CN115593255A - 适用于高电压平台电动汽车的交直流双功能充电机及车辆 - Google Patents

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CN115593255A CN202211173809.5A CN202211173809A CN115593255A CN 115593255 A CN115593255 A CN 115593255A CN 202211173809 A CN202211173809 A CN 202211173809A CN 115593255 A CN115593255 A CN 115593255A
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Abstract

本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种适用于高电压平台电动汽车的交直流双功能充电机及车辆，包括PFC控制模块、DC/DC变换电路、滤波电路、直流升压充电开关电路和控制电路；所述PFC控制模块与DC/DC变换电路并联，所述滤波电路与DC/DC变换电路并联，所述直流升压充电开关电路与PFC控制模块和DC/DC变换电路均电连接；所述PFC控制模块、DC/DC变换电路和直流升压充电开关电路均与控制电路电连接。本发明不仅可以对直流电进行升压对动力电池充电，还可以进行交流电的充电，满足汽车不同工作请求。

Description

适用于高电压平台电动汽车的交直流双功能充电机及车辆
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种适用于高电压平台电动汽车的交直流双功能充电机及车辆。
背景技术
电动汽车近几年得到快速发展，市场上逐渐出现了高电压平台电动汽车，其动力电池最高电压大于500Vdc，但目前市场上仍有大量最高输出电压仅有500Vdc的直流充电桩，导致该级车型在500Vdc直流充电桩上无法充满电甚至无法充电。为了解决该问题，行业内常用解决方法为通过复用电机绕组作为电感，电驱组成升压BOOST电路，桩端输出电压经过电驱升压后给电池充电。
比如，申请号为CN202210056295.9的专利文件公开了一种电压变换系统、控制方法和电动汽车。通过控制充电输入电源与各相绕组的通断，形成三个结构相同的电压变换单元，并依次、等周期地控制三个电压变换单元轮流工作，使各相绕组参与电压变换的有效时间相同，既充分利用电机绕组电感实现升压变换，又解决了三相电机绕组发热不均衡、单相电机绕组铜耗过高的问题。并且，通过控制离合器断开电驱动系统和车轮之间的传动连接，避免了充电过程中电机绕组产生的偏置转矩所引起的电动汽车的意外移动，进一步保证车辆及周围人员的安全。
上述专利方案采用复用电机绕路以及电机控制器功率器件，组成BOOST电路将直流充电桩输入直流电进行升压从而给动力电池充电；该方案虽然可以对直流电进行升压对动力电池充电，但是其只能针对直流电的升压充电，却不能进行交流电的充电，因此，不能满足汽车不同工作请求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种适用于高电压平台电动汽车的交直流双功能充电机及车辆，不仅可以对直流电进行升压对动力电池充电，还可以进行交流电的充电，满足汽车不同工作请求。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种适用于高电压平台电动汽车的交直流双功能充电机，包括PFC控制模块、DC/DC变换电路、滤波电路、直流升压充电开关电路和控制电路；所述PFC控制模块与DC/DC变换电路并联，所述滤波电路与DC/DC变换电路并联，所述直流升压充电开关电路与PFC控制模块和DC/DC变换电路均电连接；所述PFC控制模块、DC/DC变换电路和直流升压充电开关电路均与控制电路电连接。
本技术方案的原理：当控制电路收到外部交流充电模式工作请求时，控制电路控制PFC控制模块、DC/DC变换电路进行工作，并保持直流升压充电电路处于断开状态，交流电通过PFC控制模块转成直流，再通过DC/DC转换电路调压成为高压直流电经滤波电路后给动力电池充电。当控制电路收到外部直流升压充电模式工作请求时，控制电路控制DC/DC变换电路进行工作，直流升压充电电路处于闭合状态，并保持PFC控制模块处于断开状态，低电压平台直流充电桩输入的直流电DC/DC转换电路调压成为高压直流电经滤波电路后给动力电池充电。从而使得本技术方案不仅可以对直流电进行升压对动力电池充电，还可以进行交流电的充电，满足汽车不同工作请求。
进一步，所述PFC控制模块包括交流输入L端、交流输入N端、开关三极管Q1、开关三极管Q2、开关三极管Q3、开关三极管Q4，所述开关三极管Q2的集电极与开关三极管Q1的发射极电连接组成第一开关管组，所述开关三极管Q4的集电极与开关三极管Q3的发射极电连接组成第二开关管组；所述开关三极管Q1的集电极与开关三极管Q3的集电极电连接，所述开关三极管Q2的发射极与开关三极管Q4的发射极电连接；所述开关三极管Q3的集电极与开关三极管Q4的发射极之间电连接有第一电容；所述交流输入L端电连接有第一电感，所述第一电感的另一端电连接于开关三极管Q1的发射极和开关三极管Q2的集电极电连接，所述交流输入N端与开关三极管Q3的发射极和开关三极管Q4的集电极电连接；所述开关三极管Q1、开关三极管Q2、开关三极管Q3、开关三极管Q4的基极均与控制电路电连接。
进一步，所述DC/DC变换电路包括变压器原边电路和变压器副边电路，所述变压器原边电路与变压器副边电路电连接有同一个变压器，所述变压器包括变压器原边和变压器副边主线圈，所述变压器原边电路与变压器原边电连接，所述变压器副边电路与变压器副边主线圈电连接。
进一步，所述变压器原边电路包括开关三极管Q5、开关三极管Q6、开关三极管Q7、开关三极管Q8，所述开关三极管Q6的集电极与开关三极管Q5的发射极电连接组成第三开关管组，所述开关三极管Q8的集电极与开关三极管Q7的发射极电连接组成第四开关管组；所述开关三极管Q5的集电极与开关三极管Q7的集电极电连接，所述开关三极管Q6的发射极与开关三极管Q8的发射极电连接；所述变压器原边的一端电连接有第二电感，所述第二电感的另一端与开关三极管Q5的发射极和开关三极管Q6的集电极电连接，所述变压器原边的另一端电连接有第二电容，所述第二电容的另一端与开关三极管Q7的发射极和开关三极管Q8的集电极电连接；所述开关三极管Q3的集电极与开关三极管Q5的集电极电连接，所述开关三极管Q4的发射极与开关三极管Q6的集电极电连接；所述开关三极管Q5、开关三极管Q6、开关三极管Q7、开关三极管Q8的基极均与控制电路电连接。
进一步，所述变压器副边电路包括开关三极管Q9、开关三极管Q10、开关三极管Q11、开关三极管Q12，所述开关三极管Q10的集电极与开关三极管Q9的发射极电连接组成第五开关管组，所述开关三极管Q12的集电极与开关三极管Q11的发射极电连接组成第六开关管组；所述开关三极管Q9的集电极与开关三极管Q11的集电极电连接，所述开关三极管Q10的发射极与开关三极管Q12的发射极电连接；所述变压器副边主线圈的一端与开关三极管Q9的发射极和开关三极管Q10的集电极电连接，所述变压器副边主线圈的另一端电连接有第三电容，所述第三电容的另一端开关三极管Q11的发射极和开关三极管Q12的集电极电连接；所述开关三极管Q11的集电极电连接有高压输出正极，所述开关三极管Q12的发射极电连接有高压输出负极；所述开关三极管Q9、开关三极管Q10、开关三极管Q11、开关三极管Q12的基极均与控制电路电连接。
进一步，所述直流升压充电开关电路包括直流充电桩输出负极DC-端和直流充电桩输出正极DC+端，所述直流充电桩输出负极DC-端电连接有第一开关S1，所述直流充电桩输出正极DC+端电连接有第二开关S2，所述第一开关S1的另一端与开关三极管Q4的发射极和开关三极管Q6的发射极电连接，所述第二开关S2的另一端与开关三极管Q3的集电极和开关三极管Q5的集电极电连接；所述第一开关S1和第二开关S2均与与控制电路电连接。
进一步，所述滤波电路包括第四电容，所述第四电容的一端与开关三极管Q11的集电极电连接，所述第四电容的另一端与开关三极管Q12的发射极电连接。
本发明还公开了一种车辆，所述车辆包括了上述的交直流双功能充电机，以及车辆的其他部件。
本发明的适用于高电压平台电动汽车的交直流双功能充电机及车辆，具有如下优点：
本发明的交直流双功能充电机可以有两种工作模式，分别为交流充电模式和直流升压充电模式，当控制电路收到外部交流充电模式工作请求时，PFC控制模块、DC/DC变换电路进行工作，并保持直流升压充电电路中的第一开关S1和第二开关S2处于断开状态，交流电通过PFC控制模块转换成为直流电，再通过DC/DC转换电路调压成为高压直流电，经滤波电路后给动力电池充电；当控制电路收到外部直流升压充电模式工作请求时，控制DC/DC变换电路进行工作，直流升压充电电路中的第一开关S1和第二开关S2处于闭合状态，控制电路并控制PFC控制模块的开关三极管Q1、开关三极管Q2、开关三极管Q3、开关三极管Q4处于断开状态，低电压平台直流充电桩输入的直流电DC/DC转换电路调压成为高压直流电，经滤波电路后给动力电池充电。因此，本发明不仅能够对低压直流电进行升压后对电池充电，还能将交流电转换为直流电，然后对转换的直流电再升压，对电池充电，可以满足汽车不同工作请求的充电，应用范围更广。
附图说明
图1为现有技术的一种直流升压方案电路原理图；
图2为本发明交直流双功能充电机的原理框图；
图3为本发明交直流双功能充电机的电路原理图；
图4为本发明交流充电模式等效电路及能量流动示意图；
图5为本发明直流升压充电模式等效电路及能量流动示意图；
其中，PFC控制模块1、DC/DC变换电路2、滤波电路3、直流升压充电开关4、控制电路5、第一电容6、第二电容7、第三电容8、第四电容9、第一电感10、第二电感11。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容了解本发明的优点和功效。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制，为了更好地说明本发明的实施例，图中某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1、
本实施例为一种适用于高电压平台电动汽车的交直流双功能充电机，如图2所示，包括PFC控制模块1、DC/DC变换电路2、滤波电路3、直流升压充电开关4电路和控制电路5。
具体的，如图3所示，本实施例的PFC控制模块1包括交流输入L端、交流输入N端、开关三极管Q1、开关三极管Q2、开关三极管Q3、开关三极管Q4，开关三极管Q2的集电极与开关三极管Q1的发射极电连接组成第一开关管组，开关三极管Q4的集电极与开关三极管Q3的发射极电连接组成第二开关管组；开关三极管Q1的集电极与开关三极管Q3的集电极电连接，开关三极管Q2的发射极与开关三极管Q4的发射极电连接；开关三极管Q3的集电极与开关三极管Q4的发射极之间电连接有第一电容6；交流输入L端电连接有第一电感10，第一电感10的另一端电连接于开关三极管Q1的发射极和开关三极管Q2的集电极电连接，交流输入N端与开关三极管Q3的发射极和开关三极管Q4的集电极电连接。
如图3所示，本实施例的DC/DC变换电路2包括变压器原边电路和变压器副边电路，变压器原边电路与变压器副边电路电连接有同一个变压器，变压器包括变压器原边和变压器副边主线圈；变压器原边电路包括开关三极管Q5、开关三极管Q6、开关三极管Q7、开关三极管Q8，开关三极管Q6的集电极与开关三极管Q5的发射极电连接组成第三开关管组，开关三极管Q8的集电极与开关三极管Q7的发射极电连接组成第四开关管组；开关三极管Q5的集电极与开关三极管Q7的集电极电连接，开关三极管Q6的发射极与开关三极管Q8的发射极电连接；变压器原边的一端电连接有第二电感11，第二电感11的另一端与开关三极管Q5的发射极和开关三极管Q6的集电极电连接，变压器原边的另一端电连接有第二电容7，第二电容7的另一端与开关三极管Q7的发射极和开关三极管Q8的集电极电连接；变压器副边电路包括开关三极管Q9、开关三极管Q10、开关三极管Q11、开关三极管Q12，开关三极管Q10的集电极与开关三极管Q9的发射极电连接组成第五开关管组，开关三极管Q12的集电极与开关三极管Q11的发射极电连接组成第六开关管组；开关三极管Q9的集电极与开关三极管Q11的集电极电连接，开关三极管Q10的发射极与开关三极管Q12的发射极电连接；变压器副边主线圈的一端与开关三极管Q9的发射极和开关三极管Q10的集电极电连接，变压器副边主线圈的另一端电连接有第三电容8，第三电容8的另一端开关三极管Q11的发射极和开关三极管Q12的集电极电连接；开关三极管Q11的集电极电连接有高压输出正极，开关三极管Q12的发射极电连接有高压输出负极。开关三极管Q3的集电极与开关三极管Q5的集电极电连接，开关三极管Q4的发射极与开关三极管Q6的集电极电连接；滤波电路3包括第四电容9，第四电容9的一端与开关三极管Q11的集电极电连接，第四电容9的另一端与开关三极管Q12的发射极电连接。
如图3所示，本实施例的直流升压充电开关4电路包括直流充电桩输出负极DC-端和直流充电桩输出正极DC+端，直流充电桩输出负极DC-端电连接有第一开关S1，直流充电桩输出正极DC+端电连接有第二开关S2，第一开关S1的另一端与开关三极管Q4的发射极和开关三极管Q6的发射极电连接，第二开关S2的另一端与开关三极管Q3的集电极和开关三极管Q5的集电极电连接。
其中，开关三极管Q1、开关三极管Q2、开关三极管Q3、开关三极管Q4、开关三极管Q5、开关三极管Q6、开关三极管Q7、开关三极管Q8、开关三极管Q9、开关三极管Q10、开关三极管Q11、开关三极管Q12的基极，以及第一开关S1和第二开关S2均与控制电路5电连接。
本实施例的控制电路5为目前常用的控制器，如单片机，也可以是汽车的整车控制器，由整车控制器来对各个元器件进行控制。
实施例2、
本实施例为一种车辆，所述车辆包括了实施例的交直流双功能充电机，以及车辆的其他部件。
本发明对汽车电池的充电方法如下：
本发明的交直流双功能充电机可以有两种工作模式，分别为交流充电模式和直流升压充电模式，不仅能够对低压直流电进行升压后对电池充电，还能将交流电转换为直流电，然后对转换的直流电再升压，对电池充电，可以满足汽车不同工作请求的充电。
具体的，当控制电路5收到外部交流充电模式工作请求时，如图4所示，控制电路5控制开关三极管Q1、开关三极管Q2、开关三极管Q3、开关三极管Q4、开关三极管Q5、开关三极管Q6、开关三极管Q7、开关三极管Q8、开关三极管Q9、开关三极管Q10、开关三极管Q11、开关三极管Q12全部开启，PFC控制模块1、DC/DC变换电路2进行工作，并通过控制电路5的控制，保持直流升压充电电路中的第一开关S1和第二开关S2处于断开状态，交流电通过PFC控制模块1转换成为直流电，再通过DC/DC转换电路调压成为高压直流电，经滤波电路3后给动力电池充电。
当控制电路5收到外部直流升压充电模式工作请求时，如图5所示，控制DC/DC变换电路2进行工作，直流升压充电电路中的第一开关S1和第二开关S2处于闭合状态，控制电路5并控制PFC控制模块1的开关三极管Q1、开关三极管Q2、开关三极管Q3、开关三极管Q4处于断开状态，但开关三极管Q5、开关三极管Q6、开关三极管Q7、开关三极管Q8、开关三极管Q9、开关三极管Q10、开关三极管Q11、开关三极管Q12全部开启，低电压平台直流充电桩输入的直流电DC/DC转换电路调压成为高压直流电，经滤波电路3后给动力电池充电。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (8)

1.一种适用于高电压平台电动汽车的交直流双功能充电机，其特征在于：包括PFC控制模块、DC/DC变换电路、滤波电路、直流升压充电开关电路和控制电路；所述PFC控制模块与DC/DC变换电路并联，所述滤波电路与DC/DC变换电路并联，所述直流升压充电开关电路与PFC控制模块和DC/DC变换电路均电连接；所述PFC控制模块、DC/DC变换电路和直流升压充电开关电路均与控制电路电连接。
2.根据权利要求1所述的适用于高电压平台电动汽车的交直流双功能充电机，其特征在于：所述PFC控制模块包括交流输入L端、交流输入N端、开关三极管Q1、开关三极管Q2、开关三极管Q3、开关三极管Q4，所述开关三极管Q2的集电极与开关三极管Q1的发射极电连接组成第一开关管组，所述开关三极管Q4的集电极与开关三极管Q3的发射极电连接组成第二开关管组；所述开关三极管Q1的集电极与开关三极管Q3的集电极电连接，所述开关三极管Q2的发射极与开关三极管Q4的发射极电连接；所述开关三极管Q3的集电极与开关三极管Q4的发射极之间电连接有第一电容；所述交流输入L端电连接有第一电感，所述第一电感的另一端电连接于开关三极管Q1的发射极和开关三极管Q2的集电极电连接，所述交流输入N端与开关三极管Q3的发射极和开关三极管Q4的集电极电连接；所述开关三极管Q1、开关三极管Q2、开关三极管Q3、开关三极管Q4的基极均与控制电路电连接。
3.根据权利要求2所述的适用于高电压平台电动汽车的交直流双功能充电机，其特征在于：所述DC/DC变换电路包括变压器原边电路和变压器副边电路，所述变压器原边电路与变压器副边电路电连接有同一个变压器，所述变压器包括变压器原边和变压器副边主线圈，所述变压器原边电路与变压器原边电连接，所述变压器副边电路与变压器副边主线圈电连接。
4.根据权利要求3所述的适用于高电压平台电动汽车的交直流双功能充电机，其特征在于：所述变压器原边电路包括开关三极管Q5、开关三极管Q6、开关三极管Q7、开关三极管Q8，所述开关三极管Q6的集电极与开关三极管Q5的发射极电连接组成第三开关管组，所述开关三极管Q8的集电极与开关三极管Q7的发射极电连接组成第四开关管组；所述开关三极管Q5的集电极与开关三极管Q7的集电极电连接，所述开关三极管Q6的发射极与开关三极管Q8的发射极电连接；所述变压器原边的一端电连接有第二电感，所述第二电感的另一端与开关三极管Q5的发射极和开关三极管Q6的集电极电连接，所述变压器原边的另一端电连接有第二电容，所述第二电容的另一端与开关三极管Q7的发射极和开关三极管Q8的集电极电连接；所述开关三极管Q3的集电极与开关三极管Q5的集电极电连接，所述开关三极管Q4的发射极与开关三极管Q6的集电极电连接；所述开关三极管Q5、开关三极管Q6、开关三极管Q7、开关三极管Q8的基极均与控制电路电连接。
5.根据权利要求4所述的适用于高电压平台电动汽车的交直流双功能充电机，其特征在于：所述变压器副边电路包括开关三极管Q9、开关三极管Q10、开关三极管Q11、开关三极管Q12，所述开关三极管Q10的集电极与开关三极管Q9的发射极电连接组成第五开关管组，所述开关三极管Q12的集电极与开关三极管Q11的发射极电连接组成第六开关管组；所述开关三极管Q9的集电极与开关三极管Q11的集电极电连接，所述开关三极管Q10的发射极与开关三极管Q12的发射极电连接；所述变压器副边主线圈的一端与开关三极管Q9的发射极和开关三极管Q10的集电极电连接，所述变压器副边主线圈的另一端电连接有第三电容，所述第三电容的另一端开关三极管Q11的发射极和开关三极管Q12的集电极电连接；所述开关三极管Q11的集电极电连接有高压输出正极，所述开关三极管Q12的发射极电连接有高压输出负极；所述开关三极管Q9、开关三极管Q10、开关三极管Q11、开关三极管Q12的基极均与控制电路电连接。
6.根据权利要求5所述的适用于高电压平台电动汽车的交直流双功能充电机，其特征在于：所述直流升压充电开关电路包括直流充电桩输出负极DC-端和直流充电桩输出正极DC+端，所述直流充电桩输出负极DC-端电连接有第一开关S1，所述直流充电桩输出正极DC+端电连接有第二开关S2，所述第一开关S1的另一端与开关三极管Q4的发射极和开关三极管Q6的发射极电连接，所述第二开关S2的另一端与开关三极管Q3的集电极和开关三极管Q5的集电极电连接；所述第一开关S1和第二开关S2均与与控制电路电连接。
7.根据权利要求5所述的适用于高电压平台电动汽车的交直流双功能充电机，其特征在于：所述滤波电路包括第四电容，所述第四电容的一端与开关三极管Q11的集电极电连接，所述第四电容的另一端与开关三极管Q12的发射极电连接。
8.一种车辆，其特征在于:所述车辆包括权利要求1所述的交直流双功能充电机。
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