CN106602628A - 用于保护obc输出端的系统、方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于保护车载充电器(OBC)的输出端的系统，包括：配置成将与电池的电压相等的输出电压施加到该电池上从而执行对该电池充电的OBC；配置成将OBC输出电压和电池的电压之间的电压差与阈值进行比较的输出端保护装置；以及配置成当电压差小于阈值时将OBC连接到电池的OBC继电器。在OBC被连接到电池后，OBC执行对电池的充电。

Description

用于保护OBC输出端的系统、方法及装置

技术领域

本公开总体涉及车辆技术，并且更具体地，涉及用于防止在安装在车辆中的车载充电器(OBC:on-board-charger)输出端处引起的损坏的系统、方法以及装置。

背景技术

通常的，车载充电器(OBC)安装在电动车辆(EV:electric vehicle)和插入式混合动力车辆中(PHEV：plug-in hybrid vehicle)。OBC指的是用于从电动车辆供电设备(EVSE：electric vehicle supplyequipment)中接收电能(如，AC电压)并且通过内部电缆控制盒(ICCB：in-cable control box)对高电压电池充电的装置。

该OBC在将其输出端连接到车辆的高电压电池之后，执行充电。当OBC没有执行充电时，为了使用者的安全，利用继电器切断OBC的高电压。

当OBC和高电压电池被连接以执行充电时，由于继电器两端的电压差，通过在高电压路径上的寄生电感分量和OBC输出端的电容可产生浪涌电压和浪涌电流。

用于解决上述问题的现有方法包括利用预充电电阻器来降低OBC的输出电压和高电压电池的电压之间的电压差。然而，当另一个高电压部件的输入端的电容不放电时，充电可受到限制。因此，需要在没有预充电电阻的情况下，通过控制OBC输出端的电压来降低浪涌电压和浪涌电流的方法。

发明内容

因此，本公开涉及用于防止在安装在车辆中的车载充电器(OBC)输出端处引起损坏的系统、方法及装置，其基本上消除了由于现有技术的限制和缺点而引起的一个或更多问题。

本公开的目的是提供用于保护车载充电器(OBC)输出端的系统、方法及装置。更具体的是，本公开的目的是提供通过平衡OBC的输出电压和高电压电池的电压从而降低浪涌电压和浪涌电流来保护OBC输出端的系统、方法及装置。

本公开的附加优点、目的及特征将在后面的描述中得到部分阐明，其将在随后的考察中其部分将变得对于本领域技术人员来说显而易见，或从本公开的实践中可了解。本公开的目的和其他优点可通过在书面描述、其中的权利要求以及附图中具体指出的结构而实现和获得。

为了达到这些目的和其他优点并根据本公开的目的，如本文中所体现和概括描述的，用于保护车载充电器(OBC)的输出端的系统包括：OBC，配置成将与电池的电压相等的输出电压施加到电池中从而执行对电池的充电；输出端保护装置，配置成将OBC的输出电压和电池的电压之间的电压差与阈值进行比较；OBC继电器，配置成当电压差小于阈值时，将OBC连接到电池。在OBC被连接到电池之后，OBC执行对电池的充电。

电池可包括主继电器，并且通过驱动主继电器将OBC的输出电压施加到电池上。

系统可进一步包括电池管理系统(BMS：battery managementsystem)，其配置成将关于电池的电压的信息传输到输出端保护装置。

电池可包括预充电电阻器、预充电继电器以及主继电器，并且在闭合该主继电器之前，该预充电继电器被闭合。

此外，根据本公开的实施例，所提供的保护车载充电器(OBC)的输出端的方法包括：通过OBC的输出端保护装置，将OBC的输出电压和电池的电压之间的电压差与阈值进行比较；当电压差小于阈值时，驱动OBC继电器从而将OBC连接到电池上；并且在OBC被连接到电池之后，通过OBC对电池充电。

电池可包括主继电器，并且通过驱动该主继电器将OBC的输出电压施加到电池上。

方法可进一步包括：在将电压差和阈值进行比较之前，通过电池管理系统(BMS)将关于电池的电压的信息传输到输出端保护装置上。

该电池可包括预充电电阻器、预充电继电器及主继电器，并且在闭合主继电器之前，预充电继电器被闭合。

此外，根据本公开的实施例，所提供的车载充电器(OBC)的输出端保护装置包括：通信单元，配置成接收关于OBC输出电压的信息并且接收关于电池的电压的信息；以及确定单元，配置成计算输出电压和电池的电压之间的电压差并且将该电压差与阈值进行比较。该通信单元还配置成当电压差小于阈值时，传输继电器控制信号以驱动OBC继电器从而将OBC连接到电池上。

电池可包括主继电器，其配置成将OBC的输出电压施加到电池上，并且通信单元可还配置成将驱动信号传输到主继电器上。

通信单元可进一步配置成接收来自电池管理系统(BMS)的关于电池的电压的信息。

电池可包括预充电电阻器、预充电继电器以及主继电器，并且在闭合主继电器之前，预充电继电器被闭合。

此外，根据本公开的实施例，所提供的非暂时性计算机可读介质包括用于保护车载充电器(OBC)的输出端的程序指令，该程序指令包括：将OBC的输出电压和电池的电压之间的电压差与阈值进行比较的程序指令；当电压差小于阈值时，驱动OBC继电器从而将OBC连接到电池上的程序指令；以及在OBC被连接到电池上之后，对电池充电的程序指令。

本公开的方面仅是本公开的实施例的一部分，并由一个本领域技术人员基于本公开的详细描述对基于本公开技术特征的各种实施例进行设计和理解。

附图说明

所包括的附图是为了提供对本公开的进一步理解，并且被并入本申请并构成本申请的一部分，附图示出了本公开的实施例并与具体实施方式一起用于解释本公开的原理。在附图中：

图1示出了用于保护车载充电器(OBC)输出端的现有系统的图；

图2根据本公开的实施例示出了用于保护OBC输出端的系统的图；

图3根据本公开的实施例示出了用于保护OBC输出端的方法的流程图；

图4根据本公开的实施例示出了OBC的输出端保护装置的图；以及

图5根据本公开的实施例示出了OBC的输出端保护装置的效果的曲线图。

具体实施方式

在下文中，根据本公开的实施例，将参考附图更详细的描述各种装置和方法。由于本领域技术人员可认识到，在不背离本公开的精神或范围的前提下，可以以各种不同方式修改所描述的实施例。进一步，在整个说明书中，相同的附图标记指示相同的元件。

本文中使用的术语仅用于描述具体的实施例并且不意在限制本公开。如本文使用的，本文使用的元件后缀“模块”和“单元”为了描述方便并且因此可互换使用以及没有任何可区分的含义或功能。除非上下文另外清楚的表明，单数形式“一”，“一个”以及“该”也将包括其复数形式。应该进一步明白的是，当在本说明书中使用时术语“包含”和/或“包括”指定所陈述的特征，整体，步骤，操作，元件和/或组件的存在，但并不排除一个或更多其它特征，整体，步骤，操作，元件，组件和/或其组合的存在或添加。如本文使用的，术语“和/或”包括任意以及所有的一个或更多所列出的相关项目的组合。

应该理解的是，如本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他相似的术语是包括一般的机动车辆比如客运汽车包括运动型车辆(SUV)，公共汽车，卡车，各种商用车辆，船只包括多种小船以及轮船，飞机等，以及包括混合动力车辆，电动车辆，插入式混合动力车辆，氢动力车辆和其它替代燃料车辆(如，衍生自非石油资源的燃料)。正如本文提到的，混合动力车辆是具有两个或更多动力来源的车辆，例如汽油动力和电力动力的车辆。

此外，可理解的是，下面的方法或其中的方面中的一个或更多可至少由一个控制器执行。术语“控制器”可指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置成存储程序指令，并且处理器经具体编程执行程序指令从而完成下面将进一步描述的一个或更多的方法。此外，可以理解的是，下面的方法可通过包括控制器的装置结合一个或更多其他组件来执行，正如本领域技术人员应该明白的那样。

此外，本公开的控制器可体现为在计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质，其包括由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的例子包括但不仅限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存盘、智能卡以及光数据存储构件。计算机可读记录介质也可分布在网络连接的计算机系统以使计算机可读介质以分布的方式存储和执行，如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网络(CAN)。

在描述本公开时，如果确定对相关公知的功能或结构的详细描述会不必要的使本公开的范围含糊不清时，将省略对其的详细描述。

将参考图1描述保护车载充电器(OBC)输出端的现有方法，然后将描述其局限性和问题。

然后，根据本公开的实施例，将参考图2描述用于保护OBC输出端的系统，之后将参考图3描述用于保护OBC输出端的方法。将参考图4详细描述用于保护OBC输出端的装置的内部配置。

图1示出了用于保护车载充电器(OBC)输出端的一般系统的图。

如图1所示，OBC100和电池300与介于其间的OBC继电器400并联连接。另一个高电压部件600与OBC100并联连接。

继电器根据与预定电量相对应的电输入的存在/不存在或电平来控制(即，开关)另一个电路的开/关。例如，OBC继电器400根据是否执行充电来执行用于连接或断开OBC100和电池的开关功能。换句话说，当没有执行充电时，为了使用者的安全，OBC继电器400切断高电压。当开始充电时，驱动OBC继电器400并且电池300和OBC100被电连接，从而传送电能。

当OBC100和电池300被连接用于充电时，如果电压差出现在OBC继电器400的两端，在OBC输出端的电容器和在高电压路径上的寄生电感分量之间可产生浪涌电压和浪涌电流。

浪涌电压和浪涌电流可影响电子电路，损坏或毁坏OBC输出端的硬件组件。用于解决上述问题的现有方法，包括通过利用包括在电池300中的预充电电阻器对OBC输出端的电容器充电来降低电压差的方法。

当利用图1的方法时，由于包括在高电压电池中的预充电电阻器被利用，所以不需要附加电路。然而，当高电压部件600的输入端的电容器不放电时，不能执行充电。因此，该方法受到限制。

降低OBC100的输出电压和电池300的电压之间的电压差的方法包括将预充电电阻器添加到OBC继电器400从而防止浪涌电压和浪涌电流的方法。在该方法中，由于预充电电阻器包括在OBC100的输出端中，其可执行充电而不受限制但应安装附加电路。该附加电路增加成本。此外，可增加OBC继电器400的故障或诊断逻辑的复杂性。

因此，本公开提出通过控制OBC100输出端的电压而不需要利用附加的预充电电阻器来降低浪涌电压和浪涌电流的方法。

在下文中，将参考图2描述用于保护OBC输出端的系统。

图2根据本公开的实施例示出了用于保护OBC输出端的系统的图。

如图2所示，根据本公开的实施例，用于保护OBC输出端的系统可包括OBC100、输出端保护装置200、电池300、OBC继电器400以及电池管理系统(BMS)500。

在图2中显示的组件不是必需的而是仅为了示范的目的被示出。因此，用于保护OBC输出端的系统可包括更多的组件或更少的组件。

在下文中，将对组件进行详细描述。

OBC100是安装在车辆中的充电器，特别是环境友好车辆(如，电动车辆、混合动力电动车辆等)，并且OBC100可执行将所接收的来自AC电源的电能转换为DC电压并且根据电池300的特性来控制充电。

输出端保护装置200将OBC100的输出电压和电池300的电压之间的电压差与阈值进行比较并且控制OBC100和电池300之间的连接。

电池300可提供驱动功率到车辆上。当执行充电时，电池是电力的最终目的地，并且当不执行充电时，电池可将电力施加到电动机和车辆的电气部件上。

在本公开的实施例中，为了提供驱动功率，电池300可以是具有相对高的能量密度和输出密度的高电压电池。

OBC继电器400根据是否执行充电来执行用于连接或断开OBC100和电池300的开关功能。

BMS500指的是用于控制电池的过充电、过热和由外部冲击引起的电池的爆炸的系统。一般的，高容量电池具有BMS并且电动车辆也具有BMS。

BMS利用各种信息来监控电池的状态。表明电池状态的信息可包括电池的电压、温度、充电状态、电池健康状态、气流、电流输入/输出状态等等。此外，BMS基于上述信息可执行电池电源所必需的计算并且该BMS可连接到外部设备以传输和接收各种信息。

尽管在本公开的实施例中，BMS作为用于管理和控制主电池的系统被应用，但是本公开不局限于此。

图3根据本公开的实施例示出了用于保护OBC输出端的方法的流程图。

如图3所示，电动车辆供电设备(EVSE)被连接到OBC。当EVSE连接到OBC时，执行充电序列(charging sequence)(S110)。

通过感测施加到OBC输入端的电压或电流来确认EVSE和OBC之间的连接。

电池包括主继电器，并且OBC的输出电压通过驱动(即，接通)主继电器被施加到电池上(S120)。因此，当执行充电序列时，驱动主继电器从而连接OBC和高电压电池。

OBC存储输出端的电容器中的电能并且输出电压在电容器的两端产生。

如上所述，由于通过OBC的输出电压和高电压电池的电压之间的电压差可产生浪涌电压和浪涌电流，所以在驱动OBC继电器之前，OBC的输出电压和高电压电池的电压之间的电压差应该降低。

在本公开的实施例中，控制OBC的输出电压以降低OBC的输出电压和高电压电池的电压之间的电压差(S130)。该电压差可通过控制OBC输出端的电容器两端的电压来降低。电容器两端的电压可主要由OBC控制，因为电池的电压具有固定值以便向车辆提供能量。

OBC可包括功率因数校正器(PFC：power factor corrector)、DC/DC转换器以及输出电容器。PFC负责降低出现在AC电力转换为DC电力过程中的功率损失。

DC/DC转换器负责升高或降低电压并且输出电容器负责充入从DC/DC转换器接收的电能。

在利用OBC充电过程中，输出电容器通过PFC和DC/DC转换器被充入电能，并且OBC的输出电压在输出电容器两端产生。也就是说，当OBC控制输出电压时，输出电容器两端的电压电平受到控制。一般的，电压电平可通过充电时间来控制。

随着OBC充电时间的流逝，如果输出电容器两端的电压差小于阈值(S140的“是”)，则能够防止由通过电压差产生的浪涌电压和浪涌电流引起的损坏是。

因此，输出端保护装置驱动OBC继电器从而连接OBC和电池(S150)。

通过由于连接而产生在OBC输出电容器两端的电压，电池被充入电能(S160)。

随着OBC充电时间的流逝，如果输出电容器两端的电压差超过阈值(S140的“否”)，由电压差可产生浪涌电压和浪涌电流。

直到施加到OBC输出电容器上的电压电平变得基本与电池的电压相等为止，OBC继电器不被驱动，从而等待直到充电时间流逝为止。在附加充电时间流逝之后，当在OBC输出电容器两端产生的电压变得基本与电池的电压相等并且电压差小于阈值时，驱动OBC继电器。

图4根据本公开的实施例示出了OBC的输出端保护装置的图。

如图4所示，根据本公开的一个实施例，OBC的输出端保护装置可包括通信单元210、确定单元220、存储器230以及控制器240。

在图4中显示的组件不是必需的并且OBC的输出端保护装置可包括更多的组件或更少的组件。

在下文中，将对组件进行详细描述。

通信单元210将用于保护输出端的控制信号传输到包括在用于保护OBC输出端的系统中的OBC100、BMS500和OBC继电器400并且从OBC100、BMS500和OBC继电器400接收用于保护输出端的信息。

在本公开的实施例中，通信单元210从OBC100接收输出电压并且从BMS500接收高电压电池300的电压。

确定单元220计算从通信单元210中接收的输出电压和电池的电压之间的电压差，并且将该电压差与阈值进行比较。如果电压差小于阈值，通信单元210将驱动信号传输到OBC继电器上。

存储器230是用于存储预定程序的存储空间和/或存储区域，当由该程序执行操作时，该预定程序控制OBC的输出端保护装置200的整体操作和数据输入/输出，并且该存储器230包括电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器(FM：flash memory)、硬盘驱动等等。

在本公开的实施例中，存储器230可存储关于参考值的信息。该参考值可被预定和存储以防止OBC输出电容器的损坏。此外，存储器230可存储与包括在用于保护OBC输出端的系统中的OBC100、BMS500以及OBC继电器400交换的信息和信号。

控制器240可执行数据处理和计算以控制OBC的输出端保护装置200的整体操作。

在本公开的实施例中，控制器240控制从通信单元210到确定单元220的电压信息的传送并且控制用于执行确定单元220的功能所必需的信息从存储器230的传送。

图5根据本公开的实施例示出了OBC输出端保护装置的效果的曲线图。

如图5所示，通过示出不具有改进逻辑的情况下的装置效果的曲线图和示出具有改进逻辑的情况下的装置效果的曲线图之间的比较，可确认本公开实施例的效果。

在曲线图之间的差异中，在示出不具有改进逻辑的情况下的装置效果的曲线图中，控制OBC输出电压的步骤位于OBC继电器关断步骤和OBC继电器接通步骤之间。

如上所述，控制OBC输出电压的步骤指的是，当OBC的输出电压和电池的电压之间的电压差超过阈值时，不驱动OBC继电器从而防止由电压差产生的浪涌电压和浪涌电流的步骤。

在示出不具有改进逻辑的情况下的装置效果的曲线图中，在预定的时间内持续产生浪涌电压和浪涌电流。相反，在示出具有改进逻辑的情况下的装置效果的曲线图中，电压增加直到OBC的输出电压变得与电池的电压相等为止，以降低电压差。

根据本公开，用于保护OBC输出端的方法和装置的效果如下。

第一，当进入充电序列时，通过控制OBC的输出电压，能够保护OBC的输出端。第二，由于能够保护OBC的输出端而不需要将电路添加到现有的OBC上，因此能够降低成本。

本领域技术人员将理解，在不背离本公开的精神和实质特征的情况下，可用除了本文阐明的方式之外的其他具体方式来实现本公开。因此，上面的详细描述不应被解释为在所有方面限制本公开，而要视为示例。本公开的范围应该由所附的权利要求的合理解释来确定并且在不背离本公开的情况下所做的所有等价的修改应该包括在所附权利要求中。

Claims (12)

1.一种用于保护车载充电器(OBC)的输出端的系统，所述系统包括：

所述OBC，其配置成将与电池的电压相等的输出电压施加到所述电池从而执行对所述电池的充电；

输出端保护装置，其配置成将所述OBC的输出电压和所述电池的电压之间的电压差与阈值进行比较；以及

OBC继电器，其配置成当所述电压差小于所述阈值时将所述OBC连接到所述电池，

其中在所述OBC被连接到所述电池之后，所述OBC执行对所述电池的充电。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述电池包括主继电器，并且

通过驱动所述主继电器，所述OBC的输出电压被施加到所述电池。

3.根据权利要求1所述的系统，还包括：电池管理系统(BMS)，其配置成将关于所述电池的电压的信息传输到所述输出端保护装置。

4.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述电池包括预充电电阻器、预充电继电器、以及主继电器，并且

在闭合所述主继电器之前，所述预充电继电器被闭合。

5.一种保护车载充电器(OBC)的输出端的方法，所述方法包括以下步骤：

通过所述OBC的输出端保护装置，将所述OBC的输出电压和电池的电压之间的电压差与阈值进行比较；

当所述电压差小于所述阈值时，驱动OBC继电器从而将所述OBC连接到所述电池；以及

在所述OBC被连接到所述电池之后，通过所述OBC对所述电池充电。

6.根据权利要求5所述的方法，其中：

所述电池包括主继电器，并且

通过驱动所述主继电器，所述OBC的输出电压被施加到所述电池。

7.根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：在将所述电压差与所述阈值进行比较之前，通过电池管理系统(BMS)将关于所述电池的电压的信息传输到所述输出端保护装置。

8.根据权利要求5所述的方法，其中：

所述电池包括预充电电阻器、预充电继电器、以及主继电器，并且

在闭合所述主继电器之前，所述预充电继电器被闭合。

9.一种车载充电器(OBC)的输出端保护装置，包括：

通信单元，其配置成接收关于所述OBC的输出电压的信息并且接收关于电池的电压的信息；以及

确定单元，其配置成计算所述输出电压和所述电池的电压之间的电压差并且将所述电压差与阈值进行比较，

其中所述通信单元还配置成当所述电压差小于所述阈值时，传输继电器控制信号以驱动OBC继电器从而将所述OBC连接到所述电池。

10.根据权利要求9所述的输出端保护装置，其中：

所述电池包括：主继电器，其配置成将所述OBC的输出电压施加到所述电池，并且

所述通信单元还配置成将驱动信号传输到所述主继电器。

11.根据权利要求9所述的输出端保护装置，其中所述通信单元还配置成从电池管理系统(BMS)接收关于所述电池的电压的信息。

12.根据权利要求9所述的输出端保护装置，其中：

所述电池包括预充电电阻器、预充电继电器、以及主继电器，并且

在闭合所述主继电器之前，所述预充电继电器被闭合。