车辆的充电装置及车辆的制作方法

1.本实用新型涉及充电技术领域，具体涉及一种车辆的充电装置及车辆。


背景技术：

2.目前，电动汽车的充电功能包括交流充电与直流充电。传统的电动汽车，交流充电系统与直流充电系统相互独立，需要两套独立的交直流充电系统，系统拓扑图如图1。该交直流充电系统包括：动力电池1、交流充电桩2、直流充电桩3、车载交流充电机4、车载直流充电机5，其中，考虑到电动汽车电气安全，车载交流充电机4包括ac/dc模块以及隔离dc/dc 模块。车载直流充电机5包括直连充电功能和升压充电功能，以匹配不同电压等级动力电池。
3.由于现有电动汽车对于续航里程的需求，对现有动力电池的电量要求越来越高。常用的用于提升动力电池电量的方法，主要包括提升动力电池单体的电量和电压。车辆动力电池的电压等级越高，就会对充电机的零部件的耐压提出更高的要求，这也进一步导致充电系统的成本上升。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种车辆的充电装置，该充电装置将直流充电与交流充电部件集成在一起，且利用直流充电部件为充流充电实现升压的同时，降低充流充电耐压要求，可以降低成本。
5.本实用新型还旨在提出一种具有上述充电装置的车辆。
6.根据本实用新型实施例的车辆的充电装置，包括：用于接入直流电的直流充电接口和用于接入交流电的交流充电接口；充电机，包括ac/dc电路、隔离dc/dc电路和dc/dc升压电路，所述ac/dc电路分别与所述交流充电接口和所述隔离dc/dc电路相连，所述 dc/dc升压电路的进电端分别与所述隔离dc/dc电路和所述直流充电接口相连，所述 dc/dc升压电路的充电端与车辆的动力电池相连，其中，交流充电模式下，所述交流电依次通过所述ac/dc电路、隔离dc/dc电路和dc/dc升压电路变换至预设的直流充电电压，以对所述动力电池充电，直流充电模式下，所述直流电通过所述dc/dc升压电路变换为所述直流充电电压，以对所述动力电池充电。
7.根据本实用新型实施例的车辆的充电装置，通过将交流充电机与直流充电机级联，构成交直流充电一体的充电机，利用dc/dc升压电路完成了直流充电机所需的直流电压泵升功能，而且使隔离dc/dc电路与动力电池之间有dc/dc升压电路隔开，可以降低ac/dc电路、隔离dc/dc电路的耐压等级。而且dc/dc升压电路不仅给直流充电电压泵升，还能在交充充电时也完成电压泵升，交直流充电时共用电压泵升功能，进一步降低充电成本，提高充电集成度。
8.在一些实施例中，所述ac/dc电路包括以下任一整流电路：单相无桥可控或非可控整流电路；单相桥式可控或非可控整流电路；三相桥式可控或非可控整流电路。
9.具体地，所述隔离dc/dc电路包括以下任一直流变换电路：双向llc谐振电路；双向移相全桥电路；原边采用单相llc谐振电路且副边采用单相移相全桥电路的直流变换电路；原边采用单相移相全桥电路且副边采用全波桥式电路的直流变换电路。
10.进一步地，所述dc/dc升压电路包括单相boost电路或者交错并联boost电路。
11.在一些具体实施例中，所述隔离dc/dc电路为双向llc谐振电路、双向移相全桥电路或者原边采用单相llc谐振电路且副边采用单相移相全桥电路的直流变换电路时，所述 dc/dc升压电路的第一桥臂与所述隔离dc/dc电路的第二桥臂为一共用的桥臂，其中，所述第一桥臂为所述dc/dc升压电路中与所述直流充电接口相连的桥臂，所述第二桥臂为所述隔离dc/dc电路中与所述dc/dc升压电路相连的桥臂。
12.具体地，所述dc/dc升压电路的第一桥臂的上管和下管均为全控开关管。
13.进一步地，所述直流充电模式下，循环地执行以下步骤直至充电结束：所述第一桥臂的上管关断且下管开通，所述直流电为所述隔离dc/dc电路中的储能电容充电，并在所述储能电容充电完成后，所述第一桥臂的上管开通且下管关断，所述直流电和所述储能电容共同为所述动力电池充电。
14.更进一步地，所述交流充电模式下，循环地执行以下步骤直至充电结束：当所述隔离 dc/dc电路输出上正下负的直流电时，所述隔离dc/dc电路中的储能电容充电；当所述隔离dc/dc电路输出上负下正的直流电时，所述隔离dc/dc电路和所述储能电容共同为所述动力电池充电。
15.根据本实用新型实施例的车辆，包括根据本实用新型上述实施例所述的车辆的充电装置。
16.根据本实用新型实施例的车辆，通过设置上述充电装置，利用dc/dc升压电路完成了直流充电机所需的直流电压泵升功能，而且使隔离dc/dc电路与动力电池之间有dc/dc升压电路隔开，可以降低ac/dc电路、隔离dc/dc电路的耐压等级。交直流充电时共用电压泵升功能，进一步降低充电成本，提高充电集成度。
17.本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
18.本实用新型的上述和/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：
19.图1是现有技术中交直流充电系统的结构框图；
20.图2是本发明实施例的车辆的充电装置的结构框图；
21.图3是本发明一实施例的充电装置的控制电路拓扑图；
22.图4.a是本发明一个实施例的ac/dc电路的结构图；
23.图4.b是本发明另一个实施例的ac/dc电路的结构图；
24.图5.a是本发明一个实施例的隔离dc/dc电路的结构图；
25.图5.b是本发明另一个实施例的隔离dc/dc电路的结构图；
26.图5.c是本发明一个实施例的隔离dc/dc电路的结构图；
27.图6是本发明一实施例的dc/dc升压电路的结构图；
28.图7本发明另一实施例的充电装置的控制电路拓扑图；
29.图8.a是图7所示的充电装置在直流充电时一种电路状态；
30.图8.b是图7所示的充电装置在直流充电时另一种电路状态；
31.图9.a是图7所示的充电装置在交流充电时一种电路状态；
32.图9.b是图7所示的充电装置在交流充电时另一种电路状态。
33.附图标记：
34.图1中：
35.动力电池1、交流充电桩2、直流充电桩3、车载交流充电机4、车载直流充电机5；
36.其余图中：
37.动力电池1、交流充电桩2、直流充电桩3；
38.充电装置100；
39.直流充电接口101、交流充电接口102；
40.充电机60；
41.ac/dc电路61、隔离dc/dc电路62、dc/dc升压电路63、共用的桥臂604。
具体实施方式
42.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
43.下面参考附图描述根据本实用新型实施例的车辆的充电装置100。
44.根据本实用新型实施例的车辆的充电装置100，如图2所示，包括：直流充电接口101、交流充电接口102和充电机60，直流充电接口101用于接入直流电，交流充电接口102用于接入交流电。
45.如图2和图3所示，充电机60包括ac/dc电路61、隔离dc/dc电路62和dc/dc升压电路63，ac/dc电路61分别与交流充电接口102和隔离dc/dc电路62相连，dc/dc 升压电路63的进电端分别与隔离dc/dc电路62和直流充电接口101相连，dc/dc升压电路63的充电端与车辆的动力电池1相连。
46.交流充电模式下，交流电依次通过ac/dc电路61、隔离dc/dc电路62和dc/dc升压电路63变换至预设的直流充电电压，以对动力电池1充电。其中，当有交流充电设备(如图2所示的交流充电桩2)接到交流充电接口102时，认为用户存在交流充电需求，充流电由交流充电设备经交流充电接口102充入充电机60内。充入的交流电，先经ac/dc电路 61转换成直流电后，经隔离dc/dc电路62调整，然后经dc/dc升压电路63升高电压，使转换的直流电的电压升高至预设的直流充电电压，之后充入动力电池1内，从而提升动力电池1的电量和电压。
47.直流充电模式下，直流电通过dc/dc升压电路63变换为直流充电电压，以对动力电池 1充电。当有直流充电设备(如图2所示的直流充电桩3)接到直流充电接口101上时，认为用户存在直流充电需求，直流电由直流充电设备经直流充电接口101充入充电机60内。充入的直流电，经dc/dc升压电路63升高电压，使充入的直流电的电压升高至预设的直流充电电压，之后充入动力电池1内，从而提升动力电池1的电量和电压。
48.这样一个充电机60可以兼顾给车辆的动力电池1直流充电和交流充电，而且其中的 dc/dc升压电路63除了完成直流充电功能，还能肩负交流充电过程中的升压功能。
49.可以理解的是，现有技术中交流充电机与直流充电机是相互独立的。交流充电机独立完成ac/dc功能、隔离dc/dc功能，考虑到越来越高的电池电压等级，隔离dc/dc及与电池相连元件的耐压能力要求高，成本高。直流充电机独立完成直流充电功能，同样的，考虑到越来越高的电池电压等级，直流充电机除了具备直流充电功能，还需要直流电压泵升功能。可见在电池电压增高时，交流充电机需要匹配更高的耐压能力，直流充电机需要匹配直流电压泵升部件。
50.而本技术的方案通过将交流充电机与直流充电机级联，构成交直流充电一体的充电机 60，利用dc/dc升压电路63完成了直流充电机所需的直流电压泵升功能，而且使隔离 dc/dc电路62与动力电池1之间有dc/dc升压电路63隔开，可以降低ac/dc电路61、隔离dc/dc电路62的耐压等级。而且dc/dc升压电路63不仅给直流充电电压泵升，还能交充充电电压泵升，使得交流充电机与直流充电机共用直流充电机的电压泵升功能，进一步降低充电成本，提高充电集成度。
51.在本技术的方案中，ac/dc电路61是一种整流电路，“整流电路”(rectifying circuit)是把交流电能转换为直流电能的电路。
52.ac/dc电路61可包括以下整流电路中的任一一个。例如ac/dc电路61可包括单相无桥可控整流电路，ac/dc电路61可包括单相无桥非可控整流电路；ac/dc电路61可包括单相桥式可控整流电路，ac/dc电路61可包括单相桥式非可控整流电路；ac/dc电路61 可包括三相桥式可控整流电路，ac/dc电路61可包括三相桥式非可控整流电路。
53.ac/dc电路61设置的目的，是将电网交流电整流为直流电，送入隔离dc/dc电路62。图3中ac/dc电路61采用的是单相无桥整流电路作为示例，它可以是一种兼容交流充电的涡流加热管的控制电路拓扑图。而图4.a所示的ac/dc电路61是一种单相桥式整流电路，图4.b所示的ac/dc电路61是一种三相桥式整流电路。
54.可选地，ac/dc电路61中开关管可以为全控器件，如igbt、mos等。ac/dc电路61 中开关管也可以为半控器件，如晶闸管等。ac/dc电路61中开关管还可以为不可控器件，如二极管等。说明书附图中为简化画法，将开关管均采用mos管作为示意。
55.可以理解的是，凡是直流变换成直流的电路都可称为dc-dc电路，dc-dc电路按照功能可以分成各种类型，其中有一种按照隔离功能分为隔离类和非隔离类，本技术中隔离 dc/dc电路62是一种隔离类的dc-dc电路，用于提高充电安全性。
56.具体地，隔离dc/dc电路62可以包括以下直流变换电路的任一一个。例如隔离dc/dc 电路62可包括双向llc谐振电路；隔离dc/dc电路62可包括双向移相全桥电路；隔离 dc/dc电路62可包括原边采用单相llc谐振电路，且副边采用单相移相全桥电路的直流变换电路；还例如，隔离dc/dc电路62可包括原边采用单相移相全桥电路，且副边采用全波桥式电路的直流变换电路。
57.图3示出的隔离dc/dc电路62，包括的是一种双向llc谐振变换电路。而图5.a所示的隔离dc/dc电路62包括的是一种双向移相全桥电路；图5.b所示的隔离dc/dc电路62 包括的是一种单相llc谐振电路，后级全桥电路；图5.c所示的隔离dc/dc电路62包括的是一种单相移相全桥电路，后级全波桥式。
58.可以理解的是，隔离dc/dc电路62的设置目的，在于将电网(如源自交流充电桩2) 与整车高压系统(如动力电池1)进行隔离，并将隔离后的直流电送入dc/dc升压电路63。
59.在一些实施例中，dc/dc升压电路63包括单相boost电路或者交错并联boost电路，当然，dc/dc升压电路63也可以采用其他类型的直流升压电路。
60.图3中dc/dc升压电路63采用的是单相boost电路，而图6示出的dc/dc升压电路 63是一种交错并联boost电路。
61.可选地，dc/dc升压电路63中开关管可以为全控器件，如igbt、mos等。dc/dc升压电路63中开关管也可以为半控器件，如晶闸管等。dc/dc升压电路63中开关管还可以为不可控器件，如二极管等。
62.可以理解的是，dc/dc升压电路63设置的目的，一方面是将交流充电桩2经隔离后的低压直流电升压至直流充电电压，即动力电池1的电池电压，这样可以给动力电池1充电，隔离dc/dc电路62由于不需要直接承受动力电池1的高压，其相关原件的耐压等级可以降低，进而降低成本；另一方面，可以直接将直流充电桩3的低压直流电泵升至直流充电电压，给动力电池1直接充电。
63.在一些具体实施例中，如图7所示，充电装置100的直流充电接口101可以连接直流充电桩3，其交流充电接口102可以连接交流充电桩2，充电装置100包括充电机60，用于连接动力电池1以充电。充电机60包括ac/dc电路61、隔离dc/dc电路62和dc/dc升压电路63，ac/dc电路61分别与交流充电接口102和隔离dc/dc电路62相连，dc/dc升压电路63的进电端分别与隔离dc/dc电路62和直流充电接口101相连，dc/dc升压电路 63的充电端与车辆的动力电池1相连。
64.其中，隔离dc/dc电路62可以包括双向llc谐振电路，或者包括双向移相全桥电路，或者包括原边采用单相llc谐振电路且副边采用单相移相全桥电路的直流变换电路。当时隔离dc/dc电路62为上述电路时，dc/dc升压电路63的第一桥臂与隔离dc/dc电路62 的第二桥臂为一共用的桥臂604，其中，第一桥臂为dc/dc升压电路63中与直流充电接口 101相连的桥臂，第二桥臂为隔离dc/dc电路62中与dc/dc升压电路63相连的桥臂。
65.桥臂604为隔离dc/dc电路62、dc/dc升压电路63所共用，一方面，参与交流充电过程中直流电压的泵升过程，另外一方面，参与直流充电直流电压的泵升过程。由此，利用桥臂复用的拓扑结构，完成了dc/dc电压泵升功能，可以提高充电机60的模块集成度。
66.可选地，dc/dc升压电路63的的第一桥臂的上管和下管均为全控开关管，例如采用 igbt、mos等，由此可实现双向充放电功能。
67.具体参照图8.a和图8.b，直流充电模式下，充电装置100循环地执行以下步骤，直至充电结束：如图8.a，第一桥臂的上管关断且下管开通，直流电为隔离dc/dc电路62中的储能电容充电，并在储能电容充电完成后，如图8.b，第一桥臂的上管开通且下管关断，直流电和储能电容共同为动力电池1充电。
68.具体参照图9.a和图9.b，交流充电模式下，充电装置100循环地执行以下步骤直至充电结束：如图9.a，当隔离dc/dc电路62输出上正下负的直流电时，隔离dc/dc电路62中的储能电容充电；如图9.b，当隔离dc/dc电路62输出上负下正的直流电时，隔离dc/dc 电路62和储能电容共同为动力电池1充电。
69.由此，本技术的这种充电装置100，通过将交流充电机与直流充电机级联，可以进
一步降低交流充电机元器件的耐压等级，同时，直流充电机的电压泵升电路还可以与直流充电机复用元器件，进一步降低充电成本，提高充电集成度。
70.根据本实用新型实施例的车辆，车辆设置有上述实施例所述的充电装置100。该车辆由于具有了上述车辆的充电装置100，将直流充电、交流充电集成在一起，不仅可以兼容交流充电，直流充电，降低交流充电机元器件的耐压等级，同时利用复用器件，降低充电成本，提高充电集成度。
71.根据本实用新型实施例的车辆的其他构成例如变速器和传动系统等结构以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
72.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“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实用新型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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
73.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。