CN113442747B - 用于新能源车辆的充电电路、充电装置及新能源车辆 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于新能源车辆的充电电路、充电装置及新能源车辆。包括：感应线圈、整流桥、滤波电路及储能元件；感应线圈的第一端与整流桥连接，第二端与储能元件连接，它与高压母线邻近设置，用于产生交流电；整流桥，用于对交流电整流，输出直流电；滤波电路，一端与整流桥连接，另一端与储能元件连接，用于对直流电进行滤波后，输出至储能元件，以为其充电。由此，避免了多频段、跨***的耦合串扰。并且，储能元件可用于为车辆负载供电，以提升整车电能的利用率。另外，当车辆低压供电***瘫痪时，储能元件还可作为应急电源，为其正常运作提供保障。此外，充电电路中采用的元器件简单，成本低廉，易实现。

Description

用于新能源车辆的充电电路、充电装置及新能源车辆
技术领域
本公开涉及新能源车辆技术领域，具体地，涉及一种用于新能源车辆的充电电路、充电装置及新能源车辆。
背景技术
随着新能源车辆(例如，纯电动车辆、混合动力车辆)的市场占比越来越大，节能也成为了新能源车辆必要的发展趋势。当整车工作时，电路中传输的电压、电流不是恒定不变的，由于整流、逆变电路工作不完全，滤波不彻底，以及分布电容和寄生效应的存在，会存在一定的电压、电流交流分量。电压、电流交流分量会降低车辆的电能质量，带来多频段、跨***的耦合串扰现象，同时带来能量的严重耗损。
发明内容
为了克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种用于新能源车辆的充电电路、充电装置及新能源车辆。
为了实现上述目的，根据本公开实施例的第一方面，提供一种用于新能源车辆的充电电路，包括：
感应线圈、整流桥、滤波电路以及储能元件；
其中，所述感应线圈的第一端与所述整流桥连接，所述感应线圈的第二端与所述储能元件的第一端连接，并且，所述感应线圈与所述新能源车辆的高压母线邻近设置，用于与所述高压母线发生电磁感应，产生交流电；
所述整流桥，用于对所述感应线圈产生的所述交流电进行整流，输出直流电；
所述滤波电路，一端与所述整流桥连接，另一端与所述储能元件的第二端连接，用于对所述整流桥输出的所述直流电进行滤波后，输出至所述储能元件，以为该储能元件充电。
可选地，所述充电电路还包括：
交流熔断器，一端与所述感应线圈的第一端连接，另一端与所述整流桥连接，用于检测所述充电电路的电流，并在所述电流大于预设电流阈值时断开；和/或
瞬态抑制二极管，与所述感应线圈并联，用于检测所述充电电路的电压，在所述电压大于所述预设电压阈值时，处于闭合状态，以进行电压泄放，在所述电压小于或等于预设电压阈值时，处于断开状态。
可选地，所述充电电路还包括：二极管；
所述储能元件，用于通过所述二极管与至少一个负载连接，以为所述至少一个负载供电，其中，所述二极管的正极与所述储能元件的第二端连接。
可选地，所述储能元件为电容、电感或电池中的任一者。
可选地，所述充电电路还包括：
纹波检测模块，与所述感应线圈并联，用于检测所述交流电的纹波电流和纹波电压。
可选地，所述纹波检测模块包括：依次连接的滤波器、信号放大电路、信号采集存储电路、A/D转换器、单片机处理单元以及显示模块；
其中，所述滤波器，与所述感应线圈连接，用于接收所述交流电，并滤除所述交流电中的直流分量，得到滤波后的交流信号；
所述信号放大电路，用于对所述滤波后的交流信号进行放大，得到放大信号；
所述信号采样存储电路，用于存储所述放大信号；
所述A/D转换器，用于将所述放大信号进行模数转化，以得到所述放大信号的数字信号，其中，所述数字信号包括纹波电流和纹波电压；
单片机处理单元，用于将所述纹波电流和所述纹波电压传输至所述显示模块；
所述显示模块，用于显示所述纹波电流和所述纹波电压。
可选地，所述整流桥包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管；
其中，所述第一开关，一端与所述感应线圈的第一端连接，另一端与所述滤波电路连接；
所述第二开关，一端与所述感应线圈的第二端连接，另一端与所述滤波电路连接；
所述第三开关，一端与所述储能元件的第一端连接，另一端与所述感应线圈的第二端连接；
所述第四开关，一端与所述储能元件的第一端连接，另一端与所述感应线圈的第一端连接。
可选地，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管均为二极管、绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管中的任一者。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种用于新能源车辆的充电装置，包括本公开第一方面提供的所述用于新能源车辆的充电电路。
根据本公开实施例的第三方面，提供一种新能源车辆，包括本公开第二方面提供的所述用于新能源车辆的充电装置。
在上述技术方案中，将新能源车辆的高压母线作为初级线圈，通过充电电路中的感应线圈(即次级线圈)，对新能源车辆上的高压线束上产生的交流分量进行电磁感应，产生交流电；之后，通过整流桥将交流电转化为直流电，并利用滤波电路对其进行滤波后，存储至储能元件中。可见，交流分量被转化为电能存储至储能元件中，使得交流分量得到了充分利用，从而避免了多频段、跨***的耦合串扰问题。并且，储能元件可以用于为车辆负载供电，从而提升整车电能的利用率，达到节能的效果。另外，当车辆低压供电***瘫痪时，储能元件还可以作为低压供电***的应急电源，为低压供电***的正常运作提供保障。此外，上述充电电路中采用的元器件简单，成本低廉，容易实现。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据一示例性实施例示出的一种用于新能源车辆的充电电路的结构示意图。
图2A是根据另一示例性实施例示出的一种用于新能源车辆的充电电路的结构示意图。
图2B是根据另一示例性实施例示出的一种用于新能源车辆的充电电路的结构示意图。
图3A是根据另一示例性实施例示出的一种用于新能源车辆的充电电路的结构示意图。
图3B是根据另一示例性实施例示出的一种用于新能源车辆的充电电路的结构示意图。
图3C是根据另一示例性实施例示出的一种用于新能源车辆的充电电路的结构示意图。
图4是根据另一示例性实施例示出的一种用于新能源车辆的充电电路的结构示意图。
图5A是根据另一示例性实施例示出的一种用于新能源车辆的充电电路的结构示意图。
图5B是根据另一示例性实施例示出的一种用于新能源车辆的充电电路的结构示意图。
图6是根据一示例性实施例示出的一种纹波检测模块的结构示意图。
图7是根据一示例性实施例示出的一种用于新能源车辆的充电装置的外观简图。
附图标记说明
1 感应线圈 2 整流桥
3 滤波电路 4 储能元件
5 负载 6 交流熔断器
7 瞬态抑制二极管 8 二极管
9 纹波检测模块 11 感应线圈的第一端
12 感应线圈的第一端 21 第一开关管
22 第二开关管 23 第三开关管
24 第二开关管 41 储能元件的第一端
42 储能元件的第二端 81 二极管的正极
82 二极管的负极 91 滤波器
92 信号放大电路 93 信号采集存储电路
94 A/D转换器 95 单片机处理单元
96 显示模块 10 高压母线
20 感应电流传输线束 30 开关
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图1是根据一示例性实施例示出的一种充电电路的结构示意图。参照图1，该充电电路可以包括感应线圈1、整流桥2、滤波电路3以及储能元件4。
其中，感应线圈1的第一端11与整流桥2连接，感应线圈1的第二端12与储能元件4的第一端41连接，并且该感应线圈1与新能源车辆的高压母线10邻近设置，用于与高压母线10发生电磁感应，产生交流电。
整流桥2，用于对感应线圈1产生的交流电进行整流，输出直流电。其中，如图2A、2B中所示，整流桥2可以包括第一开关管21、第二开关管22、第三开关管23、第四开关管24。
如图2A、2B中所示，第一开关21，一端(即正极)与感应线圈1的第一端11连接，另一端(即负极)与滤波电路3连接；第二开关22，一端(即正极)与感应线圈1的第二端12连接，另一端(即负极)与滤波电路3连接；第三开关23，一端(即正极)与储能元件4的第一端41连接，另一端(即负极)与感应线圈1的第二端12连接；第四开关24，一端(即正极)与储能元件4的第一端41连接，另一端(即负极)与感应线圈1的第一端11连接。
其中，第一开关管21、第二开关管22、第三开关管23、第四开关管24可以均为二极管、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)中的任一者。
在一种实施方式中，第一开关管21、第二开关管22、第三开关管23、第四开关管24可以均为二极管(如图2A、2B中所示)。
在另一种实施方式中，第一开关管21、第二开关管22、第三开关管23、第四开关管24可以均为IGBT。
在又一种实施方式中，第一开关管21、第二开关管22、第三开关管23、第四开关管24可以均为MOSFET。
滤波电路3，一端与整流桥2连接，另一端与储能元件4的第二端42连接，可以用于对整流桥2输出的直流电进行滤波后，输出至储能元件4，以为该储能元件4充电。
示例地，该滤波电路3可以为RC滤波器(如图2A、2B中所示)或由滤波器芯片搭建而成。
储能元件4可以为电容、电感或电池中的任一者。示例地，如图2A、2B所示，该储能元件4为电容。
其中，该储能元件4可以用于为车辆负载供电。示例地，如图2B中所示，储能元件4可以用于与至少一个负载5连接(例如，图2B中所示的负载51、负载52、……、负载5n)，以为至少一个负载5供电，其中，至少一个负载5可以例如是USB灯、蜂鸣器等。另外，储能元件4与至少一个负载5之间可以设置一负载回路开关。当该负载回路开关闭合时，储能元件4为上述至少一个负载5供电，期间，充电电路一直为储能元件4充电；当该负载回路开关断开时，储能元件4停止为上述至少一个负载5供电，期间，若储能元件4未充满电，则充电电路一直为其充电，直到充满为止。
在上述技术方案中，将新能源车辆的高压母线作为初级线圈，通过充电电路中的感应线圈(即次级线圈)，对新能源车辆上的高压线束上产生的交流分量进行电磁感应，产生交流电；之后，通过整流桥将交流电转化为直流电，并利用滤波电路对其进行滤波后，存储至储能元件中。可见，交流分量被转化为电能存储至储能元件中，使得交流分量得到了充分利用，从而避免了多频段、跨***的耦合串扰问题。并且，储能元件可以用于为车辆负载供电，从而提升整车电能的利用率，达到节能的效果。另外，当车辆低压供电***瘫痪时，储能元件还可以作为低压供电***的应急电源，为低压供电***的正常运作提供保障。此外，上述充电电路中采用的元器件简单，成本低廉，容易实现。
另外，为了使得充电电路更加安全、稳定，上述充电电路上还可以设置也有交流熔断器和/或瞬态抑制二极管(Transient Voltage Suppressor，TVS)。
在一种实施方式中，如图3A中所示，上述充电电路还可以包括交流熔断器6。其中，该交流熔断器6的一端可以与感应线圈1的第一端11连接，另一端可以与整流桥2连接。它可以用于检测充电电路的电流，并在该电流大于预设电流阈值时断开。这样，可以避免充电电路中各电路元器件因电流过大而损坏，并且断开充电电路可有效消除安全隐患。
在另一种实施方式中，如图3B中所示，上述充电电路还可以包括TVS7，与感应线圈1并联，可以用于检测充电电路的电压。其中，在该电压小于或等于上述预设电压阈值时，处于断开状态；在该电压大于预设电压阈值时，处于闭合状态，以进行电压泄放。具体来说，TVS具有极快的响应时间和相当高的浪涌吸收能力，当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而进行电压泄放，使得后面的电路元器件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击，进而使得充电电路工作更加安全、稳定。
在又一种实施方式中，如图3C中所示，上述充电电路还可以包括交流熔断器6和TVS7。
为了防止电流回流，如图4所示，上述充电电路还可以包括二极管8。其中，储能元件4通过该二极管8与至少一个负载5连接，以为至少一个负载5供电，并且，二极管8的正极81与储能元件4的第二端42连接，二极管的负极82用于与至少一个负载5连接。
如图5A和图5B所示，上述充电电路还可以包括纹波检测模块9，与感应线圈1并联，可以用于检测上述交流电的纹波电流和纹波电压。
具体来说，如图6所示，纹波检测模块9可以包括：依次连接的滤波器91、信号放大电路92、信号采集存储电路93、A/D转换器94、单片机处理单元95以及显示模块96。
其中，滤波器91(图6中以电容C示例)，与感应线圈1连接，用于接收交流电，并滤除交流电中的直流分量，得到滤波后的交流信号；信号放大电路2，用于对滤波后的交流信号进行放大，得到放大信号；信号采样存储电路93，用于存储放大信号；A/D转换器94，用于将放大信号进行模数转化，以得到放大信号的数字信号，其中，数字信号包括纹波电流和纹波电压；单片机处理单元95，用于将纹波电流和纹波电压传输至显示模块96；显示模块96，用于显示纹波电流和纹波电压。
这样，充电电路具备纹波监测功能，从而为各车型电能质量对比提供数据参考。其中，纹波越大(包括纹波电流和纹波电压)，电能损耗越大。
本公开还提供一种用于新能源车辆的充电装置，包括本公开提供的上述用于新能源车辆的充电电路。
示例地，图7为根据一示例性实施例示出的一种用于新能源车辆的充电装置外观简图，其中，感应电流传输线束20通过低压接插件端口(即储能元件4的第一端41和储能元件4的第二端42)伸出，用户可以通过开关30控制该充电装置的启动或关闭。这样，用户通过显示模块96即可实时获取纹波电流和纹波电压。
另外，为了避免感应线圈1因暴露在外而受损，可以通过塑料外壳封装该感应线圈1。
下面针对上述用于新能源车辆的充电装置的充电流程进行详细说明。其中，假设用于新能源车辆的充电装置包括图5B中所示的充电电路。
(1)将感应线圈1套在铜排上进行固定，感应电流传输线束20通过低压接插件端口伸出，同时通过开关30启动用于新能源车辆的充电装置。
(2)新能源车辆高压上电(例如，车辆处于N档(空挡)、D档(前进挡)、R档(倒车挡)或充电时)后，交流熔断器6检测充电电路的电流是否大于预设电流阈值，同时，TVS7检测充电电路的电压是否大于预设电压阈值。当交流熔断器6检测到上述电流大于预设电流阈值时，断开；当TVS7检测到上述电压大于预设电压阈值时，闭合，进行电压泄放。而当交流熔断器6检测到上述电流小于或等于上述预设电流阈值时，处于闭合状态，当TVS7检测到上述电压小于或等于上述预设电压阈值时，处于断开状态，此时，充电装置处于正常工作状态。
(3)感应线圈1与新能源车辆的高压母线发生电磁感应而产生交流电(模拟信号)输入至纹波监测模块9中，以得到纹波电流和纹波电压。具体来说：模拟信号输入至滤波器91后，滤波器9从该模拟信号中滤除直流分量，得到滤波后的交流信号，之后，输出至信号放大电路92；该信号放大电路92将滤波后的交流信号进行放大，得到放大信号，并其传输至信号采样储存电路93，以进行存储；之后，信号采样储存电路93将该放大信号传输至A/D转换器94，以对放大信号进行模数转化，得到放大信号的数字信号，并将其传输至单片机处理单元95进行处理，最终结果(即纹波电流和纹波电压)将由显示模块96的数码管进行显示。
(4)整流桥2对感应线圈1产生的交流电进行整流，经滤波电路3滤波后传输至储能元件4进行充电储能。
(5)当负载回路开关闭合时，储能元件4对至少一个负载5进行供电(即放电)，充电过程不停止；当负载回路开关断开时，储能元件4保持充电状态，直至充满。
本公开还提供一种新能源车辆，包括本公开提供的上述用于新能源车辆的充电装置。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (9)

1.一种用于新能源车辆的充电电路，其特征在于，包括：
感应线圈（1）、整流桥（2）、滤波电路（3）以及储能元件（4）；
其中，所述感应线圈（1）的第一端（11）与所述整流桥（2）连接，所述感应线圈（1）的第二端（12）与所述储能元件（4）的第一端（41）连接，并且，所述感应线圈（1）与所述新能源车辆的高压母线（10）邻近设置，用于与所述高压母线（10）发生电磁感应，产生交流电；
所述整流桥（2），用于对所述感应线圈（1）产生的所述交流电进行整流，输出直流电；所述整流桥（2）包括第一开关管（21）、第二开关管（22）、第三开关管（23）、第四开关管（24）；
其中，所述第一开关管（21），一端与所述感应线圈的第一端（11）连接，另一端与所述滤波电路（3）连接；
所述第二开关管（22），一端与所述感应线圈的第二端（12）连接，另一端与所述滤波电路（3）连接；
所述第三开关管（23），一端与所述储能元件的第一端（41）连接，另一端与所述感应线圈（1）的第二端（12）连接；
所述第四开关管（24），一端与所述储能元件的第一端（41）连接，另一端与所述感应线圈的第一端（11）连接；
所述滤波电路（3），一端与所述整流桥（2）连接，另一端与所述储能元件（4）的第二端（42）连接，用于对所述整流桥（2）输出的所述直流电进行滤波后，输出至所述储能元件（4），以为该储能元件（4）充电。
2.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括：
交流熔断器（6），一端与所述感应线圈（1）的第一端（11）连接，另一端与所述整流桥（2）连接，用于检测所述充电电路的电流，并在所述电流大于预设电流阈值时断开；和/或
瞬态抑制二极管（7），与所述感应线圈（1）并联，用于检测所述充电电路的电压，在所述电压大于预设电压阈值时，处于闭合状态，以进行电压泄放，在所述电压小于或等于所述预设电压阈值时，处于断开状态。
3.根据权利要求1所述充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括：二极管（8）；
所述储能元件（4），用于通过所述二极管（8）与至少一个负载（5）连接，以为所述至少一个负载（5）供电，其中，所述二极管（8）的正极（81）与所述储能元件（4）的第二端（42）连接。
4.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述储能元件（4）为电容、电感或电池中的任一者。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括：
纹波检测模块（9），与所述感应线圈（1）并联，用于检测所述交流电的纹波电流和纹波电压。
6.根据权利要求5所述的充电电路，其特征在于，所述纹波检测模块（9）包括：依次连接的滤波器（91）、信号放大电路（92）、信号采集存储电路（93）、A/D转换器（94）、单片机处理单元（95）以及显示模块（96）；
其中，所述滤波器（91），与所述感应线圈（1）连接，用于接收所述交流电，并滤除所述交流电中的直流分量，得到滤波后的交流信号；
所述信号放大电路（92），用于对所述滤波后的交流信号进行放大，得到放大信号；
所述信号采样存储电路（93），用于存储所述放大信号；
所述A/D转换器（94），用于将所述放大信号进行模数转化，以得到所述放大信号的数字信号，其中，所述数字信号包括纹波电流和纹波电压；
单片机处理单元（95），用于将所述纹波电流和所述纹波电压传输至所述显示模块（96）；
所述显示模块（96），用于显示所述纹波电流和所述纹波电压。
7.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述第一开关管（21）、所述第二开关管（22）、所述第三开关管（23）、所述第四开关管（24）均为二极管、绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管中的任一者。
8.一种用于新能源车辆的充电装置，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的用于新能源车辆的充电电路。
9.一种新能源车辆，其特征在于，包括权利要求8所述的用于新能源车辆的充电装置。
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