CN112803540A - 充放电装置以及电动车辆的充放电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种充放电装置以及电动车辆的充放电系统，充放电装置包括：变压器，其包括一个原边绕组以及多个副边绕组，多个副边绕组至少包括第一副边绕组和第二副边绕组；多个端口，分别与变压器的原边绕组以及多个副边绕组电气连接，其中多个端口至少包括：第一端口，通过一第一变换电路与原边绕组电气连接；第二端口，通过一第二变换电路与第一副边绕组电气连接；以及第三端口，通过一第三变换电路与第二副边绕组电气连接；以及第一可控开关，连接于第一变换电路与原边绕组之间；其中，充放电装置的第一端口的电压为第一电压，第二端口的电压为第二电压，第三端口的电压为第三电压。

Description

充放电装置以及电动车辆的充放电系统
技术领域
本发明涉及电动车辆领域，特别是涉及电动车辆的充放电系统及其充放电装置。
背景技术
电动车辆(例如电动汽车)内部的配电系统主要涉及三个能量变换单元，分别是：给高压电池充电的AC/DC变换单元，即车载充电单元(On-Board-Charger，OBC)；LV DC/DC变换单元，其是将高压电池的电压转换成低压，例如12V，给车内的灯光、音响等低压系统供电；驱动电机系统的DC/AC变换单元，其是电动车辆行驶动力的主要来源。从功率等级上来看，车载充电单元及低压DC/DC变换单元的功率比驱动电机的DC/AC变换单元的功率相对低很多，因此，车载充电单元及低压DC/DC变换单元在技术实现上是最有机会集成的两个电能转换装置。
目前，通常采用将OBC和低压DC/DC磁集成的方法。例如，图1示出了传统的电动汽车常见的三端口磁集成方案的系统配置架构。其中，由于其LV输出侧采用不控整流，能量不能双向流动，无法实现能量给输出电容进行反向预充，只能通过继电器S和电阻R组成的预充线路(如图1中虚线框所示)对电机M的母线侧的电容Cbus进行预充电。
但是，对于传统的三端口磁集成方案，在进行设计时，受原边母线侧的电容Cbus1的电容耐压的限制，放电模式时OBC部分(即由变压器的副边高压侧向原边母线侧放电)的变压器原边绕组和副边高压侧绕组的匝比必须接近1或者小于1。此种设计虽然可以保证母线电压安全，但此时OBC的充电效率并不是最优。并且，由于低压侧电压通常是9到16V，实际设计中如果原边匝数设计过低，比如是25匝，当母线电压是420V而副边低压侧的匝数是1匝时，折算到低压侧的电压是16.8V，如果这时想控制低压侧的电压在13.5V，将引入无功控制，即使低压侧输出功率很小的情况下，都有很大的无功损耗。因此，现有的设计一方面造成OBC的充电效率不能优化，另一方面设计不当时低压侧会引入很大的无功电流。
另外，当电动汽车处于供电运行(Running)模式时，原边处于空载状态，OBC副边高压侧对原边侧的等效增益将很高，考虑高压侧到低压侧独立运行时的动态情况，母线电压有冲高的风险，会对母线电容造成损害。在此模式下，为了降低母线电压，一种方法是将副边高压侧的电路将切换成不对称半桥来工作，此时高压侧的电路会有很大的谐振电流，开关管的导通损耗增加，另外副边低压侧将引入很大的移相角，无功电流增大，副边低压侧的铜损增加，效率降低。
因此，迫切需要一种新的设计来解决传统技术的上述至少一缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供充放电装置以及电动车辆的充放电系统，可以使变压器的原副边的匝比不受限制，减小无功电流，以及提升效率。
为了实现上述目的，本发明提供一种充放电装置，其特点在于，包括：变压器，其包括一个原边绕组以及多个副边绕组，所述多个副边绕组至少包括第一副边绕组和第二副边绕组；多个端口，分别与所述变压器的所述原边绕组以及所述多个副边绕组电气连接，其中所述多个端口至少包括：第一端口，通过一第一变换电路与所述原边绕组电气连接；第二端口，通过一第二变换电路与所述第一副边绕组电气连接；以及第三端口，通过一第三变换电路与所述第二副边绕组电气连接；以及第一可控开关，连接于所述第一变换电路与所述原边绕组之间；其中，所述充放电装置的所述第一端口的电压为第一电压，所述第二端口的电压为第二电压，所述第三端口的电压为第三电压。
在本发明的一实施例中，所述第三电压小于所述第二电压。
在本发明的一实施例中，所述第一端口电气连接第一充放电单元，所述第二端口电气连接第二充放电单元，所述第三端口电气连接第三充放电单元，并且，在所述充放电装置处于所述第一充放电单元向所述第二充放电单元充电、所述第一充放电单元向所述第二充放电单元和所述第三充放电单元同时充电、所述第二充放电单元向所述第一充放电单元放电、以及所述第二充放电单元向所述第一充放电单元放电同时向所述第三充放电单元充电其中的一工作模式时，所述第一可控开关闭合。
在本发明的一实施例中，所述第一端口电气连接第一充放电单元，所述第二端口电气连接第二充放电单元，所述第三端口电气连接第三充放电单元，并且，在所述充放电装置处于所述第二充放电单元向所述第三充放电单元供电运行的工作模式、或者处于所述第三充放电单元向所述第二充放电单元预充电的工作模式时，所述第一可控开关断开。
在本发明的一实施例中，所述充放电装置还包括：第一滤波电容，并联连接于所述第一端口；第二滤波电容，并联连接于所述第二端口；第三滤波电容，并联连接于所述第三端口。
在本发明的一实施例中，其中，所述第一变换电路包括第一全桥电路，所述第二变换电路包括第二全桥电路，所述第三变换电路包括第三全桥电路。
在本发明的一实施例中，其中，所述第一变换电路通过第一谐振电路与所述原边绕组电气连接，所述第二变换电路通过第二谐振电路与所述第一副边绕组电气连接，所述第三变换电路通过第三谐振电路与所述第二副边绕组电气连接。
在本发明的一实施例中，所述第一谐振电路包括第一谐振电感和第一谐振电容，其中所述第一谐振电感和所述第一谐振电容分别串联连接在所述第一变换电路和所述原边绕组之间；所述第二谐振电路包括第二谐振电感和第二谐振电容，其中所述第二谐振电感和所述第二谐振电容分别串联连接在所述第二变换电路和所述第一副边绕组之间；所述第三谐振电路包括第三谐振电感，其中所述第三谐振电感串联连接在所述第三变换电路和所述第二副边绕组之间。
在本发明的一实施例中，所述第一谐振电感为所述变压器的漏感，所述第二谐振电感和所述第三谐振电感为所述变压器的漏感或者独立的电感。
在本发明的一实施例中，其中，所述第一变换电路包括第一全桥电路，所述第二变换电路包括第二全桥电路，所述第三变换电路为二级变换电路，其包括位于第一级的同步整流电路和位于第二级的BUCK电路。
在本发明的一实施例中，其中，所述第一变换电路包括第一全桥电路，所述第二变换电路包括第二全桥电路，所述第三变换电路为双向可控整流电路。
在本发明的一实施例中，其中，所述第一可控开关是连接于所述原边绕组的第一端或第二端与所述第一变换电路之间。
在本发明的一实施例中，所述充放电装置还包括：控制器，其中包括一移相控制和频率调节单元，所述移相控制和频率调节单元与所述第一变换电路、所述第二变换电路以及所述第三变换电路相连接，用于通过移相控制和频率调节来控制所述第二端口以及所述第三端口的电压。
在本发明的一实施例中，所述第一端口电气连接第一充放电单元，所述第二端口电气连接第二充放电单元，所述第三端口电气连接第三充放电单元，并且，在所述充放电装置处于所述第一充放电单元向所述第二充放电单元充电、所述第一充放电单元向所述第二充放电单元和所述第三充放电单元同时充电、所述第二充放电单元向所述第一充放电单元放电、以及所述第二充放电单元向所述第一充放电单元放电同时向所述第三充放电单元充电其中的一工作模式时，通过控制所述第一变换电路和所述第二变换电路的相位差或者开关频率或者相位差和开关频率的结合来控制所述第一端口和所述第二端口的电压，同时控制所述第一变换电路或所述第二变换电路与所述第三变换电路的相位差来控制所述第三端口的电压。
在本发明的一实施例中，所述第一端口电气连接第一充放电单元，所述第二端口电气连接第二充放电单元，所述第三端口电气连接第三充放电单元，并且，在所述充放电装置处于所述第二充放电单元向所述第三充放电单元供电运行的工作模式、或者处于所述第三充放电单元向所述第二充放电单元预充电的工作模式时，通过控制所述第二变换电路和所述第三变换电路的开关频率、或者相位差、或者相位差和开关频率的结合来控制所述第二端口或者所述第三端口的电压。
在本发明的一实施例中，所述第一可控开关为机械结构的开关或可控双向开关。
在本发明的一实施例中，所述第一端口电气连接第一充放电单元，所述第二端口电气连接第二充放电单元，所述第三端口电气连接第三充放电单元；所述第一副边绕组的第一端与第三端之间的第一绕组部分具有第一匝数，所述第一副边绕组的第三端与第二端之间的第二绕组部分具有第二匝数，且所述第一绕组部分与所述第二变换电路之间连接有第二可控开关，所述第一副边绕组的第二端与所述第二变换电路之间连接有第三可控开关；其中，在所述充放电装置处于所述第一充放电单元向所述第二充放电单元和所述第三充放电单元同时充电的工作模式、或者所述第二充放电单元向所述第一充放电单元放电同时向所述第三充放电单元充电的工作模式时，所述第一可控开关和所述第三可控开关闭合，所述第二可控开关断开；在所述充放电装置处于所述第二充放电单元向所述第三充放电单元供电运行的工作模式、或者处于所述第三充放电单元向所述第二充放电单元预充电的工作模式时，所述第一可控开关和所述第三可控开关断开，所述第二可控开关闭合。
在本发明的一实施例中，所述第一端口电气连接第一充放电单元，所述第二端口电气连接第二充放电单元，所述第三端口电气连接第三充放电单元，并且，在所述充放电装置处于所述第三充放电单元向所述第一充放电单元预充电、或者所述第二充放电单元向所述第一充放电单元预充电其中的一工作模式时，所述第一可控开关闭合。
在本发明的一实施例中，其中，所述第一变换电路包括第一半桥电路，所述第二变换电路包括第二全桥电路，所述第三变换电路包括第三全桥电路。
为了实现上述目的，本发明另提供一种电动车辆的充放电系统，其特点在于，包括：如上所述的充放电装置，其中所述充放电装置的第一端口是连接至一AC/DC充电单元，所述充放电装置的第二端口是连接至一第一充放电单元，所述充放电装置的第三端口是连接至一第二充放电单元。
本发明通过加入第一可控开关，可以使变压器的原副边的匝比不受限制，无功电流大大减小，效率得以提升。本发明通过在供电运行模式下使第一可控开关断开，可以使高压侧电路不需要切入半桥模式，从而可以降低谐振电流及开关的损耗，提升效率。
本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1为传统的电动汽车常见的三端口磁集成方案的系统配置架构示意图；
图2为本发明的充放电装置的结构示意图；
图3为本发明的充放电装置的第一较佳实施例的结构示意图；
图4A为本发明的充放电装置的第二较佳实施例的结构示意图；
图4B为图4A所示的充放电装置处于第二充放电单元向第三充放电单元供电运行的工作模式时的开关时序示意图；
图5为本发明的充放电装置的第三较佳实施例的结构示意图；
图6为本发明的充放电装置的第四较佳实施例的结构示意图；
图7为本发明的充放电装置的第五较佳实施例的结构示意图；
图8为本发明的充放电装置的第六较佳实施例的结构示意图；
图9为本发明的充放电装置的第七较佳实施例的结构示意图；
图10A为充放电装置处于第二充放电单元向第三充放电单元供电运行的工作模式时未采用第一可控开关时的仿真波形；
图10B为充放电装置处于第二充放电单元向第三充放电单元供电运行的工作模式时采用第一可控开关后的仿真波形。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。实施方式中可能使用相对性的用语，例如“上”或“下”以描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”侧的组件将会成为在“下”侧的组件。此外，权利要求书中的术语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。
如图2所示，本发明提供的充放电装置100可包括变压器10、多个端口21～23以及第一可控开关40。其中，所述变压器10包括有一个原边绕组11以及多个副边绕组，所述多个副边绕组例如至少包括第一副边绕组12和第二副边绕组13。所述多个端口，例如至少包括第一端口21、第二端口22、第三端口23，分别与所述变压器10的所述原边绕组11以及所述多个副边绕组(12、13)电气连接。其中，所述第一端口21是通过一第一变换电路31与所述原边绕组11电气连接；所述第二端口22是通过一第二变换电路32与所述第一副边绕组12电气连接；所述第三端口23是通过一第三变换电路33与所述第二副边绕组13电气连接。所述第一可控开关40是连接于所述第一变换电路31与所述原边绕组11之间，例如可连接于所述原边绕组11的第一端或第二端与所述第一变换电路31之间，所述第一可控开关40例如可为机械结构的开关，如继电器(Relay)，或者为可控双向开关。其中，所述充放电装置100的所述第一端口21的电压为第一电压，所述第二端口22的电压为第二电压，所述第三端口23的电压为第三电压。较佳地，所述第三电压是小于所述第二电压。
在本发明中，所述充放电装置100还可包括：第一滤波电容C_BUS，并联连接于所述第一端口21；第二滤波电容Co_HV，并联连接于所述第二端口22；以及第三滤波电容Co_LV，并联连接于所述第三端口23。此时，所述第一端口21的第一电压为BUS侧电压VBUS，所述第二端口22的第二电压为HV侧电压VHV，所述第三端口23的第三电压为LV侧电压VLV。
在本发明中，所述第一变换电路31例如可通过第一谐振电路51与所述原边绕组11电气连接，所述第二变换电路32例如可通过第二谐振电路52与所述第一副边绕组12电气连接，所述第三变换电路33例如可通过第三谐振电路53与所述第二副边绕组13电气连接。
在本发明中，所述第一端口21可电气连接第一充放电单元，所述第二端口22可电气连接第二充放电单元，所述第三端口23可电气连接第三充放电单元。其中，在所述充放电装置100处于所述第一充放电单元向所述第二充放电单元充电、所述第一充放电单元向所述第二充放电单元和所述第三充放电单元同时充电、所述第二充放电单元向所述第一充放电单元放电、以及所述第二充放电单元向所述第一充放电单元放电同时向所述第三充放电单元充电其中的一工作模式时，所述第一可控开关40闭合。在所述充放电装置100处于所述第二充放电单元向所述第三充放电单元供电运行的工作模式、或者处于所述第三充放电单元向所述第二充放电单元预充电的工作模式时，所述第一可控开关40断开。
在本发明中，在所述充放电装置100处于所述第三充放电单元向所述第一充放电单元预充电、或者所述第二充放电单元向所述第一充放电单元预充电其中的一工作模式时，所述第一可控开关40闭合。举例而言，本发明的充放电装置100例如可为一充电机，其具有所述第一端口21、所述第二端口22、以及所述第三端口23等三个端口，且所述第二端口22例如可电性连接高压电池，所述第三端口23例如可电性连接低压电池，当充电机需要对高压电池和/或低压电池进行充电时，基于本发明的充放电装置100的三端口线路可以通过双向控制技术对BUS侧电容(即第一滤波电容C_BUS)进行预充电，其可通过以下两种方式实现：一种是通过低压电池对BUS侧电容进行预充电，此时第一可控开关40是处于闭合状态；另一种是通过高压电池对BUS侧电容进行预充电，此时第一可控开关40是处于闭合状态。相比于传统的做法，即AC/DC级需要通过增加一个继电器和预充电电阻来对BUS侧电容进行预充电，本发明只需增加一个第一可控开关40(例如继电器)，在空间和成本上明显更优。
如图3所示，其示出了本发明的充放电装置100的第一较佳实施例的电路拓扑结构，其例如可应用于一电动车辆的充放电系统。其中，第一端口21可与AC/DC级(即第一充放电单元)相连接(图中略去)，第二端口22可与高压电池(即第二充放电单元)相连接，第三端口可与低压电池(即第三充放电单元)相连接。电容C_BUS、Co_Hv和Co_Lv分别是三个端口对应的滤波电容。第一可控开关S是设置于变压器10的原边侧。
在本实施例中，第一变换电路31可包括第一全桥电路，其例如可由开关管S1～S4组成，其中开关管S3和S4的中间节点A与开关管S1和S2的中间节点B之间的电位差为VAB；第二变换电路32可包括第二全桥电路，其例如可由开关管S5～S8组成，其中开关管S5和S6的中间节点C与开关管S7和S8的中间节点D之间的电位差为VCD；所述第三变换电路33可包括第三全桥电路，其例如可由开关管S9～S12组成，其中开关管S9和S10的中间节点E与开关管S11和S12的中间节点F之间的电位差为VEF。三个全桥电路分别分配在三个端口21～23，通过控制可以实现三个端口21～23间能量的双向流动。
在本实施例中，变压器10的原边绕组的匝数为N1，第一副边绕组的匝数为N2，第二副边绕组的匝数为N3。
在本实施例中，在变压器10的原边侧，所述第一变换电路31是通过第一谐振电路51与原边绕组电气连接，所述第一谐振电路51例如包括第一谐振电感Lk1和第一谐振电容CB，其中所述第一谐振电感Lk1和所述第一谐振电容CB分别串联连接在所述第一变换电路31和所述原边绕组之间，流过原边侧的电流为Ip；在变压器10的第一副边侧，所述第二变换电路32是通过第二谐振电路52与第一副边绕组电气连接，所述第二谐振电路52包括第二谐振电感Lrs和第二谐振电容Crs，其中所述第二谐振电感Lrs和所述第二谐振电容Crs分别串联连接在所述第二变换电路32和所述第一副边绕组之间，流过第一副边侧的电流为IS1；在变压器10的第二副边侧，所述第三变换电路33是通过第三谐振电路53与第二副边绕组电气连接，所述第三谐振电路53包括第三谐振电感Lk3，其中所述第三谐振电感Lk3串联连接在所述第三变换电路333和所述第二副边绕组之间，流过第二副边侧的电流为IS2。
其中第一谐振电感可以是所述变压器的漏感，第二谐振电感和、第三谐振电感可以是变压器的漏感或者独立的电感。第一谐振电容可以为隔直电容。
其中，在所述充放电装置100处于(a)所述第一充放电单元向所述第二充放电单元充电、(b)所述第一充放电单元向所述第二充放电单元和所述第三充放电单元同时充电、(c)所述第二充放电单元向所述第一充放电单元放电、以及(d)所述第二充放电单元向所述第一充放电单元放电同时向所述第三充放电单元充电等四个工作模式中的一工作模式时，所述第一可控开关S闭合。
其中，在所述充放电装置100处于(e)所述第二充放电单元向所述第三充放电单元供电运行、或者(f)所述第三充放电单元向所述第二充放电单元预充电的工作模式时，所述第一可控开关S断开。此时所述充放电装置100是一个独立的双向控制DC/DC。
如图4A所示，其示出了本发明的充放电装置100的第二较佳实施例的电路结构，与图3所示的实施例相比，其中所述充放电装置100还可进一步包括控制器60，其中包括有一移相控制和频率调节单元61，所述移相控制和频率调节单元61可与第一变换电路31、第二变换电路32以及第三变换电路33相连接，用于通过移相控制和频率调节来控制第二端口22以及第三端口23的电压。
其中，在所述充放电装置100处于第一充放电单元向第二充放电单元充电、第一充放电单元向第二充放电单元和第三充放电单元同时充电、第二充放电单元向第一充放电单元放电、以及第二充放电单元向第一充放电单元放电同时向第三充放电单元充电其中的一工作模式时，通过控制所述第一变换电路31和所述第二变换电路32的相位差、或者开关频率fs、或者相位差和开关频率fs的结合来控制第一端口21和第二端口22的电压，同时控制所述第一变换电路31或所述第二变换电路32与所述第三变换电路33的相位差来控制第三端口23的电压。
其中，在所述充放电装置100处于第二充放电单元向第三充放电单元供电运行的工作模式、或者处于第三充放电单元向第二充放电单元预充电的工作模式时，通过控制所述第二变换电路32和所述第三变换电路33的开关频率fs、或者相位差、或者相位差和开关频率fs的结合来控制第二端口22或者第三端口23的电压。
如图4B所示，其示出了图4A所示的充放电装置100处于第二充放电单元向第三充放电单元供电运行的工作模式时的开关时序。由图4B可以看到，第二端口和第三端口会通过开关频率和移相控制来控制电源的输出。在此实施例中，开关管S6和S7与开关管S10之间有一载波移相角a。由于死区时间较短，载波移相角a可包含死区时间t0-t1，也可不包含死区时间t0-t1，即载波移相角a可以为t0-t5，也可以为t1-t5，图4B中以t0-t5为例。开关管S11和开关管S12为同步整流。在此工作模式下，第一可控开关S断开。由于电路的对称性，第三充放电单元向第二充放电单元预充电的工作模式时的开关时序与供电运行时的开关时序类似，同样第一可控开关S断开。预充电的工作模式的开关时序不再详述。
如图5所示，其示出了本发明的充放电装置的第三实施例的电路拓扑结构，与图3所示的实施例相比，其中所述充放电装置除了包括设置于变压器10的原边侧的第一可控开关S之外，还包括设置于变压器10的第一副边侧的第二可控开关S-1和第三可控开关S-2，变压器10的原边绕组具有匝数N1，第二副边绕组具有匝数N3，而第一副边绕组的第一端与第三端之间的第一绕组部分具有第一匝数N2-1，第一副边绕组的第三端与第二端之间的第二绕组部分具有第二匝数N2-2。所述第二可控开关S-1是连接于第一绕组部分与第二变换电路32之间，例如可连接于第一副边绕组的第三端与第二变换电路32的第二谐振电容Crs之间；所述第三可控开关S-2是连接于第一副边绕组的第二端与第二变换电路32之间，例如可连接于第一副边绕组的第二端与第二谐振电容Crs之间。
并且，在图5所示的第三实施例中，当充放电装置处于由第一端口21向第二端口22及第三端口23充电的工作模式或者由第二端口22向第一端口21放电同时向第三端口23充电的工作模式的时候，第一可控开关S和第三可控开关S-2闭合，第二可控开关S-1断开。当充放电装置处于由第二端口22向第三端口23供电运行的工作模式，或者由第三端口23向第二端口22预充电的工作模式的时候，第一可控开关S和第三可控开关S-2断开，第二可控开关S-1闭合。这样，通过第二可控开关S-1和第三可控开关S-2的切换，可调节第一副边侧到第二副边侧的匝比，在供电运行的工作模式时，第二端口22向第三端口23处于充电状态，通过降低第一副边侧到第二副边侧的匝比，可减小第二副边侧在高压输出时移相角过大的影响，进而无功电流减小，降低损耗。
如图6所示，其示出了本发明的充放电装置的第四实施例的电路拓扑结构。其中，与图3所示的实施例不同的是，第三变换电路33可为二级变换电路，其包括位于第一级的同步整流电路331(例如包括开关管SR1和SR2)和位于第二级的BUCK电路332(例如包括开关管S9和SDR)。
如图7所示，其示出了本发明的充放电装置的第五实施例的电路拓扑结构。其中，与图3所示的实施例不同的是，第三变换电路33可为双向可控整流电路，例如包括开关管SR1～SR4。
如图8所示，其示出了本发明的充放电装置的第六实施例的电路拓扑结构。其中，与图3所示的实施例不同的是，第一变换电路31可为第一半桥电路，其例如可包括开关管S1～S2；第二变换电路32可为第二全桥电路，其例如可包括开关管S5～S8；第三变换电路33可为第三全桥电路，其例如可包括开关管S9～S12。此实施例可以减少开关器件数量，优化成本，同时在低压输出时也可以优化充电机的效率。
如图9所示，其示出了本发明的充放电装置的第七实施例的电路拓扑结构，其中示出了本发明一个实施例中充放电装置为多端口双向DC-DC变换器的结构以及其控制方法。图9中的三端口双向DC-DC变换器包括一个隔离变压器以及三个变换电路。变换器的第一变换电路包括开关SP1、SP2、SP3和SP4，并且第一变换电路电连接在电压源VIN和变压器TR的第一绕组N1之间。变换器的第二变换电路包括开关SS1、SS2、SS3和SS4，一个谐振电容CR和一个谐振电感LR。第三变换电路包括开关ST1、ST2、ST3和ST4，一个串联电感LT。并且，第二变换电路电连接在电源VB1和变压器TR的第二绕组N2之间，第三变换电路电连接在电源VB2和变压器TR的第三绕组N3之间。需要注意的是，在一些实施例中，需要在每个电源与每个变换电路之间电连接一个EMI滤波器。由于EMI滤波器在本发明中与变换器的工作状态无关，因此相关的实施例的图中均省略了EMI滤波器以简化图面和说明。
图9中的三端口双向DC-DC变换器可以在任意方向传递及调整电压和电流。例如，通过一个控制器控制变换器从电压源VIN向电池VB1和VB2传递能量，从而向电池VB1和VB2充电。类似的，电池VB1的能量可以被传递给电压源VIN和电池VB2，同样，电池VB2的能量可以通过独立控制充电电流被传递给电压源VIN和电池VB1。为了独立调整多个输出端的电压或电源，可以采用变频控制、延时控制、移相控制、或者以上控制的两种或者三种结合。
本发明还提供一种电动车辆的充放电系统，其包括有如上所述的充放电装置，其中充放电装置的第一端口是连接至一AC/DC整流及逆变单元，充放电装置的第二端口是连接至一第一充放电单元，充放电装置的第三端口是连接至一第二充放电单元。
本发明增加可控开关S后，具有如下至少一个优点：
(1)消除了传统的三端口磁集成方案设计上原边绕组匝数与各个副边绕组匝数之间互相限制的缺点，可以将设计做到最优。
(2)线路只需增加一个可控开关，成本可控。
(3)在车辆处于供电运行模式时，切断了能量往母线电容的路径，一方面解除了母线侧电压过高的风险，另一方面第三变换电路不用切换到半桥，效率可以得到优化。
(4)可以通过优化设计原边匝比来降低低压侧输出的无功功率，进而减小损耗。
例如，当充放电装置处于第二充放电单元向第三充放电单元供电运行的工作模式时，图10A示出了未采用第一可控开关S时的仿真波形；图10B示出了采用第一可控开关S后的仿真波形。其中，IS_hv是HV侧的谐振电流波形，IS_lv是LV侧的谐振电流波形，从图10A和图10B的对比可以看出，在未采用第一可控开关S的电路中，由于顾及到原边侧的BUS电容的耐压限制，在供电运行的工作模式时，HV侧电压很高时会切换成半桥模式，在采用第一可控开关S的电路中，HV侧可以全桥工作，HV侧和LV侧的谐振电流都比较小，从而达到优化效率的目的。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (20)

1.一种充放电装置，其特征在于，包括：
变压器，其包括一个原边绕组以及多个副边绕组，所述多个副边绕组至少包括第一副边绕组和第二副边绕组；
多个端口，分别与所述变压器的所述原边绕组以及所述多个副边绕组电气连接，其中所述多个端口至少包括：
第一端口，通过一第一变换电路与所述原边绕组电气连接；
第二端口，通过一第二变换电路与所述第一副边绕组电气连接；以及
第三端口，通过一第三变换电路与所述第二副边绕组电气连接；以及
第一可控开关，连接于所述第一变换电路与所述原边绕组之间；
其中，所述充放电装置的所述第一端口的电压为第一电压，所述第二端口的电压为第二电压，所述第三端口的电压为第三电压。
2.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，所述第三电压小于所述第二电压。
3.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，所述第一端口电气连接第一充放电单元，所述第二端口电气连接第二充放电单元，所述第三端口电气连接第三充放电单元，并且，在所述充放电装置处于所述第一充放电单元向所述第二充放电单元充电、所述第一充放电单元向所述第二充放电单元和所述第三充放电单元同时充电、所述第二充放电单元向所述第一充放电单元放电、以及所述第二充放电单元向所述第一充放电单元放电同时向所述第三充放电单元充电其中的一工作模式时，所述第一可控开关闭合。
4.根据权利要求1所述的充电放装置，其特征在于，所述第一端口电气连接第一充放电单元，所述第二端口电气连接第二充放电单元，所述第三端口电气连接第三充放电单元，并且，在所述充放电装置处于所述第二充放电单元向所述第三充放电单元供电运行的工作模式、或者处于所述第三充放电单元向所述第二充放电单元预充电的工作模式时，所述第一可控开关断开。
5.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，还包括：
第一滤波电容，并联连接于所述第一端口；
第二滤波电容，并联连接于所述第二端口；
第三滤波电容，并联连接于所述第三端口。
6.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，其中，
所述第一变换电路包括第一全桥电路，所述第二变换电路包括第二全桥电路，所述第三变换电路包括第三全桥电路。
7.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，其中，所述第一变换电路通过第一谐振电路与所述原边绕组电气连接，所述第二变换电路通过第二谐振电路与所述第一副边绕组电气连接，所述第三变换电路通过第三谐振电路与所述第二副边绕组电气连接。
8.根据权利要求7所述的充放电装置，其特征在于，所述第一谐振电路包括第一谐振电感和第一谐振电容，其中所述第一谐振电感和所述第一谐振电容分别串联连接在所述第一变换电路和所述原边绕组之间；
所述第二谐振电路包括第二谐振电感和第二谐振电容，其中所述第二谐振电感和所述第二谐振电容分别串联连接在所述第二变换电路和所述第一副边绕组之间；
所述第三谐振电路包括第三谐振电感，其中所述第三谐振电感串联连接在所述第三变换电路和所述第二副边绕组之间。
9.根据权利要求8所述的充放电装置，其特征在于，所述第一谐振电感为所述变压器的漏感，所述第二谐振电感和所述第三谐振电感为所述变压器的漏感或者独立的电感。
10.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，其中，
所述第一变换电路包括第一全桥电路，所述第二变换电路包括第二全桥电路，所述第三变换电路为二级变换电路，其包括位于第一级的同步整流电路和位于第二级的BUCK电路。
11.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，其中，
所述第一变换电路包括第一全桥电路，所述第二变换电路包括第二全桥电路，所述第三变换电路为双向可控整流电路。
12.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，其中，
所述第一可控开关是连接于所述原边绕组的第一端或第二端与所述第一变换电路之间。
13.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，还包括：
控制器，其中包括一移相控制和频率调节单元，所述移相控制和频率调节单元与所述第一变换电路、所述第二变换电路以及所述第三变换电路相连接，用于通过移相控制和频率调节来控制所述第二端口以及所述第三端口的电压。
14.根据权利要求13所述的充放电装置，其特征在于，所述第一端口电气连接第一充放电单元，所述第二端口电气连接第二充放电单元，所述第三端口电气连接第三充放电单元，并且，在所述充放电装置处于所述第一充放电单元向所述第二充放电单元充电、所述第一充放电单元向所述第二充放电单元和所述第三充放电单元同时充电、所述第二充放电单元向所述第一充放电单元放电、以及所述第二充放电单元向所述第一充放电单元放电同时向所述第三充放电单元充电其中的一工作模式时，通过控制所述第一变换电路和所述第二变换电路的相位差或者开关频率或者相位差和开关频率的结合来控制所述第一端口和所述第二端口的电压，同时控制所述第一变换电路或所述第二变换电路与所述第三变换电路的相位差来控制所述第三端口的电压。
15.根据权利要求13所述的充放电装置，其特征在于，所述第一端口电气连接第一充放电单元，所述第二端口电气连接第二充放电单元，所述第三端口电气连接第三充放电单元，并且，在所述充放电装置处于所述第二充放电单元向所述第三充放电单元供电运行的工作模式、或者处于所述第三充放电单元向所述第二充放电单元预充电的工作模式时，通过控制所述第二变换电路和所述第三变换电路的开关频率、或者相位差、或者相位差和开关频率的结合来控制所述第二端口或者所述第三端口的电压。
16.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，所述第一可控开关为机械结构的开关或可控双向开关。
17.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，所述第一端口电气连接第一充放电单元，所述第二端口电气连接第二充放电单元，所述第三端口电气连接第三充放电单元；所述第一副边绕组的第一端与第三端之间的第一绕组部分具有第一匝数，所述第一副边绕组的第三端与第二端之间的第二绕组部分具有第二匝数，且所述第一绕组部分与所述第二变换电路之间连接有第二可控开关，所述第一副边绕组的第二端与所述第二变换电路之间连接有第三可控开关；
其中，在所述充放电装置处于所述第一充放电单元向所述第二充放电单元和所述第三充放电单元同时充电的工作模式、或者所述第二充放电单元向所述第一充放电单元放电同时向所述第三充放电单元充电的工作模式时，所述第一可控开关和所述第三可控开关闭合，所述第二可控开关断开；
在所述充放电装置处于所述第二充放电单元向所述第三充放电单元供电运行的工作模式、或者处于所述第三充放电单元向所述第二充放电单元预充电的工作模式时，所述第一可控开关和所述第三可控开关断开，所述第二可控开关闭合。
18.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，所述第一端口电气连接第一充放电单元，所述第二端口电气连接第二充放电单元，所述第三端口电气连接第三充放电单元，并且，在所述充放电装置处于所述第三充放电单元向所述第一充放电单元预充电、或者所述第二充放电单元向所述第一充放电单元预充电其中的一工作模式时，所述第一可控开关闭合。
19.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，其中，
所述第一变换电路包括第一半桥电路，所述第二变换电路包括第二全桥电路，所述第三变换电路包括第三全桥电路。
20.一种电动车辆的充放电系统，其特征在于，包括：
如权利要求1～19任一权利要求所述的充放电装置，其中所述充放电装置的第一端口是连接至一AC/DC充电单元，所述充放电装置的第二端口是连接至一第一充放电单元，所述充放电装置的第三端口是连接至一第二充放电单元。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113659824A (zh) * 2021-07-27 2021-11-16 深圳威迈斯新能源股份有限公司 一种三端口能量传输电路的控制方法及能量传输设备
CN113890371A (zh) * 2021-09-30 2022-01-04 康舒科技股份有限公司 多输出的功率分配控制装置
CN113949282A (zh) * 2021-10-21 2022-01-18 浙江大学 一种三端口车载充电机
US11888404B2 (en) * 2020-08-04 2024-01-30 Delta Electronics, Inc. Multiple-port bidirectional converter and control method thereof

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200373844A1 (en) * 2019-05-23 2020-11-26 Infineon Technologies Austria Ag Hybrid resonant power supply
US11594976B2 (en) * 2020-06-05 2023-02-28 Delta Electronics, Inc. Power converter and control method thereof
JP7487883B2 (ja) 2020-08-07 2024-05-21 株式会社小松製作所 Ｄｃｄｃ変換回路、ならびにその制御装置および制御方法
US11929632B2 (en) * 2021-01-27 2024-03-12 Livewire Ev, Llc On-board charger system with integrated auxiliary power supply
KR20220135780A (ko) * 2021-03-31 2022-10-07 삼성전자주식회사 무선 전력 수신, 무선 통신, 및 전기 자극을 수행하는 장치 및 방법
CN114301297A (zh) * 2021-06-23 2022-04-08 华为数字能源技术有限公司 一种功率变换器、增大逆向增益范围的方法、装置、介质
US11533013B1 (en) * 2021-07-29 2022-12-20 Rivian Ip Holdings, Llc Pulse width modulation clock synchronization
US20230064783A1 (en) * 2021-09-02 2023-03-02 Rivian Ip Holdings, Llc Dual active bridge converter control with switching loss distribution
EP4187770A1 (en) * 2021-11-26 2023-05-31 Hitachi Energy Switzerland AG Power control of a power converter based on a variable modulation frequency
KR102515928B1 (ko) * 2022-02-17 2023-03-30 울산대학교 산학협력단 Dab 컨버터의 출력 전압 제어 방법 및 시스템
JP2023154478A (ja) * 2022-04-07 2023-10-20 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置
CN115833611B (zh) * 2023-02-23 2023-05-12 浙江日风电气股份有限公司 一种三有源桥电路控制方法、装置、介质

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206452300U (zh) * 2016-12-30 2017-08-29 深圳英飞源技术有限公司 一种dc‑dc功率变换器
CN107284273A (zh) * 2017-07-11 2017-10-24 深圳市永联科技股份有限公司 一种集成dc/dc转换器的车载充电机主电路及其控制
US20180222333A1 (en) * 2014-06-13 2018-08-09 University Of Maryland Integrated dual-output grid-to-vehicle (g2v) and vehicle-to-grid (v2g) onboard charger for plug-in electric vehicles
CN109167423A (zh) * 2018-09-12 2019-01-08 联合汽车电子有限公司 车载充电机与车载dcdc的电气集成装置
CN110556901A (zh) * 2019-09-23 2019-12-10 台达电子企业管理（上海）有限公司 车载充放电系统
CN110649813A (zh) * 2019-09-09 2020-01-03 浙江大学 一种隔离型集成化三端口双向dcdc变换器
WO2020096655A1 (en) * 2019-06-26 2020-05-14 Huawei Technologies Co., Ltd. Bidirectional multiple-port power conversion system and method

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5404092A (en) 1993-09-03 1995-04-04 Motorola, Inc. High power factor AC-DC converter with reactive shunt regulation
US6392902B1 (en) * 2000-08-31 2002-05-21 Delta Electronics, Inc. Soft-switched full-bridge converter
US6934167B2 (en) 2003-05-01 2005-08-23 Delta Electronics, Inc. Contactless electrical energy transmission system having a primary side current feedback control and soft-switched secondary side rectifier
JP4400632B2 (ja) 2007-02-20 2010-01-20 Ｔｄｋ株式会社 スイッチング電源装置
WO2011017449A2 (en) * 2009-08-04 2011-02-10 Asic Advantage, Inc. Multiple independently regulated parameters using a single magnetic circuit element
US8587975B2 (en) 2010-04-01 2013-11-19 Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizona State University PWM control of dual active bridge converters
US9184660B2 (en) * 2010-08-18 2015-11-10 Finsix Corporation Very high frequency switching cell-based power converter
US9287788B2 (en) * 2010-12-15 2016-03-15 Eaton Industries Company Resonant converter using variably delayed output switching
CN102290999B (zh) * 2011-08-15 2013-12-18 南京航空航天大学 一种多端口隔离双向dc-dc变换器
JP5475936B1 (ja) 2012-06-01 2014-04-16 パナソニック株式会社 電力変換装置およびこれを用いたバッテリ充電装置
US10270439B2 (en) * 2013-02-27 2019-04-23 Hengchun Mao High efficiency resonant power converters and resonant gate drivers
US20140254223A1 (en) * 2013-03-07 2014-09-11 Rudolf Limpaecher Method and system for a high speed soft-switching resonant converter
FR3016096B1 (fr) * 2013-12-31 2023-06-16 Thales Sa Convertisseur d'energie multi-sorties a commande par dephasage
JP6050770B2 (ja) * 2014-02-10 2016-12-21 オリジン電気株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ
US9490704B2 (en) 2014-02-12 2016-11-08 Delta Electronics, Inc. System and methods for controlling secondary side switches in resonant power converters
CN106134034B (zh) * 2014-03-27 2019-07-02 施耐德电气It公司 双向dc-dc转换器
US9673721B2 (en) * 2014-07-17 2017-06-06 Solantro Semiconductor Corp. Switching synchronization for isolated electronics topologies
KR20160040378A (ko) * 2014-10-02 2016-04-14 한국전기연구원 다상 구조의 dab 컨버터
EP3266100A1 (en) * 2014-12-16 2018-01-10 John Wood A power coupler
US9705411B2 (en) * 2015-12-08 2017-07-11 Delta Electronics, Inc. Soft-switched bidirectional buck-boost converters
CN206775390U (zh) * 2017-05-11 2017-12-19 辽宁工程技术大学 一种交错并联磁集成双向全桥llc谐振变换器
US10116224B1 (en) * 2017-06-14 2018-10-30 Northrop Grumman Systems Corporation Switching power converter circuit
CN107623365A (zh) * 2017-09-30 2018-01-23 深圳威迈斯电源有限公司 一种带逆变功能的三端口充电机
JP6963487B2 (ja) * 2017-12-14 2021-11-10 シャープ株式会社 Ｄｃ／ｄｃコンバータ
CN108092517A (zh) 2018-01-24 2018-05-29 合肥东胜汽车电子有限公司 一种车载充电和dcdc连接的电路
JP6977626B2 (ja) * 2018-03-08 2021-12-08 Tdk株式会社 コンバータ装置
US11491883B2 (en) * 2018-04-10 2022-11-08 University Of Maryland, College Park Vehicle on-board charger for bi-directional charging of low/high voltage batteries
CN110620512B (zh) * 2018-06-20 2020-09-15 台达电子工业股份有限公司 谐振变换器及控制方法
CN109038736B (zh) * 2018-08-10 2019-10-18 深圳威迈斯新能源股份有限公司 一种充电电路移相控制方法
CN109256955B (zh) * 2018-11-14 2020-12-01 湖南大学 基于模态解析的双有源主动桥的回流功率抑制方法
CN109703399B (zh) 2018-12-27 2021-05-18 台达电子企业管理（上海）有限公司 车载充放电系统及其所适用的控制方法
CN110112924A (zh) 2019-05-31 2019-08-09 重庆大学 三端口全桥隔离式总线均衡电路及其工作方法
CN112970182A (zh) * 2019-06-28 2021-06-15 华为技术有限公司 具有高频中间交流和两个独立输出的交流-直流三电平转换系统
CN110774909A (zh) * 2019-09-23 2020-02-11 华为技术有限公司 一种obc电路、obc充电器、新能源汽车及充电桩
CN112583061B (zh) * 2019-09-29 2023-03-24 比亚迪股份有限公司 车载充电系统及具有其的车辆
CN110719035B (zh) * 2019-12-05 2021-05-04 中南大学 单级dab-llc混合型双向dc-dc变换器的拓扑结构
CN111355398B (zh) 2020-03-19 2023-02-28 深圳市能效电气技术有限公司 一种集成dc/dc转换器的双向车载充电机电路
CN111463878B (zh) 2020-05-14 2021-10-01 深圳威迈斯新能源股份有限公司 一种兼容型大功率双端输出车载充电机及其控制方法
CN111464040B (zh) 2020-05-14 2023-07-18 深圳威迈斯新能源股份有限公司 一种适用于不同输入电网的dcdc架构及其控制方法
CN115668728A (zh) * 2020-06-02 2023-01-31 田纳西大学研究基金会 用于电动车辆的使用三重有源桥的集成车载充电器和辅助功率模块
US10868422B1 (en) * 2020-06-08 2020-12-15 North China Electric Power University Active protection system and method for photovoltaic direct current distribution system
US11594973B2 (en) * 2020-08-04 2023-02-28 Delta Electronics Inc. Multiple-port bidirectional converter and control method thereof
CN112054691B (zh) * 2020-09-04 2021-07-20 武汉大学 一种共用整流结构的单级调压变换电路及控制方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180222333A1 (en) * 2014-06-13 2018-08-09 University Of Maryland Integrated dual-output grid-to-vehicle (g2v) and vehicle-to-grid (v2g) onboard charger for plug-in electric vehicles
CN206452300U (zh) * 2016-12-30 2017-08-29 深圳英飞源技术有限公司 一种dc‑dc功率变换器
CN107284273A (zh) * 2017-07-11 2017-10-24 深圳市永联科技股份有限公司 一种集成dc/dc转换器的车载充电机主电路及其控制
CN109167423A (zh) * 2018-09-12 2019-01-08 联合汽车电子有限公司 车载充电机与车载dcdc的电气集成装置
WO2020096655A1 (en) * 2019-06-26 2020-05-14 Huawei Technologies Co., Ltd. Bidirectional multiple-port power conversion system and method
CN110649813A (zh) * 2019-09-09 2020-01-03 浙江大学 一种隔离型集成化三端口双向dcdc变换器
CN110556901A (zh) * 2019-09-23 2019-12-10 台达电子企业管理（上海）有限公司 车载充放电系统

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11888404B2 (en) * 2020-08-04 2024-01-30 Delta Electronics, Inc. Multiple-port bidirectional converter and control method thereof
CN113659824A (zh) * 2021-07-27 2021-11-16 深圳威迈斯新能源股份有限公司 一种三端口能量传输电路的控制方法及能量传输设备
CN113659824B (zh) * 2021-07-27 2023-09-12 深圳威迈斯新能源股份有限公司 一种三端口能量传输电路的控制方法及能量传输设备
CN113890371A (zh) * 2021-09-30 2022-01-04 康舒科技股份有限公司 多输出的功率分配控制装置
CN113890371B (zh) * 2021-09-30 2023-11-24 康舒科技股份有限公司 多输出的功率分配控制装置
CN113949282A (zh) * 2021-10-21 2022-01-18 浙江大学 一种三端口车载充电机

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US11888404B2 (en) 2024-01-30

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