一种车载充电机及其控制方法与流程

1.本发明涉及电动汽车的充放电技术，尤其涉及一种车载充电机，以及一种车载充电机的控制方法。


背景技术：

2.在gbt 18487.1国标中，电动机车的充电方式包括交流充电和直流充电。在进行交流充电时，交流充电桩输出的交流电可以通过车载充电机(on-board charger，obc)转换为直流电，再为电动汽车的动力电池包充电。在直流充电时，直流充电桩可以输出直流电，从而直接为电池包充电。
3.为了迎合提升续航里程的需求，各大车厂普遍采用多电芯串并联方式提高电池包容量。然而，电芯并联的方式会使电池包的工作电流提高，需要加大线缆截面积。这种大电流的工作模式会增加线缆上的损耗，并且容易在电芯之间引发自充自放电的问题，从而加速电芯的老化。
4.由于受功率元器件材料最高耐电压的限制，前期很多车辆和直流充电桩，使用的是最高500v的充电电压。随着科技进步，元件材料有突飞猛进的发展。碳化硅材料的功率管正逐步取代原本的硅材料功率管。相应地，功率元器件的耐压等级也从600v提高到1200v。因此，电动汽车的动力电池包及直流充电桩都在布局高电压产品，充电桩和车辆都逐渐开始支持最高电压1000v的充电功能。
5.然而，目前市场上仍有大量500v及750v的直流充电桩仍在服役。这些主流的低压直流充电桩无法为最高电压1000v的高压电池充电，阻碍了1000v高压电池的推广和发展。
6.为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种车载充电机、一种车载充电机的控制方法，以及一种计算机可读存储介质，用于使搭载高电压电池包(例如：最高电压1000v)的车辆能够兼容最高电压为500v、750v和1000v的各种直流充电桩，从而解决主流的低电压充电桩无法为高电压电池包充电的问题。


技术实现要素：

7.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。
8.为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种车载充电机、一种车载充电机的控制方法，以及一种计算机可读存储介质，用于使搭载高电压电池包(例如：最高电压1000v)的车辆能够兼容最高电压为500v、750v和1000v的各种直流充电桩，从而解决主流的低电压充电桩无法为高电压电池包充电的问题。
9.本发明提供的上述车载充电机，包括：直流接口，用于连接外部的直流电源；第一开关，一端连接所述直流接口，另一端连接隔离变压模块；所述隔离变压模块，一端连接所
述第一开关，另一端连接车辆的高压电池；第二开关，一端连接所述直流接口，另一端连接所述高压电池；以及处理器，通信连接所述第一开关和所述第二开关，并配置为：响应于直流接头接入所述直流接口，获取对应的直流电源的充电电压信息及所述高压电池的当前电压信息；以及响应于所述直流电源的充电电压小于所述高压电池的当前电压，闭合所述第一开关，并控制所述隔离变压模块对所述充电电压进行升压以向所述高压电池充电。
10.优选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器还可以配置为：响应于所述直流电源的充电电压大于所述高压电池的当前电压，闭合所述第二开关以利用所述直流电源直接向所述高压电池充电。
11.优选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器还可以配置为：响应于所述第二开关的闭合，实时获取所述高压电池的当前电压信息以监测所述高压电池的当前电压；以及响应于所述高压电池的当前电压上升到所述直流电源的充电电压，断开所述第二开关并闭合所述第一开关，并控制所述隔离变压模块对所述充电电压进行升压以向所述高压电池继续充电。
12.可选地，在本发明的一些实施例中，所述车载充电机还可以包括：交流接口，用于连接外部的交流电源；以及变流模块，一端连接所述交流接口，另一端连接所述隔离变压模块。所述处理器还配置为：响应于交流接头接入所述交流接口，利用所述变流模块将对应交流电源输入的交流电整流为直流电，并控制所述隔离变压模块对所述直流电进行隔离变压以向所述高压电池充电。
13.优选地，在本发明的一些实施例中，所述变流模块可以包括无桥pfc电路。所述隔离变压模块包括cllc电路。所述处理器可以进一步配置为：响应于交流接头接入所述交流接口，启动所述无桥pfc电路对其预充电容充电，以在所述预充电容上产生直流电压；以及响应于所述预充电容上的直流电压达到充电的额定电压，控制所述cllc电路的各功率管以启动所述cllc电路向所述高压电池充电。
14.优选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器可以进一步配置为：判断接入所述直流接口或所述交流接口的接头的充放电类型；响应于判断所述接头为充电接头，控制所述车载充电机根据电源类型向所述高压电池充电；以及响应于判断所述接头为放电接头，控制所述车载充电机利用所述高压电池的电能向所述接头连接的放电设备供电。
15.优选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器可以进一步配置为：响应于判断所述接头为放电接头，控制所述cllc电路的各功率管利用所述高压电池的电能对所述预充电容充电；以及响应于所述预充电容上的电压达到放电的额定电压，通过接入所述放电接头的接口向所述放电接头连接的放电设备供电。
16.优选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器可以进一步配置为：判断所述放电接头的放电类型；响应于所述放电接头为交流放电接头，启动所述无桥pfc电路以将所述预充电容上的直流电压转换为交流电，并通过所述交流接口向所述交流放电接头连接的交流放电设备供电；以及响应于所述放电接头为直流放电接头，闭合所述第一开关以通过所述直流接口向所述直流放电接头连接的直流放电设备供电。
17.可选地，在本发明的一些实施例中，所述高压电池的满电电压可以适配于对应的高压充电桩，并高于普通充电桩的充电电压。
18.根据本发明的另一方面，本文还提供了一种车载充电机的控制方法。
19.本发明提供的上述车载充电机的控制方法包括步骤：响应于直流接头接入所述车载充电机的直流接口，获取对应所述直流接头的直流电源的充电电压信息及车辆的高压电池的当前电压信息；以及响应于所述直流电源的充电电压小于所述高压电池的当前电压，闭合第一开关，并控制隔离变压模块对所述充电电压进行升压以向所述高压电池充电。所述第一开关的一端连接所述直流接口，所述第一开关的另一端连接隔离变压模块，所述隔离变压模块的一端连接所述第一开关，所述隔离变压模块的另一端连接所述高压电池。
20.优选地，在本发明的一些实施例中，所述控制方法还可以包括步骤：响应于所述直流电源的充电电压大于所述高压电池的当前电压，闭合第二开关以利用所述直流电源直接向所述高压电池充电。所述第二开关的一端连接所述直流接口，所述第二开关的另一端连接所述高压电池。
21.优选地，在本发明的一些实施例中，所述控制方法还可以包括步骤：响应于所述第二开关的闭合，实时获取所述高压电池的当前电压信息以监测所述高压电池的当前电压；以及响应于所述高压电池的当前电压上升到所述直流电源的充电电压，断开所述第二开关并闭合所述第一开关，并控制所述隔离变压模块对所述充电电压进行升压以向所述高压电池继续充电。
22.可选地，在本发明的一些实施例中，所述控制方法还可以包括步骤：响应于交流接头接入所述车载充电机的交流接口，利用变流模块将对应所述交流接头的交流电源输入的交流电整流为直流电，并控制所述隔离变压模块对所述直流电进行隔离变压以向所述高压电池充电，其中，所述变流模块的一端连接所述交流接口，所述变流模块的另一端连接所述隔离变压模块。
23.优选地，在本发明的一些实施例中，所述变流模块包括但不限于无桥pfc电路。所述隔离变压模块包括但不限于cllc电路。将输入的交流电整流为直流电的步骤可以包括：启动所述无桥pfc电路对其预充电容充电，以在所述预充电容上产生直流电压。控制所述隔离变压模块向所述高压电池充电的步骤可以包括：响应于所述预充电容上的直流电压达到充电的额定电压，控制所述cllc电路的各功率管以启动所述cllc电路向所述高压电池充电。
24.优选地，在本发明的一些实施例中，所述控制方法还可以包括步骤：判断接入所述直流接口或所述交流接口的接头的充放电类型；响应于判断所述接头为充电接头，控制所述车载充电机根据电源类型向所述高压电池充电；以及响应于判断所述接头为放电接头，控制所述车载充电机利用所述高压电池的电能向所述接头连接的放电设备供电。
25.优选地，在本发明的一些实施例中，利用所述高压电池的电能向所述接头连接的放电设备供电的步骤可以包括：控制所述cllc电路的各功率管利用所述高压电池的电能对所述预充电容充电；以及响应于所述预充电容上的电压达到放电的额定电压，通过接入所述放电接头的接口向所述放电接头连接的放电设备供电。
26.优选地，在本发明的一些实施例中，通过所述接口向所述放电设备供电的步骤可以进一步包括：判断所述放电接头的放电类型；响应于所述放电接头为交流放电接头，启动所述无桥pfc电路以将所述预充电容上的直流电压转换为交流电，并通过所述交流接口向所述交流放电接头连接的交流放电设备供电；以及响应于所述放电接头为直流放电接头，闭合所述第一开关以通过所述直流接口向所述直流放电接头连接的直流放电设备供电。
27.根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读存储介质。
28.本发明提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。所述计算机指令被处理器执行时，可以实施上述任意一个实施例所提供的车载充电机的控制方法，用于使搭载高电压电池包(例如：最高电压1000v)的车辆能够兼容最高电压为500v、750v和1000v的各种直流充电桩，从而解决主流的低电压充电桩无法为高电压电池包充电的问题。
附图说明
29.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
30.图1示出了根据本发明的一些实施例提供的车载充电机的电路拓扑示意图。
31.图2示出了根据本发明的一些实施例提供的利用车载充电机为高压电池直流充电的流程示意图。
32.图3示出了根据本发明的一些实施例提供的利用车载充电机交流充放电的流程示意图。
具体实施方式
33.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
36.能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
37.如上所述，目前市场上主流的直流充电桩的最大充电电压为500v或750v，无法为1000v的高压电池包充电。为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种车载充电机、一种车载充电机的控制方法，以及一种计算机可读存储介质，用于使搭载高电压电池包
(例如：最高电压1000v)的车辆能够兼容最高电压为500v、750v和1000v的各种直流充电桩，从而解决主流的低电压充电桩无法为高电压电池包充电的问题。
38.请参考图1，图1示出了根据本发明的一些实施例提供的车载充电机的电路拓扑示意图。
39.如图1所示，本发明提供的上述车载充电机10包括直流接口11、第一开关k1、隔离变压模块12、第二开关k2和处理器(未绘示)。
40.上述直流接口11的结构适配于充电桩的直流充电枪，可以通过直流充电枪连接充电桩的直流电源，用于从连接的直流电源获取电能来为车辆的高压电池20充电。
41.上述第一开关k1的第一端连接直流接口11，而其第二端连接隔离变压模块12。在一些实施例中，该第一开关k1可以选用默认为断开状态的常开开关，仅响应于处理器的控制信号才将隔离变压模块12连接到直流接口11。在一些实施例中，第一开关k1可以选用可控硅晶闸管(silicon controlled rectifier，scr)、金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，mosfet)、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)等半导体功率管。
42.上述隔离变压模块12的第一端连接第一开关k1，而其第二端连接车辆的高压电池20，用于将直流电源提供的500v或750v的低压直流电升压到1000v，从而向高压电池20充电。在一些实施例中，隔离变压模块12可以选用cllc电路。如图1所示，cllc电路可以由半导体功率管t1～t8、谐振电容c1～c2、谐振电感l1～l2和滤波电容c3构成，可以对直流接口11输入的500v或750v的直流电进行电气隔离，并将其电压调节到1000v的额定充电电压，从而对高压电池20进行充电。
43.上述第二开关k2的第一端连接直流接口11，而其第二端直接连接高压电池20。在一些实施例中，该第二开关k2可以选用默认为断开状态的常开开关，仅响应于处理器的控制信号才将高压电池20直接连接到直流接口11。在一些实施例中，第二开关k2可以选用scr、mosfet、igbt等半导体功率管。
44.上述处理器通信连接第一开关k1和第二开关k2，可以根据充电桩的充电电压与高压电池20的当前电压的大小关系，控制第一开关k1和第二开关k2的通断，以使搭载1000v高电压电池包的车辆能够兼容最高电压为500v、750v和1000v等各种直流充电桩，从而解决主流的低电压充电桩无法为高电压电池包充电的问题。
45.以下将结合一些车载充电机的控制方法来描述车载充电机10的工作原理。本领域的技术人员可以理解，这些控制方法的实施例只是一些非限制性的实施例，旨在清楚的展示本发明的主要构思，并提供一些便于公众实施具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。
46.请参考图2，图2示出了根据本发明的一些实施例提供的利用车载充电机为高压电池直流充电的流程示意图。
47.如图2所示，在本发明的一些实施例中，在未启动充电流程的工况下，第一开关k1和第二开关k2都处于断开状态，cllc电路12和高压电池20都不连接直流接口11。处理器可以实时获取直流接口11的接入状态信息，以判断是否有直流充电接头接入本车的直流接口11。响应于有直流接头接入直流接口11，处理器可以根据国标gbt27930的要求开始和直流充电桩进行信息交互，在参数配置阶段获取直流充电桩的充电电压信息，并从车辆端获取
高压电池20的当前电压信息。之后，处理器可以将直流充电桩的充电电压与高压电池20的当前电压进行比较。
48.在一些实施例中，响应于接入的直流充电桩为目前主流的低压充电桩，充电电压为500v或750v，小于高压电池20的当前电压(例如：900v)，处理器可以判断直流充电桩的充电电压过低，不足以为高压电池20充电，需要采用车载充电机升压策略。此时，处理器可以启动cllc电路12对预充电容c0进行预充电，并闭合第一开关k1以将cllc电路12连接到直流接口11。之后，处理器可以控制cllc电路12的各功率管运行来对充电电压进行升压，将充电电压升压到1000v再向高压电池20进行小功率充电。
49.可选地，在另一些实施例中，响应于接入的直流充电桩为适配于高压电池20的高压充电桩，充电电压为1000v，大于高压电池20的当前电压(例如：900v)，处理器可以判断直流充电桩的充电电压足以为高压电池20进行大功率充电。此时，处理器可以闭合第二开关k2以将高压电池20直接连接到直流接口11，从而利用直流充电桩提供的电能直接对高压电池20进行大功率充电。
50.在一些动力电池亏电的极端工况下，1000v高压电池20的当前电压可能跌落到750v以下，容易造成对充电桩充电能力的误判。如图2所示，在一些优选的实施例中，响应于第二开关k2的闭合，处理器可以继续实时获取高压电池20的当前电压信息，以监测高压电池20的当前电压。随着直流充电的持续，高压电池20的当前电压会逐渐上升。响应于高压电池20的当前电压上升到直流电源的充电电压(例如：750v)，处理器可以判断直流充电桩的充电电压不足以为高压电池20继续充电。此时，处理器可以断开第二开关k2并闭合第一开关k1，并控制cllc电路12的各功率管运行来将750v的充电电压升压到1000v，再向高压电池20继续充电。
51.相比于现有技术通过并联电芯来提高车辆续航里程的方案，本发明能够支持电动汽车采用串联电芯的方式来提高电池包容量，通过提高电池包额定电压来提高整车的能量利用效率，并减小高压线束线径。即使电池包的额定电压高于市场上主流充电桩的充电电压，也能通过采用本发明来解决高压电池包20的充电问题。
52.可选地，在另一些实施例中，上述直流接口11还适于连接具有适配结构的直流放电枪，用于通过接入的直流放电枪向外接的放电设备输出电能。cllc电路12还可以将高压电池20作为输入，对其输入的直流电进行电气隔离以对预充电容c0进行预充电，用于为外接的放电设备供电。
53.响应于有接头接入直流接口11，处理器可以首先根据接头的负载阻抗判断接入的接头是直流充电接头，还是直流放电接头。响应于判断接入的接头为直流放电接头，处理器可以先启动cllc电路12以利用高压电池20的电能对预充电容c0进行预充电，待预充电容c0上的电压达到放电的额定电压后，再闭合第一开关k1以通过直流接口11向直流放电接头连接的直流放电设备供电。也就是说，本发明提供的上述车载充电机10可以是一种双向充电机，既可以利用充电桩输入的电能为高压电池20充电，也可以利用高压电池20储存的电能向放电设备供电。
54.如图1所示，在本发明的一些实施例中，车载充电机10还可以包括交流接口13和变流模块14。
55.上述交流接口13的结构适配于充电桩的交流充电枪，可以通过交流充电枪连接充
电桩的交流电源，用于从连接的交流电源获取电能来为车辆的高压电池20充电。可选地，在一些实施例中，交流接口13的结构还适配于交流放电枪，可以通过该适配的交流放电枪连接交流放电设备，用于输出交流电来为连接的交流放电设备供电。
56.上述变流模块14的第一端连接交流接口13，而其第二端连接隔离变压模块12的输入端，用于将交流电源提供的220v或380v交流电整流为直流电，再通过隔离变压模块12向高压电池20充电；或者将隔离变压模块12提供的直流电逆变为220v的交流电，再为连接的交流放电设备供电。在一些实施例中，上述变流模块14可以选用无桥pfc电路。
57.如图1所示，上述无桥pfc电路14可以由单向可控硅md1～md4构成的整流桥、预充电容c0和电感l0构成。在一些交流充电的实施例中，无桥pfc电路14可以对交流接口13输入的220v或380v交流电进行功率因素校正，并利用交流接口13输入的交流电为预充电容c0充电，从而在预充电容c0上产生直流电压。在一些交流放电的实施例中，无桥pfc电路14可以将cllc电路12输出的直流电逆变为220v或380v的交流电，再通过交流接口13对外放电。
58.请参考图3，图3示出了根据本发明的一些实施例提供的利用车载充电机交流充放电的流程示意图。
59.如图3所示，在本发明的一些实施例中，在未启动交流充放电流程的工况下，第一开关k1和第二开关k2都处于断开状态，处理器可以实时获取交流接口13的接入状态信息，以判断是否有交流充电接头或交流放电接头接入本车的交流接口13。也就是说，在本发明的一些实施例中，处理器可以根据直流接口11和交流接口13的接入状态信息，判断接入的接头是交流接头还是直流接头，从而根据电源类型执行对应的充放电策略。
60.响应于有交流接头接入交流接口13，处理器可以根据交流接头的负载阻抗判断接入的接头是交流充电接头，还是交流放电接头。若判断接入的交流接头为交流充电接头，处理器可以首先和充电桩系统进行交互握手，以确定充电桩系统是否允许充电。响应于握手交互的反馈信息指示允许充电，处理器可以启动无桥pfc电路14以利用交流电源输入的交流电为预充电容c0充电，从而在预充电容c0上产生直流电压。预充电容c0上的直流电压将随充电的进行而逐渐上升。响应于预充电容c0上的直流电压达到充电的额定电压，处理器可以控制cllc电路12的各功率管，以启动cllc电路12向高压电池20充电。
61.可选地，在另一些实施例中，若判断接入的交流接头为交流放电接头，处理器可以首先和放电设备系统进行交互握手，以确定放电设备系统是否允许放电。响应于握手交互的反馈信息指示允许放电，处理器可以首先控制cllc电路12的各功率管利用高压电池20的电能对预充电容c0充电，从而在预充电容c0上产生直流电压。预充电容c0上的直流电压将随充电的进行而逐渐上升。响应于预充电容c0上的直流电压达到放电的额定电压，处理器可以启动无桥pfc电路14，将预充电容c0上的直流电压转换为220v或380v的交流电，再通过交流接口向交流放电接头连接的交流放电设备供电。
62.本领域的技术人员可以理解，尽管上述实施例将处理器描述为车载充电机10的一个部件，但这并不表示处理器必须设置于车载充电机10中，也不表示处理器必须为车载充电机10专用的处理器。可选地，在另一些实施例中，处理器的控制方法也可以由电动汽车的整车控制单元(vehicle control unit，vcu)或电池管理系统(battery management system，bms)的控制器来执行。也就是说，上述处理器包括但不限于车载充电机10的专用处理器、电动汽车的整车控制单元(vcu)、电池管理系统(bms)的控制器等各种设置于车辆端
的控制设备和数据处理设备。
63.尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
64.尽管上述的实施例所述的处理器可以通过软件与硬件的组合来实现。但是可以理解，该处理器也可以单独在软件或硬件中加以实施。对于硬件实施而言，该处理器可以在一个或多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理器件(dapd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行上述功能的其它电子装置或上述装置的选择组合来加以实施。对软件实施而言，该处理器可以通过在通用芯片上运行的诸如程序模块(procedures)和函数模块(functions)等独立的软件模块来加以实施，其中每一个模块可以执行一个或多个本文中描述的功能和操作。
65.根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读存储介质。
66.本发明提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。该计算机指令被处理器执行时，可以实施上述任意一个实施例所提供的车载充电机的控制方法，用于使搭载高电压电池包(例如：最高电压1000v)的车辆能够兼容最高电压为500v、750v和1000v的各种直流充电桩，从而解决主流的低电压充电桩无法为高电压电池包充电的问题。
67.提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。