CN102412604A - 电源设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源设备和用于车辆的电源设备，用于车辆的电源设备包括第一电池(B1)、第二电池(B2)以及变压器(57)，其中第二电池的电压低于第一电池的电压。变压器(57)包括连接到交流电源(67)的初级线圈(57a)、连接到第一电池(B1)的第一次级线圈(57b)以及至少一个连接到第二电池(B2)的第二次级线圈(57c)。整流电路(62)位于第二次级线圈(57c)与第二电池(B2)之间。电压调整电路(63)位于整流电路(62)与第二电池(B2)之间。控制部(66)使用交流电源(67)对第一电池(B1)进行充电，并且同时将电力供应到第二电池。

Description

电源设备
技术领域
本发明涉及一种电源设备。
背景技术
日本早期公开专利公布第2008-312395号中公开的插电式混合动力车辆以及电动车辆通常使用高压电池。这样的车辆配备有用于利用外部商用电源对高压电池进行充电的车载充电器。
然而，以上文献没有公开在利用来自交流电源的电力对第二电池进行供电的同时，利用交流电源对第一电池进行充电，其中第二电池的电压低于第一电池的电压。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能够同时利用交流电源对第一电池进行充电并且将来自交流电源的电力供应到第二电池的电源设备，其中第二电池的电压低于第一电池。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面的电源设备包括至少一个第一电池、至少一个第二电池以及变压器，其中第二电池的电压低于第一电池的电压。变压器具有连接到交流电源的初级线圈、至少一个连接到第一电池的第一次级线圈、以及至少一个连接到第二电池的第二次级线圈。电源设备还包括位于变压器的初级线圈与交流电源之间的第一电力转换电路、位于变压器的初级线圈与第一电力转换电路之间的第二电力转换电路、位于第一次级线圈与第一电池之间的第三电力转换电路、位于第二次级线圈与第二电池之间的整流电路、位于整流电路与第二电池之间的电压调整电路、以及控制部，该控制部使用交流电源对第一电池进行充电，并且同时将电力供应到第二电池。
根据该配置，电源设备能够同时利用交流电源对第一电池进行充电以及将电力供应到第二电池，其中第二电池的电压低于第一电池。
根据本发明的第二方面，在第一方面的电源设备中，控制部包括第一控制部。第一控制部在实现对到第一电池的输出的反馈的同时在初级线圈侧控制第一电力转换电路和第二电力转换电路。第一控制部通过在变压器的第一次级线圈侧控制第三电力转换电路，使用交流电源对第一电池进行充电。同时，第一控制部在通过电压调整电路调整到第二电池的输出电压的同时在第二次级线圈侧将电力从交流电源供应到第二电池。
根据第二方面，由于实现了对第一电池的输出的反馈，因此第一控制部能够在对第一电池进行充电的同时，将电力供应到第二电池。
根据本发明的第三方面，在根据第一或第二方面的电源设备中，控制部包括第二控制部。第二控制部被配置成通过在实现对到第二电池的输出的反馈的同时在第一次级线圈侧控制第三电力转换电路，将电力从第一电池供应到第二电池。
根据本发明的第四方面，在根据第一至第三方面中的任一方面的电源设备中，控制部包括第三控制部。第三控制部将交流电从第一电池输出到交流电源侧，并且同时将电力供应到第二电池。
根据第四方面，第三控制部能够同时输出来自第一电池的交流电并且将来自交流输出的电力供应到低压第二电池。
根据本发明的第五方面，在根据第四方面的电源设备中，控制部包括第四控制部。通过在实现对来自交流电源的输出的反馈的同时控制第三电力转换电路，第四控制部在变压器的初级线圈侧使用第二电力转换电路和第一电力转换电路生成交流电，并且将交流电压从第一电池输出到交流电源侧。同时，第四控制部在第二次级线圈侧将来自第一电池的电力供应到第二电池。
根据第五方面，由于第四控制部在交流电源侧实现了对输出的反馈，因此第四控制部能够同时输出交流电以及将电力供应到第二电池。
根据第六方面，控制部还包括第五控制部，该第五控制部实现对到第二电池的输出的反馈。
根据第六方面，由于第五控制部实现了对第二电池的输出和交流输出两者的反馈，因此第五控制部可以控制这些输出，使得这些输出不超过变压器的额定值。
根据第七方面，在根据第一至第六方面中的任一方面的电源设备中，电源设备被设计用于安装在车辆上。
根据本发明的第八方面，在根据第七方面的电源设备中，第二电池是补充电池。
根据本发明的第九方面的用于车辆的电源设备包括至少一个第一电池、至少一个第二电池、控制电路、系统主继电器以及充电器，其中第二电池的电压低于第一电池的电压。至少在充电期间被激活的设备连接到第二电池。控制电路经由线路连接到第一电池，并且控制电路控制负载。系统主继电器设置在线路上。充电器连接到在系统主继电器与第一电池之间的线路的部分，并且能够使用外部交流电源对第一电池进行充电。变压器具有连接到交流电源的初级线圈、至少一个连接到第一电池的第一次级线圈、以及至少一个连接到第二电池的第二次级线圈。电源设备还包括位于变压器的初级线圈与交流电源之间的第一电力转换电路、位于变压器的初级线圈与第一电力转换电路之间的第二电力转换电路、位于第一次级线圈与第一电池之间的第三电力转换电路、位于第二次级线圈与第二电池之间的整流电路、位于整流电路与第二电池之间的电压调整电路、以及控制部，该控制部在系统主继电器开路的状态下，使用交流电源对第一电池进行充电，并且同时将电力供应到第二电池。
根据第九方面，在系统主继电器开路的状态下，执行利用交流电源对第一电池的充电。在充电时，控制部利用交流电源对第一电池进行充电，并且同时将电力供应到第二电池。
以此方式，通过为充电器增加DC/DC转换功能，可以在充电期间向至少在充电期间需要工作的设备供应所需的电力。因此，通过在第一电池的充电期间使系统主继电器开路，减少消耗的电力，并且提高充电效率。
根据本发明的第十方面，在根据第九方面的用于车辆的电源设备中，控制部包括第一控制部。第一控制部在实现对到第一电池的输出的反馈的同时在初级线圈侧控制第一电力转换电路和第二电力转换电路。第一控制部通过在变压器的第一次级线圈侧控制第三电力转换电路，使用交流电源对第一电池进行充电。同时，第一控制部在通过电压调整电路调整到第二电池的输出电压的同时在第二次级线圈侧将电力从交流电源供应到第二电池。
根据第十方面，由于实现了对第一电池的输出的反馈，因此第一控制部能够在对第一电池进行充电的同时，将电力供应到第二电池。
根据本发明的第十一方面，在根据第九或第十方面的电源设备中，控制部包括第二控制部。第二控制部被配置成在实现对到第二电池的输出的反馈的同时在第一次级线圈侧控制第三电力转换电路，将电力从第一电池供应到第二电池。
根据本发明的第十二方面，在根据第九至第十一方面的任一方面的电源设备中，控制部包括第三控制部。第三控制部将交流电从第一电池输出到交流电源侧，并且同时将电力供应到第二电池。
根据第十二方面，第三控制部能够同时输出来自第一电池的交流电，并且将来自交流输出的电力供应到低压第二电池。
根据本发明的第十三方面，在根据第十二方面的电源设备中，控制部包括第四控制部。第四控制部在实现对来自交流电源的输出的反馈的同时控制第三电力转换电路。第四控制部在变压器的初级线圈侧使用第二电力转换电路和第一电力转换电路生成交流电，从而将交流电压从第一电池输出到交流电源侧。同时，第三电力转换电路被配置成在第二次级线圈侧将电力供应到第二电池。
根据第十三方面，由于实现了对交流电压的输出的反馈，因此第四控制部能够同时将交流电输出到交流电源，并且将电力供应到第二电池。
根据第十四方面，在根据第十三方面的电源设备中，控制部还包括第五控制部，该第五控制实现对到第二电池的输出的反馈。
根据第十四方面，由于第五控制部实现了对第二电池的输出和交流输出两者的反馈，因此第五控制部可以控制这些输出，使得这些输出不超过变压器的额定值。
根据本发明，可以同时利用交流电源对第一电池进行充电，并且将来自交流电源的电力供应到第二电池，其中第二电池的电压低于第一电池。
本发明的其它方面和优点将根据以下结合附图进行的描述而变得明显，以下描述通过示例示出了本发明的原理。
附图说明
特别地，在所附权利要求中阐述了本发明的被认为是新颖的特征。本发明及其目的和优点可通过连同附图一起参照当前优选实施例的以下描述而得到最好的理解，其中：
图1是示出根据第一实施例的电源设备的系统图；
图2是根据第一实施例的电源设备的电路图；
图3是描述电源设备的操作的说明性电路图；
图4是描述根据第二实施例的电源设备的操作的说明性电路图；
图5是根据第三实施例的电源设备的电路图；
图6是示出典型的车载充电器的电路图；
图7是示出典型的车载充电器的系统图；
图8是示出典型的电源设备的电路图；以及
图9是示出典型的电源设备的电路图。
具体实施方式
图1至图3示出了本发明的第一实施例。
图1是示出根据第一实施例的电源设备10的系统图。图2示出了第一实施例的电源设备10的电路配置。电源设备10是安装在插电式混合动力车辆或电动汽车上的车载电源设备。
如图1所示，电源设备10包括用作第一电池的高压电池B1、用作第二电池的补充电池B2、电力控制单元(PCU)20、充电器30、系统主继电器(SMR)40以及充电继电器(CHR)41，其中补充电池B2的电压低于高压电池B1的电压。PCU 20包括升压转换器21、逆变器22以及DC/DC转换器23。
升压转换器21和高压电池B1通过高压线LH彼此连接。系统主继电器(SMR)40布置在升压转换器21与高压电池B1之间的高压线LH的部分上。充电器30经由充电继电器41连接到高压线LH上的系统主继电器40、以及高压电池B1。
充电器30被配置成经由充电连接器42连接到用作外部交流电源的商用电源(在图2中以附图标记67表示)。充电器30能够利用商用电源对高压电池B1进行充电。
逆变器22连接到用于移动车辆的驱动马达(在图2中以附图标记M表示)。升压转换器21升高高压电池B1的高电压，并且逆变器22使用升高的电压来操作驱动马达。以此方式，升压转换器21和逆变器22各自形成控制电路，经由高压线LH连接到高压电池B1，并且被配置成控制作为负载的驱动马达。
PCU 20的DC/DC转换器23连接到在系统主继电器40与升压转换器21之间的高压线LH的部分。DC/DC转换器23将高压电池B1的高电压转换成用于辅助设备的低电压。DC/DC转换器23经由低压线LL连接到补充电池B2，并且补充电池B2经由另一低压线LL连接到辅助设备(43，44)。辅助设备包括电力管理ECU(PM-ECU)43和其它辅助设备44。
电力管理ECU 43被配置成例如监测电池B1、B2的充电的状态。以此方式，至少在充电期间被激活的电力管理ECU 43连接到补充电池B2。
充电器30具有DC/DC转换器45。补充电池B2连接到DC/DC转换器45。DC/DC转换器45被配置成将电力供应到补充电池B2。
如图2的左侧到中心所示，充电器30包括滤波器51、线圈52、53、用作第一开关电路的第一H桥电路54、电容器55、用作第二开关电路的第二H桥电路56以及变压器57。变压器57包括初级线圈57a、第一次级线圈57b以及第二次级线圈57c。部件51至56位于变压器57的初级线圈57a侧。此外，如图2的中心到右侧所示，充电器30包括用作第三开关电路的第三H桥电路58、线圈59、继电器60以及电容器61。这些部件58至61位于变压器的第一次级线圈57b侧。从图2的中下部到右侧，充电器30还包括整流器62、用作第四开关电路的电压调整电路63、滤波器65以及用作控制部的控制电路66(在图1中部件62、63、65共同以附图标记45来表示)。这些部件62至65位于变压器57的第二次级线圈57c侧。
如图2所示，能够进行电力因子校正的第一H桥电路54位于变压器57的初级线圈57a侧。第一H桥电路54包括二极管D1、D2以及各自由MOSFET形成的开关元件S1、S2。寄生二极管与每个MOSFET并联连接。二极管D1的阳极端和开关元件S1的漏极端彼此连接。二极管D2的阳极端和开关元件S2的漏极端彼此连接。二极管D1的阴极端和二极管D2的阴极端彼此连接。开关元件S1的源极端和开关元件S2的源极端彼此连接。
线圈52的一端连接到二极管D1与开关元件S1之间的点。线圈52的另一端经由滤波器51连接到用作交流电源的商用电源67。线圈53的一端连接到二极管D2与开关元件S2之间的点。线圈53的另一端经由滤波器51连接到商用电源67。
电容器55连接到二极管D1、D2的阴极端与开关元件S1、S2的源极端之间的点。
能够实现DC/DC转换的第二H桥电路56位于变压器57的初级线圈57a侧。第二H桥电路56布置在初级线圈57a与第一H桥电路54之间。第二H桥电路56具有各自由MOSFET形成的开关元件S3、S4、S5、S6。寄生二极管与每个MOSFET并联连接。开关元件S3的源极端和开关元件S4的漏极端彼此连接。开关元件S5的源极端和开关元件S6的漏极端彼此连接。开关元件S3的漏极端和开关元件S5的漏极端彼此连接。开关元件S4的源极端和开关元件S6的源极端彼此连接。
开关元件S3、S5的漏极端和开关元件S4、S6的源极端连接到电容器55。
开关元件S3与开关元件S4之间的点连接到变压器57的初级线圈57a的一个端子。开关元件S5与开关元件S6之间的点连接到变压器57的初级线圈57a的另一端子。
以此方式，商用电源67经由第二H桥电路56和第一H桥电路54连接到变压器57的初级线圈57a。
如图2所示，能够实现整流的第三H桥电路58位于变压器57的第一次级线圈57b侧。第三H桥电路58具有各自由MOSFET形成的开关元件S7、S8、S9、S10。寄生二极管与每个MOSFET并联连接。开关元件S7的源极端和开关元件S8的漏极端彼此连接。开关元件S9的源极端和开关元件S10的漏极端彼此连接。开关元件S7的漏极端和开关元件S9的漏极端彼此连接。开关元件S8的源极端和开关元件S10的源极端彼此连接。
开关元件S7与开关元件S8之间的点连接到变压器57的第一次级线圈57b的一个端子。开关元件S9与开关元件S10之间的点连接到变压器57的第一次级线圈57b的另一端子。
开关元件S7、S9的漏极端经由线圈59连接到电容器61的一个电极。开关元件S8、S10的源极端连接到电容器61的另一电极。继电器60与线圈59并联连接。当继电器60被激活时，经由线圈59连接开关元件S7、S9的漏极端与电容器61的一个电极。替选地，处于闭合状态的继电器60直接连接开关元件S7、S9的漏极端与电容器61的一个电极而在其间没有线圈59。
电容器61经由充电继电器41连接到用作第一电池的高压电池B1。变压器57的第一次级线圈57b经由第三H桥电路58连接到高压电池B1。高压电池B1经由系统主继电器40连接到升压转换器21。升压转换器21经由逆变器22连接到车辆驱动马达M。
如图2中的右下部所示，能够调整电压的电压调整电路63位于变压器57的第二次级线圈57c侧。电压调整电路63包括开关元件S11、二极管D3以及线圈64。开关元件S11由MOSFET形成。寄生二极管与MOSFET并联连接。开关元件S11的漏极端子经由整流器62连接到变压器57的第二次级线圈57c的一个端子。开关元件S11的源极端子连接到线圈64的一端。线圈64的另一端经由滤波器65连接到补充电池B2的正端子。开关元件S11的源极端子连接到二极管D3的阴极端子。二极管D3的阳极端子经由整流器62连接到变压器57的第二次级线圈57c的另一端子。二极管D3的阳极端子经由滤波器65连接到补充电池B2的负端子。补充电池B2连接到辅助设备(电力管理ECU 43和其它辅助设备44)。
如上所述，变压器57的第二次级线圈57c经由电压调整电路63连接到补充电池B2。另外，变压器57的初级线圈57a连接到商用电源67。因此，变压器57在次级线圈侧具有连接到高压电池B1的第一次级线圈57b以及连接到补充电池B2的第二次级线圈57c。
如图2所示，控制电路66控制第一H桥电路54的开关元件S1、S2、第二H桥电路56的开关元件S3、S4、S5、S6、第三H桥电路58的开关元件S7、S8、S9、S10、以及电压调整电路63的开关元件S11。
控制电路66接收反馈信号SGf1。反馈信号SGf1是用于检测从充电继电器41到高压电池B1的输出电压的检测信号。
在本实施例中，第一H桥电路54对应于设置在变压器57的初级线圈57a与商用电源67之间的第一电力转换电路。第二H桥电路56对应于设置在变压器57的初级线圈57a与第一电力转换电路之间的第二电力转换电路。第三H桥电路58对应于设置在第一次级线圈57b与高压电池B1之间的第三电力转换电路。整流器62对应于设置在第二次级线圈57c与补充电池B2之间的整流电路。电压调整电路63设置在整流器62(整流电路)与补充电池B2之间。
(操作)
图3示出了如上所述的电源设备10的操作，即，对电池B1、B2的充电。
首先，系统主继电器40断开(开路)。另外，充电继电器41接通(闭合)。
来自商用电源67的交流电压经由滤波器51供应到由线圈52、53、第一H桥电路54以及电容器55形成的电力因子校正电路。第一H桥电路的开关元件S1、S2按照来自控制电路66的控制信号而交替接通和断开。具体地，当输送到第一H桥电路54的交流电压和交流电流为正时，开关元件S1接通和断开。当开关元件S1接通时，电流按照线圈52→开关元件S1→开关元件S2的寄生二极管→线圈53的顺序流动，使得电能存储在线圈52、53中。当开关元件S1断开时，在电能存储在线圈52、53中的状态下，电流按照线圈52→二极管D1→电容器55→开关元件S2的寄生二极管→线圈53的顺序流动。当输送到第一H桥电路54的交流电压和交流电流为负时，开关元件S2接通和断开。当开关元件S2接通时，电流按照线圈53→开关元件S2→开关元件S1的寄生二极管→线圈52的顺序流动，使得电能存储在线圈52、53中。当开关元件S2断开时，在电能存储在线圈52、53中的状态下，电流按照线圈53→二极管D2→电容器55→开关元件S1的寄生二极管→线圈52的顺序流动。
通过对开关元件S1、S2的接通/断开控制，使用两个线圈52、53升高交流电压并且对其进行平滑。另外，实现了电力因子校正，其中，交流电流的相位和波形与交流电压的相位和波形匹配，或者使得交流电流的相位和波形与交流电压的相位和波形相似。具体地，改变开关元件S1、S2的占空比(实现占空控制)，以平滑交流电压，以通过使用两个线圈52、53升高电压，以及以实现电力因子校正，其中，交流电流的相位和波形与交流电压的相位和波形匹配，或者使得交流电流的相位和波形与交流电压的相位和波形相似。
此外，参照图3，现在将描述第二H桥电路56、变压器57以及第三H桥电路58处的操作。通过来自控制电路66的控制信号使第二H桥电路56的开关元件S3至S6经受开关控制，以便将从第一H桥电路54供应的直流电压转换为交流电压。转换后的交流电压被供应到变压器57的初级线圈57a，使得在变压器57的第一次级线圈57b中感应出交流电压。通过来自控制电路66的控制信号，来控制第三H桥电路58的开关元件S7至S10，以便将由第一次级线圈57b感应出的交流电压转换成直流电压。然后，直流电压被输出到高压电池B1，以便对高压电池B1进行充电。
以此方式，控制电路66通过在变压器57的初级线圈57a侧使第一H桥电路54实现电力因子校正以及使第二H桥电路56实现DC/DC转换，以及在变压器57的第一次级线圈57b侧使第三H桥电路58实现整流，来对高压电池B1进行充电。此时，电力因子校正电路将电压升高到380伏至480伏。作为从充电继电器41到高压电池B1的输出的高压输出是144伏至197伏。
通过将反馈信号SGf1发送到控制电路66来执行对高压电池B1的充电，即，到第一输出1的输出操作。具体地，在充电器30实现对高压电池B1的输出到控制电路66的反馈时，执行充电使得高压电池B1的输出电压达到预定的高压输出(电压)。
同时，在变压器57的第二次级线圈57c侧，整流器62将由第二次级线圈57c感应出的交流电压转换成直流电压。直流电压被供应到电压调整电路63。通过来自控制电路66的控制信号，来接通和断开电压调整电路63的开关元件S11。通过接通-断开控制，到补充电池B2的输出电压被调整为恒定值，并且电压调整电路63输出13伏至14伏的低电压作为到补充电池2的第二输出2。因此，控制电路66将电力供应到补充电池B2。
即，控制电路66将来自输入的商用电源67的第一输出1(高压输出)的电力输出到高压电池B1，并且将第二输出2(补充输出)的电力输出到补充电池B2。
此时，由于在对电池B1、B2充电期间，电力管理ECU 43需要到补充系统的输出电力、或补充输出，因此补充输出被设定为大约100W。
如上所述，在控制对电池B1、B2充电时，控制电路66接收示出第一电池B1的高压输出的反馈信号SGf1。即，由于第一电池B1的高压输出的电力被设定在几千瓦(kW)，因此第一电池B1的高压输出大于第二电池B2的补充输出。因此，控制电路66基于第一电池B1的高压输出实现对充电器30的控制的反馈，控制电路66将第二电池B2的补充输出设定为21V-26V范围内的电压，其中该范围内的电压取决于第一电池B1的高压输出并且高于第二电池B2的期望电压(大约13V-14V)，并且控制电路66经由电压调整电路63调整第二电池B2的电压。
图6是典型的车载充电器的电路图。在图6中，高压电池111经由滤波器101、线圈102、103、电力因子校正H桥电路104、电容器105、DC/DC转换H桥电路106、变压器107、整流H桥电路108、线圈109以及电容器110连接到外部商用电源100。
图7示出了典型的车载充电器的系统配置的示例。在图7中，逆变器202经由高压线LH和升压转换器201连接到高压电池200。逆变器202对驱动马达进行驱动。系统主继电器(SMR)203位于将高压电池200连接到升压转换器201的高压线LH上。充电器205经由充电继电器(CHR)204连接到在系统主继电器203与升压转换器201之间的高压线LH的部分。充电器205经由充电连接器206连接到外部商用电源(图6中的商用电源100)。
另外，DC/DC转换器207连接到在系统主继电器203与升压转换器201之间的高压线LH的部分。补充电池208经由低压线LL连接到DC/DC转换器207。辅助设备(209，210)经由低压线LL连接到补充电池208。辅助设备包括电力管理ECU(PM-ECU)209和其它辅助设备210。例如，电力管理ECU 209监测电池200、208的充电的状态。
在对高压电池200充电期间，系统主继电器203和充电继电器204闭合，使得充电器205对高压电池200进行充电。
然而，在对高压电池200充电期间，充电器205需要将电力供应到诸如电力管理ECU 209的部件，因此需要激活DC/DC转换器207。
因此，在图7的情况下，由于在对高压电池200充电期间，车辆上的辅助设备工作，因此增加了消耗的电力，这进而降低了充电效率。
与图7所示的充电器205不同，图1所示的本实施例的充电器30连接到系统主继电器40与高压电池B1之间的点。在对高压电池B1充电期间，系统主继电器40断开，使得充电器30不将电力供应到逆变器22或DC/DC转换器23。通过为图1所示的充电器30增加DC/DC转换器功能(45)，充电器30在高压电池B1的充电期间将必要的电力供应到电力管理ECU 43。即，与图6所示的典型充电器不同，本实施例具有如图2所示的变压器57的第二次级线圈57c(输出线圈)，使得控制电路66可以将电力输出到补充系统。因此，在本实施例中，当在高压电池B1的充电期间将电力供应到电力管理ECU 43时，DC/DC转换器23不需要被激活(车辆的补充系统不需要被激活)。因此，在本实施例中，通过在高压电池B1的充电期间使系统主继电器40开路，控制电路66可以减少消耗的电力并且提高充电效率。即，控制电路66可以切断不必要的电力消耗，并且以高充电效率从商用电源(交流电源)67对高压电池B1进行充电。
上述实施例具有以下优点。
(1)用作控制装置或控制部的控制电路66从商用电源67对高压电压B1进行充电，并且同时将电力供应到补充电池B2。根据该配置，控制电路66能够同时从商用电源67对高压电池B1进行充电并且将电力供应到低压补充电池B2，其中低压补充电池B2的电压低于高压电池B1。
(2)具体地，在实现对到高压电池B1的输出的反馈的同时，用作第一控制部的控制电路66在变压器57的初级线圈57a侧控制第一H桥电路54和第二H桥电路56，以及在变压器57的第一次级线圈57b侧控制第三H桥电路58，从而从商用电压67对高压电池B1进行充电。
同时，用作第一控制部的控制电路66将电力从商用电源67供应到补充电池B2，同时在第二次级线圈57c侧，调整从电压调整电路63到补充电池B2的输出电压。换言之，控制电路66具有第一控制部。即，在实现对从商用电源67到高压电池B1的输出的反馈的同时，控制电路66在变压器57的初级线圈57a侧，使用第一H桥电路54实现电力因子校正以及使用第二H桥电路56实现DC/DC转换。
另外，控制电路66在变压器57的第一次级线圈57b侧使用第三H桥电路58实现整流，从而对高压电池B1进行充电。同时，控制电路66将电力供应到补充电池B2，同时在变压器57的第二次级线圈57c侧，以恒定值调整从电压调整电路63到补充电池B2的输出电压。因此，由于控制电路66实现了对到高压电池B1的输出的反馈，因此控制电路66能够在对高压电池B1进行充电的同时，将电力供应到补充电池B2。
此外，作为变型，位于图2的第一H桥电路(PFC电路)54的下游的第二H桥电路56可以是推挽电路。
图4示出了第二实施例。将主要讨论与第一实施例的区别。在本实施例中，不是由交流电源67的输出对低压电池B2进行充电，而是由高压电池B1的输出对低压电池B2进行充电。
本实施例的电源设备也具有图2所示的电路配置。
现在将描述本实施例的电源设备的操作。
将参照上述图3来描述充电期间的操作。
在系统主继电器40断开(开路)并且充电继电器41接通(闭合)的状态下，控制电路66执行从输入的商用电源67到高压电池B1的输出1(高压输出)，并且同时执行到补充电池B2的输出2。
此时，由于在电池B1、B2的充电期间，电力管理ECU 43需要到补充系统的输出电力、或补充输出，因此补充输出被设定为大约100W。
由于高压电池B1的高压输出的电力被设定在几千瓦(kW)，因此高压输出的电力大于补充输出的电力。因此，控制电路66基于指示高压输出的反馈信号SGf1来实现对控制的反馈，控制电路66将补充输出设定为21V-26V范围内的电压，该范围内的电压高于期望电压(大约13V-14V)，并且控制电路66经由电压调整电路63调整电压。
图4描述了车辆正移动的状态。
在系统主继电器40接通(闭合)并且充电继电器41接通(闭合)的状态下，控制电路66将来自高压电池B1的输出设定在144V至197V。在高压电池B1的充电期间用作整流电路的第三H桥电路58用作DC/DC转换H桥电路，在本实施例中，该DC/DC转换H桥电路实现对来自高压电池B1的输出的DC/DC转换。开关元件S7、S10以及开关元件S8、S9交替接通和断开，使得交流电压被供应到第一次级线圈57b，并且在第二次级线圈57c中感应出交流电压。整流器62将由第二次级线圈57c感应出的交流电压转换为直流电压。13V至14V的电力被供应到补充电池B2。
控制电路66接收反馈信号SGf2。反馈信号SGf2是到补充电池B2的输出电压的检测信号。使用信号SGf2，控制电路66实现反馈控制。与高压电池B1的充电期间的操作不同，在本实施例中仅存在来自充电器30的一个输出。另外，控制电路66可以使用补充输出来实现反馈。因此，控制电路66可以停止补充输出侧的电压调整电路63，即，将MOSFET置于一直接通状态，使得从电压调整电路63到辅助设备的输出不变。
连接到高压电池B1的线圈59被继电器60短路。
此时，因为在车辆的驱动期间需要到辅助设备(电池B2)的输出，因此该输出大约为2kW。
插电式混合动力车辆和电动汽车使用图6所示的车载充电器和图8所示的DC/DC转换器作为典型的电源设备，其中，该车载充电器用于从商用电源100对高压电池111进行充电，该DC/DC转换器用于将来自高压电池111的电压供应到辅助设备(电池112)。在图8中，DC/DC转换器包括H桥电路113、变压器114、整流H桥电路115。
当车辆未移动时(当车辆处于停止状态时)，使用图6所示的车载充电器，而当车辆正移动时，使用图8所示的DC/DC转换器。即，尽管不会同时使用图6的车载充电器和图8的DC/DC转换器，但是这两个都是需要安装在车辆上的设备。因此，需要在车辆中预备用于放置这些设备的空间，并且增加了车辆的重量。另外，增加了用于制造车辆的成本。
相比之下，根据本实施例，如图3所示，除了到高压电池B1的输出之外，充电器30还具有到补充电池B2的输出。另外，与图6所示的用于到高压电池111的输出的整流H桥电路108相比，图4所示的第三H桥电路58具有MOSFET，以取代图6所示的第三H桥电路108中的二极管，以便允许双向化。在本实施例中，在高压电池B1的充电期间，控制电路66从输入向高压电池B1和补充电池B2输出电力。当车辆正移动时，控制电路66将电力从高压电池B1输出到补充电池B2。因此，在本实施例中，充电器和DC/DC转换器(58)被集成。这消除了对图1的系统配置中的DC/DC转换器23的需要。
除了以上优点(1)和(2)之外，上述实施例还具有以下优点。
(3)用作第二控制部的控制电路66在第一次级线圈57b侧控制第三H桥电路58，同时实现对到补充电池B2的输出的反馈，从而将电力从高压电池B1供应到补充电池B2。换言之，控制电路66还包括第二控制部。即，控制电路66在变压器57的第一次级线圈57b侧控制第三H桥电路58以实现DC/DC转换，同时实现对从高压电池B1到补充电池B2的输出的反馈，从而将电力供应到补充电池B2。因此，控制电路66能够将来自高压电池B1的电力供应到补充电池B2。这使得充电器和DC/DC转换器被集成，并且促进了小型化和成本的降低。
作为变型，具有二极管桥的整流电路可设置在从图3的商用电源67开始的输入部处的第一H桥电路(PFC电路)的上游的位置处。另外，位于第一H桥电路(PFC电路)54的下游的第二H桥电路56可以是推挽电路。
图5示出了第三实施例。将主要讨论与第一和第二实施例的区别。在本实施例中，交流电经由滤波器51从高压电池B1输出到交流负载80。取代交流电源67设置交流负载80。
图5示出了本实施例的电源设备的电路配置，其取代图2的配置。
图2的第一H桥电路(PFC电路)中的二极管D1、D2被图5中的开关元件S12、S14取代。即，取代H桥电路54的第一H桥电路70具有四个开关元件S12、S13、S14、S15。开关元件S12、S13、S14和S15各自由MOSFET形成。寄生二极管与MOSFET并联连接。开关元件S12的源极端子和开关元件S13的漏极端子彼此连接。开关元件S14的源极端子和开关元件S15的漏极端子彼此连接。开关元件S12的漏极端子和开关元件S14的漏极端子彼此连接。开关元件S13的源极端子和开关元件S15的源极端子彼此连接。
此外，同样在本实施例中，图6中用于输出到高压电池111的整流H桥电路108的二极管被图5的第三H桥电路58中的MOSFET取代。
现在将描述本实施例的电源设备的操作。
首先，将描述高压电池B1充电期间的操作。由于基本动作与图3所示的动作相同，因此将参照图3描述高压电池B1充电期间的操作。
在系统主继电器40断开(开路)并且充电继电器41接通(闭合)的状态下，控制电路66执行从输入的商用电源67到高压电池B1的输出1(高压输出)，并且同时执行到补充电池B2的输出2。
此时，由于在电池B1、B2的充电期间，电力管理ECU 43需要到补充系统的输出电力，因此补充输出被设定为大约100W。
由于高压电池B1的高压输出的电力被设定为几千瓦(kW)，因此高压输出的电力大于补充输出的电力。因此，控制电路66基于指示高压输出的反馈信号SGf1来实现对控制的反馈，控制电路66将补充输出设定为21V-26V范围内的电压，该范围内的电压高于期望电压(大约13V-14V)，并且控制电路66经由电压调整电路63调整电压。
接下来，将描述在车辆的移动期间的操作。由于基本动作与图4所示的动作相同，因此将参照图4描述在车辆的移动期间的操作。
在系统主继电器40接通(闭合)并且充电继电器41接通(闭合)的状态下，控制电路66使用高压电池B1作为输入，并且使用在充电期间用作整流电路的第三H桥电路58作为DC/DC转换H桥电路，从而将来自高压电池B1的电力输出到辅助设备(电池B2)。
与高压电池B1充电期间的操作不同，仅存在来自充电器30的一个输出，并且可以使用补充输出来实现反馈。因此，控制电路66停止补充输出的电压调整电路63(使得输出不变)。
连接到高压电池B1的线圈59被继电器60短路。
此时，到辅助设备(电池B2)的输出被设定为大约2kW，因为这是在车辆的移动期间所需要的。
接下来，参照图5，将描述在来自高压电池B1的AC输出期间的操作，即，在从高压电池B1到交流负载(AC负载)的输出期间的操作。
控制电路66接收信号SG3和SG4。信号SG3是到补充电池B2的输出电压和输出电流的检测信号。信号SG4是到交流负载80的输出电压和输出电流的检测信号。
在充电继电器41接通(闭合)的状态下，控制电路66从高压电池B1向交流负载80输出交流电压。控制电路66还将输出提供到辅助设备。具体地，控制电路66输出控制信号以开关第三H桥电路58的开关元件S7至S10，从而将在高压电池B1的144V-197V范围内的交流电压供应到变压器57的第一次级线圈57b。开关元件S7、S10和开关元件S8、S9交替地接通和断开，使得交流电压被供应到第一次级线圈57b。因此，在初级线圈57a和第二次级线圈57c中感应出交流电压。第二H桥电路56的开关元件S3至S6经受开关控制，使得由初级线圈57a感应出的交流电压被转换为直流电压，并且直流电压被供应到第一H桥电路70。通过来自控制电路66的控制信号使第一H桥电路70的开关元件S12至S15经受开关控制，以便生成预定电压值和预定频率的交流电压。
通过第三H桥电路58的DC/DC转换和第二H桥电路56的整流，将来自高压电池B1的输出提高到300V至480V。通过第一H桥电路70的AC生成，第一H桥电路70将AC 100V输出到交流负载80。
另一方面，由第二次级线圈57c感应出的交流电压被整流器62转换为直流电压，并且其电压值由电压调整电路63来调整。此后，转换后的直流电压被供应到补充电池B2。补充输出是13V至14V。
控制电路66使用信号SG3的补充输出来实现反馈，并且使用用于生成AC的第一H桥电路70来调整AC输出电压(到交流负载80的输出电压)。
另外，控制电路66监测补充输出(到电池B2)和到交流负载80的输出两者，以便防止输出超过变压器57的额定值。
图9示出了从高压电池111开始的、用于交流负载116的典型供电系统(AC逆变器)的示例性配置。在图9中，供电系统按照从高压电池111到负载116的顺序，包括DC/DC转换H桥电路117、变压器118、整流H桥电路119、电容器120、AC生成H桥电路121以及线圈122、123。
当车辆未移动时(当车辆处于停止状态时)，使用图6所示的车载充电器，而当车辆正移动时使用图8所示的DC/DC转换器。即，尽管不会同时使用图6的车载充电器和图8的DC/DC转换器，但是这两个都是需要安装在车辆上的设备。因此，需要在车辆中预备用于放置这些设备的空间，并且增加了车辆的重量。另外，增加了成本。另外，如图9所示，使用高压电池111需要AC逆变器，以使用交流负载(商用电源驱动的设备)116。
与图6和图9相比，本实施例提供了图5所示的电路配置，使得充电器30除了到高压电池B1的输出之外，还具有到补充电池B2的输出。另外，图6的电力因子校正电路104的整流二极管被图5的第一H桥电路70中的MOSFET取代。此外，与图6所示的用于到高压电池111的输出的整流H桥电路108相比，图5的第三H桥电路58的二极管被MOSFET取代，以便允许双向化。
在高压电池B1的充电期间，控制电路66从来自交流电源67的输入向高压电池B1和补充电池B2输出电力。当车辆正移动时，控制电路66将来自高压电池B1的电力输出到补充电池B2。此外，当车辆停止并且需要从高压电池B1到交流负载80的电力供应时，控制电路66将电力从高压电池B1输出到交流负载80。
除了以上优点(1)、(2)和(3)之外，上述实施例还具有以下优点。
(4)用作第三控制部的控制电路66将来自高压电池B1的交流电输出到交流负载80(67)，并且同时将电力供应到补充电池B2。换言之，控制电路66还包括第三控制部。根据该配置，控制电路66能够同时将来自高压电池B1的交流电输出到交流负载80，并且将来自高压电池B1的电力供应到低压补充电池B2。
(5)用作第四控制部的控制电路66在实现对到交流负载80的输出的反馈的同时控制第三H桥电路58，从而在变压器57的初级线圈57a侧使用第二H桥电路56和第一H桥电路54生成交流电，并且将交流电压从高压电池B1输出到交流负载80(商用电源67)。换言之，控制电路66还包括第四控制部。同时，控制电路66将电力从高压电池B1供应到第二次级线圈57c侧的补充电池B2。即，控制电路66使用第三H桥电路58实现DC/DC转换，从而在变压器57的初级线圈57a侧使用第二H桥电路56实现整流以及使用第一H桥电路54生成交流电，并且从高压电池B1输出交流电压。同时，控制电路66使用高压电池B1的输出，将电力供应到变压器57的第二次级线圈57c侧的补充电池B2。此时，在实现对到补充电池B2的输出的反馈的同时，控制电路66使用第三H桥电路58实现DC/DC转换，使用第二H桥电路实现整流，以及使用第一H桥电路54实现交流电的生成。
由于实现了对交流电压的输出的反馈，因此控制电路66可以在将交流电输出到交流负载80的同时，将电力供应到补充电池B2。换言之，控制电路66能够输出交流电压，以及将来自高压电池B1的电力供应到补充电池B2。因此，根据本实施例，可以集成充电器、DC/DC转换器以及AC逆变器，并且促进了小型化和成本的降低。
(6)在以上优点(5)中，用作第五控制部的控制电路66通过使用第三H桥电路58、第二H桥电路56以及第一H桥电路54生成交流电而将交流电压输出到交流负载80，同时实现对到补充电池B2的输出的反馈。同时，控制电路66使用高压电池B1将电力供应到第二次级线圈57c侧的补充电池B2。因此，通过实现对到补充电池B2的电力供应和交流输出两者的反馈，控制电路66防止超过变压器57的额定值。换言之，控制电路66具有第五控制部。
作为变型，如果到辅助设备(电池B2)的输出的电力量在来自高压电池B1的AC输出时(在到交流负载80的输出时)小，则控制电路66可使用AC输出(到交流负载80的输出)实现反馈控制。即，在实现对交流电压的输出的反馈的同时，控制电路66可使用第三H桥电路58实现DC/DC转换，使用第二H桥电路实现整流，以及使用第一H桥电路54实现交流电的生成。
本发明不限于所示出的实施例，而是可在以下变型中实施。
开关元件可由IGBT取代MOSFET而形成。
图1示出了高压电池B1的电压被升压转换器21增大并且被供应到逆变器22的系统配置。替代地，可从系统省略升压转换器21，并且高压电池B1和逆变器22可经由高压线LH彼此直接连接，以将高压电池B1的电压供应到逆变器22。
电源设备10不限于用于车辆。例如，电源设备10可用作工厂、办公室以及家用电器的电源设备，其在夜间使用非高峰电力对电池B1进行充电，而在白天期间使用所充的电力。
所示出的实施例可应用于具有多个第一电池B1的电源设备。即，所示出的实施例可以应用于具有至少一个第一电池的电源设备。
所示出的实施例可应用于具有多个第二电池B2的电源设备。即，所示出的实施例可以应用于具有至少一个第二电池的电源设备，其中第二电池的电压低于第一电池的电压。
可以使用任意变压器，只要其包括至少一个连接到第一电池B1的第一次级线圈和至少一个连接到第二电池B2的第二次级线圈即可。

Claims (14)

1.一种电源设备，包括：
至少一个第一电池；
至少一个第二电池，所述第二电池的电压低于所述第一电池的电压；
变压器，具有连接到交流电源的初级线圈、至少一个连接到所述第一电池的第一次级线圈以及至少一个连接到所述第二电池的第二次级线圈；
第一电力转换电路，位于所述变压器的所述初级线圈与所述交流电源之间；
第二电力转换电路，位于所述变压器的所述初级线圈与所述第一电力转换电路之间；
第三电力转换电路，位于所述第一次级线圈与所述第一电池之间；
整流电路，位于所述第二次级线圈与所述第二电池之间；
电压调整电路，位于所述整流电路与所述第二电池之间；以及
控制部，使用所述交流电源对所述第一电池进行充电，以及同时将电力供应到所述第二电池。
2.根据权利要求1所述的电源设备，其中：
所述控制部包括第一控制部，以及
通过在实现对到所述第一电池的输出的反馈的同时在所述初级线圈侧控制所述第一电力转换电路和所述第二电力转换电路，以及通过在所述第一次级线圈侧控制所述第三电力转换电路，所述第一控制部利用所述交流电源对所述第一电池进行充电，以及同时，所述第一控制部在通过所述电压调整电路调整所述第二电池的输出电压的同时在所述第二次级线圈侧将电力从所述交流电源供应到所述第二电池。
3.根据权利要求1所述的电源设备，其中：
所述控制部包括第二控制部，以及
所述第二控制部通过在实现对到所述第二电池的输出的反馈的同时在所述第一次级线圈侧控制所述第三电力转换电路，将电力从所述第一电池供应到所述第二电池。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电源设备，其中：
所述控制部包括第三控制部，以及
所述第三控制部将交流电从所述第一电池输出到所述交流电源侧，并且同时将电力供应到所述第二电池。
5.根据权利要求4所述的电源设备，其中：
所述控制部包括第四控制部，以及
通过在实现对来自所述交流电源的输出的反馈的同时控制所述第三电力转换电路，所述第四控制部在所述变压器的所述初级线圈侧使用所述第二电力转换电路和所述第一电力转换电路生成交流电，并且将交流电压从所述第一电池输出到所述交流电源侧，并且同时，所述第四控制部在所述第二次级线圈侧将电力供应到所述第二电池。
6.根据权利要求5所述的电源设备，其中：
所述控制部还包括第五控制部，所述第五控制部实现对到所述第二电池的输出的反馈。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电源设备，其中，所述电源设备被设计用于安装在车辆上。
8.根据权利要求7所述的电源设备，其中，所述第二电池是补充电池。
9.一种用于车辆的电源设备，所述设备包括：
至少一个第一电池；
至少一个第二电池，其中所述第二电池的电压低于所述第一电池的电压，其中，至少在充电期间被激活的设备连接到所述第二电池；
经由线路连接到所述第一电池的控制电路，所述控制电路控制负载；
设置在所述线路上的系统主继电器；以及
充电器，连接到在所述系统主继电器与所述第一电池之间的所述线路的部分，所述充电器能够使用外部交流电源对所述第一电池进行充电，
其中，所述充电器包括：
变压器，具有连接到交流电源的初级线圈、至少一个连接到所述第一电池的第一次级线圈、以及至少一个连接到所述第二电池的第二次级线圈；
第一电力转换电路，位于所述变压器的所述初级线圈与所述交流电源之间；
第二电力转换电路，位于所述变压器的所述初级线圈与所述第一电力转换电路之间；
第三电力转换电路，位于所述第一次级线圈与所述第一电池之间；
整流电路，位于所述第二次级线圈与所述第二电池之间；
电压调整电路，位于所述整流电路与所述第二电池之间；以及
控制部，在所述系统主继电器开路的状态下，所述控制部使用所述交流电源对所述第一电池进行充电，并且同时将电力供应到所述第二电池。
10.根据权利要求9所述的用于车辆的电源设备，其中：
所述控制部包括第一控制部，以及
所述第一控制部通过在实现对到所述第一电池的输出的反馈的同时在所述初级线圈侧控制所述第一电力转换电路和所述第二电力转换电路，以及通过在所述第一次级线圈侧控制所述第三电力转换电路，所述第一控制部使用所述交流电源对所述第一电池进行充电，以及同时，所述第一控制部在通过所述电压调整电路调整所述第二电池的输出电压的同时在所述第二次级线圈侧将电力从所述交流电源供应到所述第二电池。
11.根据权利要求9所述的用于车辆的电源设备，其中：
所述控制部包括第二控制部，以及
所述第二控制部通过在实现对到所述第二电池的输出的反馈的同时在所述第一次级线圈侧控制所述第三电力转换电路，将电力从所述第一电池供应到所述第二电池，。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的用于车辆的电源设备，其中：
所述控制部包括第三控制部，以及
所述第三控制部将交流电从所述第一电池输出到所述交流电源侧，并且同时将电力供应到所述第二电池。
13.根据权利要求12所述的用于车辆的电源设备，其中：
所述控制部包括第四控制部，以及
通过在实现对来自所述交流电源的输出的反馈的同时控制所述第三电力转换电路，所述第四控制部在所述变压器的所述初级线圈侧使用所述第二电力转换电路和所述第一电力转换电路生成交流电，并且将交流电压从所述第一电池输出到所述交流电源侧，以及同时，所述第四控制部在所述第二次级线圈侧将电力供应到所述第二电池。
14.根据权利要求13所述的用于车辆的电源设备，其中，所述控制部还还包括第五控制部，所述第五控制部实现对到所述第二电池的输出的反馈。
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