CN115603433A

CN115603433A - 充电装置

Info

Publication number: CN115603433A
Application number: CN202210399527.0A
Authority: CN
Inventors: 田昌翰; 朴俊浩; 韩胜炫; 禹世民
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2021-06-28
Filing date: 2022-04-15
Publication date: 2023-01-13
Also published as: KR20230001134A; US12090874B2; DE102022203893A1; US20220410740A1

Abstract

本发明公开一种充电装置，该充电装置的实施例包括：功率因数校正(PFC)电路，包括第一电感器、第二电感器和第三电感器以及分别连接到第一电感器、第二电感器和第三电感器的第一开关腿、第二开关腿和第三开关腿；继电器网络，被配置为根据连接到第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子的电网的相位控制第一电感器与第一输入端子之间的连接、第二电感器与第二输入端子之间的连接以及第三电感器与第三输入端子之间的连接，其中继电器网络包括连接在中性点和第三电感器之间的第一继电器；以及电容器，第一端连接到相对于第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子的中性点，第二端接地，其中电容器的第一端比第一继电器更靠近中性点。

Description

充电装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年6月28日提交的申请号为10-2021-0083676的韩国专利申请的权益，该韩国专利申请通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及一种充电装置。

背景技术

为高压电池充电对于驱动电动车辆是必不可少的。安装在车辆内部的充电器可以将从商用AC电源输入的电力转换成电池所需的电压。这称为车载充电器(on boardcharger，OBC)。OBC可以包括校正功率因数(power factor，PF)的功率因数校正(powerfactor correction，PFC)电路和将电力转换为电池所需电压的DC-DC转换器。

在OBC的操作期间产生的噪声可能会影响OBC的AC电网。为了保护连接到AC电网并使用的电力负载，OBC具有连接在AC商用电源输入和PFC部分之间的AC输入滤波器。AC输入滤波器可以在一个级中配置栅格线(grid line)之间的交叉电容器(X-cap)、绕过栅格线的电容器(Y-cap)和共模(common mode，CM)扼流圈的组合。AC输入滤波器的级数可以根据噪声水平来确定，当AC输入滤波器有两个以上时，可以将两个以上AC输入滤波器串联连接。

基于AC输入滤波器的第一级，典型的3相4线(R、S、T、N)类型的AC输入滤波器可以包括R-S、S-T和R-T之间的三个X-cap；R、S和T中的每一个与地之间的三个Y-cap；R、S和T中的三个CM扼流圈。随着噪声水平的增加，串联连接的AC输入滤波器的数量增加，诸如电容器和电感器的元件的数量增加。因此，AC输入滤波器的成本、体积和重量可能会增加。

在背景技术部分中公开的上述内容仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员已知的现有技术的内容。

发明内容

本发明的实施例提供一种充电装置，其可以根据宽范围的输入电源和宽范围的电池充电电压以高充电效率执行充电操作，并可以使对AC输入进行滤波的元件数量最小化。

本发明的实施例提供一种充电装置，其包括：功率因数校正(PFC)电路，其包括第一电感器至第三电感器(即，第一、第二和第三电感器)以及分别连接到第一电感器至第三电感器的第一开关腿至第三开关腿；继电器网络，其根据连接到第一输入端子至第三输入端子的电网的相位控制第一电感器与第一输入端子之间的连接、第二电感器与第二输入端子之间的连接以及第三电感器与第三输入端子之间的连接；以及电容器，第一端连接到相对于第一输入端子至第三输入端子的中性点，第二端接地。继电器网络可以包括连接在中性点和第三电感器之间的第一继电器，电容器的一端比第一继电器更靠近中性点。

继电器网络可以包括：第二继电器，包括连接到第一输入端子和第一电感器的第一端以及连接到第二输入端子和第二电感器的第二端；第三继电器，连接在第二输入端子和第二电感器之间；第四继电器，连接在第三输入端子和第三电感器之间；以及第五继电器，与第三电感器并联连接。

充电装置可以进一步包括：第一电容器，连接在地与第一触点之间，第一触点在第一输入端子和第一电感器之间的第一电力线中比第二继电器的第一端更靠近第一输入端子；第二电容器，连接在地与第二触点之间，第二触点在第二输入端子和第二电感器之间的第二电力线中比第三继电器更靠近第二输入端子；以及第三电容器，连接在地与第三触点之间，第三触点在第三输入端子和第三电感器之间的第三电力线中比第四继电器更靠近第三输入端子。

当第一输入端子至第三输入端子连接到三相电源的各相时，继电器网络可以将三相电源的每相连接到第一开关腿至第三开关腿中的相应一个，并且PFC电路可以作为三相增压PFC操作；并且当单相电源连接到第一输入端子至第三输入端子中的一个时，继电器网络可以将单相电源连接到第一开关腿和第二开关腿并可以将第三开关腿连接到中性点，并且PFC电路可以作为单电感器类型的交错单相全桥PFC操作。

当第一输入端子至第三输入端子连接到三相电源的各相时，第一继电器、第二继电器和第五继电器可以断开，并且第三继电器和第四继电器可以接通。

当单相电源连接到第一输入端子时，第一继电器、第二继电器和第五继电器可以接通，并且第三继电器和第四继电器可以断开。

充电装置可以进一步包括电力转换电路，该电力转换电路连接在PFC电路和电池之间，并将电力从PFC电路传输到电池。

第一开关腿可以包括连接在第一电感器和电力转换电路的第一输入端子之间的第一开关以及连接在第一电感器和电力转换电路的第二输入端子之间的第二开关。第二开关腿可以包括连接在第二电感器和电力转换电路的第一输入端子之间的第三开关以及连接在第二电感器和电力转换电路的第二输入端子之间的第四开关。第三开关腿可以包括连接在第三电感器和电力转换电路的第一输入端子之间的第五开关以及连接在第三电感器和电力转换电路的第二输入端子之间的第六开关。

当单相电源连接到第一输入端子时，第一继电器、第二继电器和第五继电器可以接通，并且第三继电器和第四继电器可以断开。在单相电源为正电压的时间段期间，可以重复第一开关、第三开关和第六开关接通的时间段以及第二开关、第四开关和第六开关接通的时间段。在单相电源为负电压的时间段期间，可以重复第二开关、第四开关和第五开关接通的时间段以及第一开关、第三开关和第五开关接通的时间段。

继电器网络可以进一步包括并联连接到连接在第一输入端子和第一电感器之间的电阻器的第六继电器，并且充电装置可以在输入到PFC电路的电压达到峰值后接通第六继电器。

当第一输入端子至第三输入端子连接到三相负载的各相时，继电器网络可以将三相电源的每相连接到第一开关腿至第三开关腿中的相应一个，并且PFC电路可以作为三相逆变器操作。当单相负载连接到第一输入端子至第三输入端子中的一个时，继电器网络可以将单相负载连接到第一开关腿和第二开关腿并可以将第三开关腿连接到中性点，并且PFC电路可以作为单相逆变器操作。

当第一输入端子至第三输入端子连接到三相负载的各相时，第一继电器、第二继电器和第五继电器可以断开，并且第三继电器和第四继电器可以接通。

当单相负载连接到第一输入端子时，第一继电器、第二继电器和第五继电器可以接通，并且第三继电器和第四继电器可以断开。

充电装置可以进一步包括继电器控制电路，该继电器控制电路连接到第一输入端子至第三输入端子，并且检测连接到负载的第一输入端子至第三输入端子中的一个并控制继电器网络。

充电装置可以进一步包括电力转换电路，该电力转换电路连接在PFC电路和电池之间，并将电力从电池传输到PFC电路。

当单相负载连接到第一输入端子时，第一继电器、第二继电器和第五继电器可以接通，并且第三继电器和第四继电器可以断开。第一开关和第二开关可以交替切换，第三开关和第四开关可以交替切换，第四开关的接通时间段可以完全重叠在第一开关的接通时间段上，并且第二开关的接通时间段可以完全重叠在第三开关的接通时间段上。第五开关可以断开，第六开关可以接通。

充电装置可以进一步包括继电器控制电路，该继电器控制电路连接到第一输入端子至第三输入端子，并且检测连接到电源的第一输入端子至第三输入端子中的一个并控制继电器网络。

本发明的实施例可以提供一种充电装置，其可以根据宽范围的输入电源和宽范围的电池充电电压以高充电效率执行充电操作，并可以具有比现有技术更简单的电路结构。

另外，本发明的实施例可以提供一种充电装置，其可以使对AC输入进行滤波的元件数量最小化。

附图说明

图1示出根据实施例的充电装置。

图2示出当AC商用电源为三相电源时继电器控制电路操作的电路图。

图3示出当AC商用电源为单相电源时继电器控制电路操作的电路图。

图4A至图4D示出当根据实施例输入电源为单相电源时PFC电路操作的电路图。

图5示出根据实施例的充电装置反向供电至三相负载的操作的示图。

图6示出根据实施例的充电装置反向供电至单相负载的操作的示图。

图7示出根据实施例的PFC电路的开关操作。

可以结合附图使用以下元件来描述本公开的实施例。

1：充电装置

2：继电器网络

3：继电器控制电路

10：AC输入滤波器

20：PFC电路

30：电力转换电路

具体实施方式

根据实施例的充电装置可以连接在电力系统和电池之间，以利用从电力系统供应的电力对电池充电，或者利用从电池供应的电力对连接到电力系统的负载充电。

在下文中，将参照附图详细描述在本说明书中公开的实施例，并且在本说明书中，相同或相似的构成元件将由相同或相似的附图标记表示，并且将省略重复的描述。以下描述中使用的表示构成元件的术语“模块”和/或“单元、部或部分”仅用于更容易地说明书，因此，这些术语不具有本身互相区分的含义或作用。另外，在描述本说明书的实施例时，当确定与本发明相关的公知技术的详细描述可能会模糊本发明的主旨时，将省略该详细描述。此外，附图仅用于使本说明书中公开的实施例易于理解，而不应解释为限制本说明书中公开的思想，应当理解的是，本发明包括不脱离本发明的范围和思想的所有修改、等同形式和替代形式。

包括诸如第一、第二等序数的术语将仅用于描述各种构成元件，而不应解释为限制这些构成元件。这些术语仅用于将一个构成元件与其它构成元件区分开来。

应当理解的是，当一个构成元件被称为“连接”或“联接”到另一个构成元件时，它可以直接连接或联接到另一个构成元件，或者可以通过插入在中间的其它构成元件连接或联接到另一个构成元件。相反，应当理解的是，当描述一个元件“直接联接”或“直接连接”到另一个元件时，该元件和另一个元件之间不存在任何元件。

在本申请中，应当理解的是，术语“包括”、“包含”、“具有”或“配置”表示说明书中描述的特征、数量、步骤、操作、构成元件、部分或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、数量、步骤、操作、构成元件、部分或组合的可能性。

图1示出根据实施例的充电装置。

在图1中，通过电力系统连接的AC商用电源被示为Y连接，但商用电源可以表示为Δ连接。在下文中，显然可以在其他附图中用Δ连接来代替Y连接。

充电装置1包括继电器网络2、继电器控制电路3、电力控制电路4、AC输入滤波器10、PFC电路20和电力转换电路30。充电装置1可以转换AC商用电源以产生用于对电池40充电的充电电力。例如，电池40的正极端子(+)可以连接到输出端子OUT1，并且电池40的负极端子(-)可以连接到输出端子OUT2。

AC输入滤波器10是用于连接在多个输入端子IN1至IN3和PFC电路20之间的多条电力线101至103的电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)滤波器，并且可以消除在充电装置1的操作期间可能产生的噪声。电力线101可以连接在输入端子IN1和PFC电路20之间，电力线102可以连接在输入端子IN2和PFC电路20之间，电力线103可以连接在输入端子IN3和PFC电路20之间。

AC输入滤波器10包括电容器104和至少一个AC滤波器装置110。AC输入滤波器10中的AC滤波器装置110的数量可以根据电力线101至103中产生的噪声水平来确定。例如，随着噪声水平的增加，AC滤波器装置110的数量可以增加以实现高插入损耗。图1示出一个AC滤波器装置110，但本发明不限于此。电容器104连接在中性点N和地G之间，中性点N不连接扼流圈。

AC滤波器装置110包括Y电容器装置105、X电容器装置106和扼流装置107。

Y电容器装置105包括三个电容器115、125和135。电容器115在比继电器RL1更靠近输入端子IN1的位置处连接在电力线101和地G之间。电容器125在比继电器RL2更靠近输入端子IN2的位置处连接在电力线102和地G之间。电容器135在比继电器RL3更靠近输入端子IN3的位置处连接在电力线103和地G之间。如上所述，Y电容器装置105的三个电容器115、125和135中的每一个都位于各相继电器的前面，使得三个电力线101至103中的每一个与地G之间的共模噪声可以被滤除。扼流装置107可以联接到多条电力线101至103以滤除共模噪声。多条电力线101至103可以沿相同方向缠绕在一个芯上以实现扼流装置107。

X电容器装置106包括连接在电力线101和电力线102之间的电容器116、连接在电力线102和电力线103之间的电容器126、以及连接在电力线101和电力线103之间的电容器136。X电容器装置106可以滤除三条电力线101至103中的两条电力线之间的差模噪声。

电容器104可以通过与地G相比减小PFC电路20的中性点29和中性点N之间的电位差来滤除高频带中的共模噪声。

Y电容器装置105的三个电容器115、125和135中的每一个对三个电力线101至103中的每一个与地G之间的共模噪声进行滤波，从而在三个电力线101至103中的每一个与地G之间的电位可以相等地匹配。电容器104对连接到中性点N的线(以下称为中性线)的共模噪声进行滤波，使得相对于地G的参考电位，中性点N与地G之间的电位可以被控制为与三个电力线101至103与地G之间的电位相同。即使AC滤波器装置110的级数由于噪声水平的增加而增加，中性线的共模噪声也可以通过一个电容器104被滤除。另外，由于中性点N没有连接扼流圈，因此尽管AC滤波器装置110的级数增加，中性点N的扼流圈数量也不增加。

继电器网络2可以根据连接到输入端子IN1至IN3的电力系统的相位来控制多个继电器RL1至RL6的接通/断开，以控制PFC电路20与电力系统之间的连接关系。例如，当充电装置1转换从电力系统供应的电力以对电池进行充电时，继电器网络2可以根据连接到输入端子IN1至IN3的AC商用电源的相位来控制多个继电器RL1至RL6的接通/断开，以控制PFC电路20与AC商用电源之间的连接关系。

继电器网络2包括多个继电器RL1至RL6，并且继电器控制电路3可以连接到与AC商用电源连接的多个输入端子IN1至IN3以检测AC商用电源的相位并根据检测到的相位控制多个继电器RL1至RL6。继电器控制电路3可以根据检测到的相位产生用于控制多个继电器RL1至RL6的接通/断开的多个继电器控制信号RLS1至RLS6，以将它们提供给多个继电器RL1至RL6。多个继电器RL1至RL6根据多个继电器控制信号RLS1至RLS6接通(闭合)或断开(打开)。

例如，当AC商用电源是三相电源时，继电器控制电路3可以产生用于接通多个继电器RL2、RL3的继电器控制信号RLS2、RLS3和用于断开多个继电器RL1、RL4和RL6的继电器控制信号RLS1、RLS4和RLS6，以将它们提供给多个继电器RL1至RL6。在这种情况下，继电器控制电路3可以一起产生指示三相的相位检测信号SL，并将其传送到电力控制电路4。

另外，当AC商用电源为单相电源时，继电器控制电路3可以产生用于接通多个继电器RL1、RL4和RL6的继电器控制信号RLS1、RLS4和RLS6以及用于断开多个继电器RL2和RL3的继电器控制信号RLS2和RLS3以将它们提供给多个继电器RL1至RL6。在这种情况下，继电器控制电路3可以一起产生指示单相的相位检测信号SL，并将其传送到电力控制电路4。

继电器控制电路3可以产生继电器控制信号RLS5并可以将其提供给继电器RL5，该继电器控制信号RLS5在从充电操作开始的时间点起经过预定时间段的时间点接通继电器RL5，而不管是单相还是三相。

继电器RL1的一端连接到电感器25的一端和输入端子IN1，继电器RL1的另一端连接在输入端子IN2和电感器26的一端之间。继电器RL2连接到输入端子IN2和电感器26的一端，继电器RL3连接到输入端子IN3和电感器27的一端，继电器RL4连接在中性点N和电感器27的一端之间。继电器RL5连接在输入端子IN1和电感器25的一端之间，继电器RL6与电感器27并联连接。多个继电器RL1至RL6可以实现为电子继电器或机械继电器。

PFC电路20包括三个开关腿(switch leg)21至23、三个电感器25至27和PFC链路电容器24。PFC电路20可以根据从电力控制电路4提供的开关控制信号操作。电力控制电路4可以根据相位检测信号SL，根据AC商用电源为单相电源或三相电源的情况，控制PFC电路20的开关操作。

当AC商用电源是三相电源时，PFC电路20接收三相线间电压以作为三腿升压PFC操作。当AC商用电源为单相输入时，PFC电路20接收输入端子IN1和中性点N之间的电压，以作为交错单相全桥结构的单电感器类型的PFC操作。即，PFC电路20在三相情况下使用三个输入端子IN1、IN2和IN3作为电源，在单相情况下使用输入端子IN1和中性点N之间的电压作为电源。在单相情况下，继电器RL1接通，第一开关腿21至第三开关腿23全部用于电力传输，开关腿23连接到中性点N，电感器27由于接通继电器RL6而禁用。然后，输入端子IN1与中性点N之间转换为单电感结构，PFC电路20为交错式单相全桥结构。在这种情况下，PFC电路20可以作为单极图腾柱(unipolar totem pole)控制来操作。

PFC链路电容器24包括两个电容器C1和C2，并且通过利用根据三个开关腿21至23中的每一个的操作而传输的电流充电来产生DC电压。

电力转换电路30对PFC链路电容器24的充电电压进行转换，生成并供给适合负载的DC电压。电力转换电路30的两个输入端子DCN1、DCN2分别连接到PFC链路电容器24的相应端。虽然在图1中没有示出负载，但负载的示例可以包括电池，并且电池可以连接在两个输出端子OUT1、OUT2之间以进行充电。

电力转换电路30包括并联连接在两个输入端子DCN1、DCN2与两个输出端OUT1、OUT2之间的两个DC-DC转换器。将两个DC-DC转换器并联连接的结构是根据实施例的示例，但本发明不限于此，并且电力转换电路30可以根据负载的大小通过适当数量的DC-DC转换器来实现。

DC-DC转换器31包括作为全桥连接到一侧的四个开关元件T1至T4、作为全桥连接到另一侧的四个开关元件T5至T8、在一侧和另一侧之间的绝缘变压器TR1以及电容器C3。

DC-DC转换器32包括作为全桥连接到一侧的四个开关元件P1至P4、作为全桥连接到另一侧的四个开关元件P5至P8、在一侧和另一侧之间的绝缘变压器TR2以及电容器C4。

电力控制电路4可以控制DC-DC转换器31和DC-DC转换器32的电力转换操作。例如，电力控制电路4可以接收提供给电池40的输出电压作为反馈以产生用于控制DC-DC转换器31和DC-DC转换器32的开关频率或占空比的控制信号，以将其提供给DC-DC转换器31和DC-DC转换器32。由于其详细控制方法与LLC谐振全桥结构转换器的控制方法相同，因此省略其详细描述。

在图1中，DC-DC转换器31、32被实现为LLC谐振全桥，但本发明不限于此，它们可以被实现为其它类型。DC-DC转换器的操作对于本发明所属领域的普通技术人员来说是显而易见的，因此省略其详细描述。

如图2所示，三相电源通过三个电感器L1、L2和L3传输到三个输入端子IN1、IN2和IN3中的每一个。在图2中，电容器104可以连接在中性点N和继电器RL4之间的节点与地G之间，以滤除中性线的共模噪声。

继电器控制电路3检测AC商用电源为三相电源，接通继电器RL2和RL3，断开继电器RL1、RL4和RL6，在输入到PFC电路20的电压已经达到峰值后接通继电器RL5。继电器RL5是在因输入端子的高电压而流过浪涌电流时保护PFC链路电容器24等元件的继电器。PFC电路20的电压输入达到峰值之前，继电器RL5断开，来自输入端子IN1的输入通过电阻11提供给PFC电路20。达到峰值后，继电器RL5接通，来自输入端子IN1的输入通过继电器RL5而不是电阻11提供给PFC电路20。不管单相或三相，PFC电路20的电压输入达到峰值之前继电器RL5断开，并在峰值后继电器RL5接通。

当AC商用电源为三相电源时，输入端子IN1、IN2和IN3分别连接到电感器25、26和27，并且PFC电路20作为三腿升压PFC操作。根据第一至第三开关腿21、22和23中的每一个的开关操作，流过每个电感器25、26和27的电流被传输到PFC链路电容器24。例如，输入端子IN1连接到电感器25，并且电感器25和第一开关腿21作为升压PFC操作。由于输入端子IN1的电压，电流在电感器25中流动，在开关Q1的接通期间在电感器25中流动的电流对PFC链路电容器24充电，在开关Q1的断开期间和开关Q2的接通期间电流流经电感器L1和开关Q2。

当AC商用电源为三相电源时，继电器RL4断开，但形成中性线的PCB图案与其它电力线联接。因此，在中性线中可能出现通过联接产生的共模噪声。继电器RL4断开，但由于辐射联接而不是对噪声的开路。与现有技术不同的是，在本发明实施例中，电容104的一端连接在中性点N和继电器RL4之间，电容104的另一端接地G。电容104减小中性线和地G之间的电位差，并且Y电容器装置105减小三个电力线101至103和地G之间的电位差。即，由于中性线和地G之间的电位差与三条电力线101和地G之间的电位差一样减小，因此可以滤除中性线中的共模噪声。

如图3所示，单相电源通过电感器L1传输到输入端子IN1。

继电器控制电路3检测AC商用电源为单相电源，接通继电器RL1、RL4和RL6，断开继电器RL2、RL3，并且在输入到PFC电路20的电压已经达到峰值后接通继电器RL5。

继电器RL1接通，使得输入端子IN1连接到第一开关腿21和第二开关腿22，流过电感L1的电流分支到第一开关腿21和第二开关腿22，第一开关腿21和第二开关腿22以交错的方式操作。

继电器RL4接通，使得中性点N与第三开关腿23连接，继电器RL6接通，使得PFC电路20以单相单电感结构进行交错式全桥PFC操作。即，继电器RL1接通，第一开关腿21至第三开关腿23进行电力传输。当继电器RL6接通时，第三开关腿23连接到中性点N，电感器27被禁用。

当AC商用电源为单相电源时并且当继电器RL4接通时，电容器104的一端连接到中性点N和PFC电路20的中性点29，并且电容器104的另一端接地G。即使在中性线中出现共模噪声，商用电源的中性点N与地G之间的电位差和PFC电路20的中性点29与地G之间的电位差也被电容器104降低。即，中性线的共模噪声可以被电容器104滤除。

图4A至图4D示出当根据实施例输入电源为单相电源时PFC电路的操作的电路图。

图4A和图4B示出当作为正弦波的单相电源具有正电压时根据第一开关腿21至第三开关腿23的操作的电流路径。图4C和图4D示出当作为正弦波的单相电源具有负电压时根据第一开关腿21至第三开关腿23的操作的电流路径。图4A和图4C示出PFC电路20的电力供应操作，图4B和图4D示出PFC电路20的电力恢复操作。如图4A所示，在开关Q1、Q2和Q6接通期间，通过单相电源的电压，电流流经电感器25和26、开关Q1和Q2、电容器C1和C2以及开关Q6。在此期间，向电容器C1和C2供电。

然后，如图4B所示，在开关Q4、Q5、Q6接通期间，通过单相电源的电压，电流流经电感器25和26以及开关Q4、Q5和Q6。在此期间，进行在电感器25和26中蓄积能量的电力恢复操作。

如图4C所示，在开关Q3、Q4和Q5接通期间，通过单相电源的电压，电流流经开关Q3、电容器C1和C2、开关Q4和Q5以及电感器25和26。在此期间，向电容器C1和C2供电。

然后，如图4D所示，在开关Q1、Q2、Q3接通期间，通过单相电源的电压，电流流过电感器25、26以及开关Q1、Q2、Q3。在此期间，进行在电感器25和26中蓄积能量的电力恢复操作。

随着电动车辆单次充电的行驶距离增加，需要增加电池容量。因此，车载充电器(OBC)需要大容量充电，因此需要增加充电功率。

传统充电器具有PFC电路和DC/DC转换器的两级结构，并且可以仅在单相输入电源条件下操作。为在三相电源输入条件下实现充电，与三相电源的各相连接的充电器需要三并联。然后，其电路复杂度增加，导致材料成本和体积/重量增加。仅包括利用升压转换器实现的PFC电路的充电器具有简单的电路结构，但当电池所需电压低于输入电压时，无法正常充电。升降压型充电器可以在电池所需的输出电压的整个周期内进行充电操作，但其控制复杂，并且存在AC输入电压低于输出电压的部分，因此功率因数(power factor，PF)特性是不利的，并且由于升压转换器直接连接到电池，因此会对电池施加高输出纹波电流，从而对电池寿命和发热产生不利影响。

本发明的实施例涉及一种包括继电器网络的充电装置，该继电器网络用于将PFC电路转换为根据各种AC电源条件(即，每个国家的各种电源条件)优化的充电系统。本发明的实施例可以提供一种充电装置，其可以根据宽范围的输入电源和宽范围的电池充电电压进行具有高充电效率的充电操作，并且可以具有比现有技术更简单的电路结构。

在OBC被设计用于三相输入的现有技术的情况下，难以为单相输入产生和提供足够的充电功率。例如，对于单相输入，传统的OBC只能提供3.6kW的充电功率。然而，根据实施例的充电装置1可以通过利用三相三腿逆变器类型的PFC电路20来调节提供给电力转换电路30的链路电压。因此，即使对于单相输入，充电装置1也可以向电池40提供足够的充电功率(例如，7.2kW)。

另外，由于根据实施例的充电装置1可以调整链路电压，所以作为变压器TR1、TR2的一侧的匝数与另一侧的匝数之比的匝数比率可以设计为接近1:1。由此，充电装置1可以通过连接到充电装置1的输入端子的电力系统在与用于对电池40充电的供电方向(以下称为正向)相反的方向(以下称为反向)上从电池40向负载供电。负载可以是三相负载或单相负载。

在下文中，将参照图5至图7描述充电装置1从电池40向负载供电的操作。

三相负载50的各个相在图5中示出为三个电感器51至53。电感器51连接在输入端子IN1和中性点N之间，电感器52连接在输入端子IN2和中性点N之间，电感器53连接在输入端子IN3和中性点N之间。在图5中，三相负载50被示为三个电感器51至53，但本发明不限于此。三相负载50的每个负载可以实现为电阻器、电感器和电容器中的一种或至少两种的组合。

与图1相比，对相同的组件标注相同的附图标记，并且以下省略重复的说明。

继电器控制电路3可以检测连接到多个输入端子IN1至IN3的负载以判断负载是三相负载还是单相负载。当连接到多个输入端子IN1至IN3的负载为三相负载时，继电器控制电路3可以产生用于接通多个继电器RL2、RL3的继电器控制信号RLS2、RLS3以及用于断开多个继电器RL1、RL4和RL6的继电器控制信号RLS1、RLS4和RLS6以将它们提供给多个继电器RL1、RL4和RL6。在这种情况下，继电器控制电路3可以一起产生指示三相的相位检测信号SL，以将其传送到电力控制电路4。继电器控制电路3在从反向充电操作开始经过预定时间段的时间点接通继电器RL5。

电池40的正极端子(+)和负极端子(-)连接到两个输出端子OUT1、OUT2，并且通过两个输出端子OUT1和OUT2从电池40向电力转换电路30供电。首先，对通过电力转换电路30从电池40向PFC电路20供电的操作进行说明。DC-DC转换器31和DC-DC转换器32中只有一个可以执行供电操作。例如，将描述DC-DC转换器31将电力从电池40供应至PFC电路20的操作。在这种情况下，DC-DC转换器32的开关P5至P8可以用二极管代替。

电池40的正极端子(+)和负极端子(-)之间的电压作为DC-DC转换器31的输入电压提供。当DC-DC转换器31将输入电压反向转换并将其提供给PFC电路20时，位于一侧的所有开关T1至T4都断开。根据位于另一侧的开关T5至T8的开关操作，通过位于一侧的开关的体二极管形成电流路径。

例如，在开关T5、T8的接通期间以及开关T6、T7的断开期间，在变压器TR1的另一侧流动的谐振电流流经开关T5、T8，电力被传输到变压器TR1的一侧。在这种情况下，电流流经开关T1、T4的体二极管，因此向PFC电路20供电。然后，存在所有开关T5至T8都断开的死区时间。死区时间过后，在开关T6、T7接通期间和开关T5、T8断开期间，在变压器TR1另一侧中流动的谐振电流流经开关T6、T7，电力被传输到变压器TR1的一侧。在这种情况下，电流流经开关T2、T3的体二极管，因此向PFC电路20供电。然后，存在所有开关T5至T8都断开的死区时间。重复该操作，从而将电力从连接到电力转换电路30的另一侧的电池40提供给连接到电力转换电路30的一侧的PFC电路20。

PFC链路电容器24可以通过从DC-DC转换器31提供的能量充电，并且可以使输入到PFC电路20的电压平稳。PFC电路20可以根据第一开关腿21至第三开关腿23的开关操作向三相负载50提供AC电力。例如，电力控制电路4根据相位检测信号SL控制PFC电路20作为三相逆变器操作。即，第一开关腿21至第三开关腿23以120度的相位差执行开关操作，并且第一开关腿21至第三开关腿23中的每一个开关腿内的两个开关(例如，Q1和Q4)的开关操作是相位差为180度的互补开关。三相逆变器的操作是已知技术，因此省略其详细描述。

当充电装置1接收三相AC商用电源作为输入时电容器104的作用和当充电装置1向三相负载50供电作为输出时电容器104的作用是相同的。电容器104减小中性线与地G之间的电位差，Y电容器装置105减小三条电力线101至103与地G之间的电位差。即，由于中性线与地G之间的电位差与三条电力线101至103与地G之间的电位差一样减小，因此可以滤除中性线中的共模噪声。

单相负载60可以被实现为电阻器、电感器和电容器中的一种或者至少两种的组合。与图1相比，对相同的组件标注相同的附图标记，并且以下省略重复的说明。

继电器控制电路3可以检测连接到多个输入端子INl至IN3的负载以判断负载是三相负载还是单相负载。当连接到多个输入端子IN1至IN3的负载为单相负载时，继电器控制电路3可产生用于接通多个继电器RL1、RL4和RL6的继电器控制信号RLS1、RLS4和RLS6以及用于断开多个继电器RL2和RL3的继电器控制信号RLS2和RLS3以将它们提供给多个继电器RL1至RL6。在这种情况下，继电器控制电路3可以一起产生指示单相的相位检测信号SL，以将其传送到电力控制电路4。继电器控制电路3在从反向充电操作开始经过预定时间段的时间点接通继电器RL5。

省略通过电力转换电路30向PFC电路20供电的方法，因为该方法与之前描述的连接三相负载的实施例相同。在下文中，将参照图7描述在连接单相负载60的实施例中PFC电路20的操作。如图7所示，PFC电路20作为单相逆变器操作。

当充电装置1接收单相AC商用电源作为输入时电容器104的作用和当充电装置1向单相负载60供电作为输出时电容器104的作用是相同的。即使在中性线中出现共模噪声，商用电源的中性点N与地G之间的电位差以及PFC电路20的中性点29与地G之间的电位差也通过电容器104减小。即，中性线的共模噪声可以被电容器104滤除。

图7示出根据实施例的PFC电路的开关操作。

如图7所示，第一开关腿21的开关Q1、Q4中接通状态的开关以“TON1”波形图示出，第二开关腿22的开关Q2、Q5中接通状态的开关以“TON2”波形图示出，第三开关腿23的开关Q3、Q6中接通状态的开关以“TON3”波形图示出。在单相负载条件下，第三开关腿23的开关Q3断开，开关Q6接通。

在第一开关腿21中的开关Q1接通和开关Q4断开的时间段TP1期间，通过在PFC链路电容器24中充电的输入电压，电流在电感器25中流动。电感器25的电流流经负载60、继电器RL6和开关Q6，并且向负载60供电。随后，在第一开关腿21中的开关Q1断开和开关Q4接通的时间段TP2期间，电感25中的电流流经继电器RL6、开关Q6和开关Q4。在时间段TP1、TP2之间，存在开关Q1和Q4都断开的死区时间。

在第二开关腿22中的开关Q2接通和开关Q5断开的时间段TP3期间，通过在PFC链路电容器24中充电的输入电压，电流在电感器26中流动。电感器26中的电流流经负载60、继电器RL6和开关Q6，并且向负载60供电。随后，在第二开关腿22中的开关Q2断开和开关Q5接通的时间段TP4期间，电感26的电流流经继电器RL6、开关Q6和开关Q5。在时间段TP3和TP4之间，存在开关Q2、Q5都断开的死区时间。

根据上述实施例的充电装置1可以从电池40向负载供电。根据实施例的充电装置1可以应用于电动车辆，并且电池40供给电动车辆操作所需的电力。

无论电池的额定电压如何，都可以通过根据实施例的充电装置进行充电。另外，充电装置可以从电池向负载供电(车辆到负载，即V2L)或从电池向电网供电(车辆到电网，即V2G)。另外，由于充电装置的频率可变范围比LLC转换器的工作频率范围窄，所以可以减小变压器的尺寸。在根据实施例的PFC电路中，施加到PFC电路的开关的电流应力是恒定的，并且与升压比无关。因此，根据实施例的充电装置可以实现高升压比。

特别地，在V2G实施方式中，将链路电压可变方法应用于充电装置，使得可以供应给电网的输出电压范围非常宽。另外，由于反向供电和正向供电的匝数比基本相同，因此LLC转换器的谐振增益不会改变。在反向供电中，可以提供380V或更高的电力，而无需在负载侧安装单独的转换器。

另外，根据实施例的AC输入滤波器进一步包括连接在中性点和地之间的电容器，并且Y电容器装置的电容器比继电器更靠近输入端连接，因此可以最小化随着级数的增加而引起的元件数量的增加。

虽然结合目前被认为是可实践的实施例对本发明进行了描述，但是应当理解的是，本发明不限于所公开的实施例，相反，本发明旨在涵盖包括在所附权利要求书的思想和范围内的各种修改和等同布置。

Claims

1.一种充电装置，包括：

功率因数校正电路即PFC电路，包括第一电感器、第二电感器和第三电感器以及分别连接到所述第一电感器、所述第二电感器和所述第三电感器的第一开关腿、第二开关腿和第三开关腿；

继电器网络，根据连接到第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子的电网的相位控制所述第一电感器与所述第一输入端子之间的连接、所述第二电感器与所述第二输入端子之间的连接以及所述第三电感器与所述第三输入端子之间的连接，其中所述继电器网络包括连接在中性点和所述第三电感器之间的第一继电器；以及

电容器，第一端连接到相对于所述第一输入端子、所述第二输入端子和所述第三输入端子的所述中性点，第二端接地，其中所述电容器的第一端比所述第一继电器更靠近所述中性点。

2.根据权利要求1所述的充电装置，进一步包括继电器控制电路，所述继电器控制电路连接到所述第一输入端子、所述第二输入端子和所述第三输入端子，并且检测连接到电源的所述第一输入端子、所述第二输入端子和所述第三输入端子中的一个并控制所述继电器网络。

3.根据权利要求1所述的充电装置，其中，所述继电器网络包括：

第二继电器，包括连接到所述第一输入端子和所述第一电感器的第一端以及连接到所述第二输入端子和所述第二电感器的第二端；

第三继电器，连接在所述第二输入端子和所述第二电感器之间；

第四继电器，连接在所述第三输入端子和所述第三电感器之间；以及

第五继电器，并联连接到所述第三电感器。

4.根据权利要求3所述的充电装置，进一步包括：

第一电容器，连接在地与第一触点之间，所述第一触点在所述第一输入端子和所述第一电感器之间的第一电力线中比所述第二继电器的第一端更靠近所述第一输入端子；

第二电容器，连接在地与第二触点之间，所述第二触点在所述第二输入端子和所述第二电感器之间的第二电力线中比所述第三继电器更靠近所述第二输入端子；以及

第三电容器，连接在地与第三触点之间，所述第三触点在所述第三输入端子和所述第三电感器之间的第三电力线中比所述第四继电器更靠近所述第三输入端子。

5.根据权利要求3所述的充电装置，其中：

响应于所述第一输入端子、所述第二输入端子和所述第三输入端子连接到三相电源的各相，所述继电器网络将所述三相电源的每相连接到所述第一开关腿、所述第二开关腿和所述第三开关腿中的相应一个，并且所述PFC电路作为三相增压PFC操作；并且

响应于单相电源连接到所述第一输入端子、所述第二输入端子和所述第三输入端子中的一个，所述继电器网络将所述单相电源连接到所述第一开关腿和所述第二开关腿并将所述第三开关腿连接到所述中性点，并且所述PFC电路作为单电感器类型的交错单相全桥PFC操作。

6.根据权利要求5所述的充电装置，其中，响应于所述第一输入端子、所述第二输入端子和所述第三输入端子连接到所述三相电源的各相，所述第一继电器、所述第二继电器和所述第五继电器断开，并且所述第三继电器和所述第四继电器接通。

7.根据权利要求5所述的充电装置，其中，响应于单相电源连接到所述第一输入端子，所述第一继电器、所述第二继电器和所述第五继电器接通，并且所述第三继电器和所述第四继电器断开。

8.根据权利要求3所述的充电装置，其中，所述继电器网络进一步包括第六继电器，所述第六继电器并联连接到连接在所述第一输入端子和所述第一电感器之间的电阻器。

9.根据权利要求8所述的充电装置，其中，所述充电装置在输入到所述PFC电路的电压达到峰值后接通所述第六继电器。

10.一种充电装置，包括：

功率因数校正电路即PFC电路，包括第一电感器至第三电感器以及分别连接到第一电感器、第二电感器和第三电感器的第一开关腿、第二开关腿和第三开关腿；

继电器网络，根据连接到第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子的电网的相位控制所述第一电感器与所述第一输入端子之间的连接、所述第二电感器与所述第二输入端子之间的连接以及所述第三电感器与所述第三输入端子之间的连接，其中所述继电器网络包括：

第一继电器，连接在中性点和所述第三电感器之间；

第五继电器，并联连接到所述第三电感器；

电容器，第一端连接到相对于所述第一输入端子、所述第二输入端子和所述第三输入端子的所述中性点，第二端接地，其中所述电容器的第一端比所述第一继电器更靠近所述中性点；以及

电力转换电路，连接在所述PFC电路和电池之间，并将电力从所述PFC电路传输到所述电池。

11.根据权利要求10所述的充电装置，其中：

所述第一开关腿包括连接在所述第一电感器和所述电力转换电路的第一输入端子之间的第一开关以及连接在所述第一电感器和所述电力转换电路的第二输入端子之间的第二开关；

所述第二开关腿包括连接在所述第二电感器和所述电力转换电路的第一输入端子之间的第三开关以及连接在所述第二电感器和所述电力转换电路的第二输入端子之间的第四开关；并且

所述第三开关腿包括连接在所述第三电感器和所述电力转换电路的第一输入端子之间的第五开关以及连接在所述第三电感器和所述电力转换电路的第二输入端子之间的第六开关。

12.根据权利要求11所述的充电装置，其中：

响应于单相电源连接到所述第一输入端子，所述第一继电器、所述第二继电器和所述第五继电器接通，并且所述第三继电器和所述第四继电器断开；

在所述单相电源为正电压的时间段期间，重复所述第一开关、所述第三开关和所述第六开关接通的时间段以及所述第二开关、所述第四开关和所述第六开关接通的时间段；并且

在所述单相电源为负电压的时间段期间，重复所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关接通的时间段以及所述第一开关、所述第三开关和所述第五开关接通的时间段。

13.一种充电装置，包括：

第一继电器，连接在中性点和所述第三电感器之间；

第五继电器，并联连接到所述第三电感器；

电容器，第一端连接到相对于所述第一输入端子、所述第二输入端子和所述第三输入端子的所述中性点，第二端接地，其中所述电容器的第一端比所述第一继电器更靠近所述中性点；并且

其中，响应于所述第一输入端子、所述第二输入端子和所述第三输入端子连接到三相负载的各相，所述继电器网络将所述三相负载的每相连接到所述第一开关腿、所述第二开关腿和所述第三开关腿中的相应一个，并且所述PFC电路作为三相逆变器操作；并且

其中，响应于单相负载连接到所述第一输入端子、所述第二输入端子和所述第三输入端子中的一个，所述继电器网络将所述单相负载连接到所述第一开关腿和所述第二开关腿并将所述第三开关腿连接到所述中性点，并且所述PFC电路作为单相逆变器操作。

14.根据权利要求13所述的充电装置，进一步包括：

15.根据权利要求14所述的充电装置，其中，响应于所述第一输入端子、所述第二输入端子和所述第三输入端子连接到所述三相负载的各相，所述第一继电器、所述第二继电器和所述第五继电器断开，并且所述第三继电器和所述第四继电器接通。

16.根据权利要求14所述的充电装置，其中，响应于单相负载连接到所述第一输入端子，所述第一继电器、所述第二继电器和所述第五继电器接通，并且所述第三继电器和所述第四继电器断开。

17.根据权利要求14所述的充电装置，进一步包括继电器控制电路，所述继电器控制电路连接到所述第一输入端子、所述第二输入端子和所述第三输入端子，并且检测连接到负载的所述第一输入端子、所述第二输入端子和所述第三输入端子中的一个并控制所述继电器网络。

18.根据权利要求14所述的充电装置，进一步包括电力转换电路，所述电力转换电路连接在所述PFC电路和电池之间，并将电力从所述电池传输到所述PFC电路。

19.根据权利要求18所述的充电装置，其中：

20.根据权利要求19所述的充电装置，其中，响应于单相负载连接到所述第一输入端子：

所述第一继电器、所述第二继电器和所述第五继电器接通，并且所述第三继电器和所述第四继电器断开；

所述第一开关和所述第二开关交替切换，所述第三开关和所述第四开关交替切换，所述第四开关的接通时间段完全重叠在所述第一开关的接通时间段上，并且所述第二开关的接通时间段完全重叠在所述第三开关的接通时间段上；并且

所述第五开关断开，所述第六开关接通。