一種充電電路、充電方法及電動汽車與流程

本發明涉及汽車充電領域，尤其是一種充電電路、充電方法及汽車。

背景技術：

電動汽車雙向逆變充電Vehicle-to-grid(簡稱V2G)，當電動車在不運行的時候，通過聯接到電網的電動馬達(絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊)將能量反饋給電網，反過來，當電動車的電池需要充電時，電流可以從電網中提取出來給到電池。

當電動車通過電網充電時，三相交流電需要通過IGBT模塊整流為直流電，并通過升壓(BOOST)/降壓(BUCK)電路將電壓調整到適合為動力電池充電的范圍。與此同時，當充電電壓超過動力電池的最高電壓時，動力電池有損壞的風險。

當電動車在不運行的時候，將動力電池能量反饋給電網，需要將動力電池電壓通過升壓/降壓電路調整到適合IGBT逆變的電壓范圍。與此同時，當電壓超過IGBT最大承受電壓時，IGBT模塊有損壞的風險。

技術實現要素：

本發明實施例要解決的技術問題是提供一種充電電路、充電方法及電動汽車，用以實現以低于動力電池的最高電壓對動力電池進行充電；以及以低于絕緣柵雙極型晶體管的最高承受電壓將動力電池的電壓反饋給電網。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供的充電電路，包括：

與電網電路連接的變換電路；

一端與所述變換電路連接，另一端與動力電池連接的處理電路；

用于采集所述變換電路兩端的第一電壓和所述動力電池兩端的第二電壓的采樣電路，所述采樣電路與所述處理電路連接，所述采樣電路通過所述第一電壓控制所述處理電路對經過所述變換電路進行整流后的直流電壓進行處理，以及通過所述第二電壓控制所述處理電路對所述動力電池輸出的直流電壓進行處理。

優選地，所述變換電路包括：

與電網電路的第一相連接的第一絕緣柵雙極型晶體管和第二絕緣柵雙極型晶體管；

與電網電路的第二相連接的第三絕緣柵雙極型晶體管和第四絕緣柵雙極型晶體管；

與電網電路的第三相連接的第五絕緣柵雙極型晶體管和第六絕緣柵雙極型晶體管；其中，

所述第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管、所述第三絕緣柵雙極型晶體管、所述第四絕緣柵雙極型晶體管、所述第五絕緣柵雙極型晶體管和所述第六絕緣柵雙極型晶體管均與所述采樣電路連接。

優選地，所述第一絕緣柵雙極型晶體管和所述第二絕緣柵雙極型晶體管與所述電網電路的第一相之間設有第一開關S和第一電感；

所述第三絕緣柵雙極型晶體管和所述第四絕緣柵雙極型晶體管與所述電網電路的第二相之間設有第二開關S和第二電感；

所述第五絕緣柵雙極型晶體管和所述第六絕緣柵雙極型晶體管與所述電網電路的第三相之間設有第三開關S和第三電感。

優選地，所述處理電路包括：

相互連接的第七絕緣柵雙極型晶體管和第八絕緣柵雙極型晶體管，所述第七絕緣柵雙極型晶體管分別與所述第一絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管和第五絕緣柵雙極型晶體管連接，所述第八絕緣柵雙極型晶體管分別與所述第二絕緣柵雙極型晶體管、所述第四絕緣柵雙極型晶體管和所述第六絕緣柵雙極型晶體管連接；

第四電感，分別與所述第七絕緣柵雙極型晶體管和第八絕緣柵雙極型晶體管連接；

與動力電池并聯的第三電容，且所述第三電容與動力電池之間設置相互并聯的第五開關S、第六開關S、第七開關S；所述第六開關S通過第一電阻與所述動力電池連接；所述第三電容分別與所述第四電感和所述第八絕緣柵雙極型晶體管連接，所述第五開關S、所述第六開關S分別與所述第四電感連接。

優選地，所述采樣電路包括：

繼電器；

與所述繼電器連接的采樣器；

與所述采樣器連接的信號處理器；

與所述信號處理器連接的控制器，所述控制器與所述第七絕緣柵雙極型晶體管和所述第八絕緣柵雙極型晶體管連接；

以及與所述繼電器可拆卸連接的第一電壓傳感器和第二電壓傳感器，所述第一電壓傳感器與所述第三電容并聯，所述第二電壓傳感器的第一端分別與所述第一絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管、第五絕緣柵雙極型晶體管和第七絕緣柵雙極型晶體管連接，第二端分別與所述第二絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管和第八絕緣柵雙極型晶體管連接。

優選地，所述充電電路還包括：

相互連接的第一電容和第二電容，所述第一電容分別與所述第一絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管、第五絕緣柵雙極型晶體管和第七絕緣柵雙極型晶體管連接，所述第二電容分別與所述第二絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管、所述第三電容和所述第七開關S連接。

優選地，所述電網電路的中性線通過一第四開關S分別與所述第一電容和所述第二電容連接。

根據本發明實施例的另一方面，本發明實施例還提供了一種電動汽車，包括：如上述的充電電路。

根據本發明的另一方面，本發明實施例還提供了一種充電電路的充電方法，應用于上述的充電電路，包括：

在對動力電池進行充電時，通過所述采樣電路采集所述動力電池兩端的第一電壓，并根據所述第一電壓控制所述處理電路對經過所述變換電路進行整流后的直流電壓進行降壓處理；

控制所述處理電路將經過降壓處理的直流電壓傳輸至所述動力電池；

在未對動力電池進行充電時，通過所述采樣電路獲取所述變換電路兩端的第二電壓，并根據所述第二電壓控制所述處理電路對所述動力電池輸出的直流電壓進行升壓處理；

控制所述變換電路對經過升壓處理的直流電壓進行逆變處理，并控制所述變換電路將逆變處理后獲得的交流電壓傳輸至所述電網電路。

優選地，所述通過所述采樣電路采集所述動力電池兩端的第一電壓的步驟包括：

控制繼電器與第一電壓傳感器連接，通過所述第一電壓傳感器采集第三電容兩端的電壓。

優選地，所述通過所述采樣電路獲取所述變換電路兩端的第二電壓的步驟包括：

控制繼電器與第二電壓傳感器連接，通過所述第二電壓傳感器采集所述變換電路兩端的第二電壓。

優選地，所述根據所述第一電壓控制所述處理電路對經過所述變換電路進行整流后的直流電壓進行降壓處理的步驟包括：

判斷所述第一電壓與第一預設電壓值的大小；

在所述第一電壓大于所述第一預設電壓值時，控制所述處理電路將進行整流后的直流電壓的電壓值降低至第一預設電壓范圍，所述第一預設電壓范圍的最大值小于或者等于所述第一預設電壓值。

優選地，所述根據所述第二電壓控制所述處理電路對所述動力電池輸出的直流電壓進行升壓處理的步驟包括：

確定所述第二電壓與第二預設電壓值之間的差值，在所述差值大于預設差值時，控制所述處理電路將所述動力電池輸出的直流電壓升高至第二預設范圍，所述第二預設范圍的最大值小于或者等于所述第二預設電壓值。

與現有技術相比，本發明實施例提供的充電電路、充電方法及電動汽車，至少具有以下有益效果：

能夠實現在動力電池的最大承受電壓下對動力電池進行充電，保證動力電池不會因過壓而損壞；在將動力電池輸出的直流電壓反饋至電網電路時，能夠在多個絕緣柵雙極型晶體管的最大承受電壓下，以最快的時間將電壓反饋至電網電路。

附圖說明

圖1為本發明實施例所述的充電電路的結構示意圖；

圖2為本發明實施例所述的充電電路的電路結構示意圖；

圖3為本發明實施例所述的充電電路在對動力電池充電時的電路走向示意圖；

圖4為本發明實施例所述的充電電路在未對動力電池充電時的電路走向示意圖；

圖5為本發明實施例所述的充電電路的充電方法的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。在下面的描述中，提供諸如具體的配置和組件的特定細節僅僅是為了幫助全面理解本發明的實施例。因此，本領域技術人員應該清楚，可以對這里描述的實施例進行各種改變和修改而不脫離本發明的范圍和精神。另外，為了清楚和簡潔，省略了對已知功能和構造的描述。

參照圖1，本發明實施例提供了一種充電電路，包括：

與電網電路1連接的變換電路2；

一端與所述變換電路2連接，另一端與動力電池4連接的處理電路5；

用于采集所述變換電路2兩端的第一電壓和所述動力電池4兩端的第二電壓的采樣電路3，所述采樣電路3與所述處理電路5連接，所述采樣電路5通過所述第一電壓控制所述處理電路5對經過所述變換電路2進行整流后的直流電壓進行處理，以及通過所述第二電壓控制所述處理電路5對所述動力電池4輸出的直流電壓進行處理。

本發明實施例的充電電路包括對動力電池4進行充電的第一狀態和將動力電池4的電壓反饋給電網電路1的第二狀態。

在第一狀態下，采樣電路3通過對動力電池4兩端的電壓進行采集，確定傳輸至動力電池4的電壓是否過壓，當確定過壓時，通過對處理電路5進行控制，使得處理電路5對變換電路2整流后的直流電壓進行降壓后在傳輸給動力電池4，進而實現在對動力電池4充電時，避免因過壓導致動力電池4損壞的情況。

在第二狀態下，采樣電路3通過采集變換電路2兩端的電壓，進而確定傳輸至變換電路2的電壓是否過壓，當確定過壓時，通過對處理電路5進行控制，使得處理電路5對動力電池4傳輸的直流電壓進行降壓后再傳輸給絕緣柵雙極型晶體管，實現防止絕緣柵雙極型晶體管因為過壓而損壞的情況出現。

優選地，在本發實施例中，參照圖2至圖4，所述變換電路2包括：

與電網電路1的第一相連接的第一絕緣柵雙極型晶體管U1和第二絕緣柵雙極型晶體管U2；

與電網電路1的第二相連接的第三絕緣柵雙極型晶體管U3和第四絕緣柵雙極型晶體管U4；

與電網電路1的第三相連接的第五絕緣柵雙極型晶體管U5和第六絕緣柵雙極型晶體管U6；其中，

所述第一絕緣柵雙極型晶體管U1、第二絕緣柵雙極型晶體管U2、所述第三絕緣柵雙極型晶體管U3、所述第四絕緣柵雙極型晶體管U4、所述第五絕緣柵雙極型晶體管U5和所述第六絕緣柵雙極型晶體管U6均與所述采樣電路3連接。

具體的，在對動力電池4充電時，通過控制上述的第一絕緣柵雙極型晶體管U1、第三絕緣柵雙極型晶體管U3和第五絕緣柵雙極型晶體管U5處于常開的狀態，通過多個絕緣柵雙極型晶體管的二極管實現對交流電的整流。

在將動力電池4的電壓反饋給電網電路1時，通過上述的第一絕緣柵雙極型晶體管U1至第六絕緣柵雙極型晶體管U6總共6個部件實現對直流電壓進行逆變，并分別傳輸至電網電路1的三相。

并且，上述的第一絕緣柵雙極型晶體管U1至第六絕緣柵雙極型晶體管U6的最大承受電壓值相同。

優選地，在本發實施例中，參照圖2至圖4，所述第一絕緣柵雙極型晶體管U1和所述第二絕緣柵雙極型晶體管U2與所述電網電路1的第一相之間設有第一開關S1和第一電感L1；

所述第三絕緣柵雙極型晶體管U3和所述第四絕緣柵雙極型晶體管U4與所述電網電路1的第二相之間設有第二開關S2和第二電感L2；

所述第五絕緣柵雙極型晶體管U5和所述第六絕緣柵雙極型晶體管U6與所述電網電路1的第三相之間設有第三開關S3和第三電感L3。

具體的，在此處，第一電感L1、第二電感L2和第三電感L3是用于對電網電路1輸出的交流電或者絕緣柵雙極型晶體管傳輸的交流電進行濾波后在傳輸給對應的電路。

優選地，在本發明實施例中，參照圖2至圖4，所述處理電路5包括：

相互連接的第七絕緣柵雙極型晶體管U7和第八絕緣柵雙極型晶體管U8，所述第七絕緣柵雙極型晶體管U7分別與所述第一絕緣柵雙極型晶體管U1、第三絕緣柵雙極型晶體管U3和第五絕緣柵雙極型晶體管U5連接，所述第八絕緣柵雙極型晶體管U8分別與所述第二絕緣柵雙極型晶體管U2、所述第四絕緣柵雙極型晶體管U4和所述第六絕緣柵雙極型晶體管U6連接；

第四電感L4，分別與所述第七絕緣柵雙極型晶體管U7和第八絕緣柵雙極型晶體管U8連接；

與動力電池4并聯的第三電容C3，且所述第三電容C3與動力電池4之間設置相互并聯的第五開關S6、第六開關S6、第七開關S7；所述第六開關S6通過第一電阻R1與所述動力電池4連接；所述第三電容C3分別與所述第四電感L4和所述第八絕緣柵雙極型晶體管U8連接，所述第五開關S5、所述第六開關S6分別與所述第四電感L4連接。

上述的第七開關S7起到總開關的作用，通過第七開關S7的開啟和閉合，控制動力電池4與電網電路1之間形成通路或斷開。

在對動力電池4進行充電時，經過第一絕緣柵雙極型晶體管U1、第三絕緣柵雙極型晶體管U3和第五絕緣柵雙極型晶體管U5整流后的直流電壓通過第七絕緣柵雙極型晶體管U7、第四電感L4和第三電容C3進行降壓，再傳輸給動力電池4。

在將動力電池4的電壓反饋給電網電路1時，首先通過第八絕緣柵雙極型晶體管U8對動力電池4輸出的直流電壓進行升壓至滿足變換電路2中的多個絕緣柵雙極型晶體管的最大承受電壓范圍內后在傳輸給變換電路2。

在對動力電池4充電時，第一開關S1至第四開關S4以及第五開關S5和第七開關S7閉合，第六開關S6斷開，第二絕緣柵雙極型晶體管U2、第四絕緣柵雙極型晶體管U4、第六絕緣柵雙極型晶體管U6和第八絕緣柵雙極型晶體U8管處于關閉的狀態。在此種狀態下，第三電容C3與動力電池4處于并聯的狀態，因此，對第三電容C3兩端的電壓的獲取，即表示對動力電池4兩端的電壓的獲取。

具體地，在將動力電池4的電壓反饋給電網電路1時，第七絕緣柵雙極型晶體管U7處于常開的狀態，即相當于導線的作用；第一開關S1至第四開關S4以及第七開關S7均處于閉合的狀態。而對于第五開關S5和第六開關S6，則是首先第六開關S6閉合，第五開關S5斷開，隨著動力電池4的電壓輸出，使得第三電容C3兩端的電壓逐漸升高，在第三電容C3兩端的電壓升高至一穩定值后，再將第五開關S5閉合，第六開關S6斷開。此種切換的方式，是為了對動力電池4輸出的電壓進行穩壓后在輸出給第八絕緣柵雙極型晶體管U8。

優選地，所述采樣電路3包括：

繼電器；

與所述繼電器連接的采樣器；

與所述采樣器連接的信號處理器；

與所述信號處理器連接的控制器，所述控制器與所述第七絕緣柵雙極型晶體管U7和所述第八絕緣柵雙極型晶體管U8連接；

以及與所述繼電器可拆卸連接的第一電壓傳感器和第二電壓傳感器，所述第一電壓傳感器與所述第三電容C3并聯，所述第二電壓傳感器的第一端分別與所述第一絕緣柵雙極型晶體管U1、第三絕緣柵雙極型晶體管U3、第五絕緣柵雙極型晶體管U5和第七絕緣柵雙極型晶體管U7連接，第二端分別與所述第二絕緣柵雙極型晶體管U2、第四絕緣柵雙極型晶體管U4、第六絕緣柵雙極型晶體管U6和第八絕緣柵雙極型晶體管U8連接。

在本發明實施例中，控制器還與第五開關S5和第六開關S6連接，通過控制器來實現在將動力電池4的電壓反饋給電網電路1時對第五開關S5和第六開關S6的開閉狀態的切換。

在對動力電池4進行充電時，繼電器與第一電壓傳感器連接，采樣器通過對第一電壓傳感器檢測的電壓獲取到第三電容C3兩端的電壓；在將動力電池4的電壓反饋給電網電路1時，繼電器與第二電壓傳感器連接，采樣器通過第一電壓傳感器獲取到變換電路2兩端的電壓。采樣器在獲取到第一電壓傳感器或者第二電壓傳感器采集的電壓后傳輸給信號處理器，信號處理器對第一電壓進行信號調理后傳輸給控制器(此處，控制器為汽車的MCU)，控制器通過對采集到的電壓進行判斷，確定是否需要處理電路5對變換電路2整流后的直流電壓進行降壓或者對動力電池4傳輸的直流電壓進行升壓。

優選地，在本發明實施例中，參照圖2至圖4，所述充電電路還包括：

相互連接的第一電容C1和第二電容C2，所述第一電容C1分別與所述第一絕緣柵雙極型晶體管U1、第三絕緣柵雙極型晶體管U3、第五絕緣柵雙極型晶體管U5和第七絕緣柵雙極型晶體管U7連接，所述第二電容C2分別與所述第二絕緣柵雙極型晶體管U2、第四絕緣柵雙極型晶體管U4、第六絕緣柵雙極型晶體管U6、第八絕緣柵雙極型晶體管U8、所述第三電容C3和所述第七開關S7連接。

此處，在對動力電池4進行充電時，由于通過絕緣柵雙極型晶體管整流得到的直流電的波形并非平穩的直線，通過第一電容C1和第二電容C2進行濾波后，使得經過整流得到的直流電能夠更加平穩。

優選地，所述電網電路1的中性線通過一第四開關S4分別與所述第一電容C1和所述第二電容C2連接。

根據本發明實施例的另一方面，本發明實施例還提供了一種電動汽車，包括：如上述的充電電路。

根據本發明的另一方面，本發明實施例還提供了一種充電電路的充電方法，應用于上述的充電電路，包括：

步驟1，在對動力電池4進行充電時，通過所述采樣電路3采集所述動力電池4兩端的第一電壓；

步驟2，根據所述第一電壓控制所述處理電路5對經過所述變換電路2進行整流后的直流電壓進行降壓處理；

步驟3，控制所述處理電路5將經過降壓處理的直流電壓傳輸至所述動力電池4；

步驟4，在未對動力電池4進行充電時，通過所述采樣電路3獲取所述變換電路2兩端的第二電壓；

步驟5，根據所述第二電壓控制所述處理電路5對所述動力電池4輸出的直流電壓進行升壓處理；

步驟6，控制所述變換電路2對經過升壓處理的直流電壓進行逆變處理，并控制所述變換電路2將逆變處理后獲得的交流電壓傳輸至所述電網電路1。

上述步驟1中，由于第一電阻R1的阻值非常小，通過將獲得的第三電容C3的電壓近似作為動力電池4兩端的電壓。

在步驟4中，對于未對動力電池4進行充電時即表示為將動力電池4的電壓反饋至電網電路1中的狀態。

通過對第一電壓的獲取，判斷輸入至動力電池4的電壓是否超過動力電池4的最大承受電壓，進而對輸入至動力電池4的電壓進行控制，達到對動力電池4進行保護的目的。

通過對第二電壓的獲取，判斷輸出至變換電路2的電壓是否超過絕緣柵雙極型晶體管的最大承受電壓，進而對輸入至變換電路2的交流電壓進行控制，達到對絕緣柵雙極型晶體管的保護的目的。

優選地，上述步驟1中，對第一電壓的采集主要包括：

步驟101，控制繼電器與第一電壓傳感器連接，通過所述第一電壓傳感器采集第三電容C3兩端的電壓。

由于第一阻值R1的阻值非常小，通過對第三電容C3兩端的電壓近似作為動力電池4兩端的電壓。

優選地，上述步驟4中，對第三電壓的采集主要包括：

步驟401，控制繼電器與第二電壓傳感器連接，通過所述第二電壓傳感器采集所述變換電路2兩端的第二電壓。

優選地，在本發明實施例中，上述步驟2包括：

步驟201，判斷所述第一電壓與第一預設電壓值的大小；

步驟202，在所述第一電壓大于所述第一預設電壓值時，控制所述處理電路5將進行整流后的直流電壓的電壓值降低至第一預設電壓范圍，所述第一預設電壓范圍的最大值小于或者等于所述第一預設電壓值。

此處，第一預設電壓值即為動力電池4的最大承受電壓，其預設在控制器中；在對動力電池4充電時，通過對第三電容C3的兩端的第一電壓的判斷，即可判斷出輸入至動力電池4的電壓是否過壓。例如，動力電池4的最大承受電壓為220v，當檢測到第一電壓的數值大于220v時，則認為輸出至動力電池4的電壓過壓，此時，通過第七絕緣柵雙極型晶體管U7、第四電感L4進行降壓，使得輸出至動力電池4的直流電壓的值小于等于220v。

優選地，在本發明實施例中，步驟5包括：

步驟501，確定所述第二電壓與第二預設電壓值之間的差值，在所述差值大于預設差值時，控制所述處理電路5將所述動力電池4輸出的直流電壓升高至第二預設范圍，所述第二預設范圍的最大值小于或者等于所述第二預設電壓值。

此處，第二預設電壓值為第一絕緣柵雙極型晶體管U1至第六絕緣柵雙極型晶體管U6中的最大承受電壓值，如果檢測出的第二電壓與第二預設電壓值之間的差值大于了預設差值時，為了使得動力電池4的電壓能夠在較快時間內反饋至電網電路1，通過第八絕緣柵雙極型晶體管U8對動力電池4輸出的直流電壓進行升壓，進而使得輸出至第一絕緣柵雙極型晶體管U1至第六絕緣柵雙極型晶體管U6的直流電壓在其最大承受電壓的前提下，以最快的速度將動力電池4輸出的直流電壓逆變后傳輸至電網電路1。

通過本發明實施例提供的充電電路的充電方法，能夠實現在動力電池4的最大承受電壓下對動力電池4進行充電，保證動力電池4不會因過壓而損壞；在將動力電池4輸出的直流電壓反饋至電網時，能夠在多個絕緣柵雙極型晶體管的最大承受電壓下，以最快的時間將電壓反饋至電網電路1。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。