CN111355271B - 车辆、充电装置、充电方法、放电方法及保护系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种车辆、充电装置、充电方法、放电方法及保护系统，充电装置包括第一开关模块、储能模块、分压模块、升压模块、第二开关模块以及控制模块，第一开关模块用于根据控制指令使动力电池向储能模块进行放电，第二开关模块用于根据通断指令使动力电池充电装置与外部电源模块接通或者断开；本申请通过设置分压模块，使分压模块中的采样电阻对储能模块上的电压进行分压，使外部电源模块根据控制模块发送的采样电阻的目标电压值和检测的采样电阻的实际电压判定是否满足预设标准中的充电条件，当满足预设标准时向升压模块输出电流，即利用采样电阻的分压作用满足了预设标准中的电压交互要求，使对动力电池充电的控制更加简单。

Description

车辆、充电装置、充电方法、放电方法及保护系统

技术领域

本申请涉及汽车技术领域，尤其涉及一种车辆、充电装置、充电方法、放电方法及保护系统。

背景技术

目前能源危机和环境污染问题日趋严重，电动汽车作为新型的交通工具，可以实现“零排放”，并且电动汽车具有结构简单，能量利用率高，噪声小等优点，在今后的汽车发展中将占据主导地位。在电池、电机和电控三电技术相对成熟的背景下，充电技术和电池加热控制等需求变得日益突出，特别是走高压路线的电动汽车，电池电压通常会达到700V，而普通500V输出的非车载充电机(即充电桩)显然不能满足电动汽车直流快充的需求，促使电动汽车配备升压DC。现有技术通常设置升压DC和电容模块，通过升压DC和电容模块完成电池与非车载充电机之间的握手，但是握手阶段需要经过降压变换和升压变换，导致控制过程复杂，此外，设置电容模块增加了成本和体积，不利于电动汽车的推广。

发明内容

本申请的目的在于提供一种车辆、充电装置、充电方法、放电方法及保护系统，以解决现有技术中存在的握手阶段控制复杂以及由于设置电容模块导致的体积较大以及成本较高的问题。

本申请是这样实现的，本申请第一方面提供一种动力电池充电装置，其特征在于，所述动力电池充电装置包括：

储能模块；

第一开关模块，所述第一开关模块用于根据控制指令使动力电池向所述储能模块进行放电；

分压模块，所述分压模块包括采样电阻，所述采样电阻用于对所述储能模块上的电压进行分压；

升压模块，所述升压模块用于对外部电源模块输出的电压进行升压后输出给动力电池，所述外部电源模块获取所述采样电阻的实际电压值；

第二开关模块，所述第二开关模块用于根据通断指令使所述动力电池充电装置与所述外部电源模块接通或者断开；

控制模块，所述控制模块用于控制所述第一开关模块和第二开关模块的通断，并向所述外部电源模块发送所述分压模块中采样电阻的目标电压值，并使所述外部电源模块在所述采样电阻的目标电压值和所述采样电阻的实际电压值满足预设标准时通过所述升压模块对所述动力电池进行充电。

本申请第二方面提供一种动力电池充电方法，基于第一方面所述的动力电池充电装置，所述动力电池充电方法包括：

当所述动力电池充电装置连接外部电源模块时，所述控制模块控制所述第一开关模块导通，使所述动力电池对所述储能模块充电至预设电压；

所述控制模块控制所述第二开关模块导通，并向所述外部电源模块发送所述分压模块中采样电阻的目标电压值；

所述外部电源模块获取所述分压模块中采样电阻的实际电压值，并在判定所述采样电阻的目标电压值和所述采样电阻的实际电压值符合预设标准时向所述升压模块输出电流；

所述控制模块控制所述升压模块使所述升压模块和所述外部电源模块对所述动力电池进行充电。

本申请第三方面提供一种充电桩放电方法，所述充电桩连接基于第一方面所述的动力电池充电装置，所述充电桩放电方法包括：

接收所述动力电池充电装置发送的所述分压模块中采样电阻的目标电压值；

获取所述分压模块中采样电阻的实际电压值，并在判定所述采样电阻的目标电压值和所述采样电阻的实际电压值符合预设标准时向所述升压模块输出电流对所述动力电池进行充电。

本申请第四方面提供一种车辆，所述车辆还包括第一方面所述的动力电池充电装置。

本申请第五方面提供一种直流充电保护系统，所述直流充电保护系统包括设置在车辆内的直流充电回路，所述直流充电回路包括与动力电池连接的第一开关模块，与非车载充电机连接的第二开关模块；

所述直流充电保护系统包括设置在非车载充电机内的直流供电回路和非车载充电机控制器；

所述直流充电回路还包括：

电容模块，所述电容模块用于在所述第一开关模块导通时接收所述动力电池的放电；

分压模块，所述分压模块包括采样电阻，所述采样电阻用于对所述电容模块上的电压进行分压；

升压模块，所述升压模块用于在所述第二开关模块导通时对所述直流供电回路输出的电压进行升压后输出给动力电池，所述非车载充电机控制器获取所述采样电阻的实际电压值；

车辆控制器，所述车辆控制器用于控制所述第一开关模块和第二开关模块的通断，并向所述非车载充电机控制器发送所述分压模块中采样电阻的目标电压值，并使所述非车载充电机控制器在所述采样电阻的目标电压值和所述采样电阻的实际电压值满足预设标准时控制所述直流供电回路对所述直流充电回路进行放电。

本申请提出了一种车辆、充电装置、充电方法、放电方法及保护系统，该动力电池充电装置包括第一开关模块、储能模块、分压模块、升压模块、第二开关模块以及控制模块，第一开关模块用于根据控制指令使动力电池向所述储能模块进行放电，第二开关模块用于根据通断指令使动力电池充电装置与外部电源模块接通或者断开；本申请通过设置分压模块，使分压模块中的采样电阻对储能模块上的电压进行分压，使外部电源模块根据控制模块发送的采样电阻的目标电压值和检测的采样电阻的实际电压判定是否满足预设标准中的充电条件，当满足预设标准时向升压模块输出电流，即利用采样电阻的分压作用满足了预设标准中的电压交互要求，使对动力电池充电的控制更加简单，同时省略了现有技术中与外部电源模块并联设置的电容，降低整个充电装置的成本，并且减小了充电装置的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一种实施例提供的一种动力电池充电装置的结构示意图；

图2是本申请一种实施例提供的一种动力电池充电装置的电路图；

图3是本申请一种实施例提供的一种动力电池充电装置的另一电路图；

图4是本申请一种实施例提供的一种动力电池的充电方法流程图；

图5是本申请一种实施例提供的一种直流充电保护系统的结构示意图；

图6是本申请一种实施例提供的一种直流充电保护系统的电流路径图；

图7是本申请一种实施例提供的一种直流充电保护系统的另一电流路径图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

为了说明本申请的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本申请实施例提供一种车辆的动力电池充电装置，如图1所示，动力电池充电装置包括：

储能模块103；

第一开关模块102，第一开关模块102用于根据控制指令使动力电池101向储能模块103进行放电；

分压模块104，分压模块104包括采样电阻，采样电阻用于对储能模块103上的电压进行分压；

升压模块105，升压模块105用于对外部电源模块107输出的电压进行升压后输出给动力电池，外部电源模块107获取采样电阻的实际电压值；

第二开关模块106，第二开关模块106用于根据通断指令使动力电池充电装置与外部电源模块107接通或者断开；

控制模块108，控制模块108用于控制第一开关模块102和第二开关模块106的通断，并向外部电源模块107发送分压模块105中采样电阻的目标电压值，并使外部电源模块107在采样电阻的目标电压值和采样电阻的实际电压值满足预设标准时通过升压模块105对动力电池101进行充电。

其中，第一开关模块102用于使动力电池101连接动力电池充电装置以对动力电池进行充电或者与动力电池充电装置断开以停止对动力电池进行充电；储能模块103用于存储动力电池101输出的电能，当动力电池101完成对储能模块103的充电时，储能模块103上的电压与动力电池的电压相同，储能模块103可以包括电容C1或者电感等储能器件；分压模块104包括采样电阻，采样电阻用于对储能模块103上的电压进行分压，并通过与外部电源模块107连接，使外部电源模块107检测到采样电阻的分压之值；升压模块105可以包括储能单元以及功率开关单元，可以通过储能单元以及功率开关分别与外部电源模块107的正极和负极连接，功率开关单元的控制端连接控制模块108，升压模块105中的功率开关单元根据控制模块108输出的信号进行导通或者关断，使储能单元接入不同的回路中进行充电或者放电进而实现对外部电源模块107输出电压的升压；第二开关模块106用于使外部电源模块107连接动力电池充电装置以使外部电源模块107进行放电或者与外部电源模块107断开以停止进行放电；外部电源模块107可以是非车载充电机，例如充电桩等；控制模块108可以采集动力电池101的电压、电流、温度以及三相交流电机的相电流，控制模块108可以包括整车控制器、电机控制器的控制电路和BMS电池管理器电路，三者通过CAN线连接，控制模块108中的不同模块根据所获取的信息控制升压模块105中功率开关的导通和关断以实现不同电流回路的导通。

其中，当动力电池充电装置与外部电源模块107连接时，通过设置分压模块104，使分压模块104对储能模块103上的电压进行分压，控制模块108向外部电源模块107发送分压模块104中采样电阻的目标电压值，同时外部电源模块107能够检测到分压模块104上采样电阻的实际电压值，根据采样电阻上的目标电压值和采样电阻的实际电压值判定是否满足预设标准中的充电条件，当满足充电条件时向升压模块105输出电流，升压模块105进行升压后输出给动力电池101，即利用分压模块104的分压作用满足了预设标准中的电压交互要求，使对动力电池101充电的控制更加简单，同时省略了现有技术中与外部电源模块107并联设置的电容，降低整个充电装置的成本，并且减小了充电装置的体积。

对于分压模块104和储能模块103，分压模块104和储能模块103并联连接，储能模块103为电容，分压模块104包括第一电阻和第二电阻，分压模块104的第一电阻和第二电阻用于储能模块103泄放，其中，第二电阻为采样电阻，第二电阻与第一电阻和第二电阻的和值的比值满足第一预设标准，第一电阻和第二电阻的和值满足第二预设标准。

其中，第一预设标准为第二电阻与第一电阻和第二电阻的和值的比值等于外部电源模块的输出电压的中间值与动力电池的输出电压的中间值的比值；

其中，动力电池的输出电压的中间值为动力电池的最高输出电压值和最低输出电压值的平均值，外部电源模块的输出电压的中间值为外部电源模块的最高输出电压值和最低输出电压值的平均值。

第二预设标准为第一电阻和第二电阻的和满足以下公式：

其中，E为动力电池的电压，V为电容放电完成后的电压，V小于60伏，t为放电时间，t不大于5分钟，C为电容容值，R为第一电阻和第二电阻的和值。

其中，外部电源模块对车载动力电池进行充电涉及的国标为：

1)国标GB/T 18487.1-2015中B.3.4的要求，非车载充电机控制装置检测到车辆端电池电压正常(确认接触器外端电压：(1)与通信报文电池电压误差范围≤±5％，且(2)大于充电机最低输出电压且小于充电机最高输出电压)后闭合充电桩非车载充电机内部接触器，使直流供电回路导通。

2)国标GB/T 18488.2-2015的4.4按供电设备输出电压，输出电压分类：交流：单相220V，三相380V；直流：200V至500V，350V至700V，500V至950V，直流充电电流优选值：80A，100A，125A，160A，200A，250A

3)国标GB/T 18488.2-2015的8.3.1对被动放电时间进行了规定，即在切断直流供电电源后，且驱动电机控制器不参与任何工作的条件下，支撑电容开路电压从切断时刻到下降至60V以下的时间。

4)国标GB/T18488.1-2015的5.5.3中对被动泄放时间做出明确要求，支撑电容的被动泄放时间应不大于5min，当对驱动电机控制器有主动放电要求时，驱动电机控制器支撑电容放电时间应不超过3S。

基于上述国标GB/T 18487.1-2015中B.3.4的要求，设置第二电阻与第一电阻和第二电阻的和值的比值等于外部电源模块的输出电压的中间值与动力电池的输出电压的中间值的比值。

国标GB/T 18487.1-2015中B.3.4提到:大于充电机最低输出电压且小于充电机最高输出电压，因此，通过动力电池和外部电源模块的最高输出电压值和最低输出电压值得到中间值，进而得到分压模块中第一电阻和第二电阻的分压比，符合该分压比的电阻的分压会在充电机的最低电压和最高电压之间，同时需要根据电容容值和国标GB/T18488.1-2015的5.5.3中对被动泄放时间的要求计算出被动泄放电阻的最大值，然后根据第一电阻和第二电阻的比例对最大值进行拆分，得出最终的第一电阻和第二电阻，以满足分压功能和被动泄放的双重要求。

具体的，分压模块的第一电阻和第二电阻的选取主要是考虑如下两点：

首先是满足功率要求，第一电阻和第二电阻的阻值尽量选大，可以降低系统损耗，但是不能影响非车载充电机进行充电前的电压检测，另外电阻的功率也要满足最大电压下的要求。其次是分压比M的设定，其中，M＝R2/(R1+R2)，R1为第一电阻阻值，R2为第二电阻阻值，假设动力电池的最高电压和最低电压分别为Umax和Umin，则电池输出电压的中点值Uz＝(Umax+Umin)/2；非车载充电机的输出电压范围为200V～500V，其中点电压值Us＝(500+200)/2＝350V，则分压比M＝Us/Uz＝350*2/(Umax+Umin)。根据国标18787.1的4.4部分，关于电动汽车供电设备中的要求，直流非车载充电机最低等级的输出电压要求为200V～500V，其输出电压的中点值Us＝(500+200)/2＝350V。假设动力电池的最高电压Umax＝700V，动力电池的最低电压Umin＝520V，所以动力电池的工作电压的中点值Uz＝(Umax+Umin)/2＝610V，则电阻的分压比M＝Us/Uz＝350/610＝0.574；另外国标GB/T 18488.2-2015的8.3.1对被动放电时间进行了规定，即在切断直流供电电源后，且驱动电机控制器不参与任何工作的条件下，支撑电容开路电压从切断时刻到下降至60V以下的时间。国标GB/T18488.1-2015的5.5.3中对被动泄放时间做出明确要求，支撑电容的被动泄放时间应不大于5min，为满足上述的被动泄放要求，电机控制器内部通常会配置被动泄放电阻，该被动泄放电阻一端连接在母线电容的正极，另一端连接在母线电容的负极，并进行功率匹配满足GB/T18488.1-2015的5.5.3中对被动泄放时间的要求，因此可以将第一电阻和第二电阻可以和被动泄放电阻进行合并，达到简化结构和降低成本的目的，具体的实施方法为将原来的被动泄放电阻按照电阻R1和R2的比例拆分成两个电阻即可，例如，可以选R2＝574K，R1＝426K。同时计算每个电阻的功率损耗，在可控开关关断时的电阻损耗功率P0＝Umax*Umax/(R1+R2)＝0.49W，当下桥臂开通时的电阻损耗功率P1＝Umax*Umax/R1＝1.15W，当下桥臂关断时电阻损耗P2＝Umax*Umax/R2＝0.853W，损耗功率较小都在1W左右，不会对系统效率产生较大影响。当动力电池电压最高时，对应电阻R1和R2的连接点电压U0＝Umax*M＝402V，当动力电池电压最低时，对应的电阻R1和R2的连接点电压U0＝Umin*M＝298V，符合非车载充电机200V～500V的输出电压的要求(即国标GB/T 18487.1-2015中B3.4提到:(2)大于充电机最低输出电压且小于充电机最高输出电压)，可以通过电压的采样交互。

本申请提出的分压模块利用电阻的分压作用，完全满足国标GB/T18487.1-2015的B.3.4中的电压交互要求，省去了现有技术中的部分功率开关管和电容，通过非车载充电机的恒压模式，实现由非车载充电机到电池的升压充电功能。另外可将分压电阻和原有的被动泄放电阻进行合并，即把原有的被动泄放电阻按照第一电阻和第二电阻的比例拆分分成两个电阻即可，进一步达到简化结构，降低成本的目的。

对于第一开关模块102，作为一种实施方式，第一开关模块102可以包括一个开关，连接在动力电池的正极和储能模块之间或者连接在动力电池的负极和储能模块之间，第一开关模块102也可以包括多个开关，其中至少一个开关连接在动力电池的正极和储能模块之间，至少一个开关连接在动力电池的负极和储能模块之间。

本实施例提供的动力电池充电装置的各个模块之间可以有多种连接方式，作为一种实施方式，第一开关模块102的第一端和第二端分别连接动力电池101的正极和负极，第一开关模块102的第三端连接储能模块103的第一端、分压模块104的第一端以及升压模块105的第一端，第一开关模块102的第四端连接储能模块103的第二端、分压模块104的第二端、升压模块105的第二端以及第二模块的第二端，分压模块104的第三端连接升压模块105的第三端，升压模块105的第四端连接第二开关模块106的第一端，第二模块106的第三端和第四端连接外部电源模块107的正极和负极，控制模块108连接第一开关模块102、第二开关模块106和升压模块105的控制端。

对于升压模块，作为一种实施方式，升压模块105包括二极管、可控开关以及电感，二极管的阴极为升压模块105的第一端，二极管的阳极、电感的第一端以及可控开关的输入端共接为升压模块105的第三端，可控开关的输出端为升压模块105的第二端，电感的第二端为升压模块105的第四端，可控开关的控制端为升压模块105的控制端。

本实施方式中在升压模块中设置可控开关和电感，控制可控开关导通时，使外部电源模块对电感进行充电，控制可控开关关断时，使外部电源模块和电感通过二极管向动力电池进行放电，由于电感中有电流输出，实现了外部电源模块对动力电池的升压充电。

本实施方式通过设置分压模块，使分压模块的第一端和第二端分别连接储能模块的第一端和第二端，进而通过分压模块中的采样电阻对储能模块上的电压进行分压，通过设置分压模块第三端连接升压模块的第三端，升压模块通过第二开关模块连接外部电源模块，使外部电源模块通过第二开关模块采集采样电阻的实际电压，使外部电源模块根据控制模块发送的采样电阻的目标电压值和采样电阻的实际电压判定是否满足预设标准中的充电条件，当满足预设标准时向升压模块输出电流，即利用采样电阻的分压作用满足了预设标准中的电压交互要求，使对动力电池充电的控制更加简单，同时省略了现有技术中与外部电源模块并联设置的电容，降低整个充电装置的成本，并且减小了充电装置的体积。

进一步的，作为第一开关模块的一种实施方式，第一开关模块102包括第三开关、第四开关、第五开关以及电阻，所述第三开关的第一端和第二端分别为所述第一开关模块的第一端和第三端，所述电阻与第五开关串联后形成支路，所述支路的两端分别连接所述第三开关的第一端和第二端，如图2所示，第三开关第一端和电阻的第一端共接为第一开关模块102的第一端，电阻的第二端连接第五开关的第一端，第三开关的第二端和第五开关的第二端共接为第一开关模块的第三端，第四开关的第一端为第一开关模块的第二端，第四开关的第二端为第一开关模块的第四端，第三开关的控制端、第四开关的控制端以及第五开关的控制端组合构成第一开关模块102的控制端。

本实施方式中设置电阻与第五开关串联后与电容连接，在对电容进行充电时，首先接通第五开关和第四开关，使动力电池通过电阻给电容缓慢充电到预设电压，例如，动力电池电压的80％，再接通第三开关，将电容充电到动力电池的电压，避免对电容充电过快，导致电容的损坏。

分压模块104包括第一电阻和第二电阻，第一电阻的第一端为分压模块的第一端，第一电阻的第二端与第二电阻的第一端共接为分压模块的第三端，所述第二电阻的第二端为所述分压模块的第二端，第二电阻为采样电阻，第一电阻和第二电阻实现了对储能模块上电压的分压。

储能模块103为电容，电容、第一电阻以及第二电阻构成电量泄放回路；当动力电池充电装置与所述动力电池和所述外部电源模块断开时，所述第一电阻和所述第二电阻按照标准使所述电容进行电量泄放。

如图2所示，储能模块103为电容C1，分压模块104包括第一电阻R1和第二电阻R2，升压模块105包括二极管VD7、可控开关VT7以及电感L，第一电阻R1的第一端连接第一开关模块102的第一端、电容C1的第一端以及二极管VD7的阴极，第一电阻R1的第二端连接第二电阻R2的第一端、二极管VD7的阳极以及可控开关VT7的第一端，第二电阻R2的第二端连接第一开关模块102的第二端、电容C1的第二端、可控开关VT7的第二端以及外部电源模块107的负极，电感L的第二端连接外部电源模块107的正极。

其中，第一开关模块102包括第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5以及电阻，第三开关K3第一端和电阻的第一端连接动力电池101正极，电阻的第二端连接第五开关K5的第一端，第三开关K3的第二端和第五开关K5的第二端连接电容C1的第一端，第四开关K4的第一端连接动力电池101的负极，第四开关K4的第二端连接电容C1的第二端，第二开关模块106包括第一开关K1和第二开关K2，第一开关K1的第一端连接电感L的第二端，第一开关K1的第二端连接充电装的正极，第二开关K2的第二端连接外部电源模块107的负极，第二开关K2的第二端连接外部电源模块107的负极。

其中，将分压模块104设置为第一电阻R1和第二电阻R2，外部电源模块107检测第二电阻R2的实际电压值，再与第二电阻R2的目标电压值进行比较判断。

作为另一种实施方式，升压模块105包括三相逆变器和三相交流电机，三相逆变器包括三相桥臂，每相桥臂包括两个连接的功率开关单元，每相桥臂的输入端共接为升压模块105的第一端，每相桥臂的输出端共接为升压模块的第二端，每相桥臂中两个功率开关单元的连接点分别连接三相交流电机的三相线圈，三相线圈的连接点为升压模块的第四端，任意一相桥臂中两个功率开关单元的连接点为升压模块的第三端。

如图3所示，储能模块103为电容C1，分压模块104包括第一电阻和第二电阻，升压模块105包括三相逆变器、三相交流电机以及电感L，三相逆变器包括三相桥臂，每相桥臂包括两个连接的功率开关单元，每相桥臂的输入端共接并连接第一电阻R1的第一端和电容C1的第一端，每相桥臂的输出端共接并连接第二电阻R2的第二端、电容C1的第二端以及外部电源模块107的负极，每相桥臂中两个功率开关单元的连接点分别连接三相交流电机的三相线圈，三相线圈的连接点引出的中线连接电感L的第一端，电感L的第二端连接外部电源模块107的正极，第一电阻R1的第二端和第二电阻R2的第一端共接于任意一项桥臂中两个功率开关单元的连接点。

对于三相逆变器，具体的，三相逆变器包括第一功率开关单元、第二功率开关单元、第三功率开关单元、第四功率开关单元、第五功率开关以及第六功率开关，每个功率开关单元的控制端连接控制模块108，第一功率开关单元、第三功率开关单元以及第五功率开关单元的输入端共接为升压模块105的第一端，第二功率开关单元、第四功率开关单元以及第六功率开关单元的输出端共接并连接升压模块105的第二端，三相交流电机的第一相线圈连接第一功率开关单元的输入端和第四功率开关单元的输入端，三相交流电机的第二相线圈连接第三功率开关单元的输入端和第六功率开关单元的输入端，三相交流电机的第三相线圈连接第五功率开关单元的输入端和第二功率开关单元的输入端。

其中，三相逆变器中第一功率开关单元包括第一上桥臂VT1和第一上桥二极管VD1，第二功率开关单元包括第二下桥臂VT2和第二下桥二极管VD2，第三功率开关单元包括第三上桥臂VT3和第三上桥二极管VD3，第四功率开关单元包括第四下桥臂VT4和第四下桥二极管VD4，第五功率开关单元包括第五上桥臂VT5和第五上桥二极管VD5，第六功率开关单元包括第六下桥臂VT6和第六下桥二极管VD6，三相交流电机104是三相四线制，可以是永磁同步电机或异步电机，在三相线圈连结中点引出中性线，且中性线电感L连接，电感L和第一开关K1连接，三相交流电机的三相线圈分别和三相逆变器中的A、B、C上下桥臂之间连接，第一开关模块102包括第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5以及电阻，第三开关K3第一端和电阻的第一端连接动力电池101正极，电阻的第二端连接第五开关K5的第一端，第三开关K3的第二端和第五开关K5的第二端连接电容C1的第一端，第四开关K4的第一端连接动力电池101的负极，第四开关K4的第二端连接电容C1的第二端，第二开关模块106包括第一开关K1和第二开关K2，第一开关K1的第一端连接电感L的第二端，第一开关K1的第二端连接充电装的正极，第二开关K2的第二端连接外部电源模块107的负极，第二开关K2的第二端连接外部电源模块107的负极。

本实施方式中通过三相交流电机N线引出的方式组成升压电路，第一电阻和第二电阻共接在三相逆变器的A相线上，第二电阻的分压值经过电机的A相线和电感到达充电口，也可以将分压模块的第一电阻和第二电阻接在电控的B相或者C相上，当外部电源模块检测第二电阻上的实际电压和目标电压满足预设标准时输出电流，此时，控制三相逆变器的下桥臂(第二下桥臂、第四下桥臂以及第六下桥臂)导通，使外部电源模块对电感和三相交流电机的三相线圈进行充电，再控制三相逆变器的下桥臂(第二下桥臂、第四下桥臂以及第六下桥臂)关断，使外部电源模块、电感、三相交流电机、三相逆变器的上桥臂(第一上桥二极管、第三上桥二极管以及第五上桥二极管)、第三开关、动力电池以及第四开关形成续流回路，实现了外部电源模块复用三相交流电机和三相逆变器对动力电池进行升压充电的功能。

其中对控制模块的具体控制方法请参照以下实施例：

本申请实施例二提供一种基于实施例一提供的动力电池充电装置的充电方法，实施例二提供的充电方法用于使外部电源模块对动力电池进行充电，如图4所示，充电方法包括：

步骤S101.当动力电池充电装置连接外部电源模块时，控制模块控制第一开关模块导通，使动力电池对储能模块充电至预设电压。

在步骤S101中，控制第一开关模块使动力电池对储能模块充电至预设电压，再控制第一开关模块使动力电池停止充电，由于分压模块与储能模块并联连接，通过设置分压模块上的分压电阻，对分压模块设置的目标电压值在分压模块上形成分压值。

步骤S102.控制模块控制第二开关模块导通，并向外部电源模块发送分压模块中采样电阻的目标电压值。

在步骤S102中，控制模块控制第二开关模块导通与外部电源模块进行信息交互，将设定于的分压模块上的目标电压值发送给外部电源模块，同时控制模块根据动力电池的当前充电能力，例如充电功率获取目标电流值，该目标电流值满足国标GB/T 18488.2-2015的4.4中供电设备输出电流标准，并将目标电流值发送给外部电源模块，使外部电源模块根据目标电流值进行输出。

步骤S103.外部电源模块检测获取分压模块中采样电阻的实际电压值，并在判定采样电阻的目标电压值和采样电阻的实际电压值符合预设标准时输出电流。

在步骤S103中，判定采样电阻的目标电压值和采样电阻的实际电压值满足预设标准时输出电流，包括：

检测采样电阻的目标电压值和实际电压值之间的误差小于等于5％时判定符合预设标准。

其中，根据国标GB/T 18487.1-2015中B.3.4中非车载充电机控制装置检测到车辆端电池电压与通信报文电池电压误差范围≤±5％，当满足该标准时外部电源模块才能输出电流。

进一步的，如图3所示，当分压电阻包括第一电阻和第二电阻时，控制模块控制第二开关模块导通，并向外部电源模块发送分压模块上的目标电压值和目标电流值，包括：

控制模块控制第二开关模块导通，并向外部电源模块发送第二电阻上的目标电压值和目标电流值。

步骤S104.控制模块通过控制升压模块向动力电池输出目标电流值以对动力电池进行充电。

在步骤S104中，控制模块通过控制升压模块向动力电池输出目标电流值以对动力电池进行充电，包括：

控制模块获取升压模块输出的实际电流值，将实际电流值与目标电流值进行对比，通过向升压模块输出PWM控制信号使升压模块向动力电池输出目标电流值以对动力电池进行充电。

其中，当外部电源模块输出电流时，控制模块控制升压模块中的功率开关管开通时，电感储能电流增加，控制功率开关管关断时，电感续流电流降低，通过给功率开关管施加PWM波，反复的开通和关断就会在电感中形成直流电流，该直流电流的大小由非车载充电机电压、电池电压和PWM波的占空比共同决定。其中电池电压不可控，非车载充电机工作在恒压模式下，输出电压在一定范围内可控，可将非车载充电机输出电压设为其输出的最高值，最后通过调节PWM的占空比来控制充电电流的大小，满足电池管理器对充电电流的需求。

进一步的，如图3所示，外部电源模块检测获取分压模块上的实际电压值，并在判定分压模块上的目标电压值和实际电压值符合预设标准时输出电流，包括：

外部电源模块检测获取第二电阻上的实际电压值，并当第二电阻上的目标电压值和实际电压值满足预设标准时输出电流。

本实施例通过设置分压模块中电阻的分压作用，在充电口形成合适的电压值，供外部电源模块检测，满足国标要求的电压检测交互要求，并让外部电源模块工作在恒压模式下，通过由升压模块对外部电源模块进行升压完成对动力电池的升压充电功能，系统结构简单，失效风险低，而且降低成本。

本申请另一种实施例提供一种充电桩放电方法，充电桩连接上述实施例中的动力电池充电装置，充电桩放电方法包括：

步骤S210.接收动力电池充电装置发送的分压模块中采样电阻的目标电压值。

步骤S211.获取分压模块中采样电阻的实际电压值，并在判定采样电阻的目标电压值和采样电阻的实际电压值符合预设标准时向升压模块输出电流对动力电池进行充电。

其中，充电桩根据国标GB/T 18487.1-2015中B.3.4中非车载充电机控制装置检测到车辆端电池电压与通信报文电池电压误差范围≤±5％，当满足该标准时外部电源模块才能输出电流。

本实施例中充电桩根据控制模块发送的采样电阻的目标电压值和采样电阻的实际电压判定是否满足预设标准中的充电条件，当满足预设标准时向升压模块输出电流，即利用采样电阻的分压作用满足了预设标准中的电压交互要求，使对动力电池充电的控制更加简单，保证了对车辆进行充电的安全性。

本申请另一种实施例提供一种车辆，车辆还包括上述实施例提供的动力电池充电装置。

本申请另一种实施例提供一种直流充电保护系统，直流充电保护系统包括设置在车辆内的直流充电回路，直流充电回路包括与动力电池连接的第一开关模块，与非车载充电机连接的第二开关模块；

直流充电保护系统包括设置在非车载充电机内的直流供电回路和非车载充电机控制器；

直流充电回路还包括：

电容模块，电容模块用于在第一开关模块导通时接收动力电池的放电；

分压模块，分压模块包括采样电阻，采样电阻用于对电容模块上的电压进行分压；

升压模块，升压模块用于在第二开关模块导通时对直流供电回路输出的电压进行升压后输出给动力电池，非车载充电机控制器获取采样电阻的实际电压值；

车辆控制器，车辆控制器用于控制第一开关模块和第二开关模块的通断，并向非车载充电机控制器发送分压模块中采样电阻的目标电压值，并使非车载充电机控制器在采样电阻的目标电压值和采样电阻的实际电压值满足预设标准时控制直流供电回路对直流充电回路进行放电。

本实施例在直流充电回路设置分压模块，通过分压模块中采样电阻的分压作用，将采样电阻的目标电压值发送至非车载充电机控制器，并在直流充电回路的充电口形成合适的电压值，供非车载充电机控制器检测采样电阻的实际电压值，非车载充电机控制器检测采样电阻的实际电压值和目标电压值满足国标GB/T 18487.1-2015中B.3.4要求的电压检测交互要求，控制直流供电回路对直流充电回路进行放电，保证了直流供电回路放电的安全性。

如图4、图5和图6所示，动力电池低电压时直流充电保护系统的充电流程包括以下步骤：

步骤1：车辆停止，充电口插入充电枪后，并唤醒相关车辆控制器和非车载充电机控制器。

步骤2：车辆控制器闭合第五开关K5和第四开关K4，使动力电池对直流母线电容C1进行预充。

步骤3：车辆控制器检测到直流母线电压预充到一定电压后，闭合第三开关K3，然后断开第五开关K5，接通动力电池和升压模块。

步骤4：车辆控制器根据第一电阻和第二电阻的分压比计算第二电阻上的分压值U0。

步骤5：闭合充电开关第一开关K1和第二开关K2，车辆控制器和非车载充电机控制器交互，车辆控制器通过CAN线向非车载充电机控制器发送充电口电压U0(即通信报文电池电压)。

步骤6：非车载充电机控制器采样充电口电压U0’，然后和车辆控制器发送的电压U0对比，检测到U0和U0’的误差符合国标GB/T 18487.1-2015的B.3.4中要求±％5的要求后，闭合其直流供电回路中接触器K7和K8，接通整个充电回路。

步骤7：车辆控制器根据GB/T27930-2015中10.3.1PGN4096电池充电需求报文(BCL)中定义，充电模式位发送为0x01，让非车载充电机工作在恒压模式下，并输出指定的电压Uout。

步骤8：车辆控制器根据电池的实际充电能力，发送充电电流给升压模块。

步骤9：电感储能阶段，如图5所示，车辆控制器控制功率开关管VT1导通，电流由非车载充电机正极流出，依次经过第一开关K1，电感L，功率开关管VT1和第二开关K2到达非车载充电机负极。

步骤10：电感放电阶段，如图6所示，车辆控制器控制功率开关管VT1断开，电流由非车载充电机正极流出，依次经过第一开关K1，电感L，续流二极管VD7和第三开关K3达到电池正极，然后经过第四开关K4和第二开关K2回流到非车载充电机负极，车辆控制器通过给可控开关VT7施加PWM波，让功率开关管循环的开通和关断，就能形成电池的充电电流，通过调节PWM波在占空比调节充电电流的大小，满足电池管理器对充电电流的需求。

步骤11：车辆控制器控制PWM波的占空比，调节充电电流至指令值。

步骤12：充电完成后，车辆控制器发送指令让升压模块停止工作。

步骤13：升压模块降低充电电流至0A，然后关闭PWM波。

步骤14：车辆控制器断开第一开关K1和第二开关K2，并给非车载充电机发送停止指令。

步骤15：车辆控制器断开充电开关第三开关K3和第四开关K4，发送泄放指令，对电容C1进行主动泄放，并且根据国标GB/T18488.1-2015的5.5.3中，电容C1的放电时间不超过3S或者通过第一电阻R1和第二电阻R2对电容C1进行被动泄放，并且根据国标GB/T18488.1-2015的5.5.3中支撑电容的被动泄放时间应不大于5min。

步骤13：充电结束。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种动力电池充电装置，其特征在于，所述动力电池充电装置包括：

储能模块；

第一开关模块，所述第一开关模块用于根据控制指令使动力电池向所述储能模块进行放电；

分压模块，其连接所述储能模块和所述第一开关模块，所述分压模块包括采样电阻，所述采样电阻用于对所述储能模块上的电压进行分压，所述分压模块包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端为所述分压模块的第一端，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端共接为所述分压模块的第三端，所述第二电阻的第二端为所述分压模块的第二端，所述第二电阻为所述采样电阻；

升压模块，其连接所述分压模块、所述储能模块以及所述第一开关模块，所述升压模块的第一输出端连接所述分压模块的第一端，所述升压模块的接地端连接所述分压模块的第二端，所述升压模块的第二输出端连接所述分压模块的第三端，所述升压模块用于对外部电源模块输出的电压进行升压后输出给动力电池，所述外部电源模块通过所述升压模块获取所述采样电阻的实际电压值，其中，所述升压模块包括储能单元，所述升压模块的输入端和第二输出端分别为所述储能单元的两端；

第二开关模块，所述第二开关模块用于根据通断指令使所述动力电池充电装置与外部电源模块接通或者断开；

控制模块，所述控制模块用于控制所述第一开关模块和第二开关模块的通断，并向所述外部电源模块发送所述分压模块中采样电阻的目标电压值，并使所述外部电源模块在所述采样电阻的目标电压值和所述采样电阻的实际电压值满足预设标准时通过所述升压模块对所述动力电池进行充电。

2.如权利要求1所述的动力电池充电装置，其特征在于，所述第一开关模块的第一端和第二端分别连接所述动力电池的正极和负极，所述第一开关模块的第三端连接所述储能模块的第一端、所述分压模块的第一端以及所述升压模块的第一输出端，所述第一开关模块的第四端连接所述储能模块的第二端、所述分压模块的第二端、所述升压模块的接地端以及所述第二开关模块的第二端，所述升压模块的输入端连接所述第二开关模块的第一端，所述第二开关模块的第三端和第四端连接所述外部电源模块的正极和负极，所述控制模块连接所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述升压模块的控制端。

3.如权利要求2所述的动力电池充电装置，其特征在于，所述第一开关模块包括第三开关、第四开关、第五开关以及电阻，所述第三开关第一端和第二端分别为所述第一开关模块的第一端和第三端，所述电阻与第五开关串联后形成支路，所述支路的两端分别连接所述第三开关的第一端和第二端，所述第三开关的第二端和所述第五开关的第二端共接为所述第一开关模块的第三端，第四开关的第一端为所述第一开关模块的第二端，第四开关的第二端为所述第一开关模块的第四端，所述第三开关的控制端、所述第四开关的控制端以及所述第五开关的控制端组合构成所述第一开关模块的控制端。

4.如权利要求2所述的动力电池充电装置，其特征在于，所述升压模块包括二极管、可控开关以及电感，所述二极管的阴极为所述升压模块的第一输出端，所述二极管的阳极、所述电感的第一端以及所述可控开关的输入端共接为所述升压模块的第二输出端，所述可控开关的输出端为所述升压模块的接地端，所述电感的第二端为所述升压模块的输入端，所述可控开关的控制端为所述升压模块的控制端。

5.如权利要求2所述的动力电池充电装置，其特征在于，所述升压模块包括三相逆变器和三相交流电机的三相线圈，所述三相逆变器包括三相桥臂，每相桥臂包括两个连接的功率开关单元，每相桥臂的输入端共接为所述升压模块的第一输出端，每相桥臂的输入端共接为所述升压模块的接地端，每相桥臂中两个功率开关单元的连接点分别连接所述三相交流电机的三相线圈，所述三相线圈的连接点为所述升压模块的输入端，任意一相桥臂中两个功率开关单元的连接点为所述升压模块的第二输出端。

6.如权利要求2所述的动力电池充电装置，其特征在于，所述第二开关模块包括第一开关和第二开关，所述第一开关的第一端和第二端为所述分别为所述第二开关模块的第一端和第三端，所述第二开关的第一端和第二端为所述分别为所述第二开关模块的第二端和第四端。

7.如权利要求2所述的动力电池充电装置，其特征在于，所述储能模块为电容，所述电容的第一端和第二端分别为所述储能模块的第一端和第二端；所述分压模块包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端为所述分压模块的第一端，所述第一电阻的第一端与所述第二电阻的第一端共接为所述分压模块的第三端，所述第二电阻的第二端为所述分压模块的第二端；所述升压模块包括二极管、可控开关以及电感，所述二极管的阴极为所述升压模块的第一端，所述二极管的阳极、所述电感的第一端以及所述可控开关的输入端共接为所述升压模块的第三端，所述可控开关的输出端为所述升压模块的第二端，所述电感的第二端为所述升压模块的第四端，所述可控开关的控制端为所述升压模块的控制端。

8.一种动力电池充电方法，基于权利要求1-7任一项所述的动力电池充电装置，其特征在于，所述动力电池充电方法包括：

当所述动力电池充电装置连接外部电源模块时，所述控制模块控制所述第一开关模块导通，使所述动力电池对所述储能模块充电至预设电压；

所述控制模块控制所述第二开关模块导通，并向所述外部电源模块发送所述分压模块中采样电阻的目标电压值；

所述外部电源模块获取所述分压模块中采样电阻的实际电压值，并在判定所述采样电阻的目标电压值和所述采样电阻的实际电压值符合预设标准时向所述升压模块输出电流；

所述控制模块控制所述升压模块使所述升压模块和所述外部电源模块对所述动力电池进行充电。

9.如权利要求8所述的动力电池充电方法，其特征在于，所述判定所述分压模块上的目标电压值和实际电压值满足预设标准时输出电流，包括：

检测所述分压模块上的目标电压值和实际电压值之间的误差在-5%至5%范围内时判定符合预设标准并开始输出电流。

10.如权利要求8所述的动力电池充电方法，其特征在于，所述向所述外部电源模块发送所述分压模块中采样电阻的目标电压值，还包括：

向所述外部电源模块发送目标电流值；

所述控制模块控制所述升压模块使所述升压模块对所述动力电池进行充电，包括：

所述控制模块通过控制所述升压模块向所述动力电池输出目标电流值以对动力电池进行充电。

11.如权利要求10所述的动力电池充电方法，其特征在于，所述控制模块通过控制所述升压模块向所述动力电池输出目标电流值以对动力电池进行充电，包括：

所述控制模块获取所述升压模块输出的实际电流值，将所述实际电流值与所述目标电流值进行对比，通过向所述升压模块输出PWM控制信号使所述升压模块向所述动力电池输出目标电流值以对动力电池进行充电。

12.一种充电桩放电方法，其特征在于，所述充电桩连接基于权利要求1-7任一项所述的动力电池充电装置，所述充电桩放电方法包括：

接收所述动力电池充电装置发送的所述分压模块中采样电阻的目标电压值；

获取所述分压模块中采样电阻的实际电压值，并在判定所述采样电阻的目标电压值和所述采样电阻的实际电压值符合预设标准时向所述升压模块输出电流对所述动力电池进行充电。

13.一种车辆，其特征在于，所述车辆还包括权利要求1至7任意一项所述的动力电池充电装置。

14.一种直流充电保护系统，其特征在于，所述直流充电保护系统包括设置在车辆内的直流充电回路，所述直流充电回路包括与动力电池连接的第一开关模块，与非车载充电机连接的第二开关模块；

所述直流充电保护系统包括设置在非车载充电机内的直流供电回路和非车载充电机控制器；

所述直流充电回路还包括：

电容模块，所述电容模块用于在所述第一开关模块导通时接收所述动力电池的放电；

分压模块，其连接所述电容模块和所述第一开关模块，所述分压模块包括采样电阻，所述采样电阻用于对所述电容模块上的电压进行分压，所述分压模块包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端为所述分压模块的第一端，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端共接为所述分压模块的第三端，所述第二电阻的第二端为所述分压模块的第二端，所述第二电阻为所述采样电阻；

升压模块，其连接所述分压模块、所述电容模块以及所述第一开关模块，所述升压模块的第一输出端连接所述分压模块的第一端，所述升压模块的接地端连接所述分压模块的第二端，所述升压模块的第二输出端连接所述分压模块的第三端，所述升压模块用于在所述第二开关模块导通时对所述直流供电回路输出的电压进行升压后输出给动力电池，所述非车载充电机控制器通过所述升压模块获取所述采样电阻的实际电压值，其中，所述升压模块包括储能单元，所述升压模块的输入端和第二输出端分别为所述储能单元的两端；

车辆控制器，所述车辆控制器用于控制所述第一开关模块和第二开关模块的通断，并向所述非车载充电机控制器发送所述分压模块中采样电阻的目标电压值，并使所述非车载充电机控制器在所述采样电阻的目标电压值和所述采样电阻的实际电压值满足预设标准时控制所述直流供电回路对所述直流充电回路进行放电。

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