本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一應(yīng)用于汽車充電系統(tǒng)的雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的電動汽車充電系統(tǒng)，僅僅將車載電池作為交流電網(wǎng)的用電設(shè)備。隨著智能電網(wǎng)概念的興起，車載電池不僅僅從交流電網(wǎng)中獲取電能，還能夠?qū)⒛芰枯斀o電網(wǎng)，這就是所謂的V2G(Vehicle-to-grid)技術(shù)。另外，當(dāng)家用負(fù)載連接到電動汽車充電器時(shí)，車載電池可以在交流電網(wǎng)停電時(shí)，為家用負(fù)載供電，這就實(shí)現(xiàn)了V2H((Vehicle-to-home)技術(shù)。

然而，傳統(tǒng)的車載電池充電器和并網(wǎng)變換器通常需要兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，這樣便會因汽車充電系統(tǒng)中的功率器件數(shù)量過多，使汽車充電系統(tǒng)的傳輸效率降低，也會增加汽車充電系統(tǒng)的成本和增大了汽車充電系統(tǒng)的體積。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對上述汽車充電電路充電效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的技術(shù)問題，提供一種充電效率高且結(jié)構(gòu)簡單的應(yīng)用于汽車充電系統(tǒng)的雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

一種應(yīng)用于汽車充電系統(tǒng)的雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括：

變壓器，具有原邊以及與所述原邊相對的副邊；

接線端，設(shè)置于所述變壓器的原邊，用于與交流電網(wǎng)及家用負(fù)載電性連接；

充電端，設(shè)置于所述變壓器的副邊，用于與車載電池對接；

第一半橋變換模塊，連接于所述變壓器的原邊與所述接線端之間，所述第一半橋變換模塊具有相互反向串聯(lián)的第一功率管與第二功率管、相互反向串聯(lián)的第三功率管及第四功率管、與所述第一功率管及第二功率管所組成的電路的兩端連接的的第一電容以及與所述第三功率管及第二功率管所組成的電路的兩端連接的第二電容，所述第一功率管、第二功率管、第三功率管以及第四功率管形成所述第一半橋變換模塊的第一橋臂；

第二半橋變換模塊，連接于所述變壓器的副邊與所述充電端之間，所述第二半橋變換模塊具有第五功率管、與該第五功率管兩端連接的第三電容、第六功率管以及與該第六功率管兩端連接的第四電容，所述第五功率管以及第六功率管形成所述第二半橋變換模塊的第二橋臂；

交流電網(wǎng)內(nèi)的電流通過所述接線端依次進(jìn)入第一半橋變換模塊、變壓器、第二半橋變換模塊、充電端，并由所述充電端對車載電池充電；

控制模塊，具有功率管控制單元，所述功率管控制單元用于控制所述第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管、第五功率管及第六功率管處的對應(yīng)電信號的占空比。

由于上述控制模塊可通過第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管及第五功率管及第六功率管，調(diào)節(jié)對應(yīng)位置的占空比，進(jìn)而調(diào)高上述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的充電效率，其結(jié)構(gòu)較為簡單，降低了成本。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還包括：

第一繼電器，與交流電網(wǎng)串聯(lián)；

第二繼電器，與家用負(fù)載串聯(lián)，所述控制模塊包括繼電器控制單元，所述繼電器控制單元通過控制所述第一繼電器或第二繼電器，切換所述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作模式。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管、第五功率管及第六功率管為場效應(yīng)管。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還包括：

第一濾波模塊，電性連接于所述第一半橋變換模塊與交流電網(wǎng)及家用負(fù)載之間，用于對交流電網(wǎng)進(jìn)行高頻濾波。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一濾波模塊包括：

第一電感，串聯(lián)于所述接線端的正極；

第一濾波電容，并聯(lián)于所述接線端的正負(fù)極之間。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還包括：

儲能電感，連接于所述第一半橋變換模塊與所述變壓器的原邊之間。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還包括：

第二濾波電容，并聯(lián)于所述充電端的正負(fù)極之間。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述變壓器的原邊與副邊的線圈比值范圍為1:1.2至1：3。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述變壓器的原邊與副邊的線圈比值范圍可調(diào)。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述變壓器為高頻變壓器。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式的雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式的雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的六個(gè)功率管對應(yīng)交流電網(wǎng)的PWM波示意圖；

圖3是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式的雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的交流電網(wǎng)的電壓對應(yīng)正弦波處于正半周時(shí)，對應(yīng)功率管由控制模塊所控制的變量示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“設(shè)置于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實(shí)施方式。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

如圖1所示，本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于汽車充電系統(tǒng)的雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100，該雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100包括變壓器110、接線端及充電端，該變壓器110具有原邊以及與該原邊相對的副邊。接線端設(shè)置在上述變壓器110的原邊且與該變壓器110的原邊電性連接，該接線端用于連接交流電網(wǎng)10及家用負(fù)載20充電端設(shè)置于所述變壓器110的副邊，用于與車載電池對接，進(jìn)而使交流電網(wǎng)通過上述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100對車載電池進(jìn)行充電，也可是上述車載電池通過雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100對家用負(fù)載20進(jìn)行供電。

進(jìn)一步地，上述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100還包括第一半橋變換模塊120，該第一半橋變換模塊120連接于上述變壓器的原邊與所述接線端之間，所述第一半橋變換模塊120具有相互反向串聯(lián)的第一功率管121與第二功率管122與相互反向串聯(lián)的第三功率管123、第四功率管124、以及與所述第一功率管121及第二功率管122所組成的電路兩端連接的第一電容125、與所述第三功率管123及第四功率管124所組成的電路兩端連接的第二電容126，上述第一功率管121、第二功率管122、第三功率管123以及第四功率管124形成所述第一半橋變換模塊120的第一橋臂。

一般地，上述第一功率管121、第二功率管122、第三功率管123及第四功率管124可以為場效應(yīng)管，而該第一功率管121與第二功率管122反向串聯(lián)，也就是說，該第一功率管121及第二功率管122均具有源極及漏極，該第一功率管121的源極與第二功率管122的漏極電性連接。在該第一功率管121與該第二功率管122形成反向串聯(lián)電路后，與上述第一電容125并聯(lián)。

同樣地，上述第三功率管123與第四功率管124反向串聯(lián)，也就是說，該第三功率管123及第四功率管124均具有源極及漏極，該第三功率管123的源極與該第四功率管124的漏極電性連接。在該第三功率管123與該第四功率管124形成反向串聯(lián)電路后，上述第二電容126與上述第三功率管123及第四功率管124所形成的串聯(lián)電路并聯(lián)。

這樣，上述第一功率管121、第二功率管122、第三功率管123及第四功率管與第一電容125、第二電容形成第一半橋變換模塊，并且該第一半橋變換模塊與上述變壓器110原邊的正負(fù)極電性連接。

當(dāng)交流電網(wǎng)10對接通上述充電端的電動汽車進(jìn)行充電，如圖2所示，當(dāng)交流電網(wǎng)10的交流電壓Vc對應(yīng)的正弦波位于正半周時(shí)，橋臂端電壓為正，此時(shí)第二功率管122及第四功率管124處于常開狀態(tài)，第一功率管121及第三功率管123分別作為該第一半橋變換器的上管和下管，第一功率管121及第三功率管123的電壓分別為V1與V3，第一功率管121及第三功率管123的高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制、Pulse Width Modulation)波是互補(bǔ)的。第一功率管121的占空比d1可以作為控制功率的變量之一。

對應(yīng)地，當(dāng)交流電網(wǎng)10的交流電壓Vc對應(yīng)的正弦波負(fù)半周時(shí)，橋臂端電壓為負(fù)，第一功率管121及第三功率管123處于常開狀態(tài)；第四功率管124及第二功率管122分別作為第一半橋變換器的上管和下管，第四功率管124及第二功率管122的電壓分別為V4與V2，第四功率管124及第二功率管122的高頻PWM波是互補(bǔ)的。第四功率管124的占空比可以作為控制功率的變量之一。

上述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100還包括第二半橋變換模塊130，該第二半橋變換模塊130連接于上述變壓器110的副邊與充電端之間。具體地，上述第二半橋變換模塊130具有第五功率管135、與該第五功率管135兩端連接的第三電容133、第六功率管136以及與該第六功率管136兩端連接的第四電容134，所述第五功率管135以及第六功率管136形成所述第二半橋變換模塊的第二橋臂。

上述第五功率管135及第六功率管136的PWM波與對應(yīng)的第一半橋變換模塊120所輸出的高頻PWM的頻率相同。其中，上述第五功率管135的PWM波與上述第六功率管136的PWM波互補(bǔ)。第五功率管135的占空比可以作為控制功率的變量之一。第五功率管135的PWM波與上述第一半橋變換模塊的上管的PWM波的移向時(shí)間可以作為控制功率的變量之一。

上述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100還包括第一濾波模塊140，該第一濾波模塊140連接于上述接線端與上述第一半橋模塊120之間，該第一濾波模塊140主要是用于對交流電網(wǎng)10內(nèi)所輸出的交流電進(jìn)行濾波處理，詳細(xì)地說，第一濾波模塊140包括第一電感141及第一濾波電容142，第一電感141一般串聯(lián)于上述接線端的正極，第一濾波電容142并聯(lián)于上述接線端的正負(fù)極之間。

上述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100可以包括儲能電感150及濾波電容160，該儲能電感150連接于上述變壓器110原邊的一端，用以穩(wěn)定進(jìn)入上述變壓器110原邊的電流，防止其電流瞬間變大或變小。上述濾波電容160連接于上述充電端的正負(fù)極兩端，用以穩(wěn)定充電端的電壓。

上述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100還包括控制模塊170，與所述第一半橋變換模塊120及第二半橋變換模塊130電性連接，其具有功率管控制單元，所述功率管控制單元用于控制第一功率管121的占空比、第四功率管124的占空比以及第五功率管135的PWM波與上述第一半橋變換模塊的上管的PWM波的移向時(shí)間φT。

如圖3所示，本實(shí)施方式以當(dāng)交流電網(wǎng)10的交流電壓Vc對應(yīng)的正弦波位于正半周為例，上述控制模塊170根據(jù)電路中對應(yīng)的電信號控制上述第一功率管121及第三功率管123的占空比d1、與第五功率管135的占空比d2。第五功率管135的PWM波相對于上述第一半橋變換模塊的上管的PWM波的移相時(shí)間φT，以及上述變壓器的原邊電壓Vp以及副邊電壓Vs的波形圖如圖3所示。

當(dāng)本實(shí)施方式中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在圖3的[t0,t1]時(shí)間段時(shí)，交流電網(wǎng)10流出的電流經(jīng)過第一功率管121所在的電路流入變壓器110原邊的正極，并由變壓器110原邊的負(fù)極流出，通過第二電容流向交流電網(wǎng)10的另一端，以形成一閉合回路。

在變壓器110的副邊側(cè)，電流通過變壓器110副邊的正極流出，經(jīng)過第六功率管136所在的電路進(jìn)入待充電電池30的負(fù)極，并由待充電電池30的正極流出，經(jīng)過第三電容133所在電路進(jìn)入變壓器110副邊的負(fù)極，以形成閉合回路。

當(dāng)本實(shí)施方式中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在圖3的[t1,t2]時(shí)間段時(shí)，交流電網(wǎng)10流出的電流經(jīng)過第一功率管121所在的電路流入變壓器110原邊的正極，并由變壓器110原邊的負(fù)極流出，通過第二電容流向交流電網(wǎng)10的另一端，以形成一閉合回路。

在變壓器110的副邊側(cè)，電流通過變壓器110副邊的正極流出，經(jīng)過第五功率管135所在的電路進(jìn)入待充電電池30的正極，并由待充電電池30的負(fù)極流出，經(jīng)過第四電容134所在電路進(jìn)入變壓器110副邊的負(fù)極，以形成閉合回路。

當(dāng)本實(shí)施方式中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在圖3的[t2,t3]時(shí)間段時(shí)，電流經(jīng)過第三功率管123所在的電路流入變壓器110原邊的正極，并由變壓器110原邊的負(fù)極流出通過第二電容，形成一閉合回路。

在變壓器110的副邊側(cè)，電流通過變壓器110副邊的正極流出，經(jīng)過第五功率管135所在的電路進(jìn)入待充電電池30的正極，并由待充電電池30的負(fù)極流出，經(jīng)過第四電容134所在電路進(jìn)入變壓器110副邊的負(fù)極，以形成閉合回路。

當(dāng)本實(shí)施方式中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在圖3的[t3,t4]時(shí)間段時(shí)，電流經(jīng)過第三功率管123所在的電路流入變壓器110原邊的正極，并由變壓器110原邊的負(fù)極流出通過第二電容，形成一閉合回路。

在變壓器110的副邊側(cè)，電流通過變壓器110副邊的正極流出，經(jīng)過第六功率管136所在的電路進(jìn)入待充電電池30的負(fù)極，并由待充電電池30的正極流出，經(jīng)過第三電容133所在電路進(jìn)入變壓器110副邊的負(fù)極，以形成閉合回路。

在上述過程中，變壓器原邊電壓Vp的大小為上述交流電網(wǎng)10的輸出電壓的一半，充電電壓為變壓器副邊電壓Vs的大小的兩倍。

由于交流電網(wǎng)10的電壓對應(yīng)的正弦波位于負(fù)半周時(shí)，雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100內(nèi)的電流的流向?qū)?yīng)相反，因此，本發(fā)明在此不在贅述。

由于上述控制模塊170可通過第一功率管121、第二功率管122、第三功率管123、第四功率管124及第五功率管135及第六功率管136，調(diào)節(jié)對應(yīng)位置的占空比，進(jìn)而調(diào)高上述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的充電效率。

上述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100利用第一功率管121、第二功率管122、第三功率管123、第四功率管124及第五功率管135及第六功率管136調(diào)高其充電效率的同時(shí)，且結(jié)構(gòu)較為簡單，降低了成本。

上述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還包括第一繼電器181及第二繼電器182，其中上述第一繼電器181與交流電網(wǎng)10串聯(lián)，上述第二繼電器182與家用負(fù)載20串聯(lián)。所述控制模塊170包括繼電器控制單元，所述繼電器控制單元通過控制所述第一繼電器181或第二繼電器182，切換所述雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作模式。

具體地，當(dāng)需要交流電網(wǎng)10對汽車電池充電或需要將汽車電池回饋至交流電網(wǎng)10時(shí)，上述繼電器控制單元控制上述第一繼電器181處于吸合、第二繼電器182處于斷開狀態(tài)，使交流電網(wǎng)10與該雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100電性連接。

具體地，當(dāng)需要將汽車電池給家用負(fù)載20進(jìn)行供電時(shí)，上述繼電器控制單元控制上述第一繼電器181處于斷開、第二繼電器182處于吸合狀態(tài)，使家用負(fù)載20與該雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100電性連接，進(jìn)而使汽車電池對家用負(fù)載20進(jìn)行供電。

本實(shí)施方式中的變壓器110為高頻變壓器，其變壓器110的原邊與副邊的線圈比值范圍為1:1.2至1：3，一般地，所述變壓器的原邊與副邊的線圈比值范圍可調(diào)。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。