CN112572186B - 车载充电系统及具有其的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载充电系统及具有其的车辆，其中，该车载充电系统包括第一谐振电路模块、第二谐振电路模块、直流转换电路模块和控制模块，第一谐振电路模块用于对供电第一半周期的电信号进行转换处理；第二谐振电路模块用于对供电第二半周期的电信号进行转换处理；直流转换电路模块用于对输入电信号进行直流‑直流转换；控制模块用于在供电第一半周期时选通第二谐振电路模块，并根据供电第一半周期的时序信号控制第一谐振电路模块，或者，在供电第二半周期时选通第二谐振电路模块，并根据供电第二半周期的时序信号控制第二谐振电路模块。该系统和车辆，采用无电解电容设计，可以降低成本，提高稳定性。

Description

车载充电系统及具有其的车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种车载充电系统，以及具有该车载充电系统的车辆。

背景技术

图1是相关技术中的一种车载充电系统的电路图，该系统一端与电网相连，另一端与电池包相连，包括Part1’和Part2’两级电路。正向充电时，Part1’实现交流-直流转换和功率因素矫正，输出直流电压。Part2’是直流-直流转换器，输出适合的电压给电池包充电。对于该系统，为了给后级part2’提供平稳的输入直流电压，Part1’和Part2’之间需要大容量的电解电容C1’，使系统的体积和成本增加，且电解电容C1’存在寿命、抗震问题，对系统的可靠性不利。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种车载充电系统，该车载充电系统，无需大容量的电解电容，减小系统体积降低成本，提高系统稳定性。

本发明还提出一种采用该车载充电系统的车辆。

为了解决上述问题，本发明第一方面实施例的车载充电系统，包括：第一谐振电路模块，用于对供电第一半周期的电信号进行转换处理，所述第一谐振电路模块包括第一转换单元、第一变压器、第二转换单元，所述第一转换单元包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第一端与电单元的第一端相连，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端相连；第二谐振电路模块，用于对供电第二半周期的电信号进行转换处理，所述第二谐振电路模块包括第三转换单元、第二变压器、第四转换单元，所述第三转换单元包括第三开关管和第四开关管，所述第三开关管的第一端与所述电单元的第二端相连，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端相连，所述第四开关管的第二端与所述第二开关管的第二端相连；直流转换电路模块，所述直流转换电路模块分别与所述第二转换单元、所述第四转换单元、电池包相连，用于对输入电信号进行直流-直流转换；控制模块，用于在供电第一半周期时控制第三开关管、所述第四开关管保持导通，并根据供电第一半周期的时序信号控制所述第一谐振电路模块，或者，在供电第二半周期时控制所述第一开关管、所述第二开关管保持导通，并根据供电第二半周期的时序信号控制所述第二谐振电路模块。

根据本发明实施例的车载充电系统，通过设置两路谐振电路，控制模块根据供电周期信号来控制第一谐振电路模块和第二谐振电路模块的选通，使得谐振电路模块输出至转换线路模块的信号为馒头波，因而，不需要大容量的电解电容进行滤波，只需使用小容量的电容即可，降低了电解电容部分的成本和体积，提高了系统的可靠性和寿命，以及，通过谐振电路中自身开关管的串联导通来选通，无需设置选通电路模块，减少了电路器件的需要量，降低了成本，以及，直流转换电路模块后置，利于拓宽充电电压范围，提高充电效率。

为了解决上述问题，本发明第二方面实施例的车辆，包括电池包和所述的车载充电系统。

根据本发明实施例的车辆，通过采用上面实施例的车载充电系统，可以降低成本，提高可靠性，提升抗震性，提高充电效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是相关技术中的一种双向车载充电机的电路图；

图2是根据本发明的一个实施例的车载充电系统的功能框图；

图3是根据本发明的一个实施例的谐振电路输入输出电信号的波形图；

图4是根据本发明的一个实施例的车载充电系统的功能框图；

图5是根据本发明的一个实施例的车载充电系统的电路图；

图6是根据本发明的另一个实施例的车载充电系统的电路图；

图7是根据本发明的一个实施例的车载充电系统的电路图；

图8是根据本发明的另一个实施例的车载充电系统的电路图；

图9是根据本发明的一个实施例的车辆的框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图2-图8描述根据本发明实施例的车载充电系统。

图2是根据本发明的一个实施例的车载充电系统的框图，如图2所示，本发明实施例的车载充电系统100包括第一谐振电路模块10、第二谐振电路模块20、直流转换电路模块30和控制模块40。

其中，第一谐振电路模块10用于对供电第一半周期的电信号进行转换处理，第一谐振电路模块10包括第一转换单元11、第一变压器T1、第二转换单元12，其中，第一转换单元11可以用于进行交流正半周期-交流之间的转换，第二转换单元12可以实现交流-直流之间的转换，第一变压器T1起到信号隔离和传输的作用。第一转换单元11包括第一开关管Q1和第二开关管Q2，第一开关管Q1的第一端与电单元50的第一端相连，第一开关管Q1的第二端与第二开关管Q2的第一端相连。

第二谐振电路模块20用于对供电第二半周期的电信号进行转换处理，第二谐振电路模块20包括第三转换单元21、第二变压器T2、第四转换单元22，其中，第三转换单元21可以用于进行交流负半周期-交流之间的转换，第四转换单元22可以实现交流-直流之间的转换，第二变压器T2起到信号隔离和传输的作用。第三转换单元21包括第三开关管Q3和第四开关管Q4，第三开关管Q3的第一端与电单元50的第二端相连，第三开关管Q3的第二端与第四开关管Q4的第一端相连，第四开关管Q4的第二端与第二开关管Q2的第二端相连。其中，实施例中，电单元50可以包括电网、用电设备等。在一些实施例中，交流-直流转换可以包括直流转换为交流或者交流转换为直流。

直流转换电路模块30用于对输入电信号进行直流-直流转换，例如，降低直流电压或者提升直流电压。在一些实施例中，转换电路模块30可以采用BOOST电路。转换电路模块30分别与第二转换单元12、第四转换单元22、电池包60相连。

控制模块50用于在供电第一半周期时控制控制第三开关管Q3、第四开关管Q4保持导通，并根据供电第一半周期的时序信号控制第一谐振电路模块10，或者，在供电第二半周期时控制第一开关管Q1、第二开关管Q2保持导通，并根据供电第二半周期的时序信号控制第二谐振电路模块20。

具体地，在进行充电时，电单元50可以为电网，控制模块40检测电网输出交流电的周期信息，并在供电第一半周期例如正半周期时，控制第三开关管Q3、第四开关管Q4保持导通，此时第一谐振电路模块10的第一端与电网的第一端连接，第一谐振电路模块10的第二端与电网的第二端的接通，电网为第一谐振电路模块10供电，即在电网输出正半周期时选通第一谐振电路模块10，第一谐振电路模块10将电网提供的交流电转换为直流电，并输出直流电至直流转换电路模块30，直流转换电路模块30将输入直流电转换为电池包60要求的直流电压，以为电池包60充电。

同样地，控制模块50检测到供电第二半周期例如负半周期电信号时，控制第一开关管Q1、第二开关管Q2保持导通，此时第二谐振电路模块20的第一端与电网的第二端连接，第二谐振电路模块20的第二端与电网的第一端接通，电网为第二谐振电路模块20供电，即在电网输出负半周期时选通第二谐振电路模块20，第二谐振电路模块20将交流电转换为直流电，并输出直流电至直流转换电路模块30，直流转换电路模块30将输入直流电转换为电池包60要求的直流电压，为电池包60充电。

其中，如图3所示，电网50提供的电信号如图3中(a)所示，在正半周期时，控制模块40控制第二谐振电路模块20的第一端与第二端串联导通，选通第一谐振电路模块10，输入第一谐振电路模块10的电信号如图3中(b)所示，第一谐振电路模块10输出的电信号如图3中(d)所示。以及，在负半周期时，控制模块50控制第一谐振电路模块20的第一端与第二端串联导通，选通第二谐振电路模块20，第二谐振电路模块20的输入电信号如图3中的(c)所示，第二谐振电路模块20输出电信号如图3中(e)所示，第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20输出电信号合并的电信号即提供给直流转换电路模块30的电信号波形如图3中(f)所示，即提供给直流转换电路模块30的输入电信号为馒头波，因此，无需采用大容量的电解电容进行滤波，采用小容量的电容单元例如插件金属薄膜电容滤波即可，降低了成本和系统体积。

并且，在本申请实施例中，可以省略选通电路，通过控制模块40根据供电周期信号对第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4的控制来选通谐振电路，从而，可以节省电路器件，降低成本。

根据本发明实施例的车载充电系统100，通过设置第一谐振电路模块10和第二谐振电路20两路谐振电路，在供电第一半周期时，控制模块40控制第二谐振电路模块20中的开关管串联导通，以使其第一端与第二端串联导通，即选通第一谐振电路模块10，以及，在供电第二半周期时，控制模块40控制第一谐振电路模块10的第一端与第二端串联导通，即选通第二谐振电路模块20，使得谐振电路模块提供给转换电路模块30的输入电信号为馒头波，从而可以采用普通的电容器件进行滤波，无需采用大容量电解电容，可以降低系统体积和成本，采用无电解电容设计，无需考虑电解电容寿命、抗震问题，利于提供充电系统的稳定性，并且无需设置专门的选通电路模块，即可实现两路谐振电路的选通，降低成本。

在一些实施例中，对于相关技术中设置选通电路模块的车载充电系统，通过选通电路模块中开关管的单独控制来实现选通，会产生较大的导通损耗，因而，在此基础上，本发明实施例的系统进行了改进。

如图4所示，本发明实施例的车载充电系统100还可包括选通电路模块70，选通电路模块70包括第五开关管Q5和第六开关管Q6。第五开关管Q5的第一端与电单元50的第一端相连，第五开关管Q5的第二端分别与第二开关管Q2的第二端、第四开关管Q4的第二端相连，第六开关管Q6的第一端与电单元50的第二端相连，第六开关管Q6的第二端分别与第二开关管Q2的第二端、第四开关管Q4的第二端相连。控制模块40还用于，在供电第一半周期时，控制第五开关管Q5关断，控制第六开关管Q6导通，或者，在供电第二半周期时，控制第五开关管Q5导通，控制第六开关管Q6关断。

具体地，参照图4所示，例如在电网正半周期信号时，控制模块40控制第三开关管Q3、第四开关管Q4保持导通，并控制第五开关管Q5关断，控制第六开关管Q6导通，即第三开关管Q3、第四开关管Q4串联之后再与第六开关管Q6并联，使得第一谐振电路模块10的第二端与电网可以接通，实现对第一谐振电路模块10的选通，相较于单独控制第六开关管或第五开关管导通，可以降低导通损耗。同样地，在电网负半周期时，控制模块40控制第一开关管Q1、第二开关管Q2保持导通，控制第五开关管Q5导通，第六开关管Q6关断，使得第二谐振电路模块20的第二端与电网的第一端接通，实现第二谐振电路模块20的选通，可以降低导通损耗。

下面结合附图，对本发明实施例的每个模块的电路结构进一步说明。

在一些实施例中，图5为根据本发明的一个实施例的车载充电系统的电路图，其中，电单元50为电网。如图5所示，在实施例中，第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20可以采用对称半桥LLC谐振电路,实现隔离和调压，对输入电信号进行交流-直流转换。

如图5所示，第一转换单元11包括第一电容C1、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第二电容C2、第三电容C3，第二转换单元12包括第七开关管Q7、第八开关管Q8、第四电容C4和第五电容C5。

其中，第一电容C1的第一端与电单元50的第一端相连，第一电容C1的第二端与第二谐振电路模块20的第二端相连。第一电容C1可以对第一谐振电路模块10的输入电信号进行滤波，减小电信号干扰。

第一开关管Q1的第一端分别与第一电容C1的第一端、电单元50的第一端相连，第一开关管Q1的控制端与控制模块40相连，第一开关管Q1的第二端与第二开关管Q2的第一端相连，第二开关管Q2的第二端分别与第一电容C1的第二端、第四开关管Q4的第二端相连，第二开关管Q2的控制端与控制模块40相连，第一开关管Q1的第二端与第二开关管Q2的第一端之间具有第一节点O1。第二电容C2的第一端分别与第一电容C1、第一开关管Q1的第一端相连，第二电容C2的第二端与第三电容C3的第一端相连，第三电容C3的第二端分别与第一电容C1的第一端、第二开关管Q4的第二端相连，第二电容C2的第二端与第三电容C3的第一端之间具有第二节点O2。

第一变压器T1包括第一线圈W1和第二线圈W2，第一线圈W1的第一端通过第一电感L1与第一节点O1相连，第一线圈W1的第二端与第二节点O2相连。

第七开关管Q7的第一端与直流转换电路模块30的第一端相连，第七开关管Q7的控制端与控制模块50相连，第七开关管Q7的第二端与第八开关管Q8的第一端相连，第八开关管Q8的第二端与直流转换电路模块30的第二端相连，第八开关管Q8的控制端与控制模块40相连，第七开关管Q7的第二端与第八开关管Q8的第一端之间具有第三节点O3，第三节点O3通过第二电感L2与第二线圈W2的第一端相连。第四电容C4的第一端分别与第七开关管Q7的第一端、直流转换电路模块30的第一端相连，第四电容C4的第二端与第五电容C5的第一端相连，第五电容C5的第二端分别与第八开关管Q8的第一端、直流转换电路模块30的第二端相连，第四电容C4的第二端与第五电容C5的第一端之间具有第四节点O4，第四节点O4与第二线圈W2的第二端相连。在充电模式时，第七开关管Q7、第八开关管Q8、第四电容C4和第五电容C5可以构成整流电路结构，在放电模式时，第七开关管Q7、第八开关管Q8、第四电容C4和第五电容C5可以构成逆变电路结构。

如图5所示，第三转换单元21包括第六电容C6、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第七电容C7、第八电容C8，第四转换单元22包括第九开关管Q9、第十开关管Q10、第九电容C9和第十电容C10。

其中，第六电容C6的第一端与电单元50的第二端相连，第六电容C6的第二端分别与第一电容C1的第二端、第二开光管Q2的第二端、第三电容C3的第二端相连。

第三开关管Q3的第一端与第六电容C6的第一端相连，第三开关管Q3的控制端与控制模块50相连，第三开关管Q3的第二端与第四开关管Q4的第一端相连，第四开关管Q4的第二端与第六电容C6的第二端的第二端相连，第四开关管Q4的控制端与控制模块40相连，第三开关管Q3的第二端与第四开关管Q4的第一端之间具有第五节点O5。

第七电容C7的第一端分别与第三开关管Q3的第一端、第六电容C6的第一端相连，第七电容C7的第二端与第八电容C8的第一端相连，第八电容C8的第二端分别与第六电容C6的第二端、第四开关管Q4的第二端相连，第七电容C7的第二端与第八电容C8的第一端之间具有第六节点O6。

第二变压器T2包括第三线圈W3和第四线圈T4，第三线圈T3的第一端通过第三电感L3与第五节点O5相连，第三线圈W3的第二端与第六节点O6相连。

第九开关管Q9的第一端与直流转换电路模块30的第一端相连，第九开关管Q9的控制端与控制模块40相连，第九开关管Q9的第二端与第十开关管Q10的第一端相连，第十开关管Q10的第二端与直流转换电路模块30的第二端相连，第十开关管Q10的控制端与控制模块40相连，第九开关管Q9的第二端与第十开关管Q10的第一端之间具有第七节点O7，第七节点O7通过第四电感L4与第四线圈W4的第一端相连。

第九电容C9的第一端分别与第九开关管Q9的第一端、直流转换电路模块40的第一端相连，第九电容C9的第二端与第十电容C10的第一端相连，第十电容C10的第二端分别与第十开关管Q10的第二端、直流转换电路模块30的第二端相连，第九电容C9的第二端与第十电容C10的第一端之间具有第八节点O8，第八节点O8与第四线圈W4的第二端相连。

图5为根据本发明的一个实施例的没有选通电路模块的车载充电系统的电路图，如图6所示，为根据本发明的一个实施例的包括选通电路模块的车载充电系统的电路图，其中，如上面所述，选通电路模块70包括第五开关管Q5和第六开关管Q6，控制模块40根据供电周期信号，来控制选通电路模块70以及串联导通的开关管，从而实现谐振电路的选通。如图6所示，其它电路模块例如第一谐振电路模块10、第二谐振电路模块20，直流转换电路模块30与图5中的电路结构相同，可以参照对应图5中的描述，在此不再赘述。

具体地，参照图5所示，在对电池包60充电时，在供电第一半周期时，当电网电压为正半周期时，控制模块40控制第三开关管Q3和第四开关管Q4保持导通，或者，如图6所示，控制第三开关管Q3、第四开关管Q4、第六开关管Q6保持导通，并控制第五开关管Q5关断，第一谐振电路模块10被选通；电网电压施加在第一电容C1上，通过控制模块40对第一开关管Q1和第二开关管Q2以固定频率、固定占空比开通或关断，第二电容C2、第三电容C3的充电或放电，在第一开关管Q1、第二开关管Q2的中点即第一节点O1和第二电容C2、第三电容C3中点即第二节点O2之间形成交流电压。交流电信号经过第一变压器T1隔离后，传输至第七开关管Q7、第八开关管Q8、第四电容C4和第五电容C5组成的整流电路，通过对第七开关管Q7、第八开关管Q8的导通或关断控制，以及第四电容C4、第五电容C5的充电或放电，将第七开关管Q7、第八开关管Q8的中点即第三节点O3和第四电容C4、第五电容C5的中点即第四节点O4之间的交流电压转换为直流电压输出，即提供给直流转换电路模块30的电压，从而实现交流-直流转换。

同理地，如图5所示，在供电第二半周期时，例如当电网电压为负半周期时，控制模块40控制第一开关管Q1和第二开关管Q2保持导通，或者，如图6所示，控制模块40控制第一开关管Q1和第二开关管Q2、第五开关管Q5保持导通，控制第六开关管Q6关断，第二谐振电路模块20被选通，第一谐振电路模块10不工作；电网电压施加在第六电容C6上，而控制模块40对第三开关管Q3和第四开关管Q4以固定频率、固定占空比进行开通或关断控制，以及第七电容C7、第八电容C8的充电或放电，在第三开关管Q3和第四开关管Q4的中点即第三节点O3和第七电容C7、第八电容C8的中点即第四节点O6之间形成交流电压。交流电信号经过第二变压器T2隔离后，传输至由第九开关管Q9、第十开关管Q10、第九电容C9和第十电容C10组成整流电路，控制模块40通过对第九开关管Q9、第十开关管Q10的导通、关断控制，以及，第九电容C9、第十电容C10的充电或放电，将第九开关管Q9、第十开关管Q10的中点即第七节点O7和第九电容C9、第十电容C10的中点即第八节点O8之间的交流电压转换为直流电压输出，实现交流-直流转换。

如图5或图6所示，直流转换电路模块30包括第十一电容C11、第十一开关管Q10、第十二开关管Q12、第十二电容C12。

其中，第十一电容C11可以实现谐振电路与直流转换电路之间的滤波，在本发明实施例中，由于控制模块40根据供电周期信号，选通谐振电路，从而使得输入直流转换电路模块30的电信号为馒头波，因而，无需大容量的电解电容进行滤波，第十一电容C11可以采用小容量电容器件，例如薄膜电容，降低了成本和系统体积。第十一电容C11的第一端分别与第七开关管Q7的第一端、第四电容C4的第一端、第四转换单元22的第一端如图例如第九开关管Q9的第一端、第九电容C9的第一端相连，第十一电容C11的第二端分别与第八开关管Q8的第二端、第五电容C5的第二端、第四转换单元22的第二端具体如图所示与第十开关管Q10的第二端、第十电容C10的第二端相连。

第十一开关管Q11的第一端与电池包60的第一端相连，第十一开关管Q11的控制端与控制模块40相连，第十一开关管Q11的第二端与第十二开关管Q12的第一端相连，第十一开关管Q11的控制端与控制模块40相连，第十二开关管Q12的第二端分别与第十一电容C11的第二端、电池包60的第二端相连，第十二开关管Q12的控制端与控制模块40相连，第十一开关管Q11的第二端与第十二开关管Q12的第一端之间具有第九节点O9，第九节点O9通过第五电感L5与第十一电容C11的第一端相连；第十二电容C12的第一端分别与第十一开关管Q11的第一端、电池包60的第一端相连，第十二电容C12的第二端分别与第十二开关管Q12的第二端、电池包60的第二端相连，第十二电容C12起到滤波作用。

本实施例通过将直流转换电路模块30后置，因此，可以通过控制直流转换电路模块30的占空比，以调整输出至电池包60的充电电压或充电功率，从而既拓宽了适配电池包的电压范围，也缩短了电池的充电时长以及提高电池包60的充电效率，并实现功率因数矫正。

直流转换电路模块30将输入的直流电压进行调节，以提供给电池包60。具体地，第十二开关管Q12导通且第十一开关管Q11关断时，第五电感L5的电流上升，如图5或6所示，电流流向为A→L5→Q12→B；第十二开关管Q12关断且第十一开关管Q11导通时，第五电感L5的电流下降，如图5或6所示，电流流向为A→L5→Q11→电池包→B。通过控制模块40对第十二开关管Q10进行高频开、关控制，使得第五电感L5的电流波形跟踪第十一电容C11的电压，可以实现功率因数矫正，第五电感L5的电流幅值取决于充电功率。

第十一电容C11上的电压和电网电压的绝对值成正比，由于第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20输出电压波形为馒头波，因而无需大容量的电解电容进行滤波，故第十一电容C11可选小容量的电容，例如薄膜电容，降低成本，减小系统体积。

基于如图5和6所示的车载充电系统100的电路结构，也可以工作在放电模式，即实现电池包60放电，具体过程包括电池包60输出电信号，经由直流转换电路模块30进行直流转换，进而经由第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20的选通输出交流电信号，为用电设备供电，具体过程如下。

当车载充电系统100工作在放电模式时，电池包60放电，输出直流电，直流转换电路模块30进行直流-直流转换，实现调节电压功能，控制模块40根据供电周期信号选通第一谐振电路模块10或者第二谐振电路模块20，输出工频交流电，为用电设备供电或者反馈给电网。

参照图5或6所示，具体地，直流转换电路模块30的开关时序为：第十一开关管Q11导通时，第五电感L5电流上升，电池包60向后级电路传递能量；第十一开关管Q11关断时，第五电感L5电流下降，通过第十二开关管Q10续流，并向后级传递能量。控制模块40通过对第十一开关管Q11的开通和关断控制，调节输出电压，即第十一电容C11两端电压，电压幅值取决于第十一开关管Q11的开关占空比与电池包60电压。

对于第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20，在输出交流电的正半周期时，选通第一谐振电路模块10。具体地，控制第七开关管Q7和第八开关管Q8以固定频率、固定占空比开通或关断，以及第四电容C4、第五电容C5的充电或放电，在第七开关管Q7和第八开关管Q8的中点即第三节点O3和第四电容C4、第五电容C5的中点即第四节点O4之间形成交流电压。经过第一变压器T1的隔离后，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第二电容C2和第三电容C3实现整流功能，通过第一开关管Q1、第二开关管Q2的开通或关断，以及第二电容C2、第三电容C3的充电或放电，将第一开关管Q1、第二开关管Q2的中点即第一节点O1和第二电容C2、第三电容C3的中点即第二节点O2之间的交流电压转换为工频交流电的正半周期部分，即第一电容C1两端电压，从而实现工频交流电的正半周期部分输出。

同样地，在系统输出交流电的负半周期时，选通第二谐振电路模块20，第九开关管Q9和第十开关管Q10以固定频率、固定占空比开通或关断，以及第九电容C9、第十电容C10充电或放电，在第九开关管Q9和第十开关管Q10的中点即第五节点O5和第九电容C9、第十电容C10的中点即第六节点O6之间形成交流电压。经过第二变压器T2的变压和隔离后，交流电信号传输至由第三开关管Q3、第四开关管Q4、第七电容C7和第八电容C8组成的整流电路，通过第三开关管Q3、第四开关管Q4的导通或关断，以及第七电容C7、第八电容C8的充电或放电，将第三开关管Q3、第四开关管Q4的中点即第五节点O5和第七电容C7、第八电容C8的中点即第六节点O6之间的交流电压转换为工频交流电的负半周期，即第六电容C6两端电压，实现工频交流电的负半周期输出。

以上描述了本发明实施例的车载充电系统100的双向充电电路结构，在一些实施例中，本发明实施例的车载充电系统100还包括单向充电电路结构。

图7为根据本发明的一个实施例的车载充电系统的电路图，图8为根据本发明的另一个实施例的车载充电系统的电路图，其中，图7中不包括选通电路模块70，图8中包括选通电路模块70，其它电路结构两者相同，下面参照附图7和图8对本发明实施例的车载充电系统100进行说明。

如图7或8所示，第一转换单元11包括第十三电容C13、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第十四电容C14、第十五电容C15，第二转换单元12包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4。

其中，第十三电容C13的第一端与电单元50例如电网的第一端相连，第十三电容C13的第二端与第二开关管Q2的第二端相连。第十三电容C13用于对电网输入的电信号进行滤波，以减小干扰。

第一开关管Q1的第一端分别与电单元50的第一端、第十三电容C13的第一端相连，第一开关管Q1的控制端与控制模块40相连,第一开关管Q1的第二端与第二开关管Q2的第一端相连，第二开关管Q2的第二端分别与第十三电容C13的第二端、第四开关管Q4的第二端相连，第二开关管Q2的控制端与控制模块40相连，第一开关管Q1的第二端与第二开关管Q2的第一端之间具有第十节点O10；第十四电容C14的第一端分别与第十三电容C13的第一端、第一开关管Q1的第一端相连，第十四电容C14的第二端与第十五电容C15的第一端相连，第十五电容C15的第二端分别与第十三电容C13的第二端、第二开关管Q12的第二端相连，第十四电容C14的第二端与第十五电容C15的第一端之间具有第十一节点O11。

第一变压器T1包括第一线圈W1和第二线圈W2，第一线圈W1的第一端通过第六电感L6与第十节点O10相连，第一线圈W1的第二端与第十一节点O11相连。第三变压器T3实现变压和隔离。

第一二极管D1的第一端与直流转换电路模块30的第一端相连，第一二极管D1的第二端与第二二极管D2的第一端相连，第二二极管D2的第二端与直流转换电路模块20的第二端相连，第一二极管D1的第二端与第二二极管D2的第一端之间具有第十二节点O12，第十二节点O12与第二线圈W2的第一端相连。第三二极管D3的第一端分别与第一二极管D1的第一端、直流转换电路模块30的第一端相连，第三二极管D3的第二端与第四二极管D4的第一端相连，第四二极管D4的第二端分别与第二二极管D2的第二端、直流转换电路模块30的第二端相连，第三二极管D3的第二端与第四二极管D4的第一端之间具有第十三节点O13，第十三节点O13与第二线圈W2的第二端相连。第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4组成整流电路。

如图7或8所示，第三转换单元21包括第十六电容C16、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第十七电容C17、第十八电容C18，第四转换单元22包括第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7和第八二极管D8。

其中，第十六电容C16的第一端与电单元50例如电网的第二端相连，第十六电容C16的第二端分别与第十三电容C13、第二开光管Q2的第二端、第十五电容C15的第二端相连。第十六电容C16用于对电网输入的电信号进行滤波，减小干扰。

第三开关管Q3的第一端与第十六电容C16的第一端相连，第三开关管Q3的控制端与控制模块40相连，第三开关管Q3的第二端与第四开关管Q4的第一端相连，第四开关管Q4的第二端与第十六电容C16的第二端相连，第四开关管Q14的控制端与控制模块40相连，第三开关管Q13的第二端与第四开关管Q14的第一端之间具有第十四节点O14。

第十七电容C17的第一端分别与第十六电容C16的第一端、第三开关管Q3的第一端相连，第十七电容C17的第二端与第十八电容C18的第一端相连，第十八电容C18的第二端分别与第十六电容C16的第二端、第四开关管Q4的第二端相连，第十七电容C17的第二端与第十八电容C18的第一端之间具有第十五节点O15。

第二变压器T2包括第三线圈W3和第四线圈W4，第三线圈W3的第一端通过第七电感L7与第十四节点O14相连，第三线圈W3的第二端与第十五节点O15相连。

第五二极管D5的第一端与直流转换电路模块30的第一端相连，第五二极管D5的第二端与第六二极管D6的第一端相连，第六二极管D6的第二端与直流转换电路模块30的第二端相连，第五二极管D5的第二端与第六二极管D6的第一端之间具有第十六节点O16，第十六节点O16与第四线圈W4的第一端相连。第七二极管D7的第一端分别与第五二极管D5的第一端、直流转换电路模块30的第一端相连，第七二极管D7的第二端与第八二极管D8的第一端相连，第八二极管D8的第二端分别与第六二极管D6的第二端、直流转换电路模块30的第二端相连，第七二极管D7的第二端与第八二极管D8的第一端之间具有第十七节点O17，第十七节点O17与第四线圈W4的第二端相连。第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8组成整流电路。

具体地，如图7所示，在对电池包60充电时，在供电第一半周期时，例如当电网电压为正半周期时，控制模块40控制第三开关管Q3和第四开关管Q4保持导通,或者，如图8所示，控制第三开关管Q3和第四开关管Q4、第六开关管Q6导通，并控制第五开关管Q5关断，选通第一谐振电路模块10，第二谐振电路模块20不工作。电网电压施加在第十三电容C13上，通过控制模块40对第一开关管Q1和第二开关管Q2以固定频率、固定占空比开通或关断的控制，以及第十四电容C14、第十五电容C15充电或放电，在第一开关管Q1、第二开关管Q2的中点即第十节点O10和第十四电容C14、第十五电容C15的中点即第十一节点O11之间形成交流电压。经过第三变压器T3隔离后，交流电信号提供至第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4组成的整流电路，对交流电压进行整流形成直流电压，即提供给直流转换电路模块30的第十九电容C19两端的电压，从而实现交流-直流转换。

同理地，如图7所示，在对电池包60充电时，在供电第二半周期时，例如当电网电压为负半周期时，控制模块40控制第一开关管Q1和第二开关管Q2保持导通，或者如图8所示，控制第一开关管Q1、第二开关管Q2、第五开关管Q5导通，控制第六开关管Q6关断，第二谐振电路模块20被选通，第一谐振电路模块10不工作。具体地，电网电压施加在第十六电容C16上，而控制模块40对第三开关管Q3和第四开关管Q4以固定频率、固定占空比进行开通或关断控制，以及第十七电容C17、第十八电容C18的充电或放电，在第三开关管Q3、第四开关管Q4的中点即第十四节点O14和第十七电容C17、第十八电容C18的中点即第十五节点O15之间形成交流电压。经过第四变压器T4隔离后，交流电信号提供给后级的由第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8组成的整流电路，整流电路将输入的交流电压整流为直流电压，实现交流-直流转换。

如图7或图8所示，直流转换电路模块30包括第十九电容C19、第九二极管D9、第十三开关管Q15和第二十电容C20。

其中，第十九电容C19的第一端分别与第一二极管D1的第一端、第三二极管D3的第一端、第四转换单元22具体如图所示与第五二极管D5的第一端、第七二极管D7的第一端相连，第十九电容C19的第二端分别与第二二极管D2的第二端、第四二极管D4、第四转换单元22具体如图所示与第六二极管D6的第二端、第八二极管D8的第二端相连。第十九电容C19用于对输入电信号进行滤波。

第九二极管D9的第一端与电池包60的第一端相连，第九二极管D9的第二端与第十五开关管Q15的第一端相连，第十三开关管Q15的第二端分别与第十九电容C19的第二端、电池包60的第二端相连，第十三开关管Q15的控制端与控制模块40相连，第九二极管D9的第二端与第十三开关管Q15的第一端之间具有第十八节点O18，第十八节点Q18通过第八电感L8与第十九电容C19的第一端相连。

第二十电容C20用于对传输至电池包60的电信号进行滤波，第二十电容C20的第一端分别与第九二极管D9的第一端、电池包60的第一端相连，第二十电容C20的第二端分别与第十三开关管Q15的第二端、电池包60的第二端相连。

第十九电容C19上的电压和电网电压的绝对值成正比，由于第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20输出电压波形为馒头波，因而无需大容量的电解电容进行滤波，故第十九电容C19可选小容量的电容，例如薄膜电容。

本实施例通过将直流转换电路模块30后置，因此，可以通过控制直流转换电路模块30的占空比，以调整输出至电池包60的充电电压或充电功率，从而既拓宽了适配电池包的电压范围，也缩短了电池的充电时长以及电池包60的充电效率，并实现功率因数矫正。

直流转换电路模块30将输入的直流电压进行调节，以提供给电池包60。具体地，第十三开关管Q13导通时，第八电感L8的电流上升，如图7或图8所示，电流流向为A→L8→Q13→B；第十三开关管Q13关断，第八电感L8的电流下降，如图7或图8所示，电流流向为A→L8→D9→电池包→B。通过控制模块40对第十三开关管Q15进行高频开、关控制，使得第八电感L8的电流波形跟踪第十九电容C19的电压，可以实现功率因数矫正，第八电感L8的电流幅值取决于充电功率。

在本发明的实施例中，开关管可以选择MOS管或者三极管或者其它适用的开关器件。

另外，对于图1中的Part2’部分为LLC拓扑，当输出电压范围较宽时，开关频率偏离谐振频率较大，导致充电效率低。本发明实施例的车载充电系统100，可以通过控制模块40对后级的直流转换电路模块30工作的占空比进行调节，以控制充电功率，可适配的电池电压范围更宽。

概括来说，本发明实施例的车载充电系统100，通过控制模块40根据供电周期信号来控制谐振电路的两端串联导通，以选通第一谐振电路模块10或者第二谐振电路模块20，使得谐振电路模块输出至直流转换线路模块的信号为馒头波，因而不需要大容量的电解电容进行滤波，故该系统采用无电解电容设计,只需使用小容量的电容，如薄膜电容，降低了电解电容部分的成本和体积，提高了产品可靠性和寿命。以及，即使设置选通电路模块70，也可以通过对开关管的串并联导通控制，来降低导通损耗；以及通过对直流转换电路模块30的工作占空比调节，可以适配更大的电池电压范围。

基于上面实施例的车载充电系统，下面参照附图描述根据本发明第二方面实施例的车辆。

图9是根据本发明的一个实施例的车辆的框图。如图9所示，本发明实施例的车辆1000包括电池包60和上面实施例的车载充电系统100，其中，车载充电系统100的组成可以参照上面实施例的说明，当然该车辆1000还包括其它系统例如传动系统、动力系统、转向系统等等，在此不一一列举。

根据本发明实施例的车辆1000，通过采用上面实施例的车载充电系统100，可以降低成本，提高可靠性，利于拓展充电电压范围和提高充电功率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种车载充电系统，其特征在于，包括：

第一谐振电路模块，用于对供电第一半周期的电信号进行转换处理，所述第一谐振电路模块包括第一转换单元、第一变压器、第二转换单元，所述第一转换单元包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第一端与电单元的第一端相连，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端相连，其中，所述第一转换单元与所述第一变压器连接，所述第一变压器还与所述第二转换单元连接；

第二谐振电路模块，用于对供电第二半周期的电信号进行转换处理，所述第二谐振电路模块包括第三转换单元、第二变压器、第四转换单元，所述第三转换单元包括第三开关管和第四开关管，所述第三开关管的第一端与所述电单元的第二端相连，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端相连，所述第四开关管的第二端与所述第二开关管的第二端相连，其中，所述第三转换单元与所述第二变压器连接，所述第二变压器还与所述第四转换单元连接；

直流转换电路模块，所述直流转换电路模块分别与所述第二转换单元、所述第四转换单元、电池包相连，用于对输入电信号进行直流-直流转换；

控制模块，用于在供电第一半周期时控制第三开关管、所述第四开关管保持导通，并根据供电第一半周期的时序信号控制所述第一谐振电路模块，或者，在供电第二半周期时控制所述第一开关管、所述第二开关管保持导通，并根据供电第二半周期的时序信号控制所述第二谐振电路模块。

2.根据权利要求1所述的车载充电系统，其特征在于，所述车载充电系统还包括：

选通电路模块，所述选通电路模块包括第五开关管和第六开关管，所述第五开关管的第一端与所述电单元的第一端相连，所述第五开关管的第二端分别与所述第二开关管的第二端、所述第四开关管的第二端相连，所述第六开关管的第一端与所述电单元的第二端相连，所述第六开关管的第二端分别与所述第二开关管的第二端、所述第四开关管的第二端相连；

所述控制模块还用于，在所述供电第一半周期时，控制所述第五开关管关断，以及控制所述第六开关管、所述第三开关管、所述第四开关管导通，并根据供电第一半周期的时序信号控制所述第一谐振电路模块，或者，在所述供电第二半周期时，控制所述第六开关管关断，以及控制所述第五开关管、所述第一开关管、所述第二开关管导通，并根据供电第二半周期的时序信号控制所述第二谐振电路模块。

3.根据权利要求1或2所述的车载充电系统，其特征在于，

所述第一转换单元还包括第一电容、第二电容、第三电容，其中，所述第一电容的第一端与所述电单元的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述第二开关管的第二端相连，所述第二电容的第一端与所述第一开关管的第一端相连，所述第二电容的第二端与所述第三电容的第一端相连，所述第三电容的第二端与所述第二开关管的第二端相连，所述第一开关管的第一端与所述第二开关管的第二端之间具有第一节点，所述第二电容的第二端与所述第三电容的第一端之间具有第二节点；

所述第一变压器包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈的第一端通过第一电感与所述第一节点相连，所述第一线圈的第二端与所述第二节点相连；

所述第二转换单元包括第七开关管、第八开关管、第四电容、第五电容，所述第七开关管的第一端与所述直流转换电路模块的第一端相连，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第一端相连，所述第七开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第八开关管的第二端与所述直流转换电路模块的第二端相连，所述第八开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第一端之间具有第三节点，所述第三节点通过第二电感与所述第二线圈的第一端相连，所述第四电容的第一端与所述第七开关管的第一端、所述直流转换电路模块的第一端相连，所述第四电容的第二端与所述第五电容的第一端相连，所述第五电容的第二端与所述第八开关管的第二端、所述直流转换电路模块的第二端相连，所述第四电容的第二端与所述第五电容的第一端之间具有第四节点，所述第四节点与所述第二线圈的第二端相连。

4.根据权利要求1或2所述的车载充电系统，其特征在于，

所述第三转换单元还包括第六电容、第七电容和第八电容，其中，所述第六电容的第一端与所述电单元的第二端相连，所述第六电容的第二端与所述第四开关管的第二端相连，所述第七电容的第一端与所述第三开关管的第一端相连，所述第七电容的第二端与所述第八电容的第一端相连，所述第八电容的第二端与所述第四开关管的第二端相连，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端之间具有第五节点，所述第七电容的第二端与所述第八电容的第一端之间具有第六节点；

所述第二变压器包括第三线圈和第四线圈，所述第三线圈的第一端通过第三电感与所述第五节点相连，所述第三线圈的第二端与所述第六节点相连；

所述第四转换单元包括第九开关管、第十开关管、第九电容、第十电容，其中，所述第九开关管的第一端与所述直流转换电路模块的第一端相连，所述第九开关管的第二端与所述第十开关管的第一端相连，所述第九开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第十开关管的第二端与所述直流转换电路模块的第二端相连，所述第十开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第九开关管的第二端与所述第十开关管的第一端之间具有第七节点，所述第七节点通过第四电感与所述第四线圈的第一端相连，所述第九电容的第一端分别与所述第九开关管的第一端、所述直流转换电路模块的第一端相连，所述第九电容的第二端与所述第十电容的第一端相连，所述第十电容的第二端分别与所述第十开关管的第二端、所述直流转换电路模块的第二端相连，所述第九电容的第二端与所述第十电容的第一端之间具有第八节点，所述第八节点与所述第四线圈的第二端相连。

5.根据权利要求3所述的车载充电系统，其特征在于，所述直流转换电路包括：

第十一电容，所述第十一电容的第一端分别与所述第七开关管的第一端、所述第四电容的第一端、所述第四转换单元的第一端相连，所述第十一电容的第二端分别与所述第八开关管的第二端、所述第五电容的第二端、所述第四转换单元的第二端相连；

第十一开关管和第十二开关管，所述第十一开关管的第一端与所述电池包的第一端相连，所述第十一开关管的第二端与所述第十二开关管的第一端相连，所述第十一开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第十二开关管的第二端与分别与所述第十一电容的第二端、所述电池包的第二端相连，所述第十二开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第十一开关管的第二端与所述第十二开关管的第一端之间具有第九节点，所述第九节点通过第五电感与所述第十一电容的第一端相连；

第十二电容，所述第十二电容的第一端分别与所述第十一开关管的第一端、所述电池包的第一端相连，所述第十二电容的第二端分别与所述第十二开关管的第二端、所述电池包的第二端相连。

6.根据权利要求1或2所述的车载充电系统，其特征在于，

所述第一转换单元还包括第十三电容、第十四电容、第十五电容，其中，所述第十三电容的第一端与所述电单元的第一端相连，所述第十三电容的第二端与所述第二开关管的第二端相连，所述第十四电容的第一端与所述第一开关管的第一端相连，所述第十四电容的第二端与所述第十五电容的第一端相连，所述第十五电容的第二端与所述第二开关管的第二端相连，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端之间具有第十节点，所述第十四电容的第二端与所述第十五电容的第一端之间具有第十一节点；

所述第一变压器包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈的第一端通过第六电感与所述第十节点相连，所述第一线圈的第二端与所述第十一节点相连；

所述第二转换单元包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，其中，所述第一二极管的第一端与所述直流转换电路模块的第一端相连，所述第一二极管的第二端与所述第二二极管的第一端相连，所述第二二极管的第二端与所述直流转换电路模块的第二端相连，所述第一二极管的第二端与所述第二二极管的第一端之间具有第十二节点，所述第十二节点与所述第二线圈的第一端相连，所述第三二极管的第一端分别与所述第一二极管的第一端、所述直流转换电路模块的第一端相连，所述第三二极管的第二端与所述第四二极管的第一端相连，所述第四二极管的第二端分别与所述第二二极管的第二端、所述直流转换电路模块的第二端相连，所述第三二极管的第二端与所述第四二极管的第一端之间具有第十三节点，所述第十三节点与所述第二线圈的第二端相连。

7.根据权利要求6所述的车载充电系统，其特征在于，

所述第三转换单元还包括第十六电容、第十七电容和第十八电容，其中，所述第十六电容的第一端分别与所述电单元的第二端、所述第三开关管的第一端相连，所述第十六电容的第二端与所述第四开关管的第二端相连，所述第十七电容的第一端与所述第三开关管的第一端相连，所述第十七电容的第二端与所述第十八电容的第一端相连，所述第十八电容的第二端与所述第四开关管的第二端相连，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端之间具有第十四节点，所述第十七电容的第二端与所述第十八电容的第一端之间具有第十五节点；

所述第二变压器包括第三线圈和第四线圈，所述第三线圈的第一端通过第七电感与所述第十四节点相连，所述第三线圈的第二端与所述第十五节点相连；

所述第四转换单元包括第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管，其中，所述第五二极管的第一端与所述直流转换电路模块的第一端相连，所述第五二极管的第二端与所述第六二极管的第一端相连，所述第六二极管的第二端与所述直流转换电路模块的第二端相连，所述第五二极管与所述第六二极管之间具有第十六节点，所述第十六节点与所述第四线圈的第一端相连，所述第七二极管的第一端分别与所述第五二极管的第一端、所述直流转换电路模块的第一端相连，所述第七二极管的第二端与所述第八二极管的第一端相连，所述第八二极管的第二端分别与所述第六二极管的第二端、所述直流转换电路模块的第二端相连，所述第七二极管的第二端与所述第八二极管的第一端之间具有第十七节点，所述第十七节点与所述第四线圈的第二端相连。

8.根据权利要求7所述的车载充电系统，其特征在于，所述直流转换电路模块包括：

第十九电容，所述第十九电容的第一端分别与所述第一二极管的第一端、所述第三二极管的第一端、所述第四转换单元的第一端相连，所述第十九电容的第二端分别与所述第二二极管的第二端、所述第四二极管的第二端、所述第四转换单元的第二端相连；

第九二极管和第十三开关管，所述第九二极管的第一端与所述电池包的第一端相连，所述第九二极管的第二端与所述第十三开关管的第一端相连，所述第十三开关管的第二端分别与所述第十九电容的第二端、所述电池包的第二端相连，所述第十三开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第九二极管的第二端与所述第十三开关管的第一端之间具有第十八节点，所述第十八节点通过第八电感与所述第十八电容的第一端相连。

9.根据权利要求8所述的车载充电系统，其特征在于，所述直流转换电路模块还包括：

第二十电容，所述第二十电容的第一端分别与所述第九二极管的第一端、所述电池包的第一端相连，所述第二十电容的第二端分别与所述第十三开关管的第二端、所述电池包的第二端相连。

10.一种车辆，其特征在于，包括电池包和如权利要求1-9任一项所述的车载充电系统。

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