一種電動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)換裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及提供一種結(jié)合了車載充電器和低壓低電壓直流轉(zhuǎn)換器的一體式轉(zhuǎn)換器及和方法。該一體式轉(zhuǎn)換器可提高車輛的電池的充電效率并向電子設(shè)備負(fù)載提供了高密度電力?？墒褂靡惑w式轉(zhuǎn)換器提高高電壓電池的充電效率和向低電壓轉(zhuǎn)換器的電力傳輸效率。另外，由于低電壓轉(zhuǎn)換器能從一體式轉(zhuǎn)換器輸入充分穩(wěn)定的電壓，因此低電壓轉(zhuǎn)換器接收高密度電力。
【專利說明】一種電動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)換裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換裝置和方法，該轉(zhuǎn)換裝置和方法對(duì)電動(dòng)車輛的高電壓電池和 低電壓電池充電，并且向電子設(shè)備負(fù)載提供必要的電力。

【背景技術(shù)】
[0002] 插入式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛（PHEV :Plug_in Hybrid Electric Vehicle)或電動(dòng) 車輛（EV:Electric Vehicle)使用車載充電器（0BC:0n Board Charger)的常用交流 (AC Alternating Current)電源對(duì)車輛的高電壓電池充電，并且使用低電壓直流-直流 (DC-DC)轉(zhuǎn)換器（LDC :Low Voltage Direct Current-Direct Current Converter)對(duì)車輛 的低電壓電池充電并向電子設(shè)備負(fù)載提供電力。〇BC基于電池的荷電狀態(tài)（SoC:State of Charge)產(chǎn)生電池所需的電壓（例如，SoC最小?SoC最大）。然后LDC通過轉(zhuǎn)換從電池輸 入的可變高電壓，將其供應(yīng)至輸入電子設(shè)備負(fù)載和低電壓電池。
[0003] 近年來，已在進(jìn)行關(guān)于提高對(duì)電動(dòng)車輛的高電壓電池充電的0BC的效率并向LDC 提供高密度電源的研究。
[0004] 本部分公開的上述信息僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明【背景技術(shù)】的理解，因此其可能包括不 構(gòu)成本國(guó)家本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種結(jié)合了 0BC和LDC的一體式轉(zhuǎn)換裝置和方法，該裝置和方法可提 高電動(dòng)車輛的電池的充電效率，并且向電子設(shè)備負(fù)載提供高密度電力。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一不例性實(shí)施例，電動(dòng)車輛的一體式轉(zhuǎn)換裝置可包括：電源轉(zhuǎn)換模 塊，當(dāng)上述電動(dòng)車輛充電時(shí)，將所輸入的AC電壓轉(zhuǎn)換為第一 DC電壓，并且將上述第一 DC電 壓傳輸至低電壓轉(zhuǎn)換器；和雙向降壓-升壓模塊（bidirectional buck-boost module),當(dāng) 上述電動(dòng)車輛充電時(shí)，將上述第一 DC電壓升高至第二DC電壓，并且將上述第二DC電壓傳 輸至高電壓電池，而當(dāng)上述電動(dòng)車輛運(yùn)行時(shí)，減小從上述高電壓電池輸出的第三DC電壓， 并且將上述減小后的第三DC電壓傳輸至上述低電壓轉(zhuǎn)換器。
[0007] 上述電源轉(zhuǎn)換模塊可包括：AC電源整流模塊，將上述AC電壓轉(zhuǎn)換為上述第一 DC電壓；升壓模塊，升高上述第一 DC電壓；和整流模塊，對(duì)上述升高后的第一 DC電壓進(jìn) 行整流。上述升壓模塊，可包括功率因數(shù)校正升壓（PFC升壓（PFC boost:Power Factor Correction Boost))電路、連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM:Continuous Conduction Mode)PFC 電路和 半無(wú)橋交錯(cuò)式（semi-bridgeless interleaved)PFC電路中的至少一個(gè)。上述整流模塊，可 包括移相全橋電路（Phase Shift Full Bridge Circuit)、中心抽頭同步整流電路（Center Tap Synchronous Rectifier Circuit)、半橋電路、串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器電路、中心抽頭二極管 整流電路（Center Tap Diode Rectifier Circuit)和全橋二極管整流電路中的至少一個(gè)。 雙向降壓-升壓模塊可通過操作上述雙向降壓-升壓模塊的開關(guān)，將上述第一 DC電壓升高 至上述第二DC電壓，并且減小上述第三DC電壓。上述低電壓轉(zhuǎn)換器可向上述電動(dòng)車輛的低 電壓電池和電子設(shè)備負(fù)載提供電力。上述高電壓電池可向電動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)（MG : Motor/Generator)提供電力。
[0008] 此外，本發(fā)明提供一種操作電動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)換器的方法。操作電動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)換器的 方法可包括：當(dāng)上述電動(dòng)車輛充電時(shí)，將所輸入的AC電壓轉(zhuǎn)換為第一 DC電壓，并且將上述 第一 DC電壓傳輸至低電壓轉(zhuǎn)換器；當(dāng)上述電動(dòng)車輛充電時(shí)，將上述第一 DC電壓升高至第二 DC電壓，并且將上述第二DC電壓傳輸至高電壓電池；和當(dāng)上述電動(dòng)車輛運(yùn)行時(shí)，減小從上 述高電壓電池輸出的第三DC電壓，并且將上述減小后的第三DC電壓傳輸至上述低電壓轉(zhuǎn) 換器。
[0009] 上述方法還可以包括：升高上述第一 DC電壓；和對(duì)上述升高后的第一 DC電壓進(jìn) 行整流。具體而言，上述第一 DC電壓的升高步驟可由功率因數(shù)校正升壓（PFC升壓）電路、 連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM)PFC電路和半無(wú)橋交錯(cuò)式PFC電路中的至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)。另外，上述對(duì)升 高后的第一 DC電壓進(jìn)行整流的步驟可由移相全橋電路、中心抽頭二極管整流電路、中心抽 頭同步整流電路、半橋電路和全橋二極管整流電路中的至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)。
[0010] 另外，上述第二DC電壓的傳輸步驟可包括：通過操作開關(guān)將上述第一 DC電壓升高 至上述第二DC電壓。上述第三DC電壓的傳輸步驟可包括：通過操作開關(guān)減小上述第三DC 電壓。另外，上述低電壓轉(zhuǎn)換器可向上述電動(dòng)車輛的低電壓電池和電子設(shè)備負(fù)載提供電力。 上述高電壓電池可向上述電動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)（MG)提供電力。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一示例性實(shí)施例，可使用一體式轉(zhuǎn)換裝置，提高高電壓電池的充電 效率和向低電壓轉(zhuǎn)換器的電力傳輸效率。換句話說，一體式轉(zhuǎn)換裝置的DC/DC變壓模塊的 一次元件（first element)的傳導(dǎo)損耗（conduction loss)得以減小，而且被包括在整流 模塊中的二極管正向電壓下降得以減小，從而減小了電力損耗。另外，由于一體式轉(zhuǎn)換裝置 不使用輸出保護(hù)二極管，因此可減小輸出保護(hù)二極管中的電力損失。此外，由于低電壓轉(zhuǎn)換 器可從一體式轉(zhuǎn)換裝置輸入穩(wěn)定電壓，因此低電壓轉(zhuǎn)換器可接收高密度電力。而且，由于低 電壓轉(zhuǎn)換器可由低容量（low-capacity)元件實(shí)現(xiàn)，因此可減小低電壓轉(zhuǎn)換器的體積，從而 提高了低電壓轉(zhuǎn)換器的效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電動(dòng)車輛的充電系統(tǒng)的示例性框圖；
[0013] 圖2A和圖2B是示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電動(dòng)車輛的充電系統(tǒng)的電路的示例 圖；
[0014] 圖3至圖7是本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的電動(dòng)車輛的充電系統(tǒng)的電路的示例 圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語(yǔ)"車輛"（vehicle)或"車輛的"（vehicular)或其它類似 術(shù)語(yǔ)包括通常的機(jī)動(dòng)車，例如，包括多功能運(yùn)動(dòng)車（SUV)在內(nèi)的乘用車、公交車、卡車、各種 商務(wù)車、包括各種船只和船舶的水運(yùn)工具、飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車、電動(dòng)車、插入 式混合電動(dòng)車、氫動(dòng)力車、燃料電池車和其它代用燃料車（例如，來源于石油以外的資源的 燃料）。如本文所指出的，混合動(dòng)力車輛是指具有兩種或更多動(dòng)力源的車輛，例如含有汽油 動(dòng)力和電動(dòng)力兩種動(dòng)力的車輛。
[0016] 雖然示例性實(shí)施例被描述為利用多個(gè)單元來執(zhí)行上述示例性進(jìn)程，但應(yīng)該理解， 示例性進(jìn)程也可以由一個(gè)或多個(gè)模塊執(zhí)行。此外，應(yīng)該理解術(shù)語(yǔ)"控制器/控制單元"是指 包括存儲(chǔ)器和處理器的硬件裝置。該存儲(chǔ)器配置為存儲(chǔ)上述模塊，而處理器具體配置為執(zhí) 行上述模塊，以便執(zhí)行下面進(jìn)一步描述的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程。
[0017] 此外，本發(fā)明的控制邏輯也可具體化為計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的非瞬時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀 介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包含由處理器、控制器/控制單元等執(zhí)行的可執(zhí)行程序指令。計(jì) 算機(jī)可讀介質(zhì)的例子包括但不限于ROM、RAM、CD-ROM(只讀光盤），磁帶、軟盤、閃盤（flash drive)、智能卡和光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)也可分布在連接網(wǎng)絡(luò)（network coupled)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，以便例如通過遠(yuǎn)程服務(wù)器或控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN Controller Area Network)以分布形式存儲(chǔ)和執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
[0018] 本文使用的術(shù)語(yǔ)僅僅是為了說明示例性實(shí)施方式的目的而不是意在限制本發(fā)明。 如本文所使用的，單數(shù)形式"一個(gè)、一種（a、an和the)"也意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中 清楚指明。還可以理解的是，在說明書中使用的術(shù)語(yǔ)"包括（compri ses和/或compri s ing) " 是指存在所述特征、整數(shù)（Integer，整體）、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或 添加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。如本文所使用的，術(shù) 語(yǔ)"和/或"包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)目的任何和所有組合。
[0019] 在以下的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的示例性實(shí)施例僅以例證的方式示出和進(jìn)行描述。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，所描述的示例性實(shí)施例可按各種不同的方式修改，而不脫離本 發(fā)明的精神或范圍。另外，附圖和描述自然應(yīng)釋為例證性的而不是對(duì)本發(fā)明的限制。在說 明書全文中，相同附圖標(biāo)記指代相同元件。
[0020] 說明書全文中，除非另行相反地說明，說明書中描述的每一個(gè)術(shù)語(yǔ)"單元"，器"， 部"，模塊"和塊"指的是處理至少一個(gè)功能或操作的單位，其可以由硬件、軟件、或 者硬件和軟件的組合來實(shí)現(xiàn)。
[0021] 圖1是本發(fā)明的一示例性實(shí)施例的電動(dòng)車輛的一體式轉(zhuǎn)換器的示例性框圖。如圖 1所示，本發(fā)明的一示例性實(shí)施例的電動(dòng)車輛的充電系統(tǒng)1〇〇可包括一體式轉(zhuǎn)換器110、高 電壓電池120和低電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器130。
[0022] -體式轉(zhuǎn)換器110可配置為將AC輸入電源轉(zhuǎn)換為DC電源，對(duì)高電壓電池120充 電，并向低電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器130提供電源。高電壓電池120可配置為利用通過一體式轉(zhuǎn) 換器110充入的電力向多個(gè)逆變器30提供電源，從而操作電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)（MG)或者向低 電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器130提供電源。低電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器130可配置為接收來自一體式轉(zhuǎn)換 器110或高電壓電池120的電源，對(duì)低電壓電池10充電或向電子設(shè)備負(fù)載20提供電源。
[0023] 圖2是不出本發(fā)明的一不例性實(shí)施例的電動(dòng)車輛的一體式轉(zhuǎn)換器電路的不例圖。 如圖2所示，本發(fā)明的一示例性實(shí)施例的由控制器執(zhí)行的充電系統(tǒng)100可包括一體式轉(zhuǎn)換 器110、高電壓電池120和低電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器130。一體式轉(zhuǎn)換器110可包括AC電源整流 模塊111、功率因數(shù)校正升壓模塊112、DC/DC變壓模塊113、整流模塊114和雙向降壓-升 壓模塊115。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如圖2所示，一體式轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)校正升壓模 塊112可由功率因數(shù)校正升壓（PFC升壓）轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，DC/DC變壓模塊113可由移相全橋 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，整流模塊114可由中心抽頭二極管整流器實(shí)現(xiàn)。
[0025] 圖2A是示出本發(fā)明的一示例性實(shí)施例的電動(dòng)車輛充電時(shí)的充電系統(tǒng)的示例圖。 AC電源整流模塊111的整流二極管（D1至D4)可配置為從AC電壓（Vin)的波形產(chǎn)生全波 整流波形，電容C1可配置為通過在全波整流波形的下降曲線釋放所充入的電壓，向功率因 數(shù)校正升壓模塊112傳輸DC電壓。
[0026] 功率因數(shù)校正升壓模塊112可配置為利用功率因數(shù)校正電感L1和功率因數(shù)校正 電容C2,校正功率因數(shù)（pf)，并且通過操作開關(guān)Ml升高DC電壓。本發(fā)明的一示例性實(shí)施 例的一體式轉(zhuǎn)換器110的功率因數(shù)校正升壓模塊112可配置為通過設(shè)計(jì)更小尺寸的校正電 容C2來減小一體式轉(zhuǎn)換器的尺寸。由于低電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器130可以從雙向降壓-升壓 模塊115的電容接收能量，因此可使用減小后的電容C2。
[0027] 而且，升高后的DC電壓可作為電池的最小SoC通過DC/DC變壓模塊113和整流模 塊114輸出。換句話說，DC電壓可從整流模塊114傳輸至低電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器130。DC/DC 變壓模塊113可配置為通過開關(guān)（M2至M5)調(diào)整占空比來改變DC電壓的大小。另外，整流 模塊可配置為使用整流二極管（D1和D2)將從DC/DC變壓模塊的次級(jí)線圈（二次線圈）輸 出的電壓改變?yōu)镈C電壓。
[0028] 雙向降壓-升壓模塊115可配置為將從整流模塊114輸出的DC電壓升高，并且將 高電壓電池120充電至所需電壓（例如，預(yù)定電壓）。無(wú)論該電池的電壓狀況如何，電容C3 的電壓均可以形成得一致。電容C3上形成的一致電壓可成為SoC最小電壓或最大電壓。雙 向降壓-升壓模塊115可配置為在高電壓電池120充電期間，起到升壓轉(zhuǎn)換器的作用，從而 產(chǎn)生高電壓電池所需電壓。雙向降壓-升壓模塊115可配置為基于如下面的公式1所示的 開關(guān)M6的占空比（duty ratio)產(chǎn)生輸出電壓。
[0029] 公式 1 :

【權(quán)利要求】
1. 一種車輛的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括： 電源轉(zhuǎn)換模塊，配置為當(dāng)所述車輛充電時(shí)，將所輸入的交流（AC)電壓轉(zhuǎn)換為第一直流 0C)電壓，并且將所述第一DC電壓傳輸至低電壓轉(zhuǎn)換器；和 雙向降壓-升壓模塊，配置為當(dāng)所述車輛充電時(shí)，將所述第一DC電壓升高至第二DC電 壓，并且將所述第二DC電壓傳輸至高電壓電池，而當(dāng)所述車輛運(yùn)行時(shí)，減小從所述高電壓 電池輸出的第三DC電壓，并且將所述減小后的第三DC電壓傳輸至所述低電壓轉(zhuǎn)換器。
2. 如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述電源轉(zhuǎn)換模塊包括： AC電源整流模塊，配置為將所述AC電壓轉(zhuǎn)換為所述第一DC電壓； 升壓模塊，配置為升高所述第一DC電壓；和 整流模塊，配置為對(duì)所述升高后的第一DC電壓進(jìn)行整流。
3. 如權(quán)利要求2所述的車輛的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于： 所述升壓模塊包括功率因數(shù)校正升壓（PFC升壓）電路、連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM)PFC電路 和半無(wú)橋交錯(cuò)式PFC電路中的至少一者。
4. 如權(quán)利要求2所述的車輛的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于： 所述整流模塊包括移相全橋電路、中心抽頭同步整流電路、半橋電路、串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器 電路、中心抽頭二極管整流電路和全橋二極管整流電路中的至少一者。
5. 如權(quán)利要求1所述的車輛的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于： 所述雙向降壓-升壓模塊配置為通過操作所述雙向降壓-升壓模塊的開關(guān)，將所述第 一DC電壓升高至所述第二DC電壓并且降低所述第三DC電壓。
6. 如權(quán)利要求1所述的車輛的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于： 所述低電壓轉(zhuǎn)換器配置為向所述車輛的低電壓電池和電子設(shè)備負(fù)載提供電力。
7. 如權(quán)利要求1所述的車輛的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于： 所述高電壓電池配置為向所述車輛的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)（MG)提供電力。
8. -種操作車輛的轉(zhuǎn)換器的方法，其特征在于，包括： 當(dāng)所述車輛充電時(shí)，由控制器將所輸入的交流（AC)電壓轉(zhuǎn)換為第一DC電壓，并且將所 述第一直流0C)電壓傳輸至低電壓轉(zhuǎn)換器； 當(dāng)所述車輛充電時(shí)，由所述控制器將所述第一DC電壓升高至第二DC電壓，并且將所述 第二DC電壓傳輸至高電壓電池；和 當(dāng)所述車輛運(yùn)行時(shí)，由所述控制器減小從所述高電壓電池輸出的第三DC電壓，并且將 所述減小后的第三DC電壓傳輸至所述低電壓轉(zhuǎn)換器。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括： 由所述控制器升高所述第一DC電壓并且對(duì)所述升高后的第一DC電壓進(jìn)行整流。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于： 所述升高的步驟由功率因數(shù)校正升壓（PFC升壓）電路、連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM)PFC電路 和半無(wú)橋交錯(cuò)式PFC電路中的至少一者實(shí)現(xiàn)。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于： 所述整流的步驟由移相全橋電路、中心抽頭二極管整流電路、中心抽頭同步整流電路、 半橋電路、和全橋二極管整流電路中的至少一者實(shí)現(xiàn)。
12. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述傳輸?shù)诙﨑C電壓的步驟包括： 由所述控制器，通過操作開關(guān)將所述第一DC電壓升高至所述第二DC電壓。
13. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述傳輸?shù)谌鼶C電壓的步驟包括： 由所述控制器，通過操作開關(guān)減小所述第三DC電壓。
14. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于： 所述低電壓轉(zhuǎn)換器配置為向所述車輛的低電壓電池和電子設(shè)備負(fù)載提供電力。
15. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于： 所述高電壓電池配置為向所述車輛的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)（MG)提供電力。
【文檔編號(hào)】H02M7/02GK104377791SQ201310757053
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】金鐘弼, 河昇佑, 金三均, 李宇寧 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社