CN103166278B - 再充电系统和方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的示例性实施方式的充电装置可包括：适于并配置成储存DC电压的电池、适于并配置成作为电动机或发电机操作的第一和第二电动机、适于并配置成操作第一和第二电动机的第一和第二逆变器、适于并配置成升高电池的DC电压以将其供应至第一和第二逆变器并且升高逆变器的DC电压以将其供应至电池的变压器、以及适于并配置成根据经由第一和第二电动机的中性点输入的电压和电池的电压将第一和第二逆变器作为升压器操作或将变压器作为降压器操作的充电控制器。

Description

再充电系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年12月9日在韩国知识产权局提交的第10-2011-0132254号韩国专利申请的优先权和利益，其全部内容并入本文以供参考。
技术领域
本发明涉及充电装置和方法。更具体地，本发明涉及用于使用外部商用电源的环境友好型车辆的充电装置和方法，该外部商用电源经由环境友好型车辆内形成的电网插入以对电池充电。
背景技术
包括电动车的环境友好型车辆是对燃料消耗和排气稳定提供改善的插入式电动车，其包括高电压/高电流电网。
环境友好型车辆使用插入式方法，其使用外部商用电力对电池充电。
在环境友好型车辆中设置车载充电器，其整流外部商用电力以通过插入式充电提供缓慢充电。
布置在环境友好型车辆内的车载充电器包括高电压开关、感应器、电容器、绝缘型变压器、和冷却系统，且需要对它们进行封装。
此外，用于车载充电器的各个部件昂贵且较重，导致整体成本的增加和燃料效率的下降。
特别地，充电器
的价格与具有大约十倍电容的操作逆变器的价格相似，增加了环境
友好型车辆的成本，且减弱了其成本竞争力。
上述在该背景技术部分公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能含有不构成在该国本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于提供一种环境友好型车辆的充电装置，其具有使用经由插头供应的商用电力且使用车辆内电网而无需环境友好型车辆中独立充电器的优势。
此外，本发明具有根据输入电压和电池电压的状态通过操作变压器或逆变器来使变压器和逆变器的切换损耗最小化的优势。
此外，本发明具有通过在逆变器和变压器的升压控制中增加功率因数校正(PFC)来提供充电效率的优势。
根据本发明的示例性实施方式的充电装置可以包括：适于并配置成储存DC电压的电池、作为电动机或发电机操作的第一和第二电动机、适于并配置成操作第一和第二电动机的第一和第二逆变器、适于并配置成升高电池的DC电压以将其供应至第一和第二逆变器并且升高逆变器的DC电压以将其供应至电池的变压器、和适于并配置成根据经由第一和第二电动机的中性点输入的电压和电池电压将第一和第二逆变器作为升压器操作或将变压器作为降压器(buck booster)操作的充电控制器。
如果经由第一和第二电动机的中性点输入的电压超过电池电压，充电控制器控制第一和第二逆变器使其被关闭并且控制变压器使其成为降压器。
当第一和第二逆变器关闭时，充电控制器将经由第一和第二电动机的中性点输入的电压旁路到变压器。
如果电池电压超过经由第一和第二电动机的中性点输入的电压，充电控制器根据中性点的输入电压切换第一和第二逆变器，以使第一和第二逆变器为升压器并且持续地接通变压器的上部开关元件。
如果第一和第二电动机的中性点的输入电压超过电池电压，充电控制器进行控制，使得变压器升高电压并执行DC电压变换以对电池充电。
如果经由第一和第二电动机的中性点输入的输入电压小于电池电压，充电控制器仅使用第一和第二逆变器来执行电压升高和DC电压变换，以使经升高和DC变换的电压供应至电池作为充电电压。
如果确定电池充电完全，充电控制器切断输入到第一和第二电动机的中性点的电压。
如果电池电压超过第一和第二电动机的中性点的输入电压且输入电压的相位具有正值(Vin＞0)，则充电控制器将第一逆变器作为升压器操作。
如果电池电压超过第一和第二电动机的中性点的输入电压且输入电压的相位具有负值(Vin＜0)，则充电控制器将第二逆变器作为升压器操作。
根据本发明的示例性实施方式的充电方法可包括：检测充电插头的连接，如果检测到充电插头的连接则检测经由第一和第二电动机的中性点输入的电压和电池电压，以及通过取决于经由第一和第二电动机的中性点输入的电压与电池电压之间的关系而将第一和第二逆变器作为升压器操作或将变压器作为降压器操作来对电池充电。
如果经由第一和第二电动机的中性点输入的电压超过电池电压，可仅通过变压器升高输入电压以对电池充电。
如果经由第一和第二电动机的中性点输入的电压小于电池电压，可仅通过第一和第二逆变器升高输入电压以对电池充电。
如果经由第一和第二电动机的中性点输入的电压超过电池电压，第一和第二逆变器可保持关闭状态并且将经由第一和第二电动机的中性点输入的电压旁路到变压器。
如果经由第一和第二电动机的中性点输入的电压小于电池电压，可以取决于输入电压的相位切换第一和第二逆变器，以使第一和第二逆变器作为升压器操作，并且控制变压器的上部开关元件使其被持续接通。
在经由第一和第二电动机的中性点输入的电压小于电池电压的条件下，如果输入电压的相位是正值(Vin＞0)，可以将第一逆变器作为升压器操作，并且如果输入电压的相位是负值(Vin＜0)，可以将第二逆变器作为升压器操作。
根据本发明的示例性实施方式的充电方法可包括：检测充电插头的连接，如果检测到充电插头的连接则检测经由第一和第二电动机输入的电压和电池电压，如果经由第一和第二电动机的中性点输入的电压超过电池电压则通过经由变压器升高输入电压来对电池充电，以及如果经由第一和第二电动机的中性点输入的电压小于电池电压则通过取决于输入电压而经由第一和第二逆变器升高输入电压来对电池充电。
第一和第二逆变器可以保持在关闭状态，使得当通过变压器升高输入电压时不发生切换损耗。
当第一和第二逆变器升高输入电压时，变压器的上部开关元件可以被控制为持续接通，使得不发生变压器的切换损耗。
当经由第一和第二电动机的中性点输入的电压小于电池电压时，如果输入电压的相位是正值(Vin＞0)，可以控制第一逆变器来升高输入电压，并且如果输入电压的相位是负值(Vin＜0)，可以控制第二逆变器来升高输入电压。
根据本发明的示例性实施方式的充电方法可包括：检测充电插头的连接，如果检测到充电插头的连接则检测经由第一和第二电动机的中性点输入的电压和电池电压，通过取决于经由第一和第二电动机的中性点输入的电压的相位而将第一逆变器或第二逆变器作为升压器操作来升高输入电压，以及通过取决于经由第一和第二电动机的中性点输入的电压与电池电压之间的关系而将变压器作为降压器操作或保持其关闭状态来对电池充电。
如果经由第一和第二电动机的中性点输入的电压是正值(Vin＞0)，可以将第一逆变器作为升压器操作，并且如果输入电压的相位是负值(Vin＜0)，可以将第二逆变器作为升压器操作。
如果经由第一和第二电动机的中性点输入的电压超过电池电压，可以控制变压器为降压器，使得通过第一逆变器或第二逆变器升高的输入电压得到抑制以对电池充电。
如果经由第一和第二电动机的中性点输入的电压小于电池电压，可以关闭变压器并且通过第一逆变器或第二逆变器升高的电压可以对电池充电。
如果经由第一和第二电动机的中性点输入的电压小于电池电压，变压器可以将通过第一逆变器或第二逆变器升高的电压旁路到电池，以便对电池充电。
根据本发明的示例性实施方式的充电方法可包括：如果检测到充电插头的连接则检测经由第一和第二电动机的中性点输入的电压和电池电压，如果经由第一和第二电动机的中性点输入的电压的相位是正值(Vin＞0)则将第一逆变器作为升压器操作并且如果电压的相位是负值(Vin＜0)则将第二逆变器作为升压器操作以升高电压，如果经由第一和第二电动机的中性点输入的电压超过电池电压则将变压器作为降压器操作使得通过第一逆变器或第二逆变器升高的输入电压得到抑制以对电池充电，以及如果经由第一和第二电动机的中性点输入的电压小于电池电压则关闭变压器以使通过第一逆变器或第二逆变器升高的电压对电池充电。
根据本发明的示例性实施方式的充电装置可包括：适于并配置成储存DC电压的电池、适于并配置成作为电动机或发电机操作的第一和第二电动机、适于并配置成操作电动机并升高供应至插头的电压的逆变器、适于并配置成整流经由插头供应的AC电压以将其供应至电动机的中性点的整流器、适于并配置成升高电池的DC电压以将其供应至逆变器并且供应通过逆变器升高的电压供应至电池作为充电电压或者抑制该电压以将其供应至电池作为充电电压的变压器、以及适于并配置成取决于经由插头输入到电动机的中性点的电压和电池电压将逆变器作为升压器操作或将变压器作为降压器操作以向电池供应充电电压的充电控制器。
充电装置还可包括开关，如果检测到电池充电完成，该开关根据充电控制器的控制信号切断经由插头供应至整流器的商用电压。
如果经由电动机的中性点输入的电压超过电池电压，充电控制器可以关闭逆变器以将输入电压旁路至变压器，并且可以将变压器作为降压器操作以抑制输入电压。
如果经由电动机的中性点输入的电压小于电池电压，充电控制器可以将逆变器作为升压器操作以升高输入电压并且可以持续地接通变压器的上侧功率开关元件，以使通过逆变器升高的电压供应至电池以对其充电。
根据本发明的示例性实施方式的充电方法可包括：当充电插头被连接时检测电池电压和通过整流器变换为DC从而经由电动机的中性点输入的输入电压，控制逆变器使其被关闭，如果输入电压超过电池电压则将变压器作为降压器操作以抑制输入电压并且将经抑制的电压供应至电池以对其充电，如果输入电压小于电池电压则通过将逆变器作为升压器操作来升高输入电压并且持续地接通变压器的上侧功率开关元件以对电池供应升高的电压作为充电电压，以及如果充电完成则阻止商用电压传送到中性点。
根据本发明的示例性实施方式的充电方法可包括：当充电插头被连接时检测电池电压和通过整流器变换为DC电压以经由电动机的中性点输入的输入电压，通过将逆变器作为升压器操作来升高输入电压，如果通过将输入电压与电池电压进行比较而确定输入电压超过电池电压则将变压器作为降压器操作以抑制通过逆变器升高的输入电压并且将经抑制的电压供应至电池以对其充电，如果输入电压小于电池电压则关闭变压器以将升高的电压供应至电池作为充电电压，以及如果充电完成则阻止商用电压传送至中性点。
在根据本发明的环境友好型车辆中，其中布置的电网使用商用电力来对电池充电，因此不需要车载充电器，减少了成本和重量，改善了燃料消耗效率，并且改善了的车辆空间使用效率。
此外，本发明根据输入电压与电池电压之间的关系控制变压器和逆变器的操作，以使切换损耗最小化并改善输入电压的功率因数，因此改善了充电效率。
定义
本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种(a、an和the)”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
附图说明
图1示意性地示出根据本发明的第一示例性实施方式的环境友好型车辆的充电装置。
图2是示意性地示出根据本发明的第一示例性实施方式的环境友好型车辆的充电装置中的第一充电过程的流程图。
图3是示意性地示出根据本发明的第一示例性实施方式的环境友好型车辆的充电装置中的第二充电过程的流程图。
图4示意性地示出根据本发明的第二示例性实施方式的环境友好型车辆的充电装置。
图5是示意性地示出根据本发明的第二示例性实施方式的环境友好型车辆的充电装置中的第一充电过程的流程图。
图6是示意性地示出根据本发明的第二示例性实施方式的环境友好型车辆的充电装置中的第二充电过程的流程图。
为了读者的方便，提供下列附图标记：
101、102：第一和第二电动机
103、104：第一和第二逆变器
105、403：变压器
106、404：电池
200、500：充电控制器
300、600：商用电力
405：继电器
407：整流器
示例性实施方式
在下文中，将参考附图更全面地说明本发明，其中示出了本发明的示例性实施方式。
如本领域技术人员所理解的，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，所说明的实施方式可以以各种不同的方式更改。
为了阐明本发明，将省略与说明书无关的部件，且贯穿说明书使用相同的附图标记指代相同的元件或等同物。
此外，在附图中任意示出各个元件的大小和厚度，但是本发明并不必然地局限于此，并且在附图中，为了清楚起见，夸大了层、膜、板、区域等的厚度。
图1示意性地示出根据本发明的第一示例性实施方式的环境友好型车辆的充电装置。
图1示出应用两个电动机的环境友好型车辆的充电装置。
参考图1，本发明的第一示例性实施方式包括第一电动机101、第二电动机102、第一逆变器103、第二逆变器104、变压器105、电池106、和充电控制器200。
第一电动机101是三相AC电动机，对其进行操作以起动发动机(未示出)，并且当发动机运转时将第一电动机101作为发电机操作。
第一电动机101是通过经由第一逆变器103供应的三相AC电压操作的，并且经由发动机的扭矩产生AC电压以输出到第一逆变器103。
第二电动机102是转动车辆车轮的三相AC电动机，并且经由从第二逆变器104供应的三相AC电压产生驱动扭矩。
此外，当车辆处于再生制动状态时，将第二电动机102作为发电机操作，以向第二逆变器104产生三相AC电压。
第一电动机101包括作为定子线圈的Y接线型三相线圈，其中形成三相线圈的U、V、W相线圈的一侧连接以形成中性点N1，并且其另一侧连接到与第一逆变器103相应的臂。
第一电动机101的中性点N1与从外部输入的商用电力300连接。
第二电动机102包括作为定子线圈的Y接线型三相线圈，其中U、V、W相线圈的一侧连接以形成中性点N2，并且其另一侧连接到与第二逆变器104相应的臂。
第二电动机102的中性点N2与从外部输入的商用电力300连接。
根据从充电控制器200供应的PWM控制信号，第一逆变器103将经由变压器105供应的电池106的DC电压变换为三相AC电压，以将其供应至第一电动机101作为驱动电压。
根据从充电控制器200供应的PWM控制信号，第二逆变器104将经由变压器105供应的电池106的DC电压变换为三相AC电压，以将其供应至第二电动机102作为驱动电压。
第一逆变器103包括功率开关元件，其布置在上侧和下侧以使其串联连接，且包括U相臂(Sau，Sau’)、V相臂(Sav，Sav’)和W相臂(Saw，Saw’)。
第二逆变器104包括功率开关元件，其布置在上侧和下侧以使其串联连接，且包括U相臂(Sbu，Sbu’)、V相臂(Sbv，Sbv’)和W相臂(Sbw，Sbw’)。
功率开关元件可以包括NPV型晶体管、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、和MOSFET之一。
如果经由插入式连接输入商用电力300，第一逆变器103和第二逆变器104根据从充电控制器200供应的PWM控制信号将经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2供应的电压升高或旁路，以将其供应至变压器105。
根据从充电控制器200供应的PWM控制信号，作为DC/DC变换器的变压器105将从电池106供应的DC电压升高或抑制到预定水平的电压，以将其输出到第一逆变器103或第二逆变器104。
此外，根据从充电控制器200供应的PWM控制信号，变压器105升高或抑制经由第一逆变器103和第二逆变器104供应的DC电压，以将其供应至电池106作为充电电压。
变压器105与电池106的两端连接，且包括与DC链电容器(Cdc)串联连接的第一功率开关元件S1和第二功率开关元件S2以及对电池106的两端之间的电压变化进行滤波的滤波电容器(Cbc)。
如果根据从充电控制器200供应的控制信号供应至第一电动机101的中性点N1和第二电动机M2的中性点的外部商用电力300可以经由第一逆变器103和第二逆变器104在形成有循环路径的DC链电容器(Vdc)内充电，则变压器105通过切换第一功率开关元件S1和第二功率开关元件S2来对电池106充电。
电池106可包括镍氢电池、锂离子可再充电电池、和大容量电容器中的至少一种作为DC电源，以储存用于操作环境友好型车辆的高电压。
此外，可以通过外部商用电力300对电池106充电，通过变压器105对该外部商用电力300进行升压或降压。
可以通过插入式连接或连接器连接对商用电力300进行连接。
理想的是，商用电力300是AC电力，但是在本发明中DC电力可用作电力300。
如果通过插入式连接对商用电力300进行连接，充电控制器200检测经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2输入的AC电压(Vin)、形成有循环回路的DC链电容器(Cdc)的电压(Vdc)、电池106的电压(Vbatt)、与电池106的两端连接的滤波电容器(Cbc)的电压(Vbc)、和感应器的电流(IL)，以确定充电模式。
充电控制器200根据确定的充电模式确定充电控制值且使用PWM控制信号来切换第一逆变器103、第二逆变器104、和变压器105，以对电池106充电。
充电控制器200将经由商用电力300输入的输入电压(Vin)与电池106的电压(Vbatt)进行比较，并且如果确定输入电压(Vin)超过电池106的电压(Vbatt)，该充电控制器200控制变压器105的切换以将其作为降压器操作。
因此，通过作为降压器操作的变压器105的切换将DC链电容器(Cdc)的电压抑制到预定恒定电压，并且将经抑制的电压供应至电池106以对其充电。
此时，充电控制器200关闭第一逆变器103和第二逆变器104的切换，以防止第一逆变器103和第二逆变器104的不必要的切换损耗。
此外，充电控制器200将输入的商用电力300的输入电压(Vin)与电池106的电压(Vbatt)进行比较，并且如果电池106的电压超过输入电压(Vin)，充电控制器200操作作为升压器的第一逆变器103和第二逆变器104的切换，以将输入电压(Vin)变换为DC电压并且同时将其升高到恒定电压，以使其储存在变压器105的DC链电容器(Cdc)内。
在这个过程中，如果经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2输入的AC电压(Vin)的相位是正值(Vin＞0)，充电控制器200经由形成第一逆变器103的功率开关元件的上侧U相臂(Sau)、V相臂(Sav)、和W相臂(Saw)导电并关断形成第二逆变器104的功率开关元件。
因此，形成商用电力300到第一电动机101的中性点N1，到第一逆变器103的上侧臂，到变压器105的DC链电容器(Cdc)，到形成在第二逆变器104的下侧臂的续流二极管，到第二电动机102的中性点，到商用电力300的循环回路。
在这个过程中，通过第一逆变器103的上侧U相臂(Sau)、V相臂(Sav)和W相臂(Saw)的切换操作，将经由第一电动机101的中性点N1输入的AC电压(Vin)变换为DC电压，并且同时升高至预定恒定电压，以储存在变压器105中的DC链电容器(Cdc)内。
此外，如果经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2输入的AC电压(Vin)的相位是负值(Vin＜0)，充电控制器200经由形成第二逆变器104的功率开关元件的上侧U相臂(Sbu)、V相臂(Sbv)和W相臂(Sbw)导电并且持续地关断形成第一逆变器103的功率开关元件。
因此，形成商用电力300到第二电动机102的中性点N2，到第二逆变器104的上侧臂，到变压器105的DC链电容器(Cdc)，到形成在第一逆变器103的下侧臂的续流二极管，到第一电动机101的中性点，到商用电力300的循环回路。
在这个过程中，通过作为升压器操作的第二逆变器104的上侧U相臂(Sbu)、V相臂(Sbv)和W相臂(Sbw)的切换操作，将经由第二电动机102的中性点N2输入的AC电压(Vin)变换为DC电压且同时升高到预定恒定电压，以储存在变压器105的DC链电容器(Cdc)内。
当电池106的电压超过输入电压(Vin)且第一逆变器103和第二逆变器104作为升压器操作时，充电控制器200仅接通变压器105的上侧功率开关元件S1，使得通过第一逆变器103和第二逆变器104升高的电压供应至电池106以对其充电。
此外，充电控制器200根据输入电压(Vin)的相位将第一逆变器103或第二逆变器104作为升压器操作以升高输入电压(Vin)，并且如果输入电压(Vin)超过电池106电压(Vbatt)，控制器200将变压器105作为降压器操作，使得通过第一逆变器103或第二逆变器104升高的输入电压(Vin)得到抑制以对电池106充电。
此外，充电控制器200根据输入电压(Vin)的相位将第一逆变器103或第二逆变器104作为升压器操作以升高输入电压(Vin)，并且如果电池106电压(Vbatt)超过输入电压(Vin)，充电控制器200关闭变压器105以使通过第一逆变器103或第二逆变器104升高的输入电压(Vin)供应至电池106作为充电电压。
根据以上过程，充电控制器200使用商用电力300来对电池106充电，并且如果电池106充电完成，关闭继电器107以切断商用电力300，以使电池106不过度充电。
图2是示意性地示出根据本发明的第一示例性实施方式的环境友好型车辆的充电装置中的第一充电过程的流程图。
参考图2，根据本发明的环境友好型车辆准备(stand by)(S101)，并且充电控制器200检测充电插头是否与外部商用电力300连接(S102)。
如果在步骤S102中检测到充电插头，在步骤S103中进入充电模式，并且在步骤S104中充电控制器200检测电池106电压(Vbatt)以及经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2输入的商用电力300的输入电压(Vin)。
而且，在步骤S105中充电控制器200将步骤S104中检测到的电池106电压(Vbatt)与输入电压(Vin)进行比较，并确定经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2输入的输入电压(Vxin)是否超过电池106电压(Vbatt)。
如果在步骤S105中经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2输入的输入电压(Vin)超过电池106电压(Vbatt)，在步骤S106中充电控制器200关闭第一逆变器103和第二逆变器104，以使输入电压(Vin)绕道。
也就是，控制第一逆变器103和第二逆变器104使其被关闭，并且在输入高电压的条件下不发生用于升高电压的没有必要的切换操作，以节省切换损耗。
在这个过程中，在步骤S107中充电控制器200控制形成变压器105的上侧功率开关元件S1和下侧功率开关元件S2作为降压器操作，以使经由第一逆变器103和第二逆变器104输入的输入电压(Vin)抑制到预定电压，以在步骤S113将其供应至电池106作为充电电压。
如果在步骤S105中确定电池106电压(Vbatt)超过经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2输入的输入电压(Vin)，在步骤S108中充电控制器200确定输入电压(Vin)的相位是否为正值(Vin＞0)。
如果在步骤S108中经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2输入的输入电压(Vin)的相位具有正值(Vin＞0)，在步骤S109中充电控制器200通过PWM控制信号切换第一逆变器103，以将经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2输入的输入电压(Vin)变换为DC电压并同时执行升压器功能，以使其升高到预定水平。
例如，充电控制器200经由形成第一逆变器103的功率开关元件的上侧U相臂(Sau)、V相臂(Sav)和W相臂(Saw)导电，并关断形成第二逆变器104的功率开关元件。
因此，形成商用电力300到第一电动机101的中性点N1，到第一逆变器103的上侧臂，到变压器105的DC链电容器(Cdc)，到形成在第二逆变器104的下侧臂的续流二极管，到第二电动机102的中性点N2，到商用电力300的循环回路。
在这个过程中，在步骤S111中，通过作为升压器操作的第一逆变器103的上侧U相臂(Sau)、V相臂(Sav)和W相臂(Saw)的切换操作，经由第一电动机101的中性点N1输入的AC电压(Vin)变换为DC电压，并且同时升高到预定电压并供应至变压器105。
如果在步骤S108中经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2输入的输入电压(Vin)的相位具有负值(Vin＜0)，在步骤S110中充电控制器200通过PWM控制信号切换第二逆变器104，以将经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2输入的输入电压(Vin)变换为DC电压，并且同时执行升压器功能，以将其升高到预定水平。
例如，充电控制器200经由形成第二逆变器104的功率开关元件的上侧U相臂(Sbu)、V相臂(Sbv)和W相臂(Sbw)导电，并保持形成第一逆变器103的功率开关元件的关断状态。
因此，形成商用电力300到第二电动机102的中性点N2，到第二逆变器104的上侧臂，到变压器105的DC链电容器(Cdc)，到形成在第一逆变器103的下侧臂的续流二极管，到第一电动机101的中性点N1，到商用电力300的循环回路。
在这个过程中，通过第二逆变器104的上侧U相臂(Sbu)、V相臂(Sbv)和W相臂(Sbw)的切换操作，将经由第二电动机102的中性点N2输入的AC电压(Vin)变换为DC电压，并且同时升高到预定恒定电压以供应至变压器105(S111)。
此外，充电控制器200将经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机M2的中性点N2输入的AC电压变换为DC电压，同时升高DC电压以将其供应至变压器105，并且持续地接通变压器105的上侧功率开关元件S1(S112)。
因此，通过第一逆变器103和第二逆变器104升高的电压被供应至电池106以对电池106充电(S113)。
在此时，第一逆变器103和第二逆变器104的没有必要的切换操作不会发生在变压器105上，因此不形成切换损耗。
循着以上过程，充电控制器200使用外部商用电力300来对电池106充电，并且如果确定电池106充电完成(S114)，关闭继电器107以切断商用电力300以便不对电池106过度充电并且充电过程结束(S115)。
图3是示意性地示出根据本发明的第一示例性实施方式的环境友好型车辆的充电装置中的第二充电过程的流程图。
参考图3，在环境友好型车辆等待电池106充电的准备模式中(S201)，充电控制器200确定连接商用电力300的充电插头是否插入(S202)。
在步骤S202中，如果确定充电插头被连接，充电控制器200进入充电模式(S203)并检测经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2输入的商用电力300的输入电压(Vin)以及电池106的电压(Vbatt)(S204)。
之后，充电控制器200确定经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2输入的输入电压(Vin)的相位是否具有正值(Vin＞0)(S205)。
在步骤S205中，如果经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2输入的输入电压(Vin)的相位具有正值(Vin＞0)，充电控制器200使用PWM控制信号来执行第一逆变器103的切换，以使经由第一电动机101的中性点N1输入的输入电压(Vin)变换为DC电压并且同时升高到预定水平(S206)。
例如，充电控制器200经由形成第一逆变器103的功率开关元件的上侧U相臂(Sau)、V相臂(Sav)和W相臂(Saw)导电，并保持形成第二逆变器104的功率开关元件的关断状态。
因此，形成商用电力300到第一电动机101的中性点N1，到第一逆变器103的上侧臂，到变压器105的DC链电容器(Cdc)，到形成在第二逆变器104的下侧臂的续流二极管，到第二电动机102的中性点N2，到商用电力300的循环回路。
在这个过程中，通过作为升压器操作的第一逆变器103的上侧U相臂(Sau)、V相臂(Sav)和W相臂(Saw)的切换操作，将经由第一电动机101的中性点N1输入的AC电压(Vin)变换为DC电压，并且同时升高到预定统一电压，以供应至形成在变压器105中的DC链电容器(Cdc)(S208)。
在步骤S205中，如果经由第一电动机101的中性点N1和第二电动机102的中性点N2输入的输入电压(Vin)的相位具有负值(Vin＜0)，充电控制器200使用PWM控制信号来操作第二逆变器104的切换，以将经由第二电动机102的中性点N2输入的输入电压(Vin)变换为DC电压并且同时将其升高到预定水平(S207)。
例如，充电控制器200经由形成第二逆变器104的功率开关元件的上侧U相臂(Sbu)、V相臂(Sbv)和W相臂(Sbw)导电，并保持形成第一逆变器103的功率开关元件的关断状态。
因此，形成商用电力300到第二电动机102的中性点N2，到第二逆变器104的上侧臂，到变压器105的DC链电容器(Cdc)，到形成在第一逆变器103的下侧臂的续流二极管，到第一电动机101的中性点N1，到商用电力300的循环回路。
在这个过程中，通过第二逆变器104的上侧U相臂(Sbu)、V相臂(Sbv)和W相臂(Sbw)的切换操作，将经由第二电动机102的中性点N2输入的AC电压(Vin)变换为DC电压，并且同时升高到预定恒定电压，以供应至形成在变压器105内的DC链电容器(Cdc)(S208)。
如上所述，在如下条件下，即通过第一逆变器103和第二逆变器104来升高输入电压(Vin)以储存在形成在变压器105内的DC链电容器(Cdc)中，充电控制器200确定输入电压(Vin)是否超过电池106的电压(Vbatt)(S209)。
在步骤S209中，如果确定输入电压(Vin)超过电池106的电压(Vbatt)，充电控制器200控制形成待作为降压器操作的变压器105的上侧功率开关元件S1和下侧功率开关元件S2的切换，并且充电控制器200将通过第一逆变器103和第二逆变器104升高的输入电压(Vin)抑制到预定电压(S210)，以将其供应至电池106作为充电电压(S212)。
也就是，因为通过第一逆变器103和第二逆变器104升高的输入电压(Vin)超过用于对电池106充电的额定电压，将该电压抑制到额定电压，以供应至电池106。
然而，在步骤S209中如果输入电压(Vin)小于电池106的电压(Vbatt)，通过第一逆变器103和第二逆变器104升高的输入电压(Vin)不超过用于对电池106充电的额定电压，因此充电控制器200保持变压器105处于关闭状态(S211)。
因此，通过第一逆变器103和第二逆变器104升高的输入电压(Vin)供应至电池106完整作为充电电压，并且不产生变压器105的切换损耗(S212)。
在可以通过商用电力300对电池106充电的条件下，充电控制器200确定电池106的充电是否完成(S213)。
如果在步骤S213中确定电池106充电完成，充电控制器200关闭继电器107以切断商用电力300的输入并结束充电操作，以使电池106不过度充电(S214)。
图4示意性地示出根据本发明的第二示例性实施方式的环境友好型车辆的充电装置。
图4是示出应用一个电动机的环境友好型车辆的充电装置的图。
参考图4，本发明的第二示例性实施方式包括电动机401、逆变器402、变压器403、电池404、继电器405、整流器406、和充电控制器500。
电动机401是用于转动车轮的三相AC型，且使用从逆变器402供应的三相AC电压来产生驱动扭矩。
而且，操作电动机401用于车辆的再生制动，以输出传递至逆变器402的三相AC电压。
电动机401包括作为定子线圈的Y接线型三相线圈，其中形成三相线圈的U、V、W相线圈的一侧连接以形成中性点N1，并且其另一侧连接到与逆变器402相应的臂。
电动机401的中性点N1与从外部输入的商用电力600连接。
根据从充电控制器500供应的PWM控制信号，逆变器402将经由变压器403供应的电池404的DC电压变换为三相AC电压，以将其供应至电动机401作为驱动电压。
如果经由插入式连接输入商用电力600，逆变器402根据从充电控制器500供应的PWM控制信号将经由电动机401的中性点N供应的电压升高或绕道，以将其供应至变压器403。
逆变器402包括布置在上侧和下侧以串联连接的功率开关元件，且包括U相臂(Sbu，Sbu’)、V相臂(Sbv，Sbv’)、和W相臂(Sbw，Sbw’)。
功率开关元件可包括NPN型晶体管、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、和MOSFET中的一种。
根据从充电控制器500供应的PWM控制信号，作为DC/DC变换器的变压器403将从电池404供应的DC电压升高或抑制到预定水平的电压，以将其输出至逆变器402。
而且，根据从充电控制器500供应的PWM控制信号，变压器403将经由逆变器402供应的DC电压升高或抑制，以将其供应至电池404作为充电电压。
变压器403与电池404的两端连接，且包括与DC链电容器(Cdc)串联连接的第一功率开关元件S1和第二功率开关元件S2以及对电池404两端之间的电压变化进行滤波的滤波电容器(Cbc)。
如果根据从充电控制器500供应的控制信号供应至电动机M的中性点N的外部商用电力600可以经由逆变器402在形成有循环路径的DC链电容器(Vdc)内充电，变压器403通过切换第一功率开关元件S1和第二功率开关元件S2对电池404充电。
电池404可以包括镍氢电池、锂离子可再充电电池、和大容量电容器中的至少一种作为DC电源，以储存用于操作环境友好型车辆的高电压。
而且，可以通过从变压器403供应的电力对电池404充电。
如果电池404的充电完成，通过从充电控制器500传送的控制信号切换继电器405以切断商用电力600的输入。
整流器406将AC型商用电力600变换为DC电压，以将其供应至电动机401的中性点(N)。
如果通过插头连接商用电力600，充电控制器500检测经由电动机401的中性点N输入的AC电压(Vin)、形成有循环回路的DC链电容器(Cdc)的电压(Vdc)、电池404的电压(Vbatt)、与电池404两端连接的滤波电容器(Cbc)的电压(Vbc)、和感应器的电流(IL)，以确定充电模式。
充电控制器500使用PWM控制信号以切换逆变器402和变压器403，以在充电模式中对电池404充电。
如果经由整流器406输入外部电压，充电控制器500比较输入电压(Vin)和电池404电压(Vbatt)，并且如果输入电压(Vin)超过电池404电压(Vbatt)则关闭逆变器402的切换。
因此，逆变器402将经由电动机401的中性点N输入的输入电压(Vin)绕道，以使电压储存在变压器403的DC链电容器(Cdc)中。
在这个过程中，充电控制器500控制变压器403的切换以将其作为降压器操作，以使储存在DC链电容器(Cdc)内的电压抑制到额定电压，以供应至电池404作为充电电压。
而且，充电控制器500将输入电压(Vin)与电池404电压(Vbatt)进行比较，并且如果电池404电压超过输入电压(Vin)，控制器500将逆变器402作为升压器操作以升高输入电压(Vin)并在变压器403的DC链电容器(Cdc)中储存升高的电压。
在这个过程中，充电控制器500持续接通变压器403的上侧功率开关元件S1，使得通过逆变器402升高的电压供应至电池404完整作为充电电压。
而且，如果经由插头输入通过整流器406整流的外部电压，充电控制器500将逆变器402作为升压器操作以升高输入电压(Vin)，并且升高的电压储存到变压器403的DC链电容器(Cdc)。
此外，充电控制器500将输入电压(Vin)与电池404电压(Vbatt)进行比较，并且如果输入电压(Vin)超过电池404电压(Vbatt)，控制器500控制变压器403的切换以将其作为降压器操作，使得储存在DC链电容器(Cdc)内的电压得到抑制，以供应至电池404作为充电电压。
而且，充电控制器500将输入电压(Vin)与电池404电压(Vbatt)进行比较，并且如果电池404电压超过输入电压(Vin)，充电控制器500保持变压器403的关闭状态，以使通过逆变器402升高的电压供应至电池404作为充电电压。
根据以上过程，充电控制器500使用外部商用电力600来对电池404充电，并且如果电池404充电完成，控制器500关闭继电器405以切断商用电力600的输入，使得电池404不过度充电。
可以通过插入式连接和连接器连接对商用电力600进行连接。
理想的是，商用电力600是AC电力，但是在本发明中DC电力可以用作电力600。
图5是示意性地示出根据本发明的第二示例性实施方式的环境友好型车辆的充电装置中的第一充电过程的流程图。
参考图5，根据本发明的环境友好型车辆准备(S301)，并且充电控制器500检测用于充电的插头是否与外部商用电力600连接(S302)。
如果在步骤S302中通过插头连接商用电力600，充电控制器500进入充电模式(S303)，并且检测电池404电压(Vbatt)和经由电动机401的中性点(N)输入且经由整流器406变换为DC电压的输入电压(Vin)。
此外，充电控制器500比较在步骤S304中检测到的输入电压(Vin)和电池404电压，并确定输入电压(Vin)是否大于电池404电压(Vbatt)(S305)。
如果在步骤S305中输入电压(Vin)超过电池404电压(Vbatt)，充电控制器500关闭逆变器402以使输入电压(Vin)旁路，使得电压储存在形成在变压器403内的DC链电容器(Cdc)中(S306)。
也就是，因为控制逆变器402处于关闭状态，不产生用于升高电压的切换操作且不形成切换损耗。
在这个过程中，充电控制器500控制形成变压器403的上侧功率开关元件S1和下侧功率开关元件S2的切换，以将其作为降压器操作(S307)，使得额定充电电压得到抑制，以供应至电池404作为充电电压(S311)。
如果在步骤S305中确定电池404电压(Vbatt)超过输入电压(Vin)，充电控制器500通过PWM控制信号切换逆变器402以作为升压器操作(S308)，使得输入电压(Vin)升高到额定充电电压(S309)。
在这个过程中，通过逆变器402升高的电压储存在变压器403内的DC链电容器(Cdc)中。
此外，充电控制器500控制变压器403的上侧功率开关元件S1使其被持续接通(S310)。
因此，通过逆变器402升高的电压供应至电池404作为充电电压(S311)。
在这个过程中，变压器402不产生用于升高或抑制电压的没有必要的切换操作并因此不发生切换损耗。
根据以上过程充电控制器500使用商用电力600来对电池404充电，并且如果电池404充电完成(S312)，继电器405关闭以切断商用电力600的输入，使得电池404不过度充电，然后充电结束(S313)。
图6是示意性地示出根据本发明的第一示例性实施方式的环境友好型车辆的充电装置中的第二充电过程的流程图。
参考图6，根据本发明的环境友好型车辆准备(S401)，并且充电控制器500检测用于充电的插头是否与外部商用电力600连接(S402)。
如果在步骤S402中检测到充电插头，充电控制器500进入充电模式(S403)并且检测电池404电压(Vbatt)和经由电动机401的中性点(N)输入且经由整流器406变换为DC电压的输入电压(Vin)(S404)。
接着，充电控制器500通过PWM控制信号切换逆变器402以使其作为升压器操作(S405)。
因此，逆变器402将通过整流器406变换为DC电压从而经由电动机401的中性点(N)输入的输入电压(Vin)升高至预定电压，并且在变压器403的DC链电容器(Cdc)中储存电压(S406)。
此外，充电控制器500比较在步骤S404中检测到的输入电压(Vin)和电池404电压并确定输入电压(Vin)是否超过电池404电压(Vbatt)(S407)。
如果在步骤S407中输入电压(Vin)超过电池404电压(Vbatt)，充电控制器500控制形成变压器403的上侧功率开关元件S1和下侧功率开关元件S2的切换，以将其作为降压器操作(S408)。
因此，变压器403将输入电压(Vin)抑制到电池404的额定充电电压(S408)，以将其供应至电池404作为充电电压(S410)。
如果在步骤S407中确定电池404电压(Vbatt)超过输入电压(Vin)，充电控制器500关闭变压器403的切换(S409)。
在这个过程中，通过变压器403的感应器和下侧开关S2的二极管，变压器403的输出电流自由变化方向(free-wheeled)。
如果输入电压(Vin)超过电池404电压(Vbatt)，这段时间通过逆变器升高的电压储存在DC链电容器(Cdc)中，以经由变压器403的降压器操作供应至电池404(S410)。
在这个过程中，当电池404电压(Vbatt)超过输入电压(Vin)时，变压器403不产生用于升高或抑制电压的没有必要的切换操作，且因此不发生切换损耗。
充电控制器500循着以上过程使用外部商用电力600来对电池404充电，并且如果确定电池404充电完成(S414)，关闭继电器405以切断商用电力600以便不对电池404过度充电，并且充电过程结束(S412)。
尽管本发明结合目前被认为是实用的示例性实施方式进行了描述，但应当理解本发明不限于所公开的实施方式。相反，本发明意在涵盖包括在随附权利要求的精神和范围内的各种变更和等同布置。
更进一步，本发明的控制逻辑可实施为含有通过处理器、控制器等执行的可执行程序指令的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括但不限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、优盘、智能卡和光学数据存储装置。还能够在网络耦合的计算机系统中分布计算机可读记录介质，使得例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)以分散的方式存储并且执行计算机可读介质。

Claims (19)

1.一种充电装置，包括：
电池，适于并配置成储存DC电压；
第一和第二电动机，适于并配置成作为电动机或发电机操作；
第一和第二逆变器，适于并配置成操作所述第一和第二电动机；
变压器，适于并配置成升高所述电池的DC电压以将其供应至所述第一和第二逆变器，并且升高所述逆变器的DC电压以将其供应至所述电池；以及
充电控制器，适于并配置成根据经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压以及电池电压，来将所述第一和第二逆变器作为升压器操作或将所述变压器作为降压器操作，
其中如果所述电池电压超过所述第一和第二电动机的中性点的输入电压并且所述输入电压的相位具有正值(Vin>0)，所述充电控制器将所述第一逆变器作为升压器操作。
2.根据权利要求1所述的充电装置，其中如果经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压超过所述电池电压，所述充电控制器控制所述第一和第二逆变器使其被关闭并控制所述变压器使其成为降压器。
3.根据权利要求2所述的充电装置，其中当所述第一和第二逆变器被关闭时，所述充电控制器将经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压旁路到所述变压器。
4.根据权利要求1所述的充电装置，其中如果所述第一和第二电动机的中性点的输入电压超过所述电池电压，所述充电控制器进行控制，使得所述变压器抑制电压并执行DC电压变换以对所述电池充电。
5.根据权利要求1所述的充电装置，其中如果经由所述第一和第二电动机的中性点输入的输入电压小于所述电池电压，所述充电控制器仅使用所述第一和第二逆变器来执行电压升高和DC电压变换，使得经升高和DC变换的电压供应至所述电池作为充电电压。
6.根据权利要求1所述的充电装置，其中如果确定所述电池充电完全，所述充电控制器切断输入到所述第一和第二电动机的中性点的电压。
7.根据权利要求1所述的充电装置，其中如果所述电池电压超过所述第一和第二电动机的中性点的输入电压并且所述输入电压的相位具有负值(Vin<0)，所述充电控制器将所述第二逆变器作为升压器操作。
8.一种如权利要求1所述的充电装置的充电方法，包括：
检测充电插头的连接；
如果检测到所述充电插头的连接，检测经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压以及电池电压；以及
通过取决于经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压与所述电池电压之间的关系，将所述第一和第二逆变器作为升压器操作或将所述变压器作为降压器操作来对所述电池充电，
其中在经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压小于所述电池电压的条件下，如果所述输入电压的相位是正值(Vin>0)，将所述第一逆变器作为升压器操作，并且如果所述输入电压的相位是负值(Vin<0)，将所述第二逆变器作为升压器操作。
9.根据权利要求8所述的充电方法，其中如果经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压超过所述电池电压，仅通过所述变压器来抑制输入电压以对所述电池充电。
10.根据权利要求8所述的充电方法，其中如果经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压小于所述电池电压，仅通过所述第一和第二逆变器来升高输入电压以对所述电池充电。
11.根据权利要求9所述的充电方法，其中如果经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压超过所述电池电压，所述第一和第二逆变器保持关闭状态并且将经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压旁路到所述变压器。
12.一种如权利要求1所述的充电装置的充电方法，包括：
检测充电插头的连接；
如果检测到所述充电插头的连接，检测经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压以及电池电压；
如果经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压超过所述电池电压，通过经由所述变压器抑制输入电压来对所述电池充电；以及如果经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压小于所述电池电压，通过取决于输入电压而经由所述第一和第二逆变器升高所述输入电压来对所述电池充电，
其中当经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压小于所述电池电压时，如果所述输入电压的相位是正值(Vin>0)，控制所述第一逆变器来升高所述输入电压，并且如果所述输入电压的相位是负值(Vin<0)，控制所述第二逆变器来升高所述输入电压。
13.根据权利要求12所述的充电方法，其中所述第一和第二逆变器保持在关闭状态，使得当通过所述变压器升高所述输入电压时不发生切换损耗。
14.根据权利要求12所述的充电方法，其中当所述第一和第二逆变器升高所述输入电压时，所述变压器的上部开关元件被控制为持续接通，使得不发生所述变压器的切换损耗。
15.一种如权利要求1所述的充电装置的充电方法，包括：
检测充电插头的连接；
如果检测到所述充电插头的连接，检测经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压以及电池电压；
通过取决于经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压的相位，将所述第一逆变器或所述第二逆变器作为升压器操作来升高输入电压；以及
通过取决于经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压与所述电池电压之间的关系，将所述变压器作为降压器操作或保持其关闭状态来对所述电池充电，
其中如果经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压是正值(Vin>0)，将所述第一逆变器作为升压器操作，并且如果所述输入电压的相位是负值(Vin<0)，将所述第二逆变器作为升压器操作。
16.根据权利要求15所述的充电方法，其中如果经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压超过所述电池电压，控制所述变压器为降压器，使得通过所述第一逆变器或所述第二逆变器升高的输入电压得到抑制，以对所述电池充电。
17.根据权利要求15所述的充电方法，其中如果经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压小于所述电池电压，关闭所述变压器并且通过所述第一逆变器或所述第二逆变器升高的电压对所述电池充电。
18.根据权利要求17所述的充电方法，其中如果经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压小于所述电池电压，所述变压器将通过所述第一逆变器或所述第二逆变器升高的电压旁路到所述电池，以对所述电池充电。
19.一种如权利要求1所述的充电装置的充电方法，包括：
如果检测到充电插头的连接，检测经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压以及电池电压；
如果经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压的相位是正值(Vin>0)，将所述第一逆变器作为升压器操作，并且如果所述电压的相位是负值(Vin<0)，将所述第二逆变器作为升压器操作，以升高所述电压；
如果经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压超过所述电池电压，将变压器作为降压器操作，使得通过所述第一逆变器或所述第二逆变器升高的输入电压得到抑制，以对所述电池充电；以及
如果经由所述第一和第二电动机的中性点输入的电压小于所述电池电压，关闭所述变压器，使得通过所述第一逆变器或所述第二逆变器升高的电压对所述电池充电。
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