CN111404387A - 车载充电机和车载dc/dc的集成电路、电动汽车 - Google Patents

车载充电机和车载dc/dc的集成电路、电动汽车 Download PDF

Info

Publication number
CN111404387A
CN111404387A CN202010234422.0A CN202010234422A CN111404387A CN 111404387 A CN111404387 A CN 111404387A CN 202010234422 A CN202010234422 A CN 202010234422A CN 111404387 A CN111404387 A CN 111404387A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power switch
module
electrically connected
tube unit
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010234422.0A
Other languages
English (en)
Inventor
李福生
张霞
曹碧颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Electric Group Corp
Original Assignee
Shanghai Electric Group Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Electric Group Corp filed Critical Shanghai Electric Group Corp
Priority to CN202010234422.0A priority Critical patent/CN111404387A/zh
Publication of CN111404387A publication Critical patent/CN111404387A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/3353—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having at least two simultaneously operating switches on the input side, e.g. "double forward" or "double (switched) flyback" converter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/22—Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • H02J7/06—Regulation of charging current or voltage using discharge tubes or semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种车载充电机和车载DC/DC的集成电路、电动汽车，所述集成电路包括PFC模块、高压AC侧功率开关模块、AC变压模块、模式切换模块、高压DC侧功率开关模块、DC变压模块、低压DC侧功率开关模块和主控制模块；主控制模块用于根据外部触发条件控制模式切换模块将集成电路切换至工作模式，包括充电、放电以及DC/DC工作模式。本发明中车载充电机和车载DC/DC拥有各自独立变压器，且车载充电机变压器输出侧功率电路和车载DC/DC输入侧功率电路共用，充分利用集成技术减轻集成电路的总重量、减小了体积以及降低了成本，使得容易实现产品的平台化，且从整体上优化了整车布置空间，降低了整车成本。

Description

车载充电机和车载DC/DC的集成电路、电动汽车
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种车载充电机和车载DC/DC(直流/直流)的集成电路、电动汽车。
背景技术
电动汽车作为一种清洁能源交通工具，具有能源利用效率高、节能环保和噪声低等优点，成为未来交通工具的主要发展方向。其中，车载充电机和车载DC/DC是电动汽车的重要组成部分，车载充电机用于将市电转换为直流电为动力电池包充电，车载DC/DC用于将动力电池包中高压直流电转换成低压直流电为低压负载供电。
随着电动汽车的整车成本压力增大，使得车载零部件逐渐地往小型化、集成化和高功率密度化方向发展。为了改善车载充电机和车载DC/DC分立式配置的情况，目前本领域主要通过如下两种集成方案：(1)属于物理集成方案，车载充电机和车载DC/DC共用电气连接、水冷板、外壳，而两者电子电路相互独立，互不影响，因此造成该方案存在集成度较低、装配体积大、成本较高等问题。(2)属于磁集成方案，车载充电机和车载DC/DC共用变压器、部分功率电路、水冷板、外壳、电气连接，但是该方案存在两者之间存在磁路耦合、相互影响，不利于平台化等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中针对车载充电机和车载DC/DC的集成方案集成度较低、装配体积大、成本较高、相互影响、不利于平台化等缺陷，目的在于提供一种车载充电机和车载DC/DC的集成电路、电动汽车。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种车载充电机和车载DC/DC的集成电路，所述集成电路包括PFC(功率因数校正)模块、高压AC(交流)侧功率开关模块、AC变压模块、模式切换模块、高压DC(直流)侧功率开关模块、DC变压模块、低压DC侧功率开关模块和主控制模块；
所述PFC模块、所述高压AC侧功率开关模块和所述AC变压模块依次电连接，所述低压DC侧功率开关模块与所述DC变压模块电连接，所述AC变压模块与所述DC变压模块通过所述模式切换模块与所述高压DC侧功率开关模块电连接；所述模式切换模块和所述主控制模块电连接，所述PFC模块还与外接电源电连接，所述低压DC侧功率开关模块还与低压电池电连接，所述高压AC侧功率开关模块还与动力电池电连接；
所述主控制模块用于获取外部触发条件，根据所述外部触发条件确定所述集成电路的工作模式，并控制所述模式切换模块将所述集成电路切换至所述工作模式；
当所述工作模式为充电模式时：
所述PFC模块用于将输入的第一交流电转换为第一直流电并发送至所述高压AC侧功率开关模块；所述高压AC侧功率开关模块用于将输入的第一直流电转换为高频交流电并发送至所述AC变压模块；所述AC变压模块用于对输入的高频交流电进行电气隔离和LLC变换处理并通过所述模式切换模块发送至所述高压DC侧功率开关模块；所述高压DC侧功率开关模块用于将输入的高频交流电转换为第二直流电以供所述动力电池充电；
或，当所述工作模式为放电模式时：
所述高压DC侧功率开关模块用于将所述动力电池输入的第二直流电转换为高频交流电并通过模式切换模块发送至所述AC变压模块；所述AC变压模块用于对输入的高频交流电进行电气隔离和LLC(谐振电流)变换处理并发送至所述高压AC侧功率开关模块；所述高压AC侧功率开关模块用于将输入的高频交流电转换为第一直流电并发送至所述PFC模块；所述PFC模块用于将输入的所述第一直流电转换为交流电以供负载工作；
或，当所述工作模式为DC/DC工作模式时：
所述高压DC侧功率开关模块用于将所述动力电池输入的第二直流电转换为高频交流电并通过模式切换模块发送至所述DC变压模块；所述DC变压模块于对输入的高频交流电进行电气隔离和LLC变换处理并发送至所述低压DC侧功率开关模块；所述低压DC侧功率开关模块用于输入的高频交流电转换为直流电以供所述低压电池充电；此时，所述低压DC侧功率开关模块处于同步整流并滤波的工作状态。
较佳地，所述模式切换模块为切换开关。
较佳地，所述切换开关包括双刀双掷开关、组合开关或功率器件开关。
较佳地，所述PFC模块包括第一电感、第一电容、第一功率开关管单元、第二功率开关管单元、第三功率开关管单元和第四功率开关管单元；
所述第一电感的一端与所述外接电源的一端电连接，所述第一电感的另一端分别与所述第一功率开关管单元的一端和所述第三功率开关管单元的一端电连接；所述第二功率开关管单元的一端和所述第四功率开关管单元的一端均与所述外接电源的另一端电连接；
所述第一功率开关管单元的另一端和所述第二功率开关管单元的另一端均与所述第一电容的一端电连接，所述第三功率开关管单元的另一端和所述第四功率开关管单元的另一端均与所述第一电容的另一端电连接，所述第一电容的两端均与所述高压AC侧功率开关模块电连接。
较佳地，所述高压AC侧功率开关模块包括第五功率开关管单元、第六功率开关管单元、第七功率开关管单元和第八功率开关管单元；
所述第五功率开关管单元的一端和所述第六功率开关管单元的一端均与所述第一电容的一端电连接，所述第五功率开关管单元的另一端分别与所述第七功率开关管单元的一端以及所述变压模块电连接，所述第六功率开关管单元的另一端分别与所述第八功率开关管单元的一端以及所述变压模块电连接，所述第七功率开关管单元的另一端和所述第八功率开关管单元的另一端均与所述第一电容的另一端电连接。
较佳地，所述AC变压模块包括第二电感、第二电容、第三电容和第一变压器；
所述第二电容的一端与所述第五功率开关管单元的另一端电连接，所述第二电容的另一端与所述第一变压器中第一线圈绕组的一端电连接；
所述第二电感的一端与所述第六功率开关管单元的另一端电连接，所述第二电感的另一端与所述第一线圈绕组的另一端电连接；
所述第三电容的一端与所述第一变压器中第二线圈绕组的一端电连接，所述第三电容的另一端和所述第二线圈绕组的另一端均与所述模式切换模块电连接。
较佳地，当所述模式切换模块为双刀双掷开关时，所述模式切换模块包括第一活动端、第二活动端、第一固定端、第二固定端、第三固定端和第四固定端；
其中，所述第一活动端对应所述第一固定端和所述第二固定端，所述第二活动端对应所述第三固定端和所述第四固定端；
所述第三电容的另一端与所述第一固定端电连接，所述第二线圈绕组的另一端与所述第三固定端电连接；
所述第一活动端和所述第二活动端均与所述高压DC侧功率开关模块电连接。
较佳地，所述高压DC侧功率开关模块包括第四电容、第九功率开关管单元、第十功率开关管单元、第十一功率开关管单元和第十二功率开关管单元；
所述第九功率开关管单元的一端和所述第十一功率开关管单元的一端均与所述第一活动端电连接，所述第十功率开关管单元的一端和所述第十二功率开关管单元的一端均与所述第二活动端电连接；
所述第九功率开关管单元的另一端和第十功率开关管单元的另一端均与所述第四电容的一端以及所述动力电池的一端电连接，所述第十一功率开关管单元的另一端和所述第十二功率开关管单元的另一端均与所述第四电容的另一端以及所述动力电池的另一端电连接。
较佳地，所述DC变压模块包括第五电容、第三电感和第二变压器；
所述第五电容的一端与所述第二固定端电连接，所述第五电容的另一端与所述第二变压器中第三线圈绕组的一端电连接；
所述第三电感的一端与所述第四固定端电连接，所述第三电感的另一端与所述第三线圈绕组的另一端电连接；
所述第二变压器中第四线圈绕组与所述低压DC侧功率开关模块电连接。
较佳地，所述第四线圈绕组包括第一子线圈绕组和第二子线圈绕组；
所述第一子线圈绕组的一端与所述第二子线圈绕组的一端电连接；
所述低压DC侧功率开关模块包括第六电容、第四电感、二极管、第十三功率开关管单元和第十四功率开关管单元；
所述第十三功率开关管单元的一端与所述第一子线圈绕组的另一端电连接，所述第十三功率开关管单元的另一端分别与所述第十四功率开关管单元的一端、所述第四电感的一端以及所述二极管的负极电连接，所述第十四功率开关管单元的另一端与所述第二子线圈绕组的另一端电连接；
所述第一子线圈绕组的一端、所述二极管的正极以及所述第六电容的一端均与所述低压电池的一端电连接，所述第六电容的另一端和所述第四电感的另一端均与所述低压电池的另一端电连接。
较佳地，当所述控制器确定所述集成电路的工作模式为充电模式或者放电模式时：
所述模式切换模块将所述第一活动端与所述第一固定端电连接，所述第二活动端与所述第三固定端电连接；
当所述控制器确定所述集成电路的工作模式为DC/DC工作模式时，所述模式切换模块将所述第一活动端与所述第二固定端电连接，所述第二活动端与所述第四固定端电连接。
较佳地，所述第一功率开关管单元至所述第十四功率开关管单元均包括一个功率开关管，或多个串联和/或并联的功率开关管。
较佳地，所述功率开关管包括三极管、MOS(金属氧化物半导体场效应晶体管)管或IGBT晶体管(绝缘栅双极型晶体管)。
本发明还提供一种电动汽车，所述电动汽车包括上述的车载充电机和车载DC/DC的集成电路。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
(1)车载充电机和车载DC/DC拥有各自独立变压器，且车载充电机变压器输出侧功率电路和车载DC/DC输入侧功率电路共用，充分利用集成技术减轻车载充电机和车载DC/DC总重量、减小了体积以及降低了成本，又规避了磁集成方案中磁耦合问题，更加容易实现产品的平台化；另外，在提高了电路的集成度的同时，也从整体上优化了整车布置空间，从而降低了整车成本；
(2)通过设置模式切换模块(如双刀双掷开关)，根据实际使用需求灵活地切换选择集成电路的工作模式，方便实现充电模式、放电(逆变)模式以及DC/DC工作模式的三种工作模式的任意切换。
附图说明
图1为本发明实施例1的车载充电机和车载DC/DC的集成电路的结构示意图。
图2为本发明是实施例2的车载充电机和车载DC/DC的集成电路的电路示意图。
图3为本发明是实施例2的车载充电机和车载DC/DC的集成电路在充电模式下的电路示意图。
图4为本发明是实施例2的车载充电机和车载DC/DC的集成电路在放电模式下的电路示意图。
图5为本发明是实施例2的车载充电机和车载DC/DC的集成电路在DC/DC工作模式下的电路示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
如图1所示，本实施例的车载充电机和车载DC/DC的集成电路包括PFC模块1、高压AC侧功率开关模块2、AC变压模块3、模式切换模块4、高压DC侧功率开关模块5、DC变压模块6、低压DC侧功率开关模块7和主控制模块8。
PFC模块1、高压AC侧功率开关模块2和AC变压模块3依次电连接，低压DC侧功率开关模块7与DC变压模块6电连接，AC变压模块3与DC变压模块6通过模式切换模块4与高压DC侧功率开关模块5电连接；模式切换模块4和主控制模块8电连接。
PFC模块1还与外接电源(如200V市电)电连接，低压DC侧功率开关模块7还与低压电池电连接，高压AC侧功率开关模块2还与动力电池电连接。
其中，PFC模块1为无桥PFC模块。
模式切换模块4为切换开关。具体地，切换开关包括但不限于双刀双掷开关、组合开关或功率器件开关。
主控制模块用于获取外部触发条件，根据外部触发条件确定集成电路的工作模式，并控制模式切换模块4将集成电路切换至工作模式。
其中，外部触发条件包括整车控制器发送的控制指令、充电桩对应的电阻值等。
当工作模式为充电模式时：
PFC模块1用于将输入的第一交流电转换为第一直流电并发送至高压AC侧功率开关模块2；
高压AC侧功率开关模块2用于将输入的第一直流电转换为高频交流电并发送至AC变压模块3；
AC变压模块3用于对输入的高频交流电进行电气隔离和LLC变换处理并通过模式切换模块4发送至高压DC侧功率开关模块5；
高压DC侧功率开关模块5用于将输入的高频交流电转换为第二直流电以供动力电池充电。
当工作模式为放电(逆变)模式时：
高压DC侧功率开关模块5用于将动力电池输入的第二直流电转换为高频交流电并通过模式切换模块4发送至AC变压模块3；
AC变压模块3用于对输入的高频交流电进行电气隔离和LLC变换处理并发送至高压AC侧功率开关模块2；
高压AC侧功率开关模块2用于将输入的高频交流电转换为第一直流电并发送至PFC模块1；
PFC模块1用于将输入的第一直流电转换为交流电以供负载工作。
即本申请的车载充电机和车载DC/DC的集成电路能够实现双向工作的效果，提升了现有的集成电路的使用性能。
当工作模式为DC/DC工作模式时：
高压DC侧功率开关模块5用于将动力电池输入的第二直流电转换为高频交流电并通过模式切换模块4发送至DC变压模块6；
DC变压模块6于对输入的高频交流电进行电气隔离和LLC变换处理并发送至低压DC侧功率开关模块7；
低压DC侧功率开关模块7用于输入的高频交流电转换为直流电以供低压电池充电；
此时，低压DC侧功率开关模块7处于同步整流并滤波的工作状态。
本实施例中，车载充电机和车载DC/DC拥有各自独立变压器，且车载充电机变压器输出侧功率电路和车载DC/DC输入侧功率电路共用，充分利用集成技术减轻车载充电机和车载DC/DC总重量、减小了体积以及降低了成本，又规避了磁集成方案中磁耦合问题，更加容易实现产品的平台化，同时从整体上优化了整车布置空间，降低了整车成本；同时，通过设置模式切换模块，根据实际使用需求灵活地切换选择集成电路的工作模式，方便实现充电模式、放电模式以及DC/DC工作模式的三种工作模式的任意切换。
实施例2
如图2所示，本实施例的车载充电机和车载DC/DC的集成电路是对实施例1的进一步改进，具体地：
PFC模块1包括第一电感L1、第一电容C1、第一功率开关管单元Q1、第二功率开关管单元Q2、第三功率开关管单元Q3和第四功率开关管单元Q4。
其中，第一电感L1的一端与外接电源的一端电连接，第一电感L1的另一端分别与第一功率开关管单元Q1的一端和第三功率开关管单元Q3的一端电连接；第二功率开关管单元Q2的一端和第四功率开关管单元Q4的一端均与外接电源的另一端电连接；
第一功率开关管单元Q1的另一端和第二功率开关管单元Q2的另一端均与第一电容C1的一端电连接，第三功率开关管单元Q3的另一端和第四功率开关管单元Q4的另一端均与第一电容C1的另一端电连接，第一电容C1的两端均与高压AC侧功率开关模块2电连接。
高压AC侧功率开关模块2包括第五功率开关管单元Q5、第六功率开关管单元Q6、第七功率开关管单元Q7和第八功率开关管单元Q8。
其中，第五功率开关管单元Q5的一端和第六功率开关管单元Q6的一端均与第一电容C1的一端电连接，第五功率开关管单元Q5的另一端分别与第七功率开关管单元Q7的一端以及变压模块电连接，第六功率开关管单元Q6的另一端分别与第八功率开关管单元Q8的一端以及变压模块电连接，第七功率开关管单元Q7的另一端和第八功率开关管单元Q8的另一端均与第一电容C1的另一端电连接。
AC变压模块3包括第二电感L2、第二电容C2、第三电容C3和第一变压器T1。
其中，第二电容C2的一端与第五功率开关管单元Q5的另一端电连接，第二电容C2的另一端与第一变压器T1中第一线圈绕组的一端电连接；
第二电感L2的一端与第六功率开关管单元Q6的另一端电连接，第二电感L2的另一端与第一线圈绕组的另一端电连接；
第三电容C3的一端与第一变压器T1中第二线圈绕组的一端电连接，第三电容C3的另一端和第二线圈绕组的另一端均与模式切换模块4电连接。
当模式切换模块4为双刀双掷开关时，模式切换模块4包括第一活动端L1、第二活动端L2、第一固定端R1、第二固定端R2、第三固定端R3和第四固定端R4。
其中，第一活动端L1对应第一固定端R1和第二固定端R2，第二活动端L2对应第三固定端R3和第四固定端R4。
第三电容C3的另一端与第一固定端R1电连接，第二线圈绕组的另一端与第三固定端R3电连接；
第一活动端L1和第二活动端L2均与高压DC侧功率开关模块5电连接。
高压DC侧功率开关模块5包括第四电容C4、第九功率开关管单元Q9、第十功率开关管单元Q10、第十一功率开关管单元Q11和第十二功率开关管单元Q12。
其中，第九功率开关管单元Q9的一端和第十一功率开关管单元Q11的一端均与第一活动端L1电连接，第十功率开关管单元Q10的一端和第十二功率开关管单元Q12的一端均与第二活动端L2电连接；
第九功率开关管单元Q9的另一端和第十功率开关管单元Q10的另一端均与第四电容C4的一端以及动力电池的一端电连接，第十一功率开关管单元Q11的另一端和第十二功率开关管单元Q12的另一端均与第四电容C4的另一端以及动力电池的另一端电连接。
DC变压模块6包括第五电容C5、第三电感L3和第二变压器T2。
其中，第五电容C5的一端与第二固定端R2电连接，第五电容C5的另一端与第二变压器T2中第三线圈绕组的一端电连接；
第三电感L3的一端与第四固定端R4电连接，第三电感L3的另一端与第三线圈绕组的另一端电连接；
第二变压器T2中第四线圈绕组与低压DC侧功率开关模块7电连接。
第四线圈绕组包括第一子线圈绕组和第二子线圈绕组；
第一子线圈绕组的一端与第二子线圈绕组的一端电连接；
低压DC侧功率开关模块7包括第六电容C6、第四电感L4、二极管D、第十三功率开关管单元Q13和第十四功率开关管单元Q14。
其中，第十三功率开关管单元Q13的一端与第一子线圈绕组的另一端电连接，第十三功率开关管单元Q13的另一端分别与第十四功率开关管单元Q14的一端、第四电感L4的一端以及二极管D的负极电连接，第十四功率开关管单元Q14的另一端与第二子线圈绕组的另一端电连接；
第一子线圈绕组的一端、二极管D的正极以及第六电容C6的一端均与低压电池的一端电连接，第六电容C6的另一端和第四电感L4的另一端均与低压电池的另一端电连接。
具体地，当控制器确定集成电路的工作模式为充电模式或者放电模式时：模式切换模块4将第一活动端L1与第一固定端R1电连接，第二活动端L2与第三固定端R3电连接；
当控制器确定集成电路的工作模式为DC/DC工作模式时，模式切换模块4将第一活动端L1与第二固定端R2电连接，第二活动端L2与第四固定端R4电连接。
另外，第一功率开关管单元Q1至第十四功率开关管单元Q14均包括一个功率开关管，或多个串联和/或并联的功率开关管。
功率开关管包括但不限于三极管、MOS管或IGBT晶体管。
本实施例中车载充电机和车载DC/DC拥有各自独立变压器，可以改善现有的共用变压器造成的各电路之间耦合关系大，无法对某个电路模块单独调整，限制了整个***的平台化的问题，使得能够容易根据汽车内部电压平台调整高压直流输出电压和低压直流输出电压。
另外，本实施例中可以通过要监测低压电池的剩余电量(即低压电池电压)设定上限阈值及下限阈值，进而调整集成电路处于充电模式、放电模式或DC/DC工作模式。
下面结合实例具体说明：
本实施例的车载充电机和电机控制器的集成电路安装在电动汽车上，为市电(220V)与动力电池、动力电池与驱动电机构成能量流通回路。其中，车载充电机功率可以为3.3kW或6.6kW。车载DC/DC功率可以为2.0kW，2.5kW或3.0kW。本实施例的集成电路包括三种工作模式：充电模式、放电模式、以及DC/DC工作模式。
(1)如图3所示，当集成电路处于充电模式时，模式切换模块4将第一活动端L1与第一固定端R1电连接，第二活动端L2与第三固定端R3电连接。
此时，DC变压器模块6和低压DC侧功率开关模块7处于非工作状态，PFC模块1处于PFC控制模式，高压AC侧功率开关模块2处于高频调制控制，AC变压器模块3中电感L2、电容C2以及C3、变压器T1构成CLLC(谐振电路)拓扑结构，高压DC侧功率开关模块5处于高频整流控制，从而实现能量从市电流向动力电池即对动力电池进行充电。其中，箭头方向为电流流动方向。
(2)如图4所示，当集成电路处于放电(即逆变)模式时，模式切换模块4将第一活动端L1与第一固定端R1电连接，第二活动端L2与第三固定端R3电连接。
此时，DC变压器模块6和低压DC侧功率开关模块7处于非工作状态，高压DC侧功率开关模块5处于高频调制控制模式，AC变压器模块3中电感L2、电容C2以及C3、变压器T1构成CLLC拓扑，高压AC侧功率开关模块2处于高频整流控制，PFC模块1处于逆变控制模式，从而实现能量从动力电池流向负载即给负载提供工作电流。其中，箭头方向为电流流动方向。
(3)如图5所示，当集成电路处于DC/DC工作模式时，模式切换模块4将第一活动端L1与第二固定端R2电连接，第二活动端L2与第四固定端R4电连接。
此时，高压DC侧功率开关模块5处于高频调制控制模式，DC变压器模块6中电感L3、电容C5以及变压器T2构成LLC拓扑，低压DC侧功率开关模块7处于同步整流及滤波模式，从而实现能量从动力电池流向低压电池即对低压电池进行充电。其中，箭头方向为电流流动方向。
本实施例中，车载充电机和车载DC/DC拥有各自独立变压器，且车载充电机变压器输出侧功率电路和车载DC/DC输入侧功率电路共用，充分利用集成技术减轻车载充电机和车载DC/DC总重量、减小了体积以及降低了成本，又规避了磁集成方案中磁耦合问题，更加容易实现产品的平台化，同时从整体上优化了整车布置空间，降低了整车成本；同时，通过设置模式切换模块，根据实际使用需求灵活地切换选择集成电路的工作模式，方便实现充电模式、放电模式以及DC/DC工作模式的三种工作模式的任意切换。
实施例3
本实施例的电动汽车实施例1或2中的车载充电机和车载DC/DC的集成电路。
本实施例的电动汽车安装有车载充电机和车载DC/DC的集成电路，优化了整车布置空间，降低了整车成本。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种车载充电机和车载DC/DC的集成电路，其特征在于，所述集成电路包括PFC模块、高压AC侧功率开关模块、AC变压模块、模式切换模块、高压DC侧功率开关模块、DC变压模块、低压DC侧功率开关模块和主控制模块；
所述PFC模块、所述高压AC侧功率开关模块和所述AC变压模块依次电连接，所述低压DC侧功率开关模块与所述DC变压模块电连接，所述AC变压模块与所述DC变压模块通过所述模式切换模块与所述高压DC侧功率开关模块电连接；所述模式切换模块和所述主控制模块电连接，所述PFC模块还与外接电源电连接，所述低压DC侧功率开关模块还与低压电池电连接，所述高压AC侧功率开关模块还与动力电池电连接；
所述主控制模块用于获取外部触发条件，根据所述外部触发条件确定所述集成电路的工作模式，并控制所述模式切换模块将所述集成电路切换至所述工作模式；
当所述工作模式为充电模式时：
所述PFC模块用于将输入的第一交流电转换为第一直流电并发送至所述高压AC侧功率开关模块；所述高压AC侧功率开关模块用于将输入的第一直流电转换为高频交流电并发送至所述AC变压模块；所述AC变压模块用于对输入的高频交流电进行电气隔离和LLC变换处理并通过所述模式切换模块发送至所述高压DC侧功率开关模块；所述高压DC侧功率开关模块用于将输入的高频交流电转换为第二直流电以供所述动力电池充电；
或，当所述工作模式为放电模式时：
所述高压DC侧功率开关模块用于将所述动力电池输入的第二直流电转换为高频交流电并通过模式切换模块发送至所述AC变压模块；所述AC变压模块用于对输入的高频交流电进行电气隔离和LLC变换处理并发送至所述高压AC侧功率开关模块；所述高压AC侧功率开关模块用于将输入的高频交流电转换为第一直流电并发送至所述PFC模块；所述PFC模块用于将输入的所述第一直流电转换为交流电以供负载工作；
或，当所述工作模式为DC/DC工作模式时：
所述高压DC侧功率开关模块用于将所述动力电池输入的第二直流电转换为高频交流电并通过模式切换模块发送至所述DC变压模块；所述DC变压模块于对输入的高频交流电进行电气隔离和LLC变换处理并发送至所述低压DC侧功率开关模块；所述低压DC侧功率开关模块用于输入的高频交流电转换为直流电以供所述低压电池充电；此时，所述低压DC侧功率开关模块处于同步整流并滤波的工作状态。
2.如权利要求1所述的车载充电机和车载DC/DC的集成电路，其特征在于，所述模式切换模块为切换开关。
3.如权利要求2所述的车载充电机和车载DC/DC的集成电路，其特征在于，所述切换开关包括双刀双掷开关、组合开关或功率器件开关。
4.如权利要求1所述的车载充电机和车载DC/DC的集成电路，其特征在于，所述PFC模块包括第一电感、第一电容、第一功率开关管单元、第二功率开关管单元、第三功率开关管单元和第四功率开关管单元；
所述第一电感的一端与所述外接电源的一端电连接，所述第一电感的另一端分别与所述第一功率开关管单元的一端和所述第三功率开关管单元的一端电连接；所述第二功率开关管单元的一端和所述第四功率开关管单元的一端均与所述外接电源的另一端电连接；
所述第一功率开关管单元的另一端和所述第二功率开关管单元的另一端均与所述第一电容的一端电连接，所述第三功率开关管单元的另一端和所述第四功率开关管单元的另一端均与所述第一电容的另一端电连接，所述第一电容的两端均与所述高压AC侧功率开关模块电连接。
5.如权利要求4所述的车载充电机和车载DC/DC的集成电路，其特征在于，所述高压AC侧功率开关模块包括第五功率开关管单元、第六功率开关管单元、第七功率开关管单元和第八功率开关管单元；
所述第五功率开关管单元的一端和所述第六功率开关管单元的一端均与所述第一电容的一端电连接，所述第五功率开关管单元的另一端分别与所述第七功率开关管单元的一端以及所述变压模块电连接，所述第六功率开关管单元的另一端分别与所述第八功率开关管单元的一端以及所述变压模块电连接，所述第七功率开关管单元的另一端和所述第八功率开关管单元的另一端均与所述第一电容的另一端电连接。
6.如权利要求5所述的车载充电机和车载DC/DC的集成电路，其特征在于，所述AC变压模块包括第二电感、第二电容、第三电容和第一变压器；
所述第二电容的一端与所述第五功率开关管单元的另一端电连接，所述第二电容的另一端与所述第一变压器中第一线圈绕组的一端电连接；
所述第二电感的一端与所述第六功率开关管单元的另一端电连接，所述第二电感的另一端与所述第一线圈绕组的另一端电连接；
所述第三电容的一端与所述第一变压器中第二线圈绕组的一端电连接，所述第三电容的另一端和所述第二线圈绕组的另一端均与所述模式切换模块电连接。
7.如权利要求6所述的车载充电机和车载DC/DC的集成电路，其特征在于，当所述模式切换模块为双刀双掷开关时，所述模式切换模块包括第一活动端、第二活动端、第一固定端、第二固定端、第三固定端和第四固定端；
其中，所述第一活动端对应所述第一固定端和所述第二固定端，所述第二活动端对应所述第三固定端和所述第四固定端；
所述第三电容的另一端与所述第一固定端电连接，所述第二线圈绕组的另一端与所述第三固定端电连接；
所述第一活动端和所述第二活动端均与所述高压DC侧功率开关模块电连接。
8.如权利要求7所述的车载充电机和车载DC/DC的集成电路，其特征在于，所述高压DC侧功率开关模块包括第四电容、第九功率开关管单元、第十功率开关管单元、第十一功率开关管单元和第十二功率开关管单元；
所述第九功率开关管单元的一端和所述第十一功率开关管单元的一端均与所述第一活动端电连接，所述第十功率开关管单元的一端和所述第十二功率开关管单元的一端均与所述第二活动端电连接；
所述第九功率开关管单元的另一端和第十功率开关管单元的另一端均与所述第四电容的一端以及所述动力电池的一端电连接，所述第十一功率开关管单元的另一端和所述第十二功率开关管单元的另一端均与所述第四电容的另一端以及所述动力电池的另一端电连接。
9.如权利要求8所述的车载充电机和车载DC/DC的集成电路，其特征在于，所述DC变压模块包括第五电容、第三电感和第二变压器；
所述第五电容的一端与所述第二固定端电连接，所述第五电容的另一端与所述第二变压器中第三线圈绕组的一端电连接；
所述第三电感的一端与所述第四固定端电连接，所述第三电感的另一端与所述第三线圈绕组的另一端电连接；
所述第二变压器中第四线圈绕组与所述低压DC侧功率开关模块电连接。
10.如权利要求9所述的车载充电机和车载DC/DC的集成电路，其特征在于，所述第四线圈绕组包括第一子线圈绕组和第二子线圈绕组；
所述第一子线圈绕组的一端与所述第二子线圈绕组的一端电连接；
所述低压DC侧功率开关模块包括第六电容、第四电感、二极管、第十三功率开关管单元和第十四功率开关管单元；
所述第十三功率开关管单元的一端与所述第一子线圈绕组的另一端电连接，所述第十三功率开关管单元的另一端分别与所述第十四功率开关管单元的一端、所述第四电感的一端以及所述二极管的负极电连接，所述第十四功率开关管单元的另一端与所述第二子线圈绕组的另一端电连接；
所述第一子线圈绕组的一端、所述二极管的正极以及所述第六电容的一端均与所述低压电池的一端电连接，所述第六电容的另一端和所述第四电感的另一端均与所述低压电池的另一端电连接。
11.如权利要求10所述的车载充电机和车载DC/DC的集成电路，其特征在于，当所述控制器确定所述集成电路的工作模式为充电模式或者放电模式时：
所述模式切换模块将所述第一活动端与所述第一固定端电连接，所述第二活动端与所述第三固定端电连接；
当所述控制器确定所述集成电路的工作模式为DC/DC工作模式时，所述模式切换模块将所述第一活动端与所述第二固定端电连接，所述第二活动端与所述第四固定端电连接。
12.如权利要求10或11所述的车载充电机和车载DC/DC的集成电路，其特征在于，所述第一功率开关管单元至所述第十四功率开关管单元均包括一个功率开关管，或多个串联和/或并联的功率开关管。
13.如权利要求12所述的车载充电机和车载DC/DC的集成电路，其特征在于，所述功率开关管包括三极管、MOS管或IGBT晶体管。
14.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括权利要求1至13中任意一项所述的车载充电机和车载DC/DC的集成电路。
CN202010234422.0A 2020-03-30 2020-03-30 车载充电机和车载dc/dc的集成电路、电动汽车 Pending CN111404387A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010234422.0A CN111404387A (zh) 2020-03-30 2020-03-30 车载充电机和车载dc/dc的集成电路、电动汽车

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010234422.0A CN111404387A (zh) 2020-03-30 2020-03-30 车载充电机和车载dc/dc的集成电路、电动汽车

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111404387A true CN111404387A (zh) 2020-07-10

Family

ID=71431340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010234422.0A Pending CN111404387A (zh) 2020-03-30 2020-03-30 车载充电机和车载dc/dc的集成电路、电动汽车

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111404387A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112550025A (zh) * 2020-11-25 2021-03-26 上海电气集团股份有限公司 一种集成车载充电机***
WO2022133793A1 (zh) * 2020-12-23 2022-06-30 深圳欣锐科技股份有限公司 一种充电***和汽车

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150175021A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-25 Lsis Co., Ltd. Power conversion device
CN107623365A (zh) * 2017-09-30 2018-01-23 深圳威迈斯电源有限公司 一种带逆变功能的三端口充电机
CN108092517A (zh) * 2018-01-24 2018-05-29 合肥东胜汽车电子有限公司 一种车载充电和dcdc连接的电路
CN209283122U (zh) * 2018-12-25 2019-08-20 西安班特利奥能源科技有限公司 一种双向交直流变换电路
CN110370959A (zh) * 2019-07-02 2019-10-25 浙江吉利汽车研究院有限公司 一种车辆充电装置及车辆

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150175021A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-25 Lsis Co., Ltd. Power conversion device
CN107623365A (zh) * 2017-09-30 2018-01-23 深圳威迈斯电源有限公司 一种带逆变功能的三端口充电机
CN108092517A (zh) * 2018-01-24 2018-05-29 合肥东胜汽车电子有限公司 一种车载充电和dcdc连接的电路
CN209283122U (zh) * 2018-12-25 2019-08-20 西安班特利奥能源科技有限公司 一种双向交直流变换电路
CN110370959A (zh) * 2019-07-02 2019-10-25 浙江吉利汽车研究院有限公司 一种车辆充电装置及车辆

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112550025A (zh) * 2020-11-25 2021-03-26 上海电气集团股份有限公司 一种集成车载充电机***
WO2022133793A1 (zh) * 2020-12-23 2022-06-30 深圳欣锐科技股份有限公司 一种充电***和汽车

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111434513B (zh) 一种车辆及其能量转换装置与动力***
US20190023136A1 (en) Electric vehicle
CN110356269A (zh) 集成dc/dc的双向车载充电机和电动汽车
CN111645544B (zh) 一种具有有源滤波功能的插电式电动汽车集成充电***
CN110417268B (zh) 车载充电机和电动车辆
CN111404387A (zh) 车载充电机和车载dc/dc的集成电路、电动汽车
CN112224060B (zh) 一种车辆及其能量转换装置与动力***
CN212289535U (zh) 一种双向车载充电机及电动汽车
CN111452643B (zh) 车载充电机和车载dc/dc的集成电路、电动汽车
CN111409482B (zh) 车载充电机和电机控制器的集成电路、电动汽车
CN112224057B (zh) 一种车辆及其能量转换装置与动力***
KR20190029869A (ko) 차량용 전력 제어 장치
CN214929131U (zh) 电动车辆的充放电控制电路、电动车辆
CN112550025B (zh) 一种集成车载充电机***
CN112583061B (zh) 车载充电***及具有其的车辆
CN112224038B (zh) 一种能量转换装置、动力***及车辆
CN112572189B (zh) 车载充放电***及具有其的车辆
CN112224062B (zh) 能量转换装置、动力***以及车辆
CN217994349U (zh) 放电电路、充放电***和车辆
CN219659463U (zh) 大功率车载充电机输出整流电路及电动汽车
CN112583090B (zh) 车载充电***及具有其的车辆
CN221162245U (zh) 一种车载供电电路及车辆
CN220009477U (zh) 能量转换装置、动力***和车辆
CN214215490U (zh) 车辆控制器和车辆
CN113859004B (zh) 一种能量转换装置及其车辆

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination