比亚迪汉快充升压电路解析
东方智慧 · 汽车
2026-08-10
一、技术背景
汉EV是比亚迪第一款使用刀片电池的车型，电池包额定电压为570V，属于高电压平台车型，电池容量77kWh。
然而，市面上大量存量直流快充桩仍以500V输出规格为主，无法直接满足高压电池的全SOC区间快充需求。
为解决这一矛盾，比亚迪没有像保时捷Taycan那样额外增加独立的400V转800V升压DC-DC模块，而是创新性地采用驱动复用升压充电方案——将电驱动系统中的电机绕组和电机控制器复用为升压电路的核心部件。
二、核心专利
2.1 2018年核心专利
2018年12月，比亚迪申请了《电机驱动装置、控制方法、车辆及可读存储介质》专利（公开号CN111347887B，2021年6月授权），发明人为廉玉波、凌和平、潘华、谢飞跃、张利军。该专利的控制方法包含"供电模块对动力电池充电+电机零扭矩输出"方案——即充电时电机不转，电机绕组和控制器转而承担升压功能，这正是电驱升压充电技术的同源专利族。
2.2 专利提到的两种升压方案
- 方案一：利用电机绕组形成两个电感串联的升压电感，结合电机控制器（MCU）形成400V转800V升压电路
- 方案二：采用电机后端抽头方式，结合MCU形成三路升压回路（三相并联Boost结构）
2.3 后续演进
比亚迪后续继续完善该技术方向：
- CN120511972A（2025年3月申请）：多个交错并联升压电路+串联电压倍增电路
- CN119749295A（2024年10月申请）：升压与直连的无缝切换
三、关键部件及其作用
比亚迪汉EV升压快充系统的核心元器件可分为四大类：
3.1 高压配电单元（PDU）——"开关枢纽"
| 部件名称 | 作用 |
|---|---|
| 主正极接触器 | 控制电池包正极母线的通断 |
| 主负极接触器 | 控制电池包负极母线的通断 |
| 直流快充正继电器 | 控制快充口正极与充电回路的连接 |
| 直流快充负继电器 | 控制快充口负极与充电回路的连接 |
| 分压接触器1/2 | 升压模式下闭合，将电机绕组接入快充输入回路 |
| 高压保险（MSD） | 过流保护+维修安全断开 |
3.2 升压执行单元
| 部件名称 | 作用 |
|---|---|
| 电机定子绕组（三相） | 等效为三个独立的升压电感（即维修中常说的"扼流线圈"），升压过程中储存磁场能量 |
| VTOG内部IGBT功率模块 | 三相桥臂共6组IGBT，下管作为开关管周期性导通/关断，上管体二极管承担续流 |
| 母线电容（预充电容） | 储能滤波，稳定电压、减少纹波（即维修中常说的"目标电容"） |
关键理解：电机定子绕组在驱动模式下是产生旋转磁场的部件，在充电模式下则被复用为大电感——电动汽车的驱动电机本身就是一个大电感。
3.3 控制集成单元
| 部件名称 | 作用 |
|---|---|
| VTOG（双向逆变充放电式电机控制器） | 核心控制单元，输出相位互差120°的PWM驱动信号，控制三相IGBT的开关时序。比亚迪e5/汉系列均采用该方案 |
| BMS（电池管理系统） | 监测电池状态，与VTOG协同决策充电模式 |
3.4 高压负载端
| 部件名称 | 作用 |
|---|---|
| 动力电池包 | 最终接收升压后的电能并存储 |
四、Boost升压电路基本原理
一个标准的Boost升压电路由输入电源Vin、电感L、开关管Q、二极管D和输出电容C组成。
4.1 工作过程（两阶段）
① 储能阶段（开关管Q导通）：
- Vin给电感L充电，电流线性上升，电能转化为磁场能储存于电感
② 放能阶段（开关管Q关断）：
- 电感电流不能突变，感应出与电流下降方向相反的电动势 ΔV = -L·di/dt
- 叠加在输入电压上，通过二极管D向负载释放能量
- 此时 Vout = Vin + ΔV，实现升压
4.2 核心公式
Vout = Vin / (1 - D)，D为开关管占空比。
- 通过调节占空比D控制升压倍数
- 实例：500V→570V需D≈0.123；500V→800V需D=0.375
五、汉EV升压充电的完整工作过程
5.1 模式判断
系统由BMS与VTOG协同控制，根据充电桩输出电压与电池包实时端电压的差值自动切换两种充电模式：
| 模式 | 条件 | 动作 |
|---|---|---|
| 直接充电模式 | 充电桩输出电压 ≥ 电池包端电压 | 分压接触器保持断开，充电桩直接对电池包充电 |
| 升压充电模式 | 充电桩输出电压 ＜ 电池包端电压（如500V桩给570V电池包） | 系统进入升压模式 |
5.2 升压模式的完整电流路径（4阶段）
第一阶段：系统准备
直流快充继电器吸合后，分压接触器1和分压接触器2同步闭合，将驱动电机的三相定子绕组接入快充输入回路，与VTOG的3组IGBT共同构成三相交错并联Boost升压拓扑。
第二阶段：储能阶段（IGBT下管导通）
VTOG输出相位互差120°的PWM信号：
电流路径：快充口DC+ → 快充正继电器 → 该相电机绕组（电感储能）→ 下管IGBT → 快充负继电器 → 快充口DC-
充电桩输入的电流流过电机绕组，电能转化为磁场能储存在绕组电感中，绕组电流线性上升。
第三阶段：放能阶段（IGBT下管关断）
下管IGBT关断，电感电流不能突变：
电流路径：快充口DC+ → 快充正继电器 → 电机绕组（产生感应电动势）→ 上桥IGBT体二极管（续流）→ 母线电容 → 电池包正极 → 电池包内部 → 电池包负极 → 快充负继电器 → 快充口DC-
叠加后的高电压通过上桥体二极管和母线电容向电池包释放能量，实现升压充电。三相IGBT、续流二极管和电机绕组并联使用，功率足够大（前电机163kW），且不需要额外的散热回路。
第四阶段：循环往复
下管IGBT再次导通，进入下一个储能-放能循环。通过PWM高频开关（通常几千Hz到几十kHz），持续将低压直流电升压为高压直流电充入电池包。
5.3 交错并联的优势
三相绕组构成三相交错并联Boost拓扑，有三方面优势：
1. 输出电流纹波频率提升至开关频率的3倍，大幅减小纹波幅值
2. 降低了对电池包的电流冲击
3. 减少输入侧滤波器件的设计需求，整体充电效率可达95%以上
六、接入不同电压充电桩的工作状态
汉EV能智能识别所接入充电桩的电压等级（通过CAN握手判断）：
| 充电桩电压 | IGBT工作状态 | 说明 |
|---|---|---|
| 500V | 左半桥IGBT工作，右半桥IGBT封锁 | 启动升压充电，将电压升至电池包所需电压 |
| 750V | 左右半桥IGBT全部封锁 | 不启动升压，充电桩直接给电池包充电 |
500V与750V充电桩的切换通过快充接口的CAN总线在充电握手阶段判断。
七、从充电桩到电池包的完整路径
快充电流从充电桩出来，经过扼流线圈（电机三相定子绕组）和目标电容（母线电容）后进入电机，通过电机控制器（VTOG）的开合进行升压，再重新经过电机控制器回到PDU，最终充入电池包。完整对应关系如下：
| 环节 | 技术对应 |
|---|---|
| "扼流线圈" | 电机三相定子绕组（作为Boost升压电感） |
| "目标电容" | 母线电容（预充电容），储能滤波 |
| 电流进入电机 | 电流流入电机定子绕组进行储能 |
| 电机控制器的开合 | VTOG中IGBT下管的周期性导通/关断（PWM控制） |
| 重新经过电机控制器 | 通过上桥IGBT体二极管续流输出 |
| 回到PDU | 通过高压配电单元分配到电池包 |
| 充入电池包 | 升压后的高压直流电充入动力电池 |
八、总结
比亚迪汉EV的升压快充技术本质上是将电驱动系统在充电时复用为Boost升压电路：
- 电机定子绕组 → 充当升压电感（扼流线圈）
- VTOG中的IGBT模块 → 下管充当开关管，上管体二极管充当续流二极管
- 母线电容 → 储能滤波，稳定输出电压
- PDU中的接触器/继电器 → 控制回路通断与模式切换
技术优势：
- 无需额外增加独立升压DC-DC模块，大幅降低硬件成本
- 不增加整车布置空间压力
- 复用已有的大功率器件（前电机163kW），散热问题自然解决
- 使高电压平台车型能够兼容市面上大量存量低压快充桩
充电性能：汉EV支持最高125kW直流快充，30%→80%仅需约25分钟（官方数据与第三方实测一致），10分钟可补充135km续航；在公共快充桩上的充电速度显著优于同期竞品。
九、维修注意事项
9.1 核心部件排查
升压充电故障优先检查：
1. 充电接触器/分压接触器状态（模式切换关键）
2. MCU内部IGBT模块（开关管）
3. 电机绕组绝缘性能（升压电感）
4. PDU内保险丝
5. CAN通讯线路（握手判断）
9.2 数据流诊断
使用专用诊断仪读取MCU数据流，重点观察：
- 三相IGBT的PWM占空比
- 三相电流采样值
- 充电电压/电流参数
9.3 高压安全防护（保命）
- 升压系统工作电压高达600V以上，维修必须严格遵守高压安全操作规程
- 断电验电后方可作业（拔MSD+等待放电+验电）
9.4 软件故障处理
电机控制器软件逻辑异常同样会导致升压充电失败——排除硬件故障后，必要时对MCU软件刷新或整体更换。
说明：本文依据公开技术资料整理，电路原理为行业公开技术分析，非比亚迪官方维修手册，实车数据以维修手册为准。