CN113872284A - 一种电动汽车高压直流充电电路及充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车高压直流充电电路及充电方法，充电电路包括电源；电机控制器，包括第一相、第二相、第三相；电机，包括第一绕组、第二绕组及第三绕组；开关元件K1，一端连接在第一绕组、第二绕组及第三绕组的并接处，另一端外连至一直流充电座；接口电容C2；当直流充电座向充电电路输出低压直流电时，开关元件K1闭合，第一相、第二相、第三相闭合，使得第一相、第二相、第三相用作为充电电路的升压电路的开关桥臂，基于对直流充电座的抽能使得低压直流电升压至高压直流电。采用上述技术方案后，使用驱动逆变器作为功率变换电路的DCDC电路，使400V直流快速充电桩可直接应用于具有800V高压母线系统的电动汽车直流快速充电。

Description

一种电动汽车高压直流充电电路及充电方法

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种电动汽车高压直流充电电路及充电方法。

背景技术

随着电动汽车的快速发展，其主要应解决的问题，在于用户的续航里程和充电速度。当电动汽车的电量殆尽时，需要用户快速地充电，以继续行驶。

通常充电的方式，为交流充电或直流充电，由于直流充电的充电速度快，已建有大量的直流充电基站。对于目前已普及的400V供电系统的电动汽车，目前已建成较完善的基础设施。而具有800V直流母线系统的电动汽车与400V直流母线相比，在动力性能上更具优势。因此，在电动汽车侧，配置了800V高压母线系统的情况越来越多，但兼容800V电池系统的直流快速充电桩的基础设施建设不足。

因此，需要一种新型的电动汽车高压直流充电电路，在电动汽车插接低压充电桩时，也可升压至高压对电动汽车进行充电。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种电动汽车高压直流充电电路及充电方法，使用驱动逆变器作为功率变换电路的DCDC电路，使400V直流快速充电桩可直接应用于具有800V高压母线系统的电动汽车直流快速充电。

本发明公开了一种电动汽车高压直流充电电路，设于电动汽车内，充电电路包括：

电源，设于充电电路上；

电机控制器，并联于电源两端，包括形成三相电路的第一相、第二相、第三相；

电机，包括形成三相绕组的第一绕组、第二绕组及第三绕组，且第一绕组、第二绕组及第三绕组分别与第一相、第二相、第三相并接；

开关元件K1，一端连接在第一绕组、第二绕组及第三绕组的并接处，另一端外连至一直流充电座；

接口电容C2，一端与开关元件K1连接，另一端连接在充电电路上；

当直流充电座向充电电路输出低压直流电时，开关元件K1闭合，第一相、第二相、第三相闭合，使得第一相、第二相、第三相用作为充电电路的升压电路的开关桥臂，基于对直流充电座的抽能使得低压直流电升压至高压直流电。

优选地，第一相包括串联的开关管S1、开关管S2，且并接至充电电路上；

第二相包括串联的开关管S3、开关管S4，且并接至充电电路上；

第三相包括串联的开关管S5、开关管S6，且并接至充电电路上；

第一绕组的一端连接在开关管S1和开关管S2间；

第二绕组的一端连接在开关管S3和开关管S4间；

第三绕组的一端连接在开关管S5和开关管S6间；

第一绕组、第二绕组及第三绕组的并接处为所述电机的中心点；

当电动汽车运行时，开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6导通以运行于PWM模式；

当充电电路连接至直流充电座的高压直流输出端时，开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6关断且开关元件K1断开，形成直流充电座向电源直冲的充电模式；

当充电电路连接至直流充电座的低压直流输出端时，开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6导通且开关元件K1闭合，由开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6形成升压电路，将低压直流输出端输出的低压直流电升压至高压直流电并向电源充电。

优选地，充电电路还包括：

接口电容C1，与第一相并联在充电电路上；

开关元件K0，一端与电源连接，另一端与接口电容C1连接。

本发明还公开了一种电动汽车高压直流充电方法，应用于如上所述的充电电路上，其特征在于，包括以下步骤：

检测充电电路与直流充电座连接的接入状态，接入状态包括接入关系和接入端口；

当接入端口为高压直流输出端时，直流充电座向电源直冲；

当接入端口为低压直流输出端时，闭合开关元件K1。

优选地，检测充电电路与直流充电座连接的接入状态，接入状态包括接入关系和接入端口的步骤中，接入关系包括已接入和未接入，接入端口包括设于直流充电座上的高压充电端口和低压充电端口。

优选地，当接入端口为高压直流输出端时，直流充电座向电源直冲的步骤包括：充电电路插接直流充电座的正极及高压负极，开关元件K1断开，开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6断开；

当接入端口为低压直流输出端时，闭合开关元件K1的步骤包括：

充电电路插接直流充电座的正极及低压负极，开关元件K1闭合，开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6导通。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.对于电动汽车而言，在基本不增加BOM成本的前提下，避免了电动汽车配置为800V高压直流系统时，对于特定充电桩的依赖度，充电桩侧也无需作出变化，便可满足对电动汽车的快速高压充电；

2.在充电过程中电机不产生额外的扭矩，从而保护了机械系统，增加了充电的适应性。

附图说明

图1为符合本发明一优选实施例中电动汽车高压直流充电电路的电路设计示意图；

图2为符合本发明第一实施例中电动汽车高压直流充电电路的电路设计示意图；

图3为符合本发明第一实施例中电动汽车高压直流充电电路的电路设计示意图；

图4为符合本发明第一实施例中电动汽车高压直流充电电路的电路设计示意图；

图5为符合本发明一优选实施例中电动汽车高压直流充电方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

参阅图1，为符合本发明一优选实施例中电动汽车高压直流充电电路的电路设计示意图，在该实施例中，电动汽车高压直流充电电路设置在电动汽车内，并用于对电动汽车的高压直流充电。具体地，该充电电路包括：

-电源

电源，例如电池、电池组等，为设置在电动汽车内，为电动汽车提供电能输出的设备。当电源内的电量使用殆尽时，需要对其充电。因此，电源设置在充电电路上，充电电路则可与外部的充电设备，例如充电桩、直流充电座等。

-电机控制器

电机控制器通常是连接电机与电池的神经中枢，用来调校电动汽车的整车各项性能，既起到保障车辆的基本安全及精准操控的作用，还能让电池和电机发挥出充足的实力。而在本实施例中，电机控制器不同于原有的作用(或在原有功能的基础上)，增加了对于电源充电的配置，也就是说，该实施例中的电机控制器，既用于对于电机的控制，也用于对电源的充电控制。具体地，电机控制器并联在电源两端，其内具有形成三相电路的第一相、第二相、第三相，也即通常理解的U、V、W相(第一相、第二相、第三相与U、V、W相的对应关系在本发明中不作限定，任何一相均可视作为第一相，以此类推)。同样地，在该实施例中，三相电路除用于对电机的控制外，也将影响充电电路对电源的充电状态。

-电机

电机为电动汽车内将电能转化为机械能的设备。本实施例中，电机包括形成三相绕组的第一绕组、第二绕组及第三绕组，且第一绕组、第二绕组及第三绕组分别与第一相、第二相、第三相并接，以完成电机控制器对电机的基本控制。

-开关元件K1

在本实施例中，第一绕组、第二绕组及第三绕组的并接处额外拉出，外接一开关元件K1，使得开关元件K1的一端连接在第一绕组、第二绕组及第三绕组的并接处，开关元件K1的另一端外连至外部的直流充电座，例如开关元件K1的另一端置空，当外部的直流充电座的充电头插入到电动汽车的充电口时，将与开关元件K1电连接。

-接口电容C2

接口电容C2的一端与开关元件K1连接，另一端连接在充电电路上，使得开关元件K1与接口电容C2形成升压充电电路。

具有上述配置后，当直流充电座通过充电头与充电电路连接时，开关元件K1闭合，第一相、第二相、第三相闭合，使得电机的三相绕组形成一三相电感，第一相、第二相、第三相将用作为开关元件K1和接口电容C2所形成的升压充电电路的开关桥臂，当直流充电座仅可提供低压直流电，例如300-500V时，经开关元件K1和接口电容C2所形成的升压充电电路升压至高压直流电，例如800V，对直流充电座抽能后，经开关桥臂输入至电源内，形成仅可支持低压直流电的直流充电座向电源提供高压直流电的快速充电。也就是说，利用原并非用于充电电路的电机和电机控制器，实现对充电电压的升压，既不需要增加额外的电路元件，也将给用户提供良好的使用体验。

一优选实施例中，充电电路的具体元器件配置如下：第一相包括串联的开关管S1、开关管S2，且并接至充电电路上；第二相包括串联的开关管S3、开关管S4，且并接至充电电路上；第三相包括串联的开关管S5、开关管S6，且并接至充电电路上；第一绕组的一端连接在开关管S1和开关管S2间；第二绕组的一端连接在开关管S3和开关管S4间；第三绕组的一端连接在开关管S5和开关管S6间，且第一绕组、第二绕组及第三绕组的并接处为电机的中心点。具有上述配置下，根据电动汽车的不同工作状态，电机控制器受主板控制，作出相应的变化。如当电动汽车运行时，开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6导通以运行于PWM模式，电机控制器与电机仍呈原工作模式；当充电电路连接至直流充电座的高压直流输出端时，开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6关断且开关元件K1断开，形成直流充电座向电源直冲的充电模式，也就是说，若直流充电座本身可支持高压直流电输出的，无需对输入电流升压，通过上述控制，形成对电源的直充模式；而当充电电路连接至直流充电座的低压直流输出端时，由于所输出的直流电压较低，需要升压，则将控制开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6导通且开关元件K1闭合，由开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6PWM运行处于Boost模式，形成升压电路，将低压直流输出端输出的低压直流电升压至高压直流电并向电源充电。

优选或可选地，充电电路还可包括：接口电容C1，与第一相并联在充电电路上，用于电机控制器的原有电机控制功能；开关元件K0，一端与电源连接，另一端与所述接口电容C1连接。

参阅图2-图4，分别示出了充电电路的进一步设计方案。在不同的实施例中，增加了并联电感或串联电感的方案。例如图2所示，在电机与三相电路的各相上，各增加了一个电感串联；如图3所示，在电机与开关元件K1间，增加了一个电感串联；如图4所示，在开关元件K1与充电口间，增加了一个电感串联，既可用作为滤波，又可增加对直流充电座的抽能效果。

具有上述充电电路后，参阅图5，将基于以下充电方法对电源进行充电：

S100：检测充电电路与直流充电座连接的接入状态，所述接入状态包括接入关系和接入端口

为对开关元件K1及各相开关管的控制，将时刻对充电电路是否接入直流充电座的接入状态进行检测和判断。例如，电动汽车由用户控制行驶至充电站，并插接直流充电座的充电头后，接入状态中的接入关系则为连接，反之则为未连接。接入端口则为直流充电座的低压或高压端口。

S200：当接入端口为高压直流输出端时，直流充电座向电源直冲；

当充电电路接入的直流充电座为高压直流输出端时，直流充电座可向电源直冲，两侧均满足高压充电的要求。

S300：当接入端口为低压直流输出端时，闭合开关元件K1；

检测到接入端口为低压直流输出端时，将闭合开关元件K1，开启升压电路。

上述实施例中，检测充电电路与直流充电座连接的接入状态，接入状态包括接入关系和接入端口的步骤中，接入关系包括已接入和未接入，接入端口包括设于直流充电座上的高压充电端口和低压充电端口。

进一步优选地，当接入端口为高压直流输出端时，直流充电座向电源直冲的步骤S200包括：

充电电路插接直流充电座的正极及高压负极，开关元件K1断开，开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6断开。

当接入端口为低压直流输出端时，闭合开关元件K1的步骤S 300包括：

充电电路插接直流充电座的正极及低压负极，开关元件K1闭合，开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6导通。

也即上述实施例中，直流充电座的低压输出(500V)和高压输出(800V)将共用一正极。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种电动汽车高压直流充电电路，设于电动汽车内，其特征在于，充电电路包括：

电源，设于充电电路上；

电机控制器，并联于所述电源两端，包括形成三相电路的第一相、第二相、第三相；

电机，包括形成三相绕组的第一绕组、第二绕组及第三绕组，且第一绕组、第二绕组及第三绕组分别与所述第一相、第二相、第三相并接；

开关元件K1，一端连接在第一绕组、第二绕组及第三绕组的并接处，另一端外连至一直流充电座；

接口电容C2，一端与所述开关元件K1连接，另一端连接在充电电路上；

当直流充电座向充电电路输出低压直流电时，开关元件K1闭合，所述第一相、第二相、第三相闭合，使得所述第一相、第二相、第三相用作为充电电路的升压电路的开关桥臂，基于对直流充电座的抽能使得低压直流电升压至高压直流电。

2.如权利要求1所述的电动汽车高压直流充电电路，其特征在于，

所述第一相包括串联的开关管S1、开关管S2，且并接至充电电路上；

所述第二相包括串联的开关管S3、开关管S4，且并接至充电电路上；

所述第三相包括串联的开关管S5、开关管S6，且并接至充电电路上；

所述第一绕组的一端连接在开关管S1和开关管S2间；

所述第二绕组的一端连接在开关管S3和开关管S4间；

所述第三绕组的一端连接在开关管S5和开关管S6间；

第一绕组、第二绕组及第三绕组的并接处为所述电机的中心点；

当电动汽车运行时，开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6导通以运行于PWM模式；

当充电电路连接至直流充电座的高压直流输出端时，开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6关断且开关元件K1断开，形成直流充电座向电源直冲的充电模式；

当充电电路连接至直流充电座的低压直流输出端时，开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6导通且开关元件K1闭合，由开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6形成升压电路，将低压直流输出端输出的低压直流电升压至高压直流电并向电源充电。

3.如权利要求1所述的电动汽车高压直流充电电路，其特征在于，充电电路还包括：

接口电容C1，与第一相并联在充电电路上；

开关元件K0，一端与电源连接，另一端与所述接口电容C1连接。

4.一种电动汽车高压直流充电方法，应用于如权利要求1-3任一项所述的充电电路上，其特征在于，包括以下步骤：

检测充电电路与直流充电座连接的接入状态，所述接入状态包括接入关系和接入端口；

当接入端口为高压直流输出端时，直流充电座向电源直冲；

当接入端口为低压直流输出端时，闭合开关元件K1。

5.如权利要求4所述的电动汽车高压直流充电方法，其特征在于，检测充电电路与直流充电座连接的接入状态，所述接入状态包括接入关系和接入端口的步骤中，接入关系包括已接入和未接入，接入端口包括设于直流充电座上的高压充电端口和低压充电端口。

6.如权利要求4所述的电动汽车高压直流充电方法，其特征在于，

当接入端口为高压直流输出端时，直流充电座向电源直冲的步骤包括：

充电电路插接直流充电座的正极及高压负极，开关元件K1断开，开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6断开；

当接入端口为低压直流输出端时，闭合开关元件K1的步骤包括：

充电电路插接直流充电座的正极及低压负极，开关元件K1闭合，开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6导通。

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