CN110370959B - 一种车辆充电装置及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆充电领域，提出了一种车辆充电装置及车辆，所述装置包括：有线充电装置和无线充电装置；所述有线充电装置包括车载充电机，所述有线充电装置用于在有线充电模式下对车辆充电；所述无线充电装置包括无线充电控制模块、车载充电电路和地面放电电路，所述无线充电控制模块连接所述地面放电电路，所述无线充电装置用于在无线充电模式下对车辆充电；所述车载充电机具有逆变电路、整流电路和切换开关，所述无线充电装置与所述有线充电装置复用所述整流电路；所述切换开关用于切换所述整流电路接通有线充电装置或无线充电装置。所述装置中无线充电装置与车载充电机复用副边整流电路，能够在车载充电机与无线充电双模之间进行切换。

Description

一种车辆充电装置及车辆
技术领域
本发明涉及车辆充电领域，尤其涉及一种车辆充电装置及车辆。
背景技术
随着新能源车辆的普及，越来越多的人购买了电动汽车或者油电混合动力汽车，市场上的新能源车辆主要为了在续航里程、充电时长及充电的便捷性三个方面进行性能优化，其中关于充电时长和充电的便捷性的问题，目前多采用有线充电的方式，基础充电设施主要能够提供直流传导式充电或者交流传导式充电的方式来给车辆进行充电。但是现有技术中的传导式充电存在桩与车之间连接装置有一定的寿命限制的问题，连接装置随着插拔次数增加，接触阻抗会增加，有发热风险，同时基础充电设施位置相对固定，且建造基础充电设施需要一定的区域，因此便捷性不好，如果车辆的续航里程达不到的话，很可能面临失去动力的问题。
此外，在对车辆进行充电时，还可以通过无线充电的方式进行充电，无线充电相对于有线充电更为便捷，但鉴于当前无线充电公共基础设施不完善，在基础设施还不普及的情况下，需要兼顾各种充电需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是车辆无线充电与有线充电兼容的问题。为了解决上述问题，本发明提出了一种车辆充电装置及车辆，本发明具体是以如下技术方案实现的：
本发明的第一个方面提出了一种车辆充电装置，所述装置包括：有线充电装置和无线充电装置；
所述有线充电装置包括车载充电机，所述有线充电装置用于在有线充电模式下对车辆充电；
所述无线充电装置包括无线充电控制模块、车载充电电路和地面放电电路，所述无线充电控制模块连接所述地面放电电路，所述无线充电装置用于在无线充电模式下对车辆充电；
所述车载充电机具有逆变电路、整流电路和切换开关，所述无线充电装置与所述有线充电装置复用所述整流电路；
所述切换开关用于切换所述整流电路接通有线充电装置或无线充电装置。
进一步地，所述车载充电机包括升压斩波电路、第一整流电路、第一逆变电路、第二整流电路和切换开关；
所述升压斩波电路连接第一整流电路，所述第一整流电路连接第一逆变电路，所述第一逆变电路通过切换开关连接第二整流电路，所述第二整流电路为所述无线充电装置与所述有线充电装置复用的整流电路。
进一步地，所述升压斩波电路包括第一电感、第一二极管和第二二极管
所述第一二极管和所述第二二极管串联，所述第一电感连接在所述第一二极管和所述第二二极管之间。
进一步地，所述第一整流电路包括第一三极管支路、第二三极管支路和第一电容；
所述第一三极管支路与所述第二三极管支路及所述第一电容均互相并联；
所述第一三极管支路包括第一三极管和第二三极管，所述第一三极管与所述第二三极管串联；
所述第二三极管支路包括第三三极管和第四三极管，所述第三三极管与所述第四三极管串联。
进一步地，所述第一逆变电路包括第三三极管支路、第四三极管支路、第二电容、第二电感、第三电感、第四电感、第三电容和耦合变压器；
所述第三三极管支路和所述第四三极管支路并联；
所述第三三极管支路包括第五三极管和第六三极管，所述第五三极管与所述第六三极管串联；
所述第四三极管支路包括第七三极管和第八三极管，所述第七三极管与所述第八三极管串联；
所述第三电感的一端连接在所述第五三极管和所述第六三极管之间，所述第三电感的另一端连接耦合变压器；
所述第二电容的一端连接在所述第七三极管和所述第八三极管之间，所述第二电容的另一端连接第二电感，所述第二电感的另一端连接耦合变压器；
所述第四电感连接耦合变压器，所述三电容连接耦合变压器。
进一步地，所述第二整流电路包括第五三极管支路、第六三极管支路和第四电容；
所述第五三极管支路与所述第六三极管支路及所述第四电容均互相并联；
所述第五三极管支路包括第九三极管和第十三极管，所述第九三极管与所述第十三极管串联；
所述第六三极管支路包括第十一三极管和第十二三极管，所述第十一三极管与所述第十二三极管串联。
进一步地，所述切换开关连接第二整流电路，所述切换开关切换所述第二整流电路连接车载充电电路或第一逆变电路。
进一步地，所述车载充电电路包括第五电容、第五电感和无线充电接收器；
所述第五电感的一端连接切换开关，所述第五电感的另一端连接第五电容，所述第五电容连接无线充电接收器，所述无线充电接收器的另一端连接切换开关。
进一步地，所述切换开关为双刀双掷开关。
本发明的第二个方面提出了一种车辆，所述车辆包括上述所述的一种车辆充电装置。所述车辆充电装置具有有线充电装置和无线充电装置，能够在有线充电模式和无线充电模式之间切换。
采用上述技术方案，本发明所述的一种车辆充电装置及车辆，具有如下
有益效果：
1)本发明提出了一种车载充电装置，将所述无线充电线圈外的功率部分移植至车载充电机中去，与车载充电机复用副边整流电路，能够在车载充电机与无线充电双模之间进行切换；
2)本发明提出了一种车载充电装置，所述车载充电装置中的充电机可以实现对外放电功能，并采用统一集中控制方式。
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获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种车辆充电装置的结构模块图；
图2为本发明实施例提供的一种车辆充电装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种车辆充电装置的信号传输示意图；
图4为本发明实施例提供的一种车辆充电装置中车载充电机和无线充电装置的电路结构图。
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做出创造性劳动的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。
在本申请所提供的几个实施例中，所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
实施例1：
本实施例提出了一种车辆充电装置，如图1所示，所述装置包括：有线充电装置和无线充电装置；
所述有线充电装置包括车载充电机，所述有线充电装置用于在有线充电模式下对车辆充电；
所述无线充电装置包括无线充电控制模块、车载充电电路和地面放电电路，所述无线充电控制模块连接所述地面放电电路，所述无线充电装置用于在无线充电模式下对车辆充电；
所述车载充电机具有逆变电路、整流电路和切换开关，所述无线充电装置与所述有线充电装置复用所述整流电路；
所述切换开关用于切换所述整流电路接通有线充电装置或无线充电装置。
具体地，如图2和图3所示，本实施例中对整车提出车载有线/无线双模一体式充电，采用车载充电机和无线充电集成式设计。车载充电机通过功率变换将220/380Vac转换为200Vdc～500Vdc，给整车动力电池供电。
无线充电装置将220/380Vac交流输入电源通过功率变换并由线圈磁感应的方式进行能量传递，由副边整流器将高频电源转换为200Vdc～500Vdc，给整车动力电池供电。在无线充电装置中，接收线圈输出正弦电压信息号经过整流电路变成直流信号，输出的直流信号通过斩波电路调节电压的大小，控制蓄电池充放电。
当车辆需要进行无线充电时，切换开关切换整流电路接通无线充电装置，无线充电装置处于工作状态，通过地面放电电路和车载充电电路对车辆进行无线充电。当附近没有无线充电的地面放电电路，无法对车辆进行充电时，可以通过切换开关切换整流电路接通有线充电装置，通过有线充电装置，连接充电桩和车载充电机，给车辆进行充电。
进一步地，如图4所示，所述车载充电机包括升压斩波电路、第一整流电路、第一逆变电路、第二整流电路和切换开关；
所述升压斩波电路连接第一整流电路，所述第一整流电路连接第一逆变电路，所述第一逆变电路通过切换开关连接第二整流电路，所述第二整流电路为所述无线充电装置与所述有线充电装置复用的整流电路。
进一步地，如图4所示，所述升压斩波电路包括第一电感L1、第一二极管D1和第二二极管D2。
所述第一二极管D1和所述第二二极管D2串联，所述第一电感L1连接在所述第一二极管D1和所述第二二极管D2之间。
具体地，所述升压斩波电路用于进行升压操作，在所述升压斩波电路中电感储能之后具有将电压泵升的作用，而二极管的单向性能够保持住电压，使得升压斩波电路的输出端得到比输入端高的电压。
进一步地，如图4所示，所述第一整流电路包括第一三极管支路、第二三极管支路和第一电容C1；
所述第一三极管支路与所述第二三极管支路及所述第一电容C1均互相并联；
所述第一三极管支路包括第一三极管Q1和第二三极管Q2，所述第一三极管Q1与所述第二三极管Q2串联；
所述第二三极管支路包括第三三极管Q3和第四三极管Q4，所述第三三极管Q3与所述第四三极管Q4串联。
具体地，所述第一整流电路与升压斩波电路连接，所述升压斩波电路中的电感与第一三极管支路相连，所述第一整流电路用于将交流电转换为直流电。
进一步地，如图4所示，所述第一逆变电路包括第三三极管支路、第四三极管支路、第二电容C2、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第三电容C3和耦合变压器；
所述第三三极管支路和所述第四三极管支路并联；
所述第三三极管支路包括第五三极管Q5和第六三极管Q6，所述第五三极管Q5与所述第六三极管Q6串联；
所述第四三极管支路包括第七三极管Q7和第八三极管Q8，所述第七三极管Q7与所述第八三极管Q8串联；
所述第三电感L3的一端连接在所述第五三极管Q5和所述第六三极管Q6之间，所述第三电感L3的另一端连接耦合变压器；
所述第二电容C2的一端连接在所述第七三极管Q7和所述第八三极管Q8之间，所述第二电容C2的另一端连接第二电感L2，所述第二电感L2的另一端连接耦合变压器；
所述第四电感L4连接耦合变压器，所述第三电容C3连接耦合变压器。
具体地，所述第一逆变电路用于将直流电转换为交流电，通常用于对外放电的电路中。所述第一逆变电路采用了全桥变压器，在车载充电机的功率、电压调节和电气隔离上都具有良好的表现。
进一步地，如图4所示，所述第二整流电路包括第五三极管支路、第六三极管支路和第四电容C4；
所述第五三极管支路与所述第六三极管支路及所述第四电容C4均互相并联；
所述第五三极管支路包括第九三极管Q9和第十三极管Q10，所述第九三极管Q9与所述第十三极管Q10串联；
所述第六三极管支路包括第十一三极管Q11和第十二三极管Q12，所述第十一三极管Q11与所述第十二三极管Q12串联。
进一步地，如图4所示，所述切换开关连接第二整流电路，所述切换开关切换所述第二整流电路连接车载充电电路或第一逆变电路。
进一步地，如图4所示，所述车载充电电路包括第五电容C5、第五电感L5和无线充电接收器；
所述第五电感L5的一端连接切换开关，所述第五电感L5的另一端连接第五电容C5，所述第五电容C5连接无线充电接收器，所述无线充电接收器的另一端连接切换开关。
进一步地，如图4所示，所述切换开关为双刀双掷开关。通过双刀双掷开关，切换无线充电装置和有线充电装置。
具体地，所述无线充电装置中无线传输主要通过电磁感应、电磁共振、射频、微波、激光等方式实现非接触式的电力传输。无线充电技术在电动汽车上的应用是通过埋设于地表的一次线圈与固定于车辆底盘的二次线圈的电磁耦合来传输电能，对动力电池进行充电，具有安全环保、全自动、免维护等一系列优点。所述无线充电装置采用的无线充电方式主要为电磁感应方式和电磁共振方式。
电磁感应的方式主要以磁场为媒介，利用变压器耦合，通过初级和次级线圈感应产生电流，电磁场可以穿透一切非金属的物体，电能可以隔着很多非金属材料进行传输，从而将能量从传输端转移到接收端，实现无电气连接的电能传输。
电磁共振的方式主要是利用接收天线固有频率与发射场电磁频率相一致时引起电磁共振，发生强电磁耦合的工作原理，通过非辐射磁场实现电能的高效传输。
在一个具体的示例中，所述无线充电装置的发射部分可以由单匝激励线圈和发射线圈构成，经过放大后的高频信号由激励线圈产生振荡磁场激发发射线圈发生LC谐振，两个线圈组成磁耦合升压变换器。接收部分则通过与发射部分类似的方式，由负载线圈和接收线圈组成一个具有降压变换器功能的耦合系统。发射线圈和接收线圈均由具有相同谐振频率的多匝线圈组成，通过谐振的方式来实现能量的无线传输。
本实施例提出的一种车载充电装置，将所述无线充电线圈外的功率部分移植至车载充电机中去，与车载充电机复用副边整流电路。本实施例能够在车载充电机与无线充电双模之间进行切换，且充电机可以实现对外放电功能，采用统一集中控制方式。
实施例2：
本实施例提出了一种车辆，所述车辆包括上述所述的一种车辆充电装置。所述车辆上的车辆充电装置具有有线充电装置和无线充电装置。在所述车辆中，将所述无线充电线圈外的功率部分移植至车载充电机中去，与车载充电机复用副边整流电路，使得有线充电装置和无线充电装置能够复用，同时在所述车辆上设置了切换开关，可以切换有线充电模式和无线充电模式。
进一步地，如图4所示，所述有线充电装置包括车载充电机，所述车载充电机包括升压斩波电路、第一整流电路、第一逆变电路、第二整流电路和切换开关。
所述升压斩波电路包括第一电感L1、第一二极管D1和第二二极管D2。所述第一二极管D1和所述第二二极管D2串联，所述第一电感L1连接在所述第一二极管D1和所述第二二极管D2之间。
所述第一整流电路包括第一三极管支路、第二三极管支路和第一电容C1；
所述第一三极管支路与所述第二三极管支路及所述第一电容C1均互相并联；
所述第一三极管支路包括第一三极管Q1和第二三极管Q2，所述第一三极管Q1与所述第二三极管Q2串联；
所述第二三极管支路包括第三三极管Q3和第四三极管Q4，所述第三三极管Q3与所述第四三极管Q4串联。
所述第一逆变电路包括第三三极管支路、第四三极管支路、第二电容C2、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第三电容C3和耦合变压器；
所述第三三极管支路和所述第四三极管支路并联；
所述第三三极管支路包括第五三极管Q5和第六三极管Q6，所述第五三极管Q5与所述第六三极管Q6串联；
所述第四三极管支路包括第七三极管Q7和第八三极管Q8，所述第七三极管Q7与所述第八三极管Q8串联；
所述第三电感L3的一端连接在所述第五三极管Q5和所述第六三极管Q6之间，所述第三电感L3的另一端连接耦合变压器；
所述第二电容C2的一端连接在所述第七三极管Q7和所述第八三极管Q8之间，所述第二电容C2的另一端连接第二电感L2，所述第二电感L2的另一端连接耦合变压器；
所述第四电感L4连接耦合变压器，所述第三电容C3连接耦合变压器。
所述第二整流电路包括第五三极管支路、第六三极管支路和第四电容C4；
所述第五三极管支路与所述第六三极管支路及所述第四电容C4均互相并联；
所述第五三极管支路包括第九三极管Q9和第十三极管Q10，所述第九三极管Q9与所述第十三极管Q10串联；
所述第六三极管支路包括第十一三极管Q11和第十二三极管Q12，所述第十一三极管Q11与所述第十二三极管Q12串联。
所述切换开关连接第二整流电路，所述切换开关切换所述第二整流电路连接车载充电电路或第一逆变电路。
所述车载充电电路包括第五电容C5、第五电感L5和无线充电接收器；
所述第五电感L5的一端连接切换开关，所述第五电感L5的另一端连接第五电容C5，所述第五电容C5连接无线充电接收器，所述无线充电接收器的另一端连接切换开关。
所述切换开关为双刀双掷开关。通过双刀双掷开关，切换无线充电装置和有线充电装置。
进一步地，所述无线充电装置中主要通过电磁感应、电磁共振、射频、微波、激光等方式实现非接触式的电力传输。无线充电技术在电动汽车上的应用是通过埋设于地表的一次线圈与固定于车辆底盘的二次线圈的电磁耦合来传输电能，对动力电池进行充电，具有安全环保、全自动、免维护等一系列优点。所述无线充电装置采用的无线充电方式主要为电磁感应方式和电磁共振方式。
电磁感应的方式主要以磁场为媒介，利用变压器耦合，通过初级和次级线圈感应产生电流，电磁场可以穿透一切非金属的物体，电能可以隔着很多非金属材料进行传输，从而将能量从传输端转移到接收端，实现无电气连接的电能传输。
电磁共振的方式主要是利用接收天线固有频率与发射场电磁频率相一致时引起电磁共振，发生强电磁耦合的工作原理，通过非辐射磁场实现电能的高效传输。
在一个具体的示例中，所述无线充电装置的发射部分可以由单匝激励线圈和发射线圈构成，经过放大后的高频信号由激励线圈产生振荡磁场激发发射线圈发生LC谐振，两个线圈组成磁耦合升压变换器。接收部分则通过与发射部分类似的方式，由负载线圈和接收线圈组成一个具有降压变换器功能的耦合系统。发射线圈和接收线圈均由具有相同谐振频率的多匝线圈组成，通过谐振的方式来实现能量的无线传输。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种车辆充电装置，其特征在于，所述装置包括：有线充电装置和无线充电装置；
所述有线充电装置包括车载充电机，所述有线充电装置用于在有线充电模式下对车辆充电；
所述无线充电装置包括无线充电控制模块、车载充电电路和地面放电电路，所述无线充电控制模块连接所述地面放电电路，所述无线充电装置用于在无线充电模式下对车辆充电；
所述车载充电机具有逆变电路、整流电路和切换开关，所述无线充电装置与所述有线充电装置复用所述整流电路；
所述切换开关用于切换所述整流电路接通有线充电装置或无线充电装置；
所述车载充电机包括升压斩波电路、第一整流电路、第一逆变电路、第二整流电路和切换开关；
所述升压斩波电路连接第一整流电路，所述第一整流电路连接第一逆变电路，所述第一逆变电路通过切换开关连接第二整流电路，所述第二整流电路为所述无线充电装置与所述有线充电装置复用的整流电路；
所述升压斩波电路包括第一电感、第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和所述第二二极管串联，所述第一电感连接在所述第一二极管和所述第二二极管之间；
所述第一整流电路包括第一三极管支路、第二三极管支路和第一电容；所述第一三极管支路与所述第二三极管支路及所述第一电容均互相并联；所述第一三极管支路包括第一三极管和第二三极管，所述第一三极管与所述第二三极管串联；所述第二三极管支路包括第三三极管和第四三极管，所述第三三极管与所述第四三极管串联；
所述切换开关连接第二整流电路，所述切换开关切换所述第二整流电路连接车载充电电路或第一逆变电路。
2.根据权利要求1所述的一种车辆充电装置，其特征在于，所述第一逆变电路包括第三三极管支路、第四三极管支路、第二电容、第二电感、第三电感、第四电感、第三电容和耦合变压器；
所述第三三极管支路和所述第四三极管支路并联；
所述第三三极管支路包括第五三极管和第六三极管，所述第五三极管与所述第六三极管串联；
所述第四三极管支路包括第七三极管和第八三极管，所述第七三极管与所述第八三极管串联；
所述第三电感的一端连接在所述第五三极管和所述第六三极管之间，所述第三电感的另一端连接耦合变压器；
所述第二电容的一端连接在所述第七三极管和所述第八三极管之间，所述第二电容的另一端连接第二电感，所述第二电感的另一端连接耦合变压器；
所述第四电感连接耦合变压器，所述第三电容连接耦合变压器。
3.根据权利要求1所述的一种车辆充电装置，其特征在于，所述第二整流电路包括第五三极管支路、第六三极管支路和第四电容；
所述第五三极管支路与所述第六三极管支路及所述第四电容均互相并联；
所述第五三极管支路包括第九三极管和第十三极管，所述第九三极管与所述第十三极管串联；
所述第六三极管支路包括第十一三极管和第十二三极管，所述第十一三极管与所述第十二三极管串联。
4.根据权利要求1所述的一种车辆充电装置，其特征在于，所述车载充电电路包括第五电容、第五电感和无线充电接收器；
所述第五电感的一端连接切换开关，所述第五电感的另一端连接第五电容，所述第五电容连接无线充电接收器，所述无线充电接收器的另一端连接切换开关。
5.根据权利要求1所述的一种车辆充电装置，其特征在于，所述切换开关为双刀双掷开关。
6.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1到5任意一项所述的一种车辆充电装置。
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