CN109217705B - 逆变电路、电动汽车及逆变方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种逆变电路、电动汽车及逆变方法。逆变电路包括前级电路、推挽变压器、后级电路和输出端。前级电路用于将动力电池输出的直流电转换为交流电；推挽变压器用于将前级电路输出的交流电升压并输出预设电压和预设功率的交流电；后级电路包括整流滤波器和H桥逆变子电路，整流滤波器用于将推挽变压器输出的交流电转换成直流电，H桥逆变子电路用于调整整流滤波器输出的直流电的方向、幅值及周期以输出符合预设要求的正弦波交流电；输出端包括与H桥逆变子电路连接的火线、地线和零线，火线、零线和地线用于连接用电器，地线和零线连接。本发明的逆变电路，可实现利用电动汽车的动力电池输出高功率的交流电,并满足用户多样化的体验需求。

Description

逆变电路、电动汽车及逆变方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种逆变电路、电动汽车及逆变方法。

背景技术

随着科技发展及新能源的普及，电动汽车的使用量迅速增加。相关技术中，传统汽车上使用的逆变器主要从12V蓄电池转换输出220V交流市电，在车载领域使用普遍，方便快捷。但功率小，功率较低，使用限制较大，无法在电动车上进行推广，且很难满足用户多样化的体验需求。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种逆变电路、电动汽车及逆变方法，旨在解决电动汽车的蓄电池输出功率较低、使用限制较大的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种逆变电路，用于电动汽车，所述逆变电路包括：

前级电路，所述前级电路与所述电动汽车的动力电池连接，所述前级电路用于将所述动力电池输出的直流电转换为交流电；

推挽变压器，所述推挽变压器与所述前级电路连接，所述推挽变压器用于将所述前级电路输出的交流电升压并输出预设电压和预设功率的交流电；

后级电路，所述后级电路包括整流滤波器和H桥逆变子电路，所述整流滤波器与所述推挽变压器连接，所述整流滤波器用于将所述推挽变压器输出的交流电转换成直流电，所述H桥逆变子电路用于调整所述整流滤波器输出的直流电的方向、幅值及周期以输出符合预设要求的正弦波交流电；

输出端，所述输出端包括与所述H桥逆变子电路连接的火线、地线和零线，所述火线、零线和地线用于连接用电器，所述地线和所述零线连接。

优选地，所述前级电路包括MOS管和前级单片机，所述MOS管连接所述动力电池和所述推挽变压器，所述前级单片机用于发送控制信号至所述MOS管以控制所述MOS管将所述动力电池输出的直流电转换为交流电。

优选地，所述后级电路还包括后级单片机，所述后级单片机用于获取所述整流滤波器输出的直流电的电压值，并将所述整流滤波器输出的直流电的电压值反馈至所述前级单片机，所述前级单片机用于获取所述动力电池输出的直流电的电压值，并根据所述电池输出的直流电的电压值和所述整流滤波器输出的直流电的电压值控制MOS管的输出电压以使得所述整流滤波器输出预设电压的直流电。

优选地，所述推挽变压器包括两个并联的初级线圈和一个次级线圈，所述初级线圈连接所述前级电路，所述次级线圈连接所述整流滤波器，所述两个并联的初级线圈和所述次级线圈配合将所述前级电路输出的交流电升压并输出预设电压和预设功率的交流电。

优选地，所述H桥逆变子电路包括采用H桥连接方式连接的四个绝缘栅双极型晶体管，其中两个绝缘栅双极型晶体管用于调整所述整流滤波器输出的直流电的方向，另外两个绝缘栅双极型晶体管用于调整幅值及周期以输出符合预设要求的正弦波交流电。

优选地，所述地线和所述零线之间连接有电阻。

优选地，所述逆变电路还包括输入滤波电路和输出滤波电路，所述输入滤波电路连接在所述动力电池和所述前级电路之间，所述输出滤波电路连接在所述H桥逆变子电路和所述输出端之间。

优选地，所述逆变电路还包括与所述火线连接的漏电检测电路，所述漏电检测电路通过检测所述火线与所述电动汽车的外壳之间的电势差来检测是否漏电。

本发明还提供一种电动汽车，包括动力电池和上述任一项所述的逆变电路，所述动力电池与所述前级电路连接。

本发明还提供一种逆变方法，用于电动汽车，所述逆变方法包括步骤：

前级电路将动力电池输出的直流电转换为交流电；

推挽变压器将所述前级电路输出的交流电升压并输出预设电压和预设功率的交流电；

整流滤波器将所述推挽变压器输出的交流电转换成直流电；

H桥逆变子电路调整所述整流滤波器输出的直流电的方向、幅值及周期以输出符合预设要求的正弦波交流电。

本发明技术方案中，前级电路先将动力电池输出的直流电转换为交流电，然后推挽变压器将所述前级电路输出的交流电升压并输出预设电压和预设功率的交流电，后级电路将推挽变压器输出的交流电调整方向、幅值及周期输出符合预设要求的正弦波交流电然后经输出端输出至用电器，从而可实现利用电动汽车的动力电池输出高功率的交流电，满足用户多样化的体验需求。通过输出端的地线和零线连接，模拟市电接地，可满足模式二的国标充电枪接地检测要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施方式的逆变电路的模块示意图；

图2为本发明实施方式的逆变方法的流程示意图。

附图标号说明：

逆变电路10，输入滤波电路11，前级电路12，MOS管121，前级单片机122，推挽变压器13，后级电路15，整流滤波器151，H桥逆变子电路152，后级单片机153，输出滤波电路16，输出端17，火线171，零线172，地线173，反激变压器18，动力电池20。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种逆变电路10，用于电动汽车。

请参照图1，在本发明一实施例中，逆变电路10包括前级电路12、推挽变压器13、后级电路15及输出端17。

前级电路12与电动汽车的动力电池20连接，前级电路12用于将动力电池20输出的直流电转换为交流电。推挽变压器13与前级电路12连接，推挽变压器13用于将前级电路12输出的交流电升压并输出预设电压和预设功率的交流电。后级电路15包括整流滤波器151和H桥逆变子电路152，整流滤波器151与推挽变压器13连接，整流滤波器151用于将推挽变压器13输出的交流电转换成直流电，H桥逆变子电路152用于调整整流滤波器151输出的直流电的方向、幅值及周期以输出符合预设要求的正弦波交流电。输出端17包括与H桥逆变子电路152连接的火线171、地线173和零线172，火线171、零线172和地线173用于连接用电器，地线173和零线172连接。

上述技术方案中，前级电路12先将动力电池20输出的电转换为交流电，然后推挽变压器13将前级电路12输出的交流电升压并输出预设电压和预设功率的交流电，后级电路15将推挽变压器13输出的交流电转换为直流电之后调整方向、幅值及周期输出符合预设要求的正弦波交流电然后经输出端17输出至用电器，从而可实现利用电动汽车的动力电池20输出高功率的交流电，满足用户多样化的体验需求。通过输出端17的地线173和零线172连接，模拟市电接地，可满足模式二的国标充电枪接地检测要求。

电动汽车包括动力电池20和低压蓄电池，动力电池20的输出电压约在90-135V之间，低压蓄电池的输出电压为约为12V。现有的电动汽车上的插座与低压蓄电池连接，插在插座上的用电器的电能由低压蓄电池提供，然而输出功率不到200W，使得用电器的使用受到限制。本实施例的技术方案中，利用充电电路将动力电池20的输出的直流电升压并输出高功率的交流电。较佳地，预设频率为50Hz，预设电压大于或等于320V，小于或等于480V，预设功率为2200W。

可以理解，在市电中，地线接地，与零线等电势。本实施例中，通过将零线172和地线173连接，使零线172与地线173等电势，从而实现模拟接地，通过零线172和地线173连接的方式模拟接地，使得逆变电路10与电动汽车的车身外壳隔离，可满足模式二的国标充电枪接地检测要求，从而可实现给另一辆纯电动车充电。

本实施例中，动力电池20输出115V的直流电经前级电路12之后，转换为方波形的交流电，然后推挽变压器13对方波形的交流电升压后，得到电压值约为409V，功率约为2200W的方波形的交流电，整流滤波器151将推挽变压器13输出的方波形的交流电转换成电压约为409V的直流电，然后经H桥逆变子电路152处理，输出频率为50Hz，功率为2200W，电压为220V的正弦交流电。

前级电路12包括MOS管121和前级单片机122，MOS管121连接动力电池20和推挽变压器13，前级单片机122用于发送控制信号至MOS管121以控制MOS管121将动力电池20输出的直流电转换为交流电。如此，将动力电池20输出的直流电转换为交流电，以使得推挽变压器13可对交流电进行升压。本实施例中，前级电路12包括4个MOS管121，当然，在其他实施例中，前级电路12的MOS管121个数也可以为其他值。

进一步地，后级电路15还包括后级单片机153，后级单片机153用于获取整流滤波器151输出的直流电的电压值，并将整流滤波器151输出的直流电的电压值反馈至前级单片机122，前级单片机122用于获取动力电池20输出的直流电的电压值，并根据直流电的电压值和整流滤波器151输出的直流电的电压值控制MOS管121的输出电压以使得整流滤波器151输出预设电压的直流电。如此，MOS管121、推挽变压器13、整流滤波器151、后级单片机153和前级单片机122形成闭环回路控制整流滤波器151输出的直流电的电压，可使得整流滤波器151输出的直流电的电压稳定在预设电压。后级单片机153还用于发送控制信号至H桥逆变子电路152以使得H桥逆变子电路152将整流滤波器151输出的方波形的交流电转换为符合预设要求的正弦波交流电。

可以理解，在逆变电路10升压的过程中，推挽变压器13的升压比例是定值，而且电流经整流滤波器151之后电压不会改变，可通过控制前级电路12的MOS管121来控制推挽变压器13输入的交流电的电压值和输出的交流电的电压值，从而控制整流滤波器151输出的直流电的电压值。

逆变电路10还包括反激变压器18，反激变压器18的初级绕组与动力电池20连接，次级绕组与前级单片机122和后级单片机153连接。反激变压器18将动力电池20输出的直流电降压后输出，为前级单片机122和后级单片机153供电。

在某些实施例中，推挽变压器13包括两个并联的初级线圈和一个次级线圈，初级线圈连接前级电路12，次级线圈连接整流滤波器151，两个并联的初级线圈和次级线圈配合将前级电路12输出的交流电升压并输出预设电压和预设功率的交流电。如此，采用两个初级线圈并联，得到的输出功率为两个并联的初级线圈的输入功率之和。可通过合理设置初级线圈和次级线圈的匝数来调整升压比例。

在某些实施例中，H桥逆变子电路152包括采用H桥连接方式连接的四个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，其中两个绝缘栅双极型晶体管用于调整整流滤波器151输出的直流电的方向，另外两个绝缘栅双极型晶体管用于调整幅值及周期以输出符合预设要求的正弦波交流电。如此，通过H桥逆变子电路152将整流滤波器151输出的方波形的交流电转换为符合预设要求的正弦波交流电。本实施例中，H桥逆变子电路152输出电压为220V，频率为50Hz的的正弦波交流电。这样符合用电器的用电要求。当然，在其他实施例中，H桥逆变子电路152输出的正弦波交流电的电压和频率可为其他值，可根据国家规定的家用电器的额定电压和频率确定。

进一步地，地线173和零线172之间连接有电阻。在实际市电接地的情况下，地线和零线之间存在有较小的电势差，因此，本实施例中，通过在地线173和零线172之间接电阻，使得地线173和零线172之间存在较小的电势差，更好地模拟市电接地。

在本发明的一个优选实施例中，逆变电路10还包括输入滤波电路11和输出滤波电路16，输入滤波电路11连接在动力电池20和前级电路12之间，输出滤波电路16连接在H桥逆变子电路152和输出端17之间。如此，输入滤波电路11和输出滤波电路16可过滤杂质电流以避免杂质电流干扰所述逆变电路10，也有助于减少逆变电路10对电动汽车内其他电子器件的影响。

进一步地，逆变电路10还包括与火线171连接的漏电检测电路，漏电检测电路通过检测火线171与电动汽车的外壳之间的电势差来检测是否漏电。如此，漏电子电路连接在输出端17，可通过火线171与电动汽车的外壳之间之间的电势差来检测输出端17至用电器之间是否漏电。需要说明的是，本实施例的逆变电路的壳体可安装在电动汽车的外壳，火线171与电动汽车的外壳之间的电势差可理解为火线与地之间的电势差。

本发明还提供一种电动汽车，包括动力电池20和上述任一实施例的逆变电路10，动力电池20与前级电路12连接。逆变电路10的具体结构参照上述实施例。由于本发明的电动汽车采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此，至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

请参阅图2，本发明还提供一种逆变方法，用于电动汽车，逆变方法包括步骤：

S11：前级电路12将动力电池20输出的直流电转换为交流电；

S12：推挽变压器13将前级电路12输出的交流电升压并输出预设电压和预设功率的交流电；

S13：整流滤波器151将推挽变压器13输出的交流电转换成直流电；

S14：H桥逆变子电路152调整整流滤波器151输出的直流电的方向、幅值及周期以输出符合预设要求的正弦波交流电。

本发明实施例的逆变方法中，前级电路12先将动力电池20输出的电转换为交流电，然后推挽变压器13将前级电路12输出的交流电升压并输出预设电压和预设功率的交流电，后级电路15将推挽变压器13输出的交流电转换为直流电之后调整方向、幅值及周期输出符合预设要求的正弦波交流电然后经输出端17输出至用电器，从而可实现利用电动汽车的动力电池20输出高功率的交流电，满足用户多样化的体验需求。通过输出端17的地线173和零线172连接，模拟市电接地，可满足模式二的国标充电枪接地检测要求。

电动汽车包括动力电池20和低压蓄电池，动力电池20的输出电压约在90-135V之间，低压蓄电池的输出电压为约为12V。现有的电动汽车上的插座与低压蓄电池连接，插在插座上的用电器的电能由低压蓄电池提供，然而输出功率不到200W，使得用电器的使用受到限制。本实施例的技术方案中，利用充电电路将动力电池20的输出的直流电升压并输出高功率的交流电。较佳地，预设频率为50Hz，预设电压为320-480V，预设功率为2200W。

可以理解，在市电中，地线接地，与零线等电势。本实施例中，通过将零线172和地线173连接，使零线172与地线173等电势，从而实现模拟接地，通过零线172和地线173连接的方式模拟接地，使得逆变电路10与电动汽车的车身外壳隔离，可满足模式二的国标充电枪接地检测要求，从而可实现给另一辆纯电动车充电。

本实施例中，动力电池20输出115V的直流电经前级电路12之后，转换为方波形的交流电，然后推挽变压器13对方波形的交流电升压后，得到电压值约为409V不等功率约为2200V的方波形的交流电，整流滤波器151将推挽变压器13输出的方波形的交流电转换成电压约为409V的直流电，然后经H桥逆变子电路152处理，输出频率为50Hz，功率为2200W，电压为220V的正弦交流电。

需要说明的是，上述对逆变电路10的实施方式的解释说明也适用于本发明实施方式的逆变方法，为避免冗余，在此不再详细展开。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种逆变电路，用于电动汽车，其特征在于，所述逆变电路包括：

前级电路，所述前级电路与所述电动汽车的动力电池连接，所述前级电路用于将所述动力电池输出的直流电转换为交流电；

推挽变压器，所述推挽变压器与所述前级电路连接，所述推挽变压器用于将所述前级电路输出的交流电升压并输出预设电压和预设功率的交流电；

后级电路，所述后级电路包括整流滤波器和H桥逆变子电路，所述整流滤波器与所述推挽变压器连接，所述整流滤波器用于将所述推挽变压器输出的交流电转换成直流电，所述H桥逆变子电路用于调整所述整流滤波器输出的直流电的方向、幅值及周期以输出符合预设要求的正弦波交流电；

输出端，所述输出端包括与所述H桥逆变子电路连接的火线、地线和零线，所述火线、零线和地线用于连接用电器，所述地线和所述零线连接，所述地线和所述零线之间连接有电阻；

以及与所述火线连接的漏电检测电路，所述漏电检测电路通过检测所述火线与所述电动汽车的外壳之间的电势差来检测是否漏电。

2.根据权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述前级电路包括MOS管和前级单片机，所述MOS管连接所述动力电池和所述推挽变压器，所述前级单片机用于发送控制信号至所述MOS管以控制所述MOS管将所述动力电池输出的直流电转换为交流电。

3.根据权利要求2所述的逆变电路，其特征在于，所述后级电路还包括后级单片机，所述后级单片机用于获取所述整流滤波器输出的直流电的电压值，并将所述整流滤波器输出的直流电的电压值反馈至所述前级单片机，所述前级单片机用于获取所述动力电池输出的直流电的电压值，并根据所述电池输出的直流电的电压值和所述整流滤波器输出的直流电的电压值控制MOS管的输出电压以使得所述整流滤波器输出预设电压的直流电。

4.根据权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述推挽变压器包括两个并联的初级线圈和一个次级线圈，所述初级线圈连接所述前级电路，所述次级线圈连接所述整流滤波器，所述两个并联的初级线圈和所述次级线圈配合将所述前级电路输出的交流电升压并输出预设电压和预设功率的交流电。

5.根据权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述H桥逆变子电路包括采用H桥连接方式连接的四个绝缘栅双极型晶体管，其中两个绝缘栅双极型晶体管用于调整所述整流滤波器输出的直流电的方向，另外两个绝缘栅双极型晶体管用于调整幅值及周期以输出符合预设要求的正弦波交流电。

6.根据权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述逆变电路还包括输入滤波电路和输出滤波电路，所述输入滤波电路连接在所述动力电池和所述前级电路之间，所述输出滤波电路连接在所述H桥逆变子电路和所述输出端之间。

7.一种电动汽车，其特征在于，包括动力电池和权利要求1-6任一项所述的逆变电路，所述动力电池与所述前级电路连接。

8.一种逆变方法，用于电动汽车，其特征在于，所述逆变方法包括步骤：

前级电路将动力电池输出的直流电转换为交流电；

推挽变压器将所述前级电路输出的交流电升压并输出预设电压和预设功率的交流电；

整流滤波器将所述推挽变压器输出的交流电转换成直流电；

H桥逆变子电路调整所述整流滤波器输出的直流电的方向、幅值及周期以输出符合预设要求的正弦波交流电；

输出端，所述输出端的地线和零线之间连接有电阻，所述输出端将所述正弦波交流电输出至用电器；

漏电检测电路通过检测火线与所述电动汽车的外壳之间的电势差来检测是否漏电。

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