CN112572193A - 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，该车载充电系统包括转换电路模块、谐振电路模块和控制模块，转换电路模块转换输入的第一交流电信号为第一馒头波信号；谐振电路模块包括第一转换单元、变压器和第二转换单元，控制模块，用于在充电模式时，根据充电控制时序控制所述转换电路模块，以将所述第一交流电信号转换为第一馒头波信号，并控制所述第一转换单元转换所述第一馒头波信号为第二交流电信号，经所述变压器的隔离和变压后传输至所述第二转换单元，以及控制所述第二转换单元转换变压后的第二交流电信号为第二馒头波信号并输出。本发明的车载充电系统和车辆，采用小容量电容器件滤波即可，降低了成本、减小了系统体积，提高了稳定性。

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，以及包括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-直流转换和功率因数矫正，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’输出平直的直流信号给后级的Part2’，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，该系统无需大容量的电解电容，可以减小系统体积，降低成本，提高系统稳定性。

本发明另一个目的在于提出一种具有所述车载充电系统的车辆。

为了达到上述目的，本发明第一方面实施例的车载充电系统包括：转换电路模块，所述转换电路模块的第一端与电单元相连，用于转换输入的第一交流电信号为第一馒头波信号；谐振电路模块，用于对输入的第一馒头波信号进行转换，包括第一转换单元、变压器和第二转换单元，其中，所述第一转换单元的第一端与所述转换电路模块的第二端相连，所述变压器的初级侧与所述第一转换单元的第二端相连，所述变压器的次级侧与所述第二转换单元相连；控制模块，用于在充电模式时，根据充电控制时序控制所述转换电路模块，以将所述第一交流电信号转换为第一馒头波信号，并控制所述第一转换单元转换所述第一馒头波信号为第二交流电信号，经所述变压器的隔离和变压后传输至所述第二转换单元，以及控制所述第二转换单元转换变压后的第二交流电信号为第二馒头波信号并输出。

根据本发明实施例的车载充电系统，设置转换电路模块和谐振电路模块，在充电模式时，控制模块根据充电控制时序控制转换电路模块，以将第一交流信号转换为第一馒头波信号，由于转换电路模块输出信号为馒头波信号，所以，转换电路模块及其后级的谐振电路模块之间无需设置大容量的电解电容，以及，控制第二转换单元转换变压后的第二交流电信号为第二馒头波信号并输出，即谐振电路模块输出电信号也为馒头波，因此，谐振电路模块与后级电路之间也无需采用大容量的电解电容，只需小容量的电容器件例如薄膜电容即可，可以降低成本和系统体积，提高了产品可靠性和寿命，提升了该车载电源产品的抗震等级。

为了达到上述目的，本发明第二方面实施例的车辆，包括高压电池包、低压电池包和上面实施例的车载充电系统。

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，提升抗震等级。

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系统的电路图；

图2是根据本发明的一个实施例的车载充电系统的框图；

图3是根据本发明的一个实施例的转换电路模块输入电信号和输出电信号以及谐振电路模块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6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包括转换电路模块10、谐振电路模块20和控制模块30。其中，谐振电路模块20包括第一转换单元21、变压器T1和第二转换单元22。

其中，转换电路模块10的第一端与电单元60相连，用于转换输入的第一交流信号为第一馒头波信号。在本发明实施例中，电单元60可以为电网或用电负载，即当电单元为电网时，以实现充电操作，或当电单元为用电负载时，以实现动力电池放电操作。在充电模式时，转换电路模块10可以组成整流电路，或者，在放电模式时，转换电路模块10可以组成逆变电路。

转换电路模块10输出电信号为馒头波，因而，转换电路模块10与其后级电路即谐振电路模块20之间无需使用大容量的电解电容进行滤波，采用小容量的电容器件例如薄膜电容滤波即可，可以降低成本和系统体积，提高了产品可靠性和寿命，提升了该车载电源产品的抗震等级。

谐振电路模块20用于对输入的第一馒头波信号进行转换，包括第一转换单元21、变压器T1和第二转换单元22，其中，第一转换单元21的第一端与转换电路模块10的第二端相连，变压器T1的初级侧与第一转换单元21的第二端相连，变压器T1的次级侧与第二转换单元22相连。

控制模块30用于在充电模式时，根据充电控制时序控制转换电路模块10，以将第一交流电信号转换为第一馒头波信号，并控制第一转换单元21转换第一馒头波信号为第二交流电信号，经变压器T1的隔离和变压后传输至第二转换单元22，以及控制第二转换单元22转换变压后的第二交流电信号为第二馒头波信号并输出。

其中，转换电路模块10输入的第一交流信号的波形如图2中(a)所示，转换电路模块10输出电信号如图3中(b)所示，即转换电路模块10输出馒头波；以及，第二转换单元22输出的电信号如图3中(C)所示，即第二转换单元22输出给后级电路的电信号也为馒头波信号。

根据本发明实施例的车载充电系统100，设置转换电路模块10和谐振电路模块20，在充电模式时，控制模块30根据充电控制时序控制转换电路模块10，以将第一交流信号转换为第一馒头波信号，由于转换电路模块输出信号为馒头波信号，所以，转换电路模块10及其后级的谐振电路模块20之间无需设置大容量的电解电容，以及，控制第二转换单元22转换变压后的第二交流电信号为第二馒头波信号并输出，即谐振电路模块输出电信号也为馒头波，因此，谐振电路模块20与后级电路之间也无需采用大容量的电解电容，只需小容量的电容器件例如薄膜电容即可，可以降低成本和系统体积，提高了产品可靠性和寿命，提升了该车载电源产品的抗震等级。

进一步地，如图4所示，本发明实施例的车载充电系统100还包括第一直流转换电路模块40，第一直流转换电路模块40分别与第二转换单元22、高压电池包70相连，用于在充电模式时，转换第二馒头波信号为第一直流电信号，以为高压电池包70充电。

本发明实施例的车载充放电系统100，将第一直流转换电路模块40后置，因此，可以通过控制第一直流转换电路模块40的占空比，调整输出至高压电池包70的充电电压或充电功率，既可以拓宽适配高压电池包70的电压范围，也可以缩短高压电池包70的充电时长以及高压电池包70的充电效率。

或者，第一直流转换电路模块40用于在放电模式时，转换高压电池包70输出的第二直流电信号为第三馒头波信号，第二转换单元22转换第三馒头波信号为第三交流电信号，经变压器T1的隔离和变压后传输至第一转换单元21，第一转换单元21转换变压后的第三交流电信号为第四馒头波信号，转换电路模块10转换第四馒头波信号为第四交流电信号并输出至外部。

在实施例中，第一直流转换电路模块40可以为boost电路或buck电路，在高压电池包70正向充电时，第一直流转换电路模块40调节充电功率和功率因数矫正，在高压电池包反向放电时，第一直流转换电路模块40实现电压调节。

其中，在充电模式时，转换电路模块10输出馒头波，以及第二转换单元22输出馒头波，因此，转换电路模块10与第一转换单元21之间可以采用小容量的滤波电容，同样地，第二转换单元22与第一直流转换单元模块40之间也可以采用小容量的滤波电容；同样地，在放电模式时，第一直流转换电路模块40输出为馒头波，以及第一转换单元21输出也为馒头波，因此，满足无大容量电解电容的设计，可以实现放电模式。

进一步地，如图4所示，本发明实施例的车载充电系统100还包括整流电路单元23和第二直流转换电路模块50。

其中，整流电路单元23与变压器T1的次级侧相连，第二直流转换电路模块50分别与整流电路单元23、低压电池包71相连。整流电路单元23用于转换变压后的第二交流电信号为第五馒头波信号并输出。因此，整流电路单元23与第二直流转换电路模块51之间也可以适用小容量滤波电容，降低成本和系统体积，提高稳定性。

第二直流转换电路模块50用于在充电模式时，转换第五馒头波信号为第三直流电信号，以为低压电池包71充电。在实施例中，第二直流转换电路模块50可以为boost电路，在低压电池包71正向充电时，第二直流转换电路模块50可以调节充电功率和功率因数矫正。

同样地，将第二直流转换电路模块50后置，因此，可以通过控制第二直流转换电路模块50的占空比，调整输出至低压电池包71的充电电压或充电功率，既可以拓宽适配低压电池包71的电压范围，也可以缩短低压电池包71的充电时长以及低压电池包71的充电效率。

或者，第二直流转换电路模块50用于在高压电池包70为低压电池包71充电的模式时，第一直流转换电路模块40转换高压电池包70输出的第四直流电信号为第六馒头波信号，满足设置小容量滤波电容的条件，第二转换单元22转换第六馒头波信号为第五交流电信号，经变压器T1的隔离和变压后传输至整流电路单元23，整流电路单元23转换变压后的第五交流电信号为第七馒头波信号，也满足使用小容量滤波电容的条件，第二直流转换电路模块50转换第七馒头波信号为第五直流电池信号，以为低压电池包71充电。

在一些实施例中，如图4所示，车载充电系统100还可以包括滤波器80，滤波器80的一端与电单元60相连，滤波器80的另一端与转换电路模块10相连。滤波器80可以去除电信号中共模和差模的干扰。

因此，本发明实施例的车载充电系统100，可以采用无大容量的电解电容设计，使用小容量滤波电容例如薄膜电容即可，降低了成本，减小了系统体积，提高了稳定性，并且，可以实现充电模式、放电模式以及高压电池包70对低压电池包71充电的模式。

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。

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。

如图5所示，转换电路模块10包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4。其中，第一开关管Q1的第一端与第一转换单元21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，第一开关管Q1的控制端与控制模块30相连，第二开关管Q2的第二端与第一转换单元21的第二端相连，第二开关管Q2的控制端与控制模块30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，第一节点O1与电单元60的第一端相连，或者，在设置有滤波器80时，第一节点O1通过滤波器80与电单元60的第一端相连。

第三开关管Q3的第一端分别与第一开关管Q1的第一端、第一转换单元21的第一端相连，第三开关管Q3的第二端与第四开关管Q4的第一端相连，第三开关管Q3的控制端与控制模块30相连，第四开关管Q4的第二端分别与第二开关管Q2的第二端、第一转换单元21的第二端相连，第四开关管Q4的控制端与控制模块30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二节点O2，第二节点O2与电单元60的第二端相连，或者，在设置有滤波器80时，第二节点O2可以通过滤波器80与电单元60的第二端相连。

在充电模式时，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4构成整流电路，控制模块30控制第一开关管Q1、第四开关管Q4同步导通或关断，以及控制第二开关管Q2、第三开关管Q3同步导通或关断，将第一开关管Q1、第二开关管Q2的中点即第一节点O1和第三开关管Q3和第四开关管Q4中点即第二节点O2之间的交流输入电压整流为直流电压，以将电单元60提供的第一交流电信号转换为第一馒头波信号，输出波形如图3中(b)所示，并提供给第一转换单元21，即第一转换单元21输入电压为整流后的馒头波电压，因此，转换电路模块10与第一转换单元21之间无需设置大容量电解电容，采用小容量滤波电容器件即可，降低了成本，减小了系统体积，提高了稳定性。

如图5所示，第一转换单元21包括第一电容C1、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8。

第一电容C1的第一端与第三开关管Q3的第一端相连，第一电容C1的第二端与第四开关管Q4的第二端相连,如上面说明，转换电路模块10提供的电压即第一电容C1两端的电压信号为馒头波，因此，第一电容C1可以采用小容量的电容例如薄膜电容，降低成本和体积。

第五开关管Q5的第一端与第一电容C1的第一端相连，第五开关管Q5的第二端与第六开关管Q6的第一端相连，第五开关管Q5的控制端与控制模块30相连，第六开关管Q6的第二端与第一电容C1的第二端相连，第六开关管Q6的控制端与控制模块30相连，第五开关管Q5的第二端与第六开关管Q6的第一端之间具有第三节点O3。

第七开关管Q7的第一端与第五开关管Q5的第一端相连，第七开关管Q7的第二端与第八开关管Q8的第一端相连，第七开关管Q7的控制端与控制模块30相连，第八开关管Q8的第二端与第六开关管Q6的第二端相连，第八开关管Q8的控制端与控制模块30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四节点O4。

变压器T1的初级侧包括第一线圈W1，第一线圈W1的第一端通过第一电感L1与第三节点O3相连，第一线圈W1的第二端通过第二电容C2与第四节点O4相连；变压器T1的次级侧包括第二线圈W2、第三线圈W3和第四线圈W4，第二线圈W2与第二转换单元22相连，第三线圈W3、第四线圈W4与整流电路单元23相连。第三线圈W3的第二端与第四线圈W4的第一端为第一公共端。

如图5所示，第二转换单元22包括第十一开关管Q11、第十二开关管Q12、第十三开关管Q13、第十四开关管Q14和第四电容C4。

其中，第十二开关管Q12的第一端与第一直流转换电路模块40的第一端相连，第十二开关管12的第二端与第十一开关管Q11的第一端相连，第十二开关管Q12的控制端与控制模块30相连，第十一开关管Q11的第二端与第一直流转换电路模块40的第二端相连，第十一开关管Q11的控制端与控制模块30相连，第十一开关管Q11的第一端与第十二开关管Q12的第二端之间具有第五节点O5，第五节点O5通过第二电感L2与第二线圈W1的第一端相连。

第十三开关管Q13的第一端分别与第十二开关管Q12的第一端、第一直流转换电路40模块的第一端相连，第十三开关管Q13的第二端与第十四开关管Q14的第一端相连，第十三开关管Q13的控制端与控制模块30相连，第十四开关管Q14的第二端分别与第十一开关管Q11的第二端、第一直流转换电路模块40的第二端相连，第十四开关管Q14的控制端与控制模块30相连，第十三开关管Q13的第二端与第十四开关管Q14的第一端之间具有第六节点O6，第六节点O6通过第三电容C3与第二线圈W2的第二端相连。

第四电容C4的第一端与第十三开关管Q13的第一端相连，第四电容C4的第二端与第十四开关管Q14的第二端相连。

其中，在充电模式时，控制第十一开关管Q11、第十三开关管Q13同步导通或关断，以及，控制第十二开关管Q12、第十四开关管Q14同步导通或关断，以将变压器T1转换、变压后传输的第二交流电信号转换为第二馒头波信号，即第四电容C4两端的电压，因此，第四电容C4可以采用小容量电容器件例如薄膜电容，降低了成本和减小了系统体积，提高了稳定性。

如图5所示，第一直流转换电路模块40包括第十七开关管Q17、第十八开关管Q18和第七电容C7。

其中，第十七开关管Q17的第一端通过第四电感L4与第四电容C4的第一端相连，第十七开关管Q17的第二端分别与第四电容C4的第二端、高压电池包70的第二端相连，第十七开关管Q17的控制端与控制模块30相连，第十八开关管Q18的第一端分别与第四电感L4、第十七开关管Q17的第一端相连，第十八开关管Q18的第二端与高压电池包70的第一端相连，第十八开关管Q18的控制端与控制模块30相连。

第七电容C7的第一端分别与第十八开关管Q18的第二端、高压电池包70的第一端相连，第七电容C7的第二端分别与第十七开关管Q17的第二端、高压电池包70的第二端相连。

具体地，第一直流转换电路模块40为boost电路，实现功率因素矫正和调节输出功率。具体为，如图5所示，第十七开关管Q17导通时，第四电感L4的电流上升，电流流向为A→L4→Q17→B；以及，如图5所示，第十七开关管Q17关断，第四电感L4的电流下降，电流流向为A→L4→Q18→高压电池包→B。通过对第十七开关管Q17进行高频开通或关断的控制，使得电感的电流波形跟踪第四电容C4的电压，实现功率因素矫正和调压。第四电感L4的电流幅值取决于高压电池包充电功率。

进一步地，如图6所示，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，转换电路模块10、谐振电路模块20、整流转换单元23以及第二直流转换模块50的电路结构与图5所示的电路结构相同，可以参照对图5电路结构的说明。其中，在一些实施例中，如图6所示，第一直流转换电路模块40还可以包括第十九开关管Q19和第二十开关管Q20。

其中，第二十开关管Q20的第一端分别与第十八开关管Q18的第一端、高压电池包70的第一端相连，第二十开关管Q20的第二端与第十九开关管Q19的第一端相连，第二十开关管Q20的控制端与控制模块30相连，第十九开关管Q19的第二端分别与第十七开关管Q17的第二端、高压电池包70的第二端相连，第十九开关管Q19的控制端与控制模块30相连，第二十开关管Q20的第二端与第十九开关管Q19的第一端之间具有第七节点O7，第七节点O7通过第五电感L5与第四电容C4的第一端相连。

其中，第十七开关管Q17、第十八开关管Q18、第四电感L4组成一路boost/buck电路，以及第十九开关管Q19、第二十开关管Q20和第五电感L5组成另一路boost/buck电路，两路boost/buck电路的控制过程相同，但是，在充电模式时，控制第十七开关管的控制信号与控制第十九开关管的控制信号之间相差预设相位，以及控制第十八开关管的控制信号与控制第十九开关管的控制信号之间相差预设相位，即两路boost/buck电路的控制时序具有一定的相位差，从而实现交错控制，既可以减小电流纹波，与此同时，保证总输出功率相同的情况小，也可以减小单路直流转换单元(即第十七开关管Q17、第十八开关管Q18、第四电感L4组成的boost/buck电路)的输出功率。

进一步地，如图5或图6所示，整流电路单元23包括第九开关管Q9和第十开关管Q10、第五电容C5，第九开关管Q9的第一端与第三线圈W3的第一端相连，第九开关管Q9的控制端与控制模块30相连，第五电容C5的第一端分别与第一公共端、第二直流转换电路模块50的第一端相连，第十开关管Q10的第一端与第四线圈W4的第二端相连，第十开关管Q10的第二端分别与第九开关管Q9的第二端、第五电容C5的第二端、第二直流转换电路模块50的第二端相连，第十开关管Q10的控制端与控制模块30相连。

如图5或图6所示，第二直流转换电路模块50包括第十五开关管Q15、第十六开关管Q16和第六电容C6。

其中,第十五开关管Q15的第一端通过第三电感L3与第五电容C5的第一端相连，第十五开关管Q15的第二端分别与第五电容C5的第二端、低压电池包71的第二端相连，第十五开关管Q15的控制端与控制模块30相连，第十六开关管Q16的第一端分别与第三电感L3、第十五开关管Q15的第一端相连，第十六开关管Q16的第二端与低压电池包71的第一端相连，第十六开关管Q16的控制端与控制模块30相连。

第六电容C6的第一端分别与第十六开关管Q16的第二端、低压电池包71的第一端相连，第六电容C16的第二端分别与第十五开关管Q15的第二端、低压电池包71的第二端相连。

下面参照附图5和图6对本发明实施例的车载充电系统100的充电模式、放电模式以及高压电池包70为低压电池包71充电的模式的实现进一步说明。

在系统处于对电池包的充电模式时，工作过程如下。

转换电路模块10的第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4构成整流电路，其中，第一开关管Q1与第四开关管Q4同步导通或关断，第二开关管Q2与第三开关管Q3同步导通或关断，将第一开关管Q1、第二开关管Q2的中点即第一节点O1和第三开关管Q3和第四开关管Q4中点即第二节点O2之间的交流输入电压整流为第一馒头波信号，即第一电容C1两端的电压，第一电容C1两端电压为整流后的馒头波电压，输入电压波形如图3中的(a)所示，第一电容C1两端电压波形如图3中(b)所示，因此，第一电容C1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，提高了稳定性。

进一步地，控制第一转换单元21中的第五开关管Q5、第八开关管Q8和第六开关管Q6、第七开关管Q7以固定的频率、固定的占空比导通或关断，将第一电容C1两端的电压转变为交流电压，即第五开关管Q5、第六开关管Q6中点即第三节点O3和第七开关管Q7、第八开关管Q8中点即第四节点O4之间的电压，并通过变压器T1进行隔离和变压并传输至第二转换单元22。第二转换单元22的第十一开关管Q11、第十二开关管Q12、第十三开关管Q13、第十四开关管Q14构成整流电路，控制第十一开关管Q11与第十三开关管Q13同步导通或关断，将第十一开关管Q11、第十二开关管Q12中点即第五节点O5和第十三开关管Q13、第十四开关管Q14中点即第六节点O6之间的交流电压转换为直流电压即第二馒头波信号，即第四电容C4两端的电压。第四电容C4两端电压为馒头波电压，故第四电容C4可采用小容量的电容滤波，不需要大容量的电解电容，从而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，提升了该车载电源产品的抗震等级。其中，第四电容C4两端电压波形幅值由输入电压以及变压器T1的W1、W2的匝比决定，波形如图3中(c)所示。

第一直流转换电路模块40为boost电路，实现功率因素矫正和调节输出功率。具体为，如图5所示，第十七开关管Q17导通时，第四电感L4的电流上升，电流流向为A→L4→Q17→B；或者，如图5所示，第十七开关管Q17关断，第十八开关断Q18导通，第四电感L4的电流下降，电流流向为A→L4→Q18→高压电池包→B。通过对第十七开关管Q17进行高频开通或关断的控制，使得电感的电流波形跟踪第四电容C4的电压，实现功率因素矫正和调压。第四电感L4的电流幅值取决于高压电池包充电功率。

进一步地，如图6所示，采用两路boost电路，第十七开关管Q17导通预设时间后第十九开关管Q19导通，第四电感L4与第五电感L5的电流先后上升，电流流向为A→L4→Q17→B，以及电流流向为A→L5→Q19→B；如图6所示，第十七开关管Q17关断且第十八开关管Q18导通，预设时间后，第十九开关管Q19关断且第二十开关管Q20导通，第四电感L4与第五电感L5的电流先后下降，从而实现交错控制，电流流向为A→L4→Q18→高压电池包→B，以及A→L5→Q20→高压电池包→B。通过对第十七开关管Q17和第十九开关管Q19进行高频开通或关断的控制，使得电感的电流波形跟踪第四电容C4的电压，实现功率因素矫正和调压。电感的电流幅值取决于高压电池包充电功率。

其中，采用两路boost电路进行直流转换，实现交错控制，既可以减小电流纹波，与此同时，保证总输出功率相同的情况小，也可以减小单路直流转换单元(即第十七开关管Q17、第十八开关管Q18、第四电感L4组成的boost/buck电路)的输出功率。

进一步地，整流电路单元23可以为车载DCDC的整流电路，通过第九开关管Q9和第十开关管Q10的导通或关断，实现整流。具体过程为：当第三线圈W3、第四线圈W4绕组上正下负时，第十开关管Q10导通，第九开关管Q9不导通，输出直流电压；当第三线圈W3、第四线圈W4绕组下正上负时，第十开关管Q10不导通，第九开关管Q9导通，输出直流电压，将变压器T1变压后的交流信号转换为馒头波信号，即第五电容C5两端为电压。第五电容C5两端电压为馒头波电压，因此，可以采用小容量电容器件例如薄膜电容，降低了成本，减小了系统体积，提高了稳定性。

第二直流转换电路模块50为boost电路，实现功率因素矫正和调节输出功率。具体过程为：第十五开关管Q15导通时，第三电感L3处于储能阶段，电流上升，如图4所示，电流方向为C→L3→Q15→D；第十五开关管Q15关断时，第三电感L3释放能量，电流下降，电流方向为C→L3→Q16→低压电池包→D。通过第十五开关管Q15的高频开通和关断，使得第三电感L3的电流波形跟踪第五电容C5的电压，实现功率因素矫正，其中，第三电感L3的电流幅值取决于低压电池充电功率。

当系统处于高压电池包70向低压电池包71放电模式时，工作过程如下。

第一直流转换电路模块40可以为buck电路，在第一直流转换电路模块40中，如图5所示，第十八开关管Q18开通时，第四电感L4处于储能阶段，电流上升，或者，如图6所示，第十八开关管Q18导通预设时间后第二十开关管Q20导通，第四电感L4和第五电感L5均处于储能阶段，电流上升，高压电池包70向后级电路传输能量；以及，如图5所示，当第十八开关管Q18关断时，第四电感L4电流下降，此阶段由第四电感L4向后级提供能量，或者，当第十八开关管Q18关断预设时间后第二十开关管Q20关断，第四电感L4与第五电感L5先后电流下降，此阶段由第四电感L4和第五电感L5向后级提供能量，实现交错控制，将高压电池包70输出的直流电信号转换为馒头波信号，即第四电容C4两端电压。该buck电路输出电压为第四电容C4两端电压，通过调节第十八开关管Q18或第十八开关管Q18、第二十开关管Q20的占空比，可以调节第四电容C4两端电压。

在第二转换单元22中，通过十一开关管Q11、第十二开关管Q12、第十三开关管Q13、第十四开关管Q14以一定的频率和占空比开通或关断，把第四电容C4两端电压转换为交流电压，即在第十一开关管Q11、第十二开关管Q12中点即第五节点O5和第十三开关管Q13、第十四开关管Q14中点即第六节点O6之间形成交流电压，经过变压器T1实现交流-交流隔离和变压，并通过变压器T1的次级侧的第三线圈W3和第四线圈W4传输至整流电路单元23。

在整流电路单元23中，通过第九开关管Q9和第十开关管Q10的导通或关断，实现整流。具体过程为：当第三线圈W3、第四线圈W4上正下负时，第十开关管Q10导通，第九开关管Q9不导通，输出直流电压；当第三线圈W3、第四线圈W4下正上负时，第十开关管Q10不导通，第九开关管Q9导通，输出直流电压，即将变压器T1变压后的交流电信号转换为馒头波信号，即第五电容C5两端为电压。

其中，当系统处于高压电池包70向低压电池包71放电过程中，第二直流转换电路模块50为滤波电路，第十五开关管Q15保持关断，第十六开关管Q16保持导通，实现LC电路滤波，并对低压电池包71充电。

当系统工作在高压电池包反向放电模式时，电单元60可以为用电负载，工作过程如下。

在第一直流转换电路模式40中，如图5所示，第十八开关管Q18导通时，第四电感L4处于储能阶段电流上升，或者，如图6所示，第十八开关管Q18导通预设时间后第二十开关管Q20导通，第四电感L4和第五电感L5均处于储能阶段，电流上升，高压电池包70向后级电路传递能量；以及，如图5所示，第十八开关管Q18关断时，第四电感L4电流下降，通过第十七开关管Q17续流，向后级传递能量，或者，当第十八开关管Q18关断预设时间后第二十开关管Q20关断，第四电感L4与第五电感L5先后电流下降，通过第十七开关管Q17、第十九开关管Q19续流，向后级提供能量，实现交错控制。将高压电池包70输出的直流电信号转换为馒头波信号，即第四电容C4两端电压。第四电容C4两端电压为馒头波电压，因此第四电容C4可以采用小容量电容器件例如薄膜电容，降低了成本，减小了系统体积，提高了稳定性。

在第二转换单元22中，通过第十一开关管Q11、第十二开关管Q12、第十三开关管Q13、第十四开关管Q14以固定频率、固定占空比开通或关断，把第四电容C4两端的电压转换为交流电压，即在第十一开关管Q11、第十二开关管Q12中点即五节点O5和第十三开关管Q13、第十四开关管Q14中点即第六节点O6之间形成交流电压。

变压器T1实现电压隔离和变压，并将第二转换单元22传输的交流电信号变压后传输给第一转换单元21。

在第一转换单元21中，第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8实现整流功能。通过控制第五开关管Q5、第八开关管Q8同步导通或关断，以及控制第六开关管Q6、第七开关管Q7同步导通或关断，将第五开关管Q5、第六开关管Q6中点即第三节点O3和第七开关管Q7、第八开关管Q8中点即第四节点O4之间的交流电压转换为馒头波的直流电压，即第一电容C1两端电压。第一电容C1两端电压为馒头波电压，因此，第一电容C1可以采用小容量电容例如薄膜电容，降低了成本，减小了系统体积，提高了稳定性。

在转换电路模块10中，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4组成逆变电路，通过第一开关管Q1、第四开关管Q4的同步导通或关断，以及第二开关管Q2、第三开关管Q3同步的导通或关断，将第一电容C1两端电压转换为工频交流电，即第一开关管Q1、第二开关管Q2中点即第一节点O1和第三开关管Q3、第四开关管Q4中点即第二节点O2之间的电压，从而实现对用电负载供电。

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。

并且，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30对后级的第一直流转换电路模块40或第二直流转换电路模块50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，设置转换电路模块10和谐振电路模块20，在充电模式时，控制模块根据充电控制时序控制转换电路模块，以将第一交流信号转换为第一馒头波信号，由于转换电路模块输出信号为馒头波信号，所以，转换电路模块及其后级的谐振电路模块之间无需设置大容量的电解电容，以及，控制第二转换单元转换变压后的第二交流电信号为第二馒头波信号并输出，即谐振电路模块输出电信号也为馒头波，因此，谐振电路模块与后级电路之间也无需采用大容量的电解电容，只需小容量的电容器件例如薄膜电容即可，可以降低成本和系统体积，提高了产品可靠性和寿命，提升了该车载电源产品的抗震等级；以及，第一直流转换电路模块40采用两路boost/buck电路，实现交错控制，从而减小电流纹波，并减小单路的输出功率；以及，设置整流电路单元23，可以实现对低压电池包的充电。以及，通过对直流转换电路模块的工作占空比调节，可以适配更大的电池电压范围，提高充电功率。

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

图7是根据本发明的一个实施例的车辆的框图。如图7所示，本发明实施例的车辆1000包括高压电池包70、低压电池包71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，提升抗震等级。

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：

转换电路模块，所述转换电路模块的第一端与电单元相连，用于转换输入的第一交流电信号为第一馒头波信号；

谐振电路模块，用于对输入的第一馒头波信号进行转换，包括第一转换单元、变压器和第二转换单元，其中，所述第一转换单元的第一端与所述转换电路模块的第二端相连，所述变压器的初级侧与所述第一转换单元的第二端相连，所述变压器的次级侧与所述第二转换单元相连；

控制模块，用于在充电模式时，根据充电控制时序控制所述转换电路模块，以将所述第一交流电信号转换为第一馒头波信号，并控制所述第一转换单元转换所述第一馒头波信号为第二交流电信号，经所述变压器的隔离和变压后传输至所述第二转换单元，以及控制所述第二转换单元转换变压后的第二交流电信号为第二馒头波信号并输出。

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：

第一直流转换电路模块，所述第一直流转换电路模块分别与所述第二转换单元、所述高压电池包相连，用于在充电模式时，转换所述第二馒头波信号为第一直流电信号，以为高压电池包充电；

或，用于在放电模式时，转换所述高压电池包输出的第二直流电信号为第三馒头波信号，所述第二转换单元转换所述第三馒头波信号为第三交流电信号，经所述变压器的隔离和变压后传输至所述第一转换单元，所述第一转换单元转换变压后的第三交流电信号为第四馒头波信号，所述转换电路模块转换所述第四馒头波信号为第四交流电信号并输出至外部。

3.根据权利要求2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：

整流电路单元，所述整流电路单元与所述变压器的次级侧相连，用于转换变压后的第二交流电信号为第五馒头波信号；

第二直流转换电路模块，所述第二直流转换电路模块分别与所述整流电路单元、所述低压电池包相连；用于在充电模式时，转换所述第五馒头波信号为第三直流电信号，以为所述低压电池包充电；

或，用于在所述高压电池包为所述低压电池包充电的模式时，所述第一直流转换电路模块转换所述高压电池包输出的第四直流电信号为第六馒头波信号，所述第二转换单元转换所述第六馒头波信号为第五交流电信号，经所述变压器的隔离和变压后传输至所述整流电路单元，所述整流电路单元转换变压后的第五交流电信号为第七馒头波信号，所述第二直流转换电路模块转换所述第七馒头波信号为第五直流电池信号，以为所述低压电池包充电。

4.根据权利要求3所述的车载充电系统，其特征在于，所述转换电路模块包括：

第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第一端与所述第一转换单元的第一端相连，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，所述第一开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第二开关管的第二端与所述第一转换单元的第二端相连，所述第二开关管的控制端与所述控制模块相连，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一节点，所述第一节点与所述电单元的第一端相连；

第三开关管和第四开关管，所述第三开关管的第一端分别与所述第一开关管的第一端、所述第一转换单元的第一端相连，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，所述第三开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第四开关管的第二端分别与所述第二开关管的第二端、所述第一转换单元的第二端相连，所述第四开关管的控制端与所述控制模块相连，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二节点，所述第二节点与所述电单元的第二端相连；

在所述充电模式时，控制所述第一开关管、所述第四开关管同步导通或关断，以及控制所述第二开关管、所述第三开关管同步导通或关断，以将所述第一交流电信号转换为所述第一馒头波信号。

5.根据权利要求4所述的车载充电系统，其特征在于，

所述第一转换单元包括第一电容、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管，其中，所述第一电容的第一端与所述第三开关管的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述第四开关管的第二端相连，所述第五开关管的第一端与所述第一电容的第一端相连，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端相连，所述第五开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第六开关管的第二端与所述第一电容的第二端相连，所述第六开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端之间具有第三节点，所述第七开关管的第一端与所述第五开关管的第一端相连，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第六开关管的第二端相连，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四节点；

所述变压器的初级侧包括第一线圈，所述第一线圈的第一端通过第一电感与所述第三节点相连，所述第一线圈的第二端通过第二电容与所述第四节点相连；

所述变压器的次级侧包括第二线圈、第三线圈和第四线圈，所述第二线圈与所述第二转换单元相连，所述第三线圈、所述第四线圈与所述整流电路单元相连，所述第三线圈的第二端与所述第四线圈的第一端为第一公共端；

所述第二转换单元包括第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第十四开关管和第四电容，其中，所述第十二开关管的第一端与所述第一直流转换电路模块的第一端相连，所述第十二开关管的第二端与所述第十一开关管的第一端相连，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一直流转换电路模块的第二端相连，所述第十一开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第十一开关管的第一端与所述第十二开关管的第二端之间具有第五节点，所述第五节点通过第二电感与所述第二线圈的第一端相连，所述第十三开关管的第一端分别与所述第十二开关管的第一端、所述第一直流转换电路模块的第一端相连，所述第十三开关管的第二端与所述第十四开关管的第一端相连，所述第十三开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第十四开关管的第二端分别与所述第十一开关管的第二端、所述第一直流转换电路模块的第二端相连，所述第十四开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第十三开关管的第二端与所述第十四开关管的第一端之间具有第六节点，所述第六节点通过第三电容与所述第二线圈的第二端相连，所述第四电容的第一端与所述第十三开关管的第一端相连，所述第四电容的第二端与所述第十四开关管的第二端相连；

其中，在充电模式时，控制所述第十一开关管、所述第十三开关管同步导通或关断，以及控制所述第十二开关管、所述第十四开关管同步导通或关断，以将所述第二交流电信号转换为所述第二馒头波信号。

6.根据权利要求5所述的车载充电系统，其特征在于，所述第一直流转换电路模块包括：

第十七开关管和第十八开关管，所述第十七开关管的第一端通过第四电感与所述第四电容的第一端相连，所述第十七开关管的第二端分别与所述第四电容的第二端、所述高压电池包的第二端相连，所述第十七开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第十八开关管的第一端分别与所述第四电感、所述第十七开关管的第一端相连，所述第十八开关管的第二端与所述高压电池包的第一端相连，所述第十八开关管的控制端与所述控制模块相连；

第七电容，所述第七电容的第一端分别与所述第十八开关管的第二端、所述高压电池包的第一端相连，所述第七电容的第二端分别与所述第十七开关管的第二端、所述高压电池包的第二端相连。

7.根据权利要求6所述的车载充电系统，其特征在于，所述第一直流转换电路模块还包括：

第十九开关管和第二十开关管，所述第二十开关管的第一端分别与所述第十八开关管的第一端、所述高压电池包的第一端相连，所述第二十开关管的第二端与所述第十九开关管的第一端相连，所述第二十开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第十九开关管的第二端分别与所述第十七开关管的第二端、所述高压电池包的第二端相连，所述第十九开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第二十开关管的第二端与所述第十九开关管的第一端之间具有第七节点，所述第七节点通过第五电感与所述第四电容的第一端相连；

其中，在充电模式时，控制所述第十七开关管的控制信号与控制所述第十九开关管的控制信号之间相差预设相位，以及控制所述第十八开关管的控制信号与控制所述第十九开关管的控制信号之间相差预设相位。

8.根据权利要求6或7所述的车载充电系统，其特征在于，

所述整流电路单元包括第九开关管和第十开关管、第五电容，所述第九开关管的第一端与所述第三线圈的第一端相连，所述第九开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第五电容的第一端分别与所述第一公共端、所述第二直流转换电路模块的第一端相连，所述第十开关管的第一端与所述第四线圈的第二端相连，所述第十开关管的第二端分别与所述第九开关管的第二端、所述第五电容的第二端、所述第二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；

所述第二直流转换电路模块包括第十五开关管、第十六开关管和第六电容，所述第十五开关管的第一端通过第三电感与所述第五电容的第一端相连，所述第十五开关管的第二端分别与所述第五电容的第二端、所述低压电池包的第二端相连，所述第十五开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第十六开关管的第一端分别与所述第三电感、所述第十五开关管的第一端相连，所述第十六开关管的第二端与所述低压电池包的第一端相连，所述第十六开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第六电容的第一端分别与所述第十六开关管的第二端、所述低压电池包的第一端相连，所述第六电容的第二端分别与所述第十五开关管的第二端、所述低压电池包的第二端相连。

9.根据权利要求8所述的车载充电系统，其特征在于，所述车载充电系统还包括：

滤波器，所述滤波器的一端与所述电单元相连，所述滤波器的另一端与所述转换电路模块相连。

10.一种车辆，其特征在于，包括高压电池包、低压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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