本发明涉及车辆充电技术领域，尤其是涉及一种车辆充电器及车辆充电系统。
背景技术：
客车充电器通常以箱体形式吊装于客车车体下方，内部为模块设计，其主要用于列车应急蓄电池充电，同时也为车上照明、控制柜、塞拉门等直流用电设备提供电源。目前的客车充电器仅支持单一供电模式，对于部分客车车型，输入采用的是直流和交流的交叉供电，由于车上空间限制，无法分别配套一台直流输入供电及一台交流输入供电的充电器，因此需要一台兼容供电的充电器，针对不同的输入电压均可正常工作。另外现有的客车充电器内设置有输出过压保护，此保护为单重保护，相比双重保护的保护性较差。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种车辆充电器及车辆充电系统，能够支持直流和交流的兼容供电模式，并提供双重过压保护，提高过压保护的可靠性。
第一方面，本发明实施例提供了一种车辆充电器，该车辆充电器包括依次连接的电压输入模块、电压处理模块、电压输出模块和过压保护模块；电压输入模块中设置有兼容供电转换单元，用于将外界输入电压转换为第一直流电压，并将第一直流电压输送到电压处理模块；电压处理模块用于将接收的第一直流电压逆变为预设的交流电压，并将交流电压输送到电压输出模块；电压输出模块中设置有输出整流采样单元，用于将交流电压整流成预设的第二直流电压，并对第二直流电压进行滤波处理，输出经滤波处理后的第二直流电压，以供车辆上的用电设备使用；过压保护模块中设置有硬件保护单元和软件保护单元，硬件保护单元和软件保护单元均用于检测电压输出模块输出的经滤波处理后的第二直流电压的电压值；硬件保护单元还用于在检测到电压值超过预设的过压保护值时执行硬件过压保护操作；软件保护单元还用于在检测到电压值超过预设的过压保护值时执行软件过压保护操作。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，硬件保护单元包括过压保护板；软件保护单元包括依次连接的输出电压传感器和控制板；过压保护模块中还设置有与硬件保护单元以及软件保护单元相连的输出接触器；过压保护板用于检测电压输出模块输出的经滤波处理后的第二直流电压的电压值；还用于在检测到电压值超过预设的过压保护值时向输出接触器发出低电平信号，执行硬件过压保护操作；输出接触器包括控制线圈、常开主触点和常开辅助触点，控制线圈用于接收到低电平信号时失电，常开主触点和常开辅助触点用于在控制线圈失电时均断开，以使充电器切断与车辆上用电设备的连接；输出电压传感器用于检测电压输出模块输出的经滤波处理后的第二直流电压的电压值，还用于将检测到的电压值输送给控制板；控制板用于比较电压值与过压保护值，在电压值超过过压保护值时向输出接触器发出低电平信号，执行软件过压保护操作。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，兼容供电转换单元包括二极管和三相整流桥；二极管用于在外界输入电压为直流电压时，将外界输入电压作为第一直流电压输送到电压处理模块；三相整流桥用于在外界输入电压为交流电压时，将外界输入电压整流为第一直流电压，并将第一直流电压输入到电压处理模块。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，电压处理模块包括依次连接的emi滤波单元、输入控制单元、前级调压单元和中间逆变单元；emi滤波单元用于对接收的第一直流电压进行滤波处理，并将滤波后的第一直流电压输送到输入控制单元；输入控制单元用于对接收的滤波后的第一直流电压的变化幅度进行控制，并将控制后的第一直流电压输送到前级调压单元；前级调压单元用于将控制后的第一直流电压调整至预设的第三直流电压，并将第三直流电压输送到中间逆变单元；中间逆变单元用于将第三直流电压逆变为预设的交流电压，并将交流电压输送到电压输出模块。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，输入控制单元包括电解电容；电解电容用于抑制第一直流电压的变化幅度；其中，电解电容由第一直流电压进行充电。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，充电器上还设置有与过压保护板相连的第一指示灯；过压保护板用于在检测到电压值超过预设的过压保护值时，点亮第一指示灯。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，充电器上还设置有与控制板相连的第二指示灯；控制板用于在电压值超过过压保护值时，点亮第二指示灯。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，充电器上还设置有散热风扇。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，充电器上设置有充电端口，以供用电设备通过充电端口得电。
第二方面，本发明实施例还提供一种车辆充电系统，包括车辆，以及设置在车辆上的如第一方面至第一方面的第八种可能的实施方式中任一项的充电器；充电器用于给车辆上的用电设备供电。
本发明实施例提供了一种车辆充电器及车辆充电系统，该充电器包括依次连接的电压输入模块、电压处理模块、电压输出模块和过压保护模块，电压输入模块中设置有兼容供电转换单元，能够将外界输入的直流电压和交流电压均转换为直流电压，过压保护模块中设置有硬件保护单元和软件保护单元，硬件保护单元能够执行硬件过压保护操作，软件保护单元能够执行软件过压保护操作，因此本发明提供的充电器能够支持直流和交流的兼容供电模式，并提供硬件保护和软件保护的双重过压保护，提高过压保护的可靠性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的一种车辆充电器的结构示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的另一种车辆充电器的结构示意图；
图3示出了本发明实施例所提供的另一种车辆充电器的结构示意图；
图4示出了本发明实施例所提供的一种双重过压保护的结构示意图；
图5示出了本发明实施例所提供的一种车辆充电系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前现有的车辆充电器仅支持单一供电模式，无法实现兼容供电，且充电器内设置的输出过压保护为单重保护，相比双重保护的保护性较差，基于此，本发明实施例提供的一种车辆充电器及车辆充电系统，能够对车辆的用电设备进行兼容供电，并提供双重过压保护，提高保护的可靠性。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种车辆充电器及车辆充电系统进行详细介绍。
在一种实施方式中，本发明实施例提供了一种车辆充电器，参见图1所示的车辆充电器的结构示意图，如图所示，该充电器包括依次连接的电压输入模块10、电压处理模块20、电压输出模块30和过压保护模块40；电压输入模块10中设置有兼容供电转换单元101，用于将外界输入电压转换为第一直流电压，并将第一直流电压输送到电压处理模块；电压处理模块20用于将接收的第一直流电压逆变为预设的交流电压，并将交流电压输送到电压输出模块30；电压输出模块30中设置有输出整流采样单元301，用于将交流电压整流成预设的第二直流电压，并对第二直流电压进行滤波处理，输出经滤波处理后的第二直流电压，以供车辆上的用电设备使用；过压保护模块40中设置有硬件保护单元401和软件保护单元402，硬件保护单元401和软件保护单元402均用于检测电压输出模块30输出的经滤波处理后的第二直流电压的电压值；硬件保护单元401还用于在检测到电压值超过预设的过压保护值时执行硬件过压保护操作；软件保护单元402还用于在检测到电压值超过预设的过压保护值时执行软件过压保护操作。
本发明实施例提供的上述车辆充电器，包括依次连接的电压输入模块、电压处理模块、电压输出模块和过压保护模块，电压输入模块中设置有兼容供电转换单元，能够将外界输入的直流电压和交流电压均转换为直流电压，过压保护模块中设置有硬件保护单元和软件保护单元，硬件保护单元能够执行硬件过压保护操作，软件保护单元能够执行软件过压保护操作，因此本发明提供的充电器能够支持直流和交流的兼容供电模式，并提供硬件保护和软件保护的双重过压保护，提高过压保护的可靠性。
具体的，电压输入模块中的兼容供电转换单元将外界输入电压转换为第一直流电压时，外界输入电压可以是直流600v的电压也可以是交流380v的电压，当输入为dc600v时，兼容供电转换单元将其作为第一直流电压；当输入为ac380v时，兼容供电转换单元也将其转换为第一直流电压。电压处理模块接收到第一直流电压后，对第一直流电压进行滤波处理，并控制滤波后的第一直流电压的幅度变化，对控制后的第一直流电压的电压值进行调整，调整至预设的电压值，将调整后的第一直流电压整流成预设的第二直流电压，并对第二直流电压进行滤波处理，输出经滤波处理后的第二直流电压，以供车辆上的用电设备使用。第二直流电压可以为110v的直流电压，车辆上的用电设备包括蓄电池、母线和其它负载等。
过压保护模块的硬件保护单元和软件保护单元均用于检测电压输出模块输出的经滤波处理后的第二直流电压的电压值，当检测到电压值不超过预设的过压保护值时，将电压输出模块输出的经滤波处理后的第二直流电压供给用电设备使用，对于110v的输出直流电压，过压保护值可以设为125v。硬件保护单元还用于在检测到电压值超过预设的过压保护值时执行硬件过压保护操作，软件保护单元还用于在检测到电压值超过预设的过压保护值时执行软件过压保护操作，硬件过压保护操作和软件过压保护操作均能在充电器出现过压充电时及时切断充电回路，防止充电器对蓄电池的过压充电，也保护其它用电设备。
参见图2所示的另一种车辆充电器的结构示意图，在图1的基础上，还示意出了过压保护板401a、输出电压传感器402a、控制板402b、输出接触器50、二极管101a、三相整流桥101b、emi滤波单元201、输入控制单元202、前级调压单元203、中间逆变单元204、电解电容202a、第一指示灯60、第二指示灯70、散热风扇80、充电端口90，为了便于理解，以下对图2所示的车辆充电器具体解释如下：
其中，过压保护板设置在硬件保护单元中，输出电压传感器和控制板设置在软件保护单元中并依次连接，输出接触器设置在过压保护模块中并与硬件保护单元以及软件保护单元相连。过压保护板用于检测电压输出模块输出的经滤波处理后的第二直流电压的电压值；还用于在检测到电压值超过预设的过压保护值时向输出接触器发出低电平信号，执行硬件过压保护操作；输出接触器包括控制线圈、常开主触点和常开辅助触点，充电器正常工作输出不过压时，输出接触器的常开主触点及常开辅助触点均为吸合状态，控制线圈在接收到低电平信号时失电，此时常开主触点和常开辅助触点均断开，以使充电器切断与蓄电池等车上用电设备的连接；输出电压传感器用于检测电压输出模块输出的经滤波处理后的第二直流电压的电压值，还用于将检测到的电压值输送给控制板；控制板用于比较电压值与过压保护值，在电压值超过预设的过压保护值时向输出接触器发出低电平信号，执行软件过压保护操作。
具体的，硬件过压保护操作是过压保护板在检测到电压输出模块输出的经滤波处理后的第二直流电压的电压值超过预设的过压保护值时，向输出接触器发出低电平信号，当输出接触器接收到低电平信号时，输出接触器的控制线圈失电，失电后的控制线圈不能产生电磁感应，因此常开主触点和常开辅助触点断开，切断充电回路，防止充电器对蓄电池的过压充电，也保护其它用电设备。软件过压保护操作是控制板在检测到由输出电压传感器检测并输送的电压值超过预设的过压保护值时，向输出接触器发出低电平信号，当输出接触器接收到低电平信号时，输出接触器的控制线圈失电，失电后的控制线圈不能产生电磁感应，因此常开主触点和常开辅助触点断开，切断充电回路，防止充电器对蓄电池的过压充电，也保护其它用电设备。充电器的双重过压保护操作通过硬件保护和软件保护能够有效提高保护的可靠性。双重保护操作完全独立，综合了软件保护和硬件保护的时效性和准确性，也有效避免了某一重保护失效时导致的充电器给蓄电池过压充电及损坏其他用电设备的风险。
二极管和三相整流桥均设置在兼容供电转换单元中，二极管用于在外界输入电压为直流电压时，将外界输入电压作为第一直流电压输送到电压处理模块；三相整流桥用于在外界输入电压为交流电压时，将外界输入电压整流为第一直流电压，并将第一直流电压输入到电压处理模块。二极管为正向导通，在输入电压为直流电压如dc600v时可有效防止线路反接造成内部器件损伤，在输入电压为交流电压如ac380v时可有效防止电流倒灌至dc600v输入端造成误触电风险。
emi滤波单元、输入控制单元、前级调压单元和中间逆变单元均设置在电压处理模块中并依次连接。emi滤波单元用于对接收的第一直流电压进行滤波处理，并将滤波后的第一直流电压输送到输入控制单元；输入控制单元用于对接收的滤波后的第一直流电压的变化幅度进行控制，防止外部负载变化造成的第一直流电压的突变，并将控制后的第一直流电压输送到前级调压单元；前级调压单元用于将控制后的第一直流电压调整至预设的第三直流电压，并将第三直流电压输送到中间逆变单元；中间逆变单元用于将第三直流电压逆变为预设的交流电压，并将交流电压输送到电压输出模块。输入控制单元包括电解电容，电解电容用于抑制第一直流电压的变化幅度，并由第一直流电压进行充电。
充电器上设置有与过压保护板相连的第一指示灯，过压保护板用于在检测到电压值超过预设的过压保护值时，点亮第一指示灯。充电器上还设置有与控制板相连的第二指示灯，控制板用于在电压值超过预设的过压保护值时，点亮第二指示灯。第一指示灯和第二指示灯能够提示相关人员目前充电器给蓄电池充电及给其它用电设备供电的状态，以便在过压供电时提示相关人员及时采取措施。充电器上设置有散热风扇，散热风扇与过压保护模块相连，可以有效地对过压保护模块进行散热，防止充电器对车辆上的蓄电池充电时散发的热量无法排出而导致温度过高影响充电器的正常工作。充电器上还设置有充电端口，与输出接触器相连，以供蓄电池通过充电端口充电及其它用电设备通过充电端口得电，得电表示的是通电。
在一种实施方式中，如图3所示的车辆充电器的结构示意图，包括兼容供电转换单元101、emi滤波102、输入控制103、前级调压104、中间逆变105、输出整流采样106，600v+和600v-分别表示直流电压的正极和负极输入端口，ac380v/u、ac380v/v和ac380v/w分别表示交流电压的u、v和w三相输入端口，dm01为二极管，dm02为三相整流桥，110+、l+和d+连接在一起分别表示母线正向端、负载正向端和蓄电池正极，d-和l-共用一根电缆并与110-连接在一起分别表示蓄电池负极、负载负向端和母线负向端。
兼容供电转换单元101由二极管dm01和三相整流桥dm02组成，二极管dm01防止电流反向流通，dm02用于将三相ac380v整流为充电器可正常工作的直流电。emi滤波102核心器件为一个直流滤波器，用于对直接输入的直流电及整流后的直流电进行滤波，提高电压质量。输入控制103负责保护和预充电，通常包含熔断器、主接触器、电解电容和预充电电阻等。前级调压104核心为单片机，基于pcb线路板配合单片机软件设定将直流输入电压调整到需求的直流电压。中间逆变105是将前级调整后的直流电压变为高频交流电压。输出整流采样106是将高频交流电压变为直流并滤波后输出至车上蓄电池、母线和负载，同时还具有输出电压的检测及过压保护功能。
具体实施时，车辆上dc600v和ac380v根据车辆行驶区域交叉供电，当输入仅为dc600v时，输入的直流电通过兼容供电转换单元101中的二极管dm01后经emi滤波102对dc600v进行滤波，再经输入控制103开始预充电，预充电完成后吸合主接触器，而后经前级调压104将dc600v调整至设定的直流电压值，再经中间逆变105将调整后的直流电压变为高频交流电压，最后通过输出整流采样106将直流电整流成dc110v并滤波后输出供车上蓄电池、母线及负载使用。其中母线正110+、负载正l+及蓄电池正d+连接在一起，蓄电池负d-和负载负l-共用一根电缆并与母线负110-连接在一起。因为兼容供电转换单元101中的二极管dm01为正向导通，在输入为dc600v时可有效防止电源线反接造成内部器件损伤。
当输入仅为ac380v时，输出的三相交流电通过兼容供电转换单元101中的三相整流桥dm02整流成充电器正常工作电压范围内的直流电，而后经emi滤波102对整流后的直流电进行滤波，再经输入控制103开始预充电，预充电完成后吸合主接触器，而后经前级调压104将整流后的直流电调整至设定的直流电压值，再经中间逆变105将调整后的直流电压变为高频交流电压，最后通过输出整流采样106将直流电整流成dc110v并滤波后输出供车上蓄电池、母线及负载使用。其中母线正110+、负载正l+及蓄电池正d+连接在一起，蓄电池负d-和负载负l-共用一根电缆并与母线负110-连接在一起。因为兼容供电转换单元101中的二极管dm01为正向导通，在输入为ac380v时可有效防止电流倒灌至dc600v输入端造成误触电风险。
以上两种输入电压作为客车常用的输入电压，如有其它场合其它输入电压等级，均可通过充电器内部器件参数的调整及软件设定完成调整，实现充电器的正常工作。
如图4所述的双重过压保护的结构示意图，图4中包括输出整流采样106、输出电压传感器107、过压保护板108、控制板109和输出接触器110，a1、a2为输出接触器中控制线圈的两端。
在输出整流采样106中设有输出电压传感器107和过压保护板108，输出电压传感器107用于检测输出的直流电压值；过压保护板108用于检测输出的直流电压值，还用于在检测到输出过压时实施保护，检测及保护功能均通过硬件电路实现，核心器件可使用电压比较器或电压基准芯片。控制板109核心为dsp，用于接收从输出电压传感器107检测到的输出直流电压值，并与软件内设定的过压保护值比较，在过压时由dsp处理实施保护。输出接触器110为直流型，有一组常开主触点和一组常开辅助触点，a1、a2为其控制线圈的两端，线圈额定工作电压为dc110v（实际电压工作范围为dc77v-dc137.5v）。线圈得电，即线圈通电，常开主触点及常开辅助触点均吸合；线圈失电，常开主触点及常开辅助触点均断开。其中控制线圈的a1端与过压保护板直接相连，a2端与控制板直接相连。
在具体实施时，充电器正常工作输出不过压时，输出接触器的常开主触点及常开辅助触点均为吸合状态，输出电压传感器107将检测到的输出直流电压值传递至控制板109，控制板在接收到该电压值后与软件内设定的过压保护值进行比较，过压时由dsp发出低电平0v，输出接触器110控制线圈失电，输出接触器110常开主触点和常开辅助触点均断开，充电器切断与蓄电池等车上用电设备的连接，实现过压的软件保护；充电器正常工作输出不过压时，输出接触器常开主触点及常开辅助触点均为吸合状态，过压保护板108通过硬件电路完成输出直流电压的检测，并在过压时直接发出低电平0v，输出接触器110控制线圈失电，输出接触器110常开主触点和常开辅助触点均断开，充电器切断与蓄电池等车上用电设备的连接，实现过压的硬件保护。
两重保护电路完全独立，综合了软件保护和硬件保护的时效性及准确性，也有效避免了某一重保护失效时导致的充电器给蓄电池充过压充电及损坏其他用电设备的风险。
综上所述，本发明实施例提供的上述车辆充电器，其中兼容供电转换单元可以将外界输入的直流电压或交流电压转换为直流电压，过压保护模块中设置有硬件保护单元和软件保护单元，硬件保护单元能够执行硬件过压保护操作，软件保护单元能够执行软件过压保护操作，因此本发明提供的充电器能够支持直流和交流的兼容供电模式，并提供硬件保护和软件保护的双重过压保护，提高过压保护的可靠性。
基于上述实施例所述的车辆充电器，本发明实施例还提供了一种车辆充电系统，包括车辆，以及设置在车辆上的如上述的充电器；充电器用于给车辆上的用电设备供电，参见图5示出了本发明实施例提供的一种车辆充电系统的结构示意图，包括车辆100，以及设置在车辆上的如上述的充电器200。
应当理解，图5仅仅是车辆充电系统的一种结构示意图，而不是车辆充电系统的唯一结构，在实际使用时，除图5所示的结构外，还可以包括其他功能结构，具体以实际使用情况为准，本发明实施例对此不进行限制。
综上所述，本发明实施例提供了一种车辆充电系统，通过充电器为车辆上的用电设备供电，充电器的兼容供电转换单元使本实施例提供的充电器能够支持直流和交流的兼容供电模式，充电器的硬件保护单元和软件保护单元使本实施例提供的充电器在对车辆的用电设备供电时提供硬件保护和软件保护的双重过压保护，提高过压保护的可靠性。
另外，在本发明实施例的描述中，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。