一种充电电路、充电方法及电动汽车与流程

本发明涉及汽车充电领域，尤其是一种充电电路、充电方法及汽车。

背景技术：

电动汽车双向逆变充电Vehicle-to-grid(简称V2G)，当电动车在不运行的时候，通过联接到电网的电动马达(绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块)将能量反馈给电网，反过来，当电动车的电池需要充电时，电流可以从电网中提取出来给到电池。

当电动车通过电网充电时，三相交流电需要通过IGBT模块整流为直流电，并通过升压(BOOST)/降压(BUCK)电路将电压调整到适合为动力电池充电的范围。与此同时，当充电电压超过动力电池的最高电压时，动力电池有损坏的风险。

当电动车在不运行的时候，将动力电池能量反馈给电网，需要将动力电池电压通过升压/降压电路调整到适合IGBT逆变的电压范围。与此同时，当电压超过IGBT最大承受电压时，IGBT模块有损坏的风险。

技术实现要素：

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种充电电路、充电方法及电动汽车，用以实现以低于动力电池的最高电压对动力电池进行充电；以及以低于绝缘栅双极型晶体管的最高承受电压将动力电池的电压反馈给电网。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的充电电路，包括：

与电网电路连接的变换电路；

一端与所述变换电路连接，另一端与动力电池连接的处理电路；

用于采集所述变换电路两端的第一电压和所述动力电池两端的第二电压的采样电路，所述采样电路与所述处理电路连接，所述采样电路通过所述第一电压控制所述处理电路对经过所述变换电路进行整流后的直流电压进行处理，以及通过所述第二电压控制所述处理电路对所述动力电池输出的直流电压进行处理。

优选地，所述变换电路包括：

与电网电路的第一相连接的第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管；

与电网电路的第二相连接的第三绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管；

与电网电路的第三相连接的第五绝缘栅双极型晶体管和第六绝缘栅双极型晶体管；其中，

所述第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、所述第三绝缘栅双极型晶体管、所述第四绝缘栅双极型晶体管、所述第五绝缘栅双极型晶体管和所述第六绝缘栅双极型晶体管均与所述采样电路连接。

优选地，所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第二绝缘栅双极型晶体管与所述电网电路的第一相之间设有第一开关S和第一电感；

所述第三绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管与所述电网电路的第二相之间设有第二开关S和第二电感；

所述第五绝缘栅双极型晶体管和所述第六绝缘栅双极型晶体管与所述电网电路的第三相之间设有第三开关S和第三电感。

优选地，所述处理电路包括：

相互连接的第七绝缘栅双极型晶体管和第八绝缘栅双极型晶体管，所述第七绝缘栅双极型晶体管分别与所述第一绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管和第五绝缘栅双极型晶体管连接，所述第八绝缘栅双极型晶体管分别与所述第二绝缘栅双极型晶体管、所述第四绝缘栅双极型晶体管和所述第六绝缘栅双极型晶体管连接；

第四电感，分别与所述第七绝缘栅双极型晶体管和第八绝缘栅双极型晶体管连接；

与动力电池并联的第三电容，且所述第三电容与动力电池之间设置相互并联的第五开关S、第六开关S、第七开关S；所述第六开关S通过第一电阻与所述动力电池连接；所述第三电容分别与所述第四电感和所述第八绝缘栅双极型晶体管连接，所述第五开关S、所述第六开关S分别与所述第四电感连接。

优选地，所述采样电路包括：

继电器；

与所述继电器连接的采样器；

与所述采样器连接的信号处理器；

与所述信号处理器连接的控制器，所述控制器与所述第七绝缘栅双极型晶体管和所述第八绝缘栅双极型晶体管连接；

以及与所述继电器可拆卸连接的第一电压传感器和第二电压传感器，所述第一电压传感器与所述第三电容并联，所述第二电压传感器的第一端分别与所述第一绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管、第五绝缘栅双极型晶体管和第七绝缘栅双极型晶体管连接，第二端分别与所述第二绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第六绝缘栅双极型晶体管和第八绝缘栅双极型晶体管连接。

优选地，所述充电电路还包括：

相互连接的第一电容和第二电容，所述第一电容分别与所述第一绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管、第五绝缘栅双极型晶体管和第七绝缘栅双极型晶体管连接，所述第二电容分别与所述第二绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第六绝缘栅双极型晶体管、第八绝缘栅双极型晶体管、所述第三电容和所述第七开关S连接。

优选地，所述电网电路的中性线通过一第四开关S分别与所述第一电容和所述第二电容连接。

根据本发明实施例的另一方面，本发明实施例还提供了一种电动汽车，包括：如上述的充电电路。

根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种充电电路的充电方法，应用于上述的充电电路，包括：

在对动力电池进行充电时，通过所述采样电路采集所述动力电池两端的第一电压，并根据所述第一电压控制所述处理电路对经过所述变换电路进行整流后的直流电压进行降压处理；

控制所述处理电路将经过降压处理的直流电压传输至所述动力电池；

在未对动力电池进行充电时，通过所述采样电路获取所述变换电路两端的第二电压，并根据所述第二电压控制所述处理电路对所述动力电池输出的直流电压进行升压处理；

控制所述变换电路对经过升压处理的直流电压进行逆变处理，并控制所述变换电路将逆变处理后获得的交流电压传输至所述电网电路。

优选地，所述通过所述采样电路采集所述动力电池两端的第一电压的步骤包括：

控制继电器与第一电压传感器连接，通过所述第一电压传感器采集第三电容两端的电压。

优选地，所述通过所述采样电路获取所述变换电路两端的第二电压的步骤包括：

控制继电器与第二电压传感器连接，通过所述第二电压传感器采集所述变换电路两端的第二电压。

优选地，所述根据所述第一电压控制所述处理电路对经过所述变换电路进行整流后的直流电压进行降压处理的步骤包括：

判断所述第一电压与第一预设电压值的大小；

在所述第一电压大于所述第一预设电压值时，控制所述处理电路将进行整流后的直流电压的电压值降低至第一预设电压范围，所述第一预设电压范围的最大值小于或者等于所述第一预设电压值。

优选地，所述根据所述第二电压控制所述处理电路对所述动力电池输出的直流电压进行升压处理的步骤包括：

确定所述第二电压与第二预设电压值之间的差值，在所述差值大于预设差值时，控制所述处理电路将所述动力电池输出的直流电压升高至第二预设范围，所述第二预设范围的最大值小于或者等于所述第二预设电压值。

与现有技术相比，本发明实施例提供的充电电路、充电方法及电动汽车，至少具有以下有益效果：

能够实现在动力电池的最大承受电压下对动力电池进行充电，保证动力电池不会因过压而损坏；在将动力电池输出的直流电压反馈至电网电路时，能够在多个绝缘栅双极型晶体管的最大承受电压下，以最快的时间将电压反馈至电网电路。

附图说明

图1为本发明实施例所述的充电电路的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的充电电路的电路结构示意图；

图3为本发明实施例所述的充电电路在对动力电池充电时的电路走向示意图；

图4为本发明实施例所述的充电电路在未对动力电池充电时的电路走向示意图；

图5为本发明实施例所述的充电电路的充电方法的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

参照图1，本发明实施例提供了一种充电电路，包括：

与电网电路1连接的变换电路2；

一端与所述变换电路2连接，另一端与动力电池4连接的处理电路5；

用于采集所述变换电路2两端的第一电压和所述动力电池4两端的第二电压的采样电路3，所述采样电路3与所述处理电路5连接，所述采样电路5通过所述第一电压控制所述处理电路5对经过所述变换电路2进行整流后的直流电压进行处理，以及通过所述第二电压控制所述处理电路5对所述动力电池4输出的直流电压进行处理。

本发明实施例的充电电路包括对动力电池4进行充电的第一状态和将动力电池4的电压反馈给电网电路1的第二状态。

在第一状态下，采样电路3通过对动力电池4两端的电压进行采集，确定传输至动力电池4的电压是否过压，当确定过压时，通过对处理电路5进行控制，使得处理电路5对变换电路2整流后的直流电压进行降压后在传输给动力电池4，进而实现在对动力电池4充电时，避免因过压导致动力电池4损坏的情况。

在第二状态下，采样电路3通过采集变换电路2两端的电压，进而确定传输至变换电路2的电压是否过压，当确定过压时，通过对处理电路5进行控制，使得处理电路5对动力电池4传输的直流电压进行降压后再传输给绝缘栅双极型晶体管，实现防止绝缘栅双极型晶体管因为过压而损坏的情况出现。

优选地，在本发实施例中，参照图2至图4，所述变换电路2包括：

与电网电路1的第一相连接的第一绝缘栅双极型晶体管U1和第二绝缘栅双极型晶体管U2；

与电网电路1的第二相连接的第三绝缘栅双极型晶体管U3和第四绝缘栅双极型晶体管U4；

与电网电路1的第三相连接的第五绝缘栅双极型晶体管U5和第六绝缘栅双极型晶体管U6；其中，

所述第一绝缘栅双极型晶体管U1、第二绝缘栅双极型晶体管U2、所述第三绝缘栅双极型晶体管U3、所述第四绝缘栅双极型晶体管U4、所述第五绝缘栅双极型晶体管U5和所述第六绝缘栅双极型晶体管U6均与所述采样电路3连接。

具体的，在对动力电池4充电时，通过控制上述的第一绝缘栅双极型晶体管U1、第三绝缘栅双极型晶体管U3和第五绝缘栅双极型晶体管U5处于常开的状态，通过多个绝缘栅双极型晶体管的二极管实现对交流电的整流。

在将动力电池4的电压反馈给电网电路1时，通过上述的第一绝缘栅双极型晶体管U1至第六绝缘栅双极型晶体管U6总共6个部件实现对直流电压进行逆变，并分别传输至电网电路1的三相。

并且，上述的第一绝缘栅双极型晶体管U1至第六绝缘栅双极型晶体管U6的最大承受电压值相同。

优选地，在本发实施例中，参照图2至图4，所述第一绝缘栅双极型晶体管U1和所述第二绝缘栅双极型晶体管U2与所述电网电路1的第一相之间设有第一开关S1和第一电感L1；

所述第三绝缘栅双极型晶体管U3和所述第四绝缘栅双极型晶体管U4与所述电网电路1的第二相之间设有第二开关S2和第二电感L2；

所述第五绝缘栅双极型晶体管U5和所述第六绝缘栅双极型晶体管U6与所述电网电路1的第三相之间设有第三开关S3和第三电感L3。

具体的，在此处，第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3是用于对电网电路1输出的交流电或者绝缘栅双极型晶体管传输的交流电进行滤波后在传输给对应的电路。

优选地，在本发明实施例中，参照图2至图4，所述处理电路5包括：

相互连接的第七绝缘栅双极型晶体管U7和第八绝缘栅双极型晶体管U8，所述第七绝缘栅双极型晶体管U7分别与所述第一绝缘栅双极型晶体管U1、第三绝缘栅双极型晶体管U3和第五绝缘栅双极型晶体管U5连接，所述第八绝缘栅双极型晶体管U8分别与所述第二绝缘栅双极型晶体管U2、所述第四绝缘栅双极型晶体管U4和所述第六绝缘栅双极型晶体管U6连接；

第四电感L4，分别与所述第七绝缘栅双极型晶体管U7和第八绝缘栅双极型晶体管U8连接；

与动力电池4并联的第三电容C3，且所述第三电容C3与动力电池4之间设置相互并联的第五开关S6、第六开关S6、第七开关S7；所述第六开关S6通过第一电阻R1与所述动力电池4连接；所述第三电容C3分别与所述第四电感L4和所述第八绝缘栅双极型晶体管U8连接，所述第五开关S5、所述第六开关S6分别与所述第四电感L4连接。

上述的第七开关S7起到总开关的作用，通过第七开关S7的开启和闭合，控制动力电池4与电网电路1之间形成通路或断开。

在对动力电池4进行充电时，经过第一绝缘栅双极型晶体管U1、第三绝缘栅双极型晶体管U3和第五绝缘栅双极型晶体管U5整流后的直流电压通过第七绝缘栅双极型晶体管U7、第四电感L4和第三电容C3进行降压，再传输给动力电池4。

在将动力电池4的电压反馈给电网电路1时，首先通过第八绝缘栅双极型晶体管U8对动力电池4输出的直流电压进行升压至满足变换电路2中的多个绝缘栅双极型晶体管的最大承受电压范围内后在传输给变换电路2。

在对动力电池4充电时，第一开关S1至第四开关S4以及第五开关S5和第七开关S7闭合，第六开关S6断开，第二绝缘栅双极型晶体管U2、第四绝缘栅双极型晶体管U4、第六绝缘栅双极型晶体管U6和第八绝缘栅双极型晶体U8管处于关闭的状态。在此种状态下，第三电容C3与动力电池4处于并联的状态，因此，对第三电容C3两端的电压的获取，即表示对动力电池4两端的电压的获取。

具体地，在将动力电池4的电压反馈给电网电路1时，第七绝缘栅双极型晶体管U7处于常开的状态，即相当于导线的作用；第一开关S1至第四开关S4以及第七开关S7均处于闭合的状态。而对于第五开关S5和第六开关S6，则是首先第六开关S6闭合，第五开关S5断开，随着动力电池4的电压输出，使得第三电容C3两端的电压逐渐升高，在第三电容C3两端的电压升高至一稳定值后，再将第五开关S5闭合，第六开关S6断开。此种切换的方式，是为了对动力电池4输出的电压进行稳压后在输出给第八绝缘栅双极型晶体管U8。

优选地，所述采样电路3包括：

继电器；

与所述继电器连接的采样器；

与所述采样器连接的信号处理器；

与所述信号处理器连接的控制器，所述控制器与所述第七绝缘栅双极型晶体管U7和所述第八绝缘栅双极型晶体管U8连接；

以及与所述继电器可拆卸连接的第一电压传感器和第二电压传感器，所述第一电压传感器与所述第三电容C3并联，所述第二电压传感器的第一端分别与所述第一绝缘栅双极型晶体管U1、第三绝缘栅双极型晶体管U3、第五绝缘栅双极型晶体管U5和第七绝缘栅双极型晶体管U7连接，第二端分别与所述第二绝缘栅双极型晶体管U2、第四绝缘栅双极型晶体管U4、第六绝缘栅双极型晶体管U6和第八绝缘栅双极型晶体管U8连接。

在本发明实施例中，控制器还与第五开关S5和第六开关S6连接，通过控制器来实现在将动力电池4的电压反馈给电网电路1时对第五开关S5和第六开关S6的开闭状态的切换。

在对动力电池4进行充电时，继电器与第一电压传感器连接，采样器通过对第一电压传感器检测的电压获取到第三电容C3两端的电压；在将动力电池4的电压反馈给电网电路1时，继电器与第二电压传感器连接，采样器通过第一电压传感器获取到变换电路2两端的电压。采样器在获取到第一电压传感器或者第二电压传感器采集的电压后传输给信号处理器，信号处理器对第一电压进行信号调理后传输给控制器(此处，控制器为汽车的MCU)，控制器通过对采集到的电压进行判断，确定是否需要处理电路5对变换电路2整流后的直流电压进行降压或者对动力电池4传输的直流电压进行升压。

优选地，在本发明实施例中，参照图2至图4，所述充电电路还包括：

相互连接的第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1分别与所述第一绝缘栅双极型晶体管U1、第三绝缘栅双极型晶体管U3、第五绝缘栅双极型晶体管U5和第七绝缘栅双极型晶体管U7连接，所述第二电容C2分别与所述第二绝缘栅双极型晶体管U2、第四绝缘栅双极型晶体管U4、第六绝缘栅双极型晶体管U6、第八绝缘栅双极型晶体管U8、所述第三电容C3和所述第七开关S7连接。

此处，在对动力电池4进行充电时，由于通过绝缘栅双极型晶体管整流得到的直流电的波形并非平稳的直线，通过第一电容C1和第二电容C2进行滤波后，使得经过整流得到的直流电能够更加平稳。

优选地，所述电网电路1的中性线通过一第四开关S4分别与所述第一电容C1和所述第二电容C2连接。

根据本发明实施例的另一方面，本发明实施例还提供了一种电动汽车，包括：如上述的充电电路。

根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种充电电路的充电方法，应用于上述的充电电路，包括：

步骤1，在对动力电池4进行充电时，通过所述采样电路3采集所述动力电池4两端的第一电压；

步骤2，根据所述第一电压控制所述处理电路5对经过所述变换电路2进行整流后的直流电压进行降压处理；

步骤3，控制所述处理电路5将经过降压处理的直流电压传输至所述动力电池4；

步骤4，在未对动力电池4进行充电时，通过所述采样电路3获取所述变换电路2两端的第二电压；

步骤5，根据所述第二电压控制所述处理电路5对所述动力电池4输出的直流电压进行升压处理；

步骤6，控制所述变换电路2对经过升压处理的直流电压进行逆变处理，并控制所述变换电路2将逆变处理后获得的交流电压传输至所述电网电路1。

上述步骤1中，由于第一电阻R1的阻值非常小，通过将获得的第三电容C3的电压近似作为动力电池4两端的电压。

在步骤4中，对于未对动力电池4进行充电时即表示为将动力电池4的电压反馈至电网电路1中的状态。

通过对第一电压的获取，判断输入至动力电池4的电压是否超过动力电池4的最大承受电压，进而对输入至动力电池4的电压进行控制，达到对动力电池4进行保护的目的。

通过对第二电压的获取，判断输出至变换电路2的电压是否超过绝缘栅双极型晶体管的最大承受电压，进而对输入至变换电路2的交流电压进行控制，达到对绝缘栅双极型晶体管的保护的目的。

优选地，上述步骤1中，对第一电压的采集主要包括：

步骤101，控制继电器与第一电压传感器连接，通过所述第一电压传感器采集第三电容C3两端的电压。

由于第一阻值R1的阻值非常小，通过对第三电容C3两端的电压近似作为动力电池4两端的电压。

优选地，上述步骤4中，对第三电压的采集主要包括：

步骤401，控制继电器与第二电压传感器连接，通过所述第二电压传感器采集所述变换电路2两端的第二电压。

优选地，在本发明实施例中，上述步骤2包括：

步骤201，判断所述第一电压与第一预设电压值的大小；

步骤202，在所述第一电压大于所述第一预设电压值时，控制所述处理电路5将进行整流后的直流电压的电压值降低至第一预设电压范围，所述第一预设电压范围的最大值小于或者等于所述第一预设电压值。

此处，第一预设电压值即为动力电池4的最大承受电压，其预设在控制器中；在对动力电池4充电时，通过对第三电容C3的两端的第一电压的判断，即可判断出输入至动力电池4的电压是否过压。例如，动力电池4的最大承受电压为220v，当检测到第一电压的数值大于220v时，则认为输出至动力电池4的电压过压，此时，通过第七绝缘栅双极型晶体管U7、第四电感L4进行降压，使得输出至动力电池4的直流电压的值小于等于220v。

优选地，在本发明实施例中，步骤5包括：

步骤501，确定所述第二电压与第二预设电压值之间的差值，在所述差值大于预设差值时，控制所述处理电路5将所述动力电池4输出的直流电压升高至第二预设范围，所述第二预设范围的最大值小于或者等于所述第二预设电压值。

此处，第二预设电压值为第一绝缘栅双极型晶体管U1至第六绝缘栅双极型晶体管U6中的最大承受电压值，如果检测出的第二电压与第二预设电压值之间的差值大于了预设差值时，为了使得动力电池4的电压能够在较快时间内反馈至电网电路1，通过第八绝缘栅双极型晶体管U8对动力电池4输出的直流电压进行升压，进而使得输出至第一绝缘栅双极型晶体管U1至第六绝缘栅双极型晶体管U6的直流电压在其最大承受电压的前提下，以最快的速度将动力电池4输出的直流电压逆变后传输至电网电路1。

通过本发明实施例提供的充电电路的充电方法，能够实现在动力电池4的最大承受电压下对动力电池4进行充电，保证动力电池4不会因过压而损坏；在将动力电池4输出的直流电压反馈至电网时，能够在多个绝缘栅双极型晶体管的最大承受电压下，以最快的时间将电压反馈至电网电路1。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。