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CN112217244A - 控制车辆电池的充电的系统和方法 - Google Patents

控制车辆电池的充电的系统和方法 Download PDF

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CN112217244A
CN112217244A CN202010078260.6A CN202010078260A CN112217244A CN 112217244 A CN112217244 A CN 112217244A CN 202010078260 A CN202010078260 A CN 202010078260A CN 112217244 A CN112217244 A CN 112217244A
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CN
China
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voltage battery
voltage
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low
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Application number
CN202010078260.6A
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李岱雨
车栽银
姜炳求
河泰宗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyundai Motor Co
Kia Corp
Original Assignee
Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Publication date
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Abstract

本公开涉及控制车辆电池的充电的系统和方法。一种控制车辆电池的充电的方法，包括：由控制单元确定高压电池和低压电池是以第一充电模式、第二充电模式还是第三充电模式充电；并且基于所确定的第一、第二或第三充电模式，通过控制第一全桥电路单元、第二全桥电路单元和低压直流(DC)转换器单元来对高压电池和低压电池中的至少一个充电。

Description

控制车辆电池的充电的系统和方法
技术领域
本公开涉及一种控制车辆电池的充电的系统和方法。
背景技术
本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，可能不构成现有技术。
一种对车辆电池充电的系统包括用于对车辆的高压电池充电的车载充电器(OBC)，并且包括用于使用高压电池的电力对低压电池充电的低压DC-DC转换器。因此，车辆电池的传统充电系统必须使用车载充电器和低压DC-DC转换器来驱动车辆。
同时，随着提高车辆燃料效率、降低制造成本以及进一步提高车辆的有限空间利用率的技术在车辆的所有技术领域中得到发展，也正在车辆电池的充电系统领域中积极进行上述技术发展研究。其中，为了提高车辆的燃料效率，降低制造成本，并进一步提高车辆的有限空间利用率，正在积极地进行用于减小车辆中包括车载充电器、低压DC-DC转换器等的电力元件和装置的尺寸的研究。
发明内容
本公开提供了一种控制车辆电池的充电的系统和方法，其能够通过集成车载充电器和低压DC-DC转换器来提高车辆的燃料效率、降低制造成本并进一步提高车辆的有限空间利用率。
根据本公开的一种形式，一种控制安装有高压电池和低压电池的车辆的车辆电池的充电的系统包括：第一全桥电路单元，其被配置为将外部输入的直流(DC)电力转换成交流(AC)电力，并且被配置为输出AC电力；第二全桥电路单元，其被配置为：将从第一全桥电路单元输出的AC电力转换成DC电力，以对高压电池充电，或者将从高压电池输入的DC电力转换成AC电力，以输出AC电力；低压DC转换器单元，包括：整流单元，其被配置为对由第一全桥电路单元或第二全桥电路单元输出的AC电力进行整流；平滑单元，其被配置为平滑从整流单元输出的电力；以及电压转换单元，其被配置为转换从平滑单元输出的电压，以对低压电池充电；以及控制单元，其被配置为基于高压电池和低压电池的充电模式来控制第一全桥电路单元、第二全桥电路单元和低压DC转换器单元。
在另一种形式中，控制车辆电池充电的系统可以还包括：变压器，其被配置为：转换经由变压器的输入端从第一全桥电路单元接收的AC电力；经由变压器的第一输出端输出转换后的AC电力，以便对高压电池充电；并且经由变压器的第二输出端输出转换后的AC电力，以便对低压电池充电。具体地，所述第一全桥电路单元包括第一开关元件至第四开关元件，并且所述第二全桥电路单元包括第五开关元件至第八开关元件和第一电容器。
在另一种形式中，整流单元可以是全波整流电路，其被配置为对从第二输出端接收的AC电力进行全波整流，并且包括连接到第二输出端并且彼此并联的第一二极管和第二二极管。所述平滑单元可以位于整流单元和电压转换单元之间，并且包括：第二电容器以及与第二电容器串联的第九开关元件。在一种形式中，所述平滑单元可以平滑通过整流单元全波整流的电压，并且所述电压转换单元可以包括：与低压电池串联的第十开关元件、与第十开关元件串联的电感器、与第十开关元件并联的第三电容器以及与第三电容器并联的第三二极管。
控制单元可以基于第一充电模式、第二充电模式以及第三充电模式来控制所述第一至第十开关元件，在第一充电模式中，高压电池和低压电池通过从外部输入的外部电力同时充电，在第二充电模式中，只有高压电池通过输入的外部电力充电，在第三充电模式中，低压电池通过从高压电池输入的电力充电。
在第一充电模式中，控制单元可以控制第一至第八开关元件的开关频率，激活第一至第八开关元件，以对高压电池充电，并且可以通过接通第九开关元件以平滑由整流单元通过第二电容器全波整流的电压并且控制第十开关元件的开关频率改变平滑的电压，来对低压电池充电。
在第二充电模式中，控制单元可以控制第一开关元件至第八开关元件的开关频率，激活第一至第八开关元件，以对高压电池充电，并且可以断开第九开关元件和第十开关元件。
在第三充电模式中，控制单元可以去激活第一开关元件至第四开关元件，控制第五开关元件至第八开关元件的开关频率，将从高压电池输入的DC电力转换成AC电力，将AC电力输出到第二输出端，并且可以通过断开第九开关元件并接通第十开关元件，允许由从高压电池输入的电力对低压电池进行充电。
根据本公开的另一种形式，一种使用控制车辆电池的充电的系统控制车辆电池的充电的方法包括：由控制单元确定高压电池和低压电池是以第一充电模式、第二充电模式还是第三充电模式充电；并且基于所确定的第一、第二或第三充电模式，通过控制第一全桥电路单元、第二全桥电路单元和低压DC转换器单元来对高压电池和低压电池中的至少一个充电。
当确定模式是第一充电模式时，控制单元可以控制第一开关元件至第八开关元件的开关频率，激活第一开关元件至第八开关元件，以对高压电池充电，并且可以通过接通第九开关元件以平滑由整流单元通过第二电容器全波整流的电压，并且控制第十开关元件的开关频率以改变平滑的电压，来对低压电池充电。
当确定模式是第二充电模式时，控制单元可以控制第一开关元件至第八开关元件的开关频率，激活第一开关元件至第八开关元件，以对高压电池充电，并且可以断开第九开关元件和第十开关元件。
当确定模式是第三充电模式时，控制单元可以去激活第一开关元件至第四开关元件，控制第五开关元件至第八开关元件的开关频率，将从高压电池输入的DC电力转换成AC电力，将AC电力输出到第二输出端，并且可以通过断开第九开关元件并接通第十开关元件，用从高压电池输入的电力对低压电池充电。
从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。应该理解的是，描述和具体示例仅仅是为了说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
为了更好地理解本公开，现在将参考附图，以示例的方式描述其各种形式，其中：
图1是示出控制车辆电池的充电的系统的电路图的示图；
图2是示出控制车辆电池的充电的系统中第一充电模式下的电路操作的示图；
图3是示出控制车辆电池的充电的系统中第二充电模式下的电路操作的示图；
图4是示出控制车辆电池的充电的系统中第三充电模式下的电路操作的示图；以及
图5是示出控制车辆电池充电的方法的流程图。
本文描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。
在下文中，将参考附图描述根据本公开的示例性形式的控制车辆电池的充电的系统和方法。
图1是示出根据本公开的示例性形式的控制车辆电池的充电的系统的电路图的示图，图2是示出在根据本公开的示例性形式的控制车辆电池的充电的系统中第一充电模式下的电路操作的示图，图3是示出在根据本公开的示例性形式的控制车辆电池的充电的系统中第二充电模式下的电路操作的示图，以及图4是示出在根据本公开的示例性形式的控制车辆电池的充电的系统中第三充电模式下的电路操作的示图。
参考图1，根据本公开的示例性形式的控制车辆电池的充电的系统可以包括：第一全桥电路单元100、第二全桥电路单元300、低压直流(DC)转换器单元400和控制单元500。此外，控制车辆电池的充电的系统还可以包括：变压器200；整流电路单元800，其从外部电源10供应有交流(AC)电力，以整流AC电力；以及电力因数提高电路单元900，其提高由整流电路单元800整流的电力的电力因数并将提高的电力因数传送到第一全桥电路单元100。
具体地，第一全桥电路单元100可以将从外部输入的直流(DC)电力转换成AC电力并输出该AC电力。根据示例性形式，第一全桥电路单元100可以包括：第一开关元件110、第二开关元件120、第三开关元件130和第四开关元件140。此外，第一全桥电路单元100可以将从电力因数提高电路单元900传输的DC电力转换成AC电力并输出AC电力。根据示例性形式，开关元件可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，但不限于此。
具体地，第一全桥电路单元100中包括的第一开关元件110、第二开关元件120、第三开关元件130和第四开关元件140的开关频率可以由稍后将描述的控制单元700控制。即，控制单元700可以通过控制第一开关元件110、第二开关元件120、第三开关元件130和第四开关元件140的开关频率，将从电力因数提高电路单元900传输的DC电力转换成AC电力并输出AC电力。
变压器200可以包括：输入端210，从第一全桥电路单元100输出的AC电力输入到该输入端；第一输出端220，用于输出输入到输入端210并被转换的AC电力并对高压电池500充电；以及第二输出端230，用于将输入到输入端210并被转换的AC电力输出到低压电池600并对低压电池充电。
同时，在控制安装有高压电池和低压电池的车辆电池的充电的传统系统中，由于车载充电器的变压器和低压DC-DC转换器的变压器分开存在，所以存在系统尺寸增大、重量增加并且没有有效利用车辆有限空间的问题。为了解决这样的问题，根据本公开的变压器200是通过集成车载充电器的变压器和低压DC-DC转换器的变压器而形成的变压器，并且可以通过第一输出端220输出从第一全桥电路单元100输出的输入到输入端210的AC电力，以对高压电池500充电，并且通过第二输出端230输出AC电力，以给低压电池600充电，从而减小系统的整体尺寸，提高车辆的空间利用率，并且由于整体重量的减小而提高车辆的燃料效率。
第二全桥电路单元300可以将从第一全桥电路单元100输出的AC电力转换成DC电力，以对高压电池500充电，或者将从高压电池500输入的DC电力转换成AC电力，以输出AC电力。根据示例性形式，第二全桥电路单元300可以包括第五开关元件310、第六开关元件320、第七开关元件330、第八开关元件340和第一电容器350。此外，第二全桥电路单元300可以将从变压器200的第一输出端220输出的AC电力转换成DC电力，以向高压电池500输出DC电力，或者将从高压电池500输入的DC电力转换成AC电力，以通过第一输出端220输出AC电力。
同时，包括在第二全桥电路单元300中的第五开关元件310、第六开关元件320、第七开关元件330和第八开关元件340的开关频率可以由稍后描述的控制单元700控制。即，控制单元700可以通过控制第五开关元件310、第六开关元件320、第七开关元件330和第八开关元件340的开关频率，将从高压电池500输入的DC电力转换成AC电力，并将AC电力输出到第一输出端220，并且输出电力可以通过第二输出端230输出到低压电池600。
此外，从第一输出端220输出的AC电力可以通过与高压电池500并联的第一电容器350平滑成DC电力，以对高压电池500充电。
低压DC转换器单元400可以包括：整流单元410，用于整流由第一全桥电路单元100或第二全桥电路单元300输出的AC电力；平滑单元420，用于平滑从整流单元410输出的电力；以及电压转换单元430，用于转换从平滑单元420输出的电压，以对低压电池600充电。
具体地，参考图1，整流单元410可以包括连接到第二输出端230并且彼此并联的第一二极管411和第二二极管412。此外，整流单元410可以是全波整流电路，用于全波整流从第二输出端230输出的AC电力。
在一种形式中，平滑单元420可以位于整流单元410和电压转换单元430之间。此外，平滑单元420包括第二电容器421以及与第二电容器421串联的第九开关元件422，并且用于平滑通过整流单元410全波整流的电压。
在一种形式中，平滑单元420位于整流单元410和电压转换单元430之间，以通过在从第二输出端230输出的并且全波整流的电力传送到电压转换单元430之前，平滑全波整流的电力，来在控制电压转换单元430中用于降压驱动的第十开关元件431的开关频率时，抑制或防止第十开关元件431的开关频率受到控制第一全桥电路单元100中包括的开关元件的开关频率的影响。
当假设控制单元700以100kHz的开关频率控制包括在第一全桥电路单元100中的开关元件时，通过整流单元410全波整流的电力具有200kHz的开关频率。在这种情况下，如果平滑单元420将通过整流单元410全波整流的电力传输到电压转换单元430而不进行平滑，则电压转换单元430中包括的第十开关元件431需要以200kHz的开关频率来控制。结果，存在一个问题，即，大负载施加到相应的元件上，并且可能损坏相应的元件。根据本公开的一种形式，为了解决上述问题，通过整流单元410全波整流的电力被平滑单元420平滑，然后传送到电压转换单元430，使得电压转换单元430有效地控制第十开关元件431的开关频率，而不管包括在第一全桥电路单元100中的开关元件的开关频率的控制，从而使得可以转换电压以对低压电池600充电。
电压转换单元430可以包括与低压电池600串联的第十开关元件431、与第十开关元件431串联的电感器432、与第十开关元件并联的第三电容器433以及与第三电容器433并联的第三二极管434。电压转换单元430是通用降压转换器，并且通过第十开关元件431的控制将通过平滑单元420平滑的DC电力转换成AC电力，然后通过电感器432和第三电容器433平滑AC电力，从而对低压电池600充电。如上所述，电压转换单元430是众所周知的降压转换器，并且由于在电压转换器430中转换电压是众所周知的技术，因此将省略其详细描述。
控制单元700可以根据高压电池500和低压电池600的充电模式来控制第一全桥电路单元100、第二全桥电路单元300和低压DC转换器单元400。具体地，控制单元700用于根据高压电池500和低压电池600的充电模式来控制包括在第一全桥电路单元100、第二全桥电路单元300和低压DC转换器单元400中的第一开关元件到第十开关元件的开关频率。
在下文中，将参考图2至图4详细描述根据本公开的示例性形式的控制车辆电池充电的系统中在第一充电模式、第二充电模式和第三充电模式下的电路操作。
在此处，第一充电模式是高压电池500和低压电池600通过从外部输入的电力同时充电的模式，第二充电模式是只有高压电池500通过从外部输入的电力充电的模式，第三充电模式是低压电池600通过从高压电池500输入的电力充电的模式。
控制单元700可以根据第一充电模式、第二充电模式和第三充电模式来控制第一开关元件至第十开关元件110、120、130、140、310、320、330、340、422和431。
参考图2，在第一充电模式中，控制单元700可以控制第一开关元件至第八开关元件110、120、130、140、310、320、330和340的开关频率，以激活第一开关元件至第八开关元件110、120、130、140、310、320、330和340，从而对高压电池500充电。此外，控制单元700可以通过接通第九开关元件422，以平滑由整流单元410通过第二电容器421全波整流的电压，并且控制第十开关元件431的开关频率，以改变由平滑单元420平滑的电压，来对低压电池600充电。
参考图3，在第二充电模式中，控制单元700可以控制第一开关元件至第八开关元件110、120、130、140、310、320、330和340的开关频率，以激活第一开关元件至第八开关元件110、120、130、140、310、320、330和340，来对高压电池充电。在这种情况下，控制单元700可以通过断开第九开关元件422和第十开关元件431来仅允许高压电池500充电。
参考图4，在第三充电模式中，控制单元700可以去激活第一开关元件至第四开关元件110、120、130和140，控制第五开关元件至第八开关元件310、320、330和340的开关频率，将从高压电池500输入的DC电力转换成AC电力，并将AC电力输出到第二输出端230。在这种情况下，控制单元700可以通过断开第九开关元件422并接通第十开关元件431，来允许低压电池600由从高压电池500输入的电力充电。
同时，根据本公开的示例性形式的控制单元可以通过非易失性存储器(未示出)和处理器(未示出)来实现，所述非易失性存储器被配置为存储算法，所述算法被配置为控制车辆的各种部件的操作或者与再现算法的软件指令相关的数据，所述处理器被配置为使用存储在存储器中的数据来执行下面描述的操作。在本文中，存储器和处理器可以实现为独立的芯片。或者，存储器和处理器可以实现为彼此集成的单个芯片。处理器可以采取一个或多个处理器的形式。
同时，图5是示出根据本公开的示例性形式的控制车辆电池的充电的方法的流程图的示图。参考图5，根据本公开的示例性形式的控制车辆电池的充电的方法可以包括：由控制单元确定高压电池和低压电池充电的模式是第一充电模式、第二充电模式还是第三充电模式的操作；以及通过根据所确定的充电模式控制第一全桥电路单元、第二全桥电路单元和低压DC转换器单元来对高压电池和低压电池中的至少一个充电的操作。
具体地，当确定模式是第一充电模式时，控制单元可以控制第一开关元件至第八开关元件的开关频率，以激活第一开关元件至第八开关元件，来对高压电池充电，并且可以通过接通第九元件以平滑由整流单元通过第二电容器全波整流的电压并且控制第十元件的开关频率以改变平滑的电压，来对低压电池充电。
另外，当确定模式是第二充电模式时，控制单元可以控制第一开关元件至第八开关元件的开关频率，以激活第一开关元件至第八开关元件，来对高压电池充电，并且可以通过断开第九开关元件和第十开关元件，来仅允许对高压电池充电。
此外，当确定模式是第三充电模式时，控制单元可以去激活第一开关元件至第四开关元件，控制第五开关元件至第八开关元件的开关频率，将从高压电池输入的DC电力转换成AC电力，并将AC电力输出到第二输出端，并且可以通过断开第九开关元件并接通第十开关元件，来允许低压电池由从高压电池输入的电力充电。
根据本公开的示例性形式，通过集成车载充电器和低压DC-DC转换器，可以提高车辆的燃料效率，降低制造成本，并且可以进一步提高车辆的有限空间利用率。
尽管已经针对特定形式示出和描述了本公开，但是对于本领域普通技术人员来说，显而易见的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行各种修改和改变。

Claims (11)

1.一种控制车辆的高压电池和低压电池的系统，所述系统包括：
第一全桥电路单元，被配置为将外部输入的直流电力转换成交流电力，并且被配置为输出交流电力；
第二全桥电路单元，被配置为：
将从所述第一全桥电路单元输出的交流电力转换成直流电力，以对所述高压电池充电，或者
将从所述高压电池输入的直流电力转换成交流电力，以输出交流电力；
低压直流转换器单元，包括：
整流单元，被配置为对由所述第一全桥电路单元或所述第二全桥电路单元输出的交流电力进行整流，
平滑单元，被配置为平滑从所述整流单元输出的电力，以及
电压转换单元，被配置为转换从所述平滑单元输出的电压，以对所述低压电池充电；以及
控制单元，被配置为基于所述高压电池和所述低压电池的充电模式来控制所述第一全桥电路单元、所述第二全桥电路单元和所述低压直流转换器单元。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括：
变压器，被配置为：
转换经由所述变压器的输入端从所述第一全桥电路单元接收的交流电力，
经由所述变压器的第一输出端输出转换后的交流电力，以对所述高压电池充电，并且
经由所述变压器的第二输出端输出转换后的交流电力，以对所述低压电池充电，
其中，所述第一全桥电路单元包括第一开关元件至第四开关元件，并且
所述第二全桥电路单元包括第五开关元件至第八开关元件和第一电容器。
3.根据权利要求2所述的系统，其中：
所述整流单元是全波整流电路，其被配置为对从所述第二输出端接收的交流电力进行全波整流，并且包括连接到所述第二输出端并且彼此并联的第一二极管和第二二极管，
所述平滑单元位于所述整流单元和所述电压转换单元之间，并且包括：第二电容器以及与所述第二电容器串联的第九开关元件，其中，所述平滑单元被配置为平滑通过所述整流单元全波整流的电压，并且
所述电压转换单元包括：与所述低压电池串联的第十开关元件、与所述第十开关元件串联的电感器、与所述第十开关元件并联的第三电容器以及与所述第三电容器并联的第三二极管。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制单元被配置为基于第一充电模式、第二充电模式和第三充电模式来控制第一开关元件至第十开关元件，在所述第一充电模式中，所述高压电池和所述低压电池通过输入的外部电力同时充电，在所述第二充电模式中，只有所述高压电池通过输入的外部电力充电，在所述第三充电模式中，所述低压电池通过从所述高压电池输入的电力充电。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，在第一充电模式中，所述控制单元被配置为：
控制第一开关元件至第八开关元件的开关频率，
激活第一开关元件至第八开关元件，以对所述高压电池充电，并且
通过接通所述第九开关元件以平滑由所述整流单元通过所述第二电容器全波整流的电压并且控制第十开关元件的开关频率以改变平滑的电压，来对所述低压电池充电。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，在第二充电模式中，所述控制单元被配置为：
控制第一开关元件至第八开关元件的开关频率，
激活第一开关元件至第八开关元件，以对所述高压电池充电，并且
断开所述第九开关元件和所述第十开关元件。
7.根据权利要求4所述的系统，其中，在第三充电模式中，所述控制单元被配置为：
去激活第一开关元件至第四开关元件，
控制第五开关元件至第八开关元件的开关频率，
将从高压电池输入的直流电力转换成交流电力，
将交流电力输出到所述第二输出端，并且
通过断开所述第九开关元件并接通所述第十开关元件，允许所述低压电池由从高压电池输入的电力充电。
8.一种控制车辆电池的充电的方法，所述方法包括：
由控制单元确定高压电池和低压电池是以第一充电模式、第二充电模式还是第三充电模式充电；并且
基于所确定的第一充电模式、第二充电模式或第三充电模式，通过控制第一全桥电路单元、第二全桥电路单元和低压直流转换器单元来对高压电池和低压电池中的至少一个充电。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法还包括：当确定所述第一充电模式时，
由所述控制单元控制第一开关元件至第八开关元件的开关频率；
由所述控制单元激活第一开关元件至第八开关元件，以对所述高压电池充电；并且
通过接通第九开关元件以平滑由整流单元通过第二电容器全波整流的电压并且控制第十开关元件的开关频率以改变平滑的电压，来对所述低压电池充电。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法还包括：当确定所述第二充电模式时，
由控制单元控制第一开关元件至第八开关元件的开关频率，
激活第一开关元件至第八开关元件，以对所述高压电池充电，并且
断开第九开关元件和第十开关元件。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法还包括：当确定第三充电模式时，
由所述控制单元去激活第一开关元件至第四开关元件，
控制第五开关元件至第八开关元件的开关频率，
将从所述高压电池输入的直流电力转换成交流电力，
将交流电力输出到第二输出端，并且
通过断开第九开关元件并接通第十开关元件，用从所述高压电池输入的电力对所述低压电池充电。
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