CN113002337A - 一种充电电路、充电电路的控制方法及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种充电电路、充电电路的控制方法及电动汽车，涉及电动车技术领域，所述充电电路包括：第一开关、驱动电机以及驱动电机控制单元；第一开关的一端与直流充电口连接，另一端与驱动电机的第三绕组连接；直流充电口输入的直流电，经闭合的第一开关流向第三绕组；第三绕组流入的直流电，流向驱动电机的第一绕组、第二绕组；第一绕组、第二绕组流入的直流电，经第一绕组、第二绕组以及驱动电机控制单元构成的升压电路升压后，流向动力电池。本发明极大的减少了电动汽车中的大功率零部件，整个充电电路中元器件很少，电路线路简洁，极大的减少了空间占用率的同时，还极好的降低了电动汽车的成本。

Description

一种充电电路、充电电路的控制方法及电动汽车

技术领域

本发明涉及电动车技术领域，特别是一种充电电路、充电电路的控制方法及电动汽车。

背景技术

目前市面上的直流快充充电桩多数的输出电压为500V～750V，而目前多数厂商已经开始研制、生产更高电压架构的电动汽车，该类更高电压架构的电动汽车面临着输出电压为500V的直流充电桩无法充电，以及输出电压为750V的直流充电桩无法充满的问题。虽然目前已有输出电压更高的直流充电桩，但其数量很少，无法满足电动汽车的充电需求，因此大多依旧需要使用输出电压为500V～750V的直流充电桩进行充电，而为了可以充电到更高电压，通常需要在充电回路上单独配备升压电路。

目前单独配备的升压电路，均是由大功率零部件构成，从整车成本规划来看，无疑提高了电动汽车的成本；从整车空间设计来看，大功率零部件一般的物理面积较大，自然导致电动汽车的空间占用率较高。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种充电电路、充电电路的控制方法及电动汽车。

第一方面，提供了一种充电电路，所述充电电路包括：第一开关、驱动电机以及驱动电机控制单元；

所述第一开关的一端与直流充电口连接，另一端与所述驱动电机的第三绕组连接；

所述直流充电口输入的直流电，经闭合的所述第一开关流向所述第三绕组；

所述第三绕组流入的直流电，流向所述驱动电机的第一绕组、第二绕组；

所述第一绕组、所述第二绕组流入的直流电，经所述第一绕组、所述第二绕组以及所述驱动电机控制单元构成的升压电路升压后，流向动力电池，为所述动力电池充电。

可选地，所述驱动电机控制单元中的第一桥臂包括：第一场效应管、第二场效应管；所述驱动电机控制单元中的第二桥臂包括：第三场效应管、第四场效应管；

所述第一开关闭合时，且所述第二场效应管和所述第四场效应管关断时，所述第一绕组、所述第二绕组、所述第一场效应管和所述第三场效应管各自的体二极管，共同构成所述升压电路。

可选地，所述驱动电机控制单元中的第一桥臂包括：第一场效应管、第二场效应管；所述驱动电机控制单元中的第二桥臂包括：第三场效应管、第四场效应管；

所述第一开关闭合，且所述第二场效应管和所述第四场效应管关断、所述第一场效应管和所述第三场效应管导通时，所述第一绕组、所述第二绕组、所述第一场效应管以及所述第三场效应管共同构成所述升压电路。

可选地，所述第一开关闭合，且所述第二场效应管和所述第四场效应管均导通时，所述第一绕组、所述第二绕组将输入所述直流充电口的直流电储存为电能，同时，所述驱动电机控制单元中的电容为所述动力电池充电；

所述第一开关闭合，且所述第二场效应管和所述第四场效应管均关断时，所述第一绕组、所述第二绕组储存的电能，通过所述第一场效应管和所述第三场效应管各自的体二极管释放，以实现对输入所述直流充电口的直流电的电压进行升压，进而为所述动力电池充电。

可选地，所述第一开关闭合，且所述第二场效应管和所述第四场效应管均导通时，所述第一绕组、所述第二绕组将输入所述直流充电口的直流电储存为电能，同时，所述驱动电机控制单元中的电容为所述动力电池充电；

所述第一开关闭合，且所述第二场效应管和所述第四场效应管均关断时，所述第一绕组、所述第二绕组储存的电能，通过所述第一场效应管和所述第三场效应管释放，以实现对输入所述直流充电口的直流电的电压进行升压，进而为所述动力电池充电。

可选地，所述驱动电机控制单元中的第三桥臂包括：第五场效应管、第六场效应管；

所述第一开关闭合时，所述第五场效应管和所述第六场效应管均关断。

可选地，所述驱动电机控制单元中的第三桥臂包括：第五场效应管、第六场效应管；

所述第一开关断开，且所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管、所述第四场效应管、所述第五场效应管、所述第六场效应管均导通时，所述动力电池为所述驱动电机提供电能。

第二方面，提供了一种充电电路的控制方法，所述控制方法应用于充电电路，所述充电电路包括：第一开关、驱动电机以及驱动电机控制单元，所述第一开关的一端与直流充电口零件，另一端与所述驱动电机的第三绕组连接；所述控制方法包括：

在检测到直流充电口接入充电桩时，控制所述第一开关闭合；

所述第一开关闭合时，控制所述驱动电机控制单元中三个桥臂的场效应管导通或者断开，使得输入所述直流充电口的直流电，利用所述驱动电机中的绕组与所述驱动电机控制单元构成的升压电路升压后，流向动力电池，为所述动力电池充电。

可选地，所述绕组包括：第一绕组、第二绕组、第三绕组；所述驱动电机控制单元中三个桥臂包括：第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂；

所述第一开关闭合时，控制所述驱动电机控制单元中三个桥臂的场效应管导通或者断开，使得输入所述直流充电口的直流电，利用所述驱动电机中的绕组与所述驱动电机控制单元构成的升压电路升压后，流向动力电池，为所述动力电池充电，包括：

所述第一开关闭合时，控制所述第三桥臂的场效应管均关断，同时，控制所述第一桥臂、所述第二桥臂各自的场效应管导通或者断开，使得所述第一绕组、第二绕组以及所述驱动电机控制单元构成升压电路，输入所述直流充电口的直流电，从所述第三绕组流入，并利用所述升压电路升压后，流向动力电池，为所述动力电池充电。

第三方面，提供了一种电动汽车，所述电动汽车包括：动力电池，以及如第一方面任一所述的充电电路。

本申请实施例具有以下优点：

在本发明中，利用第一开关将直流充电口和驱动电机的其中一相绕组分别连接，第一开关闭合时，直流充电口与驱动电机的其中一相绕组连接，即可使得驱动电机中的其它两相绕组与驱动电机控制单元构成升压电路，升压电路将输入直流充电口的直流电的电压升压后，为动力电池充电。

本发明的整个系统中，巧妙的利用了驱动电机原本的控制单元，仅增加了一个开关，而不再需要单独配备的升压电路，实现了升压功能，即，实现了使用较低输出电压充电桩对较高电压需求电动汽车的充电。并且，由于没有升压电路和原本的直流快充电路，极大的减少了电动汽车中的大功率零部件，整个充电电路中元器件很少，电路线路简洁，极大的减少了空间占用率的同时，还极好的降低了电动汽车的成本。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例一种充电电路的模块化示意图；

图2是本发明实施例充电电路的一种优选电路结构示意图；

图3是本发明实施例一种充电电路的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。

参照图1，示出了本发明实施例一种充电电路的模块化示意图。充电电路包括：第一开关、驱动电机以及驱动电机控制单元；第一开关的一端与直流充电口连接，另一端与驱动电机的第三绕组连接。一般情况下，直流充电口需要与充电桩连接，当充电前的各项检测都完成后，充电桩向直流充电口传输电能，即，直流充电口将输入直流电。

直流充电口输入的直流电，可以经闭合的第一开关流向驱动电机的第三绕组，根据驱动电机自身的特性，第三绕组流入的直流电，将流向驱动电机的第一绕组、第二绕组。而第一绕组、第二绕组流入的直流电，再经第一绕组、第二绕组以及驱动电机控制单元构成的升压电路升压后，流向动力电池，达到为动力电池充电的目标。其中，第一绕组、第二绕组以及驱动电机控制单元构成的升压电路为一种Boost升压电路，其可以将直流电的电压升高，这样就使得较高电压等级动力电池的电动汽车可以使用较低输出电压充电桩进行充电。

参照图2，示出了本发明实施例充电电路的一种优选电路结构示意图。图2中包括：驱动电机M、动力电池V1、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、第五场效应管Q5、第六场效应管Q6、第一开关S3、第二开关S2、第三开关S4、第四开关S5、直流充电口J1、电容C1以及电容C2。其中，场效应管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6组成桥式逆变电路，第一场效应管Q1和第二场效应管Q2构成一个电力电子桥臂，本发明实施例中将其定义为第一桥臂，第三场效应管Q3和第四场效应管Q4构成一个电力电子桥臂，本发明实施例中将其定义为第二桥臂，第五场效应管Q5和第六场效应管Q6构成一个电力电子桥臂，本发明实施例中将其定义为第三桥臂。驱动电机控制单元由桥式逆变电路和电容C1构成。需要说明的是，桥式逆变电路可以由其它类型电力电子功率部件组成，并不仅仅限于场效应管组成。

图2中，第二开关S2为动力电池V1的负极充电开关，第三开关S4为动力电池V1的负极放电开关，第四开关S5为动力电池V1的正极放电开关，这三个开关还可以有其它多种连接形式，可以参照目前已使用充电电路进行变动。

桥式逆变电路与驱动电机M的连接方式为目前常用的连接方式，该桥式逆变电路与控制单元(图2中未示出)之间为信号连接，其结合控制单元发送的控制信号，即可实现将动力电池V1产生的直流电压变换为三相交流电压，以使得驱动电机M工作。动力电池V1为驱动电机M提供电能时，第一开关S3、第二开关S2断开，第三开关S4、第四开关S5闭合，且第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、第五场效应管Q5、第六场效应管Q6均导通时，动力电池V1为驱动电机M提供电能。控制单元一般为电动汽车的整车控制器VCU，当然也可以为其它可以产生并发送控制信号的设备。

图2中，第一开关S3的一端与直流充电口J1连接，另一端与驱动电机M的第三绕组(图2中30)连接，由于驱动电机M的第三绕组与驱动电机控制单元中的第三桥臂中点连接，所以，第一开关S3相当于分别与直流充电口J1、第五场效应管Q5和第六场效应管Q6的连接处、以及驱动电机M的第三绕组连接。

假若外部充电桩(图2中未示出)的输出电压不满足动力电池V1的电压等级，则闭合第一开关S3、第二开关S2断开，第三开关S4、第四开关S5，同时控制单元发送控制信号控制第五场效应管Q5和第六场效应管Q6均关断，此时，直流充电口J1与驱动电机的第三绕组连接，即可使得驱动电机M中的第二绕组和第三绕组(该电机绕组可以等效为电感)与驱动电机控制单元构成升压电路。

具体的，本发明实施例中，当出现外部充电桩的输出电压不满足动力电池V1电压的情况时，控制单元控制第二场效应管Q2和第四场效应管Q4导通，同时控制第一场效应管Q1和第三场效应管Q3关断，此时，与第一桥臂连接的第一绕组(图2中10)，以及与第二桥臂连接的第二绕组(图2中20)，将外部充电桩输出的直流储存为电能。一段时间后，控制单元再控制第二场效应管Q2和第四场效应管Q4关断，同时依然保持第一场效应管Q1和第三场效应管Q3关断(也可以让第一场效应管Q1和第三场效应管Q3导通)，此时，由于与第一桥臂连接的第一绕组，以及与第二桥臂连接的第二绕组，和第一场效应管Q1的体二极管、第三场效应管Q3的体二极管，共同构成了一个Boost升压电路，所以与第一桥臂连接的第一绕组，以及与第二桥臂连接的第二绕组上储存的电能，通过第一场效应管Q1和第三场效应管Q2各自的体二极管释放，从而实现对输入直流充电口的直流电的电压进行升压，使得外部充电桩的输出电压升高，满足动力电池V1的电压，达到为动力电池V1充电的目标。当然，如果控制单元控制第二场效应管Q2和第四场效应管Q4关断，同时控制第一场效应管Q1和第三场效应管Q3导通，那么与第一桥臂连接的第一绕组，以及与第二桥臂连接的第二绕组上储存的电能，将通过第一场效应管Q1和第三场效应管Q2释放，也可以实现对输入直流充电口的直流电的电压进行升压，使得外部充电桩的输出电压升高，满足动力电池V1的电压，达到为动力电池V1充电的目标。

控制单元控制第二场效应管Q2和第四场效应管Q4关断一段时间后，控制单元再次控制第二场效应管Q2和第四场效应管Q4导通，依然保持第一场效应管Q1和第三场效应管Q3关断(如果前次让第一场效应管Q1和第三场效应管Q3导通，则此时需要将其关断)，此时，与第一桥臂连接的第一绕组，以及与第二桥臂连接的第二绕组，再次将外部充电桩输出的直流储存为电能。同时，由于前次对动力电池V1充电时，电容C1也同时存储了电能，所以，在第二场效应管Q2和第四场效应管Q4再次导通期间，由电容C1为动力电池V1充电。上述过程重复进行，直至动力电池V1的电量达到满充。

由上所述，本发明的充电电路，巧妙的复用了驱动电机M原本的控制单元，仅增加了一个开关S3，而不再需要单独配备的升压电路，但依然实现了升压功能，控制逻辑简单，由于没有单独配备的升压电路和原本的直流快充电路，极大的减少了电动汽车中的大功率零部件，整个充电电路中元器件很少，电路线路简洁，极大的减少了空间占用率的同时，还极好的降低了电动汽车的成本。

基于上述电路结构，本发明实施例还提出一种充电电路的控制方法，所述控制方法应用于充电电路，充电电路包括：第一开关、驱动电机以及驱动电机控制单元，第一开关的一端与直流充电口零件，另一端与驱动电机的第三绕组连接。参照图3，示出了本发明实施例一种充电电路的控制方法的流程图，所述控制方法包括：

步骤301：在检测到直流充电口接入充电桩时，控制所述第一开关闭合。

本发明实施例中，控制单元一般为电动汽车的整车控制器VCU，当然也可以为其它可以产生并发送控制信号的设备。控制单元可以检测到直流充电口上是否接入外部充电桩。在检测到直流充电口接入外部充电桩时，控制单元控制第一开关闭合，从而使得直流充电口与驱动电机的第三绕组连接。

步骤302：所述第一开关闭合时，控制所述驱动电机控制单元中三个桥臂的场效应管导通或者断开，使得输入所述直流充电口的直流电，利用所述驱动电机中的绕组与所述驱动电机控制单元构成的升压电路升压后，流向动力电池，为所述动力电池充电。

本发明实施例中，驱动电机的绕组包括：第一绕组、第二绕组、第三绕组；驱动电机控制单元中三个桥臂包括：第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂；第一桥臂包括第一场效应管、第二场效应管；第二桥臂包括第三场效应管、第四场效应管；第三桥臂包括第五场效应管、第六场效应管。

在第一开关闭合时，控制单元控制第五场效应管和第六场效应管均关断，直流充电口与驱动电机的第三绕组连接的情况下，控制驱动电机控制单元中的第一桥臂中的场效应管，以及驱动电机控制单元中的第二桥臂的场效应管的导通或者断开，使得驱动电机中的第一绕组、第二绕组与驱动电机控制单元构成升压电路，包括：

步骤S1：控制第一场效应管和第三场效应管关断，并控制第二场效应管和第四场效应管持续导通第一预设时长；

步骤S2：在第一预设时长后，控制第二场效应管和第四场效应管持续关断第二预设时长，并在第二预设时长后，执行步骤：控制第二场效应管和第四场效应管持续导通第一预设时长。

本发明实施例中，在直流充电口接入外部充电桩的情况下，构成升压电路的原理，以及外部充电桩的输出电压通过升压电路升高电压后，为动力电池充电的原理，参见前述内容，不作赘述。

另外，基于上述充电电路，本发明实施例还提供一种电动汽车，所述电动汽车包括：动力电池，以及如上任一所述的充电电路。

通过上述实施例，本发明的充电电路，巧妙的复用了驱动电机M原本的控制回路，仅增加了一个开关S3，完全不需要单独配备升压电路，综合利用驱动电机M的绕组以及驱动电机控制单元中的桥臂，通过对桥臂的控制，即实现了升压功能。并且，由于没有升压电路和原本的直流快充电路，极大的减少了电动汽车中的大功率零部件，整个充电电路中元器件很少，电路线路简洁，极大的减少了空间占用率的同时，还极好的降低了电动汽车的成本。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明实施例所提供的技术方案，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种充电电路，其特征在于，所述充电电路包括：第一开关、驱动电机以及驱动电机控制单元；

所述第一开关的一端与直流充电口连接，另一端与所述驱动电机的第三绕组连接；

所述直流充电口输入的直流电，经闭合的所述第一开关流向所述第三绕组；

所述第三绕组流入的直流电，流向所述驱动电机的第一绕组、第二绕组；

所述第一绕组、所述第二绕组流入的直流电，经所述第一绕组、所述第二绕组以及所述驱动电机控制单元构成的升压电路升压后，流向动力电池，为所述动力电池充电。

2.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述驱动电机控制单元中的第一桥臂包括：第一场效应管、第二场效应管；所述驱动电机控制单元中的第二桥臂包括：第三场效应管、第四场效应管；

所述第一开关闭合时，且所述第二场效应管和所述第四场效应管关断时，所述第一绕组、所述第二绕组、所述第一场效应管和所述第三场效应管各自的体二极管，共同构成所述升压电路。

3.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述驱动电机控制单元中的第一桥臂包括：第一场效应管、第二场效应管；所述驱动电机控制单元中的第二桥臂包括：第三场效应管、第四场效应管；

所述第一开关闭合，且所述第二场效应管和所述第四场效应管关断、所述第一场效应管和所述第三场效应管导通时，所述第一绕组、所述第二绕组、所述第一场效应管以及所述第三场效应管共同构成所述升压电路。

4.根据权利要求2所述的充电电路，其特征在于，所述第一开关闭合，且所述第二场效应管和所述第四场效应管均导通时，所述第一绕组、所述第二绕组将输入所述直流充电口的直流电储存为电能，同时，所述驱动电机控制单元中的电容为所述动力电池充电；

所述第一开关闭合，且所述第二场效应管和所述第四场效应管均关断时，所述第一绕组、所述第二绕组储存的电能，通过所述第一场效应管和所述第三场效应管各自的体二极管释放，以实现对输入所述直流充电口的直流电的电压进行升压，进而为所述动力电池充电。

5.根据权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述第一开关闭合，且所述第二场效应管和所述第四场效应管均导通时，所述第一绕组、所述第二绕组将输入所述直流充电口的直流电储存为电能，同时，所述驱动电机控制单元中的电容为所述动力电池充电；

所述第一开关闭合，且所述第二场效应管和所述第四场效应管均关断时，所述第一绕组、所述第二绕组储存的电能，通过所述第一场效应管和所述第三场效应管释放，以实现对输入所述直流充电口的直流电的电压进行升压，进而为所述动力电池充电。

6.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述驱动电机控制单元中的第三桥臂包括：第五场效应管、第六场效应管；

所述第一开关闭合时，所述第五场效应管和所述第六场效应管均关断。

7.根据权利要求2所述的充电电路，其特征在于，所述驱动电机控制单元中的第三桥臂包括：第五场效应管、第六场效应管；

所述第一开关断开，且所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管、所述第四场效应管、所述第五场效应管、所述第六场效应管均导通时，所述动力电池为所述驱动电机提供电能。

8.一种充电电路的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于充电电路，所述充电电路包括：第一开关、驱动电机以及驱动电机控制单元，所述第一开关的一端与直流充电口零件，另一端与所述驱动电机的第三绕组连接；所述控制方法包括：

在检测到直流充电口接入充电桩时，控制所述第一开关闭合；

所述第一开关闭合时，控制所述驱动电机控制单元中三个桥臂的场效应管导通或者断开，使得输入所述直流充电口的直流电，利用所述驱动电机中的绕组与所述驱动电机控制单元构成的升压电路升压后，流向动力电池，为所述动力电池充电。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述绕组包括：第一绕组、第二绕组、第三绕组；所述驱动电机控制单元中三个桥臂包括：第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂；

所述第一开关闭合时，控制所述驱动电机控制单元中三个桥臂的场效应管导通或者断开，使得输入所述直流充电口的直流电，利用所述驱动电机中的绕组与所述驱动电机控制单元构成的升压电路升压后，流向动力电池，为所述动力电池充电，包括：

所述第一开关闭合时，控制所述第三桥臂的场效应管均关断，同时，控制所述第一桥臂、所述第二桥臂各自的场效应管导通或者断开，使得所述第一绕组、第二绕组以及所述驱动电机控制单元构成升压电路，输入所述直流充电口的直流电，从所述第三绕组流入，并利用所述升压电路升压后，流向动力电池，为所述动力电池充电。

10.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括：动力电池，以及如权利要求1-7任一所述的充电电路。

Images