CN110723004B - 电动汽车的车载充电器及其放电控制方法、电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车的车载充电器及其控制方法、电动汽车，该车载充电器，包括：电源变换模块，电源变换模块的直流端与电动汽车的电池相连，用于将电池提供的直流电变换为交流电；交流放电端，交流放电端与电源变换模块的交流端相连，还与交流负载相连以给交流负载供电，交流放电端并联有第一电容；第一电压采集模块，用于采集第一电容的电压；控制模块，控制模块与电源变换模块相连，还与第一电压采集模块相连，用于在通过交流放电端输出交流电时，确定第一电容的电压对应的相位，并根据对应的相位对电源变换模块进行控制以使交流电从对应的相位开始输出，从而可有效避免放电开始输出瞬间出现的电压振荡和电流冲击，延长车载充电器的寿命。

Description

电动汽车的车载充电器及其放电控制方法、电动汽车

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车的车载充电器、一种具有该车载充电器的电动汽车和一种电动汽车的车载充电器的放电控制方法。

背景技术

伴随着电动汽车商业化进度，电动汽车的车载充电器已成为电动汽车重要零部件之一。目前，双向车载充电器已经广泛应用，其使用的单相H桥拓扑如图1所示，主要包括交流负载/交流电网AC源(放电时接交流负载，充电时接交流电网)、交流侧X电容C1、储能电感L1和L2、4个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)晶体管T1/T2/T3/T4、电容C2和整车电池包DC源。

双向车载充电器通过将整车电池包DC源的直流电逆变为正弦交流电进行放电，以给交流负载供电。通常放电过程是从交流电压的零相位(零相位点电压为0V)开始输出。但是，由于交流侧X电容C1的存在，当双向车载充电器故障重启时，电容C1上可能有较高的电压未泄放完，且泄放速度较慢。此时，如果从交流电压的零相位开始输出，电容C1的电压和零相位电压之间的电压差会导致回路上出现较大的电压震荡和电流冲击(如图2所示)，影响车载充电器的寿命。

发明内容

本发明旨在至少从一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种电动汽车的车载充电器，可有效避免放电开始输出瞬间出现的电压振荡和电流冲击，延长车载充电器的寿命。

本发明的第二个目的在于提出一种电动汽车。

本发明的第三个目的在于提出一种电动汽车的车载充电器的放电控制方法。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电动汽车的车载充电器，包括：电源变换模块，所述电源变换模块的直流端与所述电动汽车的电池相连，所述电源变换模块用于将所述电池提供的直流电变换为交流电；交流放电端，所述交流放电端与所述电源变换模块的交流端相连，所述交流放电端还与交流负载相连以给所述交流负载供电，其中，所述交流放电端并联有第一电容；第一电压采集模块，所述第一电压采集模块与所述第一电容相连，所述第一电压采集模块用于采集所述第一电容的电压；控制模块，所述控制模块与所述电源变换模块相连，所述控制模块还与所述第一电压采集模块相连，所述控制模块用于在通过所述交流放电端输出所述交流电时，确定所述第一电容的电压对应的相位，并根据对应的相位对所述电源变换模块进行控制以使所述交流电从对应的相位开始输出。

根据本发明实施例的电动汽车的车载充电器，电源变换模块的直流端与电动汽车的电池相连，电源变换模块的交流端与交流放电端相连，交流放电端与交流负载相连以给交流负载供电，在通过交流放电端输出交流电时，通过第一电压采集模块采集的第一电容的电压，以便控制模块确定第一电容的电压对应的相位，并根据对应的相位对电源变换模块进行控制以使交流电从对应的相位开始输出，从而可有效避免放电开始输出瞬间出现的电压振荡和电流冲击，延长车载充电器的寿命。

另外，根据本发明上述实施例提出的电动汽车的车载充电器还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述控制模块用于获取所述交流电的峰值电压，并根据所述交流电的峰值电压和所述第一电容的电压计算所述第一电容的电压对应的相位。

根据本发明的一个实施例，当所述第一电容的电压对应的相位为零相位时，所述交流电从零相位开始输出；当所述第一电容的电压对应的相位为非零相位时，所述交流电从非零相位开始输出。

根据本发明的一个实施例，所述交流电为正弦交流电，所述控制模块根据以下公式计算所述第一电容的电压对应的相位：

θ＝arcsin(u/U_m)

其中，θ为所述第一电容的电压对应的相位，u为所述第一电容的电压，U_m为所述交流电的峰值电压。

根据本发明的一个实施例，所述交流放电端与所述第一电容之间还设置有可控开关，所述可控开关与所述控制模块相连，所述控制模块通过控制所述可控开关闭合以控制所述交流放电端输出所述交流电。

根据本发明的一个实施例，所述电源变换模块包括第一IGBT至第四IGBT，所述第一IGBT至第四IGBT被构造成H桥拓扑电路。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电动汽车，其包括本发明第一方面实施例的电动汽车的车载充电器。

本发明实施例的电动汽车，通过上述的电动汽车的车载充电器，从而可有效避免放电开始输出瞬间出现的电压振荡和电流冲击，延长车载充电器的寿命。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种电动汽车的车载充电器的放电控制方法，所述车载充电器包括电源变换模块和交流放电端，所述电源变换模块的直流端与所述电动汽车的电池相连，所述电源变换模块用于将所述电池提供的直流电变换为交流电，所述交流放电端与所述电源变换模块的交流端相连，所述交流放电端还与交流负载相连以给所述交流负载供电，所述交流放电端并联有第一电容，其中，所述方法包括以下步骤：在通过所述交流放电端输出所述交流电时，采集所述第一电容的电压；确定所述第一电容的电压对应的相位；根据对应的相位对所述电源变换模块进行控制，以使所述交流电从对应的相位开始输出。

根据本发明实施例的电动汽车的车载充电器的放电控制方法，在通过交流放电端输出交流电时，采集第一电容的电压，然后确定第一电容的电压对应的相位，最后根据对应的相位对电源变换模块进行控制，以使交流电从对应的相位开始输出，从而可有效避免放电开始输出瞬间出现的电压振荡和电流冲击，延长车载充电器的寿命。

另外，根据本发明上述实施例提出的电动汽车的车载充电器的放电控制方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述确定所述第一电容的电压对应的相位，包括：获取所述交流电的峰值电压；根据所述交流电的峰值电压和所述第一电容的电压，计算所述第一电容的电压对应的相位。

根据本发明的一个实施例，当所述第一电容的电压对应的相位为零相位时，所述交流电从零相位开始输出；当所述第一电容的电压对应的相位为非零相位时，所述交流电从非零相位开始输出。

根据本发明的一个实施例，所述交流电为正弦交流电，根据以下公式计算所述第一电容的电压对应的相位：

θ＝arcsin(u/U_m)

其中，θ为所述第一电容的电压对应的相位，u为所述第一电容的电压，U_m为所述交流电的峰值电压。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是相关技术中电动汽车的车载充电器的单相H桥拓扑电路图；

图2是相关技术中放电时交流电压零相位开始输出的电压和电流的波形图；

图3是根据本发明一个实施例的电动汽车的车载充电器的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的电动汽车的车载充电器的H桥拓扑电路图；

图5是根据本发明一个实施例的正弦交流电的波形图；

图6是根据本发明一个实施例的交流电从零相位开始输出的波形图；

图7是根据本发明一个实施例的交流电从非零相位开始输出的波形图；

图8是根据本发明一个实施例的电动汽车的车载充电器的放电控制方法的流程图；

图9是根据本发明一个实施例的根据第一电容的电压对应的相位控制交流电从该相位开始输出的电压和电流的波形图；以及

图10是根据本发明实施例的电动汽车的车载充电器的放电控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图来描述本发明实施例提出的电动汽车的车载充电器、具有该车载充电器的电动汽车和电动汽车的车载充电器的控制方法。

图1是根据本发明一个实施例的电动汽车的车载充电器的结构示意图，图2是根据本发明一个实施例的电动汽车的车载充电器的H桥拓扑电路图。在本发明的实施例中，车载充电器可为双向车载充电器。

如图1和图2所示，该电动汽车的车载充电器，包括：电源变换模块10、交流放电端20、第一电压采集模块30和控制模块40。

其中，电源变换模块10的直流端与电动汽车的电池01相连，电源变换模块10用于将电池01提供的直流电变换为交流电。在本发明的一个具体实施例中，电源变换模块10可包括第一IGBT至第四IGBT(即，IGBT1、IGBT2、IGBT3和IGBT4)，由IGBT1、IGBT2、IGBT3和IGBT4构造成H桥拓扑电路。可选地，在电池01的两端可并联第二电容C2，第二电容C2起到滤波、稳定电压的作用。

交流放电端20与电源变换模块10的交流端相连，交流放电端20还与交流负载02相连以给交流负载02供电，其中，交流放电端20并联有第一电容C1。可选地，交流放电端20与第一电容C1之间设置有可控开关50，可控开关50与控制模块40相连，控制模块40通过控制可控开关50闭合以控制交流放电端20输出交流电。其中，可控开关50可为继电器。

第一电压采集模块30与第一电容C1相连，第一电压采集模块30用于采集第一电容的电压。

控制模块40与电源变换模块10相连，控制模块40还与第一电压采集模块30相连，控制模块40用于在通过交流放电端20输出交流电时，确定第一电容的电压对应的相位，并根据对应的相位对电源变换模块10进行控制以使交流电从对应的相位开始输出。其中，本发明实施例所描述的控制模块40可以为MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。

根据本发明的一个实施例，控制模块40用于获取交流电的峰值电压，并根据交流电的峰值电压和第一电容的电压计算第一电容的电压对应的相位。需要说明的是，可预先将交流电的峰值电压存储在控制模块40中，交流电的峰值电压为固定值，例如，当交流电为正弦交流电220V时，交流电的峰值电压为311V。

根据本发明的一个实施例，交流电为正弦交流电，控制模块40根据下述公式(1)计算第一电容的电压对应的相位：

θ＝arcsin(u/U_m) (1)

其中，θ为第一电容的电压对应的相位，u为第一电容的电压，U_m为交流电的峰值电压。

举例说明，用户可在需要对交流负载02进行供电时，将电动汽车的车载充电器按照相应的使用说明进行操作，即，将其的交流放电端20与交流负载02相连，这样通过车载充电器的电源变换模块10将电池01的直流电逆变为交流电进行放电，以给交流负载02供电。

具体地，当交流电为正弦交流电时，正弦交流电的电压随时间按照正弦函数规律变化，如图5所示，正弦交流电的电压公式u＝U_m*sin(ωt+α)，令θ＝ωt+α，那么正弦交流电的电压公式可变换为u＝U_m*sinθ。若已知第一电容的电压u和交流电的峰值电压U_m，控制模块40即可根据上述公式(1)计算出第一电容的电压对应的相位θ。例如，对于标准的220V正弦交流电而言，交流电的峰值电压U_m为311V，u为通过第一电压采集模块30采集到的第一电容的电压，控制模块40即可根据上述公式(1)计算出第一电容的电压对应的相位θ，并根据该相位θ输出驱动信号如PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号至电源变换模块10，以使交流电从对应的相位θ开始输出。

其中，若交流电开始输出前第一电容的电压u为零，对应的相位为零相位，控制模块40则控制交流电从零相位开始输出，如图6所示；若交流电开始输出前第一电容的电压u为非零，对应的相位为非零相位，控制模块40则控制交流电从非零相位开始输出，如图7所示。即言，当第一电容的电压对应的相位为零相位时，交流电从零相位开始输出；当第一电容的电压对应的相位为非零相位时，交流电从非零相位开始输出。

由此，本发明的电动汽车的车载充电器，是通过第一电压采集模块采样获得第一电容的电压，并根据第一电容的电压确定对应的相位，以控制交流电从对应相位开始输出，而不是固定从零相位开始输出，从而能够解决放电开始输出瞬间出现电压震荡和电流冲击的问题，延长了车载充电器的寿命。

为使本领域技术人员更清楚的了解本发明，如图8所示，该电动汽车的车载充电器的放电控制方法，包括以下步骤：

S101，进入放电流程。

S102，检测电池包电压是否正常。如果是，执行步骤S103。

S103，采集获得第一电容的电压u。

S104，根据电压u和峰值电压U_m算出对应的相位。其中，峰值电压U_m为311V。

S105，从对应的相位开始输出。

S106，启动放电。

需要说明的是，当进入放电过程时，若采集获得的第一电容的电压较高，通过使用本发明的车载充电器，可仿真出放电开始输出瞬间的电压和电流，如图9所示，交流电是从放电开始输出瞬间的电压(如-220V)对应的相位开始输出，与图2对比，显然本发明的车载充电器可有效地避免放电输出瞬间带来的电压震荡和电流冲击。

综上所述，根据本发明实施例的电动汽车的车载充电器，电源变换模块的直流端与电动汽车的电池相连，电源变换模块的交流端与交流放电端相连，交流放电端与交流负载相连以给交流负载供电，在通过交流放电端输出交流电时，通过第一电压采集模块采集的第一电容的电压，以便控制模块确定第一电容的电压对应的相位，并根据对应的相位对电源变换模块进行控制以使交流电从对应的相位开始输出，从而可有效避免放电开始输出瞬间出现的电压振荡和电流冲击，延长车载充电器的寿命。

基于上述实施例，本发明还提出了一种电动汽车，其包括上述的电动汽车的车载充电器。

本发明实施例的电动汽车，通过上述的电动汽车的车载充电器，从而可有效避免放电开始输出瞬间出现的电压振荡和电流冲击，延长车载充电器的寿命。

图10是根据本发明实施例的电动汽车的车载充电器的放电控制方法的流程图。

在本发明的实施例中，如图3和图4所示，车载充电器包括电源变换模块10和交流放电端20，电源变换模块10的直流端与电动汽车的电池01相连，电源变换模块10用于将电池01提供的直流电变换为交流电，交流放电端20与电源变换模块10的交流端相连，交流放电端20还与交流负载02相连以给交流负载02供电，交流放电端20并联有第一电容C1。

如图10所示，该电动汽车的车载充电器的放电控制方法，包括以下步骤：

S1，在通过交流放电端输出交流电时，采集第一电容的电压。

S2，确定第一电容的电压对应的相位。

S3，根据对应的相位对电源变换模块进行控制，以使交流电从对应的相位开始输出。

根据本发明的一个实施例，确定第一电容的电压对应的相位，包括：获取交流电的峰值电压；根据交流电的峰值电压和第一电容的电压，计算第一电容的电压对应的相位。

根据本发明的一个实施例，当第一电容的电压对应的相位为零相位时，交流电从零相位开始输出；当第一电容的电压对应的相位为非零相位时，交流电从非零相位开始输出。

根据本发明的一个实施例，交流电为正弦交流电，根据以下公式计算第一电容的电压对应的相位：

θ＝arcsin(u/U_m)

其中，θ为第一电容的电压对应的相位，u为第一电容的电压，U_m为交流电的峰值电压。

需要说明的是，本发明实施例的电动汽车的车载充电器的放电控制方法中未披露的细节，请参照本发明实施例的电动汽车的车载充电器中所披露的细节，具体这里不再详述。

根据本发明实施例的电动汽车的车载充电器的放电控制方法，在通过交流放电端输出交流电时，采集第一电容的电压，然后确定第一电容的电压对应的相位，最后根据对应的相位对电源变换模块进行控制，以使交流电从对应的相位开始输出，从而可有效避免放电开始输出瞬间出现的电压振荡和电流冲击，延长车载充电器的寿命。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种电动汽车的车载充电器，其特征在于，包括：

电源变换模块，所述电源变换模块的直流端与所述电动汽车的电池相连，所述电源变换模块用于将所述电池提供的直流电变换为交流电；

交流放电端，所述交流放电端与所述电源变换模块的交流端相连，所述交流放电端还与交流负载相连以给所述交流负载供电，其中，所述交流放电端并联有第一电容；

第一电压采集模块，所述第一电压采集模块与所述第一电容相连，所述第一电压采集模块用于采集所述第一电容的电压；

控制模块，所述控制模块与所述电源变换模块相连，所述控制模块还与所述第一电压采集模块相连，所述控制模块用于在通过所述交流放电端输出所述交流电时，确定所述第一电容的电压对应的相位，并根据对应的相位对所述电源变换模块进行控制以使所述交流电从对应的相位开始输出；

其中，当所述第一电容的电压对应的相位为零相位时，所述交流电从零相位开始输出；

当所述第一电容的电压对应的相位为非零相位时，所述交流电从非零相位开始输出。

2.根据权利要求1所述的电动汽车的车载充电器，其特征在于，所述控制模块用于获取所述交流电的峰值电压，并根据所述交流电的峰值电压和所述第一电容的电压计算所述第一电容的电压对应的相位。

3.根据权利要求1所述的电动汽车的车载充电器，其特征在于，所述交流电为正弦交流电，所述控制模块根据以下公式计算所述第一电容的电压对应的相位：

θ＝arcsin(u/U_m)

其中，θ为所述第一电容的电压对应的相位，u为所述第一电容的电压，U_m为所述交流电的峰值电压。

4.根据权利要求1所述的电动汽车的车载充电器，其特征在于，所述交流放电端与所述第一电容之间还设置有可控开关，所述可控开关与所述控制模块相连，所述控制模块通过控制所述可控开关闭合以控制所述交流放电端输出所述交流电。

5.根据权利要求1所述的电动汽车的车载充电器，其特征在于，所述电源变换模块包括第一IGBT至第四IGBT，所述第一IGBT至第四IGBT被构造成H桥拓扑电路。

6.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的电动汽车的车载充电器。

7.一种电动汽车的车载充电器的放电控制方法，其特征在于，所述车载充电器包括电源变换模块和交流放电端，所述电源变换模块的直流端与所述电动汽车的电池相连，所述电源变换模块用于将所述电池提供的直流电变换为交流电，所述交流放电端与所述电源变换模块的交流端相连，所述交流放电端还与交流负载相连以给所述交流负载供电，所述交流放电端并联有第一电容，其中，所述方法包括以下步骤：

在通过所述交流放电端输出所述交流电时，采集所述第一电容的电压；

确定所述第一电容的电压对应的相位；

根据对应的相位对所述电源变换模块进行控制，以使所述交流电从对应的相位开始输出；

其中，当所述第一电容的电压对应的相位为零相位时，所述交流电从零相位开始输出；

当所述第一电容的电压对应的相位为非零相位时，所述交流电从非零相位开始输出。

8.根据权利要求7所述的电动汽车的车载充电器的放电控制方法，其特征在于，所述确定所述第一电容的电压对应的相位，包括：

获取所述交流电的峰值电压；

根据所述交流电的峰值电压和所述第一电容的电压，计算所述第一电容的电压对应的相位。

9.根据权利要求7所述的电动汽车的车载充电器的放电控制方法，其特征在于，所述交流电为正弦交流电，根据以下公式计算所述第一电容的电压对应的相位：

θ＝arcsin(u/U_m)

其中，θ为所述第一电容的电压对应的相位，u为所述第一电容的电压，U_m为所述交流电的峰值电压。

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