖2示出了圖1中系統(tǒng)中的充電管理模塊、充電模塊及無線通信模塊的組成；
[0022]圖3示出了圖1中系統(tǒng)中的濾波模塊的具體組成。
【具體實(shí)施方式】
[0023]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一種電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)的框圖，該電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)包括:與配電網(wǎng)I連接交流/直流變換器2，用于將配電網(wǎng)I的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，所述交流/直流變換器2包括電流變換模塊和PWM脈寬調(diào)制模塊，所述電流變換模塊將輸入的220V市電經(jīng)整流變換得到一定的充電電流，所述PWM脈寬調(diào)制模塊根據(jù)控制信號(hào)，來控制交流/直流變換器2的輸出；諧波檢測(cè)模塊4，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)充電系統(tǒng)注入配電網(wǎng)的諧波；濾波模塊4，用于實(shí)時(shí)消除充電系統(tǒng)注入配電網(wǎng)I的諧波；多個(gè)充電模塊5，用于對(duì)電動(dòng)汽車的多個(gè)電池組進(jìn)行充電；充電管理模塊6，用于根據(jù)當(dāng)前電池充電狀態(tài)，控制上述每個(gè)充電模塊5對(duì)單個(gè)電池組的充電功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各電池組的均衡充電；電動(dòng)汽車電池檢測(cè)模塊8，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)汽車的各個(gè)電池組的充電狀態(tài)；無線通信模塊7，用于電動(dòng)汽車電池檢測(cè)模塊7和充電管理模塊6之間的通信。
[0024]圖2示出了圖1中系統(tǒng)中的充電管理模塊、充電模塊及無線通信模塊的組成。充電管理模塊6包括控制器61和均衡器1-η。多個(gè)充電模塊5包括分別與電池組1-η對(duì)應(yīng)的充電模塊1-η。所述均衡器1-η分別對(duì)應(yīng)，所述控制器61根據(jù)各電池組的充電信息對(duì)各均衡器發(fā)出指令，各均衡器1-η根據(jù)指令來控制與充電模塊1-η對(duì)電池組1-η的充電功率，其中電池組1-η的充電信息由所述無線通信模塊7來傳遞。所述充電模塊1-η由雙向電子開關(guān)組成。所述均衡器1-η可為PWM信號(hào)發(fā)生器，用于向充電模塊1-η的雙向電子開關(guān)發(fā)出控制信號(hào)，以控制所述雙向電子開關(guān)的開斷。所述電子雙向開關(guān)，可以采用本領(lǐng)域成熟的任何能實(shí)現(xiàn)電能雙向流動(dòng)的電子開關(guān)。
[0025]所述無線通信模塊7包括無線信號(hào)發(fā)出單元和無線信號(hào)接收單元，無線信號(hào)發(fā)出單元設(shè)置成與電動(dòng)汽車電池檢測(cè)模塊8相連，無線信號(hào)接收單元設(shè)置成與充電管理模塊6的控制器61相連，無線信號(hào)發(fā)出單元將電動(dòng)汽車電池檢測(cè)模塊8檢測(cè)到的各電池組充電狀態(tài)發(fā)送給無線信號(hào)接收單元，由無線信號(hào)接收單元傳遞給充電管理模塊6的控制器61。所述電池組充電狀態(tài)，包括當(dāng)前充電電壓，充電電流，充電時(shí)間，電池溫度以及SOC值等。
[0026]電池組1-n，并聯(lián)連接在所述充電模塊1-η的電池端，通過所述充電模塊l_n分別進(jìn)行充電。所述電池組1-η優(yōu)選為鋰電池組。
[0027]所述智能充電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，交流/直流變換器2的連接各個(gè)充電模塊的總線21可通過充電模塊1-η為電池組1-η充電，電池組l_n也可將能量通過各自的充電模塊1-η反饋給上述總線，從而將電能沖給其他電池組，以實(shí)現(xiàn)不同物理位置的兩個(gè)電池組之間，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的能量交換，還可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)電池之間，多對(duì)一的能量交換。這將有利于提高電池組整體能量均衡效率和均衡速度。
[0028]圖3示出了本發(fā)明的濾波模塊3的具體組成，所述濾波模塊3由C型濾波器31和有源濾波器(AFC) 33通過耦合變壓器32連接而構(gòu)成，與多個(gè)充電模塊并聯(lián)。在達(dá)到減少諧波的目的的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓、無功補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。有源濾波器為智能功率模塊構(gòu)成的電壓型逆變器，解決諧波動(dòng)態(tài)補(bǔ)償問題。耦合變壓器實(shí)現(xiàn)有源濾波器和無源濾波器的電氣隔離，并根據(jù)兩者的電壓、電流等級(jí)來選擇合適的變比。無源濾波器主要由單調(diào)諧濾波器組成，利用電感和電容在特征諧波頻率處阻抗很小的特點(diǎn)，將負(fù)載中的該次諧波電流引入單調(diào)諧濾波器。
[0029]諧波檢測(cè)模塊4和濾波模塊3可以采用如下方式協(xié)同工作，所述諧波檢測(cè)模塊由電流傳感器、電壓傳感器、DSP芯片、微處理器構(gòu)成，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以參考DSP芯片和不同型號(hào)的微處理器數(shù)據(jù)手冊(cè)進(jìn)行連接諧波檢裝置，不在贅述。微處理器內(nèi)編寫雙階段間諧波檢測(cè)程序，由濾波模塊3輸出的模擬信號(hào)由DSP芯片處理后成為數(shù)字信號(hào)，輸入微處理器進(jìn)行雙階段諧波檢測(cè)方法運(yùn)算，然后再進(jìn)過DSP芯片進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后，輸入帶濾波模塊處理間諧波分量。通過采用雙階段間諧波檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)，第一階段基于加窗插值FFT方法提取諧波分量，并將其從原信號(hào)中濾除掉；第二階段再次進(jìn)行加窗插值FFT方法提取間諧波分量，從而去除該間諧波分量；具體如下:
[0030]a、諧波分量的檢測(cè)和濾除:
[0031]信號(hào)中諧波頻率成分x(n)，由式⑴表示
[0032]xw (η) = X (n) *wl (η)..........................................................(I)
[0033]式(I)中:η = 0,1,2,……；xw(n)為加窗截?cái)嗪笮蛄?；wl (η)為第一階段諧波檢測(cè)選取的窗函數(shù)；
[0034]式⑴中信號(hào)的諧波頻率成分x(n)可以表示為諧波分量xH(n)和間諧波分量xl (η)之和，則式(I)由式⑵表示
[0035]xw (n) = [xH(n)+xl (n)]*wl (η) = χΗ(η) *wl (η)+xl (η) *wl (η)............(2)
[0036]式⑵中，χΗ(η)為理論計(jì)算的諧波分量，
[0037]根據(jù)式⑵，利用加窗插值FFT方法得到實(shí)際檢測(cè)出的諧波分量χΗΙ (η)，并利用濾波模塊將其從原信號(hào)中濾除；
[0038]b、間諧波分量的檢測(cè)和濾除:
[0039]通過步驟a后，信號(hào)中諧波頻率成分X (η)，由式(3)表示
[0040]X’w(n) = [χΗ(η) -χΗΙ (η) +xl (η) ] *w2 (η).....................................(3)
[0041]式中:χ’ w(η)為濾除諧波分量計(jì)算值后序列；w2(n)為第二階段諧波檢測(cè)選取的窗函數(shù)；
[0042]要保證第一階段a的計(jì)算精度，即要求εΗ = χΗ (η)-χΗΙ (η)盡量小，將εΗ = 0簡(jiǎn)化處理后，則式(3)由式(4)表示
[0043]X，w (n) = xl (n) *w2 (η)......................................................(4)
[0044]根據(jù)式(4)，利用加窗插值FFT方法得到實(shí)際檢測(cè)出的間諧波分量xl (η)，并利用濾波模塊將其從原信號(hào)中濾除。
[0045]所述電動(dòng)汽車電池檢測(cè)模塊8，具有檢測(cè)各電池組的充電電流的高精度電流傳感器以及微處理器，所述高精度電流傳感器將充電電流信號(hào)發(fā)給所述微處理器，所述微處理器根據(jù)充電電流信號(hào)確定充電時(shí)間、充電功率，并通過無線通信模塊7，將充電時(shí)間和充電功率發(fā)送給充電管理模塊6。
[0046]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng),其特征在于,該系統(tǒng)包括: 電動(dòng)汽車電池檢測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)汽車的各個(gè)電池組的充電狀態(tài)； 多個(gè)充電模塊，用于對(duì)電動(dòng)汽車的多個(gè)電池組進(jìn)行充電； 充電管理模塊，用于根據(jù)當(dāng)前電池充電狀態(tài)，控制上述每個(gè)充電模塊對(duì)單個(gè)電池組的充電功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各電池組的均衡充電； 交流/直流變換器，用于將配電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并輸入到上述各個(gè)充電模塊； 諧波檢測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)充電系統(tǒng)注入配電網(wǎng)的諧波； 濾波模塊，用于實(shí)時(shí)消除充電系統(tǒng)注入配電網(wǎng)的諧波； 無線通信模塊，包括無線信號(hào)發(fā)出單元和無線信號(hào)接收單元，無線信號(hào)發(fā)出單元設(shè)置成與電動(dòng)汽車電池檢測(cè)模塊相連，無線信號(hào)接收單元設(shè)置成與充電管理模塊相連，無線信號(hào)發(fā)出單元將電動(dòng)汽車電池檢測(cè)模塊檢測(cè)到的各電池組充電狀態(tài)發(fā)送給無線信號(hào)接收單元，由無線信號(hào)接收單元傳遞給充電管理模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的充電系統(tǒng)，其特征在于:各電池組，其并聯(lián)連接在所述充電模塊的電池端，通過所述充電模塊進(jìn)行充電。
3.如權(quán)利要求2所述的充電系統(tǒng)，其特征在于:所述充電管理模塊包括控制器和與每個(gè)電池組對(duì)應(yīng)的充電模塊相連的均衡器，所述控制器根據(jù)各電池組的充電信息對(duì)各均衡器發(fā)出指令，各均衡器根據(jù)指令來控制與各充電模塊對(duì)各電池組的充電功率，其中電池組的充電信息由所述無線通信模塊來傳遞。
4.如權(quán)利要求3所述的充電系統(tǒng)，其特征在于:所述智能充電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，即交流/直流變換器的連接各個(gè)充電模塊的總線可通過各個(gè)充電模塊為各電池組充電，各電池組也可將能量通過各自的充電模塊反饋給上述總線，從而將電能沖給其他電池組，可實(shí)現(xiàn)不同物理位置的兩個(gè)電池組之間，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的能量交換，還可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)電池之間，多對(duì)一的能量交換。
5.如權(quán)利要求4所述的充電系統(tǒng)，其特征在于:，所述濾波模塊由C型濾波器和有源濾波器通過耦合變壓器連接而構(gòu)成，與多個(gè)充電模塊并聯(lián)。
6.如權(quán)利要求5所述的充電系統(tǒng)，其特征在于:所述電動(dòng)汽車電池檢測(cè)模塊，具有檢測(cè)各電池組的充電電流的高精度電流傳感器以及微處理器，所述高精度電流傳感器將充電電流信號(hào)發(fā)給所述微處理器，所述微處理器根據(jù)充電電流信號(hào)確定充電時(shí)間、充電功率，并通過無線通信模塊，將充電時(shí)間和充電功率發(fā)送給充電管理模塊。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104135049SQ201410355805
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】鄧亮戈, 周洪全, 鮮景潤(rùn), 李果 申請(qǐng)人:四川慧盈科技有限責(zé)任公司