CN110474410A - 车载集成充电装置及其电流分配计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了车载集成充电装置及其电流分配计算方法，车载集成充电装置包括：电压转换模块，电压转换模块设有用于连接交流电或交流负载的AC端、用于连接动力电池的HV端、用于连接直流负载的LV端；当AC端空置时，LV端由HV端供电，LV端的输入电流为HV端的实际电流。本发明将OBC、DCAC及DCDC功能集成在同一个电路板上，通过分配算法来实现电流上报要求，减小整个装置的体积和重量。

Description

车载集成充电装置及其电流分配计算方法
技术领域
本发明涉及车载充电装置技术领域，尤其涉及车载集成充电装置及其电流分配计算方法。
背景技术
伴随着能源和环保的双重压力，新能源电动车已经成为汽车行业的新兴势力，倡导绿色出行及改变出行结构俨然已成为主流。电动车在整个汽车行业里的占比也越来越大，这其中又包括混合式电动车（HEV）、插电式混合电动车（PHEV）及纯电动车（EV）。HEV不需要外加充电设备，它能提供的新能源能量比较小，而PHEV及EV都需要外接充电设备。
另外，现在很多新兴车企提出了双向OBC需求，即在传统的OBC上增加逆变功能，通过该功能可以将电动车的动力电池能量通过放电枪给其它电动车充电，也可以在车内将动力电池的直流电逆变为交流电给车内的交流设备供电。
目前新能源车里的充电装置主要有两种存在方式，第1种是该装置包含三种完全分立的零件，分别是单独的OBC零件、单独的DC/AC零件及单独的DC/DC零件；第2种是OBC和DC/AC集成在一个零件，DC/DC单独另一个零件；这两种目前市场上第2种用的比较多，但是这2种总体来说零件在整车上都是分立的存在，无论从重量还是体积都比较大，占用车内较大空间，不利于新能源车的轻量化和整车空间的最大化利用。
因此，如何设计多功能的车载集成充电装置及其电流分配计算方法是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有充电装置体积大、占空间的缺陷，本发明提出车载集成充电装置及其电流分配计算方法。
本发明采用的技术方案是，设计车载集成充电装置，包括：电压转换模块，电压转换模块设有用于连接交流电或交流负载的AC端、用于连接动力电池的HV端、用于连接直流负载的LV端；当AC端空置时，LV端由HV端供电；当AC端连接交流电时，LV端和HV端均由AC端供电；当AC端连接交流负载时，AC端和LV端均由HV端供电。
优选的，电压转换模块包括变压器，变压器的一侧设有原边绕组，变压器的另一侧设有两个并联的副边绕组，原边绕组通过原边全桥整流电路连接AC端，一副边绕组通过副边全桥整流电路连接HV端，另一副边绕组通过副边半桥整流电路连接LV端。
优选的，原边全桥整流电路和原边绕组之间还设有串联谐振电路。
本发明还提出了车载集成充电装置的电流分配计算方法，包括：当HV端仅给LV端供电时，LV端的输入电流为HV端的实际电流；当AC端给HV端和LV端供电时，通过预设的第一种计算方式得到当前HV端的理论电流Ihv，LV端的输入电流为当前HV端的理论电流Ihv减去当前HV端的实际电流Ihv1；当HV端给AC端和LV端供电时，通过预设的第二种计算方式得到当前HV端的理论电流Ihv，LV端的输入电流为当前HV端的实际电流Ihv1减去当前HV端的理论电流Ihv。
优选的，第一种计算方式：根据当前HV端的功率和LV端的功率从预设的第一效率对照表中选取对应的效率η1，根据当前车载集成充电装置的型号从预设的第一调整系数对照表中选取对应的调整系数k1和b1；根据当前AC端的实际电压和实际电流，计算当前AC端的输入功率Pac；计算当前HV端的理论输出功率Phv，Phv=Pac÷(k1×η1+b1)；根据Phv和当前HV端的实际电压，计算当前HV端的理论电流Ihv。
优选的，第一效率对照表具有第一标准二维数组，第一标准二维数组的两个维度分别为HV端的分段功率和LV端的分段功率，第一标准二维数组中的每个数组元素均设有对应的效率η1；第一调整系数对照表具有多种不同的车载集成充电装置型号，每个车载集成充电装置型号均设有对应的调整系数k1和b1。
优选的，当AC端给HV端和LV端供电时，HV端的输出功率与LV端的输出功率之和的最大值为额定总功率P1; 根据额定总功率P1进行分段获取第一标准二维数组，采集第一标准二维数组中的每个数组元素对应的效率η1；选择第一标准二维数组中若干个数组元素作为第一标定数组元素，采集待测的车载集成充电装置在不同的第一标定数组元素下的实际效率ηx，根据实际效率ηx和其对应的第一标定数组元素的η1，计算得出该车载集成充电装置型号的调整系数k1和b1，使得ηx= k1×η1+b1。
优选的，第二种计算方式：根据当前AC端的功率和当前LV端的功率从预设的第二效率对照表中选取对应的效率η2，根据当前车载集成充电装置的型号从预设的第二调整系数对照表中选取对应的调整系数k2和b2；根据当前AC端的实际电压和实际电流，计算当前AC端的输入功率Pac；计算当前HV端的理论输出功率Phv，Phv=Pac÷(k2×η2+b2)；根据Phv和当前HV端的实际电压，计算当前HV端的理论电流Ihv。
优选的，第二效率对照表具有第二标准二维数组，第二标准二维数组的两个维度分别为AC端的分段功率和LV端的分段功率，第二标准二维数组中的每个数组元素均设有对应的效率η2；第二调整系数对照表具有多种不同的车载集成充电装置型号，每个车载集成充电装置型号均设有对应的调整系数k2和b2。
优选的，当HV端给AC端和LV端供电时，AC端的输出功率与LV端的输出功率之和的最大值为额定总功率P2; 根据额定总功率P2进行分段获取第二标准二维数组，采集第二标准二维数组中的每个数组元素对应的效率η2；选择第二标准二维数组中若干个数组元素作为第一标定数组元素，采集待测的车载集成充电装置在不同的所述第二标定数组元素下的实际效率ηy，根据实际效率ηy和其对应的第二标定数组元素的η2，计算得出该车载集成充电装置型号的调整系数k2和b2，使得ηy= k2×η2+b2。
与现有技术相比，本发明将OBC、DCAC及DCDC的功能集成在同一个电路板上，三者共用一套控制电路，在不需要额外增加特殊检测电路的前提下，能实时计算功能集成装置耦合共用端电流分配，通过优化软件算法来实现分体OBC、DCAC及DCDC的电流上报要求，减小整个装置的体积和重量。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明中整车行驶过程中的供电示意图；
图2是本发明中整车充电时的供电示意图；
图3是本发明中整车逆变放电时的供电示意图。
具体实施方式
如图1至3所示，本发明提出的车载集成充电装置适用于新能源电动车，其具备OBC、DCAC及DCDC的三种功能，该车载集成充电装置包括：电压转换模块，电压转换模块设有AC端、HV端及LV端，AC端用于连接交流电或交流负载，HV端用于连接动力电池，LV端用于连接直流负载，电压转换模块设置在一块电路板上，将多个检测电路耦合共用在一起，减小整个装置的体积和重量。电压转换模块包括变压器，变压器的一侧设有原边绕组，原边绕组通过原边全桥整流电路连接AC端，原边全桥整流电路和原边绕组之间还设有串联谐振电路，串联谐振电路由串联连接的电容和电感构成，变压器的另一侧设有两个并联的副边绕组，一副边绕组通过副边全桥整流电路连接HV端，另一副边绕组通过副边半桥整流电路连接LV端。
图1是整车行驶过程中的工作模式，此时车载集成充电装置只有DCDC工作模式，AC端空置，LV端由HV端供电，HV端的实际电流即当前DCDC状态的输入电流，此处的实际电流为HV端的实际输出电流，直接用这个值上报给整车即为DCDC的输入电流。
图2是整车充电时的工作模式，此时车载集成充电装置工作于OBC+DCDC工作模式，AC端连接交流电，LV端和HV端均由AC端供电，OBC的能量流动是从AC端到HV端，对于当前状态的DCDC，相对于传统的DCDC工作时的能量从HV端到LV端，此时装置的DCDC能量并非从HV端到LV端，而是从AC端到LV端，因此LV端的输入电流是从AC端过来的，对于整车应用来说，其要求统一上报的是类似于传统DCDC模式的从HV端输出的电流，需要采用下文中记载的电流分配计算方法将LV端的输入电流从AC端折算到HV端并上报给整车。
图3是整车逆变放电时的工作模式，此时车载集成充电装置工作于DCAC+DCDC工作模式，AC端连接交流负载，AC端和LV端均由HV端供电，DCAC的能量流动是从HV到AC；对于当前状态的DCDC，能量流动和传统DCDC均是从HV到LV，但是由于AC端的输入和LV端的输入都是HV端，而HV端的电流检测电路是共用的，因此无法直接获取到LV端的输入电流，对应整车应用来说，其要求统一上报的是类似于传统DCDC模式的从HV端输出的电流，需要采用下文中记载的电流分配计算方法将HV端的实际电流分离，得到LV端的输入电流进而上报给整车，此处的实际电流为HV端的实际输出电流。
本发明还提出了车载集成充电装置的电流分配计算方法，以下对电流分配计算方法进行详细说明。
如图1所示，当HV端仅给LV端供电时，LV端的输入电流为HV端的实际电流，车载集成充电装置的HV端设置有检测HV端实际电流的HV电流检测电路，将HV电流检测电路的检测值上报给整车即为DCDC的输入电流。
如图2所示，当AC端给HV端和LV端供电时，车载集成充电装置处于OBC+DCDC工作模式，通过预设的第一种计算方式得到当前HV端的理论电流Ihv，LV端的输入电流为当前HV端的理论电流Ihv减去当前HV端的实际电流Ihv1；
第一种计算方式的具体计算方式是：
1、预设第一效率对照表，第一效率对照表具有第一标准二维数组，第一标准二维数组的两个维度分别为HV端的分段功率和LV端的分段功率，第一标准二维数组中的每个数组元素均设有对应的效率η1，该效率η1是通过专业设备测试一个车载集成充电装置在OBC+DCDC工作模式下，按照第一标准二维数组中不同数组元素运行时对应的效率η1；第一标准二维数组的形成方式是：车载集成充电装置在OBC+DCDC工作模式下，HV端的输出功率与LV端的输出功率之和的最大值为额定总功率P1，P1通常是6.6KW，以按HV端的输出功率+LV端的输出功率不超过6.6KW来进行分段，统计出不同分段功率组合的第一标准二维数组后，再测试第一标准二维数组中的每个数组元素对应的效率η1；
2、预设第一调整系数对照表，第一调整系数对照表具有多种不同的车载集成充电装置型号，每个车载集成充电装置型号均设有对应的调整系数k1和b1；计算得到调整系数k1和b1的方式是：选择第一标准二维数组中若干个数组元素作为第一标定数组元素，采集待测的车载集成充电装置在不同的第一标定数组元素下的实际效率ηx，根据实际效率ηx和其对应的第一标定数组元素的η1，计算得出该车载集成充电装置型号的调整系数k1和b1，使得ηx=k1×η1+b1。
3、根据当前HV端的功率和LV端的功率从预设的第一效率对照表中选取对应的效率η1，根据当前车载集成充电装置的型号从预设的第一调整系数对照表中选取对应的调整系数k1和b1；
4、根据当前AC端的实际电压和实际电流，车载集成充电装置的AC端设置有检测AC端实际电压的AC电压检测电路和检测AC端实际电流的AC电流检测电路，计算当前AC端的输入功率Pac；
5、计算当前HV端的理论输出功率Phv，Phv=Pac÷(k1×η1+b1)；
6、将当前HV端的理论输出功率Phv除以当前HV端的实际电压，车载集成充电装置的HV端设置有检测HV端实际电压的HV电压检测电路和检测HV端实际电流的HV电流检测电路，计算当前HV端的理论电流Ihv，Ihv=Phv÷Hhv；
7、根据当前HV端的理论电流Ihv和当前HV端的实际电流Ihv1，计算LV端的输入电流Iin，Iin=Ihv-Ihv1；
8、将Iin作为当前的DCDC输入电流上报给整车。
如图3所示，当HV端给AC端和LV端供电时，车载集成充电装置处于DCAC+DCDC工作模式，通过预设的第二种计算方式得到当前HV端的理论电流Ihv，LV端的输入电流为当前HV端的实际电流Ihv1减去当前HV端的理论电流Ihv。
第二种计算方式的具体计算方式是：
1、预设第二效率对照表，第二效率对照表具有第二标准二维数组，第二标准二维数组的两个维度分别为AC端的分段功率和LV端的分段功率，第二标准二维数组中的每个数组元素均设有对应的效率η2，该效率η2是通过专业设备测试一个车载集成充电装置在DCAC+DCDC工作模式下，按照第二标准二维数组中不同数组元素运行时对应的效率η2；第二标准二维数组的形成方式是：车载集成充电装置在DCAC+DCDC工作模式下，AC端的输出功率与LV端的输出功率之和的最大值为额定总功率P2，P2通常是3.3KW，以按AC端的输出功率+LV端的输出功率不超过3.3KW来进行分段，统计出不同分段功率组合的第二标准二维数组后，再测试第二标准二维数组中的每个数组元素对应的效率η2；
2、预设第二调整系数对照表，第二调整系数对照表具有多种不同的车载集成充电装置型号，每个车载集成充电装置型号均设有对应的调整系数k2和b2；计算得到调整系数k2和b2的方式是：选择第二标准二维数组中若干个数组元素作为第二标定数组元素，采集待测的车载集成充电装置在不同的第二标定数组元素下的实际效率ηy，根据实际效率ηy和其对应的第二标定数组元素的ηy，计算得出该车载集成充电装置型号的调整系数k2和b2，使得ηy=k2×η2+b2。
3、根据当前AC端的功率和LV端的功率从预设的第二效率对照表中选取对应的效率η2，根据当前车载集成充电装置的型号从预设的第二调整系数对照表中选取对应的调整系数k2和b2；
4、根据当前AC端的实际电压和实际电流，车载集成充电装置的AC端设置有检测AC端实际电压的AC电压检测电路和检测AC端实际电流的AC电流检测电路，计算当前AC端的输入功率Pac；
5、计算当前HV端的理论输出功率Phv，Phv=Pac÷(k2×η2+b2)；
6、将当前HV端的理论输出功率Phv除以当前HV端的实际电压，车载集成充电装置的HV端设置有检测HV端实际电压的HV电压检测电路和检测HV端实际电流的HV电流检测电路，计算当前HV端的理论电流Ihv，Ihv=Phv÷Hhv，该值即为用于上报整车的DCAC输入电流；
7、根据当前HV端的理论电流Ihv和当前HV端的实际电流Ihv1，计算LV端的输入电流Iin，Iin=Ihv-Ihv1；
8、将Iin作为当前的DCDC输入电流上报给整车。
上述的缩略字符说明如下：
HV：High Voltage，高压电，装置的这个端口接的是整车的动力高压电池；
LV：Low Voltage，低压电，装置的这个端口接的是整车的小电池；
AC：Alternating Current，交流电，装置的这个端口用于充电时充电桩的交流输入，或放电时的交流输出；
OBC：On Board Charger，车载充电机，实现AC->HV的功率变换，将外部充电桩的交流电转成动力电池需要的高压直流电输出，用于给整车动力电池充电；
DCAC：Direct Current-Alternating current，直流交流变换器，实现HV-AC的功率变换，将动力电池的电压直流电转成交流电输出，用于给外部交流设备供电；
DCDC：Direct Current-Direct Current，直流直流变换器，实现HV-LV的功率变换，将动力电池的高压直流电转成低压直流电输出，用于给整车低压电路使用。
本发明在不需要额外增加辅助检测电路的前提下实现车载集成充电装置的电流分配计算，满足整车厂对于功能集成装置的电流上报要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载集成充电装置，包括：电压转换模块，所述电压转换模块设有用于连接交流电或交流负载的AC端、用于连接动力电池的HV端、用于连接直流负载的LV端；其特征在于，
当所述AC端空置时，所述LV端由所述HV端供电；
当所述AC端连接交流电时，所述LV端和所述HV端均由所述AC端供电；
当所述AC端连接交流负载时，所述AC端和所述LV端均由所述HV端供电。
2.如权利要求1所述的车载集成充电装置，其特征在于，所述电压转换模块包括变压器，所述变压器的一侧设有原边绕组，所述变压器的另一侧设有两个并联的副边绕组，所述原边绕组通过原边全桥整流电路连接所述AC端，一所述副边绕组通过副边全桥整流电路连接所述HV端，另一所述副边绕组通过副边半桥整流电路连接所述LV端。
3.如权利要求2所述的车载集成充电装置，其特征在于，所述原边全桥整流电路和所述原边绕组之间还设有串联谐振电路。
4.一种如权利要求1至3任一项所述车载集成充电装置的电流分配计算方法，其特征在于，包括：
当HV端仅给所述LV端供电时，所述LV端的输入电流为HV端的实际电流；
当所述AC端给所述HV端和LV端供电时，通过预设的第一种计算方式得到当前HV端的理论电流Ihv，所述LV端的输入电流为当前HV端的理论电流Ihv减去当前HV端的实际电流Ihv1；
当所述HV端给所述AC端和所述LV端供电时，通过预设的第二种计算方式得到当前HV端的理论电流Ihv，所述LV端的输入电流为当前HV端的实际电流Ihv1减去当前HV端的理论电流Ihv。
5.如权利要求4所述的电流分配计算方法，其特征在于，所述第一种计算方式：根据当前HV端的功率和LV端的功率从预设的第一效率对照表中选取对应的效率η1，根据当前车载集成充电装置的型号从预设的第一调整系数对照表中选取对应的调整系数k1和b1；
根据当前AC端的实际电压和实际电流，计算当前AC端的输入功率Pac；
计算当前HV端的理论输出功率Phv，Phv=Pac÷(k1×η1+b1)；
根据Phv和当前HV端的实际电压，计算当前HV端的理论电流Ihv。
6.如权利要求5所述的电流分配计算方法，其特征在于，所述第一效率对照表具有第一标准二维数组，所述第一标准二维数组的两个维度分别为HV端的分段功率和LV端的分段功率，所述第一标准二维数组中的每个数组元素均设有对应的效率η1；
所述第一调整系数对照表具有多种不同的车载集成充电装置型号，每个所述车载集成充电装置型号均设有对应的调整系数k1和b1。
7.如权利要求6所述的电流分配计算方法，其特征在于，当所述AC端给所述HV端和LV端供电时，所述HV端的输出功率与LV端的输出功率之和的最大值为额定总功率P1; 根据所述额定总功率P1进行分段获取所述第一标准二维数组，采集所述第一标准二维数组中的每个数组元素对应的效率η1；
选择所述第一标准二维数组中若干个数组元素作为第一标定数组元素，采集待测的车载集成充电装置在不同的所述第一标定数组元素下的实际效率ηx，根据所述实际效率ηx和其对应的第一标定数组元素的η1，计算得出该车载集成充电装置型号的调整系数k1和b1，使得ηx= k1×η1+b1。
8.如权利要求4所述的电流分配计算方法，其特征在于，所述第二种计算方式：根据当前AC端的功率和当前LV端的功率从预设的第二效率对照表中选取对应的效率η2，根据当前车载集成充电装置的型号从预设的第二调整系数对照表中选取对应的调整系数k2和b2；
根据当前AC端的实际电压和实际电流，计算当前AC端的输入功率Pac；
计算当前HV端的理论输出功率Phv，Phv=Pac÷(k2×η2+b2)；
根据Phv和当前HV端的实际电压，计算当前HV端的理论电流Ihv。
9.如权利要求8所述的电流分配计算方法，其特征在于，所述第二效率对照表具有第二标准二维数组，所述第二标准二维数组的两个维度分别为AC端的分段功率和LV端的分段功率，所述第二标准二维数组中的每个数组元素均设有对应的效率η2；
所述第二调整系数对照表具有多种不同的车载集成充电装置型号，每个所述车载集成充电装置型号均设有对应的调整系数k2和b2。
10.如权利要求9所述的电流分配计算方法，其特征在于，当所述HV端给所述AC端和LV端供电时，所述AC端的输出功率与LV端的输出功率之和的最大值为额定总功率P2; 根据所述额定总功率P2进行分段获取所述第二标准二维数组，采集所述第二标准二维数组中的每个数组元素对应的效率η2；
选择所述第二标准二维数组中若干个数组元素作为第一标定数组元素，采集待测的车载集成充电装置在不同的所述第二标定数组元素下的实际效率ηy，根据所述实际效率ηy和其对应的第二标定数组元素的η2，计算得出该车载集成充电装置型号的调整系数k2和b2，使得ηy= k2×η2+b2。
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