CN111546944B - 一种充电电压切换装置、控制方法及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种充电电压切换装置、控制方法及汽车，包括电压测量模块，用于测量充电设备的充电电压幅值；电压判断模块，用于根据充电设备的充电电压幅值判断充放电切换状态；充放电平台切换模块，用于根据充放电切换状态控制可控开关组的开断，即控制充放电电路在串联充电状态、并联充电状态和放电状态之间的切换，所述充放电电路包括第一电池组和第二电池组；切换状态监测模块，用于监测充放电电路的所在的充放电切换状态。采用把电池包电压分成两部分，通过切换控制器和开关组改变电池包两部分的逻辑关系，从而达到对电池包的升压和降压，在保障安全性的前提下，实现两种电压平台切换。

Description

一种充电电压切换装置、控制方法及汽车
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种充电电压切换装置、控制方法及汽车。
背景技术
充电系统为电动汽车运行提供能量补给，是电动汽车的重要基础支撑系统，也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节。随着电动汽车产业的快速发展，充电技术成为制约行业发展关键因素之一，智能、快速的充电方式成为电动汽车充电技术发展的趋势。
目前纯电动家用汽车的电压平台在400VDC，市场充电桩最高功率150kW，充满电的时间80-100分钟，现研发有车型已将平台电压提升至800VDC,来实现更快的充电时间，更高的系统效率，其充到80％SOC所用的时间缩短到25分钟。但现有中国市场没有能够对800VDC平台的私家车进行充电的设备，目前暂时没有车企和政府有在中国动800VDC充电桩的计划，欧洲的充电联盟Ionity在欧洲只是刚开始铺设800VDC的充电设备，其广泛的应用还需要几年的时间。市场现有的解决方案为DC/DC或Boost/buck，现有方案成本高、重量大和尺寸大，且由于产生大量的热，需要使用单独的冷却系统。
因此，为解决上述方案，需要提供能够实现两种电压平台切换的充电电压切换装置、控制方法及汽车。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种充电电压切换装置，采用把电池包电压分成两部分，通过切换控制器和开关组改变电池包两部分的逻辑关系，从而达到对电池包的升压和降压，在保障安全性的前提下，实现电池包在低电压等级与高电压等级的电压平台切换，满足电池包可以在市场现有的充电桩上进行充电。
本发明的技术效果通过如下实现的：
一种充电电压切换装置，包括电压测量模块，用于测量充电设备的充电电压幅值；电压判断模块，用于根据充电设备的充电电压幅值判断充放电切换状态；充放电平台切换模块，用于根据充放电切换状态控制可控开关组的开断，即控制充放电电路在串联充电状态、并联充电状态和放电状态之间的切换，所述充放电电路包括第一电池组和第二电池组；切换状态监测模块，用于监测充放电电路的所在的充放电切换状态；所述第一电池组与所述第二电池组均与所述充放电平台切换模块电连接，所述充放电平台切换模块还设有充电输入端和放电输出端，所述充电输入端用于与所述充电设备电连接，所述放电输出端用于与电机电连接，所述电压测量模块的输入端用于与所述充电设备电连接，所述电压测量模块的输出端与所述电压判断模块的输入端电连接，所述电压判断模块的输出端与所述充放电平台切换模块电连接，所述切换状态监测模块与所述充放电平台切换模块电连接。
进一步地，所述充放电平台切换模块包括切换控制器和开关组，所述开关组包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述第一开关的一端与所述第一电池组的正极电连接，所述第一开关的另一端与所述第二电池组的负极用于分别与电机的两端电连接，所述第一电池组的负极与所述第二电池组的正极电连接，所述充电设备的第一端与所述第一电池组的正极电连接，所述充电设备的第二端通过所述第二开关与所述第一电池组的负极电连接，所述充电设备的第二端还通过第四开关与所述第二电池组的负极电连接，所述第三开关的两端分别与所述第一电池组的正极和所述第二电池组的负极电连接，所述切换控制器分别与所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关电连接。
进一步地，还包括故障报警装置，所述故障报警装置与所述切换状态监测模块电连接。
另一方面，本申请还提供一种充电电压切换装置的控制方法，所述方法用于控制上述的充电电压切换装置，所述方法包括：
获取高压系统充放电信息；
根据高压系统充放电信息，得到充放电切换状态；
控制断开可控开关组内所有可控开关；
根据充放电切换状态，执行控制开关组切换充放电电路。
进一步地，所述高压系统充放电信息包括充放电信号和充电电压值，所述充放电信号包括充电信号和放电信号，所述充放电切换状态包括串联充电状态、并联充电状态和放电状态，
根据高压系统充放电信息，得到充放电切换状态包括：
判断充放电信号是否为放电信号；
若是，则所述充放电切换状态为放电状态；
若否，则判断充放电信号是否为充电信号；
若是，判断充电电压值是否大于或等于预设电压；
若充电电压值大于或等于预设电压，则所述充放电切换状态为串联充电状态；
若充电电压值不满足大于或等于预设电压，则所述充放电切换状态为并联充电状态。
进一步地，所述根据充放电切换状态，执行控制可控开关组动作包括：
当所述充放电切换状态为串联充电状态时，控制所述第四开关闭合，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关断开；
当所述充放电切换状态为并联充电状态时，依次控制所述第一开关和所述第四开关断开，所述第二开关闭合，所述第三开关闭合；
当所述充放电切换状态为放电状态时，控制所述第一开关闭合，所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关断开。
进一步地，所述响应于高压系统充放电信息，执行控制可控开关组动作之后还包括：
获取所述第一电池组及所述第二电池组的电气信息；
根据所述第一电池组及所述第二电池组的电气信息，得到串并联状态，所述串并联状态包括并联状态、串联状态和异常状态；
判断是否满足所述串并联状态为串联状态，且所述充放电切换状态为串联充电或放电状态；
若否，则控制可控开关组全部断开并发出警报；
判断是否满足所述串并联状态为并联状态，且所述充放电切换状态为并联充电状态；
若否，则控制可控开关组全部断开并发出警报；
判断是否满足所述串并联状态为异常状态；
若所述串并联状态为异常状态，则控制可控开关组全部断开并发出警报。
进一步地，所述第一电池组及所述第二电池组的电气信息包括所述第一电池组输出电流值、所述第二电池组输出电流值、所述第一电池组负极与所述第二电池组正极之间的电压值、所述第一电池组两端电压值和所述第二电池组两端电压值，
根据所述第一电池组及所述第二电池组的电气信息，得到串并联状态，所述串并联状态包括并联状态、串联状态和异常状态包括：
判断是否满足所述第一电池组输出电流值与所述第二电池组输出电流值相等且所述第一电池组负极与所述第二电池组正极之间的电压值为零；
若是，则所述串并联状态为串联状态；
若否，则判断是否满足所述第一电池组两端电压值和所述第二电池组两端电压值相等且所述第一电池组输出电流值与所述第二电池组输出电流值相等；
若是，则所述串并联状态为并联状态；
若否，则所述串并联状态为异常状态。
进一步地，所述预设电压的范围为450～550V。
另一方面，本申请还提供一种汽车，所述汽车包括上述的一种充电电压切换装置。
如上所述，本发明具有如下有益效果：
1)尺寸小，占用空间少。切换控制器通过控制开关组进行切换，集成在电池包内的高压控制盒内，不占用整车的其它部分空间，结构简单。
2)重量轻。由于该方案只增加电路控制模块，电路控制模块重量轻，应用电气元件数量比较少。
3)散热少。充电电压切换单元自身的内阻小，功耗小，产生的热量低。
4)成本低。充电切换单元不是独立的产品，不需要单独的考虑安装环境的保护、固定等结构，实现形式简单，成本相比现有方案会降低很多。
5)安全性高。通过切换状态监测模块监测充放电电路的切换状态等方式，避免电路在切换过程中由于可控开关操作失误导致出现各类短接故障，进而引发事故，提高了本装置的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，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的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还能够根据这些附图获得其它附图。
图1为本申请控制电路原理框图；
图2为本申请充放电电路原理图；
图3为本申请实施例中控制方法的流程图；
图4为本申请实施例中控制方法的S2所包括的步骤流程图。
图5为本申请实施例中控制方法S4所包括的步骤流程图。
图6为本申请实施例中控制方法S5所包括的步骤流程图。
图7为本申请实施例中控制方法S52所包括的步骤流程图。
图8为本申请另一实施例中充放电电路原理图。
其中，附图标记对应为：
1-第一电池组，2-第二电池组，3-充放电平台切换模块，31-第一开关，32-第二开关，33-第三开关，34-第四开关，35-第五开关，36-第六开关，37-第七开关，4-电机，5-充电设备，6-电压测量模块，7-电压判断模块，8-切换状态检测模块，9-故障报警装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种充电电压切换装置如图1-2所示，包括电压测量模块6，用于测量充电设备5的充电电压幅值；电压判断模块7，用于根据充电设备5的充电电压幅值判断充放电切换状态；充放电平台切换模块3，用于根据充放电切换状态控制可控开关组的开断，即控制充放电电路在串联充电状态、并联充电状态和放电状态之间的切换，充放电电路包括第一电池组1和第二电池组2；切换状态监测模块8，用于监测充放电电路的所在的充放电切换状态；第一电池组1与第二电池组2均与充放电平台切换模块3电连接，充放电平台切换模块3还设有充电输入端和放电输出端，充电输入端用于与充电设备5电连接，放电输出端用于与电机4电连接，电压测量模块6的输入端用于与充电设备5电连接，电压测量模块6的输出端与电压判断模块7的输入端电连接，电压判断模块7的输出端与充放电平台切换模块3电连接，切换状态监测模块8与充放电平台切换模块3电连接。
进一步地，充放电平台切换模块3包括切换控制器和开关组，开关组包括第一开关31、第二开关32、第三开关33和第四开关34，第一开关31的一端与第一电池组1的正极电连接，第一开关31的另一端与第二电池组2的负极用于分别与电机4的两端电连接，第一电池组1的负极与第二电池组2的正极电连接，充电设备5的第一端与第一电池组1的正极电连接，充电设备5的第二端通过第二开关32与第一电池组1的负极电连接，充电设备5的第二端还通过第四开关34与第二电池组2的负极电连接，第三开关33的两端分别与第一电池组1的正极和第二电池组2的负极电连接，切换控制器分别与第一开关31、第二开关32、第三开关33和第四开关34电连接。还包括故障报警装置9，故障报警装置9与切换状态监测模块8电连接。
另外，如图3所示，本申请实施例还提供一种充电电压切换装置的控制方法，该方法用于控制上述的充电电压切换装置，具体方法包括：
S10.获取高压系统充放电信息；
S20.根据高压系统充放电信息，得到充放电切换状态；
S30.控制断开可控开关组内所有可控开关；
S40.根据充放电切换状态，执行控制可控开关组动作。
在获得充放电的操作指令之后且控制可控开关组动作之前，先控制可控开关组内的所有可控开关断开，避免由于开关的动作过程中存在使动力电池出现被短路的情况。
进一步地，如图4所示，所述高压系统充放电信息包括充放电信号和充电电压值，所述充放电信号包括充电信号和放电信号，所述充放电切换状态包括串联充电状态、并联充电状态和放电状态，
根据高压系统充放电信息，得到充放电切换状态包括：
S21.判断充放电信号是否为放电信号；
S22.若是，则所述充放电切换状态为放电状态；
S23.若否，则判断充放电信号是否为充电信号；
S24.若是，判断充电电压值是否大于或等于预设电压；
S25.若充电电压值大于或等于预设电压，则所述充放电切换状态为串联充电状态；
S26.若充电电压值不满足大于或等于预设电压，则所述充放电切换状态为并联充电状态。
根据充放电电压与预设电压的对比判断，确定充放电切换状态，即确定充放电电路应切换的电路类型。
进一步地，如图5所示，所述根据充放电切换状态，执行控制可控开关组动作包括：
S41.当所述充放电切换状态为串联充电状态时，控制所述第四开关闭合，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关断开；
S42.当所述充放电切换状态为并联充电状态时，依次控制所述第一开关和所述第四开关断开，所述第二开关闭合，所述第三开关闭合；
S43.当所述充放电切换状态为放电状态时，控制所述第一开关闭合，所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关断开。
在并联充电状态时，依次控制开关动作，尤其是先闭合第二开关，再闭合第三开关，避免先闭合第三开关造成动力电池被短路的情况。
进一步地，如图6所示，所述响应于高压系统充放电信息，执行控制可控开关组动作之后还包括：
S51.获取所述第一电池组及所述第二电池组的电气信息；
S52.根据所述第一电池组及所述第二电池组的电气信息，得到串并联状态，所述串并联状态包括并联状态、串联状态和异常状态；
S53.判断是否满足所述串并联状态为串联状态，且所述充放电切换状态为串联充电或放电状态；
S54.若否，则控制可控开关组全部断开并发出警报；
S55.判断是否满足所述串并联状态为并联状态，且所述充放电切换状态为并联充电状态；
S56.若否，则控制可控开关组全部断开并发出警报；
S57.判断是否满足所述串并联状态为异常状态；
S58.若所述串并联状态为异常状态，则控制可控开关组全部断开并发出警报。
当检测到当前串并联状态出现异常或与接收到的应切换状态不一致时，控制可控开关组内的开关断开并发出警报提醒驾驶员，避免在切换过程中由于开关故障等导致引发电池或车辆故障。
进一步地，如图7所示，所述第一电池组及所述第二电池组的电气信息包括所述第一电池组输出电流值、所述第二电池组输出电流值、所述第一电池组负极与所述第二电池组正极之间的电压值、所述第一电池组两端电压值和所述第二电池组两端电压值，
根据所述第一电池组及所述第二电池组的电气信息，得到串并联状态，所述串并联状态包括并联状态、串联状态和异常状态包括：
S521.判断是否满足所述第一电池组输出电流值与所述第二电池组输出电流值相等且所述第一电池组负极与所述第二电池组正极之间的电压值为零；
S522.若是，则所述串并联状态为串联状态；
S523.若否，则判断是否满足所述第一电池组两端电压值和所述第二电池组两端电压值相等且所述第一电池组输出电流值与所述第二电池组输出电流值相等；
S524.若是，则所述串并联状态为并联状态；
S525.若否，则所述串并联状态为异常状态。
通过检测相应的电气信息，得到充放电电路的串并联状态。
进一步地，预设电压的范围为450～550V。
实施例2：
在第二种实施例中的充放电电路与实施例1中不同。如图8所示，开关组7包括第五开关35、第六开关36和第七开关37，其中第五开关35为单刀双掷开关，第一电池组1的正极与充电设备的第一端电连接，第一电池组1的正极通过第六开关36与第二电池组2的负极电连接，第一电池组1的负极与第二电池组2的正极电连接，第二电池组2的正极与第二电池组2的负极分别与第五开关35一侧的a、b端子电连接，第五开关35的另一侧与充电设备的第二端电连接，第一电池组1的正极通过第七开关37与电机4的一端电连接，电机4的另一端与第二电池组2的负极电连接。
具体的电路控制方法为：
当所述充放电切换状态为串联充电状态时，控制第五开关35闭合至b端子，第六开关36断开，第七开关37断开；
当所述充放电切换状态为并联充电状态时，依次控制第七开关37断开，第五开关35闭合至a端子，第六开关36闭合；
当所述充放电切换状态为放电状态时，控制第五开关35断开，第六开关36断开，第七开关37闭合。
通过以上的具体实施例，达到了如下的技术效果：
本申请通过切换控制器通过控制开关组进行切换，集成在电池包内的高压控制盒内，不占用整车的其它部分空间，结构简单，尺寸小，占用空间少；由于该方案只增加电路控制模块，电路控制模块重量轻，应用电气元件数量比较少；充电电压切换单元自身的内阻小，功耗小，产生的热量很低，无需为了散热问题，单独设计散热系统；充电切换单元不是独立的产品，不需要单独的考虑安装环境的保护、固定等结构，由以上可知不用考虑散热、实现形式简单，成本相比现有方案会降低很多；通过切换状态监测模块监测充放电电路的切换状态等方式，避免电路在切换过程中由于可控开关操作失误导致出现各类短接故障，进而引发事故，提高了本装置的安全性。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征能够相互结合。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种充电电压切换装置的控制方法，其特征在于，所述充电电压切换装置包括：
电压测量模块（6），用于测量充电设备（5）的充电电压幅值；
电压判断模块（7），用于根据充电设备（5）的充电电压幅值判断充放电切换状态；
充放电平台切换模块（3），用于根据充放电切换状态控制可控开关组的开断，即控制充放电电路在串联充电状态、并联充电状态和放电状态之间的切换，所述充放电电路包括第一电池组（1）和第二电池组（2）；
切换状态监测模块（8），用于监测充放电电路的所在的充放电切换状态；所述充放电切换状态包括串联充电状态、并联充电状态或放电状态；
所述第一电池组（1）与所述第二电池组（2）均与所述充放电平台切换模块（3）电连接，所述充放电平台切换模块（3）还设有充电输入端和放电输出端，所述充电输入端用于与所述充电设备（5）电连接，所述放电输出端用于与电机（4）电连接，所述电压测量模块（6）的输入端用于与所述充电设备（5）电连接，所述电压测量模块（6）的输出端与所述电压判断模块（7）的输入端电连接，所述电压判断模块（7）的输出端与所述充放电平台切换模块（3）电连接，所述切换状态监测模块（8）与所述充放电平台切换模块（3）电连接；
所述方法包括：
获取高压系统充放电信息；
根据高压系统充放电信息，得到充放电切换状态；
控制断开可控开关组内所有可控开关；
根据充放电切换状态，执行控制可控开关组动作；
获取所述第一电池组及所述第二电池组的电气信息；
根据所述第一电池组及所述第二电池组的电气信息，得到串并联状态，所述串并联状态包括并联状态、串联状态和异常状态；
判断是否满足所述串并联状态为串联状态，且所述充放电切换状态为串联充电或放电状态；
若否，则控制可控开关组全部断开并发出警报；
判断是否满足所述串并联状态为并联状态，且所述充放电切换状态为并联充电状态；
若否，则控制可控开关组全部断开并发出警报；
判断是否满足所述串并联状态为异常状态；
若所述串并联状态为异常状态，则控制可控开关组全部断开并发出警报。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述充放电平台切换模块（3）包括切换控制器和开关组，所述开关组包括第一开关（31）、第二开关（32）、第三开关（33）和第四开关（34），所述第一开关（31）的一端与所述第一电池组（1）的正极电连接，所述第一开关（31）的另一端与所述第二电池组（2）的负极用于分别与电机（4）的两端电连接，所述第一电池组（1）的负极与所述第二电池组（2）的正极电连接，所述充电设备（5）的第一端与所述第一电池组（1）的正极电连接，所述充电设备（5）的第二端通过所述第二开关（32）与所述第一电池组（1）的负极电连接，所述充电设备（5）的第二端还通过第四开关（34）与所述第二电池组（2）的负极电连接，所述第三开关（33）的两端分别与所述第一电池组（1）的正极和所述第二电池组（2）的负极电连接，所述切换控制器分别与所述第一开关（31）、所述第二开关（32）、所述第三开关（33）和所述第四开关（34）电连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述充电电压切换装置还包括故障报警装置（9），所述故障报警装置（9）与所述切换状态监测模块（8）电连接。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高压系统充放电信息包括充放电信号和充电电压值，所述充放电信号包括充电信号和放电信号，所述充放电切换状态包括串联充电状态、并联充电状态和放电状态，
所述根据高压系统充放电信息，得到充放电切换状态包括：
判断充放电信号是否为放电信号；
若是，则所述充放电切换状态为放电状态；
若否，则判断充放电信号是否为充电信号；
若是，判断充电电压值是否大于或等于预设电压；
若充电电压值大于或等于预设电压，则所述充放电切换状态为串联充电状态；
若充电电压值不满足大于或等于预设电压，则所述充放电切换状态为并联充电状态。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据充放电切换状态，执行控制可控开关组动作包括：
当所述充放电切换状态为串联充电状态时，控制所述第四开关闭合，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关断开；
当所述充放电切换状态为并联充电状态时，依次控制所述第一开关和所述第四开关断开，所述第二开关闭合，所述第三开关闭合；
当所述充放电切换状态为放电状态时，控制所述第一开关闭合，所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关断开。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一电池组及所述第二电池组的电气信息包括所述第一电池组输出电流值、所述第二电池组输出电流值、所述第一电池组负极与所述第二电池组正极之间的电压值、所述第一电池组两端电压值和所述第二电池组两端电压值，
根据所述第一电池组及所述第二电池组的电气信息，得到串并联状态，所述串并联状态包括并联状态、串联状态和异常状态包括：
判断是否满足所述第一电池组输出电流值与所述第二电池组输出电流值相等且所述第一电池组负极与所述第二电池组正极之间的电压值为零；
若是，则所述串并联状态为串联状态；
若否，则判断是否满足所述第一电池组两端电压值和所述第二电池组两端电压值相等且所述第一电池组输出电流值与所述第二电池组输出电流值相等；
若是，则所述串并联状态为并联状态；
若否，则所述串并联状态为异常状态。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设电压的范围为450~550V。
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