CN103001272A

CN103001272A - 具有电度计量和电池管理的充电站

Info

Publication number: CN103001272A
Application number: CN201210034546XA
Authority: CN
Inventors: 樊忠; 周光林
Original assignee: XI'AN SHENG TANG POWER CO Ltd
Current assignee: XI'AN SHENG TANG POWER CO Ltd
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-03-27

Abstract

本发明涉及一种大功率快速充电站，特别是具有电度计量和电池管理的充电装置。它至少包括：电池管理单元1、数字高频开关电源2、电能计量单元3和控制单元4，数字高频开关电源2、电能计量单元3和控制单元4构成充电机本体5，交流输入电源6通过电池管理单元1后输入到数字高频开关电源2输入端，数字高频开关电源2输出端与电池管理单元1输入端电连接，数字高频开关电源2和电能计量单元3通过控制器局域网络7与控制单元4网络电连接，控制器局域网络7中的多协议通讯接口卡将数字高频开关电源2和电能计量单元3的通讯数据以及充电机本体5外部的电池管理单元1(BMS)的CAN通讯数据和监控上位机8通讯数据传输至控制单元4，由控制单元4依据接受数据对电池9进行充电管理。

Description

具有电度计量和电池管理的充电站

技术领域

本发明涉及一种大功率快速充电设备，特别是具有电度计量和电池管理的充电站。

背景技术

电动汽车或称新能源汽车，它是针对我国城乡道路开发的一种无噪声，无废气排放的绿色环保的交通工具，也是国家节能减排的重大方略。2009年2月份，国家四部委为13个节能与新能源汽车示范推广试点城市授牌。2009年3月份出台《汽车产业调整和振兴规划细则》。2009年6月将出台鼓励新能源车消费的政策。2009年6月将修订政府公务用车采购办法，自主品牌汽车比例不得低于50％。2009年10月将推出汽车油耗限值，对高于油耗限值车型收税。2009年12月将推出新能源汽车基础设施建设规划，建立电动汽车快速充电网络。

100千瓦以上的大功率快速充电设备目前有两种方式，一是晶闸管技术，二是高频开关技术，晶闸管技术包括：整流变压器(120KVA)、电抗器、滤波电容、晶闸管及散热器、风机、继电控制系统、晶闸管触发控制系统。其特征是：变压器及电抗器的容量大重量大、体积大、滤波电容数量多、纹波系数高，电源整体重量大，体积大、移动运输不方便。高频开关技术包括：整流桥，输入电抗器、逆变桥、高频变压器、高频整流电路、输出滤波电抗器、电容器。高频开关技术的优劣性是：高频变压器及电抗器体积小、重量轻、滤波电容数量少、纹波系数小满足技术要求方便，电源整体重量轻，体积小、移动运输方便。

晶闸管技术和高频开关技术主要电气性能参数比较

发明内容

本发明的目的是提供一种能根据电网过压、欠压、过频、欠频及能根据输入过流、过温情况自动解除运行。能根据输出过压、过流、过温自动解除运行的具有电度计量和电池管理的充电站。

本发明的目的是这样实现的，具有电度计量和电池管理的充电站，它至少包括：电池管理单元1、数字高频开关电源2、电能计量单元3和控制单元4，数字高频开关电源2、电能计量单元3和控制单元4构成充电机本体5，交流输入电源6通过电池管理单元1后输入到数字高频开关电源2输入端，数字高频开关电源2输出端与电池管理单元1输入端电连接，数字高频开关电源2和电能计量单元3通过控制器局域网络7与控制单元4网络电连接，控制器局域网络7中的多协议通讯接口卡将数字高频开关电源2和电能计量单元3的通讯数据以及充电机本体5外部的电池管理单元1(BMS)的CAN通讯数据和监控上位机8通讯数据传输至控制单元4，由控制单元4依据接受数据对电池9进行充电管理。

所述的数字高频开关电源2包括：EMC和浪涌电流控制电路202、一次整流和滤波电路203、单端反激式DC/DC功率变换器204、二次整流和滤波电路205及恒流、恒压输出电路206，恒压输出电路206与电池9的两电极电连接，恒流、恒压输出电路206和单端反激式DC/DC功率变换器204之间连接有过流、过压、过热和欠压信号采样电路208、光电耦合隔离电路209和过流、过压、过热和欠压保护电路210，过流、过压、过热和欠压信号采样电路208将过流、过压、过热和欠压信号信号经放大处理后经光电耦合隔离电路209隔离控制过流、过压、过热和欠压保护电路210，通过过流、过压、过热和欠压保护电路210调整单端反激式DC/DC功率变换器204输出，使恒流、恒压输出电路206输出稳定的电压或电流。

所述的电能计量单元3包括：电压分压电路301、电流互感器302、集成计量电路303、从数据处理器304、主数据处理器305、LCD显示器313、时间电路306、通信接口307、IC卡接口308、键盘309、电池310、内部存贮器311、脉冲输出端口312、电源314；主数据处理器305通过I/O分别与从数据处理器304、LCD显示器313、时间电路306、通信接口307、IC卡接口308、键盘309、内部存贮器311电连接；从数据处理器304连接有脉冲输出端口312；电压分压电路301和电流互感器302分别与集成计量电路303输入口电连接，集成计量电路303与从数据处理器304电连接，电源314提供所需的工作电源。

本发明的优点是：1.分布式结构，2.高频数字化开关电源；3.具备可靠的保护功能，能根据电网过压、欠压、过频、欠频等情况自动解除运行，能根据输入过流、过温情况自动解除运行。能根据输出过压、过流、过温自动解除运行。4.配有通信接口，能实现计算机远程监控。5.配备有国网公司以及国家认可的电能计量装置，并能根据规章制度的要求计量电量和计费，可根据计量情况实施解除运行或者持续运行。6.配备有符合国家标准的BMS通讯监控和相应的软件，根据车载电池的电压、容量、温度、电流等情况自动识别调整充电方式，最大程度的保证电池的使用安全和延长电池的使用寿命。

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

附图说明

图1是本发明实施例结构示意图；

图2是数字高频开关电源电路原理图；

图3是电能计量单元和控制单元电路原理图；

图4是控制流程图。

图中，1、电池管理单元；2、数字高频开关电源；3、电能计量单元；4、控制单元；5、充电机本体；6、交流输入电源；7、控制器局域网络；8、监控上位机；9、电池。

具体实施方式

如图1所示，具有电度计量和电池管理的充电站，它至少包括：电池管理单元1、数字高频开关电源2、电能计量单元3和控制单元4，数字高频开关电源2、电能计量单元3和控制单元4构成充电机本体5，交流输入电源6通过电池管理单元1后输入到数字高频开关电源2输入端，数字高频开关电源2输出端与电池管理单元1输入端电连接，数字高频开关电源2和电能计量单元3通过控制器局域网络7与控制单元4网络电连接，控制器局域网络7中的多协议通讯接口卡将数字高频开关电源2和电能计量单元3的通讯数据以及充电机本体5外部的电池管理单元1(BMS)的CAN通讯数据和监控上位机8通讯数据传输至控制单元4，由控制单元4依据接受数据对电池9进行充电管理。

如图2所示，数字高频开关电源2包括：EMC和浪涌电流控制电路202、一次整流和滤波电路203、单端反激式DC/DC功率变换器204、二次整流和滤波电路205及恒流、恒压输出电路206，恒压输出电路206与电池9的两电极电连接，恒流、恒压输出电路206和单端反激式DC/DC功率变换器204之间连接有过流、过压、过热和欠压信号采样电路208、光电耦合隔离电路209和过流、过压、过热和欠压保护电路210，过流、过压、过热和欠压信号采样电路208将过流、过压、过热和欠压信号信号经放大处理后经光电耦合隔离电路209隔离控制过流、过压、过热和欠压保护电路210，通过过流、过压、过热和欠压保护电路210调整单端反激式DC/DC功率变换器204输出，使恒流、恒压输出电路206输出稳定的电压或电流。

如图3所示，电能计量单元3包括：电压分压电路301、电流互感器302、集成计量电路303、从数据处理器304、主数据处理器305、LCD显示器313、时间电路306、通信接口307、IC卡接口308、键盘309、电池310、内部存贮器311、脉冲输出端口312、电源314；主数据处理器305通过I/O分别与从数据处理器304、LCD显示器313、时间电路306、通信接口307、IC卡接口308、键盘309、内部存贮器311电连接；从数据处理器304连接有脉冲输出端口312；电压分压电路301和电流互感器302分别与集成计量电路303输入口电连接，集成计量电路303与从数据处理器304电连接，电源314提供所需的工作电源。

本发明的工作流程如图4所示，包括步骤：步骤401，充电机参数预置初始化；进入步骤402，检测电池是否接入，没有接入，没有接入，进入步骤403，显示等待状态，重新进入步骤401；接入，进入404按充电机参数预置运行；然后进入步骤405，接收电池管理数据；进一步的进入步骤406，检测充电电池单节电压是否超限；是超限，进入步骤408，减小充电电流输出，重新返回404步骤。没有超限，进入步骤407，进一步检测是否有阶段转换；有，进入步骤409，进入下一阶段，然后重新返回404步骤。没有，进入步骤410，维持当前状态，然后重新返回404步骤。

充电机参数预置是通过面板生成参数，经电池管理存贮器获得电池电压数据。参数里包括运行模式、给定参数、限制参数、停止参数。运行模式有恒压和恒流模式；当模式为恒压时，给定参数为输出给定电压，限制参数为输出电流的最大值，停止参数可以是输出电流和运行时间；当模式为恒流时，给定参数为输出给定电流，限制参数为输出电压的最大值，停止参数可以是输出电压和运行时间。

例如，通过面板设定，总阶段数为2，第一阶段为恒流限压，给定参数为：恒流60A，限制参数为：限压450V，停止参数为：停止电压440V；第二阶段为恒压限流，给定参数为：恒压440V，限制参数为：限流60A，停止参数为：停止电流5A。则当充电开始后，充电机工作在第一阶段，电流恒定在60A，电压增长，但不能超过450V。一旦超过450V，就控制输出使电压低于450V；当电压超过440V后，第一阶段完成，进入第二阶段；第二阶段电压恒定在440V，电流逐渐减小，若电流大于60A，则控制输出使电流小于60A；当电流小于5A后，第二阶段结束，充电停止。

名词说明：

运行模式：恒流或恒压。

恒流模式：恒流模式是以输出电流作为反馈量，控制系统保持充电机输出电流恒定。

恒压模式：恒压模式是以输出电压作为反馈量，控制系统保持充电机输出电压恒定。

给定参数：如果运行模式是恒流方式，给定参数为输出给定电流，。如果运行模式是恒压方式，给定参数为输出给定电压。

限制参数：对于电池负载，在恒流条件下，有可能控制系统为满足设定的输出电流值，而使充电机的输出电压超过电池组的最大电压限制。在恒压条件下，有可能控制系统为满足设定的输出电压值，而使充电机的输出电流超过电池组的最大电流限制。

在恒流状态下，限制输出部分会对输出电压和设定的限制最大电压进行比较，若输出电压小于最大限制电压，控制系统保持输出电流等于给定电流，若输出电压大于最大限制电压，控制系统将不再保持输出电流等于给定电流，而是保证输出电压小与最大限制电压。

在恒压状态下，限制输出部分会对输出电流和设定的最大限制电流比较，若输出电流小于最大限制电流，控制系统保持输出电压等于给定电压，若输出电流大于最大限制电流，控制系统将不再保持输出电压等于给定电压，而是保证输出电流小于最大限制电流。采用以上措施的目的，就是为了保护电池，防止电池在充电过程中受到损伤。

所以在每个阶段的运行参数中包括一个限制输出值。若运行模式是恒流，限制输出值为最大输出电压。若运行模式是恒压，限制输出值为最大输出电流。

停止参数：停止参数的含义是当充电机的实际运行状态满足设定的停止参数，充电机会自动转入下一个阶段运行，若当前运行的是最后一个阶段，当充电机的实际运行状态满足设定的停止参数，控制系统会关闭充电机。若充电机的运行模式是恒流，用户可以选择的停止条件有输出电压或运行时间两种。若用户选择停止条件是输出电压，在恒流充电过程中电池电压上涨到设定的停止输出电压值时，系统结束本阶段的运行，转入下一阶段运行。若用户选择的停止条件是运行时间，若本阶段的运行时间等于设定的停止时间，系统结束本阶段的运行，转入下一阶段运行。

若充电机的运行模式是恒压，用户可以选择的停止条件有输出电流或运行时间两种。若用户选择停止条件是输出电流，在恒压充电过程中输出电流下降到设定的停止输出电流值时，系统结束本阶段的运行，转入下一阶段运行。若用户选择的停止条件是运行时间，当本阶段的运行时间等于设定的停止时间，系统结束本阶段的运行，转入下一阶段运行。

把运行模式和停止条件组和起来，充电机可以有四种运行模式：恒流限压、恒流定时、恒压限流、恒压定时。充电机所有运行参数都存入控制板的内部EEPROM中，所有参数可通过充电机面板或计算机监控网络来设置，EEPROM中的数据具有记忆功能，若用户不想修改数据，可直接启动充电机，不必再次输入运行参数，充电机将按照上次修改的参数运行。

Claims

1.具有电度计量和电池管理的充电站，其特征是：它至少包括：电池管理单元1、数字高频开关电源2、电能计量单元3和控制单元4，数字高频开关电源2、电能计量单元3和控制单元4构成充电机本体5，交流输入电源6通过电池管理单元1后输入到数字高频开关电源2输入端，数字高频开关电源2输出端与电池管理单元1输入端电连接，数字高频开关电源2和电能计量单元3通过控制器局域网络7与控制单元4网络电连接，控制器局域网络7中的多协议通讯接口卡将数字高频开关电源2和电能计量单元3的通讯数据以及充电机本体5外部的电池管理单元1(BMS)的CAN通讯数据和监控上位机8通讯数据传输至控制单元4，由控制单元4依据接受数据对电池9进行充电管理。

2.根据权利要求1所述的具有电度计量和电池管理的充电站，其特征是：所述的数字高频开关电源2包括：EMC和浪涌电流控制电路202、一次整流和滤波电路203、单端反激式DC/DC功率变换器204、二次整流和滤波电路205及恒流、恒压输出电路206，恒压输出电路206与电池9的两电极电连接，恒流、恒压输出电路206和单端反激式DC/DC功率变换器204之间连接有过流、过压、过热和欠压信号采样电路208、光电耦合隔离电路209和过流、过压、过热和欠压保护电路210，过流、过压、过热和欠压信号采样电路208将过流、过压、过热和欠压信号信号经放大处理后经光电耦合隔离电路209隔离控制过流、过压、过热和欠压保护电路210，通过过流、过压、过热和欠压保护电路210调整单端反激式DC/DC功率变换器204输出，使恒流、恒压输出电路206输出稳定的电压或电流。

3.根据权利要求1所述的具有电度计量和电池管理的充电站，其特征是：所述的电能计量单元3包括：电压分压电路301、电流互感器302、集成计量电路303、从数据处理器304、主数据处理器305、LCD显示器313、时间电路306、通信接口307、IC卡接口308、键盘309、电池310、内部存贮器311、脉冲输出端口312、电源314；主数据处理器305通过I/O分别与从数据处理器304、LCD显示器313、时间电路306、通信接口307、IC卡接口308、键盘309、内部存贮器311电连接；从数据处理器304连接有脉冲输出端口312；电压分压电路301和电流互感器302分别与集成计量电路303输入口电连接，集成计量电路303与从数据处理器304电连接，电源314提供所需的工作电源。

4.根据权利要求1所述的具有电度计量和电池管理的充电站，其特征是：依据接受数据对电池9进行充电管理包括步骤：步骤401，充电机参数预置初始化；进入步骤402，检测电池是否接入，没有接入，没有接入，进入步骤403，显示等待状态，重新进入步骤401；接入，进入404按充电机参数预置运行；然后进入步骤405，接收电池管理数据；进一步的进入步骤406，检测充电电池单节电压是否超限；是超限，进入步骤408，减小充电电流输出，重新返回404步骤；没有超限，进入步骤407，进一步检测是否有阶段转换；有，进入步骤409，进入下一阶段，然后重新返回404步骤；没有，进入步骤410，维持当前状态，然后重新返回404步骤。