CN115441741A - 用于具有集成脉动缓冲控制的单级车载充电器的装置 - Google Patents

用于具有集成脉动缓冲控制的单级车载充电器的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN115441741A
CN115441741A CN202210470720.9A CN202210470720A CN115441741A CN 115441741 A CN115441741 A CN 115441741A CN 202210470720 A CN202210470720 A CN 202210470720A CN 115441741 A CN115441741 A CN 115441741A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage signal
converter
controller
generate
current
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.)
Pending
Application number
CN202210470720.9A
Other languages
English (en)
Inventor
赫克托·萨纳高安迪亚
奥斯卡·露西娅吉尔
拉法尔·希门尼斯皮诺
帕布鲁·高纳罗萨内斯
阿德里亚·马科斯帕斯托尔
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.)
Lear Corp
Original Assignee
Lear 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 Lear Corp filed Critical Lear Corp
Publication of CN115441741A publication Critical patent/CN115441741A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4258—Arrangements for improving power factor of AC input using a single converter stage both for correction of AC input power factor and generation of a regulated and galvanically isolated DC output voltage
    • 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
    • H02J7/00711—Regulation of charging or discharging current or voltage with introduction of pulses during the charging process
    • 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
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • 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
    • 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
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • 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
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • 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
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
    • 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
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • H02J7/06—Regulation of charging current or voltage using discharge tubes or semiconductor 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
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H02M1/143—Arrangements for reducing ripples from dc input or output using compensating arrangements
    • 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
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H02M1/15—Arrangements for reducing ripples from dc input or output using active elements
    • 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
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34—Snubber circuits
    • H02M1/344—Active dissipative snubbers
    • 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
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33573—Full-bridge at primary side of an isolation transformer
    • 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
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33584—Bidirectional converters
    • 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
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • 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
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC 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
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/30—AC to DC 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
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC 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
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • 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
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • 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
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4216—Arrangements for improving power factor of AC input operating from a three-phase input voltage
    • 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
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or 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
    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/285—Single converters with a plurality of output stages connected in parallel
    • 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
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc 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
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc 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
    • H02M7/2173—Conversion of ac power input into dc 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 in a biphase or polyphase circuit arrangement
    • 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
    • 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

本申请涉及用于具有集成脉动缓冲控制的单级车载充电器的装置。在至少一个实施例中，提供了一种交通工具电池充电器。充电器包括至少一个变压器、第一有源桥、第二有源桥和至少一个控制器。第一有源桥包括与初级定位在一起的第一多个开关设备。第二有源桥包括与次级定位在一起的第二多个开关设备。控制器被配置成基于初级控制信号来激活第一多个开关设备，并基于次级控制信号来激活第二多个开关设备。控制器被配置成根据第一控制变量产生次级控制信号。控制器还被配置成产生对应于初级控制信号和次级控制信号之间的相移的第二控制变量。

Description

用于具有集成脉动缓冲控制的单级车载充电器的装置
技术领域
本文公开的方面总体涉及用于具有集成脉动缓冲(PB)控制的单级车载充电器(OBC)的装置。在一个示例中，用于具有集成PB的单级OBC的装置可以被实现用于交通工具应用。这些方面和其它方面在本文中将较详细地进行讨论。
背景
电动交通工具的车载充电器(OBC)用于给交通工具的牵引电池(tractionbattery)充电。OBC将从AC电源吸收的电功率转换成DC电功率，并用DC电功率给电池充电。
概述
在至少一个实施例中，提供了一种交通工具电池充电器。该充电器包括至少一个变压器、第一有源桥、第二有源桥、脉动缓冲(PB)转换器和至少一个控制器。至少一个变压器包括一个或更多个初级绕组和一个或更多个次级绕组。该第一有源桥包括第一多个开关设备，该第一多个开关设备与一个或更多个初级绕组一起被定位在充电器的初级侧上，以响应于来自干线电源的输入电压信号而产生第一电压信号。第二有源桥包括第二多个开关设备，该第二多个开关设备与次级绕组一起被定位在充电器的次级侧上，以响应于第一电压信号产生具有电流纹波的第二电压信号。脉动缓冲(PB)转换器与第二有源桥对接，并被配置成减少或消除来自第二电压信号的电流纹波，并产生适于存储在交通工具上的一个或更多个电池上的平滑的输出信号。至少一个控制器被配置成基于单个初级控制信号选择性地来激活第一多个开关设备以响应于输入电压信号产生第一电压信号，以及基于单个次级控制信号选择性地来激活第二多个开关设备以响应于第一电压信号产生第二电压信号，至少一个控制器被配置成根据对应于占空比的第一控制变量产生单个次级控制信号。至少一个控制器还被配置成产生对应于单个初级控制信号和单个次级控制信号之间的相移的第二控制变量。第二控制变量使得至少一个控制器能够在第一有源桥和第二有源桥之间传输功率。
在至少一个实施例中，提供了一种交通工具电池充电器。该充电器包括至少一个变压器、第一有源桥、第二有源桥、脉动缓冲(PB)转换器和至少一个控制器。至少一个变压器包括初级和次级。第一有源桥包括第一多个开关设备，该第一多个开关设备与初级定位在一起以响应于来自干线电源的输入电压信号产生第一电压信号。第二有源桥包括第二多个开关设备，该第二多个开关设备与次级定位在一起以响应于第一电压信号产生具有电流纹波的第二电压信号。脉动缓冲(PB)转换器与第二有源桥对接，并被配置成消除来自第二电压信号的电流纹波，并产生适于存储在交通工具上的一个或更多个电池上的平滑的输出信号。至少一个控制器被配置成基于单个初级控制信号选择性地来激活第一多个开关设备以响应于输入电压信号产生第一电压信号，以及基于单个次级控制信号选择性地来激活第二多个开关设备以响应于第一电压信号产生第二电压信号，至少一个控制器被配置成根据对应于占空比的第一控制变量产生单个次级控制信号。至少一个控制器还被配置成产生对应于单个初级控制信号和单个次级控制信号之间的相移的第二控制变量。第二控制变量使得至少一个控制器能够在第一有源桥和第二有源桥之间传输功率。
在至少一个实施例中，提供了一种交通工具电池充电器。该充电器包括至少一个变压器、第一有源桥、第二有源桥和至少一个控制器。至少一个变压器包括初级和次级。第一有源桥包括第一多个开关设备，该第一多个开关设备与初级定位在一起以响应于来自干线电源的输入电压信号产生第一电压信号。第二有源桥包括第二多个开关设备，该第二多个开关设备与次级定位在一起以响应于第一电压信号产生具有电流纹波的第二电压信号。至少一个控制器被配置成基于单个初级控制信号选择性地来激活第一多个开关设备以响应于输入电压信号产生第一电压信号，并且基于单个次级控制信号选择性地来激活第二多个开关设备以响应于第一电压信号产生第二电压信号。至少一个控制器被配置成根据对应于占空比的第一控制变量来产生单个次级控制信号。至少一个控制器还被配置成产生对应于单个初级控制信号和单个次级控制信号之间的相移的第二控制变量。第二控制变量使得至少一个控制器能够在第一有源桥和第二有源桥之间传输功率。
附图简述
在所附权利要求中特别指出了本公开的实施例。然而，通过结合附图参考下面的详细描述，多个实施例的其它特征将变得更明显且将被最好地理解，其中：
图1描绘了具有车载充电器(OBC)的电气系统的框图；
图2描绘了OBC的框图，其中OBC是三相OBC；
图3根据实施例描绘了OBC的电气示意图，其中OBC是单相OBC；
图4根据一个实施例描绘了图3中所示的脉动缓冲(PB)转换器的更详细的示例；
图5根据一个实施例描绘了另一个PB转换器；
图6A和6B各自描绘了根据一个实施例的组合的无桥结构以及与变压器耦合以与整流器集成对接的双有源桥(DAB)级；
图7根据一个实施例描绘了用于具有集成PB的单级OBC(例如，11kW400V伏变型)的装置；
图8根据另一实施例描绘了用于具有集成PB的单级OBC(例如，11kW800V伏变型)的另一装置；
图9根据一个实施例描绘了在OBC的控制器内实现的多个控制块；
图10根据一个实施例描绘了在控制器内实现的附加的多个控制块；
图11根据一个实施例描绘了表现双向电流流向的OBC的一个示例；
图12根据一个实施例示出了OBC初级侧两端的电压输出(Vo,p)和OCB次级侧两端的电压输出(Vo,s)；
图13根据一个实施例描绘了归一化输入电流iac,n；
图14根据一个实施例示出了电池电流、干线电流、PB电压、PB峰值电压、FI控制参数的各种波形和从干线电源到电池的能量流的D控制参数；以及
图15根据一个实施例示出了各种电池电流、干线电流、PB电压、PB峰值电压、FI控制参数和从电池到干线电源的能量流的D控制参数。
详细描述
按照要求，本文公开了本发明的详细实施例；然而，应当理解的是，所公开的这些实施例仅仅是本发明的能以不同形式和替代形式实施的示例。附图不一定是按比例的；一些特征可能被夸大或者最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅作为用于教导本领域中的技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。
要认识到的是，如本文中所公开的控制器可以包括各种微处理器、集成电路、存储器设备(例如闪存、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、或它们的其他合适的变型)、以及彼此协作以执行本文中所公开的操作的软件。另外，所公开的这些控制器使用一个或更多个微处理器来执行计算机程序，该计算机程序被包含在非暂时性计算机可读介质中，该计算机程序被编程为执行所公开的任意数量的功能。此外，如本文所提供的控制器包括壳体和被定位在该壳体内的各种数量的微处理器、集成电路、和存储器设备(例如，闪存、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))。如本文所述，所公开的控制器还包括基于硬件的输入端和输出端，以用于分别从基于其他硬件的设备接收数据和向基于其他硬件的设备发送数据。
本文公开的方面可以提供一种单级OBC，其将例如三轨次级与单个集成PB(或集成功能)相组合，该单个集成PB(或集成功能)在没有电感器的情况下除了电容器之外还通过单个开关来进行缩小。单级OBC可以利用输出滤波电感代替电感器。通常，对于三相单级OBC，三个轨道中的每一个轨道的次级侧包括例如通常具有例如12个开关(例如3个并联的开关x4)的H桥以及包括例如一对开关(例如两个并联的开关x2)、电感器和电容器的PB。输出滤波器(例如，两个LC级中的一个)耦合到PB。在一个示例中，可以有16个场效应晶体管(FETS)(例如，具有69M欧姆沟道)和1200V的工作电压。输出滤波器还可以在PB级中提供电感效应。
图1总体上示出了具有车载充电器(OBC)12的电气系统10的框图。在2019年11月13日提交的题为“ON-BOARD CHARGER(OBC)SINGLE-STAGE CONVERTER”的序列号为16/731,106(“106申请”)的未决美国申请中阐述了OBC的一个示例，该美国申请的公开内容据此通过引用以其整体并入。OBC 12通常“以车载的方式”定位在电动交通工具13上。术语“电动交通工具”在本文中可以包括使用电功率用于交通工具推进的任何类型的交通工具，并且包括纯电池电动交通工具(BEV)、混合电动交通工具(HEV)、插入式混合电动交通工具(PHEV)等等。OBC 12可以用于给电动交通工具13的牵引电池14充电。牵引电池14可以是如根据针对电动交通工具推进的电能要求所规定的高电压(HV)直流(DC)牵引电池。
电气系统10还包括交流(AC)电源(例如电网的干线电源16)。OBC 12使用来自干线电源16的电功率给牵引电池14充电。OBC 12包括输入端，该输入端经由外部电动交通工具供电设备(EVSE)18连接到干线电源16，以吸收来自干线电源16的电功率。OBC 12包括连接到牵引电池14的输出端。OBC 12将从干线电源16吸收的电功率转换成DC电功率，并且用DC电功率对牵引电池14进行充电。
控制器20可操作地耦合到OBC 12。控制器20可以是以车载的方式定位在电动交通工具13上的电子设备，例如至少一个处理器、至少一个微控制器等(例如，计算机)。控制器20可以被定义为交通工具控制器。控制器20可操作地耦合到OBC 12以控制OBC 12的操作。控制器20控制OBC 12以将来自干线电源16的电功率转换成DC电功率，并且用DC电功率对牵引电池14进行充电。例如，控制器20选择性地控制定位在OBC 12中的电源开关(未示出)的切换和切换持续时间。电源开关可用于将从干线电源16接收的电功率转换成预定量的DC电功率。控制器20可以与电气系统10和电动交通工具13的其它节点(包括充电应用中涉及的节点)通信和对它们进行控制。
各种OBC可以包括双级架构，该双级架构包括功率因数校正器(PFC)和DC/DC转换器(未示出)。PFC和DC/DC转换器可以经由电容式能量缓冲器(或“DC链路电容器”)(也未示出)电耦合。PFC可以连接到干线电源16，并且DC/DC转换器连接到牵引电池14。PFC执行AC/DC转换并且由控制器20控制以确保在输入端的高功率因数。控制器20控制DC/DC转换器，以将在DC链路电容器处的高电压稳定输入转换为用于牵引电池14的DC电池电平(batterylevel)。在这点上，DC/DC转换器使输出电压/电流适配牵引电池14的要求。总之，PFC用作电网前端，并且DC/DC转换器使输出适配牵引电池14的范围。
PFC通常包括一个或更多个电感器，这些电感器可能是体积大且昂贵的。普通OBC的能量转换方案本质上需要能量储存元件来存储/提供在(符合电磁兼容性(EMC)标准的正弦)瞬时输入功率和(预期是常数的)输出功率之间的差。当前，由于高功率要求，所利用的能量储存元件可能涉及电解电容器(例如，DC链路电容器)的配置。可能需求的高容量通常可能导致体积大的电容器(bulky capacitors)(即，DC链路电容器)，而体积大的电容器降低功率密度(例如，约30％的量)并且对最高工作温度和估计寿命(例如，平均故障间隔时间(MTBF))具有显著影响。
另外，OBC 12的每个轨道可以有一个PFC和一个DC/DC转换器。因此，三相普通OBC可以包括三组PFC和DC/DC转换器。如上所述，每个组包括多个能量储存元件。即，每个轨道在PFC级包括一个或更多个电感器，并且每个轨道在DC/DC转换器级包括电解电容器。该方面可能导致相对较差的功率密度和相对较差的MTBF以及增加的成本。
现在参考图2，继续参考图1，示出了OBC 12的框图。OBC 12可以是n相OBC，其中n是最小为1的整数。在图2所示的实施例中，OBC 12可以是具有第一轨道22a、第二轨道22b和第三轨道22c的三相OBC。
轨道22a、22b、22c每个可以包括“模块化转换器”形式的相同类型的电路，分别包括AC/DC转换器24a、24b、24c。每个AC/DC转换器24a、24b、24c是单级拓扑结构。因此，不同于具有对于每个轨道包括一个PFC、一个DC链路电容器和一个DC/DC转换器的双级架构的普通OBC，OBC 12可以包括对于每个轨道22a、22b、22c具有一个AC/DC转换器的单级架构。
OBC 12还包括脉动缓冲(PB)转换器26。PB转换器26由AC/DC转换器24a、24b、24c共享。特别地，如图2所示，AC/DC转换器24a、24b、24c可以单独级联连接到PB转换器26。AC/DC转换器24a、24b、24c在其相应的输入端处可连接到干线电源16，并且在其相应的输出端出连接到PB转换器26的输入端。PB转换器26的输出端连接到牵引电池14。AC/DC转换器24a、24b、24c与PB转换器26一起用于将来自干线电源16的电功率转换成用于对牵引电池14充电的DC电功率。更具体地，控制器20根据针对OBC 12的控制策略来控制AC/DC转换器24a、24b、24c的操作以及PB转换器26的操作，以将来自干线电源16的电功率转换成用于对牵引电池14充电的DC电功率。
AC/DC转换器24a、24b、24c包括相同类型的电路并且功能相同。因此，将仅更详细地描述AC/DC转换器24a。一般来说，AC/DC转换器24a包括忽略了对经典PFC及其相关联的电感器的使用的转换器拓扑结构。AC/DC转换器24a可以与脉动缓冲(PB)转换器26组合以最大化对用于牵引电池14的能量储存电容器的使用(如，能量储存电容器与转换器26并联)。该方面可以显著减小电容器尺寸要求。
在操作中，AC/DC转换器24a将来自干线电源16的输入AC直接转换成DC电压和正振荡电流(即，“电流纹波(current ripple)”)。如所理解的，来自干线电源16的输入AC是正弦曲线。AC/DC转换器24a的输出是DC电压和电流纹波。PB转换器26对AC/DC转换器24a的DC电压和电流纹波输出进行后处理，以优选地消除或基本上消除(或最小化或至少减少)电流纹波，并将AC/DC转换器24a的输出变换成电池电平DC输出。
现在参考图3，继续参考图1和图2，示出了OBC 12的电气示意图，其中OBC 12是单相OBC。图3中的OBC 12的描绘表示单相直接OBC实现方式(单向的)。如图3所示，OBC 12包括AC/DC转换器24和脉动缓冲(PB)转换器26。AC/DC转换器24连接到干线电源16。PB转换器26连接到牵引电池14。
又如在图3中所示，AC/DC转换器24包括一组四个二极管，该一组四个二极管在AC/DC转换器24的前端处形成全二极管桥整流器28。整流器28连接到干线电源16，以对AC/DC转换器24的AC输入进行整流。AC/DC转换器24还包括第一组四个电源开关，该第一组四个电源开关在变压器Tx的初级侧上形成初级侧电源开关桥30。AC/DC转换器24还包括第二组四个电源开关，该第二组四个电源开关在变压器Tx的次级侧上形成次级侧电源开关桥32。在改进时，可以在变压器Tx的次级侧提供多个次级侧电源开关桥32(每个优选地具有Tx的单独的次级线圈)。
在变压器Tx的相应侧上具有初级侧电源开关桥30和次级侧电源开关桥32的AC/DC转换器24包括基于双有源桥(DAB)拓扑结构的结构。控制器20控制电源开关桥30、32，以将从整流器28输入的整流的电压转换成DC电压和电流纹波输出。DC电压和电流纹波输出是从AC/DC转换器24输出到PB转换器26的。
又如在图3中所示，PB转换器26包括一对电源开关34、电感器Lr和能量储存电容器Cb。因此，PB转换器26具有基于脉动缓冲器拓扑的电流纹波处理。PB转换器26接收从AC/DC转换器24输出的电流纹波。控制器20控制一对电源开关34，以消除电流纹波，并将AC/DC转换器24的输出变换成用于对牵引电池14充电的电池电平DC输出。
如图3所示，AC/DC转换器24的初级侧电源开关桥30和次级侧电源开关桥32的电源开关和PB转换器26的电源开关对34的电源开关是MOSFET。
在OBC 12中，只有单个磁性部件(即变压器Tx)在AC/DC转换器24的DC/DC块中。PB转换器26取代了普通OBC的DC链路电容器补偿功能。PB转换器26补偿从AC/DC转换器24输出到PB转换器26的电流纹波以提供平滑的DC输出电压，从而显著减小PB转换器26的能量储存电容器Cb的尺寸。
如所示，图3所示的OBC 12是单向的，因为功率从干线电源16流到AC/DC转换器24到PB转换器26到牵引电池14。然而，OBC 12可以是双向的。例如，OBC 12可以通过用有源开关(例如MOSFET开关)代替AC/DC转换器24的整流器28的二极管而变成双向的，以为双向整流器作准备。因此，OBC 12的拓扑结构可以使用同步整流器(双向)来实现，从而实现双向功率流：电网到交通工具(G2V)和交通工具到电网(V2G)。
图4描绘了被示为26的PB转换器的更详细的示例。在一个示例中，PB转换器26可以被实现为降压型PB转换器26。在这种情况下，PB转换器26可以降低由AC/DC转换器24a、24b、24c中的一个或更多个提供到牵引电池14的DC电压。
如上面所提到的，PB转换器26包括多个电源开关34a和34b、电感器Lr和能量储存电容器Cb。因此，PB转换器26具有基于脉动缓冲器拓扑的电流纹波处理。PB转换器26接收从AC/DC转换器24输出的电流纹波。控制器20控制电源开关34a、34b以消除电流纹波，并将AC/DC转换器24的输出变换成用于给牵引电池14进行充电的电池电平DC输出。降压型PB转换器26通常包括与电感器Lr串联从而形成第一支路40的电容器Cb。支路40与电源开关34b并联以形成第二支路42。第一开关34a与第一支路40和第二支路42串联。如上面直接提到的PB转换器26的布局或布置产生在400伏下电流从大约61A到大约31A的总体减少。
电容器Cb并联连接在次级侧电源开关桥(未示出)之间并被包括在PB转换器26中。第一开关34a的第一端子连接到节点。在该节点中，Kirchoff定律适用，其中I(功率桥)+I(PB)+ios＝0。同理适用于在电源开关34a、34b和电感器Lr之间形成的节点。流到电容器Cb的电流流经电感器Lr。在电源开关桥(未示出)的输出端、PB转换器26和输出电池之间共享Vos。
PB转换器26从电容器Cb吸取与缓冲电压相关联的缓冲电流并控制PB转换器26的一对电源开关34a、34b的操作以用于PB转换器26吸取与缓冲电压相关联的必要数量的缓冲电流，并从其产生目标电池电压/电流。目标电池电压/电流从PB转换器26输出，以对牵引电池14充电。一般而言，PB转换器26被布置为在800V域142(例如，450V-850V)中操作，但是同时利用减少的电流量。例如，OBC 12可以在800V域中操作。
图5根据一个实施例描绘了另一个PB转换器12。在一个示例中，PB转换器26可以被实现为升压型PB转换器26。PB转换器26包括多个电源开关34a和34b、电感器Lr以及能量储存电容器Cb。升压型PB转换器26包括与电源开关34a和电源开关34b串联的电感器Lr。开关34a和电容器Cb与彼此串联并形成第一支路46(或第一节点)。支路46与电源开关34b并联。PB转换器26的布局或布置如直接在上面提到的产生在400伏下电流达大约15A的总体减少。
在电容器Cb处的电压可以在较高的电压下且然后以相同的能量流在较低的电流下操作(直接见上面)。这样的较低的电流使损耗最小化，从而提高效率。例如，存储在电感器Lr中的能量用于将来自电池14的电压提升到在电容器Cb中的更高电压。因此，由于PB转换器26的升压操作，电容器Cb的电压可以高于电池14的电压。这种高电压操作可以确保低电流通过PB转换器26，并因此确保高效率的操作。PB转换器26可以用于降低400V OBC变型的电流电平(current levels)。一般而言，在升压模式中的PB转换器26需要在电容器Cb处以及用于功率设备的高电压。PB转换器26可能更适合400V电池而不是800V电池。
图6A根据一个实施例描绘了由模块化转换器102(或模块化转换器102a-102c)形成的系统100，每个模块化转换器102具有双有源桥(DAB)级104a、104b。模块化转换器102包括：变压器106，其具有初级变压器106a(例如变压器106的初级侧)、次级变压器106b(例如变压器106的次级侧)；以及整流器108。整流器108由全桥二极管网络109形成，或整流器108由开关110a-110d所形成的全桥开关电路形成。控制器118可以控制整流器108的开关110a-110d的开关状态。例如，在转换器102包括由二极管网络109形成的整流器108的情况下，这样的二极管网络109不是DAB级104a的一部分，并且整流器108实现单向功率传输。相反，在转换器102包括由开关110a-110d形成的整流器108的情况下，这样的开关110a-110d实现双向功率传输。图6A还示出了第一PB转换器126和第二PB转换器126'。应当认识到，系统100可以包括第一PB转换器126或者第二PB转换器126’。
第一PB转换器126包括电容器120、开关114e-114f和电感器Lr。第二PB转换器126’包括电容器、开关114e-114f和电感器Lr。第一PB转换器126或第二PB转换器126’与DAB级104b合作以转换能量以用于储存。对第一PB转换器126或第二PB转换器126’是否被实现的选择取决于被期望储存在电池14上的输出电压。DAB级104a包括可操作地耦合到初级变压器106a的开关110e–110h。DAB级104b包括可操作地耦合到次级变压器106b的开关114a-114d。
图6B根据一个实施例描绘了由具有双有源桥(DAB)级104a、104b的模块化转换器102(或102a-120c)形成的系统100’。系统100’总体上类似于图6A的系统100。然而，存在一些差异。例如，在系统100’中的二极管网络109被实现为半桥二极管网络(在系统100中的二极管网络109被实现为全桥二极管网络)。如上面所提到的，在系统100’包括由二极管网络109形成的整流器108的情况下，这样的二极管网络109不是DAB级104a的一部分，并且实现单向功率传输。相反，在系统100’包括由开关110a-110b形成的整流器108的情况下，这样的开关110a-110b(即，整流器108)实现双向功率传输。应当认识到，系统100’可以包括第一PB转换器126或者第二PB转换器126’。
DAB级104a包括可操作地耦合到初级变压器106a的顶点的开关110c–110f。变压器106的中点136耦合到干线电源。如上面所提到的，第一PB转换器126或第二PB转换器126’从功能角度看与DAB级104b组合。对第一PB转换器126或第二PB转换器126’是否被实现的选择取决于被期望储存在电池14上的输出电压。DAB级104a包括可操作地耦合到初级变压器106a的开关110c-110f。DAB级104b包括可操作地耦合到次级变压器106b的开关114a-114d。
如所示，与如结合图6A所示的总共8个开关相比，系统100’总体上提供了数量减少的开关(例如，总共6个开关)，并导致更高效率的实现。此外，系统100’通过用各种开关设备110a-110b代替二极管来提供双向特征。如图6B所示的系统100’提供与初级全桥(例如DAB级104a)组合的输入整流器108或109和变压器初级106a(例如，具有两个绕组和中点136)。PB转换器126(或126’)与次级全桥(例如DAB级104b)分离。本文公开的方面通常提供将PB转换器126结合到结构102的次级侧107上。
图7根据一个实施例描绘了用于具有集成的PB转换器226的单级OBC(例如，11kW400V变型)的装置200。装置200总体上包括多个模块化转换器101a-101n(或“101”)。每个对应的模块化转换器101包括整流半桥结构108和DAB级104a、104b。每个模块化转换器101还包括一个变压器106(例如，具有位于初级侧105上的两个初级绕组106a(或初级侧变压器106a)和位于次级侧107上的两个或更多个次级绕组(或次级侧变压器106b)的单个变压器106))和PB转换器226。通常，每个模块化转换器101有一个变压器106，并且每个变压器106包括具有两个线圈或绕组106a(具有中点136a)(或两个初级绕组106a)的初级和具有两个线圈或绕组106b(具有中点136b)(或两个次级绕组106b)的次级。图7示出了模块化转换器101a的细节，模块化转换器101a包括初级变压器106a和次级变压器106b以及许多其他特征。虽然图7示出了附加的模块化转换器101b–101n，但是应当认识到，这些模块化转换器101b–101n中的每一个都包括与模块化转换器101a中描绘的相似的特征。应当认识到，初级绕组106a仅是对于模块化转换器101a被示出的，而不是针对其余的模块化转换器101b–101n被示出的。类似地，应该认识到，次级绕组106b在图7中是针对所有模块化转换器101a-101n示出的。
装置200包括第一滤波器202、第二滤波器204和多个开关设备206。第一滤波器202可操作地耦合到每个转换器101的初级侧105。第二滤波器204可操作地耦合到所有转换器101共用的次级侧107。第一滤波器202可以是用于符合EMC(电磁兼容性)标准的AC电磁干扰(EMI)滤波器。第二滤波器204可以是DC EMI滤波器，其用于确保平滑输出电流被提供给电池215。第二滤波器204可以在汽车市场的许多OBC设计中被实现。应当认识到，在所公开的装置200中实现的模块化转换器101的数量可以基于特定实现方式的期望标准而变化。
每个转换器101包括多个开关210a-210f(“210”)和电容器212。整流器108经由开关210a-210b形成。对于每个模块化转换器101，多个开关210和电容器212可操作地耦合到初级侧变压器106。装置200的操作类似于上述操作。例如，包括开关210a和210b的整流器108响应于第一滤波器202提供的输出，提供整流的输出电压或电流。整流器108向初级侧105提供整流的输出电压。至少一个控制器218(以下称为“控制器218”)控制开关210，以提供与来自整流器108的整流的输出电压相关联的必要量的整流的输出电流，从而在初级侧变压器106a上生成初级侧输出电压或电流。
初级侧105上的开关210c–210f接收来自整流器108的整流的输出电压/电流。如下文将更详细描述的，控制器218控制初级侧功率开关桥(或开关210c-210f)的操作，以从整流器108吸取与整流的输出电压相关联的必要量的整流的输出电流，并由此在初级侧变压器106a上产生初级侧输出电压。控制器218控制开关214a-210d以在次级侧107(或次级侧变压器106b)上产生次级侧输入电压/电流。
PB转换器226包括开关214e、电容器220和222以及电感器227。电容器222是总线电容器，其用于对PB转换器226上的电气设备去耦。电感器227和电容器220形成谐振回路，该谐振回路确保软切换并储存能量。电容器220用次级侧输入电压或电流充电，并且因此提供次级侧输入电压或电流。PB转换器226从电容器220吸取与缓冲电压相关联的缓冲电流，该缓冲电流经由第二滤波器204提供给电池215。控制器218控制电源开关214a-214d的操作。电源开关214a-214d与开关214e连同电容器220一起位于次级侧107上。因此，在这方面，PB转换器226的一部分(例如，开关214e和电容器220)与次级侧107上的开关214a-214d(或DAB级104b)组合在一起。PB转换器226吸取与缓冲电压相关联的必要量的缓冲电流，并由此产生目标电池电压/电流。PB转换器226产生所需电流以消除可能具有例如100kHz(或中频)频率的电流纹波，并向电池215提供平滑的DC电流。PB转换器226产生目标电池电压/电流以对牵引电池215充电。如上所述，PB转换器226与次级侧107(例如，开关214a-214d)组合。控制器218采用控制策略(和控制块)，该控制策略使得PB转换器226的控制能够与次级侧104b的控制集成。应当认识到,次级侧107包括DAB级104b、变压器次级106b和PB转换器226。
应该认识到，假设利用了装置200上所示的电气设备的各种值，装置200可以与22kW、400V变型结合使用。在这方面，电池215经由电感器227耦合到初级侧变压器106a的中点，并且电容器222耦合到次级总线(例如，耦合到开关214)，其能够被充电到800V或大约800V。
图8根据一个实施例描绘了用于具有集成PB转换器226的单级OBC(例如，11kW800V变型)的装置300。装置300总体上类似于如结合图7所示的装置200。电池215耦合到不同于图7的次级总线(例如，耦合到开关214)。图7的装置200通常提供400V的输出电压，而图8的装置300通常提供800V的输出电压。电容器222经由电感器127耦合到次级侧107上的次级侧变压器106a的中点，并且电容器222可以被充电到800V。图8的这些方面与图7所示的不同。应当认识到，假设利用了装置200上所示的电气设备的各种值，装置300可以与22kW、800V变型结合使用。
图9根据一个实施例描绘了位于控制器218内的第一控制块400。控制器218利用第一控制块400来控制装置200和300的各个方面。这些方面将在下面更详细地进行讨论。第一控制块400包括第一部分401和第二部分403。第一部分401包括加法器402和比例、积分、微分(PID)控制器404。控制器218确定PB转换器226的最大峰值电压(例如V_PB_MAX)，并将其提供给加法器402。PB转换器226的最大峰值电压通常对应于在电容器220处的最大电压。应当认识到，一个或更多个电压传感器(未示出)可以位于PB转换器226周围以提供PB转换器226的最大峰值电压(例如，在电容器220两端的电压)。控制器218可操作地耦合到一个或更多个电压传感器以提供PB转换器226的最大峰值电压。控制器218还向加法器402提供被允许储存在PB转换器226的电容器220上的最大电压(如，用于装置200和300的800V)(例如V_PB_OBJ)。V_PB_OBJ是基于选定脉动缓冲电容器220的设计参数。例如，V_PB_OBJ是按照设计次级侧107可以操作的最大电压(例如950V(例如，根据设计，V_PB_OBJ是最大电压，次级侧107可以在例如220–1100伏的范围内工作，然而在一个示例中，950V可能是优选的))。V_PB_MAX是可变的，从电容器220的最大峰值电压(如，参见图14，PB峰值电压708)获得。考虑到电容器220的技术和最大电压，选择V_PB_OBJ来优化装置200和300的操作条件以优化电容器220的成本。通常，V_PB_OBJ的值被预先存储在控制器218中。加法器402从V_PB_OBJ减去V_PB_MAX，并将在V_PB_MAX与V_PB_OBJ之间的差值提供给PID控制器404。PID控制器404产生电流输入的期望均方根值(例如Iac_rms)，该电流输入的期望均方根值后续在操作在第二部分403和第一控制部分451(见下文)上被执行之后对应于用于驱动开关210和214的期望输入电流请求，第一控制部分451在装置200和300(例如发电厂)的初级侧105和次级侧107上提供控制参数FI。
第一控制块400的第二部分403包括增益电路406和乘法器电路408。振荡波形(例如正弦波)被提供给增益电路406和乘法器电路408。乘法器电路408使振荡波形与如由PID控制器404产生的期望Rms电流输入(例如Iac_rms)相乘以产生变换后的Iac_rms电流(或Iac_Obj_PH1，其中PH1对应于线路1)。这是针对系统700或800中的转换器101a-101n中的每个转换器执行的。应当认识到，结合图9-10阐述和执行的操作是针对每个转换器101执行的。第一控制块400在装置200或300放出电流时(即，电池14将功率提供回到电网(或干线电源16))向发电厂提供AC电流，并在装置200或300将电流充到电池14时向发电厂提供Iac_Obj_PH1。
图10根据一个实施例描绘了位于控制器218内的第二控制块450。控制器218还利用第二控制块450以控制装置200或300的各方面。第二控制块450包括第一部分451和第二部分453。第一部分451包括第一增益电路452、第二增益电路454、第一多路复用器电路456、第二多路复用器电路458、第一比较器460和第一PID控制器462。第一多路复用器456包括输入端457a–457c，以及第二多路复用器包括输入端459a–459c。第一增益电路452接收对应于在线路1中所测量的AC电流的Iac_PH1(参见图7和图8，图7和图8描绘了来自干线电源的线路1、线路2、线路3和中性输入)(参见AC EMI滤波器202的输出)。
在Iac_PH1为正的情况下，该信号被传递到第一多路复用器电路456的第一输入端457a。在Iac_PH1为负的情况下，该信号被传递到第一增益电路452，其中该信号与负单位值相乘。Vac_PH1通常表示指示何时选择输入端457a或459a(例如，当Vac_PH1为正时)或输入端457c或459c(例如，当Vac_PH1为负时)的电压。第一增益电路452的输出(例如正Iac_PH1)然后被发送到第一多路复用器456的第三输入端457c。第一比较器460将来自第一多路复用器456和第二多路复用器458的输出(例如Iac_PH1和Iac_Obj_PH1)彼此进行比较。如果比较器406提供来自多路复用器456、458的输出的差值，第一PID控制器462应用补偿因子并产生对应于发电厂操作变量的信号或参数FI。变量FI对应于在用于激活/去激活在初级侧105上的开关210的控制信号和用于激活/去激活在次级侧107上的开关214的控制信号之间的相移。
例如，参考图7和图8，控制器218向初级侧105上的DAB级104a的开关210c、210d、210e和210f提供单个初级控制信号，向次级侧107上的DAB级104b的开关214a、214b、214c和214d提供单个次级控制信号。因此，在这点上，变量FI对应于单个初级控制信号和单个次级控制信号之间的相移。应当认识到，控制器218为每个模块化转换器101a-101n(或轨道)产生单个初级控制信号并向开关210c、210d、210e和210f发送单个初级控制信号，并且还为每个模块化转换器101a-101n(或轨道)产生单个次级控制信号并向开关214a、214b、214c和214d发送单个次级控制信号。还应当认识到，单个初级控制信号选择性地激活开关210c、210d、210e和210f中的任何一个或更多个，和/或选择性地去激活开关210c、210d、210e和210f中的任何一个或更多个。类似地，还应当认识到，单个次级控制信号选择性地对开关214a、214b、214c和214d中的任何一个或更多个进行去激活，和/或选择性地对开关214a、214b、214c和214d中的任何一个或更多个进行去激活。
例如，关于向开关210c、210d、210e和210f提供单个初级控制信号的控制器218，单个初级控制信号由控制器218提供，以例如50％的固定占空比驱动所有开关210c、210d、210e和210f。一般来说，可以通过驱动器(未示出)用相同的脉宽调制(PWM)信号命令开关的每个半桥，当开关210c、210d、210e和210f的低侧为低时，激活开关210c、210d、210e和210f的高侧的栅极。
对于单个次级控制信号，控制器218具有对应于开关210c、201d、210e和210f的工作频率(例如，占空比(控制变量D))的信息和单个初级控制信号的控制变量FI。这个方面定义了单个次级控制信号。一般来说，任何半桥或每个全桥(或DAB级104a和104b)是经由单芯片驱动的，以确保切换死区时间(dead times)。与半桥(或桥支路)中的两个开关都断开(例如，一个开关刚刚接通就断开，并且另一个开关断开并且将切换到接通)的工作周期相比，死区时间可能非常短。这是为了确保无论如何(例如，由于电容造成的延迟)，两个开关不会都接通，并且这种情况可能会导致短路，并可能会烧坏两个部件。另一方面，该操作使得第一桥支路的高开关与第二桥支路的低开关同时被激活，反之亦然。第一桥支路的低开关与第二桥支路的高开关同时被激活。知道了所有这些，(根据芯片制造商定义)驱动器芯片控制输入，控制器218将单个初级控制信号和单个次级控制信号转换成驱动器芯片控制输入。
返回参考图10，以类似的方式，Iac_Obj_PH1被发送到第二多路复用器458的第一输入端459a。如结合图9所提到的，Iac_Obj_PH1由第一控制块400的第二部分403提供(或产生)。在Iac_Obj_PH1为正的情况下，该信号或参数被传递到第二多路复用器电路458的第一输入端459a。在Iac_Obj_PH1为负的情况下，该信号或参数被传递到第二增益电路454，其中Iac_Obj_PH1与负单位值相乘。第二增益电路454的输出(例如正Iac_PH1)然后被传输到第二多路复用器458的第三输入端459c。
第二部分453包括平均块470、第二比较器472和第三PID控制器474。提供感测的或测量的高压(HV)电池电流(Ibatt_m)给平均块470。平均块470是移动的平均块，其获取预定数量的样本Ibatt_m，并获取预定数量的样本的平均值，且将对应的输出提供给第二比较器472。第二比较器472接收电池215的充电目标电流(Ibatt)。第二比较器472获取Ibatt_m和Ibatt之间的差值，并将输出提供给第三PID控制器474。第三PID控制器474调整电流值之间的差，并产生相应的补偿D值。第三PID控制器474产生对应于控制信号的输出信号(或控制变量)D，以对应的占空比控制次级侧107上的开关214，从而向电池215提供所需的电流量。控制器218动态地调整控制变量D，这使得PB转换器226能够与次级侧107集成。例如，之前的实现方式提供了固定的D，这需要额外的电子器件。考虑到本文公开的实施例提供了变化的或可变的动态控制的D(例如，可变的占空比)，不再需要具有单独的PB转换器和DAB次级侧104b。
图11根据一个实施例描绘了表现双向电流流动的OBC 500的一个示例。图11的图对应于单个轨道(或转换器101)。OBC 500包括DAB初级侧505、DAB次级侧507、整流器528和位于DAB次级侧507上并与之集成的PB转换器526。整流器528包括开关502a-502b。初级侧505包括开关510a-510d(“500”)和变压器506的初级503。次级侧507包括开关514a-514e和变压器506的次级507。PB转换器526包括开关514e、电容器520和522以及电感器527。电池515从PB转换器526接收功率，而OBC 500转换来自干线电源516的AC功率。应当认识到，OBC500是双向的，在一个方向上(或者当OBC 500正在释放能量或者处于释放状态时)，OBC 500使电池515能够向次级侧507提供电压，并且能量通过初级侧505输送回来，以在电网上提供AC输出。在另一个方向上(或者当OBC 500处于充电阶段时(AC DC转换以将DC能量储存在电池515上)，OBC 500将AC能量从主电源516提供给初级侧505，在初级侧505处，AC输出由此被提供给次级侧507(以及PB转换器526)，以产生用于储存在电池515上的DC输出。如在初级侧505上描绘的变量iac对应于由干线电源516产生的AC电流，Vo,p对应于当开关510经由控制器218控制时在初级侧505上产生的电压，Vo,s对应于在次级侧507上产生的电压，i电池对应于在充电状态期间由次级侧提供给电池515的充电电流。当OBC 500处于放电状态时，电流iac为负。类似地，当OBC 500处于放电状态时，由如图10所示的控制器210的第二控制块450确定的参数FI也是负的。
图12根据一个实施例示出了OBC 500(或装置200和/或300)的初级侧两端的电压输出(Vo,p)600和OCB 500(或装置200和/或300)的次级侧两端的电压输出(Vo,s)602。本文提到的对图11的元件或特征的所有引用也适用于图7和图8的特征或元件。如图12所示，控制器218以对应的开关频率控制开关510(或210)，以在初级侧505(或105)的两端产生电压Vo,p。如图10所示，控制器218控制开关514(或214)以产生次级侧507(或107)两端的电压Vo,s，其占空比基于由第二控制块450的第二部分453确定的D。由控制器218产生的用于控制开关514(或214)的占空比D可以补偿电池电流i电池中的50/60Hz纹波。控制器218控制开关510(或210)的占空比可以被固定在例如0.5。
由控制器218的第二控制块450产生的参数FI通常对应于功率校正因子，并且可以用于确保正确的主电源516和从初级侧105(或505)到次级侧107(或507)的功率传输。如上所述，参数FI对应于用于激活/去激活初级侧105上的开关210的控制信号和用于激活/去激活次级侧107上的开关214的控制信号之间的相移。如图12所示，参数FI提供了电压Vo,p和Vo,s之间的移动。如果对于装置200或300的多个模块化转换器101a-101n(或“101”)中的任何一个模块化转换器的参数FI等于0，则Iac,obj变为零，并且表现出FI等于零的对应的转换器101不提供功率。应当认识到，模块化转换器101可以彼此独立地操作。
根据一个实施例，图13对应于描绘参数D和FI的归一化输入电流iac,n的曲线图600。曲线图600通常被分成第一部分602和第二部分604。当OBC 500(包括装置200和/或300)处于放电状态时(例如，交通工具电池515正从次级507向初级505或OBC 500提供电压能量，和/或装置200和/或300将DC电压转换成AC电压)，第一部分602对于D和FI表现对应的归一化值。在放电状态下，曲线图600描绘了参数FI表现负值。当OBC 500(例如，OBC 500和/或装置200和300)将来自干线电源516的输入AC能量逆变成用于储存在电池515上的DC能量时，第二部分604表现对于D和FI对应的归一化值。在充电状态下，曲线图600描绘了FI呈现正值。值得一提的是，为D和FI显示的值是归一化值。
曲线图600可以以下方式解释。参数FI控制输入电流的方向及其幅度，而D允许对于给定输入电流方向的幅度变化。例如，假设D等于0.4并且FI等于-0.05(见第一部分602)，那么归一化输入电流(例如，iac,n)等于0.3(例如，0.32)。在这种情况下，电流iac的30％从OBC 500(或装置200或300)传输回干线电源516(或电网)。例如，假设D等于0.3，而FI等于0.2(见第二部分604)，则归一化输入电流(例如，iac,n)等于0.8。在这种情况下，从干线电源516提供的电流iac的80％被传输回OBC 500(或装置200或300)的电池515。参数FI对应于初级全桥(例如开关510a-510d)和第二全桥(例如开关514a-514d)之间的相移。
图14根据一个实施例示出了曲线图700，其包括关于从干线电源516到电池515的能量流的电池电流702、干线电流704、PB电压706、PB峰值电压708、FI控制参数710和D控制参数712的各种波形。在这种情况下，OBC 500(包括装置200或300)处于充电状态，因为FI控制参数710包括正值(例如，FI控制参数710高于零阈值)。控制器218调制参数f1和D，以在交通工具充电时实现平滑的DC输出电流。
图15根据一个实施例示出了关于从干线电源516到电池515的能量流的电池电流802、干线电流804、PB电压806、PB峰值电压808、FI控制参数810和D控制参数812的各种波形的曲线图800。在这种情况下，OBC 500(包括装置200或300)处于放电状态，因为FI控制参数710包括负值(例如，FI控制参数710低于1000个单位的零阈值(见曲线图700的y轴))。FI和D按照先前定义的控制方案进行调制，以在交通工具放电时实现正弦干线电流。
虽然上文描述了示例性实施例，但这不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能形式。相反，在本说明书中使用的这些言词是说明性而非限制性的言词，并且应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。此外，可以组合不同实现实施例的特征以形成本发明的另外的实施例。

Claims (20)

1.一种交通工具电池充电器，包括：
至少一个变压器，其具有一个或更多个初级绕组和一个或更多个次级绕组；
第一有源桥，其包括第一多个开关设备，所述第一多个开关设备与所述一个或更多个初级绕组一起定位在所述充电器的初级侧上，以响应于来自干线电源的输入电压信号而产生第一电压信号；
第二有源桥，其包括第二多个开关设备，所述第二多个开关设备与所述一个或更多个次级绕组一起被定位在所述充电器的次级侧上，以响应于所述第一电压信号而产生具有电流纹波的第二电压信号；
脉动缓冲(PB)变换器，其与所述第二有源桥对接并且被配置成减小或消除来自所述第二电压信号的电流纹波，并产生适于存储在交通工具上的一个或更多个电池上的平滑的输出信号；以及
至少一个控制器，其被配置成：
基于单个初级控制信号来选择性地激活所述第一多个开关设备，以响应于所述输入电压信号而产生所述第一电压信号；
基于单个次级控制信号来选择性地激活所述第二多个开关设备，以响应于所述第一电压信号而产生所述第二电压信号，所述至少一个控制器被配置成根据对应于占空比的第一控制变量产生所述单个次级控制信号；以及
产生对应于所述单个初级控制信号和所述单个次级控制信号之间的相移的第二控制变量，其中，所述第二控制变量使所述至少一个控制器能够在所述第一有源桥和所述第二有源桥之间传输功率。
2.根据权利要求1所述的交通工具电池充电器，其中，所述第一控制变量还基于所述一个或更多个电池的测量电流。
3.根据权利要求2所述的交通工具电池充电器，其中，所述第一控制变量随着充电目标电流的变化并且随着所述一个或更多个电池的测量电流的变化而变化。
4.根据权利要求2所述的交通工具电池充电器，其中，所述至少一个控制器包括移动平均块，所述移动平均块被编程为获得所述一个或更多个电池的测量电流的预定数量的样本，以产生所述一个或更多个电池的最终测量电流。
5.根据权利要求4所述的交通工具电池充电器，其中，所述至少一个控制器包括比较器，以用于获得充电目标电流和所述一个或更多个电池的最终测量电流之间的差，以提供第一差值输出。
6.根据权利要求5所述的交通工具电池充电器，其中，所述至少一个控制器包括比例-积分-微分(PID)控制器，以基于所述第一差值输出产生第一控制变量(D)。
7.根据权利要求1所述的交通工具电池充电器，其中，所述至少一个控制器还被配置成产生所述第一控制变量以补偿用于所述交通工具上的所述一个或更多个电池的电流中的电流纹波。
8.根据权利要求1所述的交通工具电池充电器，其中，所述第二控制变量(FI)至少基于从所述干线电源的输入电压信号上测量的交流电流。
9.根据权利要求8所述的交通工具电池充电器，其中，所述第二控制变量(FI)还至少基于所述PB转换器的最大峰值电压以及存储在位于所述PB转换器中的电容器上的最大电压。
10.一种交通工具电池充电器，包括：
至少一个变压器，其具有初级和次级；
第一有源桥，其包括第一多个开关设备，所述第一多个开关设备与所述初级定位在一起，以响应于来自干线电源的输入电压信号而产生第一电压信号；
第二有源桥，其包括第二多个开关设备，所述第二多个开关设备与所述次级定位在一起，以响应于所述第一电压信号而产生具有电流纹波的第二电压信号；
脉动缓冲(PB)变换器，其与所述第二有源桥对接并且被配置成消除来自所述第二电压信号的电流纹波，并产生适于存储在交通工具上的一个或更多个电池上的平滑的输出信号；以及
至少一个控制器，其被配置成：
基于单个初级控制信号来选择性地激活所述第一多个开关设备，以响应于所述输入电压信号而产生所述第一电压信号；
基于单个次级控制信号来选择性地激活所述第二多个开关设备，以响应于所述第一电压信号而产生所述第二电压信号，所述至少一个控制器被配置成根据对应于占空比的第一控制变量产生所述单个次级控制信号；以及
产生对应于在所述单个初级控制信号和所述单个次级控制信号之间的相移的第二控制变量，其中，所述第二控制变量使所述至少一个控制器能够在所述第一有源桥和所述第二有源桥之间传输功率。
11.根据权利要求10所述的交通工具电池充电器，其中，所述第一控制变量还基于所述一个或更多个电池的测量电流。
12.根据权利要求11所述的交通工具电池充电器，其中，所述第一控制变量随着充电目标电流的变化并且随着所述一个或更多个电池的测量电流的变化而变化。
13.根据权利要求11所述的交通工具电池充电器，其中，所述至少一个控制器包括移动平均块，所述移动平均块被编程为获得所述一个或更多个电池的测量电流的预定数量的样本，以产生所述一个或更多个电池的最终测量电流。
14.根据权利要求13所述的交通工具电池充电器，其中，所述至少一个控制器包括比较器，用于获得充电目标电流和所述一个或更多个电池的最终测量电流之间的差，以提供第一差值输出。
15.根据权利要求14所述的交通工具电池充电器，其中，所述至少一个控制器包括比例-积分-微分(PID)控制器，以基于所述第一差值输出产生第一控制变量(D)。
16.根据权利要求10所述的交通工具电池充电器，其中，所述至少一个控制器还被配置成产生所述第一控制变量以补偿用于所述交通工具上的一个或更多个电池的电流中的电流纹波。
17.根据权利要求10所述的交通工具电池充电器，其中，所述第二控制变量(FI)至少基于从所述干线电源的输入电压信号上测量的交流电流。
18.根据权利要求17所述的交通工具电池充电器，其中，所述第二控制变量(FI)还至少基于所述PB转换器的最大峰值电压以及存储在位于所述PB转换器中的电容器上的最大电压。
19.一种交通工具电池充电器，包括：
至少一个变压器，其具有初级和次级；
第一有源桥，其包括第一多个开关设备，所述第一多个开关设备与所述初级定位在一起，以响应于输入电压信号而产生第一电压信号；
第二有源桥，其包括第二多个开关设备，所述第二多个开关设备与所述次级定位在一起，以响应于所述第一电压信号而产生具有电流纹波的第二电压信号；以及
至少一个控制器，其被配置成：
基于单个初级控制信号来选择性地激活所述第一多个开关设备，以响应于所述输入电压信号而产生所述第一电压信号；
基于单个次级控制信号来选择性地激活所述第二多个开关设备，以响应于所述第一电压信号而产生所述第二电压信号，所述至少一个控制器被配置成根据对应于占空比的第一控制变量产生所述单个次级控制信号；以及
产生对应于所述单个初级控制信号和所述单个次级控制信号之间的相移的第二控制变量，其中，所述第二控制变量使所述至少一个控制器能够在所述第一有源桥和所述第二有源桥之间传输功率。
20.根据权利要求19所述的交通工具电池充电器，还包括脉动缓冲(PB)转换器，所述脉动缓冲(PB)转换器与所述第二有源桥对接，并且被配置成减小或消除来自所述第二电压信号的电流纹波，并产生适于存储在交通工具上的一个或更多个电池上的平滑的输出信号。
CN202210470720.9A 2021-06-01 2022-04-28 用于具有集成脉动缓冲控制的单级车载充电器的装置 Pending CN115441741A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/335,661 US11870291B2 (en) 2021-06-01 2021-06-01 Apparatus for single stage on-board charger with an integrated pulsating buffer control
US17/335,661 2021-06-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115441741A true CN115441741A (zh) 2022-12-06

Family

ID=84194414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210470720.9A Pending CN115441741A (zh) 2021-06-01 2022-04-28 用于具有集成脉动缓冲控制的单级车载充电器的装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11870291B2 (zh)
CN (1) CN115441741A (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3945668A1 (en) * 2020-07-31 2022-02-02 Schneider Electric IT Corporation Soft switched voltage source inverter
US20220161673A1 (en) * 2020-11-25 2022-05-26 Lear Corporation System and method for single-stage on-board charger power factor correction reactive control
US20240055996A1 (en) * 2022-08-12 2024-02-15 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Electronic transformer for current sharing and load-independent voltage gain

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015144554A (ja) * 2013-12-24 2015-08-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力変換装置
US9887616B2 (en) * 2015-07-01 2018-02-06 Hella Corporate Center Usa, Inc. Electric power conversion apparatus with active filter
US9729066B1 (en) * 2016-06-30 2017-08-08 Hella Kgaa Hueck & Co. Electric power conversion apparatus having single-phase and multi-phase operation modes
US10686385B2 (en) * 2017-03-23 2020-06-16 HELLA GmbH & Co. KGaA Apparatus to realize fast battery charging and motor driving for electric vehicles using one AC/DC converter
CN110654253B (zh) * 2019-10-31 2021-11-19 西安交通大学 一种用于电动汽车无线充电系统最优效率的联合控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11870291B2 (en) 2024-01-09
US20220385087A1 (en) 2022-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110139775B (zh) 用于控制电动或混合车辆上车载的充电设备的方法
US8901883B2 (en) Charger for electric vehicle
Kim et al. Multifunctional onboard battery charger for plug-in electric vehicles
US11552557B2 (en) System and method for enhanced single-stage onboard charger with integrated rectifier
US8816641B2 (en) Bi-directional inverter-charger
US11870291B2 (en) Apparatus for single stage on-board charger with an integrated pulsating buffer control
KR101540018B1 (ko) 비상용 보조 부하들을 파워링하는 방법, 보조 컨버터 및 그방법에 의한 철도 차량
CN111434513B (zh) 一种车辆及其能量转换装置与动力系统
US20220161673A1 (en) System and method for single-stage on-board charger power factor correction reactive control
KR101679964B1 (ko) 친환경 차량의 전원장치
WO2012099169A1 (ja) 非接触給電システム
KR20160099259A (ko) 전기 자동차의 충전 시스템
CN111434514B (zh) 能量转换装置、动力系统及车辆
US20140265945A1 (en) Electric Drive System
US11349386B2 (en) Apparatus and method for charging battery of vehicle
US11368037B2 (en) On-board charger (OBC) single-stage converter
KR20210145889A (ko) 전기자동차용 obc 및 ldc 결합 일체형 전력 변환 회로
CN114094850A (zh) 具有脉动缓冲器的板载充电器的系统和方法
CN112224058B (zh) 能量转换装置、动力系统以及车辆
CN112224052B (zh) 能量转换装置、动力系统以及车辆
CN112224050B (zh) 能量转换装置、动力系统以及车辆
CN112224062B (zh) 能量转换装置、动力系统以及车辆
CN112224064B (zh) 一种能量转换装置、动力系统及车辆
CN114747113A (zh) 充电设备和用于运行充电设备的方法
CN112389176B (zh) 集成式电驱动系统与包括该系统的电动车辆

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