CN111224447A - 一种兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机，其包括ACDC模块、内部直流母线和切换模块，其中所述ACDC模块，用以连接交流充电桩，将交流电转换为直流电、并输送到内部直流母线上；所述切换模块，用以连接直流充电桩，根据切换指令将直流充电桩输出的直流电连接至所述ACDC模块的输入端或所述内部直流母线上；所述内部直流母线连接车辆负载向其充电；本发明有效的兼容交流充电桩与500V/750V直流充电桩，同时解决动力电池电压提升后的整车充电电压范围与当前基础充电设施的匹配问题；本发明合理的共用整车上已有零部件的功率转换电路，无需增加额外的单独零部件；有效的兼容各种充电基础设施，减少充电基础设施的投资，便于新车型快速推向市场应用。

Description

一种兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机。
背景技术
随着电动汽车的蓬勃发展，电动汽车的保有量越来越多。给车辆充电的充电桩主要分交流充电桩和直流充电桩。图1为匹配当前300~400V动力电池的充电系统原理框图、图2是其电路图。配合当前大量铺设的最高电压500V或750V直流桩可以正常工作。图3为匹配700~800V动力电池的增加一级额外功率转换零部件的充电系统原理框图，图4是其电路图。配合当前大量铺设的最高电压500V或750V直流桩，需要在整车上增加一个额外的车载高压转换零部件实现升压转换，将电压范围提升，以满足700~800V动力电池的充电需求。现有车载充电机要么是交流的，要么是直流的，不具有兼容性。
因此，如何设计一种兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机。
本发明采用的技术方案是：一种兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机，其包括ACDC模块、内部直流母线和切换模块，其中所述ACDC模块，用以连接交流充电桩，将交流电转换为直流电、并输送到内部直流母线上；所述切换模块，用以连接直流充电桩，根据切换指令将直流充电桩输出的直流电连接至所述ACDC模块的输入端或所述内部直流母线上；所述内部直流母线连接车辆负载向其充电。
所述内部直流母线的输出端串接DCDC模块，所述DCDC模块将内部直流母线上的直流电变换幅值后输送给车辆负载。
所述DCDC模块在连接内部直流母线处串接功率因数校正模块，所述功率因数校正模块用以校正功率因数。
优选的，所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述内部直流母线的正极母线、可将直流充电桩输出的负极连接至所述内部直流母线的负极母线。
优选的，所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述ACDC模块的输入端、可将直流充电桩输出的负极连接至所述内部直流母线的负极母线；或做等效置换，将直流充电桩输出的负极连接至所述ACDC模块的输入端、将直流充电桩输出的正极连接至所述内部母线的正极。
优选的，所述ACDC模块采用单相ACDC模块，所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述单相ACDC模块的火线输入端。
优选的，所述ACDC模块采用单相ACDC模块，所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述单相ACDC模块的火线输入端和零线输入端。
优选的，所述ACDC模块采用三相ACDC模块，所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述三相ACDC模块的一个相线输入端。
优选的，所述ACDC模块采用三相ACDC模块，所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述三相ACDC模块的三个相线输入端。
优选的，所述三相ACDC模块采用三相带中线的无桥PFC模块、三相BUCK型PFC模块、三相带中线的BUCK型PFC电路、三相BUCK型PFC级联BOOST模块、三相带中线BUCK型PFC级联BOOST模块中的一种。
所述切换模块采用接触器、继电器、半导体、电子开关中的一种。
所述DCDC模块采用隔离型DCDC模块、或非隔离型DCDC模块。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
通过合理的设计车载充电机的电路，使其既能实现AC/DC转换功能，也能实现DC/DC转换；有效的兼容交流充电桩与500V/750V直流充电桩，同时解决动力电池电压提升后的整车充电电压范围与当前基础充电设施的匹配问题；本发明合理的共用整车上已有零部件的功率转换电路，仅需针对现有零部件做局部调整，无需增加额外的单独零部件；有效的兼容各种充电基础设施，减少充电基础设施的更新及投资工作，便于新车型快速推向市场应用。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是现有技术匹配300~400V动力电池的充电系统原理框图；
图2是现有技术匹配300~400V动力电池的充电系统电路图；
图3是现有技术匹配700~800V动力电池的充电系统原理框图；
图4是现有技术匹配700~800V动力电池的充电系统电路图；
图5是本发明充电系统原理框图；
图6是本发明充电系统电路图；
图7是本发明原理框图；
图8是单相ACDC模块及隔离DCDC拓扑实现电路图；
图9是一种单相无（整流）桥ACDC及隔离DCDC拓扑实现电路图；
图10是另一种单相无（整流）桥ACDC及隔离DCDC拓扑实现电路图；
图11是一种三相ACDC及隔离DCDC拓扑实现电路图；
图12是一种三相无（整流）桥PFC隔离DCDC拓扑实现电路图；
图13是另一种三相无（整流）桥PFC隔离DCDC拓扑实现电路图；
图14是一种三相带中线的无（整流）桥PFC拓扑实现电路图；
图15是一种三相BUCK型PFC拓扑及非隔离DCDC拓扑实现电路图；
图16是一种三相带中线的BUCK型PFC拓扑及非隔离DCDC拓扑实现电路图；
图17是一种三相BUCK型PFC级联拓扑实现电路图；
图18是另一种三相带中线的BUCK型PFC级联拓扑实现电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机，其包括ACDC模块、内部直流母线和切换模块，其中所述ACDC模块，用以连接交流充电桩，将交流电转换为直流电、并输送到内部直流母线上；所述切换模块，用以连接直流充电桩，根据切换指令将直流充电桩输出的直流电连接至所述ACDC模块的输入端或所述内部直流母线上；所述内部直流母线连接车辆负载向其充电。
参看图5示出的是本发明充电系统原理框图，使用时，车载充电机要么连接交流充电桩、要么连接直流充电桩，可以接收交流充电桩或直流充电桩的电能向车辆充电。图6示出的是本发明充电系统电路图，其中左侧上部为交流充电桩，左侧下部为直流充电桩，右侧为车载充电机。配合当前大量铺设的最高电压500V或750V直流桩，在单个零部件中实现交流桩与直流桩的兼容。并通过合理的共用内部功率转换电路，实现最大限度的节省系统成本。
参看图7示出的本发明原理框图，所述内部直流母线的输出端串接DCDC模块，所述DCDC模块将内部直流母线上的直流电变换幅值后输送给车辆负载。所述DCDC模块在连接内部直流母线处串接功率因数校正模块，所述功率因数校正模块用以校正功率因数。交流或直流均可作为此车载充电机的输入。交流输入经过ACDC模块至DCDC模块，最终输出为直流电压给动力电池充电。直流输入经过切换装置接入至ACDC模块中，共用ACDC模块中的功率电路，最终通过DCDC模块之后输出直流电压给动力电池充电。切换模块，既可以是双开关的切换装置，也可以是多开关的切换装置。所述DCDC模块采用隔离型DCDC模块、或非隔离型DCDC模块，甚至于无需此级DCDC模块。
所述切换模块采用接触器、继电器、半导体、电子开关中的一种。在一个实施例中，所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述内部直流母线的正极母线、可将直流充电桩输出的负极连接至所述内部直流母线的负极母线。
所述ACDC模块可以采用单相ACDC模块，图8示出了一种单相ACDC模块及隔离DCDC拓扑实现电路图。501为切换模块，可以使用接触器、继电器、半导体器件等实现。502为整流桥电路，电路中的二极管也可用MOSFET来代替。503为单开关的功率因数校正电路。504为DCDC模块的实现电路，示例中为隔离型的全桥LLC电路，也可使用半桥LLC、硬开关全桥/半桥、移相全桥/半桥、双管正激等DCDC电路。所示电路中的二极管也可用MOSFET或IGBT并联二极管来代替。所示电路中的MOSFET，也可用IGBT并联二极管来代替。切换装置在产品内部模块间的连接，除了图示的方式以外，也可以将其中一个开关或多个开关的输出连接至交流输入处。
所述ACDC模块可以采用三相ACDC模块，图11示出了一种三相ACDC及隔离DCDC拓扑实现电路图。801为切换模块，可以使用接触器、继电器、半导体器件等实现。802为三相整流桥电路。803为单开关的功率因数校正电路。804为DCDC模块的实现电路，示例中为隔离型的全桥LLC电路，也可使用半桥LLC、硬开关全桥/半桥、移相全桥/半桥、双管正激等DCDC电路。所示电路中的二极管也可用MOSFET或IGBT并联二极管来代替。所示电路中的MOSFET，也可用IGBT并联二极管来代替。切换装置在产品内部模块间的连接，除了图示的方式以外，也可以将其中一个开关或多个开关的输出连接至交流输入处。
所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述ACDC模块的输入端、可将直流充电桩输出的负极连接至所述内部直流母线的负极母线；或做等效置换，将直流充电桩输出的负极连接至所述ACDC模块的输入端、将直流充电桩输出的正极连接至所述内部母线的正极。
在一个实施例中，所述ACDC模块采用单相ACDC模块，所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述单相ACDC模块的火线输入端。图9示出了一种单相无（整流）桥ACDC及隔离DCDC拓扑实现电路图。601为切换模块，可以使用接触器、继电器、半导体器件等实现。602为图腾柱无桥PFC电路。603为DCDC模块的实现电路，示例中为隔离型的全桥LLC电路，也可使用半桥LLC、硬开关全桥/半桥、移相全桥/半桥、双管正激等DCDC电路。所示电路中的二极管也可用MOSFET或IGBT并联二极管来代替。所示电路中的MOSFET，也可用IGBT并联二极管来代替。切换装置在产品内部模块间的连接，除了图示的方式以外，也可以将其中一个开关或多个开关的输出连接至交流输入处。
在另一个实施例中，所述ACDC模块采用单相ACDC模块，所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述单相ACDC模块的火线输入端和零线输入端。图10示出了另一种单相无（整流）桥ACDC及隔离DCDC拓扑实现电路图。701为切换模块，可以使用接触器、继电器、半导体器件等实现。702为全桥型PFC电路。703为DCDC模块的实现电路，示例中为隔离型的全桥LLC电路，也可使用半桥LLC、硬开关全桥/半桥、移相全桥/半桥、双管正激等DCDC电路。所示电路中的二极管也可用MOSFET或IGBT并联二极管来代替。所示电路中的MOSFET，也可用IGBT并联二极管来代替。
在一个实施例中，所述ACDC模块采用三相ACDC模块，所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述三相ACDC模块的一个相线输入端。
在另一个实施例中，所述ACDC模块采用三相ACDC模块，所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述三相ACDC模块的三个相线输入端。图12示出了一种三相无（整流）桥PFC隔离DCDC拓扑实现电路图，901为切换装置，可以使用接触器、继电器、半导体器件等实现。902为三相无桥PFC电路。903为DCDC模块的实现电路，示例中为隔离型的全桥LLC电路，也可使用半桥LLC、硬开关全桥/半桥、移相全桥/半桥、双管正激等DCDC电路。所示电路中的二极管也可用MOSFET或IGBT并联二极管来代替。所示电路中的MOSFET，也可用IGBT并联二极管来代替。
所述三相ACDC模块采用三相带中线的无桥PFC模块、三相BUCK型PFC模块、三相带中线的BUCK型PFC电路、三相BUCK型PFC级联BOOST模块、三相带中线BUCK型PFC级联BOOST模块中的一种。其中PFC是功率因数校正电路，Buck为降压式变换电路，BOOST为升压式变换电路。
以下是各种三相ACDC模块和各种DCDC模块搭配实施例，这种搭配方式可以拓宽输出电压范围：
图13为另一种三相无（整流）桥PFC隔离DCDC拓扑实现电路。1001为切换模块，可以使用接触器、继电器、半导体器件等实现。1002为带中线的三相无桥PFC电路。1003为DCDC模块的实现电路，示例中为隔离型的全桥LLC电路，也可使用半桥LLC、硬开关全桥/半桥、移相全桥/半桥、双管正激等DCDC电路。所示电路中的二极管也可用MOSFET或IGBT并联二极管来代替。所示电路中的MOSFET，也可用IGBT并联二极管来代替。
图14为一种三相带中线的无（整流）桥PFC拓扑实现电路。1101为切换模块，可以使用接触器、继电器、半导体器件等实现。1102为三相带中线的无桥PFC电路。也可取消中线及对应二极管器件，如图12中902所示。所示电路中的二极管也可用MOSFET或IGBT并联二极管来代替。所示电路中的MOSFET，也可用IGBT并联二极管来代替。
图15为一种三相BUCK型PFC拓扑及非隔离DCDC拓扑实现电路。1201为切换模块，可以使用接触器、继电器、半导体器件等实现。1202为三相的BUCK型PFC电路。1203为非隔离的BOOST型DCDC。所示电路中的二极管也可用MOSFET或IGBT并联二极管来代替。所示电路中的MOSFET，也可用IGBT并联二极管来代替。切换模块在产品内部模块间的连接，除了图示的方式以外，也可以将其中一个开关或多个开关的输出连接至交流输入处。
图16为一种三相带中线的BUCK型PFC拓扑及非隔离DCDC拓扑实现电路。1301为切换模块，可以使用接触器、继电器、半导体器件等实现。1302为三相带中线的BUCK型PFC电路。1303为非隔离的BOOST型DCDC。所示电路中的二极管也可用MOSFET或IGBT并联二极管来代替。所示电路中的MOSFET，也可用IGBT并联二极管来代替。切换模块在产品内部模块间的连接，除了图示的方式以外，也可以将其中一个开关或多个开关的输出连接至交流输入处。
图17为一种三相BUCK型PFC级联拓扑实现电路。1401为切换模块，可以使用接触器、继电器、半导体器件等实现。1402为三相的BUCK型PFC电路级联BOOST。所示电路中的二极管也可用MOSFET或IGBT并联二极管来代替。所示电路中的MOSFET，也可用IGBT并联二极管来代替。切换模块在产品内部模块间的连接，除了图示的方式以外，也可以将其中一个开关或多个开关的输出连接至交流输入处。
图18为另一种三相带中线的BUCK型PFC级联拓扑实现电路。1501为切换模块，可以使用接触器、继电器、半导体器件等实现。1502为三相带中线的BUCK型PFC电路级联BOOST。所示电路中的二极管也可用MOSFET或IGBT并联二极管来代替。所示电路中的MOSFET，也可用IGBT并联二极管来代替。切换模块在产品内部模块间的连接，除了图示的方式以外，也可以将其中一个开关或多个开关的输出连接至交流输入处。
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (10)

1.一种兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机，其特征在于：包括ACDC模块、内部直流母线和切换模块，其中
所述ACDC模块，用以连接交流充电桩，将交流电转换为直流电、并输送到内部直流母线上；
所述切换模块，用以连接直流充电桩，根据切换指令将直流充电桩输出的直流电连接至所述ACDC模块的输入端或所述内部直流母线上；
所述内部直流母线连接车辆负载向其充电。
2.如权利要求1所述的兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机，其特征在于：所述内部直流母线的输出端串接DCDC模块，所述DCDC模块将内部直流母线上的直流电变换幅值后输送给车辆负载。
3.如权利要求2所述的兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机，其特征在于：所述DCDC模块在连接内部直流母线处串接功率因数校正模块，所述功率因数校正模块用以校正功率因数。
4.如权利要求1所述的兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机，其特征在于：所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述内部直流母线的正极母线、可将直流充电桩输出的负极连接至所述内部直流母线的负极母线。
5.如权利要求1所述的兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机，其特征在于：所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述ACDC模块的输入端、可将直流充电桩输出的负极连接至所述内部直流母线的负极母线；或做等效置换，将直流充电桩输出的负极连接至所述ACDC模块的输入端、将直流充电桩输出的正极连接至所述内部母线的正极。
6.如权利要求5所述的兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机，其特征在于：所述ACDC模块采用单相ACDC模块，所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述单相ACDC模块的火线输入端。
7.如权利要求5所述的兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机，其特征在于：所述ACDC模块采用单相ACDC模块，所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述单相ACDC模块的火线输入端和零线输入端。
8.如权利要求5所述的兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机，其特征在于：所述ACDC模块采用三相ACDC模块，所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述三相ACDC模块的一个相线输入端。
9.如权利要求8所述的兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机，其特征在于：所述ACDC模块采用三相ACDC模块，所述切换模块可将直流充电桩输出的正极连接至所述三相ACDC模块的三个相线输入端。
10.如权利要求8或9所述的兼容交流充电桩与直流充电桩的车载充电机，其特征在于：所述三相ACDC模块采用三相带中线的无桥PFC模块、三相BUCK型PFC模块、三相带中线的BUCK型PFC电路、三相BUCK型PFC级联BOOST模块、三相带中线BUCK型PFC级联BOOST模块中的一种。
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