技术巡猎 比亚迪 充放电系统及控制方法、电子设备、电能设备和介质。新能源车对外供电、给家里设备回馈电能,技术门槛早就不高了?可能很多人会这么想吧。车上本来就有大电池,拉根线出来不就行了?但其实这没有那么轻松。尤其是小功率直流充放电,最怕的是“效率太差,白白发热”。这份比亚迪的专利解决的就是这个问题。
在VTOH这类场景下,直流口电压范围大概150V到450V,最大功率10kW以内。测试时发现一个很尴尬的现象---哪怕设备没接负载,仪表仍然会显示一定放电功率;而且小功率工况下效率明显偏低,升压充放电过程里的损耗能做到2kW左右。这个数字非常扎眼了,你对外送出10kW,系统自己先吃掉一大块,划算吗?
传统做法里,电驱系统拿来做充放电转换,往往是固定结构在干活。功率大也这样干,功率小也这样干。问题在于,小功率场景下,很多损耗并不是来自“干重活”,而是来自系统本身的开关损耗、铁耗、电流纹波这些东西。电流本来就不大,如果还把一整套重型架构都全部打开,效率自然不会好看。而控制参与工作的绕组数量,来增大电感、减小纹波、减小损耗,重点提升小功率直流充放电效率,是可以有效果的。
核心动作有两个。第一个,是把电机多组绕组的中性点引出来。第二个,是在这些引出的线束上布置多个控制开关,然后根据目标充放电模式、目标充放电电流,决定闭合哪些开关,让多少组绕组进入回路。
这个设计像什么呢?一间厂房,平时有很多产线。订单小时,没必要整栋楼灯火通明、全部设备全开;你只开最合适的那几条线,能耗更低,效率反而更高。等订单大了,再逐步加线。这份专利就是这个逻辑。
专利举了一个很典型的例子。电机有多套绕组,其中第一组绕组数量少,第二组绕组数量多。小电流升压充放电时,优先只让第一组干活;如果第一组扛不住,再切第二组;再不够,就两组一起上。为什么这样安排?因为并联中性点少的时候,N线通流能力弱一些,但等效电感更大,纹波更小,更适合小功率工况;并联数量多的时候,通流能力强,适合大电流场景。
这就有点意思了。大家平时聊充电,动不动就是800V、兆瓦闪充、几C倍率,眼睛都盯在大电流、大功率上。但真正决定一台车体系能力的,往往是这些“边角工况”。因为用户不可能永远在峰值状态下用车。家里储能、户外放电、低功率回充,这些场景时间不一定很短,损耗却很真实。这份专利也不只是硬件切换,它连控制逻辑都一起做了。
比如目标充放电电流怎么定,并不是单纯看电池想吃多少电。专利里给了三道约束:一是电机绕组温度、转子温度、功率器件温度;二是电池SOC、电压和温度;三是充电桩当前电压平台、充放电状态和功率能力。最后取这些条件里允许的最小值,作为目标充放电电流。
更细一点,它还考虑了转子位置。你在拿电机做充放电时,绕组一通电,就会有磁场;磁场和转子一耦合,就可能产生扭矩。扭矩一出来,轻则有齿轮间隙异响,重则带来额外机械应力。专利给了几套选相策略,本质都是一件事:尽量选那个让扭矩最小、或者让感量最大、或者让磁场关系更合适的绕组去工作。
还有个细节。在小电流充放电时,可以采用更高的载频;大电流时,再把载频降下来。同时在热负荷允许的情况下,油泵、水泵、风扇这类散热回路也可以关掉,继续抠效率。
这个思路非常比亚迪的,小功率工况也值得认真优化,对吧?
