单三相兼容的高效车载双向充电机[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 211075561 U(45)授权公告日 2020.07.24

(21)申请号 2019215856.9(22)申请日 2019.09.29

(73)专利权人 深圳威迈斯新能源股份有限公司

地址 518000 广东省深圳市南山区科技园

北区五号路风云大厦5楼(72)发明人 刘钧　冯颖盈　姚顺　冯仁伟　(74)专利代理机构 深圳市康弘知识产权代理有

限公司 44247

代理人 林伟敏(51)Int.Cl.

B60L 53/20(2019.01)H02J 7/00(2006.01)H02J 7/02(2016.01)

(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利

权利要求书1页 说明书3页 附图2页

()实用新型名称

单三相兼容的高效车载双向充电机(57)摘要

本实用新型公开了一种单三相兼容的高效车载双向充电机，其包括依次连接的交流切换模块、PFC模块、母线电容组、DCDC模块，其中所述母线电容组，包括串接在正极母线和负极母线之间的第一电容C1和第二电容C2、以及第三电容C3，所述第三电容C3与第二电容C2并联、或者与第一电容C1并联；所述DCDC模块，包括第一DCDC模块和第二DCDC模块，第一和第二DCDC模块的输入端头尾串联后连接在正极母线和负极母线之间，第一和第二DCDC模块的输出端并联后连接车辆负载；本实用新型可以在满足单三相输入兼容的情况下，降低单相工作时母线电压以提高单相工作时充电机效率，同时可以减少整机电解电容使用量，提高充电机寿命，提高功率密度。

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权　利　要　求　书

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1.一种单三相兼容的高效车载双向充电机，其特征在于：包括依次连接的交流切换模块、PFC模块、母线电容组、DCDC模块，其中

所述交流切换模块，通过其内部开关的开闭组合，在单相模式时将PFC模块连接至外部单相交流电路、或在三相模式时将PFC模块连接至外部三相交流电路；

所述PFC模块，用于交流直流变换、并通过母线连接DCDC模块；所述母线电容组，包括串接在正极母线和负极母线之间的第一电容C1和第二电容C2、以及第三电容C3，所述第三电容C3与第二电容C2并联、或者与第一电容C1并联；

所述DCDC模块，包括第一DCDC模块和第二DCDC模块，第一和第二DCDC模块的输入端头尾串联后连接在正极母线和负极母线之间，第一和第二DCDC模块的输出端并联后连接车辆负载；

所述第一电容C1的两端分别连接第一DCDC模块输入端的头端和尾端，所述第二电容C2的两端分别连接第二DCDC模块输入端的头端和尾端。

2.如权利要求1所述的单三相兼容的高效车载双向充电机，其特征在于：所述第一电容C1和第二电容C2采用小容量电容，第三电容C3采用大容量电容。

3.如权利要求2所述的单三相兼容的高效车载双向充电机，其特征在于：所述第一电容C1和第二电容C2采用薄膜电容、或者陶瓷电容，第三电容C3采用电解电容或者大容量薄膜电容。

4.如权利要求3所述的单三相兼容的高效车载双向充电机，其特征在于：所述第三电容C3串接一个开关S1，该开关S1受控制器控制在交流切换模块连接单相交流电路时闭合、在交流切换模块连接三相交流电路时断开。

5.如权利要求3或4所述的单三相兼容的高效车载双向充电机，其特征在于：所述第三电容C3与第二电容C2并联，

在单相模式时，所述第一DCDC模块中的变压器原边开关管常闭，第一DCDC停止直流变换，所述第二DCDC模块进行正常直流变换；

在三相模式时，所述第一和第二DCDC模块进行正常直流变换。6.如权利要求3或4所述的单三相兼容的高效车载双向充电机，其特征在于：所述第三电容C3与第一电容C1并联，

在单相模式时，所述第二DCDC模块中的变压器原边开关管常闭，第二DCDC停止直流变换，所述第一DCDC模块进行正常直流变换；

在三相模式时，所述第一和第二DCDC模块进行正常直流变换。7.如权利要求1所述的单三相兼容的高效车载双向充电机，其特征在于：所述第一DCDC模块和第二DCDC模块采用单相LLC拓扑结构、SRC拓扑结构、全桥拓扑结构、半桥拓扑结构、双向DAB拓扑结构、双向LLCC、双向全桥拓扑结构中的一种。

8.如权利要求1所述的单三相兼容的高效车载双向充电机，其特征在于：所述PFC模块采用三相六开关拓扑结构或三相维也纳拓扑结构。

9.如权利要求1所述的单三相兼容的高效车载双向充电机，其特征在于：所述单相模式和三相模式皆包括充电状态和逆变状态。

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单三相兼容的高效车载双向充电机

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技术领域

[0001]本实用新型属于电动汽车充电技术领域，具体涉及一种单三相兼容的高效车载双向充电机。

背景技术

[0002]随着节能减排，以及控制大气污染的需求，新能源汽车逐渐在市场商用，而电动汽车更是新能源汽车的主力军。伴随着续航里程的增加，电动车动力电池容量也在日益增长，为了减少充电等待时间，车载充电机对于高功率的需求越来越强烈，三相输入的高功率充电器将成为未来市场的主力军。同时市场存在大量的单相充电桩，因此单三相兼容充电机将长时间存在于市场上。但现有单三相兼容的充电机存在效率低、使用较多电解电容、体积较大的缺陷。

[0003]故此业内亟需开发一种充电效率高、电解电容使用量少、体积小的高功率密度的单三相兼容的车载双向充电机。

实用新型内容

[0004]本实用新型是要解决现有技术的上述问题，提出一种单三相兼容的高效车载双向充电机。

[0005]本实用新型采用的技术方案是设计一种单三相兼容的高效车载双向充电机，其包括依次连接的交流切换模块、PFC模块、母线电容组、DCDC模块，其中所述交流切换模块，通过其内部开关的开闭组合，在单相模式时将PFC模块连接至外部单相交流电路、或在三相模式时将PFC模块连接至外部三相交流电路；所述PFC模块，用于交流直流变换、并通过母线连接DCDC模块；所述母线电容组，包括串接在正极母线和负极母线之间的第一电容C1和第二电容C2、以及第三电容C3，所述第三电容C3与第二电容C2并联、或者与第一电容C1并联；所述DCDC模块，包括第一DCDC模块和第二DCDC模块，第一和第二DCDC模块的输入端头尾串联后连接在正极母线和负极母线之间，第一和第二DCDC模块的输出端并联后连接车辆负载；所述第一电容C1的两端分别连接第一DCDC模块输入端的头端和尾端，所述第二电容C2的两端分别连接第二DCDC模块输入端的头端和尾端。

[0006]所述第一电容C1和第二电容C2采用小容量电容，第三电容C3采用大容量电容。[0007]所述第一电容C1和第二电容C2采用薄膜电容、或者陶瓷电容，第三电容C3采用电解电容或者大容量薄膜电容。

[0008]所述第三电容C3串接一个开关S1，该开关S1受控制器控制在交流切换模块连接单相交流电路时闭合、在交流切换模块连接三相交流电路时断开。[0009]当所述第三电容C3与第二电容C2并联，在单相模式时，所述第一DCDC模块中的变压器原边开关管常闭，第一DCDC停止直流变换，所述第二DCDC模块进行正常直流变换；在三相模式时，所述第一和第二DCDC模块进行正常直流变换。[0010]当所述第三电容C3与第一电容C1并联，在单相模式时，所述第二DCDC模块中的变

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压器原边开关管常闭，第二DCDC停止直流变换，所述第一DCDC模块进行正常直流变换；在三相模式时，所述第一和第二DCDC模块进行正常直流变换。

[0011]所述第一DCDC模块和第二DCDC模块采用单相LLC拓扑结构、SRC拓扑结构、全桥拓扑结构、半桥拓扑结构、双向DAB拓扑结构、双向LLCC双向全桥拓扑结构中的一种。[0012]所述PFC模块采用三相六开关拓扑结构或三相维也纳拓扑结构。[0013]上述单相模式和三相模式皆包括充电状态和逆变状态。[0014]本实用新型提供的技术方案的有益效果是：本实用新型可以在满足单三相输入兼容的情况下，降低单相工作时母线电压以提高单相工作时充电机效率，同时可以减少整机电解电容使用量，提高充电机寿命，减小充电机体积，提高功率密度。附图说明

[0015]下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明，其中：[0016]图1是三相工作模式电路示意图；[0017]图2是单相工作模式电路示意图；[0018]图3是电容串接控制开关示意图；[0019]图4是较佳实施例电路图。

具体实施方式

[0020]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

[0021]本实用新型公开了一种单三相兼容的高效车载双向充电机，其包括依次连接的交流切换模块、PFC模块、母线电容组、DCDC模块，其中所述交流切换模块，通过其内部开关的开闭组合，在单相模式时将PFC模块连接至外部单相交流电路、或在三相模式时将PFC模块连接至外部三相交流电路；所述PFC模块，用于交流直流变换、并通过母线连接DCDC模块，PFC模块典型直流电压范围为550V～800V；所述母线电容组，包括串接在正极母线和负极母线之间的第一电容C1和第二电容C2、以及第三电容C3，所述第三电容C3与第二电容C2并联、或者与第一电容C1并联；所述DCDC模块，包括第一DCDC模块和第二DCDC模块，第一和第二DCDC模块的输入端头尾串联后连接在正极母线和负极母线之间，第一和第二DCDC模块的输出端并联后连接车辆负载；所述第一电容C1的两端分别连接第一DCDC模块输入端的头端和尾端，所述第二电容C2的两端分别连接第二DCDC模块输入端的头端和尾端。一和第二DCDC模块可以工作在交错模式以降低纹波，使用调宽拓扑时也可以和前级PFC模块同频工作以减少母线电容纹波。

[0022]图1示出的是三相工作模式电路示意图，PFC模块左侧连接的是L1、L2、L3三条火线。图2示出的是单相工作模式电路示意图，PFC模块左侧连接的是L1、L1、N二条火线和一条零线，其中二条火线L1是两路并联使用，可扩大输出功率。[0023]在较佳实施例中，所述第一电容C1和第二电容C2采用小容量电容，第三电容C3采用大容量电容。所述第一电容C1和第二电容C2采用薄膜电容、或者陶瓷电容，第三电容C3采用电解电容或者大容量薄膜电容。由于三相输入纹波可以互相抵消，使得母线电容容量需

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求较少，因此C1可以使用容量较小的非电解电容实现。[0024]参看图3示出的实施例，为了三相工作时两路输出DCDC模块控制一致，所述第三电容C3串接一个开关S1，该开关S1受控制器控制在交流切换模块连接单相交流电路时闭合、在交流切换模块连接三相交流电路时断开。[0025]参看图3示出的实施例，所述第三电容C3与第二电容C2并联，在单相模式时，所述第一DCDC模块中的变压器原边开关管常闭，第一DCDC停止直流变换，所述第二DCDC模块进行正常直流变换；在三相模式时，所述第一和第二DCDC模块进行正常直流变换。图3中的Q1～Q4为第一DCDC模块中的变压器原边开关管,闭合Q1～Q4使得母线电压和C3 C2 电压相近。此时通过切换电路将L1和N输入到PFC模块。变换时，PFC模块可以工作在交错模式下，PFC母线电压可控制在450V以下，此时单相PFC工作效率将得到提升。同时由于大容量电容C3的存在，可以吸收单相输入时的纹波电流，从而减少输出的电流纹波。因此C3电解电容的选择可以依据单相工作状态进行选择。[0026]在其它实施例中，所述第三电容C3与第一电容C1并联，在单相模式时，所述第二DCDC模块中的变压器原边开关管常闭，第二DCDC停止直流变换，所述第一DCDC模块进行正常直流变换；在三相模式时，所述第一和第二DCDC模块进行正常直流变换。由于该实施例的工作原理与图3示出技术方案的工作原理相同，只是上下位置对调而已，故此未绘出电路图。

[0027]图4示出了较佳实施例电路图，所述第一DCDC模块和第二DCDC模块采用单相LLC拓扑结构、SRC拓扑结构、全桥拓扑结构、半桥拓扑结构、双向DAB拓扑结构、双向LLCC双向全桥拓扑结构中的一种。所述PFC模块采用三相六开关拓扑结构或三相维也纳拓扑结构。[0028]本实用新型适用于充电模式，同样也适用于逆变模式，针对逆变的需求电路可以工作在三相逆变和单相逆变模式。单相逆变时常闭第一DCDC模块原边的MOS管，仅第二DCDC模块工作。三相工作时第一和第二DCDC模块同时工作。[0029]在较佳实施例中，所述单相模式和三相模式皆包括充电状态和逆变状态。在充电状态中交流侧为能量输入侧，车载电池为能量接收侧。在逆变状态中车载电池为能量输入侧，交流侧为能量接收侧。

[0030]以上实施例仅为举例说明，非起作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

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图1

图2

图3

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图4

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