电动汽车及其车载充电机的制作方法

本实用新型涉及汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车及其车载充电机。

背景技术：

随着新能源汽车的发展，obc(on-boardcharger，车载充电机)及车载dc(directcurrent，直流)对成本、体积、重量等方面的要求越来越高，分立的obc和车载dc已无法满足新能源汽车的发展需求。目前市场上已经有将obc和车载dc集成的二合一方案产品，但是大部分方案仅通过母线的简单电气连接实现集成，集成度低。

技术实现要素：

本实用新型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，本实用新型的一个目的在于提出一种电动汽车的车载充电机，以减少零部件的使用，降低车载充电机的成本，减小车载充电机的体积，减轻车载充电机的重量。

为达到上述目的，本实用新型第一方面提出了一种电动汽车的车载充电机，所述电动汽车包括动力电池和低压蓄电池，所述车载充电机包括：pfc(powerfactorcorrection，功率因数校正)电路，所述pfc电路的交流端与电网连接；dc/ac变换电路，所述dc/ac变换电路的直流端与所述pfc电路的直流端连接；变压器，所述变压器包括原边线圈、第一副边线圈和第二副边线圈，所述原边线圈与所述dc/ac变换电路的交流端连接；第一ac/dc变换电路，所述第一ac/dc变换电路的交流端与所述第一副边线圈连接，所述第一ac/dc变换电路的直流端与所述动力电池连接；第二ac/dc变换电路，所述第二ac/dc变换电路的交流端与所述第二副边线圈连接，所述第二ac/dc变换电路的直流端与所述低压蓄电池连接。

本实用新型的车载充电机，通过一个变压器和一个dc/ac变换电路，即可实现将电网的能量传输给动力电池和低压蓄电池，以及通过上述的变压器和两个ac/dc变换电路，即可实现动力电池给低压蓄电池供电，由此，减少了零部件的使用，从而降低了车载充电机的成本，减少了车载充电机的体积，减轻了车载充电机重量。

为达到上述目的，本实用新型第二方面提出了一种电动汽车，所述电动汽车包括上述的电动汽车的车载充电机。

本实用新型实施例的电动汽车，采用上述的车载充电机，通过一个变压器和一个dc/ac变换电路，即可实现将电网的能量传输给动力电池和低压蓄电池，以及通过上述的变压器和两个ac/dc变换电路，即可实现动力电池给低压蓄电池供电，由此，减少了零部件的使用，使得车载充电机的成本降低、体积减小、重量减轻。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型实施例的电动汽车的车载充电机的结构框图；

图2是本实用新型第一个示例的车载充电机的结构示意图；

图3是本实用新型第一个示例的车载充电机中能量的传输示意图；

图4是本实用新型第二个示例的车载充电机中能量的传输示意图；

图5是本实用新型第三个示例的车载充电机中能量的传输示意图；

图6是本实用新型第四个示例的车载充电机中能量的传输示意图；

图7是本实用新型第二个示例的车载充电机的结构示意图；

图8是本实用新型第三个示例的车载充电机的结构示意图；

图9是本实用新型实施例的电动汽车的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例的电动汽车及其车载充电机。

图1是实用新型实施例的电动汽车的车载充电机的结构框图。

在该实施例中，电动汽车包括动力电池p-battery和低压蓄电池l-battery。如图1所示，车载充电机包括：pfc电路10、dc/ac变换电路20、变压器30、第一ac/dc变换电路40和第二ac/dc变换电路50。

参见图1，pfc电路10的交流端与电网连接；dc/ac变换电路20的直流端与pfc电路10的直流端连接；变压器30包括原边线圈np1、第一副边线圈ns1和第二副边线圈ns2，原边线圈np1与dc/ac变换电路20的交流端连接；第一ac/dc变换电路40的交流端与第一副边线圈ns1连接，第一ac/dc变换电路40的直流端与动力电池p-battery连接；第二ac/dc变换电路50的交流端与第二副边线圈ns2连接，第二ac/dc变化电路50的直流端与低压蓄电池l-battery(如12v蓄电池)连接。

具体地，参见图1，本实用新型的车载充电机，采用了变压器磁集成(即将一个或多个磁性器件从结构上集成到一起，例如共用一个磁芯)技术，共用变压器的原边线圈输入，两路副边线圈输出，其中一路副边线圈(即第一副边线圈ns1)输出通过动力电池p-battery侧的第一ac/dc变换电路40连接至动力电池p-battery，另一路副边线圈(即第二副边线圈ns2)输出通过低压蓄电池l-battery侧的第二ac/dc变换电路50连接至低压蓄电池l-battery，同时obc与车载dc共用dc/ac变换电路。由此，通过一个变压器和一个dc/ac变换电路，即可实现将电网的能量传输给动力电池和低压蓄电池，以及实现动力电池给低压蓄电池供电，减少了零部件的使用，从而降低了零部件的成本，减少了零部件的体积，减轻了零部件重量。另外，通过变压器将电网与动力电池和低压蓄电池进行隔离，减少或避免了人员的触电危险，提高了电动汽车的安全性。

作为一个示例，如图2所示，pfc电路10包括：第一电容c1、第一电感l1、第一桥臂11和第二桥臂12。第一电容c1的一端与电网的火线连接，第一电容c1的另一端与电网的零线连接；第一电感l1的一端分别与第一电容c1的一端和电网的火线连接；第一桥臂11的中点与第一电感l1的另一端连接，第一桥臂11包括串联连接的第一开关管q1和第二开关管q2；第二桥臂12的中点分别与第一电容c1的另一端和电网的零线连接，且第二桥臂12与第一桥臂11并联连接形成第一汇流端和第二汇流端，第一汇流端与dc/ac变换电路20的直流端的第一端口连接，第二汇流端与dc/ac变换电路20的直流端的第二端口连接，并接地，第二桥臂12包括串联连接的第三开关管q3和第四开关管q4。

参见图2，车载充电机还包括：第二电容c2，第二电容c2连接在pfc电路10和dc/ac变换电路20之间，且第二电容c2的一端与第一汇流端连接，第二电容c2的另一端与第二汇流端连接。该第二电容c2作为直流母线电容，可起到对pfc电路10输出的直流电进行滤波的作用。

参见图2，dc/ac变换电路20包括：第三桥臂21、第四桥臂22。第三桥臂21的中点与原边线圈np1的一端连接，第三桥臂21包括串联连接的第五开关管q5和第六开关管q6；第四桥臂22的中点与原边线圈np1的另一端连接，且第四桥臂22与第三桥臂21并联连接形成第三汇流端和第四汇流端，第三汇流端与pfc电路10的直流端的第一端口连接，第四汇流端与pfc电路10的直流端的第二端口连接，并接地，第四桥臂22包括串联连接的第七开关管q7和第八开关管q8。

参见图2，第一ac/dc变换电路40包括：第五桥臂41、第六桥臂42和第三电容c3。第五桥臂41的中点与第一副边线圈ns1的一端连接，第五桥臂42包括串联连接的第九开关管q9和第十开关管q10；第六桥臂42的中点与第一副边线圈ns1的另一端连接，且第六桥臂42与第五桥臂41并联连接形成第五汇流端和第六汇流端，第五汇流端与动力电池p-battery的第一极连接，第六汇流端与动力电池p-battery的第二极连接，并接地，所述第六桥臂包括串联连接的第十一开关管和第十二开关管；第三电容c3的一端分别与第五汇流端和动力电池p-battery的第一极连接，第三电容c3的另一端分别与第六汇流端和动力电池p-battery的第二极连接，并接地。

其中，动力电池p-battery的第一极可为正极，动力电池p-battery的第二极为负极。

参见图2，第二ac/dc变换电路50包括：第十三开关管q13、第十四开关管q14、第二电感l2、第三电感l3和第四电容c4。第十三开关管q13的漏极与第二副边线圈ns2的一端连接，第十三开关管q13的源极与低压蓄电池l-battery的第二极连接，并接地；第十四开关管q14的源极分别与第十三开关管q13的源极和低压蓄电池l-battery的第二极连接，并接地，第十四开关管q14的漏极与第二副边线圈ns2的另一端连接；第二电感l2的一端分别与第十三开关管q13的漏极和第二副边线圈ns2的一端连接，第二电感l2的另一端与低压蓄电池l-battery的第一极连接；第三电感l3的一端分别与第二电感l2的另一端和低压蓄电池l-battery的第一极连接，第三电感l3的另一端与第十四开关管q14的漏极连接；第四电容c4的一端分别与第二电感l2的另一端、第三电感l3的一端和低压蓄电池l-battery的第一极连接，第四电容c4的另一端分别与第十三开关管q13的源极、第十四开关管q14的源极和低压蓄电池l-battery的第二极连接，并接地。

其中，低压蓄电池l-battery的第一极可为正极，低压蓄电池l-battery的第二极为负极。

该第二ac/dc变换电路50采用倍流电路，使得变压器30副边不存在中心抽头，降低了变压器30的设计难度。同时，倍流电路中设置两个滤波电感(即第二电感l2和第三电感l3)，有利于滤波电感的散热设计，提升电源效率。

参见图2，车载充电机还包括：第四电感l4和第五电容c5。其中，第四电感l4的一端与第三桥臂21的中点连接，第四电感l4的另一端与原边线圈np1的一端连接；第五电容c5的一端与第四桥臂22的中点连接，第五电容c5的另一端与原边线圈np1的另一端连接。其中，第四电感l4、第五电容c5和原边线圈np1串联组成谐振电路。

下面结合图3-图6描述本实用新型实施例的车载充电机的工作原理：

车载充电机工作在模式一：电网对低压蓄电池l-baterry充电。动力电池p-baterry充电前，判断低压蓄电池电池l-baterry的soc(stateofcharge，核电状态)值，soc值低于第一设定值时，电网先对低压蓄电池l-baterry进行充电。在动力电池p-baterry充电完毕后，判断低压蓄电池l-baterry的soc值，当低压蓄电池l-baterry的soc值低于第二设定值时，将低压蓄电池l-baterry充电至soc值为100％，判定整车充电完成。此工作模式下，参见图3，电网侧能量通过pfc电路10、dc/ac变换电路20、第四电感l4、变压器30原边线圈np1、第五电容c5、变压器30第二副边线圈ns2、低压蓄电池l-baterry侧的第二ac/dc变换电路50对低压蓄电池l-baterry充电。

其中，第一设定值与第二设定值的取值可以相同，也可以不同。

车载充电机工作在模式二：电网对动力电池p-baterry充电。判断低压蓄电池l-baterry的soc值大于第三设定值后，参见图4，电网侧能量通过pfc电路10、dc/ac变换电路20、第四电感l4、变压器30原边线圈np1、第五电容c5、变压器30第一副边线圈ns1、动力电池p-baterry侧的第一ac/dc电路40对动力电池p-baterry充电。

其中，第三设定值大于上述的第一设定值和第二设定值。

车载充电机工作在模式三：动力电池p-baterry对车外放电。参见图5，动力电池p-baterry的能量依次通过动力电池p-baterry侧的第一ac/dc电路40、变压器30第一副边线圈ns1、变压器30原边线圈np1、第四电感l4、第五电容c5、dc/ac变换电路20、pfc电路10对车外放电，如220v/50hz。

车载充电机工作在模式四：动力电池p-baterry对低压负载及低压蓄电池l-baterry放电。在低压负载开启或者是低压蓄电池l-baterry电量低于第四设定值后，动力电池p-baterry需对低压负载及低压蓄电池l-baterry放电。该模式下，参见图6，动力电池p-baterry的能量通过动力电池p-baterry侧的第一ac/dc变换电路40、变压器30第一副边线圈ns1、变压器30第二副边线圈ns2、蓄电池l-baterry侧的第二ac/dc变换电路50对低压负载及低压蓄电池l-baterry放电。

其中，第四设定值可以大于或等于上述的第一设定值。

作为一个示例，如图7所示，第二ac/dc变换电路50还包括：第十五开关管q15，第十五开关管q15的漏极分别与第二电感l2的另一端、第三电感l3的一端、第四电容c4的一端和低压蓄电池l-battery的第二极连接，第十五开关管q15的源极分别与第十三开关管q13的源极、第十四开关管q14的源极、第四电容c4的另一端和低压蓄电池l-battery的第二极连接，并接地。

在该示例中，第二电感l2、第十五开关管q15及其对应的续流二极管组成boost电路，该电路对低压蓄电池l-battery侧的第二ac/dc变换电路50的电压进行调理，以达到稳压目的。当然，该示例的车载充电机也可工作于上述的四种模式。

作为一个示例，如图8所示，第二ac/dc变换电路50还包括：第十六开关管q16，第十六开关管q16的漏极分别与第四电容c4的另一端和低压蓄电池l-battery的第二极连接，并接地，第十六开关管q16的源极分别与第十三开关管q13的源极、第十四开关管q14的源极连接。

在该示例中，可以通过新增加的第十六开关管q16对低压蓄电池l-battery的输出电压进行调制。若系统运行过程中无需对低压蓄电池l-battery的电压进行控制，第十六开关管q16保持常开状态，若系统运行中需对低压蓄电池l-battery的电压进行控制，则第十六开关管q16运行于pwm调制状态。当然，该示例的车载充电机也可工作于上述的四种模式。

需要说明的是，上述各开关管均可为mos(metal-oxide-semiconductor，金属-氧化物-半导体场效应晶体管)管，也可为igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)管，且参见图2-图8，各开关管均并联连接有续流二极管，通过控制开关管的导通或关断，实现车载充电机的上述各工作模式。

本实用新型实施例的电动汽车的车载充电机，采用变压器磁集成技术，将obc与车载dc的隔离变压器集成设计，在物理结构上减少一个变压器，同时obc与车载dc共用变压器原边的变换电路及emc滤波电路，降低了零部件的成本，减少了零部件的体积、减轻了零部件的重量。另外，低压蓄电池l-battery输出侧采用倍流电路，使变压器副边不存在中心抽头，降低了变压器的设计难度；同时，倍流电路中设置两个滤波电感，有利于滤波电感的散热设计，提升了电源效率。

图9是本实用新型实施例的电动汽车的结构框图。

如图9所示，电动汽车1000包括上述实施例的电动汽车的车载充电机100。

本实用新型实施例的电动汽车，采用上述实施例的电动汽车的车载充电机，所使用的零部件少，零部件成本低，零部件体积小，重量轻，且变压器的设计难度低，电源效率高。

另外，本实用新型实施例的电动汽车的其他构成及作用对本领域的技术人员来说是已知的，为减少冗余，此处不做赘述。

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实用新型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。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，“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。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，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实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。