电动汽车的车载充电装置和电动汽车的制作方法

本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车的车载充电装置和一种具有该车载充电装置的电动汽车。

背景技术：

近年来，随着电动汽车技术的不断进步，电动汽车市场已逐渐发展起来，作为电动汽车的重要组成部分—车载充电装置也取得了很大进步。但是，相关技术中，在对车载充电装置进行控制时，控制电路较为复杂，系统灵活性差、通用性低，不利于车载充电装置的平台化。

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，本发明的一个目的在于提出一种电动汽车的车载充电装置，该装置能够实现全数字化控制，使控制电路更加简化，并且提高了系统的灵活性、通用性和智能化程度，有助于平台化的实现和扩展。

本发明的另一个目的在于提出一种电动汽车。

为实现上述目的，本发明一方面实施例提出的一种电动汽车的车载充电装置，包括：双向AC/DC变换器，所述双向AC/DC变换器的输入端与交流电源或交流负载相连；双向DC/DC变换器，所述双向DC/DC变换器的输入端与所述双向AC/DC变换器的输出端相连，所述双向DC/DC变换器的输出端与所述电动汽车的动力电池相连；控制模块，所述控制模块包括第一至第三控制器，第一控制器与所述双向AC/DC变换器相连，第二控制器与所述双向DC/DC变换器相连，第三控制器分别于所述第一控制器和所述第二控制器进行通信，其中，所述第三控制器根据接收到的模式指令通过所述第一控制器对所述双向AC/DC变换器进行控制和通过所述第二控制器对所述双向DC/DC变换器进行控制，以使所述车载充电装置处于充电模式时通过所述交流电源对所述动力电池进行充电，或者所述车载充电装置处于逆变模式时通过所述动力电池给所述交流负载供电。

根据本发明实施例的电动汽车的车载充电装置，控制模块包括第一至第三控制器，第一控制器与双向AC/DC变换器相连，第二控制器与双向DC/DC变换器相连，第三控制器分别与第一控制器和第二控制器进行通信，其中，第三控制器根据接收到的模式指令通过第一控制器对双向AC/DC变换器进行控制和通过第二控制器对双向DC/DC变换器进行控制，以使车载充电装置处于充电模式时通过交流电源对动力电池进行充电，或者车载充电装置处于逆变模式时通过动力电池给交流负载供电，从而实现了全数字化控制，使控制电路更加简化，并且提高了系统的灵活性、通用性和智能程度，有助于平台化的实现和扩展。

根据本发明的一个实施例，所述双向AC/DC变换器包括：由第一至第四开关管构成的第一全桥电路，所述第一全桥电路的第一输入端和第二输入端分别通过第一电感和第二电感与所述交流电源或所述交流负载的两端对应相连；第一电容，所述第一电容并联在所述第一全桥电路的输出端之间，其中，当所述车载充电装置处于充电模式时，所述第一控制器通过控制所述第一至第四开关管以使所述第一全桥电路工作在整流状态；当所述车载充电装置处于逆变模式时，所述第一控制器通过控制所述第一至第四开关管以使所述第一全桥电路工作在逆变状态。

根据本发明的一个实施例，所述双向DC/DC变换器包括：由第五至第八开关管构成的第二全桥电路，所述第二全桥电路的输入端与所述双向AC/DC变换器的输出端相连；串联的第二电容和第三电感，所述第二电容的一端与所述第二全桥电路的第一输出端相连，所述第二电容的另一端与所述第三电感的一端相连，所述第二电容和所述第三电感串联后与第一开关并联；变压器，所述变压器的第一端与所述第三电感的另一端相连，所述变压器的第二端与所述第二全桥电路的第二输出端相连；串联的第三电容和第四电感，所述第三电容的一端与所述变压器的第三端相连，所述第三电容的另一端与所述第四电感的一端相连，所述第三电容和所述第四电感串联后与第二开关并联；由第九至第十二开关管构成的第三全桥电路，所述第三全桥电路的第一输入端与所述第四电感的另一端相连，所述第三全桥电路的第二输入端与所述变压器的第四端相连，所述第三全桥电路的输出端与所述动力电池相连，其中，当所述车载充电处于充电模式时，所述第二控制器控制所述第一开关闭合，并控制所述第二开关断开，以及控制所述第二全桥电路工作在LLC状态，并控制所述第三全桥电路工作在整流状态；当所述车载充电装置处于逆变模式时，所述第二控制器控制所述第二开关闭合，并控制所述第一开关断开，以及控制所述第三全桥电路工作在LLC状态，并控制所述第二全桥电路工作在整流状态。

根据本发明的一个实施例，上述的电动汽车的车载充电装置，还包括：第一滤波电路，所述第一滤波电路包括：共模电感，所述共模电感的第一端和第二端与所述交流电源或所述交流负载的两端对应相连，所述共模电感的第三端和第四端与所述双向AC/DC变换器的输入端对应相连；第四电容，所述第四电容并联在所述共模电感的第一端和第二端之间；第五电容，所述第五电容并联在所述共模电感的第三端和第四端之间。

根据本发明的一个实施例，上述的电动汽车的车载充电装置，还包括：第二滤波电路，所述第二滤波电路包括：第六电容，所述第六电容并联在所述双向DC/DC变换器的输出端之间。

根据本发明的一个实例，所述第三控制器还用于：与所述电动汽车的整车控制器进行通信，以接收所述整车控制器发送的所述模式指令。

根据本发明的一个实施例，所述第三控制器通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网)通信方式与所述电动汽车的整车控制器进行通信。

根据本发明的一个实施例，所述第三控制器通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口)、CAN、SCI(Serial Communication Interface，串行通信接口)或者IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)总线分别与所述第一控制器和所述第二控制器进行通信。

根据本发明的一个实施例，在所述第三控制器与所述第一控制器之间以及所述第三控制器与所述第二控制器之间进行隔离。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出的一种电动汽车，其包括上述的电动汽车的车载充电装置。

本发明实施例的电动汽车，通过上述的电动汽车的车载充电装置，能够实现全数字化控制，使控制电路更加简化，并且提高了系统的灵活性、通用性和智能程度，有助于平台化的实现和扩展。

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

图1是根据本发明的实施例的电动汽车的车载充电装置的方框图；

图2是根据本发明一个实施例的双向AC/DC变换器和双向DC/DC变换器的电路图；

图3是根据本发明一个实施例的电动汽车的车载充电装置的局部电路图；以及

图4是根据本发明一个实施例的电动汽车的车载充电装置的结构示意图。

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。

下面参照附图来描述本发明实施例提出的电动汽车的车载充电装置和具有其的电动汽车。

图1根据本发明的实施例的电动汽车的车载充电装置的方框图。如图1所示，该电动汽车的车载充电装置包括：双向AC/DC变换器100、双向DC/DC变换器200和控制模块300。

其中，双向AC/DC变换器100的输入端与交流电源或交流负载相连；双向DC/DC变换器200的输入端与双向AC/DC变换器100的输出端相连，双向DC/DC变换器200的输出端与电动汽车的动力电池相连；控制模块300包括第一控制器310、第二控制器320和第三控制器330，第一控制器310与双向AC/DC变换器100相连，第二控制器320与双向DC/DC变换器200相连，第三控制器330与分别与第一控制器310和第二控制器320进行通信，其中，第三控制器330根据接收到的模式指令通过第一控制器310对双向AC/DC变换器100进行控制和通过第二控制器320对双向DC/DC变换器200进行控制，以使车载充电装置处于充电模式时通过交流电源对动力电池进行充电，或者车载充电装置处于逆变模式时通过动力电池给交流负载供电。

具体地，当第三控制器330接收到的模式指令为充电模式时，第三控制器330通过第一控制器310对双向AC/DC变换器100进行控制，同时通过第二控制器320对双向DC/DC变换器200进行控制，以实现车载充电装置的充电功能，即从交流电源(如电网220V)获取能量，为电动汽车的高压动力电池进行充电；当第三控制器330接收到的模式指令为逆变模式时，第三控制器330通过第一控制器310对双向AC/DC变换器100进行控制，并通过第二控制器320对双向DC/DC变换器200进行控制，以实现车载充电装置的逆变功能，即将电动汽车的高压动力电池的能量转化为交流电(如电压为220V的交流电)给交流负载进行供电，或者为其他电动汽车的动力电池进行充电，实现了车与车之间的相互充电。

根据本发明的一个实施例，如图4所示，第三控制器330还用于与电动汽车的整车控制器进行通信，以接收整车控制器发送的模式指令。

具体地，第三控制器330主要负责车载充电装置的充电/逆变模式的控制、与整车的通讯和连接确认功能、控制引导功能、整车控制器使能车载充电装置、车载充电装置使能整车控制器以及充电口电子锁的相关功能等。

其中，第三控制器330可通过CAN通信方式与电动汽车的整车控制器进行通信。另外，第三控制器330可通过SPI、CAN、SCI或者IIC总线分别与第一控制器310和第二控制器320进行通信，具体通信方式可以是其中任意一种，这里不做限制。而且，第三控制器330与第一控制器310之间以及第三控制器330与第二控制器320之间还可以进行隔离，并且三个控制器之间不共地。即言，第一控制器310与第三控制器330之间采取隔离通信，通讯方式可以是SPI、CAN、SCI或者IIC等；第二控制器320与第三控制器330之间采取隔离通信，通信方式可以是SPI、CAN、SCI或者IIC等。

因此，本发明实施例的车载充电装置，采用“三核”微处理器架构设计，实现了双向AC/DC变换器、双向DC/DC变换器以及与外部功能微处理器的实时监测和控制，从而实现了车载充电装置的全数字化控制，使得控制电路更加简化，并且提高了系统的灵活性、通用性和智能程度，是模拟控制方式所无法比拟的，而且有助于平台化的实现和扩展，例如，可以为后续ASIL(Automotive Safety Integrity Level，汽车安全完整性等级)功能安全开发预留足够的接口。另外，由于采用两级变换器，包括双向AC/DC变换器和双向DC/DC变换器，因而能够有效提高系统的效率、安全性和可靠性，减少用户的触电危险。此外，当交流电源为电网时，可利用电网的峰谷差，在电网和电动汽车的动力电池之间合理的进行能量转换，从而有效节约社会能源和用户成本。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，双向AC/DC变换器100包括：第一全桥电路110、第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1，第一全桥电路110由第一开关管Q1至第四开关管Q4构成，第一全桥电路110的第一输入端和第二输入端分别通过第一电感L1和第二电感L2与交流电源或交流负载的两端对应相连，第一电容C1并联在第一全桥电路110的输出端之间。其中，当车载充电装置处于充电模式时，第一控制器310通过控制第一开关管Q1至第四开关管Q4以使第一全桥电路110工作在整流状态；当车载充电装置处于逆变模式时，第一控制器310通过控制第一开关管Q1至第四开关管Q4以使第一全桥电路110工作在逆变状态。

具体地，第一控制器310主要负责对双向AC/DC变换器100的控制，包括：对交流电源的电压电流的检测、对第一开关管Q1至第四开关管Q4的控制、对直流母线电压的检测以及对第一开关管Q1至第四开关管Q4的温度检测等，并且，第一控制器310还对双向AC/DC变换器100进行过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护、以及过温保护等。其中，第一控制器310通过控制第一开关管Q1至第四开关管Q4的导通时序，来使第一全桥电路110工作在整流状态或逆变状态，同时还对第一全桥电路110进行功率因数校正，不仅可以提高功率因数，而且可以提高变换效率。

进一步地，如图2所示，双向DC/DC变换器200包括：第二全桥电路210、第二电容C2、第三电感L3、第一开关K1、变压器T1、第三电容C3、第四电感L4、第二开关K2和第三全桥电路220。其中，第二全桥电路210由第五开关管Q5至第八开关管Q8构成，第二全桥电路210的输入端与双向AC/DC变换器100的输出端相连；第二电容C2和第三电感L3串联，第二电容C2的一端与第二全桥电路210的第一输出端相连，第二电容C2的另一端与第三电感L3的一端相连，第二电容C2和第三电感L3串联后与第一开关K1并联；变压器T1的第一端与第三电感L3的另一端相连，变压器T1的第二端与第二全桥电路210的第二输出端相连；第三电容C3和第四电感L4串联，第三电容C3的一端与变压器T1的第三端相连，第三电容C3的另一端与第四电感L4的一端相连，第三电容C3和第四电感L4串联后与第二开关K2并联；第三全桥电路220由第九开关管Q9至第十二开关管Q12构成，第三全桥电路220的第一输入端与第四电感L4的另一端相连，第三全桥电路220的第二输入端与变压器T1的第四端相连，第三全桥电路220的输出端与动力电池相连。

其中，当车载充电装置处于充电模式时，第二控制器320控制第一开关K1闭合，并控制第二开关K2断开，以及控制第二全桥电路210工作在LLC状态，并控制第三全桥电路220工作在整流状态；当车载充电装置处于逆变模式时，第二控制器320控制第二开关K2闭合，并控制第一开关K1断开，以及控制第三全桥电路220工作在LLC状态，并控制第二全桥电路210工作在整流状态。

具体地，第二控制器320主要负责对双向DC/DC变换器200的控制，包括：对第五开关管Q5至第十二开关管Q12的控制、对第三电感L3和第四电感L4电流的检测、对高压直流电压电流的检测、对动力电池电压的检测以及对第五开关管Q5至第十二开关管Q12的温度检测，并且，第二控制器320还对双向DC/DC变换器200进行过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护以及过温保护等。

其中，第二控制器320通过控制第一开关K1和第二开关K2的断开与闭合以及第五开关管Q5至第八开关管Q8、第九开关管Q9至第十二开关管Q12的导通时序，实现能量传输方向的控制。具体而言，当对动力电池进行充电时，第二控制器320通过控制第一开关K1闭合、第二开关K2断开，使第五开关管Q5至第八开关管Q8工作在LLC状态，同时使第九开关管Q9至第十二开关管Q12工作在同步整流状态；当动力电池对外供电时，第二控制器320通过控制第二开关K2闭合、第一开关K1断开，使第九开关管Q9至第十二开关管Q12工作在LLC状态，同时使第五开关管Q5至第八开关管Q8工作在同步整流状态。

因此，在本发明的实施例中，第三控制器根据接收到的模式指令，通过第一控制器对双向AC/DC变换器进行控制，并通过第二控制器对双向DC/DC变换器进行控制，实现车载充电装置的充电和逆变功能，而且，由于LLC易于实现开关管的零电压开关和零电流开关，因而能够避免开关管的主要损耗来源，使得LLC达到很高的效率。另外，由于双向DC/DC变换器通过变压器进行隔离，因而提高了系统的安全性、可靠性，减少了用户的触电危险。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，上述的电动汽车的车载充电装置还包括：第一滤波电路400。第一滤波电路400包括：共模电感L5、第四电容C4和第五电容C5，其中，共模电感L5的第一端和第二端与交流电源或交流负载的两端对应相连，共模电感L5的第三端和第四端与双向AC/DC变换器100的输入端对应相连，第四电容C4并联在共模电感L5的第一端和第二端之间，第五电容C5并联在共模电感L5的第三端和第四端之间。通过该滤波电路可以有效去除交流电源或交流负载中不需要的谐波，减小电流的脉动，使电流更加平滑。

进一步地，如图3所示，上述的电动汽车的车载充电装置还包括：第二滤波电路500。第二滤波电路500包括：第六电容C6，第六电容C6并联在双向DC/DC变换器200的输出端之间，以使输出电压更加平滑。

此外，如图3所示，上述的电动汽车的车载充电装置还包括：保险管F1和压敏电阻Z1，其中，保险管F1主要用于整个车载充电装置的过流短路保护，压敏电阻Z1主要用于过压保护。

需要说明的是，在本发明的实施例中，第一至第三控制器可以为MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)等，第一至第十二开关管可以为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)等，第一至第二开关可以为继电器、开关管等，具体这里不做限制。

综上所述，根据本发明实施例的电动汽车的车载充电装置，控制模块包括第一至第三控制器，第一控制器与双向AC/DC变换器相连，第二控制器与双向DC/DC变换器相连，第三控制器分别与第一控制器和第二控制器进行通信，其中，第三控制器根据接收到的模式指令通过第一控制器对双向AC/DC变换器进行控制和通过第二控制器对双向DC/DC变换器进行控制，以使车载充电装置处于充电模式时通过交流电源对动力电池进行充电，或者车载充电装置处于逆变模式时通过动力电池给交流负载供电，从而实现了全数字化控制，使控制电路更加简化，并且提高了系统的灵活性、通用性和智能程度，有助于平台化的实现和扩展。

此外，本发明的实施例还提出了一种电动汽车，其包括上述的电动汽车的车载充电装置。

本发明实施例的电动汽车，通过上述的电动汽车的车载充电装置，能够实现全数字化控制，使控制电路更加简化，并且提高了系统的灵活性、通用性和智能程度，有助于平台化的实现和扩展。

在本发明的描述中，需要理解的是，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。