CN112572190B - 车载充电***及具有其的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载充电***及具有其的车辆，该车载充电***包括第一谐振电路模块、第二谐振电路模块、选通电路模块和控制模块，第一谐振电路模块对供电第一半周期的电信号进行转换处理；第二谐振电路模块对供电第二半周期的电信号进行转换处理；选通电路模块选通第一谐振电路模块或第二谐振电路模块；第一谐振电路模块的第一变压器与第二谐振电路模块的第二变压器分别连接三桥臂电路转换单元，且第一变压器与第二变压器共用同一磁芯；控制模块在供电第一半周期时控制第一谐振电路模块，在供电第二半周期时控制第二谐振电路模块。该***和车辆，采用无电解电容设计，可以降低成本，提高稳定性，提高功率密度。

Description

车载充电***及具有其的车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种车载充电***，以及具有该车载充电***的车辆。

背景技术

图1是相关技术中的一种车载充电***的电路图，该***一端与电网相连，另一端与电池包相连，包括Part1’和Part2’两级电路。正向充电时，Part1’实现交流-直流转换和功率因素矫正，输出直流电压。Part2’是直流-直流转换器，输出适合的电压给电池包充电。对于该***，为了给后级part2’提供平稳的输入直流电压，Part1’和Part2’之间需要大容量的电解电容C1’，使***的体积和成本增加，且电解电容C1’存在寿命、抗震问题，对***的可靠性不利。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种车载充电***，该车载充电***，无需大容量的电解电容，减小***体积降低成本，提高***稳定性。

本发明还提出一种采用该车载充电***的车辆。

为了解决上述问题，本发明第一方面实施例的车载充电***，包括：选通电路模块，所述选通电路模块的第一端与所述电单元的第一端相连，所述选通电路模块的第二端与所述电单元的第二端相连；

第一谐振电路模块，用于对供电第一半周期的电信号进行转换处理，所述第一谐振电路模块包括第一转换单元、第一变压器和三桥臂电路转换单元，所述第一转换单元的第一端与所述电单元的第一端相连，所述第一转换单元的第二端与所述选通电路模块的第三端相连，所述第一变压器包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈与所述第一转换单元相连，所述第二线圈的第一端与所述三桥臂电路转换单元的第一桥臂相连，所述第二线圈的第二端与所述三桥臂电路转换单元的第二桥臂相连；

第二谐振电路模块，用于对供电第二半周期的电信号进行转换处理，所述第二谐振电路模块包括第二转换单元、第二变压器、所述三桥臂电路转换单元，所述第二转换单元的第一端与所述电单元的第二端相连，所述第二转换单元的第二端与所述选通电路模块的第四端相连，所述第二变压器包括第三线圈和第四线圈，所述第三线圈与所述第二转换单元相连，所述第四线圈的第一端分别与所述第二线圈的第二端、所述第二桥臂相连，所述第四线圈的第二端与所述三桥臂电路转换单元的第三桥臂相连；其中，所述第一变压器与所述第二变压器共用同一磁芯；

控制模块，用于在供电第一半周期时控制所述选通电路模块，以选通所述第一谐振电路模块，并根据供电第一半周期的时序信号控制所述第一谐振电路模块，或者，在供电第二半周期时控制所述选通电路模块，以选通所述第二谐振电路模块，并根据供电第二半周期的时序信号控制所述第二谐振电路模块。

根据本发明实施例的车载充电***，通过设置选通电路模块以及两路谐振电路模块，控制模块根据供电周期信号来控制选通电路模块，以选通第一谐振电路模块或者第二谐振电路模块，使得谐振电路模块输出至直流转换电路模块的信号为馒头波，因而，不需要大容量的电解电容进行滤波，故该***采用无电解电容设计,只需使用小容量的电容，降低了电解电容部分的成本和体积，提高了***的可靠性和寿命,以及，第一谐振电路模块和第二谐振电路模块复用三桥臂电路转换单元，减少了电路的电子器件需求量，从而降低了成本，并且，通过三桥臂电路转换单元，使得选通第一谐振电路模块时，第二变压器不通电流，选通第二谐振电路模块时，第一变压器不通电流，减小了变压器的损耗，提高***效率，以及，第一变压器与第二变压器共用同一磁芯，可以减少磁芯使用量，提高功率密度，降低成本。

为了解决上述问题，本发明第二方面实施例的车辆，包括电池包和所述的车载充电***。

根据本发明实施例的车辆，通过采用上面实施例的车载充电***，可以降低成本，提高可靠性，提高充电***效率。

本发明的附加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

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是相关技术中的一种双向车载充电机的电路图；

图2是根据本发明的一个实施例的车载充电***的功能框图；

图3是根据本发明的一个实施例的电信号波形的示意图；

图4是根据本发明的另一个实施例的车载充电***的功能框图；

图5是根据本发明的一个实施例的车载充电***的电路图；

图6是根据本发明的另一个实施例的车载充电***的电路图；

图7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，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图2-图6描述根据本发明实施例的车载充电***。

图2是根据本发明的一个实施例的车载充电***的框图，如图2所示，本发明实施例的车载充电***100包括第一谐振电路模块10、第二谐振电路模块20、选通电路模块30和控制模块50。

其中，选通电路模块30的第一端与电单元60的第一端相连，选通电路模块30的第二端与电单元60的第二端相连。在本发明实施例中，电单元可以为电网或用电负载，即当电单元为电网时，以实现充电操作，或当电单元为用电负载时，以实现动力电池放电操作。

第一谐振电路模块10用于对供电第一半周期的电信号进行转换处理，第一谐振电路模块10包括第一转换单元11、第一变压器T1和三桥臂电路转换单元12，其中，第一转换单元11可以用于进行交流第一半周期信号-交流之间的转换，三桥臂电路转换单元12可以实现交流-直流之间的转换，第一变压器T1起到信号隔离、传输以及变压的作用。第一转换单元11的第一端与电单元60的第一端相连，第一转换单元11的第二端与选通电路模块30的第三端相连，第一变压器T1包括第一线圈W1和第二线圈W2，第一线圈W1与第一转换单元11相连，第二线圈W2的第一端与三桥臂电路转换单元12的第一桥臂相连，第二线圈W2的第二端与三桥臂电路转换单元12的第二桥臂相连。

第二谐振电路模块20用于对供电第二半周期的电信号进行转换处理，第二谐振电路模块20包括三桥臂电路转换单元12、第二转换单元21、第二变压器T2，即第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20复用该三桥臂电路转换单元12,可以减少采用的电路器件，降低成本和***体积。在实施例中，第二转换单元21可以用于进行交流第二半周期信号-交流之间的转换，三桥臂电路转换单元12可以实现交流-直流之间的转换，第二变压器T2起到信号隔离、传输以及变压的作用。其中，第二转换单元21的第一端与电单元60的第二端相连，第二转换单元21的第二端与选通电路模块30的第四端相连，第二变压器T2包括第三线圈W3和第四线圈W4，第三线圈W3与第二转换单元21相连，第四线圈W4的第一端分别与第二线圈W2的第二端、三桥臂电路转换单元12的第二桥臂相连，第四线圈W4的第二端与三桥臂电路转换单元12的第三桥臂相连。

其中，第一变压器T1与第二变压器T2共用同一磁芯，即变压器磁耦合，减少了磁芯的使用量，提高功率密度，可以节省成本。

在本发明实施例中，采用三桥臂电路转换单元12，通过桥臂分别连接第一谐振电路模块10的第一变压器T1与和第二谐振电路模块20的第二变压器T2，在不同供电周期时，第一变压器T1和第二变压器T2可以分别通电流，相较于两路变压器线圈共用一端输出，减小了变压器的损耗，提高***效率。

控制模块50用于在供电第一半周期时控制选通电路模块30，使其对应的开关管导通，以选通第一谐振电路模块10，并根据供电第一半周期的时序信号控制第一谐振电路模块10，或者，在供电第二半周期时控制选通电路模块30，以选通第二谐振电路模块20，并根据供电第二半周期的时序信号控制第二谐振电路模块20。

具体地，在进行充电时，电单元60可以为电网，控制模块50检测电网输出交流电的周期信息，并在供电第一半周期例如正半周期时输出第一选通控制信号，选通电路模块30接收到第一选通控制信号，其相应的开关管导通，控制第一谐振电路模块10与电网接通，此时电网供电提供给第一谐振电路模块10，控制模块50根据供电第一半周期的时序信号控制第一谐振电路模块10，第一转换单元11将电网的正半周期的电信号传输至第一变压器T1，通过第一变压器T1隔离、传输和变压，并通过三桥臂电路转换单元12将交流电压转换为直流电压，输入给后级电路，以为电池包70充电，从而，实现电网正半周期电信号为电池包70充电。

同样地，控制模块50检测到供电第二半周期例如负半周期电信号时，输出第二选通控制信号，选通电路模块30接收到第二选通控制信号，其对应的开关管导通，控制第二谐振电路模块20与电网接通，此时电网供电提供给第二谐振电路模块20，控制模块50根据供电第二半周期的时序信号控制第二谐振电路模块20，第二谐振电路模块20的第二转换单元21将电网负半周期信号转换为交流电压，并通过第二变压器T2进行隔离、传输和变压后，提供至三桥臂电路转换单元12，三桥臂电路转换单元12将交流电压转换为直流电信号，输入给后级电路，以为电池包70充电，从而实现电网负半周期电信号为电池包70充电。

如图3所示，电网50提供的电信号如图3中(a)所示，在正半周期时，控制模块控制选通电路模块30在对应的开关管导通，选通第一谐振电路模块10，输入第一谐振电路模块10的电信号如图3中(b)所示，第一谐振电路模块10输出的电信号如图3中(d)所示。以及，在负半周期时，控制模块50控制选通电路模块30中的对应开关管导通，选通第二谐振电路模块20，第二谐振电路模块20的输入电信号如图3中的(c)所示，第二谐振电路模块20输出电信号如图3中(e)所示，第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20输出电信号合并的电信号即提供给直流转换电路模块40的电信号波形如图3中(f)所示，即提供给后级电路的电信号为馒头波，因此，无需采用大容量的电解电容进行滤波，采用小电容器件例如薄膜电容滤波即可，可以降低成本和***体积。

根据本发明实施例的车载充电***100，通过设置选通电路模块30和两路谐振电路模块，控制模块根据供电周期进行谐振电路模块的选通，并根据相应供电周期的时序来对第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20控制，使得谐振电路模块提供给转换电路模块40的直流信号为馒头波，从而无需采用大容量电解电容，既可以降低***体积和成本，也无需考虑大容量电解电容寿命、抗震问题，进而提升了充电***的稳定性。并且，第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20共用三桥臂电路转换单元12，减少了电路的电子器件需求量，从而降低了成本，进一步降低***体积，以及，通过三桥臂连接两个变压器，在不同供电周期时，第一变压器T1和第二变压器T2可以分别通电流，不会串流，减小了变压器的损耗，提高***效率，以及，第一变压器T1与第二变压器T2共用同一磁芯，减少磁芯的使用量，提高功率密度，可以节省成本。。

进一步地，如图4所示，为根据本发明的另一个实施例的车载充电***的框图，如图4所示，车载充电***100还包括直流转换电路模块40，直流转换电路模块40用于对输入电信号进行直流转换，例如，降低直流电压或者提升直流电压，以及实现功率因数矫正。在一些实施例中，直流转换电路模块40可以采用BOOST电路。直流转换电路模块40的第一端与三桥臂电路转换单元12相连，直流转换电路模块40的第二端与电池包70电池包70相连。

具体地，在供电第一半周期时，第一谐振电路模块10输出直流电信号给直流转换电路模块40，或者，在供电第二半周期时，第二谐振电路模块20输出直流电信号给直流转换电路模块40，直流转换电路模块40对输入的直流电信号进行转换，以转换为电池包70所需的电信号，并传输给电池包70，从而实现对电池包70充电。

本发明实施例的车载充电***100，将直流转换电路模块40后置，因此，可以通过控制直流转换电路模块40的占空比，调整输出至电池包70的充电电压或充电功率，既可以拓宽适配电池包70的电压范围，也可以缩短电池包70的充电时长以及电池包70的充电效率。

下面结合附图，对本发明实施例的每个模块的电路结构进一步说明。

在一些实施例中，图5为根据本发明的一个实施例的车载充电***的电路图，其中，电单元为电网。如图5所示，选通电路模块30包括第一开关管Q1、第二开关管Q2。第一开关管Q1的第一端与电单元60的第二端相连，第一开关管Q1的第二端与第一转换单元11的第二端相连，第一开关管Q1的控制端与控制模块50相连；第二开关管Q2的第一端与电单元60的第一端相连，第二开关管Q2的第二端与第二转换单元21的第二端相连，第二开关管Q2的控制端与控制模块50相连。

具体地，控制模块50对于选通电路模块30的开关时序为，在供电电压的正半周期时，第一开关管Q1导通，第二开关管Q2关断，第一谐振电路模块10的第一端与电单元60的第一端接通，第一开关管Q1的第一端与电单元60的第二端接通，即选通第一谐振电路模块10；在供电电压的负半周期时，第一开关管Q1关断，第二开关管Q2导通，选通第二谐振电路模块20。从而实现根据供电周期信号来选通不同的谐振电路模块，使得谐振电路模块输出馒头波的电信号至直流转换电路模块40，从而直流转换电路模块40无需采用大容量的电容器件进行滤波，降低成本。

在实施例中，第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20可以采用对称半桥LLC谐振电路,实现隔离和调压，对输入电信号进行交流-直流转换。

如图5所示，第一转换单元11包括第一电容C1、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第二电容C2、第三电容C3。

其中，第一电容C1的第一端与电单元60的第一端相连，第一电容C1的第二端与第一开关管Q1的第二端相连。第一电容C1可以对输入的电信号进行滤波，减小电信号干扰。

第三开关管Q3的第一端与第一电容C1的第一端相连，第三开关管Q3的控制端与控制模块50相连，第三开关管Q3的第二端与第四开关管Q4的第一端相连，第四开关管Q4的第二端与第一电容C1的第二端相连，第四开关管Q4的控制端与控制模块50相连，第三开关管Q3的第二端与第四开关管Q4的第一端之间具有第一节点O1。

第二电容C2的第一端与第三开关管Q3的第一端相连，第二电容C2的第二端与第三电容C3的第一端相连，第三电容C3的第二端与第四开关管Q4的第二端相连，第二电容C2的第二端与第三电容C3的第一端之间具有第二节点O2。

第一变压器T1的第一线圈W1的第一端通过第一电感L1与第一节点O1相连，第一线圈W1的第二端与第二节点O2相连。

第二转换单元21包括第四电容C4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第五电容C5和第六电容C6，第四电容C4的第一端与电单元60的第二端相连，第四电容C4的第二端与第二开关管Q2的第二端相连，第五开关管Q5的第一端与第四电容C4的第一端相连，第五开关管Q5的第二端与第六开关管Q6的第一端相连，第五开关管Q5的控制端与控制模块50相连，第六开关管Q6的第二端与第四电容C4的第二端相连，第五电容C5的第一端与第五开关管Q5的第一端相连，第五电容C5的第二端与第六电容C6的第一端相连，第六电容C6的第二端与第六开关管Q6的第二端相连，第五开关管Q5的第二端与第六开关管Q6的第一端之间具有第三节点O3，第五电容C5的第二端与第六电容C6的第一端之间具有第四节点O4。

第二变压器T2的第三线圈W3的第一端通过第二电感L2与第三节点O3相连，第三线圈W3的第二端与第四节点O4相连，第二变压器T2与第一变压器T1共用同一磁芯。

如图5所示，三桥臂电路转换单元12包括第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10、第十一开关管Q11和第十二开关管Q12。

第七开关管Q7的第一端与直流转换电路模块40的第一端相连，第七开关管Q7的控制端与控制模块50相连，第七开关管Q7的第二端与第八开关管Q8的第一端相连，第八开关管Q8的第二端与直流转换电路模块40的第二端相连，第八开关管Q8的控制端与控制模块50相连，第七开关管Q7的第二端与第八开关管Q8的第一端之间具有第五节点O5，第五节点O5通过与第二线圈W2的第一端相连。

第九开关管Q9的第一端分别与第七开关管Q7的第一端、直流转换电路模块40的第一端相连，第九开关管Q9的第二端与第十开关管Q10的第一端相连，第九开关管Q9的控制端与控制模块50相连，第十开关管Q10的第二端分别与第八开关管Q8的第二端、直流转换电路模块40的第二端相连，第十开关管Q10的控制端与控制模块50相连，第九开关管Q9的第二端与第十开关管Q10的第一端之间具有第六节点O6，第六节点O6分别与第二线圈W2的第二端、第四线圈W4的第一端相连。

第十一开关管Q11的第一端分别与第九开关管Q9的第一端、直流转换电路模块40的第一端相连，第十一开关管Q11的第二端与第十二开关管Q12的第一端相连，第十一开关管Q11的控制端与控制模块50相连，第十二开关管Q12的第二端分别与第十开关管Q10的第二端、直流转换电路模块40的第二端相连，第十一开关管Q12的控制端与控制模块50相连，第十一开关管Q11的第二端与第十二开关管Q12的第一端之间具有第七节点O7，第七节点O7与第四线圈W4的第二端相连。

在充电模式时，第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10、第十一开关管Q11和第十二开关管Q12可以构成整流电路结构，在放电模式时，第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10、第十一开关管Q11和第十二开关管Q12可以构成逆变电路结构。

在实施例中，通过三桥臂电路转换12来进行交流-直流的转换，相较于两组整流桥臂来说，在不同供电周期时，两个变压器分别接通电流，未选通谐振电路的变压器中将不会流通电流，从而，可以降低变压器损耗。

如图5所示，直流转换电路模块40包括第七电容C7、第十三开关管Q13、第十四开关管Q14、第八电容C8。

其中，第七电容C7可以实现谐振电路与直流转换电路之间的滤波，在本发明实施例中，由于控制模块50根据供电周期信号，选通谐振电路，从而使得输入直流转换电路模块40的电信号为馒头波，因而，无需大容量的电解电容进行滤波，第七电容C7可以采用小容量电容器件，例如薄膜电容。第七电容C7的第一端与第十一开关管Q11的第一端相连，第七电容C7的第二端与第十二开关管Q12的第二端相连。

第十三开关管Q13的第一端与电池包70的第一端相连，第十三开关管Q13的控制端与控制模块50相连，第十三开关管Q13的第二端与第十四开关管Q14的第一端相连，第十四开关管Q14的第二端分别与第七电容C7的第二端、电池包70的第二端相连，第十四开关管Q14的控制端与控制模块50相连，第十三开关管Q13的第二端与第十四开关管Q14的第一端之间具有第八节点O8，第八节点O8通过第三电感L3与第七电容C7的第一端相连；第八电容C8的第一端分别与第十三开关管Q13的第一端、电池包70的第一端相连，第八电容C8的第二端分别与第十四开关管Q14的第二端、电池包70的第二端相连，第八电容C8起到滤波作用。

在本发明实施例中，直流转换电路模块40可以实现功率因数矫正，进一步地，将直流转换电路模块40后置，因此，可以通过控制直流转换电路模块40的占空比，以调整输出至电池包70的充电电压或充电功率，从而既拓宽了适配电池包的电压范围，也缩短了电池的充电时长以及电池包70的充电效率。

具体地，在对电池包70充电时，当电网电压为正半周期时，第一开关管Q1导通，第二开关管Q2关断，第一谐振电路模块10被选通；电网电压施加在第一电容C1上，控制模块50控制第三开关管Q3和第四开关管Q4以固定频率、固定占空比开通或关断，以及第二电容C2、第三电容C3的充电、放电，在第三开关管Q3、第四开关管Q4的中点即第一节点O1和第二电容C2、第三电容C3中点即第二节点O2之间形成交流电压。交流电压经过第一变压器T1隔离后，传输至由第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10、第十一开关管Q11和第十二开关管Q12(其中，第九开关管Q9和第十开关管Q10构成的桥臂与第十一开关管Q11和第十二开关管Q12构成的桥臂同步导通与关闭)组成的整流电路，将第七开关管Q7、第八开关管Q8的中点即第五节点O5和第九开关管Q9和第十开关管Q10的中点即第六节点O6之间的交流电压转换为直流电压输出，即提供给直流转换电路模块40的电压，从而实现电网正半周期信号的交流-直流转换，从而实现电网正半周期电信号的交流-直流转换。

同理地，在对电池包70充电时，当电网电压为负半周期时，第一开关管Q1关断，第二开关管Q2导通，第二谐振电路模块20被选通；电网电压施加在第四电容C4上，而控制模块50对第五开关管Q5和第六开关管Q6以固定频率、固定占空比进行导通或关断控制，以及第五电容C5、第六电容C6的充电放电，在第五开关管Q5、第六开关管Q6的中点即第三节点O3和第五电容C5、第六电容C6的中点即第四节点O4之间形成交流电压。经过第二变压器T2隔离后，传输至由第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10、第十一开关管Q11和第十二开关管Q12(其中，第七开关管Q7和第八开关管Q8构成的桥臂与第九开关管Q9和第十开关管Q10构成的桥臂同步导通或关闭)组成的整流电路，将第九开关管Q9和第十开关管Q10的中点即第六节点O6以及第十一开关管Q11和第十二开关管Q12的中点即第七节点O7之间的交流电压转换为直流电压输出，从而实现电网负半周期电信号的交流-直流转换。

进一步地，直流转换电路模块40将输入的直流电压进行调节，以提供给电池包70。具体地，第十四开关管Q14导通且第十三开关管Q13关断时，第三电感L3的电流上升，如图5所示，电流流向为A→L3→Q14→B；第十四开关管Q14关断且第十三开关管Q13导通时，第三电感L3的电流下降，如图5所示，电流流向为A→L3→Q13→电池包→B。通过控制模块50对第十四开关管Q14进行高频开、关控制，使得第三电感L3的电流波形跟踪第七电容C7的电压，可以实现功率因数矫正，第三电感L3的电流幅值取决于充电功率。以及，控制模块50控制第十四开关管Q14、第十三开关管Q13的占空比，可以调整输出至电池包70的充电电压或充电功率，既可以拓宽适配电池包70的电压范围，也可以缩短电池的充电时长以及电池包70的充电效率。

基于如图5所示的车载充电***10的电路结构，也可以工作在放电模式，即实现电池包70放电，为用电设备供电，具体过程如下。

当车载充电***10工作在放电模式时，电池包70放电，输出直流电，直流转换电路模块40进行直流-直流转换，实现调节电压功能，控制模块50根据供电周期信号控制选通电路模块30中的两个开关管实现选通，以选通第一谐振电路模块10或者第二谐振电路模块20，输出工频交流电，以为用电设备供电或者反馈给电网。

参照图5所示，具体地，直流转换电路模块40的开关时序为：第十三开关管Q13导通且第十四开关管Q14关断时，第三电感L3电流上升，电池包70向后级电路传递能量；第十三开关管Q13关断时，第三电感L3电流下降，通过第十四开关管Q14续流，并向后级传递能量。控制模块50通过对第十三开关管Q13的开通和关断控制，调节输出电压，即第七电容C7两端电压，电压幅值取决于第十三开关管Q13的开关占空比与电池包70电压。

对于第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20，在输出交流电的正半周期时，选通第一谐振电路模块10。具体地，控制第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10、第十一开关管Q11和第十二开关管Q12以固定频率、固定占空比开通或关断，其中，第九开关管Q9和第十开关管Q10构成的桥臂与第十一开关管Q11和第十二开关管Q12构成的桥臂同步导通与关闭；在第七开关管Q7和第八开关管Q8的中点即第五节点O5以及第九开关管Q9和第十开关管Q10的中点即第六节点O6之间形成交流电压。经过第一变压器T1的隔离后，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第二电容C2和第三电容C3实现整流功能，通过第一开关管Q1、第二开关管Q2的开通或关断，以及第二电容C2、第三电容C3的充电或放电，将第一开关管Q1、第二开关管Q2的中点即第一节点O1和第二电容C2、第三电容C3的中点即第二节点O2之间的交流电压转换为工频交流电的正半周期部分，即第一电容C1两端电压，从而实现工频交流电的正半周期部分输出。

同样地，在***输出交流电的负半周期时，选通第二谐振电路模块20，控制第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10、第十一开关管Q11和第十二开关管Q12以固定频率、固定占空比开通或关断，其中，其中，第七开关管Q7和第八开关管Q8构成的桥臂与第九开关管Q9和第十开关管Q10构成的桥臂同步导通或关闭，在第九开关管Q9、第十开关管Q10的中点即第六节点O6以及第十一开关管Q11和第十二开关管Q12的中点即第七节点O7之间形成交流电压。经过第二变压器T2的变压和隔离后，交流电信号传输至由第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五电容C5和第六电容C6组成的整流电路，通过第三开关管Q3、第四开关管Q4的导通、关断，以及第五电容C5和第六电容C6的充电、放电，将第三开关管Q3、第四开关管Q4的中点即第三节点O3和第五电容C5和第六电容C6的中点即第四节点O4之间的交流电压转换为工频交流电的负半周期，即第四电容C4两端电压，实现工频交流电的负半周期信号输出。

以上描述了本发明实施例的车载充电***100的双向充电电路结构，在一些实施例中，本发明实施例的车载充电***100还包括单向充电电路结构。

图6为根据本发明的一个实施例的车载充电***的电路图，下面参照附图6对本发明实施例的车载充电***100进行说明。

如图6所示，其中，第一谐振电路模块10的第一转换单元11以及第二谐振电路模块20的第二转换单元21，与图5中的电路结构相同，参照上面实施例的描述，其中，第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20复用三桥臂电路转换单元12，并且两个变压器连接三桥臂电路转换单元12的不同桥臂，分别实现电信号输出。

如图6所示，三桥臂电路转换单元12采用三路二极管电路结构。三桥臂电路转换单元12包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6。

其中，第一二极管D1的第一端与直流转换电路模块40的第一端相连，第一二极管D1的第二端与第二二极管D2的第一端相连，第二二极管D2的第二端与直流转换电路模块20的第二端相连，第一二极管D1的第二端与第二二极管D2的第一端之间具有第九节点O9，第九节点O9与第二线圈W2的第一端相连。

第三二极管D3的第一端分别与第一二极管D1的第一端、直流转换电路模块40的第一端相连，第三二极管D3的第二端与第四二极管D4的第一端相连，第四二极管D4的第二端分别与第二二极管D2的第二端、直流转换电路模块40的第二端相连，第三二极管D3的第二端与第四二极管D4的第一端之间具有第十节点O10，第十节点O10分别与第二线圈W2的第二端、第四线圈W4的第一端相连。

第五二极管D5的第一端分别与第三二极管D3的第一端、直流转换电路模块40的第一端相连，第五二极管D5的第二端与第六二极管D6的第一端相连，第六二极管D6的第二端分别与第四二极管D4的第二端、直流转换电路模块40的第二端相连，第五二极管D5的第二端与第六二极管D6的第一端之间具有第十一节点O11，第十一节点O11与第四线圈W4的第二端相连。

具体地，如图6所示，在对电池包70充电时，在供电第一半周期时，例如当电网电压为正半周期时，控制模块50控制第一开关管Q1导通、控制第二开关管Q2关断，选通第一谐振电路模块10，第二谐振电路模块20不工作。电网电压施加在第四电容C4上，通过控制模块50对第一开关管Q1和第二开关管Q2以固定频率、固定占空比开通或关断的控制，以及第二电容C2、第三电容C3充电或放电，在第一开关管Q1、第二开关管Q2的中点即第一节点O1和第二电容C2、第三电容C3的中点即第二节点O2之间形成交流电压。经过第一变压器T1隔离后，交流电信号提供至第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4组成的整流电路，对交流电压进行整流形成直流电压，即提供给直流转换电路模块40，从而实现交流-直流转换。

同理地，如图6所示，在对电池包70充电时，在供电第二半周期时，例如当电网电压为负半周期时，控制模块50控制第一开关管Q1关断、控制第二开关管Q2导通，第二谐振电路模块20被选通，第一谐振电路模块10不工作。具体地，电网电压施加在第四电容C4上，而控制模块50对第三开关管Q3和第四开关管Q4以固定频率、固定占空比进行开通、关断控制，以及第五电容C5、第六电容C6的充电、放电，在第三开关管Q3、第四开关管Q4的中点即第三节点O3和第五电容C5、第六电容C6的中点即第四节点O4之间形成交流电压。经过第二变压器T2隔离后，交流电信号提供给后级的由第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6组成的整流电路，整流电路将输入的交流电压整流为直流电压，实现交流-直流转换。

如图6所示，直流转换电路模块40包括第九电容C9、第七二极管D7、第十五开关管Q15和第十电容C10。

其中，第九电容C9的第一端与第五二极管D5的第一端相连，第九电容C9的第二端与第六二极管D6的第二端相连。第九电容C9用于对输入电信号进行滤波。

第七二极管D7的第一端与电池包70的第一端相连，第七二极管D7的第二端与第十五开关管Q15的第一端相连，第十五开关管Q15的第二端分别与第九电容C9的第二端、电池包70的第二端相连，第十五开关管Q15的控制端与控制模块50相连，第七二极管D7的第二端与第十五开关管Q15的第一端之间具有第十二节点O12，第十二节点Q12通过第四电感L4与第九电容C9的第一端相连。

第十电容C10用于对传输至电池包70的电信号进行滤波，第十电容C10的第一端分别与第七二极管D7的第一端、电池包70的第一端相连，第十电容C10的第二端分别与第十五开关管Q15的第二端、电池包70的第二端相连。

第九电容C9上的电压和电网电压的绝对值成正比，由于第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20输出电压波形为馒头波，因而无需大容量的电解电容进行滤波，故第九电容C9可选小容量的电容，例如薄膜电容。

本实施例通过将直流转换电路模块40后置，因此，可以通过控制直流转换电路模块40的占空比，以调整输出至电池包70的充电电压或充电功率，从而既拓宽了适配电池包的电压范围，也缩短了电池的充电时长以及电池包70的充电效率，并实现功率因数矫正。

进一步地，直流转换电路模块40将输入的直流电压进行调节，以提供给电池包70。具体地，第十五开关管Q15导通时，第四电感L4的电流上升，如图6所示，电流流向为A→L4→Q15→B；第十五开关管Q15关断，第四电感L4的电流下降，如6所示，电流流向为A→L4→D7→电池包→B。通过控制模块50对第十五开关管Q15进行高频开、关控制，使得第四电感L4的电流波形跟踪第九电容C9的电压，可以实现功率因数矫正，第四电感L4的电流幅值取决于充电功率。

在本发明的实施例中，开关管可以选择MOS管或者三极管或者其它适用的开关器件。

另外，对于图1中的Part2’部分为LLC拓扑，当输出电压范围较宽时，开关频率偏离谐振频率较大，导致充电效率低。本发明实施例的车载充电***100，将直流转换电路模块40后置，可以通过控制模块50对直流转换电路模块40工作的占空比进行调节，以控制充电功率，可适配的电池电压范围更宽。

概括来说，本发明实施例的车载充电***100，通过设置选通电路模块30以及两路谐振电路模块，控制模块50根据供电周期信号来控制选通电路模块30，以选通第一谐振电路模块10或者第二谐振电路模块20，使得谐振电路模块输出至转换线路模块的信号为馒头波，因而不需要大容量的电解电容进行滤波,只需使用小容量的电容，如薄膜电容，降低了电解电容部分的成本和体积，提高了产品可靠性和寿命。并且，第一谐振电路模块10和第二谐振电路模块20复用三桥臂电路转换单元12，可以采用更少的电路器件，降低成本和***体积，以及，采用三桥臂电路结构与第一变压器T1和第二变压器T2分别连接，在不同的供电周期，变压器分别接通电流，可以降低变压器损耗，提高***功率。以及，将直流转换电路模块40后置，通过对转换电路模块40的工作占空比调节，可以适配更大的电池电压范围，提高充电效率。

基于上面实施例的车载充电***，下面参照附图描述根据本发明第二方面实施例的车辆。

图7是根据本发明的一个实施例的车辆的框图。如图7所示，本发明实施例的车辆1000包括电池包70和上面实施例的车载充电***100，其中，车载充电***100的组成可以参照上面实施例的说明，当然该车辆1000还包括其它***例如传动***、动力***、转向***等等，在此不一一列举。

根据本发明实施例的车辆1000，通过采用上面实施例的车载充电***100，可以降低成本和充电***体积，提高可靠性，提升抗震等级，提高充电***功率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种车载充电***，其特征在于，包括：

选通电路模块，所述选通电路模块的第一端与电单元的第一端相连，所述选通电路模块的第二端与所述电单元的第二端相连；

第一谐振电路模块，用于对供电第一半周期的电信号进行转换处理，所述第一谐振电路模块包括第一转换单元、第一变压器和三桥臂电路转换单元，所述第一转换单元的第一端与所述电单元的第一端相连，所述第一转换单元的第二端与所述选通电路模块的第三端相连，所述第一变压器包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈与所述第一转换单元相连，所述第二线圈的第一端与所述三桥臂电路转换单元的第一桥臂相连，所述第二线圈的第二端与所述三桥臂电路转换单元的第二桥臂相连；

第二谐振电路模块，用于对供电第二半周期的电信号进行转换处理，所述第二谐振电路模块包括第二转换单元、第二变压器、所述三桥臂电路转换单元，所述第二转换单元的第一端与所述电单元的第二端相连，所述第二转换单元的第二端与所述选通电路模块的第四端相连，所述第二变压器包括第三线圈和第四线圈，所述第三线圈与所述第二转换单元相连，所述第四线圈的第一端分别与所述第二线圈的第二端、所述第二桥臂相连，所述第四线圈的第二端与所述三桥臂电路转换单元的第三桥臂相连；

其中，所述第一变压器与所述第二变压器共用同一磁芯；

控制模块，用于在供电第一半周期时控制所述选通电路模块，以选通所述第一谐振电路模块，并根据供电第一半周期的时序信号控制所述第一谐振电路模块，或者，在供电第二半周期时控制所述选通电路模块，以选通所述第二谐振电路模块，并根据供电第二半周期的时序信号控制所述第二谐振电路模块。

2.根据权利要求1所述的车载充电***，其特征在于，所述车载充电***还包括：

直流转换电路模块，用于对输入电信号进行直流-直流转换，所述直流转换电路模块的一端与所述三桥臂电路转换单元相连，所述直流转换电路模块的另一端与电池包相连。

3.根据权利要求1或2所述的车载充电***，其特征在于，所述选通电路模块包括：

第一开关管，所述第一开关管的第一端与所述电单元的第二端相连，所述第一开关管的第二端与所述第一转换单元的第二端相连，所述第一开关管的控制端与所述控制模块相连；

第二开关管，所述第二开关管的第一端与所述电单元的第一端相连，所述第二开关管的第二端与所述第二转换单元的第二端相连，所述第二开关管的控制端与所述控制模块相连；

其中，在所述供电第一半周期时控制所述第一开关管导通、所述第二开关管关断，在所述供电第二半周期时控制所述第一开关管关断、所述第二开关管导通。

4.根据权利要求3所述的车载充电***，其特征在于，

所述第一转换单元包括第一电容、第三开关管、第四开关管，第二电容、第三电容，其中，所述第一电容的第一端与所述电单元的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述第一开关管的第二端相连，所述第三开关管的第一端与所述第一电容的第一端相连，所述第三开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端相连，所述第四开关管的第二端与所述第一电容的第二端相连，所述第四开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端之间具有第一节点，所述第二电容的第一端与所述第三开关管的第一端相连，所述第二电容的第二端与所述第三电容的第一端相连，所述第三电容的第二端与所述第四开关管的第二端相连，所述第二电容的第二端与所述第三电容的第一端之间具有第二节点；

所述第一线圈的第一端通过第一电感与所述第一节点相连，所述第一线圈的第二端与所述第二节点相连。

5.根据权利要求4所述的车载充电***，其特征在于，

所述第二转换单元包括第四电容、第五开关管、第六开关管、第五电容和第六电容，所述第四电容的第一端与所述电单元的第二端相连，所述第四电容的第二端与所述第二开关管的第二端相连，所述第五开关管的第一端与所述第四电容的第一端相连，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端相连，所述第五开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第六开关管的第二端与所述第四电容的第二端相连，所述第六开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第五电容的第一端与所述第五开关管的第一端相连，所述第五电容的第二端与所述第六电容的第一端相连，所述第六电容的第二端与所述第六开关管的第二端相连，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端之间具有第三节点，所述第五电容的第二端与所述第六电容的第一端之间具有第四节点；

所述第三线圈的第一端通过第二电感与所述第三节点相连，所述第三线圈的第二端与所述第四节点相连。

6.根据权利要求2所述的车载充电***，其特征在于，所述三桥臂电路转换单元包括：

第七开关管和第八开关管，所述第七开关管的第一端与所述直流转换电路模块的第一端相连，所述第七开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第一端相连，所述第八开关管的第二端与所述直流转换电路模块的第二端相连，所述第八开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第一端之间具有第五节点，所述第五节点与所述第二线圈的第一端相连；

第九开关管和第十开关管，所述第九开关管的第一端分别与所述第七开关管的第一端、所述直流转换电路模块的第一端相连，所述第九开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第九开关管的第二端与所述第十开关管的第一端相连，所述第十开关管的第二端分别与所述第八开关管的第二端、所述直流转换电路模块的第二端相连，所述第十开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第九开关管的第二端与所述第十开关管的第一端之间具有第六节点，所述第六节点分别与所述第二线圈的第二端、所述第四线圈的第一端相连；

第十一开关管和第十二开关管，所述第十一开关管的第一端分别与所述第九开关管的第一端、所述直流转换电路模块的第一端相连，所述第十一开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第十一开关管的第二端与所述第十二开关管的第一端相连，所述第十二开关管的第二端分别与所述第十开关管的第二端、所述直流转换电路模块的第二端相连，所述第十二开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第十一开关管的第二端与所述第十二开关管的第一端之间具有第七节点，所述第七节点与所述第四线圈的第二端相连。

7.根据权利要求6所述的车载充电***，其特征在于，所述直流转换电路模块包括：

第七电容，所述第七电容的第一端与所述第十一开关管的第一端相连，所述第七电容的第二端与所述第十二开关管的第二端相连；

第十三开关管和第十四开关管，所述第十三开关管的第一端与电池包的第一端相连，所述第十三开关管的第二端与所述第十四开关管的第一端相连，所述第十三开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第十四开关管的第二端分别与所述第七电容的第二端、所述电池包的第二端相连，所述第十四开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第十三开关管的第二端与所述第十四开关管的第一端之间具有第八节点，所述第八节点通过第三电感与所述第七电容的第一端相连；

第八电容，所述第八电容的第一端分别与所述第十三开关管的第一端、所述电池包的第一端相连，所述第八电容的第二端分别与所述第十四开关管的第二端、所述电池包的第二端相连。

8.根据权利要求2所述的车载充电***，其特征在于，所述三桥臂电路转换单元包括：

第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的第一端与所述直流转换电路模块的第一端相连，所述第一二极管的第二端与所述第二二极管的第一端相连，所述第二二极管的第二端与所述直流转换电路模块的第二端相连，所述第一二极管的第二端与所述第二二极管的第一端之间具有第九节点，所述第九节点与所述第二线圈的第一端相连；

第三二极管和第四二极管，所述第三二极管的第一端分别与所述第一二极管的第一端、所述直流转换电路模块的第一端相连，所述第三二极管的第二端与所述第四二极管的第一端相连，所述第四二极管的第二端分别与所述第二二极管的第二端、所述直流转换电路模块的第二端相连，所述第三二极管的第二端与所述第四二极管的第一端之间具有第十节点，所述第十节点分别与所述第二线圈的第二端、所述第四线圈的第一端相连；

第五二极管和第六二极管，所述第五二极管的第一端分别与所述第三二极管的第一端、所述直流转换电路模块的第一端相连，所述第五二极管的第二端与所述第六二极管的第一端相连，所述第六二极管的第二端分别与所述第四二极管的第二端、所述直流转换电路模块的第二端相连，所述第五二极管的第二端与所述第六二极管的第一端之间具有第十一节点，所述第十一节点与所述第四线圈的第二端相连。

9.根据权利要求8所述的车载充电***，其特征在于，所述直流转换电路模块包括：

第九电容，所述第九电容的第一端与所述第五二极管的第一端相连，所述第九电容的第二端与所述第六二极管的第二端相连；

第七二极管和第十五开关管，所述第七二极管的第一端与所述电池包的第一端相连，所述第七二极管的第二端与所述第十五开关管的第一端相连，所述第十五开关管的第二端分别与所述第九电容的第二端、所述电池包的第二端相连，所述第十五开关管的控制端与所述控制模块相连，所述第七二极管的第二端与所述第十五开关管的第一端之间具有第十二节点，所述第十二节点通过第四电感与所述第九电容的第一端相连；

第十电容，所述第十电容的第一端分别与所述第七二极管的第一端、所述电池包的第一端相连，所述第十电容的第二端分别与所述第十五开关管的第二端、所述电池包的第二端相连。

10.一种车辆，其特征在于，包括电池包和如权利要求1-9任一项所述的车载充电***。

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