集成DC/DC的双向车载充电机和电动汽车的制作方法

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种集成dc/dc的双向车载充电机和电动汽车。

背景技术：

随着节能减排的要求逐渐提高，汽车电动化已成为汽车工业的主要发展方向之一，而轻量化、集成化在一定程度上可提升电动汽车的续航、降低整车电耗。车载充电机和dc/dc转换器是电动汽车的重要组成部分，目前已有相当一部分电动汽车使用集成化的车载充电机和dc/dc转换器，但大部分都是物理层面的集成，重量大不能达到轻量化的目标。小部分使用电气层面的深度集成化设计，可大幅降低重量，但存在dc/dc转换器转换效率偏低的问题。同时，随着用户体验要求的不断提升，逆变放电的移动储能技术需求越来越成为提升用户体验的重要技术，而双向充电机是实现该技术的重要模块。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种集成dc/dc的双向车载充电机，以在满足轻量化需求的同时，提升dc/dc转换效率。

本发明的第二个目的在于提出一种电动汽车。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种集成dc/dc的双向车载充电机，包括：pfc电路，所述pfc电路的输入端用于与外部电源连接；obc电路，所述obc电路的输入端与所述pfc电路的输出端连接，所述obc电路的输出端用于与电动汽车的高压动力电池连接；dc/dc转换电路，所述dc/dc转换电路的输入端与所述pfc电路的输出端连接，所述dc/dc变换电路的输出端用于与所述电动汽车的低压负载连接；控制器，所述控制器分别与所述pfc电路、所述obc电路和所述dc/dc转换电路的控制端连接，用于分别对所述pfc电路、所述obc电路和所述dc/dc转换电路进行控制，以实现所述外部电源、所述高压动力电池和所述低压负载之间的能量传输。

本发明实施例的集成dc/dc的双向车载充电机，在电气层面上对dc/dc变换模块进行了深度集成，能够更好的满足轻量化需求，提高了dc/dc转换效率，且增加了逆变放电功能，实现了外部电源、高压动力电池和低压负载之间的能量传输，提升了用户体验。

另外，本发明实施例的集成dc/dc的双向车载充电机还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述pfc电路包括：第一滤波子电路，所述第一滤波子电路的输入端用于与所述外部电源连接；第一整流子电路，所述第一整流子电路的输入端与所述第一滤波子电路的输出端连接，所述第一整流子电路的输出端与所述obc电路的输入端连接，所述第一整流子电路的控制端与所述控制器连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一滤波子电路包括：第一电容，所述第一电容用于与所述外部电源并联连接；第一电感，所述第一电感的一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电感另一端与所述第一整流子电路的第一输入端连接；第二电感，所述第二电感的一端与所述第一电容的另一端连接，所述第二电感另一端与所述第一整流子电路的第二输入端连接。

根据本发明的一个实施例，所述pfc电路还包括：第二电容，所述第二电容为电解电容，所述第二电容的正极与所述第一整流子电路的第一输出端连接，所述第二电容的负极与所述第一整流子电路的第二输出端连接；第三电容，所述第三电容与所述第二电容并联。

根据本发明的一个实施例，所述obc电路包括：第一逆变子电路，所述第一逆变子电路的输入端与所述第一整流子电路的输出端连接；第一变压器，所述第一变压器的原边线圈的一端通过串联连接的第三电感和第四电容与所述第一逆变子电路的第一输出端连接，所述第一变压器的原边线圈的另一端与所述第一逆变子电路的第二输出端连接；第二整流子电路，所述第二整流子电路的第一输入端与所述第一变压器的副边线圈的的一端连接，所述第二整流子电路的第二输入端与所述第一变压器的副边线圈的另一端连接，所述第二整流子电路的两输出端用于与所述高压动力电池连接。

根据本发明的一个实施例，所述obc电路还包括：第五电容，所述第五电容的两端分别与所述第二整流子电路的两输出端对应连接。

根据本发明的一个实施例，所述dc/dc转换电路包括：第二逆变子电路，所述第二逆变子电路的输入端与所述第一整流子电路的输出端连接；第二变压器，所述第二变压器的原边线圈的一端通过串联连接的第四电感和第五电容与所述第二逆变子电路的第一输出端连接，所述第二变压器的原边线圈的另一端与所述第二逆变子电路的第二输出端连接，其中，所述第二变压器的副边线圈包括第一副边线圈和第二副边线圈，所述第一副边线圈的一端与所述第二副边线圈的一端连接，并形成串连节点a；第三整流子电路，所述第三整流子电路的第一输入端与所述第一副边线圈的另一端连接，所述第三整流子电路的第二输入端与所述第二副边线圈的另一端连接，所述第三整流子电路的第一输出端与所述串联节点连接；第二滤波子电路，所述第二滤波子电路的第一输入端与串联节点连接，所述第二滤波子电路的第二输入端与所述第三整流子电路的第二输出端连接，所述第二滤波子电路的输出端用于与所述低压负载连接。

根据本发明的一个实施例，所述第二滤波子电路包括：第五电感，所述第五电感的一端与所述串连节点连接，所述第五电感的另一端用于与所述低压负载的一端连接；第七电容，所述第七电容的一端与所述第五电感的另一端连接，所述第七电容的另一端与所述第二整流子电路的第二输出端连接，并用于与所述低压负载的另一端连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一整流子电路为由第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管组成的整流桥；所述第一逆变子电路为由第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管组成的逆变桥；所述第二整流子电路为由第九开关管、第十开关管、第十一开关管和第十二开关管组成的整流桥；所述第二逆变子电路为由第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管和第十六开关管组成的逆变桥；所述第三整流子电路包括第十七开关管和第十八开关管，所述第十七开关管的漏极与所述第一副边线圈的另一端连接，所述第十七开关管的源极与所述第十八开关管的源极连接，并与所述低压负载的另一端连接，所述第十八开关管的漏极与所述第二副边线圈的另一端连接；其中，所述第一开关管至所述第十八开关管的栅极均与所述控制器连接。

为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电动汽车，包括高压动力电池、低压负载和上述实施例的集成dc/dc的双向车载充电机。

本发明实施例的电动汽车，采用上述的集成dc/dc的双向车载充电机，在电气层面上对dc/dc变换模块进行了深度集成，能够更好的满足轻量化需求，提高了dc/dc转换效率，且增加了逆变放电功能，实现了外部电源、高压动力电池和低压负载之间的能量传输，提升了用户体验。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的集成dc/dc的双向车载充电机的结构框图；

图2是本发明一个实施例的集成dc/dc的双向车载充电机的结构框图；

图3是本发明一个具体实施例的集成dc/dc的双向车载充电机的结构示意图；

图4是本发明一个示例的集成dc/dc的双向车载充电机工作原理图；

图5是本发明另一个示例的集成dc/dc的双向车载充电机工作原理图；

图6是本发明又一个示例的集成dc/dc的双向车载充电机工作原理图；

图7是本发明实施例的电动汽车的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的集成dc/dc的双向车载充电机和电动汽车。

图1为本发明实施例的集成dc/dc的双向车载充电机的结构框图。

如图1所示，该集成dc/dc的双向车载充电机100包括：pfc电路110、obc电路120、dc/dc转换电路130和控制器140。

参见图1，pfc电路110的输入端用于与外部电源1连接；obc电路120的输入端与pfc电路110的输出端连接，obc电路120的输出端用于与电动汽车的高压动力电池2连接；dc/dc转换电路130的输入端与pfc电路110的输出端连接，dc/dc变换电路130的输出端用于与电动汽车的低压负载3连接；控制器140分别与pfc电路110、obc电路120和dc/dc转换电路130的控制端连接，用于分别对pfc电路110、obc电路120和dc/dc转换电路130进行控制，以实现外部电源1、高压动力电池2和低压负载3之间的能量传输。

其中，外部电源1可以是外接的电网如220v交流市电，也可以是其他电动汽车等，当外部电源1位其他电动汽车时，可通过双向连接器连接。高压动力电池2即用于为电动汽车提供能量(如为驱动电机供电等)的动力电池；低压负载3可以是低压蓄电池，也可以是低压用电设备。

具体地，在一个示例中，当集成dc/dc的双向车载充电机100工作在充电模式时，控制器140用于分别对pfc电路110和obc电路120进行控制，以使外部电源1通过pfc电路110、obc电路120向高压动力电池2传输能量，实现对高压动力电池2的充电。同时，控制器140还可对dc/dc变换电路130进行控制，以使外部电源1通过pfc电路110、dc/dc变换电路130向低压负载3传输能量。

在另一个示例中，当集成dc/dc的双向车载充电机工作100在dc/dc工作模式时，控制器140用于分别对obc电路120和dc/dc变换电路130进行控制，以使高压动力电池2通过obc电路120和dc/dc变换电路130向低压负载3传输能量。

在又一个示例中，当集成dc/dc的双向车载充电机100工作在逆变模式时，控制器140用于分别对obc电路120和pfc电路110进行控制，以使高压动力电池2通过obc电路120、pfc电路110向外部电源1传输能量。同时，控制器140还可对dc/dc变换电路130进行控制，以使高压动力电池2通过obc电路120、dc/dc变换电路130向低压负载3传输能量。

由此，该集成dc/dc的双向车载充电机，在电气层面上进行了深度集成化设计，重量轻，且能够提升dc/dc转换效率，同时增加了逆变放电功能，提升了用户的使用体验。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，pfc电路110包括：第一滤波子电路111和第一整流子电路112，其中，第一滤波子电路111的输入端用于与外部电源1连接；第一整流子电路112的输入端与第一滤波子电路111的输出端连接，第一整流子电路112的输出端与obc电路120的输入端连接，第一整流子电路112的控制端与控制器140连接。

可选地，如图3所示，第一滤波子电路111包括：第一电容c1、第一电感l1和第二电感l2，其中，第一电容c1用于与外部电源1并联连接；第一电感l1的一端与第一电容c1的一端连接，第一电感l1另一端与第一整流子电路112的第一输入端连接，第二电感l2的一端与第一电容c1的另一端连接，第二电感l2另一端与第一整流子电路112的第二输入端连接。

进一步地，参见图3，pfc电路110还可包括：第二电容c2和第三电容c3，其中，第二电容c2为电解电容，第二电容c2的正极与第一整流子电路112的第一输出端连接，第二电容c2的负极与第一整流子电路112的第二输出端连接；所述第三电容c3与第二电容c2并联。由此，通过第二电容c2和第三电容c3的设置，可使pfc电路110输出相对稳定的直流电压。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，obc电路120包括：第一逆变子电路121、第一变压器t1和第二整流子电路122。

参见图2，第一逆变子电路121的输入端与第一整流子电路112的输出端连接；第一变压器t1的原边线圈的一端通过串联连接的第三电感l3和第四电容c4与第一逆变子电路121的第一输出端连接，第一变压器t1的原边线圈的另一端与第一逆变子电路121的第二输出端连接；第二整流子电路122的第一输入端与第一变压器t1的副边线圈的的一端连接，第二整流子电路122的第二输入端与第一变压器t1的副边线圈的另一端连接，第二整流子电路122的两输出端与高压动力电池2连接。

进一步地，参见图3，obc电路120还包括第五电容c5，其中，第五电容c5的两端分别与第二整流子电路122的两输出端对应连接。

在本发明的一个实施例中，参见图2，dc/dc转换电路130包括：第二逆变子电路131、第二变压器t2、第三整流子电路132和第二滤波子电路133。

参见图2，第二逆变子电路131的输入端与第一整流子电路112的输出端连接；第二变压器t1的原边线圈的一端通过串联连接的第四电感l4和第五电容c5与第二逆变子电路131的第一输出端连接，第二变压器t2的原边线圈的另一端与第二逆变子电路131的第二输出端连接，其中，第二变压器t2的副边线圈包括第一副边线圈和第二副边线圈，第一副边线圈的一端与第二副边线圈的一端连接，并形成串连节点a；第三整流子电路132的第一输入端与第一副边线圈的另一端连接，第三整流子电路132的第二输入端与第二副边线圈的另一端连接，第三整流子电路132的第一输出端与串联节点a连接；第二滤波子电路133的第一输入端与串连节点a连接，第二滤波子电路133的第二输入端与第三整流子电路132的第二输出端连接，第二滤波子电路133的输出端用于与低压负载3连接。

可选地，参见图3，第二滤波子电路133包括第五电感l5和第七电容c7，其中，第五电感l5的一端与串连节点a连接，第五电感l5的另一端用于与低压负载3的一端连接；第七电容c7的一端与第五电感l5的另一端连接，第七电容c7的另一端与第二整流子电路132的第二输出端连接，并用于与低压负载3的另一端连接。

在本发明的一个实施例中，参见图3，第一整流子电路112为由第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4组成的整流桥；第一逆变子电路121为由第五开关管q5、第六开关管q6、第七开关管q7和第八开关管q8组成的逆变桥；第二整流子电路122为由第九开关管q9、第十开关管q10、第十一开关管q11和第十二开关管q12组成的整流桥；第二逆变子电路131为由第十三开关管q13、第十四开关管q14、第十五开关管q15和第十六开关管q16组成的逆变桥；第三整流子电路132包括第十七开关管q17和第十八开关管q18，第十七开关管q17的漏极与第一副边线圈的另一端连接，第十七开关管q17的源极与第十八开关管q18的源极连接，并用于与低压负载3的另一端连接，第十八开关管q18的漏极与第二副边线圈的另一端连接。其中，第一至第十八开关管(q1-q18)的栅极均与控制器140相连，控制器140用于控制各开关管的通断。

需要说明的是，上述第一整流子电路112、第二整流子电路122均既可以作为整流器，也可以作为逆变器；上述第一逆变子电路121既可以作为逆变器，也可以作为整流器。

为便于理解，下面以图3所示的实施例为例，通过图4-6描述本发明实施例的集成dc/dc的双向车载充电机的工作原理：

参见图4，当集成dc/dc的双向车载充电机100连接外部电源1，需要向高压动力电池2充电时，集成dc/dc的双向车载充电机100的工作状态为充电模式，控制器140可通过控制开关管q1-q12的通断，此时第一整流子电路112用于将外部电源1输入的交流电整流为直流电，第一逆变子电路121用于将直流电逆变为交流电，交流电经第一变压器t1变压后，再输入至第二整流子电路122，经第二整流子电路122整流为直流电后，输入至高压动力电池2，完成外部电源1向高压动力电池2传输能量，实现对高压动力电池2的充电，能量流向如图4中实线箭头所示。同时，控制器140还可控制q13-q18的通断，第一整流子电路112输出的直流电经第二逆变子电路131逆变为交流电，并经第二变压器t2变压后，再输入至第二整流子电路122，经第二整流子电路122整流为直流电后，输入至低压负载3，完成外部电源1向低压负载3传输能量，能量流向如图4中虚线箭头所示。

参见图5，当需要向低压负载3供电时，集成dc/dc的双向车载充电机100的工作状态为dcdc工作模式，控制器140可通过控制开关管q5-q18的通断，高压动力电池2输出的直流电经第二整流子电路122逆变为交流电，并经第一变压器t1变压后输入至第一逆变子电路121，第一逆变子电路121将交流电整流为直流电输入至第二逆变子电路131，经第二逆变子电路131逆变为交流电，并经第二变压器t2变压后，再输入至第二整流子电路122，经第二整流子电路122整流为直流电后，输入至低压负载3，完成高压动力电池2向低压负载3传输能量，实现对低压负载3供电，能量流向如图5中实线箭头所示。

参见图6，当当前电动汽车的集成dc/dc的双向车载充电机100与另一电动汽车的集成dc/dc的双向车载充电机100连接，需要对其输出交流电(如220v的交流电)时，当前电动汽车的集成dc/dc的双向车载充电机100工作状态为逆变模式，控制器140可通过控制开关管q1-q12的通断，高压动力电池2输出的直流电经第二整流子电路122逆变为交流电，并经第一变压器t1变压后输入至第一逆变子电路121，第一逆变子电路121将交流电整流为直流电输入至第一整流子电路112，经第一整流子电路112逆变为交流电后输入至外部电源，完成高压动力电池向外部电源1传输能量，能量流向如图6中实线箭头所示。同时，控制器140还可通过控制开关管q13-q18的通断，高压动力电池2输出的直流电经第二整流子电路122逆变为交流电，并经第一变压器t1变压后输入至第一逆变子电路121，第一逆变子电路121将交流电整流为直流电输入至第二逆变子电路131，经第二逆变子电路131逆变为交流电，并经第二变压器t2变压后，再输入至第二整流子电路122，经第二整流子电路122整流为直流电后，输入至低压负载3，完成高压动力电池2向低压负载3传输能量，能量流向如图6中虚线箭头所示。

综上所述，本发明实施例的集成dc/dc的双向车载充电机，重量轻，且能够提升dc/dc转换效率，同时具有逆变放电功能，能够提升用户的使用体验。

图7是本发明实施例的电动汽车的结构框图。

如图7所示，电动汽车1000包括高压动力电池2、低压负载3和上述实施例的集成dc/dc的双向车载充电机100。

本发明实施例的电动汽车，采用上述的集成dc/dc的双向车载充电机，重量轻，且能够提升dc/dc转换效率，同时具有逆变放电功能，能够提升用户的使用体验。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。