多功能车载功率变换器和包含其的电动汽车的制作方法

本发明涉及汽车电子电力技术，特别涉及一种用于电动汽车的多功能车载功率变换器和包含该多功能车载功率变换器的电动汽车。

背景技术：

电动汽车的充电变换器被用于在电动汽车动力电池电量过低时，对动力电池进行充电，从而为驱动电动汽车提供动力。电动汽车充电变换器包括传导式充电（车载/非车载充电）和非传导式充电（无线充电）变换器。

非传导式无线充电变换器分为车载单元和地面单元，通过这两个单元的协同工作，来自交流电网的能量被转换为直流电以对动力电池充电。图1为按照现有技术的无线充电变换器的电路原理图。图1所示无线充电变换器100包括地面单元110和车载单元120。地面单元110包括输入电磁兼容性（emc）电路111、与输入电磁兼容性电路111相连的功率因素校正电路112、与功率因素校正电路112相连的直流-直流（dc-dc）原边整流电路113以及隔离变压器t1，其原边与直流-直流原边整流电路113的输出侧相连。车载单元120包括副边整流电路121和与副边整流单元121相连的输出电磁兼容性电路122，其中，副边整流电路121的输入侧与隔离变压器t1的副边相连。

在充电时，交流电网的电能经输入电磁兼容性（emc）电路111和功率因素校正电路112之后输入直流-直流原边整流电路113，经直流-直流变换后在隔离变压器t1的原边产生高频直流电。副边整流电路121对来自隔离变压器t1的副边的高频直流电进行整流，并经输出电磁兼容性电路122输出至高压动力电池。

传导式车载充电变换器被设置于电动汽车上，其将来自交流电网的能量转换为直流电以对动力电池充电。图2为按照现有技术的车载充电变换器的电路原理图。图2所示车载充电变换器200包括输入电磁兼容性（emc）电路211、与输入电磁兼容性电路211相连的功率因素校正电路212、与功率因素校正电路212相连的直流-直流（dc-dc）原边整流电路213、隔离变压器t2、副边整流电路214和与副边整流电路214相连的输出电磁兼容性电路215，其中，隔离变压器t2的原边与直流-直流原边整流电路213的输出侧相连，副边与副边整流电路214的输入侧相连。

在充电时，交流电网的电能经输入电磁兼容性（emc）电路211和功率因素校正电路212之后输入直流-直流原边整流电路213，经直流-直流变换后在隔离变压器t2的原边产生高频直流电。副边整流电路214对来自隔离变压器t2的副边的高频直流电进行整流，并经输出电磁兼容性电路215输出至高压动力电池。

另一方面，电动汽车还配备有直流-直流变换器，其能够将动力电池的高压电转换为低压电，从而向电动汽车的低压用电设备供电以及对低压电池充电。

图3为按照现有技术的直流-直流变换器的电路原理图。图3所示直流-直流变换器300包括输入emc电路311、与输入emc电路311相连的直流-直流原边整流电路312、隔离变压器t3、直流-直流副边整流电路313和输出emc电路314，其中直流-直流原边整流电路312的输出侧与隔离变压器t3的原边相连，直流-直流副边整流电路313的输入侧与隔离变压器t3的副边相连。

在工作时，高压动力电池的直流电能经输入电磁兼容性（emc）电路311输入直流-直流原边整流电路312，经直流-直流变换后在隔离变压器t3的原边产生高频直流电。直流-直流副边整流电路313对来自隔离变压器t3的副边的高频直流电进行整流滤波，并经输出电磁兼容性电路314输出至低压用电设备或低压电池。

上述传导式车载充电变换器、非传导式无线充电变换器和直流-直流变换器都存在制造成本高、体积庞大和重量较重等缺点。这对于降低电动汽车的成本和能耗都是不利，因此迫切需要能够解决上述技术问题的车载功率变换器。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于电动汽车的车载功率变换器，其具有结构紧凑、重量轻和占用空间小等优点。

按照本发明一个方面的用于电动汽车的车载功率变换器至少包括直流-直流变换器和无线充电变换器车载单元，其中，在所述直流-直流变换器的原边侧和无线充电变换器的副边侧共用整流电路、滤波电路和电磁兼容性电路。

优选地，上述用于电动汽车的车载功率变换器还包含车载充电变换器，所述滤波电路和电磁兼容性电路还被所述车载充电变换器的副边侧共用。

优选地，上述用于电动汽车的车载功率变换器包括第一开关、第二开关、第一隔离变压器、第二隔离变压器、第一电磁兼容性电路、与所述第一隔离变压器的副边相连的直流-直流变换器副边单元、与所述第二隔离变压器的原边相连的车载充电变换器原边单元、第一整流电路和第二整流电路，

其中，所述第一整流电路的输入侧经所述第一开关与所述第一隔离变压器的原边相连并且经所述第二开关与无线充电变换器地面单元相连，所述第二整流电路的输入侧与所述第二隔离变压器的副边相连，所述第一整流电路和第二整流电路的输出侧并联于所述第一电磁兼容性电路，

其中，当所述第一开关闭合而所述第二开关断开时，高压动力电池输出的高压直流电由所述第一整流电路和直流-直流变换器副边单元变换为低压直流电，当所述第一开关断开而所述第二开关闭合时，来自无线充电器地面单元的直流电经由所述第一整流电路变换为向高压动力电池输出的高压直流电，以及当所述第一开关和第二开关断开时，车载充电变换器原边单元输出的直流电由所述第二整流电路变换为向高压动力电池输出的高压直流电。

优选地，上述用于电动汽车的车载功率变换器包括第一开关、第二开关、隔离变压器、直流-直流变换器副边单元、第一电磁兼容性电路和第一整流电路，

其中，所述第一整流电路的输入侧经所述第一开关与所述隔离变压器的原边相连并且经所述第二开关与无线充电变换器地面单元相连，输出侧与所述第一电磁兼容性电路相连，所述直流-直流变换器副边单元与所述隔离变压器的副边相连，

其中，当所述第一开关闭合而所述第二开关断开时，高压动力电池输出的高压直流电由所述第一整流电路和直流-直流变换器副边单元变换为低压直流电，并且当所述第一开关断开而所述第二开关闭合时，无线充电变换器地面单元输出的直流电由所述第一整流电路变换为向高压动力电池输出的高压直流电。

优选地，在上述用于电动汽车的车载功率变换器中，所述第一整流电路和所述第二整流电路为桥式整流电路。

优选地，上述用于电动汽车的车载功率变换器进一步包括连接在所述第一整流电路和第二整流电路输出侧的滤波电容器。

优选地，在上述用于电动汽车的车载功率变换器中，所述直流-直流变换器副边单元包括与所述第一隔离变压器的副边相连的直流-直流副边整流电路和与所述直流-直流副边整流单元相连的第二电磁兼容性电路。

优选地，在上述用于电动汽车的车载功率变换器中，所述车载充电变换器原边单元包括第三电磁兼容性电路、与所述第二隔离变压器的原边相连的直流-直流原边整流电路和连接在所述第三电磁兼容性电路和直流-直流原边整流电路之间的功率因素校正电路。

按照本发明另一个方面的用于电动汽车的车载功率变换器至少包括车载充电变换器和无线充电变换器车载单元，其特征在于，在所述车载充电变换器的副边侧和无线充电变换器的副边侧共用整流电路、滤波电路和电磁兼容性电路。

优选地，上述用于电动汽车的车载功率变换器包括：

第一开关；

第二开关；

隔离变压器；

与所述隔离变压器的原边相连的所述车载充电变换器原边单元；

副边整流电路；以及

与所述副边整流电路相连的输出电磁兼容性电路，

其中，所述副边整流电路的输入侧分别经所述第一开关和所述第二开关与无线充电变换器的地面单元和车载充电变换器的隔离变压器的副边相连，

其中，当所述第一开关闭合而所述第二开关断开时，无线充电变换器地面单元输出的直流电由所述整流电路变换为高压直流电，并且并且当所述第一开关断开而所述第二开关闭合时，所述车载充电变换器原边单元输出的直流电由所述整流电路变换为高压直流电。

本发明的还有一个目的是提供一种电动汽车，其具有结构紧凑、重量轻和占用空间小等优点。

按照本发明的还有一个方面的电动汽车包括如上所述的车载功率变换器。

附图说明

本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示，附图包括：

图1为按照现有技术的无线充电变换器的电路原理图。

图2为按照现有技术的车载充电变换器的电路原理图。

图3为按照现有技术的直流-直流变换器的电路原理图。

图4为按照本发明第一实施例的用于电动汽车的多功能车载功率变换器的电路原理图。

图5为按照本发明第二实施例的用于电动汽车的多功能车载功率变换器的电路原理图。

图6为按照本发明第三实施例的用于电动汽车的多功能车载功率变换器的电路原理图。

具体实施方式

下面参照其中图示了本发明示意性实施例的附图更为全面地说明本发明。但本发明可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整，从而使对本发明保护范围的理解更为全面和准确。

诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。

诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。

按照本发明的一个方面，无线充电变换器的车载单元与直流-直流变换器的高压电池侧共用一组整流电路、滤波电路和emc电路，其中整流电路分别经两个独立的开关与无线充电变换器地面单元的隔离变压器的副边和直流-直流变换器的隔离变压器的原边相连，通过不同的开关状态组合可以使该组整流电路、滤波电路和emc电路由无线充电变换器和直流-直流变换器使用。

按照本发明的另一个方面，车载充电变换器在其隔离变压器的副边侧采用独立的整流电路，但是与无线充电变换器和直流-直流变换器的高压电池侧共用滤波电路和emc电路，当前述两个独立的开关都处于断开状态时，滤波电路和emc电路可由车载充电变换器使用。

按照本发明的还有一个方面，无线充电变换器的车载单元与车载充电变换器的副边侧共用副边整流电路、滤波电路和输出emc电路，并且使副边整流电路的输入侧分别经两个独立的开关与无线充电变换器的隔离变压器的副边和车载充电变换器的隔离变压器的副边相连。

以下借助附图具体描述本发明的实施例。

第一实施例

图4为按照本发明第一实施例的用于电动汽车的车载功率变换器的电路原理图。

图4所示的用于电动汽车的车载功率变换器40包括第一电磁兼容性电路411、与第一电磁兼容性电路411相连的第一整流电路412、隔离变压器t、直流-直流变换器副边单元413、第一开关s1和第二开关s2，隔离变压器t41的原边和副边分别与第一整流电路412和直流-直流变换器副边单元413相连。

在本实施例中，第一整流电路412为由二极管d1-d4构成的桥式整流电路，该桥式整流电路的其中一个输入端分别经第一开关s1和第二开关s2连接至隔离变压器t41的原边和无线充电变换器的隔离变压器t'的副边，而另一个输入端直接连接至隔离变压器t41的原边和隔离变压器t'的副边。优选地，车载功率变换器40进一步包含滤波电容器c1作为滤波电路，该电容器连接在桥式整流电路正极输出端与负极输出端之间。

需要指出的是，虽然隔离变压器t'通常被设置在无线充电变换器的地面单元内，但是这种布局方式并非是必需的，本发明同样适合于将隔离变压器t'集成在无线充电变换器的车载单元内的情形。

在本实施例中，直流-直流变换器副边单元413包括与第一隔离变压器t41的副边相连的直流-直流副边整流电路4131和与直流-直流副边整流单元4131相连的第二电磁兼容性电路4132。

如上所述，无线充电变换器的车载单元与直流-直流变换器的高压电池侧共用一组整流电路、滤波电路和emc电路。具体而言，在本实施例中，当进行无线充电时，第一电磁兼容性电路411、滤波电容器c1和第一滤波电路412被用作无线充电变换器的隔离变压器的副边侧电路单元，而当利用高压动力电池向低压电器设备供电或对低压电池充电时，第一电磁兼容性电路411、滤波电容器c1和第一滤波电路412则被用作直流-直流变换器的隔离变压器的原边侧电路单元。上述两种工作模式的切换则通过控制第一开关s1和第二开关s2的状态来实现。

以下描述图4所示车载功率变换器的工作原理。

当需要利用高压动力电池向低压电器设备供电或对低压电池充电时，第一开关s1闭合并且第二开关s2断开。此时，高压动力电池输出的高压直流电经第一电磁兼容性（emc）电路411之后输入滤波电容器c1和第一整流电路412，经滤波和直流-直流变换后在隔离变压器t41的原边产生高频直流电。直流-资料变换器副边单元413对来自隔离变压器t41的副边的高频直流电进行整流并输出至低压电器设备或低压电池。

当需要以无线方式对例如高压动力电池进行充电时，第一开关s1断开并且第二开关s2闭合。此时，在无线充电变换器的地面单元侧，交流电网的电能经输入电磁兼容性（emc）电路和功率因素校正电路之后输入直流-直流原边电路，经直流-直流变换后在隔离变压器t'的原边产生高频直流电。第一整流电路412对来自隔离变压器t'的副边的高频直流电进行整流，滤波电容器c1对整流后的直流电进行滤波，随后经第一电磁兼容性电路411输出至高压动力电池。

在本实施例中，通过引入两个独立的开关，即可使无线充电变换器的车载部分与直流-直流变换器共用整流电路、滤波电路、输出emc电路和相应的控制单元（例如can通信电路和信号采集电路等），并且可在两种工作模式之间实现便捷的切换。此外，由于在隔离变压器t的副边侧共用一组电路单元，因此也减少了冷却回路的数量，并减少了车载功率变换器占用的空间和重量。

第二实施例

图5为按照本发明第二实施例的用于电动汽车的车载功率变换器的电路原理图。

图5所示的用于电动汽车的车载功率变换器50包括第一电磁兼容性电路411、与第一电磁兼容性电路411相连的第一整流电路412、第一隔离变压器t41、直流-直流变换器副边侧单元413、第二隔离变压器t42、与第二隔离变压器t42的原边相连的车载充电变换器原边侧单元414、第二整流电路415、第一开关s1和第二开关s2，第一隔离变压器t41的原边和副边分别与第一整流电路412和直流-直流变换器副边侧单元413相连，第二隔离变压器t42的原边和副边分别与车载充电变换器原边侧单元414和第二整流电路415相连。

在本实施例中，第一整流电路412为由二极管d1-d4构成的桥式整流电路，该桥式整流电路的其中一个输入端分别经第一开关s1和第二开关s2连接至第一隔离变压器t41的原边和无线充电变换器地面单元的隔离变压器t1'的副边，而另一个输入端直接连接至第一隔离变压器t41的原边和隔离变压器t1'的副边。优选地，本实施例的多功能车载功率变换器50进一步包含滤波电容器c1作为滤波电路，该电容器连接在桥式整流电路412的正极输出端与负极输出端之间。

继续参考图5，第二整流电路415为由二极管d5-d8构成的桥式整流电路，该桥式整流电路的输入侧与第二隔离变压器t42相连，输出侧与第一整流电路412的输出侧并接于滤波电容器c1和第一电磁兼容性电路411。

在本实施例中，直流-直流变换器副边侧单元413包括与第一隔离变压器t41的副边相连的直流-直流副边整流电路4131和与直流-直流副边整流单元4131相连的第二电磁兼容性电路4132。

在本实施例中，车载充电变换器原边侧单元414包括第三电磁兼容性电路4141、与第二隔离变压器t42的原边相连的直流-直流原边整流电路4143和连接在第三电磁兼容性电路4141和直流-直流原边整流电路4143之间的功率因素校正电路4142。

需要指出的是，虽然隔离变压器t1'通常被设置在无线充电变换器的地面单元内，但是这种布局方式并非是必需的，本发明同样适合于将隔离变压器t1'集成在无线充电变换器的车载单元内的情形。

如上所述，无线充电变换器的车载单元与直流-直流变换器的高压电池侧共用一组整流电路、滤波电路和emc电路，并且其中的滤波电路和emc电路还被车载充电变换器共用。具体而言，在本实施例中，当进行无线充电时，第一电磁兼容性电路411、滤波电容器c1和第一滤波电路412被用作无线充电变换器的车载单元，当利用高压动力电池向低压电器设备供电或对低压电池充电时，第一电磁兼容性电路411、滤波电容器c1和第一滤波电路412被用作直流-直流变换器的隔离变压器的原边侧电路单元，当以传导方式充电时，第一电磁兼容性电路411、滤波电容器c1和第二滤波电路415被用作车载充电变换器的隔离变压器的副边侧电路单元。上述三种工作模式的切换则通过控制第一开关s1和第二开关s2的状态来实现。

以下描述图5所示车载功率变换器的工作原理。

当需要利用高压动力电池向低压电器设备供电或对低压电池充电时，第一开关s1闭合并且第二开关s2断开。此时，高压动力电池输出的高压直流电经第一电磁兼容性（emc）电路411之后输入滤波电容器c1和第一整流电路412，经滤波和直流-直流变换后在第一隔离变压器t41的原边产生高频直流电。直流-直流变换器副边侧单元413对来自隔离变压器t41的副边的高频直流电进行整流并输出至低压电器设备或低压电池。

当需要以无线方式对例如高压动力电池进行充电时，第一开关s1断开并且第二开关s2闭合。此时，无线充电变换器地面单元的直流电经隔离变压器t1'耦合至第一整流电路412，整流后的电流经滤波电容器c1的滤波处理之后被送至第一电磁兼容性电路411，随后被输出至高压动力电池。

当需要利用车载充电变换器对例如高压动力电池进行充电时，第一开关s1断开并且第二开关s2也断开。此时，在车载充电变换器原边侧，交流电网的电能经输入电磁兼容性（emc）电路4141和功率因素校正电路4142之后输入直流-直流原边整流电路4143，经直流-直流变换后在隔离变压器t42的原边产生高频直流电。第二整流电路415对来自隔离变压器t42的副边的高频直流电进行整流，滤波电容器c1对整流后的直流电进行滤波，随后经第一电磁兼容性电路411输出至高压动力电池。

在本实施例中，通过引入两个独立的开关，即可使整流电路、滤波电路、输出emc电路和相应的控制单元（例如can通信电路和信号采集电路等）在传导式充电变换器、无线充电变换器的车载部分与直流-直流变换器之间共用，并且可在三种工作模式之间实现便捷的切换。此外，电路单元的共用也减少了冷却回路的数量，并减少了车载功率变换器占用的空间和重量。

第三实施例

图6为按照本发明第三实施例的用于电动汽车的车载功率变换器的电路原理图。

图6所示的用于电动汽车的车载功率变换器60包括输出电磁兼容性电路611、与输出电磁兼容性电路611相连的整流电路612、隔离变压器t61、直流-直流变换器原边单元613、第一开关s1和第二开关s2，隔离变压器t61的原边和副边分别与直流-直流变换器原边单元613和整流电路612相连。

在本实施例中，整流电路612为由二极管d9-d12构成的桥式整流电路，该桥式整流电路的其中一个输入端分别经第一开关s1和第二开关s2连接至隔离变压器t61的副边和无线充电变换器的隔离变压器t'的副边，而另一个输入端直接连接至隔离变压器t61的副边和隔离变压器t'的副边。优选地，车载功率变换器60进一步包含滤波电容器c1作为滤波电路，该电容器连接在桥式整流电路正极输出端与负极输出端之间。

需要指出的是，虽然隔离变压器t'通常被设置在无线充电变换器的地面单元内，但是这种布局方式并非是必需的，本发明同样适合于将隔离变压器t'集成在无线充电变换器的车载单元内的情形。

在本实施例中，直流-直流变换器原边单元613包括输入电磁兼容性电路6131、与隔离变压器t61的原边相连的直流-直流原边整流电路6133和连接在输入电磁兼容性电路6131和直流-直流原边整流电路6133之间的功率因素校正电路6132。

如上所述，无线充电变换器的车载单元与车载充电变换器的副边侧共用一组整流电路、滤波电路和输出emc电路。具体而言，在本实施例中，当进行无线充电时，输出电磁兼容性电路611、滤波电容器c1和整流电路612被用作无线充电变换器的隔离变压器的副边侧电路单元，而当进行传导式充电时，输出电磁兼容性电路611、滤波电容器c1和整流电路612则被用作车载充电变换器的隔离变压器的副边侧电路单元。上述两种工作模式的切换则通过控制第一开关s1和第二开关s2的状态来实现。

以下描述图6所示充电变换装置的工作原理。

当需要利用车载充电变换器进行充电时，第一开关s1闭合并且第二开关s2断开。此时，交流电网的电能经直流-直流变换器原边单元613之后在隔离变压器t61的原边产生高频直流电。整流电路612对来自隔离变压器t61的副边的高频直流电进行整流，并经输出电磁兼容性电路611输出。

当需要以有线方式充电时，第一开关s1断开并且第二开关s2闭合。此时，交流电网的电能经无线充电变换器的隔离变压器t'耦合至整流电路612，经过整流之后送至滤波电容器c1，随后经过滤波处理的直流电被经输出电磁兼容性电路612输出。

在本实施例中，通过引入两个独立的开关，即可使无线充电变换器的车载部分与车载充电器共用整流电路、滤波电路、输出emc电路和相应的控制单元（例如can通信电路和信号采集电路等），并且在两种充电方式之间实现便捷的切换。此外，由于在隔离变压器的副边侧共用一组电路单元，因此也减少了冷却回路的数量，并减少了充电变换器占用的空间和重量。

虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到：可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。