技术领域
[0001] 本实用新型涉及电动
汽车技术领域，尤其涉及一种车载电源管理系统。
背景技术
[0002] 随着环境污染的日益加剧和石油
能源的减少，新能源汽车受到人们的密切关注，尤其是插电式混合动
力汽车(PHEV)和纯电动汽车。插电式混合动力电动汽车的动力来源有两种，一个是传统的以
汽油或柴油为
能量来源的
发动机；另一个是以
电池和
电能为能量来源的
电动机。插电式混合动力电动汽车的整车
控制器(HCU)根据驾驶员的需求，发动机的状态，
电池组的状态等信息，通过相应的
算法来分配两种动力源的输出比例，使得发动机工作在最高效的区间，以达到燃油经济性的目标。
[0003] 对于插电式混合动力电动汽车和纯电动汽车而言，最重要的两个部件，分别是车载充
电机(On Board Charger，OBC)单元和DCDC转换器。OBC单元的功能是将单相交流220V
电压转换为直流200～400V的电压，为插电式混合动力电动汽车的高压动力电池充电。DCDC转换器主要用来将200～400V的高压电池电能转换为12V的低压，为12V的低压
蓄电池充电，其功率等级一般为2.2KW，输出
电流额定值为150A。
[0004]
现有技术中的OBC单元和DCDC转换器，分别采用两个
电子控
制模块(OBC
控制模块和DCDC控制模块)对OBC功率模块和DCDC功率模块进行控制，如图1所示。而采用两个电子控制模块，不仅增加了OBC单元和DCDC转换器的体积，而且增加了物料成本，同时使用的元器件越多，整个系统出现问题的概率就越大，因此也增加了系统的复杂性和不
稳定性。即现有技术的缺点在于：设备体积大，成本高，系统复杂且不稳定。实用新型内容
[0005] 有鉴于此，本实用新型提供了一种车载电源管理系统，以解决现有技术设备体积大，成本高，系统复杂且不稳定的问题。
[0006] 一种车载电源管理系统，应用于插电式混合动力电动汽车或者纯电动汽车，包括：控制模块和分别与所述控制模块相连的功率因数模块、高压移相全桥变换器模块及低压移相全桥变换器模块；其中，所述控制模块包括：
[0007] 接收并对最大输入电流和所述功率因数模块的输入电流进行比例积分调节后，再取最小值进行输出的第一比较器；所述第一比较器的第一输入端与所述功率因数模块的输入端相连；
[0008] 接收并对所述车载电源管理系统的高电流给定值和所述第一比较器的输出
信号进行比例积分调节后，再取最小值进行输出的第二比较器；所述第二比较器的第一输入端与所述第一比较器的输出端相连；
[0009] 接收并对所述车载电源管理系统的
低电压给定值和所述低压移相全桥变换器模块的
输出电压进行比例积分调节后，再取最小值进行输出的第三比较器；所述第三比较器的第一输入端与所述低压移相全桥变换器模块的输出端相连；
[0010] 接收并对所述车载电源管理系统的低电流给定值和所述低压移相全桥变换器模块的输出电流进行比例积分调节后，再取最小值进行输出的第四比较器；所述第四比较器的第一输入端与所述低压移相全桥变换器模块的输出端相连；
[0011] 接收并对所述车载电源管理系统的高电压给定值或者所述第二比较器的
输出信号进行调制后，生成高电压调制给定值或者高电流调制给定值，接收并对所述第三比较器的输出信号或者所述第四比较器的输出信号进行调制后，生成低电压调制给定值或者低电流调制给定值的调制
电路；所述调制电路的第一输入端与所述第二比较器的输出端相连；所述调制电路的第三输入端与所述第三比较器的输出端相连；所述调制电路的第四输入端与所述第四比较器的输出端相连；所述调制电路的输出端分别与所述高压移相全桥变换器模块及所述低压移相全桥变换器模块的控制端相连。
[0012] 优选的，所述第一比较器的第二输入端与充电设备相连。
[0013] 优选的，所述第二比较器的第二输入端、所述第三比较器的第二输入端、所述第四比较器的第二输入端及所述调制电路的第二输入端分别与整车控制器相连。
[0014] 优选的，所述第一比较器、所述第二比较器、所述第三比较器及所述第四比较器集成在
单片机中。
[0015] 优选的，所述功率因数模块包括：
[0016] 输入端接收交流输入电的功率因数矫正单元；所述功率因数矫正单元的输入端为所述功率因数模块的输入端；
[0017] 储能电容；所述储能电容并联于所述功率因数矫正单元的输出端之间，所述储能电容的两端为所述功率因数模块的输出端；
[0018] 功率因数矫正控制器；所述功率因数矫正控制器的输入端，分别采集所述功率因数矫正单元的输入电压和输入电流以及输出电压，且分别与所述功率因数矫正单元的输入端和所述储能电容的两端相连；所述功率因数矫正控制器的输出端，输出第一
控制信号至所述功率因数矫正单元的控制端；所述第一控制信号为：根据所述功率因数矫正单元的输入电压和输入电流以及输出电压生成的，且用于控制所述功率因数矫正单元通过所述交流输入电进行充电、或者控制所述功率因数矫正单元放电至所述储能电容。
[0019] 优选的，所述高压移相全桥变换器模块包括：
[0020] 输入端与所述功率因数模块的输出端相连的高压转换器；所述高压转换器的输入端为所述高压移相全桥变换器模块的输入端；所述高压转换器的输出端，输出可调电压，且为所述高压移相全桥变换器模块的输出端；所述可调电压为根据第二控制信号，对所述高压直流电进行变换和隔离而生成的；
[0021] 采集所述高压转换器的输出电压、接收所述控制模块输出的高电压调制给定值、生成并输出高压反馈电压的高压反馈电压电路；所述高压反馈电压电路的第一输入端与所述高压转换器的输出端相连；所述高压反馈电压电路第二输入端为所述高压移相全桥变换器模块的一个控制端；
[0022] 采集所述高压转换器的输出电流、接收所述控制模块输出的高电流调制给定值、生成并输出高压反馈电流的高压反馈电流电路；所述高压反馈电流电路的第一输入端与所述高压转换器的输出端相连；所述高压反馈电流电路中的第二输入端为所述高压移相全桥变换器模块的另一个控制端；
[0023] 高压控制器；所述高压控制器的一个输入端接收所述高压反馈电压、且与所述高压反馈电压电路的输出端相连，所述高压控制器的另一输入端接收所述高压反馈电流、且与所述高压反馈电流电路的输出端相连，所述高压控制器的输出端输出所述第二控制信号、且与所述高压转换器的控制端相连，所述第二控制信号为根据所述高压反馈电压或者所述高压反馈电流生成的。
[0024] 优选的，所述低压移相全桥变换器模块包括：
[0025] 输入端与所述高压移相全桥变换器模块的输出端相连的DCDC转换器；所述DCDC转换器的输入端为所述低压移相全桥变换器模块的输入端；所述DCDC转换器的输出端输出所述低电压、且为所述低压移相全桥变换器模块的输出端，所述低电压为根据第三控制信号，对所述可调电压进行转换而生成的；
[0026] 采集所述DCDC转换器的输出电压、接收所述控制模块输出的低电压调制给定值、生成并输出低压反馈电压的低压反馈电压电路；所述低压反馈电压电路的第一输入端与所述DCDC转换器的输出端相连；所述低压反馈电压电路的第二输入端为所述低压移相全桥变换器模块的一个控制端；
[0027] 采集所述DCDC转换器的输出电压、接收所述控制模块输出的低电流调制给定值、输出恒定电流的恒定电源；所述恒定电源的第一输入端与所述DCDC转换器的输出端相连；所述恒定电源的第二输入端为所述低压移相全桥变换器模块的另一个控制端；
[0028] 采集所述DCDC转换器的输出电流、接收所述恒定电源输出的恒定电流、生成并输出低压反馈电流的低压反馈电流电路；所述低压反馈电流电路的第一输入端与所述DCDC转换器的输出端相连；所述低压反馈电流电路的第二输入端与所述恒定电源的输出端相连；
[0029] DCDC控制器；所述DCDC控制器的第一输入端与所述低压反馈电压电路的输出端相连；所述DCDC控制器的第二输入端与所述低压反馈电流电路的输出端相连；所述DCDC控制器的输出端输出所述第三控制信号、且与所述低压转换器的控制端相连。
[0030] 本实用新型公开的车载电源管理系统，通过控制模块中的调制电路接收并对所述车载电源管理系统的高电压给定值或者第二比较器的输出信号进行调制后，生成高电压调制给定值或者高电流调制给定值，然后输出至高压移相全桥变换器模块的控制端，控制所述高压移相全桥变换器模块为高压动力蓄电池供电；通过控制模块中的调制电路接收并对第三比较器或者第四比较器的输出信号进行调制后，生成低电压调制给定值或者低电流调制给定值，输出至所述低压移相全桥变换器模块的控制端，控制所述低压移相全桥变换器模块为常规蓄电池供电。所述车载电源管理系统仅采用一个控制模块，即实现了对于所述高压动力蓄电池和所述常规蓄电池的供电控制，相比现有技术减小了设备体积、节约了物料成本、减少了使用的元器件，进而减少了系统的复杂性和不稳定性。
附图说明
[0031] 为了更清楚地说明本实用新型
实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032] 图1为现有技术公开的车载电源管理系统结构示意图；
[0033] 图2为本实用新型实施例公开的车载电源管理系统结构示意图；
[0034] 图3为本实用新型另一实施例公开的车载电源管理系统结构示意图。
具体实施方式
[0035] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0036] 本实用新型提供了一种车载电源管理系统，应用于插电式混合动力电动汽车或者纯电动汽车，以解决现有技术设备体积大，成本高，系统复杂且不稳定的问题。
[0037] 具体的，如图2所示，车载电源管理系统100包括：功率因数模块101、高压移相全桥变换器模块102、低压移相全桥变换器模块103及控制模块104；其中：
[0038] 高压移相全桥变换器模块102的输入端与功率因数模块101的输出端相连；高压移相全桥变换器102模块的输出端与高压动力蓄电池相连；
[0039] 低压移相全桥变换器模块103的输入端与高压移相全桥变换器模块102的输出端相连；低压移相全桥变换器模块103的输出端与常规蓄电池相连；
[0040] 控制模块104分别与功率因数模块101、高压移相全桥变换器模块102的控制端及低压移相全桥变换器模块103的控制器相连。
[0041] 且控制模块104包括：
[0042] 第一比较器U1；第一比较器U1的第一输入端与功率因数模块101的输入端相连；
[0043] 第二比较器U2；第二比较器U2的第一输入端与第一比较器U1的输出端相连；
[0044] 第三比较器U3；第三比较器U3的第一输入端与低压移相全桥变换器模块103的输出端相连；
[0045] 第四比较器U4；第四比较器U4的第一输入端与低压移相全桥变换器模块103的输出端相连；
[0046] 调制电路141；调制电路141的第一输入端与第二比较器U2的输出端相连；调制电路141的第三输入端与第三比较器U3的输出端相连；调制电路141的第四输入端与第四比较器U4的输出端相连；调制电路141的输出端分别与高压移相全桥变换器模块102及低压移相全桥变换器模块103的控制端相连。
[0047] 在具体的实际应用中，第一比较器U1、第二比较器U2、第三比较器U3及第四比较器U4可以集成在单片机中。
[0048] 具体的工作原理为：
[0049] 功率因数模块101接收交流输入电并转换为高压直流电；高压移相全桥变换器模块102接收并对所述高压直流电进行变换和隔离，生成并输出可调电压；低压移相全桥变换器模块103接收并对所述可调电压进行转换，生成并输出低电压。
[0050] 控制模块104中：第一比较器U1接收并对最大输入电流和功率因数模块101的输入电流进行比例积分调节后，再取最小值进行输出。第二比较器U2接收并对所述车载电源管理系统的高电流给定值和第一比较器U1的输出信号进行比例积分调节后，再取最小值进行输出。第三比较器U3接收并对所述车载电源管理系统的低电压给定值和低压移相全桥变换器模块103的输出电压进行比例积分调节后，再取最小值进行输出。第四比较器U4接收并对所述车载电源管理系统的低电流给定值和低压移相全桥变换器模块103的输出电流进行比例积分调节后，再取最小值进行输出。调制电路141接收并对所述车载电源管理系统的高电压给定值或者第二比较器U2的输出信号进行调制后，生成高电压调制给定值或者高电流调制给定值，并输出至高压移相全桥变换器模块102的控制端，控制高压移相全桥变换器模块102为高压动力蓄电池供电。调制电路141还接收并对第三比较器U3的输出信号或者第四比较器U4的输出信号进行调制后，生成低电压调制给定值或者低电流调制给定值，并输出至低压移相全桥变换器模块103的控制端，控制低压移相全桥变换器模块103为常规蓄电池供电。
[0051] 本实施例所述的车载电源管理系统，仅采用一个控制模块，即实现了对于所述高压动力蓄电池和所述常规蓄电池的供电控制，相比现有技术减小了设备体积、节约了物料成本、减少了使用的元器件，进而减少了系统的复杂性和不稳定性。
[0052] 优选的，所述第一比较器的第二输入端与充电设备相连。
[0053] 优选的，所述第二比较器的第二输入端、所述第三比较器的第二输入端、所述第四比较器的第二输入端及所述调制电路的第二输入端分别与整车控制器相连。
[0054] 一般来说，在没有接入外部的所述充电设备前，所述高压移相全桥变换器模块和所述低压移相全桥变换器模块先按照电压控制方式开始工作，此时由所述调制电路接收所述车载电源管理系统的高压给定值，经过调制后生成所述高电压调制给定值，然后输出至所述高压移相全桥变换器模块的一个控制端，从而控制所述高压移相全桥变换器模块输出所述可调电压至所述高压动力蓄电池；由所述第三比较器接收并对所述车载电源管理系统的低电压给定值和所述低压移相全桥变换器模块的输出电压进行比例积分调节后，再取最小值输出至所述调制电路，经过所述调制电路的调制之后生成所述低电压调制给定值再输出至所述低压移相全桥变换器模块的一个控制端，从而控制所述低压移相全桥变换器模块输出所述低电压至所述常规蓄电池；
[0055] 并且在接入外部的所述充电设备后，所述高压移相全桥变换器模块和所述低压移相全桥变换器模块均按照电流控制方式进行工作，此时由所述第一比较器接收并对所述整车控制器提供的最大输入电流以及所述功率因数模块的输入电流进行比例积分调节后，再取最小值输出至所述第二比较器的第一输入端；所述第二比较器接收并对所述车载电源管理系统的高电流给定值和所述第一比较器的输出信号进行比例积分调节后，再取最小值输出至所述调制电路的第一输入端，经由所述调制电路的调制后，生成所述高电流调制给定值，然后输出至所述高压移相全桥变换器模块的一个控制端，从而控制所述高压移相全桥变换器模块输出所述可调电压至所述高压动力蓄电池；由所述第四比较器接收并对所述车载电源管理系统的低电流给定值和所述低压移相全桥变换器模块的输出电流进行比例积分调节后，再取最小值输出至所述调制电路，经过所述调制电路的调制之后生成所述低电流调制给定值再输出至所述低压移相全桥变换器模块的另一个控制端，从而控制所述低压移相全桥变换器模块输出所述低电压至所述常规蓄电池。
[0056] 其中，所述车载电源管理系统的高电压给定值、所述车载电源管理系统的低电压给定值、所述车载电源管理系统的高电流给定值及所述车载电源管理系统的低电流给定值，均为所述整车控制器经过CAN总线为所述控制模块所提供的。
[0057] 优选的，如图3所示，功率因数模块101包括：
[0058] 功率因数矫正单元111、储能电容112及功率因数矫正控制器113。
[0059] 其中，功率因数矫正单元111接收交流输入电Vac及第一控制信号，并根据所述第一控制信号通过交流输入电Vac进行充电，或者放电至储能电容112；在具体的实际应用中，功率因数矫正单元111可以通过内部的电感进行充电和放电。
[0060] 储能电容112接收并将功率因数矫正单元111释放的能量转换为所述高压直流电；
[0061] 功率因数矫正控制器113采集并根据功率因数矫正单元111的输入电压和输入电流以及所述高压直流电的电压值，生成并输出所述第一控制信号。
[0062] 功率因数模块101的输入端与外置的供电设备相连接，功率因数模块101有两种工作模式——充电和放电；功率因数矫正单元111靠内部电感储存能量，然后放电给储能电容112。根据功率因数矫正控制器113输出的脉冲宽度调制信号(所述第一控制信号)使得通断过程不断重复，且储能电容112的容量足够大，所以功率因数模块101可以输出一个高于输入电压的稳定直流电压。
[0063] 具体的实际应用中，功率因数模块101实现的可以是交流220V
电网电的功率因数校正功能，实现交流电压到直流电压的变换。其输入可以是220V交流电压，输出可以是400V直流高压。
[0064] 优选的，如图3所示，高压移相全桥变换器模块102包括：高压转换器121、高压反馈电压电路122、高压反馈电流电路123及高压控制器124；其中：
[0065] 高压转换器121的输入端为高压移相全桥变换器模块102的输入端、与功率因数模块101的输出端相连，高压转换器121的输出端为高压移相全桥变换器模块102的输出端；
[0066] 高压反馈电压电路122的第一输入端与高压转换器121的输出端相连，高压反馈电压电路122的第二输入端为高压移相全桥变换器模块102的一个控制端、与控制模块104相连；
[0067] 高压反馈电流电路123的第一输入端与高压转换器121的输出端相连，高压反馈电流电路123的第二输入端为高压移相全桥变换器模块102的另一个控制端、与控制模块104相连；
[0068] 高压控制器124的输入端分别与高压反馈电压电路122和高压反馈电流电路123的输出端相连，高压控制器124的输出端与高压转换器121的控制端相连。
[0069] 高压转换器121接收并根据第二控制信号，对所述高压直流电进行变换和隔离，生成并输出所述可调电压；高压反馈电压电路122接收控制模块104输出的高电压调制给定值，采集高压转换器121的输出电压，生成并输出高压反馈电压；高压反馈电流电路123接收控制模块104输出的高电流调制给定值，采集高压转换器121的输出电流，生成并输出高压反馈电流；高压控制器124接收并根据所述高压反馈电压或者所述高压反馈电流，生成并输出所述第二控制信号。
[0070] 在具体的实际应用中，高压移相全桥变换器模块102实现的可以是400V高压到200～400V电压的变换和隔离，提高安全性。本模块采用移相全桥
软开关技术，提升变换器的效率。输出的200～400V可调电压，给插电式混合动力汽车的高压动力蓄电池充电，同时也给低压移相全桥变换器模块103提供能量来源。
[0071] 在没有接入外部充电设备前，高压移相全桥变换器模块102按照电压控制方式工作时，高压反馈电压电路122接收所述高电压调制给定值，并通过高压控制器124控制脉冲宽度调制信号(所述第二控制信号)，从而控制高压转换器121输出所述可调电压。而在接入外部充电设备后，高压移相全桥变换器模块102先按照电流控制方式来工作，此时设备最大电流输出能力、
电缆最大承受能力和所述整车控制器要求的充电值中的最小电流决定了高压移相全桥变换器模块102的最大输入电流。
[0072] 优选的，如图3所示，低压移相全桥变换器模块103包括：DCDC转换器131、低压反馈电压电路132、恒定电源133、低压反馈电流电路134及DCDC控制器135；其中：
[0073] DCDC转换器131的输入端为低压移相全桥变换器模块103的输入端、与高压移相全桥变换器模块102的输出端相连，DCDC转换器131的输出端为低压移相全桥变换器模块103的输出端；
[0074] 低压反馈电压电路132的第一输入端与DCDC转换器131的输出端相连，低压反馈电压电路132的第二输入端为低压移相全桥变换器模块103的一个控制端、与控制模块104相连；
[0075] 恒定电源133的第一输入端与DCDC转换器131的输出端相连；恒定电源133的第二输入端为低压移相全桥变换器模块103的另一个控制端、与控制模块104相连；
[0076] 低压反馈电流电路134的第一输入端与DCDC转换器131的输出端相连；低压反馈电流电路134的第二输入端与恒定电源133的输出端相连；
[0077] DCDC控制器135的第一输入端与低压反馈电压电路132的输出端相连；DCDC控制器135的第二输入端与低压反馈电流电路134的输出端相连；DCDC控制器135的输出端输出所述第三控制信号、且与低压转换器131的控制端相连。
[0078] DCDC转换器131接收并根据第三控制信号，对所述可调电压进行转换，生成并输出所述低电压；低压反馈电压电路132采集DCDC转换器131的输出电压，接收控制模块104输出的低电压调制给定值，生成并输出低压反馈电压；低压反馈电流电路134采集DCDC转换器131的输出电流，接收控制模块104输出的低电流调制给定值，生成并输出低压反馈电流；
DCDC控制器135接收并根据所述低压反馈电压或者所述低压反馈电流，生成并输出所述第三控制信号。
[0079] 在具体的实际应用中，低压移相全桥变换器模块103实现的可以是高压动力蓄电池电压(200～400V可调电压)到12V低压电的转换。本模块采用倍流同步整流技术，减少功率器件的发热量。本模块的输出12V电压用来为所述常规蓄电池充电。
[0080] 控制模块104通过CAN总线，接收所述整车控制器发来的指令，同时也检测高压移相全桥变换器模块102和低压移相全桥变换器模块103的各种状态参数(包括输出电流和输出电压)，负责整个设备的故障诊断(比如出现过压，过流，欠压，欠流状况，会上报给所述整车控制器)。整车的网络通信(按照CAN通信协议)，接收所述车载电源管理系统或所述整车控制器的报文(通过CAN总线
接口)，给定高压移相全桥变换器模块102和低压移相全桥变换器模块103两个系统的输出电压、输出电流等功能(通过CAN总线接口，既能接受报文，也能输出报文)，并通过CAN总线
通信接口反馈至所述整车控制器，实现高压移相全桥变换器模块102和低压移相全桥变换器模块103的安全稳定运营。
[0081] 功率因数模块101将市电220V交流转换成400V高压，并输出至高压移相全桥变换器模块102，进一步转换成200-400V高压，通过控制模块104的采集、逻辑判断合格后，用于向车载高压用电负载(如所述高压动力蓄电池)供电；另一方面，低压移相全桥变换器模块103将高压蓄电池的电压转换成12V低压，通过控制模块104的采集、逻辑判断合格后，用于向车载低压用电负载(如所述常规蓄电池)供电。控制模块104同时控制高压移相全桥变换器模块102和低压移相全桥变换器模块103的采集、反馈工作。
[0082] 本
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0083] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种
修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
