无线充电系统、车载充电装置和新能源汽车
阅读说明：本技术 无线充电系统、车载充电装置和新能源汽车 () 是由 彭金雷 苏常军 郭潇然 位跃辉 沙超 于 2018-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及无线充电系统、车载充电装置和新能源汽车,通过电压检测模块检测动力电池的电压,通过电流检测模块检测动力电池的最大允许充电电流,根据动力电池的实时电压以及最大允许充电电流就可以得到动力电池的最大允许充电功率,将该最大允许充电功率数值输出给发射装置,发射装置根据动力电池的最大允许充电功率输出相应的充电功率,保证发射装置输出的充电功率最大等于动力电池的最大允许充电功率,避免发射装置输出的充电功率过大或者过小,进而避免对动力电池造成损坏,而且还能够实现动力电池的快速充电。()
技术领域
本发明涉及无线充电系统、车载充电装置和新能源汽车。
背景技术
新能源车辆凭借其节能环保噪音小的优势在市场上越来越普及，而公交车作为城市公共交通的重要组成部分，因其特有的运营模式，存在着驾驶时间长、驾驶距离长等特点；城际团体客运因其所需续驶里程较长，需要相当大的动力电池容量方能满足其需求，然而受限于动力电池成本较高，导致市内公交车辆需要频繁充电，降低了运营效率；城际团体客运需要支付较大的成本才能保障基本运营。目前新能源车辆(混合动力车辆在纯电模式下运行时)是以动力电池作为全部的动力来源，由于公交车存在驾驶时间长，城际团体客运存在续驶里程长的特点，完全满足车辆使用需求需要配备相当大容量的动力电池，使得单车成本过高。
授权公告号为CN205753573U的中国专利文件中公开了一种电动汽车无线充电控制系统，包括发射装置和接收装置，发射装置包括发射端主控电路和发射端充电电路，接收装置包括接收端从控电路和接收端充电电路。该充电控制系统虽然能够实现电动汽车的无线充电，但是，该充电控制系统只是简单地实现无线充电，无法根据动力电池的最大允许充电功率控制充电电路的充电输出功率，可能会造成发射装置中的充电电路的充电输出功率过大或者过小，当充电输出功率过大时，可能会损坏车载相关线路和动力电池，当充电输出功率过小时，充电消耗时间过长，充电效率较低，无法实现快速充电。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线充电系统，用以解决现有的无线充电系统无法根据动力电池的最大允许充电功率控制充电输出功率的问题。本发明同时提供一种车载充电装置和一种新能源汽车。
为实现上述目的，本发明包括以下技术方案。
一种无线充电系统，包括发射装置和接收装置，所述发射装置包括发射端充电电路，所述接收装置包括控制模块和接收端充电电路，所述接收装置还包括用于检测动力电池电压的电压检测模块和用于检测动力电池最大允许充电电流的电流检测模块，所述电压检测模块的检测信号输出端和电流检测模块的检测信号输出端连接所述控制模块的检测信号输入端，控制模块根据动力电池的电压以及最大允许充电电流计算得到动力电池的最大允许充电功率，控制模块向发射装置输出相应的请求功率，发射装置根据请求功率输出相应的功率为车辆充电。
通过电压检测模块检测动力电池的电压，通过电流检测模块检测动力电池的最大允许充电电流，根据动力电池的实时电压以及最大允许充电电流可以得到动力电池的最大允许充电功率，根据最大允许充电功率得到相应的请求功率，控制模块向发射装置输出相应的请求功率，发射装置根据请求功率输出相应的充电功率，保证发射装置输出的充电功率最大等于动力电池的最大允许充电功率，避免发射装置输出的充电功率过大或者过小，进而避免对动力电池造成损坏，而且还提升充电效率，实现动力电池的快速充电。
进一步地，所述接收装置还包括用于检测驱动电机的需求功率的电机需求功率检测模块，所述电机需求功率检测模块的检测信号输出端连接所述控制模块的检测信号输入端，控制模块根据所述最大允许充电功率和驱动电机的需求功率向发射装置输出相应的请求功率，发射装置根据请求功率输出相应的功率。
该无线充电系统进一步可以为行车式无线充电系统，能够实现车辆在行驶过程中进行充电，那么，根据电机需求功率检测模块得到车辆驱动电机的需求功率，那么，结合动力电池的最大允许充电功率以及驱动电机的需求功率就可以得到发射装置需要输出的功率。保证车辆充电功率的情况下，为车辆提供行驶的驱动功率，满足行驶过程中的有效充电。
进一步地，控制模块实时接收发射装置的输出功率，当监测到发射装置的输出功率大于控制模块发出的请求功率，且两者的误差值大于设定阈值时，控制模块输出给发射装置停机指令。防止发射装置输出的功率过大对发射装置本身造成损坏，也能够防止动力电池被烧毁。
进一步地，车辆上电后，控制模块向发射装置发送工作模式待机指令，请求功率为零，待发射装置反馈相应的指令后，控制模块向发射装置发送恒压充电或者恒流充电的工作模式指令，并向发射装置发送相应的请求功率。在向发射装置发送相应的请求功率之前，需要先判断发射装置是否能够正常运行，当发射装置反馈相应的指令后，表示正常运行，此时控制模块向发射装置发送相应的工作模式指令以向接收装置提供功率。
进一步地，所述电机需求功率检测模块包括电机转速检测单元和电机输出扭矩检测单元。根据电机转速检测单元检测驱动电机的转速信息，根据电机输出扭矩检测单元检测电机的输出扭矩，那么，通过这两个参数能够得到驱动电机的需求功率。
进一步地，所述接收装置还包括加速踏板开度检测模块，所述加速踏板开度检测模块的检测信号输出端连接所述控制模块的检测信号输入端，控制模块根据加速踏板的开度信息得到对应的需求功率。
进一步地，所述接收装置还包括用于检测车辆电附件需求功率的电附件需求功率检测模块，所述电附件需求功率检测模块的的检测信号输出端连接所述控制模块的检测信号输入端。
一种车载充电装置，包括控制模块，还包括用于检测动力电池电压的电压检测模块和用于检测动力电池最大允许充电电流的电流检测模块，所述电压检测模块的检测信号输出端和电流检测模块的检测信号输出端连接所述控制模块的检测信号输入端，控制模块根据动力电池的电压以及最大允许充电电流计算得到动力电池的最大允许充电功率，控制模块向发射装置输出相应的请求功率，以使发射装置根据请求功率输出相应的功率为车辆充电。
进一步地，所述车载充电装置还包括用于检测驱动电机的需求功率的电机需求功率检测模块，所述电机需求功率检测模块的检测信号输出端连接所述控制模块的检测信号输入端，控制模块根据所述最大允许充电功率和驱动电机的需求功率向发射装置输出相应的请求功率，以使发射装置根据请求功率输出相应的功率。
进一步地，控制模块实时接收发射装置的输出功率，当监测到发射装置的输出功率大于控制模块发出的请求功率，且两者的误差值大于设定阈值时，控制模块输出给发射装置停机指令。
进一步地，车辆上电后，控制模块向发射装置发送工作模式待机指令，请求功率为零，待发射装置反馈相应的指令后，控制模块向发射装置发送恒压充电或者恒流充电的工作模式指令，并向发射装置发送相应的请求功率。
进一步地，所述电机需求功率检测模块包括电机转速检测单元和电机输出扭矩检测单元。
进一步地，所述车载充电装置还包括加速踏板开度检测模块，所述加速踏板开度检测模块的检测信号输出端连接所述控制模块的检测信号输入端，控制模块根据加速踏板的开度信息得到对应的需求功率。
进一步地，所述车载充电装置还包括用于检测车辆电附件需求功率的电附件需求功率检测模块，所述电附件需求功率检测模块的的检测信号输出端连接所述控制模块的检测信号输入端。
一种新能源汽车，包括车载充电子系统，所述车载充电子系统包括控制模块和接收端充电电路，所述车载充电子系统还包括用于检测动力电池电压的电压检测模块和用于检测动力电池最大允许充电电流的电流检测模块，所述电压检测模块的检测信号输出端和电流检测模块的检测信号输出端连接所述控制模块的检测信号输入端，控制模块根据动力电池的电压以及最大允许充电电流计算得到动力电池的最大允许充电功率，控制模块向发射装置输出相应的请求功率，以使发射装置根据请求功率输出相应的功率为车辆充电。
进一步地，所述车载充电子系统还包括用于检测驱动电机的需求功率的电机需求功率检测模块，所述电机需求功率检测模块的检测信号输出端连接所述控制模块的检测信号输入端，控制模块根据所述最大允许充电功率和驱动电机的需求功率向发射装置输出相应的请求功率，以使发射装置根据请求功率输出相应的功率。
进一步地，控制模块实时接收发射装置的输出功率，当监测到发射装置的输出功率大于控制模块发出的请求功率，且两者的误差值大于设定阈值时，控制模块输出给发射装置停机指令。
进一步地，车辆上电后，控制模块向发射装置发送工作模式待机指令，请求功率为零，待发射装置反馈相应的指令后，控制模块向发射装置发送恒压充电或者恒流充电的工作模式指令，并向发射装置发送相应的请求功率。
进一步地，所述电机需求功率检测模块包括电机转速检测单元和电机输出扭矩检测单元。
进一步地，所述车载充电子系统还包括加速踏板开度检测模块，所述加速踏板开度检测模块的检测信号输出端连接所述控制模块的检测信号输入端，控制模块根据加速踏板的开度信息得到对应的需求功率。
进一步地，所述车载充电子系统还包括用于检测车辆电附件需求功率的电附件需求功率检测模块，所述电附件需求功率检测模块的的检测信号输出端连接所述控制模块的检测信号输入端。
附图说明
图1是无线充电系统结构框图；
图2是无线充电系统的控制原理图；
图3是无线充电系统整车控制策略架构示意图。
具体实施方式
无线充电系统实施例
本实施例提供一种无线充电系统，包括发射装置和接收装置两大部分，其中，发射装置设置在无线充电设备上，属于无线充电设备的一部分；接收装置设置在车上，为与无线充电设备对应的车载充电装置。
发射装置包括发射端充电电路，用于为车辆进行无线充电，这一部分属于现有技术，这里就不再具体介绍。当然，不管发射装置和接收装置的结构具体如何，发射装置和接收装置之间均实现无线通讯，那么，发射装置包括发射端通讯模块，接收装置包括接收端通讯模块，发射端通讯模块与接收端通讯模块进行无线通讯，这两个无线通讯模块也可以采用现有的相关设备，这里就不再具体说明。
接收装置包括控制模块和接收端充电电路，控制模块实现车载充电部分的控制，接收端充电电路与发射端充电电路对应，通过无线方式接收发射端充电电路输出的电能。由于控制模块和接收端充电电路属于现有技术，这里就不再具体说明。其中，控制模块以整车控制器为例。
如图1所示，接收装置还包括电压检测模块和电流检测模块，这两个检测模块均可以为已有设备，其中，电压检测模块用于检测动力电池的电压，电流检测模块用于检测动力电池的最大允许充电电流(即当前允许充电限流)。电压检测模块的检测信号输出端和电流检测模块的检测信号输出端连接整车控制器的检测信号输入端。电压检测模块和电流检测模块的报文发送周期为10ms，保障信息传递的实时性。整车控制器根据接收到的动力电池的电压以及最大允许充电电流计算得到动力电池的最大允许充电功率，电压乘以最大允许充电电流就能够得到最大允许充电功率。整车控制器根据得到的最大允许充电功率通过无线通讯的方式向无线充电设备输出相应的请求功率，这种情况下，请求功率就是最大允许充电功率，无线充电设备输出对应的充电功率，以对车辆进行充电，无线充电设备输出的充电功率小于或者等于最大允许充电功率，一般情况下，无线充电设备输出的充电功率等于最大允许充电功率。比如，当前动力电池的实时电压为500V，最大允许充电电流为100A，那么在当前状态下，整车只会参照电池的可充功率来计算请求功率(500V*100A＝50kW)输出给无线充电设备。当然，如果无线充电设备的最大输出功率小于车辆的最大允许充电功率时，无线充电设备按照其最大输出功率进行输出。另外，电压检测模块和电流检测模块还可以设置在电池管理系统BMS中，动力电池的电压以及最大允许充电电流通过解析电池管理系统BMS发送的报文得到。
进一步地，该无线充电系统为行车式无线充电系统，比如：包含地面发射端、车载接收端及控制单元，车辆在行驶过程中可以给整车提供功率用于动力电池充电或整车驱动。行车式无线充电系统能够实时补充车载动力电池的电量或直接用于车辆驱动，保障车辆运营里程，提高交通效率，而且，能有效降低车辆成本，还可同时为多台车辆提供功率，提高了车辆的利用率。由于现有技术中，行车式无线充电系统已被研制，比如在名称为《电动汽车无线充电技术的研究进展》的论文和名称为《电动汽车动态无线充电关键技术研究进展》的论文中有相关记载，那么，对应的无线充电设备就属于现有技术，这里就不再具体说明。那么，接收装置还包括电机需求功率检测模块，用于检测车辆驱动电机的需求功率，电机需求功率检测模块的检测信号输出端连接整车控制器的检测信号输入端。本实施例中，电机需求功率检测模块包括电机转速检测单元和电机输出扭矩检测单元，电机转速检测单元用于检测驱动电机的转速，电机输出扭矩检测单元用于检测电机的输出扭矩，电机转速及电机的输出扭矩的报文发送周期同样为10ms。根据驱动电机的转速以及输出扭矩就可以得到电机的需求功率，比如：如果车辆以匀速(1000rpm)行驶状态进行行驶，电机的输出扭矩为恒定的100Nm，那么电机的需求功率即为1000rpm*100Nm/9550＝10.47kW。结合上述最大允许充电功率，整车控制器发送给无线充电设备的请求功率就是最大允许充电功率与电机的需求功率之和，为50kW+10.47kW＝60.47kW。另外，电机转速检测单元和电机输出扭矩检测单元还可以输出连接电机控制器，电机转速和电机输出扭矩信息通过解析电机控制器报文得到。
不管无线充电系统是否是行车式无线充电系统，在车辆上电后，整车控制器向无线充电设备发送工作模式待机指令，请求功率为零，待无线充电设备反馈相应的指令后，即待无线充电设备准备好后，整车控制器向无线充电设备发送恒压充电或者恒流充电的工作模式指令，并向发射装置发送相应的请求功率，比如：最大允许充电功率或者最大允许充电功率与电机的需求功率之和。进一步地，在车辆上电后，需要先检测无线充电系统是否存在故障，包含通讯故障、故障等级信息及故障码信息，无故障后向无线充电设备发送工作模式待机指令。
不管电机需求功率检测模块是怎样的设备，结构如何，接收装置还包括加速踏板开度检测模块，用于检测加速踏板的开度，加速踏板开度检测模块的检测信号输出端连接整车控制器的检测信号输入端。加速踏板开度值是通过硬线由加速踏板采集器连接至整车控制器，通过加速踏板采集器的电压变化转换为实时开度值。司机的驾驶意图，即驱动功率需求与加速踏板开度正相关，因此根据加速踏板开度的变化能够对整车驱动功率进行实时运算，进而得出整车驱动功率需求，满足司机驾驶意图。因此，整车控制器根据加速踏板的开度能够得到整车需求功率，那么，结合上文中的需求功率得到总的需求功率，输出给无线充电设备。
同样地，不管无线充电系统是否是行车式无线充电系统，也不管电机需求功率检测模块是怎样的设备，结构如何，接收装置还包括用于检测车辆电附件需求功率的电附件需求功率检测模块，电附件需求功率检测模块的的检测信号输出端连接整车控制器的检测信号输入端。当无线充电系统是常规的充电系统时，电附件需求功率加上最大允许充电功率得到车辆的需求功率；当无线充电系统是行车式充电系统时，电附件需求功率加上最大允许充电功率再加上驱动电机的需求功率得到车辆总的需求功率，输出给无线充电设备。
图2是无线充电系统的控制原理示意图。
因此，根据功能，无线充电系统可以分为三部分：信息采集部分(上文中的各检测模块)、信息预处理及运算部分(上文中的整车控制器)和执行部分(上文中的无线充电设备)。
信息采集部分能够采集动力电池当前允许充电限流、电池电压、电机转速、电机输出扭矩、加速踏板开度以及电附件需求功率，除此之外，信息采集部分通过相应的设备来采集无线充电设备的最大输出功率、当前工作状态以及实际输出功率等信息，信息采集部分将采集到的各信息传递至整车控制器。无线充电设备的最大输出功率和实际输出功率等是解析无线充电设备的报文值。以上所有信息传递给整车控制程序应用层，用于后续的预处理及运算。
整车控制器对全部输入信息进行预处理及运算，将请求功率(即需求功率)输出给执行模块，还可以将对应的工作模式输出给无线充电设备。其中，输出给无线充电设备的请求功率是以动力电池的最大允许充电功率以及当前驱动电机的输出功率作为主要参考条件，工作模式及请求功率的输出也是通过报文传递。
无线充电设备接收整车控制工作模式，并响应，然后根据请求功率输出给动力电池充电或输出给电机用于驱动或用于电附件工作。
如图3所示，给出一种具体的无线充电控制逻辑，当然，本发明并不局限于该控制逻辑。整车上电后，会检测无线充电系统是否存在故障，包含通讯故障、故障等级信息及故障码信息，无故障后，输出工作模式待机指令，请求功率为0kW，待无线充电设备准备好后，即反馈正确的工作模式指令后，整车会输出恒压充电或恒流充电的工作模式，同时输出实时计算的整车需求功率：比如，车辆当前处于停车状态，电附件处于关闭状态，电池的实时电压为500V，允许充电电流为100A，那么在当前状态下，整车只会参照电池的可充功率来计算请求功率(500V*100A＝50kW)输出给无线充电设备；在此基础上，如果车辆以匀速(1000rpm)行驶，电机的输出扭矩为恒定的100Nm，那么电机端的需求功率即为1000rpm*100Nm/9550＝10.47kW，那么发送给无线充电设备的请求功率为50kW+10.47kW＝60.47kW。
因此，为保障车辆整体安全，将无线充电设备作为零部件进行统一管控，首先通过工作模式控制对无线充电设备是否工作进行管理，对设备当前可提供的最大输出功率、当前工作状态进行监控，然后根据整车实时状态(包含电池状态、整车需求驱动功率、电附件需求功率等)对无线充电设备请求充电功率。
另外，车辆在实际运行过程中，上述各检测信息，比如：动力电池的电压，都可能实时变化，因此整车控制器需要根据实时检测的信息实时计算车辆当前的需求功率。另外在此过程中会监控无线充电设备的输出功率、输出电压、输出电流等信息作为异常情况的判断条件。
以下给出几种特殊情况以及故障模式下的处理过程：
1、无线充电设备未正确响应整车工作模式指令时，整车会根据不同的工作状态作出相应处理，比如，整车在发送恒流充电的工作模式指令时，此时如果设备反馈的状态为恒压充电，则判断为充电过程进入末端，不作处理，但是如果反馈为停机，整车则输出的请求功率降为0，同时工作模式指令也会发生相应的变化。
2、无线充电设备严重故障、车辆驶离地面发射端等任何设备不能提供功率的情况发生时，都要反馈停机的工作指令，但是对于不太严重的故障，整车只是作为监控用，在不影响车辆安全的前提下，最大程度上提高设备使用率。
3、整车判断不需要无线充电设备继续工作时，设备要响应整车指令，即响应停机指令，确保整车层面安全。
4、整车控制器还可以实时接收无线充电设备的输出功率，当整车监测到无线充电设备输出功率大于整车控制器发出的请求功率至设定范围(即当监测到无线充电设备的输出功率大于整车控制器发出的请求功率，且两者的误差值大于设定阈值)之后，整车控制器强制输出给无线充电设备停机指令。而且，若在某一设定时间段内连续至少两次出现上述情况，输出控制无线充电设备低压断电，并且报出故障码，便于快速定位问题，提升效率。
以上所有故障判断均是基于报文传输值，若通讯存在异常，整车控制器则直接按照屏蔽无线充电设备处理，不影响车辆直接采用动力电池作为能量源。
系统以整车层面对无线充电设备进行管控，还能够监控无线充电设备的设备状态，整车根据无线充电设备状态进行实时请求功率，对所有零部件进行监控，确保整车安全。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述无线充电系统的结构以及对应的控制过程。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
车载充电装置实施例
本实施例提供一种车载充电装置，用于设置在车辆上。该车载充电装置包括控制模块、电压检测模块和电流检测模块，电压检测模块用于检测动力电池的电压，电流检测模块用于检测动力电池最大允许充电电流，电压检测模块的检测信号输出端和电流检测模块的检测信号输出端连接控制模块的检测信号输入端，控制模块根据动力电池的电压以及最大允许充电电流计算得到动力电池的最大允许充电功率，并向发射装置输出相应的请求功率，以使发射装置根据请求功率输出相应的功率为车辆充电。
由于上述无线充电系统实施例中已对该车载充电装置的结构以及工作原理和过程进行了详细地描述，本实施例就不再具体说明。
新能源汽车实施例
本实施例提供一种新能源汽车，比如：纯电动汽车或者混动汽车，该新能源汽车中设置有车载充电子系统。该车载充电子系统为上述无线充电系统实施例中的接收装置，由于上述无线充电系统实施例中已对该接收装置的结构以及工作原理和过程进行了详细地描述，本实施例就不再具体说明。