CN108512256B - 一种多功能车载充放电一体化系统 - Google Patents

一种多功能车载充放电一体化系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108512256B
CN108512256B CN201810611995.3A CN201810611995A CN108512256B CN 108512256 B CN108512256 B CN 108512256B CN 201810611995 A CN201810611995 A CN 201810611995A CN 108512256 B CN108512256 B CN 108512256B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mosfet switch
switch tube
voltage
connection point
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810611995.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108512256A (zh
Inventor
李练兵
岳东华
郝佳宁
褚衍成
赵治国
张立强
祝亚尊
王玲珑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hebei University of Technology
Original Assignee
Hebei University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hebei University of Technology filed Critical Hebei University of Technology
Priority to CN201810611995.3A priority Critical patent/CN108512256B/zh
Publication of CN108512256A publication Critical patent/CN108512256A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108512256B publication Critical patent/CN108512256B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • H02J7/06—Regulation of charging current or voltage using discharge tubes or semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02J2007/10—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明为一种多功能车载充放电一体化系统。该系统的组成包括：三相输入/并网接口、单相交流用电器接口、单相输入/并网接口、双向单/三相转换AC/DC转换器、高效率高低压集成DC/DC转换器、高效率低压DC/DC输出接口、动力电池包、BMS模块和控制器。其连接关系为：三相输入/并网接口、单相交流用电器接口、单相输入/并网接口、高效率高低压集成DC/DC转换器分别与双向单/三相转换AC/DC转换器相连；动力电池包、高效率低压DC/DC输出接口分别与高效率高低压集成DC/DC转换器相连；BMS模块与动力电池包相连。本发明可以使系统体积缩小，成本降低，开关及导通损耗减小，运行效率提高。

Description

一种多功能车载充放电一体化系统
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及用于电动汽车的一种车载充放电一体化系统。
背景技术
近年来，电动汽车产业蓬勃发展，众多电动汽车的动力电池组合起来成为了一个巨大的储能设备，利用双向充放电设备可以提高电动汽车动力电池包的电能利用率，而且将电动汽车动力电池包与电网连接还可以调节电网的峰谷负荷。另外，随着电动汽车的不断发展进步，电动汽车的车载用电设备也越来越多样化，常见的有照明灯、车载MP3、MP4、GPS等直流低压小功率设备，高档车还有车载冰箱、车载按摩器、车载电脑、车载电视等交流高压大功率设备。
图1为现有的一种车载充电放电系统结构图，它包括：动力电池包；充电接口，用于接收外部充电设备的电流向动力电池包充电；供电接口，用于由动力电池包向负载设备提供电源；双向AC/DC转换器，分别与充电接口和供电接口相连；双向DC/DC转换器，分别与双向AC/DC转换器和动力电池包相连；控制器，分别与双向AC/DC转换器和双向DC/DC转换器相连，用于对双向AC/DC转换器和双向DC/DC转换器进行控制；独立BMS装置，与动力电池包相连，用于对动力电池包进行监测与保护；独立低压DC/DC转换装置，与动力电池包相连，用于给低压用电器供电。该系统虽然在满足动力电池包充电需求的同时，又能够将动力电池包的能量传出，满足其他高低压用电需求，但是由于其采用普通的单相全桥式双向AC/DC转换器与普通双向DC/DC转换器连接的组成结构，它不能在三相电网情况下实现供电与并网，工作过程不能实现软开关。而且独立BMS装置与独立低压DC/DC转换装置的器件复用率低，这大大增加了系统的体积和成本。
其它现有的车载充放电系统，有的只能够实现部分功能，不能够满足现实的多样化需求；有的能够实现多数功能，但只是将实现各种功能的装置物理集成在一起，这种系统体积大，成本高，转换效率低，不利于电动汽车产业的发展。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种多功能车载充放电一体化系统，本发明采用双向单/三相转换AC/DC转换器作为逆变与功率因数校正功能的实现单元，配合高效率高低压集成DC/DC转换器，增加少数器件便满足三相电网工作条件；采用高效率高低压集成DC/DC转换器将用于给动力电池包充放电的高压DC/DC与给车载低压负载供电的低压DC/DC集成在同一个变压器中，减少一个变压器并实现部分器件的重复利用，缩小了系统的体积，降低了系统的成本；将BMS模块的控制器与系统工作控制器共用，降低了系统的成本。同时，本发明中引入了同步整流及软开关技术，可以在一定程度上减小开关及导通损耗，提高系统运行效率。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种多功能车载充放电一体化系统，该系统的组成包括：三相输入/并网接口、单相交流用电器接口、单相输入/并网接口、双向单/三相转换AC/DC转换器、高效率高低压集成DC/DC转换器、高效率低压DC/DC输出接口、动力电池包、BMS模块和控制器。
其连接关系为：三相输入/并网接口、单相交流用电器接口、单相输入/并网接口、高效率高低压集成DC/DC转换器分别与双向单/三相转换AC/DC转换器相连；动力电池包、高效率低压DC/DC输出接口分别与高效率高低压集成DC/DC转换器相连；BMS模块与动力电池包相连；控制器分别与双向单/三相转换AC/DC转换器、高效率高低压集成DC/DC转换器、BMS模块相连。
所述的双向单/三相转换AC/DC转换器包括：滤波电感L1-L6，滤波电容Cf1-Cf3，阻尼电阻Rd1-Rd3，MOSFET开关管Q1-Q6，支撑电容Cbus。
其连接关系为：滤波电感L1的一端与滤波电感L4的一端串连接在一起；滤波电容Cf1的一端与滤波电感L1与滤波电感L4的公共点相连，另一端与阻尼电阻Rd1的一端相连；滤波电感L2的一端与滤波电感L5的一端串连接在一起；滤波电容Cf2的一端与滤波电感L2与滤波电感L5的公共点相连，另一端与阻尼电阻Rd2的一端相连；滤波电感L3的一端与滤波电感L6的一端串连接在一起；滤波电容Cf3的一端与滤波电感L3与滤波电感L6的公共点相连，另一端与阻尼电阻Rd3的一端相连；阻尼电阻Rd1-Rd3剩下的一端连在一起；从滤波电感L1的另一端引出A相电网连接点a和A相电压采样点ua与外部连接；从滤波电感L2的另一端引出B相电网连接点b和B相电压采样点ub与外部连接；从滤波电感L3的另一端引出C相电网连接点c和C相电压采样点uc与外部连接；从滤波电感L1与滤波电感L4的公共点引出A相电流采样点ia与外部连接；从滤波电感L2与滤波电感L5的公共点引出B相电流采样点ib与外部连接；从滤波电感L3与滤波电感L6的公共点引出C相电流采样点ic与外部连接；MOSFET开关管Q1的源极与MOSFET开关管Q2漏极相连，其连接点与滤波电感L4的另一端相连；MOSFET开关管Q3的源极与MOSFET开关管Q4漏极相连，其连接点与滤波电感L5的另一端相连；MOSFET开关管Q5的源极与MOSFET开关管Q6漏极相连，其连接点与滤波电感L6的另一端相连；MOSFET开关管Q1、Q3、Q5的漏极连接在一起与支撑电容Cbus的正极相连构成Ubus+连接点与外部连接；MOSFET开关管Q2、Q4、Q6的源极连接在一起与支撑电容Cbus的负极相连构成Ubus-连接点与外部连接。
所述的高效率高低压集成DC/DC转换器包括：MOSFET开关管Q7-Q17；单刀双掷继电器K；变压器V1，它包含N1-N3三个绕组，N2、N3绕组带有抽头，N3绕组的抽头从中心引出，N2绕组的抽头将N2绕组分为Lm2和Lm3两部分；谐振电感Lr1、Lr2；谐振电容Cr1、Cr2；励磁电感Lm1-Lm3，分别集成在变压器V1的N1-N3绕组中，实际为变压器线圈自带的励磁电感；电气对称电感Lm4；支撑电容Cbus1、Cbus2、CDCL；储能电感L7；续流二极管VD。
其连接关系为：MOSFET开关管Q7的源极与MOSFET开关管Q8的漏极相连构成A连接点；MOSFET开关管Q9的源极与MOSFET开关管Q10的漏极相连构成B连接点；MOSFET开关管Q7的漏极与MOSFET开关管Q9的漏极相连构成Ubus+连接点与外部连接，MOSFET开关管Q8的源极与MOSFET开关管Q10的源极相连构成Ubus-连接点与外部连接；A连接点与B连接点分别与变压器V1的N1绕组两端相连；MOSFET开关管Q11的源极与MOSFET开关管Q12的漏极相连构成C连接点；MOSFET开关管Q13的源极与MOSFET开关管Q14的漏极相连构成D连接点；MOSFET开关管Q11的漏极、MOSFET开关管Q13的漏极和支撑电容Cbus1的正极相连构成UBAT+连接点与外部连接；MOSFET开关管Q12的源极、MOSFET开关管Q14的源极和Cbus1的负极相连构成UBAT-连接点与外部连接；谐振电容Cr1的一端与变压器V1的N2绕组的上端相连，另一端与谐振电感Lr1相连；电气対称电感Lm4的一端分别与谐振电感Lr1的另一端和C连接点相连，另一端分别与连接点D和单刀双掷继电器K的j3连接点相连；单刀双掷继电器K的j1连接点与变压器V1的N2绕组的抽头相连，j2连接点与变压器V1的N2绕组的下端相连；MOSFET开关管Q15的源极分别与变压器V1的N3绕组的上端相连，漏极分别与MOSFET开关管Q17的漏极、MOSFET开关管Q16的漏极、支撑电容Cbus2的正极、谐振电容Cr2的一端相连；MOSFET开关管Q16的源极分别与变压器V1的N3绕组的下端相连；谐振电感Lr2的一端分别与谐振电容Cr2的另一端、MOSFET开关管Q17的源极相连，另一端分别与续流二极管VD的阴极、储能电感L7的一端相连；储能电感L7的另一端与支撑电容CDCL的正极相连构成UDCL+连接点与外部相连；变压器V1的N3绕组的中心抽头、支撑电容Cbus2的负极、续流二极管VD的阳极、支撑电容CDCL的负极相连构成UDCL-连接点与外部相连。
本发明的有益效果为：
1.功能上由于双向单/三相转换AC/DC转换器的三相六桥臂开关的设置，配合高效率高低压集成DC/DC转换器中单刀双掷继电器K对变压器V1的N2绕组匝数的变换只增加少数器件便可以在三相电网情况下完成充电与并网，从而满足用户多样化的需求。
2.由于高效率高低压集成DC/DC转换器的高低压部分集成在同一个变压器中的设置，省去了一个变压器和低压DC/DC转换器的逆变电路及驱动电路的器件，从而在满足用户多样化需求的同时使系统减小了大约30％的体积，减少的器件也使成本有所降低。
3.由于高效率高低压集成DC/DC转换器采用可以实现双向LLC软开关的拓扑结构并引入同步整流的控制策略，大大降低了开关器件的开关及导通损耗，相比传统充放电系统，工作效率得到了提高。
4.由于将实现动力电池包的保护和状态监测的独立BMS装置用BMS模块代替，与系统共用同一控制器，提升了系统器件的利用率，降低了系统成本。
附图说明
图1是现有的一种车载充电放电系统结构图；
图2是根据本发明一个实施例的一种多功能车载充放电一体化系统的结构框图；
图3是根据本发明一个实施例的双向单/三相转换AC/DC转换器的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的高效率高低压集成DC/DC转换器的结构示意图；
图5是根据本发明一个实施例的高效率高低压集成DC/DC转换器在不同导通方向时的等效电路；其中，图5a为第一方向导通时的等效电路图，图5b为第二方向导通时的等效电路图；
图6是据本发明一个实施例的高效率高低压集成DC/DC转换器的高压DC/DC部分不同工作频率时的理想化波形；其中，图6a为开关频率小于谐振频率时的波形，图6b为开关频率等于谐振频率时的波形，图6c为开关频率大于谐振频率时的波形；
图7是根据本发明一个实施例的高效率高低压集成DC/DC转换器的低压DC/DC部分MOSFET开关管Q17实现零电压开通过程中的理想化波形；
图8是根据本发明一个实施例的一种多功能车载充放电一体化系统的具体结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示意图在附图中示出，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，旨在于解释本发明，而不能理解为本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的一种多功能车载充放电一体化系统。
图2是本发明实施例的一种多功能车载充放电一体化系统的结构框图。如图2所示，该多功能车载充放电一体化系统包括：动力电池包7；三相输入/并网接口1，用于接收三相电网的充电电流从而向动力电池包7充电或用于由动力电池包7向三相电网并网逆变；单相交流用电器接口2，用于由动力电池包7向车载交流高压用电器供电；单相输入/并网接口3，用于接收单相电网的充电电流从而向动力电池包7充电或用于由动力电池包7向单相电网并网逆变；双向单/三相转换AC/DC转换器4，用于在单相电网或三相电网情况下进行功率因数校正及整流稳压或并网逆变；高效率高低压集成DC/DC转换器5，用于对直流电压做高效率双向转换；高效率低压DC/DC输出接口6，用于由动力电池包7向车载直流低压用电器供电；BMS模块8，用于对动力电池包7进行实时保护和状态监测；控制器9，用于系统的数据处理及对系统各个被控元件进行控制。
其连接关系为：三相输入/并网接口1、单相交流用电器接口2、单相输入/并网接口3、高效率高低压集成DC/DC转换器5分别和双向单/三相转换AC/DC转换器4相连；动力电池包7、高效率低压DC/DC输出接口6分别与高效率高低压集成DC/DC转换器5相连；BMS模块8与动力电池包7相连；控制器9分别与双向单/三相转换AC/DC转换器4、高效率高低压集成DC/DC转换器5、BMS模块8相连。
具体地，如图3所示，在本发明的一个实施例中，双向单/三相转换AC/DC转换器4包括：滤波电感L1-L6，滤波电容Cf1-Cf3，阻尼电阻Rd1-Rd3，MOSFET开关管Q1-Q6，支撑电容Cbus。
其连接关系为：滤波电感L1的一端与滤波电感L4的一端串连接在一起；滤波电容Cf1的一端与滤波电感L1与滤波电感L4的公共点相连，另一端与阻尼电阻Rd1的一端相连；滤波电感L2的一端与滤波电感L5的一端串连接在一起；滤波电容Cf2的一端与滤波电感L2与滤波电感L5的公共点相连，另一端与阻尼电阻Rd2的一端相连；滤波电感L3的一端与滤波电感L6的一端串连接在一起；滤波电容Cf3的一端与滤波电感L3与滤波电感L6的公共点相连，另一端与阻尼电阻Rd3的一端相连；阻尼电阻Rd1-Rd3剩下的一端连在一起；从滤波电感L1的另一端引出A相电网连接点a和A相电压采样点ua与外部连接；从滤波电感L2的另一端引出B相电网连接点b和B相电压采样点ub与外部连接；从滤波电感L3的另一端引出C相电网连接点c和C相电压采样点uc与外部连接；从滤波电感L1与滤波电感L4的公共点引出A相电流采样点ia与外部连接；从滤波电感L2与滤波电感L5的公共点引出B相电流采样点ib与外部连接；从滤波电感L3与滤波电感L6的公共点引出C相电流采样点ic与外部连接；MOSFET开关管Q1的源极与MOSFET开关管Q2漏极相连，其连接点与滤波电感L4的另一端相连；MOSFET开关管Q3的源极与MOSFET开关管Q4漏极相连，其连接点与滤波电感L5的另一端相连；MOSFET开关管Q5的源极与MOSFET开关管Q6漏极相连，其连接点与滤波电感L6的另一端相连；MOSFET开关管Q1、Q3、Q5的漏极连接在一起与支撑电容Cbus的正极相连构成Ubus+连接点与外部连接；MOSFET开关管Q2、Q4、Q6的源极连接在一起与支撑电容Cbus的负极相连构成Ubus-连接点与外部连接。
具体地，在本发明的一个实施例中，当双向单/三相转换AC/DC转换器4工作在单相电网或车载交流高压用电器用电情况时，控制器9驱动Q1-Q4工作，Q5与Q6处于关断状态，从而使Q1-Q6在实际工作中构成单相全桥结构，完成单相电网的整流、逆变及车载交流高压用电器供电工作。当双向单/三相转换AC/DC转换器4工作在三相电网情况时，控制器9驱动Q1-Q6全部工作，从而使Q1-Q6在实际工作中构成三相全桥结构，完成三相电网的整流与逆变工作；L1-L6、Cf1-Cf3、Rd1-Rd3按图3的连接方式构成三阶滤波器，用于完成功率因数校正及逆变过程中的滤波工作，其中，Rd1-Rd3用来抑制滤波器在截止频率处的震荡。
具体地，如图4所示，在本发明的一个实施例中，高效率高低压集成DC/DC转换器5包括：MOSFET开关管Q7-Q17；单刀双掷继电器K，用于在工作状态在单/三相电网间发生变化时，对N2绕组的匝数进行切换；变压器V1，它包含N1-N3三个绕组，N2、N3绕组带有抽头，N3绕组的抽头从中心引出，N2绕组的抽头将N2绕组分为Lm2和Lm3两部分，这两部分间的匝比关系根据单相电网与三相电网情况下整流后电压差值确定，通过N1与N2绕组及与其连接器件构成用于对动力电池包充放电的高压DC/DC部分，N1与N3或N2与N3绕组及与其连接器件构成用于对低压用电器供电的低压DC/DC部分，N1、N2、N3间的匝数比根据单/三相电网整流后电压、低压电器所需低压和动力电池包电压的范围确定；谐振电感Lr1、Lr2；谐振电容Cr1、Cr2；励磁电感Lm1-Lm3，分别集成在变压器V1的N1-N3绕组中，实际为变压器线圈自带的励磁电感；电气对称电感Lm4；支撑电容Cbus1、Cbus2、CDCL；储能电感L7；续流二极管VD。
其连接关系为：MOSFET开关管Q7的源极与MOSFET开关管Q8的漏极相连构成A连接点；MOSFET开关管Q9的源极与MOSFET开关管Q10的漏极相连构成B连接点；MOSFET开关管Q7的漏极与MOSFET开关管Q9的漏极相连构成Ubus+连接点与外部连接，MOSFET开关管Q8的源极与MOSFET开关管Q10的源极相连构成Ubus-连接点与外部连接；A连接点与B连接点分别与变压器V1的N1绕组两端相连；MOSFET开关管Q11的源极与MOSFET开关管Q12的漏极相连构成C连接点；MOSFET开关管Q13的源极与MOSFET开关管Q14的漏极相连构成D连接点；MOSFET开关管Q11的漏极、MOSFET开关管Q13的漏极和支撑电容Cbus1的正极相连构成UBAT+连接点与外部连接；MOSFET开关管Q12的源极、MOSFET开关管Q14的源极和支撑电容Cbus1的负极相连构成UBAT-连接点与外部连接；谐振电容Cr1的一端与变压器V1的N2绕组的上端相连，另一端与谐振电感Lr1相连；电气対称电感Lm4的一端分别与谐振电感Lr1的另一端和C连接点相连，另一端分别与连接点D和单刀双掷继电器K的j3连接点相连；单刀双掷继电器K的j1连接点与变压器V1的N2绕组的抽头相连，j2连接点与变压器V1的N2绕组的下端相连；MOSFET开关管Q15的源极分别与变压器V1的N3绕组的上端相连，漏极分别与MOSFET开关管Q17的漏极、MOSFET开关管Q16的漏极、支撑电容Cbus2的正极、谐振电容Cr2的一端相连；MOSFET开关管Q16的源极分别与变压器V1的N3绕组的下端相连；谐振电感Lr2的一端分别与谐振电容Cr2的另一端、MOSFET开关管Q17的源极相连，另一端分别与续流二极管VD的阴极、储能电感L7的一端相连；储能电感L7的另一端与支撑电容CDCL的正极相连构成UDCL+连接点与外部相连；变压器V1的N3绕组的中心抽头、支撑电容Cbus2的负极、续流二极管VD的阳极、支撑电容CDCL的负极相连构成UDCL-连接点与外部相连。
需要说明的是，双向单/三相转换AC/DC转换器4与高效率高低压集成DC/DC转换器5间的直流母线电压在三相电网与单相电网工作时有很大的差值，而动力电池包7的充放电电压范围又没有变化，这个差值不利于高效率高低压集成DC/DC转换器5全部工作在软开关状态，通过单刀双掷继电器K对变压器V1的N2绕组接入电路匝数的切换，可以抵消这个差值带来的影响，从而使高效率高低压集成DC/DC转换器5更容易工作在软开关状态。
具体地，当系统工作在单相电网情况下时，控制器9控制单刀双掷继电器K与j2连接点连接，使变压器V1的N2绕组接入电路的匝数较大，当系统工作在三相电网情况下时，控制器9控制单刀双掷继电器K与j1连接点连接，使变压器V1的N2绕组接入电路的匝数较小。
具体地，在本发明的实施例中，高效率高低压集成DC/DC转换器5的高压DC/DC部分采用逆变侧与整流侧同步的调频控制策略。在工作过程中，控制器对Q7、Q10、Q11、Q14采用同一控制信号，Q8、Q9、Q12、Q13采用同一控制信号，其中，Q7、Q10、Q11、Q14的控制信号与Q8、Q9、Q12、Q13的控制信号完全互补，且都为50％占空比(忽略死区时间不计)。通过改变Q7-Q14的开关频率可以改变高效率高低压集成DC/DC转换器5的高压DC/DC部分的电压增益值，从而改变充放电的电压及电流。
如图5所示为高效率高低压集成DC/DC转换器5在不同导通方向时的等效电路，图中，Lm1为图4中励磁电感Lm1；Ze2为高效率高低压集成DC/DC转换器5低压部分等效阻抗以变压器匝比折算到输入侧的阻抗值(匝比为绕组N1与绕组N3的比)；Cr1’为图4中谐振电容Cr1以变压器匝比折算到输入侧的值(匝比为绕组N1与绕组N2的比，在单相电网和三相电网情况下绕组N2的匝数有变化，通过控制单刀双掷继电器K可以改变)；Lr1’为图4中谐振电感Lr1以变压器匝比折算到输入侧的值(匝比为绕组N1与绕组N2的比，在单相电网和三相电网情况下绕组N2的匝数有变化，通过控制单刀双掷继电器K可以改变)；Lm4’为图4中对称电感Lm4以变压器匝比折算到输入侧的值(匝比为绕组N1与绕组N2的比，在单相电网和三相电网情况下绕组N2的匝数有变化，通过控制单刀双掷继电器K可以改变)；Ze1为动力电池包等效阻抗以变压器匝比折算到输入侧的值(匝比为绕组N1与绕组N2的比，在单相电网和三相电网情况下绕组N2的匝数有变化，通过控制单刀双掷继电器K可以改变)；Lm4为图4中的对称电感Lm4；Lr1为图4中的谐振电感Lr1；Cr1为图4中的谐振电容Cr1；Lm2为图4中的励磁电感Lm2，Lm2+Lm3为图4中的Lm2与Lm3串接在一起的值，当工作在单相电网情况下时为Lm2+Lm3，工作在三相电网情况下时为Lm2，通过控制单刀双掷继电器K进行切换；Ze3为逆变输出或高压交流负载等效阻抗以变压器匝比折算到输入侧的值(匝比为绕组N2与绕组N1的比，在单相电网和三相电网情况下绕组N2的匝数有变化，通过控制单刀双掷继电器K可以改变)；Ze4为高效率高低压集成DC/DC转换器5低压部分等效阻抗以变压器匝比折算到输入侧的阻抗值(匝比为绕组N2与绕组N3的比，在单相电网和三相电网情况下绕组N2的匝数有变化，通过控制单刀双掷继电器K可以改变)。
如图6所示为高效率高低压集成DC/DC转换器5的高压DC/DC部分不同工作频率时的理想化波形，图中，VCD指图4中CD两点间的电压，VAB指图4中AB两点间的电压，VCr1指图4中谐振电容Cr1的电压，iLm1指图4中流过Lm1的电流，iLm4指图4中流过Lm4的电流，iLm23指流过Lm2的电流(三相电网工作条件)或Lm2与Lm3串联在一起的电流(单相电网工作条件)，iR指谐振电流，iS指谐振电流iR与iLm4或iLm23的差值(第一方向导通时为iR-iLm4，第二方向导通时为iR-iLm23)，iQ14指流过MOSFET开关管Q14的电流，也即流过MOSFET开关管Q11的电流，iQ10指流过MOSFET开关管Q10的电流，也即流过MOSFET开关管Q7的电流，i2为整流侧开关管之后，稳压电容之前的电流，图中带括号的标注指第二方向导通时采用括号内的标注，第一方向导通时采用括号外标注。
结合图5与图6，当高效率高低压集成DC/DC转换器5以第一方向导通时，在前半个开关周期，MOSFET开关管Q7、Q10、Q11、Q14开通阶段Lm1两端被动力电池包7充电电压钳位，iLm1线性上升，Lm4两端电压等于动力电池包7的充电电压，iLm4线性上升，Cr1与Lr1谐振，产生的谐振电流iR以正弦规律变化，VAB与VCD均为正值；在MOSFET开关管Q7、Q10、Q11、Q14关断时刻，iR与iLm4的差值iS等于Q11与Q14的电流iQ14，此电流即为关断电流(开关频率小于谐振频率时，该电流值为很小的负值；开关频率等于谐振频率时，该电流值零；开关频率大于谐振频率时，该电流值为很小的正值)，从而实现整流侧的零电流或小电流关断；在MOSFET开关管Q7、Q10、Q11、Q14关断后的死区时间内，iLm1与iR根据变压器变比(在三相电网情况下与单相电网情况下的变比不同，通过控制单刀双掷继电器K可以改变)折算到逆变侧的值的和(在高效率高低压集成DC/DC转换器5的低压部分运行时，还要加上低压部分折算到逆变侧的电流值)对MOSFET开关管Q7、Q10的寄生电容进行充电，对MOSFET开关管Q8、Q9的寄生电容进行放电，从而使VAB由正值变为负值，实现MOSFET开关管Q8、Q9的零电压开通条件，与此同时，若开关频率小于或等于谐振频率，电流iS可以对MOSFET开关管Q11、Q14的寄生电容进行充电，对MOSFET开关管Q12、Q13的寄生电容进行放电，从而使VCD由正值变为负值，实现Q12、Q13零电压开通条件，在开关频率大于谐振频率情况下由于电流iS在为正值，不容易实现MOSFET开关管Q12、Q13的零电压开通条件；接下来，MOSFET开关管Q8、Q9、Q12、Q13零电压开通，进入后半个开关周期，后半个开关周期工作过程与前半个开关周期的工作过程完全对称，这里不再赘述。
当高效率高低压集成DC/DC转换器5以第二方向导通时，在前半个开关周期，MOSFET开关管Q7、Q10、Q11、Q14开通阶段Lm4两端被动力电池包7的放电电压钳位，iLm4线性上升，Lm2或Lm2与Lm3的和(在单相电网情况下为Lm2与Lm3的和，在三相电网情况下为Lm2，通过控制单刀双掷继电器K可以改变)被整流侧与三相单/三相转换AC/DC间的直流母线电压钳位，其电流值iLm23线性上升，Cr1与Lr1谐振，产生的谐振电流iR以正弦规律变化，VAB与VCD均为正值；在MOSFET开关管Q7、Q10、Q11、Q14关断时刻，iR与iLm23的差值iS等于Q7与Q10的电流iQ10，此电流即为关断电流(开关频率小于谐振频率时，该电流值为很小的负值；开关频率等于谐振频率时，该电流值零；开关频率大于谐振频率时，该电流值为很小的正值)，从而实现整流侧的零电流或小电流关断；在MOSFET开关管Q7、Q10、Q11、Q14关断后的死区时间内，iLm1与iR的和对MOSFET开关管Q11、Q14的寄生电容进行充电，对MOSFET开关管Q12、Q13的寄生电容进行放电，从而使VCD由正值变为负值，实现MOSFET开关管Q12、Q13的零电压开通条件，与此同时，若开关频率小于或等于谐振频率，谐振电流iR与iLm23的差值iS根据变压器匝比(在三相电网情况下与单相电网情况下的变比不同，通过控制单刀双掷继电器K可以改变)折算到整流侧的值可以对MOSFET开关管Q7、Q10的寄生电容进行充电，对MOSFET开关管Q8、Q9的寄生电容进行放电，从而使VAB由正值变为负值，实现Q8、Q9零电压开通条件，在开关频率大于谐振频率情况下由于电流iS在为正值，不容易实现MOSFET开关管Q8、Q9的零电压开通条件；接下来，MOSFET开关管Q8、Q9、Q12、Q13零电压开通，进入后半个开关周期，后半个开关周期工作过程与前半个开关周期的工作过程完全对称，这里不再赘述。
需要说明的是，在上述论述中，第一方向为双向单/三相转换AC/DC转换器4指向高效率高低压集成DC/DC转换器5，第二方向为高效率高低压集成DC/DC转换器5指向双向单/三相转换AC/DC转换器4。
需要说明的是，在上述论述中，整流侧指高效率高低压集成DC/DC转换器5高压DC/DC部分的能量的输出侧，逆变侧指高效率高低压集成DC/DC转换器5高压DC/DC部分的能量的输入侧。当转换器工作在第一方向时，Q7-Q10为逆变侧，Q11-Q14为整流侧；当转换器工作在第二方向时，Q11-Q14为逆变侧，Q7-Q10为整流侧。
具体地，如图4所示，在本发明的实施例中，高效率高低压集成DC/DC转换器5的低压DC/DC部分通过控制Q15与Q7、Q10、Q11、Q14同步，Q16与Q8、Q9、Q12、Q13同步使其完成同步整流从而降低导通损耗，当车载直流低压用电器需要供电时，控制器9控制Q15、Q16同步整流工作，在支撑电容Cbus2处会产生一个根据变压器匝比确定的初步稳定的直流电压，再通过控制Q17完成斩波降压，从而输出一个稳定所需直流低压，其中，Q17、Cr2、Lr2构成了准谐振开关电路，Cr2与Lr2谐振作用使Q17在开通前Cr2两端的电压降为零，再加上MOSFET开关管Q17寄生二级管的钳位作用，使Q17实现零电压开通，从而降低开关损耗，实现零电压开通过程中的理想化波形如图7所示，图中，VCr2指图4中Cr2两端的电压，iQ17指图4中流过MOSFET开关管Q17的电流，iLr2指图4中流过Lr2的电流，VVD指图4中VD两端的电压。
具体地，在本发明的一个实施例中，BMS模块8选用发明专利号为CN102306943A的锂离子电池管理系统的附图1所示的电池检测单元和负反馈均衡单元，控制芯片与本系统的控制器共用。
具体地，在本发明的一个实施例中，控制器9可以是一个单片机或者一个单片机组，具体根据单片机的外设参数、成本等信息综合考虑选定，在本实施例中选用德州仪器的TMSF320F2808作为控制器9。
具体地，在本发明的一个实施例中，一种多功能车载充放电一体化系统的具体结构示意图如图8所示，一种多功能车载充放电一体化系统还包括：交流电流检测模块17，用于检测双向单/三相转换AC/DC转换器4的交流侧电流；交流电压检测模块18，用于检测双向单/三相转换AC/DC转换器4的交流侧电压；母线电压检测模块15，用于检测双向单/三相转换AC/DC转换器4与高效率高低压集成DC/DC转换器5之间直流母线的电压；母线电流检测模块16，用于检测双向单/三相转换AC/DC转换器4与高效率高低压集成DC/DC转换器5之间直流母线的电流；低压直流电压检测模块13，用于检测高效率低压DC/DC输出接口6处的电压；低压直流电流检测模块14，用于检测所述高效率低压DC/DC输出接口6处的电流；高压直流电压检测模块11，用于检测高效率高低压集成DC/DC转换器5与动力电池包7间的电压；高压直流电流检测模块12，用于检测高效率高低压集成DC/DC转换器5与动力电池包7间的电流；相关驱动电路，用于对MOSFET开关管、接口开关及单刀双掷继电器K进行驱动。
具体地，在本发明的一个实施例中，控制器9根据用户需求通过接口开关驱动控制三相输入/并网接口1、单相交流用电器接口2、单相输入/并网接口3中的一个与双向单/三相转换AC/DC转换器4连接；当系统以第一方向导通时，控制器9根据交流电流检测模块17、交流电压检测模块18、母线电流检测模块16和母线电压检测模块15检测到的信号对双向单/三相转换AC/DC转换器4的MOSFET开关管Q1-Q6通过驱动电路进行控制使其完成系统的功率因数校正并使双向单/三相转换AC/DC转换器4与高效率高低压集成DC/DC转换器5之间直流母线电压稳定，直流母线电流在一定范围内；控制器9根据所处单/三相电网状态、BMS模块9的信息、高压直流电压检测模块11和高压直流电流检测模块12检测到的电压、电流对高效率高低压集成DC/DC转换器5的Q7-Q14以及单刀双掷继电器K通过驱动电路进行控制，在单相电网工作状态时，控制器9控制高效率高低压集成DC/DC转换器5的单刀双掷继电器K与j2连接点相连，通过控制调节Q7-Q14的开关频率，使高效率高低压集成DC/DC转换器5的高压DC/DC部分对双向单/三相转换AC/DC转换器4输出的直流电压进行调节，从而使高效率高低压集成DC/DC转换器5的高压DC/DC部分的输出满足动力电池包7充电所需的电压及电流，并且使MOSFET开关管Q7-Q14工作在软开关状态，从而完成单相电网对动力电池包的高效率充电功能；在三相电网工作状态时，控制器9控制高效率高低压集成DC/DC转换器5的单刀双掷继电器K与j1连接点相连，通过控制调节Q7-Q14的开关频率，使高效率高低压集成DC/DC转换器5的高压DC/DC部分对双向单/三相转换AC/DC转换器4输出的直流电压进行调节，从而使高效率高低压集成DC/DC转换器5的高压DC/DC部分的输出满足动力电池包7充电所需的电压及电流，并且使MOSFET开关管Q7-Q14工作在软开关状态，从而完成三相电网对动力电池包的高效率充电功能。当系统以第二方向导通时，控制器9根据所处单/三相电网状态、BMS模块9的信息以及母线电压检测模块15和母线电流检测模块16检测到的电压和电流对高效率高低压集成DC/DC转换器5的Q7-Q14以及单刀双掷继电器K通过驱动电路进行控制，在单相电网工作状态时，控制器9控制高效率高低压集成DC/DC转换器5的单刀双掷继电器K与j2连接点相连，通过控制调节Q7-Q14的开关频率，使高效率高低压集成DC/DC转换器5的高压DC/DC部分对动力电池包7的输出电压进行调节，从而使高效率高低压集成DC/DC转换器5的高压DC/DC部分的输出满足双向单/三相转换AC/DC转换器4单相并网逆变的需求，并且使MOSFET开关管Q7-Q14工作在软开关状态，从而完成对动力电池包7放电电压的高效率调节；在三相电网工作状态时，控制器9控制高效率高低压集成DC/DC转换器5的单刀双掷继电器K与j1连接点相连，通过控制调节Q7-Q14的开关频率，使高效率高低压集成DC/DC转换器5的高压DC/DC部分对动力电池包7的输出电压进行调节，从而使高效率高低压集成DC/DC转换器5的高压DC/DC部分的输出满足双向单/三相转换AC/DC转换器4三相并网逆变的需求，并且使MOSFET开关管Q7-Q14工作在软开关状态，从而完成对动力电池包7放电电压的高效率调节；控制器9根据交流电流检测模块17、交流电压检测模块18检测到的交流电压、电流对双向单/三相转换AC/DC转换器4的Q1-Q6通过驱动电路进行控制使其完成系统的并网逆变。在上述工作过程中，若使用低压直流负载，控制器9通过驱动电路控制Q15与Q16完成同步整流工作使Cbus2的电压稳定在一定范围内，同时控制器9根据低压直流电压检测模块13和低压直流电流检测模块14检测到的直流电压和电流对Q17通过驱动电路进行控制从而使高效率低压DC/DC输出接口6处的电压满足用电需求，电流在一定范围内，同时使Q17实现软开关。若不使用低压直流负载，则控制器9控制高效率高低压集成DC/DC转换器5的低压DC/DC部分处于待机状态，高效率低压DC/DC输出接口6没有输出。
综上所述，根据本发明的一个实施例，一种多功能车载充放电一体化系统的双向单/三相转换AC/DC转换器4采用三相六桥臂开关的设置，配合高效率高低压集成DC/DC转换器5中单刀双掷继电器K对变压器V1的N2绕组匝数的变换只增加少数器件便可以在三相电网情况下完成充电与并网，从而满足用户多样化的需求；高效率高低压集成DC/DC转换器5将实现动力电池包7充放电的高压DC/DC与用于给车载低压用电器供电的低压DC/DC集成在同一个变压器中，省去了一个变压器及低压DC/DC所需的逆变电路及驱动电路的器件，使系统减少大约30％的体积，成本上也会因器件的节省而有所降低，并且在高效率高低压集成DC/DC转换器中采用可以实现双向LLC软开关的拓扑结构并引入同步整流的控制策略，大大降低了开关器件的开关及导通损耗，提高了系统的运行效率；系统将实现动力电池包的保护和状态监测的独立BMS装置用BMS模块代替，与系统共用同一控制器，提升了系统器件的利用率，降低了系统成本。总的来说，本发明的一种多功能车载充放电一体化系统在满足用户的多样化需求的同时采用一系列电气集成和优化控制及电路的方法在一定程度上缩小了系统的体积，降低了系统的成本，提高了系统工作的运行效率。
本发明涉及的软件或协议均为公知技术。
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。另外对于没有详细描述的步骤属于本领域技术人员熟知的技术内容。对于涵盖本发明构思内的相应的变换和更改均在本发明范围内。
本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (1)

1.一种多功能车载充放电一体化系统，其特征为该系统的组成包括：三相输入/并网接口、单相交流用电器接口、单相输入/并网接口、双向单/三相转换AC/DC转换器、高效率高低压集成DC/DC转换器、高效率低压DC/DC输出接口、动力电池包、BMS模块和控制器；
其连接关系为：三相输入/并网接口、单相交流用电器接口、单相输入/并网接口、高效率高低压集成DC/DC转换器分别与双向单/三相转换AC/DC转换器相连；动力电池包、高效率低压DC/DC输出接口分别与高效率高低压集成DC/DC转换器相连；BMS模块与动力电池包相连；控制器分别与双向单/三相转换AC/DC转换器、高效率高低压集成DC/DC转换器、BMS模块相连；
所述的双向单/三相转换AC/DC转换器包括：滤波电感L1-L6，滤波电容Cf1-Cf3，阻尼电阻Rd1-Rd3，MOSFET开关管Q1-Q6，支撑电容Cbus；
其连接关系为：滤波电感L1的一端与滤波电感L4的一端串连接在一起；滤波电容Cf1的一端与滤波电感L1与滤波电感L4的公共点相连，另一端与阻尼电阻Rd1的一端相连；滤波电感L2的一端与滤波电感L5的一端串连接在一起；滤波电容Cf2的一端与滤波电感L2与滤波电感L5的公共点相连，另一端与阻尼电阻Rd2的一端相连；滤波电感L3的一端与滤波电感L6的一端串连接在一起；滤波电容Cf3的一端与滤波电感L3与滤波电感L6的公共点相连，另一端与阻尼电阻Rd3的一端相连；阻尼电阻Rd1-Rd3剩下的一端连在一起；从滤波电感L1的另一端引出A相电网连接点a和A相电压采样点u a与外部连接；从滤波电感L2的另一端引出B相电网连接点b和B相电压采样点u b 与外部连接；从滤波电感L3的另一端引出C相电网连接点c和C相电压采样点u c 与外部连接；从滤波电感L1与滤波电感L4的公共点引出A相电流采样点ia与外部连接；从滤波电感L2与滤波电感L5的公共点引出B相电流采样点ib与外部连接；从滤波电感L3与滤波电感L6的公共点引出C相电流采样点ic与外部连接；MOSFET开关管Q1的源极与MOSFET开关管Q2漏极相连，其连接点与滤波电感L4的另一端相连；MOSFET开关管Q3的源极与MOSFET开关管Q4漏极相连，其连接点与滤波电感L5的另一端相连；MOSFET开关管Q5的源极与MOSFET开关管Q6漏极相连，其连接点与滤波电感L6的另一端相连；MOSFET开关管Q1、Q3、Q5的漏极连接在一起与支撑电容Cbus的正极相连构成Ubus+连接点与外部连接；MOSFET开关管Q2、Q4、Q6的源极连接在一起与支撑电容Cbus的负极相连构成Ubus-连接点与外部连接；
所述的高效率高低压集成DC/DC转换器包括：MOSFET开关管Q7-Q17；单刀双掷继电器K；变压器V1，它包含N1-N3三个绕组，N2、N3绕组带有抽头，N3绕组的抽头从中心引出，N2绕组的抽头将N2绕组分为Lm2和Lm3两部分；谐振电感Lr1、Lr2；谐振电容Cr1、Cr2；励磁电感Lm1-Lm3，分别集成在变压器V1的N1-N3绕组中，实际为变压器线圈自带的励磁电感；电气对称电感Lm4；支撑电容Cbus1、Cbus2、CDCL；储能电感L7；续流二极管VD；
其连接关系为：MOSFET开关管Q7的源极与MOSFET开关管Q8的漏极相连构成A连接点；MOSFET开关管Q9的源极与MOSFET开关管Q10的漏极相连构成B连接点；MOSFET开关管Q7的漏极与MOSFET开关管Q9的漏极相连构成Ubus+连接点与外部连接，MOSFET开关管Q8的源极与MOSFET开关管Q10的源极相连构成Ubus-连接点与外部连接；A连接点与B连接点分别与变压器V1的N1绕组两端相连；MOSFET开关管Q11的源极与MOSFET开关管Q12的漏极相连构成C连接点；MOSFET开关管Q13的源极与MOSFET开关管Q14的漏极相连构成D连接点；MOSFET开关管Q11的漏极、MOSFET开关管Q13的漏极和支撑电容Cbus1的正极相连构成UBAT+连接点与外部连接；MOSFET开关管Q12的源极、MOSFET开关管Q14的源极和支撑电容Cbus1的负极相连构成UBAT-连接点与外部连接；谐振电容Cr1的一端与变压器V1的N2绕组的上端相连，另一端与谐振电感Lr1相连；电气対称电感Lm4的一端分别与谐振电感Lr1的另一端和C连接点相连，另一端分别与连接点D和单刀双掷继电器K的j3连接点相连；单刀双掷继电器K的j1连接点与变压器V1的N2绕组的抽头相连，j2连接点与变压器V1的N2绕组的下端相连；MOSFET开关管Q15的源极分别与变压器V1的N3绕组的上端相连，漏极分别与MOSFET开关管Q17的漏极、MOSFET开关管Q16的漏极、支撑电容Cbus2的正极、谐振电容Cr2的一端相连；MOSFET开关管Q16的源极分别与变压器V1的N3绕组的下端相连；谐振电感Lr2的一端分别与谐振电容Cr2的另一端、MOSFET开关管Q17的源极相连，另一端分别与续流二极管VD的阴极、储能电感L7的一端相连；储能电感L7的另一端与支撑电容CDCL的正极相连构成UDCL+连接点与外部相连；变压器V1的N3绕组的中心抽头、支撑电容Cbus2的负极、续流二极管VD的阳极、支撑电容CDCL的负极相连构成UDCL-连接点与外部相连。
CN201810611995.3A 2018-06-14 2018-06-14 一种多功能车载充放电一体化系统 Active CN108512256B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810611995.3A CN108512256B (zh) 2018-06-14 2018-06-14 一种多功能车载充放电一体化系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810611995.3A CN108512256B (zh) 2018-06-14 2018-06-14 一种多功能车载充放电一体化系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108512256A CN108512256A (zh) 2018-09-07
CN108512256B true CN108512256B (zh) 2024-02-13

Family

ID=63403382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810611995.3A Active CN108512256B (zh) 2018-06-14 2018-06-14 一种多功能车载充放电一体化系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108512256B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109950943A (zh) * 2018-10-12 2019-06-28 深圳市永联科技股份有限公司 一种四向转换车载充电机及控制方法
CN109649184A (zh) * 2019-01-18 2019-04-19 上海熠动动力科技有限公司 一种多功能电机控制器电路、控制器及其汽车
CN110356268B (zh) * 2019-06-25 2021-08-03 华为技术有限公司 一种车载充放电装置和系统
CN110336356B (zh) * 2019-07-12 2021-03-16 山东大骋医疗科技有限公司 新能源医疗设备的智能充电系统及方法
CN114312392A (zh) * 2020-09-30 2022-04-12 比亚迪股份有限公司 车辆充电装置、方法及车辆
CN114726035A (zh) * 2022-03-31 2022-07-08 岚图汽车科技有限公司 充放电系统、接口及设备
CN115384326B (zh) * 2022-08-23 2023-06-02 珠海英搏尔电气股份有限公司 电动汽车的供电电路、供电方法、供电装置和电动汽车
CN117239789B (zh) * 2023-11-13 2024-03-22 万帮数字能源股份有限公司 桩群三相平衡控制方法和装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0799701A (ja) * 1993-09-28 1995-04-11 Fuji Electric Co Ltd 電気自動車の電気システム
JP2003189614A (ja) * 2001-12-17 2003-07-04 Sony Corp スイッチング電源回路
JP2013027115A (ja) * 2011-07-20 2013-02-04 Diamond Electric Mfg Co Ltd ワンコンバータ式車載用充電装置
CN107147303A (zh) * 2017-07-07 2017-09-08 河北工业大学 一种单相x型互错式三电平交流调压电路
CN207345546U (zh) * 2017-10-31 2018-05-11 北京新能源汽车股份有限公司 一种车载电源系统及电动汽车
CN208461472U (zh) * 2018-06-14 2019-02-01 河北工业大学 一种多功能车载充放电一体化系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0799701A (ja) * 1993-09-28 1995-04-11 Fuji Electric Co Ltd 電気自動車の電気システム
JP2003189614A (ja) * 2001-12-17 2003-07-04 Sony Corp スイッチング電源回路
JP2013027115A (ja) * 2011-07-20 2013-02-04 Diamond Electric Mfg Co Ltd ワンコンバータ式車載用充電装置
CN107147303A (zh) * 2017-07-07 2017-09-08 河北工业大学 一种单相x型互错式三电平交流调压电路
CN207345546U (zh) * 2017-10-31 2018-05-11 北京新能源汽车股份有限公司 一种车载电源系统及电动汽车
CN208461472U (zh) * 2018-06-14 2019-02-01 河北工业大学 一种多功能车载充放电一体化系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
交直流一体电动汽车充电站模拟试验平台设计;袁瑞铭;钟侃;李顺昕;孟学东;杨晓波;孙贝贝;;电测与仪表;20131125(第11期);全文 *
基于单片机的动力电池管理系统的硬件设计;李练兵;梁浩;刘炳山;;电子技术应用;20100206(第02期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108512256A (zh) 2018-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108512256B (zh) 一种多功能车载充放电一体化系统
Zeng et al. LLC resonant converter topologies and industrial applications—A review
Guan et al. Review of high-frequency high-voltage-conversion-ratio DC–DC converters
US11404965B2 (en) DC-DC converter, on-board charger, and electric vehicle
Lee et al. An isolated/bidirectional PWM resonant converter for V2G (H) EV on-board charger
CN109560711B (zh) 一种隔离型双向dc-dc变换器及其调制方法
Li et al. Family of enhanced ZCS single-stage single-phase isolated AC–DC converter for high-power high-voltage DC supply
CN111463878B (zh) 一种兼容型大功率双端输出车载充电机及其控制方法
Park et al. Design and control of a bidirectional resonant dc–dc converter for automotive engine/battery hybrid power generators
EP2571154B1 (en) PV inverter with input parallel output series connected flyback converters feeding a fullbridge grid converter
CN109039121B (zh) 一种高频隔离型交直流变换电路及其控制方法
US20160181925A1 (en) Bidirectional dc-dc converter
Christen et al. Highly efficient and compact DC-DC converter for ultra-fast charging of electric vehicles
CN107968471B (zh) Lclc谐振电路、宽范围恒功率输出直流充电机及控制方法
CN106208769B (zh) 电力转换装置
JP2015159711A (ja) スイッチング電源装置、電力変換装置
JP2018170930A (ja) 電力変換装置、電力変換システム
CN111464040A (zh) 一种适用于不同输入电网的dcdc架构及其控制方法
CN111431415B (zh) 一种并联输入串联输出的高升压隔离型直流变换器
Qi et al. 650v GAN based 3.3 kw bi-directional DC-DC converter for high efficiency battery charger with wide battery voltage range
CN210807100U (zh) 一种功率传输电路
Aarninkhof et al. A Reconfigurable Two-stage 11kW DC-DC Resonant Converter for EV Charging with a 150-1000V Output Voltage Range
CN112152489A (zh) 一种高低压直流双输出集成型三相pwm整流变换器及控制方法
Li et al. Design and optimization of high gain bidirectional DC/DC converter for electric vehicles
CN112693340B (zh) 一种功能集成式车载充电机及其工作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant