一种车载市电一体化智能动态功率分配充电器及供电系统的制作方法

本发明属于智能充电，具体涉及一种车载市电一体化智能动态功率分配充电器及供电系统。

背景技术：

1、随着消费电子终端、便携式储能设备及新能源车载设备的广泛普及，用户对充电设备的场景适配性、充电效率、接口兼容性及安全可靠性提出了更高要求。

2、国外智能充电技术起步早、技术积累深厚，整体发展处于领先水平。充电兼容性方面，美国高通quick charge系列支持qc5.0快充协议，可适配标准二次锂电池及多类电子设备，依据设备类型自动调节充电功率与电压；德国西门子工业级智能充电器具备电池包智能识别功能，可精准匹配充电参数，兼顾效率与安全。宽电压与接口适配层面，日本松下采用开关电源技术实现ac90~265v宽幅输入，兼容交直流供电，接口符合国际通用标准；美国贝尔金便携式充电器集成多类usb接口，具备宽电压智能转换能力。快充技术上，韩国三星superfastcharging技术最高功率达100w，内置芯片实时监测电池状态，平衡快充与安全防护。

3、国内智能充电产业发展迅速，呈现强劲追赶态势。华为supercharge依托自研协议与智能识别芯片，可动态调整充电参数，适配多类消费电子终端；比亚迪车载智能充电器支持ac90~265v宽输入，兼容交直流供电场景；小米多口智能充电器集成多类usb接口，支持宽电压自动调节；oppo supervooc超级闪充功率达150w，通过多重保护芯片实时监控充电状态。

4、尽管现有技术已取得进展，但仍存在核心缺陷：一是场景适配单一，市充与车充产品相互独立，无法覆盖家庭、办公、差旅、车载等多场景，使用便捷性不足；二是功率分配智能化程度低，多口充电器多采用固定或简单动态分配策略，无法依据设备状态与优先级调度，多设备同时充电效率偏低；三是接口覆盖不全，多仅配置usb系列接口，缺乏航插头等特种设备接口；四是安全保护不完善，缺少车载浪涌防护与市电漏电保护，高功率充电热稳定性不足；五是散热设计存在局限，被动散热方案在高功率下温升显著，制约充电效率与设备寿命。

5、因此，亟需对现有智能充电技术进行改进，以解决传统市充、车充产品存在的功率固化、保护不全、散热不佳等问题，无法满足当前用户多元化的充电需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种车载市电一体化智能动态功率分配充电器及供电系统。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种车载市电一体化智能动态功率分配供电系统，采用单主机一体化架构，包括相互连接的：

4、一体化输入兼容与自动切换模块，支持市电输入与车载直流输入，内置电压采样识别单元以自动识别输入类型，设有电子互锁切换电路以仅导通一路功率链路，防止功率反灌、链路短路及信号串扰；

5、共用功率转换模块，包括对应市电输入的市电ac-dc转换单元与对应车载直流输入的车载dc-dc转换单元，两路转换单元的输出侧汇流至共用直流母线，形成统一功率池；

6、智能动态功率分配模块，由多通道功率分配主控芯片、多路独立电压/电流采样电路、电子开关矩阵及内置的闭环功率调度算法构成，用于实时监测各输出接口的负载状态，将空闲接口的富余功率自动分配至在用接口，且单接口输出不超过其自身额定功率上限；

7、一体化多类型输出接口组模块，包括在市电输入与车载输入两种状态下，输出接口均能够正常使用的usb-c接口、usb-a接口以及航插头接口；

8、一体化安全保护模块，整合市电侧安全防护与车载侧安全防护，采用统一保护控制逻辑，检测到异常工况时立即切断总输出；

9、一体化散热模块，为整机提供统一散热通路，抑制高功率充电状态下的整机温升。

10、具体的，所述一体化输入兼容与自动切换模块还集成可折叠市电插脚与隐藏式车载点烟器插头，整机为无分体的一体化集成结构。

11、具体的，所述市电ac-dc转换单元采用氮化镓功率器件，内置pfc功率因数校正电路，采用llc谐振拓扑结构，功率因数≥0.95，转换效率≥92%，最大输出功率为100w。

12、具体的，所述车载dc-dc转换单元采用前级和后级变换架构，所述前级为宽电压输入降压预稳压电路，所述后级为pd协议控制调压电路，最大输出功率为180w，转换效率≥90%。

13、具体的，所述智能动态功率分配模块以10khz的采样频率对各输出接口进行实时监测，通过高精度采样电阻采集每路输出电流，通过分压电路采集每路输出电压；将输出电流小于50ma的接口判定为空闲接口，将输出电流大于等于100ma的接口判定为在用接口。

14、具体的，所述智能动态功率分配模块预存有市电输入对应的总功率上限100w、车载输入对应的总功率上限180w，根据当前输入类型匹配对应总功率上限，实时计算在用接口的总消耗功率与剩余空闲功率，将空闲功率按各在用接口的负载需求比例进行功率分配；新增设备接入时，对原有在用接口执行平滑降载，输出不中断、不重启；所述功率分配的响应时间小于0.5秒。

15、具体的，所述智能动态功率分配模块支持优先级充电策略，能够配置指定输出接口或指定设备类型优先分配功率资源。

16、具体的，所述一体化多类型输出接口组模块包括2路额定功率100w的usb-c接口、1路额定功率18w的usb-a接口以及1路标准航插头接口；各接口的导电触点采用镀金工艺，插拔寿命≥10000次，支持pd3.0、qc5.0、scp、vooc、fcp中的至少一种快充协议。

17、具体的，所述一体化安全保护模块的市电侧防护包括压敏电阻保护、保险丝保护、漏电保护、过压保护、过流保护、过温保护以及短路保护；其中漏电保护的动作电流阈值为10ma，动作响应时间≤0.1秒。

18、具体的，所述一体化安全保护模块的车载侧防护包括tvs瞬态抑制保护、自恢复保险丝保护、防反接保护、过压保护、欠压保护、过温保护以及短路保护；其中tvs瞬态抑制二极管可抵御最高40v的浪涌电压冲击。

19、具体的，所述一体化散热模块包括v0级阻燃复合外壳、均热板导热结构以及智能温控风扇；所述智能温控风扇在整机内部温度高于55℃时自动启动，满载工作状态下整机外壳温度低于45℃。

20、具体的，整机外形尺寸为110mm×65mm×35mm，整机重量约为280g。

21、具体的，还包括可扩展功能模块，所述可扩展功能模块包括qi2.0标准的15w无线快充模块和/或app互联模块；所述app互联模块支持充电状态实时监控、充电策略个性化配置以及充电记录导出。

22、第二方面，本发明提供一种车载市电一体化智能动态功率分配充电器，包含如上所述的车载市电一体化智能动态功率分配供电系统。

23、与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：

24、1. 本发明采用市电与车载一体化设计，支持ac90-265v宽幅交流输入及12v/24v车载直流输入，可全面覆盖家庭、办公、差旅、车载等多场景充电需求，用户无需配备多台充电设备，有效降低出行负担与使用成本。宽电压输入特性可适配全球不同市电标准与多种车型，可满足组合式电池包、信息终端、智能穿戴设备、通信终端及标准二次锂电池等多类对象的充电需求，适用范围广泛。

25、2. 本发明搭载智能动态功率分配技术，可实时监测各接口负载状态，自动将空闲接口的富余功率动态调配至工作接口，实现功率资源的高效复用；相较于传统固定功率分配方案，充电效率提升30%以上，有效缩短多设备同时充电的总时长，解决了现有技术功率闲置、多设备充电效率低的问题。配合设备智能识别芯片，可自动匹配最优充电参数，在大功率输出基础上实现多设备同时快充，兼顾充电速度与适配性。

26、3. 本发明同时集成usb-c、usb-a及航插头多种接口，既适配各类消费电子设备，也可满足特种设备的供电需求；支持多种主流快充协议，可同时为多台设备充电，解决了现有产品接口类型单一、无法兼顾通用设备与特种设备的缺陷，接口适配能力显著提升。

27、4. 本发明针对市电与车载不同用电环境分别配置专属安全保护模块，构建过充、过流、过温、浪涌电压、漏电等多重防护体系，尤其可有效抵御车载环境下车辆启动产生的浪涌电压冲击，同时覆盖市电环境的漏电防护，弥补了现有产品安全保护机制单一、场景适配性不足的缺陷，保障高功率充电全程安全稳定，降低设备损坏风险。

28、5. 本发明采用主动散热与被动散热相结合的复合散热架构，配合高效功率转换拓扑，可有效降低高功率充电过程中的整机温升，避免因过热导致的充电效率下降与元器件加速老化，提升充电器长期运行的稳定性，有效延长设备使用寿命。

29、6. 本发明采用模块化设计思路，预留无线快充、智能互联等扩展能力：可扩展无线快充模块，实现有线+无线双模式充电；可扩展app互联功能，实现充电状态实时监控与个性化充电策略配置，能够满足不同用户的差异化使用需求，产品灵活性与升级空间充足。