一种充电电路及充电装置的制作方法

1.本技术实施例涉及电子电路技术领域，具体涉及一种充电电路及充电装置。


背景技术：

2.目前，不同类型的电动车辆的充电电压范围不一致。例如，通常的乘用小车的充电电压范围为200v
‑
500v，公交车的充电电压范围为300v
‑
750v，充电装置需要既能满足乘用小车的快速充电要求，也要满足公交车快速充电要求，不同的充电电压范围使得充电装置需要满足宽范围输出(wide range output)。根据中华人民共和国能源行业标准nb/t 33001
‑
2018规定，充电装置应具备防逆流功能(如，输出加二极管等)，防止蓄电池的电流倒灌，从而充电装置也需要满足防反灌(anti
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backfeed irrigation)的要求。
3.针对上述充电装置需要同时满足宽范围输出以及防反灌的需求，通常可以通过开关电路控制变换电路来实现宽范围输出，在输出端口增加防反灌电路来实现蓄电池的电流防倒灌。现有方案虽然可以实现宽范围输出和防反灌，但由于电路中的元器件较多，以致造成充电装置的体积较大。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种充电电路及充电装置，用于减小充电装置的体积。
5.第一方面提供一种充电电路(charging circuit)，该充电电路可以包括相互耦合的至少两组直流(direct current，dc)/dc变换器、至少一组继电器开关以及至少一个二极管，其中：所述继电器开关，用于在第一电压处于第一阈值范围内的情况下，使所述至少两组dc/dc变换器串联连接，所述第一电压为电动车辆的充电电压；所述继电器开关，还用于在所述第一电压处于第二阈值范围内的情况下，使所述至少两组dc/dc变换器并联连接；所述二极管，用于防止所述电动车辆中蓄电池的电流倒灌。
6.在本技术提供的方案中，dc/dc变换器可以将第一直流电转换为第二直流电，第二直流电用于向电动车辆中的蓄电池供电，针对不同充电电压范围的电动车辆，可以通过继电器开关使得至少两组dc/dc变换器实现宽范围的电压输出，以满足不同电动车辆的充电需求。同时可以通过二级管来实现防止电动车辆中蓄电池的电流倒灌。不同于现有技术中，由于充电电路的元器件数量较多而造成的充电装置的体积较大，本技术技术方案中的充电电路通过较少的元器件就可以实现充电电路的宽电压输出以及防反灌的需求，从而可以减小充电装置的体积，提升充电装置产品的功率密度，降低充电装置的成本。
7.作为一种可能的实施方式，当所述充电电路包括两组dc/dc变换器和一组继电器开关时，所述充电电路包括第一dc/dc变换器、第二dc/dc变换器、第一继电器开关、第一二极管、第二二极管和第三二极管，其中：所述第一二极管的负极通过所述第一继电器开关耦合所述第一dc/dc变换器的第一输出端，所述第一二极管的正极耦合所述第二dc/dc变换器的第一输出端，所述第二二极管的负极耦合所述第一dc/dc变换器的第一输出端，所述第二二极管的正极耦合所述第二dc/dc变换器的第二输出端，所述第三二极管的负极耦合所述
第一dc/dc变换器的第二输出端，所述第三二极管的正极耦合所述第二dc/dc变换器的第一输出端，所述第一dc/dc变换器的第二输出端为所述充电电路的第一输出端，所述第二dc/dc变换器的第二输出端为所述充电电路的第二输出端。
8.在本技术提供的方案中，充电电路可以包括至少两组的dc/dc变换器、至少一组继电器开关以及至少一个二极管，当包括两组dc/dc变换器和一组继电器开关时，一种可能的连接方式可以将两组dc/dc变换器、一组继电器开关以及三个二极管连接起来。这样，只需要一组继电器开关，就可以实现宽电压输出以及防反灌的需求，从而可以减小充电装置的体积。
9.作为一种可能的实施方式，所述充电电路还包括控制电路；所述控制电路，用于在所述第一电压处于第一阈值范围内的情况下，控制所述第一继电器开关使所述第一dc/dc变换器和所述第二dc/dc变换器串联连接，在所述第一电压处于第二阈值范围内的情况下，控制所述第一继电器开关使所述第一dc/dc变换器和所述第二dc/dc变换器并联连接。
10.在本技术提供的方案中，当电动车辆需要充电时，控制电路可以通过通信的方式识别电动车辆的充电电压范围为多少，根据识别到的电动车辆的充电电压范围，控制第一继电器开关的闭合或断开，使第一dc/dc变换器和第二dc/dc变换器串联或并联连接，从而实现不同范围电压的输出。
11.作为一种可能的实施方式，当所述充电电路包括两组dc/dc变换器和两组继电器开关时，所述充电电路包括第一dc/dc变换器、第二dc/dc变换器、第一继电器开关、第二继电器开关、第一二极管、第二二极管和第三二极管，其中：所述第一二极管的负极耦合所述第一dc/dc变换器的第一输出端，所述第一二极管的正极耦合所述第二dc/dc变换器的第一输出端，所述第二二极管的负极通过所述第一继电器开关耦合所述第一dc/dc变换器的第一输出端，所述第二二极管的正极耦合所述第二dc/dc变换器的第二输出端，所述第三二极管的负极通过所述第二继电器开关耦合所述第一dc/dc变换器的第二输出端，所述第三二极管的正极耦合所述第二dc/dc变换器的第一输出端，所述第一dc/dc变换器的第二输出端为所述充电电路的第一输出端，所述第二dc/dc变换器的第二输出端为所述充电电路的第二输出端；通过所述第一继电器开关和所述第二继电器开关断开，以使所述第一dc/dc变换器和第二dc/dc变换器串联连接；通过所述第一继电器开关和所述第二继电器开关闭合，以使所述第一dc/dc变换器和第二dc/dc变换器并联连接。
12.在本技术提供的方案中，充电电路可以包括至少两组的dc/dc变换器、至少一组继电器开关以及至少一个二极管，当包括两组dc/dc变换器和两组继电器开关时，一种可能的连接方式可以将两组dc/dc变换器、两组组继电器开关以及三个二极管连接起来。这样，只需要两组继电器开关，就可以实现宽电压输出以及防反灌的需求，从而可以减小充电装置的体积。
13.作为一种可能的实施方式，所述充电电路还包括控制电路；所述控制电路，用于在所述第一电压处于第一阈值范围内的情况下，控制所述第一继电器开关和所述第二继电器开关使所述第一dc/dc变换器和所述第二dc/dc变换器串联连接，在所述第一电压处于第二阈值范围内的情况下，控制所述第一继电器开关和所述第二继电器开关使所述第一dc/dc变换器和所述第二dc/dc变换器并联连接。
14.在本技术提供的方案中，当电动车辆需要充电时，控制电路可以通过通信的方式
识别电动车辆的充电电压范围为多少，根据识别到的电动车辆的充电电压范围，控制第一继电器开关和第二继电器开关的闭合或断开，使第一dc/dc变换器和第二dc/dc变换器串联或并联连接，从而实现不同范围电压的输出。
15.作为一种可能的实施方式，当所述第一继电器开关为交流继电器开关时，所述充电电路还包括第一半导体器件，其中：所述第一继电器开关并联耦合所述第一半导体器件；所述第一半导体器件，用于保护所述第一继电器开关。
16.在本技术提供的方案中，当充电电路包括一组继电器开关时，第一继电器开关可以为交流继电器开关，由于交流继电器开关的体积小、成本小，从而可以减小充电装置的体积，也可以降低充电装置的成本。但是直流电流通过交流继电器开关时会出现单点故障，因此需要在第一继电器开关上并联耦合一个半导体器件，半导体器件可以保护第一继电器开关，防止第一继电器开关拉弧损坏。
17.作为一种可能的实施方式，当所述第一继电器开关为交流继电器开关，所述第二继电器开关为交流继电器开关时，所述充电电路还包括第一半导体器件和第二半导体器件，其中：所述第一继电器开关和所述第二继电器开关分别并联耦合所述第一半导体器件和所述第二半导体器件；所述第一半导体器件，用于保护所述第一继电器开关；所述第二半导体器件，用于保护所述第二继电器开关。
18.在本技术提供的方案中，当充电电路包括两组继电器开关时，第一继电器开关可以为交流继电器开关，第二继电器开关可以为交流继电器开关。由于交流继电器开关的体积小、成本小，从而可以减小充电装置的体积，也可以降低充电装置的成本。但是直流电流通过交流继电器开关时会出现单点故障，因此需要在第一继电器开关上并联耦合一个半导体器件，在第二继电器开关上并联耦合一个半导体器件，半导体器件可以保护继电器开关，防止继电器开关拉弧损坏。
19.作为一种可能的实施方式，所述第一半导体器件为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
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oxide
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semiconductor field
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effect transistor，mosfet管)、可控硅(silicon controlled rectifier，scr)中的任意一种。
20.作为一种可能的实施方式，所述第二半导体器件为igbt、mos管、scr中的任意一种。
21.作为一种可能的实施方式，所述第一dc/dc变换器和所述第二dc/dc变换器的电路结构为以下任意一种：全桥电感电感电容(inductance inductance capacitance，llc)谐振电路、半桥llc谐振电路、三电平llc谐振电路、三电平全桥电路、移项全桥电路、不对称半桥电路和三相交错llc谐振电路。
22.第二方面提供一种充电装置，该充电装置可以包括上述第一方面以及结合第一方面中的任一种实现方式所提供的充电电路。
附图说明
23.图1是本技术实施例提供的一种应用场景的示意图；
24.图2是现有技术中的一种电动车辆充电站充电电压的示意图；
25.图3是本技术实施例提供的一种充电电路的结构示意图；
26.图4是本技术实施例提供的另一种充电电路的结构示意图；
27.图5是本技术实施例提供的又一种充电电路的结构示意图；
28.图6是本技术实施例提供的又一种充电电路的结构示意图；
29.图7是本技术实施例提供的又一种充电电路的结构示意图；
30.图8是本技术实施例提供的又一种充电电路的结构示意图；
31.图9是本技术实施例提供的又一种充电电路的结构示意图；
32.图10是本技术实施例提供的又一种充电电路的结构示意图；
33.图11
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图17是本技术实施例提供的几种dc/dc变换器的结构示意图；
34.图18是本技术实施例提供的一种充电装置的示意图。
具体实施方式
35.本技术实施例提供了一种充电电路及充电装置，用于减小充电装置的体积。下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
36.为了更好地理解本技术实施例提供的一种充电电路及充电装置，下面先对本技术实施例的应用场景进行描述。请参阅图1，图1是本技术实施例提供的一种应用场景的示意图。如图1所示，传统充电系统分为图1中的(b)的乘用车充电站和图1中的(a)的公交车充电站，一般的乘用车的充电电压范围为200v
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500v，公交车的充电电压范围为300v
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750v。近些年充电系统有往更高充电电压发展的趋势，在这种背景下，充电装置可以充电归一化。请参阅图2，图2是现有技术中的一种电动车辆充电站充电电压的示意图。如图2所示，归一化后的充电装置可以满足分段恒功率要求，既能满足乘用车快速充电要求，又能满足公交大巴车的快速充电要求。典型的两种恒功率要求为输出电压(250v
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500v)恒满功率输出和输出电压(500v
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1000v)恒满功率输出。
37.为实现直流充电桩大功率快速充电，行业内目前主流的充电桩设备厂商均采用多个单体的充电模块(model)并联组成大功率充电柜的做法。典型的充电桩并联总功率输出为60kw、90kw、120kw。按照15kw模块来计算，其机柜内单体充电桩模块分别为4pcs/6pcs/8pcs；或者按照30kw模块来计算，其机柜内单体充电桩模块分别为2pcs/3pcs/4pcs。根据中华人民共和国能源行业标准nb/t 33001
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2018规定，充电装置应具备防逆流功能，防止蓄电池的电流倒灌。为保证并联工作的多个模块能够可靠工作，尤其考虑输出防反灌的需求，充电模块输出通常会增加反顶二极管。
38.现有方案的充电电路可以实现高效率宽电压范围和可靠防反灌的需求。该充电电路可以包括变换电路、开关电路和防反灌电路，考虑到宽范围恒功率的要求，同时为了得到比较高的效率，通过开关电路控制变换电路实现宽范围输出，考虑防反灌的需求，可以在充电电路输出端口增加防反灌电路。当前方案由于电路中的元器件较多，以致造成充电装置的体积较大和成本较贵等问题。
39.针对上述问题，本技术提供了一种充电电路和充电装置。下面对充电电路进行详细的描述。请参阅图3，图3是本技术实施例提供的一种充电电路的结构示意图。如图3所示，该充电电路可以包括变换电路301、开关电路302和防反灌电路303。开关电路302分别耦合变换电路301和防反灌电路303。所述开关电路302用于控制变换电路301实现宽范围输出，
所述防反灌电路303用于防止电流倒灌。具体的：
40.变换电路301，包括相互耦合的至少两组dc/dc变换器。至少两组dc/dc变换器，用于将第一直流电转换为第二直流电，第二直流电的电压为第一电压，充电电路使用第二直流电向电动车辆中的蓄电池供电。其中，dc/dc变换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压变换器。
41.开关电路302，包括至少一组继电器开关。其中：至少一组继电器开关，用于在第一电压处于第一阈值范围内的情况下，使至少两组dc/dc变换器串联连接，第一电压为电动车辆的充电电压；继电器开关，还用于在第一电压处于第二阈值范围内的情况下，使至少两组dc/dc变换器并联连接。
42.防反灌电路303，包括至少一个二极管。至少一个二极管，用于防止电动车辆中蓄电池的电流倒灌。
43.可以理解，本技术实施例中的一组继电器开关可以是一个继电器开关，也可以是多个继电器开关，其实现的功能是相同的，都是通过闭合/打开来控制电路的通/断。同理，一组dc/dc变换器可以为一个dc/dc变换器，也可以是多个dc/dc变换器，其实现的功能是相同的，本技术对此不作限定。
44.请参阅图4，图4是本技术实施例提供的另一种充电电路的结构示意图。图4是上述图3所示充电电路的优化。如图4所示，该充电电路包括变换电路301、开关电路302和防反灌电路303。其中，当变换电路301包括两组dc/dc变换器，开关电路302包括一组继电器开关时，具体的，所述变换电路301包括第一dc/dc变换器和第二dc/dc变换器，所述开关电路302包括第一继电器开关s1，所述防反灌电路303包括第一二极管d1、第二二极管d2和第三二极管d3，其中：
45.第一dc/dc变换器和第二dc/dc变换器的输入电压可以是一样的电压，也可以是不同的电压。所述d1的负极通过所述s1耦合所述第一dc/dc变换器的第一输出端，所述d1的正极耦合所述第二dc/dc变换器的第一输出端，所述d2的负极耦合所述第一dc/dc变换器的第一输出端，所述d2的正极耦合所述第二dc/dc变换器的第二输出端，所述d3的负极耦合所述第一dc/dc变换器的第二输出端，所述d3的正极耦合所述第二dc/dc变换器的第一输出端，所述第一dc/dc变换器的第二输出端为所述充电电路的第一输出端，所述第二dc/dc变换器的第二输出端为所述充电电路的第二输出端。
46.具体的，请参阅图5，图5是本技术实施例提供的又一种充电电路的结构示意图。如图5所示，当s1闭合时，第一dc/dc变换器和第二dc/dc变换器串联连接。
47.请参阅图6，图6是本技术实施例提供的又一种充电电路的结构示意图。如图6所示，当s1断开时，第一dc/dc变换器和第二dc/dc变换器并联连接。
48.可选的，s1可以为交流继电器开关。请参阅图7，图7是本技术实施例提供的又一种充电电路的结构示意图。图7是上述图4所示充电电路的优化。如图7所示，当s1为交流继电器开关时，该充电电路中的开关电路302还可以包括第一半导体器件。其中：s1并联耦合第一半导体器件，第一半导体器件用于保护s1。由于流过交流继电器的是直流电流，因此会造成单点故障，有了第一半导体器件的并联耦合，可以防止s1带载关断时的拉弧损坏，拉弧可以指继电器开关的绝限断开电流的最大能力。
49.可选的，第一半导体器件可以为igbt、mos管、scr等中的任意一种半导体器件。
50.请参阅图8，图8是本技术实施例提供的又一种充电电路的结构示意图。如图8所示，在图3所示的示意图的基础上，该充电电路还可以包括控制电路304，所述控制电路304耦合所述开关电路302。
51.在图4
‑
图7中，所述控制电路304具体耦合s1。其中：
52.所述控制电路304，用于在所述第一电压处于第一阈值范围内的情况下，控制所述s1使所述第一dc/dc变换器和所述第二dc/dc变换器串联连接，在所述第一电压处于第二阈值范围内的情况下，控制s1使所述第一dc/dc变换器和所述第二dc/dc变换器并联连接。例如，当电动车辆需要充电时，控制电路304可以先检测或获取到该电动车辆的类型和所需充电电压范围，再根据充电电压范围向开关电路302下发信号或者驱动，控制开关电路302(控制s1的断开/闭合)，从而控制变换电路301(控制所述第一dc/dc变换器和所述第二dc/dc变换器串/并联连接)，从而实现宽范围输出。其中，控制电路304可以是微控制单元(micro controller unit，mcu)和驱动电路共同组成的电路。例如，mcu下发信号到驱动电路，驱动电路可以驱动s1的断开/闭合。
53.图8所对应的优化电路，详细描述可以参考上述图4
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图7的描述，为避免重复，在此不再赘述。可以理解，如图4
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图7所示的充电电路中，变换电路301仅示意了两组dc/dc变换器，该变换电路301还可以包括更多数量的dc/dc变换器，变换电路所实现的功能相同，本技术实施例不限定变换电路301中dc/dc变换器的数量。同理，如图4
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图7所示的充电电路中，防反灌电路303仅示意了三个二极管，防反灌电路303还可以包括更多数量的二极管，防反灌电路所实现的功能相同，本技术实施例不限定防反灌电路303中二极管的数量。
54.请参阅图9，图9是本技术实施例提供的又一种充电电路的结构示意图。图9是上述图3所示充电电路的优化。如图9所示，该充电电路包括变换电路301、开关电路302和防反灌电路303。其中，当变换电路301包括两组dc/dc变换器，开关电路302包括两组继电器开关时，具体的，所述变换电路301包括第一dc/dc变换器和第二dc/dc变换器，所述开关电路302包括第一继电器开关s1和第二继电器开关s2，所述防反灌电路303包括第一二极管d1、第二二极管d2和第三二极管d3，其中：
55.第一dc/dc变换器和第二dc/dc变换器的输入电压可以是一样的电压，也可以是不同的电压。所述d1的负极耦合所述第一dc/dc变换器的第一输出端，所述d1的正极耦合所述第二dc/dc变换器的第一输出端，所述d2的负极通过所述s1耦合所述第一dc/dc变换器的第一输出端，所述d2的正极耦合所述第二dc/dc变换器的第二输出端，所述d3的负极通过所述s2耦合所述第一dc/dc变换器的第二输出端，所述d3的正极耦合所述第二dc/dc变换器的第一输出端，所述第一dc/dc变换器的第二输出端为所述充电电路的第一输出端，所述第二dc/dc变换器的第二输出端为所述充电电路的第二输出端。
56.具体的，当s1和s2同时断开时，如图5所示，第一dc/dc变换器和第二dc/dc变换器串联连接；当s1和s2同时闭合时，如图6所示，第一dc/dc变换器和第二dc/dc变换器并联连接。
57.可选的，s1可以为交流继电器开关，s2也可以为交流继电器开关。请参阅图10，图10是本技术实施例提供的又一种充电电路的结构示意图。图10是上述图9所示充电电路的优化。如图10所示，当所述s1为交流继电器开关，所述s2为交流继电器开关时，该充电电路中的开关电路302还可以包括第一半导体器件和第二半导体器件。其中：s1和s2分别并联耦
合所述第一半导体器件和所述第二半导体器件；第一半导体器件用于保护所述s1；第二半导体器件用于保护所述s2。由于流过交流继电器的是直流电流，因此会造成单点故障，有了第一半导体器件的并联耦合，可以防止s1和s2带载关断时的拉弧损坏，拉弧可以指继电器开关的绝限断开电流的最大能力。
58.可选的，第一半导体器件可以为igbt、mos管、scr等中的任意一种半导体器件，第二半导体器件也可以为igbt、mos管、scr中的任意一种半导体器件。
59.如图8所示的充电电路还可以包括控制电路304，所述控制电路304耦合所述开关电路302。
60.在图9和图10中，所述控制电路304具体耦合s1和s2。其中：
61.所述控制电路304，用于在所述第一电压处于第一阈值范围内的情况下，控制s1和s2同时断开使所述第一dc/dc变换器和所述第二dc/dc变换器串联连接，在所述第一电压处于第二阈值范围内的情况下，控制s1和s2同时闭合使所述第一dc/dc变换器和所述第二dc/dc变换器并联连接。例如，当电动车辆需要充电时，控制电路304可以先检测或获取到该电动车辆的类型和所需充电电压范围，再根据充电电压范围向开关电路302下发信号或者驱动，控制开关电路302(控制s1和s2的断开/闭合)，从而控制变换电路301(控制所述第一dc/dc变换器和所述第二dc/dc变换器串/并联连接)，从而实现宽范围输出。其中，控制电路304可以是mcu和驱动电路共同组成的电路。例如，mcu下发信号到驱动电路，驱动电路可以驱动s1和/或s2的断开/闭合。
62.可以理解，如图9和图10所示的充电电路中，变换电路301仅示意了两组dc/dc变换器，该变换电路301还可以包括更多数量的dc/dc变换器，变换电路所实现的功能相同，本技术实施例不限定变换电路301中dc/dc变换器的数量。同理，如图9和图10所示的充电电路中，防反灌电路303仅示意了三个二极管，防反灌电路303还可以包括更多数量的二极管，防反灌电路所实现的功能相同，本技术实施例不限定防反灌电路303中二极管的数量。
63.可以理解，上述图4
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图10所示充电电路中的继电器开关也可以为其他能够实现相同功能的元器件，二极管也可以为其他能够实现相同功能的元器件，本技术对此不作限定。
64.如图11
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图17所示，针对上述任一一种充电电路中的dc/dc变换器，dc/dc变换器变换器的类型为如图11所示的全桥llc谐振电路变换器、如图12所示的半桥llc谐振电路变换器、如图13所示的三电平llc谐振电路变换器、如图14所示的三电平全桥电路变换器、如图15所示的移项全桥电路变换器、如图16所示的不对称半桥电路变换器和如图17所示的三相交错llc谐振电路变换器中的任意一种变换器。
65.以上介绍了本技术实施例的充电电路，以下介绍应用所述充电电路可能的产品形态。应理解，但凡具备应用上述图3
‑
图10所述充电电路的任何形态的产品，都落入本技术的保护范围。还应理解，以下介绍仅为举例，不限制本技术实施例的产品形态仅限于此。
66.充电装置作为一种可能的产品形态，请参阅图18，图18是本技术实施例提供的一种充电装置的示意图。如图18所示，该充电装置可以是充电桩；也可以是充电桩内的充电模块(model)，该充电模块的名称也可以称为电源装置/充电单元(unit)/充电器(charger)等，该充电模块可以是可插拔组合的，也可以是集成好的；该充电装置还可以是应用于除充电桩以外其他的装置。
67.以上所述的具体实施方式，对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步
详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本技术的具体实施方式而已，并不用于限定本技术的保护范围，凡在本技术的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本技术的保护范围之内。