双向预充电电路及系统的制作方法

本实用新型涉及智能充电领域，具体而言，涉及一种双向预充电电路及系统。

背景技术：

随着电动汽车(EV)技术不断发展，使人们的生活发生了很大的变化，人们的出行更加“绿色、环保”，减轻了传统汽车尾气排放给环境带来的巨大影响。充电机作为连接电动汽车和电网的电力电子装置，是电动汽车的一个重要环节。随着新能源发电技术和智能电网技术的发展，人们对充电机功能的要求越来越高，如人们需要在电网用电低谷时完成对电动汽车动力电池组的充电，同时也希望在用电高峰期间用电动汽车通过充电机向电网回馈电能(V2G)。这样就可以有效调节电网峰谷差，既缓解了社会电力发电系统的压力，也可增加车主的收入。

现有技术中，由于双向车载充电机直流输出侧挂接有输出滤波电容，在反向放电(即蓄电池向车载充电机放电)的开始阶段，直接将双向车载充电机与车内动力电池直连，易产生较大的冲击电流，影响车载充电机与动力电池的正常使用寿命。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种双向预充电电路及系统，其旨在改善上述的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种双向预充电电路，所述双向预充电电路包括主继电器、可控开关管以及限流电阻，所述可控开关管、所述限流电阻串联组成串联后的第一支路，所述主继电器与所述第一支路并联。

进一步地，所述双向预充电电路还包括二极管，所述限流电阻、所述可控开关管以及所述二极管依次串联组成串联后的第一支路，所述主继电器与所述第一支路并联，其中，所述可控开关管的第一电极与所述二极管的正极电连接。

进一步地，所述双向预充电电路还包括二极管，所述限流电阻、所述二极管以及所述可控开关管依次串联组成串联后的第一支路，其中，所述可控开关管的第二电极与所述二极管的负极电连接。

进一步地，所述双向预充电电路还包括二极管，所述二极管、所述可控开关管以及所述限流电阻依次串联组成串联后的第一支路，其中，所述二极管的负极与所述可控开关管的第二电极电连接。

进一步地，所述双向预充电电路还包括二极管，所述二极管、所述限流电阻以及所述可控开关管依次串联组成串联后的第一支路，其中，所述二极管的负极与所述限流电阻电连接。

第二方面，本实用新型还提供了一种双向预充电系统，所述双向预充电系统包括主控制器、第一电压采集电路、第二电压采集电路以及上述的双向预充电电路，所述主控制器分别与所述第一电压采集电路、所述第二电压采集电路、所述双向预充电电路电连接，其中，一外接车载充电机、所述双向预充电电路以及一外接蓄电池串联成回路，所述第一电压采集电路与所述车载充电机并联，所述第二电压采集电路与所述蓄电池并联。

进一步地，所述双向预充电电路与所述外接蓄电池的正极侧电连接，所述可控开关管、所述第一电压采集电路、所述第二电压采集电路分别与不同的外接电源电连接，所述双向预充电电路还包括二极管，所述限流电阻、所述可控开关管以及所述二极管依次串联组成串联后的第一支路，其中，所述可控开关管的第一电极与所述二极管正极电连接。

进一步地，所述双向预充电电路与所述外接蓄电池的正极侧电连接，所述可控开关管与所述第一电压采集电路共用一外接电源、所述第二电压采集电路与另一外接电源电连接，所述双向预充电电路还包括二极管，所述限流电阻、所述二极管以及所述可控开关管依次串联组成串联后的第一支路，其中，所述可控开关管的第二电极与所述二极管的负极电连接。

进一步地，所述双向预充电电路与所述外接蓄电池的负极侧电连接，所述可控开关管、所述第一电压采集电路、所述第二电压采集电路分别与不同的外接电源电连接，所述双向预充电电路还包括二极管，所述二极管、所述可控开关管以及所述限流电阻依次串联组成串联后的第一支路，其中，所述二极管的负极与所述可控开关管的第二电极电连接。

进一步地，所述双向预充电电路与所述外接蓄电池的负极侧电连接，所述可控开关管与所述第二电压采集电路共用一外接电源、所述第一电压采集电路与另一外接电源电连接，所述双向预充电电路还包括二极管，所述二极管、所述限流电阻以及所述可控开关管依次串联组成串联后的第一支路，其中，所述二极管的负极与所述限流电阻电连接。

本实用新型提供的双向预充电电路及系统的有益效果是：由于该可控开关管、限流电阻串联，组成串联后的第一支路，主继电器与第一支路并联，并联后的电路构成预充电电路，当整个系统启动初始时，主继电器断开，可控开关管导通，无论能量是正向传递还是反向传递，都可以利用该预充电电路对车载充电机侧的滤波电容进行预充电，且由于有限流电阻进行限流，从而极大地减小了的冲击电流，提高了车载充电机与动力电池的正常使用寿命，并且可控开关管成本低，在生产量较大的情况下，极大地减少了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的双向预充电系统(其中，包括第一种实施方式的双向预充电电路)的第一种实施方式电路结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的双向预充电系统(其中，包括第二种实施方式的双向预充电电路)的第二种实施方式电路结构框图；

图3为本实用新型实施例提供的双向预充电系统(其中，包括第三种实施方式的双向预充电电路)的第三种实施方式电路结构框图；

图4为本实用新型实施例提供的双向预充电系统(其中，包括第四种实施方式的双向预充电电路)的第四种实施方式电路结构框图。

图标：101-车载充电机；102-第一电压采集电路；103-第二电压采集电路；104-主继电器；105-蓄电池；106-主控制器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

请参阅图1、图2、图3、图4，本实用新型提供了一种双向预充电电路，双向预充电电路包括主继电器104、可控开关管以及限流电阻R，可控开关管、限流电阻R串联组成串联后的第一支路，主继电器104与串联后的第一支路并联，可控开关管以及限流电阻R构成预充电电路。

本实施例中，可控开关管可以采用但不限于MOSFET管或绝缘栅双极型晶体管IGBT。本实施例中，以可控开关管为绝缘栅双极型晶体管IGBT为例进行举例说明。

在使用该双向预充电电路时，可以在双向预充电电路的两侧分别串联车载充电机101和外接蓄电池105，以使外接蓄电池105、车载充电机101以及双向预充电电路三者之间串联成回路。并且，可以在双向预充电电路靠近车载充电机101的一侧并联第一电压采集电路102，第一电压采集电路102用于采集车载充电机101两端的电压，在双向预充电电路靠近外接蓄电池105的一侧并联第二电压采集电路103，第二电压采集电路103用于采集外接蓄电池105两端的电压，并且利用主控制器106控制主继电器104、绝缘栅双极型晶体管IGBT的打开与闭合。

在车载充电机101启动初始时，利用双向预充电电路进行预充电，首先主控制器106控制绝缘栅双极型晶体管IGBT闭合，此时无论是正向充电还是反向放电，车载充电机101均通过双向预充电电路，由蓄电池105为车载充电机侧的滤波电容进行预充电，预充电过程中，实时检测车载充电机101两端的电压与蓄电池105两端的电压，并判断两者的差值的绝对值是否大于预设定的阈值，若大于，则继续预充电过程，直到判断出车载充电机101两端的电压与蓄电池105两端的电压的差值的绝对值小于预设定的阈值时，主控制器106控制绝缘栅双极型晶体管IGBT断开，然后控制主继电器104闭合，此时预充电过程结束。车载充电机101向蓄电池105正常正向充电或蓄电池105向车载充电机101正常反向放电。

在预充电时，绝缘栅双极型晶体管IGBT导通，由于有限流电阻R进行限流，从而极大地减小了的冲击电流，提高了车载充电机101与动力电池的正常使用寿命，并且绝缘栅双极型晶体管IGBT成本低，在生产量较大的情况下，极大地减少了生产成本。

本实施例中，双向预充电电路至少包括但不限于以下四种具体实施方式：

第一种：如图1所示，双向预充电电路还包括二极管D，限流电阻R、绝缘栅双极型晶体管IGBT以及二极管D依次串联组成串联后的第一支路，其中，绝缘栅双极型晶体管IGBT的第一电极(本实施例中，第一电极可以是绝缘栅双极型晶体管IGBT的源极)与二极管D正极电连接。当采用该双向预充电电路时，可以将双向预充电电路与外接蓄电池105的正极侧电连接(即外接蓄电池105、双向预充电电路以及车载充电机101依次串联组成回路)，将可控开关管、第一电压采集电路102、第二电压采集电路103分别与不同的外接电源电连接，以实现双向预充电电路与第一电压采集电路102、第二电压采集电路103分别供电。

第二种：如图2所示，双向预充电电路还包括二极管D，限流电阻R、二极管D以及绝缘栅双极型晶体管IGBT依次串联组成串联后的第一支路，其中，绝缘栅双极型晶体管IGBT的第二电极(本实施例中，第二电极可以是绝缘栅双极型晶体管IGBT的漏极)与二极管D的负极电连接。当采用该双向预充电电路时，可以将双向预充电电路与外接蓄电池105的正极侧电连接(即外接蓄电池105、双向预充电电路以及车载充电机101依次串联组成回路)，可控开关管与第一电压采集电路102共用一外接电源、第二电压采集电路103与另一外接电源电连接，进一步地节省了供电电路数量及成本。

第三种：如图3所示，双向预充电电路还包括二极管D，二极管D、绝缘栅双极型晶体管IGBT以及限流电阻R依次串联组成串联后的第一支路，其中，二极管D的负极与绝缘栅双极型晶体管IGBT的第二电极(本实施例中，第二电极可以是绝缘栅双极型晶体管IGBT的漏极)电连接。当采用该双向预充电电路时，可以将双向预充电电路与外接蓄电池105的负极侧电连接(即外接蓄电池105、车载充电机101以及双向预充电电路依次串联组成回路)，此时可控开关管、第一电压采集电路102、第二电压采集电路103分别与不同的外接电源电连接。

第四种：如图4所示，双向预充电电路还包括二极管D，二极管D、限流电阻R以及绝缘栅双极型晶体管IGBT依次串联组成串联后的第一支路，其中，二极管D的负极与限流电阻R电连接。当采用该双向预充电电路时，可以将双向预充电电路与外接蓄电池105的负极侧电连接(即外接蓄电池105、车载充电机101以及双向预充电电路依次串联成回路，且绝缘栅双极型晶体管IGBT与外接蓄电池105的负极直接电连接)，此时可控开关管与第二电压采集电路共用一外接电源、第一电压采集电路与另一外接电源电连接，进一步地节省了供电电路数量及成本，为本实用新型实施例的优选实施方式。

本实用新型实施例还提供了一种双向预充电系统，需要说明的是，本实用新型实施例所提供的双向预充电系统，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。该双向预充电系统包括主控制器106、第一电压采集电路102、第二电压采集电路103以及上述的双向预充电电路，主控制器106分别与第一电压采集电路102、第二电压采集电路103、双向预充电电路电连接，其中，一外接车载充电机101、双向预充电电路以及一外接蓄电池105串联成回路，第一电压采集电路102与车载充电机101并联，第二电压采集电路103与蓄电池105并联。

本实施例中，双向预充电电路至少包括但不限于以下四种具体实施方式：

第一种：如图1所示，双向预充电电路与外接蓄电池105的正极侧电连接，第一电压采集电路102、第二电压采集电路103以及可控开关管分别与不同的外接电源电连接，双向预充电电路还包括二极管D，限流电阻R、绝缘栅双极型晶体管IGBT以及二极管D依次串联组成串联后的第一支路，其中，绝缘栅双极型晶体管IGBT的第一电极(本实施例中，第一电极可以是绝缘栅双极型晶体管IGBT的源极)与二极管D正极电连接。

第二种：如图2所示，双向预充电电路与外接蓄电池105的正极侧电连接，可控开关管与第一电压采集电路102共用一外接电源、第二电压采集电路103与另一外接电源电连接，双向预充电电路还包括二极管D，限流电阻R、二极管D以及绝缘栅双极型晶体管IGBT依次串联组成串联后的第一支路，其中，绝缘栅双极型晶体管IGBT的第二电极(本实施例中，第二电极可以是绝缘栅双极型晶体管IGBT的漏极)与二极管D的负极电连接。

第三种：如图3所示，双向预充电电路与外接蓄电池105的负极侧电连接，可控开关管、第一电压采集电路102、第二电压采集电路103分别与不同的外接电源电连接，双向预充电电路还包括二极管D，二极管D、绝缘栅双极型晶体管IGBT以及限流电阻R依次串联组成串联后的第一支路，其中，二极管D的负极与绝缘栅双极型晶体管IGBT的第二电极(本实施例中，第二电极可以是绝缘栅双极型晶体管IGBT的漏极)电连接。

第四种：如图4所示，双向预充电电路与外接蓄电池105的负极侧电连接，可控开关管与第二电压采集电路103共用一外接电源、第一电压采集电路102与另一外接电源电连接，双向预充电电路还包括二极管D，二极管D、限流电阻R以及绝缘栅双极型晶体管IGBT依次串联组成串联后的第一支路，其中，二极管D的负极与限流电阻R电连接。

本实施例中，对于双向预充电系统的工作方式主要包括以下两种方式：

第一种方式：当车载充电机101需要正向充电时，车载充电机101的直流输出侧的滤波电容可以先通过内部电路控制实现软启动，双向预充电电路不需要参与的情况下，实现为车载充电机101的滤波电容进行预充电；当蓄电池105需要反向放电时，主控制器106控制绝缘栅双极型晶体管IGBT闭合，此时利用双向预充电电路，由蓄电池105向车载充电机101侧的滤波电容进行预充电。预充电过程中，主控制器106实时检测车载充电机101两端的电压与蓄电池105两端的电压，直到当车载充电机101两端的电压与蓄电池105两端的电压的差值的绝对值小于预设定的阈值，则主控制器106控制主继电器104闭合，绝缘栅双极型晶体管IGBT断开，预充电过程结束，进入正常放电过程，蓄电池105向车载充电机101正常反向放电。

第二种方式：无论能量是正向传递还是反向传递，都可以利用该双向预充电电路对车载充电机101侧的滤波电容进行预充电。在车载充电机101启动初始时，主控制器106控制可控开关管闭合，此时无论是正向充电还是反向放电，车载充电机101均通过预充电电路，由蓄电池105为车载充电机101侧的滤波电容进行预充电。预充电过程中，主控制器106实时检测车载充电机101两端的电压与蓄电池105两端的电压，并判断两者的差值的绝对值是否大于预设定的阈值，若大于，则继续预充电过程，直到判断出车载充电机101两端的电压与蓄电池105两端的电压的差值的绝对值小于预设定的阈值时，主控制器106控制绝缘栅双极型晶体管IGBT断开，然后控制主继电器104闭合，此时预充电过程结束。车载充电机101向蓄电池105正常正向充电或蓄电池105向车载充电机101正常反向放电。

上述第二种方式的描述方案，与第一种方式对比，由于能量正向传递过程中，可利用双向预充电电路实现预充电，而不是利用内部电路控制实现，因此具有控制难度得到简化且逻辑复杂度降低的特点。

综上所述，本实用新型提供的预充电电路，由于该可控开关管、限流电阻串联，组成串联后的第一支路，主继电器与第一支路并联，并联后的电路构成预充电电路，当整个系统启动初始时，主继电器断开，可控开关管导通，无论能量是正向传递还是反向传递，都可以利用该预充电电路对车载充电机侧的滤波电容进行预充电，且由于有限流电阻进行限流，从而极大地减小了的冲击电流，提高了车载充电机与动力电池的正常使用寿命，并且可控开关管成本低，在生产量较大的情况下，极大地减少了生产成本。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。