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技术领域

本实用新型涉及光伏发电及电动汽车充电技术领域，涉及一种车载充电管理系统。

背景技术

电动汽车具有无排放污染、噪声低、易于操纵、维修以及运行成本低等优点，并在环保和节能上具有不可比拟的优势，它是解决当今社会巨大能源消耗和环境压力的有效途径。

目前电动汽车的充电方式主要分为常规充电方式和快速充电方式。目前制约电动汽车发展的一大瓶颈便是与电池相关的问题：

首先，常规充电方式采用恒压、恒流的传统充电方式对电动汽车进行充电。在家中或停车场，典型的充电时间为8～10小时。而在小型充电站，典型的充电时间为1～2小时。针对常规充电方式存在的充电时间长和充电设施数量有限的局限性，有相关专利提出利用安装在车顶的光伏电池构建一套光伏充电系统，对动力电池组进行充电，延长电动汽车续航里程。然而这类光伏充电系统大多从户用光伏储能系统演变而来，其核心部分是光伏控制器，存在散热性差、抗震性差等诸多安全隐患，不能满足对电动汽车规定的要求。

其次，快速充电也可称为迅速充电或应急充电，其目的是在短时间内给电动汽车充满电，充电时间与燃油车的加油时间接近。大型充电站(机)多采用这种充电方式快速给电动汽车充电，但是，快速充电很难将电池充满，一次性充电续驶里程短，受到循环寿命的限制等。

因此，如何延长电动汽车的行驶距离和动力电池组的使用寿命成为本领域技术人员面临的一大难题。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型提出一种车载充电管理系统，该车载充电管理系统主要包括柔性太阳能电池组件、太阳能充电机、地面充电机、电池管理系统及电动汽车本体。柔性太阳能电池组件获取光能并将其转化为电能，太阳能充电机根据电动汽车本体内的动力电池组的电量信息以及是否正在接收地面充电机充电，调整柔性太阳能电池组件为所述电动汽车本体充电的模式，该技术方案具体为：

一种车载充电管理系统，其中，所述车载充电管理系统包括：

电动汽车本体，包括动力电池组，储存电能并为所述电动汽车本体提供电能；

柔性太阳能电池组件，安装于所述电动汽车本体上，获取太阳能，并将太阳能转化为电能；

太阳能充电机，分别与所述柔性太阳能电池组件及所述动力电池组连接，获取所述柔性太阳能电池组件的电能，为所述动力电池组充电的充电模式并为所述动力电池组充电。

上述的车载充电管理系统，其中，所述车载充电管理系统还包括地面充电机，所述地面充电机与所述动力电池组连接，为所述动力电池组充电。

上述的车载充电管理系统，其中，所述车载太阳能充电机与所述电动汽车本体的所述动力电池组通过一通讯单元通讯。

上述的车载充电管理系统，其中，所述车载充电管理系统还包括一电池管理系统，所述电池管理系统提供所述动力电池组的参数信息。

上述的车载充电管理系统，其中，所述参数信息包括容量信息、功能状态信息和健康状态信息。

上述的车载充电管理系统，其中，所述太阳能充电机通过一第一控制器局域网络接入所述电池管理系统。

上述的车载充电管理系统，其中，所述太阳能充电机根据所述动力电池组的容量信息及所述地面充电机的充电信息，自动调整为所述动力电池组充电的充电模式。

上述的车载充电管理系统，其中，所述太阳能充电机通过一第二控制器局域网络获取所述动力电池组接受所述地面充电机的充电信息。

上述的车载充电管理系统，其中，所述的太阳能充电机由两路交错并联的Boost电路构成，再辅以电站级的MPPT控制技术，不仅能减小系统体积和提高充电效率，而且还能增强系统抗震性和散热性。

上述的车载充电管理系统，其中，所述的太阳能充电机的MPPT控制技术不仅借鉴大型地面光伏电站应用经验，动静态跟踪效率高，而且还能通过第一控制器局域网和第二控制器局域网响应所述电池管理系统的调度。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

(1)在传统电动汽车充电系统上，增加柔性太阳能电池组件和太阳能充电机，获取太阳能电力，延长电动汽车行驶里程；

(2)根据动力电池组的电量信息和地面充电机的充电信息，自动调整充电模式，延长动力电池组的使用寿命；太阳能充电机的引入，不影响地面充电机；

(3)的正常使用；

(4)太阳能充电机由两路交错并联的Boost电路构成，再辅以电站级的MPPT控制技术，不仅能减小系统体积和提高充电效率，而且还能增强系统抗震性和散热性；

(5)基于现有电动汽车的通信架构，该车载充电管理系统内的太阳能充电机和地面充电机可以即插即用，不用更改电池管理系统、仪表和整车之间的通信协议。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本实用新型的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本实用新型范围的限制。

图1为本实用新型一实施例中车载充电管理系统架构图；

图2为本实用新型一实施例中太阳能充电机内部原理图；

图3为本实用新型一实施例中车载太阳能充电机算法控制框架图。

具体实施方式

为了让具备本项实用新型所属领域常规知识的人员轻松实施本项实用新型，参照下面所示的附图，对本项实用新型的实例进行详细说明。但，本项实用新型可按照不同的形态实施，不仅仅局限于在此说明的实例。为了更加明确地说明本项实用新型，省略了图纸中与说明无关的部分；而且，在整个说明书中，向类似部分赋予类似的图纸符号。

在本项实用新型的整个说明书中，某一个部分与另一个部分的“连接”，不仅包括“直接连接”，还包括通过其他元器件相连的“电气性连接”。

在本项实用新型的整个说明书中，某一个部件位于另一个部件的“上方”，不仅包括某一个部件与另一个部件相接处的状态，还包括两个部件之间还设有另一个部件的状态。

在本项实用新型的整个说明书中，某个部分“包括”某个构成要素是指，在没有特别禁止器材的前提下，并不是排除其他构成要素，而是还能包括其他构成要素。

在本项实用新型的整个说明书中采用的程度用语“约”、“实质上”等，如果提示有制造及物质容许误差，就表示相应数值或接近该数值；其目的是，防止不良人员将涉及准确数值或绝对数值的公开内容用于不当用途。在本项实用新型的整个说明书中使用的程度用语“～(中的)阶段”或“～的阶段”，并不是“为了～的阶段”。

本说明书中的‘部件’是指，由硬件构成的单元(unit)、由软件构成的单元、由软件和硬件构成的单元。

另外，一个单元可由两个以上的硬件构成或者两个以上的单元由一个硬件构成。本说明书中，通过终端、装置或设备实施的操作或功能，其中的一部分可利用与相应终端、装置或设备相连的服务器代替实施。同样，通过服务器实施的操作或功能，其中的一部分也可以利用与该服务器相连的终端、装置或设备代替实施。接下来，参照附图，对本项实用新型的实例进行详细说明。

参见图1所示结构，本实用新型提供一种车载充电管理系统，主要用于太阳能和电网为电动汽车本体充电，该车载充电管理系统包括电动汽车本体5、柔性太阳能电池组件1、太阳能充电机2以及地面充电机9，其中：

柔性太阳能电池组件1安装于所述电动汽车本体5上，获取太阳能，并将太阳能转化为电能，作为一种较佳的实施方式，柔性太阳能电池组件1安装在电动汽车本体5的较易接收光线的位置，例如，车顶。

太阳能充电机，分别与柔性太阳能电池组件1及电动汽车本体5连接，获取并储存柔性太阳能电池组件1转化为的电能，为电动汽车本体5充电。

在本实用新型一个优选实施例中，车载充电管理系统还包括动力电池组4和底面充电机9。

动力电池组4安装在电动汽车本体5上，即与电动汽车本体5连接，该动力电池组接收外界输送而来的电能并将其储存，以为所述电动汽车本体5输送电能。

地面充电机9，与动力电池组4连接，以为所述动力电池组充电，底面充电机9为动力电池组4充电的模式与传统意义上的通过地面充电机/地面充电桩为电动汽车本体充电的原理及意义无本质上的差别。

在此基础上，进一步的，车载太阳能充电机2与电动汽车本体5的动力电池组4通过一通讯单元通讯。

在此基础上，更进一步的，该车载充电管系统包括一电池管理系统6，电池管理系统6提供动力电池组4的参数信息，该参数信息主要包括动力电池组4的容量信息、功能状态信息和健康状态信息。

在此基础上，更进一步的，太阳能充电机通过一第一控制器局域网络CAN1(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络，简称CAN)接入电池管理系统6中，与此同时，所述太阳能充电机2通过一第二控制器局域网络获取动力电池组4是否接受所述地面充电机充电的信息。

在此基础上，更进一步的，太阳能充电机2根据动力电池组4的容量信息及是否接受所述地面充电机9的充电调整为所述动力电池组4充电的充电模式，例如，当电动汽车5的动力电池组4的电池容量较低时，且检测到电动汽车5正在行驶，则太阳能充电机以最大的功率为动力电池组4充电，当检测到动力电池组4的电池容量较高时，则太阳能充电机2以小电流涓流的方式为动力电池组4充电。

下面以一具体实施例进行阐述：

下表为太阳能充电机2根据动力电池组4的容量信息以及动力电池组4是否正在接收地面充电机/桩9充电来调整太阳能才充电机2给动力电池组4充电的充电模式：

从表中可以看出，在状态0下，柔性太阳能电池组件1中没有电(光照弱)，地面充电机9未给动力电池组4充电，电动汽车本体5的低压电源开关关闭；而在状态1下，柔性太阳能电池组件1有电(光照强)，地面充电机9未给动力电池组4充电，电动汽车本体5的低压电源开关关闭，同时在状态0下，BMS(电池管理系统，BatteryManagementSystem，电池管理系统，简称BMS)没有被激活(也就是说BMS没有通过电动汽车本体5自身低压电源开关或地面充电机/桩9激活)。因此，当从状态0切换到状态1时，车载太阳能充电机2通过第一控制器局域网络CAN1检测不到BMS发送到电动汽车本体5仪表盘的数据信息。此时，车载太阳能充电机2只有闭合内部继电器，通过太阳能充电机2的V+和V-输出激活信号激活BMS，获取动力电池组4和电动汽车本体5的相关信息后，才能将柔性太阳能电池组件1的电能存储到动力电池组4。

在状态2的条件下，电动汽车本体5的低压电源开关开启，此时柔性太阳能电池组件1有电(光照强)，地面充电机9未给动力电池组4充电，当从状态1切换到状态2时此时，无论电动汽车本体5是处于停车，还是处于行车状态，电池管理系统(BMS)6的逻辑激活电路都能保证太阳能充电机2发出的BMS激活信号不会锁定电动汽车本体5的行车逻辑，即电动汽车本体5行车中太阳能充电机2也能正常充电。

在状态3的条件下，电动汽车本体5的低压电源开关关闭，此时柔性太阳能电池组件1中有电(光照强)，地面充电机9给动力电池组4充电，同时电动汽车本体5处于停车状态。此时电动汽车5通过地面充电机9充电，并且通过充电口7发出BMS激活信号。只要检测到地面充电机9发出BMS激活信号，车载太阳能充电机2就断开内部继电器，停止通过V+和V-输出BMS激活信号。具体检测方法是：太阳能充电机2实时监听第二控制器局域网络CAN2的网络信号，如果监听到地面充电机9和电动汽车本体5的电池管理系统6之间有信息交换时就认为地面充电机已插入充电口7，开始充电，并发出BMS激活信号。实际上，这种依靠通讯网络的检测方法存在一定延迟，有可能会出现车载太阳能充电机的BMS激活信号和地面充电机的激活信号同时存在的情况。添加一个防环流二极管(图2中的二极管20)，能保证上述两路激活信号出现时，两路电源之间没有环流，保证系统可靠运行。

另外，当车载太阳能充电机2通过监听CAN2网络信号判定地面充电机9充电结束，并且动力电池组4的容量信息显示动力电池组中的电池容量较高时，太阳能充电机2自动调整充电模式不再是柔性太阳能电池组件1可能发出的最大功率，而是对动力电池组4长时间小电流涓流充电以改善其充电状态，延长动力电池组4使用寿命。显然，动力电池组4的容量较低时，太阳能充电机2再次自动调整充电模式，将柔性太阳能电池组件1可能发出的最大功率转移至动力电池组4。

在状态4的条件下，电动汽车本体5的低压电源开关开启，此时柔性太阳能电池组件1有电(光照强)，地面充电机9给动力电池组4充电，电动汽车5的低压电源开启，电动汽车5理应可以行车运行。但是，BMS激活逻辑电路8检测到地面充电机9的BMS激活信号，判定电动汽车5正在通过地面充电机充电，为了保证安全，锁定电动汽车5的行车逻辑，即地面充电机9充电时，电动汽车5不能行车。

在状态5和状态6中，当柔性太阳能电池组件1没电时，电池管理系统6的逻辑激活电路能保证地面充电机9充电时，电动汽车5不能行车。

参见图2所示结构，作为本实用新型一个优选实施例，太阳能充电系统的核心部件车载太阳能充电机2包括由输入侧熔断器10、储能电容11、Boost1回路12、滤波电容13、防冲击功率二极管14、滤波电感15、输出侧熔断器16、Boost2回路17、数字信号处理器18、电压电流调理电路19、防环流二极管20、电源模块21、IGBT驱动电路22组成。

该太阳能充电机2由两路交错并联的Boost电路构成，不仅能减小系统体积，增强系统抗震性，而且还能保证系统良好的散热性。同时，Boost路数(即最大功率跟踪MPPT路数)的增加，在同等功率情况下降低了每路的开路电压，降低了系统绝缘要求，保证系统的安全和稳定。防环流二极管20是为了解决车载太阳能充电机和地面充电机/桩同时激活BMS时产生的环流问题。在传统Boost电路的基础上，输出端增加一个防冲击功率二极管14，用于解决高压动力电池组单独上电时对输出电容产生的电流冲击问题；另外，在输出端增加一个滤波电感15，用于解决充电电流的尖峰问题。

如图3所示，优选的，太阳能充电机2的工作过程如下：

由电压电流调理电路19检测：柔性太阳能电池组件1电压Upv1、Upv2，电流Ipv1、Ipv2；动力电池组4的总电压Ubat。根据模拟量检测和CAN1通讯结果，在数字信号处理器18上进行以下逻辑操作：上述各模拟量和动力电池组4的电池容量值、单体最高电压以及单体最高温度经过状态监视23后，判定充电机的工作与否。监视过程如下：不断判断Upv1、Upv2和Ubat是否过压；Ipv1和Ipv2是否过流；动力电池组4的电池容量值是否大于或等于100％；单体最高电压以及单体最高温度是否超限。如果上述任何一个判断项成立，则车载太阳能充电机2的封锁脉冲26输出，停止工作。

反之，则解封脉冲。最大功率跟踪中的MPPT1根据输入的Upv1和Ipv1计算其参考电压Upv1ref，最大功率跟踪中的MPPT2根据输入的Upv2和Ipv2计算其参考电压Upv2ref，再结合动力电池组4的总电压Ubat，计算各自在占空比生成25中的占空比d1和d2。计算公式为：d1＝1-Upv1ref/Ubat，d2＝1-Upv2ref/Ubat。最后，各路的占空比(调制信号)在调制波生成26(MCU芯片的ePWM模块)中，与三角载波比较生成对应的调制信号m1和m2。调制信号通过IGBT驱动电路22的功率放大后驱动相应的IGBT，使其按照一定规律开关动作，就能追踪柔性太阳能电池组件1的最大功率，并将其升压后通过高压配电箱3充入电动汽车本体5的动力电池4。滤波电感15保证充入动力电池组4的电流纹波较小，尽量减小对动力电池组4的损伤。

综上所述，本实用新型提出的车载充电管理系统主要包括柔性太阳能电池组件、太阳能充电机、地面充电机、电池管理系统及电动汽车本体。柔性太阳能电池组件获取光能并将其转化为电能，太阳能充电机根据电动汽车本体内的动力电池组的电量信息以及是否正在接收地面充电机充电，自动调整柔性太阳能电池组件为所述电动汽车本体充电的模式。其中，太阳能充电机由两路交错并联的Boost电路构成，再辅以电站级的MPPT控制技术，不仅能减小系统体积和提高充电效率，而且还能增强系统抗震性和散热性。另外，MPPT控制技术不仅借鉴大型地面光伏电站应用经验，动静态跟踪效率高，而且还能通过第一控制器局域网和第二控制器局域网响应所述电池管理系统的调度。

前面所述的本项实用新型相关说明只限于某一个实例；只要是具备本项实用新型所属技术领域的常规知识，在无需变更本项实用新型技术性思想或者必要特点，就能将本项实用新型变更为其他形态。因此，前面所述的实例涵盖本项实用新型的任何一种实施形态，并不仅仅局限于本说明书中的形态。例如，定义为单一型的各构成要素可分散实施；同样，定义为分散的构成要素，也能以结合形态实施。

本项实用新型的范畴并不局限于上述详细说明，可涵盖后面所述的专利申请范围；从专利申请范围的定义、范围以及同等概念中导出的所有变更或者变更形态均包括在本项实用新型的范畴内。