CN111376757A - 车辆、车载充电机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提出了一种车辆、车载充电机及其控制方法，控制方法包括：接收到充电指令时，控制PFC模块的输出电压增加至第一目标电压；获取LLC谐振模块的当前开关频率，根据LLC谐振模块的当前开关频率和谐振频率调节PFC模块的输出电压以调节LLC谐振模块的输出电压范围。本申请通过实时检测LLC谐振模块的当前开关频率，并与LLC谐振模块的谐振频率进行对比，根据对比结果通过调节PFC模块的输出电压以调节LLC谐振模块的输出电压范围，使LLC谐振模块在最优增益范围内进行开关，避免了LLC谐振模块输出过高或者过低的开关频率造成开关管损耗大或者损坏开关管的问题。

Description

车辆、车载充电机及其控制方法
技术领域
本申请涉及车辆充电技术领域，尤其涉及一种车辆、车载充电机及其控制方法。
背景技术
如图1所示，现有技术中的车载充电机通常采用前级PFC模块输出恒电压，后级LLC谐振模块隔离充电方式，依靠LLC调频控制输出以适应电池电压平台，现有技术中PFC母线电压、LLC谐振增益与电池电压的关系如图2所示。由于PFC母线电压为一个定值，电池电压变化时只能通过改变LLC增益来适应，但是硬件设计电路是对开关管特性有一定限制，过高或者过低的开关频率会造成开关管损耗大或者损坏开关管的结果，LLC谐振电路增益范围变化相对较窄，因此，现有技术中存在为了适应更宽的电池电压需要过度调节谐振增益，对硬件损伤较大，尤其是当开关处于容性区域时可能会损坏开关管。
发明内容
本申请的目的在于提供一种车辆、车载充电机及其控制方法，以解决现有技术中存在为了适应更宽的电池电压需要过度调节谐振增益导致对硬件损伤较大的问题。
本申请是这样实现的，本申请第一方面提供一种车载充电机的控制方法，所述车载充电机包括PFC模块和LLC谐振模块，所述PFC模块的输出端连接LLC谐振模块的输入端，所述控制方法包括：
接收到充电指令时，控制所述PFC模块的输出电压增加至第一目标电压；
获取所述LLC谐振模块的当前开关频率，根据所述LLC谐振模块的当前开关频率和谐振频率调节所述PFC模块的输出电压以调节所述LLC谐振模块的输出电压范围。
本申请第二方面提供一种一种车载充电机，所述车载充电机包括PFC模块和LLC谐振模块，所述PFC模块的输出端连接LLC谐振模块的输入端，其特征在于，所述车载充电机还包括：
输出电压控制模块，用于接收到充电指令时，控制所述PFC模块的输出电压增加至第一目标电压；
开关频率控制模块，用于获取所述LLC谐振模块的当前开关频率，根据所述LLC谐振模块的当前开关频率和谐振频率调节所述PFC模块的输出电压以调节所述LLC谐振模块的输出电压范围。
本申请第三方面提供一种车载充电机，所述车载充电机包括PFC模块和LLC谐振模块，所述PFC模块的输出端连接LLC谐振模块的输入端，其特征在于，所述车载充电机还包括PFC控制模块和LLC控制模块；
所述PFC控制模块接收到充电指令时，控制所述PFC模块的输出电压增加至第一目标电压；
所述LLC控制模块获取所述LLC谐振模块的当前开关频率，并将所述当前开关频率发送至所述PFC控制模块；
所述PFC控制模块根据所述LLC谐振模块的当前开关频率和谐振频率调节所述PFC模块的输出电压；
所述LLC控制模块根据所述PFC模块的输出电压调节所述LLC谐振模块的输出电压范围。
本申请第四方面提供一种车辆，所述车辆包括第二方面以及第三方面提供的所述车载充电机。
本申请提出了一种车辆、车载充电机及其控制方法，车载充电机包括PFC模块和LLC谐振模块，PFC模块的输出端连接LLC谐振模块的输入端，控制方法包括：接收到充电指令时，控制PFC模块的输出电压增加至第一目标电压；获取LLC谐振模块的当前开关频率，根据LLC谐振模块的当前开关频率和谐振频率调节PFC模块的输出电压以调节LLC谐振模块的输出电压范围。本申请通过实时检测LLC谐振模块的当前开关频率，并与LLC谐振模块的谐振频率进行对比，根据对比结果通过调节PFC模块的输出电压以调节LLC谐振模块的输出电压范围，使LLC谐振模块在最优增益范围内进行开关，避免了LLC谐振模块输出过高或者过低的开关频率造成开关管损耗大或者损坏开关管的问题。
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是现有技术中车载充电机的结构示意图；
图2是现有技术中PFC母线电压、LLC谐振增益与电池电压的关系示意图；
图3是本申请实施例一提供的一种车载充电机的控制方法的流程图；
图4是本申请实施例一提供的一种车载充电机的电路图；
图5是本申请实施例一提供的一种车载充电机的控制方法中的PFC母线电压、LLC谐振增益与电池电压的关系示意图；
图6是本申请实施例二提供的一种车载充电机的结构示意图；
图7是本申请实施例三提供的一种车载充电机的结构示意图。
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。
本申请实施例一提供一种车载充电机的控制方法，如图3所示，车载充电机包括PFC模块和LLC谐振模块，PFC模块的输出端连接LLC谐振模块的输入端，控制方法包括：
步骤S10.接收到充电指令时，控制PFC模块的输出电压增加至第一目标电压。
在步骤S10中，车载充电机接入标准三相电网(380V±380×20％)，PFC模块不控整流自动预充，输出电压理论稳定在537V±537×20％，车载充电机接收到电源管理器的充电指令时开始进行充电，控制PFC模块的输出电压缓慢增加至第一目标电压。
例如，第一目标电压由电网电压值通过理论计算得到，当开关未导通时，计算PFC模块的输出电压Upp`＝Urms×1.414，根据企标要求380V三相电网±20％的工作范围，所以当电网电压Urms＝380*1.2时，Upp`＝644V，第一目标电压需要大于计算值，所以第一目标电压可以设置为U1＝650V。
步骤S20.获取LLC谐振模块的当前开关频率，根据LLC谐振模块的当前开关频率和谐振频率调节PFC模块的输出电压以调节LLC谐振模块的输出电压范围。
在步骤S20中，其中，控制PFC模块的输出电压增加至第一目标电压以使LLC谐振模块获取一个谐振增益，调节PFC模块的输出电压以调节LLC谐振模块的谐振增益，具体的，LLC谐振模块的谐振频率可以通过LLC谐振模块的电路参数进行计算得到，例如通过谐振电感和谐振电容计算得到，在LLC谐振模块的开关频率设计范围之内，开关频率越低，输出电压增益越高，当开关频率处于谐振频率点时，LLC谐振模块处于效率最优化状态，当前开关频率即为最佳工作开关频率，当LLC谐振模块的当前开关频率和谐振频率不相符时，可以通过调节PFC模块的输出电压发生变化，即检测到LLC谐振模块的输入电压发生变化时调节LLC谐振模块的当前开关频率，进而调节LLC谐振模块的输出电压范围，实现了调节LLC谐振模块在最优增益范围内进行开关。
本申请实施例通过实时检测LLC谐振模块的当前开关频率，并与LLC谐振模块的谐振频率进行对比，根据对比结果通过调节PFC模块的输出电压以调节LLC谐振模块的输出电压范围，使LLC谐振模块在最优增益范围内进行开关，避免了LLC谐振模块输出过高或者过低的开关频率造成开关管损耗大或者损坏开关管的问题。
作为一种实施方式，步骤S20中的根据LLC谐振模块的当前开关频率和谐振频率调节PFC模块的输出电压以调节LLC谐振模块的输出电压，包括：
当LLC谐振模块的当前开关频率低于谐振频率时，控制PFC模块提升输出电压以调节LLC谐振模块的输出电压范围。
在该步骤中，由于当动力电池电压较高时，LLC谐振模块为了满足功率输出要求，会将开关频率下降到较低水平，检测到开关频率过低时，闭环调节PFC模块输出电压提高，进而自动调节LLC谐振模块的开关频率最后以满足LLC谐振模块在最优增益范围内控制开关管进行开关，避免了LLC谐振模块输出过高或者过低的开关频率造成开关管损耗大或者损坏开关管。
进一步的，作为一种实施方式，控制PFC模块提升输出电压以调节LLC谐振模块的输出电压范围，包括：
控制PFC模块提升输出电压；
当检测LLC谐振模块的输入电压提高时，控制LLC谐振模块提升开关频率以接近谐振频率以调节LLC谐振模块的输出电压范围。
在上述步骤中，提高PFC模块的输出电压，即提升LLC谐振模块的输入电压，从而使LLC开关频率回升到谐振频率点，通过实时开关频率负反馈，循环调节其大小，使LLC谐振电路持续处于谐振频率点附近工作，进而自动调节LLC谐振模块的开关频率最后以满足LLC谐振模块在最优增益范围内控制开关管进行开关。
进一步的，作为另一种实施方式，控制PFC模块提升输出电压以调节LLC谐振模块的输出电压范围，包括：
控制PFC模块提升输出电压至第二目标电压，其中，第二目标电压大于第一目标电压；
当检测LLC谐振模块的输入电压提高时，控制LLC谐振模块提升开关频率以接近谐振频率以调节LLC谐振模块的输出电压范围。
其中，第一目标电压是PFC模块工作的最低电压，第二目标电压是PFC模块工作的最高电压，控制PFC模块的目标电压输出范围应该在第一目标电压与第二目标电压之间。
其中，第二目标电压U2根据硬件电路设计综合确定第二目标电压在输出耐压范围之内，例如，PFC模块的母线电容C1选型耐压1000V，硬件保护电路850V保护，PFC模块中的开关管耐压1200V，硬件综合产品器件选型，设定第二目标电压U2＝800V。
本实施方式与上述实施方式的不同点在于PFC模块设有最高输出电压即第二目标电压，当调节PFC模块提升输出电压至第二目标电压时停止调节PFC模块，此时LLC谐振模块的输出电压范围增大了PFC模块输出电压的提升量，例如，PFC模块提升输出电压的变化为150伏，则LLC谐振模块的输出电压范围增大150伏，因此，实现通过提升LLC谐振模块的输入电压调节LLC谐振模块的输出电压范围。
下面通过具体电路结构对本申请进行具体说明：
如图4所示，车载充电机包括PFC模块和DC/DC模块，PFC模块连接交流电源和DC/DC模块，DC/DC模块连接动力电池，PFC模块为为三个电感和三相桥臂组成的三相三线电路结构，每个电感连接交流电源和一相桥臂的中点，三相桥臂并联连接电容C1，DC/DC模块中变压器的初级侧和次级侧分别连接两组三相桥臂，DC/DC模块包括谐振电感Lr、谐振电容Cr以及母线电容C2。
车载充电机的工作过程为：
车载充电机接入标准三相电网(380V±20％)，PFC模块不控整流自动预充，输出电压理论稳定在537V±20％，由电网电压值通过理论计算得到当开关未导通时，Upp`＝Urms*1.414，根据企标要求380V三相电网±20％的工作范围，所以当电网电压Urms＝380*1.2时，Upp`＝644V，目标电压需要大于Upp`，所以U1＝650V；U2根据硬件电路设计综合确定输出耐压范围之内，本产品电容C1选型耐压1000V，硬件保护电路850V保护，开关管耐压1200V，硬件综合产品器件选型，设定本产品U2＝800V。
PFC模块接收到BMS充电允许命令开始启动充电，输出电压缓慢增加至U1，即使电容C1的电压缓慢增加至U1，检测LLC谐振模块开关频率当开关频率小于等于1时LLC谐振模块处于增益大于1状态，判断LLC谐振模块的开关频率是否小于LLC谐振模块的谐振频率，根据硬件设计电路器件参数，计算LLC谐振模块的谐振参数，确定LLC谐振模块的谐振频率F1，谐振频率与谐振电感Lr、谐振电容Cr有关，F1＝1/(2π」LrCr)(」代表开根号)，当判断结果为是时，控制PFC模块缓慢提升输出电压，采样LLC谐振模块获得输入电压变高，在负载不变的情况下，只需要更小的增益便可以达到输出目标，所以LLC谐振模块的开关频率便会提高，动态提高PFC模块的输出电压后，如图5所示，当LLC谐振增益为1时，此时LLC电路工作在最优的谐振频率，此时效率最高，此时LLC变化器1:1输出，动态提高PFC输出电压从650V到800V，LLC输入电压提高150V，此时LLC输出电压也会提高150V，因此可以将LLC最优输出电压范围提高到450V到800V，在控制LLC最大和最小增益的情况下，使整体输出电压范围提高150V。
本申请实施例二提供一种车载充电机，车载充电机包括PFC模块和LLC谐振模块，PFC模块的输出端连接LLC谐振模块的输入端，如图6所示，车载充电机还包括：
输出电压控制模块201，用于接收到充电指令时，控制PFC模块的输出电压增加至第一目标电压；
开关频率控制模块202，用于获取LLC谐振模块的当前开关频率，根据LLC谐振模块的当前开关频率和谐振频率调节PFC模块的输出电压以调节LLC谐振模块的输出电压范围。
进一步的，开关频率控制模块还用于获取LLC谐振模块的当前开关频率低于谐振频率时，控制PFC模块提升输出电压以调节LLC谐振模块的输出电压范围。
进一步的，开关频率控制模块还用于控制PFC模块提升输出电压；当检测LLC谐振模块的输入电压提高时，控制LLC谐振模块提升开关频率至谐振频率附近以调节LLC谐振模块的输出电压范围。
进一步的，开关频率控制模块还用于：
控制PFC模块提升输出电压至第二目标电压，其中，第二目标电压大于第一目标电压；
当检测LLC谐振模块的输入电压提高时，控制LLC谐振模块提升开关频率以接近谐振频率以调节LLC谐振模块的输出电压范围。
本申请实施例三提供一种车载充电机，如图7所示，车载充电机包括PFC模块和LLC谐振模块，PFC模块的输出端连接LLC谐振模块的输入端，车载充电机还包括PFC控制模块和LLC控制模块；
PFC控制模块接收到充电指令时，控制PFC模块的输出电压增加至第一目标电压；
LLC控制模块获取LLC谐振模块的当前开关频率，并将当前开关频率发送至PFC控制模块；
PFC控制模块根据LLC谐振模块的当前开关频率和谐振频率调节PFC模块的输出电压；
LLC控制模块根据PFC模块的输出电压调节LLC谐振模块的输出电压范围。
本实施例三与实施例一的不同点在于：车载充电机内设有PFC控制模块和LLC控制模块，即车载充电机内设有两块控制芯片，分别对PFC模块和LLC谐振模块进行控制，PFC控制模块和LLC控制模块间通过CAN或SPI通讯，PFC控制模块通过报文获取LLC控制模块发送的开关频率，报文中直接包含开关频率信息。
进一步的，PFC控制模块获取LLC谐振模块的当前开关频率低于谐振频率时，控制PFC模块提升输出电压。
进一步的，PFC控制模块控制PFC模块提升输出电压；
LLC控制模块检测LLC谐振模块的输入电压提高时，控制LLC谐振模块提升开关频率以接近谐振频率以调节LLC谐振模块的输出电压范围。
进一步的，PFC控制模块控制PFC模块提升输出电压至第二目标电压，其中，第二目标电压大于第一目标电压；
LLC控制模块检测LLC谐振模块的输入电压提高时，控制LLC谐振模块提升开关频率以接近谐振频率以调节LLC谐振模块的输出电压范围。
本申请实施例通过设置PFC控制模块和LLC控制模块，LLC控制模块实时检测LLC谐振模块的当前开关频率并发送至PFC控制模块，PFC控制模块与LLC谐振模块的谐振频率进行对比，根据对比结果通过调节PFC模块的输出电压，以使LLC控制模块调节LLC谐振模块的输出电压范围，使LLC谐振模块在最优增益范围内进行开关，避免了LLC谐振模块输出过高或者过低的开关频率造成开关管损耗大或者损坏开关管的问题。
本申请实施例四提供一种车辆，车辆包括实施例二或者实施例三提供的车载充电机。
车辆还包括动力电池，车载充电机连接动力电池。
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 (10)

1.一种车载充电机的控制方法，所述车载充电机包括PFC模块和LLC谐振模块，所述PFC模块的输出端连接LLC谐振模块的输入端，其特征在于，所述控制方法包括：
接收到充电指令时，控制所述PFC模块的输出电压增加至第一目标电压；
获取所述LLC谐振模块的当前开关频率，根据所述LLC谐振模块的当前开关频率和谐振频率调节所述PFC模块的输出电压以调节所述LLC谐振模块的输出电压范围。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述LLC谐振模块的当前开关频率和谐振频率调节所述PFC模块的输出电压以调节所述LLC谐振模块的输出电压，包括：
当所述LLC谐振模块的当前开关频率低于谐振频率时，控制所述PFC模块提升输出电压以调节所述LLC谐振模块的输出电压范围。
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述PFC模块提升输出电压以调节所述LLC谐振模块的输出电压范围，包括：
控制所述PFC模块提升输出电压；
当检测所述LLC谐振模块的输入电压提高时，控制所述LLC谐振模块提升开关频率以接近所述谐振频率以调节所述LLC谐振模块的输出电压范围。
4.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述PFC模块提升输出电压以调节所述LLC谐振模块的输出电压范围，包括：
控制所述PFC模块提升输出电压至第二目标电压，其中，所述第二目标电压大于所述第一目标电压；
当检测所述LLC谐振模块的输入电压提高时，控制所述LLC谐振模块提升开关频率以接近所述谐振频率以调节所述LLC谐振模块的输出电压范围。
5.一种车载充电机，所述车载充电机包括PFC模块和LLC谐振模块，所述PFC模块的输出端连接LLC谐振模块的输入端，其特征在于，所述车载充电机还包括：
输出电压控制模块，用于接收到充电指令时，控制所述PFC模块的输出电压增加至第一目标电压；
开关频率控制模块，用于获取所述LLC谐振模块的当前开关频率，根据所述LLC谐振模块的当前开关频率和谐振频率调节所述PFC模块的输出电压以调节所述LLC谐振模块的输出电压范围。
6.一种车载充电机，所述车载充电机包括PFC模块和LLC谐振模块，所述PFC模块的输出端连接LLC谐振模块的输入端，其特征在于，所述车载充电机还包括PFC控制模块和LLC控制模块；
所述PFC控制模块接收到充电指令时，控制所述PFC模块的输出电压增加至第一目标电压；
所述LLC控制模块获取所述LLC谐振模块的当前开关频率，并将所述当前开关频率发送至所述PFC控制模块；
所述PFC控制模块根据所述LLC谐振模块的当前开关频率和谐振频率调节所述PFC模块的输出电压；
所述LLC控制模块根据所述PFC模块的输出电压调节所述LLC谐振模块的输出电压范围。
7.如权利要求6所述的车载充电机，其特征在于，所述PFC控制模块获取所述LLC谐振模块的当前开关频率低于谐振频率时，控制所述PFC模块提升输出电压。
8.如权利要求7所述的车载充电机，其特征在于，所述PFC控制模块控制所述PFC模块提升输出电压；
所述LLC控制模块检测所述LLC谐振模块的输入电压提高时，控制所述LLC谐振模块提升开关频率以接近所述谐振频率以调节所述LLC谐振模块的输出电压范围。
9.如权利要求7所述的车载充电机，其特征在于，所述PFC控制模块控制所述PFC模块提升输出电压至第二目标电压，其中，所述第二目标电压大于所述第一目标电压；
所述LLC控制模块检测所述LLC谐振模块的输入电压提高时，控制所述LLC谐振模块提升开关频率以接近所述谐振频率以调节所述LLC谐振模块的输出电压范围。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求5至9中任意一项所述的车载充电机。
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