车载充电器和车辆的制作方法

本发明属于车辆技术领域，尤其涉及一种车载充电器，以及具有该车载充电器的车辆。

背景技术：

车载充电器包括多种例如单向式、双向式。在相关技术中，如图1所示，为相关技术中的一种单向隔离式车载充电器，该车载充电器包括整流桥电路1′、功率因数校正电路2′、dc/dc隔离变换器3′、控制电路4′、控制电路5′，该车载充电器智能实现对储能装置即电池的充电。其中，整流桥电路1′将外接的ac交流电转换为直流电(半波)，功率因数校正电路2′包括功率管q5′、电感l1′、二极管d1′和滤波电容c1′，控制电路4′采集交流输入电压vl/vn和功率管q5′的电流iq，经过计算，得到合适的占空比的pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调试)波(pwm1′)，控制功率管q5′，使交流输入电流和输入电压同步，提升交流端功率因数。dc/dc隔离变换器3′包括功率管q1′、q2′、q3′和q4′，变压器t1′、整流桥电路6′和滤波电容c2′。控制电路5′采集直流输出电压vdc和直流电流idc，经过计算，得到合适占空比的pwm波(pwm2′)，控制功率管q1′、q2′、q3′和q4′开通和关断，并经过变压器t1′和整流器电路6′，使输出直流电压稳定，对储能装置例如高压电池充电。

如图2所示，为相关技术中的一种双向非隔离式车载充电器的电路图，该车载充电器包括由四个功率可控开关管、升压电路、滤波电容构成的可双向的换流电路10′(pwm整流电路)。充电时，换流电路10′作为可控直流电路，ac(alternatingcurrent，交流电)连接可控整流电路，控制模块20′对功率管q10′-q40′进行spwm控制，输出直流电(半波)，连接高压电池包；放电时，换流电路10′作为逆变电路，高压电池包连接该逆变电路，输出交流，供交流端负载使用。

但是，对于单向隔离式车载充电器，其拓扑结构复杂，功率器件多，需要多级控制，成本高，效率低，整流桥的二极管、功率因数校正电路的可控开关管、dc/dc变换器的可控开关管及隔离后的整流电路，都会有可控开关损耗，不能够实现储能装置对外输出交流电。

对于双向非隔离式车载充电器虽然结构简单、成本相对较低，但是因为是非隔离系统，存在较多问题，例如，受交流峰值电压限值限制，输出电压低于交流峰值电压时，无法直 接通过电路进行充电；再就是，随着直流电压升高，功率管可控开关损耗增加，效率下降，增加散热难度，功率管需要满足功率的同时还将承受更高的电压应力，其中，电压应力指实际电压与器件规格值的比值，电压应力越高功率管承受的压力越大。

再就是，非隔离系统，交流与直流之间通过可控开关管相互切换，交流测居高不下的共模电压难以消除，存在很大的安全隐患，直流侧对地泄放电流最终都会通过交流线反馈至电网，产品工作时交流漏电流检测值偏大，容易触发漏电保护。

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，本发明需要提出一种车载充电器，该车载充电器可以实现双向电能传输，采用隔离设计更加安全。

本发明还提出一种具有该车载充电器的车辆。

为了解决上述问题，本申请一方面提出一种车载充电器，该车载充电器包括：双向变流模块，所述双向变流模块的第一端与交流端的一端相连，所述双向变流模块的第二端与所述交流端的另一端相连；双向dc/dc变换模块，所述双向dc/dc变换模块包括：第一dc变换单元，所述第一dc变换单元的第一端与所述双向变流模块的第三端相连，所述第一dc变换单元的第二端与所述双向变流模块的第四端相连；变压器单元，所述变压器单元的第一端与所述第一dc变换单元的第三端相连，所述变压器单元的第二端与所述第一dc变换单元的第四端相连；第二dc变换单元，所述第二dc变换单元的第一端与所述变压器单元的第三端相连，所述第二dc变换单元的第二端与所述变压器单元的第四端相连，所述第二dc变换单元的第三端与储能装置的一端相连，所述第二dc变换单元的第四端与所述储能装置的另一端相连；采集模块，所述采集模块采集所述交流端的输出、所述双向变流模块的整流输出和所述第二dc变换单元的输出，以及采集所述储能装置的输出、所述第一dc变换单元的输出和所述双向变流模块的逆变输出；控制模块，所述控制模块根据所述采集模块的采集数据分别控制所述双向变流模块、所述第一dc变换单元和所述第二dc变换单元，以使所述储能装置进行充电或放电。

本发明的车载充电器，基于双向变流模块和双向dc/dc变换模块的组合，可以实现能量的双向流动，提高效率，双向dc/dc变换模块中采用变压器单元进行隔离，可以降低交流测共模电压，将交流测与直流侧隔离，提高安全性，降低传导辐射，直流电压适用范围宽。

基于上述的车载充电器，本发明另一方面还提出一种车辆，该车辆包括上述的车载充电器。

该车辆，通过采用上述方面的车载充电器，可以实现双向的能量传输，且交流测与直流侧隔离，降低交流测共模电压，提高安全性。

附图说明

图1是相关技术中的一种单向隔离式车载充电器的电路示意图；

图2是相关技术中的一种非隔离式双向车载充电器；

图3是根据本发明的一个实施例的车载充电器的框图；

图4是根据本发明的一个具体实施例的车载充电器的电路示意图；以及

图5是根据本发明的一个实施例的车辆的框图。

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。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的车载充电器。

图3是根据本发明的一个实施例的车载充电器的框图，如图3所示，该车载充电器100包括双向变流模块10、双向dc/dc变换模块20、采集模块30和控制模块40。

其中，双向变流模块10的第一端a11与交流端的一端相连，双向变流模块10的第二端a12与交流端的另一端相连；双向dc/dc变换模块20包括第一dc变换单元201、变压器单元202和第二dc变换单元203。

第一dc变换单元201的第一端b11与双向变流模块10的第三端a13相连，第一dc变换单元201的第二端b12与双向变流模块10的第四端a14；变压器单元202的第一端c11与第一dc变换单元201的第三端b13相连，变压器单元202的第二端c12与第一dc变换单元201的第四端b14相连；第二dc变换单元203的第一端d11与变压器单元202的第三端c13相连，第二dc变换单元203的第二端d12与变压器单元202的第四端c14相连，第二dc变换单元203的第三端d13与储能装置例如高压电池的一端相连，第二dc变换单元203的第四端d14与储能装置的另一端相连。

采集模块30分别采集交流端的输出例如输出电流信号和电流电压信号、双向变流模块10的整流输出和第二dc变换单元203的输出，以及分别采集储能装置的输出、第一dc变换单元201的输出和双向变流模块10的逆变输出。

控制模块40根据采集模块30的采集数据分别控制双向变流模块10、第一dc变换单元201和第二dc变换单元203，以使储能装置进行充电或放电，从而实现双向电能的传输。

本发明实施例的车载充电器100，通过双向变流模块10例如可控双向pwm整流电路和隔离型双向dc/dc变换模块20构成可双向的隔离型换流电路，其中，“双向”可以理解为既可以实现整流又可以实现逆变。

具体地，在储能装置例如高压电池包进行充电时，双向变流模块10作为整流电路，双向dc/dc变换模块20作为逆变-变压器传输-整流电路，其中，第一dc变换单元201进行逆变控制，变压器单元202起到隔离作用，使得交流测和直流侧隔离，第二dc变换单元203进行整流控制。ac交流电作为输入端连接至双向变流模块10，控制模块40根据采集模块30的采集数据进行计算，对双向变流模块10进行spwm(sinusoidalpwm)控制，输出直流电例如半波直流。在输出直流电压稳定之后，控制模块40控制第一dc变换单元201将直流电逆变为交流电，并控制变压器单元202进行能量传输，然后经过第二dc变换单元203将交流电整流为直流电连接至储能装置例如高压电池包，从而实现储能装置的充电功能。

在储能装置放电时，双向变流模块10例如pwm整流电路作为逆变电路，双向dc/dc变换单元20同样作为逆变-变压器传输-整流电路。储能装置例如高压电池包作为输入端连接第二dc变换单元203，通过第二dc变换单元203将高压电池包输出的直流电逆变为交流电，并通过变压器单元202进行能量传输，进而通过第一dc变换单元201将交流电整流为直流电输出至双向变流模块10，双向变流模块10将直流电逆变为交流电，供交流端的交流负载使用，从而实现储能装置的放电功能。

可以看出，本发明实施例的车载充电器100，采用双向变流模块10和双向dc/dc变换模块20，实现能量的双向传输，即可实现由交流电为储能装置充电，也可以实现由储能装置输出以供电交流端的交流负载；双向dc/dc变换模块20中采用变压器单元202隔离设计，可以降低交流测共模电压，将交流测与直流侧隔离，提高安全性，通过变压器单元202进行升降压，直流电压适用范围宽，降低传导辐射。

下面参照附图4所示，对本发明实施例的车载充电器100的各个模块进一步说明。

双向变流模块10可以为可控的双向pwm整流电路，双向变流模块10包括第一可控开关q1、第二可控开关q2、第三可控开关q3和第四可控开关q4。

其中，第一可控开关q1的控制端01与控制模块40相连；第二可控开关q2的控制端02与控制模块40相连，第二可控开关q2的第一端21与第一可控开关q1的第二端12相连，第二可控开关q2的第一端21与第一可控开关q1的第二端12之间具有第一节点d1，第一节点d1与交流端的一端相连；第三可控开关q3的控制端03与控制模块40相连，第三可控开关q3的第一端31分别与第一可控开关q1的第一端11和第一dc变换单元201相连；第四可控开关q4的控制端04与控制模块40相连，第四可控开关q4的第一端41与第 三可控开关q3的第二端32相连，第四可控开关q4的第一端41与第三可控开关q3的第二端32之间具有第二节点d2，第二节点d2与交流端的另一端相连，第四可控开关q4的第二端42分别与第二可控开关q2的第二端22和第一dc变换单元201相连。

在交流端输出即对储能装置充电时，控制模块40根据交流端输出的交流电压、交流电流和双向变流模块10的整流输出电压控制第一可控开关q1、第二可控开关q2、第三可控开关q3和第四可控开关q4，双向变流模块10实现整流的功能。

在储能装置输出即放电时，控制模块40根据双向变流模块10的逆变输出的交流电压控制控制第一可控开关q1、第二可控开关q2、第三可控开关q3和第四可控开关q4，双向变流模块10实现逆变的功能。

如图4所示，双向变流模块10还包括滤波单元1010，滤波单元1010包括第一电感l1、第二电感l2和第一电容c1。其中，第一电感l1的第一端与交流端的一端相连，第一电感的第二端与第一节点d1相连；第二电感l2的第一端与交流端的另一端相连，第二电感l2的第二端与第二节点d2相连；第一电容c1的第一端分别与第一电感l1的第一端和交流端的一端相连，第一电容c1的第二端分别与第二电感l2第一端和交流端的另一端相连。

第一dc变换单元201包括第五可控开关q5、第六可控开关q6、第七可控开关q7和第八可控开关q8。

其中，第五可控开关q5的控制端05与控制模块40相连，第五可控开关q5的第一端51与第三可控开关q3的第一端31相连；第六可控开关q6的控制端06与控制模块40相连，第六可控开关q6的第一端61与第五可控开关q5的第二端52相连，第六可控开关q6的第一端61与第五可控开关q5的第二端52之间具有第三节点d3，第六可控开关q6的第二端62与第四可控开关q4的第二端42相连；第七可控开关q7的控制端07与控制模块40相连，第七可控开关q7的第一端71与第五可控开关q5的第一端51相连；第八可控开关q8的控制端08与控制模块40相连，第八可控开关q8的第一端81与第七可控开关q7的第二端72相连，第八可控开关q8的第一端81与第七可控开关q7的第二端72之间具有第四节点d4，第八可控开关q8的第二端82与第六可控开关q6的第二端62相连。

第二dc转换单元203包括第九可控开关q9、第十可控开关q10、第十一可控开关q11和第十二可控开关q12。

其中，第九可控开关q9的控制端09与控制模块40相连；第十可控开关q10的控制端010与控制模块40相连，第十可控开关q10的第一端101与第九可控开关q9的第二端92相连，第十可控开关q10的第一端101与第九可控开关q9的第二端92之间具有第五节点d5；第十一可控开关q11的控制端011与控制模块40相连，第十一可控开关q11的第一端111分别与第九可控开关q9的第一端91和储能装置的一端相连；第十二可控开关q12的 控制端012与控制模块40相连，第十二可控开关q12的第一端121与第十一可控开关q11的第二端112相连，第十二可控开关q12的第一端121与第十一可控开关q11的第二端112之间具有第六节点d6，第十二可控开关q12的第二端122分别与第十可控开关q10的第二端102和储能装置的另一端相连。本发明实施例中，第二dc变换单元203采用可控开关代替二极管，可以提高传输效率。

变压器单元202包括高频变压器，不同于相关技术中，采用工频变压器和双向整流的组合电路实现隔离的双向的ac/dc电路功能，工频变压器在车载上实现起来比较困难，所以，在本发明实施例中，采用高频变压器，实现高频隔离传输，又可以实现能量双向传输。

高频变压器包括第一线圈t11和第二线圈t22。第一线圈t11的第一端通过第三电感l3与第三节点d3相连，第一线圈t11的第二端通过第二电容c2与第四节点d4相连；第二线圈t22的第一端通过第三电容c3与第五节点d5相连，第二线圈t22的第二端与第六节点d6相连。高频变压器实现交流测和直流侧能量的隔离，提高安全性，并实现能量的双向传输，通过该高频变压器进行升降压，直流电压适用范围宽。

其中，在交流端输出即储能装置充电时，控制模块40根据双向变流模块10的整流输出电压、第二dc变换单元203的输出电流和输出电压分别对第五可控开关q5至第八可控开关q8进行逆变控制,以及对第九可控开关q9至第十二可控开关q12进行整流控制,从而实现储能装置的充电功能。

在储能装置输出时，控制模块40根据储能装置输出的电压和电流、第一dc变换单元201输出的电压分别对第九可控开关q9至第十二可控开关q12进行逆变控制，以及对第五可控开关q5至第八可控开关q8进行整流控制，进而通过双向变流模块10将直流电逆变为交流电提供至交流端的负载使用，从而实现储能装置的放电。

如图4所示，该车载充电器100还包括开关模块50。开关模块50包括第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3和第一电阻r1。其中，第一开关s1的第一端与交流端的一端相连，第一开关s1的第二端与第一电感l1的第一端相连；第二开关s2的第一端与交流端的另一端相连,第二开关s2的第二端与第二电感l2的第一端相连；第三开关s3的第一端分别与交流端的一端和第一开关s1的第一端相连；第一电阻r1的第一端与第三开关s3的第二端相连，第一电阻r1的第二端与第一开关s1的第二端相连。

该车载充电器100还包括第四电容c4和第五电容c5。其中，第三可控开关q3的第一端31与第五可控开关q5的第一端51之间具有第七节点d7，第四电容c4的第一端与第七节点d7相连，第四可控开关q4的第二端42与第六可控开关q6的第二端62之间具有第八节点d8，第四电容c4的第二端与第八节点d8相连；第五电容c5的第一端与储能装置的一端相连，第五电容c5的第二端与储能装置的另一端相连。

参照图4所示，其中，控制模块40包括控制模块1和控制模块2，采集模块30包括采样电路1和采样电路2。

在储能装置例如高压电池包进行充电时，首先控制第二开关s2和第三开关s3吸合，采样电路1采集交流电压vac、交流电流iac以及双向变流模块10的输出直流电压vdc1，控制模块1经过计算输出pwm信号例如pwm1和pwm2.依次对第一可控开关q1至第四可控开关q4进行可控整流，输出直流电压vdc1作为反馈，实现ac-dc转换，恒压输出，并且交流电流与交流电压同步，功率因数接近1。

第四电容c4进行滤波，在vdc1电压恒定之后，采样电路2采集vdc1、直流输出即电池电压vdc2、直流输出电流idc2，控制模块2经过计算，输出pwm信号，依次对第五可控开关q5至第八可控开关q8进行逆变控制，以及对第九可控开关q9至第十二可控开关q12继续同步整流控制，实现dc-dc转换，可以根据反馈idc2调节充电功率。

其中，通过高频变压器实现交流测和直流侧能量的隔离，可以根据直流电压的范围调整高频变压器的设计来进行匹配。

在储能装置放电时，储能装置例如高压电池包作为输入端，采样电路2采集vdc1、电池电压vdc2和电池输出电流idc2，控制模块2经过计算，输出pwm信号，依次对第九可控开关q9至第十二可控开关q12进行逆变控制，以及对第五可控开关q5至第八可控开关q8进行同步整流控制，输出直流电压vdc1作为反馈，实现ac-dc转换，恒压输出。

电压vdc1恒定之后，vdc1作为输入端，采样电路1采集交流电压vac作为反馈，控制模块1按照正弦规律输出spwm波形信号，控制第一可控开关q1至第四可控开关q4，使交流端输出电压合适的交流电，为交流端的负载供电，实现逆变。

综上所述，本发明实施例的车载充电器100，基于双向变流模块10和双向dc/dc变换模块20的组合，可以实现能量的双向流动，提高效率，双向dc/dc变换模块20中采用变压器单元202进行隔离，可以降低交流测共模电压，将交流测与直流侧隔离，提高安全性，降低传到辐射，直流电压适用范围宽。

基于上述方面实施例的车载充电器100，本发明的另一方面实施例提出一种车辆。

图5是根据本发明的一个实施例的车辆的框图，如图5所示，该车辆1000包括上述方面实施例的车载充电器100。

该车辆1000，通过采用上述方面的车载充电器100，可以实现双向的能量传输，且交流测与直流侧隔离，降低交流测共模电压，提高安全性。

需要说明的是，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 的示意性表述不必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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。