CN208638083U - 电动汽车充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电动汽车充电电路，所述电动汽车充电电路包括PFC高压侧电路、高压电池侧电路和低压电池侧电路，其中：所述PFC高压侧电路包括第一H桥电路、第一电容和第一电感；所述高压电池侧电路包括第二H桥电路、第二电容和第二电感；所述PFC高压侧电路用于向所述高压电池侧电路和所述低压电池侧电路充电，并控制所述第一H桥电路的开关频率，以使所述第一H桥电路工作在与所述第一电容和第一电感谐振状态；所述高压电池侧电路用于向所述低压电池侧电路充电或将能量反馈至所述PFC高压侧电路，并控制所述第二H桥电路的开关频率，以使所述第二H桥电路工作在与所述第二电容和第二电感谐振状态。

Description

电动汽车充电电路

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车充电电路。

背景技术

随着新能源汽车在市场的逐步推广，电动汽车的技术也在不断发展；电动汽车采用高压电池包作为能量输出，较之于传统的燃油车，功率转换电路势必增多，主要包括：电机、电控(PEU)，及车载充电机(OBC)、功率变换电路(DC-DC)、电池管理系统(BMS)。为了减少装配空间及线束成本，集成化是重点发展方向，目前关于电路之间的集成方案还在不断革新中。

车载充电机与DC-DC电路的集成是其中一种集成化趋势，如图1所示，将车载充电机和DC-DC电路进行集成，包括PFC高压侧电路10、高压电池侧电路20和低压电池侧电路30，通过共用磁芯及功率开关管和控制电路，实现车载充电机与DC-DC电路的集成，当该电路为充电机工作模式时，外部控制电路为调频控制电路，控制此集成电路为谐振工作模式，控制功率因数校正侧电路(PFC)的开关管的开关频率，功率因数校正侧电路向高压电池侧电路传输能量，实现高压电池侧的稳压输出；当该集成电路为DC-DC工作模式时，外部控制电路为脉宽调制电路，控制此集成电路为调制占空比工作方式，控制高压电池侧电路开关管的开关占空比，从而使高压电池侧电路向低压电池侧传输能量，实现低压电池侧的稳压输出；当该集成电路为逆变模式时，外部电路为调频控制电路，控制此集成电路为谐振工作模式，控制高压电池侧电路的开关管的开关频率，高压电池侧电路向功率因数校正侧传输能量，实现能量的逆变传递。

以上现有技术虽然通过共用磁芯及功率开关管和控制电路以达到减小体积、降低成本的目的，但是对于高压电池侧向低压电池侧传递能量时，采用调节高压电池侧电路开关管占空比的方式实现低压侧电池的稳定输出，即移相全桥工作模式，其实现软开关的范围有限，且低压侧二极管存在电压振荡现象。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电动汽车充电电路，以解决现有的电动汽车充电电路高压电池侧向低压电池侧传递能量时，软开关范围受限的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电动汽车充电电路，所述电动汽车充电电路包括PFC高压侧电路、高压电池侧电路和低压电池侧电路，其中：

所述PFC高压侧电路包括第一H桥电路、第一电容和第一电感；

所述高压电池侧电路包括第二H桥电路、第二电容和第二电感；

所述PFC高压侧电路用于向所述高压电池侧电路和所述低压电池侧电路充电，并控制所述第一H桥电路的开关频率，以使所述第一H桥电路工作在与所述第一电容和第一电感谐振状态；

所述高压电池侧电路用于向所述低压电池侧电路充电或将能量反馈至所述PFC高压侧电路，并控制所述第二H桥电路的开关频率，以使所述第二H桥电路工作在与所述第二电容和第二电感谐振状态。

可选的，在所述的电动汽车充电电路中，所述低压电池侧电路包括整流桥、Buck电路和滤波电路，其中：

所述整流桥电路用于对输入所述低压电池侧电路的电流进行整流，并提供至所述Buck电路；

所述Buck电路用于控制其内部开关管的脉宽调制，以使所述低压电池侧电路输出稳定的电压；

所述滤波电路用于对所述低压电池侧电路输出的电压进行滤波。

可选的，在所述的电动汽车充电电路中，所述第一H桥电路包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管，其中：

所述第一功率开关管的源极连接所述第三功率开关管的漏极，所述第一功率开关管的漏极连接所述第二功率开关管的漏极，所述第二功率开关管的源极连接所述第四功率开关管的漏极，所述第三功率开关管的源极连接所述第四功率开关管的源极；

所述PFC高压侧电路还包括开关，所述开关的一端连接所述第一功率开关管的源极，另一端连接所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接所述第一电感；

所述开关用于在所述PFC高压侧电路向所述高压电池侧电路和所述低压电池侧电路充电时闭合；

所述开关还用于在所述高压电池侧电路向所述低压电池侧电路充电时断开；

所述开关还用于在所述高压电池侧电路将能量反馈至所述PFC高压侧电路时闭合。

可选的，在所述的电动汽车充电电路中，所述第一H桥电路包括第五功率开关管、第六功率开关管、第七功率开关管和第八功率开关管，其中：

所述第五功率开关管的源极连接所述第七功率开关管的漏极，所述第五功率开关管的漏极连接所述第六功率开关管的漏极，所述第六功率开关管的源极连接所述第八功率开关管的漏极，所述第七功率开关管的源极连接所述第八功率开关管的源极；

所述第五功率开关管的源极连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接所述第二电感。

可选的，在所述的电动汽车充电电路中，所述电动汽车充电电路还包括变压器，所述变压器包括第一绕组和第二绕组，所述第一绕组的第一端连接所述第一电感，所述第一绕组的第二端连接所述第二功率开关管的源极；所述第二绕组的第一端连接所述第二电感，所述第二绕组的第二端连接所述第六功率开关管的源极。

可选的，在所述的电动汽车充电电路中，所述高压电池侧电路还包括EMI滤波电路和第三电容，所述第三电容的一端连接所述第六功率开关管的漏极，所述第三电容的另一端连接所述第八功率开关管的源极；所述EMI滤波电路与所述第三电容并联。

可选的，在所述的电动汽车充电电路中，所述变压器还包括第三绕组和第四绕组，所述整流桥包括第九功率开关管和第十功率开关管，所述第三绕组的第一端连接所述第九功率开关管的漏极，所述第三绕组的第二端连接所述第四绕组的第一端和所述Buck电路，所述第四绕组的第二端连接所述第十功率开关管的漏极。

可选的，在所述的电动汽车充电电路中，所述Buck电路包括第十一功率开关管和第十二功率开关管，其中：

所述第十一功率开关管的漏极连接所述第三绕组的第二端，所述第十一功率开关管的源极连接所述第十二功率开关管的漏极，所述第九功率开关管和所述第十功率开关管的源极均连接所述第十二功率开关管的源极。

可选的，在所述的电动汽车充电电路中，所述滤波电路包括第五电容和第三电感，其中：

所述第三电感一端连接所述第十一功率开关管的源极，另一端连接所述第五电容的一端，所述第五电容的另一端连接所述第十二功率开关管的源极。

可选的，在所述的电动汽车充电电路中，所述低压电池侧电路还包括第四电容，所述第四电容一端连接所述第三绕组的第二端，另一端连接所述第十二功率开关管的源极。

在本实用新型提供的电动汽车充电电路中，通过控制不同工作模式均处于LLC谐振模式，具有全负载范围实现软开关，副边二极管电压振荡小的优点，同时低压电池侧电路不需要大的滤波电感，电路体积小、成本低，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是现有的电动汽车充电电路示意图；

图2是本实用新型一实施例的电动汽车充电电路示意图；

图3～5是本实用新型另一实施例的电动汽车充电电路运行示意图；

图中所示：10-PFC高压侧电路；20-高压电池侧电路；30-低压电池侧电路。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的电动汽车充电电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本实用新型的核心思想在于提供一种电动汽车充电电路，以解决现有的电动汽车充电电路高压电池侧向低压电池侧传递能量时，软开关范围受限的问题。

为实现上述思想，本实用新型提供了一种电动汽车充电电路，所述电动汽车充电电路包括PFC高压侧电路、高压电池侧电路和低压电池侧电路，其中：所述PFC高压侧电路包括第一H桥电路、第一电容和第一电感；所述高压电池侧电路包括第二H桥电路、第二电容和第二电感；所述PFC高压侧电路用于向所述高压电池侧电路和所述低压电池侧电路充电，并控制所述第一H桥电路的开关频率，以使所述第一H桥电路工作在与所述第一电容和第一电感谐振状态；所述高压电池侧电路用于向所述低压电池侧电路充电或将能量反馈至所述PFC高压侧电路，并控制所述第二H桥电路的开关频率，以使所述第二H桥电路工作在与所述第二电容和第二电感谐振状态。

本实用新型的实施例提供一种电动汽车充电电路，如图2所示，所述电动汽车充电电路包括PFC高压侧电路10、高压电池侧电路20和低压电池侧电路30，其中：所述PFC高压侧电路10包括第一H桥电路、第一电容C1和第一电感L1；所述高压电池侧电路20包括第二H桥电路、第二电容C2和第二电感L2；如图3所示，所述PFC高压侧电路10用于向所述高压电池侧电路20和所述低压电池侧电路30充电，并控制所述第一H桥电路的开关频率，以使所述第一H桥电路工作在与所述第一电容C1和第一电感L1谐振状态；如图4和5所示，所述高压电池侧电路20用于向所述低压电池侧电路30充电或将能量反馈至所述PFC高压侧电路10，并控制所述第二H桥电路的开关频率，以使所述第二H桥电路工作在与所述第二电容C2和第二电感L2谐振状态。

具体的，在所述的电动汽车充电电路中，所述低压电池侧电路30包括整流桥、Buck电路和滤波电路，其中：所述整流桥电路用于对输入所述低压电池侧电路30的电流进行整流，并提供至所述Buck电路；所述Buck电路用于控制其内部开关管的脉宽调制，以使所述低压电池侧电路30输出稳定的电压；所述滤波电路用于对所述低压电池侧电路30输出的电压进行滤波。所述Buck电路为降压式变换电路，或降压斩波器，降压式变换电路输出电压平均值Uo总是小于输入电压UD。通常电感L3中的电流是否连续，取决于Q11和Q12的开关频率、滤波电感L3和电容C5的数值。

进一步的，在所述的电动汽车充电电路中，所述第一H桥电路包括第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3和第四功率开关管Q4，其中：所述第一功率开关管Q1的源极连接所述第三功率开关管Q3的漏极，所述第一功率开关管Q1的漏极连接所述第二功率开关管Q2的漏极，所述第二功率开关管Q2的源极连接所述第四功率开关管Q4的漏极，所述第三功率开关管Q3的源极连接所述第四功率开关管Q4的源极；所述PFC高压侧电路10还包括开关RL1，所述开关RL1的一端连接所述第一功率开关管Q1的源极，另一端连接所述第一电容C1的一端，所述第一电容C1的另一端连接所述第一电感L1；所述开关RL1用于在所述PFC高压侧电路10向所述高压电池侧电路20和所述低压电池侧电路30充电时闭合；所述开关RL1还用于在所述高压电池侧电路20向所述低压电池侧电路30充电时断开；所述开关RL1还用于在所述高压电池侧电路20将能量反馈至所述PFC高压侧电路10时闭合。

如图2所示，在所述的电动汽车充电电路中，所述第一H桥电路包括第五功率开关管Q5、第六功率开关管Q6、第七功率开关管Q7和第八功率开关管Q8，其中：所述第五功率开关管Q5的源极连接所述第七功率开关管Q7的漏极，所述第五功率开关管Q5的漏极连接所述第六功率开关管Q6的漏极，所述第六功率开关管Q6的源极连接所述第八功率开关管Q8的漏极，所述第七功率开关管Q7的源极连接所述第八功率开关管Q8的源极；所述第五功率开关管Q5的源极连接所述第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端连接所述第二电感L2。

另外，在所述的电动汽车充电电路中，所述电动汽车充电电路还包括变压器T1，所述变压器T1包括第一绕组W1和第二绕组W2，所述第一绕组W1的第一端连接所述第一电感L1，所述第一绕组W1的第二端连接所述第二功率开关管Q2的源极；所述第二绕组W2的第一端连接所述第二电感L2，所述第二绕组W2的第二端连接所述第六功率开关管Q6的源极。所述高压电池侧电路20还包括EMI滤波电路21和第三电容C3，所述第三电容C3的一端连接所述第六功率开关管Q6的漏极，所述第三电容C3的另一端连接所述第八功率开关管Q8的源极；所述EMI滤波电路21与所述第三电容C3并联。

具体的，在所述的电动汽车充电电路中，所述变压器T1还包括第三绕组W3和第四绕组W4，所述整流桥包括第九功率开关管Q9和第十功率开关管Q10，所述第三绕组W3的第一端连接所述第九功率开关管Q9的漏极，所述第三绕组W3的第二端连接所述第四绕组W4的第一端和所述Buck电路，所述第四绕组W4的第二端连接所述第十功率开关管Q10的漏极。所述Buck电路包括第十一功率开关管Q11和第十二功率开关管Q12，其中：所述第十一功率开关管Q11的漏极连接所述第三绕组W3的第二端，所述第十一功率开关管Q11的源极连接所述第十二功率开关管Q12的漏极，所述第九功率开关管Q9和所述第十功率开关管Q10的源极均连接所述第十二功率开关管Q12的源极。所述滤波电路包括第五电容C5和第三电感L3，其中：所述第三电感L3一端连接所述第十一功率开关管Q11的源极，另一端连接所述第五电容C5的一端，所述第五电容C5的另一端连接所述第十二功率开关管Q12的源极，所述低压电池侧电路30还包括第四电容C4，所述第四电容C4一端连接所述第三绕组W3的第二端，另一端连接所述第十二功率开关管Q12的源极。所述第一功率开关管至所述第十二功率开关管包括MOS管、IGBT等功率半导体器件。

在本实用新型提供的电动汽车充电电路中，通过控制不同工作模式均处于LLC谐振模式，具有全负载范围实现软开关，副边二极管电压振荡小的优点，同时低压电池侧电路30不需要大的滤波电感，电路体积小、成本低，具有良好的应用前景。

本发明的双向车载充电机与DC-DC集成的电路分为充电工作模式、DC-DC工作模式及逆变工作模式。其工作原理如下：

如图3所示，当所述集成电路工作于充电模式时，外部交流电经功率校正电路(PFC)后，再通过H桥Q1～Q4功率变换向高压电池侧传输能量，实现高压电池持续充电；同时可向低压侧电池充电，再经过Buck电路实现低压电池侧稳压输出。

如图4所示，当所述集成电路工作于DCDC模式时，控制能量从高压电池侧向低压电池侧传输，经过Buck电路实现低压电池侧稳压输出。

如图5所示，当所述集成电路工作于逆变模式时，控制能量从高压电池侧向PFC高压侧传输，实现能量的逆变传递。

另外，本发明所述的低压电池侧电路的整流桥可以是图2中的全波电路，也可以是全桥电路。所述的PFC高压侧LC谐振网络与高压电池侧LC谐振网络根据电路参数选定，不管所述集成电路处于充电工作模式、DC-DC工作模式还是逆变工作模式，功率变换电路均工作于LLC谐振模式。

本发明具体实施方案如下：

当所述集成电路工作于充电模式时，外部控制电路调频调节PFC侧开关管Q1～Q4的开关频率，使其工作于LLC谐振模式；此工作模式下，能量通过变压器T1由PFC高压侧传输至高压电池侧，向高压电池充电，其中，调节开关管Q1～Q4的频率可相应调节高压电池侧电压。被动地，能量经变压器T1会传递到低压电池侧C4，再通过控制Buck电路开关管Q11～Q12脉宽调制实现低压电池侧稳压输出。此工作模式，控制模式切换开关RL1保持闭合状态。

当所述集成电路工作于DCDC模式时，外部控制电路调频调节高压电池侧开关管Q5～Q8的开关频率，使其工作于LLC谐振模式；此工作模式下，能量从高压电池侧向低压电池侧传递，再通过控制Buck电路开关管Q11～Q12脉宽调制实现低压电池侧稳压输出。此工作模式，控制模式切换开关RL1保持断开状态。

当所述集成电路工作于逆变模式时，外部控制电路调频调节高压电池侧开关管Q5～Q8的开关频率，使其工作于LLC谐振模式；此工作模式下，能量从高压电池侧向PFC高压侧传输，实现能量的逆变反馈。此工作模式，控制模式切换开关RL1保持闭合状态。

综上所述，本发明所述双向车载充电机与DC-DC的集成电路，不管工作于充电模式、DC-DC模式还是逆变模式，桥式电路均处于LLC谐振工作状态，具有全负载范围实现软开关，副边二极管实现ZCS、电压振荡小等优点。

另外，对本发明所作的低压侧整流桥(Q9和Q10)可以是全波整流电路，也可以是全桥整流电路的实例，也应包含在本发明的范围内。对本发明所作的PFC高压侧H桥，高压电池侧H桥及低压电池侧桥式电路既可以是单相的，也可以是多相并联的，对应的集成变压器绕组相应增加，也应包含在本发明的范围内。

综上，上述实施例对电动汽车充电电路的不同构型进行了详细说明，当然，本实用新型包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本实用新型所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车充电电路，其特征在于，所述电动汽车充电电路包括PFC高压侧电路、高压电池侧电路和低压电池侧电路，其中：

所述PFC高压侧电路包括第一H桥电路、第一电容和第一电感；

所述高压电池侧电路包括第二H桥电路、第二电容和第二电感；

所述PFC高压侧电路用于向所述高压电池侧电路和所述低压电池侧电路充电，并控制所述第一H桥电路的开关频率，以使所述第一H桥电路工作在与所述第一电容和第一电感谐振状态；

所述高压电池侧电路用于向所述低压电池侧电路充电或将能量反馈至所述PFC高压侧电路，并控制所述第二H桥电路的开关频率，以使所述第二H桥电路工作在与所述第二电容和第二电感谐振状态。

2.如权利要求1所述的电动汽车充电电路，其特征在于，所述低压电池侧电路包括整流桥、Buck电路和滤波电路，其中：

所述整流桥电路用于对输入所述低压电池侧电路的电流进行整流，并提供至所述Buck电路；

所述Buck电路用于控制其内部开关管的脉宽调制，以使所述低压电池侧电路输出稳定的电压；

所述滤波电路用于对所述低压电池侧电路输出的电压进行滤波。

3.如权利要求2所述的电动汽车充电电路，其特征在于，所述第一H桥电路包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管，其中：

所述第一功率开关管的源极连接所述第三功率开关管的漏极，所述第一功率开关管的漏极连接所述第二功率开关管的漏极，所述第二功率开关管的源极连接所述第四功率开关管的漏极，所述第三功率开关管的源极连接所述第四功率开关管的源极；

所述PFC高压侧电路还包括开关，所述开关的一端连接所述第一功率开关管的源极，另一端连接所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接所述第一电感；

所述开关用于在所述PFC高压侧电路向所述高压电池侧电路和所述低压电池侧电路充电时闭合；

所述开关还用于在所述高压电池侧电路向所述低压电池侧电路充电时断开；

所述开关还用于在所述高压电池侧电路将能量反馈至所述PFC高压侧电路时闭合。

4.如权利要求3所述的电动汽车充电电路，其特征在于，所述第一H桥电路包括第五功率开关管、第六功率开关管、第七功率开关管和第八功率开关管，其中：

所述第五功率开关管的源极连接所述第七功率开关管的漏极，所述第五功率开关管的漏极连接所述第六功率开关管的漏极，所述第六功率开关管的源极连接所述第八功率开关管的漏极，所述第七功率开关管的源极连接所述第八功率开关管的源极；

所述第五功率开关管的源极连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接所述第二电感。

5.如权利要求4所述的电动汽车充电电路，其特征在于，所述电动汽车充电电路还包括变压器，所述变压器包括第一绕组和第二绕组，所述第一绕组的第一端连接所述第一电感，所述第一绕组的第二端连接所述第二功率开关管的源极；所述第二绕组的第一端连接所述第二电感，所述第二绕组的第二端连接所述第六功率开关管的源极。

6.如权利要求5所述的电动汽车充电电路，其特征在于，所述高压电池侧电路还包括EMI滤波电路和第三电容，所述第三电容的一端连接所述第六功率开关管的漏极，所述第三电容的另一端连接所述第八功率开关管的源极；所述EMI滤波电路与所述第三电容并联。

7.如权利要求6所述的电动汽车充电电路，其特征在于，所述变压器还包括第三绕组和第四绕组，所述整流桥包括第九功率开关管和第十功率开关管，所述第三绕组的第一端连接所述第九功率开关管的漏极，所述第三绕组的第二端连接所述第四绕组的第一端和所述Buck电路，所述第四绕组的第二端连接所述第十功率开关管的漏极。

8.如权利要求7所述的电动汽车充电电路，其特征在于，所述Buck电路包括第十一功率开关管和第十二功率开关管，其中：

所述第十一功率开关管的漏极连接所述第三绕组的第二端，所述第十一功率开关管的源极连接所述第十二功率开关管的漏极，所述第九功率开关管和所述第十功率开关管的源极均连接所述第十二功率开关管的源极。

9.如权利要求8所述的电动汽车充电电路，其特征在于，所述滤波电路包括第五电容和第三电感，其中：

所述第三电感一端连接所述第十一功率开关管的源极，另一端连接所述第五电容的一端，所述第五电容的另一端连接所述第十二功率开关管的源极。

10.如权利要求9所述的电动汽车充电电路，其特征在于，所述低压电池侧电路还包括第四电容，所述第四电容一端连接所述第三绕组的第二端，另一端连接所述第十二功率开关管的源极。