双向充电系统及相关装置的制作方法

1.本技术涉及汽车技术领域，特别是一种双向充电系统及相关装置。


背景技术：

2.随着社会的进步，电动汽车的发展也日新月异，车载的双向充电机一般包括充电模式和逆变模式，所谓充电模式，即将充电桩的220v交流电转换为高压直流电给高压动力电池供电，所谓逆变模式，即将高压动力电池的高压直流电逆变为220v交流电给车外的交流用电设备使用。现有方案中，响应于充电或逆变的指令信号，一般采用软件控制的方法对双向充电机进行控制，执行充电模式或逆变模式，但在一些故障时可能会导致软件同时发出充电模式和逆变模式的驱动信号，这可能会导致双向充电机的工作状态紊乱，硬件损坏。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本技术提供了一种双向充电系统及相关装置，可以实现在同一时间内只允许执行充电模式或逆变模式，避免故障产生的工作状态紊乱和硬件损坏。
4.第一方面，本技术实施例提供了一种双向充电系统，所述双向充电系统包括信号控制芯片、保护电路、双向充电模块，所述信号控制芯片连接所述保护电路，所述保护电路连接所述双向充电模块；
5.所述保护电路包括指令信号接收端、第一开关检测电路、第二开关检测电路、第一高电平输入电路、第二高电平输入电路、第一脉宽调制输入端、第二脉宽调制输入端、第一脉宽调制输出端、第二脉宽调制输出端、第一与门单元和第二与门单元；
6.所述指令信号接收端连接所述第一开关检测电路，所述第一开关检测电路连接所述第二开关检测电路、第一高电平输入电路和所述第一与门单元的第二端，第一与门单元的第一端连接所述第一脉宽调制输入端，所述第一与门单元的第三端连接所述第一脉宽调制输出端，所述第二开关检测电路连接所述第二高电平输入电路和所述第二与门单元的第二端，所述第二与门单元的第一端连接所述第二脉宽调制输入端，所述第二与门单元的第三端连接所述第二脉宽调制输出端。
7.在一个可能的实施例中，所述第一开关检测电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第一信号mos管，所述第二开关检测电路包括第四电阻、第五电阻、第二电容、第二信号mos管、接地端，所述第一高电平输入电路包括第一高电平输入端和第三电阻，所述第二高电平输入电路包括第二高电平输入端和第六电阻；
8.所述指令信号接收端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端、所述第一电容的一端以及所述第一信号mos管的第一端，所述第二电阻的另一端连接所述第一电容的另一端、所述第一信号mos 管的第二端、所述第五电阻的一端、所述第二信号mos管的第二端，所述第一信号mos管的第三端连接所述第四电阻的一端、所述第三电阻的一端、所述第一与门单元的第二端，所述第三电阻的另一端连接所述第一高电平输入端，所述第一与门单元的第一端连接所述第一脉宽调制输入端，所述第一与门单
元的第三端连接所述第一脉宽调制输出端，所述第四电阻的另一端连接所述第二电容的一端、所述第五电阻的另一端、所述第二信号mos管的第一端，所述第二电容的另一端连接所述接地端，所述第二信号mos管的第三端连接所述第六电阻的一端、所述第二与门单元的第二端，所述第六电阻的另一端连接所述第二高电平输入端，所述第二与门单元的第一端连接所述第二脉宽调制输入端，所述第二与门单元连接所述第二脉宽调制输出端。
9.在一个可能的实施例中，所述第一高电平输入端为持续高电平且所述第一脉宽调制输入端存在第一驱动信号时，所述第一脉宽调制输出端输出所述第一驱动信号；所述第二高电平输入端为持续高电平且所述第二脉宽调制输入端存在第二驱动信号时，所述第二脉宽调制输出端输出所述第二驱动信号。
10.在一个可能的实施例中，当所述指令信号输入端输入逆变指令信号时，所述第一信号mos管导通，所述第一高电平输入端的电压被拉低，所述第一脉宽调制输出端停止输出来自所述第一脉宽调制输入端的所述第一驱动信号，此时所述第一高电平输入端无法为所述第二信号mos管的第一端和第二端提供电压，所述第二信号mos管截止，所述第二高电平输入端向所述第二与门单元的第二端输入高电平信号，所述第二脉宽调制输出端输出来自所述第二脉宽调制输入端的所述第二驱动信号。
11.在一个可能的实施例中，当所述指令信号接收端输入充电指令信号时，所述第一信号mos管截止，所述第一高电平输入端向所述第一与门单元输入持续高电平，所述第一脉宽调制输出端输出来自所述第一脉宽调制输入端的所述第一驱动信号，此时所述第一高电平输入端为所述第二信号mos管的第一端和第二端提供电压，所述第二信号mos管导通，所述第二高电平输入端的电压被拉低，所述第二脉宽调制输出端停止输出来自所述第二脉宽调制输入端的所述第二驱动信号。
12.在一个可能的实施例中，所述双向充电模块包括充电mos模块和逆变 mos模块；所述充电mos模块连接所述第一脉宽调制输出端，所述逆变mos 模块连接所述第二脉宽调制输出端；
13.所述充电mos模块包括四个mos信号管，所述逆变mos模块包括四个 mos信号管，所述充电mos模块与所述逆变mos模块之间通过隔离变压器连接。
14.在一个可能的实施例中，所述充电mos模块连接充电设备，所述逆变mos 模块连接高压动力电池。
15.在一个可能的实施例中，所述信号控制芯片包括dsp芯片，所述dsp芯片用于根据指令信号发出第一驱动信号或第二驱动信号。
16.第二方面，本技术实施例提供了一种双向充电装置，所述双向充电装置包括如本技术第一方面所描述的双向充电系统。
17.第三方面，本技术实施例提供了一种车辆，所述车辆包括如本技术实施例第二方面所述的双向充电装置。
18.可见，通过上述双向充电系统及相关装置，所述双向充电系统包括信号控制芯片、保护电路、双向充电模块，所述信号控制芯片连接所述保护电路，所述保护电路连接所述双向充电模块；所述保护电路包括指令信号接收端、第一开关检测电路、第二开关检测电路、第一高电平输入电路、第二高电平输入电路、第一脉宽调制输入端、第二脉宽调制输入端、第一脉宽调制输出端、第二脉宽调制输出端、第一与门单元和第二与门单元。可以在充电模
式和逆变模式各自正常工作的同时，防止dsp芯片上电复位时误动作或程序错误导致的同时发出充电模式和逆变模式的驱动信号，提升硬件安全性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例技术方案，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，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，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。
20.图1为本技术实施例提供的一种双向充电系统的应用场景的示意图；
21.图2为本技术实施例提供的一种双向充电电路的结构示意图；
22.图3为本技术实施例提供的一种保护电路的结构示意图；
23.图4为本技术实施例提供的另一种保护电路的结构示意图；
24.图5为本技术实施例提供的一种双向充电模块的结构示意图；
25.图6为本技术实施例提供的一种双向充电系统的结构示意图。
具体实施方式
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“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，也不是表示元器件的类型不同。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、产品或设备固有的其他步骤或单元。
28.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
29.下面结合图1对本技术实施例中的双向充电系统的应用场景进行说明，图1 为本技术实施例提供的一种双向充电系统的应用场景的示意图，包括充电桩 110、电动汽车120、用电设备130，其中，上述电动汽车120搭载了本技术的双向充电系统，在一些场景下，电动汽车120需要进行充电，此时可以连接充电桩110，双向充电系统执行充电模式的指令，在一些场景下，电动汽车120可以给用电设备130供电，用电设备130可以包括智能手机(如android手机、ios手机、windows phone手机等)、平板电脑、掌上电脑、笔记本电脑、视频矩阵、监控平台、移动互联网设备(mid，mobile internet devices)或穿戴式设备等，此时双向充电系统执行逆变模式的指令。可以理解的是，在日常使用过程中，充电模式和逆变模式会经常切换，双向充电系统可以通过内部的信号控制芯片输出充电模式的驱动信号或逆变模式的驱动信号进行充电模式和逆变模式的切换。在某些场景下，信号控制芯片可能由于种种原因，同时输出了充电模式的驱动信号和逆变模式的驱动信号，此时双向充电系统内
部的保护电路可以自动识别源头的指令信号，根据源头的指令信号输出对应的驱动信号，并停止输出与指令信号不对应的驱动信号，防止工作状态紊乱，硬件损坏。
30.下面结合图2对本技术实施例中的一种双向充电系统进行说明，该双向充电系统包括信号控制dsp芯片210、保护电路220以及双向充电模块230，其中，上述dsp芯片210通过第一脉冲调制输入端pwm1、第二脉冲调制输入端pwm2 连接上述保护电路220，上述保护电路220通过第一脉冲调制输出端 pwm1_out、第二脉冲调制输出端pwm2_out连接上述双向充电模块230，具体的，上述dsp芯片210可以接收指令信号，在指令信号为充电指令信号时， dsp芯片210可以通过pwm1输入第一驱动信号，在指令信号为逆变指令信号时，dsp芯片210可以通过pwm2输入第二驱动信号，上述双向充电模块230可以包括充电mos模块231和逆变mos模块232，上述保护电路220通过 pwm1_out连接上述充电mos模块231，上述保护电路220通过pwm2_out 连接上述逆变mos模块232，可以理解的是，上述保护电路同一时间只能输出 pwm1_out或pwm2_out中的一路，在指令信号为充电指令信号时， pwm1_out输出上述第一驱动信号至上述充电mos模块，在指令信号为逆变指令信号时，pwm2_out输出上述第二驱动信号至上述逆变mos模块。
31.为便于理解，下面结合图3对本技术实施例中的保护电路220进行说明，图 3为本技术实施例提供的一种保护电路的结构示意图，包括指令信号接收端 signal、第一开关检测电路221、第二开关检测电路222、第一高电平输入电路223、第二高电平输入电路224、第一脉宽调制输入端pwm1、第二脉宽调制输入端pwm2、第一脉宽调制输出端pwm1_out，第二脉宽调制输出端 pwm2_out、第一与门单元225和第二与门单元226；
32.所述指令信号接收端signal连接所述第一开关检测电路221，所述第一开关检测电路221连接所述第二开关检测电路222、第一高电平输入电路223和所述第一与门单元225的第二端，第一与门单元225的第一端连接所述第一脉宽调制输入端pwm1，所述第一与门单元225的第三端连接所述第一脉宽调制输出端pwm1_out，所述第二开关检测电路222连接所述第二高电平输入电路 224和所述第二与门单元226的第二端，所述第二与门单元226的第一端连接所述第二脉宽调制输入端pwm2，所述第二与门单元226的第三端连接所述第二脉宽调制输出端pwm2_out。
33.具体的，如图4所示，图4为本技术实施例提供的另一种保护电路的结构示意图，所述第一开关检测电路221包括第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c1、第一信号mos管q1，所述第二开关检测电路222包括第四电阻r4、第五电阻 r5、第二电容c2、第二信号mos管q2、接地端gnd，所述第一高电平输入电路223包括第一高电平输入端pon1和第三电阻r3，所述第二高电平输入电路 224包括第二高电平输入端pon2和第六电阻r6；
34.所述指令信号接收端signal连接所述第一电阻r1的一端，所述第一电阻 r1的另一端连接所述第二电阻r2的一端、所述第一电容c1的一端以及所述第一信号mos管q1的第一端，所述第二电阻r2的另一端连接所述第一电容c1的另一端、所述第一信号mos管q1的第二端、所述第五电阻r5的一端、所述第二信号mos管的第二端，所述第一信号mos管q1的第三端连接所述第四电阻r4的一端、所述第三电阻r3的一端、所述第一与门单元u1
‑
a的第二端，所述第三电阻r3的另一端连接所述第一高电平输入端pon1、所述第一与门单元 u1
‑
a的第一端连接所述第一脉宽调制输入端pwm1，所述第一与门单元u1
‑
a 的第三端连接所述第一脉宽调制输出端pwm1_out，所述第四电阻r4的另一端连接所述第二电容c2的一端、所述第
五电阻r5的另一端、所述第二信号mos 管q2的第一端，所述第二电容c2的另一端连接所述接地端gnd，所述第二信号mos管q2的第三端连接所述第六电阻r6的一端、所述第二与门单元u1
‑
b的第二端，所述第六电阻r6的另一端连接所述第二高电平输入端pon2，所述第二与门单元u1
‑
b的第一端连接所述第二脉宽调制输入端pwm2，所述第二与门单元u1
‑
b连接所述第二脉宽调制输出端pwm2_out。
35.其中，上述u1
‑
a和u1
‑
b为与门，上述pon1和上述pon2可以提供持续的高电平，pwm1用于接收来自dsp芯片的第一驱动信号，pwm2用于接收来自 dsp芯片的第二驱动信号，signal用于接收信号指令，信号指令为低电平表示充电信号指令，信号指令为高电平表示逆变信号指令，上述第一信号mos 管q1的第一端为栅极g，上述第一信号mos管q1的第二端为源极s，上述第一信号mos管q1的第三端为漏极d，上述第二信号mos管q2的第一端为栅极g，上述第二信号mos管q2的第二端为源极s，上述第二信号mos管q2的第三端为漏极d。
36.所述第一高电平输入端pon1为持续高电平且所述第一脉宽调制输入端 pwm1存在第一驱动信号时，所述第一脉宽调制输出端pwm1_out可以直接输出所述第一驱动信号；所述第二高电平输入端pon2为持续高电平且所述第二脉宽调制输入端pwm2存在第二驱动信号时，所述第二脉宽调制输出端 pwm2_out输出所述第二驱动信号。
37.具体的，当所述指令信号输入端signal输入逆变指令信号(高电平)时，所述第一信号mos管q1导通，所述第一高电平输入端pon1的电压自然被拉低，所述第一脉宽调制输出端pwm1_out停止输出来自所述第一脉宽调制输入端pwm1的所述第一驱动信号，可以看出，此时所述第一高电平输入端pon1 无法为所述第二信号mos管q2的第一端栅极g和第二端源极s提供电压，所述第二信号mos管q2截止，所述第二高电平输入端pon2向所述第二与门单元u1
‑
b的第二端输入高电平信号，所述第二脉宽调制输出端pwm2_out输出来自所述第二脉宽调制输入端pwm2的所述第二驱动信号。此时电流从逆变mos 模块流向充电mos模块，通过高压动力电池为用电设备供电。需要说明的是，上述第一高电平输入端pon1和第二高电平输输入端pon2的高电平是恒定的，只会受到其他器件的影响而被拉低。
38.具体的，当所述指令信号接收端signal输入充电指令信号(低电平)时，所述第一信号mos管q1截止，所述第一高电平输入端pon1向所述第一与门单元u1
‑
a输入持续高电平，所述第一脉宽调制输出端pwm1_out输出来自所述第一脉宽调制输入端pwm1的所述第一驱动信号，此时所述第一高电平输入端 pon1为所述第二信号mos管q2的第一端栅极g和第二端源极s提供电压，所述第二信号mos管q2导通，所述第二高电平输入端pon2的电压被拉低，所述第二脉宽调制输出端pwm2_out停止输出来自所述第二脉宽调制输入端 pwm2的所述第二驱动信号。此时电流从充电mos模块流向逆变mos模块，通过充电桩为高压动力电池充电。
39.可以理解的是，上述第一电阻r1、第三电阻r3、第四电阻r4、第六电阻 r6为限流电阻，用于防止电流过大，上述第二电阻r2、第五电阻r5、第一电容c1以及第二电容c2为旁路，用于进行滤波，上述接地端gnd可以为整体电路中的各个电压信号提供参考。可见，通过上述保护电路，可以在dsp芯片出现异常故障时，防止pwm1和pwm2同时输出驱动信号至双向充电模块导致硬件损坏，大大提升了双向充电的安全性。
40.下面结合图5对本技术实施例中的一种双向充电模块进行说明，图5为本技术实施例提供的一种双向充电模块的结构示意图，该双向充电模块包括充电 mos模块和逆变mos模块，其中，上述充电mos模块可以由q1、q2、q3、q4 四个信号mos管组成，上述逆变mos模块
可以由q5、q6、q7、q8四个信号mos 管组成，上述双向充电模块还包括有源功率因数校正端(active power factorcorrection，apfc)、电容c1，电容c2、隔离变压器t1，充电mos模块接充电桩和整流电路，逆变mos模块接高压动力电池，该高压动力电池正极表示为 bat ，负极表示为bat
‑
。
41.具体的，上述q1的一端连接q2的一端和隔离变压器t1，上述q1的另一端连接apfc、c1的一端和q3的一端，上述q2的另一端连接c1的另一端、接地端、 q4的一端，上述q3的另一端连接q4的另一端、隔离变压器t1；上述q5的一端连接隔离变压器t1、q6的一端，上述q5的另一端连接q7的一端、bat 端、c2的一端，上述q6的另一端连接q8的一端、c2的另一端、bat
‑
端，上述q7的另一端连接隔离变压器t1、q8的另一端。
42.充电模式下，q1、q2、q3、q4由第一驱动信号控制，执行充电工作，上述 q5、q6、q7、q8没有第二驱动信号控制，工作在体二极管整流状态；逆变模式下，q5、q6、q7、q8由第二驱动信号控制，执行逆变工作，上述q1、q2、q3、 q4没有第一驱动信号控制，工作在体二极管整流状态。
43.上述双向充电系统可以通过多种方式接收充电指令信号或逆变指令信号，如按钮的触发指令、无线指令等等，在此不做具体限定。
44.为便于理解，下面结合图6对本技术实施例中的一种双向充电系统进行举例说明，可以理解的是，上述第一与门单元u1
‑
a由四个与门组成，上述第二与门单元u1
‑
b由四个与门组成，同时，pwm1_out由四个控制信号组成， pwm2_out由四个控制信号组成，可以看出，pwm1_out的四个接口分别连接双向充电模块的q1、q2、q3、q4，pwm2_out的四个接口分别连接q5、q6、 q7、q8。其余连接方式可以参照图4和图5中的连接关系，在此不再赘述。
45.本技术实施例还提供了一种双向充电装置，包括上述申请实施例中的双向充电系统，在此不再赘述。
46.本技术实施例还提供了一种电动汽车，包括上述申请实施例中的双向充电装置，在此不再赘述。
47.以上参照附图说明了本技术的优选实施例，本领域技术人员不脱离本技术的范围和实质，可以有多种变型方案实现本技术。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本技术较佳可行的实施例而已，并非因此局限本技术的权利范围，凡运用本技术说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本技术的权利范围之内。