CN112537214B - 电源装置 - Google Patents

电源装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112537214B
CN112537214B CN202010872554.6A CN202010872554A CN112537214B CN 112537214 B CN112537214 B CN 112537214B CN 202010872554 A CN202010872554 A CN 202010872554A CN 112537214 B CN112537214 B CN 112537214B
Authority
CN
China
Prior art keywords
switching element
phase
capacitor
charger
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010872554.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112537214A (zh
Inventor
高松直义
大畠弘嗣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN112537214A publication Critical patent/CN112537214A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112537214B publication Critical patent/CN112537214B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/11—DC charging controlled by the charging station, e.g. mode 4
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/22—Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/31—Charging columns specially adapted for electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4833—Capacitor voltage balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/40—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/50—Charging of capacitors, supercapacitors, ultra-capacitors or double layer capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0095—Hybrid converter topologies, e.g. NPC mixed with flying capacitor, thyristor converter mixed with MMC or charge pump mixed with buck
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Abstract

本发明公开电源装置。电源装置具备：蓄电池；电容器部，与蓄电池连接；电力变换器，包含与蓄电池并联地连接的3相；控制装置，控制包含于3相的各开关元件的导通和截止的切换；第1连接端子，位于3相中的任意1相的第1开关元件与第2开关元件之间，与DC充电器的P端子连接；以及第2连接端子，位于另1相的第3开关元件与第4开关元件之间，与DC充电器的N端子连接。

Description

电源装置
技术领域
本发明涉及电源装置。
背景技术
日本特开2007-252074公开的面向电动车辆的电力变换装置通过使电动发电机(motor generator)驱动用的逆变器兼具作为充电器的功能的一部分，能够将用于使用作为外部充电器的AC充电器对电池进行充电的车载零件抑制为最小限，能够使电动车辆的重量以及价格降低。
发明内容
然而，日本特开2007-252074公开的技术是AC充电用而不是DC充电用。近年来，作为在对搭载于电动车辆的电动发电机驱动用的电池进行充电时使用的DC充电器，例如有最大电压为400[V]级(150[kW])和800[V]级(350[kW])这2种充电器，最好能够在电动车辆侧与多个电压规格对应地对电池进行充电。
本发明提供一种能够与多个电压规格对应地通过DC充电器对蓄电池进行充电的电源装置。
本发明的某个方式所涉及的电源装置，包括：蓄电池；电容器部，在所述蓄电池的正极侧端子与负极侧端子之间串联地连接第1电容器及第2电容器；电力变换器，包括与所述蓄电池并联地连接的U相、V相及W相，所述U相、V相及W相分别是3电平逆变器，各个所述3电平逆变器包括：串联地连接的第1开关元件、第2开关元件、第3开关元件及第4开关元件；第1二极管，阴极侧与连接所述第1开关元件和所述第2开关元件的布线连接，阳极侧与连接所述第1电容器和所述第2电容器的布线连接；及第2二极管，阳极侧与连接所述第3开关元件和所述第4开关元件的布线连接，阴极侧与连接所述第1电容器和所述第2电容器的布线连接，各个所述3电平逆变器被配置成通过使所述第1开关元件、所述第2开关元件、所述第3开关元件及所述第4开关元件分别导通或截止，将3个不同的电压值中的某一个电压值的电压选择性地输出给电动发电机；控制装置，构成为控制所述电力变换器的所述第1开关元件、所述第2开关元件、所述第3开关元件及所述第4开关元件各自的导通和截止的切换；第1连接端子，位于所述U相、所述V相及所述W相中的、任意1相中的所述第1开关元件与所述第2开关元件之间，与DC充电器的P端子电连接；以及第2连接端子，位于所述U相、所述V相及所述W相中的、另1相中的所述第3开关元件与所述第4开关元件之间，与所述DC充电器的N端子电连接。
另外，在上述方式中，所述控制装置的控制模式包括：第1充电模式，不使来自所述DC充电器的电力升压而对所述蓄电池进行充电；以及第2充电模式，使来自所述DC充电器的电力升压而对所述蓄电池进行充电。
由此，通过具有第1充电模式和第2充电模式，在DC充电器的最大电压是蓄电池的电压以上的情况和在DC充电器的最大电压低于蓄电池的电压的情况下，都能够充电，能够与多个电压规格对应地，通过DC充电器对蓄电池进行充电。
另外，在上述方式中，在所述第2充电模式中，所述控制装置以使利用来自所述DC充电器的电力进行的所述第1电容器和所述第2电容器的充电交替进行的方式，控制所述电力变换器的所述第1开关元件、所述第2开关元件、所述第3开关元件以及所述第4开关元件各自的导通和截止的切换。
由此，无需在电动发电机中流过电流，能够使来自DC充电器的电力升压而对蓄电池进行充电。
另外，在上述方式中，所述控制装置可以被配置成在通过来自所述DC充电器的电力对所述第1电容器进行充电时，使所述U相、所述V相及所述W相中的、具有所述第1连接端子的1相中的所述第1开关元件和具有所述第2连接端子的1相中的所述第2开关元件以及所述第3开关元件导通，使剩余的开关元件截止，在通过来自所述DC充电器的电力对所述第2电容器进行充电时，使所述U相、所述V相及所述W相中的、具有所述第1连接端子的1相中的所述第2开关元件以及所述第3开关元件和具有所述第2连接端子的1相中的所述第4开关元件导通，使剩余的开关元件截止。
由此，能够通过来自DC充电器的电力，对第1电容器以及第2电容器交替进行充电，能够交替提高第1电容器以及第2电容器的电压。
另外，在上述方式中，所述控制装置可以被配置成在第1充电模式中，使所述U相、所述V相及所述W相中的、具有所述第1连接端子的1相中的所述第1开关元件导通，将具有所述第2连接端子的1相中的所述第4开关元件保持为导通状态，将剩余的开关元件保持为截止状态。
由此，能够确保电流流过的开关元件的耐久性。另外，在第1充电模式下的充电中，电力变换器的各开关元件的导通和截止被固定，所以能够使开关损耗降低。
本发明的上述方式所涉及的电源装置通过在电力变换器中的各个作为3电平逆变器的U相、V相以及W相中的任意1相中的第1开关元件与第2开关元件之间电连接DC充电器的P端子，在另1相中的第3开关元件与第4开关元件之间电连接DC充电器的N端子，从而能够与多个电压规格对应地通过DC充电器对蓄电池进行充电。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1是实施方式所涉及的电力系统的结构图。
图2是示出实施方式所涉及的电力系统的结构的框图。
图3是示出通过直接连结模式利用DC充电器对电池进行充电时的电路状态的图。
图4是示出在通过升压模式利用DC充电器对电池进行充电时电容器C1的充电是开启的状态下的电路状态的图。
图5是示出在通过升压模式利用DC充电器对电池进行充电时电容器C2的充电是开启的状态下的电路状态的图。
图6是示出电容器C1的充电是开启的状态和电容器C2的充电是开启的状态的切换的定时的一个例子的图。
图7A是示出升压模式时的电池电压和电容器的电压的时间变化的图表。
图7B是示出升压模式时的电容器中流过的电流的时间变化的图表。
具体实施方式
以下，说明本发明所涉及的电源装置的实施方式。此外，本发明不限定于本实施方式。
图1是实施方式所涉及的电力系统的结构图。实施方式所涉及的电力系统应用于电动汽车、混合动力车、PHV(Plug-inHybrid Vehicle，插电式混合动力车)、REEV(RangeExtended Electric Vehicle，增程式电动车)等能够利用电力行驶的电动车辆。
实施方式所涉及的电力系统包括电源装置10、电动发电机20、以及DC充电器30等。此外，实施方式所涉及的电力系统中的、电源装置10以及电动发电机20搭载于所述电动车辆，DC充电器30设置于在所述电动车辆的外部设置的外部充电设备等。
电源装置10具备电池12、电容器部16、电力变换器18、充电继电器装置40、以及ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)60等。电源装置10与电动发电机20电连接。
电池12是能够作为高电压电池进行充放电的蓄电池。作为电池12，例如，除了能够使用锂离子组电池、镍氢组电池以外，还能够使用镍镉电池、铅蓄电池等。
电容器部16包括在电池12的正极侧端子(正母线22)与电池12的负极侧端子(负母线24)之间相互串联地连接的、作为第1电容器的电容器C1和作为第2电容器的电容器C2。电容器C1和电容器C2在中性点NP1相互连接。即，电容器C1的一侧的端子与正母线22连接，另一侧的端子与中性点NP1连接。另外，电容器C2的一侧的端子与中性点NP1连接，另一侧的端子与负母线24连接。因此，如果电容器C1、C2同样地进行充放电而始终积蓄相同的电荷，则作为中性点NP1与负母线24之间的电压的中性点电压被钳位成电池12的电压的一半的电压。此外，中性点电压相当于作为电容器C2的端子间电压的电压VC2。另外，图1中的VC1是电容器C1的端子间电压。
电力变换器18包括被供给作为正母线22与中性点NP1之间的电压的正侧电压的上支路以及被供给作为中性点NP1与负母线24之间的电压的负侧电压的下支路。在电力变换器18中，上支路和下支路在正母线22与负母线24之间串联地多路配置，能够将3电平的3相AC电压输出给电动发电机20。
另外，电力变换器18具备将U相电压输出给电动发电机20的U相支路、将V相电压输出给电动发电机20的V相支路、以及将W相电压输出给电动发电机20的W相支路。
在U相支路中，从正母线22朝向负母线24，依次串联地连接有第1开关元件SU1、第2开关元件SU2、第3开关元件SU3、第4开关元件SU4。各开关元件SU1、SU2、SU3、SU4成为针对半导体元件逆并联地连接回流二极管的结构。此外，逆并联地连接是指，例如，对半导体元件的集电极端子连接二极管的阴极端子，对半导体元件的发射极端子连接二极管的阳极端子。位于连接第1开关元件SU1和第2开关元件SU2的布线的作为连接部的中间点PU1(第1中间点)以及位于连接第3开关元件SU3和第4开关元件SU4的布线的作为连接部的中间点PU2(第2中间点)以串联地连接的2个二极管DU1、DU2的阳极侧与中间点PU2连接、阴极侧与中间点PU1连接的方式通过二极管DU1、DU2连接。位于连接该2个二极管DU1、DU2的布线的连接点与电容器部16的中性点NP1连接。换言之，二极管DU1的阴极侧与中间点PU1连接，阳极侧与中性点NP1连接。另外，二极管DU2的阳极侧与中间点PU2连接，阴极侧与中性点NP1连接。在上述结构中，从位于第2开关元件SU2与第3开关元件SU3之间的连接点向电动发电机20输出U相电压。
在V相支路中，从正母线22朝向负母线24，依次串联地连接有第1开关元件SV1、第2开关元件SV2、第3开关元件SV3、第4开关元件SV4。各开关元件SV1、SV2、SV3、SV4成为针对半导体元件逆并联地连接回流二极管的结构。位于连接第1开关元件SV1和第2开关元件SV2的布线的作为连接部的中间点PV1(第1中间点)以及位于连接第3开关元件SV3和第4开关元件SV4的布线的作为连接部的中间点PV2(第2中间点)以串联地连接的2个二极管DV1、DV2的阳极侧与中间点PV2连接、阴极侧与中间点PV1连接的方式通过二极管DV1、DV2连接。位于连接该2个二极管DV1、DV2的布线的连接点与电容器部16的中性点NP1连接。换言之，二极管DV1的阴极侧与中间点PV1连接，阳极侧与中性点NP1连接。另外，二极管DV2的阳极侧与中间点PV2连接，阴极侧与中性点NP1连接。在上述结构中，从位于第2开关元件SV2与第3开关元件SV3之间的连接点对电动发电机20输出V相电压。
在W相支路中，从正母线22朝向负母线24，依次串联地连接有第1开关元件SW1、第2开关元件SW2、第3开关元件SW3、第4开关元件SW4。各开关元件SW1、SW2、SW3、SW4是针对半导体元件逆并联地连接回流二极管而构成的。位于连接第1开关元件SW1和第2开关元件SW2的布线的作为连接部的中间点PW1(第1中间点)以及位于连接第3开关元件SW3和第4开关元件SW4的布线的作为连接部的中间点PW2(第2中间点)以串联地连接的2个二极管DW1、DW2的阳极侧与中间点PW2连接、阴极侧与中间点PW1连接的方式通过二极管DW1、DW2连接。位于连接该2个二极管DW1、DW2的布线的连接点与电容器部16的中性点NP1连接。换言之，二极管DW1的阴极侧与中间点PW1连接，阳极侧与中性点NP1连接。另外，二极管DW2的阳极侧与中间点PW2连接，阴极侧与中性点NP1连接。在上述结构中，从位于第2开关元件SW2与第3开关元件SW3之间的连接点对电动发电机20输出W相电压。
在本实施方式中，作为电力变换器18的各开关元件，能够使用IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)等。
电动发电机20是搭载于所述电动车辆的旋转电机，在通过电力变换器18将从电池12输出的DC电压变换为三相AC电压而供给时作为电动机发挥作用，产生用于使车辆行驶的驱动力。另一方面，电动发电机20在车辆被制动时作为发电机发挥作用，回收制动能量作为三相AC电压输出。然后，利用电力变换器18将该三相AC电压变换为DC电压并供给给电池12，从而电池12被充电。
DC充电器30是为了对电池12进行充电而设置在车辆外部的外部充电器。DC充电器30具有通过充电器连接部50电连接于电源装置10侧的2个端子即P端子(正极端子)32P以及N端子(负极端子)32N，该充电器连接部50用于连接DC充电器30的未图示的插头和车辆侧的未图示的连接器。在充电器连接部50与电力变换器18之间，设置有具有充电继电器42P和充电继电器42N的充电继电器装置40、以及电抗器44P。
如图1所示，DC充电器30的P端子32P经由充电继电器42P以及电抗器44P与V相支路中的第1开关元件SV1和第2开关元件SV2的中间点PV1电连接。另外，DC充电器30的N端子32N经由充电继电器42N与U相支路中的第3开关元件SU3和第4开关元件SU4的中间点PU2电连接。
此外，在实施方式所涉及的电源装置10中，连接U相支路、V相支路以及W相支路中的任意1相的3电平逆变器中的作为第1中间点的中间点PU1、PV1、PW1和DC充电器30的P端子32P，连接另1相的3电平逆变器中的作为第2中间点的中间点PU2、PV2、PW2和DC充电器30的N端子32N即可。
这样，在实施方式所涉及的电源装置10中，U相支路、V相支路以及W相支路中的任意1相的3电平逆变器中的第1中间点被用作与DC充电器30的P端子32P电连接的第1连接端子。另外，U相支路、V相支路以及W相支路中的、另1相的3电平逆变器中的第2中间点被用作与DC充电器30的N端子32N电连接的第2连接端子。
而且，实施方式所涉及的电源装置10具有如下结构：在电力变换器18中的作为3电平逆变器的U相、V相以及W相中的任意1相中的第1开关元件与第2开关元件之间(第1中间点)电连接DC充电器30的P端子32P，在另1相中的第3开关元件与第4开关元件之间(第2中间点)电连接DC充电器30的N端子32N，从而能够与多个电压规格对应地，通过DC充电器30对电池12进行充电。
图2是示出实施方式所涉及的电力系统的结构的框图。ECU60是控制电源装置10等的动作的电子控制装置。ECU60具备充电控制部62以及栅极信号生成部64等。此外，在图2中，“VB”是电池电压，“VH”是充电电压。
对充电控制部62输入从未图示的系统控制部输出的充电电力指令信号、从设置于电力变换器18的未图示的电压计输出的电压相位信号、从设置于电容器部16的未图示的电压计输出的电容器C1、C2的电压VC1、VC2的信号、以及从DC充电器30输出的充电器信息信号等各种信号。另外，充电控制部62例如将根据充电电力指令信号、电压相位信号、以及电压VC1、VC2的信号等求出的duty等，输出给栅极信号生成部64。栅极信号生成部64生成用于切换电力变换器18的各开关元件的导通(ON)和截止(OFF)的栅极信号，将该生成的栅极信号输出给各开关元件。
在实施方式所涉及的电源装置10中，作为ECU60的控制模式，在通过DC充电器30对电池12进行充电时，具有在DC充电器30的最大电压是电池电压VB以上的情况下应用的作为第1充电模式的直接连结模式和在DC充电器30的最大电压低于电池电压VB的情况下应用的作为第2充电模式的升压模式。在直接连结模式中，不使来自DC充电器30的电力升压而对电池12进行充电。在升压模式中，使来自DC充电器30的电力升压而对电池12进行充电。此外，在实施方式所涉及的电源装置10中，在直接连结模式和升压模式中，都不会从DC充电器30向电动发电机20流过电流而进行电池12的充电。
充电控制部62根据来自DC充电器30的充电器信息信号，比较DC充电器30的最大电压和电池电压VB。而且，在DC充电器30的最大电压是电池电压VB以上的情况下，通过直接连结模式，利用DC充电器30对电池12进行充电。另一方面，在DC充电器30的最大电压低于电池电压VB的情况下，通过升压模式，利用DC充电器30对电池12进行充电。
此外，例如，也可以通过驾驶员等作业者根据DC充电器30的规格(最大电压)操作设置于搭载有电源装置10的所述电动车辆的开关等来选择直接连结模式和升压模式。
图3是示出通过直接连结模式利用DC充电器30对电池12进行充电时的电路状态的图。此外，在图3中，DC充电器30的最大电压是800[V]，电池电压VB是800[V]。另外，在图3中，设成导通的状态的开关元件用圆圈包围。
如图3所示，在通过直接连结模式利用DC充电器30对电池12进行充电时，首先，ECU60将U相支路的第4开关元件SU4和V相支路的第1开关元件SV1从截止切换为导通，使其他开关元件成为截止的状态。接下来，ECU60将充电继电器装置40的充电继电器42P、42N从截止切换为导通，从DC充电器30经由电力变换器18对电池12供给DC电压，进行电池12的充电。
此外，由于第4开关元件SU4和第1开关元件SV1各自的回流二极管中流过电流，ECU60也可以使第4开关元件SU4和第1开关元件SV1截止。由此，电力变换器18的所有开关元件成为截止的状态，所以不进行切换电力变换器18的各开关元件的导通和截止的开关动作也可以，能够提高充电效率，并且能够抑制追加用于充电的逆变器元件、冷却机构。另一方面，通过使第4开关元件SU4和第1开关元件SV1导通，能够确保在第4开关元件SU4和第1开关元件SV1中流过电流时的耐久性。
另外，在直接连结模式下的充电中，电力变换器18的各开关元件的导通和截止被固定，所以能够使开关损耗降低。
图4是示出在通过升压模式利用DC充电器30对电池12进行充电时电容器C1的充电是开启的状态下的电路状态的图。图5是示出在通过升压模式利用DC充电器30对电池12进行充电时电容器C2的充电是开启的状态下的电路状态的图。此外，在图4以及图5中，设成导通的状态的开关元件用圆圈包围。图6是示出电容器C1的充电是开启的状态和电容器C2的充电是开启的状态的切换的定时的一个例子的图。
在本实施方式中，如图4所示，将在升压模式中使电流从DC充电器30流向电容器C1而进行电容器C1的充电的状态称为“电容器C1的充电是开启的状态”。另外，在本实施方式中，如图5所示，将在升压模式中使电流从DC充电器30流向电容器C2而进行电容器C2的充电的状态称为“电容器C2的充电是开启的状态”。
另外，在升压模式中，以使电容器C1、C2的电压VC1、VC2均等的方式，充电控制部62进行反馈控制(PI控制)。在该反馈控制(PI控制)中，使用下述公式(1)，计算如用图6的矩形脉冲表示的、电容器C1的充电是开启的状态和电容器C2的充电是开启的状态的duty。此外，图6中的“T”是载波周期。另外，在图6中，矩形脉冲的高电平意味着电容器C1的充电是开启的状态，矩形脉冲的低电平意味着电容器C2的充电是开启的状态。
duty＝Kp(VC2－VC1)+Ki∫(VC2－VC1)dt…(1)
此外，在上述公式(1)中，“Kp”是比例增益，“Ki”是积分增益。
将这样计算出的上述duty的信息，从充电控制部62输出到栅极信号生成部64。
栅极信号生成部64在升压模式时，根据上述duty以及载波周期T等，以成为电容器C1的充电是开启的状态或者电容器C2的充电是开启的状态的方式，生成用于切换电力变换器18的各开关元件的导通和截止的栅极信号，将该生成的栅极信号输出给各开关元件。
在通过升压模式利用DC充电器30对电池12进行充电时，首先，分别通过来自电池12的电力，对电容器C1、C2的电压VC1、VC2进行充电，以成为电池电压VB(800[V])的1/2即400[V]。另外，使DC充电器30的电压也成为电池电压VB(800[V])的1/2即400[V]。此外，作为DC充电器30的电压，也可以比电池电压VB的1/2稍微高。
而且，ECU60例如如图4所示，使电容器C1的充电成为开启的状态。即，ECU60将U相支路中的第2开关元件SU2以及第3开关元件SU3和V相支路中的第1开关元件SV1从截止切换为导通，使其他开关元件成为截止的状态。由此，从DC充电器30的P端子32P输出到V相支路的中间点PV1的电流通过V相支路的第1开关元件SV1、电容器C1和U相支路的第2开关元件SU2以及第3开关元件SU3，从U相支路的中间点PU2被输入到DC充电器30的N端子32N。由此，在电容器C1的充电是开启的状态下，通过来自DC充电器30的电力，对电容器C1进行充电而电压VC1变高。而且，通过DC充电器30对电容器C1进行充电，直至充电电压VH(电压VC1+电压VC2)成为比电池电压VB高的预定电压。此外，作为所述预定电压，例如是比800[V]高的电压。而且，充电控制部62如果根据从设置于电容器部16的电压计输出的电压VC1、VC2的值判断为电压VC1、VC2的合计超过800[V]，则结束通过DC充电器30进行的电容器C1的充电。
此外，由于第1开关元件SV1的回流二极管中流过电流，ECU60也可以使第1开关元件SV1截止。另一方面，通过使第1开关元件SV1导通，能够确保流过电流时的第1开关元件SV1的耐久性。
接下来，如图5所示，ECU60从使电容器C1的充电开启的状态，切换为使电容器C2的充电开启的状态。即，ECU60将U相支路中的第4开关元件SU4和V相支路中的第2开关元件SV2以及第3开关元件SV3从截止切换为导通，使其他开关元件成为截止的状态。由此，在充电电压VH比电池电压VB高的状态下，停止通过DC充电器30进行的电容器C1的充电，积蓄于电容器C1的电力被放电而输入到电池12，从而电池12被充电。
另外，在电容器C2的充电是开启的状态下，从DC充电器30的P端子32P输出到V相支路的中间点PV1的电流通过V相支路中的第2开关元件SV2以及第3开关元件SV3、电容器C2、以及U相支路中的第4开关元件SU4，从U相支路的中间点PU2被输入到DC充电器30的N端子32N。由此，在电容器C2的充电是开启的状态下，通过来自DC充电器30的电力，对电容器C2进行充电而电压VC2变高。而且，通过DC充电器30对电容器C2进行充电，直至充电电压VH成为比电池电压VB高的预定电压。此外，作为所述预定电压，例如是比800[V]高的电压。而且，充电控制部62如果根据从设置于电容器部16的电压计输出的电压VC1、VC2的值判断为电压VC1、VC2的合计超过800[V]，则结束通过DC充电器30进行的电容器C2的充电。
此外，由于第4开关元件SU4的回流二极管中流过电流，ECU60也可以使第4开关元件SU4截止。另一方面，通过使第4开关元件SU4导通，能够确保流过电流时的第4开关元件SU4的耐久性。
接下来，ECU60从使电容器C2的充电开启的状态，切换为使电容器C1的充电开启的状态。由此，在充电电压VH比电池电压VB高的状态下，停止通过DC充电器30进行的电容器C2的充电，积蓄于电容器C2的电力被放电而输入到电池12，从而电池12被充电。
图7A是示出升压模式时的电池电压VB和电容器C1、C2的电压VC1、VC2的时间变化的图表。图7B是示出升压模式时的电容器C1、C2中流过的电流IC1、IC2的时间变化的图表。此外，在图7B中，相比于0[A]在正电流侧，对电容器C1、C2进行充电，相比于0[A]在负电流侧，从电容器C1、C2进行放电。
在升压模式中，通过交替切换电容器C1的充电是开启的状态和电容器C2的充电是开启的状态，从而如图7A以及图7B所示，交替进行电容器C1、C2的充电和放电，从DC充电器30供给给电池12的充电电压VH(电压VC1+电压VC2)被升压成高于电池电压VB。因此，即使在DC充电器30的最大电压低于电池电压VB的情况下，也能够通过DC充电器30对电池12进行充电。
另外，在升压模式中，不对电动发电机20供给电力，所以将电动发电机20的线圈用作电抗器而不进行升压。因此，在升压模式下的充电时，电动发电机20不旋转，所以无需设置能够切断电源装置10与电动发电机20之间的电力供给的继电器，能够实现电源装置10的低成本化、小型化。
另外，在升压模式中，电容器C1、C2与DC充电器30之间的电压差接近0[V]，所以能够降低由所述电压差引起的电流脉动。由此，能够减小设置于DC充电器30与电力变换器18之间的电抗器、或者从DC充电器30与电力变换器18之间去掉电抗器，所以能够实现电源装置10的小型化、低成本化以及高效化。
如以上所述，在实施方式所涉及的电源装置10中，通过具有直接连结模式和升压模式，能够与多个电压规格对应地，例如通过400[V]级和800[V]级这两方的DC充电器30，对作为高电压电池的电池12进行充电。
另外，在实施方式所涉及的电源装置10中，也可以使用比3电平逆变器更多的电平的逆变器来构成电力变换器18。在该情况下，在与从电力变换器18对电动发电机20输出电力的开关元件之间不同的开关元件之间，电连接DC充电器30的P端子32P和N端子32N即可。

Claims (5)

1.一种电源装置，其特征在于，包括：
蓄电池；
电容器部，在所述蓄电池的正极侧端子与负极侧端子之间串联地连接第1电容器及第2电容器；
电力变换器，包括与所述蓄电池并联地连接的U相、V相及W相，所述U相、V相及W相分别是3电平逆变器，各个所述3电平逆变器包括：串联地连接的第1开关元件、第2开关元件、第3开关元件及第4开关元件；第1二极管，阴极侧与连接所述第1开关元件和所述第2开关元件的布线连接，阳极侧与连接所述第1电容器和所述第2电容器的布线连接；及第2二极管，阳极侧与连接所述第3开关元件和所述第4开关元件的布线连接，阴极侧与连接所述第1电容器和所述第2电容器的布线连接，各个所述3电平逆变器被配置成通过使所述第1开关元件、所述第2开关元件、所述第3开关元件及所述第4开关元件分别导通或截止，将3个不同的电压值中的某一个电压值的电压选择性地输出给电动发电机；
控制装置，构成为控制所述电力变换器的所述第1开关元件、所述第2开关元件、所述第3开关元件及所述第4开关元件各自的导通和截止的切换；
第1连接端子，位于所述U相、所述V相及所述W相中的、任意1相中的所述第1开关元件与所述第2开关元件之间，与DC充电器的P端子电连接；以及
第2连接端子，位于所述U相、所述V相及所述W相中的、另1相中的所述第3开关元件与所述第4开关元件之间，与所述DC充电器的N端子电连接。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
所述控制装置的控制模式包括：
第1充电模式，不使来自所述DC充电器的电力升压而对所述蓄电池进行充电；以及
第2充电模式，使来自所述DC充电器的电力升压而对所述蓄电池进行充电。
3.根据权利要求2所述的电源装置，其特征在于，
在所述第2充电模式中，所述控制装置以使利用来自所述DC充电器的电力进行的所述第1电容器和所述第2电容器的充电交替进行的方式，控制所述电力变换器的所述第1开关元件、所述第2开关元件、所述第3开关元件以及所述第4开关元件各自的导通和截止的切换。
4.根据权利要求3所述的电源装置，其特征在于，
所述控制装置被配置成：
在通过来自所述DC充电器的电力对所述第1电容器进行充电时，使所述U相、所述V相及所述W相中的、具有所述第1连接端子的1相中的所述第1开关元件和具有所述第2连接端子的1相中的所述第2开关元件以及所述第3开关元件导通，使剩余的开关元件截止，
在通过来自所述DC充电器的电力对所述第2电容器进行充电时，使所述U相、所述V相及所述W相中的、具有所述第1连接端子的1相中的所述第2开关元件以及所述第3开关元件和具有所述第2连接端子的1相中的所述第4开关元件导通，使剩余的开关元件截止。
5.根据权利要求2至4中的任意一项所述的电源装置，其特征在于，
所述控制装置被配置成：
在第1充电模式中，使所述U相、所述V相及所述W相中的、具有所述第1连接端子的1相中的所述第1开关元件导通，将具有所述第2连接端子的1相中的所述第4开关元件保持为导通状态，将剩余的开关元件保持为截止状态。
CN202010872554.6A 2019-09-20 2020-08-26 电源装置 Active CN112537214B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-171810 2019-09-20
JP2019171810A JP7160007B2 (ja) 2019-09-20 2019-09-20 電源装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112537214A CN112537214A (zh) 2021-03-23
CN112537214B true CN112537214B (zh) 2023-04-07

Family

ID=72380968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010872554.6A Active CN112537214B (zh) 2019-09-20 2020-08-26 电源装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11431184B2 (zh)
EP (1) EP3795409B1 (zh)
JP (1) JP7160007B2 (zh)
KR (1) KR102385473B1 (zh)
CN (1) CN112537214B (zh)
BR (1) BR102020017408A2 (zh)
RU (1) RU2738965C1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018216236B4 (de) * 2018-09-24 2020-12-10 Vitesco Technologies GmbH Ladeschaltung für einen fahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher
JP7446932B2 (ja) * 2020-06-25 2024-03-11 東芝インフラシステムズ株式会社 電力変換装置およびスイッチ装置
KR20220005347A (ko) * 2020-07-06 2022-01-13 현대자동차주식회사 차량의 배터리 충전 장치 및 방법
CN112937332A (zh) * 2021-01-21 2021-06-11 华为技术有限公司 一种充电系统及电动汽车
US20230143231A1 (en) * 2021-11-08 2023-05-11 Delta Electronics, Inc. Power integration system with motor drive and battery charging and discharging function
JP2024008396A (ja) * 2022-07-08 2024-01-19 株式会社デンソー 電力変換装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010045961A (ja) * 2008-07-16 2010-02-25 Toyota Central R&D Labs Inc 電力制御装置
CN102160014A (zh) * 2008-09-26 2011-08-17 莫斯科技株式会社 电力变换装置
JP2015192499A (ja) * 2014-03-27 2015-11-02 本田技研工業株式会社 三相交流発電スタータ装置
EP3065278A1 (en) * 2013-10-30 2016-09-07 Mitsubishi Electric Corporation Dc/dc conversion device and load drive control system
JP2016220325A (ja) * 2015-05-15 2016-12-22 株式会社デンソー マルチレベルインバータの制御装置
CN109311409A (zh) * 2016-06-06 2019-02-05 大陆汽车有限公司 具有逆变器、蓄能器、电机和直流电流传输端子的车辆车载电网

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1808954A3 (en) * 1991-09-20 2008-10-22 Hitachi, Ltd. IGBT-module
JP3179692B2 (ja) * 1995-12-26 2001-06-25 東洋電機製造株式会社 スイッチング損失を低減化した３レベルインバータのｐｗｍ制御方法および装置
JP4946106B2 (ja) 2006-03-15 2012-06-06 日産自動車株式会社 電力変換装置
EP1833151B1 (en) * 2006-03-07 2017-06-14 Nissan Motor Co., Ltd. Power conversion apparatus
RU2428328C1 (ru) * 2007-09-10 2011-09-10 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Устройство и способ для активации системы транспортного средства
JP5611684B2 (ja) * 2010-06-22 2014-10-22 株式会社東芝 電力変換装置
US20130206491A1 (en) * 2010-07-12 2013-08-15 Kor Ecologoic Inc. Vehicle
BR112017027795B1 (pt) * 2015-06-23 2022-10-04 Nissan Motor Co., Ltd Inversor com capacidade de carregamento
DE102016216324A1 (de) * 2016-08-30 2018-03-01 Robert Bosch Gmbh Antriebssystem, insbesondere für ein Fahrzeug, und Verfahren zum Aufheizen eines Antriebssystems
DE102016218304B3 (de) 2016-09-23 2018-02-01 Volkswagen Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Spannungswandlung, Traktionsnetz und Verfahren zum Laden einer Batterie
JP6555244B2 (ja) * 2016-12-19 2019-08-07 トヨタ自動車株式会社 車両
JP2019004593A (ja) * 2017-06-14 2019-01-10 本田技研工業株式会社 車両の電源装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010045961A (ja) * 2008-07-16 2010-02-25 Toyota Central R&D Labs Inc 電力制御装置
CN102160014A (zh) * 2008-09-26 2011-08-17 莫斯科技株式会社 电力变换装置
EP3065278A1 (en) * 2013-10-30 2016-09-07 Mitsubishi Electric Corporation Dc/dc conversion device and load drive control system
JP2015192499A (ja) * 2014-03-27 2015-11-02 本田技研工業株式会社 三相交流発電スタータ装置
JP2016220325A (ja) * 2015-05-15 2016-12-22 株式会社デンソー マルチレベルインバータの制御装置
CN109311409A (zh) * 2016-06-06 2019-02-05 大陆汽车有限公司 具有逆变器、蓄能器、电机和直流电流传输端子的车辆车载电网

Also Published As

Publication number Publication date
EP3795409B1 (en) 2023-03-15
JP7160007B2 (ja) 2022-10-25
KR20210034484A (ko) 2021-03-30
KR102385473B1 (ko) 2022-04-11
US11431184B2 (en) 2022-08-30
EP3795409A1 (en) 2021-03-24
US20210091573A1 (en) 2021-03-25
RU2738965C1 (ru) 2020-12-21
JP2021048759A (ja) 2021-03-25
BR102020017408A2 (pt) 2021-04-13
CN112537214A (zh) 2021-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112537214B (zh) 电源装置
JP4800402B2 (ja) 車両搭載用マルチフェーズコンバータ
US8421381B2 (en) Battery charging circuit and charging method
US7728562B2 (en) Voltage link control of a DC-AC boost converter system
US9985524B2 (en) DC/DC conversion device and load-drive control system
US7605497B2 (en) Two-source inverter
US11207985B2 (en) Power supply device
US10023052B2 (en) Power supply system
US8203236B2 (en) Dual voltage-source inverter system and method
US7719138B2 (en) Two-source series inverter
JP2021035202A (ja) 電源装置
CN103813929A (zh) 具有由换流器供电的永磁激励同步电机的电池运行车辆的驱动系统
JP7103320B2 (ja) 電源装置
JP2022109098A (ja) 電源装置
JP2022113486A (ja) 電源装置
JP2022131596A (ja) 電源装置
JP2023056365A (ja) 充電装置
US11303146B2 (en) Charging device
JP2023056274A (ja) 充電装置
CN115520046A (zh) 利用马达驱动系统的车辆电池充电系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant