CN213007663U - 充放电装置和电动车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种充放电装置和电动车辆，充放电装置包括：功率因数校正模块、变压器以及整流逆变模块，变压器包括第一绕组和第二绕组，功率因数校正模块包括电感单元、串联连接的第一和第二双向开关单元，第一双和第二双向开关单元串联后的第一端与第一绕组的第一端和电感单元的第一端连接，串联后的第二端与第一绕组的第二端和电感单元的第一端连接，电感单元的第二端与外部充电口的第一端连接，第一和第二双向开关单元串联的中点与外部充电口的第二端连接，整流逆变模块与第二绕组连接。本实用新型简化了电路结构和减少了元器件的数量，电路耗费的电能减少并极大降低了电路成本，且功率因数校正模块的电流方向可控，确保了电路的高可靠性。

Description

充放电装置和电动车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆技术领域，特别是涉及一种充放电装置和一种电动车辆。

背景技术

目前，伴随着电动车辆的商业化进度，车载充电器已成为电动车辆的重要结构，车载充电器用于将电网的交流电转换为直流电为电动车辆中动力电池充电。

相关技术中车载充电器包括交流回路和高压直流回路，其中，交流回路包括由六个MOS管构成的功率因数校正电路，六个MOS管的体二极管导通方向相同，高压直流回路包括第一变压器、第一变压器的初级线圈对应的整流拓扑以及第一变压器的次级线圈对应的整流拓扑。

但是，相关技术中车载充电器还存在以下缺陷：功率因数校正电路中每个MOS管的电流方向不可控，即功率因数校正电路的电流方向不可控，电路的可靠性差；此外，高压直流回路需要两个整流拓扑，使得高压直流回路的结构复杂、元器件多，导致车载充电器的成本高且充电效率低。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种充放电装置和一种电动车辆，以解决相关技术中车载充电器存在的可靠性差、成本高且充电效率低的问题。

为了解决上述问题，本实用新型实施例公开了一种充放电装置，包括：功率因数校正模块、变压器以及用于对动力电池充电或放电的整流逆变模块，所述变压器包括第一绕组和第二绕组，所述功率因数校正模块包括电感单元、串联连接的第一双向开关单元和第二双向开关单元，所述第一双向开关单元和所述第二双向开关单元串联后的第一端与所述第一绕组的第一端和所述电感单元的第一端连接，所述第一双向开关单元和所述第二双向开关单元串联后的第二端与所述第一绕组的第二端和所述电感单元的第一端连接，所述电感单元的第二端与外部充电口的第一端连接，所述第一双向开关单元和所述第二双向开关单元串联的中点与所述外部充电口的第二端连接，所述整流逆变模块与所述第二绕组连接。

为了解决上述问题，本实用新型实施例还公开了一种电动车辆，包括所述的充放电装置。

本实用新型实施例包括以下优点：将变压器设置在功率因数校正模块和整流逆变模块之间，与相关技术中的车载充电器相比，至少可以减少变压器的初级线圈对应的整流拓扑，有效简化了电路结构和减少了元器件的数量，电路耗损的电能减少，极大降低了电路成本，提高了充电效率；此外，由于功率因数校正模块包括第一双向开关单元和第二双向开关单元，因此，功率因数校正模块在实现功率因数校正功能的同时，功率因数校正模块的电流方向可控，确保了电路的高可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的一种充放电装置实施例的结构框图；

图2是本实用新型的一种充放电装置实施例的结构示意图；

图3是本实用新型的另一种充放电装置实施例的结构示意图；

图4是本实用新型的又一种充放电装置实施例中整流模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参照图1，其示出了本实用新型的一种充放电装置10实施例的结构框图，具体可以包括如下模块：功率因数校正模块1、变压器2以及用于对动力电池充电或放电的整流逆变模块3，变压器2包括第一绕组和第二绕组，功率因数校正模块1包括电感单元13、串联连接的第一双向开关单元11和第二双向开关单元12，第一双向开关单元11和第二双向开关单元12串联后的第一端与第一绕组的第一端和电感单元13的第一端连接，第一双向开关单元11和第二双向开关单元12串联后的第二端与第一绕组的第二端和电感单元13的第一端连接，电感单元13的第二端与外部充电口20的第一端连接，第一双向开关单元11和第二双向开关单元12串联的中点与外部充电口20的第二端连接，整流逆变模块3与第二绕组连接。

具体地，双向开关单元(第一双向开关单元11或第二双向开关单元12)具有三种状态，即关闭状态、第一导通状态和第二导通状态，其中，在第一导通状态，双向开关单元以第一导通方向导通，允许流经的电流方向与第一导通方向相同，在第二导通状态，双向开关单元以第二导通方向导通，允许流经的电流方向与第二导通方向相同，其中，第一导通方向与第二导通方向相反。这样，只需控制第一双向开关单元11和第二双向开关单元12的导通状态，就可以实现控制第一双向开关单元11和第二双向开关单元12允许流经的电流方向，使功率因数校正模块1的电流方向可控，确保本实用新型实施例的充放电装置10的可靠性。

具体地，电感单元13用于在功率因数校正模块1工作过程中储存电能或释放储存的电能，以在外部充电口20输入电网电能并通过充放电装置10对动力电池充电的过程中，抬升功率因数校正模块1所在充电回路的电压，实现高压传输电能，便于提高充放电装置10的充电效率，缩短充电时间，以及在动力电池通过充放电装置10经外部充电口20输出电能至电网或负载的过程中，降低功率因数校正模块1所在放电回路的电压，实现放电回路的输出电压与电网电压或与负载所需电压匹配。

此外，将变压器2设置在功率因数校正模块1和整流逆变模块3之间，与相关技术中的车载充电器相比，至少可以减少变压器的初级线圈对应的整流拓扑，有效简化了电路结构和减少了元器件的数量，电路耗费的电能减少，极大降低了电路成本，提高了充电效率；此外，由于功率因数校正模块1包括第一双向开关单元11和第二双向开关单元12，因此，功率因数校正模块1在实现功率因数校正功能的同时，功率因数校正模块1的电流方向可控，确保了电路的高可靠性。

可选地，如图2所示，本实用新型实施例的充放电装置10还可以包括用于对蓄电池40充电的整流模块4，变压器2还可以包括第三绕组，整流模块4与第三绕组连接。由于相关技术中将车载直流变换器和车载充电器的功能集成在一个充电电路中时，车载直流变换器设置在充电电路中的低压直流回路，该低压直流回路包括第二变压器、第二变压器的初级线圈对应的整流拓扑以及第二变压器的次级线圈对应的整流拓扑，而本实用新型实施例仅通过一个变压器2即可实现将车载直流变换器和车载充电器的功能集成在一个电路中(即将功率因数校正模块1、用于对动力电池30充电或放电的整流逆变模块3以及用于对蓄电池40充电的整流模块4集成在一个电路中)，且由于变压器2设置在功率因数校正模块1与整流模块4之间，整流模块4只需一个整流拓扑即可，整流模块4的结构更简单，所需元器件的数量更少，即耗损的电能减少，充电效率提高，成本降低。如图2所示，第三绕组可以与第一绕组设置在同一侧。

图2中，功率因数校正模块1可以用于对外部充电口20输入的电网交流信号对应的电压和电流进行功率因数校正和电压抬升以生成第一交流信号，并将第一交流信号传输至第一绕组。进而第一绕组将第一交流信号传输至第三绕组或第二绕组。功率因数校正模块1还用于对第一绕组输入的第一交流信号进行功率因数校正以生成电网交流信号，并将电网交流信号通过外部充电口20输出至电网或交流负载，以对电网供电或为交流负载供电。

具体地，整流逆变模块3用于对第二绕组传输的第一交流信号进行整流为直流信号，并将直流信号输出至动力电池30，以对动力电池30充电，以及整流逆变模块3用于将动力电池30输出的直流信号逆变为第一交流信号，并将第一交流信号传输至第二绕组。进而第二绕组将第一交流信号传输至第一绕组或第三绕组，以对动力电池30放电。

具体地，整流模块4用于对第三绕组输入的第一交流信号进行整流为直流信号，以对蓄电池40充电。

因此，图2的充放电装置10中功率因数校正模块1-第一绕组-第二绕组-整流逆变模块3可以构成对动力电池30充电的第一电回路，功率因数校正模块1-第一绕组-第三绕组-整流模块4可以构成对蓄电池40充电的第二电回路，整流逆变模块3-第二绕组-第一绕组-功率因数校正模块1可以构成对电网或交流负载供电的第三电回路，整流逆变模块3-第二绕组-第三绕组-整流模块4可以构成对蓄电池40充电的第四电回路。

可选地，如图2所示，功率因数校正模块1还可以包括第一电容单元和第二电容单元，第一电容单元与第二电容单元串联，第一电容单元和第二电容单元串联后的第一端与第一双向开关单元11和第二双向开关单元12串联后的第一端连接，第一电容单元和第二电容单元串联后的第二端与第一双向开关单元11和第二双向开关单元12串联后的第二端连接，第一电容单元和第二电容单元串联的中点与电感单元13的第一端连接。

具体地，第一电容单元和第二电容单元用于对电感单元13输入的交流信号进行滤波，或对第一双向开关单元11和第二双向开关单元12输出的交流信号进行滤波。

可选地，如图2所示，第一电容单元可以为第一电容C1，第二电容单元可以为第二电容C2，电感单元13可以为电感L1。

可选地，如图2所示，第一双向开关单元11可以包括第一双向开关器件，或，如图3所示，第一双向开关单元11可以包括具有体二极管的第一开关管和具有体二极管的第二开关管，第一开关管和第二开关管串联连接，第一开关管的体二极管的导通方向和第二开关管的体二极管的导通方向相反。这样，第一双向开关单元11只需由第一双向开关器件构成，或只需由第一开关管和第二开关管构成，第一双向开关单元11的结构简单且所需的元器件少，第一双向开关单元11耗损的电能低，且第一双向开关单元11的成本低。可选地，如图3所示，第一开关管可以为第一MOS管Q1，第二开关管可以为第二MOS管Q2。

可选地，如图2所示，第二双向开关单元12可以包括第二双向开关器件，或，如图3所示，第二双向开关单元12可以包括具有体二极管的第三开关管和具有体二极管的第四开关管，第三开关管和第四开关管串联连接，第三开关管的体二极管的导通方向和第四开关管的体二极管的导通方向相反。这样，第二双向开关单元12只需由第二双向开关器件构成，或只需由第三开关管和第四开关管构成，第二双向开关单元12的结构简单且所需的元器件少，第二双向开关单元12耗损的电能低，且第二双向开关单元12的成本低。可选地，如图3所示，第三开关管可以为第三MOS管Q3，第四开关管可以为第四MOS管Q4。

由于本实用新型实施例中第一双向开关单元11只需由第一双向开关器件构成，或只需由第一开关管和第二开关管构成；第二双向开关单元12只需由第二双向开关器件构成，或只需由第三开关管和第四开关管构成，因此，功率因数校正模块1的结构相对于相关技术中车载充电器的功率因数校正电路结构更简单，且所需的元器件少，功率因数校正模块1耗损的电能低，且功率因数校正模块1的成本低。

可选地，本实用新型实施例的充放电装置10还可以包括：控制第一双向开关单元11和第二双向开关单元12以第一频率工作的控制器，控制器分别与第一双向开关单元11和第二双向开关单元12的控制端连接；第一频率大于外部充电口20输入或输出的电网交流信号的频率。这样，可以提高功率因数校正模块1生成的第一交流信号的频率至第一频率，有利于提高充放电装置10的充电效率，缩短充电时间。

可选地，控制器可以根据实时电网电压、实时电网电流、实时动力电池30的电压、第一双向开关单元11和第二双向开关单元12对应的第一频率确定第一双向开关单元11和第二双向开关单元12对应的占空比，并根据该占空比控制第一双向开关单元11和第二双向开关单元12工作，实现控制第一双向开关单元11和第二双向开关单元12以第一频率工作。

可选地，如图2和图3所示，整流逆变模块3可以包括四个第五开关管和用于与动力电池30连接的第三电容单元，四个第五开关管构成第一全桥拓扑，第一全桥拓扑与第三电容单元并联连接，第一全桥拓扑与第二绕组连接。其中，第三电容单元用于对第一全桥拓扑输出的第一交流信号进行滤波，以及对动力电池30输出的直流信号进行滤波。可选地，如图2和图3所示，四个第五开关管可以为为MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q7以及MOS管Q8，第三电容单元可以为第三电容C3。

可选地，如图2和图3所示，整流模块4可以包括整流单元41和用于与蓄电池40连接的第四电容单元，整流单元41与第四电容单元并联连接，整流单元41与第三绕组连接。第四电容单元用于对整流单元41输出的直流信号进行滤波。可选地，如图2和图3所示，第四电容单元可以为第四电容C4。

可选地，如图2和图3所示，整流单元41可以包括四个第六开关管，四个第六开关管构成第二全桥拓扑，或，如图4所示，第三绕组的数量可以为两个，两个第三绕组串联连接，整流模块4可以包括第七开关管和第八开关管，第七开关管与其中一个第三绕组和第四电容单元连接，第八开关管与另一个第三绕组和第四电容单元连接，第七开关管和第八开关管构成全波整流拓扑。即整流单元41可以通过第二全桥拓扑或全波整流拓扑对第三绕组输入的第一交流信号进行整流为直流信号，以对蓄电池40充电。可选地，如图2和图3所示，四个第六开关管可以为MOS管Q9、MOS管Q10、MOS管Q11以及MOS管Q12。可选地，如图4所示，第七开关管可以为MOS管Q13，第八开关管可以为MOS管Q14。

可选地，如图2和图3所示，功率因数校正模块1还可以包括第五电容单元，第五电容单元的第一端与电感单元13的第二端连接，第五电容单元的第二端与第一双向开关单元11和第二双向开关单元12串联的中点连接。具体地，第五电容单元用于对充电口20输入的电网交流信号和经充电口20输出的电网交流信号进行滤波处理。可选地，如图2和图3所示，第五电容单元可以为第五电容C5。

以下简述图3中充放电装置10的工作过程：

在电网通过充放电装置10对动力电池30充电时，若电网电压为正电压，在第一阶段，控制器控制MOS管Q1导通，MOS管Q2、MOS管Q3以及MOS管Q4关断，此时电感L1储存能量，电感L1储存的能量不会传递到变压器2的高压侧，流经电感L1的电流增大；在第二阶段，控制器控制MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3关断，MOS管Q4导通，此时电感L1释放储存的能量，将能量传递到变压器2，继而传递到动力电池30；在第三阶段，控制器控制MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3继续关断，MOS管Q4继续导通，电感L1储存的能量释放完，通过MOS管Q3、MOS管Q4以及电容C2形成回路为电感L1储存能量，电感L1储存的能量不会传递到变压器2的高压侧，流经电感L1的电流增大；在第四阶段，控制器控制MOS管Q1导通，MOS管Q2、MOS管Q3以及MOS管Q4关断，此时电感L1释放能量，能量传递到变压器2，继而传递到动力电池30。需要说明的是，在电网电压为负电压时，电网通过充放电装置10对动力电池30充电的过程与在电网电压为正电压时，电网通过充放电装置10对动力电池30充电的过程类似，以下不做重复赘述。

在充放电装置10对动力电池30放电时，在第五阶段，MOS管Q6和MOS管Q7导通，整流逆变模块3将动力电池30输出的高压直流电逆变为高频交流电，继而能量传递到变压器2的第一绕组，控制器控制MOS管Q1导通，MOS管Q2、MOS管Q3以及MOS管Q4关断，MOS管Q1、MOS管Q2以及第二电容C2形成整流回路，电感L1和第二电容C2储存能量，电感L1的电流增大；在第六阶段，控制器控制MOS管Q1、MOS管Q2以及MOS管Q3关断，且控制MOS管Q4导通，电感L1和第二电容C2释放储存的能量，电感L1的电流减小，电感L1继续为第五电容C5充电，即电感L1对充电口20放电；在第七阶段，MOS管Q6和MOS管Q7关断，MOS管Q5和MOS管Q8导通，继而控制器控制MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3关断，MOS管Q4导通，MOS管Q3、MOS管Q4以及第一电容C1形成整流回路，电感L1和第一电容C1储存能量，电感L1的电流增大；在第八阶段，控制器控制MOS管Q1导通，且控制MOS管Q2、MOS管Q3以及MOS管Q4关断，电感L1和第一电容C1释放储存的能量，电感L1的电流减小，电感L1继续为第五电容C5充电，即对充电口20放电。

需要说明的是，充放电装置10对蓄电池40充电的工作过程与充放电装置10对动力电池30充电的工作过程类似，以下不再赘述。

本实用新型实施例的充放电装置包括以下优点：仅通过一个变压器即可实现将车载直流变换器和车载充电器的功能集成在一个电路中，且整流模块与第三绕组连接，整流逆变模块与第二绕组连接，与相关技术中的车载充电器相比，至少可以减少变压器的初级线圈对应的整流拓扑，且整流模块只需一个整流拓扑即可，有效简化了电路结构和减少了元器件的数量，电路耗损的电能减少，极大降低了电路成本，提高了充电效率；另外，由于功率因数校正模块包括第一双向开关单元和第二双向开关单元，因此，功率因数校正模块在实现功率因数校正功能的同时，功率因数校正模块的电流方向可控，确保了电路的高可靠性；此外，通过控制器控制第一双向开关单元和第二双向开关单元以第一频率工作，有利于提高充电效率和缩短充电时间。

本实用新型实施例还公开了一种电动车辆，包括上述的充放电装置10。

具体地，本实用新型实施例的电动车辆包括动力电池30和蓄电池40，充放电装置10中整流逆变模块与动力电池30连接，充放电装置10中整流模块与蓄电池40连接。

本实用新型实施例的电动车辆包括以下优点：充放电装置仅通过一个变压器即可实现将车载直流变换器和车载充电器的功能集成在一个电路中，且整流模块与第三绕组连接，整流逆变模块与第二绕组连接，与相关技术中的车载充电器相比，至少可以减少变压器的初级线圈对应的整流拓扑，且整流模块只需一个整流拓扑即可，有效简化了电路结构和减少了元器件的数量，电路耗损的电能减少，极大降低了电路成本，提高了充电效率；另外，由于充放电装置中功率因数校正模块包括第一双向开关单元和第二双向开关单元，因此，功率因数校正模块在实现功率因数校正功能的同时，功率因数校正模块的电流方向可控，确保了电路的高可靠性；此外，充放电装置通过控制器控制第一双向开关单元和第二双向开关单元以第一频率工作，有利于提高充电效率和缩短充电时间。

对于电动车辆实施例而言，由于其包括充放电装置，所以描述的比较简单，相关之处参见充放电装置实施例的部分说明即可。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本实用新型实施例的可选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括可选实施例以及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的一种充放电装置和一种电动车辆，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种充放电装置，其特征在于，包括：功率因数校正模块、变压器以及用于对动力电池充电或放电的整流逆变模块，所述变压器包括第一绕组和第二绕组，所述功率因数校正模块包括电感单元、串联连接的第一双向开关单元和第二双向开关单元，所述第一双向开关单元和所述第二双向开关单元串联后的第一端与所述第一绕组的第一端和所述电感单元的第一端连接，所述第一双向开关单元和所述第二双向开关单元串联后的第二端与所述第一绕组的第二端和所述电感单元的第一端连接，所述电感单元的第二端与外部充电口的第一端连接，所述第一双向开关单元和所述第二双向开关单元串联的中点与所述外部充电口的第二端连接，所述整流逆变模块与所述第二绕组连接。

2.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，还包括用于对蓄电池充电的整流模块，所述变压器还包括第三绕组，所述整流模块与所述第三绕组连接。

3.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，所述功率因数校正模块还包括第一电容单元和第二电容单元，

所述第一电容单元与所述第二电容单元串联，所述第一电容单元和所述第二电容单元串联后的第一端与所述第一双向开关单元和所述第二双向开关单元串联后的第一端连接，所述第一电容单元和所述第二电容单元串联后的第二端与所述第一双向开关单元和所述第二双向开关单元串联后的第二端连接，所述第一电容单元和所述第二电容单元串联的中点与所述电感单元的第一端连接。

4.根据权利要求3所述的充放电装置，其特征在于，

所述第一双向开关单元包括第一双向开关器件，或，

所述第一双向开关单元包括具有体二极管的第一开关管和具有体二极管的第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管串联连接，所述第一开关管的体二极管的导通方向和所述第二开关管的体二极管的导通方向相反。

5.根据权利要求3所述的充放电装置，其特征在于，

所述第二双向开关单元包括第二双向开关器件，或，

所述第二双向开关单元包括具有体二极管的第三开关管和具有体二极管的第四开关管，所述第三开关管和所述第四开关管串联连接，所述第三开关管的体二极管的导通方向和所述第四开关管的体二极管的导通方向相反。

6.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，还包括：

控制所述第一双向开关单元和所述第二双向开关单元以第一频率工作的控制器，所述控制器分别与所述第一双向开关单元和所述第二双向开关单元的控制端连接；所述第一频率大于所述外部充电口输入或输出交流信号的频率。

7.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，所述整流逆变模块包括四个第五开关管和用于与所述动力电池连接的第三电容单元，所述四个第五开关管构成第一全桥拓扑，所述第一全桥拓扑与所述第三电容单元并联连接，所述第一全桥拓扑与所述第二绕组连接。

8.根据权利要求2所述的充放电装置，其特征在于，所述整流模块包括整流单元和用于与所述蓄电池连接的第四电容单元，所述整流单元与所述第四电容单元并联连接，所述整流单元与所述第三绕组连接。

9.根据权利要求8所述的充放电装置，其特征在于，

所述整流单元包括四个第六开关管，所述四个第六开关管构成第二全桥拓扑，或，

所述第三绕组的数量为两个，两个所述第三绕组串联连接，所述整流模块包括第七开关管和第八开关管，所述第七开关管与其中一个所述第三绕组和所述第四电容单元连接，所述第八开关管与另一个所述第三绕组和所述第四电容单元连接，所述第七开关管和所述第八开关管构成全波整流拓扑。

10.一种电动车辆，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的充放电装置。

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