CN220594710U - 一种低成本的动力电池充放电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低成本的动力电池充放电电路，包括控制模块、半桥逆变模块、第一开关模块、全桥逆变模块和三相交流电机，所述半桥逆变模块通过所述第一开关模块连接所述全桥逆变模块，所述全桥逆变模块与动力电池连接；所述半桥逆变模块还与外部电源连接；所述三相交流电机分别连接所述半桥逆变模块和所述全桥逆变模块，所述三相交流电机通过所述全桥逆变模块连接动力电池；控制模块分别连接半桥逆变模块、第一开关模块和全桥逆变模块。相比于现有技术减少了半桥与电感的设计数量，极大降低了生产成本，并且在减少半桥与电感设计数量的情况下仍然能够很好地实现动力电池充放电。

Description

一种低成本的动力电池充放电电路

技术领域

本实用新型属于动力电池技术领域，具体涉及一种低成本的动力电池充放电电路。

背景技术

近年来，新能源车辆的发展离不开整车动力电池(如锂电池)的快速发展，市场上出现了与整车动力电池匹配的非车载或车载充电器，且与家用交流电源、交流充电桩、直流充电桩等不同供电电源适配。但如何高效低成本地适配不同类型的充电电源为不同电压平台的整车动力电池进行充电，仍是行业广泛关注的重点课题。

目前新能源汽车上一般配备了三相电机驱动器、交流充电器、充电桩充电器，甚至还有升压充电器，这造成了整车上能量转换设备的浪费。对于两轮电动车，由于空间和成本的限制，如何进行设备的简化和共用是另一个重要的课题。由于新能源车辆共有的工作特定，电机驱动、直流充电和交流充电并不会同时进行，电机驱动逆变和充电器逆变在原理上同样是电压逆变，时间上的互斥性和功能上的通用性使得电机驱动***、车载交流充电和车载直流充电可以在一定程度上实现功能电路的共用。

在现有技术中，专利CN114889473A公开了一种电动汽车直流升压充电控制***、控制方法及车辆，通过控制继电器切换让电机驱动器进入升压充电模式，实现电机控制器和直流高压充电器的二合一集成设计，但是无法实现降压充电和交流充电。专利CN111347924A公开了一种电机控制电路、车辆、加热方法及充放电方法，通过复用三相逆变器电路，配合外部的半桥、电感及切换电路，实现了在电机驱动以外的升压充电、降压充电、直接充电、以及内部动力电池对外部电源模块的升压放电等功能，但是其在硬件上增加了额外的半桥电路和电感，增加了应用的成本。

因此，需要一种更实用的、更低成本的电路，实现尽可能多的整车电源变换功能。

实用新型内容

为了克服上述技术缺陷，本实用新型提供了一种低成本的动力电池充放电电路。

为了解决上述问题，本实用新型按以下技术方案予以实现的：

一种低成本的动力电池充放电电路，包括控制模块、半桥逆变模块、第一开关模块、全桥逆变模块和三相交流电机，

所述半桥逆变模块通过所述第一开关模块连接所述全桥逆变模块，所述全桥逆变模块与动力电池连接；

所述半桥逆变模块还与外部电源连接；

所述三相交流电机分别连接所述半桥逆变模块和所述全桥逆变模块，所述三相交流电机通过所述全桥逆变模块连接动力电池；

控制模块分别连接半桥逆变模块、第一开关模块和全桥逆变模块。

进一步的，还包括第一滤波模块和第二滤波模块，所述半桥逆变模块通过所述第一滤波模块连接外部电源，所述半桥逆变模块通过所述第二滤波模块连接所述全桥逆变模块。

进一步的，所述第一滤波模块的第一端连接外部电源的正极端和所述半桥逆变模块的第一端，所述第一滤波模块的第二端连接外部电源的负极端和所述半桥逆变模块的第二端；

所述半桥逆变模块的第一端还通过所述第一开关模块连接所述第二滤波模块的第一端，所述半桥逆变模块的第二端还连接所述第二滤波模块的第二端，所述半桥逆变模块的第三端与所述三相交流电机的第三相线圈连接；

所述第二滤波模块的第一端、第二端分别连接所述全桥逆变模块的第一端、第二端，所述全桥逆变模块的第一端还连接动力电池的正极端，所述全桥逆变模块的第二端还连接动力电池的负极端，所述全桥逆变模块的第一桥臂和第二桥臂分别连接所述三相交流电机的第一相线圈和第二相线圈。

进一步的，还包括交流整流模块，所述交流整流模块的第一端连接所述半桥逆变模块的第一端，所述交流整流模块的第三端连接所述半桥逆变模块的第二端，所述交流整流模块的第二端和第四端连接外部交流电源。

进一步的，还包括第二开关模块，所述半桥逆变模块通过所述第二开关模块连接所述交流整流模块，所述第二开关模块还与所述控制模块连接。

进一步的，所述半桥逆变模块包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和第二晶体管串联形成桥臂，所述三相交流电机的第三相线圈与桥臂连接，所述第一晶体管和第二晶体管均与所述控制模块连接。

进一步的，所述全桥逆变模块包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管，所述第三晶体管和第四晶体管串联形成全桥逆变模块的第一桥臂，所述第五晶体管和第六晶体管串联形成全桥逆变模块的第二桥臂，所述三相交流电机的第一相线圈与第一桥臂连接，所述三相交流电机的第二相线圈与第二桥臂连接，所述第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管均与所述控制模块连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型公开了一种低成本的动力电池充放电电路，包括控制模块、半桥逆变模块、第一开关模块、全桥逆变模块和三相交流电机，所述半桥逆变模块通过所述第一开关模块连接所述全桥逆变模块，所述全桥逆变模块与动力电池连接；所述半桥逆变模块还与外部电源连接；所述三相交流电机分别连接所述半桥逆变模块和所述全桥逆变模块，所述三相交流电机通过所述全桥逆变模块连接动力电池；控制模块分别连接半桥逆变模块、第一开关模块和全桥逆变模块。相比于现有技术减少了半桥与电感的设计数量，极大降低了生产成本，并且在减少半桥与电感设计数量的情况下仍然能够很好地实现动力电池充放电。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为实施例1所述的动力电池充放电电路的连接示意图；

图2为实施例1所述的动力电池充放电电路的第一开关断开时的电路图；

图3为实施例1所述的动力电池充放电电路的第一开关断开时外部直流电源向三相交流电机充电的电路图；

图4为实施例1所述的动力电池充放电电路的第一开关断开时三相交流电机向动力电池充电的电路图；

图5为实施例1所述的动力电池充放电电路的第一开关断开时动力电池向三相交流电机充电的电路图；

图6为实施例1所述的动力电池充放电电路的第一开关断开时三相交流电机向外部负载供电的电路图；

图7为实施例1所述的动力电池充放电电路的第一开关闭合时的电路图；

图8为实施例1所述的动力电池充放电电路的第一开关闭合时外部直流电源向动力电池充电的电路图；

图9为实施例2所述的动力电池充放电电路的连接示意图；

图10为实施例2所述的动力电池充放电电路的电路图；

图11为实施例2所述的动力电池充放电电路的第一开关断开、第二开关闭合时的电路图；

标记说明：1、控制模块；2、半桥逆变模块；3、第一开关模块；4、全桥逆变模块；5、三相交流电机；6、第一滤波模块；7、第二滤波模块；8、动力电池；9、外部直流电源；10、外部负载；11、外部交流电源；12、交流整流模块；13、第二开关模块。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实施例公开了一种低成本的动力电池充放电电路，如图1，包括控制模块1、半桥逆变模块2、第一开关模块3、全桥逆变模块4、三相交流电机5、第一滤波模块6和第二滤波模块7，半桥逆变模块2通过第一开关模块3连接全桥逆变模块4，全桥逆变模块4与动力电池8连接；半桥逆变模块2还与外部直流电源9连接；三相交流电机5分别连接半桥逆变模块2和全桥逆变模块4，三相交流电机5通过全桥逆变模块4连接动力电池8；控制模块1分别连接半桥逆变模块2、第一开关模块3和全桥逆变模块4；半桥逆变模块2通过第一滤波模块6连接外部直流电源9，半桥逆变模块2通过第二滤波模块7连接全桥逆变模块4。

在本实施例中，第一滤波模块6包括第一滤波C1，第二滤波模块7包括第二滤波C2，半桥逆变模块2通过第一滤波C1与外部直流电源9连接，半桥逆变模块2通过第二滤波C2与全桥逆变模块4连接。

在本实施例中，第一开关模块3包括第一开关K1。第一滤波C1的第一端连接外部直流电源9的正极端和半桥逆变模块2的第一端，第一滤波C1的第二端连接外部直流电源9的负极端和半桥逆变模块2的第二端；半桥逆变模块2的第一端还通过第一开关K1连接第二滤波C2的第一端，半桥逆变模块2的第二端还连接第二滤波C2的第二端，半桥逆变模块2的第三端与三相交流电机5的第三相线圈连接；第二滤波C2的第一端、第二端分别连接全桥逆变模块4的第一端、第二端，全桥逆变模块4的第一端还连接动力电池8的正极端，全桥逆变模块4的第二端还连接动力电池8的负极端，全桥逆变模块4的第一桥臂和第二桥臂分别连接三相交流电机5的第一相线圈和第二相线圈。

具体的，半桥逆变模块2包括第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2串联形成桥臂，三相交流电机5的第三相线圈与桥臂连接，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2均与控制模块1连接。

具体的，全桥逆变模块4包括第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6，第三晶体管Q3和第四晶体Q4管串联形成全桥逆变模块4的第一桥臂，第五晶体管Q5和第六晶体管Q6串联形成全桥逆变模块4的第二桥臂，三相交流电机5的第一相线圈与第一桥臂连接，三相交流电机5的第二相线圈与第二桥臂连接，第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体Q6管均与控制模块1连接。

以下结合具体实施过程进行说明：

如图2-6，当控制模块控制第一开关K1断开时，半桥逆变模块2、三相交流电机5和全桥逆变模块4组成H桥电路。控制模块1控制第一晶体管Q1、第四晶体管Q4和第六晶体管Q6导通，控制第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第五晶体管Q5截止，此时外部直流电源9的电流流入三相交流电机5，进行充电储能。

控制模块1控制第一晶体管Q1、第四晶体管Q4和第六晶体管Q6截止，控制第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第五晶体管Q5导通，此时电流从三相交流电机5流向动力电池8，向动力电池8充电，实现直流输入电源与动力电池之间的Buck降压和/或Boost升压调制。

当第一滤波C1两端连接有外部负载10时，此时控制模块1首先控制第一晶体管Q1、第四晶体管Q4和第六晶体管Q6截止，控制第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第五晶体管Q5导通，电流从动力电池8流向三相交流电机5，进行充电储能。然后控制模块1控制第一晶体管Q1、第四晶体管Q4和第六晶体管Q6导通，控制第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第五晶体管Q5截止，电流从三相交流电机5流向外部负载10，向外部负载10供电。通过控制模块1控制第一晶体管Q1和、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6的导通和截止，实现整车直流升压、直流降压以及对电流流向的控制。

如图7，当控制模块1控制第一开关闭合时，此时半桥逆变模块2、三相交流电机5和全桥逆变模块4组成典型的电机三相驱动电路。三相交流电机5通过SVPWM变化实现对动力电池的充放电。该部分为现有技术，在此不再赘述。

如图8，当控制模块1控制第一开关K1闭合时，外部直流电源9与动力电池8处于直联状态，实现外部直流电源9(如直流充电桩)对动力电池8的直流直充。

实施例2

如图9-11，本实施例公开了一种低成本的动力电池充放电电路，包括控制模块1、半桥逆变模块2、第一开关模块3、全桥逆变模块4、三相交流电机5、第一滤波模块6、第二滤波模块7、交流整流模块12和第二开关模块13，半桥逆变模块2通过第一开关模块3连接全桥逆变模块4，全桥逆变模块4与动力电池8连接；半桥逆变模块2还与外部电源连接；三相交流电机5分别连接半桥逆变模块2和全桥逆变模块4，三相交流电机5通过全桥逆变模块4连接动力电池8；控制模块1分别连接半桥逆变模块2、第一开关模块3和全桥逆变模块4；半桥逆变模块2通过第一滤波模块6连接外部电源，半桥逆变模块2通过第二滤波模块7连接全桥逆变模块4。半桥逆变模块2通过第一滤波模块6与外部直流电源9连接，还通过第一滤波模块6、第二开关模块13、交流整流模块12与外部交流电源11连接。

在本实施例中，第一滤波模块6包括第一滤波C1，第二滤波模块7包括第二滤波C2，半桥逆变模块2通过第一滤波C1与外部电源连接，半桥逆变模块2通过第二滤波C2与全桥逆变模块连接4。

在本实施例中，第一开关模块2包括第一开关K1。第一滤波C1的第一端连接外部电源的正极端和半桥逆变模块2的第一端，第一滤波C1的第二端连接外部电源的负极端和半桥逆变模块2的第二端；半桥逆变模块2的第一端还通过第一开关K1连接第二滤波C2的第一端，半桥逆变模块2的第二端还连接第二滤波C2的第二端，半桥逆变模块2的第三端与三相交流电机5的第三相线圈连接；第二滤波C2的第一端、第二端分别连接全桥逆变模块4的第一端、第二端，全桥逆变模块4的第一端还连接动力电池8的正极端，全桥逆变模块4的第二端还连接动力电池8的负极端，全桥逆变模块4的第一桥臂和第二桥臂分别连接三相交流电机5的第一相线圈和第二相线圈。

具体的，半桥逆变模块2包括第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2串联形成桥臂，三相交流电机5的第三相线圈与桥臂连接，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2均与控制模块1连接。

具体的，全桥逆变模块4包括第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6，第三晶体管Q3和第四晶体Q4管串联形成全桥逆变模块4的第一桥臂，第五晶体管Q5和第六晶体管Q6串联形成全桥逆变模块4的第二桥臂，三相交流电机5的第一相线圈与第一桥臂连接，三相交流电机5的第二相线圈与第二桥臂连接，第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6均与控制模块1连接。

具体的，交流整流模块12的第一端连接半桥逆变模块2的第一端，交流整流模块12的第三端连接半桥逆变模块2的第二端，交流整流模块12的第二端和第四端连接外部交流电源11。

具体的，第二开关模块13包括第二开关K2，半桥逆变模块2通过第二开关K2连接交流整流模块12，第二开关K2还与控制模块1连接。

以下结合具体实施过程进行说明：

当控制模块1控制第一开关K1断开、第二开关K2闭合时，此时半桥逆变模块2、三相交流电机5和全桥逆变模块4组成H桥电路，半桥逆变模块2通过交流整流模块12连接外部交流电源11。外部交流电源11通过交流整流模块12和第一电容C1进行整流转换为直流输入，通过半桥逆变模块2、三相交流电机5和全桥逆变模块4实现输入电源与动力电池之间的Buck降压和/或Boost升压调制，从而实现交流输入电源的升压充电和降压充电。

本实用新型通过控制模块控制第一开关K1和第二开关K2的闭合或断开，控制第一晶体管Q1和、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6的导通和截止，实现整车电机驱动、电机制动、直流升压、直流降压、交流升压和交流降压等功能；相比于现有技术减少了半桥与电感的设计数量，极大降低了生产成本，并且在减少半桥与电感设计数量的情况下仍然能够很好地实现动力电池充放电。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，故凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种低成本的动力电池充放电电路，其特征在于，包括控制模块、半桥逆变模块、第一开关模块、全桥逆变模块和三相交流电机，

所述半桥逆变模块通过所述第一开关模块连接所述全桥逆变模块，所述全桥逆变模块与动力电池连接；

所述半桥逆变模块还与外部电源连接；

所述三相交流电机分别连接所述半桥逆变模块和所述全桥逆变模块，所述三相交流电机通过所述全桥逆变模块连接动力电池；

控制模块分别连接半桥逆变模块、第一开关模块和全桥逆变模块。

2.根据权利要求1所述的动力电池充放电电路，其特征在于，还包括第一滤波模块和第二滤波模块，所述半桥逆变模块通过所述第一滤波模块连接外部电源，所述半桥逆变模块通过所述第二滤波模块连接所述全桥逆变模块。

3.根据权利要求2所述的动力电池充放电电路，其特征在于，所述第一滤波模块的第一端连接外部电源的正极端和所述半桥逆变模块的第一端，所述第一滤波模块的第二端连接外部电源的负极端和所述半桥逆变模块的第二端；

所述半桥逆变模块的第一端还通过所述第一开关模块连接所述第二滤波模块的第一端，所述半桥逆变模块的第二端还连接所述第二滤波模块的第二端，所述半桥逆变模块的第三端与所述三相交流电机的第三相线圈连接；

所述第二滤波模块的第一端、第二端分别连接所述全桥逆变模块的第一端、第二端，所述全桥逆变模块的第一端还连接动力电池的正极端，所述全桥逆变模块的第二端还连接动力电池的负极端，所述全桥逆变模块的第一桥臂和第二桥臂分别连接所述三相交流电机的第一相线圈和第二相线圈。

4.根据权利要求3所述的动力电池充放电电路，其特征在于，还包括交流整流模块，所述交流整流模块的第一端连接所述半桥逆变模块的第一端，所述交流整流模块的第三端连接所述半桥逆变模块的第二端，所述交流整流模块的第二端和第四端连接外部交流电源。

5.根据权利要求4所述的动力电池充放电电路，其特征在于，还包括第二开关模块，所述半桥逆变模块通过所述第二开关模块连接所述交流整流模块，所述第二开关模块还与所述控制模块连接。

6.根据权利要求1所述的动力电池充放电电路，其特征在于，所述半桥逆变模块包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和第二晶体管串联形成桥臂，所述三相交流电机的第三相线圈与桥臂连接，所述第一晶体管和第二晶体管均与所述控制模块连接。

7.根据权利要求1所述的动力电池充放电电路，其特征在于，所述全桥逆变模块包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管，所述第三晶体管和第四晶体管串联形成全桥逆变模块的第一桥臂，所述第五晶体管和第六晶体管串联形成全桥逆变模块的第二桥臂，所述三相交流电机的第一相线圈与第一桥臂连接，所述三相交流电机的第二相线圈与第二桥臂连接，所述第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管均与所述控制模块连接。