CN110460140A - 车载充放电系统 - Google Patents

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孙浩
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Abstract

本申请提供了一种车载充放电系统，包括交流/直流变换电路、第一电容、第二电容、第一可控开关电路、第二可控开关电路、第一直流/直流变换电路和第二直流/直流变换电路。交流/直流变换电路包括第一节点、第二节点和第三节点。第一电容分别与第一节点和第二节点电连接。第二电容分别与第一电容和第三节点电连接。第一可控开关电路分别与第一节点和第二可控开关电路电连接。第二可控开关电路与第三节点电连接。第一直流/直流变换电路包括第四节点和第五节点。第四节点和第一节点电连接。第五节点和第三节点电连接。第二直流/直流变换电路包括第六节点和第七节点。第六节点与第二可控开关电路电连接。第七节点与第二电容电连接。

Description

车载充放电系统
技术领域
本申请涉及车载电源技术领域，特别是涉及电动汽车车载充放电系统。
背景技术
随着电动汽车的迅速发展，其续航里程不断增加，储存的电能越来越多，基于此特点把电动汽车用作供电设备的需求越来越明显，要求车载充放电系统不仅能给动力电池充电，还要能给动力电池放电。
目前，车载充放电系统中高压(HV)DC/DC变换器和低压(LV)DC/DC变换器是电动汽车的必备装置，其中高压(HV)DC/DC变换器多为双向，为了实现两者集成，在拓扑架构上低压(LV)输出直流/直流(DC/DC)变换器与高压(HV)DC/DC变换器常采用共BUS(总线)的方案。该方案包括以下至少一个优点：LV DC/DC变换器的输入电压可以通过高压双向DC/DC进行稳压控制，输出可以通过PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)调制实现宽范围的电压输出。在一个实施例中，该方案的低压(LV)输出直流/直流(DC/DC)变换器通常采用全桥结构，并与高压(HV)DC/DC变换器配合，应用于单相输入。该方案在低压输入(如：400V)的条件下，低压(LV)DC/DC采用全桥结构是种很好的选择。
但当三相输入的条件下，BUS电压是800V，需要采用耐压较高的碳化硅器件，此时如果仍然采用全桥结构会造成成本大大增加。
发明内容
基于此，提供一种降低成本，简化设计的车载充放电系统。
一种车载充放电系统，电连接于单相/三相电源，包括：
交流/直流变换电路，所述交流/直流变换电路的第一端与所述单相/三相电源电连接，所述交流/直流变换电路的第二端包括第一节点、第二节点和第三节点；
第一电容，所述第一电容的第一端与所述第一节点电连接，所述第一电容的第二端与所述第二节点电连接；
第二电容，所述第二电容的第一端与所述第一电容的第二端电连接，所述第二电容的第二端与所述第三节点电连接；
第一可控开关电路，所述第一可控开关电路的第一端与所述第一节点电连接；
第二可控开关电路，所述第二可控开关电路的第一端与所述第一可控开关电路的第二端电连接，所述第二可控开关电路的第二端与所述第三节点电连接；
第一直流/直流变换电路，所述第一直流/直流变换电路的第一端包括第四节点和第五节点，所述第四节点和所述第一节点电连接，所述第五节点和所述第三节点电连接，所述第一直流/直流变换电路的第二端用于输入/输出第一电压；
第二直流/直流变换电路，所述第二直流/直流变换电路的第一端包括第六节点和第七节点，所述第六节点与所述第二可控开关电路的第一端电连接，所述第七节点与所述第二电容的第一端电连接，所述第二直流/直流变换电路的第二端用于输入/输出第二电压。
在其中一个实施例中，所述交流/直流变换电路用于接收所述单相/三相电源提供的交流电，并转换成直流电；
所述交流/直流变换电路用于将所述直流电提供给所述第一直流/直流变换电路，以使所述第一直流/直流变换电路基于所述直流电输出所述第一电压；
所述交流/直流变换电路还用于将所述直流电经过所述第一电容、所述第二电容、所述第一可控开关电路和所述第二可控开关电路提供给所述第二直流/直流变换电路，以使所述第二直流/直流变换电路基于所述直流电输出所述第二电压。
在其中一个实施例中，所述第一直流/直流变换电路用于接收所述第一电压，并将所述第一电压转换后提供给所述第二直流/直流变换电路，以使所述第二直流/直流变换电路基于转换后的所述第一电压输出所述第二电压。
在其中一个实施例中，所述第一直流/直流变换电路将所述第一电压转换后提供给所述交流/直流变换电路，以通过所述交流/直流变换电路转换后输出给所述单相/三相电源供电。
在其中一个实施例中，所述交流/直流变换电路为双向变换电路。
在其中一个实施例中，所述第一可控开关电路包括：
第一开关，所述第一开关的第一端分别与所述第一电容的第一端和所述第一节点电连接，所述第一开关的第二端分别与所述第二可控开关电路的第一端和所述第六节点电连接。
在其中一个实施例中，所述第二可控开关电路包括：
第二开关，所述第二开关的第一端分别与所述第一可控开关电路的第二端和所述第六节点电连接，所述第二开关的第二端分别与所述第二电容的第二端和所述第三节点电连接。
在其中一个实施例中，所述车载充放电系统还包括：
第三电容，所述第三电容的第一端分别与所述第二可控开关电路的第一端和所述第一可控开关电路的第二端电连接，所述第三电容的第二端与所述第六节点电连接。
在其中一个实施例中，所述第二电压小于所述第一电压。
在其中一个实施例中，所述第二直流/直流变换电路包括：
变压器，所述变压器的原边第一端与所述第二可控开关电路的第一端电连接，所述变压器的原边第二端与所述第二电容的第一端电连接；
所述变压器的副边为全波整流电路或全桥整流电路或半桥整流电路或半波整流电路。
在其中一个实施例中，所述第一直流/直流变换电路包括至少两个直流/直流变换器，所述至少两个直流/直流变换器的输入并联或者串联，所述至少两个直流/直流器件电的输出并联或者串联。
与现有技术相比，上述车载充放电系统，通过将所述交流/直流变换电路与所述第二直流/直流变换电路共用总线上的所述第一电容和所述第二电容，并与所述第一可控开关电路、所述第二可控开关电路以及所述第一直流/直流变换电路配合，使得该车载充放电系统在三相输入时，能够在保证原有功能的前提下，节省一个桥臂，从而降低成本。同时还能够保证本申请在单相输入时应有的功能，具有结构简单的优势。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的车载充放电系统的原理框图；
图2为本申请一实施例提供的车载充放电系统的电路示意图一；
图3为本申请另一实施例提供的车载充放电系统的电路示意图二；
图4为本申请另一实施例提供的车载充放电系统的电路示意图三。
10车载充放电系统
101单相/三相电源
100交流/直流变换电路
200第一电容
300第二电容
400第一可控开关电路
410第一开关
500第二可控开关电路
510第二开关
600第一直流/直流变换电路
700第二直流/直流变换电路
710变压器
800第三电容
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本申请一实施例提供一种车载充放电系统10，电连接于单相/三相电源101。所述车载充放电系统10包括：交流/直流变换电路100、第一电容200，第二电容300、第一可控开关电路400、第二可控开关电路500、第一直流/直流变换电路600以及第二直流/直流变换电路700。所述交流/直流变换电路100的第一端与所述单相/三相电源101电连接。所述交流/直流变换电路100的第二端包括第一节点、第二节点和第三节点。
所述第一电容200的第一端与所述第一节点电连接。所述第一电容200的第二端与所述第二节点电连接。所述第二电容300的第一端与所述第一电容200的第二端电连接。所述第二电容300的第二端与所述第三节点电连接。所述第一可控开关电路400的第一端与所述第一节点电连接。所述第二可控开关电路500的第一端与所述第一可控开关电路400的第二端电连接。所述第二可控开关电路500的第二端与所述第三节点电连接。
所述第一直流/直流变换电路600的第一端包括第四节点和第五节点。所述第四节点和所述第一节点电连接。所述第五节点和所述第三节点电连接。所述第一直流/直流变换电路600的第二端用于输入/输出第一电压。所述第二直流/直流变换电路700的第一端包括第六节点和第七节点。所述第六节点与所述第二可控开关电路500的第一端电连接。所述第七节点与所述第二电容300的第一端电连接。所述第二直流/直流变换电路700的第二端用于输入/输出第二电压。
可以理解，所述交流/直流变换电路100的具体电路结构不限制，只要具有将所述单相/三相电源101提供的交流电转换成直流电的功能即可。在一个实施例中，所述交流/直流变换电路100可以由全桥整流器和EMI滤波器构成。在一个实施例中，所述交流/直流变换电路100为PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路。通过所述交流/直流变换电路100将所述单相/三相电源101提供的交流电转换成直流电，并提供给所述第一直流/直流变换电路600。
在一个实施例中，所述交流/直流变换电路100为双向变换电路。即所述交流/直流变换电路100可将所述单相/三相电源101提供的交流电转换成直流电。也可将所述第一直流/直流变换电路600提供的直流电转换为交流电。
在一个实施例中，所述第一节点可以是所述交流/直流变换电路100第二端的正极。所述第三节点可以是所述交流/直流变换电路100第二端的负极。同样的，所述第四节点可以是所述第一直流/直流变换电路600第一端的正极，所述第五节点可以是所述第一直流/直流变换电路600第一端的负极。所述第六节点可以是所述第二直流/直流变换电路700第一端的正极，所述第七节点可以是所述第二直流/直流变换电路700第一端的负极。
可以理解，所述第一可控开关电路400和所述第二可控开关电路500的具体电路结构不做限制，只要具与所述第二可控开关电路500组成半桥结构即可。在一个实施例中，所述第一可控开关电路400可由绝缘栅双极型晶体管、金属-氧化物半导体场效应晶体管或者碳化硅开关构成。在一个实施例中，所述第一可控开关电路400也可由其它开关构成，如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等。
可以理解，所述第二可控开关电路500的具体电路结构不做限制，只要具与所述第一可控开关电路400组成半桥结构即可。在一个实施例中，所述第二可控开关电路500可由绝缘栅双极型晶体管、金属-氧化物半导体场效应晶体管或者碳化硅开关构成。在一个实施例中，所述第二可控开关电路500也可由其它开关构成，如IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)等。
可以理解，所述第一直流/直流变换电路600的具体结构不做限制，只要具有基于所述交流/直流变换电路100提供的直流电输出所述第一电压，或基于所述第一电压输出所述直流电至所述交流/直流变换电路100的功能即可。在一个实施例中，所述第一直流/直流变换电路600可由直流/直流变换器和EMI滤波器构成。在一个实施例中，所述第一直流/直流变换电路600也可由至少两个直流/直流变换器构成。其中，所述至少两个直流/直流变换器的输入串联(如图2所示)或者并联(如图3所示)，所述至少两个直流/直流器件电的输出并联(如图2或图3所示)或者串联。
在一个实施例中，通过所述第一直流/直流变换电路600基于所述交流/直流变换电路100提供的直流电变换后输出所述第一电压，或通过所述第一直流/直流变换电路600基于所述第一电压变换后输出所述直流电至所述交流/直流变换电路100。即所述第一直流/直流变换电路600为双向变换电路。
可以理解，所述第二直流/直流变换电路700的具体结构不做限制，只要具有基于所述交流/直流变换电路100提供的直流电输出所述第二电压，或基于所述第二电压输出所述直流电至所述交流/直流变换电路100的功能即可。在一个实施例中，所述第二直流/直流变换电路700可由直流/直流变换器构成。在一个实施例中，所述第二直流/直流变换电路700也可由变压器和半波整流桥搭建构成。
在一个实施例中，通过所述第二直流/直流变换电路700基于所述交流/直流变换电路100提供的所述直流电变换后输出所述第二电压，或通过所述第二直流/直流变换电路700基于所述第二电压变换后输出所述直流电至第一直流/直流变换电路600。即所述第二直流/直流变换电路700为双向变换电路。在一个实施例中，所述第二电压小于所述第一电压。在一个实施例中，所述第二直流/直流变换电路700的第二端输入/输出的所述第二电压可为低压(如9-16V)。所述第一直流/直流变换电路600的第二端输入/输出的所述第一电压可为高压。
在一个实施例中，所述车载充放电系统10可应用在新能源电动车上。具体的，在通过所述单相/三相电源101给新能源电动车充电时，所述交流/直流变换电路100将所述单相/三相电源101提供的交流电转换为直流电，并提供给所述第一直流/直流变换电路600。所述第一直流/直流变换电路600基于所述直流电输出所述第一电压，并给新能源电动车的高压电池进行充电。
同时，所述交流/直流变换电路100还可将所述直流电经过所述第一电容200、所述第二电容300、所述第一可控开关电路400和所述第二可控开关电路500提供给所述第二直流/直流变换电路700。所述第二直流/直流变换电路700基于所述直流电输出所述第二电压，并给低压电池进行充电。此时，所述交流/直流变换电路100与所述第二直流/直流变换电路700是共用总线上的所述第一电容200和所述第二电容300，并与所述第一可控开关电路400、所述第二可控开关电路500配合，使得该车载充放电系统10在三相输入时，能够在保证原有功能的前提下，节省一个桥臂，从而降低成本。同时还能够保证本实施例在单相输入时应有的功能，具有结构简单的优势。
在一个实施例中，高压电池在进行放电时，可通过所述第一直流/直流变换电路600接收所述第一电压(即高压电池在放电时的电压)，并将所述第一电压转换后通过所述第一电容200、所述第二电容300、所述第一可控开关电路400和所述第二可控开关电路500提供给所述第二直流/直流变换电路700，以使所述第二直流/直流变换电路700输出所述第二电压，从而给低压电池进行充电。与此同时，所述第一直流/直流变换电路600还可将所述第一电压转换后经过所述第一电容200、所述第二电容300提供给所述交流/直流变换电路100，以使所述交流/直流变换电路100基于转换后的所述第一电压给所述单相/三相电源101供电。
在一个实施例中，低压电池在进行放电时，可通过所述第二直流/直流变换电路700接收所述第二电压(即低压电池在放电时的电压)，并将所述第二电压转换后通过所述第一电容200、所述第二电容300、所述第一可控开关电路400和所述第二可控开关电路500提供给所述第一直流/直流变换电路600，以使所述第一直流/直流变换电路600基于转换后的所述第二电压输出所述第一电压，从而给高压电池进行充电。
本实施例中，通过将所述交流/直流变换电路100与所述第二直流/直流变换电路700共用总线上的所述第一电容200和所述第二电容300，并与所述第一可控开关电路400、所述第二可控开关电路500以及所述第一直流/直流变换电路600配合，使得该车载充放电系统在三相输入时，能够在保证原有功能的前提下，节省一个桥臂，从而降低成本。同时还能够保证本实施例在单相输入时应有的功能，具有结构简单的优势。
请参见图4，在一个实施例中，所述第一可控开关电路400包括：第一开关410。所述第一开关410的第一端分别与所述第一电容200的第一端和所述第一节点电连接。所述第一开关410的第二端分别与所述第二可控开关电路500的第一端和所述第六节点电连接。在一个实施例中，所述第一开关410可以是IGBT管或MOS管等。所述第一可控开关电路400采用第一开关410，在保证原有功能的基础上，可降低成本。
在一个实施例中，所述第二可控开关电路500包括：第二开关510。所述第二开关510的第一端分别与所述第一可控开关电路400的第二端和所述第六节点电连接。所述第二开关510的第二端分别与所述第二电容300的第二端和所述第三节点电连接。在一个实施例中，所述第二开关510可以是IGBT管或MOS管等。所述第二可控开关电路500采用所述第二开关510在保证原有功能的基础上，可降低成本。
通过所述第一开关410与所述第二开关510构成半桥结构，并与总线上的所述第一电容200和所述第二电容300配合，可使得所述交流/直流变换电路100与所述第二直流/直流变换电路700共用总线上的所述第一电容200和所述第二电容300。该车载充放电系统10在三相输入时，能够在保证原有功能的前提下，节省一个桥臂，从而降低成本。
在一个实施例中，所述第二直流/直流变换电路700包括：变压器710。所述变压器710的原边第一端与所述第二可控开关电路500的第一端电连接。所述变压器710的原边第二端与所述第二电容300的第一端电连接。所述变压器710的副边为全波整流电路或全桥整流电路或半桥整流电路或半波整流电路。其中，所述全波整流电路或全桥整流电路或半桥整流电路或半波整流电路可采用传统的电路架构。
在一个实施例中，所述车载充放电系统10还包括：第三电容800。所述第三电容800的第一端分别与所述第二可控开关电路500的第一端和所述第一可控开关电路400的第二端电连接。所述第三电容800的第二端与所述第六节点电连接。通过设置所述第三电容800，可防止所述第二直流/直流变换电路700在工作时出现所述变压器710磁偏，增加电路的稳定性。
综上所述，本申请通过将所述交流/直流变换电路100与所述第二直流/直流变换电路700共用总线上的所述第一电容200和所述第二电容300，并与所述第一可控开关电路400、所述第二可控开关电路500以及所述第一直流/直流变换电路600配合，使得该车载充放电系统在三相输入时，能够在保证原有功能的前提下，节省一个桥臂，从而降低成本。同时还能够保证本申请在单相输入时应有的功能，具有结构简单的优势。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种车载充放电系统，电连接于单相/三相电源(101)，其特征在于，包括：
交流/直流变换电路(100)，所述交流/直流变换电路(100)的第一端与所述单相/三相电源(101)电连接，所述交流/直流变换电路(100)的第二端包括第一节点、第二节点和第三节点；
第一电容(200)，所述第一电容(200)的第一端与所述第一节点电连接，所述第一电容(200)的第二端与所述第二节点电连接；
第二电容(300)，所述第二电容(300)的第一端与所述第一电容(200)的第二端电连接，所述第二电容(300)的第二端与所述第三节点电连接；
第一可控开关电路(400)，所述第一可控开关电路(400)的第一端与所述第一节点电连接；
第二可控开关电路(500)，所述第二可控开关电路(500)的第一端与所述第一可控开关电路(400)的第二端电连接，所述第二可控开关电路(500)的第二端与所述第三节点电连接；
第一直流/直流变换电路(600)，所述第一直流/直流变换电路(600)的第一端包括第四节点和第五节点，所述第四节点和所述第一节点电连接，所述第五节点和所述第三节点电连接，所述第一直流/直流变换电路(600)的第二端用于输入/输出第一电压；
第二直流/直流变换电路(700)，所述第二直流/直流变换电路(700)的第一端包括第六节点和第七节点，所述第六节点与所述第二可控开关电路(500)的第一端电连接，所述第七节点与所述第二电容(300)的第一端电连接，所述第二直流/直流变换电路(700)的第二端用于输入/输出第二电压。
2.如权利要求1所述的车载充放电系统，其特征在于，所述交流/直流变换电路(100)用于接收所述单相/三相电源(101)提供的交流电，并转换成直流电；
所述交流/直流变换电路(100)用于将所述直流电提供给所述第一直流/直流变换电路(600)，以使所述第一直流/直流变换电路(600)基于所述直流电输出所述第一电压；
所述交流/直流变换电路(100)还用于将所述直流电经过所述第一电容(200)、所述第二电容(300)、所述第一可控开关电路(400)和所述第二可控开关电路(500)提供给所述第二直流/直流变换电路(700)，以使所述第二直流/直流变换电路(700)基于所述直流电输出所述第二电压。
3.如权利要求1所述的车载充放电系统，其特征在于，所述第一直流/直流变换电路(600)用于接收所述第一电压，并将所述第一电压转换后提供给所述第二直流/直流变换电路(700)，以使所述第二直流/直流变换电路(700)基于转换后的所述第一电压输出所述第二电压。
4.如权利要求3所述的车载充放电系统，其特征在于，所述第一直流/直流变换电路(600)将所述第一电压转换后提供给所述交流/直流变换电路(100)，以通过所述交流/直流变换电路(100)转换后输出给所述单相/三相电源(101)。
5.如权利要求1所述的车载充放电系统，其特征在于，所述交流/直流变换电路(100)为双向变换电路。
6.如权利要求1所述的车载充放电系统，其特征在于，所述第一可控开关电路(400)包括：
第一开关(410)，所述第一开关(410)的第一端分别与所述第一电容(200)的第一端和所述第一节点电连接，所述第一开关(410)的第二端分别与所述第二可控开关电路(500)的第一端和所述第六节点电连接。
7.如权利要求1所述的车载充放电系统，其特征在于，所述第二可控开关电路(500)包括：
第二开关(510)，所述第二开关(510)的第一端分别与所述第一可控开关电路(400)的第二端和所述第六节点电连接，所述第二开关(510)的第二端分别与所述第二电容(300)的第二端和所述第三节点电连接。
8.如权利要求1所述的车载充放电系统，其特征在于，还包括：
第三电容(800)，所述第三电容(800)的第一端分别与所述第二可控开关电路(500)的第一端和所述第一可控开关电路(400)的第二端电连接，所述第三电容(800)的第二端与所述第六节点电连接。
9.如权利要求1-8任一项所述的车载充放电系统，其特征在于，所述第二电压小于所述第一电压。
10.如权利要求1所述的车载充放电系统，其特征在于，所述第二直流/直流变换电路(700)包括：
变压器(710)，所述变压器(710)的原边第一端与所述第二可控开关电路(500)的第一端电连接，所述变压器(710)的原边第二端与所述第二电容(300)的第一端电连接；
所述变压器(710)的副边为全波整流电路或全桥整流电路或半桥整流电路或半波整流电路。
11.如权利要求1所述的车载充放电系统，其特征在于，所述第一直流/直流变换电路(600)包括至少两个直流/直流变换器，所述至少两个直流/直流变换器的输入并联或者串联，所述至少两个直流/直流器件电的输出并联或者串联。
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