CN201594757U - 一种车载充电装置 - Google Patents

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Abstract

一种车载充电装置，其中，该车载充电装置包括整流装置；单相电源接口；三相电源接口；DC/DC变换器；连接在所述整流装置和DC/DC变换器之间的第一开关；DC/DC变换器利用车载逆变器实现；用于检测所述整流装置输出端和车载电池的相关信号的信号检测单元；以及用于根据接收到的信号控制第一开关、第二开关和第三开关动作以及控制DC/DC变换器根据车载电池的状态给车载电池充电的控制器。本实用新型可以根据车载电池的当前状态进行充电，因此可以缩短充电时间。同时，由于设置有单相电源接口和三相电源接口，因此可以使用不同类型的外部电源进行充电。

Description

一种车载充电装置
技术领域
本实用新型涉及一种车载充电装置，尤其涉及一种用于混合动力车或电动车的车载充电装置。
背景技术
随着科技的发展，环保节能的电动汽车正在扮演着取代燃油车的角色，然而电动汽车的普及还面临着一些问题，其中高能量密度、安全可靠的电池，低成本、小体积、安全可靠的车载快速充电装置，渐渐成为业界关心的主要问题。当设计出大容量高能量密度的电池后，电动汽车面临的主要问题便转到充电问题上来。
大容量的电池，可以提高电动汽车的电动续航能力，但同样大容量的电池又带来了充电时间过长的问题，虽然充电站可以快速的为电池进行充电，但高额的成本和较大的站地面积等问题使得这种基础设施的普及还面临着一定的难度。
一般车载充电器采用小功率的充电方式，采用高频隔离DC/DC，该方式充电功率小，充电时间长，并且受限于不同电网的电压等级限制，多数充电器，只能适用于单一指定商用电网。
实用新型内容
本实用新型为解决现有技术中车载充电器充电时间长且只能适用于单一电源的技术问题，提供一种充电时间短且能适用于不同类型电源的车载充电装置。
本实用新型的一种车载充电装置，其中，该车载充电装置包括：
用于将外部电源的交流电转换为直流电的整流装置；
用于连接外部单相电源和整流装置的单相电源接口；
用于连接外部三相电源和整流装置的三相电源接口；
用于将所述整流装置输出的直流电转换为充电电流并给车载电池充电的DC/DC变换器；
连接在所述整流装置和DC/DC变换器之间的第一开关；
所述DC/DC变换器包括：两个串联的开关管，每个开关管还并联有反向二极管，两个开关管之间有引线与车载电池相连，在所述引线上串联有感性器件，两个开关管为车载逆变器中的两个开关管，在所述引线上还连接有第二开关，所述逆变器与车载电池之间还连接有第三开关；
用于检测整流装置输出端和车载电池的相关信号的信号检测单元；以及
用于根据信号检测单元发送的信号控制第一开关、第二开关和第三开关动作以及控制DC/DC变换器根据车载电池的状态给车载电池充电的控制器。
进一步地，所述单相电源接口和所述整流装置之间还连接有升压装置。
优选地，所述DC/DC变换器的输出端还并联有第一电容，所述DC/DC变换器的输入端并联有第二电容。
进一步地，所述信号检测单元包括：用于检测整流装置输出端电压的第一电压传感器，用于检测车载电池电压的第二电压传感器，用于检测车载电池充电电流的电流传感器，用于检测车载电池温度的温度传感器以及用于检测车载电池荷电量SOC的电池管理器。
本实用新型的一种车载充电装置，可以根据车载电池的当前状态进行充电，因此可以缩短充电时间。同时，由于设置有单相电源接口和三相电源接口，因此可以使用不同类型的外部电源进行充电。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种车载充电装置的电路示意图；
图2是本实用新型实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的一种车载充电装置的工作过程的流程图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
根据本实用新型的一种实施方式，如图1和图2所示，一种车载充电装置，其中，该车载充电装置包括：
用于将外部电源100的交流电转换为直流电的整流装置40；
用于连接外部单相电源80和整流装置40的单相电源接口51；
用于连接外部三相电源90和整流装置40的三相电源接口50；
用于将整流装置40输出的直流电转换为充电电流并给车载电池10充电的DC/DC变换器20；
连接在整流装置40和DC/DC变换器20之间的第一开关21；
DC/DC变换器20包括：两个串联的开关管Q1和Q4，每个开关管还并联有反向二极管D21和D24，两个开关管Q1和Q4之间有引线与车载电池10相连，在引线上还串联有感性器件L1，两个开关管为车载逆变器30中的两个开关管，在引线上还连接有第二开关13，逆变器30与车载电池之间还连接有第三开关12；
用于检测整流装置40输出端和车载电池的相关信号的信号检测单元200；以及
用于根据信号检测单元200发送的信号控制第一开关21、第二开关13和第三开关12动作以及控制DC/DC变换器20根据车载电池10的状态给车载电池充电的控制器70。
一般情况下，燃油车上没有逆变器，故本实用新型涉及的车载逆变器尤其是指混合动力车或者电动车上的逆变器，当然本领域技术人员也可以在燃油车上加入逆变器或者直接应用一个DC/DC变换器来实现本实用新型的技术方案。
外部电源100可以根据需要或者使用环境而不同，即外部电源可以为单相电源80或者三相电源90，例如可以为家用220V电源或者380V电源。单相电源接口51可与外部单相电源相连，三相电源接口50可与外部三相电源相连。
进一步地，单相电源接口51和整流装置40之间还连接有升压装置41。该升压装置可以为升压变压器，其作用是为了提高外部单相电源的电压以满足整流装置输出电压的要求。
整流装置40可以为各种合适的用于整流的器件，如可以为三相全波整流桥，如图1所示，该三相全波整流桥由D11、D12、D13、D14、D15和D16共6个二极管封装构成。
控制器70可以选用各种合适的数据处理单元，如控制器70的主芯片可以为TMS320F2812的DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)芯片。
进一步地，DC/DC变换器20的输出端还并联有第一电容C1。该第一电容C1可以起到滤波作用，从而提高充电质量。
DC/DC变换器20的输入端并联有第二电容22。该第二电容22可以为逆变器和整流装置提供其所需要的脉动电流，以保证系统的工作稳定。
进一步地，信号检测单元200包括：用于检测整流装置40输出端电压的第一电压传感器22，用于检测车载电池电压的第二电压传感器11，用于检测车载电池充电电流的电流传感器14，用于检测车载电池温度的温度传感器(图中未示出)以及用于检测车载电池荷电量SOC的电池管理器(图中未示出)。
第一电压传感器22和第二电压传感器11可以为各种合适的传感器，如可以为霍尔电压传感器。电流传感器14可以为各种合适的传感器，如可以为霍尔电流传感器。温度传感器可以根据需要而选择不同类型的传感器，如：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器和IC温度传感器。
为了便于控制，第一开关21、第二开关13和第三开关12可以为电磁开关、电磁继电器等，只要可以根据控制器的信号来合上或打开从而实现电路的连通或断开即可。
逆变器30包括各种桥式逆变电路，只要能实现逆变充放电功能即可，优选采用三相全桥逆变电路，该三相全桥逆变电路包括三组六个高可靠功率开关器件IGBT或MOS管(Q1-Q6)以及六个反向并联二极管(D21-D26)，如图1所示，每组包括两个串联的开关器件IGBT，每个开关器件IGBT都并联有一个反向二极管，如第一组由Q1与D21并联构成上桥臂开关、Q4与D24并联后构成下桥臂开关，上、下桥臂开关再串联而成，即该三相全桥逆变电路的每一组都包括上桥臂开关和下桥臂开关，控制器70可以产生PWM信号来控制各个IGBT的导通和关断。三组上桥臂开关与下桥臂开关之间的连接点可以与电机60相连。
DC/DC变换器20可以利用该逆变器中三组六个高可靠功率开关器件中的任意一组两个高可靠功率开关器件来实现。在实际充电时只要断开第三开关12并闭合第二开关13即可。
根据本实用新型的一种实施方式，一种混合动力车和电动车的车载充电装置的工作过程包括以下步骤：
1)判断是否满足充电条件；
2)如果满足充电条件，则闭合第一开关；
3)根据车载电池的SOC，通过控制充电功率进行充电；
4)判断车载电池是否完成充电。
进一步地，步骤1)是通过以下步骤实现的：
1-1)判断车载电池的温度是否在给定的温度范围内；
1-1-1)如果车载电池的温度在给定的温度范围内，则满足充电条件；
1-1-2)如果车载电池的温度超出给定的温度范围，则不满足充电条件；
1-2)判断车载电池的SOC是否在给定的SOC范围内；
1-2-1)如果车载电池的SOC在给定的SOC范围内，则满足充电条件；
1-2-2)如果车载电池的SOC超出给定的SOC范围，则不满足充电条件；
1-3)判断整流装置输出端的电压是否高于车载电池的电压；
1-3-1)若整流装置输出端的电压高于车载电池的电压，则满足充电条件；
1-3-2)若整流装置输出端的电压不高于车载电池的电压，则不满足充电条件。
进一步地，步骤3)是通过以下步骤实现的：
3-1)根据车载电池当前的SOC确定一个目标充电功率；
3-2)测量车载电池的当前的电压和充电电流计算出当前的充电功率；
3-3)对当前的充电功率以目标充电功率为目标进行比例积分调节；
3-4)控制器发出PWM信号控制DC/DC变换器进行充电。
为了车载电池的充放电安全，在步骤1)中设定一个安全的温度范围，该温度范围可以为0-70摄氏度。当当前的电池温度在该温度范围内时，车载电池才可以进行充放电，否则停止充放电，进一步地可以设置一个报警程序，当车载电池的温度超出该温度范围时，进行报警提示。在车载电池整个充当点过程中随时监测车载电池的温度，如果当前的温度超出设定的温度范围，则控制器断开并网开关并进行报警提示。
在步骤1)中还可以设置一个SOC对应的安全充电范围，如当SOC为99％时，车载电池不可以进行充电。如果当前的SOC超出该SOC范围还继续进行充电可以通过报警装置报警提示。该报警装置可以是蜂鸣器等各种合适的装置。
在步骤1)中还可以通过比较整流装置40输出端的电压与车载电池10的电压而确定是否满足充电条件，这样就可以避免整流装置40或者外部电源异常而导致无法充电的现象。
当满足充电条件时，对于电动车或者混合动力车，可以首先断开第三开关12，这样就可以利用逆变器实现DC/DC变换器20的功能，然后闭合第一开关21和第二开关13以便于实现充电。
此时控制器70根据检测得到的车载电池10当前的荷电量SOC确定一个目标充电功率，该目标充放电功率与SOC之间呈一反比关系，即随着SOC的增加，目标充电功率随之减小。这样就能根据车载电池的实际情况控制充电电流的大小，从而缩短充电时间。
之后测量车载电池当前的电压和充电电流计算出当前的充电功率；
对充电功率以目标充电功率为目标进行比例积分调节，使得当前的充电功率和目标充电功率一致。此时控制器根据上述内容发出PWM信号控制各个IGBT导通或关断即可使得当前的充电功率和目标充电功率一致。
对于是否完成充电，是通过比较当前SOC是否超出给定的SOC范围实现的。
如图3所示，本实用新型的一种混合动力车和电动车的车载充电装置的具体工作过程如下：
首先根据检测的车载电池的SOC、电池温度、整流装置40的输出端的电压和车载电池的电压判断是否满足充电条件，当满足充电条件时，断开第三开关12并闭合第一开关21和第二开关13。控制器根据当前的SOC给出当前的目标充电功率，控制器根据检测到的车载电池10当前的电压和当前充电电流计算出当前的充电功率，控制器根据当前的目标充电功率和实际的充电功率发出PWM信号控制各个IGBT的导通和关断从而使得实际的充电功率和当前的目标充电功率相一致。之后判断当前的SOC是否达到给定的SOC范围，如果当前的SOC达到给定的SOC充电上限即控制第一开关21和第二开关13断开完成充电。
本实用新型的一种混合动力车和电动车的车载充电装置，可以根据车载电池当前的SOC通过控制充电功率进行充电，在充电过程中充电电流是可控的，因此可以缩短充电时间。同时，由于设置有单相电源接口和三相电源接口，因此可以使用不同类型的外部电源进行充电。
由于该车载充电装置利用了车载逆变器实现了DC/DC变换器的作用，因此可以简化车载充电装置的结构设计并降低其成本，同时利用该车载充电装置无需另外的充电桩或充电站，因此可以降低混合动力车和电动车对充电站或者充电桩的依赖，从而有利于混合动力车和电动车的推广应用。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种车载充电装置，其特征在于，该车载充电装置包括：
用于将外部电源的交流电转换为直流电的整流装置；
用于连接外部单相电源和整流装置的单相电源接口；
用于连接外部三相电源和整流装置的三相电源接口；
用于将所述整流装置输出的直流电转换为充电电流并给车载电池充电的DC/DC变换器；
连接在所述整流装置和DC/DC变换器之间的第一开关；
所述DC/DC变换器包括：两个串联的开关管，每个开关管还并联有反向二极管，两个开关管之间有引线与车载电池相连，在所述引线上串联有感性器件，两个开关管为车载逆变器中的两个开关管，在所述引线上还连接有第二开关，所述逆变器与车载电池之间还连接有第三开关；
用于检测整流装置输出端和车载电池的相关信号的信号检测单元；以及
用于根据信号检测单元发送的信号控制第一开关、第二开关和第三开关动作以及控制DC/DC变换器根据车载电池的状态给车载电池充电的控制器。
2.如权利要求1所述的车载充电装置，其特征在于，所述单相电源接口和所述整流装置之间还连接有升压装置。
3.如权利要求1所述的车载充电装置，其特征在于，所述DC/DC变换器的输出端还并联有第一电容，所述DC/DC变换器的输入端并联有第二电容。
4.如权利要求1所述的车载充电装置，其特征在于，所述信号检测单元包括：用于检测整流装置输出端电压的第一电压传感器，用于检测车载电池电压的第二电压传感器，用于检测车载电池充电电流的电流传感器，用于检测车载电池温度的温度传感器以及用于检测车载电池荷电量SOC的电池管理器。
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