CN103248102B - 充电装置和包括该充电装置的电动车 - Google Patents

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Abstract

公开了一种充电装置和包括该充电装置的电动车。该充电装置包括：整流器，在充电模式下对输入的交流（AC）电力进行整流；交错式降压升压（buck-boost）转换器，将整流后的电力转换为直流（DC）电力以将转换后的DC电力供应至电池，交错式降压升压转换器包括多个降压升压转换器；以及转换器控制器，控制交错式降压升压转换器，其中，交错式降压升压转换器的第一降压升压转换器包括：连接至整流器的第一降压开关元件；第一升压开关元件；电感器，连接在第一降压开关元件与第一升压开关元件之间；第一二极管，并联连接在第一降压开关元件与电感器之间；以及第二二极管，连接在第一升压开关元件与交错式降压升压转换器的输出之间。

Description

充电装置和包括该充电装置的电动车
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年2月6日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0011989号的优先权，其内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及一种充电装置和包括该充电装置的电动车，更具体地涉及一种能够使用交流（AC）电力稳定地进行充电的充电装置和包括该充电装置的电气装置。
背景技术
内燃机车辆对人类生活而言是必不可少的，但其导致空气污染且由于极大的能量消耗而导致能源耗尽。因而，取代使用内燃机的汽车，已开发并使用利用电力作为动力的电动车或者利用内燃机和电力的结合的混合动力车。
同时，这种电动车或者混合动力车使用电机和电池来产生输出，且已进行了各种尝试来改善输出和范围。
发明内容
因而，鉴于上述问题而做出本发明，且本发明的目的是提供一种能够使用AC电力稳定地执行充电的充电装置和包括该充电装置的电动车。
根据本发明的一方案，上述和其他目的可以通过提供一种充电装置来实现，该充电装置包括：整流器，在充电模式下对输入的交流（AC）电力进行整流；交错式降压升压转换器，将整流后的电力转换为直流（DC）电力以将转换后的DC电力供应至电池，所述交错式降压升压转换器包括多个降压升压转换器；以及转换器控制器，控制所述交错式降压升压转换器，其中，所述交错式降压升压转换器的第一降压升压转换器包括：连接至所述整流器的第一降压开关元件；第一升压开关元件；第一电感器，连接在所述第一降压开关元件与第一升压开关元件之间；第一二极管，并联连接在所述第一降压开关元件与所述第一电感器之间；以及第二二极管，连接在所述第一升压开关元件与所述交错式降压升压转换器的输出之间。
根据本发明的另一方案，提供一种充电装置，包括：整流器，在充电模式下对输入的交流（AC）电力进行整流；交错式降压升压转换器，将整流后的电力转换为直流（DC）电力以将转换后的DC电力供应至电池，所述交错式降压升压转换器包括多个降压升压转换器；以及转换器控制器，控制所述交错式降压升压转换器，其中，每个所述降压升压转换器执行交错操作，且所述交错式第一降压升压转换器的第一降压升压转换器中的第一降压开关元件的接通时序（timing）和所述交错式降压升压转换器的第二降压升压转换器中的第二降压开关元件的接通时序在降压模式或降压升压模式下部分地重叠。
根据本发明的又一方案，提供一种电动车，包括：电池；电机；逆变器，在电机运行模式下将由所述电池提供的直流（DC）电力转换为交流（AC）电力以驱动所述电机；以及充电装置，包括：整流器，在充电模式下对输入的AC电力进行整流；交错式降压升压转换器，将整流后的电力转换为DC电力以将转换后的DC电力供应至所述电池，所述交错式降压升压转换器包括多个降压升压转换器；以及转换器控制器，控制所述交错式降压升压转换器，其中，所述交错式降压升压转换器的第一降压升压转换器包括：第一降压开关元件，连接至所述整流器；第一升压开关元件；第一电感器，连接在所述第一降压开关元件与所述第一升压开关元件之间；第一二极管，并联连接在所述第一降压开关元件与所述第一电感器之间；以及第二二极管，连接在所述第一升压开关元件与所述交错式降压升压转换器的输出之间。
根据本发明的再一方案，提供一种电动车，包括：电池；电机；逆变器，在电机运行模式下将从所述电池提供的直流（DC）电力转换为交流（AC）电力以驱动所述电机；以及充电装置，包括：整流器，在充电模式下对输入的AC电力进行整流；交错式降压升压转换器，将整流后的电力转换为DC电力以将转换后的DC电力供应至所述电池，所述交错式降压升压转换器包括多个降压升压转换器；以及转换器控制器，控制所述交错式降压升压转换器，其中，每个所述多个降压升压转换器执行交错操作，且所述交错式第一降压升压转换器的第一降压升压转换器中的第一降压开关元件的接通时序和所述交错式降压升压转换器的第二降压升压转换器中的第二降压开关元件的接通时序在降压模式或降压升压模式下部分地重叠。
附图说明
从下面结合附图的详细说明中可以更为清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，其中：
图1是示意性示出根据本发明的示例性实施例的电动车的本体的图示；
图2是示出图1中的电机驱动器的内部配置的方框图；
图3是示出图2的电机驱动器中的充电装置的电路图；
图4A至图4F是解释图3中的第一降压升压转换器的操作的图示；
图5A和图5B是示出图3中的转换器控制器的内部配置的各种实例的方框图；
图6A至图6C是示出图5A的转换器控制器的波形的图示；
图7A至图7C是示出图5B的转换器控制器的波形的图示；以及
图8是示出图2的转换器控制器的内部配置的方框图。
具体实施方式
将参考所附附图描述本发明的示例性实施例。
以下说明中使用的后缀“单元”和“部分”仅为了易于说明本说明书的目的，而并不具有它们自身中和它们自身的重要含义或作用。因而，“单元”和“部分”可交互使用。
图1是示意性示出根据本发明的示例性实施例的电动车的本体的图示。
参考图1，根据本实施例的电动车100可以包括：电池205，用于供应电力；电机驱动器200，用于从电池205接收电力并驱动电机250，该电机250由电机驱动器200驱动以进行旋转；前轮150和后轮155，通过电机250而旋转；以及前悬架160和后悬架165，用于防止道路上的振动传递至车辆本体。同时，电动车100还可以包括驱动齿轮（未示出），其用于根据齿轮比（gearratio）调节电机250的旋转速率。
电池205将电力供应至电机驱动器200。具体地，电池205将直流（DC）电力供应至电机驱动器200的电容器（图2的C）。
电池205可由一组多个电池单元（unitcell）构成。多个电池单元可由电池管理系统（BMS）管理以保持恒定电压，并可通过BMS产生恒定电压。
例如，BMS可以检测电池205的电压并将所检测的电压传递到电子控制器（未示出）或者电机驱动器200中的控制器（图2的230）。如果电池电压降至下限或更低，则BMS可以将存储在电机驱动器200中的电容器（图2的C）中的DC电力供应至电池205。如果电池电压升至上限或更高，则BMS可以将DC电力供应至电机驱动器200中的电容器（图2的C）。
电池205期望地由可充电或可放电的蓄电池（secondarycell）构成，但不以此为限。
在电机运行模式下，电机驱动器200经由电力输入电缆（未示出）从电池205接收DC电力。电机驱动器200将从电池205接收的DC电力转换为AC电力，并将AC电力供应至电机250。转换的AC电力可以是三相AC电力。
在电机运行模式下，电机驱动器200经由设置在电机驱动器200中的三相输出电缆（未示出）将三相AC电力供应至电机250。
在充电模式下，电机驱动器200可以接收输入的AC电力，将输入的AC电力转换为DC电力，并将DC电力供应至电池205。因而，电机驱动器200可以包括充电装置（图2的203）。
在本说明书中，尽管电机驱动器200包括充电装置（图2的203），但是电机驱动器200可以与充电装置相同。以下的说明基于电机驱动器200包括充电装置（图2的203）的情况。
稍后将参考图2描述根据本发明示例性实施例的电机驱动器200。
电机250包括静止部分的定子130和转动部分的转子135。电机250包括接收从电机驱动器200供应的AC电力的输入电缆140。电机250例如可以是三相电机。当将每一相的电压/频率可变AC电力供应至每一相的定子线圈时，电机的转子的转速根据所供应的频率而改变。
电机250可以是感应电机、无刷DC（BLDC）电机或磁阻电机。
驱动齿轮（未示出）可以安装在电机250的一侧。驱动齿轮根据齿数比转换电机250的转动能。由驱动齿轮产生的转动能被传递到前轮150和/或后轮155以使电动车100运动。
前悬架160和后悬架165分别将前轮150和后轮155支撑在车辆本体上。前悬架160和后悬架165的上下方向由弹簧或减震器支撑，以使得道路振动不被传递到车辆本体。
前轮150可以包括转向（steering）系统（未示出）。该转向系统控制前轮150的方向以使电动车100转向。
尽管在图1中未示出，但电动车100还可以包括控制电动车100的电气设备的电子控制器。该电子控制器可以控制上述BMS。
电子控制器可基于来自用于感测电动车100的倾斜的倾斜传感器（未示出）、用于感测电动车100的速度的速度传感器（未示出）、用于感测制动踏板的操作的制动传感器（未示出）以及用于感测加速踏板的操作的加速传感器（未示出）的感测信号，根据各种驱动模式（驱动模式、倒退模式、空挡模式、停车模式等）来产生驱动指令。驱动指令例如可以是转矩指令或速度指令。
根据本实施例的电动车100可被解释为不仅包括使用电池和电机的纯电动车也包括使用电池和电机同时使用引擎的混合动力车。混合动力车还可以包括能够选择电池、引擎和传动装置中的至少一个的切换装置。混合动力车可被分为用于将从引擎输出的机械能转换为电能以驱动电机的串联混合型以及同时使用从引擎产生的机械能和从电池产生的电能的并联混合型。
图2是示出图1中的电机驱动器的内部配置的方框图，且图3是示出图2的电机驱动器中的充电装置的电路图。
根据本实施例的电机驱动器200可以包括充电装置203、电池205、逆变器420、逆变器控制器430和DC/DC转换器445。该DC/DC转换器445是可选的元件。
充电装置203接收输入的AC电力201，将AC电力201转换为DC电力，并将转换的DC电力供应至电池205。
为此，充电装置203可以包括整流器405、转换器410和转换器控制器415。
整流器405将所接收的输入的AC电力201进行整流。尽管在图3中示出了以桥式使用四个二极管Da、Db、Dc和Dd的用于单相AC电力的整流器405，但整流器405可以采用各种形式。
转换器410将从整流器405接收的整流后的电力转换为DC电力，并将转换的DC电压供应至电池205。
在本实施例中，转换器410使用包括多个降压升压转换器410a、410b…的交错式（interleaved）降压升压转换器。
交错式降压升压转换器中的多个降压升压转换器410a、410b…彼此并联连接以执行交错操作。彼此并联连接的多个降压升压转换器通过交错执行由电流分配产生的电压控制。因而，交错式降压升压转换器410中的电路元件的耐久性可以提高。
同时，在本发明的另一实施例中，如果在具有低输出电压的降压模式或降压升压模式中执行交错操作，则第一降压升压转换器410a中的第一降压开关元件S1以及第二降压升压转换器410b中的第二降压开关元件S3的接通时间被控制为部分重叠。
即，在降压模式或降压升压模式中，多个降压升压转换器410a、410b…中的每一个均执行交错操作，并且各降压升压转换器410a、410b…中的降压开关元件的接通时间彼此重叠。因而，可以在交错操作期间补偿低输出电压。即，电池可以通过稳定地将输入AC电力转换为DC电力而充电。
图3示出了转换器410的多个降压升压转换器之中的第一降压升压转换器410a和第二降压升压转换器410b。以下将给出多个降压升压转换器之中的第一降压升压转换器410a和第二降压升压转换器410b的说明。
第一降压升压转换器410a可以包括第一升压开关元件S2、连接至整流器405的第一降压开关元件S1、连接在第一降压开关元件S1和第一升压开关元件S2之间的电感器L1、并联连接在第一降压开关元件S1和电感器L1之间的第一二极管D1以及连接在第一升压开关元件S2和转换器410的输出之间的第二二极管D2。
第二降压升压转换器410b可以包括第二升压开关元件S4、连接至整流器405的第二降压开关元件S3、连接在第二降压开关元件S3和第二升压开关元件S4之间的电感器L2、并联连接在第二降压开关元件S3和电感器L2之间的第三二极管D3以及连接在第二升压开关元件S4和转换器410的输出之间的第四二极管D4。
第一降压升压转换器410a和第二降压升压转换器410b中的每一个均可以以降压模式、升压模式或降压升压模式运行。这将参考图4A和图4B进行说明。
第一降压升压转换器410a和第二降压升压转换器410b在以降压模式、升压模式或降压升压模式运行的同时使用用以存储能量的共模电感L1和L2。因而，充电装置203的内部电路得以简化，且充电装置203具有体积减小且效率提高的效果。
同时，由于第一降压升压转换器410a和第二降压升压转换器410b不区别为降压转换器和升压转换器，因而不需要使用具有大额定电压的电容器。因此，充电装置203具有简化的内部电路，从而减小体积和制造成本。
充电装置203还可以包括连接至整流器405的输出的第一电容器C1和连接至交错式降压升压转换器410的输出的第二电容器C2。
充电装置203还可以包括用于检测整流器405的输出电压的输入电压检测器A、用于检测交错式降压升压转换器410的输出电压的输出电压检测器B以及用于检测流入交错式降压升压转换器410中的电感器L1和L2中的电流的电流检测器F1和F2。
输入电压感测器A可以检测整流器405的输出电压。特别地，输入电压检测器A可以检测跨越电容器C1的两端的电压Vc1。为此，输入电压检测器A可以包括电阻器、放大器等。所检测的电压Vc1可以作为脉冲形式的离散信号输入到转换器控制器415。
输出电压检测器B可以检测交错式降压升压转换器410的输出电压。特别地，输出电压检测器B可以检测跨越电容器C2的两端的电压Vc2。由于电容器C2与电池205并联连接，因而所检测的输出电压Vc2可以对应于电池205的电压。所检测的输出电压Vc2可以作为脉冲形式的离散信号输入到转换器控制器415。
第一电流检测器F1可以检测流入第一降压升压转换器410中的电感器L1中的电流iL1，且第二电流检测器F2检测流入第二降压升压转换器410中的电感器L2中的电流iL2。电流互感器、分流电阻器等可被用于第一和第二电流检测器F1和F2。所检测的输入电流iL1和iL2可以作为脉冲形式的离散信号输入到转换器控制器415。
转换器控制器415可以基于由输出电压检测器B所感测的输出电压Vc2和目标输出电压V*c2来确定第一降压升压转换器410a中的第一降压开关元件S1的接通占空比（turn-onduty）以及第二降压升压转换器410b中的第二降压开关元件S3的接通占空比。这将稍后参考图5B进行说明。
例如，如果由输出电压检测器B所感测的转换器410的输出电压VC2低，则为了提高输出电压VC2，转换器控制器415可以增加第一降压开关元件S1的接通占空比和第二降压开关元件S3的接通占空比。如果由输出电压检测器B所感测的转换器410的输出电压VC2高，则为了降低输出电压VC2，转换器控制器415可以减小第一降压开关元件S1的接通占空比和第二降压开关元件S3的接通占空比。
转换器控制器415可以基于由输出电压感测器B所感测的转换器410的输出电压VC2、目标输出电压V*c2、由输入电压感测器A所感测的转换器410的输入电压VC1和流入第一降压升压转换器410a中的第一电感器L1中的电流iL1来确定第一升压开关元件S2的接通占空比。这将稍后参考图5B进行说明。
转换器控制器415可以基于由输出电压感测器B所感测的转换器410的输出电压VC2、目标输出电压V*c2、由输入电压感测器A所感测的转换器410的输入电压VC1和流入第二降压升压转换器410b中的第二电感器L2中的电流iL2来确定第二升压开关元件S4的接通占空比。这将稍后参考图5B进行说明。
例如，如果转换器410的输出电压VC2和流入第二电感器L2中的电流iL2之间的相位差增加，则为了减小相位差，转换器控制器415可以增加或减小第一升压开关元件S2的接通占空比和第二升压开关元件S4的接通占空比。
转换器控制器415可以以降压模式或降压升压模式控制第一降压升压转换器410a中的第一降压开关元件S1和第一升压开关元件S2独立地运行，并且可以以降压模式或降压升压模式控制第二降压升压转换器410b中的第二降压开关元件S3和第二升压开关元件S4独立地运行。这将稍后参考图5B进行说明。
为了控制第一降压升压转换器410a中的开关元件S1和S2以及第二降压升压转换器410b中的开关元件S3和S4，转换器控制器415输出转换器开关控制信号Scc至转换器410。转换器开关控制信号Scc是脉冲宽度调制（PWM）方案的开关控制信号，并且基于由输出电压检测器B所感测的输出电压Vc2、由输入电压感测器A所感测的输入电压Vc1和由电流检测器F1和F2所感测的电流iL1和iL2而产生。
逆变器420可以包括多个逆变器开关元件，以将由开关元件的接通/断开操作所平滑的DC电压Vdc转换为被输入至三相同步电机250的三相AC电压va、vb和vc。
逆变器420包括一对串联连接的上臂开关元件Sa、Sb和Sc以及串联连接的下臂开关元件S'a、S'b和S'c。总共三对上、下臂开关元件Sa和S'a、Sb和S'b以及Sc和S'c彼此并联连接。多个二极管与各开关元件Sa、S'a、Sb、S'b、Sc和S'c反向并联连接。
逆变器420中的开关元件基于由逆变器控制器430供应的逆变器开关控制信号Sic而执行接通/断开操作。
在电机250的操作模式下，逆变器420将从电池205产生的DC电力转换为AC电力以驱动电机250。
逆变器控制器430可以控制逆变器420中的开关元件的操作。逆变器控制器430可以接收由输出电流感测器（图8中示出的E）检测的输出电流io。
为了控制逆变器420的开关操作，逆变器控制器430将开关控制信号Sic输出至逆变器420。逆变器开关控制信号Sic是PWM方案的开关控制信号，并且基于由输出电流检测器E检测的输出电流值Io而产生。
输出电流检测器（图8中示出的E）可以检测在逆变器420与三相电机250之间流动的输出电流Io。即，输出电流检测器检测流入电机250中的电流。输出电流检测器E可以检测所有相的输出电流ia、ib和ic，或者可以使用三相平衡检测两相输出电流。
输出电流检测器可以位于逆变器420与电机250之间。电流互感器、分流电阻器等可用于电流检测。
当使用分流电阻器时，三个分流电阻器可以在逆变器420与电机250之间连接，或者三个分流电阻器的一端可以分别连接至三个下臂开关元件S'a、S'b和S'c。同时，可以使用三相平衡而采用两个分流电阻器。如果使用一个分流电阻器，则对应的分流电阻器可以连接在上述电容器C与逆变器420之间。
所检测的输出电流io是脉冲形式的离散信号，并且可被施加到控制器430。逆变器开关控制信号Sic基于所检测的输出电流io而产生。以下说明将在假设所检测的输出电流io是三相输出电流ia、ib和ic的前提下进行。
DC/DC转换器445可以转换电池205中存储的DC电力的电平（level），并将电平转换后的DC电力输出至逆变器420。DC/DC转换器445可以不如之前所述包含在驱动器200内。
用于存储DC电力的电容器C可以连接在逆变器420与电池205之间。电容器C可以运行为用于平滑和存储输入电力的平滑电容器。
尽管在图2中示出一个电容器作为平滑电容器，但也可以设置多个平滑电容器以保证电路元件的稳定性。
在图2的示意性实例中，电容器C连接在逆变器420与DC/DC转换器445之间。
由于DC电力存储在电容器C的两端中，因而这两端可被称为DC端子或DC链路端子。
驱动器200还可以包括用于检测跨越电容器C两端的电压的DC端子电压检测器（未示出）。
DC端子电压检测器可以检测跨越平滑电容器C两端的DC端子电压Vdc。为此，DC端子电压检测器可以包括电阻器、放大器等。所检测的DC端子电压Vdc是脉冲形式的离散信号，且可以输入至逆变器控制器430。
如果在逆变器420与电池205之间不存在DC/DC转换器445，则由DC端子电压检测器所检测的DC端子电压Vdc可以对应于电池电压VBAT。
充电装置203中的转换器410、整流器405和逆变器控制器415可以形成在同一电路板上。这可以被称为车载充电器（OBC）。如果充电装置203中的转换器410、整流器405和逆变器控制器415形成在同一电路板上，则充电装置203可以小尺寸实现。
以下将说明交错式降压升压转换器的运行。具体地，将说明第一降压升压转换器410a的运行。
图4A至图4E是解释图3中所示的第一降压升压转换器的运行的图示。
图4A和图4B示出第一降压升压转换器410a在升压模式下的示例性运行。
参考图4A，如果第一降压升压转换器410a中的第一降压开关元件S1和第一升压开关元件S2接通，则由第一降压开关元件S1、第一电感器L1和第一升压开关元件S2形成闭合回路，从而电流I1流动。因而，能量基于电流I1积累在电感器L1中。第二二极管D2不导通。
参考图4B，如果第一降压开关元件S1接通且第一升压开关元件S2断开，则电流I2流过第一降压开关元件S1、第一电感器L1和第二二极管D2。因而，图4A中积累在电感器L1中的能量通过电流I2存储在电容器C2和电池205中。从而，被升压的DC电力存储在电池205中。
即，在升压模式下，第一降压升压转换器410a中的第一降压开关元件S1持续接通而第一升压开关元件S2执行接通/断开操作，即，PWM操作。
图4C和图4D示出第一降压升压转换器410a在降压模式下的示例性运行。
参考图4C，如果第一降压开关元件S1接通且第一升压开关元件S2断开，则电流I3流过第一降压开关元件S1、第一电感器L1和第二二极管D2。因而，DC电力通过电流I3存储在电容器C2和电池205中。
参考图4D，如果第一降压升压转换器410a中的第一降压开关元件S1和第一升压开关元件S2均断开，则电流I4流过第一二极管D1、第一电感器L1和第二二极管D2。因而，在图4C中积累在第一电感器L1中的能量由于电流I4被传递到电容器C2和电池205。从而，降压的DC电力存储在电池205中。
即，在降压模式中，第一降压升压转换器410a中的第一降压开关元件S1执行接通/断开操作，即，PWM操作，且第一升压开关元件S2保持断开。
同时，转换器控制器415可以基于由输出电压检测器B所感测的转换器410的输出电压Vc2、目标输出电压V* c2以及由输入电压检测器A所感测的转换器410的输入电压Vc1确定是否以升压模式、降压模式或降压升压模式运行。
例如，如果由输出电压检测器B所感测的转换器410的输出电压Vc2小于目标输出电压，则转换器控制器415可以控制转换器410以升压模式运行。即，转换器控制器415可以如图4A和图4B所示控制转换器410的运行。
作为另一实例，如果由输出电压检测器B所感测的转换器410的输出电压Vc2大于目标输出电压，则转换器控制器415可以控制转换器410以降压模式运行。即，转换器控制器415可以如图4C和图4D所示控制转换器410的运行。
图4E和图4F示出第一降压升压转换器410a在降压升压模式下的示例性操作。
参考图4E，如果如图4A所示第一降压升压转换器410a中的第一降压开关元件S1和第一升压开关元件S2均接通，则由第一降压开关元件S1、第一电感器L1和第一升压开关元件S2形成闭合回路，从而电流I1流动。因而，能量基于电流I1积累在电感器L1中。第二二极管D2不导通。
参考图4F，如果如图4D所示第一降压升压转换器410a中的第一降压开关元件S1和第一升压开关元件S2均断开，则电流I4流过第一二极管D1、第一电感器L1和第二二极管D2。因而，在图4E中积累在第一电感器L1中的能量由于电流I4被传递到电容器C2和电池205。从而，DC电力存储在电池205中。
即，在降压升压模式中，第一降压升压转换器410a中的第一降压开关元件S1和第一升压开关元件S2执行接通/断开操作，即，PWM操作。
同时，可以以与图4A至图4E所示相同的方式来执行第二降压升压转换器410b的操作。
根据本发明的实施例，转换器控制器415可以以降压模式或降压升压模式控制第一降压升压转换器410a中的第一降压开关元件S1和第一升压开关元件S2独立地运行，并且可以以降压模式或降压升压模式控制第二降压升压转换器410b中的第二降压开关元件S3和第二升压开关元件S4独立地运行。
图5A和图5B是示出图3中的逆变器控制器的内部配置的各种实例的方框图。图6A至图6C是示出图5A的转换器控制器的波形的图示，以及图7A至图7C是示出图5B的转换器控制器的波形的图示。
参考图5A和图6A至图6C，转换器控制器415的第一单元310计算由输出电压检测器B所感测的转换器410的输出电压VC2与目标输出电压V*C2之间的差。比例积分（PI）控制器315对于该差执行PI控制。限制器320限制PI控制值的上限值和下限值到预定范围。第二单元325计算由输入电压检测器A所感测的转换器410的输入电压VC1的幅度，且第三单元330将输入电压VC1的幅度乘以限制器320的输出值。第四单元335将比例常数乘以第三单元330的输出值以产生电感器电流指令值I*L。
第五单元340计算电感器电流指令值I*L与由第一电流检测器所检测的电流IL1之间的差。PI控制器350对电感器电流指令值I*L与由第一电流检测器所检测的电流IL1之间的差执行PI控制。限制器360限制PI控制值的上限值和下限值到预定范围。比较器370将限制器360的输出值W1与参考波形Wre进行比较，并产生控制第一降压开关元件S1的第一降压开关控制信号GBUCK1以及控制第一升压开关元件S2的第一升压开关控制信号GBOOST1。
第六单元345计算电感器电流指令值I*L与由第二电流检测器所感测的电流IL2之间的差。PI控制器355对电感器电流指令值I*L与电流IL2之间的差执行PI控制。限制器365限制PI控制值的上限值和下限值到预定范围。比较器375将限制器365的输出值W2与具有180度相位延迟的参考波形W’re进行比较，并产生控制第二降压开关元件S3的第二降压开关控制信号GBUCK2以及控制第二升压开关元件S4的第二升压开关控制信号GBOOST2。
从图5A可以理解，通过比较器370产生相同的第一降压开关控制信号GBUCK1和GBOOST1，且通过比较器375产生相同的第二降压开关控制信号GBUCK2和第二升压开关控制信号GBOOST2。
即，如图6A和图6B所示，第一降压开关控制信号GBUCK1和第一升压开关控制信号GBOOST1可以是相同的，且第二降压开关控制信号GBUCK2和第二升压开关控制信号GBOOST2可以是相同的。
图6A和图6B示出在降压升压模式下的第一降压开关控制信号GBUCK1、第一升压开关控制信号GBOOST1、第二降压开关控制信号GBUCK2和第二升压开关控制信号GBOOST2。作为另一实例，在降压模式下，第一升压开关控制信号GBOOST1和第二升压开关控制信号GBOOST2可以是比PWM信号更低的电平信号。
由于输入到比较器370的参考信号Wre和输入到比较器375的参考信号W’re之间具有180度的相位差，因而第一降压开关控制信号GBUCK1和第二降压开关控制信号GBUCK2互补地接通/断开。
即，第一降压升压转换器410a和第二降压升压转换器410b执行交错操作，从而第一降压升压转换器410a的接通占空比和第二降压升压转换器410b的接通占空比不重叠。因而，可以通过交错操作导致的电流分配来控制电压。因而，流入内部电路元件中的电流电平降低，从而电路元件的耐久性提高。因此，可以稳定地进行充电。
图6C示出通过不重叠的接通/断开操作，流入第一电感器L1中的电流IL1和流入第二电感器L2中的电流IL2的纹波。可以理解，纹波是基于输入电流Iac而形成的。
因此，经由第一电感器L1和第二电感器L2流入电感器C2中的电流是根据交错驱动流入第一电感器L1的电流IL1和流入第二电感器L2中的电流IL2之和，且可以对应于输入电流Iac。即，可以大大降低纹波。
根据本发明的另一示例性实施例，如图7A至图7C所示的开关控制信号由如图5B所示的转换器控制器415的配置产生。
参考图5B和图7A至图7C，转换器控制器415中的第一单元310计算由输出电压检测器B所感测的转换器410的输出电压VC2与目标输出电压V*C2之间的差。PI控制器315对于输出电压VC2与目标输出电压V*C2之间的差执行PI控制。限制器320限制PI控制值的上限值和下限值到预定范围。
比较器322将限制器320的输出值Wa与参考波形Wre进行比较，并产生控制第一降压开关元件S1的第一降压开关控制信号GBUCK1。
与比较器322相独立地，比较器324将限制器320的输出值Wa与具有180度相位延迟的参考波形W’re进行比较，并产生控制第二降压开关元件S3的第二降压开关控制信号GBUCK2。
因而，转换器控制器415独立地产生第一降压开关控制信号GBUCK1和第二降压开关控制信号GBUCK2。
第二单元325计算由输入电压检测器A所感测的转换器410的输入电压VC1的幅度，且第三单元330将输入电压VC1的幅度乘以限制器320的输出值Wa。第四单元335将比例常数乘以第三单元330的输出值以产生电感器电流指令值I*L。
第七单元342计算电感器电流指令值I*L与由第一电流检测器所检测的电流iL1之间的差。PI控制器352对电感器电流指令值I*L与电流iL1之间的差执行PI控制。限制器362限制PI控制值的上限值和下限值到预定范围。比较器372将限制器362的输出值Wb1与参考波形Wre进行比较，并产生控制第一升压开关元件S2的第一升压开关控制信号GBOOST1。
第八单元347计算电感器电流指令值I*L与由第二电流检测器所感测的电流iL2之间的差，且PI控制器357对电感器电流指令值I*L与电流iL2之间的差执行PI控制。限制器367限制PI控制值的上限值和下限值到预定范围。比较器377将限制器367的输出值Wb2与具有180度相位延迟的参考波形W’re进行比较，并产生控制第二升压开关元件S4的第二升压开关控制信号GBOOST2。
因而，转换器控制器415独立地产生第一升压开关控制信号GBOOST1和第二升压开关控制信号GBOOST2。
另外，转换器控制器415独立地产生第一降压开关控制信号GBUCK1、第二降压开关控制信号GBUCK2、第一升压开关控制信号GBOOST1和第二升压开关控制信号GBOOST2。
由于输入到比较器322的参考信号Wre和输入到比较器324的参考信号W’re之间具有180度的相位差，因而第一降压开关控制信号GBUCK1和第二降压开关控制信号GBUCK2如图7A所示交替地接通/断开，且部分地重叠。
在降压模式或降压升压模式中，第一降压开关元件S1和第二降压开关元件S3的时序部分重叠，因而在第一降压升压转换器410a和第二降压升压转换器410b之间出现电流共享（currentsharing）。因此，可以提高输出电压电平。而且，可以改善输出电压低的降压模式或降压升压模式中的交错运行。即，可以通过稳定地将输入AC电力转换为DC电力而使电池充电。
同时，由于输入到比较器362的参考信号Wre和输入到比较器367的参考信号W’re之间具有180度的相位差，因而第一升压开关控制信号GBOOST1和第二升压开关控制信号GBOOST2交替地接通/断开。
如果交错式降压升压转换器410如图7A所示以降压模式或降压升压模式运行，则第一降压开关元件S1和第二降压开关元件S3的时序部分重叠。因而，流入第一电感器L1中的电流IL1和流入第二电感器L2的电流IL2的纹波如图7C所示大大减少，尤其是显著低于来自输入AC电力的输入电流Iac。因而，交错式降压升压转换器410中的电路元件的稳定性提高。
图8是示出图2中的逆变器控制器的内部配置的方框图。
逆变器控制器430可以包括轴转换器510、速度计算器520、电流指令产生器530、电压指令产生器540、轴转换器550和开关控制信号产生器560。
轴转换器510接收由输出电流检测器E检测的三相输出电流ia、ib和ic，并将三相输出电流ia、ib和ic转换为静止坐标系的两相电流iα和iβ。
轴转换器510可以将静止坐标系的两相电流iα和iβ转换为旋转坐标系的两相电流id和iq。
速度计算器520可以基于从位置传感器235输入的转子的位置信号H来计算速度即，速度可以通过以位置信号除以时间而计算。
位置传感器235可以感测电机230的转子的位置。为此，位置传感器可以包括霍尔传感器。
速度计算器520可以产生计算的位置和计算的速度
电流指令产生器530基于计算的速度和目标速度ω计算速度指令值ω* r，并基于速度指令值ω* r产生电流指令值i* q。例如，电流指令产生器530可以基于速度指令值ω* r（其为计算的速度和目标速度ω之差）通过PI控制器535执行PI控制，并产生电流指令值i* q。尽管q轴电流指令值i* q在图8中示出为电流指令值，但也可以产生d轴电流指令值i* d。d轴电流指令值i* d可以设为0。
电流指令产生器530还可以包括限制电流电平的限制器（未示出），以使电流指令值i* q不超出允许范围。
电压指令产生器540基于d轴和q轴电流id和iq（其通过轴转换器550被轴转换为两相旋转坐标系）和由电流指令产生器530产生的电流指令值i* d和i* q来产生d轴和q轴电压指令值v* d和v* q。例如，电压指令产生器540基于q轴电流iq与q轴电流指令值i* q之间的差通过PI控制器544来执行PI控制，并且可以产生q轴电压指令值v* q。电压指令产生器540基于d轴电流id和d轴电流指令值i* d通过PI控制器548执行PI控制，并可以产生d轴电压指令值v* d。对应于d轴电流值i* d设为0，d轴电压指令值v* d可以设为0。
电压指令产生器540还可以包括限制器（未示出），限制电压电平以使d轴和q轴电压指令值v* d和v* q不超过允许范围。
所产生的d轴和q轴电压指令值v* d和v* q输入至轴转换器550。
轴转换器550接收由速度计算器520计算的位置值以及d轴和q轴电压指令值v* d和v* q，并执行轴转换。
轴转换器550将两相旋转坐标系转换为两相静止坐标系。在这种情况下，可以使用由速度计算器520计算的位置值
然后，轴转换器550将两相静止坐标系转换为三相静止坐标系，以产生三相输出电压指令值v* a、v* b和v* c。
开关控制信号产生器560基于三相输出电压指令值v* a、v* b和v* c根据PWM方案来产生逆变器开关控制信号Sic。
所产生的逆变器开关控制信号Sic可以通过栅极驱动器（未示出）转换为栅极驱动信号，并输入至逆变器420中的每个开关元件的栅极。然后，逆变器420中的开关元件Sa、S'a、Sb、S'b、Sc和S'c执行开关操作。
根据本发明的实施例，充电装置和包括该充电装置的电动车可以通过使用交错式降压升压转换器（其DC电力充电至电池），通过由交错操作引起的电流分配来控制电压。
由于降压升压转换器包括第一升压开关元件、连接至整流器的第一降压开关元件、连接在第一降压开关元件和第一升压开关元件之间的电感器、并联连接在第一降压开关元件和电感器之间的第一二极管以及连接在第一升压开关元件和转换器的输出之间的第二二极管，因而无需在第一降压开关元件与第一升压开关元件之间使用具有大额定电压的电容器。因此，装置的内部电路配置简化，且体积和制造成本降低。
另外，在降压模式或降压升压模式中，由于第一降压升压转换器中的第一降压开关元件的接通时序和第二降压升压转换器中的第二降压开关元件的接通时序部分地重叠，因而可以改善具有低输出电压的降压模式或降压升压模式中的交错操作。即，可以通过将输入AC电力稳定地转换为DC电力而使电池充电。
同时，每个降压升压转换器中的降压开关元件和升压开关元件独立地运行，可以通过将输入AC电力稳定地转换为DC电力而使电池充电。
而且，由于每个降压升压转换器在降压模式或升压模式使用共同的电感器，故充电装置的内部电路配置得以简化，充电装置的体积减小，且效率提高。
根据本发明实施例的充电装置和包括该充电装置的电动车不限于应用至上述实施例的配置和方法。而是，所有或部分实施例可以选择性地组合以执行上述实施例的各种变型。
本发明的充电装置的运行方法可以使用记录介质作为能由处理器读取的代码来实现，该记录介质可以由包含在充电装置中的处理器读取。
尽管为了示意性目的公开了本发明的优选实施例，本领域技术人员将理解在不脱离所附权利要求书中公开的本发明的范围和构思的情况下可以进行各种改型、添加和替换。

Claims (16)

1.一种充电装置，包括：
整流器，在充电模式下对输入的交流电力进行整流；
交错式降压升压转换器，将整流后的电力转换为直流电力以将转换后的直流电力供应至电池，所述交错式降压升压转换器包括多个降压升压转换器；
第一电容器，连接至所述整流器的输出；
第二电容器，连接至所述交错式降压升压转换器的输出；以及
转换器控制器，控制所述交错式降压升压转换器，
其中，所述交错式降压升压转换器的第一降压升压转换器包括：
连接至所述整流器的第一降压开关元件；
第一升压开关元件；
第一电感器，连接在所述第一降压开关元件与所述第一升压开关元件之间；
第一二极管，并联连接在所述第一降压开关元件与所述第一电感器之间；以及
第二二极管，连接在所述第一升压开关元件与所述交错式降压升压转换器的输出之间，
其中，所述多个降压升压转换器中的每一个均执行交错操作，且所述第一降压开关元件的接通时序和所述交错式降压升压转换器的第二降压升压转换器中的第二降压开关元件的接通时序在降压模式或降压升压模式下部分地重叠，使得在所述第一降压升压转换器和所述第二降压升压转换器之间出现电流共享，
其中，所述第一降压升压转换器和所述第二降压升压转换器在降压模式操作和升压模式操作期间分别共模使用所述第一电感器和所述第二降压升压转换器中的第二电感器，
其中，在所述升压模式下，如果所述第一降压开关元件和所述第一升压开关元件接通，则能量基于流过所述第一降压开关元件、所述第一电感器和所述第一升压开关元件的第一电流而积累在所述第一电感器中，
其中，在所述升压模式下，如果所述第一降压开关元件接通且所述第一升压开关元件断开，则积累在所述第一电感器中的能量通过流过所述第一降压开关元件、所述第一电感器和所述第二二极管的第二电流而存储在所述第二电容器中，
其中，在所述降压模式下，如果所述第一降压开关元件接通且所述第一升压开关元件断开，则直流电力通过流过所述第一降压开关元件、所述第一电感器和所述第二二极管的第三电流而存储在所述第二电容器中，以及
其中，在所述降压模式下，如果所述第一降压开关元件和所述第一升压开关元件均断开，则积累在所述第一电感器中的能量通过流过所述第一二极管、所述第一电感器和所述第二二极管的第四电流而被存储在所述第二电容器中。
2.根据权利要求1所述的充电装置，其中，所述转换器控制器调节所述第一降压开关元件的接通占空比以控制由所述第一降压升压转换器产生的输出电压，并调节所述第一升压开关元件的接通占空比以控制由所述第一降压升压转换器产生的输出电压或输出电流的功率因数。
3.根据权利要求1所述的充电装置，其中，所述转换器控制器调节所述多个降压升压转换器中的每个降压开关元件的接通占空比以控制由所述多个降压升压转换器产生的输出电压，并调整所述多个降压升压转换器中的每个升压开关元件的接通占空比以控制由所述多个降压升压转换器产生的输出电压或输出电流的每个功率因数。
4.根据权利要求1所述的充电装置，还包括：
输入电压检测器，检测所述整流器的输出电压；
输出电压检测器，检测所述交错式降压升压转换器的输出电压；以及
电流检测器，检测流入所述交错式降压升压转换器的多个降压升压转换器中的每个电感器中的电流。
5.根据权利要求1所述的充电装置，其中，在降压模式或降压升压模式中，所述第一降压开关元件和所述第一升压开关元件独立地运行，且并联连接至所述第一降压升压转换器的所述第二降压升压转换器中的所述第二降压开关元件和第二升压开关元件独立地运行。
6.根据权利要求1所述的充电装置，其中，所述转换器控制器基于所述交错式降压升压转换器的输出电压和目标输出电压，来确定所述第一降压升压转换器中的所述第一降压开关元件的接通占空比、以及并联连接至所述第一降压升压转换器的所述第二降压升压转换器中的所述第二降压开关元件的接通占空比。
7.根据权利要求1所述的充电装置，其中，所述转换器控制器
基于所述交错式降压升压转换器的输出电压、目标输出电压、所述交错式降压升压转换器的输入电压和流入所述第一降压升压转换器中的所述第一电感器中的电流，来确定所述第一升压开关元件的接通占空比；以及
基于所述交错式降压升压转换器的输出电压、目标输出电压、所述交错式降压升压转换器的输入电压和流入并联连接至所述第一降压升压转换器的所述第二降压升压转换器中的所述第二电感器中的电流，来确定所述第二降压升压转换器中的第二升压开关元件的接通占空比。
8.根据权利要求1所述的充电装置，其中，并联连接至所述第一升压转换器的所述第二降压升压转换器包括：
第二升压开关元件；
连接至所述整流器的所述第二降压开关元件；
所述第二电感器，连接在所述第二降压开关元件与所述第二升压开关元件之间；
第三二极管，并联连接在所述第二降压开关元件与所述第二电感器之间；以及
第四二极管，连接在所述第二升压开关元件与所述交错式降压升压转换器的输出之间。
9.根据权利要求1所述的充电装置，其中，所述多个降压升压转换器之中除了所述第一降压升压转换器之外的其它转换器与所述第一降压升压转换器具有相同的配置，且并联连接至所述第一降压升压转换器。
10.根据权利要求1所述的充电装置，其中，所述转换器控制器包括：
第一比较器，产生用于控制所述第一降压开关元件的第一降压开关控制信号；
第二比较器，产生用于控制所述第二降压开关元件的第二降压开关控制信号；
第三比较器，产生用于控制所述第一升压开关元件的第一升压开关控制信号；以及
第四比较器，产生用于控制所述第二降压升压转换器中的第二升压开关元件的第二升压开关控制信号。
11.一种电动车，包括：
电池；
电机；
逆变器，在电机运行模式下将由所述电池提供的直流电力转换为交流电力以驱动所述电机；以及
充电装置，包括：整流器，在充电模式下对输入的交流电力进行整流；交错式降压升压转换器，将整流后的电力转换为直流电力以将转换后的直流电力供应至所述电池，所述交错式降压升压转换器包括多个降压升压转换器；第一电容器，连接至所述整流器的输出；第二电容器，连接至所述交错式降压升压转换器的输出；以及转换器控制器，控制所述交错式降压升压转换器，
其中，所述交错式降压升压转换器的第一降压升压转换器包括：
第一降压开关元件，连接至所述整流器；
第一升压开关元件；
第一电感器，连接在所述第一降压开关元件与所述第一升压开关元件之间；
第一二极管，并联连接在所述第一降压开关元件与所述第一电感器之间；以及
第二二极管，连接在所述第一升压开关元件与所述交错式降压升压转换器的输出之间，
其中，所述多个降压升压转换器中的每一个均执行交错操作，且所述第一降压开关元件的接通时序和所述交错式降压升压转换器的第二降压升压转换器中的第二降压开关元件的接通时序在降压模式或降压升压模式下部分地重叠，使得在所述第一降压升压转换器和所述第二降压升压转换器之间出现电流共享，
其中，所述第一降压升压转换器和所述第二降压升压转换器在降压模式操作和升压模式操作期间分别共模使用所述第一电感器和所述第二降压升压转换器中的第二电感器，
其中，在所述升压模式下，如果所述第一降压开关元件和所述第一升压开关元件接通，则能量基于流过所述第一降压开关元件、所述第一电感器和所述第一升压开关元件的第一电流而积累在所述第一电感器中，
其中，在所述升压模式下，如果所述第一降压开关元件接通且所述第一升压开关元件断开，则积累在所述第一电感器中的能量通过流过所述第一降压开关元件、所述第一电感器和所述第二二极管的第二电流而存储在所述第二电容器中，
其中，在所述降压模式下，如果所述第一降压开关元件接通且所述第一升压开关元件断开，则直流电力通过流过所述第一降压开关元件、所述第一电感器和所述第二二极管的第三电流而存储在所述第二电容器中，以及
其中，在所述降压模式下，如果所述第一降压开关元件和所述第一升压开关元件均断开，则积累在所述第一电感器中的能量通过流过所述第一二极管、所述第一电感器和所述第二二极管的第四电流而被存储在所述第二电容器中。
12.根据权利要求11所述的电动车，其中，所述转换器控制器调节所述第一降压开关元件的接通占空比以控制由所述交错式降压升压转换器产生的输出电压，并调节所述第一升压开关元件的接通占空比以控制由所述交错式降压升压转换器产生的输出电压或输出电流的功率因数。
13.根据权利要求11所述的电动车，其中，所述充电装置还包括：
输入电压检测器，检测所述整流器的输出电压；
输出电压检测器，检测所述交错式降压升压转换器的输出电压；以及
电流检测器，检测流入所述交错式降压升压转换器的多个降压升压转换器中的每个电感器中的电流。
14.根据权利要求11所述的电动车，其中，在所述充电装置的降压模式或降压升压模式中，所述第一降压升压转换器中的所述第一降压开关元件和所述第一升压元件独立地运行，且并联连接至所述第一降压升压转换器的所述第二降压升压转换器中的所述第二降压开关元件和第二升压开关元件独立地运行。
15.根据权利要求11所述的电动车，其中，所述转换器控制器
基于所述交错式降压升压转换器的输出电压、目标输出电压、所述交错式降压升压转换器的输入电压和流入所述第一降压升压转换器中的所述第一电感器中的电流，来确定所述第一升压开关元件的接通占空比；以及
基于所述交错式降压升压转换器的输出电压、目标输出电压、所述交错式降压升压转换器的输入电压和流入并联连接至所述第一降压升压转换器的所述第二降压升压转换器中的所述第二电感器中的电流，来确定所述第二降压升压转换器中的第二升压开关元件的接通占空比。
16.根据权利要求11所述的电动车，还包括：
逆变器控制器，控制所述逆变器；
其中，所述逆变器控制器包括：
速度计算器，基于流入所述电机中的检测电流或所述电机的转子的位置信号来计算所述电机的转子的速度信息；
电流指令产生器，基于所述速度信息和速度指令值来产生电流指令值；
电压指令产生器，基于所述电流指令值和所述检测电流来产生电压指令值；以及
开关控制信号产生器，基于所述电压指令值产生驱动所述逆变器的开关控制信号。
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