本發(fā)明涉及一種車(chē)載充電機(jī)，更具體的涉及一種集成dc/dc轉(zhuǎn)換器的obc車(chē)載充電機(jī)、主電路及其控制環(huán)路。

技術(shù)背景

近年來(lái)，隨著電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，車(chē)載電子設(shè)備呈小型化、集成化、高功率密度化的趨勢(shì)。特別是車(chē)載obc(onboardcharge)充電機(jī)和車(chē)載dc/dc，作為整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)的電能轉(zhuǎn)換核心部件，迫切需求小型化、高度集成化。

圖1為目前常用的車(chē)載obc和車(chē)載dc/dc實(shí)現(xiàn)物理集成的方案，該方案雖然節(jié)省了部分結(jié)構(gòu)件和端口配線，但仍需要大量的電氣元件，成本高、體積大，集成化程度較低。如圖1所示，市電輸入通過(guò)emc濾波電路、單相整流電路、pfc功率校正電路、obc輸入側(cè)開(kāi)關(guān)電路進(jìn)入obc主變壓器，再通過(guò)obc輸出側(cè)整流電路、obc輸出濾波電路將能量傳遞給動(dòng)力電池組，動(dòng)力電池組將能量通過(guò)dc/dc輸入側(cè)emc濾波電路、dc/dc輸入側(cè)開(kāi)關(guān)電路傳遞給dc/dc主變壓器，并通過(guò)dc/dc主變壓器將能量通過(guò)dc/dc輸出側(cè)整流電路、dc/dc輸出側(cè)濾波電路傳輸給蓄電池及負(fù)載。現(xiàn)有的電氣集成方案只能實(shí)現(xiàn)電池充電的單一功能，并不能滿足現(xiàn)實(shí)的多樣化需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種新型的集成dc/dc轉(zhuǎn)換器的車(chē)載充電機(jī)主電路及其控制環(huán)路，將dc/dc轉(zhuǎn)換器與車(chē)載obc做電氣集成，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)體積大幅度減小、成本明顯降低、功率密度顯著提高、可靠性進(jìn)一步提升。

同時(shí)，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)交流輸入側(cè)電網(wǎng)與直流側(cè)動(dòng)力電池組之間的能量雙向傳遞，具備雙向車(chē)載obc功能。

本發(fā)明的充電機(jī)主電路，如圖2所示，市電通過(guò)該集成dc/dc轉(zhuǎn)換器的車(chē)載obc充電機(jī)主電路與動(dòng)力電池組進(jìn)行能量雙向傳遞，其中該集成dc/dc轉(zhuǎn)換器的車(chē)載obc充電機(jī)主電路包括obc/dcdc主變壓器以及dc/dc輸出側(cè)整流電路，obc/dcdc主變壓器將能量傳遞給dc/dc輸出側(cè)整流電路，dc/dc輸出側(cè)整流電路將能量傳遞給汽車(chē)蓄電池及負(fù)載，該集成dc/dc轉(zhuǎn)換器的車(chē)載obc充電機(jī)主電路包括電動(dòng)汽車(chē)充電狀態(tài)、動(dòng)力電池組給蓄電池供電狀態(tài)以及汽車(chē)動(dòng)力電池組能量回饋電網(wǎng)的三種工作狀態(tài)。其中obc/dcdc主變壓器包括原邊繞組、第一副邊繞組和第二副邊繞組，原邊繞組為市電輸入側(cè)，第一副邊繞組輸出連接汽車(chē)動(dòng)力電池組，第二副邊繞組輸出連接車(chē)載蓄電池；dc/dc輸出側(cè)整流電路包括共源極結(jié)構(gòu)的晶體管q9、q10和q11、q12，晶體管q9、q10、q11和q12構(gòu)成全波整流，與第二副邊繞組串聯(lián)，與輸出車(chē)載蓄電池側(cè)電解電容cout并聯(lián)，提供車(chē)載蓄電池輸出電壓vbat_pb；晶體管q1、q2、q3、q4構(gòu)成cllc輸入側(cè)開(kāi)關(guān)與母線大電解電容c_bus并聯(lián)，原邊繞組與電磁繼電器rly1、輸入側(cè)諧振電感l(wèi)r1，輸入側(cè)諧振電容cr1串聯(lián)，跨接到晶體管q1、q2、q3、q4構(gòu)成的輸入側(cè)開(kāi)關(guān)上；晶體管q5、q6、q7、q8構(gòu)成cllc輸出動(dòng)力電池組側(cè)全橋整流電路，與動(dòng)力電池組側(cè)電解電容co_bat并聯(lián)，輸出vbat_li給動(dòng)力電池組充電，第一副邊繞組、輸出動(dòng)力電池組側(cè)諧振電感l(wèi)r2，輸出動(dòng)力電池組側(cè)諧振電容cr2串聯(lián)，并跨接到晶體管q5、q6、q7、q8構(gòu)成cllc輸出動(dòng)力電池組側(cè)全橋整流電路中。

本發(fā)明還提供了一種用于控制權(quán)利要求1-8的集成dc/dc轉(zhuǎn)換器的車(chē)載obc充電機(jī)主電路的控制環(huán)路，包括主控制mcu、隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路、采樣電路、繼電器以及晶體管q1-q12，采用cllc雙向控制以及蓄電池側(cè)同步整流控制上疊加pwm脈寬調(diào)整控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)集成dc/dc轉(zhuǎn)換器的車(chē)載obc充電機(jī)主電路的雙環(huán)路控制。其中采樣電路包括原邊采樣、動(dòng)力電池組側(cè)主環(huán)路采樣、蓄電池側(cè)環(huán)路采樣。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的車(chē)載obc+dc/dc物理集成方式；

圖2為本發(fā)明的車(chē)載obc+dc/dc電氣集成方式；

圖3為本發(fā)明的車(chē)載obc+dc/dc電氣集成方案主電路拓?fù)洌?/p>

圖4為本發(fā)明的obc+dc/dc主電路控制環(huán)路；

圖5為主電路控制環(huán)路在工作狀態(tài)1的發(fā)波方式；

圖6為主電路控制環(huán)路在工作狀態(tài)2發(fā)波方式；

圖7為主電路控制環(huán)路在工作狀態(tài)3發(fā)波方式。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明采用雙向cllc控制技術(shù)，在主變壓器增加一個(gè)副邊繞組作為dc/dc輸出側(cè)繞組，給蓄電池及負(fù)載供電，來(lái)實(shí)現(xiàn)obc與dc/dc電氣集成。具體實(shí)施電路如圖3所示。

圖3拓?fù)淦骷f(shuō)明：t1為車(chē)載obc+dc/dc集成的主變壓器，包含三個(gè)繞組，原邊繞組1為市電輸入側(cè)，副邊繞組2輸出連接汽車(chē)動(dòng)力電池組，副邊繞組3輸出連接車(chē)載蓄電池；c_bus為母線大電解電容，co_bat為動(dòng)力電池組側(cè)電解電容，cout為輸出車(chē)載蓄電池側(cè)電解電容；q1、q2、q3、q4為cllc輸入側(cè)開(kāi)關(guān)n型mosfet，q5、q6、q7、q8為cllc輸出動(dòng)力電池組側(cè)全橋整流n型mosfet，q9、q10、q11、q12為輸出蓄電池側(cè)全波整流n型mosfet，q9和q10、q11和q12采用共源極結(jié)構(gòu)；rly1為電磁繼電器；lr1為輸入側(cè)諧振電感，cr1為輸入側(cè)諧振電容；lr2為輸出動(dòng)力電池組側(cè)諧振電感，cr2為輸出動(dòng)力電池組側(cè)諧振電容。

本發(fā)明的控制策略如下：

工作狀態(tài)1：當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)處于充電狀態(tài)

此時(shí)繼電器rly1閉合，輸入前級(jí)整流電路和pfc電路將220vac交流電壓轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的vbus直流電壓，主變壓器t1的原邊繞組1為能量輸入側(cè)，副邊繞組2和副邊繞組3為輸出側(cè)。q1、q2、q3、q4為全橋cllc控制向副邊傳能；q5、q6、q7、q8為輸出同步整流控制，輸出vbat_li給動(dòng)力電池組充電；q9和q10、q11和q12通過(guò)同步整流+pwm調(diào)節(jié)來(lái)控制輸出電壓vbat_pb，給車(chē)載蓄電池充電。從而實(shí)現(xiàn)了車(chē)載obc功能。

工作狀態(tài)2：動(dòng)力電池組給蓄電池供電狀態(tài)

此時(shí)繼電器rly1斷開(kāi)，原邊繞組1處于開(kāi)路狀態(tài)，副邊繞組2為能量輸入側(cè)，副邊繞組3為輸出側(cè)。關(guān)閉q1、q2、q3、q4驅(qū)動(dòng)，使原邊處于完全斷開(kāi)狀態(tài)；此時(shí)q5、q6、q7、q8為輸入全橋llc控制的開(kāi)關(guān)管，汽車(chē)動(dòng)力電池組處于放電狀態(tài)；q9和q10、q11和q12通過(guò)同步整流輸出穩(wěn)定的電壓vbat_pb，給車(chē)載蓄電池充電，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)載dc/dc變換器的功能。

工作狀態(tài)3：汽車(chē)動(dòng)力電池組能量回饋電網(wǎng)

此時(shí)繼電器rly1閉合，原邊繞組1為能量回饋電網(wǎng)輸出側(cè)，副邊繞組2為動(dòng)力電池組能量輸入側(cè)，副邊繞組3為車(chē)載蓄電池充電輸出側(cè)，q5、q6、q7、q8為輸入全橋cllc控制的開(kāi)關(guān)管，動(dòng)力電池組處于放電狀態(tài)，將能量回饋電網(wǎng)；q1、q2、q3、q4為全橋同步整流控制，輸出控制輸出母線電壓vbus；此時(shí)q9和q10、q11和q12可以處于斷開(kāi)狀態(tài)，也可以通過(guò)全波同步整流+pwm調(diào)節(jié)控制輸出穩(wěn)定電壓vbat_pb，給車(chē)載蓄電池充電。從而實(shí)現(xiàn)雙向obc功能，將動(dòng)力電池組的能量回饋電網(wǎng)。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案，讓更多的工程技術(shù)工作者容易了解和應(yīng)用本發(fā)明，將結(jié)合具體的實(shí)施方式以及控制方案，進(jìn)一步闡述本發(fā)明的工作原理。

本發(fā)明是一種應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載電源的obc和dc/dc集成拓?fù)洌瑢?shí)現(xiàn)車(chē)載obc和dc/dc電氣集成，改善了現(xiàn)有的車(chē)載電源功能單一、器件數(shù)量龐大、制造成本高、占用體積大等缺點(diǎn)。并且將實(shí)現(xiàn)雙向車(chē)載obc功能，在電網(wǎng)給電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組充電功能上，增加電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組能量回饋電網(wǎng)的功能。

圖4是本發(fā)明具體控制方式，本發(fā)明采用雙環(huán)路控制，主環(huán)路為cllc雙向控制，蓄電池側(cè)環(huán)路是在蓄電池側(cè)同步整流控制上疊加pwm脈寬調(diào)節(jié)控制，以保證蓄電池側(cè)能實(shí)現(xiàn)輸出電壓高穩(wěn)壓精度。

在工作狀態(tài)1：電動(dòng)汽車(chē)處于充電狀態(tài)

電磁繼電器rly1閉合，主mcu通過(guò)采樣vbat_li電壓值和動(dòng)力電池組側(cè)輸出電流值，進(jìn)行pfm頻率調(diào)節(jié)方式控制(q1、q2、q3、q4)，實(shí)現(xiàn)cllc控制傳能。同時(shí)動(dòng)力電池組側(cè)副邊(q5、q6、q7、q8)，可通過(guò)與(q1、q2、q3、q4)后開(kāi)先關(guān)的方式實(shí)現(xiàn)同步整流。蓄電池側(cè)副邊(q9、q10、q11、q12)與(q5、q6、q7、q8)同時(shí)開(kāi)通，但是增加pwm脈寬調(diào)制提前關(guān)斷。具體控制發(fā)波見(jiàn)圖5。

在工作狀態(tài)2：動(dòng)力電池組給蓄電池供電狀態(tài)

電磁繼電器rly1斷開(kāi)，主mcu通過(guò)采樣vbat_pb電壓值和蓄電池側(cè)輸出電流值，進(jìn)行pfm頻率調(diào)節(jié)方式控制(q5、q6、q7、q8)，實(shí)現(xiàn)llc控制傳能。此時(shí)市電輸入側(cè)原邊(q1、q2、q3、q4)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)。蓄電池側(cè)副邊(q9、q10、q11、q12)通過(guò)先開(kāi)后關(guān)策略實(shí)現(xiàn)同步整流，當(dāng)增益過(guò)高時(shí)可以通過(guò)pwm脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。具體控制發(fā)波見(jiàn)圖6。

在工作狀態(tài)3：汽車(chē)動(dòng)力電池組能量回饋電網(wǎng)

電磁繼電器rly1閉合，主mcu通過(guò)采樣vbus電壓值和原邊輸出電流值，進(jìn)行pfm頻率調(diào)節(jié)方式控制(q5、q6、q7、q8)，實(shí)現(xiàn)cllc控制傳能，動(dòng)力電池組的能量反向放電。同時(shí)原邊側(cè)(q1、q2、q3、q4)，可通過(guò)與(q5、q6、q7、q8)后開(kāi)先關(guān)的方式實(shí)現(xiàn)同步整流。蓄電池側(cè)副邊(q9、q10、q11、q12)與(q1、q2、q3、q4)同時(shí)開(kāi)通，需增加pwm脈寬調(diào)制提前關(guān)斷。具體控制發(fā)波見(jiàn)圖7。

上述為本發(fā)明的基本環(huán)路控制發(fā)波原理，通過(guò)上述控制能實(shí)現(xiàn)車(chē)載obc與車(chē)載dc/dc變換器電氣集成，同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙向車(chē)載obc功能，將動(dòng)力電池組能量回饋電網(wǎng)。特別是蓄電池側(cè)同步整流+pwm脈寬調(diào)制策略，將更大限度提高dc/dc功能模塊效率。

上述實(shí)施方式僅是示例性的示出本發(fā)明，并不企圖限制本發(fā)明。另外對(duì)于沒(méi)有詳細(xì)描述的步驟屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)內(nèi)容。對(duì)于涵蓋在本發(fā)明構(gòu)思內(nèi)的相應(yīng)的變換和更改均在本發(fā)明范圍內(nèi)。