專利名稱：用于電動車輛的充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及ー種用于電動車輛的充電器，該充電器具有寬輸出電壓范圍。
背景技術(shù)：
嚴(yán)重的全球污染正在増加使用無污染能量的重要性。特別地，大城市中的空氣污染正在變得越來越嚴(yán)重并且其原因之一在于車輛的廢氣排放。在該情況下，正在積極地進(jìn)行使其功率源是無污染能量的電カ的所謂的電動車輛 商業(yè)化的研究。電動車輛利用從外部站提供的電能來對電池進(jìn)行充電，并且經(jīng)由耦接到車輪的馬達(dá)來從充電的電池電壓獲得機(jī)械能。因此，為了使用充電的電池電壓驅(qū)動馬達(dá)，電動車輛包括高容量可再充電電池和用于對高容量可再充電電池進(jìn)行充電的電池充電器?；诔潆姇r間將電池充電器分類為快速充電器和慢速充電器?？焖俪潆娖靼惭b在諸如加油站的用于在行駛期間進(jìn)行立即充電的地點(diǎn)，并且充電需要大約20分鐘。另一方面，慢速充電器安裝在諸如停車場或者商場的預(yù)計(jì)長期停放車輛的地點(diǎn)，并且充電需要大約5小時。這些電池充電器沒有被設(shè)計(jì)為使用所有AC輸入電壓，即110V/220V的市電電壓，而是被設(shè)計(jì)為使用単獨(dú)的AC輸入電壓并且在充電時具有較窄的輸出電壓范圍。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的ー個方面提供了ー種用于電動車輛的充電器，該充電器屬于慢速充電器類型并且該充電器的構(gòu)造被改變?yōu)轫憫?yīng)寬輸出電壓范圍和輸出改變。本發(fā)明的另一方面提供了ー種用于電動車輛的充電器，該充電器經(jīng)由使用相控的軟切換操作實(shí)現(xiàn)了受限的切換損耗并且減少了噪聲，從而使得能夠獲得高效率大功率功率因數(shù)校正(PFC)并且增加DC/DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。在隨后的描述中將會部分地闡述本發(fā)明的額外的方面，并且本發(fā)明的部分額外的方面根據(jù)下面的描述將是顯而易見的，或者本發(fā)明的部分額外的方面將通過本發(fā)明的實(shí)踐來知曉。根據(jù)本發(fā)明的一方面，ー種用于電動車輛的充電器包括噪聲濾波器，該噪聲濾波器連接到市電電源以移除高頻噪聲；交錯式功率因數(shù)校正(PFC)単元，該交錯式功率因數(shù)校正(PFC)單元連接到噪聲濾波器以在連續(xù)電流模式中校正功率因數(shù)；DC/DC轉(zhuǎn)換器，該DC/DC轉(zhuǎn)換器連接到交錯式PFC單元以經(jīng)由使用相控的軟切換操作轉(zhuǎn)換DC電壓；以及串并轉(zhuǎn)換單元，該串并轉(zhuǎn)換單元連接到DC/DC轉(zhuǎn)換器以通過改變升壓變壓器的匝數(shù)比來輸出大約150V至大約420V的DC電壓。 充電器可以進(jìn)ー步包括控制器，該控制器輸出用于控制交錯式PFC單元、DC/DC轉(zhuǎn)換器以及串并轉(zhuǎn)換単元的操作的切換信號。
交錯式PFC単元可以包括電感器，該電感器用于對由對市電電カ進(jìn)行整流的整流単元整流的輸入DC電壓進(jìn)行功率因數(shù)校正；第一和第二切換裝置，該第一和第二切換裝置分別連接到電感器以經(jīng)由軟切換操作減少切換損耗；以及驅(qū)動器，該驅(qū)動器在接收到控制器的切換信號時操作第一和第二切換裝置。DC/DC轉(zhuǎn)換器可以包括第三至第六切換裝置，該第三至第六切換裝置經(jīng)由軟切換操作減少切換損耗；驅(qū)動器，該驅(qū)動器在接收到控制器的切換信號時操作第三至第六切換裝置；以及變壓器，該變壓器基于匝數(shù)比對輸出電壓進(jìn)行升壓。串并轉(zhuǎn)換単元可以包括第七切換裝置，該第七切換裝置在接收到控制器的切換信 號時進(jìn)行操作以經(jīng)由變壓器的輸出端處的匝數(shù)的串或并驅(qū)動來改變變壓器的匝數(shù)比。


結(jié)合附圖，本發(fā)明的這些和/或其它方面和優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)對實(shí)施方式的以下描述而變得清楚和更易于理解，其中圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于電動車輛的充電器的構(gòu)造的框圖；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于電動車輛的充電器的詳細(xì)電路圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參照其示例在附圖中示出的本發(fā)明的實(shí)施方式，其中相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件。圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于電動車輛的充電器的構(gòu)造的框圖。在圖I中，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于電動車輛的充電器包括噪聲濾波器10、整流單元20、交錯式功率因數(shù)校正(PFC)單元30、DC/DC轉(zhuǎn)換器40、串并轉(zhuǎn)換單元50、電池60、控制器70以及控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)通信単元80。噪聲濾波器10連接到市電電源I，該市電電源I輸入108V至264V的AC電壓。噪聲濾波器10用于抑制外部產(chǎn)生的高頻噪聲和內(nèi)部產(chǎn)生的高頻噪聲。交錯式PFC單元30連接到噪聲濾波器10，并且經(jīng)由其交錯式操作執(zhí)行功率因數(shù)校正(PFC)和諧波控制。整流単元20插入在噪聲濾波器10和交錯式PFC単元30之間，并且用于對通過噪聲濾波器10的108V至264V的AC輸入電壓進(jìn)行整流。DC/DC轉(zhuǎn)換器40連接到交錯式PFC單元30。DC/DC轉(zhuǎn)換器40可以是諸如順向式轉(zhuǎn)換器和半橋轉(zhuǎn)換器的經(jīng)由脈寬調(diào)制進(jìn)行操作的轉(zhuǎn)換器、具有改進(jìn)的切換性質(zhì)的準(zhǔn)諧振反激轉(zhuǎn)換器或者邏輯鏈路控制(LLC)諧振轉(zhuǎn)換器。通常，DC/DC轉(zhuǎn)換器40通過切換DC輸入電壓來產(chǎn)生脈沖信號，根據(jù)需要使用線圈、電容器、變壓器等等對脈沖信號進(jìn)行升壓或者降壓，并且之后再次對脈沖信號進(jìn)行整流以將脈沖信號轉(zhuǎn)換到想要的DC輸出電壓。在實(shí)施方式中，DC/DC轉(zhuǎn)換器40經(jīng)由使用相控的軟切換操作來實(shí)現(xiàn)受限的切換損耗并且減少噪聲，從而增加了 DC電壓轉(zhuǎn)換效率。串并轉(zhuǎn)換單元50連接到DC/DC轉(zhuǎn)換器40。串并轉(zhuǎn)換單元50用于對來自DC/DC轉(zhuǎn)換器40的轉(zhuǎn)換后的DC輸出電壓進(jìn)行升壓，并且輸出具有150V至420V的寬輸出范圍的DC電壓。串并轉(zhuǎn)換単元50進(jìn)ー步用于經(jīng)由全橋相控在需要寬DC輸出電壓范圍的情況下改變匝數(shù)比。電池60是可再充電電池，利用從串并轉(zhuǎn)換單元50輸出的寬輸出范圍的DC電壓對該可再充電電池進(jìn)行充電?？刂破?0控制交錯式PFC單元30、DC/DC轉(zhuǎn)換器40和串并轉(zhuǎn)換單元50的操作。另外，控制器70基于輸入電壓和所需的輸出電壓控制交錯式PFC單元30的切換操作以容易地響應(yīng)功率轉(zhuǎn)換，并且還控制串并轉(zhuǎn)換單元50的切換操作以響應(yīng)寬輸出范圍的DC電壓。CAN通信單元80執(zhí)行與控制器70和其它控制裝置的通信。 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于電動車輛的充電器的詳細(xì)電路圖。在圖2中，交錯式PFC單元30實(shí)現(xiàn)高效率大功率PFC以在連續(xù)電流模式中響應(yīng)寬輸出電壓范圍和輸出改變。交錯式PFC単元30包括用于對由整流単元20整流的輸入DC電壓Vin進(jìn)行功率因數(shù)校正的兩個電感器LI和L2 ;第一和第二切換裝置Ql和Q2，它們分別連接到兩個電感器LI和L2以經(jīng)由軟切換操作減少切換損耗；驅(qū)動器31，其連接到第一和第二切換裝置Ql和Q2并且將控制器70的切換信號施加到第一和第二切換裝置Ql和Q2以操作第一和第二切換裝置Ql和Q2 ;ニ極管Dpi、Dp2、Dsl和Ds2，它們連接到第一和第二切換裝置Ql和Q2 ；以及輸出電容器Cp，其利用通過第一和第二切換裝置Ql和Q2施加的能量進(jìn)行充電以輸出DC電壓。DC/DC轉(zhuǎn)換器40是LLC升壓電路，其經(jīng)由使用相控的軟切換操作來減少切換損耗和噪聲，從而增加功率轉(zhuǎn)換效率。DC/DC轉(zhuǎn)換器40包括經(jīng)由軟切換操作減少切換損耗的第三至第六切換裝置Q3至Q6 ;驅(qū)動器41和42，它們連接到第三至第六切換裝置Q3至Q6并且將控制器70的切換信號施加到第三至第六切換裝置Q3至Q6以操作第三至第六切換裝置Q3至Q6 ;兩個變壓器Tl和T2，其中的每ー個都具有輸入端和輸出端以基于匝數(shù)比對輸出電壓進(jìn)行升壓；以及兩個同步整流器Rbl和Rb2，它們連接到兩個變壓器Tl和T2并且再次整流變壓器Tl和T2的輸出電壓以將輸出電壓保持在鏈路電壓。串并轉(zhuǎn)換單元50用于改變升壓變壓器Tl和T2的匝數(shù)比并且輸出具有150V至420V的寬輸出范圍的DC電壓。串并轉(zhuǎn)換單元50包括濾波器電容器Col和Co2以及ニ極管Dol和Do2，它們連接到兩個同步整流器Rbl和Rb2的輸出端用于穩(wěn)壓；以及第七切換裝置Q7，其經(jīng)由變壓器Tl和T2的輸出端處的匝數(shù)的串或并驅(qū)動將變壓器Tl和T2的匝數(shù)比改變到至多2倍。第七切換裝置Q7在接收到控制器70的切換信號時進(jìn)行操作。以下，將描述具有上述構(gòu)造的用于電動車輛的充電器的操作和效果。圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于電動車輛的充電器的構(gòu)造的框圖，并且圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于電動車輛的充電器的詳細(xì)電路圖。在圖I和圖2中，整流單元20對通過噪聲濾波器10的108V至264V的AC輸入電壓進(jìn)行整流。交錯式PFC単元30在軟切換的連續(xù)電流模式中對整流后的電壓進(jìn)行升壓。交錯式PFC單元30經(jīng)由軟切換操作輸出DC電壓以響應(yīng)寬輸出電壓范圍和輸出改變，在所述軟切換操作中，彼此并聯(lián)的第一和第二切換裝置Ql和Q2基于輸入電壓和想要的輸出電壓分別或者同時地進(jìn)行操作。
從交錯式PFC單元30輸出的DC電壓被施加到連接到交錯式PFC單元30的后端的DC/DC轉(zhuǎn)換器40。DC/DC轉(zhuǎn)換器40經(jīng)由使用相控的軟切換操作實(shí)現(xiàn)受限的切換損耗并且減少噪聲，從而將DC電壓轉(zhuǎn)換到想要的DC輸出電壓。來自DC/DC轉(zhuǎn)換器40的轉(zhuǎn)換后的DC輸出電壓被施加到連接到DC/DC轉(zhuǎn)換器40的后端的串并轉(zhuǎn)換単元50。串并轉(zhuǎn)換単元50基于第七切換裝置Q7的切換操作執(zhí)行變壓器Tl和T2的輸出端處的匝數(shù)的串或并驅(qū)動，從而將具有150V至420V的寬輸出范圍的DC電壓輸出到電池60。如從以上描述顯而易見的，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于電動車輛的充電器是具有改進(jìn)的構(gòu)造以響應(yīng)寬輸出電壓范圍和輸出改變的慢速充電器。該充電器可以經(jīng)由軟切換操作實(shí)現(xiàn)受限的切換損耗并且減少噪聲，從而使得能夠獲得高效率大功率功率因數(shù)校正(PFC)并且增加DC/DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。雖然已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的一些實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解的 是，在不偏離在權(quán)利要求及其等同物中限定其范圍的本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以在這些實(shí)施方式中進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種用于電動車輛的充電器，所述充電器包括 噪聲濾波器，所述噪聲濾波器連接到市電電源以移除高頻噪聲； 交錯式功率因數(shù)校正單元，所述交錯式功率因數(shù)校正單元連接到所述噪聲濾波器以在連續(xù)電流模式中校正功率因數(shù)； DC/DC轉(zhuǎn)換器，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器連接到所述交錯式功率因數(shù)校正單元以經(jīng)由使用相控的軟切換操作轉(zhuǎn)換DC電壓；以及 串并轉(zhuǎn)換單元，所述串并轉(zhuǎn)換單元連接到所述DC/DC轉(zhuǎn)換器以通過改變升壓變壓器的匝數(shù)比來輸出大約150V至大約420V的DC電壓。
2.如權(quán)利要求I所述的充電器，所述充電器進(jìn)一步包括控制器，所述控制器輸出用于控制所述交錯式功率因數(shù)校正單元、所述DC/DC轉(zhuǎn)換器以及所述串并轉(zhuǎn)換單元的操作的切換信號。
3.如權(quán)利要求2所述的充電器，其中，所述交錯式功率因數(shù)校正單元包括電感器，所述電感器用于對由對市電電力進(jìn)行整流的整流單元整流的輸入DC電壓進(jìn)行功率因數(shù)校正；第一切換裝置和第二切換裝置，所述第一切換裝置和所述第二切換裝置分別連接到所述電感器，用于經(jīng)由軟切換操作減少切換損耗；以及驅(qū)動器，所述驅(qū)動器在接收到所述控制器的所述切換信號時操作所述第一切換裝置和所述第二切換裝置。
4.如權(quán)利要求2所述的充電器，其中，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器包括第三至第六切換裝置，所述第三至第六切換裝置用于經(jīng)由軟切換操作減少切換損耗；驅(qū)動器，所述驅(qū)動器在接收到所述控制器的所述切換信號時操作所述第三至第六切換裝置；以及變壓器，所述變壓器基于匝數(shù)比對輸出電壓進(jìn)行升壓。
5.如權(quán)利要求4所述的充電器，其中，所述串并轉(zhuǎn)換單元包括第七切換裝置，所述第七切換裝置在接收到所述控制器的所述切換信號時進(jìn)行操作，以經(jīng)由對所述變壓器的輸出端處的匝數(shù)的串或并驅(qū)動來改變所述變壓器的匝數(shù)比。
全文摘要
這里公開了一種具有寬輸出電壓范圍的用于電動車輛的充電器。該充電器是具有改進(jìn)的構(gòu)造以響應(yīng)寬輸出電壓范圍以及輸出改變的慢速充電器。該充電器可以經(jīng)由軟切換操作實(shí)現(xiàn)受限的切換損耗并且減少噪聲，從而使得能夠獲得高效率大功率功率因數(shù)校正并且增加DC/DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H02J7/02GK102684274SQ20121005951
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者吳成敏, 文泰景, 文炯臺, 李真煥, 許建行 申請人:株式會社萬都