CN213461213U - 一种充放电电路及其系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种充放电电路及其系统，其包括第一正端口、第一负端口、第二正端口、第二负端口、第一滤波电容单元、第二滤波电容单元、第一整流逆变单元、第二整流逆变单元、谐振单元以及隔离单元；第一滤波电容单元的一端与第一正端口电性相连，其另一端与第一负端口电性相连；第一整流逆变单元的一端分别与第一正端口以及第一负端口电性相连，其另一端与谐振单元的一端电性相连，谐振单元的另一端与隔离单元的一端电性相连，隔离单元的另一端与第二滤波电容单元的一端电性相连，第二滤波电容单元的另一端分别与第二正端口以及第二负端口电性相连。本实用新型能够提高充放电效率以及减小纹波电流。

Description

一种充放电电路及其系统

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种充放电电路及其系统。

背景技术

近年来，随着新能源汽车的快速发展，以锂电池为主的储能单元大量应用在新能源电动汽车上，随着该类新能源汽车大量增长以及储能单元技术的进步，可利用该类汽车车载储能单元参与电网的削峰填谷，以提高储能单元的利用率，同时还能利用峰谷电价提高用户的经济效益。上述汽车车载储能单元与电网所组成的系统的原理如图1所示，该系统由电网、AC/DC，DC/DC及车载储能单元构成，由于需要控制能量在电动汽车车载储能单元与电网之间的释放和存储，因此，必须要求该系统中的DC/DC必须能够实现能量双向流动，此外，由于该系统中的AC/DC输出电压及车载储能单元电压范围都在650V-1000V之间，因此，需要该系统的充放电电路能够以较高的效率工作于较宽的电压范围以及较高的直流电压的工作环境中。

在现有技术中，为了满足上述系统对充放电的要求，AC/DC主电路通常采用三相PWM整流器，而双向DC/DC主电路通常采用如图2所示的双向全桥LLC 电路。而图2所示的电路工作原理是当正向工作时，控制A1作为逆变电路将输入的直流电压转换成高频方波电压以激励A2发生谐振从而产生近似正弦的电流，再配合高频变压器T1，进而实现对电气的隔离及原副边电压的匹配，然后通过变压器的副边以及A3整流C2滤波后给负载提供稳定直流，以实现能量正向流动。当需要反向工作时，控制A3作为逆变电路，将输出侧的直流电压变成高频方波，之后先通过T1调整电压后激励A2谐振，再通过A1整流及C1滤波，实现能量反向流动，该电路的缺点在于(1)当输入输出电压较高时，需要使用能够承受高电压等级的器件，从而可选择的器件的种类以及数量就相对较少，而且价格较高，不利于器件选型；(2)该电路通常只能采用传统的基于LLC谐振变换器的PFM控制方式，该控制方式下DC/DC高效率工作的增益范围较窄，不利于在较宽的输入输出电压范围内工作；(3)无论正向工作还是反向工作，输入输出的电流纹波较大，需要大量输入输出滤波电容。

实用新型内容

本实用新型提供一种充放电电路及其系统，不仅能够作为新能源充放电系统的充放电电路，而且还能够减小纹波电流，扩大电路增益范围，同时还提高了充放电的效率。

第一方面，本实用新型提供了一种充放电电路，所述充放电电路包括第一正端口、第一负端口、第二正端口、第二负端口、第一滤波电容单元、第二滤波电容单元、第一整流逆变单元、第二整流逆变单元、谐振单元以及隔离单元；所述第一滤波电容单元的一端与所述第一正端口电性相连，其另一端与所述第一负端口电性相连，且所述第一滤波电容单元还与所述第一整流逆变单元并联；所述第一整流逆变单元的一端分别与所述第一正端口以及所述第一负端口电性相连，其另一端与所述谐振单元的一端电性相连，所述谐振单元的另一端与所述隔离单元的一端电性相连，所述隔离单元的另一端与所述第二整流逆变单元的一端电性相连，且所述第二滤波电容单元还与所述第二整流逆变单元并联，所述第二滤波电容单元的一端与所述第二正端口电性相连，其另一端与所述第二负端口电性相连。

进一步地，所述第一整流逆变单元包括结构相同的第一桥臂电路、第二桥臂电路以及第三桥臂电路；所述第一桥臂电路、所述第二桥臂电路以及所述第三桥臂电路均包括第一端点、第二端点、第一连接点以及第二连接点；所述第一端点与所述第一正端口电性相连，所述第二端点与所述第一负端口电性相连；所述第一连接点与所述谐振单元的一端电性相连；所述第二连接点所述第一滤波电容单元的中点电性相连。

进一步地，所述第二整流逆变单元包括结构相同的第四桥臂电路、第五桥臂电路以及第六桥臂电路；所述第四桥臂电路、所述第五桥臂电路以及所述第六桥臂电路均包括第三端点、第四端点、第三连接点以及第四连接点；所述第三端点与所述第二正端口电性相连，所述第四端点与所述第二负端口电性相连；所述第三连接点与所述隔离单元的一端电性相连；所述第四连接点与所述第二滤波电容单元的中点电性相连。

进一步地，所述第一桥臂电路、所述第二桥臂电路、所述第三桥臂电路、所述第四桥臂电路、所述第五桥臂电路以及所述第六桥臂电路的结构均相同，且均包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容、第一二极管以及第二二极管；所述第一开关管的源极S分别与所述第二开关管的漏极D、所述第一电容的一端以及所述第一二极管的负极电性相连，所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极电性相连，所述第二开关管的源极S与所述第三开关管的漏极D电性相连，所述第一电容的另一端、所述第二二极管的正极以及所述第三开关管的源极S均与所述第四开关管的漏极D电性相连；在所述第一桥臂电路、所述第二桥臂电路以及所述第三桥臂电路中，所述第一开关管的漏极D作为所述第一端点与所述第一正端口电性相连，所述第四开关管的源极S作为所述第二端点与所述第一负端口电性相连，所述第二开关管的源极S与所述第三开关管的漏极D作为所述第一连接点与所述谐振单元的一端电性相连，所述第一二极管的正极和所述第二二极管的负极作为所述第二连接点与所述第一滤波电容单元的中点电性相连；在所述第四桥臂电路、所述第五桥臂电路以及所述第六桥臂电路中，所述第一开关管的漏极D作为所述第三端点与所述第二正端口电性相连，所述第四开关管的源极S作为所述第四端点与所述第二负端口电性相连，所述第二开关管的源极S与所述第三开关管的漏极D 作为所述第三连接点与所述隔离单元的一端电性相连，所述第一二极管的正极和所述第二二极管的负极作为所述第四连接点与所述第二滤波电容单元的中点电性相连。

进一步地，所述第一滤波电容单元包括第二电容和第三电容；所述第二电容的一端与所述第一正端口电性相连，其另一端与所述第三电容的一端电性相连，所述第三电容的另一端与所述第一负端口电性相连；所述第二电容与所述第三电容电性相连的一端作为所述第一滤波电容单元的中点与所述第二连接点电性相连。

进一步地，所述第二滤波电容单元包括第四电容和第五电容；所述第四电容的一端与所述第二正端口电性相连，其另一端与所述第五电容的一端电性相连，所述第五电容的另一端与所述第二负端口电性相连；所述第四电容与所述第五电容电性相连的一端作为所述第二滤波电容单元的中点与所述第四连接点电性相连。

进一步地，所述隔离单元包括第一隔离变压器、第二隔离变压器以及第三隔离变压器，所述第一隔离变压器、所述第二隔离变压器以及所述第三隔离变压器的初级与次级均包括公共端与非公共端；所述谐振单元包括第一谐振子单元、第二谐振子单元以及第三谐振子单元；所述第一谐振子单元包括第一谐振电感、第一谐振电容以及第一激磁电感，所述第二谐振子单元包括第二谐振电感、第二谐振电容以及第二激磁电感，所述第三谐振子单元包括第三谐振电感、第三谐振电容以及第三激磁电感；所述第一谐振电感的一端与所述第一谐振电容的一端电性相连，所述第一谐振电容的另一端与所述第一激磁电感的一端电性相连，所述第一激磁电感与所述第一隔离变压器的初级并联，所述第一隔离变压器的次级的非公共端与所述第四桥臂电路的第三连接点电性相连；所述第二谐振电感的一端与所述第二谐振电容电性相连，所述第二谐振电容的另一端与所述第二激磁电感的一端电性相连，所述第二激磁电感与所述第二隔离变压器的初级并联，所述第二隔离变压器的次级的非公共端与所述第五桥臂电路的第三连接点电性相连；所述第三谐振电感的一端与所述第三谐振电容电性相连，所述第三谐振电容的另一端与所述第三激磁电感的一端电性相连，所述第三激磁电感与所述第三隔离变压器的初级并联，所述第三隔离变压器的次级的非公共端与所述第六桥臂电路的第三连接点电性相连；所述第一激磁电感、所述第二激磁电感以及所述第三激磁电感互相连接。

进一步地，所述第一谐振电感的另一端与所述第一桥臂电路的第一连接点电性相连；所述第二谐振电感的另一端与所述第二桥臂电路的第一连接点电性相连；所述第三谐振电感的另一端与所述第三桥臂电路的第一连接点电性相连；所述第一隔离变压器的初级的公共端以及所述第三隔离变压器的初级的公共端均与所述第二隔离变压器的初级的公共端电性相连，所述第一隔离变压器的次级的公共端以及所述第三隔离变压器的次级的公共端均与所述第二隔离变压器的次级的公共端电性相连。

进一步地，所述第一谐振电感的另一端与所述第三桥臂电路的第一连接点电性相连；所述第二谐振电感的另一端与所述第二桥臂电路的第一连接点电性相连；所述第三谐振电感的另一端与所述第一桥臂电路的第一连接点电性相连；所述第二隔离变压器的初级的非公共端以及所述第三隔离变压器的初级的公共端均与所述第一隔离变压器的初级的非公共端电性相连，所述第一隔离变压器的次级的公共端与所述第二隔离变压器的非公共端电性相连，所述第三隔离变压器的次级的公共端与所述第二隔离变压器的次级的公共端电性相连。

第二方面，本实用新型还提供一种充放电系统，所述充放电系统包括电网、 AC/DC单元、上述任一项所述的充放电电路和车载储能单元。

本实用新型所提供的充放电电路可在进行正向工作时，即能量从第一正端口或者从第一负端口流向第二正端口或者第二负端口时，第一整流逆变单元作为逆变电路，第二整流逆变单元作为整流器，在外部控制器控制下，第一整流逆变单元产生相位差为120°的三相高频方波电压激励源给到谐振单元，同时，第一整流逆变单元还可以产生变频的方波电压信号以激励谐振单元谐振从而达到调节电路增益，从而实现调节输出电压或者输出电流的作用以及减小纹波电流的作用，并且可以实现扩大电路增益范围以及提高直流电压的调节范围；当进行反向工作时，第一整流逆变单元作为整流电路，第二整流逆变单元作为逆变电路，其工作原理与正向工作时一致，从而无论正向工作还是反向工作均能实现减小纹波电流以及提高充放电的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是新能源汽车充放电系统的结构框图；

图2是现有技术中的双向全桥LLC电路图；

图3是本实用新型实施例提供的充放电电路的结构框图；

图4是本实用新型实施例提供的充放电电路的电路图；

图5是本实用新型实施例提供的开关管开关信号时序图；

图6是本实用新型另一实施例提供的充放电电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

参见图3和图4，图3为本实用新型所提供的一种充放电电路的结构框图，图4为本实用新型所提供的一种充放电电路的电路图，其可以降低输入输出端口的纹波电流以及提供充放电的效率。

本实用新型提供的充放电电路包括第一正端口V1+、第一负端口V1-、第二正端口V2+、第二负端口V2-、第一滤波电容单元A1、第二滤波电容单元A6、第一整流逆变单元A2、第二整流逆变单元A5、谐振单元A3以及隔离单元A4；所述第一滤波电容单元A1的一端与所述第一正端口V1+电性相连，其另一端与所述第一负端口V1-电性相连，且所述第一滤波电容单元A1还与所述第一整流逆变单元A2并联；所述第一整流逆变单元A2的一端分别与所述第一正端口V1+ 以及所述第一负端口V1-电性相连，其另一端与所述谐振单元A3的一端电性相连，所述谐振单元A3的另一端与所述隔离单元A4的一端电性相连，所述隔离单元A4的另一端与所述第二滤波电容单元A6的一端电性相连，且所述第二滤波电容单元A6还与所述第二整流逆变单元A5并联，所述第二滤波电容单元A6 的一端与所述第二正端口V2+电性相连，其另一端与所述第二负端口V2-电性相连。

具体地，能量可以从第一正端口V1+和第一负端口V1-流向第二正端口V2+ 和第二负端口V2-，也可以从第二正端口V2+和第二负端口V2-流向第一正端口 V1+和第一负端口V1-，在本实施例中，将能量从第一正端口V1+和第一负端口 V1-流向第二正端口V2+和第二负端口V2-定义为正向工作，将能量从第二正端口V2+和第二负端口V2-流向第一正端口V1+和第一负端口V1-定义为反向工作。其中，正向工作时的各个单元的结构和功能与反向工作时的各个单元的结构和功能是一致的，因此，在本实施例中，只对能量正向工作时进行说明。

在正向工作时以及在反向工作时，第一整流逆变单元A2和第二整流逆变单元A5会分别承担不同的功能以确保整个电路可以正常导通。而第一滤波电容单元A1用于滤除第一正端口V1+和第一负端口V1-的高频纹波电流以及稳定相应端口的电压，第二滤波电容单元A6用于滤除第二正端口V2+和第二负端口V2- 的高频纹波电流以及稳定相应端口的电压。谐振单元A3用于产生谐振以调节电路的增益，隔离单元A4可以是由多个隔离变压器组成。

正向工作时，能量从第一正端口V1+以及第一负端口V1-流向第一滤波电容单元A1，之后流向第一整流逆变单元A2、谐振单元A3、隔离单元A4以及第二整流逆变单元A5，最后经第二滤波电容单元A6流向第二正端口V2+或者第二负端口V2-。此时，第二整流逆变单元A5作为整流器，第一整流逆变单元 A2在外部控制器的控制下处于逆变状态以便产生相位相差为120°的高频方波激励电压信号给到谐振单元A3，同时，第一整流逆变单元A2还可以在外部控制器的控制下，调整方波激励电压的频率以使第一整流逆变单元A2产生变频的方波电压信号激励谐振单元A3以便调节输出电压或者输出电流。

反向工作时，能量从第二正端口V2+以及第二负端口V2-流向第二滤波电容单元A6，之后流向第二整流逆变单元A5、隔离单元A4、谐振单元A3以及第一整流逆变单元A2，最后经第一滤波电容单元A1流向第一正端口V1+以及第一负端口V1-。此时，第一整流逆变单元A2作为整流器，第二整流逆变单元 A5在外部控制器的控制下处于逆变状态以便产生相位相差120°的高频方波激励电压信号通过隔离单元A4给到谐振单元A3，同时，第二整流逆变单元A5还可以在外部控制器的控制下，调整方波激励电压的频率以使第二整流逆变单元A5 产生变频的方波电压信号激励谐振单元A3以便调节输出电压或者输出电流。

通过让第一整流逆变单元A2或者第二整流逆变单元A5产生相位相差120°的高频方波激励电压信号给到谐振单元A3可以减小第一正端口V1+和第一负端口V1-以及第二正端口V2+和第二负端口V2-的纹波电流以及减小第一滤波电容单元A1和第二滤波电容单元A6的电容的使用量，同时，通过改变第一整流逆变单元A2或者第二整流逆变单元A5产生的方波激励电压信号的频率，可以使得充放电电路在更宽的直流电压范围内进行工作。

作为进一步的实施例，所述第一整流逆变单元A2包括结构相同的第一桥臂电路B1、第二桥臂电路B2以及第三桥臂电路B3；所述第一桥臂电路B1、所述第二桥臂电路B2以及所述第三桥臂电路B3均包括第一端点1、第二端点2、第一连接点3以及第二连接点4；所述第一端点1与所述第一正端口V1+电性相连，所述第二端点2与所述第一负端口V1-电性相连；所述第一连接点3与所述谐振单元A3的一端电性相连；所述第二连接点4所述第一滤波电容单元A1的中点电性相连。

其中，第一桥臂电路B1、第二桥臂电路B2以及第三桥臂电路B3的电路结构均相同，每个桥臂电路均可以包括开关管、二极管以及电容，且每个桥臂电路可由外部控制器控制，以控制开关管的开关顺序从而调节整个充放电电路的增益进而达到稳定电压或者稳定电流的作用，具体地，当正向工作时，第一整流逆变单元A2作为逆变电路，可以通过外部控制器调节每个桥臂电路中的开关管的开关顺序从而实现让第一整流逆变单元A2产生相位差为120°的高频方波激励电压信号给到谐振单元A3，反向工作时，第一整流逆变单元A2处于整流状态。

作为进一步的实施例，所述第二整流逆变单元A5包括结构相同的第四桥臂电路B4、第五桥臂电路B5以及第六桥臂电路B6；所述第四桥臂电路B4、所述第五桥臂电路B5以及所述第六桥臂电路B6均包括第三端点5、第四端点6、第三连接点7以及第四连接点8；所述第三端点5与所述第二正端口V2+电性相连，所述第四端点6与所述第二负端口V2-电性相连；所述第三连接点7与所述隔离单元A4的一端电性相连；所述第四连接点8与所述第二滤波电容单元A6的中点电性相连。

其中，第四桥臂电路B4、第五桥臂电路B5以及第六桥臂电路B6的电路结构均相同，其组成部分与第一桥臂电路B1、第二桥臂电路B2以及第三桥臂电路B3的组成部分相同，当正向工作时，第一整流逆变单元A2处于逆变状态，而第二整流逆变单元A5处于整流状态，反向工作时，第一整流逆变单元A2处于整流状态，第二整流逆变单元A5处于逆变状态。

作为进一步的实施例，所述第一桥臂电路B1、所述第二桥臂电路B2、所述第三桥臂电路B3、所述第四桥臂电路B4、所述第五桥臂电路B5以及所述第六桥臂电路B6的结构均相同，且均包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一电容C1、第一二极管D1以及第二二极管D2；所述第一开关管Q1的源极S分别与所述第二开关管Q2的漏极D、所述第一电容C1的一端以及所述第一二极管D1的负极电性相连，所述第一二极管D1的正极与所述第二二极管D2的负极电性相连，所述第二开关管Q2的源极S与所述第三开关管Q3的漏极D电性相连，所述第一电容C1的另一端、所述第二二极管D2的正极以及所述第三开关管Q3的源极S均与所述第四开关管Q4的漏极D电性相连；在所述第一桥臂电路B1、所述第二桥臂电路B2以及所述第三桥臂电路B3中，所述第一开关管Q1的漏极D作为所述第一端点1与所述第一正端口V1+电性相连，所述第四开关管Q4的源极S作为所述第二端点2与所述第一负端口V1-电性相连，所述第二开关管Q2的源极S与所述第三开关管Q3 的漏极D作为所述第一连接点3与所述谐振单元A3的一端电性相连，所述第一二极管D1的正极和所述第二二极管D2的负极作为所述第二连接点4与所述第一滤波电容单元A1的中点电性相连；在所述第四桥臂电路B4、所述第五桥臂电路B5以及所述第六桥臂电路B6中，所述第一开关管Q1的漏极D作为所述第三端点5与所述第二正端口V2+电性相连，所述第四开关管Q4的源极S作为所述第四端点6与所述第二负端口V2-电性相连，所述第二开关管Q2的源极 S与所述第三开关管Q3的漏极D作为所述第三连接点7与所述隔离单元A4的一端电性相连，所述第一二极管D1的正极和所述第二二极管D2的负极作为所述第四连接点8与所述第二滤波电容单元A6的中点电性相连。

其中，每个桥臂电路均由4个串联的开关管、2个串联的二极管以及1个电容组成，开关管可以是MOS管也可以是IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，二者均带有寄生电容及反并二极管，二极管可以是续流二极管。每个桥臂电路中的开关管、二极管以及电容所起到的作用以及内部连接关系均是相同的，下面以第一桥臂电路B1为例进行说明。

第一二极管D1至第二二极管D2用于确保第一桥臂电路B1中的电路中的电流能够平缓的进行变换，避免第一桥臂电路B1中的电压在突然发生变化时，导致第一桥臂电路B1中的电流发生较大变化从而保护第一桥臂电路B1中的第一开关管Q1至第四开关管Q4以及第一电容C1，第二桥臂电路B2以及第三桥臂电路B3中的二极管的作用与上述作用相同。

当充放电电路正向工作时，第一整流逆变单元A2可被外部控制器进行控制从而处于逆变状态，即第一开关管Q1至第四开关管Q4均可以由外部控制器进行控制以实现周期性地导通或者断开，第二整流逆变单元A5处于整流状态。具体地，第一桥臂电路B1中的第一开关管Q1和第二开关管Q2可以同步导通，但是第一开关管Q1先于第二开关管Q2断开；第二开关管Q2与第三开关管Q3 互补导通，即第二开关管Q2和第三开关管Q3不会在同一时间导通，且二者导通之间有一定的间隔；第四开关管Q4与第三开关管Q3同时导通，但是第四开关管Q4先于第三开关管Q3断开。同时，所有开关管的开关周期均相同，即从一个开关管导通到下一次导通的时间为一个开关周期，记为T。

可通过外部控制器控制每个桥臂电路之间的导通间隔，即第二桥臂电路B2 中的第一开关管Q1至第四开关管Q4中的导通时间比第一桥臂电路B1中的第一开关管Q1至第四开关管Q4中的导通时间滞后120°，也就是三分之一开关周期T，第三桥臂电路B3中的第一开关管Q1至第四开关管Q4比第一桥臂电路 B1中的第一开关管Q1至第四开关管Q4中的导通时间滞后240°，也就是三分之二开关周期T。开关周期T可以在外部控制器的控制下进行改变，从而通过调节开关周期来调节开关频率以使第一整流逆变单元A2产生变频的方波电压信号激励谐振单元A3发生谐振以实现软开关，同时还可以通过调节第一开关管 Q1先于第二开关管Q2以及第四开关管Q4先于第三开关管Q3的断开的时间来进行PWM(脉冲宽度调制)斩波调制以进一步地扩宽充放电电路的增益范围，以便充放电电路可工作在更宽的电压范围下。另外，第三开关管Q3以及第二开关管Q2的占空比(导通时间与开关周期的比值)均为固定值，即第三开关管 Q3或者第二开关管Q2的导通时间与开关周期的比值为定值。反向工作时，第一整流逆变单元A2中作为整流器，外部控制器对第一开关管Q1至第十二开关管进行控制。

图5为开关管开关信号时序图，G1-G4表示第一桥臂电路B1中的第一开关管Q1至第四开关管Q4的开关信号，G5-G8表示第二桥臂电路B2中的第一开关管Q1至第四开关管Q4的开关信号，G9-G12表示第三桥臂电路B3中的第一开关管Q1至第四开关管Q4的开关信号，其中凸起部分代表高电平，表示开关管处于导通状态，未凸起部分代表低电平，表示开关管处于断开状态，所有开关管的开关周期均为T，即所有开关管的开关周期相同，但是导通的时间有一定间隔，例如，G5-G8开关信号分别对应G1-G4开关信号且相位延迟120°，即第二桥臂电路B2中的第一开关管Q1至第四开关管Q4的开关信号的导通时间相较于第一桥臂电路B1中的第一开关管Q1至第四开关管Q4的导通时间延迟三分之一周期T，而G9-G12开关信号分别对应G1-G4开关信号且相位延迟240°，即第三桥臂电路B3中的第一开关管Q1至第四开关管Q4的导通时间相较于第一桥臂电路B1中的第一开关管Q1至第四开关管Q4的导通时间延迟三分之二周期。

反向工作时，第二整流逆变单元A5处于逆变状态，其工作原理与正向工作时第一整流逆变单元A2的工作原理一致。

作为进一步的实施例，所述第一滤波电容单元A1包括第二电容C2和第三电容C3；所述第二电容C2的一端与所述第一正端口V1+电性相连，其另一端与所述第三电容C3的一端电性相连，所述第三电容C3的另一端与所述第一负端口V1-电性相连；所述第二电容C2与所述第三电容C3电性相连的一端作为所述第一滤波电容单元A1的中点与所述第二连接点4电性相连。

其中，第一滤波电容单元A1由第二电容C2和第三电容C3串联组成，用于滤除第一正端口V1+和第一负端口V1-的高频纹波电流以及稳定端口的电压。同时，第二电容C2和第三电容C3相连接的一端作为第一滤波电容单元A1的中点分别与第一桥臂电路B1中的第二连接点4、第二桥臂电路B2中的第二连接点4以及第三桥臂电路B3中的第二连接点4电性相连，分别用于为第一桥臂电路B1、第二桥臂电路B2以及第三桥臂电路B3提供中点钳位电平。

作为进一步地实施例，所述第二滤波电容单元A6包括第四电容C4和第五电容C5；所述第四电容C4的一端与所述第二正端口V2+电性相连，其另一端与所述第五电容C5的一端电性相连，所述第五电容C5的另一端与所述第二负端口V2-电性相连；所述第四电容C4与所述第五电容C5电性相连的一端作为所述第二滤波电容单元A6的中点与所述第四连接点8电性相连。

其中，第四电容C4与第五电容C5的作用与第二电容C2和第三电容C3的作用相同。

作为进一步的实施例中，所述隔离单元A4包括第一隔离变压器T1、第二隔离变压器T2以及第三隔离变压器T3，所述第一隔离变压器T1、所述第二隔离变压器T2以及所述第三隔离变压器T3的初级与次级均包括公共端与非公共端；所述谐振单元A3包括第一谐振子单元F1、第二谐振子单元F2以及第三谐振子单元F3；所述第一谐振子单元F1包括第一谐振电感Lr1、第一谐振电容 Cr1以及第一激磁电感Lm1，所述第二谐振子单元F2包括第二谐振电感Lr2、第二谐振电容Cr2以及第二激磁电感Lm2，所述第三谐振子单元F3包括第三谐振电感Lr3、第三谐振电容Cr3以及第三激磁电感Lm3；所述第一谐振电感Lr1 的一端与所述第一谐振电容Cr1的一端电性相连，所述第一谐振电容Cr1的另一端与所述第一激磁电感Lm1的一端电性相连，所述第一激磁电感Lm1与所述第一隔离变压器T1的初级并联，所述第一隔离变压器T1的次级的非公共端与所述第四桥臂电路B4的第三连接点7电性相连；所述第二谐振电感Lr2的一端与所述第二谐振电容Cr2电性相连，所述第二谐振电容Cr2的另一端与所述第二激磁电感Lm2的一端电性相连，所述第二激磁电感Lm2与所述第二隔离变压器T2的初级并联，所述第二隔离变压器T2的次级的非公共端与所述第五桥臂电路B5的第三连接点7电性相连；所述第三谐振电感Lr3的一端与所述第三谐振电容Cr3电性相连，所述第三谐振电容Cr3的另一端与所述第三激磁电感Lm3 的一端电性相连，所述第三激磁电感Lm3与所述第三隔离变压器T3的初级并联，所述第三隔离变压器T3的次级的非公共端与所述第六桥臂电路B6的第三连接点7电性相连；所述第一激磁电感Lm1、所述第二激磁电感Lm2以及所述第三激磁电感Lm3互相连接。

其中，隔离单元A4可以由一个三相隔离变压器组成，也可以由三个独立的单相隔离变压器组成，即第一隔离变压器T1、第二隔离变压器T2以及第三隔离变压器T3，第一隔离变压器T1、第二隔离变压器T2以及第三隔离变压器T3 的初次级绕组方式可以是星形/星形、星形/三角形、三角形/三角形、三角形/星形，在本实施例中，三个隔离变压器的初次级绕组方式为星形/星形连接。

其中，第一谐振电感Lr1、第一谐振电容Cr1以及第一激磁电感Lm1依次串联组成第一谐振子单元F1，用于产生谐振以实现对电性相连的桥臂电路中的第一开关管Q1至第四开关管Q4的软开关及对应回路的增益调节；第二谐振电感Lr2、第二谐振电容Cr2以及第二激磁电感Lm2依次串联组成第二谐振子单元F2，用于产生谐振以实现对电性相连的桥臂电路中的第一开关管Q1至第四开关管Q4的软开关以及对应回路的增益调节；第三谐振电感Lr3、第三谐振电容Cr3以及第三激磁电感Lm3依次串联组成第三谐振子单元F3，用于产生谐振以实现对电性相连的桥臂电路中的软开关及对应回路的增益调节。同时第一激磁电感Lm1、第二激磁电感Lm2以及第三激磁电感Lm3可以是变压器激磁电感也可以是外置电感或者二者组成的并联体。

作为进一步地实施例中，所述第一谐振电感Lr1的另一端与所述第一桥臂电路B1的第一连接点3电性相连；所述第二谐振电感Lr2的另一端与所述第二桥臂电路B2的第一连接点3电性相连；所述第三谐振电感Lr3的另一端与所述第三桥臂电路B3的第一连接点3电性相连；所述第一隔离变压器T1的初级的公共端以及所述第三隔离变压器T3的初级的公共端均与所述第二隔离变压器 T2的初级的公共端电性相连，所述第一隔离变压器T1的次级的公共端以及所述第三隔离变压器T3的次级的公共端均与所述第二隔离变压器T2的次级的公共端电性相连。

其中，正向工作时，第一桥臂电路B1在外部控制器的控制下，产生激励方波电压给到第一谐振子单元F1以使第一谐振子单元F1发生谐振以实现对第一桥臂电路B1中的第一开关管Q1至第四开关管Q4的软开关和所在回路的增益调节，第二桥臂电路B2和第三桥臂电路B3的工作原理与第一桥臂电路B1相同。

反向工作时，第一谐振子单元F1可通过隔离变压器将产生的谐振给到第四桥臂电路B4以实现对第四桥臂电路B4中的第一开关管Q1至第四开关管Q4的软开关和所在回路的增益调节，第五桥臂电路B5以及第六桥臂电路B6的工作原理与第四桥臂电路B4相同。

参见图6，在一实施例中，所述第一谐振电感Lr1的另一端与所述第三桥臂电路B3的第一连接点3电性相连；所述第二谐振电感Lr2的另一端与所述第二桥臂电路B2的第一连接点3电性相连；所述第三谐振电感Lr3的另一端与所述第一桥臂电路B1的第一连接点3电性相连；所述第二隔离变压器T2的初级的非公共端以及所述第三隔离变压器T3的初级的公共端均与所述第一隔离变压器T1的初级的非公共端电性相连，所述第一隔离变压器T1的次级的公共端与所述第二隔离变压器T2的非公共端电性相连，所述第三隔离变压器T3的次级的公共端与所述第二隔离变压器T2的次级的公共端电性相连。

其中，正向工作时，第三桥臂电路B3在外部控制器的控制下，产生激励方波电压给到第一谐振子单元F1以使第一谐振子单元F1发生谐振以实现对第三桥臂电路B3中的第九开关管Q9至第十二开关管Q12的软开关和所在回路的增益调节，第一桥臂电路B1和第二桥臂电路B2的工作原理与第三桥臂电路B3 相同，第一隔离变压器T1、第二隔离变压器T2以及第三隔离变压器T3的初次级绕组连接方式为星形/星形连接。

本实用新型还公开了一种充放电系统，所述充放电系统包括电网、AC/DC 单元、上述实施例中的任一实施例中所述的充放电电路和车载储能单元。

本实用新型通过在每个桥臂电路中采用四个开关管来分散电压的压力，从而使得单个开关管承受的压力较低，因而可以有更宽的元器件选择范围，再通过在第一整流逆变单元或者第二整流逆变单元中将每个桥臂电路之间的开关周期间隔120°以便减小纹波电流以及减小滤波电容的使用量进一步降低对元器件的要求，以及通过调节开关管的开关周期以产生变频的方波激励电压信号激励谐振单元谐振和增益所对应的电路，进而通过谐振使调节对应的桥臂电路以实现软开关，同时，还可以通过调节第一开关管先于第二开关管断开的周期以及第四开关管先于第三开关管断开的周期来实现PWM斩波调节以进一步扩宽电路的增益范围，使得充放电电路可以工作在更宽范围的直流电压下。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种充放电电路，其特征在于，所述充放电电路包括第一正端口、第一负端口、第二正端口、第二负端口、第一滤波电容单元、第二滤波电容单元、第一整流逆变单元、第二整流逆变单元、谐振单元以及隔离单元；

所述第一滤波电容单元的一端与所述第一正端口电性相连，其另一端与所述第一负端口电性相连，且所述第一滤波电容单元还与所述第一整流逆变单元并联；

所述第一整流逆变单元的一端分别与所述第一正端口以及所述第一负端口电性相连，其另一端与所述谐振单元的一端电性相连，所述谐振单元的另一端与所述隔离单元的一端电性相连，所述隔离单元的另一端与所述第二整流逆变的一端电性相连，且所述第二滤波电容单元还与所述第二整流逆变单元并联，所述第二滤波电容单元的一端与所述第二正端口电性相连，其另一端与所述第二负端口电性相连。

2.如权利要求1所述的充放电电路，其特征在于，所述第一整流逆变单元包括结构相同的第一桥臂电路、第二桥臂电路以及第三桥臂电路；

所述第一桥臂电路、所述第二桥臂电路以及所述第三桥臂电路均包括第一端点、第二端点、第一连接点以及第二连接点；

所述第一端点与所述第一正端口电性相连，所述第二端点与所述第一负端口电性相连；

所述第一连接点与所述谐振单元的一端电性相连；所述第二连接点与所述第一滤波电容单元的中点电性相连。

3.如权利要求2所述的充放电电路，其特征在于，所述第二整流逆变单元包括结构相同的第四桥臂电路、第五桥臂电路以及第六桥臂电路；

所述第四桥臂电路、所述第五桥臂电路以及所述第六桥臂电路均包括第三端点、第四端点、第三连接点以及第四连接点；

所述第三端点与所述第二正端口电性相连，所述第四端点与所述第二负端口电性相连；

所述第三连接点与所述隔离单元的一端电性相连；所述第四连接点与所述第二滤波电容单元的中点电性相连。

4.如权利要求3所述的充放电电路，其特征在于，所述第一桥臂电路、所述第二桥臂电路、所述第三桥臂电路、所述第四桥臂电路、所述第五桥臂电路以及所述第六桥臂电路的结构均相同，且均包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容、第一二极管以及第二二极管；

所述第一开关管的源极S分别与所述第二开关管的漏极D、所述第一电容的一端以及所述第一二极管的负极电性相连，所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极电性相连，所述第二开关管的源极S与所述第三开关管的漏极D电性相连，所述第一电容的另一端、所述第二二极管的正极以及所述第三开关管的源极S均与所述第四开关管的漏极D电性相连；

在所述第一桥臂电路、所述第二桥臂电路以及所述第三桥臂电路中，所述第一开关管的漏极D作为所述第一端点与所述第一正端口电性相连，所述第四开关管的源极S作为所述第二端点与所述第一负端口电性相连，所述第二开关管的源极S与所述第三开关管的漏极D作为所述第一连接点与所述谐振单元的一端电性相连，所述第一二极管的正极和所述第二二极管的负极作为所述第二连接点与所述第一滤波电容单元的中点电性相连；

在所述第四桥臂电路、所述第五桥臂电路以及所述第六桥臂电路中，所述第一开关管的漏极D作为所述第三端点与所述第二正端口电性相连，所述第四开关管的源极S作为所述第四端点与所述第二负端口电性相连，所述第二开关管的源极S与所述第三开关管的漏极D作为所述第三连接点与所述隔离单元的一端电性相连，所述第一二极管的正极和所述第二二极管的负极作为所述第四连接点与所述第二滤波电容单元的中点电性相连。

5.如权利要求4所述的充放电电路，其特征在于，所述第一滤波电容单元包括第二电容和第三电容；

所述第二电容的一端与所述第一正端口电性相连，其另一端与所述第三电容的一端电性相连，所述第三电容的另一端与所述第一负端口电性相连；

所述第二电容与所述第三电容电性相连的一端作为所述第一滤波电容单元的中点与所述第二连接点电性相连。

6.如权利要求5所述的充放电电路，其特征在于，所述第二滤波电容单元包括第四电容和第五电容；

所述第四电容的一端与所述第二正端口电性相连，其另一端与所述第五电容的一端电性相连，所述第五电容的另一端与所述第二负端口电性相连；

所述第四电容与所述第五电容电性相连的一端作为所述第二滤波电容单元的中点与所述第四连接点电性相连。

7.如权利要求6所述的充放电电路，其特征在于，所述隔离单元包括第一隔离变压器、第二隔离变压器以及第三隔离变压器，所述第一隔离变压器、所述第二隔离变压器以及所述第三隔离变压器的初级与次级均包括公共端与非公共端；所述谐振单元包括第一谐振子单元、第二谐振子单元以及第三谐振子单元；

所述第一谐振子单元包括第一谐振电感、第一谐振电容以及第一激磁电感，所述第二谐振子单元包括第二谐振电感、第二谐振电容以及第二激磁电感，所述第三谐振子单元包括第三谐振电感、第三谐振电容以及第三激磁电感；

所述第一谐振电感的一端与所述第一谐振电容的一端电性相连，所述第一谐振电容的另一端与所述第一激磁电感的一端电性相连，所述第一激磁电感与所述第一隔离变压器的初级并联，所述第一隔离变压器的次级的非公共端与所述第四桥臂电路的第三连接点电性相连；

所述第二谐振电感的一端与所述第二谐振电容电性相连，所述第二谐振电容的另一端与所述第二激磁电感的一端电性相连，所述第二激磁电感与所述第二隔离变压器的初级并联，所述第二隔离变压器的次级的非公共端与所述第五桥臂电路的第三连接点电性相连；

所述第三谐振电感的一端与所述第三谐振电容电性相连，所述第三谐振电容的另一端与所述第三激磁电感的一端电性相连，所述第三激磁电感与所述第三隔离变压器的初级并联，所述第三隔离变压器的次级的非公共端与所述第六桥臂电路的第三连接点电性相连；

所述第一激磁电感、所述第二激磁电感以及所述第三激磁电感互相连接。

8.如权利要求7所述的充放电电路，其特征在于，所述第一谐振电感的另一端与所述第一桥臂电路的第一连接点电性相连；

所述第二谐振电感的另一端与所述第二桥臂电路的第一连接点电性相连；

所述第三谐振电感的另一端与所述第三桥臂电路的第一连接点电性相连；

所述第一隔离变压器的初级的公共端以及所述第三隔离变压器的初级的公共端均与所述第二隔离变压器的初级的公共端电性相连，所述第一隔离变压器的次级的公共端以及所述第三隔离变压器的次级的公共端均与所述第二隔离变压器的次级的公共端电性相连。

9.如权利要求7所述的充放电电路，其特征在于，所述第一谐振电感的另一端与所述第三桥臂电路的第一连接点电性相连；

所述第二谐振电感的另一端与所述第二桥臂电路的第一连接点电性相连；

所述第三谐振电感的另一端与所述第一桥臂电路的第一连接点电性相连；

所述第二隔离变压器的初级的非公共端以及所述第三隔离变压器的初级的公共端均与所述第一隔离变压器的初级的非公共端电性相连，所述第一隔离变压器的次级的公共端与所述第二隔离变压器的非公共端电性相连，所述第三隔离变压器的次级的公共端与所述第二隔离变压器的次级的公共端电性相连。

10.一种充放电系统，其特征在于，所述充放电系统包括电网、AC/DC单元、权利要求1至9任一项所述的充放电电路和车载储能单元。

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