具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器及车载充电装置

技术领域

本申请涉及车载充电技术领域，具体涉及具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器及车载充电装置。

背景技术

车载充电装置在充电的过程中，如果充电电压过高会导致充电电流非常大，可能损害母线和电容，所以，现有技术中，为了限制充电电流，通常在车载充电装置中增加预充电过程，从而达到保护电路的目的。

由于车载充电机(On board charger，OBC)的母线上并有容值较大的电解电容，用来实现稳压的功能，因此传统的预充电路通常在车载充电机启动前对母线电容进行预充，从而抑制输入脉冲电流，其中，预充电路由一个继电器与电阻组成；或者在高压电池侧的母线上，为了防止浪涌电流，增加了一组预充电路。

但是这样额外设置预充电路，虽然保证了电路安全，但是造成车载充电机的体积较大，成本较高等问题。

发明内容

本申请实施例提供一种具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器，包括主变压器、第一电路、第二电路和第三电路，所述主变压器包括原边绕组和副边绕组；所述第一电路的一端连接所述原边绕组，所述第一电路的另一端连接车载充电系统的母线电容与高压电池；所述第二电路的一端连接所述副边绕组，所述第二电路的另一端连接第三电路的一端；所述第三电路的一端连接所述第二电路，所述第三电路的另一端连接车载充电系统的低压电池；在正向充电时，从所述高压电池通过所述车载DC/DC变换器给所述低压电池充电，在反向充电时，通过控制所述第二电路和所述第三电路的开关管，使所述低压电池给所述母线电容进行反向预充电。

根据一些实施例，所述第三电路包括滤波电容、滤波电感、防倒灌开关管和续流二极管，所述滤波电容与所述第二电路并联连接；所述滤波电感的一端连接所述滤波电容的正极；所述防倒灌开关管的一端连接所述滤波电感的另一端，所述防倒灌开关管的另一端连接所述低压电池的正极；所述续流二极管的正极连接所述低压电池的负极，所述续流二极管的负极连接所述防倒灌开关管与所述滤波电感的连接端；在反向充电时，所述防倒灌开关管闭合时，通过所述低压电池为所述滤波电感与所述滤波电容充电，所述防倒灌开关管断开时，所述滤波电感通过所述续流二极管续流为所述滤波电容充电。

根据一些实施例，所述第二电路包括第一副边电感、第二副边电感、第一副边开关管和第二副边开关管，所述第一副边电感的一端连接所述第三电路的一端的正极，所述第一副边电感的另一端连接所述主变压器的副边绕组的负端；所述第二副边电感的一端连接所述第三电路的一端的正极，所述第二副边电感的另一端连接所述主变压器的副边绕组的正端；所述第一副边开关管的一端连接所述第一副边电感的另一端，所述第一副边开关管的另一端连接所述低压电池的负极；所述第二副边开关管的一端连接所述主变压器的副边绕组的正端，所述第二副边开关管的另一端连接所述低压电池的负极。

根据一些实施例，所述第二电路包括副边电感、第一副边开关管和第二副边开关管，所述副边电感的一端连接所述第三电路的一端的正极；所述第一副边开关管的一端连接所述副边电感的另一端，所述第一副边开关管的另一端连接所述主变压器的副边绕组的正端；所述第二副边开关管的一端连接所述副边电感的另一端，所述第二副边开关管的另一端连接所述主变压器的副边绕组的负端，所述主变压器的副边绕组的中点连接所述低压电池的负极。

根据一些实施例，所述第一电路包括第一原边开关管、第二原边开关管、第一原边电容和第二原边电容，所述第一原边开关管的一端连接所述主变压器的原边绕组的正端，所述第一原边开关管的另一端连接所述高压电池的正极；所述第二原边开关管的一端连接所述主变压器的原边绕组的正端，所述第二原边开关管的另一端连接所述高压电池的负极；所述第一原边电容的一端连接所述高压电池的正极，所述第一原边电容的另一端连接所述主变压器的原边绕组的负端；所述第二原边电容的一端连接所述高压电池的负极，所述第二原边电容的另一端连接所述主变压器的原边绕组的负端。

本申请实施例还提供一种车载充电装置，包括：如上所述的具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器、低压电池、车载充电机和高压电池，所述车载充电机与所述高压电池连接。

根据一些实施例，所述车载充电机包括电路模块和第二DC/DC变换器，所述电路模块的一端连接交流输入端，所述第二DC/DC变换器的一端连接所述电路模块的另一端，所述第二DC/DC变换器的另一端连接所述高压电池。

根据一些实施例，所述电路模块为整流电路或校正电路，所述第二DC/DC变换器为双向隔离DC/DC变换器或单向隔离DC/DC变换器。

本申请实施例提供的技术方案，可以实现车载充电机给低压电池140的正向充电，也可以实现低压电池到车载充电机的反向充电，从而实现低压电池对OBC母线以及整车高压电池侧的预充功能，省去OBC与高压电池侧的预充电路，在提高OBC的功率密度与安全性的同时，也降低了OBC与整车的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器的结构示意图。

图2是本申请实施例提供的另一种具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器的结构示意图。

图3是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之一。

图4是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之二。

图5是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之三。

图6是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之四。

图7是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之五。

图8是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之六。

图9是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之七。

图10是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之八。

图11是本申请实施例提供的一种车载充电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

图1是本申请实施例提供的一种具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器的结构示意图。

如图1所示，具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100可以为大功率DC/DC变换器，包括主变压器130、位于主变压器130的原边侧的第一电路120、位于主变压器130的副边侧的第二电路110及第三电路160。

主变压器130包括原边绕组和副边绕组。第一电路120的一端连接原边绕组，第一电路120的另一端连接车载充电系统的母线电容C4与高压电池150。第二电路110的一端连接副边绕组，第二电路110的另一端连接第三电路160的一端，进行电能传输。第三电路160的另一端连接车载充电系统的低压电池140。在正向充电时，从高压电池150通过具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100给低压电池140充电，在反向充电时，通过控制第二电路110与第三电路160的开关管，使低压电池140给母线电容C4进行反向预充电。

第一直流电源端和第二直流电源端分别并联有一个电容，用于实现具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的输入与输出电压的滤波与稳压。

第一电路120包括第一原边开关管P

第一原边开关管P

第二电路110包括第一副边电感L

第一副边电感L

原边开关管与副边开关管均可以为金属氧化物半导体((metal oxidesemiconductor，MOS)场效应晶体管，当然，也可以为其它形式的开关管，本申请不对此限制。

第三电路160包括滤波电容C

滤波电容C

主变压器130的原边绕组和副边绕组的线圈比可以为n：1。副边电阻的电感可以包括至少一个电感。无论是几个电感，电感的线圈数可以为nt1。滤波电感L

本实施例提供的具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器，在正向充电时，可由第一原边电容C

在正向充电时，具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器通过一端连接高压电池150、另一端连接低压电池，实现高压电池150给低压电池140的正向充电。

同时，具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器还可在反向充电时，由滤波电感L

在反向充电时，利用buck电路对防倒灌开关管S

利用隔离DC/DC电路对第一副边开关管SR

第一副边开关管SR

第一副边开关管SR

第二副边开关管SR

图2是本申请实施例提供的另一种具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器的结构示意图。

本实施例，在图1实施例的基础上，第二电路110有所变化。第二电路110包括副边电感L

副边电感L

在正向充电时，第一原边电容C

在反向充电时，由副边电感L

第三副边开关管SR

第三副边开关管SR

第四副边开关管SR

图3是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之一。

如图3所示，车载充电装置包括具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100、低压电池140、车载充电机220和高压电池150。

车载充电机220一端连接交流输入端210以及具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100，另一端连接高压电池150。

可选地，第一DCDC变换器100可以为图1或图2中的任一DCDC变换器100，在此不做任何限制。

图4是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之二。

如图4所示，车载充电装置包括具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100、低压电池140、车载充电机220和高压电池150。

车载充电机220一端连接交流输入端210以及具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100，另一端连接高压电池150。

可选地，具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100可以为图1或图2中的任一具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100，在此不做任何限制。

车载充电机220包括电路模块221和第二DC/DC变换器222。电路模块221的一端连接交流输入端，第二DC/DC变换器222的一端连接电路模块221的另一端，另一端连接高压电池150。

电路模块221为整流电路或校正电路，第二DC/DC变换器222为双向隔离DC/DC变换器或单向隔离DC/DC变换器。

其中，该整流电路221b可以为双向整流电路；矫正电路221a可以为功率因数矫正电路(Power Factor Correction，PFC)。

可选地，整流电路221b或矫正电路221a和双向隔离DCDC变换器222a或单向隔离DCDC变换器222b可以两两之间任意匹配。

图5是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之三。

如图5所示，车载充电装置可包括矫正电路221a、单向隔离DCDC变换器222b、高压电池150、具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100以及低压电池140。

矫正电路221a一端与交流输入端210连接，矫正电路221a另一端与单向隔离DC/DC变换器222b连接，单向隔离DC/DC变换器222b另一端与高压电池150连接。

在图5所示的车载充电装置中，车载充电机220可以由矫正电路221a与单向隔离DC/DC变换器222b组成。具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的一端可连接至低压电池140，具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的另一端可挂接于车载充电机220的母线侧，即车载充电机220中单向隔离DC/DC变换器222b的母线上。

在此时情况下，可利用具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的反向充电功能，先将车载充电机220的母线充至目标电压，再开启车载充电机220的单向隔离DC/DC变换器222b对输出电容进行充电，直至输出电压达到所需值后，控制车载充电机220中单向隔离DC/DC变换器222b和具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的工作状态，使得电压维持在目标电压。

图6是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之四。

如图6所示，车载充电装置可包括整流电路221b、双向隔离DC/DC变换器222a、高压电池150、具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100以及低压电池140。

整流电路221b一端与交流输入端210连接，整流电路221b另一端与双向隔离DC/DC变换器222a连接，双向隔离DC/DC变换器222a另一端与高压电池150连接。

在图6所示的车载充电装置中，车载充电机220可以由整流电路221b与双向隔离DCDC变换器222a组成，具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的一端可连接至低压电池140，具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的另一端可挂接于车载充电机220的母线侧，即车载充电机中单向隔离DC/DC变换器222b的母线上。在此情况下，可利用具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的反向充电功能，先将车载充电机220的母线充至目标电压，再开启车载充电机220的双向隔离DC/DC变换器222a对输出电容进行充电，直至输出电压达到所需值后，控制车载充电机220中双向隔离DC/DC变换器222a和具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的工作状态，使得电压维持在目标电压。

图7是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之五。

如图7所示，车载充电装置包括矫正电路221a、双向隔离DC/DC变换器222a、高压电池150、具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100以及低压电池140。

矫正电路221a一端与交流输入端210连接，矫正电路221a另一端与双向隔离DC/DC变换器222a连接，双向隔离DC/DC变换器222a另一端与高压电池150连接。

在图7所示的车载充电装置中，车载充电机220可以由矫正电路221a与双向隔离DC/DC变换器222a组成，具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的一端可连接至低压电池140，具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的另一端可挂接于车载充电机的母线侧，即车载充电机中单向隔离DC/DC变换器222b的母线上。

在此情况下，可利用具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的反向充电功能，先将车载充电机220的母线充至目标电压，再开启车载充电机220的双向隔离DC/DC变换器222a对输出电容进行充电，直至输出电压达到所需值后，控制车载充电机220中双向隔离DC/DC变换器222a和具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的工作状态，使得电压维持在需要电压。

图8是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之六。

如图8所示，车载充电装置包括矫正电路221a、单向隔离DC/DC变换器222b、高压电池150、具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100以及低压电池140。

矫正电路221a一端与交流输入端210连接，矫正电路221a另一端与单向隔离DC/DC变换器222b连接，单向隔离DC/DC变换器222b另一端与高压电池150连接。

在图8所示的车载充电装置中，车载充电机220可以由矫正电路221a与单向隔离DCDC变换器222b组成，具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的一端可连接至低压电池140，具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的另一端可挂接于车载充电机220的输出侧。

在此情况下，可利用具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的反向充电功能，将车载充电机220的输出端充至目标电压，车载充电机220的母线电压通过交流输入端210供电实现软起。

图9是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之七。

如图9所示，车载充电装置包括整流电路221b、双向隔离DC/DC变换器222a、高压电池150、具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100以及低压电池140。

整流电路221b一端与交流输入端210连接，整流电路221b另一端与双向隔离DC/DC变换器222a连接，双向隔离DC/DC变换器222a另一端与高压电池150连接。

在图9所示的车载充电装置中，车载充电机220可以由整流电路221b与双向隔离DC/DC变换器222a组成，具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的一端可连接至低压电池140，具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的另一端可挂接于车载充电机220的输出侧。

在此情况下，可利用具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的反向充电功能，将车载充电机220的输出端充至需要的电压后，开启车载充电机220的双向隔离DC/DC变换器222a，将车载充电机220的母线电压充至目标电压后，控制车载充电机220中双向隔离DC/DC变换器222a和具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的工作状态，使得电压维持在需要电压。

图10是本申请实施例提供的一种车载充电装置的结构示意图之八。

如图10所示，车载充电装置包括矫正电路221a、双向隔离DC/DC变换器222a、高压电池150、具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100以及低压电池140。

矫正电路221a一端与交流输入端210连接，矫正电路221a另一端与双向隔离DC/DC变换器222a连接，双向隔离DC/DC变换器222a另一端与高压电池150连接。

在图10所示的车载充电装置中，车载充电机220可以由矫正电路221a与双向隔离DC/DC变换器222a组成，具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的一端可连接至低压电池140，具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的另一端可挂接于车载充电机220的输出侧。

在此情况下，可利用具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的反向充电功能，将车载充电机220的输出端充至目标电压后，开启车载充电机220的双向隔离DC/DC变换器222a，将车载充电机220的母线电压充至目标电压后，控制车载充电机220中双向隔离DC/DC变换器222a和具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器100的工作状态，使得电压维持在需要电压。

第二直流电源端与第二DC/DC变换器222的一端，或者，与第二DC/DC变换器222的另一端连接。

本实施例中，通过采用具有反向预充电功能的车载DC/DC变换器，构成buck电路与隔离DC/DC电路。利用该buck电路对滤波电容电压进行控制，滤波电容电压是隔离DC/DC电路的输入电压。利用隔离DC/DC电路对副边开关管进行控制，使得第一副边开关管闭合时，使得滤波电容为第一副边电感充能；在第一副边开关管断开，第二副边开关管闭合时，第一副边电感的能量通过第二副边开关管以及主变压器，可传输到原边电容，实现能量的反向流动，即实现了低压电池到车载充电机的反向充电，从而实现低压电池对OBC母线以及整车高压电池侧的预充功能，从而省去OBC与高压电池侧的预充电路，在提高OBC的功率密度与安全性的同时，也降低了OBC与整车的成本。

图11是本申请实施例提供的一种车载充电系统的结构示意图。

如图11所示，车载充电系统300包括如上所述的车载充电装置200和控制电路310。

控制电路310与车载充电装置200连接，用于控制车载充电装置200的工作状态。

车载充电装置200实现了低压电池到车载充电机的反向充电，从而实现低压电池对OBC母线以及整车高压电池侧的预充功能，从而省去OBC与高压电池侧的预充电路，在提高OBC的功率密度与安全性的同时，也降低了OBC与整车的成本。

需要说明的是，车载充电系统300的具体工作过程中，控制电路310通过通信线路与整车控制器通信来接收工作指令，通过与车载充电装置200的部分或整体的连接控制充电装置的工作状态。

没有接收到开始工作的指令时，控制电路310控制充电装置处于休眠状态。若接收到开始工作的指令，控制电路310则唤醒车载充电装置200，使其处于预休眠状态。随后控制电路310判断整车高压电池150是否连接，若高压电池150未连接，则控制车载充电装置200工作在预充电状态(预充电状态即低压电池140经处于buck电路与隔离DC/DC电路模式的第二DC/DC变换器222给车载充电机220内的至少一母线进行充电)。若高压电池150是连接状态，则控制车载充电装置200工作在整车工作状态(整车工作状态即整车处于充电状态、逆变状态或单独DC/DC工作状态)。

进一步地，在预充电状态时，控制电路310还需要判断是否接到反向预充指令，若是，则控制第二DC/DC变换器222工作在buck电路模式与隔离DC/DC电路模式，低压电池140经buck电路与隔离DC/DC电路变换给车载充电机220内的至少一母线进行充电。并当整车高压电池150处于连接状态时，控制buck电路模式与隔离DC/DC电路模式停止。若未接到反向预冲指令，则进入预休眠状态。在整车工作状态时，还需进一步等待整车工作指令，当整车工作指令未到来时，整车处于standby状态，当整车工作指令到来时，根据工作指令控制整车处于充电状态、逆变状态或单独DC/DC工作状态。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。