本發(fā)明屬公共交通技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙向DCDC充電裝置以及充電控制方法。

背景技術(shù)：

能源與環(huán)境已成為當(dāng)前全球最為關(guān)注的問題，能源是經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，而環(huán)境是制約經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素。節(jié)能和環(huán)保的客觀需求促使公交車朝電動(dòng)化方向發(fā)展，隨之也推動(dòng)了服務(wù)于大規(guī)模電動(dòng)公交車的充換電站等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)?，F(xiàn)階段，我國(guó)國(guó)內(nèi)充換電站的服務(wù)對(duì)象以公交車、出租車、公務(wù)車等群體用戶為主。

目前電動(dòng)公交車存在的問題：1、動(dòng)力電池續(xù)航能力不足，目前解決的方案有兩個(gè)，一種是通過在電動(dòng)公交車上裝載大量的儲(chǔ)能動(dòng)力電池來實(shí)現(xiàn)，這種模式雖然可提高續(xù)航能力，但仍然滿足不了人們需求，且電池價(jià)格昂貴，而且極大地增加整車重量，另一種方式是采用換電池模式，由于電動(dòng)公交車的結(jié)構(gòu)差異大，電池模塊很難標(biāo)準(zhǔn)化，無法進(jìn)行大規(guī)模的普及，同時(shí)由于電池重量重，需要專用的換電設(shè)備，且頻繁的換電對(duì)電池組的電氣及機(jī)械設(shè)備接口帶來大量的安全及可靠性的隱患；2、電池壽命問題，目前采用的對(duì)車載動(dòng)力電池直接進(jìn)行大功率快速充電的充電模式不僅需要?jiǎng)虞m上百千瓦的充電系統(tǒng)，且對(duì)電池的壽命會(huì)造成極大的影響。為了增加續(xù)航里程，對(duì)電池進(jìn)行深放和深充都會(huì)對(duì)電池壽命造成影響；3、價(jià)格問題，目前由于電動(dòng)公交車要想實(shí)現(xiàn)較為理想的續(xù)航里程，則需裝載較大容量的動(dòng)力電池，由于動(dòng)力電池價(jià)格比較貴，從而造成整車的成本明顯偏高；4、充電基礎(chǔ)設(shè)備不足問題，目前的電動(dòng)公交車對(duì)應(yīng)的快速充電方式，需要建設(shè)大量的充電站，即使是采用慢充模式，由于電池容量比較大，一般設(shè)計(jì)的公交車充電樁也都有60kw左右，充電時(shí)間長(zhǎng)，由于相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的問題，目前的電動(dòng)公交車還無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離行駛，很多人擔(dān)心如果我們的電池沒電了怎么辦，即使找到一個(gè)地方充電，可能也要等上幾個(gè)小時(shí)才能將電池充滿。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，而提供一種體積小、成本低、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性高，工作可靠性高，使電動(dòng)公交車的續(xù)駛里程大為增加，以滿足持續(xù)的里程數(shù)的需求的雙向DCDC充電裝置以及充電控制方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種雙向DCDC充電裝置，其特征在于，包括有受電弓、超級(jí)電容組、動(dòng)力電池組、電機(jī)控制器以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述的受電弓與超級(jí)電容組電連接并用于對(duì)超級(jí)電容組進(jìn)行充電，所述的超級(jí)電容組經(jīng)電機(jī)控制器后與驅(qū)動(dòng)電機(jī)電連接并用于對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，所述的超級(jí)電容組和動(dòng)力電池組之間串聯(lián)有用于實(shí)現(xiàn)在超級(jí)電容組和動(dòng)力電池組之間能量的雙向傳輸DC/DC變換器，在電動(dòng)公交車正常運(yùn)行時(shí)由超級(jí)電容組經(jīng)電機(jī)控制器為驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，中間停站時(shí)地面充電站經(jīng)受電弓為超級(jí)電容組充電，首站和末站地面充電站經(jīng)受電弓通過DC/DC變換器為動(dòng)力電池組充電，在充電樁故障、夜間停車場(chǎng)與實(shí)際運(yùn)營(yíng)線路較遠(yuǎn)或車輛年檢沿途無充電設(shè)施等應(yīng)急情況下，通過DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池組向超級(jí)電容組補(bǔ)充能量。

在上述的一種雙向DCDC充電裝置中，所述的超級(jí)電容組的工作電壓范圍DC200～770V，超級(jí)電容組側(cè)的最大電流為200A，所述的動(dòng)力電池組側(cè)的工作電壓范圍為DC288～440V，動(dòng)力電池組側(cè)的最大電流為250A。

在上述的一種雙向DCDC充電裝置中，所述的受電弓上具有三個(gè)電極，按面朝電動(dòng)公交車前進(jìn)方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，三個(gè)電極的排布分別為正極、接地極、負(fù)極，在電動(dòng)公交車的首站和末站時(shí)電動(dòng)公交車的充電架與受電弓的正極、負(fù)極、接地極的三極接觸上電連接后為超級(jí)電容組充電，在停靠中間站時(shí)乘客上下車的間隙電動(dòng)公交車的充電架與受電弓的正極、負(fù)極、接地極的三極接觸上電連接后并通過DC/DC變換器為超級(jí)電容組充電。

在上述的一種雙向DCDC充電裝置中，所述的受電弓的接地極低于正極和負(fù)極，所述的充電架的正極和負(fù)極之間、正極、負(fù)極與接地極之間的絕緣應(yīng)不小于1MΩ。

在上述的一種雙向DCDC充電裝置中，所述的受電弓上設(shè)置有弓頭滑板，在快速充電時(shí)受電弓升弓后的弓頭滑板與電極之間的接觸壓力為90-160N。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題還提供了一種雙向DCDC充電控制方法，其特征在于，按以下模式步驟如下：

模式S1、電動(dòng)公交車在充電模式下，且電池補(bǔ)電開關(guān)按下后，當(dāng)超級(jí)電容組的電壓大于700V時(shí)，充電站經(jīng)受電弓通過DC/DC變換器為動(dòng)力電池組充電；

模式S2、電動(dòng)公交車處于應(yīng)急充電模式時(shí)，且電池補(bǔ)電開關(guān)按下后，當(dāng)超級(jí)電容組的電壓大于600V時(shí)，充電站經(jīng)受電弓通過DC/DC變換器為動(dòng)力電池組充電進(jìn)行降功率50％充電；

模式S3、當(dāng)動(dòng)力電池組處于無法供電的工作狀態(tài)，且電動(dòng)公交車處于運(yùn)行模式，當(dāng)超級(jí)電容組的電壓大于380V時(shí)，超級(jí)電容組通過DC/DC變換器為動(dòng)力電池組側(cè)供電；

模式S4、在充電樁故障、夜間停車場(chǎng)與實(shí)際運(yùn)營(yíng)線路較遠(yuǎn)或車輛年檢沿途無充電設(shè)施等應(yīng)急情況下，當(dāng)超級(jí)電容組小于250V，且動(dòng)力電池組SOC大于20％時(shí)，動(dòng)力電池組通過DC/DC變換器向超級(jí)電容組側(cè)補(bǔ)電。

在上述的一種雙向DCDC充電控制方法中，模式S1時(shí)DC/DC變換器為動(dòng)力電池組進(jìn)行滿功率充電，充電模式為恒流限壓模式，充電時(shí)輸出電流設(shè)定值為Min(200，A充)，其中A充為最大10S充電電流，輸出電壓設(shè)定值為460V，模式S1需滿足以下條件：1、充電模式有效；2、電池補(bǔ)電開關(guān)按下；3、超級(jí)電容組的電壓>700V；3、DC/DC變換器啟動(dòng)允許條件滿足；4、無DC/DC變換器“降功率故障”；5、無動(dòng)力電池組“禁止充電故障”；6、動(dòng)力電池組“主接觸器閉合”。

在上述的一種雙向DCDC充電控制方法中，模式S2時(shí)充電模式時(shí)，DC/DC變換器為動(dòng)力電池組充電進(jìn)行降功率50％充電，充電模式為恒流限壓模式，充電時(shí)輸出電流設(shè)定值為Min(100,A充)，其中A充為最大10S充電電流，輸出電壓設(shè)定值為460V，模式S2需滿足以下條件：1、充電模式有效；2、電池補(bǔ)電開關(guān)按下或者電動(dòng)公交車處“應(yīng)急充電模式”；3、超級(jí)電容組的電壓>600V；3、DC/DC變換器啟動(dòng)允許條件滿足；4、存在任一DC/DC“降功率故障”；5、無動(dòng)力電池組“禁止充電故障”；6、動(dòng)力電池組“主接觸器閉合”。

在上述的一種雙向DCDC充電控制方法中，模式S3時(shí)放電模式時(shí)，超級(jí)電容組通過DC/DC變換器為動(dòng)力電池組側(cè)供電，充電模式為恒流限壓模式，輸出電流設(shè)定值為100A，輸出電壓設(shè)定值為400V，模式S2需滿足以下條件：1、放電模式有效；2、超級(jí)電容組的電壓>380V；3、DC/DC啟動(dòng)允許條件滿足；4、動(dòng)力電池組“主接觸器斷開”；5、司機(jī)鑰匙在“ON”位置。

在上述的一種雙向DCDC充電控制方法中，模式S4時(shí)放電模式下，在充電樁故障、夜間停車場(chǎng)與實(shí)際運(yùn)營(yíng)線路較遠(yuǎn)或車輛年檢沿途無充電設(shè)施等應(yīng)急情況下，當(dāng)超級(jí)電容組欠壓時(shí)，動(dòng)力電池組向超級(jí)電容組供電，充電模式為恒壓限流模式，輸出電流設(shè)定值為Min(150,Iset)，輸出電壓設(shè)定值為Uset＝520，其中Iset＝(P放-12)*1000/Uset，P放為最高10S放電功率限制值，模式S4需滿足以下條件：1、放電模式有效；2、超級(jí)電容組＜250V；3、DC/DC變換器啟動(dòng)允許條件滿足；4、無動(dòng)力電池組“禁止放電故障”；5、動(dòng)力電池組主接觸器閉合；6、無“動(dòng)力電池組欠壓”；7、無動(dòng)力電池組“容量低報(bào)警”；8、司機(jī)鑰匙處在“ON”位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于以超級(jí)電容組和動(dòng)力電池組并行供電，這里超級(jí)電容組基本免維護(hù)，其循環(huán)壽命長(zhǎng)，功率密度高，大大減低了后期維護(hù)及使用成本，通過而且動(dòng)力電池組和超級(jí)電容組的輔助作用更為明顯，兩種輔助電源優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，降低系統(tǒng)成本，同時(shí)受電弓設(shè)有接地極，以解決在充電過程中產(chǎn)生的靜電導(dǎo)出，從而防止其它部件受電接觸部分損壞，整個(gè)充電控制控制方法合理，即保證了充電的效率，又保證了充電控制過程的快速性和可靠安全性。

附圖說明

圖1是本雙向DCDC充電裝置的電路原理結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本受電弓與電動(dòng)公交車接觸連接后的結(jié)構(gòu)示意示意圖。

具體實(shí)施方式

以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。

圖中，受電弓1；超級(jí)電容組2；動(dòng)力電池組3；電機(jī)控制器4；驅(qū)動(dòng)電機(jī)5；DC/DC變換器6；正極7；接地極8；負(fù)極9；弓頭滑板10。

如圖1和圖2所示，本雙向DCDC充電裝置，包括有受電弓1、超級(jí)電容組2、動(dòng)力電池組3、電機(jī)控制器4以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)5，受電弓1與超級(jí)電容組2電連接并用于對(duì)超級(jí)電容組2進(jìn)行充電，超級(jí)電容組2經(jīng)電機(jī)控制器4后與驅(qū)動(dòng)電機(jī)5電連接并用于對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)5供電，所述的超級(jí)電容組2和動(dòng)力電池組3之間串聯(lián)有用于實(shí)現(xiàn)在超級(jí)電容組2和動(dòng)力電池組3之間能量的雙向傳輸DC/DC變換器6，在電動(dòng)公交車正常運(yùn)行時(shí)由超級(jí)電容組2經(jīng)電機(jī)控制器4為驅(qū)動(dòng)電機(jī)5供電，中間停站時(shí)地面充電站經(jīng)受電弓1為超級(jí)電容組2充電，首站和末站地面充電站經(jīng)受電弓1通過DC/DC變換器6為動(dòng)力電池組3充電，在充電樁故障、夜間停車場(chǎng)與實(shí)際運(yùn)營(yíng)線路較遠(yuǎn)或車輛年檢沿途無充電設(shè)施等應(yīng)急情況下，通過DC/DC變換器6實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池組3向超級(jí)電容組2補(bǔ)充能量。

受電弓1上具有三個(gè)電極，按面朝電動(dòng)公交車前進(jìn)方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，三個(gè)電極的排布分別為正極7、接地極8、負(fù)極9，在電動(dòng)公交車的首站和末站時(shí)電動(dòng)公交車的充電架與受電弓1的正極7、負(fù)極9、接地極8的三極接觸上電連接后為超級(jí)電容組2充電，在?？恐虚g站時(shí)乘客上下車的間隙電動(dòng)公交車的充電架與受電弓1的正極7、負(fù)極9、接地極8的三極接觸并電連接后并通過DC/DC變換器6為超級(jí)電容組2充電，這里在首站、末站以及停靠中間站充電時(shí)的受電弓1上還另增設(shè)了一個(gè)接地極8，這樣在以解決在充電過程中產(chǎn)生的靜電從而導(dǎo)致受電接觸部分損壞，減少其使用壽命且存在安全隱患，另外在設(shè)置接地極8時(shí)低于正極7和負(fù)極9，這樣可以避免因制造誤誤差、外力影響等因素導(dǎo)致接地極8與正極7、負(fù)極9直接相連，受電弓1上設(shè)置有弓頭滑板10，在快速充電時(shí)受電弓1升弓后的弓頭滑板10與電極之間的接觸壓力為90-160N，這里將接觸壓力設(shè)置在90-160N使得接觸更加穩(wěn)定牢靠，保證快速充電過程的穩(wěn)定性,受電弓1的接地極8低于正極7和負(fù)極9，另外在設(shè)置接地極8時(shí)低于正極7和負(fù)極9，這樣可以避免因制造誤誤差、外力影響等因素導(dǎo)致接地極8與正極7、負(fù)極9直接相連，充電架的正極7和負(fù)極9之間、正極7、負(fù)極9與接地極8之間的絕緣應(yīng)不小于1MΩ。

這里整個(gè)充電裝置的額定功率為100kw，超級(jí)電容組2的工作電壓范圍DC200～770V，超級(jí)電容組2側(cè)的最大電流為200A，所述的動(dòng)力電池組3側(cè)的工作電壓范圍為DC288～440V，動(dòng)力電池組3側(cè)的最大電流為250A，充電效率≥90％，控制電源為DC24V。

本發(fā)明還提供了一種電動(dòng)公交車雙向DCDC充電控制方法，主要按以下模式步驟如下：模式S1、電動(dòng)公交車在充電模式下，且電池補(bǔ)電開關(guān)按下后，當(dāng)超級(jí)電容組2的電壓大于700V時(shí)，充電站經(jīng)受電弓1通過DC/DC變換器6為動(dòng)力電池組3充電；模式S2、電動(dòng)公交車處于應(yīng)急充電模式時(shí)，且電池補(bǔ)電開關(guān)按下后，當(dāng)超級(jí)電容組2的電壓大于600V時(shí)，充電站經(jīng)受電弓1通過DC/DC變換器6為動(dòng)力電池組3充電進(jìn)行降功率50％充電；模式S3、當(dāng)動(dòng)力電池組3處于無法供電的工作狀態(tài)，且電動(dòng)公交車處于運(yùn)行模式，當(dāng)超級(jí)電容組2的電壓大于380V時(shí)，超級(jí)電容組2通過DC/DC變換器6為動(dòng)力電池組3側(cè)供電；模式S4、在充電樁故障、夜間停車場(chǎng)與實(shí)際運(yùn)營(yíng)線路較遠(yuǎn)或車輛年檢沿途無充電設(shè)施等應(yīng)急情況下，當(dāng)超級(jí)電容組2小于250V，且動(dòng)力電池組3SOC大于20％時(shí)，動(dòng)力電池組3通過DC/DC變換器6向超級(jí)電容組2側(cè)補(bǔ)電。

整個(gè)雙向的DC/DC變換器6共有五種工作模式，如下表所示：

1、充電方向：0—超級(jí)電容組2→動(dòng)力電池組3(輔助負(fù)載)；1—?jiǎng)恿﹄姵亟M3→超級(jí)電容組2

2、充電模式：0—恒流限壓模式；1—恒壓限流模式

3、A充：報(bào)文ID＝0x1835A743中的“最大10S充電電流”

4、P放：報(bào)文ID＝0x1836A743中的“最高10S放電功率限制值”

5、Iset＝(P放-12)*1000/Uset

其中處于模式S0時(shí)DC/DC變換器6停止工作。

模式S1時(shí)DC/DC變換器6為動(dòng)力電池組3進(jìn)行滿功率充電，充電模式為恒流限壓模式，充電時(shí)輸出電流設(shè)定值為Min(200，A充)，其中A充為最大10S充電電流，輸出電壓設(shè)定值為460V，模式S1需滿足以下條件：1、充電模式有效；2、電池補(bǔ)電開關(guān)按下；3、超級(jí)電容組2的電壓>700V；3、DC/DC變換器6啟動(dòng)允許條件滿足；4、無DC/DC變換器6“降功率故障”；5、無動(dòng)力電池組3“禁止充電故障”；6、動(dòng)力電池組3“主接觸器閉合”，以上條件中，如果任一條件不滿足，則，模式S1失效。

模式S2時(shí)充電模式時(shí)，DC/DC變換器6為動(dòng)力電池組3充電進(jìn)行降功率50％充電，充電模式為恒流限壓模式，充電時(shí)輸出電流設(shè)定值為Min(100,A充)，其中A充為最大10S充電電流，輸出電壓設(shè)定值為460V，模式S2需滿足以下條件：1、充電模式有效；2、電池補(bǔ)電開關(guān)按下或者電動(dòng)公交車處“應(yīng)急充電模式”；3、超級(jí)電容組2的電壓>600V；3、DC/DC變換器6啟動(dòng)允許條件滿足；4、存在任一DC/DC“降功率故障”；5、無動(dòng)力電池組3“禁止充電故障”；6、動(dòng)力電池組3“主接觸器閉合”以上條件中，如果任一條件不滿足，則模式S3失效。

模式S4時(shí)放電模式下，在充電樁故障、夜間停車場(chǎng)與實(shí)際運(yùn)營(yíng)線路較遠(yuǎn)或車輛年檢沿途無充電設(shè)施等應(yīng)急情況下，當(dāng)超級(jí)電容組2欠壓時(shí)，動(dòng)力電池組3向超級(jí)電容組2供電，充電模式為恒壓限流模式，輸出電流設(shè)定值為Min(150,Iset)，輸出電壓設(shè)定值為Uset＝520，其中Iset＝(P放-12)*1000/Uset，P放為最高10S放電功率限制值，模式S4需滿足以下條件：1、放電模式有效；2、超級(jí)電容組2＜250V；3、DC/DC變換器6啟動(dòng)允許條件滿足；4、無動(dòng)力電池組3“禁止放電故障”；5、動(dòng)力電池組3主接觸器閉合；6、無“動(dòng)力電池組3欠壓”；7、無動(dòng)力電池組3“容量低報(bào)警”；8、司機(jī)鑰匙處在“ON”位置，以上條件中，任一條件不滿足，則模式S4無效。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神所定義的范圍。