CN113715648A - 车辆充电***以及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆技术领域，具体提供一种车辆充电***以及车辆，旨在解决在动力电池与充电设施的电压等级不匹配的情况下如何安全、便捷且有效地使用充电设施充电的问题。本发明的车辆充电***中充电控制设备可以在动力电池与充电设施的电压等级不匹配时先控制动力电池、电压变换设备、电力分配设备和充电口电容形成导通回路对充电口电容进行预充电再对动力电池进行充电，还可以在电压等级匹配时直接控制动力电池、电压变换设备、电力分配设备和充电口电容形成充电回路对动力电池充电。基于上述实施方式，实现了在电压等级不匹配的情况下也能够安全有效地使用充电设施充电，同时在电压等级匹配的情况下简化充电过程，提高充电的操作便捷性。

Description

车辆充电***以及车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，具体提供一种车辆充电***以及车辆。
背景技术
随着电动汽车技术的快速发展，电动汽车中高压***的电压等级也在不断升高，如从400V升高至800V。然而，充电设施却受限于成本等因素不能及时地进行升级改造，导致充电设施无法适应电动汽车中高压***电压等级的快速变化。为了解决该问题，公布号为CN112600411A的专利申请公开了一种电压变换设备，该电压变换设备复用了电动汽车中动力控制单元PEU中的逆变器和电机绕组，实现从第二直流电压如400V到第一直流电压如800V的升压功能，可以将充电设施提供的较低电压变换为较高电压来给动力电池充电，从而兼顾了市面上不同电压等级的充电设施。
但是，在实际应用中，电动汽车接入充电设施的一侧会设置有充电口电容，在对电动汽车充电时需要对这个充电口电容进行预充电，以防止电动汽车内高压***的充电继电器闭合时产生浪涌电流损坏充电继电器。同时，在充电结束时也需要对这个充电口电容进行放电，以防止用户在断开电动汽车与充电设施连接如将充电枪从电动汽车上拔出时这个充电口电容上存储的电能对用户造成电击。在使用上述专利申请公开的电压变换设备进行动力电池充电时如果针对不同电压等级的充电设施分别采取不同的方法进行充电口电容预充电与放电，不仅会增加动力电池充电的操作复杂性，还会极易发生充电故障。
发明内容
为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决在车辆中的动力电池与充电设施不匹配的情况下如何安全、便捷且有效地使用充电设施对车辆充电的技术问题的车辆充电***以及车辆。
在第一方面，本发明提供一种车辆充电***，所述车辆包括动力电池和电驱动***，所述电驱动***包括逆变器和电动机，所述逆变器的直流侧与所述动力电池连接，所述逆变器的交流侧与所述电动机的定子绕组连接，所述车辆充电***包括电压变换设备，所述电压变换设备包括所述逆变器、所述定子绕组、第一正极端子、第二正极端子和负极端子，所述第一正极端子和所述负极端子分别与所述直流侧的正极和负极连接，所述第二正极端子与所述定子绕组的中心抽头连接，所述充电***还包括充电口、充电口电容、电力分配设备和充电控制设备，所述电力分配设备分别与所述电压变换设备和所述充电口电容连接；
所述充电控制设备被配置成：
响应于接收到的充电启动指令，判断所述充电口连接的外部充电设施的输出电压等级与所述动力电池的充电电压等级是否匹配；
若是，则直接控制所述动力电池、所述电压变换设备、所述电力分配设备和所述充电口形成充电回路并控制所述外部充电设施经所述充电回路向所述动力电池充电；
若否，则控制所述动力电池、所述电压变换设备、所述电力分配设备和所述充电口电容形成导通回路并控制所述动力电池经所述导通回路对所述充电口电容进行预充电，在预充电完成后控制所述动力电池、所述电压变换设备、所述电力分配设备和所述充电口形成充电回路并控制所述外部充电设施经所述充电回路向所述动力电池充电。
在上述车辆充电***的一个技术方案中，所述充电口包括正极输入端子和负极输入端子；
所述电力分配设备包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第一开关是单刀双掷开关；所述第一开关的第一静触点和第二静触点分别与所述第一正极端子和所述第二开关的第二端连接，所述第二开关的第一端与第二正极端子连接，所述第一开关中动触片的第一端与所述正极输入端子连接，所述第三开关的第一端和第二端分别与所述负极端子与所述负极输入端子连接；
所述充电口电容的第一端和第二端分别与所述第二开关的第二端以及所述第三开关的第一端连接。
在上述车辆充电***的一个技术方案中，所述充电控制设备包括充电启动控制模块，所述充电启动控制模块包括电容预充电子模块；
所述电容预充电子模块被配置成通过执行下列操作对所述充电口电容进行预充电：
响应于接收到的充电启动指令，闭合所述第二开关与所述第三开关，控制所述第一开关中动触片的第二端与所述第二静触点连接，以使所述动力电池、所述电压变换设备、所述第二开关和所述充电口电容形成导通回路；
控制所述电压变换设备对所述动力电池输出的电能进行降压，将降压后的电能经所述导通回路传输至所述充电口电容进行预充电，在所述充电口电容的电压达到设定值后停止预充电。
在上述车辆充电***的一个技术方案中，所述充电启动控制模块还包括第一动力电池充电子模块；
所述第一动力电池充电子模块被配置成在所述外部充电设施的输出电压等级与所述动力电池的充电电压等级匹配时通过执行下列操作对所述动力电池充电：
响应于接收到的充电启动指令，闭合所述第三开关并控制所述第一开关中动触片的第二端与所述第一静触点连接，以使所述动力电池、所述电压变换设备、所述电力分配设备、所述充电口与所述外部充电设施形成充电回路，并控制所述外部充电设施经所述充电回路向所述动力电池充电。
在上述车辆充电***的一个技术方案中，所述充电启动控制模块还包括第二动力电池充电子模块；
所述第二动力电池充电子模块被配置成在所述外部充电设施的输出电压等级与所述动力电池的充电电压等级不匹配时通过执行下列操作对所述动力电池充电：
在所述电容预充电子模块停止预充电后闭合所述充电口与所述外部充电设施的连接开关，以使所述动力电池、所述电压变换设备、所述电力分配设备、所述充电口与所述外部充电设施形成充电回路，并控制所述外部充电设施经所述充电回路向所述动力电池充电。
在上述车辆充电***的一个技术方案中，所述充电控制设备包括充电停止控制模块，所述充电停止控制子模块被配置成通过执行下列操作对所述充电口电容进行放电：
响应于接收到的充电停止指令，断开所述连接开关，随后断开所述第三开关并控制所述第一开关中的触动片悬空，以使所述电压变换设备、所述电力分配设备和所述充电口电容形成导通回路，并控制所述充电口电容经所述导通回路放电；
其中，所述充电停止指令是对动力电池停止充电且在停止充电后控制所述动力电池继续对所述车辆内高压***进行供电的指令，或者是对动力电池停止充电且在停止充电后控制所述动力电池不再对所述车辆内高压***进行供电的指令。
在上述车辆充电***的一个技术方案中，所述电压变换设备还包括与所述逆变器中直流侧并联的放电电路，所述放电电路包括电力电子器件和电阻，所述电力电子器件的第一主电极与所述直流侧的正极连接，所述电力电子器件的第二主电极与所述电阻的第一端连接，所述电阻的第二端与所述直流侧的负极连接。
在上述车辆充电***的一个技术方案中，当所述充电停止指令是对动力电池停止充电且在停止充电后控制所述动力电池不再对所述车辆内高压***进行供电的指令时，所述充电停止控制子模块被进一步配置成通过执行下列操作对所述充电口电容进行放电：
响应于接收到的充电停止指令，断开所述连接开关，随后断开所述第三开关并控制所述第一开关中的触动片悬空，以及断开所述动力电池与所述逆变器之间的连接开关，最后控制所述电力电子器件导通，以使所述电压变换设备、所述电力分配设备和所述充电口电容形成导通回路，并控制所述充电口电容经所述导通回路放电。
第二方面，提供一种车辆，所述车辆包括动力电池和电驱动***，所述电驱动***包括逆变器和电动机，所述逆变器的直流侧与所述动力电池连接，所述逆变器的交流侧与所述电动机的定子绕组连接，所述车辆还包括上述车辆充电***的技术方案中任一项技术方案所述的车辆充电***。
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
在实施本发明的技术方案中，车辆充电***可以包括充电口、电压变换设备、充电口电容、电力分配设备和充电控制设备，电力分配设备分别与电压变换设备和充电口电容连接。
电压变换设备可以复用车辆的电驱动***，电驱动***可以包括逆变器和电动机，逆变器的直流侧与动力电池连接，逆变器的交流侧与电动机的定子绕组连接。电压变换设备可以包括上述逆变器和上述定子绕组，此外还可以包括第一正极端子、第二正极端子和负极端子，其中，第一正极端子和负极端子分别与逆变器中直流侧的正极和负极连接，第二正极端子与定子绕组的中心抽头连接。第一正极端子、第二正极端子和负极端子构成了电压变换设备的外部电源输入侧，逆变器中的直流侧构成了电压变换设备的外部电源输出侧。当外部电源输入侧连接的外部电源的输出电压等级，与外部电源输出侧连接的负载的供电电压等级匹配时可以直接将外部电源的输出的电能直接传输至负载；当外部电源的输出电压等级与负载的供电电压等级不匹配时可以对外部电源的输出的电能进行电压变换再将电压变换后的电能传输至负载。
充电控制设备可以被配置成在车辆充电***的充电口连接的外部充电设施的输出电压等级与动力电池的充电电压等级不匹配时，响应于接收到的充电启动指令或充电停止指令，控制动力电池、电压变换设备、电力分配设备和充电口电容形成导通回路，并控制动力电池经这个导通回路对充电口电容进行预充电或控制充电口电容经这个导通回路放电。通过对充电口电容进行预充电，可以在闭合车辆内高压***的充电开关(如闭合图2所示的动力电池1与逆变器之间的连接开关Kpos+和Kneg-)时，不会产生浪涌电流损坏充电开关。通过对充电口电容进行放电，可以防止用户在断开车辆与外部电源连接(如断开图2所示的断开充电口与外部充电设施的连接开关K4和K5)时这个充电口电容上存储的电能对用户造成电击。基于上述实施方式，不仅可以利用电压变换设备兼顾市面上不同电压等级的充电设施，还可以通过充电控制设备和电力分配设备等形成的导通回路对充电口电容进行预充电和放电，从而在车辆与充电设施的电压等级不匹配的情况下也能够安全有效地使用充电设施对车辆充电。
进一步，充电控制设备还可以被配置成在输出电压等级与充电电压等级匹配时，响应于接收到的充电启动指令，直接控制动力电池、电压变换设备、电力分配设备、充电口与外部充电设施形成充电回路，并控制外部充电设施经这个充电回路向动力电池充电。基于上述实施方式，在输出电压等级与充电电压等级匹配时无需对充电口电容进行预充电，就可以直接控制动力电池、电压变换设备、电力分配设备、充电口与外部充电设施形成动力电池的充电回路，对动力电池进行充电，进一步在充电结束时也无需对充电口电容进行放电，简化了动力电池的充电过程，提高了动力电池充电的操作便捷性。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的车辆充电***的主要结构框图示意图；
图2是根据本发明的另一个实施例的车辆充电***的主要结构框图示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的采用图2所示的车辆充电***并使用800V充电桩为800V动力电池充电时车辆充电***状态示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的采用图2所示的车辆充电***并使用400V充电桩为800V动力电池充电时的车辆充电***状态示意图；
图5是根据本发明的另一个实施例的采用图2所示的车辆充电***并使用400V充电桩为800V动力电池充电时的车辆充电***状态示意图；
图6是根据本发明的一个实施例的对充电口电容进行预充电的主要步骤流程示意图；
图7是根据本发明的一个实施例的在使用400V充电桩为800V动力电池充电结束后对充电口电容进行放电的主要步骤流程示意图；
附图标记列表：
1：动力电池；2：电压变换设备；3：电力分配设备；4：充电口；21：第一正极端子；22：第二正极端子；23：负极端子；41：充电口的正极输入端子；42：充电口的负极输入端子。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，“模块”、“处理器”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。处理器可以是中央处理器、微处理器、数字信号处理器或者其他任何合适的处理器。处理器具有数据和/或信号处理功能。处理器可以以软件方式实现、硬件方式实现或者二者结合方式实现。非暂时性的计算机可读存储介质包括任何合适的可存储程序代码的介质，比如磁碟、硬盘、光碟、闪存、只读存储器、随机存取存储器等等。术语“A和/或B”表示所有可能的A与B的组合，比如只是A、只是B或者A和B。术语“至少一个A或B”或者“A和B中的至少一个”含义与“A和/或B”类似，可以包括只是A、只是B或者A和B。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。
下面先对本发明涉及的术语进行解释说明。
电力电子器件可以是全控型功率半导体器件，如金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)或集成门极换流晶闸管(Integrated GateCommutated Thyristor，IGCT)等器件。同时，这些全控型功率半导体器件均为三端器件，如MOSFET包含源极、漏极和门极，IGBT包含集电极、发射极和栅极，IGCT包含集电极、发射极和栅极。其中，源极、漏极、集电极和发射极是主电极，门极和栅极是控制极。为了清楚描述电力电子器件的主电极，本发明中将电力电子器件中电源输入方向的主电极描述为第一主电极(如MOSFET的漏极和IGBT的集电极)，电源输出方向的主电极描述为第二主电极(如MOSFET的源极和IGBT的发射极)。
参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的车辆充电***的主要结构框图。在本发明实施例中车辆可以包括动力电池和电驱动***，电驱动***可以包括逆变器和电动机，逆变器的直流侧与动力电池连接，逆变器的交流侧与电动机的定子绕组连接，逆变器可以将动力电池输出的直流电转换成交流电，进而使电动机在该交流电的控制下运转，以提供驱动车辆行驶的动力。如图1所示，在本发明实施例中车辆充电***可以包括动力电池1、电压变换设备2、电力分配设备3、充电口4和充电控制设备(图1未示出)，下面分别对上述结构进行具体说明。
一、电压变换设备2
在本发明实施例中电压变换设备2可以包括上述电驱动***中的逆变器和电动机的定子绕组，其中，电动机的三相定子绕组采用Y型连接的方式连接并形成一个中心抽头。此外，电压变换设备2还可以包括第一正极端子21、第二正极端子22和负极端子23，第一正极端子21和负极端子23分别与直流侧的正极和负极连接，第二正极端子22与定子绕组的中心抽头连接。
参阅附图2，逆变器可以是三相全桥型逆变器，其包括三相桥臂，每相桥臂分别包括上桥臂和下桥臂。第一相桥臂的上桥臂和下桥臂分别包括电力电子器件Q1和Q2，第二相桥臂的上桥臂和下桥臂分别包括电力电子器件Q3和Q4，第三相桥臂的上桥臂和下桥臂分别包括电力电子器件Q5和Q6，这三相桥臂分别与三相定子绕组L连接，三相定子绕组L采用Y型连接的方式连接并形成一个中心抽头。电压变换设备2的第一正极端子21与逆变器中直流侧的正极连接，第二正极端子22与三相定子绕组L的中心抽头连接，负极端子23与逆变器中直流侧的负极连接。
继续参阅附图2，在本实施例中第一正极端子21、第二正极端子22和负极端子23构成了电压变换设备2的外部电源输入侧，逆变器中的直流侧构成了电压变换设备2的外部电源输出侧。当外部电源输入侧连接的外部电源的输出电压等级，与外部电源输出侧连接的负载的供电电压等级匹配如二者相等时可以控制第一正极端子21和负极端子23与外部电源连接，使外部电源输出的直流电可以经第一正极端子21和负极端子23，以及逆变器中直流侧的正极和负极直接输入至负载进行供电。当外部电源的输出电压等级与负载的供电电压等级不匹配时可以控制第二正极端子22和负极端子23与外部电源连接，并控制逆变器对从第二正极端子22和负极端子23输入的直流电进行电压变换，进而将电压变换后的直流电通过逆变器中直流侧的正极和负极输入至负载进行供电。例如：如果外部电源的输出电压等级小于负载的供电电压等级，则可以控制逆变器对上述直流电进行升压变换。
再次参阅附图1，在发明本实施例中，外部电源输出侧连接的负载可以是车辆的动力电池，外部电源输入侧连接的外部电源可以是能够对动力电池进行充电的外部充电设施。当外部充电设施的输出电压等级与动力电池的充电电压等级匹配时控制第一正极端子21和负极端子23与外部充电设施连接，当外部充电设施的输出电压等级与动力电池的充电电压等级不匹配时控制第二正极端子22和负极端子23与外部充电设施连接。进一步，在本实施方式中可以采用公布号为CN112600411A的专利申请公开的电压变换设备，在此不再对该电压变换设备的具体结构和工作原理进行赘述。
二、电力分配设备3
在本发明实施例中电力分配设备3可以分别与电压变换设备2和充电口电容(图1未示出)连接。电力分配设备3可以被配置成响应于充电控制设备发送的指令切换电压变换设备2与充电口电容之间的连接方式，以在需要对充电口电容进行预充电或放电时控制动力电池1、电压变换设备2、电力分配设备3和充电口电容形成导通回路，进而可以通过这个导通回路对充电口电容进行预充电或放电。同时，电力分配设备3可以被配置成响应于充电控制设备发送的指令切换电压变换设备2与充电口电容之间的连接方式，以控制动力电池1、电压变换设备2、电力分配设备3、充电口4与外部充电设施形成充电回路，进而可以通过这个充电回路向动力电池1充电。
参阅附图2，在一个实施方式中，电力分配设备3可以包括第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3，第一开关K1是单刀双掷开关。第一开关K1的第一静触点A和第二静触点B分别与第一正极端子21和第二开关K2的第二端连接，第二开关K2的第一端与第二正极端子22连接，第一开关K1中动触片的第一端C与充电口4的正极输入端子41连接，第三开关K3的第一端和第二端分别与负极端子23与充电口4的负极输入端子42连接。充电口电容Cport的第一端和第二端分别与第二开关K2的第二端以及第三开关K3的第一端连接。
根据前述电压变换设备2的实施方式可知，当外部充电设施的输出电压等级与动力电池1的充电电压等级匹配时，可以控制第一正极端子21和负极端子23与外部充电设施连接，使外部充电设施输出的直流电可以经第一正极端子21和负极端子23以及逆变器中直流侧的正极和负极直接输入至动力电池1进行充电。参阅附图3，在外部充电设施的输出电压等级与动力电池1的充电电压等级匹配时，可以将第一开关K1中动触片的第一端C与第一静触点A连接，使得第一正极端子21与充电口4的正极输入端子41连接，同时闭合第三开关K3，使得负极端子23与充电口4的负极输入端子42连接，从而通过上述开关控制可以使动力电池1、电压变换设备2、电力分配设备3和外部充电设施形成充电回路，外部充电设施可以通过这个充电回路对动力电池进行充电。由于充电口电容Cport没有接入到这个充电回路中，因此，在对动力电池充电之前也就无需对充电口电容Cport进行预充电，在对第一开关K1与第三开关K3进行上述控制后可以直接控制外部充电设施对动力电池进行充电。进一步，在结束充电时由于充电口电容Cport并未存储电能，不会带来任何安全风险，因此也无需对充电口电容Cport进行放电，可以直接控制第一开关K1中的动触片悬空以及断开第三开关(图2所示的第一开关K1和第三开关K3的开关状态)，结束充电。
根据前述电压变换设备2的实施方式可知，当外部充电设施的输出电压等级与动力电池1的充电电压等级不匹配时，可以控制第二正极端子22和负极端子23与外部充电设施连接，使外部充电设施输出的直流电可以经第二正极端子22和负极端子23以及逆变器中直流侧的正极和负极直接输入至动力电池1进行充电。参阅附图4，可以将第一开关K1中动触片的第一端C与第二静触点B连接，使得第二正极端子22与充电口4的正极输入端子41连接，同时闭合第二开关K2和第三开关K3，通过上述开关控制可以使动力电池1、电压变换设备2、电力分配设备3和外部充电设施形成充电回路，外部充电设施可以通过这个充电回路对动力电池进行充电。由于充电口电容Cport接入到了这个充电回路中，因此在对动力电池充电之前需要对充电口电容Cport进行预充电，同时在结束充电时也需要对充电口电容Cport进行放电。
三、充电控制设备
在本发明实施例中充电控制设备可以被配置成执行下列操作：
在车辆充电***的充电口4连接的外部充电设施的输出电压等级与动力电池1的充电电压等级不匹配时，可以响应于接收到的充电启动指令或充电停止指令，控制动力电池1、电压变换设备2、电力分配设备3和充电口电容形成导通回路，并控制动力电池经这个导通回路对充电口电容进行预充电或控制充电口电容经这个导通回路放电。其中，充电启动指令指的是使用充电设施对车辆进行的动力电池开始充电的指令，充电停止指令指的是停止使用充电设施对车辆进行的动力电池进行充电的指令。
具体而言，充电控制设备可以被配置成在车辆充电***的充电口4连接的外部充电设施的输出电压等级与动力电池1的充电电压等级不匹配时通过执行下列操作对充电口电容进行预充电或放电：
响应于接收到的充电启动指令，控制动力电池1、电压变换设备2、电力分配设备3和充电口电容形成导通回路，并控制动力电池1经这个导通回路对充电口电容进行预充电；以及响应于接收到的充电停止指令，控制电压变换设备2、电力分配设备3和充电口电容形成导通回路，并控制充电口电容经这个导通回路进行放电。
在本发明实施例的一个实施方式中，充电控制设备可以包括充电启动控制模块，充电启动控制模块可以包括电容预充电子模块。在本实施方式中，电容预充电子模块可以被配置成在采用图2所示的电力分配设备3时通过执行下列操作对充电口电容Cport进行预充电：
步骤11：响应于接收到的充电启动指令，闭合第二开关K2与第三开关K3，同时控制第一开关K1中动触片的第二端与第二静触点B连接，以使动力电池1、电压变换设备2、第二开关K2和充电口电容Cport形成导通回路。
步骤12：控制电压变换设备2对动力电池1输出的电能进行降压，将降压后的电能经步骤11形成的导通回路传输至充电口电容Cport进行预充电，在充电口电容Cport的电压达到设定值后停止预充电。也就是说，利用动力电池1存储的电能对充电口电容Cport进行预充电，并且在预充电之前，先对动力电池1输出的电能进行降压，以使动力电池1输出的电能的电压等级与充电口电容Cport的充电电压等级匹配，再利用动力电池1对充电口电容Cport进行预充电。
在本实施方式中，可以对电压变换设备2中逆变器的桥臂进行导通/关断控制，以使电压变换设备2能够对对动力电池1输出的电能进行降压。例如，可以控制逆变器中的所有上桥臂保持导通状态(即控制电力电子器件Q1、Q3和Q5保持导通状态)，控制所有下桥臂保持关断状态(即控制电力电子器件Q2、Q4和Q6保持关断状态)。此外，也可以控制逆变器中的所有上桥臂导通一段时长，再控制所有上桥臂关断。在上桥臂导通期间控制所有下桥臂关断，在上桥臂关断期间控制所有下桥臂导通，并且上桥臂的导通时间大于下桥臂的导通时间。
进一步，在本发明实施例中，充电启动控制模块还可以包括第一动力电池充电子模块和第二动力电池充电子模块，在充电口4连接的外部充电设施的输出电压等级与动力电池1的充电电压等级匹配时可以采用第一动力电池充电子模块对动力电池1进行充电，在充电口4连接的外部充电设施的输出电压等级与动力电池1的充电电压等级不匹配时可以采用第二动力电池充电子模块对动力电1池进行充电。下面分别对第一动力电池充电子模块和第二动力电池充电子模块进行具体说明。
1、第一动力电池充电子模块
在本发明实施例中，第一动力电池充电子模块可以被配置成在采用图2所示的电力分配设备3且充电口4连接的外部充电设施的输出电压等级与动力电池1的充电电压等级匹配时通过执行下列操作对动力电池1进行充电：
响应于接收到的充电启动指令，闭合第三开关K3并控制第一开关K1中动触片的第二端与第一静触点A连接，以使动力电池1、电压变换设备2、电力分配设备3、充电口4与外部充电设施形成充电回路，并控制外部充电设施经这个充电回路向动力电池1充电。
2、第二动力电池充电子模块
在本发明实施例中，第二动力电池充电子模块可以被配置成在采用图2所示的电力分配设备3且充电口4连接的外部充电设施的输出电压等级与动力电池1的充电电压等级不匹配时通过执行下列操作对动力电池进行充电：
在电容预充电子模块停止预充电后闭合充电口4与外部充电设施的连接开关(图2所示的开关K4和K5)，以使动力电池1、电压变换设备2、电力分配设备3、充电口4与外部充电设施形成充电回路，并控制外部充电设施经这个充电回路向动力电池1充电。参阅前述电压变换设备2的实施例可知，在动力电池充电阶段，当外部充电设施的输出电压等级与动力电池1的充电电压等级不匹配时，需要控制电压变换设备2对外部充电设施输出的直流电进行电能变换如升压，以使电能变换后的直流电与动力电池1的充电电压等级匹配。
下面以外部充电设施为充电桩为例并结合附图6，对图2所示的是车辆充电***的充电口电容的预充电控制方法作进一步说明。在本实施例中车辆内动力电池1的充电电压等级是800V。参阅附图6，充电口电容预充电控制方法可以包括下列步骤S101-步骤S105：
步骤S101：检测到插枪后进入握手阶段，控制充电口4与外部充电设施的连接开关K4和K5闭合后断开。也就是说，在检测到充电桩的充电枪***到车辆的充电口(插枪)后进入握手阶段，在握手阶段中连接开关K4和K5的控制方式是先闭合再断开。
步骤S102：检测外部充电设施的输出电压等级是800V还是400V。若检测到输出电压等级是800V，表明外部充电设施的输出电压等级与动力电池1的充电电压等级匹配，则执行步骤S1031，并在执行完成后转至步骤S105。若检测到输出电压等级是400V，表明外部充电设施的输出电压等级与动力电池1的充电电压等级不匹配，则执行步骤S1041-步骤S1043，并在执行完成后转至步骤S105。
步骤S1031：闭合第一开关K1的AC触点(将第一开关K1中动触片与第一静触点A连接)以及闭合第三开关K3。
步骤S1041：闭合第一开关K1的BC触点(将第一开关K1中动触片与第二静触点B连接)
步骤S1042：控制电压变换设备2对动力电池1输出的电能进行降压，并对充电口电容进行预充电。
步骤S1043：在完成预充电后控制电压变换设备2停止工作。
步骤S105：闭合充电口4与外部充电设施的连接开关K4和K5。在连接开关K4和K5闭合后，就可以控制外部充电设施向动力电池1充电。在动力电池充电阶段，电压变换设备2的控制方式可以参见前述方法实施例，在此不再进行赘述。
在本发明实施例的一个实施方式中，充电控制设备可以包括充电停止控制模块，充电停止控制模块可以被配置成在停止对动力电池充电后通过控制电压变换设备2和电力分配设备3形成对充电口电容进行放电的导通回路，并控制充电口电容经这个导通回路放电，从而在停止对动力电池充电后能够及时地将充电口电容存储的电能泄放掉，避免用户在切断外部充电设施与车辆充电***连接时由于充电口电容存储的电能发生电击等安全事故。
在本发明实施例中充电停止指令可以包括对动力电池停止充电且在停止充电后控制动力电池继续对车辆内高压***进行供电的指令(以下简称为第一充电停止指令)，也可以包括对动力电池停止充电且在停止充电后控制动力电池不再对车辆内高压***进行供电的指令(以下简称为第二充电停止指令)。其中，在停止充电后控制动力电池继续对车辆内高压***进行供电指的是：在对动力电池停止充电后仍然需要使用动力电池对车辆内高压***进行供电，如高压***中的空调、车载充电器OBC(On board charger)和DC/DC变换器等高压附件继续供电。
下面分别针对上述两种充电停止指令进行具体说明。
(1)第一充电停止指令
在本实施方式中第二充电停止控制子模块可以被配置成在采用图2所示的电力分配设备3且输出电压等级与充电电压等级不匹配时通过执行下列操作对充电口电容进行放电：
响应于接收到的第一充电停止指令，断开充电口4与外部充电设施的连接开关(图2所示的开关K4和K5)，随后断开第三开关K3并控制第一开关K1中的动触片悬空，以使电压变换设备2、电力分配设备3和充电口电容Cport形成导通回路，并控制充电口电容Cport经这个导通回路放电。
在本实施方式中，可以对电压变换设备2中逆变器的桥臂进行导通/关断控制，以使充电口电容Cport分别与逆变器中的下桥臂形成多次短时的导通回路。在每次形成导通回路后，充电口电容Cport都可以经这个导通回路进行放电。
参阅附图2，可以先控制电力电子器件Q2导通(其他电力电子器件均关断)，使得充电口电容Cport、定子绕组L和电力电子器件Q2形成导通回路，放电电流由充电口电容Cport的正极(与第二开关K2连接的一端)依次流经第二正极端子22、定子绕组L、电力电子器件Q2和负极端子23后再次流入充电口电容Cport的负极(与第三开关K3连接的一端)。然后控制电力电子器件Q4导通(其他电力电子器件均关断)，使得充电口电容Cport、定子绕组L和电力电子器件Q2形成导通回路，放电电流由充电口电容Cport的正极(与第二开关K2连接的一端)依次流经第二正极端子22、定子绕组L、电力电子器件Q2和负极端子23后再次流入充电口电容Cport的负极(与第三开关K3连接的一端)。进而控制电力电子器件Q6导通(其他电力电子器件均关断)，使得充电口电容Cport、定子绕组L和电力电子器件Q2形成导通回路，放电电流由充电口电容Cport的正极(与第二开关K2连接的一端)依次流经第二正极端子22、定子绕组L、电力电子器件Q2和负极端子23后再次流入充电口电容Cport的负极(与第三开关K3连接的一端)。最后不断重复上述过程，直至充电口电容Cport的电压降低至预设值如60V，停止放电控制。
(2)第二充电停止指令
在本实施方式中充电停止控制子模块可以被配置成在采用图2所示的电力分配设备3且输出电压等级与充电电压等级不匹配时直接通过执行下列操作对充电口电容进行放电：
响应于接收到的第二充电停止指令，断开充电口4与外部充电设施的连接开关(图2所示的开关K4和K5)，随后断开第三开关K3并控制第一开关K1中的动触片悬空，以使电压变换设备2、电力分配设备3和充电口电容Cport形成导通回路，并控制充电口电容Cport经这个导通回路放电。
在本实施方式中，也可以对电压变换设备2中逆变器的桥臂进行导通/关断控制，以使充电口电容Cport分别与逆变器中的下桥臂形成多次短时的导通回路。在每次形成导通回路后，充电口电容Cport都可以经这个导通回路进行放电。
需要说明的是，在本实施方式中电压变换设备2的控制方式与前述充电停止控制子模块在根据第一充电停止指令采用的电压变换设备2的控制方式相同，为了描述简洁，在此不再赘述。
进一步，在一个实施方式中，参阅附图2，电压变换设2还可以包括与逆变器中直流侧并联的放电电路，这个放电电路可以包括电力电子器件Qdischarge和电阻Rdischarge，电力电子器件Qdischarge的第一主电极与直流侧的正极连接，电力电子器件Qdischarge的第二主电极与电阻Rdischarge的第一端连接，电阻Rdischarge的第二端与直流侧的负极连接。也就是说，电力电子器件Qdischarge和电阻Rdischarge串联后与逆变器的直流侧并联。
在本实施方式中，充电停止控制子模块可以被配置成在采用图2所示的电力分配设备3且输出电压等级与充电电压等级不匹配时采用上述放电电路并通过执行下列操作对充电口电容进行放电：
响应于接收到的充电停止指令，断开充电口4与外部充电设施的连接开关(图2所示的开关K4和K5)，随后断开第三开关K3并控制第一开关K1中的动触片悬空，断开动力电池1与逆变器之间的连接开关(图2所示的开关Kpos+和Kneg-)，最后控制电力电子器件Qdischarge导通，以使电压变换设备2、电力分配设备3和充电口电容Cport形成导通回路，并控制充电口电容Cport经这个导通回路放电。
在本实施方式中电压变换设备2中的每个电力电子器件与反向并联设置有一个二极管，如图2所示，电力电子器件Q1-Q6以及电力电子器件Qdischarge分别与一个二极管反向并联。在控制电力电子器件Qdischarge导通后，充电口电容Cport不仅可以与放电电路并联(并联支路)，还可以通过电压变换设备2中逆变器的每个上桥臂中的二极管分别形成串联支路，再与逆变器的直流母线电容Cbus并联(串并联支路)。也就是说，控制电力电子器件Qdischarge导通后形成的导通电路包括上述并联支路和串并联支路，充电口电容Cport不仅可以通过上述并联支路进行放电，还可以通过上述串并联支路进行放电，从而显著提高了充电口电容Cport的放电速度。
下面以外部充电设施为充电桩为例并结合附图7，对图2所示的是车辆充电***的充电口电容的放电控制方法作进一步说明。在本实施例中车辆内动力电池1的充电电压等级是800V，外部充电设施的输出电压等级也是400V。参阅附图7，充电口电容的放电控制方法可以包括下列步骤S201-步骤S205：
步骤S201：检测在400V充电结束后动力电池1是否继续对高压***供电；若继续供电，则在执行步骤S2021-步骤S2023后转至步骤S204；若不再供电，则执行步骤S2031-步骤S2034后转至步骤S204。
步骤S2021：断开充电口4与外部充电设施的连接开关K4和K5。
步骤S2022：断开K1(动触片悬空)以及断开K3。
步骤S2023：控制电压变换设备2对充电口电容放电。
步骤S2031：断开充电口4与外部充电设施的连接开关K4和K5。
步骤S2032：断开K1(动触片悬空)以及断开K3。
步骤S2033：断开动力电池1与逆变器之间的连接开关Kpos+和Kneg-。
步骤S2034：控制电压变换设备2对充电口电容放电。
步骤S204：检测充电口电容的电压是否达到设定值。如果没有达到则转至步骤S2023或步骤S2034。如果达到则转至步骤S205。
需要说明的是，在执行步骤S2021-步骤S2023后转至步骤S204后，如果充电口电容的电压没有达到设定值则转至步骤S2023。在执行步骤S2031-步骤S2034后转至步骤S204后，如果充电口电容的电压没有达到设定值则转至步骤S2034。
步骤S205：断开第二开关K2。在断开K2后可以将充电枪从车辆上拔出(拔枪)，结束充电。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的车辆充电***的技术方案。本发明的车辆充电***不仅可以利用电压变换设备兼顾市面上不同电压等级的充电设施，还可以通过充电控制设备和电力分配设备等形成的导通回路对充电口电容进行预充电和放电，从而在车辆与充电设施的电压等级不匹配的情况下也能够安全有效地使用充电设施对车辆充电。同时，在输出电压等级与充电电压等级匹配时无需对充电口电容进行预充电，就可以直接控制动力电池、电压变换设备、电力分配设备、充电口与外部充电设施形成动力电池的充电回路，对动力电池进行充电，进一步在充电结束时也无需对充电口电容进行放电，简化了动力电池的充电过程，提高了动力电池充电的操作便捷性。
进一步，本发明还提供了一种车辆，在根据本发明的一个车辆的实施例中，车辆可以包括动力电池和电驱动***，电驱动***可以包括逆变器和电动机，逆变器的直流侧与动力电池连接，逆变器的交流侧与电动机的定子绕组连接，此外车辆还可以包括前述车辆充电***实施例所述的车辆充电***。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例***部分。
本领域技术人员能够理解的是，本发明实现上述一实施例的***中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
进一步，应该理解的是，由于各个模块的设定仅仅是为了说明本发明的装置的功能单元，这些模块对应的物理器件可以是处理器本身，或者处理器中软件的一部分，硬件的一部分，或者软件和硬件结合的一部分。因此，图中的各个模块的数量仅仅是示意性的。
本领域技术人员能够理解的是，可以对装置中的各个模块进行适应性地拆分或合并。对具体模块的这种拆分或合并并不会导致技术方案偏离本发明的原理，因此，拆分或合并之后的技术方案都将落入本发明的保护范围内。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车辆充电***，所述车辆包括动力电池和电驱动***，所述电驱动***包括逆变器和电动机，所述逆变器的直流侧与所述动力电池连接，所述逆变器的交流侧与所述电动机的定子绕组连接，所述车辆充电***包括电压变换设备，所述电压变换设备包括所述逆变器、所述定子绕组、第一正极端子、第二正极端子和负极端子，所述第一正极端子和所述负极端子分别与所述直流侧的正极和负极连接，所述第二正极端子与所述定子绕组的中心抽头连接，
其特征在于，
所述车辆充电***还包括充电口、充电口电容、电力分配设备和充电控制设备，所述电力分配设备分别与所述电压变换设备和所述充电口电容连接；
所述充电控制设备被配置成：
响应于接收到的充电启动指令，判断所述充电口连接的外部充电设施的输出电压等级与所述动力电池的充电电压等级是否匹配；
若是，则直接控制所述动力电池、所述电压变换设备、所述电力分配设备和所述充电口形成充电回路并控制所述外部充电设施经所述充电回路向所述动力电池充电；
若否，则控制所述动力电池、所述电压变换设备、所述电力分配设备和所述充电口电容形成导通回路并控制所述动力电池经所述导通回路对所述充电口电容进行预充电，在预充电完成后控制所述动力电池、所述电压变换设备、所述电力分配设备和所述充电口形成充电回路并控制所述外部充电设施经所述充电回路向所述动力电池充电。
2.根据权利要求1所述的车辆充电***，其特征在于，所述充电口包括正极输入端子和负极输入端子；
所述电力分配设备包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第一开关是单刀双掷开关；所述第一开关的第一静触点和第二静触点分别与所述第一正极端子和所述第二开关的第二端连接，所述第二开关的第一端与第二正极端子连接，所述第一开关中动触片的第一端与所述正极输入端子连接，所述第三开关的第一端和第二端分别与所述负极端子与所述负极输入端子连接；
所述充电口电容的第一端和第二端分别与所述第二开关的第二端以及所述第三开关的第一端连接。
3.根据权利要求2所述的车辆充电***，其特征在于，所述充电控制设备包括充电启动控制模块，所述充电启动控制模块包括电容预充电子模块；
所述电容预充电子模块被配置成通过执行下列操作对所述充电口电容进行预充电：
响应于接收到的充电启动指令，闭合所述第二开关与所述第三开关，控制所述第一开关中动触片的第二端与所述第二静触点连接，以使所述动力电池、所述电压变换设备、所述第二开关和所述充电口电容形成导通回路；
控制所述电压变换设备对所述动力电池输出的电能进行降压，将降压后的电能经所述导通回路传输至所述充电口电容进行预充电，在所述充电口电容的电压达到设定值后停止预充电。
4.根据权利要求3所述的车辆充电***，其特征在于，所述充电启动控制模块还包括第一动力电池充电子模块；
所述第一动力电池充电子模块被配置成在所述外部充电设施的输出电压等级与所述动力电池的充电电压等级匹配时通过执行下列操作对所述动力电池充电：
响应于接收到的充电启动指令，闭合所述第三开关并控制所述第一开关中动触片的第二端与所述第一静触点连接，以使所述动力电池、所述电压变换设备、所述电力分配设备、所述充电口与所述外部充电设施形成充电回路，并控制所述外部充电设施经所述充电回路向所述动力电池充电。
5.根据权利要求3所述的车辆充电***，其特征在于，所述充电启动控制模块还包括第二动力电池充电子模块；
所述第二动力电池充电子模块被配置成在所述外部充电设施的输出电压等级与所述动力电池的充电电压等级不匹配时通过执行下列操作对所述动力电池充电：
在所述电容预充电子模块停止预充电后闭合所述充电口与所述外部充电设施的连接开关，以使所述动力电池、所述电压变换设备、所述电力分配设备、所述充电口与所述外部充电设施形成充电回路，并控制所述外部充电设施经所述充电回路向所述动力电池充电。
6.根据权利要求5所述的车辆充电***，其特征在于，所述充电控制设备包括充电停止控制模块，所述充电停止控制子模块被配置成通过执行下列操作对所述充电口电容进行放电：
响应于接收到的充电停止指令，断开所述连接开关，随后断开所述第三开关并控制所述第一开关中的触动片悬空，以使所述电压变换设备、所述电力分配设备和所述充电口电容形成导通回路，并控制所述充电口电容经所述导通回路放电；
其中，所述充电停止指令是对动力电池停止充电且在停止充电后控制所述动力电池继续对所述车辆内高压***进行供电的指令，或者是对动力电池停止充电且在停止充电后控制所述动力电池不再对所述车辆内高压***进行供电的指令。
7.根据权利要求6所述的车辆充电***，其特征在于，所述电压变换设备还包括与所述逆变器中直流侧并联的放电电路，所述放电电路包括电力电子器件和电阻，所述电力电子器件的第一主电极与所述直流侧的正极连接，所述电力电子器件的第二主电极与所述电阻的第一端连接，所述电阻的第二端与所述直流侧的负极连接。
8.根据权利要求7所述的车辆充电***，其特征在于，当所述充电停止指令是对动力电池停止充电且在停止充电后控制所述动力电池不再对所述车辆内高压***进行供电的指令时，所述充电停止控制子模块被进一步配置成通过执行下列操作对所述充电口电容进行放电：
响应于接收到的充电停止指令，断开所述连接开关，随后断开所述第三开关并控制所述第一开关中的触动片悬空，以及断开所述动力电池与所述逆变器之间的连接开关，最后控制所述电力电子器件导通，以使所述电压变换设备、所述电力分配设备和所述充电口电容形成导通回路，并控制所述充电口电容经所述导通回路放电。
9.一种车辆，包括动力电池和电驱动***，所述电驱动***包括逆变器和电动机，所述逆变器的直流侧与所述动力电池连接，所述逆变器的交流侧与所述电动机的定子绕组连接，其特征在于，所述车辆还包括权利要求1至8中任一项所述的车辆充电***。
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