CN116056945A - 用于汽车电池的车载充电器以及对汽车电池充电和使用汽车电池的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于电动汽车的电池的车载充电器。该电动汽车包括AC电机和用于该AC电机的逆变器驱动器。车载充电器包括耦合到DC/DC转换器的集成有源滤波整流器。集成有源滤波整流器被配置为使用AC电机的至少一个相电感器和逆变器驱动器的至少一个支路来执行功率因数校正。车载充电器是可以进行牵引和从单相和三相电网充电的非隔离的转换器。此外，车载充电器执行快速AC充电，在充电过程中不会产生轴扭矩。

Description

用于汽车电池的车载充电器以及对汽车电池充电和使用汽车电池的方法

技术领域

本公开一般涉及用于电动汽车的电池的车载充电器，尤其涉及集成的车载充电器。此外，本公开还涉及对电动汽车的电池充电的方法，以及使用汽车电池为外部负载供电的方法。

背景技术

随着技术的发展，电池驱动型电动交通工具(如电动汽车、电动摩托车、电动飞机、以及电动船舶)的生产和使用不断增加。与内燃机驱动的汽车(如汽油和柴油汽车)相比，电池驱动的电动汽车有一个缺点，即“加油”需要接入专门的充电站，这些充电站不仅分布稀少，而且对汽车“加满油”费时较长。限制充电站广泛部署的因素之一是不同汽车在充电速率、电流类型(直流(direct current，DC)或交流(alternating current，AC))、以及电压方面有不同的充电要求。最终，汽车电池需要连接到直流电源才能充电。DC充电站可以提供这样的直流电源，但这种DC充电站往往安装费用昂贵。为了能够使用AC充电站，电池驱动的电动汽车需要一个车载设备来将来自充电站的交流电转换成直流电，以为汽车电池充电。这样的车载设备被称为车载充电器。

虽然配备车载充电器使汽车能够从AC充电站为其电池充电，但车载充电器的成本必然会增加汽车的制造成本，而且车载充电器增加了重量并且占用了汽车内部的空间。为了实现快速“加油”，意味着存在提供增强的车载充电器的压力，虽然这些充电器往往比只能相对缓慢充电的充电器体积更大、价格更贵。例如，这种充电器增加的成本可能来自于需要提供能够处理更大电流的组件，和/或来自于需要增加组件数量。

为了满足高充电速率的需求和/或比一般的车载充电器节省重量、体积、以及成本，开发了集成的车载充电器，为了充电，该充电器使用一些也用于牵引模式的组件。然而，这种集成的车载充电器往往需要附加的昂贵的高频半导体来充电。此外，由于集成的车载充电器通常是非隔离电路，因此电动汽车电池两极上生成的共模电压(common-modevoltage，CMV)在这种充电器的设计中需要重视。例如，高频CMV的存在导致需要广泛的电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)滤波(这是由于通过电池两极和汽车底盘之间的寄生电容生成了泄漏电流，而汽车底盘在充电期间又接地)。此外，一些集成的车载充电器在充电期间在AC电机上生成轴扭矩，这意味着可能需要重型电动驻车制动器。因此，存在如何提供具有高充电速率同时避免部分或全部上述缺点的具有成本效益的车载充电器的问题。

因此，根据前述讨论，需要克服与已知的集成车载充电器相关联的一个或多个前述缺点。

发明内容

本公开的目的是提供一种至少部分地克服现有技术中的集成车载充电器所遇到的问题的解决方案。

本公开的上述目的通过所附独立权利要求中提供的解决方案来实现。在从属权利要求中进一步定义了本公开的有利实施方式。

在第一方面，本公开提供一种用于电动汽车的电池的车载充电器，其中，电动汽车包括AC电机和用于AC电机的逆变器驱动器，车载充电器包括耦合到DC/DC转换器的集成有源滤波整流器；其中，集成有源滤波整流器被配置为使用AC电机的至少一个相电感器和逆变器驱动器的至少一个支路来执行功率因数校正。

在示例中，集成有源滤波整流器耦合到DC/DC转换器以对电池充电，并且逆变器驱动器使充电后的电池能够向AC电机提供牵引电流。逆变器驱动器在牵引过程中以及在电池充电过程中用于脉宽调制(pulse width modulation，PWM)。在牵引过程中使用的AC电机的至少一个相电感器还能够在电池充电期间向三相市电电源注入三次谐波电流。因此，传统的车载充电器分别需要不同的电路来执行充电和牵引，而根据本公开的车载充电器将一些电路元件既用于充电也用于牵引。此外，本公开的车载充电器可以在不生成轴扭矩的情况下为汽车电池充电。此外，与文献中发现的一些集成车载充电器的解决方案相比，本公开的车载充电器既不需要专门设计的AC电机，也不需要外部器件来重新配置电机绕组，就能实现电池的快速充电。此外，实现本公开的车载充电器无需使用附加的昂贵的高频半导体，现有的逆变器驱动器实现了主要的脉宽调制(PWM)功能。此外，电池两极只存在低频共模电压(CMV)，从而减少了电磁干扰(EMI)滤波器的负担。

在第一方面的第一可能实施方式中，对于三相市电电源的每一相，集成有源滤波整流器包括至少一对二极管。

通过使用至少一对二极管对AC输入进行整流，可以降低集成有源滤波整流器整流级的成本。

在第一方面的第二可能实施方式中，集成有源滤波整流器包括与每个二极管并联的有源功率开关。这样可以实现通过集成有源滤波整流器的双向功率流。因此，车载充电器可用于对汽车电池充电，但也提供电流路径，通过该电流路径，来自汽车电池的功率可被提供用于汽车外的消耗。

在第一方面的第三可能实施方式中，每个有源功率开关包括MOSFET器件，并且二极管由MOSFET器件的本征体二极管提供。

本领域技术人员将理解，MOSFET器件包括本征体二极管，该本征二极管可用于在集成有源滤波整流器中提供整流，而不需要除MOSFET器件之外的分立二极管。

在第一方面的第四可能实施方式中，DC/DC转换器是双向器件。这样，DC/DC转换器可以在使用汽车的电池为汽车外的消耗供电时以及在电池充电期间保持在电路中。

在第一方面的第五可能实施方式中，对于三相市电电源的每一相，集成有源滤波整流器包括一对有源功率开关，并且各对有源功率开关在公共点耦合在一起，该公共点耦合到AC电机的中性点端子。

通过将各对有源功率开关的公共点耦合到AC电机的中性点端子，减小了AC电机的相电感器的等效电阻，从而减小了导通损耗。

在第一方面的第六可能实施方式中，对于三相市电电源的每一相，集成有源滤波整流器包括一对有源功率开关，并且各对有源功率开关在公共点耦合在一起，该公共点耦合到AC电机的相之一。

通过将各对有源功率开关的公共点耦合到AC电机的相之一，无需接入AC电机的中性点端子。

在根据第一方面或根据第一方面的第一至第六实施方式中任一项的第七可能实施方式中，车载充电器还包括连接在DC/DC转换器的输入端两端的第一电容器，其中，第一电容器被配置为支持逆变器驱动器的开关的换流。这样，可以为AC电机的相电感器提供的施加的注入电流保持需要的电流路径，从而有助于保持功率因数校正。

在根据第一方面的第七可能实施方式的第八可能实施方式中，车载充电器被配置为：当AC电机在推进模式下时，第二电容器与第一电容器并联连接，第二电容器的电容比第一电容器大。

第二电容器是一个大电容(通常数百或数千微法，并且总是第一电容器的电容的许多倍)逆变器DC链路，例如，该第二电容器在推进模式下(特别是在加速期间)用作低电感电源(有效地为汽车电池充电，但具有较低的电感)，以及在制动事件等期间用于保护电池免受电流浪涌的冲击。将理解，第二电容器仅在推进模式下与第一电容器并联连接。

在根据第一方面或根据第一方面的第一至第八实施方式中任一项的第九可能实施方式中，DC/DC转换器可配置为提供内部路径，以在推进模式下供电流从DC/DC转换器的输出级流向AC电机。

通过电流的内部路径，DC/DC转换器可以在内部被旁路。这样，在推进模式下，DC电流只流过一些DC/DC组件。

在根据第一方面或根据第一方面的第一至第九实施方式中任一项的第十可能实施方式中，提供开关器件以使DC/DC转换器能够在AC电机推进电动汽车时被旁路，而在充电器向电动汽车的电池提供充电电流时不会被旁路。

通过使用作为外部开关器件的开关器件，DC/DC转换器仅在电池充电时使用，而在推进模式下不使用。

在根据第一方面或根据第一方面的第一至第六实施方式中任一项的第十一可能的实施方式中，电容器耦合在DC/DC转换器的输出端两端，并且DC/DC转换器被配置为在充电期间从电容器向车载充电器的第一级的输出端提供能量。

在根据第一方面的第十二可能实施方式中，车载充电器被配置为通过使用集成有源滤波整流器的元件作为无桥图腾柱功率因数校正整流器(bridgeless totem-polepower factor correction rectifier)来支持从单相AC电源充电。这样，无需附加的整流元件，就可以使用本公开的车载充电器从单相AC电源和三相AC电源对汽车的电池进行充电。

在根据第一方面的第十二可能实施方式的第十三可能实施方式中，车载充电器包括控制布置，用于高频调制电桥的至少一个支路，以生成通过AC电机的对应相电感器的正弦电流。

由于导通损耗更低，纹波减小，因此三个支路交错工作(即电桥的多个支路的调制)是有益的。

在根据第一方面的第十四可能实施方式中，车载充电器被配置为通过使用集成有源滤波整流器的元件作为DC/DC转换器来支持从DC电源充电。

通过使用集成有源滤波整流器的元件作为DC/DC转换器，车载充电器可以在需要时从DC电源充电，也可以在可能时从AC电源充电。

在根据第一方面的第十四可能实施方式的第十五可能实施方式中，车载充电器包括控制布置，用于高频调制电桥的至少一个支路，以控制通过AC电机的对应相电感器的直流电流。

通过该控制布置，三相电桥的至少一个支路被高频调制，以控制通过AC电机的对应相电感器的DC电流。有益地，三个支路交错工作能够降低导通损耗和减小电流纹波。

在根据第一方面或根据第一方面的第一至第十五实施方式中任一项的第十六可能实施方式中，集成有源滤波整流器包括三次谐波电流注入电路。

三次谐波电流注入电路用作有源谐波滤波器以实现高功率因数。

在根据第一方面或根据第一方面的第一至第十六实施方式中任一项的第十七可能实施方式中，DC/DC转换器被配置为支持标称400伏电池的充电和支持标称800伏电池的充电。

有益地，本公开的车载充电器提供了可根据系统要求(例如用于为400伏或800伏电池充电)进行选择的DC/DC转换器单元。

在根据第一方面或根据第一方面的第一至第十六实施方式中任一项的第十八可能实施方式中，DC/DC转换器包括用于为标称400伏电池充电的非隔离降压DC/DC电路。

通过使用降压DC/DC电路，为400伏电池(例如，该电池的工作电压上限为470伏)充电。

在根据第一方面或根据第一方面的第一至第十六实施方式中任一项的第十九可能实施方式中，DC/DC转换器包括用于为标称400伏电池或标称800伏电池充电的非隔离降压/升压DC/DC电路。

通过降压/升压DC/DC电路，使用双向升压/降压来实现800伏电池(例如那些工作电压范围从450伏到770伏的电池)的充电。

在根据第一方面或根据第一方面的第一至第十六实施方式中任一项的第二十可能实施方式中，DC/DC转换器包括隔离的DC/DC电路，用于为标称400伏电池或标称800伏电池充电。

通过使用隔离的DC/DC电路，提供了电气隔离，使得更容易符合安全要求，并且进一步实现了标称400伏和标称800伏电池的充电。

在根据第一方面或根据第一方面的第一至第二十实施方式中任一项的第二十一可能实施方式中，车载充电器还包括连接布置，以将集成有源滤波整流器连接到单相或三相AC电源或DC电源。

与传统的车载充电器相比，通过上述连接布置，本公开的车载充电器支持经由AC电源或DC电源以及单相或三相AC电源中的任何电源进行充电。一些传统的车载充电器只支持从单相AC电源充电。

在第二方面，本公开提供用于集成到电池驱动的电动汽车中的车载充电器模块，该电动汽车具有AC电机推进单元，该模块包括：用于连接到用于对电动汽车的电池充电的交流电源的输入端、用于连接到汽车的电池的输出端，该输入端耦合到集成有源滤波整流器，有源滤波整流器耦合到DC/DC转换器，该DC/DC转换器的输出端耦合到上述模块的上述输出端；该模块还包括用于汽车的AC电机的逆变器驱动器，其中，集成有源滤波整流器被配置为使用AC电机的至少一个相电感器和逆变器驱动器的至少一个支路来执行功率因数校正。

通过将根据本公开的车载充电器的除AC电机之外的主要组件提供为单个模块，简化了包括车载充电器的电池驱动汽车的组装，并可实现规模经济。

在第二方面的第一可能实施方式中，该模块还包括耦合在DC滤波器的输出端和模块的输出端之间的第一电磁干扰(EMI)滤波器，以及耦合在模块的输入端和集成有源滤波整流器之间的第二电磁干扰滤波器。在模块中包括这些EMI滤波器进一步简化了包括根据本公开的新车载充电器的电池驱动汽车的组装。

在第三方面，本公开提供了一种电动汽车，该电动汽车包括根据第一方面或根据第一方面的第一至第二十一实施方式中任一项的车载充电器。

本公开提供了一种具有改进的车载充电布置的电动汽车，该车载充电布置的组件用于牵引和充电操作。车载充电器的逆变器驱动器用于牵引期间以及车载充电器的电池充电期间的脉宽调制(PWM)。在牵引期间使用的汽车的AC电机的至少一个相电感器也用于在从三相市电电源对汽车电池充电期间向市电相注入三次谐波电流。

此外，电动汽车受益于具有车载充电器，该车载充电器能够在不生成电机轴扭矩的情况下实现电池的快速充电。此外，与传统电动汽车相比，上述电动汽车的车载充电器既不需要专门设计的AC电机，也不需要外部器件来重新配置电机绕组，以实现电池的快速充电。

在第四方面，本公开提供了一种对电动汽车的电池充电的方法，电动汽车包括AC电机、用于AC电机的逆变器驱动器、以及车载充电器，该方法包括：将集成有源滤波整流器的输入耦合到单相或三相AC电网或DC电网；通过集成有源滤波整流器的输出端向DC/DC转换器馈电；将DC/DC转换器的输出提供给电动汽车的电池；其中，集成有源滤波整流器被配置为使用AC电机的至少一个相电感器和逆变器驱动器的至少一个支路来执行功率因数校正。

本公开的上述方法在不生成轴扭矩的情况下实现电池的快速充电。

在第五方面，本公开提供了一种使用电动汽车的电池作为电源向外部负载供电的方法，该电动汽车包括AC电机、用于AC电机的逆变器驱动器、以及车载充电器，该车载充电器包括：耦合到DC/DC转换器的集成有源滤波整流器；其中，集成有源滤波整流器被配置为使用AC电机的至少一个相电感器和逆变器驱动器的至少一个支路来执行功率因数校正；该方法包括：将集成有源滤波整流器的输入端耦合到单相或三相AC负载或DC负载；从DC/DC转换器的输入端向集成有源滤波整流器的输出端馈电；从电动汽车的电池向DC/DC转换器的输出端供电。

本公开的车载充电器使电动汽车的电池可以用作移动电源(power bank)，既适用于需要直流电源的负载，也适用于需要交流电源的负载。

应理解，在不排除的情况下，可以组合任何或所有前述实施方式。

将理解，在不偏离所附权利要求所定义的本公开的范围的情况下，可以以各种组合方式组合本公开的特征。

从以下附图和结合所附权利要求阐述的说明性实施方式的具体实施方式中，本公开的附加方面、优点、特征、以及目的将变得显而易见。

附图说明

当结合附图阅读时，能够更好地理解上述发明内容以及说明性实施例的以下具体实施方式。为了说明本公开，附图中示出了本公开的示范性结构。但是，本公开并不局限于本文公开的具体方法和手段。此外，本领域技术人员应理解，这些附图并非按比例绘制。当需要时，类似的元素用相同的数字表示。

仅通过示例的方式，现在将参考以下附图来描述本公开的实施例，在附图中：

图1示出了根据本公开的示例的电动汽车的框图；

图2示出了根据本公开的示例的描述图1的车载充电器的示例性实施方式的框图；

图3示出了根据本公开的示例的与图2的车载充电器对应的电路图；

图4至图7示出了根据本公开的各种示例的描述车载充电器的示例性实施方式的电路图；

图8A至图8B示出了根据本公开的示例的分别描述对于已知的集成车载充电器和本公开车载充电器，电池负极上的共模电压(CMV)的图；

图9a和图9b示出了根据本公开的示例的具有双向功率流能力的车载充电器；

图10示出了根据本公开的示例的配置为从单相AC电源操作的车载充电器的电路图；

图11示出了根据本公开的示例的配置为从DC电源操作的车载充电器的电路图；

图12A至图12C示出了根据本公开的各种示例的表示用于车载充电器的DC/DC转换器的各种布置的电路图；

图13A和图13B示出了根据本公开的各种示例的非隔离DC/DC转换器的电路图；

图14示出了根据本公开的示例的隔离DC/DC转换器的电路图；

图15示出了车载电源DC/DC转换器的电路图，该车载电源DC/DC转换器作为电动汽车中的高压电池和低压电池之间的接口，该车载电源DC/DC转换器合并到图14的隔离DC/DC转换器中；

图16示出了根据本公开的示例的适于用作集成有源滤波器的低频桥支路(bridgeleg)的替代电路配置；

图17示出了根据本公开的示例的车载充电器模块的电路图；

图18是根据本公开的示例的对电动汽车的电池充电的方法的流程图；以及

图19是根据本公开的示例的使用电动汽车的电池作为电源向外部负载供电的流程图。

在附图中，使用带下划线的数字来表示被置于该带下划线的数字之上的项目或与该带下划线的数字相邻的项目。无下划线的数字与由将无下划线的数字链接到项目的线所标识的项目有关。当一个数字无下划线并伴随着相关联的箭头时，该无下划线的数字用于标识箭头所指向的一般项目。

具体实施方式

以下具体实施方式示出了本公开的实施例以及可以实现这些实施例的方式。虽然已经公开了一些实施本公开的模式，但本领域技术人员将理解，可以存在用于实施或实践本公开的其他实施例。

图1是根据本公开的实施例的电池驱动的电动汽车100的框图。图1主要示出了与电动汽车100的两个主要功能(即充电模式和牵引或推进模式)相关联的电动汽车100的各种元件。如图所示，电动汽车100包括车载充电器102、电池104、逆变器驱动器106、以及AC电机108。电池104通过高压DC EMI滤波器105与系统的其余组件相接。车载充电器102和电池104在充电模式期间一起操作。而电池104、逆变器驱动器106、以及AC电机108在牵引模式下一起操作。此外，如图所示，车载充电器102包括耦合到DC/DC转换器112的集成有源滤波整流器110。集成有源滤波整流器110包括整流和电流注入功能109，并且如将阐述的，还使用AC电机108的部件和逆变器驱动器106的元件。

本公开的车载充电器102是集成的车载充电器。本文使用的术语“集成车载充电器”是指车载充电器102的集成性质。换言之，车载充电器102不是只用于对电池104充电的单独单元，相反，车载充电器102被配置为与其他元件(例如电动汽车100的逆变器驱动器106和AC电机108)相关联地操作，这些元件还用于除对汽车电池充电之外的其他目的。因此，在图1中，借助围绕车载充电器102的虚线来描绘车载充电器102的集成性质，车载充电器102被示出为包括逆变器驱动器106和AC电机108。包括逆变器驱动器106和AC电机108的车载充电器102被配置为在对电池104充电的同时执行AC电源的功率因数校正。具体地，车载充电器102的集成有源滤波整流器110被配置为使用AC电机108的至少一个相电感器和逆变器驱动器106的至少一个支路来执行功率因数校正，稍后本文将更详细地阐述这一点。

现在参照图2，图2示出了根据本公开的实施例的描述图1的车载充电器102的示例性实施方式的框图。如图所示，车载充电器102可以电耦合到电源202(例如电网)，用于汲取电力以对电池104充电。有利地，电源202是三相交流电网。或者，如稍后将阐述的，电源202可以是直流电源或交流单相电源。

车载充电器102包括用于将车载充电器102与电源202电耦合的连接布置210。在示例中，连接布置210可以是配置为从电源202提供电力的充电插头。例如，连接布置210被配置为将如图1所示的集成有源滤波整流器110连接到单相或三相AC电源或DC电网。

车载充电器102还包括滤波布置212，滤波布置212包括AC电磁干扰(EMI)滤波器，滤波布置212用于衰减存在于电源线和信号线上的高频电磁噪声。具体地，滤波布置212用于减少由车载充电器102的各种操作组件产生的电磁干扰(例如由车载充电器102的半导体开关的切换引起的电磁干扰)。

车载充电器102还包括测量单元214，测量单元214用于测量通过AC电机108的电感器的电流。如图所示，车载充电器102还包括电耦合或可操作地耦合到测量单元214的输入级216。本文使用的术语“输入级”是指负责调节从电网中汲取的电流的电气元件或组件的布置。根据本公开，车载充电器102的输入级216由如图1所示的包括逆变器驱动器106和AC电机108的元件的集成有源滤波整流器110构成，并将结合图3更好地示出以及阐述。输入级216的这种布置示出了本公开的车载充电器102的集成性质。

如图2所示，车载充电器102还包括输入控制218，用于在对电池104充电时调节由输入级216提供的电流。输入控制218对从测量单元214接收的测量数据进行操作，并调节输入级216的各种组件的操作，从而调节从外部电源202汲取的输入电流。换言之，输入控制218充当通过输入级216的AC电机的电感器108的电流的调节器。在示例中，输入控制218可以包括组件(例如以某种方式编程的控制器)来提供用于控制输入级216的各种组件的操作的控制信号，以提供对提供给输入级216的电流的期望调节。

来自输入级216的输出电流由车载充电器102的输出级220接收。车载充电器102还包括与输出级220相关联的测量单元222和输出控制224。根据本公开，输出级220包括图1所示的DC/DC转换器112。此外，输出控制224用于基于测量单元222的测量数据生成控制信号，以控制输出级220的各种组件的操作。这允许输出级220提供电池104的高效充电所需的电流输出，这将结合图3更详细地阐述。

现在参照图3，图3示出了根据本公开的实施例的与图2的车载充电器102对应的电路图。如图所示，车载充电器102被布置为耦合到三相AC电源202，用于汲取电力以对电池104充电。车载充电器102包括与图2的输入级216对应的集成有源滤波整流器110、以及与图2的输出级220对应的DC/DC转换器112。有源滤波整流器110包括AC电机108和逆变器驱动器106。车载充电器102还包括分别与输入级216和输出级220相关联的测量单元214和测量单元222。测量单元214被划分为第一部分214a和第二部分214b，第一部分214a监测整流器302上游的输入电压，第二部分214b监测整流器202下游的电流。测量单元214与输入控制218相关联，这用箭头示出，该箭头表示测量单元214和输入控制218(例如控制器)之间的连接。测量单元214和输入控制218在使用中耦合到电源202。测量单元222与输出控制224相关联，这用箭头示出，该箭头表示测量单元222和输出控制224(例如控制器)之间的连接。

在一个示例性配置中，输入级由集成有源滤波整流器110构成，对于三相市电电源的每一相，集成有源滤波整流器110包括一对二极管302和三次谐波电流注入电路360。三次谐波电流注入电路360包括快换流(fast-commuted)开关320、AC电机的电感器108、以及低频双向开关304。注意，集成有源滤波整流器110包括三个分支(branch)，每个分支可连接到三相市电电源(即电网202)的一相。

上述三个分支中的每个分支包括一对二极管302和一对有源功率开关304。该对有源功率开关304反串联连接。因此，集成有源滤波整流器110包括三个低频桥支路，其中每个低频桥支路由具有反并联二极管305的两个有源功率开关304和两个二极管302组成，其中，两个有源功率开关304与两个二极管302连接。根据实施例，多个有源功率开关304中的每个有源功率开关包括MOSFET器件，并且二极管305由MOSFET器件的本征体二极管提供。本领域技术人员将理解，在这种布置中，由MOSFET器件提供的本征二极管被用来代替独立二极管305，并且本征二极管并联连接到MOSFET器件。在另一实施例中，多个有源功率开关304可以包括另一晶体管器件(例如绝缘栅双极晶体管(insulated-gate bipolar transistor，IGBT))，而不是MOSFET器件。

如前所述，车载充电器102还包括AC电机108和逆变器驱动器106。AC电机108和逆变器驱动器106是电动汽车的主要元件，并且与电动汽车的牵引模式相关联。AC电机108通常是三相AC电动机，包括三个相电感器La、Lb、以及Lc的布置。如图所示，AC电机108耦合到逆变器驱动器106。

在一个实施例中，逆变器驱动器106包括六个有源功率开关320。逆变器驱动器106的有源功率开关320可以类似于集成有源滤波整流器110的有源功率开关304。例如，每个有源功率开关320包括晶体管器件和并联连接到该晶体管器件的二极管。此外，晶体管器件可以是MOSFET器件，其中二极管可选地是MOSFET的本征体二极管，或晶体管器件可以是IGBT。

如图所示，车载充电器102还包括输出级220，输出级220主要包括DC/DC转换器112。车载充电器102还包括连接在DC/DC转换器112的输入端的第一电容器C1和连接在DC/DC转换器112的输出端的第二电容器C2。第一电容器C1被配置为支持逆变器驱动器106的有源功率开关320的换流，并为通过电感器108的施加的注入电流提供需要的电流路径。电容器C1在交流市电电源的相间电压差不足以使任何整流二极管302正向偏置的时刻向功率开关320提供功率。为了确保市电电流的正弦可控性，集成有源滤波整流器216的输出电压应由二极管桥式整流器302直接确定，并因此呈现六脉波形状。这为合适的转换器操作设置了电容C1大小的上限。第一电容器C1的电容较小，通常为几十到几百微法。

当车载充电器102用于对电池104充电时，集成有源滤波整流器110从电源202接收电力，然后集成有源滤波整流器110的输出端向DC/DC转换器112馈电，然后DC/DC转换器112的输出端被提供给电池104用于充电。集成有源滤波整流器110被配置为使用AC电机108的至少一个相电感器(La、Lb、或Lc)和逆变器驱动器106的至少一个支路(即，具有一对有源功率开关320的三个分支之一)来执行AC电源的功率因数校正。如图所示，相电感器La、Lb、Lc分别耦合到逆变器驱动器106的第一、第二、以及第三分支，每个分支具有一对有源功率开关320。

显然，当电网202是三相AC电网时，对于每一相，输入级216的每一支路顺序地开始操作(用于对电池104充电)。每个支路可以由连接到集成有源滤波整流器110的一对有源功率开关304的一对二极管302构成。

根据实施例，在三相操作期间，集成有源滤波整流器110的有源功率开关304(即，电流注入开关)以两倍于市电频率的频率(即三相AC电网202的频率的两倍)调制。例如，在360°市电周期内，这些有源功率开关304中的每个有源功率开关在120°期间导通，这样，有源电流注入总是发生在三个市电相中的仅一个相中。结合有源功率开关304和相电感器La或Lb或Lc(即，市电相之一)，逆变器驱动器106的有源功率开关320(即，由每个分支构成的高频逆变器驱动器桥)以高频换流。这允许逆变器驱动器106的有源功率开关320作为专用电流注入转换器工作，该专用电流注入转换器用作有源谐波滤波器以实现正弦输入电流。注意，逆变器驱动器106的有源功率开关320用作用于电流调节的高频脉宽调制(PWM)桥，因此无需附加的昂贵的高频功率半导体。此外，AC电机108的相电感器La或Lb或Lc充当电流注入电感器。此外，集成有源滤波整流器110的输出电压呈现由二极管桥式整流器(即二极管302)直接确定的六脉波形状。此外，DC/DC转换器112向电池104提供电压调节和动态电流限制。此外，DC/DC转换器112控制恒定的输出电流(恒定的功率需求)，以确保高功率因数操作。

注意，车载充电器102包括具有两个控制回路的控制方案。例如，由测量单元214a和214b和输入控制218构成的一个控制回路，用于调节由逆变器驱动器106的有源功率开关320和AC电机108的相电感器La或Lb或Lc注入市电相的电流。通常，输入控制218用于基于测量单元214a和214b的测量数据生成控制信号，以控制三次谐波电流注入电路110的有源功率开关304和320的操作。此外，由测量单元222和输出控制224构成的第二控制回路，用于调节DC/DC转换器112的输出电流。通常，输出控制224用于基于测量单元214的测量数据生成控制信号，用于控制DC/DC转换器112的输出电流。通常，基于由输出控制224提供的控制信号，DC/DC转换器112提供恒定的输出电流(以确保高功率因数操作)，以对电池104充电。

车载充电器102还可用于使用电池104作为移动电源为外部负载供电。通常，车载充电器102或其各种元件被动地用于为外部负载供电。

在实施例中，外部负载可以是单相或三相AC负载、或DC负载。为了使用电池104为外部负载供电，集成有源滤波整流器110的输入端耦合到外部负载，从DC/DC转换器112的输入端向集成有源滤波整流器110的输出端馈电，并且DC/DC转换器112的输出端从电池104供电。此外，在向外部负载供电期间，集成有源滤波整流器110被配置为使用AC电机108的至少一个相电感器La、Lb、Lc和逆变器驱动器106的至少一个支路(即，具有一对有源功率开关320的三个分支之一)来执行功率因数校正。

现在参照图4，图4示出了根据本公开的实施例的描述车载充电器102的示例性实施方式的电路图。该车载充电器102类似于结合图3示出和阐述的车载充电器102。车载充电器102用于使用电网(例如具有N相(neutral phase)(或N线)的三相AC电网)对电池104充电。车载充电器102的集成有源滤波整流器110示为包括并联连接到中性线N的一对二极管406。该对二极管406被配置为仅在单相和DC操作中使用的第四分支(因为这些二极管不需要用于三相操作)。

现在参照图5，图5示出了根据本公开的另一实施例的描述车载充电器102的示例性实施方式的电路图。车载充电器102类似于结合图3和图4示出和阐述的车载充电器。如图所示，车载充电器102包括一对续流二极管(free-wheeling diodes)502，续流二极管502被设置用作逆变器驱动器106的电流注入开关320的补充保护。在任何漂移或失控的情况下，这提供了操作安全级别。实际上，该对续流二极管502能够阻断电流注入开关320，使得来自相电感器La、Lb、Lc的电流随后能够继续循环通过该对续流二极管502中的一个。理想情况下，该对续流二极管502从不导通。

图6是根据本公开的另一实施例的描述车载充电器102的示例性实施方式的电路图。车载充电器102类似于结合图3和4示出和阐述的车载充电器。如图所示，车载充电器102包括DC侧的电容器Cx、Cy、以及Cz(即，这些电容器是输入端滤波电容器，其他情况下输入端滤波电容器通常是AC EMI滤波器212的一部分)。应理解，电容器Cx、Cy、以及Cz代替连接在DC/DC转换器112的输入端两端的电容器C1(如图3所示)。这使得Buck转换器112和逆变器驱动器106的注入开关320的换流路径能够缩短，并且由于减小了通过由集成有源滤波整流器110的二极管302构成的输入端二极管桥的电流纹波，因此也降低了导通损耗。

图7是根据本公开的另一实施例的描述车载充电器102的示例性实施方式的电路图。车载充电器102类似于结合图3和图4示出和阐述的车载充电器。如图所示，集成有源滤波整流器110包括一对二极管302(或有源功率开关，如图9a所示)，该对二极管302属于三相(a、b、c)市电电源的每一相的一个分支。此外，该对二极管302(或有源功率开关，如图9a所示)中的每个二极管在公共点702处耦合在一起，并且公共点702耦合到AC电机108的相电感器(La、Lb、Lc)之一。换言之，有源功率开关304的公共点702连接到相电感器La、Lb、Lc之一，该相电感器对应的电桥在充电模式期间不工作。这种结构的主要优点是无需接入电机中性点312(如图3所示)。

现在参照图8A，图8A示出了描述已知的集成车载充电器(未示出)的电池负极上的共模电压(CMV)的图。图8A是共模电压(CMV)随时间变化的起伏图(pattern)的图示800A。如图所示，曲线图800A的X轴表示时间(以毫秒为单位)，Y轴表示共模电压的值(以伏特为单位)。曲线图800A表示已知的集成车载充电器的CMV波形802。将理解，在汽车电池负极上的CMV波形802中存在高频分量，将需要将非常强的电磁干扰(EMI)滤波结合到已知的集成车载充电器中。

现在参照图8B，图8B示出了根据本公开的实施例的描述本公开的车载充电器(例如车载充电器102)的电池负极上的共模电压(CMV)的图。图8B是共模电压(CMV)随时间变化的起伏图的图示800B。如图所示，图示800B的X轴表示时间(以毫秒为单位)，Y轴表示共模电压的值(以伏特为单位)。图示800B表示根据上文示出和阐述的各种实施例的本公开的车载充电器的CMV波形804。将理解，与已知车载充电器(其CMV在图8A示出)相比，CMV波形804中不存在高频分量，使得对本公开的车载充电器的EMI滤波的要求大幅降低。

除此之外，与已知的集成车载充电器相比，本公开的车载充电器(上文示出和阐述)能够降低总体损耗。通常，对于本公开的车载充电器，PWM传送的能量(由逆变器驱动器的有源功率开关提供)仅占总传送能量的小部分，例如仅为6％。注意，能量的主要部分经由整流二极管(例如集成有源滤波整流器110的二极管302)传送而不存在开关损耗。因此，低成本、高效率的硅基器件可以与本公开的车载充电器结合使用。此外，同样的理由可以解释通过AC电机108的电流，该电流的RMS值小于从电网消耗的RMS相电流的14％，与已知的集成车载充电器相比，对应于降低高达44％的铜损耗。

现在参照图9a，图9a示出了根据本公开的实施例的配置用于双向功率流的车载充电器102。车载充电器102类似于结合图3和图4示出和阐述的车载充电器102。然而，如图9所示，集成有源滤波整流器110包括位于如图3和图4所示的二极管302的位置的有源功率开关906。图9a示出了每个有源功率开关906具有与晶体管并联连接的二极管。可选地，每个有源功率开关906可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor fieldeffect transistor，MOSFET)(MOSFET器件)。如果有源功率开关是MOSFET，则并联连接的二极管可以由MOSFET器件的本征体二极管提供。

在另一实施例中，不是用MOSFET代替二极管302，而是将双极晶体管器件与每个二极管302并联布置。双极晶体管器件可以通常是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。

此外，在图9a中，DC/DC转换器112是双向器件，以支持双向功率流。通过使用有源功率开关906(而不是仅二极管302)和双向DC/DC转换器112，可以通过车载充电器从汽车电池104汲取功率。因此，通过这种布置，汽车电池104可以用作移动电源为外部电气器件或电子器件供电。

图9b基于图4，并且示出了添加仅与二极管406并联而不与其他二极管整流器302并联的开关906。取消图9a所示的与二极管整流器并联的开关406减少了成本和组件数量，但仍然足以实现双向电流流动，特别是将汽车电池用作移动电源为外部负载供应单相AC。

图10是根据本公开的实施例的车载充电器102的简化的部分电路图，车载充电器102被配置为连接到单相AC电源以对汽车电池充电，并允许双向功率流。车载充电器102被配置为通过使用集成有源滤波整流器(诸如集成有源滤波整流器110，如图9所示)的元件作为无桥图腾柱功率因数校正整流器来支持从单相AC电源1002充电。通常，车载充电器102包括控制布置(未示出)(例如输入控制218)，用于高频调制逆变器驱动器106的至少一个支路(例如由有源功率开关304构成的支路)，以生成通过AC电机108的对应相电感器La、Lb、或Lc的正弦电流。将理解，图9所示的电路表示一种配置而不是充电器的替代形式，其中，当期望从单相AC电源而不是从三相AC电源对汽车的电池充电时，如前图所示的车载充电器可以切换到该配置。

如图所示，电网1002连接在中性点和一个相(例如相a)之间。连接的相的有源功率开关(双向开关)304接通，使得该相“a”和AC电机108的中性点之间的路径短路。逆变器驱动器106的三个支路交错工作有益于降低导通损耗和减小注入电流的纹波。为了能够向AC负载供电或向电网注入电流，与整流器406并联使用有源功率开关906。有源功率开关906也可用于通过充电期间的同步整流来提高效率。

图11是根据本公开的实施例的车载充电器102的简化的部分电路图，根据本公开的实施例，车载充电器102被配置为使用DC电源向汽车电池提供充电电流，并允许双向功率流。车载充电器102被配置为通过使用集成有源滤波整流器110的元件作为DC/DC转换器来支持从DC电源1102充电。此外，车载充电器102包括控制布置(未示出，例如图2所示的输入控制218)，用于高频调制电桥的至少一个支路(例如属于逆变器驱动器106的一个分支的一对有源功率开关)，以控制通过AC电机108的对应相电感器(例如相电感器La、Lb、Lc)的直流电流。

还如图11所示，DC电源1102连接在两个输入端子a和N之间。连接的相的有源功率(或双向)开关304接通，使得连接的相与AC电机108的中性点(或所有相电感器La、Lb、Lc的公共点)之间的路径短路。此外，三相电桥的至少一个支路(即，逆变器驱动器106的三个分支之一)被高频调制，以控制通过对应电机的相电感器(即，相电感器La、Lb、Lc之一)的DC电流。逆变器驱动器106的三个支路交错工作有益于降低导通损耗和减小输出电流纹波。为了充电，有源功率开关1108提供DC电流的返回路径。有源功率开关1108实现同步整流以及DC负载的供电(即，使用汽车电池作为移动电源用于直流负载)。将理解，图11所示的电路表示一种配置而不是充电器的替代形式，其中，当期望从DC电源而不是从AC电源对具有根据本申请公开的车载充电器的汽车的电池充电时，如前图所示的车载充电器可以切换到该配置。图11所示的配置所表示的功能是可选的，对于图10同理，但显然希望提供一种能够从三相AC、单相AC、以及DC电源中的任何一个对电池驱动的汽车的电池充电的车载充电器。

图12A至图12C是根据本公开的各种实施例的表示用于车载充电器(例如车载充电器102)的DC/DC转换器的各种布置的电路图。特别地，图12A至图12C示出了用于DC/DC转换器的各种布置以及并联耦合到DC/DC转换器的输入端和输出端的电容器(例如第一电容器C1和第二电容器C2)。

如图12A所示，提供开关器件1202，以使DC/DC转换器112能够在AC电机(例如AC电机108)推进电动汽车时被旁路，而在充电器(例如具有这种DC/DC转换器配置的充电器)向电动汽车的电池1206提供充电电流时不被旁路。换言之，开关器件1202用于旁路DC/DC转换器112，因此仅在充电模式下使用DC/DC转换器112。

现在参照图12B，图12B示出了DC/DC转换器112，DC/DC转换器112可配置为提供内部路径1212，以在推进模式下供电流从DC/DC转换器112的输出级流向AC电机(例如前图所示的AC电机108)。换言之，将具有大电容(即，具有电容器C2)的可用的逆变器驱动器dc链路重新定位到DC/DC转换器112的输出端，并且在推进模式期间在内部旁路DC/DC转换器112。这样，DC电流流过DC/DC转换器112的一些组件，即DC/DC转换器112为电流提供了简化的内部路径1212。

现在参照图12C，图12C示出了具有附加的可开关DC链路电容器1222的DC/DC转换器112。可开关DC链路电容器1222可并联连接到第一电容器C1。可开关DC链路电容器1222的电容在推进模式下与第一电容器C1相加，但在充电模式下不相加。因此，DC/DC转换器112可以在推进模式和充电模式下工作。

图12A至图12C中所示选项的另一替代方案(未示出)是实现高度动态的DC/DC转换器，使得需要从第一电容器C1获得的能量可以由第二电容器C2及时地提供。因此，DC/DC转换器在推进模式和充电模式下工作。

现在参照图13A和图13B，图13A和图13B示出了根据本公开的各种实施例的DC/DC转换器的电路图。根据实施例，DC/DC转换器被配置为支持标称400伏电池的充电和支持标称800伏电池的充电。此外，DC/DC转换器包括用于为标称400伏电池或标称800伏电池充电的隔离的DC/DC电路。

图13A示出了DC/DC转换器1302，DC/DC转换器1302包括用于为标称400伏电池充电的非隔离降压DC/DC电路1304。如图所示，DC/DC电路1304包括一对有源开关1306和电感器1308。在示例中，使用降压DC/DC转换器1302作为后端解决方案，将应用限制在400伏电池电压，根据汽车标准，该电池的工作电压上限为470伏。

图13B示出了DC/DC转换器1310，DC/DC转换器1310包括用于为标称400伏电池或标称800伏电池充电的非隔离降压/升压DC/DC电路1312。在示例中，DC/DC电路1312涉及双向Buck-Boost转换器。如图所示，非隔离降压/升压DC/DC电路1312包括两个分支，每个分支具有一对有源开关1314和耦合到有源开关1314的两个分支的电感器1316。在示例中，DC/DC转换器1310提供从450伏到770伏的操作电压范围。

图13A至图13B的DC/DC转换器1302、1310示为具有使用外部开关器件的旁路布置(类似于图12A示出和阐述DC/DC转换器112)。这使得在选择最合适的DC/DC转换器时更为灵活，而不会降低或影响推进模式下的性能。

图14是根据本公开的实施例的用于集成充电器中的隔离DC/DC转换器的电路图。在该示例中，隔离DC/DC转换器使用CLLC谐振拓扑(由标号为1400的虚线表示)。在需要电隔离(galvanic isolation)的情况下，隔离的DC/DC转换器可用作后端(代替上文描述的DC/DC转换器)，并且外部开关布置(例如开关1404)可用于旁路该附加的级。例如，在电池104充电期间，开关1404断开并且隔离的DC/DC转换器激活，并且在推进期间，开关1404闭合并且隔离的DC/DC转换器被旁路。因此，很容易符合安全要求，同时能够为400伏电池和800伏电池充电。

现在参照图15，图15示出了根据本公开的实施例的车载电源DC/DC转换器结合图14的隔离DC/DC转换器的电路图。在该示例中，由于DC/DC转换器与高压电池和低压电池都相接，因此DC/DC转换器可以称为LDC转换器。如图所示，DC/DC转换器可以合并到(图14的)隔离DC/DC转换器中，共享相同的变压器和高压侧功率开关。低压侧可以通过若干拓扑实现。在图15中，示出了使用具有内置Buck的中心抽头整流器。在工作时，在推进模式和充电模式下，只有一个电桥侧1402被主动控制，其余两个电桥被动操作，具有同步整流能力。

现在参照图16，图16示出了适于用作图3的集成有源滤波器110的低频桥支路的替代电路配置。

图16a示出了图3所示的布置，其中，每个低频桥支路由具有反并联二极管305的两个有源功率开关304和两个整流二极管302组成，同时开关呈现反串联连接。两个整流二极管302同向串联，一个二极管的阴极耦合到另一个二极管的阳极。两个整流二极管302之间的互连点a在使用中连接到电源202的一相。两个有源功率开关304连接在两个整流二极管302之间的互连点a与耦合到AC电机108的一个或多个相La、Lb、或Lc的节点n之间。

图16b也示出了低频桥支路，该桥支路由两个串联连接的整流二极管302和具有反并联二极管305的两个有源功率开关304组成，但在这种情况下，两个有源功率开关304中的每一个分别与一个另一二极管1602串联连接。对于每个开关304，串联连接的二极管1602与该开关的反并联二极管305反向。即，与开关304相关联的两个二极管305和1602的阴极耦合在一起。此外，两个开关304中的每个开关连接在一个二极管1602的阳极和另一个二极管1602的阴极之间的点a处。两个整流二极管302之间的互连点a在使用中也连接到电源202的一相。在这种配置中，开关不需要体二极管305，所以此处可以使用更便宜的IGBT来代替MOSFET。

图16c也示出了低频桥支路，该桥支路由两个串联的整流二极管302组成，但不是这些二极管中的一个的阴极耦合到另一个的阳极，而是在这两个二极管之间连接有源功率开关304。开关304具有反并联二极管305，反并联二极管305以与两个整流二极管302相同的方式布置，使得反并联二极管的阳极耦合到两个整流二极管302中的一个的阴极，并且反并联二极管的阴极耦合到两个整流二极管302中的另一个的阳极。第一对附加二极管1604串联连接在整流二极管302中的一个的阴极和另一个的阳极之间，并与有源功率开关304并联。此外，第二对附加二极管1606也串联连接在整流二极管302中的一个的阴极和另一个的阳极之间，并与有源功率开关304并联。通过这种布置，在充电期间，电源202的一个相连接到第二对附加二极管1606的耦合阳极和阴极，并且AC电机108的一个或多个相La、Lb、或Lc连接到第一对附加二极管1604的耦合阳极和阴极。

图16d示出了类似于图16c的电路布置，不同之处在于取消了第二对附加二极管1606，并且使用串联连接的一对有源功率开关来代替单个有源功率开关304。两个有源功率开关304在此处同向连接。通过这种布置，两个有源功率开关302之间的互连点a在使用中连接到电源202的一相。与图16c的电路布置一样，AC电机108的一个或多个相La、Lb、或Lc连接到第一对附加二极管1604的耦合阳极和阴极。

图16e示出了非常类似于图16d的电路布置，但在这种情况下，AC电机108的一个或多个相La、Lb、或Lc连接到两个有源功率开关304之间的结点，并且电源202的一个相在使用中连接到第二对附加二极管1606的耦合阳极和阴极。

将理解，虽然到目前为止车载充电器被描述为包括电池驱动的电动汽车的AC电机的一个或多个电感器，但一旦该车载充电器被集成到汽车中，则在许多情况下可能会是：电池驱动的汽车的制造商可能会购买用于组装电动汽车的一些子组件，而不是制造或购买制造汽车所需的所有单独组件。一个可能购买的这样的子组件是适于实现根据本公开的车载充电器的车载充电器模块，这种用于汽车的车载充电器模块和用于汽车的AC电机可能会作为单独的项目交付—很可能来自不同的供应商。因此，根据本公开的车载充电器的示例预期将由车载充电器模块组装，车载充电器模块包括耦合到DC/DC转换器112的集成有源滤波整流器110、逆变器驱动器106、以及EMI滤波器212和226，但缺少AC电机108的电感器。实际上，如图17所示，这样的模块可以包括图3的车载充电器中所示的所有元件(或任何其他所示配置)，但不包括AC电机108的电感器。两个虚线菱形1700表示一个这样的模块的轮廓。这样的车载充电器模块在本公开的范围内。

图18是根据本公开的实施例的对电动汽车的电池充电的方法1800的流程图。方法1800包括步骤1802至步骤1806，用于对电动汽车的电池充电，该电动汽车包括AC电机、用于AC电机的逆变器驱动器、以及车载充电器。

在步骤1802，将集成有源滤波整流器的输入端耦合到单相或三相AC电网或DC电网。在步骤1804，通过集成有源滤波整流器的输出端向DC/DC转换器馈电。在步骤1806，将DC/DC转换器的输出提供给电动汽车的电池。在方法1800中，集成有源滤波整流器被配置为使用AC电机的至少一个相电感器和逆变器驱动器的至少一个支路来执行功率因数校正。

步骤1802至步骤1806只是说明性的，还可以提供其他替代方案，其中，可以在不脱离本文权利要求的范围的情况下添加一个或多个步骤，或者以不同的顺序提供一个或多个步骤。

图19是根据本公开的实施例的使用电动汽车的电池作为电源向外部负载供电的方法1900的流程图。方法1900包括步骤1902至步骤1906，用于将电动汽车的电池用作电源为外部负载供电。电动汽车包括AC电机、用于AC电机的逆变器驱动器、以及车载充电器。车载充电器包括耦合到DC/DC转换器的集成有源滤波整流器。集成有源滤波整流器被配置为使用AC电机的至少一个相电感器和逆变器驱动器的至少一个支路来执行功率因数校正。

在步骤1902，将集成有源滤波整流器的输入端耦合到单相或三相AC负载或DC负载。在步骤1804，从DC/DC转换器的输入端向集成有源滤波整流器的输出端馈电。在步骤1906，从电动汽车的电池向DC/DC转换器的输出端供电。

步骤1902至步骤1906只是说明性的，还可以提供其他替代方案，其中，可以在不脱离本文权利要求的范围的情况下添加一个或多个步骤，或者以不同的顺序提供一个或多个步骤。

本公开提供了改进的车载充电器，该车载充电器是非隔离的转换器，使牵引和从单相和三相电网充电的操作成为可能。

在不脱离由所附权利要求定义的本公开的范围的情况下，可以对本公开的上述实施例进行修改。诸如“包含”、“包括”、“合并”、“具有”、“是”等用于描述和声明本公开的表述旨在以非排他性的方式进行解释，即允许也存在未明确描述的项目、组件、或元件。对单数的指代也应解释为与复数有关。“示例性”一词在本文被用来表示“作为示例、实例、或说明”。任何描述为“示例性”的实施例不一定解释为比其他实施例更优选或有利和/或排除从其他实施例中并入特征。“可选地”一词在本文被用来表示“在一些实施例中提供而在其他实施例中不提供”。应理解，为了清楚起见，在单独实施例的上下文中描述的本公开的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本公开的各种特征也可以单独地或以任何适当的组合或在本公开的任何其他描述的实施例中适当地提供。

Claims (18)

1.一种用于电动汽车(100)的电池(104)的车载充电器(102)，其中，所述电动汽车(100)包括AC电机(108)和用于所述AC电机(108)的逆变器驱动器(016)，所述车载充电器(102)包括：

耦合到DC/DC转换器(112)的集成有源滤波整流器(110)；

其中，所述集成有源滤波整流器(110)被配置为使用所述AC电机(108)的至少一个相电感器(La、Lb、Lc)和所述逆变器驱动器(106)的至少一个支路来执行功率因数校正。

2.根据权利要求1所述的车载充电器(102)，其中，对于三相市电电源(202)的每一相，所述集成有源滤波整流器(110)包括至少一对二极管(302)。

3.根据权利要求2所述的车载充电器(102)，其中，所述集成有源滤波整流器(110)包括与每个所述二极管(302)并联的有源功率开关(906)。

4.根据权利要求3所述的车载充电器(102)，其中，每个有源功率开关(906)包括MOSFET器件，并且所述二极管(302)由所述MOSFET器件的本征体二极管提供。

5.根据权利要求3或4所述的车载充电器(102)，其中，所述DC/DC转换器(112)是双向器件。

6.根据权利要求1所述的车载充电器(102)，其中，对于三相市电电源(202)的每一相(a、b、c)，所述集成有源滤波整流器(110)包括一对有源功率开关(304)，并且各对有源功率开关(304)在公共点(310)耦合在一起，所述公共点(310)耦合到所述AC电机(108)的中性点端子(312)。

7.根据权利要求1所述的车载充电器(102)，其中，对于三相市电电源(202)的每一相(a、b、c)，所述集成有源滤波整流器(110)包括一对有源功率开关(304)，并且各对有源功率开关(304)在公共点(702)耦合在一起，所述公共点(702)耦合到所述AC电机(108)的所述相(La、Lb、Lc)之一。

8.根据前述权利要求中任一项所述的车载充电器(102)，还包括连接在所述DC/DC转换器(112)的输入端两端的第一电容器(C1)，其中，所述第一电容器(C1)被配置为支持所述逆变器驱动器(106)的开关(320)的换流。

9.根据权利要求8所述的车载充电器(102)，其中，所述车载充电器(102)被配置为当所述AC电机(108)在推进模式下时，第二电容器(C2)与所述第一电容器(C1)并联连接，所述第二电容器的电容比所述第一电容器(C1)大。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的车载充电器(102)，其中，所述DC/DC转换器(112)可配置为提供内部路径(1212)，以在推进模式下供电流从所述DC/DC转换器(112)的输出级流向所述AC电机(108)。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的车载充电器(102)，其中，提供开关器件(1202)，以使所述DC/DC转换器(112)能够在所述AC电机(108)推进所述电动汽车(100)时被旁路，而在所述车载充电器(102)向所述电动汽车(100)的所述电池(104)提供充电电流时不被旁路。

12.根据权利要求1至7中任一项所述的车载充电器(102)，其中，电容器(C2)耦合在所述DC/DC转换器(112)的输出端两端，并且所述DC/DC转换器(112)被配置为在充电期间从所述电容器(C2)向所述车载充电器(102)的第一级的输出端提供能量。

13.根据权利要求1所述的车载充电器(102)，其中，所述车载充电器(102)被配置为通过使用所述集成有源滤波整流器(110)的元件(1008、1006)作为无桥图腾柱功率因数校正整流器(1004)来支持从单相AC电源(1002)充电。

14.根据权利要求13所述的车载充电器(102)，其中，所述车载充电器(102)包括控制布置(218)，所述控制布置(218)用于高频调制所述电桥的至少一个支路，以生成通过所述AC电机(108)的对应相电感器(La)的正弦电流。

15.根据权利要求1所述的车载充电器(102)，其中，所述车载充电器被配置为通过使用所述集成有源滤波整流器(110)的元件作为DC/DC转换器来支持从DC电源(1102)充电。

16.根据权利要求15所述的车载充电器(102)，其中，所述车载充电器(102)包括控制布置(218)，所述控制布置(218)用于高频调制所述电桥的至少一个支路，以控制通过所述AC电机(108)的对应相电感器(La)的直流电流。

17.一种对电动汽车(100)的电池(104)充电的方法(1600)，所述电动汽车(100)包括AC电机(108)、用于所述AC电机(108)的逆变器驱动器(106)、以及车载充电器(102)，所述方法包括：

将集成有源滤波整流器(110)的输入端耦合到单相AC电网(1002)或三相AC电网(202)或DC电源(1102)；

通过所述集成有源滤波整流器(110)的输出端向DC/DC转换器(112)馈电；

将所述DC/DC转换器(112)的输出提供给所述电动汽车(100)的电池(104)；

其中，所述集成有源滤波整流器(110)被配置为使用所述AC电机(108)的至少一个相电感器(La、Lb、Lc)和所述逆变器驱动器(106)的至少一个支路来执行功率因数校正。

18.一种使用电动汽车(100)的电池(104)作为电源向外部负载供电的方法(1700)，所述电动汽车(100)包括AC电机(108)、用于所述AC电机(108)的逆变器驱动器(106)、以及车载充电器(102)，所述车载充电器(102)包括：

耦合到DC/DC转换器(112)的集成有源滤波整流器(110)；

其中，所述集成有源滤波整流器(100)被配置为使用所述AC电机(108)的至少一个相电感器(La、Lb、Lc)和所述逆变器驱动器(106)的至少一个支路来执行功率因数校正；

所述方法包括：

将所述集成有源滤波整流器(110)的输入端耦合到单相或三相AC负载或DC负载；

从所述DC/DC转换器(112)的输入端向所述集成有源滤波整流器的输出端馈电；以及

从所述电动汽车(100)的所述电池(104)向所述DC/DC转换器(112)的输出端供电。

Images