车载电源一体机数字控制装置、系统和方法与流程

本申请涉及新能源汽车技术领域，特别是涉及一种车载电源一体机数字控制装置、系统和方法。

背景技术：

由于汽车技术的发展，整车控制系统要求越来越智能化，对于车载电源来说主要有两块：车载电池充电器和车载电器供电器(即DC-DC电源)。

一、对于车载DC-DC电源来说由于车载电器增多，为车载电器供电的DC-DC电源的可靠性要求也越来越高，目前大部分车载DC-DC电源只是一个电压变换装置，整车控制系统无法了解DC-DC电源的工作状态，也无法控制DC-DC电源的输出。若整车控制系统能了解DC-DC电源的状态，不但提高了汽车电气系统的可维修性，也可根据实际情况关闭或开启部分车载电器，提高汽车电气系统的可靠性；整车控制系统能控制DC-DC电源的输出，就可防止部分车载电器故障时影响整个车载电路的正常工作；

二、对于车载式充电机来说汽车电池组无论成本，体积，重量在整车中占有很大比例，因此可靠性，安全性是非常重要的，充电时通过CAN通讯总线与电池管理器，进行实时信息交互与充电功率、电压、电流控制，对于电池可靠性来说具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种车载电源一体机数字控制装置、系统和方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开一种车载电源一体机数字控制装置，包括一壳体、以及设置于所述壳体内的一数字处理模块、一车载充电模块和一DC-DC电源转换模块，所述壳体上形成有电网输入端、电池输出端和转换器输出端，该电网输入端、电池输出端和转换器输出端通过采样电路连接至所述数字处理模块，所述电池输出端连接于所述车载充电模块，所述转换器输出端连接于所述DC-DC电源转换模块。

优选的，在上述的车载电源一体机数字控制装置中，所述数字处理模块上设置有CAN通信端口和SCI串口通讯接口。

优选的，在上述的车载电源一体机数字控制装置中，所述电网输入端形成于所述壳体的一侧，所述电池输出端和转换器输出端形成于所述壳体相对的另一侧。

优选的，在上述的车载电源一体机数字控制装置中，所述数字处理模块为DSP数字芯片。

优选的，在上述的车载电源一体机数字控制装置中，位于所述壳体内的车载充电模块(电网和电池之间)、DC-DC电源转换模块(电池和电器之间)、CAN总线、SCI总线之间相互隔离、独立。

优选的，在上述的车载电源一体机数字控制装置中，所述车载充电模块为+3.3KW车载充电机，所述DC-DC电源转换模块为+1KW。

优选的，在上述的车载电源一体机数字控制装置中，所述车载充电模块包括相连接的有桥PFC电路和谐振LLC电路。

优选的，在上述的车载电源一体机数字控制装置中，所述DC-DC电源转换模块包括谐振LLC电路。

本申请还公开了一种汽车电气控制系统，包括整车控制装置和所述的车载电源一体机数字控制装置，所述整车控制装置通过CAN通信接口与数字处理模块之间通信。

相应的，本申请还公开了一种车载电源一体机数字控制方法，采用任务优先级由高至低顺序工作方式，包括：

(1)、依次采样电网电压、电流，车载电池电压，母线电压，充电电压、电流，DC-DC电源转换模块电压和电流，

(2)、判断所采集的电网，电池，负载是否有无过压，过流情况，如果有采取相应的保护措施，如果一切正常则进行下一步的充电和车用电器的供电。

优选的，在上述的车载电源一体机数字控制方法中，还包括步骤：

电网的功率因数校正控制PWM是60KHz定频控制；

车载充电模块开关频率是90kHz～150kHz变频控制；

DC-DC电源转换模块开关频率是85kHz～200kHz变频控制。与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明在不增加汽车电子线路硬件开销的情况下，利用汽车原有充电机的数字处理模块的强大运算能力和CAN通信接口，SCI通讯接口，嵌入车载DC-DC电源控制程序，使之有机的结合在一起，有助于将来整车电源的集成控制，集成智能电力分配；另使车载充电机、车载DC-DC电源和其余的车载电器一样，可接受整车控制系统的控制并传送自身的工作状态，提高了整个汽车电气系统的可靠性和可维修性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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所示为本发明具体实施例中车载电源一体机数字控制装置的原理方框图；

图2所示为本发明具体实施例中车载电源一体机数字控制装置的电路原理示意图；

图3所示为本发明具体实施例中数字处理模块的接口示意图；

图4所示为本发明具体实施例中电流采样模块的电路示意图；

图5所示为本发明具体实施例中电压采样模块的电路示意图；

图6所示为本发明具体实施例中过流检测模块的电路示意图。

具体实施方式

本申请车载电源一体机提供了多重保护功能，包括软件保护和硬件保护，其中充电模块最大3.3KW的充电功率，单相电网供电，也是通过CAN总线链接整车控制器或BMS，进行程控充电，保障了充电时的可靠性和安全性；其中DC-DC电源模块最大1KW的供电功率，为车载电器设备提供电力，也是通过CAN总线链接整车控制器，进行程控供电，安全可靠灵活性高；利用数字控制器的强大功能和资源将二者整合一起提出了车载电源一体机的思想，两路电源同时进行控制提出了一种新的解决方案，有效利用了资源，简化了软硬件的设计规模，同时方便了整车厂的安装和走线。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅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的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。

结合图1至3所示，车载电源一体机数字控制装置，包括一壳体、以及设置于壳体内的一数字处理模块9、一车载充电模块4和一DC-DC电源转换模块7，壳体上形成有电网输入端1、电池输出端2和转换器输出端3，该电网输入端1、电池输出端2和转换器输出端3通过采样电路连接至数字处理模块9，电池输出端2连接于车载充电模块，转换器输出端3连接于DC-DC电源转换模块。

在一些实施例中，结合图3所示，为了提升数据处理能力，免去干扰情况，数字处理模块为DSP数字芯片，数字处理模块上设置有CAN通信端口和SCI串口通讯接口，并且互相隔离，独立。

DSP控制芯片为美国德州仪器的28035高性能DSP芯片其内部集成了CAN通讯模块和SCI通讯模块，对外的隔离芯片为广州致远公司生产的CAN隔离收发器CTM8251T，避免一体机对CAN通信线路上的干扰。此硬件电路的连接均为典型连接方式，故此不做叙述。SCI模块的对外接口芯片美信公司的MAX3232，对电脑的标准接口芯片，此硬件电路的连接均为典型连接方式，故此不做叙述。

该技术方案中，新能源汽车所用电源模块都整合在了一块主电路上，并且由一个处理模块进行控制，考虑到数据的通信便利，在处理模块上设置有CAN通信端口和SCI通讯端口。

在一些实施例中，电网输入端形成于壳体的一侧，电池输出端和转换器输出端形成于壳体相对的另一侧。

在一些实施例中，车载充电模块和DC-DC电源转换模块两种电源互相独立，互相隔离，所有通讯总线和电源模块间也是互相独立互相隔离，保证安全性。所有输入、输出端在通过采样电路连接至数字处理模块内都必须互相隔离，互相独立。处理模块的输出端口连接至各电源模块时也必须互相隔离，互相独立。

优选的，车载充电模块为+3.3KW车载充电机。

在一些实施例中，车载充电模块包括相连接的有桥PFC电路6和谐振LLC电路5。

在一些实施例中，DC-DC电源转换模块包括谐振LLC电路8。

就本发明一较佳的实施方式来看，为了有效采集车载电源的工作数据，所有电压电流信号都进行了隔离采样，如图4和5，保证了整机安全性。

在一实施例中，数字处理模块9的辅助端口通过隔离输出装置连接DC-DC电源模块的控制端。

在一实施例中，数字处理模块9的辅助端口通过隔离输出装置连接车载充电模块4的控制端。

DSP内主程序为任务优先顺序工作方式，包括步骤：

(1)、依次采样电网电压、电流，车载电池电压，母线电压，充电电压、电流，DC-DC电源模块电压和电流；

(2)、再判断所采集的电网，电池，负载是否有无过压，过流情况，如果有采取相应的保护措施，如果一切正常则进行下一步的充电和车用电器的供电；

中断程序内主要是控制程序，包括步骤：

(1)、汽车充电时电网的功率因数校正控制；

(2)、车载电池充电功率、电压、电流控制；

(3)、车载电器设备供电的总功率、电压、电流控制；

(4)、所述车载电源一体机与整车控制器的通讯交互；

(5)、与其它扩展设备的通讯交互；

(6)、整机各子模块协同最优控制；

结合图6所示，功率器件的上下管直通和功率变压器的饱和是开关电源的大忌，必须严格禁止这种现象的发生如果万一发生此种情况就必须由硬件快速检测和关断，过流检测模块就是起到这种功能，在10us内检测并关断。两个电源模块的控制输出分别是PWM1-5和PWM6-9，都是隔离输出，完成各自的功率转换，其中电网的功率因数校正控制PWM是60KHz定频控制，同时在所有电源模块控制中优先级也是最高的，确保其在工作中始终保持功率因数为1，其次是充电模块开关频率是90kHz-150kHz变频控制，再次是DC-DC电源模块其开关频率是85kHz-200kHz变频控制。

综上所述，采用本技术方案后，此一体机在不增加汽车电子线路硬件开销的情况下，利用数字处理器的强大运算能力有机的糅合了车载充电和车载供电两大电源模块，另外利用汽车原有的CAN通信接口，使车载DC-DC电源和车载充电器一样，可接受整车控制系统的控制并传送自身的工作状态，提高了整个汽车电气系统的可靠性和可维修性。

需要说明的是，在本文中，“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。