CN112572195B - 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；第一谐振电路模块与第二谐振电路模块共用同一磁芯，且第一变压器与第二变压器共用同一磁芯；控制模块用于在供电第一半周期时控制第二谐振电路模块的第一端与第二端串联导通，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，或者，在供电第二半周期时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，所述第一变压器包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈与所述第一转换单元连接，所述第二线圈的第一端与所述第二转换单元相连；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、所述第二转换单元，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，所述第二变压器包括第三线圈和第四线圈，所述第三线圈与所述第三转换单元相连，所述第四线圈的第一端与所述第二线圈的第二端相连，所述第四线圈的第二端与所述第二转换单元相连；其中，所述第一变压器与所述第二变压器共用同一磁芯；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，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，以及两路谐振电路复用第二转换单元，减少了电路的电子器件的需求量，降低了成本，以及，第一变压器与第二变压器进行磁耦合，并共用同一磁芯，减少了磁芯使用量，降低成本，减小了占用空间，提高了功率密度。

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，提高充电功率密度。

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是根据本发明的另一个实施例的车载充电系统的功能框图；

图6是根据本发明的一个实施例的车载充电系统的电路图；

图7是根据本发明的另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是根据本发明的另一个实施例的车载充电系统的电路图；

图10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9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，在实施例中，第一转换单元11可以用于进行交流第一半周期信号-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。第一变压器T1包括第一线圈W1和第二线圈W2，第一线圈W1与第一转换单元11连接，第二线圈W2的第一端与第二转换单元12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、第二转换单元12，其中，在实施例中，第三转换单元21可以用于进行交流第二半周期信号-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。第二变压器T2包括第三线圈W3和第四线圈W4，第三线圈W3与第三转换单元21相连，第四线圈W4的第一端与第二线圈W2的第二端相连，第四线圈W4的第二端与第二转换单元12相连。

即第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20复用第二转换单元12，减少了电路器件的需要量，降低了成本。其中，在实施例中，电单元50可以包括电网、用电负载等，当电单元50为电网时，以实现充电操作，或当电单元50为用电负载时，以实现电池包放电操作。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。

其中，第一变压器T1与第二变压器T2共用同一磁芯，减少了磁芯使用量，降低了成本，以及可以减小占用空间，提高变压器的功率密度。

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，以选通第一谐振电路模块10，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，以选通第二谐振电路模块20，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电网正半周期时，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，即选通第一谐振电路模块10。电网输出电能至第一谐振电路模块10的第一转换单元11，第一转换单元11将电网正半周期的电信号转化为交流电压，并经过第一变压器T1隔离后，传输至第二转换单元12，第二转换单元12将输入电信号进行整流，将交流电信号转换为直流电，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，实现电网正半周期电信号为电池包60充电。

同样地，控制模块50检测到供电第二半周期例如电网的负半周期电信号时，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，即选通第二谐振电路模块20。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的第三转换单元21将电网负半周期电信号转换为交流电压，并通过第二变压器T2传输至第二转换单元12，第二转换单元12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，采用普通的电容单元滤波即可，降低成本和系统体积。

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，可以减少电路的电子器件的需求量，降低了成本。

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后级电路的输入电信号为馒头波，从而可以采用小容量的电容器件进行滤波，降低了系统体积和成本，并且无需考虑电解电容寿命、抗震问题，提升了系统的稳定性，以及通过控制谐振电路中对应开关管的导通状态，即可实现两路谐振电路的选通，无需设置专门的选通电路模块，降低了成本，以及，两路谐振电路复用第二转换单元12，减少了电路的电子器件的需求量，降低了成本，第一变压器T1与第二变压器T2共用同一磁芯，减少了磁芯使用量，降低了成本，减小了占用空间，提高了变压器功率密度。

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、第三开关管Q3、第四开关管Q4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，控制第六开关管Q6关断，控制第五开关管Q5、第一开关管Q1、第二开关管Q2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，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，串联后的第三开关管Q3和第四开关管Q4，与第六开关管Q6并联后的电阻，相较于单独导通第六开关管Q6的电阻减小，因此，降低了导通损耗。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。

进一步地，如图5所示，车载充电系统100还包括直流转换电路模块30，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,以及实现功率因数矫正。直流转换电路模块30的一端与第二转换单元12相连，直流转换电路模块30的另一端与电池包60相连。

具体地，在供电第一半周期例如电网正半周期时，第一谐振电路模块10被选通，第一转换单元11进行电网正半周期交流-交流转换，并通过第一变压器T1传输给第二转换单元12，第二转换单元12将交流信号转换为直流信号，并输出直流电信号给直流转换电路模块30，直流转换电路模块30将输入直流信号转换为电池包60所需电信号，从而实现为电池包60充电；以及，在供电第二半周期例如电网负半周期时，第二谐振电路模块20被选通，第三转换单元21进行电网负半周期交流-交流转换，并通过第二变压器T2传输给第二转换单元12，第二转换单元12将电网负半周期交流信号转换为直流信号，并输出直流电信号给直流转换电路模块30，直流转换电路模块30对输入的直流电信号进行转换，以转换为电池包60所需的电信号，并传输给电池包60，从而实现对电池包60充电。

本发明实施例的车载充电系统100，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，调整输出至电池包60的充电电压或充电功率，既可以拓宽适配电池包60的电压范围，也可以缩短电池包60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。

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6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6所示，该实施例中不包括选通电路模块70，并且第一变压器T1与第二变压器T2共用同一磁芯，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转换。

如图6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、第九开关管Q9和第十开关管Q10。

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的第二端与第二开关管Q2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的第一端与第三电容C3的第一端相连，第三电容C3的第二端与第二开关管Q2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的第一线圈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。第九开关管Q9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，第九开关管Q9的第二端与第十开关管Q10的第一端相连，第九开关管Q9的控制端与控制模块40相连，第十开关管Q10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四节点O4，第四节点O4与第四线圈W4的第二端相连。在充电模式时，第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10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、第九开关管Q9和第十开关管Q10可以构成逆变电路结构。

如图6所示，第三转换单元21包括第四电容C4、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五电容C5、第六电容C6。

其中，第四电容C4的第一端与电单元50的第二端相连，第四电容C4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。

第三开关管Q3的第一端与第四电容C4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的第二端与第四电容C4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。

第五电容C5的第一端分别与第三开关管Q3的第一端相连，第五电容C5的第二端与第六电容C6的第一端相连，第六电容C6的第二端与第四开关管Q4的第二端相连，第五电容C5的第二端与第六电容C6的第一端之间具有第六节点O6。

第二变压器T2的第三线圈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，第二变压器T2的第四线圈W4的第一端通过第七电容C7与第二线圈W2的第二端相连，第四线圈W4的第二端与第四节点O4相连，第二变压器T2与第一变压器T1共用同一磁芯。

图6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7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7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6中的电路结构相同，可以参照对应图6中的描述，在此不再赘述。

具体地，参照图6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7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、第九开关管Q9和第十开关管Q10组成的整流电路，通过对第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10的导通、关断控制，将第七开关管Q7、第八开关管Q8的中点即第三节点O3和第九开关管Q9和第十开关管Q10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，从而实现电网正半周期信号的交流-直流转换。

同理地，如图6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7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；电网电压施加在第四电容C4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、关断控制，以及第五电容C5、第六电容C6的充电、放电，在第三开关管Q3和第四开关管Q4的中点即第五节点O5和第五电容C5、第六电容C6的中点即第六节点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，传输至由第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10组成整流电路，控制模块40通过对第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10的导通、关断控制，以及，将第七开关管Q7、第八开关管Q8的中点即第三节点O3和第九开关管Q9和第十开关管Q10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，实现电网负半周期电信号的交流-直流转换。

如图6或图7所示，直流转换电路模块30包括第八电容C8、第十一开关管Q10、第十二开关管Q12、第九电容C9。

其中，第八电容C8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，第八电容C8可以采用小容量电容器件，例如薄膜电容。第八电容C8的第一端分别与第七开关管Q7的第一端、第九开关管Q9的第一端相连，第八电容C8的第二端分别与第八开关管Q8的第二端、第十开关管Q10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的第二端分别与第八电容C8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L4与第八电容C8的第一端相连；第九电容C9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，第九电容C9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，第九电容C9起到滤波作用。

进一步地，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，第四电感L4的电流上升，如图6或7所示，电流流向为A→L4→Q12→B；第十二开关管Q12关断且第十一开关管Q11导通时，第四电感L4的电流下降，如图6或7所示，电流流向为A→L4→Q11→电池包→B。通过控制模块40对第十二开关管Q12进行高频开、关控制，使得第四电感L4的电流波形跟踪第八电容C8的电压，可以实现功率因数矫正，第四电感L4的电流幅值取决于充电功率。

第八电容C8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，故第八电容C8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6和7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6或7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导通且第十二开关管Q12关断时，第四电感L4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，第四电感L4电流下降，通过第十二开关管Q12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，即第八电容C8两端电压，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、第八开关管Q8、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，在第七开关管Q7和第八开关管Q8的中点即第三节点O3和第九开关管Q9和第十开关管Q10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，控制第七开关管Q7、第八开关管Q8、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，在第七开关管Q7、第八开关管Q8的中点即第三节点O3和第九开关管Q9和第十开关管Q10的中点即第四节点O4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、第五电容C5和第六电容C6组成的整流电路，通过第三开关管Q3、第四开关管Q4的导通、关断，以及第五电容C5和第六电容C6的充电、放电，将第三开关管Q3、第四开关管Q4的中点即第五节点O5和第五电容C5和第六电容C6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，即第四电容C4两端电压，实现工频交流电的负半周期信号输出。

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8为根据本发明的一个实施例的车载充电系统的电路图，图9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8中不包括选通电路模块70，图9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8和图9对本发明实施例的车载充电系统100进行说明。

如图8或9所示，第一转换单元11包括第十电容C10、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第十一电容C11、第十二电容C12，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，第十电容C10的第一端与电单元50例如电网的第一端相连，第十电容C10的第二端与第二开关管Q2的第二端相连。第十电容C10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、第十电容C10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电容C10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八节点O8；第十一电容C11的第一端分别与第十电容C10的第一端、第一开关管Q1的第一端相连，第十一电容C11的第二端与第十二电容C12的第一端相连，第十二电容C12的第二端分别与第十电容C10的第二端、第二开关管Q2的第二端相连，第十一电容C11的第二端与第十二电容C12的第一端之间具有第九节点O9。

第一变压器T1与第二变压器T2共用同一磁芯，以提高功率密度，第一变压器T1的第一线圈W1的第一端通过第五电感L5与第八节点O8相连，第一线圈W1的第二端与第九节点O9相连。第一变压器T1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节点O10，第十节点O10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十一节点O11，第十一节点O11与第四线圈W4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8或9所示，第三转换单元21包括第十三电容C13、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第十四电容C14、第十五电容C15。

其中，第十三电容C13的第一端与电单元50(例如电网)的第二端、第三开关管Q3的第一端相连，第十三电容C13的第二端与第四开关管Q4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，减小干扰。

第三开关管Q3的第一端与第十三电容C13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的第二端与第十三电容C13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十二节点O12。

第十四电容C14的第一端与第三开关管Q3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的第二端与第四开关管Q4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十三节点O13。

第二变压器T2的第三线圈W3的第一端通过第六电感L6与第十二节点O12相连，第三线圈W3的第二端与第十三节点O13相连，第四线圈W4的第一端与第二线圈W2的第二端相连，第四线圈W4的第二端与第十一节点O11相连。

具体地，如图8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9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电容C10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，以及第十一电容C11、第十二电容C12充电或放电，在第一开关管Q1、第二开关管Q2的中点即第八节点O8和第十一电容C11、第十二电容C12的中点即第九节点O9之间形成交流电压。经过第一变压器T1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的第十六电容C16两端的电压，从而实现交流-直流转换。

同理地，如图8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9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，电网电压施加在第十三电容C13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、关断控制，以及第十四电容C14、第十五电容C15的充电、放电，在第三开关管Q3、第四开关管Q4的中点即第十二节点O12和第十四电容C14、第十五电容C15的中点即第十三节点O13之间形成交流电压。经过第二变压器T2隔离后，交流电信号提供给后级的由第一二极管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，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8或图9所示，直流转换电路模块30包括第十六电容C16、第五二极管D5、第十三开关管Q15和第十七电容C17。

其中，第十六电容C16的第一端分别与第一二极管D1的第一端、第三二极管D3的第一端相连，第十六电容C16的第二端分别与第二二极管D2的第二端、第四二极管D4的第二端相连。第十六电容C16用于对输入电信号进行滤波。

第五二极管D5的第一端与电池包60的第一端相连，第五二极管D5的第二端与第十三开关管Q13的第一端相连，第十三开关管Q15的第二端分别与第十六电容C16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，第五二极管D5的第二端与第十三开关管Q15的第一端之间具有第十四节点O14，第十四节点Q14通过第七电感L7与第十六电容C16的第一端相连。

第十七电容C17用于对传输至电池包60的电信号进行滤波，第十七电容C17的第一端分别与第五二极管D5的第一端、电池包60的第一端相连，第十七电容C17的第二端分别与第十三开关管Q13的第二端、电池包60的第二端相连。

第十六电容C16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，故第十六电容C16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。

进一步地，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，第七电感L7的电流上升，如图8或图9所示，电流流向为A→L7→Q13→B；第十三开关管Q13关断，第七电感L7的电流下降，如图8或图9所示，电流流向为A→L7→D5→电池包→B。通过控制模块40对第十三开关管Q13进行高频开、关控制，使得第七电感L7的电流波形跟踪第十六电容C16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，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，第一变压器T1与第二变压器T2共用同一磁芯，减小了占用空间，提高了功率密度。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；以及第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20复用第二转换单元12，可以采用更少电路器件，降低成本，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10是根据本发明的一个实施例的车辆的框图。如图10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，提高了可靠性，提高了充电电路变压器的功率密度。

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，所述第一变压器包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈与所述第一转换单元连接，所述第二线圈的第一端与所述第二转换单元相连；

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、所述第二转换单元，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，所述第二变压器包括第三线圈和第四线圈，所述第三线圈与所述第三转换单元相连，所述第四线圈的第一端与所述第二线圈的第二端相连，所述第四线圈的第二端与所述第二转换单元相连；

其中，所述第一变压器与所述第二变压器共用同一磁芯；

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，控制所述第六开关管、所述第三开关管和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，控制所述第五开关管、所述第一开关管和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，所述车载充电系统还包括：

直流转换电路模块，所述直流转换电路模块的一端与所述第二转换单元相连，所述直流转换电路模块的另一端与电池包相连，用于对输入电信号进行直流-直流转换。

4.根据权利要求3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、第九开关管、第十开关管，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，所述第九开关管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四节点。

5.根据权利要求4所述的车载充电系统，其特征在于，

所述第三转换单元还包括第四电容、第五电容和第六电容，其中，所述第四电容的第一端与所述电单元的第二端相连，所述第四电容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，所述第五电容的第一端与所述第三开关管的第一端相连，所述第五电容的第二端与所述第六电容的第一端相连，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，所述第五电容的第二端与所述第六电容的第一端之间具有第六节点；

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，所述第四线圈的第一端通过第七电容与所述第二线圈的第二端相连，所述第四线圈的第二端与所述第四节点相连。

6.根据权利要求5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：

第八电容，所述第八电容的第一端分别与所述第七开关管的第一端、所述第九开关管的第一端相连，所述第八电容的第二端分别与所述第八开关管的第二端、所述第十开关管的第二端相连；

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八电容的第二端、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七节点，所述第七节点通过第四电感与所述第八电容的第一端相连；

第九电容，所述第九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，所述第九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。

7.根据权利要求3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电容、第十一电容、第十二电容，其中，所述第十电容的第一端与所述电单元的第一端相连，所述第十电容的第二端与所述第二开关管的第二端相连，所述第十一电容的第一端与所述第一开关管的第一端相连，所述第十一电容的第二端与所述第十二电容的第一端相连，所述第十二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八节点，所述第十一电容的第二端与所述第十二电容的第一端之间具有第九节点；

所述第一线圈的第一端通过第五电感与所述第八节点相连，所述第一线圈的第二端与所述第九节点相连；

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节点，所述第十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十一节点，所述第十一节点与所述第二线圈的第二端相连。

8.根据权利要求7所述的车载充电系统，其特征在于，

所述第三转换单元还包括第十三电容、第十四电容和第十五电容，其中，所述第十三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，所述第十三电容的第二端与所述第四开关管的第二端相连，所述第十四电容的第一端与所述第三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十二节点，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十三节点；

所述第三线圈的第一端通过第六电感与所述第十二节点相连，所述第三线圈的第二端与所述第十三节点相连，所述第四线圈的第一端与所述第二线圈的第二端相连，所述第四线圈的第二端与所述第十一节点相连。

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包括：

第十六电容，所述第十六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相连，所述第十六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相连；

第五二极管和第十三开关管，所述第五二极管的第一端与所述电池包的第一端相连，所述第五二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十六电容的第二端、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，所述第五二极管的第二端与所述第十三开关管的第一端之间具有第十四节点，所述第十四节点通过第七电感与所述第十六电容的第一端相连；

第十七电容，所述第十七电容的第一端分别与所述第五二极管的第一端、所述电池包的第一端相连，所述第十七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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