專利名稱：諧振型充電裝置以及使用了該諧振型充電裝置的車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)二次電池進(jìn)行充電的諧振型充電裝置以及搭載了該諧振型充電裝置的車輛。
背景技術(shù)：
近年來，隨著保護(hù)地球環(huán)境的意識(shí)的提高，高效的混合動(dòng)力車得到了普及。混合動(dòng)力車具有行駛馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用的二次電池。如果從商用的交流電源對(duì)該二次電池進(jìn)行充電，則能夠改善混合動(dòng)力車的燃料費(fèi)用。為了從商用電源向二次電池以更少的電力安全地進(jìn)行充電，需要變換效率高且絕緣型的DC-DC轉(zhuǎn)換器。作為通過降低整流二極管的耐壓來提高變換效率的絕緣型的DC-DC轉(zhuǎn)換器，公開了專利文獻(xiàn)1。另一方面，在專利文獻(xiàn)2中，公開了在功率因數(shù)改善轉(zhuǎn)換器的后級(jí)連接有諧振型轉(zhuǎn)換器的電源裝置中，在寬的電流范圍內(nèi)高效地動(dòng)作的電源裝置。專利文獻(xiàn)1 日本專利第4013995號(hào)公報(bào)；專利文獻(xiàn)2 日本特開2005-65395號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
一般，為了使絕緣型的DC-DC轉(zhuǎn)換器高效化，有效的方法是降低對(duì)變壓器二次繞組的電壓電流進(jìn)行整流的二極管的耐壓。但是，在專利文獻(xiàn)1公開的以往的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，在為了對(duì)行駛馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用的二次電池進(jìn)行充電而得到高輸出電壓的情況下，需要增大二極管的耐壓而成為高效化的障礙。另外，專利文獻(xiàn)2公開的以往的電源裝置雖然在寬的負(fù)載電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高效化，但未在寬的輸出電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效化。本發(fā)明的目的在于提供一種諧振型充電裝置以及車輛，能夠從交流電源高效地對(duì)電壓高且電壓范圍寬的行駛馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用的二次電池進(jìn)行充電。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種諧振型充電裝置，連接在交流電源與車輛中搭載的二次電池之間，從所述交流電源向所述二次電池供給電力，其特征在于，具備=AC-DC 轉(zhuǎn)換器，與所述交流電源連接，輸入來自所述交流電源的電力并輸出直流的母線(link)電壓；DC-DC轉(zhuǎn)換器，從所述母線電壓向所述二次電池絕緣并且供給電力；以及控制單元，對(duì)所述AC-DC轉(zhuǎn)換器和所述DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制，其中，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器是具備如下器件的諧振型轉(zhuǎn)換器開關(guān)電路，在直流端子間連接所述母線電壓而向交流端子間輸出矩形波電壓；整流電路，對(duì)從交流端子間輸入的電流進(jìn)行整流而輸出到所述二次電池以及平滑電容器被并聯(lián)連接的直流端子間；一次繞組，連接在所述開關(guān)電路的交流端子間；二次繞組， 連接在所述整流電路的交流端子間；變壓器，對(duì)所述一次繞組和所述二次繞組進(jìn)行磁耦合； 以及諧振電容器及諧振電感器，與所述一次繞組和/或所述二次繞組串聯(lián)連接，所述控制單元以使所述矩形波電壓的頻率變化的方式，控制所述開關(guān)電路具備的開關(guān)元件。另外，本發(fā)明提供一種車輛，其特征在于，具備與交流電源連接的連接器；動(dòng)力用馬達(dá)；向所述動(dòng)力用馬達(dá)供給電力的二次電池；以及諧振型充電裝置，連接在所述連接器與所述二次電池之間，從與所述連接器連接的所述交流電源向所述二次電池供給電力， 所述諧振型充電裝置具備=AC-DC轉(zhuǎn)換器，輸入來自所述交流電源的電力并輸出直流的母線電壓；DC-DC轉(zhuǎn)換器，從所述母線電壓向所述二次電池絕緣并且供給電力；以及控制單元，控制所述AC-DC轉(zhuǎn)換器和所述DC-DC轉(zhuǎn)換器，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器是具備如下器件的諧振型轉(zhuǎn)換器開關(guān)電路，在直流端子間連接所述母線電壓而向交流端子間輸出矩形波電壓； 整流電路，對(duì)從交流端子間輸入的電流進(jìn)行整流而輸出到所述二次電池以及平滑電容器被并聯(lián)連接的直流端子間；一次繞組，連接在所述開關(guān)電路的交流端子間；二次繞組，連接在所述整流電路的交流端子間；變壓器，對(duì)所述一次繞組和所述二次繞組進(jìn)行磁耦合；以及諧振電容器及諧振電感器，與所述一次繞組和/或所述二次繞組串聯(lián)連接，其中，所述控制單元以使所述矩形波電壓的頻率變化的方式，控制所述開關(guān)電路具備的開關(guān)元件。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供能夠從交流電源高效地對(duì)電壓高且電壓范圍寬的二次電池進(jìn)行充電的諧振型充電裝置以及車輛。


圖1是實(shí)施例1的諧振型充電裝置1的電路結(jié)構(gòu)圖。圖2A、2B是說明實(shí)施例1的AC-DC轉(zhuǎn)換器2的電路動(dòng)作的圖。圖3A、;3B、3C、3D是說明實(shí)施例1的DC-DC轉(zhuǎn)換器3的電路動(dòng)作的圖。圖4是說明實(shí)施例1的DC-DC轉(zhuǎn)換器3的特性的圖。圖5是說明實(shí)施例1的諧振型充電裝置1的充電動(dòng)作的圖。圖6是說明實(shí)施例1的諧振型充電裝置1的充電動(dòng)作的圖。圖7是說明實(shí)施例1的諧振型充電裝置1的充電動(dòng)作的圖。圖8是說明實(shí)施例1的諧振型充電裝置1的特性的圖。圖9是說明實(shí)施例1的諧振型充電裝置1的母線電壓的確定方法的圖。圖10是本發(fā)明的實(shí)施例2的諧振型充電裝置11的電路結(jié)構(gòu)圖。圖11是采用了本發(fā)明的諧振型充電裝置的電動(dòng)汽車的電源系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)圖。(符號(hào)說明)Ull 諧振型充電裝置；2,12 :AC-DC轉(zhuǎn)換器；3,13 :DC_DC轉(zhuǎn)換器；4,14 控制單元；5、109 交流電源；6、105 二次電池；21-23 電壓傳感器；M、25 電流傳感器；101 電裝設(shè)備；103:逆變器；104:動(dòng)力用馬達(dá)；106:輔助電瓶(battery) ；107 快速充電連接器；108 插入式充電連接器；110 電動(dòng)汽車；11、L2 平滑電感器；L3 濾波器電感器；Lrl 諧振電感器；Cl 母線電容器；C2、C21、C22 平滑電容器；C3 濾波器電容器；Crl、Cr2、Cr3 諧振電容器；Tl 變壓器；Ni、N2 繞組；Q1-Q4 開關(guān)元件；Q5 降壓開關(guān)元件；Q6、QlO 升壓開關(guān)元件；D1-D4 反并聯(lián)二極管；D5 降壓二極管；D6、DlO 升壓二極管；D11-D14 整流二極管；D21-DM:二極管。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。實(shí)施例1圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的諧振型充電裝置1的電路結(jié)構(gòu)圖。該諧振型充電裝置1連接在交流電源5與車輛中搭載的二次電池6之間，從交流電源5向二次電池6供給電力。作為交流電源5，能夠使用商用電源。通過使用商用電源能夠供給穩(wěn)定的電力，能夠改善燃料費(fèi)用。但是，不限于商用電源，也可以使用例如太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等發(fā)電裝置、一般的發(fā)電機(jī)等。該諧振型充電裝置1具備輸入交流電源5的電力并輸出直流的母線(link)電壓的AC-DC轉(zhuǎn)換器2 ；從該母線電壓向二次電池6絕緣并且供給電力的DC-DC轉(zhuǎn)換器3 ；以及控制這些轉(zhuǎn)換器的控制單元4。在AC-DC轉(zhuǎn)換器2中，通過橋連接的整流二極管Dll D14對(duì)交流電源5的電壓進(jìn)行全波整流。在本實(shí)施方式中，整流二極管Dll和D12、整流二極管D13和D14被分別串聯(lián)連接，并分別并聯(lián)連接，從而形成橋連接，串聯(lián)連接后的整流二極管Dll與D12之間的連接點(diǎn)和串聯(lián)連接的整流二極管D13與D14之間的連接點(diǎn)成為交流端子，串聯(lián)連接后的整流二極管Dll與D12以及串聯(lián)連接后的整流二極管D13與D14的兩端部的連接點(diǎn)成為直流端子。交流電源5與該交流端子連接。該全波整流后的電壓輸入到由與直流端子連接的平滑電感器Li、升壓開關(guān)元件 Q10、升壓二極管DlO以及母線電容器Cl構(gòu)成的升壓斬波器電路。將母線電容器Cl的兩端間作為母線電壓?？刂茊卧?具備將來自交流電源5的輸入電流控制為與交流電源5的電壓大致相似的正弦波狀的功率因數(shù)改善控制；以及與二次電池6的電壓的上升相伴地使母線電壓上升的母線電壓協(xié)調(diào)控制。DC-DC轉(zhuǎn)換器3具備對(duì)諧振電容器Cr 1和諧振電感器Lr 1串聯(lián)連接而成的繞組附、 以及繞組N2進(jìn)行磁耦合的變壓器Tl。另外，開關(guān)元件Q1-Q4，把將第1開關(guān)元件即開關(guān)元件Q1、第2開關(guān)元件即開關(guān)元件Q2串聯(lián)連接而成的第1開關(guān)支路、與將第3開關(guān)元件即開關(guān)元件Q3、第4開關(guān)元件即開關(guān)元件Q4串聯(lián)連接而成的第2開關(guān)支路并聯(lián)連接起來而全橋連接。另外，將第1開關(guān)支路的兩端間作為直流端子間，將開關(guān)元件Q1、Q2的串聯(lián)連接點(diǎn)與開關(guān)元件Q3、Q4的串聯(lián)連接點(diǎn)之間作為交流端子間。通過全橋連接的開關(guān)元件Q1-Q4，將根據(jù)從直流端子間輸入的母線電壓生成的矩形波電壓，施加到交流端子間的諧振電容器Crl、諧振電感器Lrl和繞組m的串聯(lián)連接體， 而在繞組m中流過諧振電流，針對(duì)繞組N2中感應(yīng)出的電流通過橋連接后的二極管D21 D24進(jìn)行整流而對(duì)平滑電容器C2以及二次電池6進(jìn)行充電。由二極管D21 DM構(gòu)成的整流電路是把將第1 二極管即二極管D21、第2 二極管即二極管D22串聯(lián)連接而成的第1 二極管支路、和將第3 二極管即二極管D23、第4 二極管即二極管D24串聯(lián)連接而成的第2 二極管支路并聯(lián)連接而得到的。另外，將第1二極管支路的兩端間作為直流端子間而連接了平滑電容器C2以及二次電池6。另外，將二極管D21、D22的串聯(lián)連接點(diǎn)與二極管D23、D24的串聯(lián)連接點(diǎn)之間作為交流端子間而連接了繞組N2。另外，在本實(shí)施例中，在一次繞組m中設(shè)置了諧振電容器Crl和諧振電感器Lrl， 但也可以考慮電路設(shè)計(jì)的條件、限制等而設(shè)置到二次繞組N2中，或者也可以設(shè)置到一次繞組m和二次繞組N2這兩者中。對(duì)開關(guān)元件Ql Q4，分別連接了反并聯(lián)二極管Dl D4。此處，在作為開關(guān)元件 Ql Q4使用了 MOSFET的情況下，作為反并聯(lián)二極管Dl D4能夠使用MOSFET的寄生二極管。通過這樣具有反并聯(lián)二極管Dl D4，能夠形成良好的諧振型充電裝置。
升壓開關(guān)元件QlO和開關(guān)元件Ql Q4通過控制單元4進(jìn)行控制。對(duì)控制單元4 連接了對(duì)輸入電壓進(jìn)行檢測(cè)的電壓傳感器21、對(duì)母線電壓進(jìn)行檢測(cè)的電壓傳感器22、對(duì)二次電池的電壓即輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)的電壓傳感器23、對(duì)來自交流電源5的輸入電流進(jìn)行檢測(cè)的電流傳感器24、以及對(duì)向二次電池的輸出電流進(jìn)行檢測(cè)的電流傳感器25。使用圖2來說明AC-DC轉(zhuǎn)換器2的電路動(dòng)作。此處，說明交流電源5的電壓是1極性的情況。對(duì)于交流電源5的電壓是反極性的情況的動(dòng)作，能夠容易地類推。另外，圖2A、 圖2B分別示出模式a、b下的電路動(dòng)作。(模式 a)在模式a下，升壓開關(guān)元件QlO是接通狀態(tài)。交流電源5的電壓施加到平滑電感器Li，交流電源5的能量積蓄到平滑電感器Ll中。(模式b)如果使升壓開關(guān)元件QlO成為斷開，則成為模式b的狀態(tài)。在模式b下，平滑電感器Ll中積蓄的能量經(jīng)由升壓二極管DlO釋放到母線電容器Cl。以后，反復(fù)模式a和模式b。接下來，使用圖3A 3D，說明DC-DC轉(zhuǎn)換器3的電路動(dòng)作。此處，圖3A 3D分別示出模式A D下的電路動(dòng)作。(模式A)在模式A下，開關(guān)元件Q1、Q4是接通狀態(tài)。從母線電容器Cl通過諧振電容器Crl 和諧振電感器Lrl而得到的諧振電流流入到繞組W。繞組N2中感應(yīng)出的電流經(jīng)由二極管 D2UD24而輸出。(模式B)在諧振電容器Crl中積蓄電荷，如果通過諧振電容器Crl和諧振電感器Lrl得到的諧振電流流完，則成為模式B的狀態(tài)。在模式B下，在繞組m流過變壓器Tl的勵(lì)磁電流。 繞組N2的電壓比輸出的平滑電容器C2的電壓低，在繞組N2中不流過電流。另外，在模式 A下，如果在諧振電流流完之前，使開關(guān)元件Ql、Q4成為斷開，則有時(shí)模式B被省略。(模式C)如果使開關(guān)元件Ql、Q4成為斷開，則成為模式C的狀態(tài)。在模式C下，開關(guān)元件 QU Q4中流過的電流流過反并聯(lián)二極管D2、D3，而流向母線電容器Cl。此時(shí)，使開關(guān)元件 Q2、Q3成為接通。(模式D)如果繞組m的電流反轉(zhuǎn)，則成為模式D的狀態(tài)。該模式D是模式A的對(duì)稱動(dòng)作。 以后，在模式B、C的對(duì)稱動(dòng)作之后返回模式A。這樣，在該諧振型充電裝置1中，將DC-DC轉(zhuǎn)換器3作為諧振型轉(zhuǎn)換器，施加到二極管D21 DM的電壓通過輸出的平滑電容器C2的電壓而被拘束。因此，即使在二次電池 6的電壓高的情況下，作為二極管D21 DM也能夠利用耐壓比較低且正向下降電壓比較低的二極管，所以能夠降低損失，有助于高效化。在DC-DC轉(zhuǎn)換器3的輸出端即平滑電容器C2與二次電池6之間，為了降低紋波電流，有時(shí)還插入由電感器和電容器構(gòu)成的LC濾波器。但是，在DC-DC轉(zhuǎn)換器3的后級(jí)，不插入斬波器電路等具備電流控制功能的轉(zhuǎn)換器而連接到二次電池6。因此，控制單元4為了通過充電狀態(tài)對(duì)電壓變化的二次電池進(jìn)行充電，而具備對(duì)DC-DC轉(zhuǎn)換器3的輸出進(jìn)行定電壓定電流控制的功能。DC-DC轉(zhuǎn)換器3是諧振型轉(zhuǎn)換器，所以對(duì)開關(guān)元件Ql Q4的開關(guān)頻率進(jìn)行控制而控制輸出。在從商用電源對(duì)車輛的二次電池進(jìn)行充電的情況下，一般，在商用電源能供給的電流、電力中，存在限制?？刂茊卧?具備在二次電池6的電壓比充電結(jié)束的電壓低的情況下，將從交流電源5輸入的電流、電力控制為所設(shè)定的值，以能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)二次電池6 進(jìn)行充電的功能。在該情況下，DC-DC轉(zhuǎn)換器3的輸出電力維持為大致一定。圖4示出母線電壓一定的情況下的、開關(guān)頻率fsw、輸出電力Pout、輸出電壓Vout、 以及輸出電流Iout的關(guān)系。在母線電壓和輸出電力被維持為一定的情況下，在輸出電壓低且輸出電流大時(shí)開關(guān)頻率變高，相反在輸出電壓高且輸出電流小時(shí)開關(guān)頻率變低。在多數(shù)情況下，無論諧振型轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率過高或者過低，都會(huì)導(dǎo)致效率降低，而優(yōu)選以效率高的中間的開關(guān)頻率進(jìn)行動(dòng)作。圖5 圖7示出對(duì)二次電池6進(jìn)行充電中的輸出電壓Vout、母線電壓Vlink、輸出電力Pout、輸出電流lout、開關(guān)頻率fsw、效率η的時(shí)間Time下的變化。在圖5中，將母線電壓Vlink維持為比較低的值。隨著時(shí)間的經(jīng)過，輸出電壓Vout 上升，開關(guān)頻率fsw變得過低，所以效率η降低。在圖6中，將母線電壓Vlink維持為比較高的值。在接近充電開始的期間，輸出電壓Vout變低、開關(guān)頻率fsw變得過高，所以效率η變低。在諧振型充電裝置1中，具備通過二次電池6的電壓控制母線電壓的母線電壓協(xié)調(diào)控制。在圖7中，為了以使效率變高的方式保持開關(guān)頻率fsw，隨著輸出電壓Vout的上升，使母線電壓Vlink上升。圖8示出根據(jù)輸出電壓Vout決定母線電壓Vlink的方法。在輸出電壓Vout的各條件中，以使效率n變高的方式，決定母線電壓Vlink即可。但是，AC-DC轉(zhuǎn)換器2的電路結(jié)構(gòu)如上所述成為升壓斬波器，所以無法使母線電壓小于交流電源5的電壓的振幅。因此，在母線電壓協(xié)調(diào)控制中的母線電壓的可變范圍中，大致交流電源5的電壓的振幅成為下限。另外，根據(jù)母線電容器Cl等電路部件的耐壓、壽命的點(diǎn)，還有時(shí)對(duì)母線電壓的可變范圍設(shè)置上限。圖9示出輸出電壓Vout與母線電壓Vlink 的關(guān)系。其中，VlinkC表示效率變高的母線電壓、VlinkH表示母線電壓的上限、VlinkL表示母線電壓的下限。當(dāng)然，在交流電源5的電壓和二次電池6的電壓都低的情況下，即使通過使母線電壓降低等手法來簡(jiǎn)易地實(shí)施母線電壓協(xié)調(diào)控制，也可以得到效率提高的效果。如以上的說明，在諧振型充電裝置1中，通過采用諧振型轉(zhuǎn)換器作為DC-DC轉(zhuǎn)換器 3的電路方式，并對(duì)其進(jìn)行定電壓定電流控制，能夠?qū)Χ坞姵?高效地進(jìn)行充電。進(jìn)而，為了最大限度地發(fā)揮諧振型轉(zhuǎn)換器具有的高效率，而具備母線電壓協(xié)調(diào)控制。實(shí)施例2圖10是本發(fā)明的實(shí)施例2的諧振型充電裝置11的電路結(jié)構(gòu)圖。該諧振型充電裝置11與實(shí)施例1的諧振型充電裝置1同樣地，從交流電源5向二次電池6供給電力。該諧振型充電裝置11具備輸入交流電源5的電力并輸出直流的母線電壓的 AC-DC轉(zhuǎn)換器12 ；從該母線電壓向二次電池6絕緣并且供給電力的DC-DC轉(zhuǎn)換器13 ；以及控制這些轉(zhuǎn)換器的控制單元14。在AC-DC轉(zhuǎn)換器12中，在實(shí)施例1的AC-DC轉(zhuǎn)換器2中構(gòu)成的升壓斬波器電路成為由平滑電感器L2、降壓開關(guān)元件Q5、降壓二極管D5、升壓開關(guān)元件Q6、升壓二極管D6、以及母線電容器Cl構(gòu)成的H橋電路的點(diǎn)上不同。另外，具備由濾波器電感器L3和濾波器電容器C3構(gòu)成的LC濾波器。另外，在橋連接后的整流二極管Dll D14直流端子間，連接了濾波器電感器L3 和濾波器電容器C3。另外，在濾波器電容器C3的兩端間，串聯(lián)連接了降壓開關(guān)元件Q5以及降壓二極管D5，在降壓二極管D5的兩端間，串聯(lián)連接了平滑電感器L2以及升壓開關(guān)元件 Q6。進(jìn)而，在升壓開關(guān)元件Q6的兩端間，串聯(lián)連接了升壓二極管D6以及母線電容器Cl。DC-DC轉(zhuǎn)換器13與實(shí)施例1的DC-DC轉(zhuǎn)換器3相比，其不同點(diǎn)在于，使諧振電容器Crl成為諧振電容器Crll、Crl2，在具備全橋連接的反并聯(lián)二極管Dl D4的開關(guān)元件 Ql Q4中，將開關(guān)元件Q3、Q4和反并聯(lián)二極管D3、D4置換為諧振電容器Crll、Crl2，在橋連接的二極管D21 DM中，將二極管D23、DM分別置換為平滑電容器C21、C22。即，DC-DC轉(zhuǎn)換器13中的開關(guān)電路是把將第1開關(guān)元件即開關(guān)元件Ql、第2開關(guān)元件即開關(guān)元件Q2串聯(lián)連接而成的第1開關(guān)支路、和將第1諧振電容器即諧振電容器Crll、 第2諧振電容器即諧振電容器Crl2串聯(lián)連接而成的諧振電容器支路并聯(lián)連接而得到的。在該開關(guān)電路中，第1開關(guān)支路的兩端間是直流端子間，開關(guān)元件Q1、Q2的串聯(lián)連接點(diǎn)與諧振電容器Crll、Crl2的串聯(lián)連接點(diǎn)之間是交流端子間。另外，DC-DC轉(zhuǎn)換器13中的整流電路是把將第1 二極管即二極管D21、第2 二極管即二極管D22串聯(lián)連接而成的第1 二極管支路、和將第1分壓電容器即平滑電容器C21、第 2分壓電容器即平滑電容器C22串聯(lián)連接而成的分壓電容器支路并聯(lián)連接而得到的。在該整流電路中，第1 二極管支路的兩端間是直流端子間，二極管D21、D22的串聯(lián)連接點(diǎn)與平滑電容器C21、C22的串聯(lián)連接點(diǎn)之間是交流端子間。降壓開關(guān)元件Q5、升壓開關(guān)元件Q6、以及開關(guān)元件Q1、Q2通過控制單元14進(jìn)行控制。對(duì)控制單元14，與實(shí)施例1的諧振型充電裝置1同樣地，連接了電壓傳感器21 23、 和電流傳感器對(duì)、25?？刂茊卧?4具備功率因數(shù)改善控制、母線電壓協(xié)調(diào)控制、定電壓定電流控制等的點(diǎn)與實(shí)施例1的控制單元4相同。在諧振型充電裝置11中，在AC-DC轉(zhuǎn)換器12中如上所述采用H橋電路，通過使降壓開關(guān)元件Q5開關(guān)，能夠使母線電壓小于交流電源5的電壓的振幅。因此，能夠比實(shí)施例1 的諧振型充電裝置1擴(kuò)大母線電壓的可變范圍，能夠以更高的效率對(duì)二次電池6進(jìn)行充電。 另外，在DC-DC轉(zhuǎn)換器13中，采用全橋電路，能夠削減開關(guān)元件和二極管的部件數(shù)量。實(shí)施例3圖11是采用了本發(fā)明的諧振型充電裝置1的電動(dòng)汽車110的電源系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)圖。諧振型充電裝置1連接到與交流電源109連接的插入式充電連接器108、和連接了向驅(qū)動(dòng)動(dòng)力用馬達(dá)104的逆變器103供給電力的DC-DC轉(zhuǎn)換器102的二次電池105。另外，對(duì)二次電池105，連接了向電裝設(shè)備101連接的輔助電瓶106供給電力的DC-DC轉(zhuǎn)換器100、 和連接快速充電器等外部直流電源而對(duì)二次電池105進(jìn)行充電的快速充電連接器107。諧振型充電裝置1使用與插入式充電連接器108連接的交流電源109的電力對(duì)二次電池105進(jìn)行充電。
根據(jù)該實(shí)施例3，通過使用本發(fā)明的諧振型充電裝置1，能夠從商用電源對(duì)車輛中搭載的動(dòng)力用的二次電池高效地進(jìn)行充電。當(dāng)然，本發(fā)明的諧振型充電裝置1還能夠應(yīng)用于混合動(dòng)力車。
權(quán)利要求
1.一種諧振型充電裝置，連接在交流電源與車輛中搭載的二次電池之間，從所述交流電源向所述二次電池供給電力，其特征在于，具備AC-DC轉(zhuǎn)換器，與所述交流電源連接，輸入來自所述交流電源的電力并輸出直流的母線電壓；DC-DC轉(zhuǎn)換器，從所述母線電壓向所述二次電池絕緣并且供給電力；以及控制單元，對(duì)所述AC-DC轉(zhuǎn)換器和所述DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制，其中， 所述DC-DC轉(zhuǎn)換器是具備如下器件的諧振型轉(zhuǎn)換器 開關(guān)電路，在直流端子間連接所述母線電壓而向交流端子間輸出矩形波電壓； 整流電路，對(duì)從交流端子間輸入的電流進(jìn)行整流而輸出到所述二次電池以及平滑電容器被并聯(lián)連接的直流端子間；一次繞組，連接在所述開關(guān)電路的交流端子間； 二次繞組，連接在所述整流電路的交流端子間； 變壓器，對(duì)所述一次繞組和所述二次繞組進(jìn)行磁耦合；以及諧振電容器及諧振電感器，與所述一次繞組和/或所述二次繞組串聯(lián)連接， 所述控制單元以使所述矩形波電壓的頻率變化的方式，控制所述開關(guān)電路具備的開關(guān)元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振型充電裝置，其特征在于， 所述控制單元具備功率因數(shù)改善控制，將所述交流電源的電流控制為正弦波狀；以及母線電壓協(xié)調(diào)控制，伴隨所述二次電池的電壓的上升而使所述母線電壓上升。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧振型充電裝置，其特征在于，所述控制單元對(duì)所述母線電壓的可變范圍設(shè)置上限值和/或下限值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項(xiàng)所述的諧振型充電裝置，其特征在于， 所述AC-DC轉(zhuǎn)換器具備橋連接的第1 第4整流二極管；在所述橋連接的直流端子間串聯(lián)連接的平滑電感器及升壓開關(guān)元件；以及在所述升壓開關(guān)元件的兩端間串聯(lián)連接的升壓二極管及母線電容器，其中， 在所述橋連接的交流端子間連接所述交流電源，使所述母線電容器的兩端間成為所述母線電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項(xiàng)所述的諧振型充電裝置，其特征在于， 所述AC-DC轉(zhuǎn)換器具備橋連接的第1 第4整流二極管；在所述橋連接的直流端子間串聯(lián)連接的濾波器電感器及濾波器電容器； 在所述濾波器電容器的兩端間串聯(lián)連接的降壓開關(guān)元件及降壓二極管； 在所述降壓二極管的兩端間串聯(lián)連接的平滑電感器及升壓開關(guān)元件；以及在所述升壓開關(guān)元件的兩端間串聯(lián)連接的升壓二極管以及母線電容器， 在所述橋連接的交流端子間連接所述交流電源，使所述母線電容器的兩端間成為所述母線電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項(xiàng)所述的諧振型充電裝置，其特征在于，所述整流電路具備第1 二極管支路，將第1、第2 二極管串聯(lián)連接而成；以及第2 二極管支路，將第3、第4 二極管串聯(lián)連接而成，并且與所述第1 二極管支路并聯(lián)連接，其中，將所述第1二極管支路的兩端間作為直流端子間，將所述第1、第2 二極管的串聯(lián)連接點(diǎn)與所述第3、第4 二極管的串聯(lián)連接點(diǎn)之間作為交流端子間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項(xiàng)所述的諧振型充電裝置，其特征在于， 所述整流電路具備第1 二極管支路，將第1、第2 二極管串聯(lián)連接而成；以及分壓電容器支路，將第1、第2分壓電容器串聯(lián)連接而成，并且與所述第1 二極管支路并聯(lián)連接，其中，將所述第1二極管支路的兩端間作為直流端子間，將所述第1、第2 二極管的串聯(lián)連接點(diǎn)與所述第1、第2分壓電容器的串聯(lián)連接點(diǎn)之間作為交流端子間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項(xiàng)所述的諧振型充電裝置，其特征在于， 所述開關(guān)電路具備第1開關(guān)支路，將第1、第2開關(guān)元件串聯(lián)連接而成；第2開關(guān)支路，將第3、第4開關(guān)元件串聯(lián)連接而成，并且與所述第1開關(guān)支路并聯(lián)連接，其中，將所述第1開關(guān)支路的兩端間作為直流端子間，將所述第1、第2開關(guān)元件的串聯(lián)連接點(diǎn)與所述第3、第4開關(guān)元件的串聯(lián)連接點(diǎn)之間作為交流端子間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項(xiàng)所述的諧振型充電裝置，其特征在于， 所述開關(guān)電路具備第1開關(guān)支路，將第1、第2開關(guān)元件串聯(lián)連接而成；以及諧振電容器支路，將第1、第2諧振電容器串聯(lián)連接而成，并且與所述第1開關(guān)支路并聯(lián)連接，其中將所述第1開關(guān)支路的兩端間作為直流端子間，將所述第1、第2開關(guān)元件的串聯(lián)連接點(diǎn)與所述第1、第2諧振電容器的串聯(lián)連接點(diǎn)之間作為交流端子間。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的諧振型充電裝置，其特征在于，具備與所述第1 第4開關(guān)元件的各個(gè)反并聯(lián)連接的反并聯(lián)二極管。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的諧振型充電裝置，其特征在于， 具備與所述第1、第2開關(guān)元件的各個(gè)反并聯(lián)連接的反并聯(lián)二極管。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項(xiàng)所述的諧振型充電裝置，其特征在于， 所述控制單元對(duì)所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行定電壓定電流控制。
13.—種車輛，其特征在于，具備 與交流電源連接的連接器；動(dòng)力用馬達(dá)；向所述動(dòng)力用馬達(dá)供給電力的二次電池；以及諧振型充電裝置，連接在所述連接器與所述二次電池之間，從與所述連接器連接的所述交流電源向所述二次電池供給電力， 所述諧振型充電裝置具備AC-DC轉(zhuǎn)換器，輸入來自所述交流電源的電力并輸出直流的母線電壓； DC-DC轉(zhuǎn)換器，從所述母線電壓向所述二次電池絕緣并且供給電力；以及控制單元，控制所述AC-DC轉(zhuǎn)換器和所述DC-DC轉(zhuǎn)換器， 所述DC-DC轉(zhuǎn)換器是具備如下器件的諧振型轉(zhuǎn)換器 開關(guān)電路，在直流端子間連接所述母線電壓而向交流端子間輸出矩形波電壓； 整流電路，對(duì)從交流端子間輸入的電流進(jìn)行整流而輸出到所述二次電池以及平滑電容器被并聯(lián)連接的直流端子間；一次繞組，連接在所述開關(guān)電路的交流端子間； 二次繞組，連接在所述整流電路的交流端子間； 變壓器，對(duì)所述一次繞組和所述二次繞組進(jìn)行磁耦合；以及諧振電容器及諧振電感器，與所述一次繞組和/或所述二次繞組串聯(lián)連接，其中， 所述控制單元以使所述矩形波電壓的頻率變化的方式，控制所述開關(guān)電路具備的開關(guān)元件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠從交流電源向車輛中搭載的二次電池高效地進(jìn)行充電的諧振型充電裝置以及搭載了該諧振型充電裝置的車輛。諧振型充電裝置(1)連接在交流電源(5)與車輛中搭載的二次電池(6)之間，從交流電源(5)向二次電池(6)供給電力。諧振型充電裝置(1)具備輸入交流電源(5)的電力并輸出直流的母線電壓的AC-DC轉(zhuǎn)換器(2)；從該母線電壓向二次電池(6)絕緣并且供給電力的DC-DC轉(zhuǎn)換器(3)；以及控制這些轉(zhuǎn)換器的控制單元(4)。DC-DC轉(zhuǎn)換器(3)具備在直流端子間連接母線電壓而向交流端子間輸出矩形波電壓的開關(guān)電路，控制單元(4)以使矩形波電壓的頻率變化的方式，控制開關(guān)電路具備的開關(guān)元件。
文檔編號(hào)H02J7/02GK102447295SQ20111030516
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月7日
發(fā)明者島田尊衛(wèi), 莊司浩幸, 谷口輝三彰 申請(qǐng)人:日立電腦機(jī)器股份有限公司