CN117021979A - 一种移动充电***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种移动充电***及其控制方法，涉及车辆充电技术领域。本发明所述的移动充电***，包括发动机、发电机和电能控制单元，所述发动机与所述发电机连接，所述发电机与所述电能控制单元连接，所述电能控制单元用于与动力电池连接，所述电能控制单元用于控制所述动力电池为所述发电机提供能源，以通过所述发电机启动所述发动机，所述电能控制单元还用于在所述发动机启动后，根据所述动力电池的充电请求控制所述发动机通过所述发电机对所述动力电池进行功率跟随模式下的充电。本发明可以在车辆因动力电池储存的电能耗尽等原因无法继续行驶时，控制发动机进入充电模式对动力电池进行功率跟随模式下的充电，实现故障车辆的高效应急充电。
Description
技术领域
本发明涉及车辆充电技术领域，具体而言，涉及一种移动充电***及其控制方法。
背景技术
随着新能源汽车尤其是电动汽车的不断发展，为人们的出行带来了更多便利。电动汽车需要充换电基础设施进行充电，然而，在电动汽车行驶途中，经常发生因为没有到达充电站而动力电池中储存的电能耗尽，导致无法继续行驶的情况。
针对这种情况，现有技术通常采用充电车对故障车辆进行救援充电，然而这可能影响充电车自身的行驶，且整体效率有限，对于用户来说存在极大不便。
发明内容
本发明解决的问题是如何实现新能源汽车的高效应急充电。
为解决上述问题，本发明提供一种移动充电***及其控制方法。
第一方面，本发明提供一种移动充电***，包括发动机、发电机和电能控制单元，所述发动机与所述发电机连接，所述发电机与所述电能控制单元连接，所述电能控制单元用于与动力电池连接，所述电能控制单元用于控制所述动力电池为所述发电机提供能源，以通过所述发电机启动所述发动机，所述电能控制单元还用于在所述发动机启动后，根据所述动力电池的充电请求控制所述发动机通过所述发电机对所述动力电池进行功率跟随模式下的充电。
可选地，所述电能控制单元包括逆变整流器、驱动电路和控制电路，所述逆变整流器与所述发电机连接，所述逆变整流器用于与所述动力电池连接，所述控制电路用于通过所述驱动电路控制所述逆变整流器的运行状态。
可选地，所述控制电路具体用于：当所述电能控制单元控制所述动力电池为所述发电机提供能源时，控制所述逆变整流器为逆变状态，当所述电能控制单元控制所述发动机通过所述发电机对所述动力电池充电时，控制所述逆变整流器为整流状态。
可选地，所述控制电路通过CAN总线与所述发动机连接，所述控制电路用于通过CAN总线与所述动力电池连接，所述控制电路用于根据所述动力电池经所述CAN总线传输的所述充电请求生成控制指令，并将所述控制指令经所述CAN总线传输到所述发动机。
可选地，所述逆变整流器包括动力输出口，所述动力电池包括直流充电口，所述动力输出口用于与所述直流充电口连接，当所述动力电池为所述发电机提供能源时，所述直流充电口向所述动力输出口提供能源，当所述发动机通过所述发电机对所述动力电池充电时，所述动力输出口向所述直流充电口提供能源。
可选地，所述发电机包括永磁同步电机，所述永磁同步电机分别与所述逆变整流器及所述发动机连接，所述永磁同步电机的各相分别与所述逆变整流器的各桥对应连接。
可选地，所述发电机还包括位置传感器，所述位置传感器用于检测所述永磁同步电机的转子位置，并将所述转子位置发送至所述控制电路，所述控制电路用于根据所述转子位置控制所述永磁同步电机的运行状态。
可选地，所述移动充电***还包括启动电源，所述启动电源分别与所述发动机及所述电能控制单元连接，所述启动电源用于唤醒所述发动机及所述动力电池。
可选地，所述移动充电***还包括移动车体，所述发动机、所述发电机和所述电能控制单元均设置在所述移动车体上。
第二方面，本发明提供一种移动充电***的控制方法，应用于上述移动充电***，包括：
在连接动力电池，通过所述动力电池为发电机提供能源，以通过发电机启动发动机后，获取所述动力电池的充电请求；
根据所述充电请求进行通讯握手；
控制所述发动机通过所述发电机对所述动力电池充电。
本发明的移动充电***，可以在车辆的动力电池因储存的电能即将或者已经耗尽等原因不能工作，且附近没有充电桩，导致车辆无法继续行驶时，将动力电池与电能控制单元连接，由于动力电池通常还留有一部分电能(约10％至20％)，可以通过动力电池为发电机提供能源，此时发电机处于动力状态，从而实现发动机的启动；当发动机启动后，若电能控制单元接收到动力电池的充电请求，控制发动机开始逆向发电使***的电压瞬间高出发电机电压，即将发电机从动力状态转换为发电状态，从而进入充电模式对动力电池进行功率跟随模式下的充电，使得发动机和发电机工作在高效区域，实现故障车辆的高效应急充电。另外，该移动充电***也可以在固定位置对车辆进行充电。
附图说明
图1为本发明实施例的移动充电***的组成示意图一；
图2为本发明实施例的移动充电***的具体电路设置示意图；
图3为本发明实施例的移动充电***的组成示意图二；
图4为本发明实施例的发动机功率曲线示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供一种移动充电***，包括发动机、发电机和电能控制单元，所述发动机与所述发电机连接，所述发电机与所述电能控制单元连接，所述电能控制单元用于与动力电池连接，所述电能控制单元用于控制所述动力电池为所述发电机提供能源，以通过所述发电机启动所述发动机，所述电能控制单元还用于在所述发动机启动后，根据所述动力电池的充电请求控制所述发动机通过所述发电机对所述动力电池进行功率跟随模式下的充电。
具体地，移动充电***包括发动机、发电机和电能控制单元(Power ControlUnit，简称PCU)，发动机和发电机之间可以通过纯机械连接，发电机与电能控制单元之间可以通过高压三相母线连接，电能控制单元与动力电池之间可以通过高压直流母线连接。当动力电池因储存的电能耗尽等原因不能工作，且附近没有充电桩，导致车辆无法继续行驶时，将动力电池与电能控制单元连接，动力电池为发电机提供能源，从而启动发动机；当电能控制单元接收到动力电池的充电请求(例如充电报文)后，控制发动机开始逆向发电使***的电压瞬间高出发电机电压，即将发电机从动力状态转换为发电状态，从而进入充电模式对动力电池进行充电；既可以通过应急方式对故障车辆进行充电，也可以在固定位置对车辆进行充电。
其中，结合图4所示，可以通过设计定点高效发动机发电，采用功率跟随模式，即发动机根据负载(动力电池)需求实时调整输出功率的工作模式，旨在确保发动机能够稳定地提供所需的电力输出，以满足负载需求，并在负载变化时进行调整，使得发动机一直运行在高效区域，运行高效区平均能达到42％以上，同时弱化发动机的其它功能开发，凸显发动机的低成本控制；在图4中，横坐标表示发动机转速，纵坐标表示发动机扭矩，各处分布的圆点表示功率跟随下功率的需求按照发动机最优功率曲线上运行，需要保证发动机的高效区及最优功率曲线能和发电机的高效区及运行点充分捏合，通常可以通过对动力电池需求充电功率进行不同倍率的分析，以及在不同充电阶段设置对应的充电倍率来实现。
其中，在发动机通过发电机进行发电时，可以通过发电机内置线圈发热消耗发动机发电能量，以及在电路中设计金属电阻发热，使得发动机在全功率区间都能得到有效的管理和失效处理。
其中，电能控制单元与动力电池连接时，可以在动力电池上设置多个引脚，分别用于高压正极、高压负极、保护接地、快充CanH、快充CanL、充电站端连接确认、整车端连接确认、BMS唤醒电源正极和BMS唤醒电源负极等功能。
可选地，所述电能控制单元包括逆变整流器、驱动电路和控制电路，所述逆变整流器与所述发电机连接，所述逆变整流器用于与所述动力电池连接，所述控制电路用于通过所述驱动电路控制所述逆变整流器的运行状态。
具体地，结合图2所示，电能控制单元包括逆变整流器、驱动电路和控制电路，逆变整流器分别与发电机及动力电池连接，若发电机为交流发电机，交流发电机通过转子和定子之间的电磁感应产生交流电，通过逆变整流器将交流电转换为直流电后，在动力电池(例如铅酸电池、镍镉电池)中进行储存，若发电机为直流发电机，直流发电机通过转子和定子之间的电磁感应产生交流电，通过逆变整流器将直流电转换为交流电后，在动力电池(例如部分内置电源转换器的锂电池)中进行储存。
其中，驱动电路可以使用功率晶体管或绝缘栅双极型晶体管作为开关元件，从而控制逆变器电流的流动。
其中，控制电路通常包括微控制器或数字信号处理器，用于监测输入电源和输出负载的状态，并根据需要调整逆变整流器的运行状态；移动充电***的通讯控制接口都集中到控制电路，有利于通讯解码，提高运行转换速度，降低快充对动力电池的影响。
可选地，所述控制电路具体用于：当所述电能控制单元控制所述动力电池为所述发电机提供能源时，控制所述逆变整流器为逆变状态，当所述电能控制单元控制所述发动机通过所述发电机对所述动力电池充电时，控制所述逆变整流器为整流状态。
具体地，当电能控制单元控制动力电池为发电机提供能源时，控制电路控制逆变整流器为逆变状态，将动力电池提供的直流电转换为交流电，当电能控制单元控制发动机通过发电机对动力电池充电时，控制电路控制逆变整流器为整流状态，将发电机提供的交流电转换为直流电。
可选地，所述控制电路通过CAN总线与所述发动机连接，所述控制电路用于通过CAN总线与所述动力电池连接，所述控制电路用于根据所述动力电池经所述CAN总线传输的所述充电请求生成控制指令，并将所述控制指令经所述CAN总线传输到所述发动机。
具体地，结合图2所示，控制电路与发动机以及动力电池之间通过CAN总线连接，例如控制电路、发动机以及动力电池设置CAN总线接口来进行通信(可以是双向通信)，通过CAN总线发送器和接收器进行充电请求(例如充电报文)和控制指令等数据的传输，例如将控制电路的CAN接收器连接到发动机的CAN发送器，将控制电路的CAN发送器连接到发动机的CAN接收器，并使用相同的CAN总线通信协议(例如GBT27930-2015等)来进行数据传输和交互。
其中，控制电路可以向发动机发送控制命令和调整参数，同时从发动机接收状态信息和传感器数据，控制电路可以通过CAN总线发送指令、设定转速以及读取发动机参数等，发动机也可以将转速、温度、油压等数据通过CAN总线传输给控制电路。
其中，动力电池通常包括电池管理***(Battery Management System，简称BMS)，BMS负责监测电池的电压、电流、温度等参数，并对电池进行管理和保护，控制电路通过与BMS的通信接口连接，获取电池的状态信息，并相应地控制充电过程。
可选地，所述逆变整流器包括动力输出口，所述动力电池包括直流充电口，所述动力输出口用于与所述直流充电口连接，当所述动力电池为所述发电机提供能源时，所述直流充电口向所述动力输出口提供能源，当所述发动机通过所述发电机对所述动力电池充电时，所述动力输出口向所述直流充电口提供能源。
具体地，逆变整流器包括动力输出口，动力电池包括直流充电口，动力输出口与直流充电口连接，即逆变整流器的直流输出端与动力电池的直流输入端相连接，将逆变整流器的正极连接到电池的正极，将逆变整流器的负极连接到电池的负极，动力电池为发电机提供能源时，通过直流充电口向动力输出口提供能源，发动机通过发电机对动力电池充电时，通过动力输出口向直流充电口提供能源。
可选地，所述发电机包括永磁同步电机，所述永磁同步电机分别与所述逆变整流器及所述发动机连接，所述永磁同步电机的各相分别与所述逆变整流器的各桥对应连接。
具体地，结合图2所示，发电机包括永磁同步电机，使得运行高效点平均能达到95％以上，以三相永磁同步电机为例，三相永磁同步电机的A相与逆变整流器的A相(对应桥)输入连接，B相和C相同理；永磁同步电机与发动机的输出轴相连，可以采用机械传动装置进行动力传输，例如联轴器和减速器等，以确保永磁同步电机能够与发动机的输出轴相匹配并传递动力。
可选地，所述发电机还包括位置传感器，所述位置传感器用于检测所述永磁同步电机的转子位置，并将所述转子位置发送至所述控制电路，所述控制电路用于根据所述转子位置控制所述永磁同步电机的运行状态。
具体地，结合图2所示，发电机还包括位置传感器(Position Sensor，简称PS)，通过位置传感器检测永磁同步电机的转子位置，以实现准确的电机控制。常见的转子位置传感器包括霍尔传感器、编码器、磁场传感器等，用于测量转子的角度或位置。
其中，发电机还可以包括电流传感器，用于测量电机相的电流，以进行电流控制和故障检测。常见的电流传感器包括霍尔效应传感器、电流变压器、电阻器等。
其中，发电机还可以包括温度传感器，用于测量永磁同步电机的温度，实现过温保护和热管理。常见的温度传感器包括热敏电阻、热电偶、温度传感器芯片等。
其中，发电机还可以包括速度传感器，用于测量永磁同步电机的转速或线速度，实现闭环控制和速度反馈。常见的速度传感器包括霍尔传感器、光电传感器、编码器等。
其中，发电机还可以包括振动传感器，用于监测永磁同步电机的振动和运行状况，例如检测不平衡、轴承故障、机械共振等问题。
可选地，所述移动充电***还包括启动电源，所述启动电源分别与所述发动机及所述电能控制单元连接，所述启动电源用于唤醒所述发动机及所述动力电池。
具体地，结合图3所示，移动充电***还包括启动电源(例如12V启动电源)，启动电源分别与发动机及电能控制单元连接，在极寒低温的环境下，通过启动电源唤醒发电机及动力电池，对动力电池进行电脉冲加热，从而解决低温环境下电池不能充电的难题。
其中，启动电源包括起动机和蓄电池，起动机与发动机可以采用机械连接，蓄电池与电能控制单元通过12V低压电连接。
其中，启动电源还可以包括电源管理器、控制器和保护装置等，电源管理器负责对蓄电池进行管理和控制，可以监测蓄电池的电压、电流、温度等参数，并根据需求调整蓄电池的输出，控制器用于对启动电源进行控制和监测，可以接收来自控制电路的指令，并根据指令控制启动电源的开关和充放电过程等，保护装置用于保护启动电源和相关设备免受过电流、过电压、短路和过温等异常情况的影响。
可选地，所述移动充电***还包括移动车体，所述发动机、所述发电机和所述电能控制单元均设置在所述移动车体上。
具体地，移动充电***还包括移动车体，发动机、发电机和电能控制单元均设置在移动车体上，例如工具车和箱体车上(若车辆后备箱空间足够，可整体放置在后备箱中)，有利于拖动对故障车辆进行高效应急充电。
本发明另一实施例提供一种移动充电***的控制方法，应用于上述移动充电***，包括：
在连接动力电池，通过所述动力电池为发电机提供能源，以通过发电机启动发动机后，获取所述动力电池的充电请求。
具体地，将移动充电***与动力电池连接，通过动力电池为发电机提供能源，从而启动发动机，动力电池的电池管理***被激活后，发送充电报文至电能控制单元。
根据所述充电请求进行通讯握手。
具体地，电能控制单元根据充电请求进行通讯握手，然后检测各绝缘可靠性，当检测到动力线(图2所示的加粗线)满足预设电压值范围时，电能控制单元发送驱动发动机的功率需求至动力电池，使动力电池接通。
控制所述发动机通过所述发电机对所述动力电池进行功率跟随模式下的充电。
具体地，电能控制单元控制发电机启动，发电机带动发动机点火成功，发动机开始逆向发电使***电压瞬间高出发电机电压，从而进入充电模式。
其中，电池管理***可以根据动力电池提供的报文控制动力电池在对应的充电模式下进行充电。
虽然本发明披露如上，但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种移动充电***，其特征在于，包括发动机、发电机和电能控制单元，所述发动机与所述发电机连接，所述发电机与所述电能控制单元连接，所述电能控制单元用于与动力电池连接，所述电能控制单元用于控制所述动力电池为所述发电机提供能源，以通过所述发电机启动所述发动机，所述电能控制单元还用于在所述发动机启动后，根据所述动力电池的充电请求控制所述发动机通过所述发电机对所述动力电池进行功率跟随模式下的充电。
2.根据权利要求1所述的移动充电***，其特征在于，所述电能控制单元包括逆变整流器、驱动电路和控制电路，所述逆变整流器与所述发电机连接，所述逆变整流器用于与所述动力电池连接，所述控制电路用于通过所述驱动电路控制所述逆变整流器的运行状态。
3.根据权利要求2所述的移动充电***，其特征在于，所述控制电路具体用于：当所述电能控制单元控制所述动力电池为所述发电机提供能源时，控制所述逆变整流器为逆变状态，当所述电能控制单元控制所述发动机通过所述发电机对所述动力电池充电时，控制所述逆变整流器为整流状态。
4.根据权利要求2所述的移动充电***，其特征在于，所述控制电路通过CAN总线与所述发动机连接，所述控制电路用于通过CAN总线与所述动力电池连接，所述控制电路用于根据所述动力电池经所述CAN总线传输的所述充电请求生成控制指令，并将所述控制指令经所述CAN总线传输到所述发动机。
5.根据权利要求2所述的移动充电***，其特征在于，所述逆变整流器包括动力输出口，所述动力电池包括直流充电口，所述动力输出口用于与所述直流充电口连接，当所述动力电池为所述发电机提供能源时，所述直流充电口向所述动力输出口提供能源，当所述发动机通过所述发电机对所述动力电池充电时，所述动力输出口向所述直流充电口提供能源。
6.根据权利要求2所述的移动充电***，其特征在于，所述发电机包括永磁同步电机，所述永磁同步电机分别与所述逆变整流器及所述发动机连接，所述永磁同步电机的各相分别与所述逆变整流器的各桥对应连接。
7.根据权利要求6所述的移动充电***，其特征在于，所述发电机还包括位置传感器，所述位置传感器用于检测所述永磁同步电机的转子位置，并将所述转子位置发送至所述控制电路，所述控制电路用于根据所述转子位置控制所述永磁同步电机的运行状态。
8.根据权利要求1所述的移动充电***，其特征在于，还包括启动电源，所述启动电源分别与所述发动机及所述电能控制单元连接，所述启动电源用于唤醒所述发动机及所述动力电池。
9.根据权利要求1至8任一项所述的移动充电***，其特征在于，还包括移动车体，所述发动机、所述发电机和所述电能控制单元均设置在所述移动车体上。
10.一种移动充电***的控制方法，应用于权利要求1至9任一项所述的移动充电***，其特征在于，包括：
在连接动力电池，通过所述动力电池为发电机提供能源，以通过发电机启动发动机后，获取所述动力电池的充电请求；
根据所述充电请求进行通讯握手；
控制所述发动机通过所述发电机对所述动力电池进行功率跟随模式下的充电。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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