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CN110014985B - 一种用于电动汽车的混式智能充电系统 - Google Patents

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CN110014985B CN201910229360.1A CN201910229360A CN110014985B CN 110014985 B CN110014985 B CN 110014985B CN 201910229360 A CN201910229360 A CN 201910229360A CN 110014985 B CN110014985 B CN 110014985B
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Abstract

本发明公开了一种用于电动汽车的混式智能充电系统，该系统包括交流电网接口、太阳能光伏板接口、整流模块、电压转换模块、隔离式DC‑DC模块、车载蓄电池充电接口、储能设备充电接口、主控模块、切换开关1～5、和输入电压传感器Uin，其通过系统中各模块的设置和相应的连接关系，并结合主控模块用于依据预设的充电模式和输入电压传感器Uin采集的数据判断系统的最佳工作模式，并控制切换开关1～5的状态以实现系统切换至最佳工作模式，系统的最佳工作模式包括交流电网给电动汽车充电、太阳能光伏板给电动汽车充电、储能设备给电动汽车充电、交流电网给储能设备充电和太阳能光伏板给储能设备充电。

Description

一种用于电动汽车的混式智能充电系统
技术领域
本发明属于电力电子领域，具体涉及一种用于电动汽车的混式智能充电系统。
背景技术
2011年，工信部发布了车载充电器技术标准文件《电动汽车用传导式车载充电机》，对车载充电器技术指标中的输入电压及其频率范围、输出电压范围、电压纹波系数、功率因数和充电效率等做出明确规定，同时车载充电器需加入保护功能，如过压保护、欠压保护、过流/短路保护、过温保护、绝缘监测等功能。车载充电器与常规充电模式紧密相关，其技术指标与参考标准势，对电动汽车的进一步推广起着风向标的作用。
常规的车载充电方案包括交流电充电器、汽车蓄电池组和控制器几个部分。其中，交流电充电器，是将交流电转换为直流电既可以为充电，也可以为蓄电池充电；控制器，对交流电充电器、充电开关进行操作，并实时获取交流电充电器、充电开关、汽车蓄电池组等的工作状态，因此，控制器必须具有重要的保护功能，如过压保护、欠压保护、过流/短路保护、过温保护、绝缘监测等功能。
然而，常规车载充电方案中，其为独立的光伏能源为电动汽车或者仅电网为电动汽车充电的方案，并不能充分利用光伏能源和电网为电动汽车或外设的储能设备充电，达到节能的效果，同时，光伏充电系统中由于共模干扰的存在，光伏充电系统存在一定的安全隐患。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于电动汽车的混式智能充电系统，其通过系统中各模块的设置和相应的连接关系，通过主控模块依据预设的充电模式和输入电压传感器Uin采集的数据判断系统的最佳工作模式，并控制切换开关1～5的状态以实现系统切换至最佳工作模式。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于电动汽车的混式智能充电系统，该系统包括交流电网接口、太阳能光伏板接口、整流模块、电压转换模块、隔离式DC-DC模块、车载蓄电池充电接口、储能设备充电接口、主控模块、切换开关1～5、和输入电压传感器Uin，
交流电网接口的输出端通过切换开关1连接整流模块的输入端，整流模块的输入端通过二极管D1连接隔离式DC-DC模块的输入端；太阳能光伏板接口的输出端通过切换开关2连接电压转换模块的输入端，电压转换模块的输出端通过二极管D2连接隔离式DC-DC模块的输入端；储能设备充电接口的输出端通过二极管D3和切换开关3连接隔离式DC-DC模块的输入端；储能设备充电接口的输出端还通过二极管D4和切换开关4连接隔离式DC-DC模块的输出端；隔离式DC-DC模块的输出端通过二极管D5和切换开关5连接车载蓄电池充电接口；输入电压传感器Uin连接隔离式DC-DC模块的输入端；主控模块分别连接隔离式DC-DC模块、输入电压传感器Uin、输出电压传感器Uout和切换开关1～5；车载蓄电池充电接口和储能设备充电接口分别用于给车载蓄电池充电和给储能设备充电；
隔离式DC-DC模块用于将整流模块或电压转换模块输出的直流电转变为预设幅值的直流电，还用于电气隔离太阳能光伏板的接地端与储能设备的接地端；
主控模块用于依据预设的充电模式和输入电压传感器Uin采集的数据判断系统的最佳工作模式，并控制切换开关1～5的状态以实现系统切换至最佳工作模式，系统的最佳工作模式包括交流电网给电动汽车充电、太阳能光伏板给电动汽车充电、储能设备给电动汽车充电、交流电网给储能设备充电和太阳能光伏板给储能设备充电。
作为本发明的进一步改进，预设的充电模式包括电动汽车充电模式和储能设备充电模式。
作为本发明的进一步改进，主控模块通过闭合切换开关2且断开其他切换开关，采集得到电压转换模块输出端的直流电压Uin_1；主控模块通过闭合切换开关3且断开其他切换开关，采集得到储能设备充电接口输出端的直流电压Uin_2。
作为本发明的进一步改进，预设的充电模式为电动汽车充电模式，直流电压Uin_1小于第一预设阈值，且直流电压Uin_2小于第二预设阈值时，系统的最佳工作模式为交流电网为电动汽车供电，对应切换开关1～5的状态为切换开关1和5闭合且其他切换开关断开。
作为本发明的进一步改进，预设的充电模式为电动汽车充电模式，直流电压Uin_1小于第一预设阈值，且直流电压Uin_2大于第二预设阈值且小于第四预设阈值，系统的最佳工作模式为储能设备为电动汽车供电，对应切换开关1～5的状态为切换开关3和5闭合且其他切换开关断开。
作为本发明的进一步改进，预设的充电模式为电动汽车充电模式，直流电压Uin_1大于第一预设阈值且小于第三预设阈值，系统的最佳工作模式为太阳能光伏板为电动汽车供电，对应切换开关1～5的状态为切换开关2和5闭合且其他切换开关断开。
作为本发明的进一步改进，预设的充电模式为储能设备充电模式，直流电压Uin_1小于第一预设阈值，且直流电压Uin_2小于第二预设阈值时，系统的最佳工作模式为交流电网给储能设备供电，对应切换开关1～5的状态为切换开关1和4闭合且其他切换开关断开。
作为本发明的进一步改进，预设的充电模式为储能设备充电模式，直流电压Uin_1大于第一预设阈值且小于第三预设阈值，且直流电压Uin_2小于第二预设阈值时，系统的最佳工作模式为交流电网为储能设备充电，对应切换开关1～5的状态为切换开关2和4闭合且其他切换开关断开。
作为本发明的进一步改进，直流电压Uin_1大于第三预设阈值时，系统上报太阳能光伏板故障。
作为本发明的进一步改进，直流电压Uin_2大于第四预设阈值时，系统上报储能设备故障。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的一种用于电动汽车的混式智能充电系统，其通过系统中各模块的设置和相应的连接关系，通过主控模块依据预设的充电模式和输入电压传感器Uin采集的数据判断系统的最佳工作模式，并控制切换开关1～5的状态以实现系统切换至最佳工作模式，系统的最佳工作模式包括交流电网给电动汽车充电、太阳能光伏板给电动汽车充电、储能设备给电动汽车充电、交流电网给储能设备充电和太阳能光伏板给储能设备充电。
本发明的一种用于电动汽车的混式智能充电系统，其通过主控模块判定出太阳能光伏板和储能设备的当前状态，在光强充足情况下，将能量储存在出储能设备中，需要时，再由储能设备为电动汽车充电；在光强不足情况下，直接由储能设备或交流电网为电动汽车充电，从而充分利用光能为电动汽车充电。
本发明的一种用于电动汽车的混式智能充电系统，其采用的隔离式DC-DC模块，不仅可以完成能量耦合，还可以电气隔离太阳能光伏板的接地端与储能设备的接地端，从而增强充电系统的抗共模干扰的能力；同时，该隔离式DC-DC模块采用数十kHz的高频变压器，较常规工频变压器的体积和重量要小得多，可以大幅度降低充电装置的体积和重量；再者，可以有效提高充电装置的安全性，尤其是使用者的人身安全。
本发明的一种用于电动汽车的混式智能充电系统，其采用模块化设计理念，可以将整流模块、电压转换模块和隔离式DC-DC模块设计成独立的模块，就可以自研、商购或者定制，互换性强，装拆方便，降低维护成本。
本发明的一种用于电动汽车的混式智能充电系统，其采用工作频率较高的电力电子器件，如MOSFET、IGBT等，构建H桥拓扑电路传送较大功率(如数千瓦以上)、采用高性能、低成本且广泛应用于嵌入式系统中的ARM(以STM32F417为例)充当CPU，作为控制电路的核心，执行充电装置运行中如过压保护、欠压保护、过流/短路保护、过温保护、绝缘监测等重要功能。
附图说明
图1是本发明实施例的一种用于电动汽车的混式智能充电系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的一种用于电动汽车的混式智能充电系统的隔离式DC-DC模块的结构示意图；
图3是本发明实施例的一种用于电动汽车的混式智能充电系统的主控模块的结构示意图；
图4是本发明实施例的一种用于电动汽车的混式智能充电系统的主控单元的结构示意图；
图5是本发明实施例的一种用于电动汽车的混式智能充电系统的流程示意图；
图6是本发明实施例的一种用于电动汽车的混式智能充电系统的第一工作模式的流程示意图；
图7是本发明实施例的一种用于电动汽车的混式智能充电系统的第二工作模式的流程示意图；
在所有附图中，同样的附图标记用来表示相同的元件或结构，具体为：输入模块1、交流电网接口1-1、太阳能光伏板接口1-2、整流模块2、电压转换模块3、隔离式DC-DC模块4、旁路开关单元4-1、触发单元4-2、变压器单元4-3、整流单元4-4、车载蓄电池充电接口5、储能设备充电接口6、主控模块7、旁路开关模块7-1、输入电压电流采集模块7-2、输入电流采集电路7-2-1、输入电压采集电路7-2-2、触发模块7-3、输出电压电流采集模块7-4、切换开关控制模块7-5、主控单元7-6、通信模块7-7和切换开关S_1～S_5。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
图1是本发明实施例的一种用于电动汽车的混式智能充电系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括输入模块1、整流模块2、电压转换模块3、隔离式DC-DC模块4、车载蓄电池充电接口5、储能设备充电接口6、主控模块7和切换开关S_1～S_5，输入模块1包括交流电网接口1-1和太阳能光伏板接口1-2；
交流电网接口1-1经由接线端子T1～T3与切换开关S_1相连，经由切换开关S_1再与整流模块2相连，整流模块2的输出端经由接线端子T6与二极管D1的阳极相连，二极管D1的阴极与接线端子T10相连，整流模块2的输出端经由接线端子T7与接线端子T11相连；太阳能光伏板接口1-2经由接线端子T4～T5与切换开关S_2相连，经由切换开关S_2再与电压转换模块3相连，电压转换模块3的输出端经由接线端子T8与二极管D2的阳极相连，二极管D2的阴极与接线端子T10相连，电压转换模块3的输出端经由接线端子T9与接线端子T11相连，储能设备充电接口6的输出端经由接线端子T12与二极管D3的阳极相连，二极管D3的阴极与切换开关S_3相连；电压转换模块3的输出端经由接线端子T13与切换开关S_3相连，切换开关S_3再与隔离式DC-DC模块4相连；隔离式DC-DC模块4经由接线端子T14～T15与切换开关S_4相连，切换开关S_4左端与二极管D4的阳极相连，二极管D4的阴极与接线端子T12相连，切换开关S_4的右端与接线端子T13相连；隔离式DC-DC模块4经由接线端子T14～T15与切换开关S_5相连；切换开关S_5上端与二极管D5的阳极相连，二极管D5的阴极与接线端子T16相连，切换开关S_5下端与接线端子T17相连，二极管D6的阳极与接线端子T17相连，二极管D6的阴极与接线端子T16相连，经由接线端子T16～T17与车载蓄电池充电接口5连接。
交流电网接口1-1用于将交流电传送给整流模块2；太阳能光伏板接口1-2用于将光伏板转换得到的电能传送给电压转换模块3；
整流模块2用于将来自交流电网接口1-1的交流电整流转换为脉动的直流电，该交流电可以为220V或380V，可以依据不同实际功率等级选择单相不控整流桥或三相不控整流桥构建整流模块2；
电压转换模块3用于将太阳能光伏板接口1-2的直流电转换为第一预设幅值的直流电，可以采用Boost电路将太阳能光伏板接口1-2的直流电转换为更高幅值的直流电，可以采用Buck电路将太阳能光伏板接口1-2的直流电转换为更低幅值的直流电；
隔离式DC-DC模块4用于将整流模块2或电压转换模块3输出的直流电转变为第二预设幅值的直流电，其中第二预设幅值的直流电为幅值可控的、能够为电动汽车和储能设备充电的直流电；
车载蓄电池充电接口5用于给车载蓄电池充电；
储能设备充电接口6用于给储能设备充电，作为一个示例，储能设备为设于充电桩的蓄电池组；
主控模块7用于依据隔离式DC-DC模块4的电压状态判断该系统对应的最佳工作模式，并控制切换开关的状态以实现该系统切换至对应的最佳工作模式；主控模块7包括路开关模块7-1、输入电压电流采集模块7-2、触发模块7-3、输出电压电流采集模块7-4、切换开关控制模块7-5、主控单元7-6和通信模块7-7。
图2是本发明实施例的一种用于电动汽车的混式智能充电系统的隔离式DC-DC模块的结构示意图。如图2所示，整流模块2经接线端子T6与二极管D1的阳极相连，二极管D1的阴极接MOS管S5的SD5脚，电压转换模块3经接线端子T8与二极管D2的阳极相连，二极管D2的阴极接MOS管S5的SD5脚；MOS管S5的SS5脚接电容C1的正极，电容C1的负极经由T11接线端子和T7接线端子同时与整流模块2和电压转换模块3相连，电阻R1并联在MOS管S5的SD5脚与SS5脚之间，电容C1的正极接输入电流传感器Iin的1脚，输入电流传感器Iin的2脚接MOS管S1的SD1脚，MOS管S1的SD1脚接MOS管S3的SD3脚，MOS管S1的SS1脚接MOS管S2的SD2脚，MOS管S3的SS3脚接MOS管S4的SD4脚，MOS管S1的SS1脚经由M1接线端子与变压器单元4-3相连，MOS管S4的SD4脚经由M2接线端子与变压器单元4-3相连，变压器单元4-3经由M3、M4接线端子与整流单元4-4中二极管D7、D8的阳极相连，二极管D7的阳极接二极管D9的阴极，二极管D8的阳极接二极管D10的阴极，整流单元4-4经由M5接线端子与电感L1相连，电感L1的另一端接电容C2的正极，整流单元4-4经由M6接线端子与电容C2的负极相连，电容C2的正极接输出电压传感器Uout的1脚，电容C2的负极接输出电压传感器Uout的2脚，输出电压传感器Uout的1脚接输出电流传感器Iout的1脚，输出电流传感器Iout的2脚经接线端子T14与切换开关S_5的一端相连，切换开关S_5的另一端经接线端子T15与输出电压传感器Uout的2脚相连。切换开关S_5经由接线端子M8与车载蓄电池充电接口5相连。切换开关S_5经接线端子M7与二极管D11的阳极相连，二极管D11的阴极接二极管D12的阴极，二极管D12的阴极经由T16接线端子与车载蓄电池充电接口5相连，二极管D12的阳极经由接线端子T17与车载蓄电池充电接口5相连。
如图2所示，MOS管S5的SG5脚经由N1接线端子与旁路开关模块7-1相连，MOS管S5的SS5脚经由N2接线端子与旁路开关模块7-1相连，输入电流传感器Iin的3脚经由N3接线端子与输入电压电流采集模块7-2相连，输入电流传感器Iin的4脚经由N4接线端子与输入电压电流采集模块7-2相连，输入电流传感器Iin的5脚经由N5接线端子与输入电压电流采集模块7-2相连，输入电压传感器Uin的3脚经由N6接线端子与输入电压电流采集模块7-2相连，输入电压传感器Uin的4脚经由N7接线端子与输入电压电流采集模块7-2相连，输入电流传感器Uin的5脚经由N8接线端子与输入电压电流采集模块7-2相连，MOS管S1的SG1脚经由N12接线端子与触发模块7-3相连，MOS管S1的SS1脚经由N13接线端子与触发模块7-3相连，MOS管S2的SG2脚经由N14接线端子与触发模块7-3相连，MOS管S2的SS2脚经由N15接线端子与触发模块7-3相连，MOS管S3的SG3脚经由N16接线端子与触发模块7-3相连，MOS管S3的SS3脚经由N17接线端子与触发模块7-3相连，MOS管S4的SG4脚经由N18接线端子与触发模块7-3相连，MOS管S4的SS4脚经由N19接线端子与触发模块7-3相连，输出电压传感器Uout的3脚经由N22接线端子与输出电压电流采集模块7-4相连，输出电压传感器Uout的4脚经由N23接线端子与输出电压电流采集模块7-4相连，输出电压传感器Uout的5脚经由N24接线端子与输出电压电流采集模块7-4相连，输出电流传感器Iout的3脚经由N25接线端子与输出电压电流采集模块7-4相连，输出电流传感器Iout的4脚经由N26接线端子与输出电压电流采集模块7-4相连，输出电流传感器Iout的5脚经由N27接线端子与输出电压电流采集模块7-4相连，切换开关S_5经N34接线端子与切换开关控制模块7-5相连。
如图2所示，主控单元7-6经由N9接线端子与旁路开关模块7-1相连，主控单元7-6经由N10、N11接线端子与输入电压电流采集模块7-2相连，主控单元7-6经由N20、N21接线端子与触发模块7-3相连，主控单元7-6经由N28、N29接线端子与输出电压电流采集模块7-4相连，主控单元7-6经由N35～N39接线端子与切换开关控制模块7-5相连，主控单元7-6经由N30～N33接线端子与通信模块7-7相连。
由于采用隔离式DC-DC模块，不仅可以完成能量耦合，还可以电气隔离太阳能光伏板的接地端与储能设备的接地端，从而增强充电系统的抗共模干扰的能力；同时该隔离式DC-DC模块采用数十kHz的高频变压器，较常规工频变压器的体积和重量要小得多，可以大幅度降低充电装置的体积和重量；再者，可以有效提高充电装置的安全性，尤其是使用者的人身安全。
图3是本发明实施例的一种用于电动汽车的混式智能充电系统的主控模块的结构示意图。如图3所示，输入电流采集电路7-2-1经由接线端子N4与输入电流传感器Iin的第4脚相连，输入电流传感器Iin的第3脚经由接线端子N3与U+相连，输入电流传感器Iin的第5脚经由接线端子N5与U-相连，电阻R1的一端经由接线端子N4与输入电流传感器Iin的第4脚相连，电阻R1的另一端接地线GND1，电容C1和二极管D13分别并联在电阻R1两端，输入电流传感器Iin的第4脚经由接线端子N4与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与芯片A1的第3脚相连，芯片A1的第4脚接地线GND1，芯片A1的第2脚接第1脚，芯片A1的第1脚接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接芯片A1的第5脚，电阻R4的另一端接电容C3的一端，电容C3的另一端接芯片A1的第6脚，芯片A1的第5脚接电容C2的一端，电容C2的另一端接地线GND1。芯片A1的第8脚接电源US1+，芯片A1的第7脚接芯片A1的第6脚。芯片A1的第7脚接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接芯片A2的第3脚，芯片A2的第3脚接电容C5的一端，电容C5的另一端接地线GND1。芯片A2的第4脚接地线GND1。芯片A2的第2脚接芯片A2的第1脚。芯片A2的第1脚接电容C4的一端，电容C4的另一端接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接芯片A2的第3脚。芯片A2的第1脚接双向二极管D14的一端，双向二极管D14的另一端接芯片A2的第5脚。芯片A2的第5脚接滑动变阻器RV1的第3脚，芯片A2的第1脚接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接滑动变阻器RV1的第1脚，滑动变阻器RV1的第2脚接地线GND1，电容C6并联在滑动变阻器RV3的两端，芯片A2的第8脚电源US1+，芯片A2的第6脚接芯片A2的第7脚，芯片A2的第7脚接电阻R8一端，电阻R8的另一端接芯片A3的第2脚，芯片A3的第3脚和第4脚接地线GND1。芯片A3的第1脚接电源US1+，电源US1+接电容C7的一端，电容C7的另一端接地线GND1。芯片A3的第5脚接地线GND2。芯片A3的第8脚接电源US2+，电源US2+接电容C8的一端，电容C8的另一端接地线GND2。芯片A3的第7脚接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接芯片A4的第3脚，芯片A3的第6脚接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接芯片A4的第2脚，芯片A4的第2脚接电阻R11的一端，电阻R11的另一端接接芯片A4的第1脚，芯片A4的第1脚接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接接芯片A4的第5脚,芯片A4的第3脚接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接地线GND2,芯片A4的第4脚接地线GND2。芯片A4的第5脚接电容C10的一端，电容C10的另一端接地线GND2。芯片A4的第8脚接电源US2+，电源US2+接电容C9的一端，电容C9的另一端接地线GND2。芯片A4的第6脚接芯片A4的第7脚。芯片A4的第6脚接双向二极管D15的一端，双向二极管D15的另一端接地线GND2。芯片A4的第7脚经由接线端子N9与主控单元7-6相连。
如图3所示，输入电压采集电路7-2-2经由接线端子N7与输入电压传感器Uin的第4脚相连，经由接线端子N6与输入电压传感器Uin的第3脚相连，经由接线端子N5与输入电压传感器Uin的第5脚相连，输入电压采集电路7-2-2经由接线端子N10与主控单元7-6相连。
需要说明的是，图2所示的DC/DC单元中输出电流Iout、输出电压Uout检测模块电路与DC/DC单元中输入电流Iin、输入电压Uin检测模块电路相同，只是比例尺不同而已，故本专利就不重复绘制。
图4是本发明实施例的一种用于电动汽车的混式智能充电系统的主控单元的结构示意图。如图4所示，主控单元7-6中的芯片A5的第105脚、第109脚、第110脚、第133脚和第25脚接编程接口J1，芯片A5的第138脚接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接地线GND2，芯片A5的第6脚接电源UDD，芯片A5的第6脚接电容C14的一端，电容C14的另一端接地线GND2，芯片A5的第33脚接电感L2的一端，电感L2的另一端接电源US2+，芯片A5的第33脚同时接电容C13的正极，电容C13的负极接地线GND2，电容C12的一端与芯片A1的第33脚相连，电容C12的另一端接地线GND2，芯片A5的第33脚接电源UDD，芯片A5的第31脚接地线GND2，芯片A5的第121脚接电源US2+，电容C11的一端与芯片A5的第121脚相连，电容C11的另一端接地线GND2，芯片A5的第23脚接电容C21的一端，电容C21的另一端接地线GND2，芯片A5的第24脚接电阻R15的一端，电阻R15的另一端接电容C20的一端，电容C20的另一端接地线GND2，晶振Y1的外壳接地线GND2，晶振Y1的一端接芯片A5的第23脚，晶振Y1的另一端接电容C20的一端，电容C20的另一端接地线GND2，芯片A5的第106脚接电容C19的一端，电容C19的另一端接地线GND2，芯片A5的第71脚接电容C18的一端，电容C18的另一端接地线GND2，芯片A5的第143脚接电容C11的一端，电容C11的另一端接地线GND2，芯片A5的第143脚接电感L3的一端，电感L3的另一端接电源US2+，电容C17的一端接电源US2+，电容C17的另一端接地线GND2，芯片A5的第8脚接电容C16的一端，电容C16的另一端接地线GND2，芯片A5的第9脚接电容C15的一端，电容C15的另一端接地线GND2，晶振Y2的一端接芯片A5的第8脚，晶振Y2的另一端接芯片A5的第9脚，芯片A5的第120脚接地线GND2。
如图4所示，主控模块7采用STM32F4系列ARM充当CPU，芯片A5的第67脚经由接线端子N9与旁路开关模块7-1相连，芯片A5的第40、44脚经由接线端子N10、N11与输入电压电流采集模块7-2相连，芯片A5的第48、46脚经由接线端子N20、N21与触发模块7-3相连，芯片A5的第28、26脚经由接线端子N28、N29与输出电压电流采集模块7-4相连，芯片A5的第35、36、37、40、41脚经由接线端子N35～N39与切换开关控制模块7-5相连，芯片A5的第140、139、136、135脚经由接线端子N30～N33与通通信模块7-7相连。
图5是本发明实施例的一种用于电动汽车的混式智能充电系统的流程示意图。如图5所示，依据本系统的三种供电方式可以划分为5个充电事件，具体为：
事件1：利用电网直接给电动汽车供电的充电事件；
事件2：利用光伏发电给电动汽车供电的充电事件；
事件3：利用储能设备给电动汽车供电的充电事件；
事件4：利用光伏发电给储能设备充电的充电事件；
事件5：利用电网发电给储能设备充电的充电事件；
具体步骤为：
(1)上电自检完成后，执行如下操作：
闭合切换开关S_2，实时采集电压转换模块3输出端的直流电压Uin_1；断开切换开关S_2、闭合切换开关S_3，实时采集储能设备充电接口6输出端的直流电压Uin_2；读取当前时间Time；设置相应的工作模式，其中，第一工作模式即电动汽车充电模式和第二工作模式即储能设备充电模式。
(2)判断：处于电动汽车充电模式、Uin_1<阈值1且Uin_2<阈值2，说明太阳能光伏板不能接收充分的光照进行电能转化且储能设备储能不足，则执行事件1，即电网直接给电动汽车供电；
(3)判断：处于电动汽车充电模式、Uin_1>阈值3，系统上报太阳能光伏板故障；处于电动汽车充电模式、Uin_2>阈值4，系统上报储能设备故障；
(4)判断：处于电动汽车充电模式、阈值1<Uin_1<阈值3，说明太阳能光伏板能接收充分的光照并转化为电能，则执行事件2，即太阳能光伏板给电动汽车供电；
(5)判断：处于电动汽车充电模式、Uin_1<阈值1且阈值2<Uin_2<阈值4，说明太阳能光伏板不能接收充分的光照进行电能转化但储能设备储能充足，则执行事件3，即储能设备给电动汽车供电；
作为一个优选的方案，还可以判断处于电动汽车充电模式、Uin_1<阈值1且阈值2<Uin_2<阈值4，且当前时间Time处于时间区域2，则执行事件3，即储能设备给电动汽车供电；作为一个示例，时间区域2为上半夜时段，可依据当地的日出和落日时间选择合适的时间段，例如可选取为下午7点至11点；
作为一个优选的方案，还可以判断处于电动汽车充电模式、Uin_1<阈值1且阈值2<Uin_2<阈值4，且当前时间Time处于时间区域3，则执行事件1，即电网给电动汽车供电；作为一个示例，时间区域3为下半夜时段，可依据当地的日出和落日时间选择合适的时间段，例如可选取为下午11点至早上7点；利用峰值电价的时间段，为储能设备或者汽车充电。
(6)处于储能设备充电模式、阈值1<Uin_1<阈值3、Uin_2<阈值2，说明太阳能光伏板能接收充分的光照并转化为电能，且储能设备储能不足，则执行事件4，即太阳能光伏板给储能设备供电；
(7)处于储能设备充电模式、Uin_1<阈值1、Uin_2<阈值2，说明太阳能光伏板不能接收充分的光照并转化为电能，且储能设备储能不足，则执行事件5，即交流电网给储能设备供电。
切换开关S_1和S_5闭合且其他切换开关断开时，该系统的工作模式为交流电网给电动汽车充电；切换开关S_2和S_5闭合且其他切换开关打开时，该系统的工作模式为太阳能光伏板给电动汽车充电；切换开关S_3和S_5闭合且其他切换开关打开时，该系统的工作模式为储能设备给电动汽车充电；切换开关S_1和S_4闭合且其他切换开关打开时，该系统的工作模式为交流电网给储能设备充电；切换开关S_2和S_4闭合且其他切换开关打开时，太阳能光伏板给储能设备充电。
通过上述设计，可以利用三种方式为电动汽车充电；进一步地，可以充分利用光能，在光强充足情况下，将能量储存在储能设备中，需要时由储能设备为电动汽车充电；在光强不足情况下，直接由储能设备或电网为电动汽车充电；还可以利用峰值电价的时间段，为储能设备或者电动汽车充电。
作为一个优选的实施例，当输入电流Iin超过电流阈值1时，或者输出电流Iout超过电流阈值2时，主控模块7立即封锁隔离式DC-DC单元4的开关的触发脉冲，保证它们的开关断开而不被损坏。
图6是本发明实施例的一种用于电动汽车的混式智能充电系统的第一工作模式的流程示意图。如图6所示，其工作流程为：
步骤1：判断是否可以选择市电充当电源，其判断条件是：Uin_1<阈值1且Uin_2<阈值1，可以选择选择“是”，即可以选择市电充当电源，如果是“否”，转为步骤2。
步骤2：判断是否可以选择储能模块充当电源，其判断条件是：Uin_1<阈值1且阈值1<Uin_2<阈值2，可以选择选择“是”，即可以选择储能模块充当电源，如果是“否”，转为步骤3。
步骤3：判断是否可以选择太阳能光伏板充当电源，其判断条件是：阈值1<Uin_1<阈值2，可以选择选择“是”，即可以选择太阳能光伏板充当电源，如果是“否”，则直接报警。
图7是本发明实施例的一种用于电动汽车的混式智能充电系统的第二工作模式的流程示意图。如图7所示，其工作流程简述如下：
步骤1：判断太阳能光伏板是否欠压，其判断方法为：闭合切换开关S_2、断开切换开关S_3，Uin_1<阈值1，则确认太阳能光伏板是欠压，那么可以直接选择返回；如果是“否”，转为步骤2。
步骤2：判断电动汽车是否有充电请求，其判断方法为：处于第一工作模式，且阈值1<Uin_1<阈值2，则确认太阳能光伏板可以充当电源，太阳能光伏板为电动汽车充电；如果是“否”，转为步骤3。
步骤3：判断储能设备是否欠压，其判断方法为：断开切换开关S_2、闭合切换开关S_3，判断Uin_2<阈值1，则确认储能设备欠压，则直接选择高电压均充为储能设备充电；如果阈值1<Uin_2<阈值2，则选择“否”，即直接选择低电压浮充为储能设备充电。
切换开关S_1优选为交流接触器，用于接通或断开交流电网接口1-1与整流模块2。该交流接触器可以根据充电系统的具体容量酌情选择采购；切换开关S_2～S_5优选为直流接触器，可依据其所需的具体容量选择采购。
二极管D1～D12优选为快恢复二极管，具有开关特性好、反向恢复时间短、反向击穿电压(耐压值)较高的特点，可以根据充电系统的具体容量选择采购。
隔离式DC-DC模块4的开关器件MOS管S1～S5，为一种应用场效应原理工作的半导体器件，具有输入阻抗高、噪声低、动态范围大、功耗小、易于集成等特性，得到了越来越普遍的应用，可以根据充电系统的具体容量选择采购。需要说明的是，如果所涉及到的充电系统需要更大容量，开关器件可以酌情选择IGBT模块，原理拓扑与控制流程是相同的，恕不赘述。
隔离式DC-DC模块4的变压器单元4-3，其利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，可以根据充电系统的具体容量选择采购。
输入电压电流采集模块7-2的芯片A1，用于完成放大采样信号，可选择AD公司的ADA4805芯片，它是高速电压反馈、轨到轨输出放大器，具有500μA的极低静态电流，是低功耗、高分辨率数据转换系统的理想选择。
输入电压电流采集模块7-2的芯片A2和A4，用于完成放大采样信号，可选择的是AD公司的AD8606芯片，它是一款精密、低噪声、双通道运算放大器，用于创建模拟双二阶滤波器，可使加速度计的输出频率响应较为平和。
输入电压电流采集模块7-2的芯片A3，是用来隔离放大原方和副方的信号，本专利选择的是AVAGO公司的HCPL-7800芯片，它可在实施典型驱动程序中检测电机电流通过外部电阻所产生的模拟电压降。并在HCPL-7800光隔离屏障的另一端产生差分输出电压。这种差分输出电压与电机电流成正比，可以通过运算放大器转换成单端信号。
主控单元7-6的芯片A5，可选择STM32F417系列的ARM芯片，是ST(意法半导体)推出的以基于
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CortexTM-M4为内核的其采用了90纳米的NVM工艺和ART(自适应实时存储器加速器，Adaptive Real-Time Memory AcceleratorTM)的高性能微控制器，可达到168MHz。由于它集成了新的DSP和FPU指令，168MHz的高速性能使得数字信号控制器应用，快速的产品开发达到了新的水平，且能提升控制算法的执行速度和代码效率。由于采用了STM32F417系列的ARM芯片，它集成了多达7重AHB总线矩阵和多通道DMA控制器，支持程序执行和数据传输并行处理，数据传输速率非常快。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于电动汽车的混式智能充电系统，该系统包括交流电网接口(1-1)、太阳能光伏板接口(1-2)、整流模块(2)、电压转换模块(3)、隔离式DC-DC模块(4)、车载蓄电池充电接口(5)、储能设备充电接口(6)、主控模块(7)、切换开关1～5、和输入电压传感器Uin，其特征在于，
所述交流电网接口(1-1)的输出端通过切换开关1(S_1)连接整流模块(2)的输入端，所述整流模块(2)的输入端通过二极管D1连接隔离式DC-DC模块(4)的输入端；所述太阳能光伏板接口(1-2)的输出端通过切换开关2(S_2)连接电压转换模块(3)的输入端，所述电压转换模块(3)的输出端通过二极管D2连接隔离式DC-DC模块(4)的输入端；所述储能设备充电接口(6)的输出端通过二极管D3和切换开关3(S_3)连接隔离式DC-DC模块(4)的输入端；所述储能设备充电接口(6)的输出端还通过二极管D4和切换开关4(S_4)连接隔离式DC-DC模块(4)的输出端；所述隔离式DC-DC模块(4)的输出端通过二极管D5和切换开关5(S_5)连接车载蓄电池充电接口(5)；所述输入电压传感器Uin连接隔离式DC-DC模块(4)的输入端；所述主控模块(7)分别连接隔离式DC-DC模块(4)、输入电压传感器Uin、输出电压传感器Uout和切换开关1～5；所述车载蓄电池充电接口(5)和储能设备充电接口(6)分别用于给车载蓄电池充电和给储能设备充电；
所述隔离式DC-DC模块(4)用于将整流模块(2)或电压转换模块(3)输出的直流电转变为预设幅值的直流电，还用于电气隔离太阳能光伏板的接地端与储能设备的接地端；所述隔离式DC-DC模块(4)包括旁路开关单元(4-1)、触发单元(4-2)、变压器单元(4-3)和整流单元(4-4)，具体地，所述整流模块(2)经接线端子T6与二极管D1的阳极相连，二极管D1的阴极接MOS管S5的SD5脚，电压转换模块(3)经接线端子T8与二极管D2的阳极相连，二极管D2的阴极接MOS管S5的SD5脚；MOS管S5的SS5脚接电容C1的正极，电容C1的负极经由T11接线端子和T7接线端子同时与整流模块(2)和电压转换模块(3)相连，电阻R1并联在MOS管S5的SD5脚与SS5脚之间，电容C1的正极接输入电流传感器Iin的1脚，输入电流传感器Iin的2脚接MOS管S1的SD1脚，MOS管S1的SD1脚接MOS管S3的SD3脚，MOS管S1的SS1脚接MOS管S2的SD2脚，MOS管S3的SS3脚接MOS管S4的SD4脚，MOS管S1的SS1脚经由M1接线端子与变压器单元(4-3)相连，MOS管S4的SD4 脚经由M2接线端子与变压器单元(4-3)相连，变压器单元(4-3)经由M3、M4接线端子与整流单元(4-4)中二极管D7、D8的阳极相连，二极管D7的阳极接二极管D9的阴极，二极管D8的阳极接二极管D10的阴极，整流单元(4-4)经由M5接线端子与电感L1相连，电感L1的另一端接电容C2的正极，整流单元(4-4)经由M6接线端子与电容C2的负极相连，电容C2的正极接输出电压传感器Uout的1脚，电容C2的负极接输出电压传感器Uout的2脚，输出电压传感器Uout的1脚接输出电流传感器Iout的1脚，输出电流传感器Iout的2脚经接线端子T14与切换开关5( S_5) 的一端相连，切换开关5( S_5) 的另一端经接线端子T15与输出电压传感器Uout的2脚相连；所述主控模块(7)用于依据预设的充电模式和输入电压传感器Uin采集的数据判断所述系统的最佳工作模式，并控制切换开关1～5的状态以实现所述系统切换至最佳工作模式，所述系统的最佳工作模式包括交流电网给电动汽车充电、太阳能光伏板给电动汽车充电、储能设备给电动汽车充电、交流电网给储能设备充电和太阳能光伏板给储能设备充电。
2.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的混式智能充电系统，其特征在于，所述预设的充电模式包括电动汽车充电模式和储能设备充电模式。
3.根据权利要求2所述的一种用于电动汽车的混式智能充电系统，其特征在于，主控模块(7)通过闭合切换开关2(S_2)且断开其他切换开关，采集得到电压转换模块(3)输出端的直流电压Uin_1；主控模块(7)通过闭合切换开关3(S_3)且断开其他切换开关，采集得到储能设备充电接口(6)输出端的直流电压Uin_2。
4.根据权利要求3所述的一种用于电动汽车的混式智能充电系统，其特征在于，所述预设的充电模式为电动汽车充电模式，直流电压Uin_1小于第一预设阈值，且直流电压Uin_2小于第二预设阈值时，所述系统的最佳工作模式为交流电网为电动汽车供电，对应切换开关1～5的状态为切换开关1和5闭合且其他切换开关断开。
5.根据权利要求3所述的一种用于电动汽车的混式智能充电系统，其特征在于，所述预设的充电模式为电动汽车充电模式，直流电压Uin_1小于第一预设阈值，且直流电压Uin_2大于第二预设阈值且小于第四预设阈值，所述系统的最佳工作模式为储能设备为电动汽车供电，对应切换开关1～5的状态为切换开关3和5闭合且其他切换开关断开。
6.根据权利要求3所述的一种用于电动汽车的混式智能充电系统，其特征在于，所述预设的充电模式为电动汽车充电模式，直流电压Uin_1大于第一预设阈值且小于第三预设阈值，所述系统的最佳工作模式为太阳能光伏板为电动汽车供电，对应切换开关1～5的状态为切换开关2和5闭合且其他切换开关断开。
7.根据权利要求3所述的一种用于电动汽车的混式智能充电系统，其特征在于，所述预设的充电模式为储能设备充电模式，直流电压Uin_1小于第一预设阈值，且直流电压Uin_2小于第二预设阈值时，所述系统的最佳工作模式为交流电网给储能设备供电，对应切换开关1～5的状态为切换开关1和4闭合且其他切换开关断开。
8.根据权利要求3所述的一种用于电动汽车的混式智能充电系统，其特征在于，所述预设的充电模式为储能设备充电模式，直流电压Uin_1大于第一预设阈值且小于第三预设阈值，且直流电压Uin_2小于第二预设阈值时，所述系统的最佳工作模式为太阳能光伏板为储能设备充电，对应切换开关1～5的状态为切换开关2和4闭合且其他切换开关断开。
9.根据权利要求3-8中任一项所述的一种用于电动汽车的混式智能充电系统，其特征在于，直流电压Uin_1大于第三预设阈值时，所述系统上报太阳能光伏板故障。
10.根据权利要求3-8中任一项所述的一种用于电动汽车的混式智能充电系统，其特征在于，直流电压Uin_2大于第四预设阈值时，所述系统上报储能设备故障。
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