一种车载充电系统及其加热控制方法与流程

1.本发明涉及电动汽车充放电技术领域，特别是一种车载充电系统及其加热控制方法。


背景技术：

2.随着电动汽车的商业化应用的规模逐渐增大，电动汽车的车载电池加热问题逐步成为关注重点。车载充电机的主要作用是将电网的能量转化为电动汽车车载电池的储能，除此之外，在低温环境下，车载充电机也可以将电网的交流电直接转化为直流电供电动汽车上的加热器给电池加热。
3.由于车载充电机本身包含功率因数校正单元(pfc)和谐振调压输出单元(llc)两级电路架构，存在动态加载响应慢的问题。在充电模式下，车载充电机的负载为车载电池，电压可视为恒定，电路受电池控制，动态加载响应慢的问题并不凸显。而在加热模式下，加热器等效为电阻负载，车载充电机动态响应慢的问题可能会影响车辆加热模式的控制。严重情况下可能导致车辆无法通过车载充电机对车载电池加热，从而导致车辆低温时无法启动，影响用户的正常使用。
4.除开加热模式和充电模式负载特性的差异，在低温下，车载充电内部的电解电容低温下容值会进一步衰减，这也对车载obc在加热模式下与车辆其它控制器的时序配合提出了更严峻的挑战。


技术实现要素：

5.针对现有技术中，低温环境下车载充电系统存在的问题，本发明提出了一种车载充电系统及其加热控制方法。
6.本发明的技术方案为，提出了一种车载充电系统的加热控制方法，所述车载充电系统包括车载电池、为所述车载电池充电的车载充电机、与所述车载充电机连接的加热单元和直流转换单元，包括：
7.预先设定所述车载充电机输出的第一指令电流和第二指令电流；
8.在所述车载充电系统进入加热模式时，控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第一指令电流，并分别对所述直流转换单元以及所述车载电池充电；
9.在所述车载充电机的输出电流达到所述第一指令电流时，控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第二指令电流，以抬升所述车载充电机的输出电压；
10.在所述车载充电机的输出电压上升至指令电压时，通过所述车载充电机为所述加热单元供电，以保证所述车载充电系统正常工作于加热模式；
11.其中，所述第一指令电流小于所述第二指令电流。
12.进一步，所述控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第一指令电流，包括：
13.设定所述车载充电机的输出电流随时间上升的斜率为第一斜率，并基于所述第一斜率控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第一指令电流。
14.进一步，所述控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第二指令电流，包括：
15.设定所述车载充电机的输出电流随时间上升的斜率为第二斜率，并基于所述第二斜率控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第二指令电流。
16.进一步，所述第二斜率大于或等于所述第一斜率。
17.进一步，所述车载充电系统还包括串联在所述车载充电机与所述车载电池之间的切换开关，所述切换开关用于在所述车载充电机的输出电流开始上升或在所述车载充电机的输出电流达到所述第一指令电流时断开。
18.进一步，在所述车载充电机的输出电流达到所述第一指令电流之后、以及控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第二指令电流之前，所述加热控制方法还包括：
19.检测所述车载充电机的温度是否达到阈值温度；
20.若是，则控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第二指令电流；
21.若否，则维持所述车载充电机的输出电流于所述第一指令电流。
22.进一步，所述第一指令电流小于使所述车载电池在低温下析锂的阈值电流。
23.本发明还提出了一种车载充电系统，包括车载电池、为所述车载电池充电的车载充电机、与所述车载充电机连接的加热单元和直流转换单元，所述车载充电系统采用上述加热控制方法。
24.进一步的，所述车载充电系统包括充电模式和加热模式，所述车载充电系统仅在所述加热模式时采用所述加热控制方法。
25.与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
26.本发明提出了一种车载充电系统的加热控制方法，通过为车载充电机设定第一指令电流，实现了对车载充电机内部受温度影响的电容元器件的自加热，减小了低温环境对车载充电机的影响，同时在车载充电机的输出电压达到指令电压为加热单元供电，保证车载充电系统的正常使用。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明车载充电系统整体的结构示意图；
29.图2为传统加热控制方式的控制时序图；
30.图3为本发明提出的加热控制方法的控制时序图；
31.图4为本发明另一实施例下的加热控制方法的控制时序图；
32.图5为本发明又一实施例下的加热控制方法的控制时序图；
33.图6为本发明加热控制方法的具体控制逻辑图；
34.图7为本发明加热控制方法的整体流程图。
具体实施方式
35.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结
合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
36.由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
37.下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。
38.由于车载充电机本身包含功率因数校正单元(pfc)和谐振调压输出单元(llc)两级电路架构，存在动态加载响应慢的问题。在充电模式下，车载充电机的负载为车载电池，电压可视为恒定，电路受电池控制，动态加载响应慢的问题并不凸显。而在加热模式下，加热器等效为电阻负载，车载充电机动态响应慢的问题可能会影响车辆加热模式的控制。严重情况下可能导致车辆无法通过车载充电机对车载电池加热，从而导致车辆无法启动，影响用户的正常使用。
39.本发明的思路在于，提出一种车载充电系统的控制方法，通过在车载充电机正常供电之前，为其设定一个较小的第一指令电流，通过该第一指令电流进行供电，在该过程中实现车载充电机内电容元器件的自加热，从而减小低温环境对车载充电机的影响。
40.请参见图1，本发明提出的车载充电系统由obc、bat、ptc、dcdc等四个部分组成，其中，obc为车载充电机、bat为车载电池、ptc为加热单元，dcdc为直流转换单元。加热单元的能量可以由车载充电机或者车载电池提供，用于在加热模式中为车载电池加热，直流转换单元用于将车载充电机或车载电池上的电能转换，并对车辆上的控制器进行供电使用。
41.具体的，车载充电机与车载电池连接，并可为车载电池充电，同时加热单元和直流转换单元的一端均连接到车载充电机与车载电池之间，使得车载充电机也可同时为加热单元和直流转换单元供电。
42.进一步的，在车载充电机与车载电池之间还串联有一切换开关，通过该切换开关可以直接控制车载充电机与车载电池之间供电的通断状态。其中，切换开关可以采用两个继电器组成，如图1中的继电器k1和继电器k2。
43.请参见图2，在传统的加热控制方法中，在t0时刻，车载充电机接收到指令后开机，由于低温下车载电池大电流充电会产生析锂问题，此时不允许车载充电机输出，在t0-t1阶段，车载充电机的指令电流和实际电流均为0a，需要说明的是，为了保证车载充电机处于开机状态，给车载充电机的指令电压要高于车载电池的实际电压，该阶段中给车载充电机的指令电压为360v。
44.在t1时刻，车辆控制器切断继电器k1和继电器k2，由于此时车载充电机与车载电池的高压连接已经切断，此时给车载充电机的指令电流需要立即放开，该方案中指令电流开放到20a，以保证车载充电机能够维持在指令工作。
45.在实际应用中，由于以下两个应用因素的影响，车载充电机的响应会滞后于电流指令。
46.1、车载充电机固有的动态慢特性，以及低温下车载充电机本身内部的电容温度低会进一步恶化车载充电机的动态特性。
47.2、在继电器断开后，高压负载所消耗的能量由车载充电机提供，但电流放开指令必定滞后于继电器的断开指令。在切换瞬间，高压负载上的电能消耗必然大于电能供给。
48.请参见图2，这两个实际因素会导致切换过程中车载充电机的输出电压持续跌落，车载充电机的输出电压在t1时刻至t2时刻过程中，始终处于低于指令电压的震荡状态。此震荡时间的长短与高压负载、车载充电机的动态能力，及车载充电机内部的电容等因素相关。在t2时刻，震荡结束，车载充电机给整车上的用电负载(此时主要是dcdc)提供能量，并在t2时刻和t3时刻之间逐步抬升输出电压。在t3时刻，车载充电机的输出电压到达指令电压，此时加热单元开始加载，逐渐到达指令加热功率，实现给车载电池加热的功能。
49.震荡区间的危害主要有：1)长时间处于震荡状态，车辆判定车载充电机迟迟没有到达给定电压，可能会判定车载充电机进入加热模式失败；
50.2)长时间处于震荡状态使得车载充电机及车辆其它控制器都处于非正常工作区间，严重的情况可能造成车辆零部件失效。
51.针对上述问题，本发明提出了一种车载充电系统的加热控制方法，其包括以下步骤：
52.预先设定车载充电机输出的第一指令电流和第二指令电流；
53.在车载充电系统进入加热模式时，控制车载充电机的输出电流上升至第一指令电流，并分别对直流转换单元以及车载电池充电；
54.在车载充电机的输出电流达到第一指令电流时，控制车载充电机的输出电流上升至第二指令电流，以抬升车载充电机的输出电压；
55.在车载充电机的输出电压上升至指令电压时，通过车载充电机为加热单元供电，以保证车载充电系统正常工作于加热模式；
56.其中，第一指令电流小于第二指令电流。
57.请参见图3，其为该控制方法下的控制时序图，其中t0时刻为车载充电系统进入加热模式的时刻，此时车辆控制器允许车载充电机开机工作，并控制车载充电机的输出电流上升至第一指令电流。这里第一指令电流为5a，“obc指令输出电流(实线)”为车辆控制器为车载充电机设定的指令电流，在t0时刻控制该指令电流为第一指令电流，“obc实际输出电流(虚线)”为车载充电机输出电流的实际曲线，此时车载充电机的输出电流上升至第一指令电流。
58.该第一指令电流小于使车载电池在低温下析锂的阈值电流，考虑到此时直流转换单元等车辆用电器此时的用电消耗，车载充电机输出的5a电流一部分供车辆的用电器使用，一小部分为车载电池充电。由于第一指令电流小于使车载电池在低温下析锂的电流，此时并不会出现析锂现象，反而实现了对车载充电机内部受温度影响的元器件的自加热，减小了低温环境对车载充电机的影响。
59.在t1时刻，车辆控制器断开切换开关，即断开继电器k1和继电器k2，此时直流转换单元的用电由车载充电机供给，由于在上一阶段中已经设置有第一指令电流，因此在t1时刻车载充电机具有输出能力，在切换开关断开后，仍然能保持当前的输出电压输出。因此，后一阶段中可以设定车载充电机的输出电流为第二指令电流，由于不再受到车载电池的钳位，此时车载充电机能够爬升到指令电压，即t1到t3时间段，车载充电机的输出电压从300v上升至380v，在t3时刻，车载充电机已经达到指令电压，加热单元开始正常加载工作，并为
车载电池加热，此时车载充电机也有足够维持输出的能力。
60.在t0时刻时，车载充电机的温度为temp1，低温时车载充电机内部的电解电容的内阻特性更差，因此车载充电机的动态响应能力更差，会导致震荡时间加剧。因此，在车载充电机的输出电流达到第一指令电流之后、以及控制车载充电机的输出电流上升至第二指令电流之前，该加热控制方法还包括：
61.检测车载充电机的温度是否达到阈值温度；
62.若是，则控制车载充电机的输出电流上升至第二指令电流；
63.若否，则维持车载充电机的输出电流于第一指令电流。
64.如图3中，t0-t1阶段，即为车载充电机自身温度上升的过程，该过程中车载充电机处于自加热状态，需要维持车载充电机的输出电流于第一指令电流，车载充电机的温度上升，在车载充电机的温度上升至temp2，也即车载充电机的温度达到阈值温度时，车载充电机的态情况得到改善，此时车载充电机加热准备状态标志从0跳转为1，车载充电机满足加热条件，此时控制车载充电机的输出电流上升至第二指令电流，以用于为加热单元供电。
65.请参见图4及图5，在本发明其他实施例中，可以设定车载充电机的输出电流以指令斜坡缓慢上升到第二指令电流，斜坡缓慢给定相较于突然给定而言(图3实施方式为突然给定，车载充电机的输出电流直接上升至第一指令电流)，可以让车载充电机的输出电压和电流环路调节步进缩小，因而避免了调节步进过大引起的在t0时刻至t2时刻的反复震荡。
66.针对斜坡给定的方式，本发明中所指出的“控制车载充电机的输出电流上升至第一指令电流”，包括：
67.设定车载充电机的输出电流随时间上升的斜率为第一斜率，并维持第一斜率至车载充电机的输出电流达到第一指令电流。
[0068]“控制车载充电机的输出电流上升至第二指令电流”，包括：
[0069]
设定车载充电机的输出电流随时间上升的斜率为第二斜率，并维持第二斜率至车载充电机的输出电流达到第二指令电流。
[0070]
其中，第二斜率可以设定为大于或等于第一斜率。
[0071]
请参见图4，其为第一斜率和第二斜率相等的实施例，这里“车辆给obc指令输出电流(实线)”为车辆的控制器给定的电流，“obc指令输出电流(灰色虚线)”为车载充电机对其输出电流的控制曲线，“obc实际输出电流(黑色虚线)”为车载充电机的实际输出电流曲线。t0-t1阶段为上升至第一指令电流的阶段，t1-t2阶段为从第一指令电流上升至第二指令电流的阶段(这里主要参考灰色虚线)。
[0072]
值得注意的是t0时刻至t1时刻车载充电机的输出电压仍然会有短时间的跌落，其产生的原因仍然是t0时刻断开切换开关后，高压线上的用电器由车载充电机输出来供给能量。车载充电机的输出电流从0a调节到5a(第一指令电流)仍然需要一定时间，t0时刻至t1时刻，高压线上的电容维持给用电器供给能量，电压会短时间的跌落。到t1时刻，车载充电机的输出电流能力调节完成，高压线上的用电器由车载充电机供给能量，同时在电压控制环路作用下，车载充电机的输出电压逐渐上升到可为加热单元供电的指令电压(360v)。
[0073]
相较于图3所示的实施例，因车载充电机的固有动态能力响应问题，车载充电机的输出电压仍然存在跌落。但是由于车载充电机器的指令电流优化为斜坡给定的方式，输出电压不会反复震荡，从而避免了进入加热模式失败，影响客户体验的问题发生。
[0074]
请参见图5，其为第二斜率大于第一斜率的实施例，这里“车辆给obc指令输出电流(实线)”为车辆的控制器给定的电流，“obc指令输出电流(灰色虚线)”为车载充电机对其输出电流的控制曲线，“obc实际输出电流(黑色虚线)”为车载充电机的实际输出电流曲线。t0-t1阶段为上升至第一指令电流的阶段，t1-t2阶段为从第一指令电流上升至第二指令电流的阶段(这里主要参考灰色虚线)。
[0075]
相比于图4实施例，该实施例中设定t0-t1阶段和t1-t2阶段分段不同斜率斜坡给定的方式，整体上保证车载充电机的输出电压动态响应更优。实际分段斜坡给定的斜率设定，可以依据车载充电机本身的参数设计和车辆高压线电容，车辆在此工况下的用电器负载来做系统优化设置。
[0076]
请参见图6，其为本发明整体的工作流程图，在车载充电机开机，并准备加热时，由于此时车载充电机未达到阈值温度，此时先将加热模式准备标志位置0，设置车载充电机的输出电流为第一指令电流(5a)，并在车载充电机的温度达到阈值温度(temp2)时，将加热模式准备标志位置1，并控制切换开关(继电器k1和继电器k2)断开，将车载充电机的输出电流设置为第二指令电流(20a)，然后判断车载充电机是否达到指令电压，在达到指令电压后，通过车载充电机为加热单元供电，加热单元开始为车载电池加热。
[0077]
本发明还提出了一种车载充电系统，包括车载电池、为所述车载电池充电的车载充电机、与所述车载充电机连接的加热单元和直流转换单元，其中，该车载充电系统采用上述加热控制方法。
[0078]
进一步的，车载充电系统包括充电模式和加热模式，车载充电系统仅在加热模式时采用加热控制方法。
[0079]
图7示例性示出了一种加热控制方法的流程图，如图7所示，该加热控制方法可包括但不限于下述步骤：
[0080]
s101、预先设定车载充电机输出的第一指令电流和第二指令电流。
[0081]
具体的，第一指令电流小于使车载电池在低温下析锂的阈值电流，能够避免低温充电下析锂的问题，同时还能再车载充电机内部实现自加热，减小低温环境对车载充电机的影响。第二指令电流大于第一指令电流，可以设置为使车载充电机正常为加热单元供电时的电流。
[0082]
s102、在车载充电系统进入加热模式时，控制车载充电机的输出电流上升至第一指令电流，并分别对直流转换单元以及车载电池充电。
[0083]
具体的，该步骤下车载充电系统进入加热模式，通过控制车载充电机的输出电流上升至第一指令电流，对直流转换单元以及车载电池充电，能够通过第一指令电流实现对车载充电机内部的自加热，从而减小低温环境对车载充电机的影响。
[0084]
s103、在所述车载充电机的输出电流达到所述第一指令电流时，控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第二指令电流，以抬升所述车载充电机的输出电压。
[0085]
具体的，该步骤用于抬升车载充电机的输出电压，使其满足为加热单元供电的条件。车载充电机的输出电流从第一指令电流上升至第二指令电流时的斜率为第二斜率，该第二斜率大于车载充电机的输出电流从零上升至第一指令电流时的第一斜率，通过该控制方法，可以避免输出电压反复震荡，进入加热模式失败的问题。
[0086]
s104、在所述车载充电机的输出电压上升至指令电压时，通过所述车载充电机为
所述加热单元供电，以保证所述车载充电系统正常工作于加热模式。
[0087]
具体的，指令电压为车载充电机可为加热单元正常供电的电压，该步骤下车载充电机已经可以为加热单元正常供电，可以保证车载充电系统正常工作于加热模式。
[0088]
与现有技术相比，本发明提出了一种车载充电系统的加热控制方法，通过为车载充电机设定第一指令电流，实现了对车载充电机内部受温度影响的电容元器件的自加热，减小了低温环境对车载充电机的影响，同时在车载充电机的输出电压达到预设电压为加热单元供电，保证车载充电系统的正常使用。
[0089]
本发明中，第一、第二仅仅用于区别不同的表示物，无特别含义，且不应对本发明保护范围作出限制。
[0090]
应当说明的，关于步骤s101、s102、s103及s104的具体描述，可参见图1-图6，此处不再赘述。
[0091]
应当说明的，图1-图7仅仅用于解释本发明，不应对本发明的保护范围作出限制。
[0092]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种车载充电系统的加热控制方法，所述车载充电系统包括车载电池、为所述车载电池充电的车载充电机、与所述车载充电机连接的加热单元和直流转换单元，其特征在于，包括：预先设定所述车载充电机输出的第一指令电流和第二指令电流；在所述车载充电系统进入加热模式时，控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第一指令电流，并分别对所述直流转换单元以及所述车载电池充电；在所述车载充电机的输出电流达到所述第一指令电流时，控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第二指令电流，以抬升所述车载充电机的输出电压；在所述车载充电机的输出电压上升至指令电压时，通过所述车载充电机为所述加热单元供电，以保证所述车载充电系统正常工作于加热模式；其中，所述第一指令电流小于所述第二指令电流。2.根据权利要求1所述的加热控制方法，其特征在于，所述控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第一指令电流，包括：设定所述车载充电机的输出电流随时间上升的斜率为第一斜率，并基于所述第一斜率控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第一指令电流。3.根据权利要求2所述的加热控制方法，其特征在于，所述控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第二指令电流，包括：设定所述车载充电机的输出电流随时间上升的斜率为第二斜率，并基于所述第二斜率控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第二指令电流。4.根据权利要求3所述的加热控制方法，其特征在于，所述第二斜率大于或等于所述第一斜率。5.根据权利要求1所述的加热控制方法，其特征在于，所述车载充电系统还包括串联在所述车载充电机与所述车载电池之间的切换开关，所述切换开关用于在所述车载充电机的输出电流开始上升或在所述车载充电机的输出电流达到所述第一指令电流时断开。6.根据权利要求1所述的加热控制方法，其特征在于，在所述车载充电机的输出电流达到所述第一指令电流之后、以及控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第二指令电流之前，所述加热控制方法还包括：检测所述车载充电机的温度是否达到阈值温度；若是，则控制所述车载充电机的输出电流上升至所述第二指令电流；若否，则维持所述车载充电机的输出电流于所述第一指令电流。7.根据权利要求1所述的加热控制方法，其特征在于，所述第一指令电流小于使所述车载电池在低温下析锂的阈值电流。8.一种车载充电系统，包括车载电池、为所述车载电池充电的车载充电机、与所述车载充电机连接的加热单元和直流转换单元，其特征在于，所述车载充电系统采用如权利要求1至7任意一项权利要求所述的加热控制方法。9.根据权利要求8所述的车载充电系统，其特征在于，所述车载充电系统包括充电模式和加热模式，所述车载充电系统仅在所述加热模式时采用所述加热控制方法。

技术总结
本发明公开了一种车载充电系统及其加热控制方法，所述加热控制方法包括：预先设定车载充电机输出的第一指令电流和第二指令电流；在车载充电系统处于加热模式时，控制车载充电机的输出电流上升至第一指令电流，并分别对直流转换单元以及车载电池充电；在车载充电机的输出电流达到第一指令电流时，控制车载充电机的输出电流上升至第二指令电流，以抬升车载充电机的输出电压；在车载充电机的输出电压达到指令电压时，通过车载充电机为加热单元供电，以保证车载充电系统正常工作于加热模式。与现有技术相比，本发明提供了一种车载充电机给车辆加热的控制时序，能有效保证车载充电机进入加热模式，保证低温下车辆的正常使用。保证低温下车辆的正常使用。保证低温下车辆的正常使用。


技术研发人员：冯颖盈 刘骥 刘剑
受保护的技术使用者：深圳威迈斯新能源股份有限公司
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/6/28