一种用于双电动汽车电量转移的补电设备及方法

1.本发明属于新能源领域，更具体的说涉及一种用于双电动汽车电量转移的补电设备及方法。


背景技术：

2.电动汽车产业发展迅速，国内年销售量突破百万辆，同时充电桩、充电站等伴随产品也得到快速发展；但电动汽车具备活动范围大，充电需求多发，充电时间要求快等特点，充电桩的基础充电设备建设很难跟上电动汽车的发展速度。特别是在电动汽车救援市场，补电器的需求巨大，要求补电器具备便携、高效、安全、快速的特点。
3.现有技术的最大效率跟踪技术，多为最大功率输出跟踪技术，比如太阳能电池、潮汐能量发点，主要是跟踪发点状态的变化，跟踪最大的功率输出点，时刻设计最大的功率输出，以保障设备的最优功率输出。
4.现有电动汽车充电技术，一般输入为稳定的交流电，可以采用固定模块的方式，设计恒定的直流母线电压，根据输出电压，确定充电功率，使充电器工作在80％左右负载情况，从而获得较好输出效率。


技术实现要素：

5.本发明的补电设备具备双直流充电枪，充电来源可以是救援电动车或其他电动车辆，补电设备本身比较简单，便于携带。本补电设备具有国标直流充电标准、最优工作状态跟踪、电池状态检测三重安全控制，可以实现安全、高效、便捷的双电动汽车电量转移补电控制。
6.为了实现上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：所述的用于双电动汽车电量转移的补电设备包括直流充电枪、双环充电机、控制器；所述的双环充电机内部安装有控制器，双环充电机的直流电压输出端口与直流充电枪连接；
7.所述的双环充电机包括第一环用于电池输入电压的调压模块，第二环为多模块的直流-直流充电模块；所述的双环充电机电压输入端与调压模块连接，调压模块与直流-直流充电模块连接，直流-直流充电模块充电电压输出端与直流充电枪连接。
8.进一步地，所述的控制器通过can总线与被充电电池进行通讯获得电池电芯状态进行充电控制。
9.进一步地，所述的直流充电枪为两个直流充电枪，两个分别插入电源车辆和被补电车，控制器通过can总线通讯获得电源车辆电池和缺电车辆电池状态。
10.进一步地，所述的调压模块采用非隔离升降压模块，当非隔离升降压模块中功率开关管q1，q2工作，转换电路工作在降压模式；当电池电压较低时，功率开关管q3，q4工作，转换电路工作在升压模式。
11.进一步地，所述的直流-直流充电模块采用lcc谐振隔离桥式变换器，变换器工作在谐振状态，桥式功率器件q5,q6,q7,q8和整流器件d1,d2工作在软开关状态。
12.再一方面，一种用于双电动汽车电量转移的补电方法，所述的方法适用于所述的设备，直流-直流充电模块的效率是由工作状态决定，变换器的效率最高点取决于变换器是否工作在谐振状态；采用最优效率点跟踪算法，来自动设定调压模块和直流-直流充电模块工作数量：
13.进一步地，所述的最优效率点跟踪算法如式1所示，分两次计算，先根据输出电压vo确定功率等级po，然后根据公式(1)，输出功率po和单模块功率pm和最优效率点e
pmax
确定投入工作的模块数量n，然后根据模块效率最高点计算出对应的输入电压vin，得到总效率e1，第二次先根据输出电压vo结合公式(2)确定输入电压vin，再根据输入电压vin确定输出功率po，再在这个输出功率下利用公式(1)选择输出模块的数量n，最后计算出总e2，最后对照e1和e2，选出最优效率，设定计算出最优的工作设定，从而实现最优效率跟踪；
14.f(n)＝popm·epmax
ꢀꢀ
(1)
[0015]vin
＝f(e
vmax
)
ꢀꢀ
(2)
[0016]
输入电压vin，输出电压vo，输出功率e。
[0017]
本发明有益效果：
[0018]
(1)本发明主要是考虑到充电模块的效率和输入电压，输出电压，输出功率有关，根据已知条件去计算出不同状态的下的整体效率，以调整输入电压和输出功率模块数量，从而实现最优的工作效率，提升整体充电的效率。
[0019]
(2)本发明的充电机为两个电动汽车之间的能量传递，采用直流快速充电模式，两边电压都存在比较大的变化范围，因此，本发明采用两级变化架构，同时，进行最优效率跟踪算法，有效提高充电效率。
附图说明
[0020]
图1为本发明设备的一种连接关系图；
[0021]
图2为本发明设备双枪补电设备架构图；
[0022]
图3为本发明调压模块电路图；
[0023]
图4为本发明调压模块工作过程图；
[0024]
图5为本发明直流-直流充电模块电路图；
[0025]
图6为本发明方法流程图；
[0026]
图7为本发明直流-直流充电模块效率曲线图。
具体实施方式
[0027]
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本发明所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
[0028]
除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0029]
本发明总的思路为：本发明公开了一种用于双电动汽车电量转移的补电设备包含双环充电机、带通讯功能的控制器、两个直流快速充电枪等部件；补电设备在补电时，直流
充电双枪分别插入电源车辆和被补电车，通过can通讯获得电源车辆电池和缺电车辆电池状态，同时根据补电设备充电模块数量，设定出充电机第一环节电压调整模块的输出电压和第二级充电模块的工作数量；电动汽车电池在不同的电量下电压和充放电能量不同，补电设备根据电池电压设计合适的调整电压，选择最优的充电工作模块，可以使补点设备工作在最优工作效率点，实现最优跟踪控制。通过通讯检测双方电池状态，当电池充放电状态和温度超过正常值时，补电设备保护，停止充电；本补电设备具有国标直流充电标准、最优工作状态跟踪、电池状态检测三重安全控制，可以实现安全、高效、便捷的双电动汽车电量转移补电控制。
[0030]
实施例一：
[0031]
如图1-2所示，构建一种用于双电动汽车电量转移的补电设备：所述的用于双电动汽车电量转移的补电设备包括直流充电枪、双环充电机、控制器；所述的双环充电机内部安装有控制器，双环充电机的直流电压输出端口与直流充电枪连接；所述的充电机具备限压和限流的功能；控制器和电池进行通讯获得电池电芯状态进行充电控制；直流充电双枪分别插入电源车辆和被补电车，通过can通讯获得电源车辆电池和缺电车辆电池状态。
[0032]
所述的双环充电机包括第一环用于电池输入电压的调压模块，第二环为多模块的直流-直流充电模块；所述的双环充电机电压输入端与调压模块连接，调压模块与直流-直流充电模块连接，直流-直流充电模块充电电压输出端与直流充电枪连接。
[0033]
控制器由mcu和外设组成，本以stm32f103为例。通讯信号需要采用隔离屏蔽干扰，通信协议根据国家直流充电标准，按照国标充电流程进行协议对接，控制器获得电池内部电芯的状态，判断是否可以安全充电，设定充电电压和工作模块。
[0034]
直流充电双枪分别插入电源车辆和被补电车，按照国标直流快速充电标准设计，电池充电时先与控制器进行通讯，确认电池电芯处于正常状态才进行充电，并在充电过程中实时监测电池状态。所述的直流充电枪为两个直流充电枪，两个分别插入电源车辆和被补电车，控制器通过can总线通讯获得电源车辆电池和缺电车辆电池状态。控制器根据两个电动汽车电池的状态，设定调压电压和充电模块的工作数量，可以使补点设备工作在最优工作效率点，实现最优跟踪控制。
[0035]
补电设备具备双直流充电枪，充电来源可以是救援电动车或其他电动车辆，补电设备本身比较简单，便于携带。补电设备能量转换部分分为一个调压模块和若干个；电动汽车电池电压根据电池种类和电量状态不同，国内一般处于280vdc-700vdc的范围内。直流-直流充电模块为获得较好的输出效率和合适的功率器件选择，输入电压需要合适的选定并且稳定，因此本发明的应用场景需要调压模块，并且可以实现升压和降压设计。本发明的非隔离升降压模块拓扑结构如图3所示，当电池电压较高时，电路工作模式如图4所示，功率开关管q1,q2工作，转换电路工作在降压模式；当电池电压较低时，电路工作模式如图4所示，功率开关管q3,q4工作，转换电路工作在升压模式。
[0036]
锂电池的充电流程一般分为恒流充电和恒压充电，本发明设计的充电机自身设定最大电流和电压，正常充电时和电池通讯，根据电池特点设定充电电流和电压。充电模块采用模块化设计，利用若干个直流-直流充电模块并联组成，这样可以降低补电设备成本，提升组装和维护的便捷性；充电模块的效率曲线和输入输出电压及功率有很大的关系，本发明采用最优点跟踪的算法，自动设定调压输出和直流-直流充电模块工作数量，从而实现最
优的充电效率控制。
[0037]
直流-直流充电模块的效率主要是由工作状态决定，本发明采用lcc谐振隔离桥式变换器拓扑如图5所示，变换器的效率最高点取决于变换器是否工作在谐振状态，工作在谐振状态，桥式功率器件q5,q6,q7,q8和整流器件d1,d2都能工作在软开关状态。直流-直流充电模块的效率曲线如图7所示，主要因数为输入电压vin，输出电压vo，输出功率e。
[0038]
如图6所示，本发明的最优效率点跟踪算法如式1所示，分两次计算，先根据输出电压vo确定功率等级po，然后根据公式(1)，输出功率po和单模块功率pm和最优效率点e
pmax
确定投入工作的模块数量n，然后根据模块效率最高点计算出对应的输入电压vin，得到总效率e1，第二次先根据输出电压vo结合公式(2)确定输入电压vin，再根据输入电压vin确定输出功率po，再在这个输出功率下利用公式(1)选择输出模块的数量n，最后计算出总e2，最后对照e1和e2，选出最优效率，设定计算出最优的工作设定，从而实现最优效率跟踪。
[0039]
f(n)＝popm·epmax
ꢀꢀ
(1)
[0040]
vin＝f(evmax)
ꢀꢀ
(2)
[0041]
现有技术的最大效率跟踪技术，多为最大功率输出跟踪技术，比如太阳能电池、潮汐能量发点，主要是跟踪发点状态的变化，跟踪最大的功率输出点，时刻设计最大的功率输出，以保障设备的最优功率输出。本发明主要是考虑到充电模块的效率和输入电压，输出电压，输出功率有关，根据已知条件去计算出不同状态的下的整体效率，以调整输入电压和输出功率模块数量，从而实现最优的工作效率，提升整体充电的效率。
[0042]
现有电动汽车充电技术，一般输入为稳定的交流电，可以采用固定模块的方式，设计恒定的直流母线电压，根据输出电压，确定充电功率，使充电器工作在80％左右负载情况，从而获得较好输出效率；本发明的充电机为两个电动汽车之间的能量传递，采用直流快速充电模式，两边电压都存在比较大的变化范围，因此，本发明采用两级变化架构，同时，进行最优效率跟踪算法，有效提高充电效率。
[0043]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read only memory，rom)或随机存储记忆体(random abbessmemory，ram)等。
[0044]
应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种用于双电动汽车电量转移的补电设备，其特征在于：所述的用于双电动汽车电量转移的补电设备包括直流充电枪、双环充电机、控制器；所述的双环充电机内部安装有控制器，双环充电机的直流电压输出端口与直流充电枪连接；所述的双环充电机包括第一环用于电池输入电压的调压模块，第二环为多模块的直流-直流充电模块；所述的双环充电机电压输入端与调压模块连接，调压模块与直流-直流充电模块连接，直流-直流充电模块充电电压输出端与直流充电枪连接。2.根据权利要求1所述的一种用于双电动汽车电量转移的补电设备，其特征在于：所述的控制器通过can总线与被充电电池进行通讯获得电池电芯状态进行充电控制。3.根据权利要求1所述的一种用于双电动汽车电量转移的补电设备，其特征在于：所述的直流充电枪为两个直流充电枪，两个分别插入电源车辆和被补电车，控制器通过can总线通讯获得电源车辆电池和缺电车辆电池状态。4.根据权利要求1所述的一种用于双电动汽车电量转移的补电设备，其特征在于：所述的调压模块采用非隔离升降压模块，当非隔离升降压模块中功率开关管q1，q2工作，转换电路工作在降压模式；当电池电压较低时，功率开关管q3，q4工作，转换电路工作在升压模式。5.根据权利要求1所述的一种用于双电动汽车电量转移的补电设备，其特征在于：所述的直流-直流充电模块采用lcc谐振隔离桥式变换器，变换器工作在谐振状态，桥式功率器件q5,q6,q7,q8和整流器件d1,d2工作在软开关状态。6.一种用于双电动汽车电量转移的补电方法，所述的方法适用于如权利要求1-5中任一项权利要求所述的设备，其特征在于：直流-直流充电模块的效率是由工作状态决定，变换器的效率最高点取决于变换器是否工作在谐振状态；采用最优效率点跟踪算法，自动设定调压模块和直流-直流充电模块工作数量。7.根据权利要求6所述的一种用于双电动汽车电量转移的补电方法，其特征在于：所述的最优效率点跟踪算法如式1所示，分两次计算，先根据输出电压vo确定功率等级po，然后根据公式(1)，输出功率po和单模块功率pm和最优效率点e
pmax
确定投入工作的模块数量n，然后根据模块效率最高点计算出对应的输入电压vin，得到总效率e1，第二次先根据输出电压vo结合公式(2)确定输入电压vin，再根据输入电压vin确定输出功率po，再在这个输出功率下利用公式(1)选择输出模块的数量n，最后计算出总e2，最后对照e1和e2，选出最优效率，设定计算出最优的工作设定，从而实现最优效率跟踪；f(n)＝p
o
p
m
·
e
pmax
ꢀꢀ
(1)v
in
＝f(e
vmax
)
ꢀꢀ
(2)输入电压vin，输出电压vo，输出功率e。

技术总结
本发明公开了一种用于双电动汽车电量转移的补电设备及方法，属于新能源领域，所述的用于双电动汽车电量转移的补电设备包括直流充电枪、双环充电机、控制器；所述的双环充电机内部安装有控制器，双环充电机的直流电压输出端口与直流充电枪连接。本发明充电模块采用模块化设计，利用若干个直流-直流充电模块并联组成，这样可以降低补电设备成本，提升组装和维护的便捷性；充电模块的效率曲线和输入输出电压及功率有很大的关系，本发明采用最优点跟踪的算法，自动设定调压输出和直流-直流充电模块工作数量，从而实现最优的充电效率控制。从而实现最优的充电效率控制。从而实现最优的充电效率控制。


技术研发人员：雷勇杰 张涛 贾相武 濮发达 石栋杰 姚凯栋 徐栩
受保护的技术使用者：浙江交通职业技术学院
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/4