车辆、车载充电机及其控制方法与流程

1.本公开涉及车辆领域，具体地，涉及一种车辆、车载充电机及其控制方法。


背景技术：

2.车载充电机是用于为电动汽车的动力电池充电的车载充电设备。相关技术中，车载充电机通常采用二级拓扑，其前级为功率因数校正(power factor correction，pfc)电路，其后级为隔离dc/dc电路。两级电路之间选择较大的母线电容，一般为电解电容，用于平衡pfc电路的交流侧和直流侧之间的瞬时功率差。但是，电解电容工作寿命短，耐高温性能差，不适合车辆内部恶劣的工作环境。


技术实现要素：

3.本公开的目的是提供一种车辆、车载充电机及其控制方法，能够降低对母线电容容量的需求，从而无需使用电解电容作为母线电容。另外，还减小了等效串联电阻，提高了整机效率，降低了成本。
4.根据本公开的第一实施例，提供一种车载充电机的控制方法，所述车载充电机包括pfc电路、母线电容和隔离dc/dc电路，所述pfc电路的第一路输出端连接所述隔离dc/dc电路的第一路输入端，所述pfc电路的第二路输出端连接所述隔离dc/dc电路的第二路输入端，所述母线电容连接在所述pfc电路的第一路输出端与第二路输出端之间，所述母线电容的电压与动力电池的电压联动，所述控制方法包括：在检测到电网接入的情况下，获取所述动力电池的预设电池允许最低电压和所述动力电池的当前电池电压；若所述当前电池电压低于所述预设电池允许最低电压，则通过降低所述隔离dc/dc电路的谐振增益来提升所述母线电容的电压，直至检测到所述动力电池的电压达到所述预设电池允许最低电压。
5.可选地，所述检测到所述动力电池的电压达到所述预设电池允许最低电压的步骤之后，所述控制方法还包括：获取所述母线电容的当前电容电压和所述母线电容的预设电容允许最低电压；若所述当前电容电压低于所述预设电容允许最低电压，则通过降低所述隔离dc/dc电路的谐振增益来提升所述母线电容的电压，直至检测到所述母线电容的电压达到所述预设电容允许最低电压。
6.可选地，所述获取所述母线电容的当前电容电压和所述母线电容的预设电容允许最低电压的步骤之后，所述控制方法还包括：若所述当前电容电压大于等于所述预设电容允许最低电压，则控制所述pfc电路进行恒流输出，并通过预设谐振频率对所述隔离dc/dc电路进行开环控制。
7.可选地，所述隔离dc/dc电路包括依次连接的第一转换模块、变压模块和第二转换模块，所述第一转换模块与所述pfc电路连接，所述第二转换模块与所述动力电池连接；则，所述通过降低所述隔离dc/dc电路的谐振增益来提升所述母线电容的电压的步骤，包括：通过降低所述第一转换模块的占空比，以降低所述隔离dc/dc电路的谐振增益，来提升所述母线电容的电压。
8.可选地，所述隔离dc/dc电路包括依次连接的第一转换模块、变压模块和第二转换模块，所述第一转换模块与所述pfc电路连接，所述第二转换模块与所述动力电池连接；则，所述通过降低所述隔离dc/dc电路的谐振增益来提升所述母线电容的电压的步骤，包括：通过控制所述第一转换模块从全桥控制模式切换为半桥控制模式，以降低所述隔离dc/dc电路的谐振增益，来提升所述母线电容的电压。
9.可选地，所述预设电池允许最低电压根据电网最大允许输入电压和变压器匝比确定。
10.可选地，所述预设电容允许最低电压根据电网最大允许输入电压确定。
11.根据本公开的第二实施例，提供一种车载充电机，所述车载充电机包括pfc电路、母线电容和隔离dc/dc电路，所述pfc电路的第一路输出端连接所述隔离dc/dc电路的第一路输入端，所述pfc电路的第二路输出端连接所述隔离dc/dc电路的第二路输入端，所述母线电容连接在所述pfc电路的第一路输出端与第二路输出端之间，所述母线电容的电压与动力电池的电压联动，所述车载充电机还包括：第一获取模块，用于在检测到电网接入的情况下，获取所述动力电池的预设电池允许最低电压和所述动力电池的当前电池电压；控制模块，用于若所述当前电池电压低于所述预设电池允许最低电压，则通过降低所述隔离dc/dc电路的谐振增益来提升所述母线电容的电压，直至检测到所述动力电池的电压达到所述预设电池允许最低电压。
12.可选地，所述车载充电机还包括第二获取模块，用于在所述动力电池的电压达到所述预设电池允许最低电压之后，获取所述母线电容的当前电容电压和所述母线电容的预设电容允许最低电压；所述控制模块，还用于若所述当前电容电压低于所述预设电容允许最低电压，则通过降低所述隔离dc/dc电路的谐振增益来提升所述母线电容的电压，直至检测到所述母线电容的电压达到所述预设电容允许最低电压。
13.根据本公开的第三实施例，提供一种车辆，包括根据本公开第二实施例所述的车载充电机。
14.本技术由于母线电容的电压与动力电池的电压是联动的，所以当动力电池的电压较低时，联动的母线电容的第一电压也较低，但是，接入电网后，经pfc电路输出至母线电容的第二电压可能比较高，因此，第一电压和第二电压之间存在较大的电压差，较大的电压差则会导致不控整流的产生，甚至产生异常大的电流，进而损坏车载充电机中的相关电子器件。
15.为了避免不控整流的产生，本技术在检测到电网接入时，在当前电池电压低于预设电池允许最低电压的情况下，通过降低隔离dc/dc电路的谐振增益来提升母线电容的电压直至检测到动力电池的电压达到预设电池允许最低电压，使得母线电容的电压能自动提升，从而致使第一电压和第二电压之间的差值较小，进而有效避免了不控整流的发生以及异常大的电流的产生。
16.另外，由于母线电容的电压与动力电池的电压是联动的，因此，母线电容的电压不会出现较大的动荡，从而无需设置具有耐压值的电解电容(即：电容的最大额定电压无需设置很大)，进而本技术可以选用小容量的薄膜电容作为母线电容，提高了母线电容的耐高温性能。由于母线电容的容值减小了，进而使得能够减小等效串联电阻，提高整机效率，降低成本。
17.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
18.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
19.图1示出根据本公开一种实施例的车载充电机的拓扑示意图。
20.图2是根据本公开一种实施例的车载充电机的控制方法的流程图。
21.图3是根据本公开一种实施例的车载充电机的控制方法的又一流程图。
22.图4是根据本公开实施例的车载充电机的控制方法的又一流程图。
23.图5是根据本公开一种实施例的车载充电机的电路示意图。
24.图6是根据本公开一种实施例的车载充电机的示意框图。
25.图7示出根据本公开实施例的车载充电机的占空比调节策略示意图。
26.图8是根据本公开一种实施例的控制pfc电路的示意逻辑图。
具体实施方式
27.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
28.图1示出根据本公开一种实施例的车载充电机的拓扑示意图。如图1所示，车载充电机1包括pfc电路10、母线电容c1和隔离dc/dc电路20，pfc电路10的第一路输出端连接隔离dc/dc电路20的第一路输入端，pfc电路10的第二路输出端连接隔离dc/dc电路20的第二路输入端，母线电容c1连接在pfc电路10的第一路输出端与第二路输出端之间，而且母线电容c1的电压与动力电池3的电压联动。
29.图2是根据本公开一种实施例的车载充电机的控制方法的流程图。如图2所示，该车载充电机的控制方法包括以下步骤s21至s22。
30.在步骤s21中，在检测到电网接入的情况下，获取所述动力电池的预设电池允许最低电压和所述动力电池的当前电池电压。
31.在一些实施例中，可以从对动力电池的电压进行检测的传感器处获取到动力电池的当前电池电压，也可以从电池管理系统处获取到动力电池的当前电池电压。
32.在一些实施例中，可以从存储动力电池的预设电池允许最低电压的存储器中获取到该预设电池允许最低电压，或者也可以从云服务器等中获取到该预设电池允许最低电压。
33.动力电池的预设电池允许最低电压可以根据电网最大允许输入电压和变压器匝比确定。例如，预设电池允许最低电压可以等于电网最大允许输入电压除以变压器匝比。
34.在步骤s22中，若所述当前电池电压低于所述预设电池允许最低电压，则通过降低所述隔离dc/dc电路的谐振增益来提升所述母线电容的电压，直至检测到所述动力电池的电压达到所述预设电池允许最低电压。
35.由于母线电容的电压与动力电池的电压是联动的，因此，降低隔离dc/dc电路的谐振增益，会提升母线电容的电压。
36.另外，母线电容选用薄膜电容等。
37.本实施例由于母线电容的电压与动力电池的电压是联动的，所以当动力电池的电压较低时，联动的母线电容的第一电压也较低，但是，接入电网后，经pfc电路输出至母线电容的第二电压可能比较高，因此，第一电压和第二电压之间存在较大的电压差，较大的电压差则会导致不控整流的产生，甚至产生异常大的电流，进而损坏车载充电机中的相关电子器件。
38.为了避免不控整流的产生，本技术在检测到电网接入时，在当前电池电压低于预设电池允许最低电压的情况下，通过降低隔离dc/dc电路的谐振增益来提升母线电容的电压直至检测到动力电池的电压达到预设电池允许最低电压，使得母线电容的电压能自动提升，从而致使第一电压和第二电压之间的差值较小，进而有效避免了不控整流的发生以及异常大的电流的产生。
39.另外，由于母线电容的电压与动力电池的电压是联动的，因此，母线电容的电压不会出现较大的动荡，从而无需设置具有耐压值的电解电容(即：电容的最大额定电压无需设置很大)，进而本技术可以选用小容量的薄膜电容作为母线电容，提高了母线电容的耐高温性能。由于母线电容的容值减小了，进而使得能够减小等效串联电阻，提高整机效率，降低成本。
40.图3是根据本公开一种实施例的车载充电机的控制方法的又一流程图。如图3所示，该控制方法在步骤s22之后还包括步骤s23和步骤s24。
41.在步骤s23中，获取所述母线电容的当前电容电压和所述母线电容的预设电容允许最低电压u
ref
。
42.在一些实施例中，可以通过传感器对母线电容的当前电容电压进行检测，并从该传感器中获取到母线电容的当前电容电压。
43.在一些实施例中，可以从存储母线电容的预设电容允许最低电压的存储器中获取到该预设电容允许最低电压，或者也可以从云服务器等中获取到该预设电容允许最低电压。
44.母线电容的预设电容允许最低电压u
ref
指的是母线电容允许的最低电压，其根据电网最大允许输入电压确定。也即，母线电容允许最低电压u
ref
是由交流电网电压值通过理论计算得到的，通常，pfc电路10的输出电压为交流电网最大有效值的1.414倍，因此，可以将母线电容允许最低电压u
ref
设置为交流电网的最大有效电压的1.414倍。
45.在步骤s24中，若所述当前电容电压低于所述预设电容允许最低电压，则通过降低所述隔离dc/dc电路的谐振增益来提升所述母线电容的电压，直至检测到所述母线电容的电压达到所述预设电容允许最低电压。
46.通过采用上述技术方案，能够在当前电容电压低于预设电容允许最低电压的情况下，通过降低隔离dc/dc电路的谐振增益来提升母线电容的电压，避免了母线电容的电压低于预设电容允许最低电压的情况下，经pfc电路输出至母线电容的电压，与母线电容的实际电压之间的电压差导致不控整流的产生，从而提升车载充电机中的相关器件的使用寿命，并提升了车载充电的充电安全性。
47.图4是根据本公开实施例的车载充电机的控制方法的又一流程图。如图4所示，该控制方法在图3的基础上增加了步骤s25。
48.在步骤s25中，若所述当前电容电压大于等于所述预设电容允许最低电压，则控制
所述pfc电路进行恒流输出，并通过预设谐振频率对所述隔离dc/dc电路进行开环控制。
49.由于当前电容电压大于等于预设电容允许最低电压，这说明母线电容的当前母线电压与联动得到的母线电压之间的电压差不足以引起不可控整流，因此在这种情况下，可以控制pfc电路进行恒流输出，并通过开环控制的方式对隔离dc/dc电路进行控制。
50.本实施例在母线电容的电压于等于预设电容允许最低电压时，对隔离dc/dc电路进行开环控制，即仅仅需要对pfc模块的开关管进行控制，降低了车载充电机的开关损耗，也降低了车载充电机整体的控制复杂度，从而提升了控制安全性。
51.需要说明的是，本实施例中，降低隔离dc/dc电路的谐振增益的实现方式多种多样。
52.在一些实施例中，隔离dc/dc电路20包括依次连接的第一转换模块、变压模块和第二转换模块，所述第一转换模块与所述pfc电路10连接，所述第二转换模块与所述动力电池3连接。则，降低隔离dc/dc电路10的谐振增益来提升母线电容的电压，可以包括：通过降低隔离dc/dc电路20的第一转换模块的占空比，以降低隔离dc/dc电路20的谐振增益，来提升母线电容的电压。下面结合图5所示的车载充电机电路示意图为例进行说明。
53.在图5中，pfc电路10包括电感l1、开关t1、开关t2、开关t3和开关t4；母线电容包括电容c1；隔离dc/dc电路20包括开关t5、开关t6、开关t7、开关t8、谐振电感l2、谐振电容c2、变压器m1，二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、输出电容c3。其中，开关t5、开关t6、开关t7、开关t8、谐振电感l2、谐振电容c2构成了隔离dc/dc电路20的第一转换模块；隔离dc/dc电路20的变压模块由变压器m1组成。隔离dc/dc电路20的第二转换模块由于二极管d1至d4和电容c3构成。
54.图5中，第一转换模块的谐振频率由谐振电感l2、谐振电容c2决定。通过降低开关t5、开关t6、开关t7、开关t8的占空比，从而降低隔离dc/dc电路20的谐振增益。例如，假设隔离dc/dc电路20之前的谐振增益是1:1，通过降低占空比，使得谐振增益降低至例如1.5:1。
55.通过采用上述技术方案，能够通过降低隔离dc/dc电路20的第一转换模块中开关管的占空比来降低隔离dc/dc电路20的谐振增益，以提升母线电容的电压，即，本技术通过降低开关管的占空比，即可实现母线电压的提升，精简控制策略，从而提升了控制速率以及控制安全性。
56.在一些实施例中，通过降低隔离dc/dc电路的谐振增益来提升母线电容的电压，可以包括：通过控制隔离dc/dc电路的第一转换模块从全桥控制模式切换为半桥控制模式，以降低隔离dc/dc电路的谐振增益，来提升母线电容的电压。
57.仍然以图5所示的电路示意图为例。可以通过将开关t5、开关t6、开关t7、开关t8从全桥控制模式切换为半桥控制模式来降低隔离dc/dc电路20的谐振增益。例如，可以通过使开关t7常关断、开关t8常导通，并控制开关t5、开关t6的占空比，来使dc/dc隔离电路20的第一转换模块工作在半桥控制模式下，这样就能够降低隔离dc/dc电路的第一转换模块的谐振增益，从而达到提升母线电容的电压的目的。
58.图6是根据本公开一种实施例的车载充电机的示意框图。如图6所示，车载充电机1包括pfc电路10、母线电容c1和隔离dc/dc电路20，pfc电路10的第一路输出端连接隔离dc/dc电路20的第一路输入端，pfc电路10的第二路输出端连接隔离dc/dc电路20的第二路输入端，母线电容c1连接在pfc电路10的第一路输出端与第二路输出端之间，母线电容c1的电压
与动力电池3的电压联动。
59.如图6所示，车载充电机1还包括：获取模块30，用于在检测到电网接入的情况下，获取所述动力电池3的预设电池允许最低电压和所述动力电池3的当前电池电压；控制模块40，用于若所述当前电池电压低于所述预设电池允许最低电压，则通过降低所述隔离dc/dc电路20的谐振增益来提升所述母线电容c1的电压，直至检测到所述动力电池3的电压达到所述预设电池允许最低电压。
60.本实施例由于母线电容的电压与动力电池的电压是联动的，所以当动力电池的电压较低时，联动的母线电容的第一电压也较低，但是，接入电网后，经pfc电路输出至母线电容的第二电压可能比较高，因此，第一电压和第二电压之间存在较大的电压差，较大的电压差则会导致不控整流的产生，甚至产生异常大的电流，进而损坏车载充电机中的相关电子器件。
61.为了避免不控整流的产生，本技术在检测到电网接入时，在当前电池电压低于预设电池允许最低电压的情况下，通过降低隔离dc/dc电路的谐振增益来提升母线电容的电压直至检测到动力电池的电压达到预设电池允许最低电压，使得母线电容的电压能自动提升，从而致使第一电压和第二电压之间的差值较小，进而有效避免了不控整流的发生以及异常大的电流的产生。
62.另外，由于母线电容的电压与动力电池的电压是联动的，因此，母线电容的电压不会出现较大的动荡，从而无需设置具有耐压值的电解电容(即：电容的最大额定电压无需设置很大)，进而本技术可以选用小容量的薄膜电容作为母线电容，提高了母线电容的耐高温性能。由于母线电容的容值减小了，进而使得能够减小等效串联电阻，提高整机效率，降低成本。
63.在本实施例的基础上，其他实施例中，所述获取模块30，还用于在所述动力电池的电压达到所述预设电池允许最低电压之后，获取所述母线电容的当前电容电压和所述母线电容的预设电容允许最低电压；所述控制模块40，还用于若所述当前电容电压低于所述预设电容允许最低电压，则通过降低所述隔离dc/dc电路的谐振增益来提升所述母线电容的电压，直至检测到所述母线电容的电压达到所述预设电容允许最低电压。
64.在本实施例的基础上，其他实施例中，所述控制模块40还用于：若所述当前电容电压大于等于所述预设电容允许最低电压，则控制所述pfc电路进行恒流输出，并通过预设谐振频率对所述隔离dc/dc电路进行开环控制。
65.在本实施例的基础上，其他实施例中，所述隔离dc/dc电路20包括依次连接的第一转换模块、变压模块和第二转换模块，所述第一转换模块与所述pfc电路连接，所述第二转换模块与所述动力电池连接；则，所述控制模块40用于：通过降低所述第一转换模块的占空比，以降低所述隔离dc/dc电路的谐振增益，来提升所述母线电容的电压。
66.图7示出根据本公开实施例的车载充电机的占空比调节策略示意图。如图7所示，该车载充电机还包括调制器50，用于从控制模块40接收占空比信息，基于占空比信息生成驱动第一转换模块的占空比调制信号。以图5的电路示意图为例，占空比调制信号会被用于控制开关t5、开关t6、开关t7、开关t8。通过采用上述技术方案，就能够生成用于控制占空比的调制信号。
67.图8是根据本公开一种实施例的控制pfc电路的示意逻辑图，图中，ua表示交流电
网的电压，ia表示交流电网的输出电流，i
a_ref
表示交流电网的输出目标电流，i
a_ref
表示交流电网的输出有效电流。借助图8所示的控制逻辑，能够控制pfc电路10进行恒流输出。
68.具体地，提取ua中的相位信息，相位信息和i
a_ref
确认i
a_ref
，再根据i
a_ref
和ia的差异信息反馈至控制器，该控制器根据该差异信息输出调制pwm至pfc电路，以控制pfc电路恒流输出。
69.根据本公开实施例的车载充电机的有关模块的操作的具体实现方式已经在有关方法中进行了详细描述，此处不再赘述。
70.根据本公开又一实施例，提供一种车辆，包括根据本公开实施例所述的车载充电机。
71.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
72.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
73.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。