1.本发明涉及电动汽车充电系统，尤其涉及一种电动汽车快充系统及其控制方法。


背景技术：

2.在新能源汽车快速发展的今天，电动汽车的快速能源补给问题成了消费者购车最关心的。目前市场上车型大部分采用obc和直流快充两种方案，obc适用于停车家用慢充桩；直流快充受电池系统电压规格和充电枪线线径限制，充电时间相对较长，用户体验性较差。而《电动汽车充电桩产业发展白皮书》的数据调查显示“充电难(56%)”和“远行难(51%)”是制约新能源汽车发展的两大主要因素，因此，缩短电动汽车的充电时长是未来市场的趋势，故而寻求高电压平台技术和与之配套的超级充电桩是市场所趋。
3.现有电动汽车快速充电系统，一般包括：800v动力电池包、车载充电机、电压转换器、负载、整车配电盒pdu。而目前使用的硅基igbt的耐压等级在600-750v，能在800v平台上使用的高压igbt产品并不多，存在着损耗高、效率低、成本高等缺点。因此电动汽车快速充电系统必须使用耐压等级较高的sic器件替代igbt，但sic器件成本昂贵，且目前资源短缺，不利于大规模批量生产。且电压转换器的使用也增加了成本。此方案放弃，成本过高。
4.因此，如何设计一种可以实现电动汽车快充功能，又能降低成本的快充系统及其控制方法是业界亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种电动汽车快充系统及其控制方法。
6.本发明采用的技术方案是设计一种电动汽车快充系统，其包括依次连接的交流充电接口、三端车载充电器、动力电池包、第六开关k6、整车配电盒、负载，以及通过第四开关k4连接动力电池包的直流充电接口，还有车载控制器，其中所述三端车载充电器，其交流接口连接交流充电接口，其直流高压接口连接动力电池包的输入端，其直流低压接口连接整车配电盒；所述动力电池包包括第一电池、第二电池、第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3，动力电池包的正极输入端in+连接第一电池的一端和第一开关k1的一端，动力电池包的负极输入端in-连接第二开关k2的一端、第二电池的一端和动力电池包的负极输出端out-，第一开关k1的另一端连接第三开关k3的一端、第二电池的另一端和动力电池包的正极输出端out+，第一电池的另一端连接第二开关k2的另一端和第三开关k3的另一端；所述车载控制器根据直流充电接口的是否支持快充，控制第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3，第四开关k4、第六开关k6动作，对动力电池包进行慢速充电或快速充电。
7.在一个方案中，所述三端车载充电器直流高压接口与动力电池包输入端之间串接第七开关k7；所述三端车载充电器采用额定输入电压为400v的三端车载充电器，动力电池包输出端与整车配电盒之间串接第五开关k5和高压dcdc模块。
8.在另一个方案中，所述三端车载充电器采用额定输入电压为800v的三端车载充电
器。
9.动力电池包输出端与整车配电盒之间串接第五开关k5和高压dcdc模块。
10.所述负载包括空调压缩机、整车加热器、前轮电机、后轮电机、低压负载和低压电池。
11.所述第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3，第四开关k4、第五开关k5、第六开关k6、第七开关k7采用继电器。
12.本发明还设计了一种电动汽车快充系统的控制方法，所述电动汽车快充系统采用上述的电动汽车快充系统，所述控制方法包括交流充电模式和直流充电模式，在直流充电模式中判断直流充电接口的是否支持快充，在直流充电接口支持快充时，控制第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3动作，使第一电池和第二电池组成串联，设置直流充电接口输出高电压对动力电池包进行快速充电；在直流充电接口不支持快充时，控制第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3动作，使第一电池和第二电池组成并联，设置直流充电接口输出低电压对动力电池包进行快速充电。
13.在第一实施方案中，所述三端车载充电器采用额定输入电压为400v的三端车载充电器，动力电池包输出端与整车配电盒之间串接第五开关k5和高压dcdc模块时，所述控制方法包括如下具体步骤：步骤1、电动汽车插枪与直流充电接口插接，车载控制器与直流充电桩进行通讯；步骤10、判断直流充电桩是否支持快速充电，是则转步骤12，否则转步骤22；步骤12、断开第一开关k1 、第二开关k2，闭合第三开关k3，第一电池和第二电池组成串联，向直流充电接口请求输出高电压；随后断开第六开关k6和第七开关k7，闭合第四开关k4和第五开关k5；步骤13、直流充电桩通过直流充电接口输出高电压，动力电池包进行快速充电；步骤14、监控充电过程中是否有故障，若有故障，上报给直流充电桩停止充电；若无故障，转向步骤15；步骤15、判断动力电池包是否充电结束，是则转步骤16，否则转步骤14；步骤16、断开第四开关k4停止充电，然后断开第三开关k3，闭合第一开关k1和第二开关k2，第一电池和第二电池组成并联，闭合第六开关k6和第七开关k7后，转步骤30；步骤22、断开第三开关k3，闭合第一开关k1和第二开关k2，第一电池和第二电池组成并联，向直流充电接口请求输出低电压；随后闭合第四开关k4、第五开关k5、第六开关k6、第七开关k7；步骤23、直流充电桩通过直流充电接口输出低电压，动力电池包进行慢速充电；步骤24、监控充电过程中是否有故障，若有故障，上报给直流充电桩停止充电；若无故障，转向步骤25；步骤25、判断动力电池包是否充电结束，是则转步骤26，否则转步骤24；步骤26、断开第四开关k4停止充电，转步骤30；步骤30、进入正常行车模式。
14.在第二实施方案中，所述三端车载充电器采用额定输入电压为800v的三端车载充电器，所述控制方法包括如下具体步骤：步骤1、电动汽车插枪与直流充电接口插接，车载控制器与直流充电桩进行通讯；步骤10、判断直流充电桩是否支持快速充电，是则转步骤12，否则转步骤22；步骤12、断开第一开关k1 、第二开关k2，闭合第三开关k3，第一电池和第二电池组成串联，向直流充电接口请求输出高电压；随后断开第六开关k6，闭合第四开关k4；步骤13、直流充电桩通过直流充电接口输出高电压，动力电池包进行快速充电；步骤14、监控充电过程中是否有故障，若有故障，上报给直流充电桩停止充电；若无故障，转向步骤15；步骤15、判断动力电池包是否充电结束，是则转步骤16，否则转步骤14；步骤16、断开第四开关k4停止充电，然后断开第三开关k3，闭合第一开关k1和第二开关k2，第一电池和第二电池
组成并联，闭合第六开关k6，转步骤30；步骤22、断开第三开关k3，闭合第一开关k1和第二开关k2，第一电池和第二电池组成并联，向直流充电接口请求输出低电压；随后闭合第四开关k4、第六开关k6；步骤23、直流充电桩通过直流充电接口输出低电压，动力电池包进行慢速充电；步骤24、监控充电过程中是否有故障，若有故障，上报给直流充电桩停止充电；若无故障，转向步骤25；步骤25、判断动力电池包是否充电结束，是则转步骤26，否则转步骤24；步骤26、断开第四开关k4停止充电，转步骤30；步骤30、进入正常行车模式。
15.所述高电压为800v，所述低电压为400v。
16.本发明提供的技术方案的有益效果是：本技术是通过提升充电电压的方式增加电能的大功率输出，从而缩短充电时间，提高充电功率，来实现高压系统的扩容。通过将电压平台从400v提升到800v、1000v甚至更高的水平，来实现高压系统的扩容。800v电压平台搭配350kw-600kw超级充电桩所能实现的充电速度，不仅比目前常见的120kw直流快充桩要快上很多，更逐步接近传统燃油车在加油站加油的使用体验了，与此同时，在用电功率相同的前提下，电压等级的提高还将减小高压线束上传输的电流，这将缩减高压线束的截面积，达到降低线束重量、节省安装空间的效果；针对背景技术中的瓶颈，本技术还通过增加一组继电器和一个具备功能安全的dcdc的系统架构，在不改变整车400v供电平台的基础上实现电池超充功能，即提升了电池充电速度，又解决了电驱电控为满足800v甚至1200v电池系统而必须使用sic器件的瓶颈，该方案相对全车定制800v系统的方案，成本只有四分之一。
附图说明
17.下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：图1是采用400v三端车载充电器的系统电路图；图2是本发明较佳实施例动力电池包电路图；图3是采用400v三端车载充电器的控制方法流程图；图4是采用800v三端车载充电器的系统电路图；图5是采用800v三端车载充电器的控制方法流程图。
具体实施方式
18.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，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
19.本发明公开了一种电动汽车快充系统，参看图1示出的较佳实施例系统电路图，快充系统包括依次连接的交流充电接口、三端车载充电器、动力电池包、第六开关k6、整车配电盒、负载，以及通过第四开关k4连接动力电池包的直流充电接口，还有车载控制器，其中所述三端车载充电器，其交流接口连接交流充电接口，其直流高压接口连接动力电池包的输入端，其直流低压接口连接整车配电盒；所述动力电池包包括第一电池、第二电池、第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3，动力电池包的正极输入端in+连接第一电池的一端和第一开关k1的一端，动力电池包的负极输入端in-连接第二开关k2的一端、第二电池的一端和
动力电池包的负极输出端out-，第一开关k1的另一端连接第三开关k3的一端、第二电池的另一端和动力电池包的正极输出端out+，第一电池的另一端连接第二开关k2的另一端和第三开关k3的另一端；所述车载控制器根据直流充电接口的是否支持快充，控制第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3，第四开关k4、第六开关k6动作，对动力电池包进行慢速充电或快速充电。
20.需要指出三端车载充电器为本公司已经授权专利，其交流接口连接交流充电接口，其直流高压接口连接动力电池包中的高压电池，其直流低压接口通过整车配电盒连接车内低压负载和低压电池；交流接口可向高压电池和低压电池充电，高压电池可向交流接口逆变送电、也可dcdc变换向直流低压接口供电。
21.目前直流充电桩的电压一般是在300v~1200v可调，当第一电池、第二电池并联时需求电压为400v，则会向高压直流充电桩请求400v的电压；当电池第一电池、第二电池串联时需求电压为800v，则向高压直流充电桩请求800v的电压。在相同充电电流情况下，充电功率提升1倍，充电时间缩短一半。充电完成后通过继电器切换，将电池模组改为并联模式正常行车使用。例如400v系统电池在充电过程中将2组电池模组串联用800v超充系统充电；800v系统电池在充电过程中将2组电池模组串联用1500v极充系统（未来充电桩可能达到的电压）充电，在相同充电电流情况下，充电功率提升1倍，充电时间缩短一半；充电完成后通过继电器切换，将电池模组改为并联模式正常行车使用。
22.在较佳实施例中，三端车载充电器直流高压接口与动力电池包输入端之间串接第七开关k7。这样在直流充电接口输入高压（800v）时，可断开第七开关k7，对三端车载充电器进行保护。三端车载充电器采用额定输入电压为400v的三端车载充电器。如图1示出的较佳实施例，考虑到整车充电状态时需要低压供电系统支持，当电池处于串联状态下无法为小电池补给能量，推出双dcdc设计思路。动力电池包输出端与整车配电盒之间串接第五开关k5和高压dcdc模块。在直流充电接口输入高压（800v）时，通过高压dcdc模块可以向车内低压负载进行供电。电动汽车操作系统大部分集成与中控系统，所以需要对车内低压系统做功能安全等级提升和冗余性设计；双dcdc设计思路是在现有的ccu模块内增加一款输入电压为250v—1500v，输出电压为9v—18v的dcdc，输出功率为2kw左右，该dcdc在电池串联状态下为低压负载充电，正常行车状态下为三端车载充电器做dcdc备份和冗余设计。
23.参看图4示出的采用800v三端车载充电器的系统电路图，所述三端车载充电器采用额定输入电压为800v的三端车载充电器。高压直流通过800v的三端车载充电器dcdc变换向低压负载和低压电池供电。
24.为提供dcdc备份和冗余设计，动力电池包输出端与整车配电盒之间串接第五开关k5和高压dcdc模块。即图4中的虚线部分，在充电和正常行驶时，可以通过800v的三端车载充电器，或通过高压dcdc模块向低压负载和低压电池供电。
25.在较佳实施例中，所述负载包括空调压缩机、整车加热器、前轮电机、后轮电机、低压负载和低压电池。
26.在较佳实施例中，所述第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3，第四开关k4、第五开关k5、第六开关k6、第七开关k7采用继电器。
27.本发明还公开了一种电动汽车快充系统的控制方法，所述电动汽车快充系统采用上述的电动汽车快充系统，所述控制方法包括交流充电模式和直流充电模式，在直流充电
模式中判断直流充电接口的是否支持快充，在直流充电接口支持快充时，控制第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3动作，使第一电池和第二电池组成串联，设置直流充电接口输出高电压对动力电池包进行快速充电；在直流充电接口不支持快充时，控制第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3动作，使第一电池和第二电池组成并联，设置直流充电接口输出低电压对动力电池包进行快速充电。需要指出，当插头只连接交流充电接口时，进入交流充电模式，第四开关k4会断开，本系统和普通系统一样，需要通过三端车载充电器进行充电。
28.在第一实施方案中，所述三端车载充电器采用额定输入电压为400v的三端车载充电器，动力电池包输出端与整车配电盒之间串接第五开关k5和高压dcdc模块时，所述控制方法包括如下具体步骤：步骤1、电动汽车插枪与直流充电接口插接，车载控制器与直流充电桩进行通讯；步骤10、判断直流充电桩是否支持快速充电，是则转步骤12，否则转步骤22；步骤12、断开第一开关k1 、第二开关k2，闭合第三开关k3，第一电池和第二电池组成串联，向直流充电接口请求输出高电压；随后断开第六开关k6和第七开关k7（需要指出，本步骤中断开第七开关k7可保护额定输入电压为400v的三端车载充电器），闭合第四开关k4和第五开关k5（通过k4向电池包充电，通过k5和高压dcdc模块向车内低压负载和低压电池供电）；步骤13、直流充电桩通过直流充电接口输出高电压，动力电池包进行快速充电；步骤14、监控充电过程中是否有故障，若有故障，上报给直流充电桩停止充电；若无故障，转向步骤15；步骤15、判断动力电池包是否充电结束，是则转步骤16，否则转步骤14；步骤16、断开第四开关k4停止充电，然后断开第三开关k3，闭合第一开关k1和第二开关k2，第一电池和第二电池组成并联，闭合第六开关k6和第七开关k7后（动力电池包中的电池通过第六开关k6向整车配线盒输出高压，并通过三端车载充电器进行dcdc变换向整车配线盒输出低压），转步骤30；步骤22、断开第三开关k3，闭合第一开关k1和第二开关k2，第一电池和第二电池组成并联，向直流充电接口请求输出低电压；随后闭合第四开关k4、第五开关k5、第六开关k6、第七开关k7（向车内所有负载供电）；步骤23、直流充电桩通过直流充电接口输出低电压，动力电池包进行慢速充电；步骤24、监控充电过程中是否有故障，若有故障，上报给直流充电桩停止充电；若无故障，转向步骤25；步骤25、判断动力电池包是否充电结束，是则转步骤26，否则转步骤24；步骤26、断开第四开关k4停止充电，转步骤30；步骤30、进入正常行车模式。
29.参看图5示出的采用800v三端车载充电器的控制方法流程图，所述三端车载充电器采用额定输入电压为800v的三端车载充电器，所述控制方法包括如下具体步骤：步骤1、电动汽车插枪与直流充电接口插接，车载控制器与直流充电桩进行通讯；步骤10、判断直流充电桩是否支持快速充电，是则转步骤12，否则转步骤22；步骤12、断开第一开关k1 、第二开关k2，闭合第三开关k3，第一电池和第二电池组成串联，向直流充电接口请求输出高电压；随后断开第六开关k6，闭合第四开关k4（直流高
压通过800v的三端车载充电器向车内低压负载和低压电池供电）；步骤13、直流充电桩通过直流充电接口输出高电压，动力电池包进行快速充电；步骤14、监控充电过程中是否有故障，若有故障，上报给直流充电桩停止充电；若无故障，转向步骤15；步骤15、判断动力电池包是否充电结束，是则转步骤16，否则转步骤14；步骤16、断开第四开关k4停止充电，然后断开第三开关k3，闭合第一开关k1和第二开关k2，第一电池和第二电池组成并联，闭合第六开关k6，转步骤30（动力电池包中的电池通过第六开关k6向整车配线盒输出高压，并通过800v的三端车载充电器进行dcdc变换向整车配线盒输出低压）；步骤22、断开第三开关k3，闭合第一开关k1和第二开关k2，第一电池和第二电池组成并联，向直流充电接口请求输出低电压；随后闭合第四开关k4、第六开关k6（直流电通过k6向车内高压负载供电，通过三端车载充电器向低压负载供电）；步骤23、直流充电桩通过直流充电接口输出低电压，动力电池包进行慢速充电；步骤24、监控充电过程中是否有故障，若有故障，上报给直流充电桩停止充电；若无故障，转向步骤25；步骤25、判断动力电池包是否充电结束，是则转步骤26，否则转步骤24；步骤26、断开第四开关k4停止充电，（电池包通过k6向车内高压负载供电，通过三端车载充电器向低压负载供电）转步骤30；步骤30、进入正常行车模式。
30.在较佳实施例中，所述高电压为800v，所述低电压为400v。
31.以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本技术精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本技术的权利要求范围之中。