阅读说明：本技术 充电桩电源模块宽范围输出控制方法 (Charging pile power module wide-range output control method ) 是由 陈锐 龚戈峰 刘兆元 王红涛 谢银银 黄刚 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种充电桩电源模块宽范围输出控制方法,要解决的技术问题是充电桩电源模块切换电压时连续输出功率。本发明的充电桩电源模块宽范围输出控制方法,包括高低电压切换的逻辑运算和继电器切换控制步骤,高低电压切换的逻辑运算,由设定电源模块的输出电压和逻辑运算两部分组成。本发明与现有技术相比,采用CPU控制电源模块采用高电压、低电压的输出模式,通过设定电源模块的输出电压,逻辑运算,CPU发出控制信号实现继电器1和继电器2之间的切换,不关断电源模块,实现无缝切换电源模块宽电压范围输出功率。(The invention discloses a wide-range output control method for a charging pile power supply module, and aims to solve the technical problem of continuously outputting power when the charging pile power supply module switches voltage. The wide-range output control method of the charging pile power module comprises the steps of high-low voltage switching logic operation and relay switching control, wherein the high-low voltage switching logic operation is composed of two parts of setting the output voltage of the power module and logic operation. Compared with the prior art, the invention adopts the CPU to control the power supply module to adopt the output mode of high voltage and low voltage, and the CPU sends out a control signal to realize the switching between the relay 1 and the relay 2 by setting the output voltage of the power supply module and logic operation, and the power supply module is not switched off, thereby realizing the seamless switching of the output power of the power supply module in a wide voltage range.)

充电桩电源模块宽范围输出控制方法

技术领域

本发明涉及一种充电桩的控制方法，特别是一种充电桩电源模块输出功率的控制方法。

背景技术

充电桩电源模块(电源模块)是直流充电桩不可缺少的核心器件，用于完成电能交流与直流AC/DC转换，为直流充电桩提供输出电源。伴随着电动汽车及直流充电桩的不断增长，对充电电压的需求也在不断变化，目前各种直流充电电动汽车的充电电压介于直流DC200～1000V之间，为了实现高效、快速地充电，要求直流充电桩电源模块能够在整个充电过程中的不同输出电压阶段都能够满负荷输出功率，即要求电源模块实现宽电压范围输出最大功率，保证在不同输出电压情况下或是大部分情况下,输出最大功率。

以输出范围为DC200～750V直流充电桩电源模块为例，为了实现宽范围输出最大功率，通用的做法是将电源模块的直流与直流DC/DC输出电路设置为2路，通过继电器来选择输出电路，设定在充电电压为DC200～500V范围内时，闭合继电器1、断开继电器2，选择输出电路1低压模式输出，设定在充电电压为DC500～750V范围内时，闭合继电器2、断开继电器1，选择输出电路2高压模式输出，以满足充电过程中各输出电压阶段或是部分阶段输出功率最大。

现有技术的电源模块宽范围输出功率的控制方法，在充电过程中对输出电压进行切换时，直流充电桩监控装置先关闭电源模块，待电源模块放电完成后，再设置电源模块到相应的电压运行模式，即低电压模式或高电压工作模式，设定充电电压和充电电流，最后开启电源模块，完成输出电压切换。上述控制方法需要在充电过程中关闭电源模块，会导致充电过程中充电中断的状况，影响了充电效率和电源模块的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种充电桩电源模块宽范围输出控制方法，要解决的技术问题是充电桩电源模块切换电压时连续输出功率。

本发明采用以下技术方案：一种充电桩电源模块宽范围输出控制方法，包括高低电压切换的逻辑运算和继电器切换控制步骤；

一、高低电压切换的逻辑运算，由设定电源模块的输出电压和逻辑运算两部分组成；

所述设定电源模块的输出电压，包括以下步骤：

(1)CPU将收到充电桩监控装置下发的设定充电电压和充电电流的报文存入其缓冲区，检测报文，有设定充电电压和充电电流报文，计算电源模块当前输出电压Vout与设定输出电压Vset的差值Verr：

Verr＝Vout-Vset；

(2)CPU判断设定充电电压和电流报文中的设定充电电压Vmset在电源模块可输出的DC200～750V范围内，更新设定输出电压Vset＝Vmset；

(3)CPU进行逻辑判断

判断更新后的设定输出电压Vset、当前输出电压Vout、当前输出电压模式Mout满足条件1：

Vset>505V、Mout＝0、Vout<Vset，

判断Verr、电源模块开机次数满足条件5：

Verr>5V、电源模块第一次开机，

将电源模块切换到高电压模式运行，设置输出电压模式标识Mout＝1，关断电源模块的电源输出，设置软启动状态标识Stsoft＝0x10，设置继电器切换标识RelayFlg＝1；

所述逻辑运算，包括以下步骤：

(1)CPU没有接收到充电桩监控装置下发的设定充电电压和充电电流报文；

(2)在正常输出电压、电流运行的过程中，电源模块的使用状态标识Stsoft＝0x03，CPU检测当前输出电压Vout随外部负载变化情况；

(3)CPU进行逻辑运算，判断当前输出电压Vout、当前输出电压模式Mout满足条件3：

Vout<495V、Mout＝1，

CPU将电源模块切换到低电压模式运行，设置输出电压模式标识Mout＝0，关断电源模块的电源输出，设置软启动状态标识Stsoft＝0x10，设置继电器切换标识RelayFlg＝1；

二、继电器切换控制

CPU检测继电器切换标识RelayFlg，继电器切换标识RelayFlg＝0，退出继电器切换控制流程，CPU开始下一次检测。

本发明的设定电源模块的输出电压步骤(1)检测报文，CPU每20ms检测一次。

本发明的设定电源模块的输出电压步骤(1)，CPU每20ms检测一次报文，没有设定充电电压和充电电流报文，结束此次检测。

本发明的设定电源模块的输出电压步骤(2),CPU判断设定充电电压和电流报文中的设定充电电压Vmset不在电源模块可输出的DC200～750V范围内，结束此次检测。

本发明的设定电源模块的输出电压步骤(3),判断Verr、电源模块开机次数不满足条件5，判断Verr满足条件6：

Verr≤5V，

设定输出电压为高电压，设置输出电压模式标识Mout＝1，关断电源模块的电源输出，设置软启动状态标识Stsoft＝0x10，设置继电器切换标识RelayFlg＝1。

本发明的设定电源模块的输出电压步骤(3)，判断Verr不满足条件6，结束此次检测。

本发明的设定电源模块的输出电压步骤(3)，判断更新后的设定输出电压Vset、当前输出电压Vout、当前输出电压模式Mout不满足条件1，判断设定输出电压Vset、当前输出电压模式Mout满足条件2：

Vset<495V、Mout＝1，

CPU将电源模块切换到低电压模式运行，设置输出电压模式标识Mout＝0，关断电源模块的电源输出，设置软启动状态标识Stsoft＝0x10，设置继电器切换标识RelayFlg＝1。

本发明的设定电源模块的输出电压步骤(3)，判断设定输出电压Vset、当前输出电压模式Mout不满足条件2，结束此次检测。

本发明的逻辑运算步骤(2)CPU检测当前输出电压Vout随外部负载变化情况，每250ms检测一次，TimerFlg250ms＝1。

本发明的逻辑运算步骤(2)，Stsoft≠0x03或TimerFlg250ms≠1，结束此次检测。

本发明的逻辑运算步骤(3)，CPU判断当前输出电压Vout、当前输出电压模式Mout不满足条件3，判断设定输出电压Vset、当前输出电压Vout、当前输出电压模式Mout满足条件4：

Vout>505V、Mout＝0、Vout<Vset，

CPU将电源模块切换到高电压模式运行，设置输出电压模式标识Mout＝1，关断电源模块的电源输出，设置软启动状态标识Stsoft＝0x10，设置继电器切换标识RelayFlg＝1。

本发明的逻辑运算步骤(3)，断设定输出电压Vset、当前输出电压Vout、当前输出电压模式Mout不满足条件4，开始下一次逻辑运算。

本发明的继电器切换控制，CPU每隔50ms检测一次继电器切换标识RelayFlg。

本发明的继电器切换控制，CPU检测到继电器切换标识RelayFlg＝1，先延迟2s时间，然后控制断开高电压、低电压输出的继电器，再延迟50ms时间，当输出电压模式标识Mout＝0时，闭合高电压继电器；当输出电压模式Mout＝1时，闭合低电压继电器，将继电器切换标识设置为RelayFlg＝0。

本发明的RelayFlg≠1、延迟2s时间高电压和低电压输出的继电器位断开或延迟超过50ms时间，开始下一次继电器切换控制。

本发明与现有技术相比，采用CPU控制电源模块采用高电压、低电压的输出模式，通过设定电源模块的输出电压，逻辑运算，CPU发出控制信号实现继电器1和继电器2之间的切换，不关断电源模块，实现无缝切换电源模块宽电压范围输出功率。

附图说明

图1是本发明的方法设定电源模块的输出电压流程图。

图2是本发明的方法高低电压切换的逻辑运算流程图。

图3是本发明的方法继电器切换控制流程图。

图4是本发明的方法采用的电源模块结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。本发明的充电桩电源模块宽范围输出控制方法(方法)，用于对充电桩电源模块在DC220～750V电压范围向电动汽车输出功率控制，电源模块输出功率时，在DC220～750V电压范围内，相对输出高电压不断电切换到输出低电压，或相对输出低电压不间断切换到高电压，实现电源模块输出电源时输出电压的不断电切换(无缝切换)。

如图4所示，本发明的方法，对电动汽车充电前，先采用控制器局域网络CAN(Controller Area Network)总线2，建立直流充电桩监控装置(充电桩监控装置)与电动汽车的电池管理系统BMS的通信连接，充电桩监控装置与电源模块的CPU之间通过CAN总线1进行通信，电源模块的直流输出端子输出直流电源到充电桩的充电枪，充电枪的输出电缆连接到电动汽车的电池系统，给电动汽车电池充电。

交流电源从电源模块的交流输入端子输入，经交流与直流AC/DC调制电路、直流与直流DC/DC调制电路、继电器至直流输出端子。电源模块的CPU通过脉冲宽度调制PWM波来控制AC/DC、DC/DC调制电路的输出功率，DC/DC调制电路分别输出高电压和低电压两路直流电流，分别经高电压输出的继电器1和低电压输出的继电器2至直流输出端子，CPU通过其上的两个输入输出IO引脚分别输出控制信号来控制继电器1、继电器2的闭合或断开。

本实施例中，CPU使用C语言和汇编语言相结合来实现本发明方法的逻辑运算、逻辑控制。在运算、控制过程中，

输出电压模式采用标识Mout，低电压模式Mout＝0，高电压模式Mout＝1，在软件启动时，初始化Mout＝0。

继电器切换操作需求采用标识RelayFlg，不需要切换操作RelayFlg＝0，需要进行切换操作RelayFlg＝1，在软启动时，初始化RelayFlg＝0。

电源模块的软启动，是指由上电至给电动汽车充电的电源模块状态跳转过程，电源模块在启动、待机、充电、关机的整个过程中有五种状态：初始、条件判断、升压阶段、正常运行、关机。

电源模块的软启动状态采用标识Stsoft。软启动初始状态Stsoft＝0x00，软启动条件判断状态Stsoft＝0x01，软启动升压阶段Stsoft＝0x02,正常运行状态Stsoft＝0x03,软启动关机状态Stsoft＝0x10。在软启动时，初始化Stsoft＝0x00。软启动状态跳转过程如下，在状态Stsoft＝0x00时，进行变量的初始化，然后置Stsoft＝0x01；在状态Stsoft＝0x01时，进行模块过温、过压、过流、风扇异常状态的判断，如果没有异常，则合上软启动继电器，置Stsoft＝0x02；在状态Stsoft＝0x02时，开启PWM波，将输出电压升到要求的电压值，然后置Stsoft＝0x03；状态Stsoft＝0x03就是模块正常运行状态，在此状态下进行高低电压切换的逻辑计算、继电器切换控制、模块运行异常判断，如果出现了高低压切换，则状态跳转到Stsoft＝0x10，如果模块出现了过温、过压、过流、风扇异常，状态也跳转到Stsoft＝0x10；在状态Stsoft＝0x10时，关闭PWM波输出，断开软启动继电器，延迟100ms后，状态跳转到Stsoft＝0x00，正常输出电压、电流运行Stsoft＝0x03。

定时标识采用TimerFlg(后面标注时间250ms),在软件启动的时候，初始化TimerFlg＝0，在定时器计数器计数到250ms时，置TimerFlg＝1，然后在逻辑运算中，在进入处理流程后，置TimerFlg＝0，TimerFlg+标注时间＝1。

本发明的方法，包括高低电压切换的逻辑运算和继电器切换控制步骤。

一、高低电压切换的逻辑运算

电源模块输出高电压、低电压切换的逻辑运算由设定电源模块的输出电压和逻辑运算两部分组成。

1.充电桩监控装置在与电动汽车的电池管理系统BMS通信后，根据BMS需求的充电电压、充电电流，向电源模块下发“设定充电电压和充电电流”报文。电源模块的CPU根据收到的“设定充电电压和充电电流”报文，结合当前电源模块运行状态、当前电源模块实际输出电压(当前输出电压Vout)，进行逻辑判断，设定电源模块的输出电压。

电源模块运行状态是指电源模块处于关机、启动、向电动汽车充电工作、继电器切换的状态，包括电源模块软启动状态Stsoft、继电器切换RelayFlg、输出电压模式Mout、定时标志TimerFlg(250ms)。

为了保证充电过程中各输出电压阶段输出功率最大,电源模块的设定充电电压在DC200～500V范围内时，为低电压模式输出，设定充电电压在DC500～750V范围内时，为高电压模式输出，高、低电压模式之间的分界点是500V，为了避免继电器1、继电器2频繁来回切换，CPU控制继电器1、继电器2的闭合或断开时，将DC495～505V设置为电压切换死区，CPU在进行逻辑判断时，设定输出电压的两个边界点分别是495V和505V，从高压模式切换到低压模式时，使用495V作为切换门槛值(后面记载的条件2、条件3)；从低压模式切换到高压模式时，使用505V作为切换门槛值，(后面记载的条件1、条件4)。

如图1所示，设定电源模块的输出电压，包括以下步骤：

(1)CPU将收到充电桩监控装置下发的“设定充电电压和充电电流”的报文存入其缓冲区。CPU每20ms检测一次缓冲区中的报文，如果收到有充电桩监控装置下发的“设定充电电压和充电电流”报文，计算电源模块当前输出电压Vout与设定输出电压Vset的差值Verr：

Verr＝Vout-Vset (1)

电源模块的CPU通过自带的12位模数转换器ADC采集当前直流输出端子的输出电压Vout。

如果CPU没有收到充电桩监控装置下发的“设定充电电压和充电电流”报文，结束此次设定电源模块的输出电压步骤(检测)，开始下一次检测。

(2)CPU判断此次充电桩监控装置下发的“设定充电电压和电流”报文中的设定充电电压是否合理，即设定充电电压Vmset是否在电源模块可输出的DC200～750V范围内，如果设定充电电压Vmset的值是在电源模块可输出范围内，更新设定输出电压Vset＝Vmset。

如果设定输出电压的值不合理，Vmset不在电源模块可输出的DC200～750V范围内，结束此次检测，开始下一次检测。

(3)CPU进行逻辑判断

判断更新后的设定输出电压Vset、当前输出电压Vout、当前输出电压模式Mout是否满足条件1：

Vset>505V、Mout＝0、Vout<Vset。

软件启动时初始化Mout为0。Mout＝0，说明电源模块原来运行在低电压模式。

如果满足条件1，判断式(1)中得到的Verr、电源模块开机次数是否满足条件5：

Verr>5V、电源模块第一次开机。

电源模块第一次开机是指电源模块本次上电后，充电桩监控装置第一次对电源模块进行输出开机操作。

Verr>5V中的5V是在测试中获取的一个合理的阀值，第一次开机之前，电源模块没有输出电压，计算的输出电压与设定输出电压差值大于5V，如果差值小于或等于5V，说明采样获取的输出电压Vout存在异常。

CPU经逻辑判断，同时满足条件1和条件5，将电源模块切换到高电压模式运行，设置输出电压模式标识Mout＝1，同时通过关闭输出PWM波来关闭DC/DC调制电路，至电源模块的电源输出关断，关断电源模块的电源输出后，进行软启动状态的跳转，设置软启动状态标识Stsoft＝0x10，准备进行继电器切换操作，设置继电器切换标识RelayFlg＝1。

如果不满足条件5，判断式(1)中得到的Verr是否满足条件6：

Verr≤5V。

如果满足条件6，设定输出电压为高电压。CPU将电源模块切换到高电压模式运行，设置输出电压模式标识Mout＝1，同时通过关闭输出PWM波来关闭DC/DC调制电路，关断电源模块的电源输出后，进行软启动状态的跳转，设置软启动状态标识Stsoft＝0x10，准备进行继电器切换操作，设置继电器切换标识RelayFlg＝1。

如果不满足条件6，结束此次检测，开始下一次检测。

如果不满足条件1，判断设定输出电压Vset、当前输出电压模式Mout是否满足条件2：

Vset<495V、Mout＝1。

如果满足条件2，在条件2中Mout＝1，说明电源模块原来运行在高电压模式。设定输出电压为低电压，CPU将电源模块切换到低电压模式运行，设置输出电压模式标识Mout＝0，通过关闭输出PWM波来关闭DC/DC调制电路，关断电源模块的电源输出后，进行软启动状态的跳转，设置软启动状态标识Stsoft＝0x10，准备进行继电器切换操作，设置继电器切换标识RelayFlg＝1。

如果不满足条件2，结束此次检测，开始下一次检测。

2.电源模块在运行过程中，所连接的外部负载变化，使得当前电源模块实际输出电压也随着发生了变化，CPU实时根据当前电源模块运行状态、当前输出电压，进行逻辑运算。

如图2所示，逻辑运算，包括以下步骤：

(1)CPU没有收到充电桩监控装置下发的“设定充电电压和充电电流”报文。

(2)开机对电动汽车充电后，在正常输出电源(电压、电流)运行的过程中，电源模块的使用状态标识Stsoft＝0x03，CPU每250ms检测一次当前输出电压Vout随外部负载变化情况，TimerFlg＝1。

如果Stsoft≠0x03或TimerFlg≠1，结束此次逻辑运算(检测)，开始下一次检测。

(3)CPU进行逻辑运算，判断当前输出电压Vout、当前输出电压模式Mout是否满足条件3：

Vout<495V、Mout＝1。

如果满足条件3，说明电源模块原来运行在高电压模式，由于外部负载变化使当前输出电压被拉低到低电压段，电源模块需要切换到低电压模式运行。CPU将电源模块切换到低电压模式运行，设置输出电压模式标识Mout＝0，通过关闭输出PWM波来关闭DC/DC调制电路，关断电源模块的电源输出后，进行软启动状态的跳转，设置软启动状态标识Stsoft＝0x10，准备进行继电器切换操作，设置继电器切换标识RelayFlg＝1。

如果不满足条件3，继续判断设定输出电压Vset、当前输出电压Vout、当前输出电压模式Mout是否满足条件4：

Vout>505V、Mout＝0、Vout<Vset。

如果满足条件4，说明电源模块原来运行在低电压模式，由于外部负载变化使当前输出电压变化到高电压段，电源模块需要切换到高电压模式运行。CPU将电源模块切换到高电压模式运行，设置输出电压模式标识Mout＝1，通过关闭输出PWM波来关闭DC/DC调制电路，关断电源模块的电源输出后，进行软启动状态的跳转，设置软启动状态标识Stsoft＝0x10，准备进行继电器切换操作，设置继电器切换标识RelayFlg＝1。

如果不满足条件4，开始下一次逻辑运算。

二、继电器切换控制

如图3所示，继电器切换控制，按以下步骤：

CPU每隔50ms检测一次继电器切换标识RelayFlg。如果继电器切换标识RelayFlg＝0，则认为电源模块控制高电压、低电压输出模式的继电器1、继电器2不需要进行切换，退出继电器切换控制流程，CPU开始下一次检测。

如果CPU检测到继电器切换标识RelayFlg＝1，先延迟2s时间(延时时间1)，然后控制断开高电压输出的继电器1和低电压输出的继电器2，再延迟50ms时间(延时时间2)，根据输出电压模式标识Mout来进行继电器1和继电器2之间的切换控制，当CPU判断输出电压模式标识Mout＝0时，闭合继电器1。当CPU判断输出电压模式Mout＝1时，闭合继电器2。切换后CPU将继电器切换标识设置为RelayFlg＝0。

如果RelayFlg≠1、延迟2s时间高电压和低电压输出的继电器未断开或延迟超过50ms时间，开始下一次继电器切换控制。

本发明的方法，直流充电桩电源模块的CPU在工作过程中，根据当前充电桩监控装置下发的设定充电电压和充电电流报文、电源模块运行状态、电源模块实际输出电压，进行逻辑运算、逻辑判断，选择相应输出电压模式，或保持原来输出电压模式不变化，控制电源模块采用高电压、低电压的输出模式，通过设定电源模块的输出电压，逻辑运算，CPU发出控制信号实现继电器1和继电器2之间的切换，不关断电源模块，实现无缝切换电源模块宽电压范围输出功率，并设置电压切换死区来避免继电器的频繁切换，解决了在DC220～750V宽范围电源模块输出电压控制，无法实现整个充电过程中输出电压无缝切换的问题。