电力转换器的制作方法

专利名称：电力转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用变压器的电力转换器。特别地，本发明涉及被优选安装在电动车辆中的电力转换器。
背景技术：
通常，电动车辆包括i)充电器，用于从外部交流电源(插座)对用于驱动车辆的主电池充电；以及ii)DC-DC转换器，用于从主电池对用于驱动附件的附件电池充电。充电器以及DC-DC转换器形成电路，该电路使用变压器将高电压电路与低电压电路隔离，其中， 高电压电路连接到主电池，而低电压电路包括交流电源和附件电池。近来，本领域的技术人员尝试将充电器与DC-DC转换器集成。专利文献1公开了一种电力转换器，其具有这样的结构用于主电池的绕组、用于交流电源的绕组、以及用于附件电池的绕组这三个绕组共享单个变压器，并缠绕着公共的芯，其中，通过公共的芯来进行电力转换。参考文献列表专利文献专利文献1日本专利申请公表公报(Laid-Open)No.Heisei 8(1996)-317508( = JP8317508)

发明内容
技术问题然而，尽管在JP8317508中描述的电力转换器具有使用公共的芯来共享变压器的结构，但为了保证用于绕着公共的芯而缠绕三个绕组的空间，变压器的尺寸较大，由此使转换器在整体上变大。问题的解决方案因此，为了解决上述传统上的不便，本发明的目的在于，提供能够在整体上实现小尺寸的电力转换器。根据本发明的第一方面，提供了一种用于经由变压器而在交流电源和第二电池之间或在第一电池和第二电池之间传送和接收电力的电力转换器，所述电力转换器包括公共母线，用于将以下部分连接到所述变压器的初级绕组所述交流电源的第一电极、以及第一电池的第一电极；第一开关电路，用于选择性地将以下部分连接到所述变压器的初级绕组所述交流电源的第二电极、以及第一电池的第二电极，其中，第一开关电路被适配为实施电力转换；第二开关电路，用于将第二电池连接到所述变压器的次级绕组，其中，第二开关电路被适配为实施电力转换；以及控制器，用于通过导通和关断第一开关电路的开关和第二开关电路的开关，来控制所述交流电源、第一电池和第二电池中的每个的电力。根据本发明的第二方面，提供了一种用于经由变压器而在交流电源和第二电池之间或在第一电池和第二电池之间传送和接收电力的方法，所述方法包括将以下部分连接到所述变压器的初级绕组所述交流电源的第一电极、以及第一电池的第一电极；选择性地将以下部分连接到所述变压器的初级绕组所述交流电源的第二电极、以及第一电池的第二电极，其中，选择性的连接操作被适配为实施电力转换；将第二电池连接到所述变压器的次级绕组，其中，次级绕组的连接被适配为实施电力转换；以及通过导通和关断第一开关电路的开关和第二开关电路的开关，来控制所述交流电源、第一电池和第二电池中的每个的电力。根据本发明的第三方面，提供了一种用于经由变压部件而在交流电源部件和第二蓄电部件之间或在第一蓄电部件和第二蓄电部件之间传送和接收电力的电力转换器，所述电力转换器包括公共连接部件，用于将以下部分连接到所述变压部件的初级绕组部件 所述交流电源部件的第一电极、以及第一蓄电部件的第一电极；第一开关部件，用于选择性地将以下部分连接到所述变压部件的初级绕组部件所述交流电源部件的第二电极、以及第一蓄电部件的第二电极，其中，第一开关部件被适配为实施电力转换；第二开关部件，用于将第二蓄电部件连接到所述变压部件的次级绕组部件，其中，第二开关部件被适配为实施电力转换；以及控制部件，用于通过导通和关断第一开关部件的开关部件和第二开关部件的开关部件，来控制所述交流电源部件、第一蓄电部件和第二蓄电部件中的每个的电力。根据本发明的第四方面，提供了一种用于经由变压器而在多个电压和输出电压之间传送和接收电力的电力转换器，所述电力转换器包括公共母线，用于将所述多个电压中的每个的第一端侧连接到所述变压器的初级绕组；第一开关电路，用于选择性地将所述多个电压中的每个的第二端侧连接到所述变压器的初级绕组，其中，第一开关电路被适配为实施电力转换；第二开关电路，用于将输出电压连接到所述变压器的次级绕组，其中，第二开关电路被适配为实施电力转换；以及控制器，用于通过导通和关断第一开关电路的开关和第二开关电路的开关，来控制所述多个电压中的每个的电力、以及所述输出电压的电力。本发明的有益效果利用本发明的电力转换器，使用共用直到绕组部件的单个变压器，来在交流电源、 第一电池和第二电池之间适当地传送和接收电力，从而，实现了转换器在整体上的小尺寸。


图1是示出根据本发明的第一实施例的电力转换器的结构的电路图。图2说明了交互开关的结构。图3说明了初级侧上的逆变器电路的操作。图4说明了当初级侧上的逆变器电路作为逆变器操作时的开关。图5说明了当初级侧上的逆变器电路作为转换器操作时的开关。图6是根据本发明的第一实施例的电力转换器的控制器的控制框图。图7示出了第一电池的电压Vdc_b与分配比R2的关系。图8是示出时间分配的例子的时序图，S卩，用于将初级侧上的逆变器电路作为逆变器操作的时间与将初级侧上的逆变器电路作为转换器操作的时间的关系。图9说明了 用于通过经由公共变压器将来自交流电源的电力提供到次级侧来对第二电池充电的路径；以及通过用于经由公共变压器将来自第二电池的电力提供到初级侧来对第一电池充电的路径。图10示出了当第一实施例的电力转换器被安装在电动车辆中时的布局的例子。
图11是示出根据本发明的第二实施例的电力转换器的结构的电路图。图12是示出根据本发明的第三实施例的电力转换器的结构的电路图。图13是示出根据本发明的第四实施例的电力转换器的结构的电路图。图14是根据第四实施例的电力转换器的控制器的控制框图。图15示出了第一电池的电压Vdc_b与分配时间Tbl的关系。图16是示出时间分配的例子的时序图，S卩，用于通过经由公共变压器将来自交流电源的电力提供到次级侧来对第二电池充电的时间与用于通过经由公共变压器将来自第二电池的电力提供到初级侧来对第一电池充电的时间的关系。
具体实施例方式下面通过参照附图来说明本发明的实施例。第一实施例结构图1是示出根据本发明的第一实施例的电力转换器IA的结构的电路图。经由变压器，第一实施例的电力转换器IA在i)交流电源2和第一电池3之一与ii)第二电池4 之间传送和接收电力。电力转换器IA被优选安装在例如电动车辆中。对于将电力转换器 IA安装在电动车辆中的情况，例如，交流电源2作为单相IOOVrms的外部电源，第一电池3 作为用于驱动附件的低电压电池(例如，12V铅电池)，第二电池4作为约300V的高电压电池。总之，电力转换器IA实现了这样的功能从外部电源对高电压电池充电，以及通过降低高电压电池的输出电压而对低电压电池(用于驱动附件)充电。电动车辆的高电压电池与地(车体)隔离，因此，仅接触+和-中的任一个不会造成触电，这产生了安全的设计。另一方面，由于低电压电池通过车体接地、且交流电源的第一侧也接地，所以，低电压电池通过变压器与高电压电池隔离。此外，不仅用于电动车辆，本发明的电力转换器还被广泛用来经由变压器而在多个电压和输出电压之间传送和接收电力。对于多个电压和输出电压的组合，不仅有电源和电池的组合，还有电源和负载的组合、以及电池和负载的组合。如在图1中所示，第一实施例的电力转换器IA具有连接端子，S卩，连接到交流电源 2的端子、连接到第一电池3的端子、以及连接到第二电池4的端子。在电力转换器IA中， 提供了整流器11、PFC (功率因子校正)电路12、第一逆变器电路13 (第一开关电路)、公共变压器14、以及第二逆变器电路15 (第二开关电路)。根据该电力转换器1A，通过包括二极管桥的整流器11，对从交流电源2输入的电力进行整流。随后，通过PFC电路12，将电力输入到实施DC-AC转换的第一逆变器电路13。 此外，第一电池3的负极3N通常连接到交流电源2的整流之后的负极(公共母线CB)。同时，作为PFC电路12的输出之外的电极，第一电池3的正极3P被输入到第一逆变器电路 13。第一逆变器电路13具有作为输入的三个电位，即，负极的公共母线CB、PFC电路12 的输出、以及第一电池3的正极3P。第一逆变器电路13具有这样的结构公共母线CB连接到公共变压器14的初级绕组141a和公共变压器14的初级绕组141b之间的中点CP1。在上述结构中，公共变压器14的端子141aT的一端(图1的下部)通过交互开关连接到交流电源2 一侧的正极(PFC电路12的输出)，而公共变压器14的端子141bT的一端(图1的上部)通过交互开关连接到第一电池3的正极3P。如图2(a)和图2(b)所示，形成交互开关的每个开关21至观具有这样的结构 二极管与开关元件串联连接，以便产生对反向电压的耐压性。作为开关元件，取决于耐压性等，选择图2(a)中示出的IGBT结构、或图2(b)中示出的MOSFET结构。此外，如图2(c)和图2(d)所示，反向并联连接两个开关形成了交互开关。此外，当具有作为反向耐压性的反向阻止属性的开关被用作开关元件时，不需要二极管。此外，为了抑制归因于交互开关的开关的电压改变，第一逆变器电路13在相应的正负极之间具有平滑电容器^aJ9b。平滑电容器^a、29b各自连接到更接近于交互开关的位置。另一方面，经由公共变压器14连接到第一逆变器电路13的第二逆变器电路15连接到第二电池4，并在对第二电池4充电的期间用作整流器。此外，第二逆变器电路15在从第二电池4供电的期间用作逆变器。第二逆变器电路15具有这样的结构开关31、32串联连接在公共变压器14的次级绕组142a、142b之间的中点CP2的相应侧上。第二电池4的负极4N连接到开关31、32之间的中点CP2，而第二电池4的正极4P连接到公共变压器14 的绕组14h、142b的任一端。导通和关断开关31、32允许第二逆变器电路15用作整流器或逆变器。此外，类似于具有平滑电容器的第一逆变器电路13，第二逆变器电路 15也具有用于抑制归因于开关31、32的开关的电压改变的平滑电容器33。此外，第一电池3和第二电池4各自用作用于对负载提供电力的电源。尽管未在图1中示出，但负载连接到第一电池3和第二电池4中的每个。此外，电力转换器IA具有控制器100，其导通和关断第一逆变器电路13的开关21至观中的每个(形成交互开关)， 并导通和关断第二逆变器电路15的开关31、32，以便控制交流电源2、第一电池3和第二电池4中的每个的电力。第一电池3也用作用于驱动控制器100的传感器、计算器等的电源。操作接下来，参照图3至图5，说明根据第一实施例的具有上述结构的电力转换器IA的电路操作。在这样的电路操作中，实现了以下功能，即，经由公共变压器14，将电力从交流电源2提供到第二电池4，由此对第二电池4充电，并且，经由公共变压器14，将电力从第二电池4提供到第一电池3，由此对第一电池3充电。根据第一实施例的电力转换器1A，第一逆变器电路13的操作被视为连接到相应的正极(PFC电路12的输出和第一电池3的正极3P)的逆变器和转换器。当第一逆变器电路13形成连接到PFC电路12的输出电位的逆变器时，这样的电路用作如图3(a)中的粗线所指示的电路。同时，当第一逆变器电路13形成连接到第一电池3的输出电位的转换器时， 这样的电路用作如图3(b)中的粗线所指示的电路。这里，图3(b)中的粗线所指示的电路不仅用作用于对第一电池3充电的转换器，而且还可用作逆变器。图4(a)和图4(b)示出了图3(a)中的逆变器的操作的细节。当作为图3(a)中的逆变器操作第一逆变器电路13时，通过导通和关断形成交互开关的开关25至观，来切换图 4(a)中的粗线所指示的电路和图4(b)中的粗线所指示的电路。利用第一逆变器电路13， 图4(a)中的粗线所指示的电路将正电压施加到公共变压器14的初级绕组141b，而图4(b) 中的粗线所指示的电路将负电压施加到公共变压器14的初级绕组141a。这样，产生正负电压实现了经由公共变压器14的电力转换。
此外，图5(a)和图5(b)示出了图3(b)中的转换器的操作的细节。当作为图3(b) 中的转换器操作第一逆变器电路13时，通过导通和关断形成交互开关的开关21至M，来切换图5(a)中的粗线所指示的电路和图5(b)中的粗线所指示的电路。由此，可从对公共变压器14的初级绕组141a、141b产生的交流电压对第一电池3充电。另一方面，不同于作为逆变器进行操作，连接到公共变压器14的次级绕组142a、 142b的第二逆变器电路15也可作为用于整流的转换器操作。在此情况下，导通和关断开关 31,32允许第二逆变器电路15作为转换器操作。根据第一实施例的电力转换器1A，第二逆变器电路15在从交流电源2对第二电池4充电的期间作为转换器操作，而在从第二电池4 对第一电池3充电的期间作为逆变器操作。控制器100的操作接下来，更详细地说明电力转换器IA的控制器100的控制操作。图6是控制器100的控制框图。如图6所示，控制器100包括电压控制器101、电力分配控制器102、以及PWM生成器13，其中，PWM表示脉宽调制。基于各个平滑电容器^a、29b和33的感测电压Vdc_a、Vdc_b、Vdc_c、并基于电压指示值VdcJ/和Vdc_c*，从以下计算占空(duty)指示A、B、C:i)公共变压器14的初级绕组141a、141b与次级绕组142aU42b的匝数比；以及ii)感测电压Vdc_a、Vdc_b、Vdc_c的比率。这里，占空指示A是用于指示开关25至28的导通(ON)时段的值，占空指示B是用于指示开关21至M的导通时段的值，占空指示C是用于指示开关31、32的导通时段的值。电力分配控制器102寻求某个比率(第一逆变器电路13作为逆变器的操作时间相对于第一逆变器电路13作为转换器的操作时间)。通过各自作为输入的电力指示X、电力指示Y以及感测电压Vdc_b，电力分配控制器102计算对应于时间分配的分配比R。这里，给出电力指示X用于指示对第二电池4充电的电力，并根据交流电源2的能力设置其。此外，电力指示Y用于指示对第一电池3充电的电力，计算第一电池3的负载电力，并提供作为电力指示的估值。首先，电力分配控制器102计算从电力指示X和电力指示 Y导出的分配比R1。通过下面的表达式给出分配比Rl Rl =电力指示X/ (电力指示X+电力指示Y)此外，感测电压Vdc_b是第一电池3的电压，该电压通过平滑电容器29b而被平滑。根据第一实施例的电力转换器1A，如上所述，第一电池3也用于驱动附件，S卩，用作控制电源。这样，为了防止第一电池3的感测电压Vdc_b的电压下降，根据感测电压Vdc_b操作分配比R2。图7示出了第一电池3的感测电压￥如_13与分配比R2的关系。如图7所示， 在第一电池3的感测电压Vdc_b在下限Vdc_b_L和上限Vdc_b_H之间的区间中，感测电压 Vdc_b越高，分配比R2越高。在感测电压Vdc_b比下限Vdc_b_L低的情况下，分配比R2为 0，由此，停止从交流电源2对第二电池4充电，并仅从第二电池4对第一电池3充电。此外， 在12V铅电池被用作第一电池3的情况下，下限Vdc_b_L被设置为例如9V，而上限Vdc_b_H 被设置为例如14V。电力分配控制器102选择通过以上计算而计算出的分配比Rl和分配比R2中的较小的一个，作为最终的分配比R。随后，电力分配控制器102将由此选择的最终的分配比R 输出到PWM生成器103。根据来自电力分配控制器102的分配比R，PWM生成器103确定时间分配，S卩，将第一逆变器电路13作为逆变器操作的时间与将第一逆变器电路13作为转换器操作的时间。 随后，根据来自电压控制器101的占空指示A、B、C，PWM生成器103在将第一逆变器电路13 作为逆变器操作的区间生成用于导通和关断开关25至观的PWM脉冲，而在将第一逆变器电路13作为转换器操作的区间生成用于导通和关断开关21至M、以及开关31和32的PWM 脉冲。图8示出了时间分配与分配比R的关系的例子。在图8中，Ts表示PWM的一个频率，并设置PWM载波频率。PWM生成器103根据分配比R来划分频率Ts。在(I-R)Ts的区间中，PWM生成器103分别根据占空指示B和占空指示C，生成用于导通和关断开关21至 25、以及开关31和32的PWM脉冲。在RxTs的区间中，PWM生成器103根据占空指示A生成用于导通和关断开关25至^WPWM脉冲。由此，沿着由图9(b)中的粗线所示的路径， 经由公共变压器14，将来自第二电池4的电力提供到第一逆变器电路13 —侧。随后，该电力通过开关21至M而被整流，随后被充入第一电池3。随后，在RxTs的区间中，沿着由图 9(a)中的粗线所示的路径，经由公共变压器14，将来自交流电源2的电力提供到第二逆变器电路15 —侧，并将该电力充入第二电池4。这里，整流器11和PFC电路12各自与电力分配无关地操作。此外，通过平滑电容器^aJ9b、33，交流电源2、第一电池3、第二电池4中的每个的电力被时间平均。这样，电力转换器IA的以上操作可被视为在通过多个电力转换器实现电力控制时可实现的连续操作。如上面通过列举特定例子而详细说明的那样，根据第一实施例的电力转换器1A， 控制器100导通和关断公共变压器14的初级侧上的第一逆变器电路13的开关21至观、以及公共变压器14的次级侧上的第二逆变器电路15的开关31和32。这样，通过共用单个公共变压器14以及绕组的电路，实现了多个电源之间的电力控制，S卩，从交流电源2对第二电池4充电、以及从第二电池4对第一电池3充电的控制，由此，使电力转换器小型化。特别地，这类电力转换器的变压器的重量和体积较大，这不利于小型化。因此，变压器的共用对于小型化非常有效。此外，如上所述，第一实施例的电力转换器IA作为尤其被安装在电动车辆中的电力转换器是有效的。图10示出了当第一实施例的电力转换器IA被安装在电动车辆150中时的布局的例子。在图10中示出的例子中，第一电池3是用于驱动附件的低电压电池，第二电池4是用于对驱动电机M提供电力的高电压电池。传统的电动车辆包括充电器，用于从外部的单相交流电对高电压电池充电；以及DC-DC转换器，用于从高电压电池对低电压电池(用于驱动附件)充电。另一方面，本发明的第一实施例的电力转换器IA可通过单个装置来实现以上功能，并且，电力转换器IA本身尺寸小，从而实现车辆的轻量化，并增强安装到车辆中的布局自由度，由此使车辆设计容易。此外，第一实施例的电力转换器IA具有整流器11，用于对交流电源2的输入电压整流。这样，尽管该电力转换器IA具有交流电源2的负极和第一电池3的负极3N连接到公共母线CB而由此形成公共电极的结构，也可保持交流电源2的正极侧和第一电池3的正极3P侧之间的电位差。此外，根据第一实施例的电力转换器1A，基于分配比Rl =电力指示X/(电力指示 X+电力指示Y)，控制器100寻求时间分配，即，将来自交流电源2的电力提供到第二电池4 的时间与将来自第二电池4的电力提供到第一电池3的时间。根据由此得到的时间分配，
10控制器100导通和关断第一逆变器电路13的开关21至观以及第二逆变器电路15的开关 31和32。这样，根据所要求或估计的负载功率的大小，控制器100可适当地控制从交流电源 2充入第二电池4的电力、以及从第二电池4充入第一电池3的电力。此外，通过对操作开关21至2与开关31和32的时间比的操作，每个上述电力的时间被呈现为短周期的比率。 这样，被时间平均并通过第一逆变器电路13和第二逆变器电路15的电力可经受连续操作， 如同通过多个电力转换器进行电力控制时实现的操作。此外，根据第一实施例的电力转换器1A，根据第一电池3的感测电压Vdc_b，控制器100调节时间分配，S卩，将来自交流电源2的电力提供到第二电池4的时间与将来自第二电池4的电力提供到第一电池3的时间。这样，当从电压判断出第一电池3的充电状态下降时，可使对第一电池3的充电优先，由此，预防用作控制器100的电源的第一电池3的电压下降可能导致的控制故障的问题。第二实施例接下来，说明本发明的第二实施例。图11是示出根据本发明的第二实施例的电力转换器IB的结构的电路图。第二实施例的电力转换器IB具有这样的结构经由二极管41，将平滑电容器29a与平滑电容器 29b连接，从而能够将平滑电容器29a的电压保持为高于或等于平滑电容器29b的电压。这里，第二实施例的电力转换器IB的基本结构和操作类似于第一实施例的电力转换器1A。因此，通过相同的标号来表示与第一实施例的结构元素共同或对应的结构元素，并省略重复的描述。根据第二实施例的电力转换器1B，该电路具有这样的结构二极管41将平滑电容器29a的电压保持为高于或等于平滑电容器29b的电压。这样，即使在交流电源2中断或未能连接时，电位差也不会反转。这样，第一逆变器电路13的开关25 J6不需要具有图2(a) 和图2(b)所示的具有反向耐压性的结构，由此消除了与开关串联的二极管的需要。此外， 不需要通过开关来切断从平滑电容器^b到平滑电容器^a的路径。这样，不需要与开关 25、26反向地并联连接的开关27、28。总之，仅二极管42、43与相应的开关25、26并联连接。此外，当未连接交流电源2时，连接在平滑电容器29a与平滑电容器29b之间的二极管 41可对平滑电容器29a充电。如上所述，第二实施例的电力转换器IB具有这样的结构二极管41将平滑电容器 29a的电压保持为高于或等于平滑电容器^b的电压。这样，第一逆变器电路13的开关的数目被进一步减少(即，不需要开关27、28)，由此，实现了更小的尺寸和更低的成本。此外， 考虑到对电动车辆150的应用性，通常将12V铅电池用作用来驱动附件的第一电池3，同时， 将诸如100V rms的商用电源用作交流电源2。这样，整流后的电压高于第一电池3的电压。 由此，根据第二实施例，可有效地使用防止反向电压并实现小尺寸的电力转换器1B。第三实施例 接下来，说明本发明的第三实施例。 图12是示出根据本发明的第三实施例的电力转换器IC的结构的电路图。第三实施例的电力转换器IC具有这样的结构在公共变压器14的相应的初级绕组141a、141b的途中提供途中端子141aT"、141bT"，由此，将第一逆变器电路13的开关21至M连接到途中端子141aT〃、141bT〃。这里，第三实施例的电力转换器IC的基本结构和操作类似于第二实施例的电力转换器1B。因此，通过相同的标号来表示与第二实施例共同或对应的结构元素，并省略重复的描述。根据第三实施例的电力转换器1C，公共母线CB连接到公共变压器14的初级绕组 141a、141b之间的中点CP1。此外，经由第一逆变器电路13的相应开关25、26，将各个初级绕组141a、141b的任一端上的端子141aT、141bT连接到交流电源2 —侧上的正极(PFC电路12的输出)。此外，经由开关21至M，将置于相应的初级绕组141a、141b的途中的途中端子141aT"、141bT〃连接到第一电池3的正极3P。这里，考虑第一电池3被一般使用时的电压，而设置用于布置初级绕组141a、141b的端子141aT、141bT、141aT"、141bT〃的绕组的数目。如上所述，第三实施例的电力转换器IC具有这样的电路结构将第一逆变器电路 13的开关21至M连接到被置于公共变压器14的相应初级绕组141a、141b的途中的途中端子141aT"、141bT"。这样，实施开关21至M从被置于初级绕组141a、141b的途中的途中端子141aT"、141bT"的较低电压的开关可减小开关21至M的损耗(开关的损耗包括在导通时段期间的恒定损耗和开关损耗。开关损耗是电流和电压的积，因此，当从低电压进行开关时，该损耗可降低)。这样，第三实施例的电力转换器IC可有效地对第二电池4充电，由此小型化用于使开关散热的冷却器，并减小电力消耗。第四实施例接下来，说明本发明的第四实施例。图13是示出根据本发明的第四实施例的电力转换器ID的结构的电路图。第四实施例的电力转换器ID具有这样的结构交流电源2的AC输出被直接输入到第一逆变器电路13，而不提供整流器11或PFC电路12。此外，第四实施例的电力转换器ID的其它结构和操作类似于第一实施例的电力转换器1A。因此，通过相同的标号来表示与第一实施例共同或对应的结构元素，并省略重复的描述。作为普通的单相100V电源的交流电源2连接到第四实施例的电力转换器1D。交流电源2具有接地的第一电位。根据第四实施例的电力转换器1D，交流电源2的输入不经由整流器11或PFC电路12连接到电容器^a'。电容器^a'的容量比第一实施例的平滑电容器29a小。电容器^a'的容量能够吸收由开关25至观的开关所产生的纹波电流， 且小于第一电池3 —侧上的平滑电容器^b的容量。图14是根据第四实施例的电力转换器ID的控制器100的控制框图。第四实施例的电力转换器ID进行以下操作。利用电容器^a'的电压V_a(交流电源2的输入电压) 和电容器^b的电压Vdc_b (第一电池3的电压)作为输入，控制器100的电力分配控制器 102基于由此输入的电压V_a、Vdc_b，寻求用于分配交流电源2的时段的分配时间Tb。分配时间1 用于从第二电池4对第一电池3充电。在交流电源2的时段Tac之中，用Tac-Tb 来表示用于从交流电源2对第二电池4充电的时间。为了防止在电容器^a'的电压V_a低于特定阈值电压Va_th时、从交流电源2对第二电池4充电，电力分配控制器102计算分配时间TbO作为时间分配。可通过将电容器 29a‘的电压V_a与特定阈值电压Va_th比较，来获得分配时间TbO。此外，电力分配控制器102计算用于防止第一电池3的感测电压Vdc_b的电压下降的分配时间Tbl。基于第一电池3的感测电压Vdc_b与分配时间Tbl的关系，如图15所示，可从第一电池3的感测电压Vdc_b计算分配时间Tbl。此外，在由此得到的分配时间TbO和分配时间Tbl之中，电力分配控制器102选择较大的一个作为最终分配时间Tb，随后将最终分配时间Tb输出到PWM 生成器103。根据来自电力分配控制器102的分配时间Tb，PWM生成器10在从第二电池4对第一电池3充电的区间3生成用于导通和关断开关21至M以及开关31和32的PWM脉冲， 而在从交流电源2对第二电池4充电的区间生成用于导通和关断开关21至M以及开关31 和32的PWM脉冲。利用以上控制操作，当电容器^a'的电压V_a低于特定阈值电压Va_ th时，不实施开关25至28的导通和关断，由此，公共变压器14不需要有用于对第二电池4 充电的高升压比。这样，不需要相应增大公共变压器14的绕组的匝数比。图16示出了电容器^a'的电压V_a的时间分配与分配时间Tb的关系的例子。 如图16所示，当第一电池3的感测电压Vdc_b足够高时，在电容器29a‘的电压V_a低于特定阈值电压Va_th的范围中开关所述开关21至M以及开关31、32，从第二电池4对第一电池3充电，而在电容器^a'的电压V_a高于特定阈值电压Va_th的范围中开关所述开关25至观，从交流电源2对第二电池4充电。此外，当电容器^a’的感测电压Vdc_b更低时，操作分配时间Tb改变第一电池3的充电时间，由此控制第一电池3的充电量。如上所述，第四实施例的电力转换器ID具有这样的结构交流电源2的AC输出被直接输入到第一逆变器电路13，而不提供整流器11或PFC电路12，由此，实现了整个装置的进一步小型化和低成本。此外，考虑到对电动车辆150的应用性，用作第一电池3 (用来驱动附件)的12V铅电池和作为交流电源2的单相100V各自具有接地的第一端子。这样，各自的接地侧连接到公共母线CB，同时，第二端子连接到公共变压器14的初级绕组14a、14b， 而不对第二端子整流，并且，在此状态下，控制器100在不在低电压范围中进行开关的情况下实施分配控制。由此，可适当地实施经由公共变压器14的电力转换，而不会不必要地增大公共变压器14的绕组的匝数比。此外，根据第四实施例的电力转换器1D，控制器100导通和关断第一逆变器电路 13的开关21至28、以及第二逆变器电路15的开关31、32，使得在交流电源2的输入电压 V_a高于特定阈值电压Va_th的范围中，实施从交流电源2向第二电池4的充电，而在交流电源2的输入电压V_a低于特定阈值电压Va_th的范围中，实施从第二电池4向第一电池 3的充电。这样，当选择公共变压器14的匝数比时，有助于设计公共变压器14的绕组的匝数比，而不需要通过从低交流电电压采用高升压比来转换电力。此外，在交流电源2的输入电压V_a高于特定阈值电压Va_th的范围中对第二电池4充电可以预防在电力转换中可能引起的增加的损耗。此外，在交流电源2的时段Tac中实施第一电池3的充电，由此保持第一电池3的适当充电量。此外，第四实施例的电力转换器ID具有以下操作。根据第一电池3的感测电压 Vdc_b，控制器100调节时间分配，即，用于从交流电源2对第二电池4充电的时间与用于从第二电池4对第一电池3充电的时间。这样，当第一电池3的充电状态下降时，可使对第一电池3的充电优先，由此预防用作控制器100的电源的第一电池3的电压下降可能导致的控制故障问题。工业应用性本发明的以上实施例例示了本发明的应用。因此，不意图将本发明的技术范围限于作为实施例公开的内容。换句话说，本发明的技术范围不限于在上面的实施例中公开的特定技术特征，且由此包括可由以上公开容易得出的修改、改变、替换的技术等。本申请基于在先的日本专利申请P2009_006543(于2009年1月15日在日本提交)。在此，通过引用而并入对其要求优先权的日本专利申请P2009-006543的全部内容，以便免受翻译错误或省略部分的影响。所附的权利要求限定了本发明的范围。
权利要求
1.一种用于经由变压器而在交流电源和第二电池之间、或者在第一电池和所述第二电池之间传送和接收电力的电力转换器，所述电力转换器包括公共母线，用于将以下部分连接到所述变压器的初级绕组所述交流电源的第一电极、 以及所述第一电池的第一电极；第一开关电路，用于选择性地将以下部分连接到所述变压器的初级绕组所述交流电源的第二电极、以及所述第一电池的第二电极，其中，所述第一开关电路被适配为实施电力转换；第二开关电路，用于将所述第二电池连接到所述变压器的次级绕组，其中，所述第二开关电路被适配为实施所述电力转换；以及控制器，用于通过导通和关断所述第一开关电路的开关和所述第二开关电路的开关， 来控制所述交流电源、所述第一电池和所述第二电池中的每个的电力。
2.如权利要求1所述的电力转换器，还包括整流电路，用于对所述交流电源的输入电压进行整流，其中，所述公共母线将以下部分连接到所述变压器的初级绕组所述整流电路的输出的第一端、以及所述第一电池的第一电极，并且，所述第一开关电路选择性地将以下部分连接到所述变压器的初级绕组所述整流电路的输出的第二端、以及所述第一电池的第二电极。
3.如权利要求2所述的电力转换器，其中，所述整流电路的输出的第二端经由二极管连接到所述第一电池的第二电极。
4.如权利要求3所述的电力转换器，其中，所述公共母线将以下部分连接到所述变压器的初级绕组所述整流电路的输出的负极侧、以及所述第一电池的负极，所述二极管被置于所述第一电池的正极与所述整流电路的输出的正极侧之间，使得从所述第一电池的正极到所述整流电路的输出的正极侧的方向是正向的，并且，所述第一开关电路通过具有反向耐压性的开关，将所述第一电池的正极连接到所述变压器的初级绕组，并且，所述第一开关电路通过不具有反向耐压性的开关，将所述整流电路的输出的正极连接到所述变压器的初级绕组。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的电力转换器，其中，基于通过以下表达式得到的比率，所述控制器寻求经由所述变压器从所述交流电源向所述第二电池提供电力的时间相对于经由所述变压器从所述第二电池向所述第一电池提供电力的时间的时间分配，所述表达式为比率=电力指示χ/(电力指示X+电力指示Y)， 其中，X表示所述第二电池所需的充电电力，Y表示所述第一电池所需的充电电力，并且，根据所述时间分配，所述控制器导通和关断所述第一开关电路的开关和所述第二开关电路的开关。
6.如权利要求5所述的电力转换器，其中，所述控制器监测所述第一电池的电压，并且，根据所述第一电池的所监测的电压，所述控制器调节经由所述变压器从所述交流电源向所述第二电池提供电力的时间相对于经由所述变压器从所述第二电池向所述第一电池提供电力的时间的时间分配。
7.如权利要求1所述的电力转换器，其中，所述公共母线将以下部分连接到所述变压器的初级绕组所述交流电源的接地端子、以及所述第一电池的负极，并且，所述第一开关电路选择性地将以下部分连接到所述变压器的初级绕组与所述交流电源的接地端子不同的所述交流电源的另一端子、以及所述第一电池的正极。
8.如权利要求7所述的电力转换器，其中，所述控制器监测所述交流电源的输入电压，并且所述控制器导通和关断所述第一开关电路的开关和所述第二开关电路的开关，使得 在所述交流电源的所监测的输入电压高于特定阈值的区间中，经由所述变压器，从所述交流电源向所述第二电池提供电力，并且在所述交流电源的所监测的输入电压低于所述特定阈值的区间中，经由所述变压器， 从所述第二电池向所述第一电池提供电力，
9.如权利要求8所述的电力转换器，其中，所述控制器监测所述第一电池的电压，并且，根据所述第一电池的所监测的电压，所述控制器调节经由所述变压器从所述交流电源向所述第二电池提供电力的时间相对于经由所述变压器从所述第二电池向所述第一电池提供电力的时间的时间分配。
10.如权利要求1至6中的任一项所述的电力转换器，其中，在所述变压器的初级绕组上提供用于划分所述变压器的初级绕组的数目的途中端子，并且经由所述第一开关电路的开关，将所述第一电池的第二电极连接到所述途中端子。
11.一种用于经由变压器而在交流电源和第二电池之间或者在第一电池和所述第二电池之间传送和接收电力的方法，所述方法包括将以下部分连接到所述变压器的初级绕组所述交流电源的第一电极、以及所述第一电池的第一电极；选择性地将以下部分连接到所述变压器的初级绕组所述交流电源的第二电极、以及所述第一电池的第二电极，其中，所述选择性的连接操作被适配为实施电力转换；将所述第二电池连接到所述变压器的次级绕组，其中，所述次级绕组的连接被适配为实施所述电力转换；以及通过导通和关断所述第一开关电路的开关和所述第二开关电路的开关，来控制所述交流电源、所述第一电池和所述第二电池中的每个的电力。
12.一种用于经由变压部件而在交流电源部件和第二蓄电部件或者在第一蓄电部件和所述第二蓄电部件之间传送和接收电力的电力转换器，所述电力转换器包括公共连接部件，用于将以下部分连接到所述变压部件的初级绕组部件所述交流电源部件的第一电极、以及所述第一蓄电部件的第一电极；第一开关部件，用于选择性地将以下部分连接到所述变压部件的初级绕组部件所述交流电源部件的第二电极、以及所述第一蓄电部件的第二电极，其中，所述第一开关部件被适配为实施电力转换；第二开关部件，用于将所述第二蓄电部件连接到所述变压部件的次级绕组部件，其中， 所述第二开关部件被适配为实施所述电力转换；以及控制部件，用于通过导通和关断所述第一开关部件的开关部件和所述第二开关部件的开关部件，来控制所述交流电源部件、所述第一蓄电部件和所述第二蓄电部件中的每个的电力。
13. 一种用于经由变压器而在多个电压与输出电压之间传送和接收电力的电力转换器，所述电力转换器包括公共母线，用于将所述多个电压中的每个的第一端侧连接到所述变压器的初级绕组； 第一开关电路，用于选择性地将所述多个电压中的每个的第二端侧连接到所述变压器的初级绕组，其中，所述第一开关电路被适配为实施电力转换；第二开关电路，用于将输出电压连接到所述变压器的次级绕组，其中，所述第二开关电路被适配为实施所述电力转换；以及控制器，用于通过导通和关断所述第一开关电路的开关和所述第二开关电路的开关， 来控制所述多个电压中的每个的电力、以及所述输出电压的电力。
全文摘要
用于经由变压器(14)而在交流电源(2)和第二电池(4)之间或者在第一电池(3)和第二电池之间传送和接收电力的电力转换器(1A)。所述电力转换器包括公共母线(CB)，用于将以下部分连接到所述变压器的初级绕组(141a、141b)所述交流电源的第一电极、以及第一电池的第一电极；第一开关电路(13)，用于选择性地将以下部分连接到所述变压器的初级绕组(141a、141b)所述交流电源的第二电极、以及第一电池的第二电极；第二开关电路(15)，用于将第二电池连接到所述变压器的次级绕组(142a、142b)；以及控制器(100)，用于通过导通和关断第一和第二开关电路(13、15)的开关，来控制所述交流电源、第一电池和第二电池中的电力。
文档编号H02M3/28GK102282749SQ20098015461
公开日2011年12月14日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年1月15日
发明者吉本贯太郎 申请人:日产自动车株式会社