CN112937331A - 一种便携式电动汽车充电器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种便携式电动汽车充电器，包括充电控制盒、充电枪头和线缆，充电控制盒设有第一功率转换电路电连接有电网侧控制器，受所述电网侧控制器控制，对来自电网的交流电压进行转换与控制，充电枪头设有第二功率转换电路受电池侧控制器控制，输出与电动汽车的电池电压相匹配的直流电压或电流。本发明无需车载充电机或充电桩的参与便可直接向电动汽车动力电池充电，体积小、重量轻、发热量小，并可利用双向功率变换功能为用电设备提供备用电力。

Description

一种便携式电动汽车充电器
技术领域
本发明涉及电动汽车充电器技术领域，尤其是一种便携式电动汽车充电器。
背景技术
参考中国专利公开号为CN107565644A的一种车载充电机输出电压的调节方法、装置及电动汽车，包括以下步骤：根据待充电电池的当前电压，确定车载充电机的标定输出电压；获取车载充电机的实际输出电压；根据所述车载充电机的标定输出电压与实际输出电压之间的电压偏差值，确定所 述车载充电机的电压调节方式；采用所确定的电压调节方式，对所述车载充电机的实际输出电压进行调节，其中所述电压调节方式为开关频率调节或脉宽调节。新能源电动汽车的车载充电机（OBC）将电网电压转换为匹配汽车动力电池的直流电压，为动力电池提供不同等级的充电功率。然而，车载充电机开发周期长、故障率高且对元器件有较高要求，因此增加了电动汽车的成本与故障率。如将充电设备移至车外随车携带，可降低对充电机元器件选型的要求，同时降低成本与车辆故障率，因此便携式车用充电器是未来新能源汽车充电设备的发展趋势之一。
发明内容
本发明解决了车载充电机增加了电动汽车的成本与故障率的问题，提出一种便携式电动汽车充电器，无需车载充电机或充电桩的参与便可直接向电动汽车动力电池充电，体积小、重量轻、发热量小，并可利用双向功率变换功能为用电设备提供备用电力。
为实现上述目的，提出以下技术方案：
一种便携式电动汽车充电器，包括：
充电控制盒，其外表面设有与电网相连的第一端口以及与充电枪头相连的第二端口，在其内部设有与第一端口连接的EMC滤波器，所述EMC滤波器连接有第一功率转换电路，所述第一功率转换电路电连接有电网侧控制器，受所述电网侧控制器控制，对来自电网的交流电压进行转换与控制；
充电枪头，其外表面设有与充电控制盒相连的第三端口以及与电动汽车相连的直流供电第四端口，在其内部设有与第三端口连接的第二功率转换电路，以及与所述第二功率转换电路连接的绝缘检测电路，所述第二功率转换电路和绝缘检测电路电连接有电池侧控制器，所述第二功率转换电路受所述电池侧控制器控制，输出与电动汽车的电池电压相匹配的直流电压或电流；
线缆，用于连接第二端口和第三端口，其内部包含功率连线，用于连接第一功率转换电路和第二功率转换电路，包含信号连线，用于电网侧控制器与电池侧控制器之间的通讯。
第一功率转换电路和第二功率转换电路包含若干电力电子开关器件，在充电器充电时，本发明的第一功率转换电路实现交流转直流电功能，即实现AC/DC功能，本发明的第二功率转换电路实现隔离型DC/DC功能，即直流变换功能，使转换的直流电压与电动汽车的充电电压适配。在充电器放电时，本发明的第二功率转换电路实现隔离型AC/DC功能，即将电动汽车的储能电池的直流电转化为交流电输出到第一功率转换电路，第一功率转换电路再实现AC/AC功能，及将从第二功率转换电路输入的交流电变换为适用于用电器的交流电。第一功率转换电路和第二功率转换电路实现能量双向流动，将存储在电动汽车动力电池中的能量转换为可匹配用电负载的交流电压，通过集成在充电控制盒外部的标准供电插头，提供给外部用电设备。
将电力电子变换装置连同相应控制电路一起集成在充电器内部，与传统充电设备相比无需车载充电机或充电桩的参与便可直接向电动汽车动力电池充电，体积小、重量轻、效率高、发热少，从而节约了设备体积和成本，并便于携带，同时可兼具双向电能转换功能，为用电设备提供备用电力。
作为优选，所述充电控制盒内部设有软启电路，所述软启电路连接在EMC滤波器和第一功率转换电路之间，所述充电枪头内部设有主功率开关，所述主功率开关连接在第二功率转换电路和第四端口之间，并与电池侧控制器电连接。
作为优选，所述充电控制盒内部设有漏电流检测与绝缘检测电路，所述漏电流检测与绝缘检测电路连接于软启电路与第一功率转换电路之间，并与电网侧控制器电连接，本发明设置漏电流检测与绝缘检测电路以及绝缘检测电路的目的是对充电器工作过程进行监控，在充电器漏电发出提示，便于切断充电器工作电路，提高充电器用电安全性。
作为优选，所述充电控制盒外部包含控制按键，用于控制充电器的启动、停止充电及停止放电。本发明的控制按键设置在充电控制盒外部，并设有明确的标识，方便用户对充电器的功能选择。
作为优选，所述充电控制盒的第一端口通过线缆连接有标准插头，所述标准插头用于连接至标准插座，为充电器供电。
作为优选，所述充电控制盒的第一端口接有标准插头，用于连接至标准插座，为充电器供电。
一种便携式电动汽车充电器，包括：
充电枪头，其外表面包含与电源插头相连的第五端口以及与电动汽车相连的直流供电端口，其内部包括依次连接的EMC滤波器、软启电路、第一功率转换电路、第二功率转换电路、主功率开关，所述第五端口与EMC滤波器连接，所述主功率开关与电动汽车相连的直流供电端口连接，所述软启电路、第一功率转换电路电连接于电网侧控制器，所述第二功率转换电路、主功率开关电连接于电池侧控制器，所述电网侧控制器和电池侧控制器通讯连接；
线缆，用于连接电源插头和第五端口，其内部包含功率连线；
电源插头，用于连接接入电网的标准插座。
本发明将功率变换装置集成在充电枪的内部空间，将原来在充电枪外部的电路移至充电枪内部，充分利用了充电枪内部空间，节省了成本和体积，便于携带。
作为优选，所述电源插头为公母转换插头，当充电器正向充电时，公母转换插头转换为公插头，与接入电网的标准插座相连，提供交流电压，当充电器反向放电时，公母转换插头转换为母插座，用于与外部交流用电设备的供电插头连接。
作为优选，所述充电枪头内部设有漏电流检测与绝缘检测电路和绝缘检测电路，所述漏电流检测与绝缘检测电路连接在软启电路和第一功率转换电路之间，所述绝缘检测电路连接于主功率开关，所述漏电流检测与绝缘检测电路与电网侧控制器电连接，所述绝缘检测电路与电池侧控制器电连接。
作为优选，所述充电枪头外部包含控制按键，用于控制充电器的启动、停止充电及停止放电。
本发明的有益效果是：将电力电子变换装置连同相应控制电路一起集成在充电器内部，与传统充电设备相比无需车载充电机或充电桩的参与便可直接向电动汽车动力电池充电，体积小、重量轻、效率高、发热少，从而节约了设备体积和成本，并便于携带，同时可兼具双向电能转换功能，为用电设备提供备用电力。
附图说明
图1是实施例1的整体构成图；
图2是实施例1的电路构成图；
图3是实施例3的整体构成图；
图4是实施例3的电路构成图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提出一种便携式电动汽车充电器，参考图1包括：
充电控制盒，其外表面设有与电网相连的第一端口以及与充电枪头相连的第二端口，在其内部设有与第一端口连接的EMC滤波器，EMC滤波器连接有第一功率转换电路，第一功率转换电路电连接有电网侧控制器，受电网侧控制器控制，对来自电网的交流电压进行转换与控制；
充电枪头，其外表面设有与充电控制盒相连的第三端口以及与电动汽车相连的直流供电第四端口，在其内部设有与第三端口连接的第二功率转换电路，以及与第二功率转换电路连接的绝缘检测电路，第二功率转换电路和绝缘检测电路电连接有电池侧控制器，第二功率转换电路受电池侧控制器控制，输出与电动汽车的电池电压相匹配的直流电压或电流；
线缆，用于连接第二端口和第三端口，其内部包含功率连线，用于连接第一功率转换电路和第二功率转换电路，包含信号连线，用于电网侧控制器与电池侧控制器之间的通讯。充电控制盒的第一端口通过线缆连接有标准插头，标准插头用于连接至标准插座，为充电器供电。
充电控制盒内部设有软启电路和PFC电感，软启电路和PFC电感依次连接在EMC滤波器和第一功率转换电路之间，充电枪头内部设有主功率开关，主功率开关连接在第二功率转换电路和第四端口之间，并与电池侧控制器电连接。充电控制盒内部设有漏电流检测与绝缘检测电路，漏电流检测与绝缘检测电路连接于软启电路与第一功率转换电路之间，并与电网侧控制器电连接，充电控制盒外部包含控制按键，用于控制充电器的启动、停止充电及停止放电。本发明的控制按键设置在充电控制盒外部，并设有明确的标识，方便用户对充电器的功能选择。
电网侧控制器还连接有电网侧辅助电源和按键、干电池与休眠唤醒电路，第一功率转换电路能高压取电至电网侧辅助电源，电网侧辅助电源为按键、干电池与休眠唤醒电路及电网侧控制器供电。充电枪头还设有电池侧辅助电源，和通讯控制器，通讯控制器与电池侧控制器电连接，用于与电动汽车通讯，电池侧辅助电源为通讯控制器供电，通过主功率开关能从电动汽车的高压电池取电至电池侧辅助电源充电。
本实施例的具体电路连接参考图2，电网侧控制器的型号为TMS320F280025，电池侧控制器的型号为TMS320F280025，第一功率转换电路设有2个碳化硅晶体管SiC MOS，其型号为C3M0120065K,2个绝缘栅双极型晶体管IGBT，其型号为GRW60TS65EHR,1个AL电解电容，其型号为450V 120uF 8pcs，第二功率转换电路设有4个晶体管，其型号为IPW65R041CFD7,1个隔离电感。PFC电感的一端与碳化硅晶体管D1的源极、碳化硅晶体管D2的漏极并接，碳化硅晶体管D1的漏极、绝缘栅双极型晶体管D3的集电极、AL电解电容C1的一端并接，并通过线缆连接到晶体管D5的漏极，碳化硅晶体管D2的源极、绝缘栅双极型晶体管D4的发射极、AL电解电容C1的另一端并接，并通过线缆连接到晶体管D6的源极，绝缘栅双极型晶体管D3的发射极与绝缘栅双极型晶体管D4的集电极并接作为第一功率转换电路的一个输入端或输出端，当充电器充电时，作为输入端，当充电器放电时，作为输出端。图2中所有继电器的型号为HF105F-1/012D-1ZSTF。EMC滤波器包括滤波电感，其型号为T21-1.5mH，以及滤波电容，其型号为305Vac 2.2uF。电容C3、电容C4、电容C5、电容C6为谐振电容，其型号为1000V 200nF。电容C7为薄膜电容, 其型号为600V 18uF。电容C7并接有滤波电感Lcmdc，其型号为T21-1.5mH，滤波电感Lcmdc接有AL电解电容，其型号为500V 100uF。
晶体管D5的源极与晶体管D6的漏极并接与电感L1的一端，电感L1的另一端接于隔离电感一侧的一端，隔离电感一侧的另一端与电蓉C4的一端、电容C3的一端并接，电容C3的另一端与晶体管D5的漏极连接，电容C4的另一端与晶体管D6的源极连接，隔离电感另一侧的一端接有电感L2的一端，电感L2的另一端与晶体管D7的源极与晶体管D8的漏极并接，隔离电感另一侧的另一端与电蓉C5的一端、电容C6的一端并接，电蓉C5的另一端与晶体管D7的漏极连接，电容C6的另一端与晶体管D8的源极连接，晶体管D7的漏极作为第二功率转换电路的输出或输入的一端，晶体管D8的源极作为第二功率转换电路的输出或输入的另一端，当充电器充电时，作为输出端，当充电器放电时，作为输入端。晶体管D5的漏极和晶体管D6的源极之间连接有电感C2，晶体管D7的漏极和晶体管D8的源极之间连接有电感C7。
本发明包括充电过程和放电过程，充电过程包括：
EMC滤波器:电网电压经EMC滤波器滤除高频噪声，
软启电路:限制电网对直流Bus电解电容的充电电流，实现软启；电网侧控制器:通过检测直流母线电容电压，控制继电器吸合；
漏电流检测电路:充电时无需检测漏电流，该部分电路不工作；
第一功率转换电路:通过开关管的高频切换与控制，将从电网来的AC电压转化为直流电压,同时校正输入功率因数，实现电网输入电流正弦化；电网侧控制器:实时检测AC电压、电流以及直流侧电压，计算开关管的占空比，实t现电压电流闭环控制,同时监测是否发生，过压或过流故障并上报停机；
第二功率转换电路:先将第一功率转换电路输出的直流电压通过一次侧开关管的高频逆变,得到高频交流，然后经高频变压器改变电压幅值并实现电气隔离，最后再经二次侧开关管整流,得到与电动汽车动力电池相匹配的直流电压；电池侧控制器:实时检测直流输出电压、电流,计算开关管的占空比或开关颊率，实现电压电流闭环控制，监测是否发生过压或过流故障并上报停机,同时对功率直流输出线路进行绝缘电阻检测；
主功率开关:吸合继电器，将前级获得的直流电压传送至直流快充接口,在发生故障时可以将充电器与电动汽车脱离。电池侧控制器:控制吸合继电器。
通讯控制器:与电网侧控制器和电池侧控制器通讯，并与整车通讯,将整车的充电指令下发至电网侧控制器和电池侧控制器,并接受上报的实时电压电流数据与故障代码。
放电过程包括：
主功率开关:将电动车高压电池经开关连接至功率转换电路2，并在发生故障时可以将充电器与电动汽车脱离，电池侧控制器:控制吸合继电器。
第二功率转换电路:先将主功率开关传送来的直流电经二次侧开关管的高频逆变，得到高频交流,然后经高频变压器改变电压幅值并实现电气隔离,最后再经一次侧开关管整流,得到直流母线电压，为第一功率转换电路提供直流输入；电池侧控制器:实时检测电池侧电压、电流与直流输出电压，计算开关管的占空比或开关颊率,实现输出电压与电流侧电流上闭环控制，监测是否发生过压或过流故障并上报停机；
第一功率转换电路:接收第二功率转换电路输出的直流电压，并通过开关管的高频切换与控制，再经过LC滤波，从而输出工频正弦电压，为交流用电设备供电；漏电流检测电路:该电路检测AC输出的两根导线的共模电流，并经过滤波处理后得到漏电流,上报***；电网侧控制器:实时检测AC输出电压，计算开关管的占空比，实现AC输出电压闭环控制，并监测是否发生过压或过流故障并上报停机，同时采样漏电流；
软启电路:吸合继电器，将AC电压传送至下一级电路，在发生故障时可将***与交流负载脱离；电网侧控制器:控制软启电路的继电器；
EMC滤波器:AC电压经EMC滤波器滤除高频噪声，将电压传送至用电设备。
通讯控制器:与电网侧控制器和电池侧控制器通讯，并与整车通讯,将整车的充电指令下发至电网侧控制器和电池侧控制器,并接受上报的实时电压电流数据与故障代码。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上，去除了标准插头与充电控制盒之间连接的线缆，充电控制盒的第一端口直接接有标准插头，用于连接至标准插座，为充电器供电。实施例1中标准插头与充电控制盒之间存在线缆，在长期使用过程中，线缆与标准插头之间连接处经常扭动或拉伸，导致线缆胶衣破损，使线缆内部导线裸露，容易发生漏电触电的事故，因此将标准插头直接集成在充电控制盒上，能够避免因线缆使用导致的漏电触电的事故，使用寿命更长。
实施例3：
本实施例在实施例1的基础上，本发明将功率变换装置集成在充电枪的内部空间，将原来在充电枪外部的电路移至充电枪内部，充分利用了充电枪内部空间，节省了成本和体积，便于携带。参考图3，一种便携式电动汽车充电器，包括：
充电枪头，其外表面包含与电源插头相连的第五端口以及与电动汽车相连的直流供电端口，其内部包括依次连接的EMC滤波器、软启电路、PFC电感、第一功率转换电路、第二功率转换电路、主功率开关，第五端口与EMC滤波器连接，主功率开关与电动汽车相连的直流供电端口连接，软启电路、第一功率转换电路电连接于电网侧控制器，第二功率转换电路、主功率开关电连接于电池侧控制器，电网侧控制器和电池侧控制器通讯连接；
线缆，用于连接电源插头和第五端口，其内部包含功率连线；
电源插头，用于连接接入电网的标准插座。电源插头为公母转换插头，当充电器正向充电时，公母转换插头转换为公插头，与接入电网的标准插座相连，提供交流电压，当充电器反向放电时，公母转换插头转换为母插座，用于与外部交流用电设备的供电插头连接。充电枪头内部设有漏电流检测与绝缘检测电路和绝缘检测电路，漏电流检测与绝缘检测电路连接在软启电路和第一功率转换电路之间，绝缘检测电路连接于主功率开关，漏电流检测与绝缘检测电路与电网侧控制器电连接，绝缘检测电路与电池侧控制器电连接。充电枪头外部包含控制按键，用于控制充电器的启动、停止充电及停止放电。
本实施例的具体电路连接参考图4，电网侧控制器的型号为TMS320F280025，电池侧控制器的型号为TMS320F280025，第一功率转换电路设有2个碳化硅晶体管SiC MOS，其型号为C3M0120065K,2个绝缘栅双极型晶体管IGBT，其型号为GRW60TS65EHR,1个AL电解电容，其型号为450V 120uF 8pcs，第二功率转换电路设有4个晶体管，其型号为IPW65R041CFD7,1个隔离电感。本实施例的具体电路连接相较于实施例1，去除了线缆，其他详细连接关系参考图3类比，不在累述。

Claims (10)

1.一种便携式电动汽车充电器，其特征是，包括：
充电控制盒，其外表面设有与电网相连的第一端口以及与充电枪头相连的第二端口，在其内部设有与第一端口连接的EMC滤波器，所述EMC滤波器连接有第一功率转换电路，所述第一功率转换电路电连接有电网侧控制器，受所述电网侧控制器控制，对来自电网的交流电压进行转换与控制；
充电枪头，其外表面设有与充电控制盒相连的第三端口以及与电动汽车相连的直流供电第四端口，在其内部设有与第三端口连接的第二功率转换电路，以及与所述第二功率转换电路连接的绝缘检测电路，所述第二功率转换电路和绝缘检测电路电连接有电池侧控制器，所述第二功率转换电路受所述电池侧控制器控制，输出与电动汽车的电池电压相匹配的直流电压或电流；
线缆，用于连接第二端口和第三端口，其内部包含功率连线，用于连接第一功率转换电路和第二功率转换电路，包含信号连线，用于电网侧控制器与电池侧控制器之间的通讯。
2.根据权利要求1所述的一种便携式电动汽车充电器，其特征是，所述充电控制盒内部设有软启电路所述软启电路连接在EMC滤波器和第一功率转换电路之间，所述充电枪头内部设有主功率开关，所述主功率开关连接在第二功率转换电路和第四端口之间，并与电池侧控制器电连接。
3.根据权利要求2所述的一种便携式电动汽车充电器，其特征是，所述充电控制盒内部设有漏电流检测与绝缘检测电路，所述漏电流检测与绝缘检测电路连接于软启电路与第一功率转换电路之间，并与电网侧控制器电连接。
4.根据权利要求1所述的一种便携式电动汽车充电器，其特征是，所述充电控制盒外部包含控制按键，用于控制充电器的启动、停止充电及停止放电。
5.根据权利要求1所述的一种便携式电动汽车充电器，其特征是，所述充电控制盒的第一端口通过线缆连接有标准插头，所述标准插头用于连接至标准插座，为充电器供电。
6.根据权利要求1所述的一种便携式电动汽车充电器，其特征是，所述充电控制盒的第一端口接有标准插头，用于连接至标准插座，为充电器供电。
7.一种便携式电动汽车充电器，其特征在于，包括：
充电枪头，其外表面包含与电源插头相连的第五端口以及与电动汽车相连的直流供电端口，其内部包括依次连接的EMC滤波器、软启电路、第一功率转换电路、第二功率转换电路、主功率开关，所述第五端口与EMC滤波器连接，所述主功率开关与电动汽车相连的直流供电端口连接，所述软启电路、第一功率转换电路电连接于电网侧控制器，所述第二功率转换电路、主功率开关电连接于电池侧控制器，所述电网侧控制器和电池侧控制器通讯连接；
线缆，用于连接电源插头和第五端口，其内部包含功率连线；
电源插头，用于连接接入电网的标准插座。
8.根据权利要求7所述的一种便携式电动汽车充电器，其特征是，所述电源插头为公母转换插头，当充电器正向充电时，公母转换插头转换为公插头，与接入电网的标准插座相连，提供交流电压，当充电器反向放电时，公母转换插头转换为母插座，用于与外部交流用电设备的供电插头连接。
9.根据权利要求7所述的一种便携式电动汽车充电器，其特征是，所述充电枪头内部设有漏电流检测与绝缘检测电路和绝缘检测电路，所述漏电流检测与绝缘检测电路连接在软启电路和第一功率转换电路之间，所述绝缘检测电路连接于主功率开关，所述漏电流检测与绝缘检测电路与电网侧控制器电连接，所述绝缘检测电路与电池侧控制器电连接。
10.根据权利要求7所述的一种便携式电动汽车充电器，其特征是，所述充电枪头外部包含控制按键，用于控制充电器的启动、停止充电及停止放电。
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