CN114056131B - 充放电控制方法、车载充电***和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充放电控制方法、车载控制***和车辆，方法应用于车载充电***，车载充电***包括PFC电路、母线电容和双向DC/DC电路，PFC电路包括N个电感、N相高频桥臂和一相工频桥臂，方法包括：在接收到放电指令时，获取母线电容的第一电压和流经电池的第一电流；根据第一电压和第一电流对双向DC/DC电路进行控制；获取PFC电路的交流端电压、流经N个电感的N个第二电流和N相高频桥臂中待开启开关管的第二电压；根据交流端电压、N个第二电流和第二电压对高频桥臂和工频桥臂进行控制，以致待开启开关管零电压导通，并根据相差预设相位的控制信号，交错控制N相高频桥臂。该方法可实现PFC电路工作在软开关模式，且开关管损耗低。

Description

充放电控制方法、车载充电***和车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种充放电控制方法、车载充电***和车辆。
背景技术
相关技术中，OBC(On Board Charger，车载充电器)的拓扑一般都采用两级，前级PFC(Power Factor Correction，功率因素校正)级，以及后级DCDC级。其中，PFC级作为OBC的前级AC/DC电路，其功能是将电网的交流电压升压变换为稳定的直流电压，目前，PFC电路一般以CCM(Continuous Conduction Mode，连续导通模式)模式工作，开关管不能实现零电压导通，并且在上述PFC拓扑中，工作于CCM模式下的PFC电路是硬开关，开关管的开通损耗及关断损耗较大，使得OBC的工作效率不高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种充放电控制方法，以实现PFC电路工作在软开关模式，降低开关管损耗低，提高充放电效率。
本发明的第二个目的在于提出一种车载充电***。
本发明的第三个目的在于提出一种车辆。
为达上述目的，本发明第一方面提出了一种充放电控制方法，其应用于车载充电***，所述车载充电***包括依次连接的PFC电路、母线电容和双向DC/DC电路，所述PFC电路包括依次连接的N个电感、N相高频桥臂和一相工频桥臂，N为大于等于2的整数，所述控制方法包括：在接收到控制指令时，判断所述控制指令是充电指令还是放电指令；如果所述控制指令为放电指令，则获取所述母线电容的第一电压和流经电池的第一电流；根据所述第一电压和所述第一电流对所述双向DC/DC电路进行控制直至所述第一电压稳定；待所述第一电压稳定后，获取所述PFC电路的交流端电压、流经所述N个电感的N个第二电流和所述N相高频桥臂中待开启开关管两端的第二电压；根据所述交流端电压、所述N个第二电流和所述第二电压对所述N相高频桥臂和所述工频桥臂进行控制，以致所述待开启开关管零电压导通，同时，根据相差预设相位的控制信号，交错控制所述N相高频桥臂。
根据本发明实施例的充放电控制方法，对电池进行放电控制时，可控制PFC电路工作在软开关模式，以使开关管零电压导通，由此，能够降低开关管损耗，提高放电效率，且通过对多相高频桥臂交错控制，可延长车载充电***的使用寿命，减小PFC电路的交流端的电流纹波，提高充放电的可靠性。
为实现上述目的，本发明第二方面提出了一种车载充电***，包括：PFC电路，所述PFC电路包括N个电感、N相高频桥臂和一相工频桥臂，所述N个电感与所述N相高频桥臂一一对应，所述电感的第一端与外部充电口连接，所述电感的第二端与对应的高频桥臂的中点连接，所述高频桥臂与所述工频桥臂并联，所述工频桥臂的中点与所述外部充电口的连接，N为大于等于2的整数；母线电容，所述母线电容与所述工频桥臂并联；双向DC/DC电路，所述双向DC/DC电路的第一端与所述母线电容连接，所述双向DC/DC电路的第二端与电池连接；充放电控制装置，其用于对所述N相高频桥臂、工频桥臂和所述双向DC/DC电路进行控制，所述充放电控制装置包括存储器、处理器和存储在所述存储器的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述的充放电控制方法。
根据本发明实施例的车载充电***，通过可实现上述控制方法的充放电控制装置，在对电池进行放电控制时，可控制PFC电路工作在软开关模式，以使开关管零电压导通，由此，能够降低开关管损耗，减小PFC电路交流端的电流纹波，提高放电效率。
为实现上述目的，本发明第三方面提出了一种车辆，包括：上述实施例中所述的车载充电***。
根据本发明实施例的车辆，通过设置车载充电***，在对电池进行放电控制时，可控制PFC电路工作在软开关模式，以使开关管零电压导通，由此，能够降低开关管损耗，提高放电效率。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明一个示例的车载充电***的拓扑图；
图2是本发明一个实施例的充放电控制方法的流程图；
图3是本发明另一个实施例的充放电控制方法的流程图；
图4是本发明一个实施例的车载充电***的拓扑图；
图5是本发明另一个实施例的车载充电***的拓扑图；
图6是本发明一个示例的基于CRM控制的PFC软开关原理图；
图7是本发明一个示例的ISR1中DC/DC电路的控制流程图；
图8是本发明一个示例的ISR2中PFC电路的控制流程图；
图9是本发明一个示例的主相外部中断的控制流程图；
图10是本发明一个示例的从相外部中断的控制流程图；
图11是本发明另一个示例的ISR2中PFC电路的控制流程图；
图12是本发明一个示例的主从相相位时间差的示意图；
图13是本发明一个示例的从相滞后时的相位调整波形图；
图14是本发明一个示例的从相超前时的相位调整波形图；
图15是本发明又一个实施例的车载充电***的拓扑图；
图16是本发明实施例的车辆的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图1-16描述本发明实施例的充放电控制方法、车载充电***和车辆。
如图1所示，该车载充电***100包括：依次连接的PFC电路11、母线电容Ci和双向DC/DC电路12。其中，PFC电路11的交流端用以连接外部电源或者外部负载M，PFC电路11的直流端与双向DC/DC电路12的第一直流端连接，双向DC/DC电路12的第二直流端与电池batt连接。
参见图1，PFC电路11包括依次连接的N个电感(图1以N＝2示出)、N相高频桥臂和一相工频桥臂，N为大于等于2的整数，N个电感与N相高频桥臂一一对应。电感的一端与对应的高频桥臂的中点连接，电感的另一端用以连接外部电源或者外部负载M的一端；各相高频桥臂和工频桥臂并联，并形成两汇流端，两汇流端与双向DC/DC电路12的第一直流端连接，工频桥臂的中点用以连接外部电源或者外部负载M的另一端。图1中的两相高频桥臂包括高频开关管P1、P2、P3、P4和与P1、P2、P3、P4并联的电容C1、C2、C3、C4，工频桥臂包括工频开关管P5、P6和与P5、P6并联的电容C5、C6。
在本发明的实施例中，参见图1，电池batt放电时，PFC电路11处于逆变状态，用于将双向DC/DC电路12输出的直流电逆变成交流电，以给交流负载供电；向电池batt充电时，PFC电路11处于整流状态，用于将外部电源如电网输出的交流电整流成直流电，以给电池batt充电。应当理解，电池batt放电时双向DC/DC电路12的初级侧，为向电池batt充电时双向DC/DC电路12的次级侧；电池batt放电时双向DC/DC电路12的次级侧，为向电池batt充电时双向DC/DC电路12的初级侧。
参见图1，双向DC/DC电路12的初级侧和次级侧均可包括4个开关管(分别记为P7-P10、S1-S4)和4个电容(分别记为C7-C10、C11-C14)。其中，充电时，P7～P10作为双向DC/DC电路12的初级，S1～S4构成双向DC/DC电路12的次级；放电时S1～S4构成双向DC/DC电路12的初级，P7～P10作为双向DC/DC电路12的次级。可选地，参见图1，双向DC/DC电路12还可包括谐振电感Lr1、Lr2和谐振电容Cr1、Cr2，以及输出滤波电容Co。
基于上述实施例的车载控制***，本发明提出了一种充放电控制方法。
图2是本发明一个实施例的充放电控制方法的流程图。
如图2所示，充放电控制方法包括以下步骤：
S1，在接收到控制指令时，判断控制指令是充电指令还是放电指令。
S2，如果控制指令为放电指令，则获取母线电容的第一电压和流经电池的第一电流。
S3，根据第一电压和第一电流对双向DC/DC电路进行控制直至第一电压稳定。
其中，第一电压的波动幅度很小，如在-0.5-0.5V范围内波动，可认为第一电压稳定。
S4，待第一电压稳定后，获取PFC电路的交流端电压、流经N个电感的N个第二电流和N相高频桥臂中待开启开关管两端的第二电压。
S5，根据交流端电压、N个第二电流和第二电压对N相高频桥臂和工频桥臂进行控制，以致待开启开关管零电压导通，同时，根据相差预设相位的控制信号，交错控制N相高频桥臂。
其中，预设相位可根据N个第二电流确定。
在一些示例中，上述步骤S3，可包括：获取第一基准电压、第一基准电流以及同步电流阈值；计算第一电压与第一基准电压的第一电压差，并计算第一电流与第一基准电流的第一电流差；对第一电压差进行比例积分调节得到第一调节值，以及对第一电流差进行比例积分调节得到第二调节值；判断第一电流是否大于同步电流阈值，以及判断第一调节值是否大于第二调节值；当第一电流大于同步电流阈值时，控制双向DC/DC电路的次级侧的开关管，以实现同步整流；否则，不进行同步整流；和/或，当第一调节值大于第二调节值时，控制双向DC/DC电路的初级侧的开关管，以实现恒压；否则，控制双向DC/DC电路的初级侧的开关管，以实现限流。
在一些示例中，上述步骤S5，可包括：获取第二基准电压和预设相位信号，并根据第二基准电压和预设相位信号得到第一给定电压；根据第一给定电压、交流端电压、N个第二电流、第一高频开关管的电压或第二高频开关管的电压对N相高频桥臂和工频桥臂进行控制，以致第一高频开关管和第二高频开关管中待开启开关管零电压导通，同时，根据相差预设相位的控制信号，交错控制N相高频桥臂。
作为一个示例，上述的根据第一给定电压、交流端电压、N个第二电流、第一高频开关管的电压或第二高频开关管的电压对N相高频桥臂和工频桥臂进行控制，以致第一高频开关管和第二高频开关管中待开启开关管零电压导通的步骤，同时，根据相差预设相位的控制信号，交错控制N相高频桥臂，可包括：计算第一给定电压与交流端电压的第二电压差，并对第二电压差进行比例积分调节，得到主相开关管的第一导通时间；采用过零检测器处理每一个第二电流得到一个过零信号，以获得N个过零信号；根据N个过零信号得到相邻两个过零信号的时间差，并对时间差进行比例积分调节得到第一修正时间；根据主相开关管的第一导通时间和第一修正时间得到相邻的从相开关管的第二导通时间，并根据第一导通时间和第二导通时间，以交错控制N相高频桥臂；控制第一高频开关管和第二高频开关管中已启动开关管的导通时长持续相应相开关管的导通时间(例如，控制主相桥臂中高频开关管导通时，对应的导通时长为主相开关管的第一导通时间；控制从相桥臂中高频开关管导通时，对应的导通时长为从相开关管的第二导通时间)；当导通时长达到相应相开关管的导通时间时，控制第一高频开关管和第二高频开关管均关断，直至与待开启开关管并联的电容的电压为零时，控制待开启开关管零电压导通。
具体地，参见图1、图6，以主相高频桥臂为例，在一个开关周期，可对第二电压差进行比例积分调节，得到主相开关管P2的导通时间Ton，在检测到电感电流过零，例如达到图6中的预设负值ig，且检测到与P2并联的电容C2的电压小于预设值时，控制P2导通，且导通时长为Ton。P2导通后，电感iL1的电流呈线性递增，当导通时长达到Ton时，控制P2关闭，此时P1、P2同时关闭。与P1并联的电容C1放电，直至与P1并联的电容C1的电压小于预设值，如电压接近为零时，控制P1导通，电感的电流iL1呈线性递减；电感电流iL1过零，如达到预设负值如ig时，控制P1关断。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，充放电控制方法还包括：
S6，如果控制指令为充电指令，获取PFC电路的交流端电压，并判断交流端电压是否在预设电压范围内。
S7，当交流端电压不在预设电压范围内，在预设时间段内，重复判定交流端电压不在预设电压范围内，则生成禁止充电指令并执行。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，判断交流端电压是否在预设电压范围内的步骤之后，还包括：
S8，当交流端电压在预设电压范围内，获取第三基准电压，并获取母线电容的第三电压。
S9，判断第三电压与第三基准电压的差值是否小于预设值。
S10，当第三电压与第三基准电压的差值大于等于预设值时，获取流经N个电感的N个第三电流和N相高频桥臂中待开启开关管两端的第四电压，并根据N个第三电流、第三电压、第三基准电压以及第四电压对N相高频桥臂和工频桥臂进行控制，以致待开启开关管零电压导通，与此同时，根据相差预设相位的控制信号，交错控制N相高频桥臂，直至当前的第三电压与第三基准电压的差值小于预设值。
S11，当第三电压与第三基准电压的差值小于预设值时，获取流经电池的第四电流和电池的第五电压，并根据第四电流和第五电压对双向DC/DC电路进行控制，以对电池进行充电。
在一些示例中，上述的根据N个第三电流、第三电压、第三基准电压以及第四电压对N相高频桥臂和工频桥臂进行控制，以致待开启开关管零电压导通，与此同时，根据相差预设相位的控制信号，交错控制N相高频桥臂的步骤，包括：计算第三基准电压与第三电压的第三电压差，并对第三电压差进行比例积分调节，得到主相开关管的第三导通时间；采用过零检测器处理每一个第三电流得到一个过零信号，以获得N个过零信号；根据N个过零信号得到相邻两个过零信号的时间差，并对时间差进行比例积分调节得到第二修正时间；根据主相开关管的第三导通时间和第二修正时间得到相邻的从相开关管的第四导通时间，并根据第三导通时间和第四导通时间，以交错控制N相高频桥臂；控制第一高频开关管和第二高频开关管中已启动开关管的导通时长持续相应相开关管的导通时间；当导通时长达到相应相开关管的导通时间时，控制第一高频开关管和第二高频开关管均关断，直至与待开启开关管并联的电容的电压为零时，控制待开启开关管零电压导通。
在一些示例中，根据第四电流和第五电压对双向DC/DC电路进行控制，以对电池进行充电的步骤，可包括：获取第四基准电压、第二基准电流以及同步电流阈值；计算第四基准电与第五电压的第四电压差，并计算第二基准电流与第四电流的第二电流差；对第四电压差进行比例积分调节得到第三调节值，以及对第二电流差进行比例积分调节得到第四调节值；判断第四电流是否大于同步电流阈值，以及判断第三调节值是否大于第四调节值；当第四电流大于同步电流阈值时，控制充电时双向DC/DC电路的次级侧的开关管，以实现同步整流；否则，不进行同步整流；和/或，当第三调节值大于第四调节值时，控制充电时双向DC/DC电路的初级侧的开关管，以实现恒压；否则，控制充电时双向DC/DC电路的初级侧的开关管，以实现限流。
具体地，上述充放电控制可通过用于控制PFC电路11的第二控制单元32和控制双向DC/DC电路12的第一控制单元31实现。下面以N＝2为例，对上述的充放电控制方法进行说明：
在本发明的一个实施例中，电池放电时，首先第一控制单元31控制DC/DC电路12工作，待Vpfc电压稳定后，第二控制单元32才控制PFC电路11工作，逆变生成输出电压Vo。
如图4所示，第一控制单元31包括：第二基准电压输出器(图4中未示出)、基准电流输出器(图4中未示出)、第二电压软起动器31a、第三限幅器31b、第四限幅器31c、第五限幅器31d、第六限幅器31e、第二减法器31f、第三减法器31g、第三PI控制器31h、电流软起动器31i、第四PI控制器31j、取小器31k、同步整流控制器31l和PWM驱动器31m。
其中，第二基准电压输出器用于在接收到放电指令时，输出第一基准电压Vref1。基准电流输出器用于在接收到放电指令时，输出第一基准电流Iref1。第二电压软起动器31a分别与第二基准电压输出器、第五限幅器31d连接，第二电压软起动器31a用于基于基准电压实现电压软启动，第五限幅器31d用于软启动后的输出电压进行限幅处理。第二减法器31f与第五限幅器31d连接，第二减法器31f用于在电池batt放电时，接收第一电压，并计算第一电压与(限幅处理后的)第一基准电压Vref1的第一电压差。第三PI控制器31h分别与第二减法器31f、第三限幅器31b连接，第三PI控制器31h用于在电池batt放电时，对第一电压差进行比例积分调节，得到第一调节值，第三限幅器31b用于对第一调节值进行限幅处理。电流软起动器31i分别与基准电流输出器、第六限幅器31e连接，电流软起动器31i用于基于基准电流实现电流软启动，第六限幅器31e用于对基准电流进行限幅处理。第三减法器31g分别与第六限幅器31e，第三减法器31g用于在电池batt放电时，接收第一电流，并计算第一电流与(限幅处理后的)第一基准电流的第一电流差。第四PI控制器31j分别与第三减法器31f、第四限幅器31c连接，第四PI控制器31j用于在电池batt放电时，对第一电流差进行比例积分调节得到第二调节值，第四限幅器31c用于对第二调节值进行限幅处理。第三限幅器31b和第四限幅器31c均与取小器31k连接，取小器31k用于判断(限幅处理后的)第一调节值是否大于(限幅处理后的)第二调节值。同步整流控制器31l用于在电池batt放电时，接收第一电流，并判断第一电流是否大于同步电流阈值。
PWM驱动器31m分别与取小器31k、同步整流控制器31l、双向DC/电路12连接，PWM驱动器31m用于在第一电流大于同步电流阈值时，将同步整流标志位syn_flag置1，控制双向DC/DC电路的次级侧的开关管，以实现同步整流；否则，将同步整流标志位syn_flag置0，且不进行同步整流，以提高放电效率。同时，PWM驱动器31m还可在第一调节值大于第二调节值时，基于第二调节值控制双向DC/DC电路的初级侧的开关管，以实现恒压；否则，基于第一调节值控制双向DC/DC电路的初级侧的开关管，以实现限流。
作为一个示例，如果第一电流大于同步电流阈值，根据取小器31k的输出信号和同步整流标志位syn_flag即1生成PWM控制信号，以控制双向DC/DC电路12，实现限流的目的。如果第一电流不大于同步电流阈值，根据取小器31k的输出信号和同步整流标志位syn_flag即0生成PWM控制信号，以控制双向DC/DC电路12，实现恒压的目的。
第一控制单元31控制双向DC/DC电路12工作之后，判断第一电压是否稳定，待第一电压稳定(如在第一预设时间内波动范围小于波动阈值)后，第二控制单元32控制PFC电路11开始工作。
如图4所示，电池batt放电时，第二控制单元32包括：第一基准电压输出器(图4中未示出)、第一电压软起动器32a、第零限幅器32b、第一减法器32c、第一PI控制器32d、第一限幅器32e、过零检测器32f、主从相时间差计算器32g、第二P控制器32h、第二限幅器32i、加法器32j、SPWM驱动器32k、相位发生器32l和电压处理器32m。
其中，第一基准电压输出器用于在接收到放电指令时，输出第二基准电压Vref2。第一电压软起动器32a分别与第一基准电压输出器、第零限幅器32b连接，第一电压软起动器32a用于基于基准电压实现电压软启动，第零限幅器32b用于对电压进行限幅处理，生成斜坡信号V* o。第零限幅器32b和相位发生器32l均与电压处理器32m连接，相位发生器32l用于在电池batt放电时输出预设相位信号coswt，电压处理器32m用于根据第二基准电压和预设相位信号(如相乘)得到带有相位信息的第一给定电压。第一减法器32c与电压处理器32m连接，同时接收PFC交流端电压，并计算第一给定电压与交流端电压的第二电压差。第一PI控制器32d分别与第一减法器32c、第一限幅器32e连接，第一PI控制器32d用于在电池放电时，对第二电压差进行比例积分调节，第一限幅器32e用于对比例积分调节后的输出值进行限幅处理，得到主相开关管的第一导通时间。过零检测器32f、主从相时间差计算器32g、第二P控制器32p和第二限幅器32i依次连接，过零检测器32f用于对流经电感L1、L2的电流进行过零检测，第二P控制器32p用于输出修正时间。加法器32j分别与第一限幅器32e、第二限幅器32i连接，加法器32j用于输出从相开关管的第二导通时间。
具体地，参见图4，电感电流iL1和iL2输入到过零检测器32f，过零检测器32f在监测到主相和从相的电感电流下降到负值ig时，分别产生电平跳变，生成主相过零信号ZCD_Master以及从相过零信号ZCD_Slaver。在捕获到任何一个过零信号时，进入外部中断服务程序，在服务程序里记录下过零信号到来时，主从相的相位时间差terror，然后将时间差信号terror送入到第二P控制器32h，第二P控制器32h的输出经过第二限幅器32i后，生成从相充电管的充电修正时间Ton_correct，Ton_correct与主相充电管的第一导通时间Ton相加后生成最终从相充电管的第二导通时间Ton_slaver。Ton和Ton_slaver作为SPWM驱动器32k的输入，生成相应的PWM驱动分别控制主相和从相开关管(充电管)的导通时间。
SPWM驱动器32k分别与第一限幅器32e、过零检测器32f、单相全桥电路111连接，SPWM驱动器32k用于对PFC电路11进行控制，包括控制第一高频开关管和第二高频开关管中已启动开关管的导通时长持续对应相开关管的导通时间，以及当导通时长达到对应相开关管的导通时间时，控制第一高频开关管和第二高频开关管均关断，直至与待开启开关管并联的电容的电压为零时，控制待开启开关管零电压导通。
对于上述的零电压导通，参见图6，为了实现PFC电路11工作在软开关模式，可采取临界导通CRM控制方式对PFC电路11进行控制。图6中，VgsP2及VgsP1是图2中高频开关管P2、P1的驱动脉冲，VdsP2是高频开关管P2的Vds电压，iL是流经电感L1的电流，电感电流采用CRM模式。其中，电感电流在每个开关周期都会过零形成负电流ig，以进行LC谐振实现主开关管的零电压导通。在ts2时间段，当VgsP2开始有驱动时，开关管P2的VdsP2电压已经下降到零，可实现开关管P2的零电压导通。
具体而言，在一个开关周期中，参见图1、图4、图6，PFC电路11处于逆变状态时，第一PI控制器32d计算得到主相开关管的第一导通时间，过零检测器32f在电感电流过零达到负值ig后，会产生电平跳变，数字控制芯片在捕获到过零信号后会将开关管P2的驱动拉高，此时电感电流呈线性上升。当P2的导通时间达到第一导通时间时，SPWM驱动器32k会发生PWM匹配，此时，SPWM驱动器32k将P2的驱动拉低，同时拉高P1的驱动，电感电流之后会线性下降。下降到负值ig后，又会捕获到过零信号，之后会进入一个新的开关周期，如此往复，实现电感电流可以到负值，实现开关管的零电压导通，同时输出稳定的电压Vo。
在该实施例中，可以根据电感的伏秒平衡特性，通过下式(1)计算主相开关管的第一导通时间，即图6中的Ton：
Figure BDA0002619591540000091
其中，IB为图6中所示的ig，LS为电感L1的电感值，Vin为PFC电路的交流端电压的峰值，w为交流端电压的角频率，Io为流经电感L1电流的最大值。
需要说明的是，主从相时间差计算器32g、第二P控制器32h、第二限幅器32i的设置是为了通过修正从相充电管的时间以实现主从相两相交错180度，以减小PFC交流电流纹波。
具体地，主从相时间差计算器32g用于采集主从相的相位时间差terror，主从相的相位时间差terror的采集方法如图12所示。图12中，iL1是流经主相电感L1的电流，iL2是流经从相电感L2的电流，tp是主相的开关周期，其时间由主相两次过零信号ZCD的间隔求得，t是从相电流过零时从相和主相的时间差，当主相和从相两相交错180度时，t等于tp/2。
第二P控制器32h用于根据主从相的相位时间差terror，来调整从相的导通时间，以实现两相交错。在调节导通时间时，有两种情况，即初始时从相滞后于主相和初始时从相超前于主相。具体而言，从相滞后时的相位调整波形如图13所示。参见图13，初始时刻从相滞后于主相，t小于tp/2，要使主相和从相实现交错，需增加从相的导通时间，之后即可实现两相交错。这里，通过时间差和导通时间形成闭环。令：
Ton_slaver＝Ton+(tp/2–t)*Kp   (2)
其中，Ton是主相的第一导通时间，Ton_slaver是从相的第二导通时间，Kp是比例系数。由式(2)可知，当t小于tp/2时，误差项会正相关到Ton_slaver，使得从相导通时间增加。
从相超前时的相位调整波形如图14所示。参见图14，初始时刻从相超前于主相，t大于tp/2，要使主相和从相实现交错，需要减小从相的导通时间，之后即可实现两相交错。这里，通过时间差和导通时间形成闭环。令：
Ton_slaver＝Ton+(tp/2–t)*Kp   (3)
其中，Ton是主相的第一导通时间，Ton_slavre是从相的第二导通时间，Kp是比例系数，由式(3)可知，当t大于tp/2时，误差项会负相关到Ton_slaver，使得从管导通时间减小。
在该实施例中，第一控制单元31和第二控制单元32可集成在一个数字芯片中，并可通过软件程序实现对双向DC/DC电路12和PFC电路11的控制。双向DC/DC电路12的控制程序可在中断服务函数ISR1中执行，PFC电路11的控制程序可在中断服务函数ISR2中执行，放电控制程序流程如图7、图8、图9、图10所示。
在本发明的另一个实施例中，电池充电时，可首先判断外部电源如电网电压，若电网电压值处于正常值范围之内，第二控制单元32控制PFC电路11开始工作，待第三电压(即母线电容的电压)稳定后，DC/DC电路12开始工作，最终以充电电流Ibatt给电池充电。其中，第三电压与第三基准电压的差值小于预设值，可判定母线电容的电压稳定，预设值为以很小的值，如0-0.5V。
需要说明的是，上述第一控制单元31和第二控制单元32中的结构，过零检测器32f可为硬件电路，其余结构均可为软件结构。
如图5所示，向电池batt充电时，第二控制单元32不包括上述的相位发生器32l和电压处理器32m，但包括电压半周期检测器32n，电压半周期检测器32n分别与外部电源和SPWM驱动器32k连接，用于检测外部电源的正负半周期。其中，第一基准电压输出器用于在接收到充电指令时，输出第三基准电压Vref3。第一电压软起动器32a用于基于第三基准电压Vref3实现电压软启动，第零限幅器32b用于对电压进行限幅处理，生成斜坡信号V* pfc。第一减法器32c用于在电池batt充电时，接收第三电压，并计算(限幅处理后的)第三基准电压与第三电压的第三电压差。第一PI控制器32d用于在电池充电时，对第三电压差进行比例积分调节，第一限幅器32e用于对比例积分调节后的输出值进行限幅处理，得到主相充电管的第三导通时间。过零检测器32f用于对流经电感L1、L2的电流进行过零检测，并在监测到流经主从相电感的电流下降到负值ig后，分别产生电平跳变，生成主相过零信号ZCD_Master以及从相过零信号ZCD_Slaver。
在捕获到任何一个过零信号后，进入外部中断服务程序，在服务程序里记录下过零信号到来时，主从相的时间差terror，然后将时间差信号terror送入到第二P控制器32h，第二控制器的输出经过第二限幅器32i后，生成从相充电管的充电修正时间Ton_correct，加法器32j将Ton_correct与主相充电管第三导通时间Ton相加后生成从相充电管的第四导通时间Ton_slaver。Ton和Ton_slaver以及根据电网电压得出的电网正负半周标志PN_flag作为SPWM驱动器32k的输入。SPWM驱动器32k用于对PFC电路11进行控制，包括控制第一高频开关管和第二高频开关管中已启动开关管的导通时长持续相应相开关管的导通时间；当导通时长达到相应相开关管的导通时间时，控制第一高频开关管和第二高频开关管均关断，直至与待开启开关管并联的电容的电压为零时，控制待开启开关管零电压导通。
参见图5，电池放电时第一控制单元31的结构，与电池充电时第一控制单元31的结构相同。第二基准电压输出器用于在接收到充电指令时，输出第四基准电压Vref4。基准电流输出器用于在接收到充电指令时，输出第二基准电流Iref2。第二电压软起动器31a用于基于第四基准电压Vref4实现电压软启动，第五限幅器31d用于软启动后的输出电压进行限幅处理。第二减法器31f用于在电池batt充电时，接收第五电压，并计算第五电压与(限幅处理后的)第四基准电压Vref1的第四电压差。第三PI控制器31h用于在电池batt充电时，对第四电压差进行比例积分调节，得到第三调节值，第三限幅器31b用于对第三调节值进行限幅处理。电流软起动器31i用于基于第二基准电流实现电流软启动，第六限幅器31e用于对基准电流进行限幅处理。第三减法器31g用于在电池batt充电时，接收第四电流，并计算第四电流与(限幅处理后的)第二基准电流的第二电流差。第四PI控制器31j用于在电池batt充电时，对第四电流差进行比例积分调节得到第四调节值，第四限幅器31c用于对第四调节值进行限幅处理。取小器31k用于判断(限幅处理后的)第三调节值是否大于(限幅处理后的)第四调节值。同步整流控制器31l用于在电池batt充电时，接收第四电流，并判断第四电流是否大于同步电流阈值。PWM驱动器31m用于在第四电流大于同步电流阈值时，控制充电时双向DC/DC电路的次级侧的开关管，以实现同步整流；否则，不进行同步整流；和/或，在第三调节值大于第四调节值时，控制充电时双向DC/DC电路的初级侧的开关管，以实现恒压；否则，控制充电时双向DC/DC电路的初级侧的开关管，以实现限流。
具体而言，在一个开关周期中，参见图1、图5、图6，PFC电路11处于整流状态时，通过电压环的第一PI控制器32d计算得到开关管P2的第三导通时间，同时过零检测器32f在电感电流过零达到负值ig后，会产生电平跳变，数字控制芯片在捕获到过零信号后会将P2的驱动拉高，此时电感电流呈线性上升。当P2导通时间达到计算出的导通时间时，SPWM驱动器32k会发生PWM匹配，此时，SPWM驱动器32k会将P2驱动拉低，同时拉高P1的驱动，电感电流之后会线性下降。下降到负值ig后，又会捕获到过零信号，之后会进入一个新的开关周期，如此往复，实现电感电流可以到负值，实现开关管的零电压导通，同时使得母线电容电压稳定。
在本发明的实施例中，充电时对双向DC/DC电路12的控制和放电时对双向DC/DC电路12的控制基本一样，区别在于充电时第三PI控制器31h控制的是电池的电压Vbatt，另外，充电时双向DC/DC电路12的同步整流管由放电时的P7～P10变成了S1～S4。
在该实施例中，第一控制单元31和第二控制单元32可集成在一个数字芯片中，并可通过软件程序实现对双向DC/DC电路12和PFC电路11的控制。双向DC/DC电路12的控制程序可在中断服务函数ISR1中执行，PFC电路11的控制程序可在中断服务函数ISR2中执行，充电控制程序流程如图11、图7、图9、图10所示。
综上所述，本发明实施例的充放电控制方法，可以实现能量的双向流动，提高了车辆的功能多样性，且进行充放电控制时，可使PFC电路工作在软开关模式，可实现开关管的零电压导通，开关管损耗低。另外，该控制方法可通过一个数字控制芯片实现，较之多芯片控制，控制复杂度低，开发难度小、故障率低，成本低。
本发明第二方面提出了一种车载充电***。
图15是本发明一个实施例的车载充电***的结构示意图。
如图15所示，车载充电***100包括PFC电路11、母线电容Ci、双向DC/DC电路12和充放电控制装置13。其中，PFC电路11包括N个电感(图13示出了电感L1、电感L2)、N相高频桥臂(图13示出了高频桥臂111、高频桥臂113)和一相工频桥臂112，电感L1、L2的第一端与外部充电口连接，电感L1、L2的第二端与对应的高频桥臂111、高频桥臂113的中点连接，高频桥臂111、113与工频桥臂112并联，工频桥臂112的中点与外部充电口的连接；母线电容Ci与工频桥臂112并联；双向DC/DC电路12的第一端与母线电容Ci连接，双向DC/DC电路12的第二端与电池batt连接。
在该实施例中，充放电控制装置13用于对高频桥臂111、高频桥臂113、工频桥臂112和双向DC/DC电路12进行控制，充放电控制装置13包括存储器、处理器和存储在存储器的计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现上述的充放电控制方法。
本发明实施例的车载充电***，通过可实现上述控制方法的充放电控制装置，在对电池进行放电控制时，可控制PFC电路工作在软开关模式，以使开关管零电压导通，由此，能够降低开关管损耗，提高放电效率。
本发明第三方面提出了一种车辆。
图16是本发明实施例的车辆的结构框图。
如图16所示，车辆1000包括上述实施例的车载充电***100。
根据本发明实施例的车辆，通过设置车载充电***，在对电池进行放电控制时，可控制PFC电路工作在软开关模式，以使开关管零电压导通，由此，能够降低开关管损耗，提高放电效率。
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种充放电控制方法，其特征在于，其应用于车载充电***，所述车载充电***包括依次连接的PFC电路、母线电容和双向DC/DC电路，所述PFC电路包括依次连接的N个电感、N相高频桥臂和一相工频桥臂，N为大于等于2的整数，所述控制方法包括：
在接收到控制指令时，判断所述控制指令是充电指令还是放电指令；
如果所述控制指令为放电指令，则获取所述母线电容的第一电压和流经电池的第一电流；
根据所述第一电压和所述第一电流对所述双向DC/DC电路进行控制直至所述第一电压稳定；
待所述第一电压稳定后，获取所述PFC电路的交流端电压、流经所述N个电感的N个第二电流和所述N相高频桥臂中待开启开关管两端的第二电压；
根据所述交流端电压、所述N个第二电流和所述第二电压对所述N相高频桥臂和所述工频桥臂进行控制，以致所述待开启开关管零电压导通，同时，根据相差预设相位的控制信号，交错控制所述N相高频桥臂。
2.如权利要求1所述的充放电控制方法，其特征在于，所述根据所述第一电压和所述第一电流对所述双向DC/DC电路进行控制直至所述第一电压稳定的步骤，包括：
获取第一基准电压、第一基准电流以及同步电流阈值；
计算所述第一电压与所述第一基准电压的第一电压差，并计算所述第一电流与所述第一基准电流的第一电流差；
对所述第一电压差进行比例积分调节得到第一调节值，以及对所述第一电流差进行比例积分调节得到第二调节值；
判断所述第一电流是否大于所述同步电流阈值，以及判断所述第一调节值是否大于所述第二调节值；
当所述第一电流大于所述同步电流阈值时，控制所述双向DC/DC电路的次级侧的开关管，以实现同步整流；否则，不进行同步整流；
和/或，当所述第一调节值大于所述第二调节值时，控制所述双向DC/DC电路的初级侧的开关管，以实现恒压；否则，控制所述双向DC/DC电路的初级侧的开关管，以实现限流。
3.如权利要求1所述的充放电控制方法，其特征在于，所述高频桥臂包括第一高频开关管和第二高频开关管；
所述根据所述交流端电压、所述N个第二电流和所述第二电压对所述N相高频桥臂和所述工频桥臂进行控制，以致所述待开启开关管零电压导通，同时，根据相差预设相位的控制信号，交错控制所述N相高频桥臂的步骤，包括：
获取第二基准电压和预设相位信号，并根据所述第二基准电压和所述预设相位信号得到第一给定电压；
根据所述第一给定电压、所述交流端电压、所述N个第二电流、所述第一高频开关管的电压或所述第二高频开关管的电压对所述N相高频桥臂和所述工频桥臂进行控制，以致所述第一高频开关管和第二高频开关管中待开启开关管零电压导通，同时，根据相差预设相位的控制信号，交错控制所述N相高频桥臂。
4.如权利要求3所述的充放电控制方法，其特征在于，所述根据所述第一给定电压、所述交流端电压、所述N个第二电流、所述第一高频开关管的电压或所述第二高频开关管的电压对所述N相高频桥臂和所述工频桥臂进行控制，以致所述第一高频开关管和第二高频开关管中待开启开关管零电压导通，同时，根据相差预设相位的控制信号，交错控制所述N相高频桥臂的步骤，包括：
计算所述第一给定电压与所述交流端电压的第二电压差，并对所述第二电压差进行比例积分调节，得到主相开关管的第一导通时间；
采用过零检测器处理每一个第二电流得到一个过零信号，以获得N个所述过零信号；
根据所述N个所述过零信号得到相邻两个过零信号的时间差，并对所述时间差进行比例积分调节得到第一修正时间；
根据所述主相开关管的第一导通时间和所述第一修正时间得到相邻的从相开关管的第二导通时间，并根据所述第一导通时间和所述第二导通时间，以交错控制所述N相高频桥臂；
控制所述第一高频开关管和第二高频开关管中已启动开关管的导通时长持续相应相开关管的导通时间；
当导通时长达到相应相开关管的导通时间时，控制所述第一高频开关管和所述第二高频开关管均关断，直至与所述待开启开关管并联的电容的电压为零时，控制所述待开启开关管零电压导通。
5.根据权利要求1所述的充放电控制方法，其特征在于，所述在接收到控制指令时，判断所述控制指令是充电指令还是放电指令的步骤之后，还包括：
如果所述控制指令为充电指令，获取所述PFC电路的交流端电压，并判断所述交流端电压是否在预设电压范围内；
当所述交流端电压不在所述预设电压范围内，在预设时间段内，重复判定所述交流端电压不在预设电压范围内，则生成禁止充电指令并执行。
6.根据权利要求5所述的充放电控制方法，其特征在于，所述高频桥臂包括第一高频开关管和第二高频开关管；
所述判断所述交流端电压是否在预设电压范围内的步骤之后，还包括：
当所述交流端电压在所述预设电压范围内，获取第三基准电压，并获取所述母线电容的第三电压；
判断所述第三电压与所述第三基准电压的差值是否小于预设值；
当所述第三电压与所述第三基准电压的差值大于等于预设值时，获取流经所述N个电感的N个第三电流和所述N相高频桥臂中待开启开关管两端的第四电压，并根据所述N个第三电流、所述第三电压、所述第三基准电压以及所述第四电压对所述N相高频桥臂和所述工频桥臂进行控制，以致所述待开启开关管零电压导通，与此同时，根据相差预设相位的控制信号，交错控制所述N相高频桥臂，直至当前的第三电压与所述第三基准电压的差值小于预设值；
当所述第三电压与所述第三基准电压的差值小于预设值时，获取流经所述电池的第四电流和所述电池的第五电压，并根据所述第四电流和所述第五电压对所述双向DC/DC电路进行控制，以对电池进行充电。
7.根据权利要求6所述的充放电控制方法，其特征在于，所述根据所述N个第三电流、所述第三电压、所述第三基准电压以及所述第四电压对所述N相高频桥臂和所述工频桥臂进行控制，以致所述待开启开关管零电压导通，与此同时，根据相差预设相位的控制信号，交错控制所述N相高频桥臂的步骤，包括：
计算所述第三基准电压与所述第三电压的第三电压差，并对所述第三电压差进行比例积分调节，得到主相开关管的第三导通时间；
采用过零检测器处理每一个第三电流得到一个过零信号，以获得N个所述过零信号；
根据所述N个所述过零信号得到相邻两个过零信号的时间差，并对所述时间差进行比例积分调节得到第二修正时间；
根据所述主相开关管的第三导通时间和所述第二修正时间得到相邻的从相开关管的第四导通时间，并根据所述第三导通时间和所述第四导通时间，以交错控制所述N相高频桥臂；
控制所述第一高频开关管和第二高频开关管中已启动开关管的导通时长持续相应相开关管的导通时间；
当导通时长达到相应相开关管的导通时间时，控制所述第一高频开关管和所述第二高频开关管均关断，直至与所述待开启开关管并联的电容的电压为零时，控制所述待开启开关管零电压导通。
8.根据权利要求7所述的充放电控制方法，其特征在于，所述根据所述第四电流和所述第五电压对所述双向DC/DC电路进行控制，以对电池进行充电的步骤，包括：
获取第四基准电压、第二基准电流以及同步电流阈值；
计算所述第四基准电与所述第五电压的第四电压差，并计算所述第二基准电流与所述第四电流的第二电流差；
对所述第四电压差进行比例积分调节得到第三调节值，以及对所述第二电流差进行比例积分调节得到第四调节值；
判断所述第四电流是否大于所述同步电流阈值，以及判断所述第三调节值是否大于所述第四调节值；
当所述第四电流大于所述同步电流阈值时，控制充电时双向DC/DC电路的次级侧的开关管，以实现同步整流；否则，不进行同步整流；
和/或，当所述第三调节值大于所述第四调节值时，控制充电时双向DC/DC电路的初级侧的开关管，以实现恒压；否则，控制充电时双向DC/DC电路的初级侧的开关管，以实现限流。
9.一种车载充电***，其特征在于，包括：
PFC电路，所述PFC电路包括N个电感、N相高频桥臂和一相工频桥臂，所述N个电感与所述N相高频桥臂一一对应，所述电感的第一端与外部充电口连接，所述电感的第二端与对应的高频桥臂的中点连接，所述高频桥臂与所述工频桥臂并联，所述工频桥臂的中点与所述外部充电口的连接，N为大于等于2的整数；
母线电容，所述母线电容与所述工频桥臂并联；
双向DC/DC电路，所述双向DC/DC电路的第一端与所述母线电容连接，所述双向DC/DC电路的第二端与电池连接；
充放电控制装置，其用于对所述N相高频桥臂、工频桥臂和所述双向DC/DC电路进行控制，所述充放电控制装置包括存储器、处理器和存储在所述存储器的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-8中任一项所述的充放电控制方法。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的车载充电***。
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