车载电池充电电路的制作方法

1.本实用新型涉及充电控制技术领域，尤其涉及一种车载电池充电电路。


背景技术：

2.目前，市面上已有的充电桩电压等级基本在500v以及700v两个平台，整车为了满足快充等需求，需要提升电池电压至800v以上，因此部分的充电桩无法满足整车的充电电压等级需求，需要额外增加高压直流转换(dc/dc) 功能设备，提高车辆充电成本，降低用户的使用感。
3.上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种车载电池充电电路，旨在解决现有技术充电方案需要额外增加高压直流转换功能设备，提高车辆充电成本的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了一种车载电池充电电路，所述车载电池充电电路包括：三相桥臂电路、电控开关电路、电机及控制单元，其中，
6.所述三相桥臂电路的正极与车载电池的正极连接，所述三相桥臂电路的负极与所述车载电池的负极、外部充电设备的负极连接，所述三相桥臂电路中每一相桥臂的中点与对应的所述电机的线圈连接；
7.所述电控开关电路的第一端与所述外部充电设备的正极连接，所述电控开关电路的第二端连接于所述三相桥臂电路中对应的桥臂的中点；
8.所述控制单元在接收到充电指令时，根据所述电机的转子角度控制所述电控开关电路的导通与关断；
9.所述控制单元根据所述电控开关电路的导通与关断控制所述三相桥臂电路的导通与关断。
10.可选地，所述三相桥臂电路包括相互并联的第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂；
11.所述第一相桥臂的正极、所述第二相桥臂的正极及所述第三相桥臂的正极分别与车载电池的正极连接，所述第一相桥臂的负极、所述第二相桥臂的负极及所述第三相桥臂的负极分别与所述车载电池的负极、外部充电设备的负极连接，所述第一相桥臂的中点与对应的所述电机的线圈连接，所述第二相桥臂的中点与对应的所述电机的线圈连接，所述第三相桥臂的中点与对应的所述电机的线圈连接。
12.可选地，所述第一相桥臂包括：第一开关管、第二开关管、第一二极管及第二二极管；
13.所述第一开关管的发射极分别与所述第一二极管的阳极及所述电机的第一端连接，所述第一开关管的集电极与所述第一二极管的阴极连接，所述第二开关管的集电极分
别与所述第二二极管的阴极及所述电机的第一端连接，所述第二开关管的发射极与所述第二二极管的阳极连接。
14.可选地，所述第二相桥臂包括：第三开关管、第四开关管、第三二极管及第四二极管；
15.所述第三开关管的发射极分别与所述第三二极管的阳极及所述电机的第二端连接，所述第三开关管的集电极与所述第三二极管的阴极连接，所述第四开关管的集电极分别与所述第四二极管的阴极及所述电机的第二端连接，所述第四开关管的发射极与所述第四二极管的阳极连接。
16.可选地，所述第三相桥臂包括：第五开关管、第六开关管、第五二极管及第六二极管；
17.所述第五开关管的发射极分别与所述第五二极管的阳极及所述电机的第三端连接，所述第五开关管的集电极与所述第五二极管的阴极连接，所述第六开关管的集电极分别与所述第六二极管的阴极及所述电机的第三端连接，所述第六开关管的发射极与所述第六二极管的阳极连接。
18.可选地，所述电控开关电路包括第一控制开关和第二控制开关，其中，所述第一控制开关的第一端与所述外部充电设备的正极连接，所述第一控制开关的第二端与所述第一相桥臂的中点连接；第二控制开关的第一端与所述外部充电设备的正极连接，所述第二控制开关的第二端与所述第二相桥臂的中点连接。
19.可选地，所述电控开关电路还包括第三控制开关，其中，所述第三控制开关的第一端与所述外部充电设备的正极连接，所述第三控制开关的第二端与所述第三相桥臂的中点连接。
20.可选地，所述车载电池充电电路还包括第四控制开关；
21.所述第四控制开关的第一端与所述三相桥臂电路的正极连接，所述第四控制开关的第二端与所述车载电池的正极连接。
22.可选地，所述车载电池充电电路还包括第五电控开关；
23.所述第五控制开关的第一端与所述车载电池的负极连接，所述第五控制开关的第二端与所述外充电设备的负极连接。
24.可选地，所述车载电池充电电路还包括电容；
25.所述电容的第一端与所述车载电池的正极连接，所述电容的第二端与所述车载电池的负极连接。
26.本实用新型所述车载电池充电电路包括：三相桥臂电路、电控开关电路、电机及控制单元，三相桥臂电路的正极与车载电池的正极连接，三相桥臂电路的负极与车载电池的负极、外部充电设备的负极连接，三相桥臂电路中每一相桥臂的中点与对应的电机的线圈连接，电控开关电路的第一端与外部充电设备的正极连接，电控开关电路的第二端连接于三相桥臂电路中对应的桥臂的中点，控制单元在接收到充电指令时，根据电机的转子角度控制电控开关电路的导通与关断，控制单元根据电控开关电路的导通与关断控制三相桥臂电路的导通与关断，本实用新型通过根据电机的转子角度控制合适电控开关电路及三相桥臂电路对应导通，减少升压设备成本及充电开始和结束时的抖动，利用电机线圈实现升压功能，减少升压设备成本，提升用户充电时的体验。
附图说明
27.图1为本实用新型车载电池充电电路第一实施例的结构示意图；
28.图2为本实用新型车载电池充电电路一实施例的电机转子角度示意图；
29.图3为本实用新型车载电池充电电路三相电压矢量关系示意图；
30.图4为本实用新型车载电池充电电路第一角度子区间的矢量关系示意图；
31.图5为本实用新型车载电池充电电路第一角度子区间的电流路径示意图；
32.图6为本实用新型车载电池充电电路第二角度子区间的矢量关系示意图；
33.图7为本实用新型车载电池充电电路第二角度子区间的电流路径示意图；
34.图8为本实用新型车载电池充电电路第三角度子区间的矢量关系示意图；
35.图9为本实用新型车载电池充电电路第三角度子区间的电流路径示意图；
36.图10为本实用新型车载电池充电电路第四角度子区间的矢量关系示意图；
37.图11为本实用新型车载电池充电电路第四角度子区间的电流路径示意图；
38.图12为本实用新型车载电池充电电路第五角度子区间的矢量关系示意图；
39.图13为本实用新型车载电池充电电路第五角度子区间的电流路径示意图；
40.图14为本实用新型车载电池充电电路第六角度子区间的矢量关系示意图；
41.图15为本实用新型车载电池充电电路第六角度子区间的电流路径示意图。
42.附图标号说明：
43.标号名称标号名称10三相桥臂电路u第一相桥臂20电控开关电路v第二相桥臂30电机w第三相桥臂40车载电池vt1～vt6第一至第六开关管50外部充电设备vd1～vd6第一至第六二极管c1电容r1～r5第一至第五控制开关+正极-负极
44.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
45.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
46.参照图1，图1为本实用新型车载电池充电电路第一实施例的结构示意图。
47.所述车载电池充电电路包括：三相桥臂电路10、电控开关电路20、电机 30及控制单元，其中，
48.所述三相桥臂电路10的正极与车载电池40的正极连接，所述三相桥臂电路10的负极与所述车载电池40的负极、外部充电设备50的负极连接，所述三相桥臂电路10中每一相桥臂的中点与对应的所述电机30的线圈连接；
49.所述电控开关电路20的第一端与所述外部充电设备50的正极连接，所述电控开关电路20的第二端连接于所述三相桥臂电路10中对应的桥臂的中点；
50.所述控制单元在接收到充电指令时，根据所述电机30的转子角度控制所述电控开
关电路20的导通与关断。
51.可以理解的是，电控开关电路20接收到充电指令表示检测到可以开始充电。电控开关电路20可获取电机30的转子角度，如图2，其中，s表示磁铁南极，n表示磁铁北极，以电机30的零点方向为横坐标建立坐标轴，横坐标方向与磁铁南极所在方向的夹角α表示电机30的转子角度。通过采用旋变传感器可检测电机30的转子角度。
52.易于理解的是，通过判断转子角度所在的位置区间，可以根据位置区间确定电控开关电路20中一控制开关的导通与关断，进一步满足充电启动条件。
53.所述控制单元根据所述电控开关电路20的导通与关断控制所述三相桥臂电路10的导通与关断。
54.易于理解的是，控制单元根据所述转子角度控制所述转子角度对应电控开关电路20中一控制开关的导通与关断，进一步根据电控开关电路20中一控制开关的导通与关断控制三相桥臂电路10中一相桥臂电路的开关(开关管) 的导通与关断，一相桥臂电路的开关(开关管)可以全部导通或者部分导通，也可以全部关断或者部分关断。
55.可以理解的是，当电控开关电路20的开关及转子角度对应一相桥臂电路的开关(开关管)均闭合时，电机30可通过电机线圈(电感)将外部充电设备50输入的低压充电电压转换为高压充电电压。其中，利用电机电感和开关元件实现升压功能，能够减少额外升压设备成本，以适用于不同电压进行充电，且可减小充电时的电机30温升及转矩。同时，根据电机30的转子实际停留的位置选择合适的两相电感进行充电，可极大减小充电开始和结束时的抖动，提升用户充电时的体验。
56.需要说明的是，整车充电过程中，若只采用电机30一相电感进行充电，充电效率不高且电机30发热严重，增加了整机的散热负担，在较高温度情况下长期使用，会降低器件的寿命和可靠性。若只单纯的利用电机30两相电感进行充电，无对应设置的开关元件，若电机30停止的位置与两相电感形成的磁链位置相差过大，则会在充电的开始或结束有一个较大的抖动，降低用户的使用感。
57.易于理解的是，电机30将高压充电电压输出至三相桥臂电路10，三相桥臂电路10的其中一相桥臂电路的开关(开关管)导通后，再将高压充电电压输出至车载电池40。
58.本实施例所述车载电池充电电路包括：三相桥臂电路、电控开关电路、电机及控制单元，三相桥臂电路的正极与车载电池的正极连接，三相桥臂电路的负极与车载电池的负极、外部充电设备的负极连接，三相桥臂电路中每一相桥臂的中点与对应的电机的线圈连接，电控开关电路的第一端与外部充电设备的正极连接，电控开关电路的第二端连接于三相桥臂电路中对应的桥臂的中点，控制单元在接收到充电指令时，根据电机的转子角度控制电控开关电路的导通与关断，控制单元根据电控开关电路的导通与关断控制三相桥臂电路的导通与关断，本实施例通过根据电机的转子角度位置控制合适电控开关电路及三相桥臂电路对应导通，减少升压设备成本及充电开始和结束时的抖动，利用电机线圈实现升压功能，减少升压设备成本，提升用户充电时的体验。
59.所述三相桥臂电路10包括相互并联的第一相桥臂u、第二相桥臂v和第三相桥臂w，所述电控开关电路20包括第一控制开关r1和第二控制开关r2，其中，所述第一控制开关r1的第一端与所述外部充电设备50的正极连接，所述第一控制开关r1的第二端与所述第一相桥臂u的中点连接；第二控制开关r2的第一端与所述外部充电设备50的正极连接，所述第二
控制开关r2 的第二端与所述第二相桥臂v的中点连接。进一步，所述第一相桥臂u的正极、所述第二相桥臂v的正极及所述第三相桥臂w的正极分别与车载电池40的正极连接，所述第一相桥臂u的负极、所述第二相桥臂v的负极及所述第三相桥臂w的负极分别与所述车载电池40的负极、外部充电设备50的负极连接，所述第一相桥臂u的中点与对应的所述电机30的线圈连接，所述第二相桥臂v的中点与对应的所述电机30的线圈连接，所述第三相桥臂w的中点与对应的所述电机30的线圈连接。
60.在具体实现中，所述第一相桥臂u包括：第一开关管vt1、第二开关管 vt2、第一二极管vd1及第二二极管vd2；所述第一开关管vt1的发射极分别与所述第一二极管vd1的阳极及所述电机30的第一端连接，所述第一开关管vt1的集电极与所述第一二极管vd1的阴极连接；所述第二开关管vt2 的集电极分别与所述第二二极管vd2的阴极及所述电机30的第一端连接，所述第二开关管vt2的发射极与所述第二二极管vd2的阳极连接。
61.所述第二相桥臂v包括：第三开关管vt3、第四开关管vt4、第三二极管vd3及第四二极管vd4；所述第三开关管vt3的发射极分别与所述第三二极管vd3的阳极及所述电机30的第二端连接，所述第三开关管vt3的集电极与所述第三二极管vd3的阴极连接；所述第四开关管vt4的集电极分别与所述第四二极管vd4的阴极及所述电机30的第二端连接，所述第四开关管vt4的发射极与所述第四二极管vd4的阳极连接。
62.所述第三相桥臂w包括：第五开关管vt5、第六开关管vt6、第五二极管vd5及第六二极管vd6；所述第五开关管vt5的发射极分别与所述第五二极管vd5的阳极及所述电机30的第三端连接，所述第五开关管vt5的集电极与所述第五二极管vd5的阴极连接；所述第六开关管vt6的集电极分别与所述第六二极管vd6的阴极及所述电机30的第三端连接，所述第六开关管vt6的发射极与所述第六二极管vd6的阳极连接。
63.易于理解的是，第一开关管vt1、第二开关管vt2、第三开关管vt3、第四开关管vt4、第五开关管vt5与第六开关管vt6可为绝缘栅双极型晶体管(igbt管)，第一二极管vd1、第二二极管vd2、第三二极管vd3、第四二极管vd4、第五二极管vd5与第六二极管vd6具体可为续流二极管。每一相开关子电路均可以包括两个开关管和两个二极管，通过控制开关管的导通或断开实现开关功能，控制单元通过选择合适的充电线路进行导通，提高充电效率。
64.车载电池充电电路还包括电容c1；所述电容c1的第一端与所述车载电池40的正极连接，所述电容c1的第二端与所述车载电池40的负极连接。
65.可以理解的是，电容c1为车载电池充电电路的滤波电容，用于对高压充电电压进行滤波，以滤除电压信号中的杂波。
66.所述电控开关电路20还包括第三控制开关r3，其中，所述第三控制开关r3的第一端与所述外部充电设备50的正极连接，所述第三控制开关r3 的第二端与所述第三相桥臂w的中点连接。
67.所述第一控制开关r1、所述第二控制开关r2及所述第三控制开关r3为继电器。
68.易于理解的是，电控开关电路20包括第一控制开关r1、第二控制开关 r2及第三控制开关r3，第一控制开关r1、第二控制开关r2及第三控制开关r3可为继电器等具有开关功能的设备，控制单元根据所述电机30的转子角度选择第一控制开关r1、第二控制开关r2及第三控制开关r3中的一个控制开关的导通与关断。
69.应当理解的是，控制单元存储有判断转子角度位置区间的第一相位、第二相位和
第三相位，所述控制单元在接收到充电指令时，将所述转子的零点位置与所述第一相位或者所述第二相位或者所述第三相位相对齐，通过判断当前电机30的转子角度落入所述第一相位、所述第二相位与第三相位之间的位置区间，根据所述位置区间控制所述电控开关电路20的导通与关断。
70.易于理解的是，如图3，第一相位、第二相位和第三相位间的空间角度均为120
°
，第一相位与第二相位之间的位置区间可设置为第一角度区间(0
°
≤α﹤120
°
)，第二相位与第三相位之间的位置区间可设置为第二角度区间 (120
°
≤α﹤240
°
)，第三相位与第一相位之间的位置区间可设置为第三角度区间(240
°
≤α﹤360
°
)，其中，第一角度区间还可分为第一角度子区间 (0
°
≤α﹤60
°
)及第二角度子区间(60
°
≤α﹤120
°
)，第二角度区间还可分为第三角度子区间(120
°
≤α﹤180
°
)及第四角度子区间(180
°
≤α﹤240
°
)，第三角度区间还可分为第五角度子区间(180
°
≤α﹤300
°
)及第六角度子区间(300
°
≤α﹤360
°
)。控制单元可以根据当前转子角度在的角度子区间控制所在区间对应电控开关电路20中一开关的导通与关断。
71.易于理解的是，控制单元根据电控开关电路20中一开关的导通与关断控制三相桥臂电路10中一相桥臂电路的开关(开关管)的导通与关断。升压过程中可以控制三相桥臂电路10其中一相桥臂电路的下桥导通，上桥关断。升压过程为电机30的线圈将外部充电设备50输入的电压进行升压。充电过程中控制所述一相桥臂电路的下桥关断，上桥导通。充电过程为电机30的线圈将经过升压后的电压输出至三相桥臂电路10。
72.在具体实现中，如图4，若转子角度为30
°
，满足0
°
≤α﹤60
°
(第一角度子区间)，此时控制第一相桥臂u电路的上桥臂的开关(vt1)闭合，使电流从第三相桥臂w电路连接的电机30线圈(w相)进、第一相桥臂u电路的上桥臂(u相)出，如图5，此时电流路径依次流经第三控制开关r3、电机30的线圈、第一开关管vt1、第四控制开关r4、车载电池40、第五控制开关r5，最终回到外部充电设备50。
73.易于理解的是，如图6，若转子角度为90
°
，满足60
°
≤α﹤120
°
(第二角度子区间)，此时控制第二相桥臂v电路的上桥臂的开关(vt3、vt4) 闭合，使电流从第三相桥臂w电路连接的电机30线圈(w相)进、第二相桥臂v电路的上桥臂(v相)出，如图7，此时电流路径依次流经第三控制开关r3、电机30的线圈、第三开关管vt3、第四控制开关r4、车载电池40、第五控制开关r5，最终回到外部充电设备50。
74.在具体实现中，如图8，若转子角度为150
°
，满足120
°
≤α﹤180
°
(第三角度子区间)，此时控制第二相桥臂v电路的上桥臂的开关(vt3)闭合，使电流从第一相桥臂u电路相连接的电机30线圈(u相)进、第二相臂电路的上桥臂(v相)出，如图9，此时电流路径依次流经第一控制开关r1、电机30的线圈、第四开关管vt4、第四控制开关r4、车载电池40、第五控制开关r5，最终回到外部充电设备50。
75.易于理解的是，如图10，若转子角度为210
°
，满足180
°
≤α﹤240
°ꢀ
(第四角度子区间)，此时控制第三相桥臂w电路的上桥臂的开关(vt5)闭合，使电流从第一相(u相)进、第三相(w相)出，如图11，此时电流路径依次流经第一控制开关r1、电机30的线圈、第五开关管vt5、第四控制开关r4、车载电池40、第五电控开关r5，最终回到外部充电设备50。
76.在具体实现中，如图12，若转子角度为270
°
，满足240
°
≤α﹤300
°ꢀ
(第五角度子区间)，此时控制第三相桥臂w电路的上桥臂的开关(第五开关管vt5)闭合，使电流从第二相桥臂v电路相连接的电机30线圈(v相) 进、第三相桥臂w电路的上桥臂(w相)出，如图13，此时
电流路径依次流经第二控制开关、电机30的线圈、第五开关管vt5、第四控制开关r4、车载电池40、第五电控开关r5，最终回到外部充电设备50。
77.易于理解的是，如图14，若转子角度为330
°
，满足300
°
≤α﹤360
°ꢀ
(第六角度子区间)，此时控制第一相桥臂u电路的上桥臂的开关(第一开关管vt1)闭合，使电流从第二相桥臂v电路相连接的电机30线圈(v相)进、第一相桥臂u电路的上桥臂(u相)出，如图15，此时电流路径依次流经第二控制开关r2、电机30的线圈、第五开关管vt5、第四控制开关r4、车载电池40、第五电控开关r5，最终回到外部充电设备50。
78.本实施例电控开关电路包括第一控制开关、第二控制开关及第三控制开关r3，三相桥臂电路包括相互并联的第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂，每一相桥臂分别包括两个开关管及两个二极管共同实现开关功能，第一控制开关、第二控制开关及第三控制开关均为继电器，通过各个开关元件的协同作用，选择合适的线路导通，实现开关功能，减少升压设备成本。
79.应当理解的是，以上仅为举例说明，对本实用新型的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本实用新型对此不做限制。
80.需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本实用新型的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。
81.另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本实用新型任意实施例所提供的车载电池充电电路，此处不再赘述。
82.此外，需要说明的是，在本文中，术语“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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
83.上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
84.以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。