DE112016001870T5

DE112016001870T5 - Leistungsversorgungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112016001870T5
Application number: DE112016001870.3T
Authority: DE
Inventors: Fumihiro Sato; Takae Shimada; Takuya Ishigaki; Takayuki Ouchi; Hiroyuki Shoji; Naoya Takahashi; Eigo Kishimoto
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2018-02-22
Also published as: JP2016220454A; US10541549B2; CN107431375B; US20180166903A1; JP6554323B2; WO2016190032A1; CN107431375A

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Ladevorrichtung mit hoher Effizienz beim Laden einer Batterie durch Zufuhr einer Wechselspannung. Eine Ladevorrichtung, die eine Gleichstrombatterie lädt, umfasst eine Tiefsetzwandlereinheit, der eine Gleichspannung von einer Energieversorgung zugeführt wird und die die Gleichspannung umwandelt, und wenn eine Spannung der Gleichstrombatterie zwischen einer vorbestimmten ersten Spannung, die niedriger ist als eine Ladungsabschlussspannung der Gleichstrombatterie, und der Ladungsabschlussspannung ist, der Tiefsetzwandlereinheit eine variable Spannung, die von der ersten Spannung zu der Ladungsabschlussspannung entsprechend dem Ladevorgang der Gleichstrombatterie zunimmt, zugeführt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieversorgungsvorrichtung zum Laden einer Batterie von einer Wechselspannung.
Technischer Hintergrund
In den letzten Jahren wird aufgrund der steigenden Sensibilisierung für die Erhaltung der Umwelt weltweit eine Verbreitung von Elektrofahrzeugen und Stecker-Hybridfahrzeugen erwünscht. Diese Fahrzeuge sind mit einer Gleichstrombatterie ausgestattet, die einem Motor während der Fahrt Energie zuführt. Zum sicheren Laden der Gleichstrombatterie mit weniger elektrischer Energie als bei einer herkömmlichen Wechselstrom-Energieversorgung beim Laden der Gleichstrombatterie ist eine Energieversorgungsvorrichtung mit einer hohen Wandlungseffizienz und einer Funktion zur Isolierung der herkömmlichen Energieversorgung von der Gleichstrombatterie erforderlich.
PTL 1 offenbart eine resonante Ladevorrichtung, die einen Wechselstrom-Gleichstrom(AC-DC)-Wandler und einen resonanten Gleichstrom-Gleichstrom-(DC-DC)Wandler umfasst und die eine Eingangsspannung des resonanten DC-DC-Wandlers erhöht, wenn eine Batteriespannung zunimmt, um die Wandlungseffizienz zu verbessern.
Literaturliste
Patentliteratur

PTL 1: JP 2012-085378 A (Shimada)

Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Um die Ladung der Gleichstrombatterie in einer kurzen Zeit abzuschließen, ist es wünschenswert, mit der maximalen Eingangsleistung zu laden. Deshalb tendiert, da ein Ladestrom unter einer Bedingung, dass die Spannung der Gleichstrombatterie niedrig ist, zunimmt, die Stromkapazität des resonanten DC-DC-Wandlers dazu, in der resonanten Ladevorrichtung hoch zu werden, wie in PTL 1 offenbart.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Ladevorrichtung mit hoher Effizienz beim Laden einer Batterie durch Zuführen einer Wechselspannung.
Lösung des Problems
Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe umfasst eine Ladevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste Wandlereinheit, die eine Gleichspannung umwandelt, und eine zweite Wandlereinheit, die zwischen die erste Wandlereinheit und die Gleichstrombatterie geschaltet ist, und umfasst die zweite Wandlereinheit einen ersten Betriebsmodus, in dem eine vorbestimmte erste Spannung, die niedriger ist als eine Ladungsabschlussspannung der Gleichstrombatterie, für eine feste Zeit zugeführt wird, und einen zweiten Betriebsmodus, in dem eine variable Spannung, die von der ersten Spannung zu der Ladungsabschlussspannung zunimmt, zugeführt wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Ladevorrichtung mit hoher Effizienz beim Laden der Batterie bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Ladevorrichtung 1a gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Graph, der zeitliche Änderungen in einer Zwischenkreisspannung und einer Batteriespannung während eines Ladevorgangs zeigt.
3(a) ist ein Diagramm, das einen Steuerblock einer DC-DC-Schaltung 9a zeigt.
3(b) ist ein Diagramm, das einen Steuerblock eines DC-DC-Wandlers 3a zeigt.
4(a) ist ein Diagramm, das eine weitere Ausführungsform des Steuerblocks der DC-DC-Schaltung 9a zeigt.
4(b) ist ein Diagramm, das eine weitere Ausführungsform des Steuerblocks eines DC-DC-Wandlers 3a zeigt.
5(a) ist ein Diagramm, das eine weitere Ausführungsform des Steuerblocks der DC-DC-Schaltung 9a zeigt.
5(b) ist ein Diagramm, das eine weitere Ausführungsform des Steuerblocks des DC-DC-Wandlers 3a zeigt.
6 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Ladevorrichtung 1a gemäß einer vierten Ausführungsform.
7 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Ladevorrichtung 1a gemäß einer fünften Ausführungsform.
8 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform des DC-DC-Wandlers 3a zeigt.
9 ist ein Beispiel für ein System, in dem eine Ladevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Fahrzeug angewendet wird.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden Ausführungsformen eines Leistungswandlers gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist anzumerken, dass in jeder Zeichnung die gleichen Bezugszahlen für die gleichen Elemente verwendet werden und eine redundante Beschreibung weggelassen wird.
(Erste Ausführungsform)
1 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Ladevorrichtung 1a gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Ladevorrichtung 1a erhält Leistung von einer Wechselstromversorgung 10, gibt die Leistung an eine Gleichstrombatterie 5 aus und lädt die Gleichstrombatterie 5.
Die Ladevorrichtung 1a gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen isolierten AC-DC-Wandler 2a, einen DC-DC-Wandler 3a, und eine Steuereinheit 11, die diese Wandler steuert. Der isolierte AC-DC-Wandler 2a und der DC-DC-Wandler 3a sind über Knoten Nd1–Nd2 verbunden. Der isolierte AC-DC-Wandler 2a gibt eine Zwischenkreisspannung Vlink aus, die von der Wechselstromversorgung 10 isoliert ist. Die Zwischenkreisspannung Vlink wird dem DC-DC-Wandler 3a zugeführt, der über die Knoten Nd1–Nd2 verbunden ist.
Der isolierte AC-DC-Wandler 2a umfasst eine AC-DC-Schaltung 8a und eine die DC-DC-Schaltung 9a. Die AC-DC-Schaltung 8a wandelt eine Eingangsspannung der Wechselstromversorgung 10 um und gibt eine Gleichspannung aus. Die von der AC-DC-Schaltung 8a ausgegebene Gleichspannung wird der DC-DC-Schaltung 9a zugeführt. Die DC-DC-Schaltung 9a gibt die Zwischenkreisspannung Vlink aus.
Die AC-DC-Schaltung 8a richtet die vollen Wellen der Spannung der Wechselstromversorgung 10 durch Dioden D11 bis D14 gleich, die in einer Brückenschaltung verbunden sind. Diese vollwellengleichgerichtete Spannung wird einer Hochsetzschaltung zugeführt. Die Hochsetzschaltung umfasst einen Glättungsinduktor L1, ein Schaltelement Q10, eine Diode D10 und einen Glättungskondensator C1. Die AC-DC-Schaltung 8a gibt eine Gleichspannung über den Glättungskondensator C1 aus. Die Steuereinheit 11 ist mit einer Leistungsfaktorverbesserungssteuerung vorgesehen, die einen Eingangsstrom von der Wechselstromversorgung 10 steuert, so dass er eine sinusförmige Wellenform hat, die im Wesentlichen ähnlich der der Spannung der Wechselstromversorgung 10 ist.
Die DC-DC-Schaltung 9a umfasst einen Transformator T1, der einen Wicklungsdraht N1 und einen Wicklungsdraht N2 magnetisch koppelt. Ein Resonanzkondensator Cr1 und ein Resonanzinduktor Lr1 sind in Reihe mit dem Wicklungsdraht N1 geschaltet. Es ist anzumerken, dass der Resonanzinduktor Lr1 bedingt durch eine Leckinduktivität und eine Verschaltungsinduktivität des Transformators T1 weggelassen werden kann.
Die DC-DC-Schaltung 9a umfasst eine Schaltschaltung, in der Schaltelemente Q1 bis Q4 in einer Vollbrücken-Verbindung mit einer Seite des Wicklungsdrahts N1 des Transformators T1 verbunden sind. Die Schaltschaltung wandelt die von dem Glättungskondensator C1 zugeführte Gleichspannung der AC-DC-Schaltung 8a in eine Rechteckwellenspannung um. Die Rechteckwellenspannung wird an den Reihenschaltungskörper des Resonanzkondensators Cr1, des Resonanzinduktors Ir1 und des Wicklungsdrahts N1 angelegt. Ein Resonanzstrom fließt durch den Wicklungsdraht N1.
Die DC-DC-Schaltung 9a umfasst eine Gleichrichtungsschaltung, in der Dioden D21 bis D24 in einer Brückenverbindung mit einer Seite des Wicklungsdrahts N2 des Transformators T1 verbunden sind. Die Gleichrichtungsschaltung richtet einen in dem Wicklungsdraht N2 induzierten Strom gleich. Der gleichgerichtete Strom wird von einem Glättungskondensator C2 geglättet. Eine Spannung über dem Glättungskondensator C2 wird als die Zwischenkreisspannung Vlink zwischen den Knoten Nd1–Nd2 ausgegeben. Auf diese Weise bildet die DC-DC-Schaltung 9a einen Resonanzwandler und steuert im Grunde die Ausgabe (Vlink) durch Ändern einer Schaltfrequenz der Schaltelemente Q1 bis Q4.
In dem DC-DC-Wandler 3a gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Zwischenkreisspannung Vlink zwischen Anschlüssen Tm1–Tm2 zugeführt und wird eine Gleichspannung zwischen den Anschlüssen Tm3–Tm4 ausgegeben. Der DC-DC-Wandler 3a umfasst einen Glättungskondensator C3, ein Schaltelement Q5, eine Diode D31, einen Glättungsinduktor L2 und einen Glättungskondensator C4. Der Glättungskondensator C3 ist zwischen die Anschlüsse Tm1–Tm2 geschaltet. Das Schaltelement Q5 und die Diode D31 sind in Reihe geschaltet und der Reihenschaltungskörper ist zwischen die Anschlüsse Tm1–Tm2 geschaltet. Der Glättungsinduktor L2 und der Glättungskondensator C4 sind in Reihe geschaltet und der Reihenschaltungskörper ist über die Diode D31 verbunden. Eine Spannung über dem Glättungskondensator C4 wird von zwischen den Anschlüssen Tm3–Tm4 ausgegeben. Dann ist die Gleichstrombatterie 5 zwischen die Anschlüsse Tm3–Tm4 geschaltet.
Dioden D1 bis D5 sind antiparallel zu entsprechenden Schaltelementen Q1 bis Q5 geschaltet. Hierin können, wenn Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) als die Schaltelemente Q1 bis Q5 verwendet werden, parasitäre Dioden von MOSFETs als die Dioden D1 bis D5 verwendet werden. Außerdem kann einer der parallel geschalteten Glättungskondensatoren C2 und C3 in einigen Fällen weggelassen werden.
Die Ladevorrichtung 1a umfasst einen Spannungssensor 21, der die vollwellengleichgerichtete Spannung der Wechselstromversorgung 10 erfasst, als einen Spannungssensor, einen Spannungssensor 22, der die von der AC-DC-Schaltung 8a ausgegebene Gleichspannung erfasst, einen Spannungssensor 23, der die Zwischenkreisspannung Vlink erfasst, und einen Spannungssensor 24, der die Spannung des Glättungskondensator C4, d. h. die Spannung der Gleichstrombatterie 5 erfasst. Außerdem umfasst die Ladevorrichtung 1a als Stromsensoren einen Stromsensor 31, der einen vollwellengleichgerichteten Strom der Wechselstromversorgung 10 erfasst, einen Stromsensor 32, der einen Ausgangsstrom der DC-DC-Schaltung 9a erfasst, und einen Stromsensor 33, der einen Strom des Glättungsinduktors L2, d. h., einen Strom der Gleichstrombatterie 5 erfasst. Die Ausgaben dieser Spannungssensoren und Stromsensoren werden der Steuereinheit 11 zugeführt.
Wie vorstehend beschrieben, bildet die DC-DC-Schaltung 9a den Resonanzwandler und ändert im Grunde die Schaltfrequenz der Schaltelemente Q1 bis Q4, wodurch eine Größe des durch die Wicklungsdrähte N1 und N2 fließenden Resonanzstroms angepasst wird und die Ausgabe gesteuert wird. Insbesondere wird durch Erhöhung der Schaltfrequenz eine Ausgangsspannung verringert (Ausgangsleistung wird verringert). Umgekehrt wird durch Verringern der Schaltfrequenz eine Ausgangsspannung erhöht (Ausgangsleistung wird erhöht).
Deswegen ist es zum Verbreitern eines Ausgangsspannungsbereichs notwendig, einen Änderungsbereich der Schaltfrequenz zu verbreitern. Wenn die Schaltfrequenz jedoch zu hoch eingestellt ist, nimmt ein Abschaltstrom der Schaltelemente Q1 bis Q4 zu und nimmt ein Schaltverlust zu. Außerdem nimmt, wenn die Schaltfrequenz zu niedrig eingestellt ist, ein Spitzenwert des durch die Schaltelemente Q1 bis Q4 und die Wicklungsdrähte N1 und N2 fließenden Stroms zu und kann ein Leitungsverlust zunehmen. Wenn der Ausgangsspannungsbereich der DC-DC-Schaltung 9a, d. h. der Ausgangsspannungsbereich des isolierten AC-DC-Wandlers 2a auf diese Weise verbreitert wird, nehmen die Verluste tendenziell zu und die Effizienz nimmt tendenziell ab.
Andererseits umfasst eine Ladevorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den DC-DC-Wandler 3a, der als ein Tiefsetzwandler arbeitet. Dadurch ist es möglich, einen Spannungsbereich der Zwischenkreisspannung Vlink im Vergleich zu einem Spannungsbereich der Gleichstrombatterie 5 zu verschmälern. Der DC-DC-Wandler 3a bewirkt, dass das Schaltelement Q5 einen Schaltvorgang durchführt und gibt eine elektrische Energie aus, die von zwischen den Anschlüssen Tm1–Tm2 zwischen den Anschlüssen Tm3–Tm4 zugeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist es durch Steuern eines Ein-Zeit-Verhältnisses des Schaltelements Q5 möglich, die Zwischenkreisspannung Vlink bei einem freien Spannungswert, beispielsweise bei einer fast konstanten Spannung in einem Bereich der Spannung der Gleichstrombatterie 5 oder höher, zu halten.
Außerdem wird, wenn das Schaltelement Q5 in einem Ein-Zustand fixiert ist, ein Durchschaltbetrieb durchgeführt und kann ein Kurzschluss im Wesentlichen zwischen den Anschlüssen Tm1–Tm2 und den Anschlüssen Tm3–Tm4 auf eine Gleichstromweise über den Glättungsinduktor L2 bewirkt werden. Wenn dieser Durchschaltbetrieb durchgeführt wird, wird nicht bewirkt, dass das Schaltelement Q5 den Schaltvorgang durchführt. Somit ist es möglich, die Zwischenkreisspannung Vlink und die Spannung der Gleichstrombatterie 5 bei fast dem gleichen Spannungswert zu halten, während der Schaltverlust und ein Kernverlust des Glättungsinduktors L2 unterdrückt werden.
Die Ladevorrichtung 1a gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst den DC-DC-Wandler 3a, der die Zwischenkreisspannung Vlink durch den Schaltvorgang des Schaltelements Q5 tiefsetzt. Somit ist es möglich, den Spannungsbereich der Zwischenkreisspannung Vlink kleiner zu machen als den Spannungsbereich der Gleichstrombatterie 5. Folglich kann der Ausgangsspannungsbereich des isolierten AC-DC-Wandlers 2a verschmälert werden und ist es möglich, die Verringerung der Effizienz in dem isolierten AC-DC-Wandler 2a zu unterdrücken. Dadurch kann die Ladevorrichtung 1a gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Gleichstrombatterie 5 mit einer hohen Effizienz von der Wechselstromversorgung 10 laden.
Es ist anzumerken, dass, wenn bewirkt wird, dass das Schaltelement Q5 des DC-DC-Wandlers 3a den Schaltvorgang durchführt, der Schalt- und Kernverlust des Glättungsinduktors L2 auftreten. Deshalb kann ein Versuch, die Zwischenkreisspannung Vlink auf einer konstanten Spannung zu halten, nachteilhaft eine Abnahme der Effizienz bewirken. Jedoch ist es selbst in diesem Fall, wenn eine Verbesserung der Effizienz (Verlustverringerung) durch Schmälern des Spannungsbereichs der Zwischenkreisspannung Vlink geringer ist als eine Verringerung der Effizienz (Verlustzunahme) aufgrund des Schaltvorgangs des Schaltelements Q5, ausreichend, zu bewirken, dass der DC-DC-Wandler 3a den Durchschaltbetrieb durchführt.
Ein beispielhafter vorzuziehender Ladevorgang unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Ladevorrichtung 1a wird mit Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist ein Graph, der zeitliche Änderungen in der Zwischenkreisspannung Vlink und einer Batteriespannung Vout während des Ladevorgangs zeigt. In dieser Zeichnung zeigt eine durchgestrichene Linie die Zwischenkreisspannung Vlink und eine gestrichelte Linie die Batteriespannung Vout.
Wie vorstehend beschrieben, führt in der Ladevorrichtung 1a gemäß der vorliegenden Ausführungsform der DC-DC-Wandler 3a den Tiefsetzvorgang oder den Durchschaltbetrieb für die von der DC-DC-Schaltung 9a ausgegebene Zwischenkreisspannung Vlink aus und gibt Vout an die Gleichstrombatterie 5 aus. In einer Periode A in 2 wird die Zwischenkreisspannung Vlink durch Steuern des Ein-Zeit-Verhältnisses des Schaltelements Q5 auf einer vorbestimmten ersten Spannung gehalten.
Hierin ist die erste Spannung eine Spannung, die geringer ist als eine Ladungsabschlussspannung der Gleichstrombatterie 5. In der vorliegenden Ausführungsform ist speziell diese erste Spannung eine Spannung, die der DC-DC-Schaltung 9a von der AC-DC-Schaltung 8a zugeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist, da Vlink, die eine Ausgangsspannung der DC-DC-Schaltung 9a ist, höher ist als die erste Spannung, die eine Eingangsspannung der DC-DC-Schaltung 9a ist, die DC-DC-Schaltung 9a ein Hochsetzwandler, der einen Verstärkungsvorgang durchführt. Wenn die DC-DC-Schaltung 9a als der Hochsetzwandler dient, kann die Effizienz in einem Abschnitt der DC-DC-Schaltung 9a durch Anpassung eines Wicklungsverhältnisses zwischen den Wicklungsdrähten N1 und N2 des Transformators T1 erhöht werden.
In der Periode A aus 2 stuft der DC-DC-Wandler 3a die Zwischenkreisspannung Vlink herab und gibt Vout an die Gleichstrombatterie 5 aus. Dann ist, da das Ein-Zeit-Verhältnis des Schaltelements Q5 stufenweise zunimmt, Vout, eine Spannung, die an die Gleichstrombatterie 5 ausgegeben wird, zunehmend.
Wenn Vout die erste Spannung übersteigt, erreicht das Ein-Zeit-Verhältnis des Schaltelements Q5 den oberen Grenzwert. Danach wird der Durchschaltbetrieb ausgeführt, in dem das Schaltelement Q5 in dem Ein-Zustand fixiert wird. Eine Durchschaltbetriebsperiode ist durch eine Periode B in 2 gezeigt. Da nicht bewirkt wird, dass das Schaltelement Q5 den Schaltvorgang während der Periode B ausführt, werden der Schaltverlust und der Kernverlust des Glättungsinduktors L2 unterdrückt. Es ist anzumerken, dass in der Periode B in 2 eine durchgezogene Linie, die Vlink zeigt, und eine gestrichelte Linie, die Vout zeigt, gezielt gezeigt sind, ohne einander zu überlappen, so dass Vlink und Vout leicht visuell zu erkennen sind.
Wenn die Batteriespannung Vout die vorbestimmte Ladungsabschlussspannung erreicht, ist der Ladevorgang abgeschlossen. Es ist anzumerken, dass in der vorliegenden Ausführungsform eine Spannung, bei der die Gleichstrombatterie 5 vollständig geladen ist, als die Ladungsabschlussspannung verwendet wird. Die in der vorliegenden Erfindung definierte Ladungsabschlussspannung ist jedoch nicht speziell auf diese Spannung beschränkt. Beispielsweise kann in einem Fall, in dem ein Ladevorgang ausgeführt wird, bis eine vorbestimmte Zielspannung erreicht ist, wie beispielsweise 95% eines vollen Ladezustandes, die Zielspannung als die Ladungsabschlussspannung eingestellt werden. Außerdem kann als die in der vorliegenden Erfindung definierte Ladungsabschlussspannung eine Batteriespannung zu einem Zeitpunkt, wenn der Ladevorgang abgeschlossen ist oder unter anderen Umständen gestoppt wird, als die Ladungsabschlussspannung verwendet werden.
3(a) ist ein Diagramm, das Basissteuerblöcke für die Steuereinheit 11 zeigt, um die DC-DC-Schaltung 9a zu steuern. 3(b) ist ein Diagramm, das Basissteuerblöcke zum Steuern des DC-DC-Wandlers 3a zeigt.
Ein Steuerblock 12a der DC-DC-Schaltung 9a erlangt einen Steuerstrom Iref1 durch allgemeine (PI) Rückkopplungssteuerung auf Grundlage der Spannung Vout, die von dem Spannungssensor 24 erfasst wird, bezüglich einer Zielausgangsspannung Vref1. Iref1 ist auf einen Wert begrenzt, der einen oberen Stromgrenzwert Imax nicht überschreitet. Dann wird unter Verwendung eines Steuersignals duty1, das durch die PI Rückkopplungssteuerung durch einen Strom Ilink erlangt wird, der von dem Stromsensor 32 erfasst wird, bezüglich eines Zielzwischenkreisstroms Iref1 ein Steuerimpuls von jedem Schaltelement in einem Schaltsignalerzeugungsblock ausgegeben.
Auf ähnliche Weise erlangt ein Steuerblock 13a des DC-DC-Wandlers 3a einen Steuerstrom Iref2 durch allgemeine (PI) Rückkopplungssteuerung auf Grundlage der Spannung Vlink, die von dem Spannungssensor 23 erfasst wird, bezüglich einer Zielausgangsspannung Vref2. Dann wird unter Verwendung eines Steuersignals duty2, das durch die PI Rückkopplungssteuerung durch einen Strom Iout erlangt wird, der von dem Stromsensor 33 erfasst wird, bezüglich eines Zielzwischenkreisstroms Iref2, ein Steuerimpuls von jedem Schaltelement in dem Schaltsignalerzeugungsblock ausgegeben.
Hierin wird Vref1 auf die Ladungsabschlussspannung der Batterie eingestellt. Wenn Vref1 die Ladungsabschlussspannung der Batterie erreicht, nimmt Iref1 ab. Dann verringert die DC-DC-Schaltung 9a die Ausgangsleistung.
Außerdem wird Vref2 auf die erste Spannung eingestellt. In einem Bereich, in dem die Batteriespannung niedriger ist als die erste Spannung (Bereich A in 2), hält der DC-DC-Wandler 3a die Zwischenkreisspannung bei der ersten Spannung. In einem Bereich, in dem die Batteriespannung höher ist als die erste Spannung (Bereich B in 2), wechselt der DC-DC-Wandler 3a zu dem Durchschaltbetrieb, da das Ein-Zeit-Verhältnis des Schaltelements Q5 den oberen Grenzwert hält.
Imax ist durch einen Wert gegeben, der durch Teilen der Spannung Vlink, die von dem Spannungssensor 23 erfasst wird, durch einen Ausgangsleistungsbefehlswert Poutref einer Ladeeinrichtung, d. h. Poutref/Vlink, erlangt wird. In einem Fall, in dem konstante Leistungssteuerung ausgeführt wird, wird ein Nennausgangsleistungswert für Poutref zugeführt. In einem Fall, in dem konstante Stromsteuerung ausgeführt wird, ist Poutref durch ein Produkt eines Nennausgangsstrombefehlswerts und der von dem Spannungssensor 24 erfassten Spannung Vout, d. h. Ioutref × Vout, gegeben.
Durch eine vorstehend beschriebene Steuerung wird, wenn Vout niedriger ist als die erste Spannung, die erste Spannung dem DC-DC-Wandler 3a zugeführt und wenn sich Vout zwischen der ersten Spannung und der Ladungsabschlussspannung befindet, wird eine variable Spannung, die gemäß dem Ladevorgang der Gleichstrombatterie dem DC-DC-Wandler 3a von der ersten Spannung zu der Ladungsabschlussspannung zunimmt, zugeführt.
(Zweite Ausführungsform)
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. Eine grundlegende Konfiguration ist die gleiche wie die der in 1 und 2 beschriebenen ersten Ausführungsform. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von der ersten Ausführungsform in dem Steuerverfahren der DC-DC-Schaltung 9a und des DC-DC-Wandlers 3a, die in 3 beschrieben sind. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Steuerung gemäß Vout geschaltet.
4(a) ist ein Diagramm, das Basissteuerblöcke für die Steuereinheit 11 zeigt, um eine DC-DC-Schaltung 9a zu steuern.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Steuerblock 12b der DC-DC-Schaltung 9a einen Zielspannungserzeugungsblock 15. Der Steuerblock 12b der DC-DC-Schaltung 9a vergleicht zuerst Vout und eine erste Spannung in dem Zielspannungserzeugungsblock 15. In einem Fall, in dem Vout niedriger ist als die erste Spannung, wird ein Spannungsbefehlswert Vref3 ausgewählt. In einem Fall, in dem Vout höher ist als die erste Spannung, wird ein Spannungsbefehlswert Vref4 ausgewählt. Vref3 wird auf die erste Spannung eingestellt und Vref4 wird auf eine Ladungsabschlussspannung einer Batterie eingestellt.
Es wird der Betrieb des Steuerblocks 12b der DC-DC-Schaltung 9a in einem Bereich beschrieben, wo Vout niedriger ist als die erste Spannung. Dies entspricht dem Bereich A in 2. Zuerst wird ein Steuerstrom Iref3 durch die allgemeine PI Rückkopplungssteuerung auf Grundlage einer Spannung Vlink, die von einem Spannungssensor 23 erfasst wird, bezüglich einer Zielausgangsspannung Vref3 erlangt. Ein Steuerwert duty3 wird durch die PI Rückkopplungssteuerung durch einen Strom Ilink, der von einem Stromsensor 32 erfasst wird, bezüglich des erlangten Steuerstroms Iref3 erlangt. Unter Verwendung des erlangten Steuerwerts duty3 wird ein Steuerimpuls für jedes Schaltelement in einem Schaltsignalerzeugungsblock ausgegeben.
Es wird der Betrieb der Steuerblocks 12b der DC-DC-Schaltung 9a in einem Bereich beschrieben, wo Vout höher ist als die erste Spannung. Dies entspricht dem Bereich B in 2. Zuerst wird ein Steuerstrom Iref4 durch die allgemeine PI Rückkopplungssteuerung auf Grundlage der Spannung Vlink, die von dem Spannungssensor 23 erfasst wird, bezüglich einer Zielausgangsspannung Vref4 erlangt. Der erlangte Steuerstrom Iref4 ist auf einen Wert beschränkt, der einen oberen Stromgrenzwert Imax nicht überschreitet, der durch einen Block zur Erzeugung eines oberen Stromgrenzwerts 141b gegeben ist. Dann wird ein Steuerwert duty4 durch die PI Rückkopplungssteuerung durch einen Strom Ilink, der von einem Stromsensor 32 erfasst wird, bezüglich des erlangten Steuerstroms Iref4 erlangt. Unter Verwendung des erlangten Steuerwerts duty4 wird ein Steuerimpuls jedes Schaltelements in dem Schaltsignalerzeugungsblock ausgegeben.
4(b) ist ein Diagramm, das Basissteuerblöcke zeigt, um die DC-DC-Schaltung 3a zu steuern. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Steuerblock 13b des DC-DC-Wandlers 3a einen Zielspannungserzeugungsblock 16.
Der Steuerblock 13b des DC-DC-Wandlers 3a vergleicht Vout und die erste Spannung in dem Zielspannungserzeugungsblock 16.
In einem Bereich, in dem Vout niedriger ist als die erste Spannung, erlangt der Steuerblock 13b des DC-DC-Wandlers 3a einen Steuerstrom Iref5 durch die PI Rückkopplungssteuerung auf Grundlage der Spannung Vout, die von einem Spannungssensor 24 erfasst wird, bezüglich einer Zielausgangsspannung Vref5. Hierin ist Vref5 auf die Ladungsabschlussspannung der Batterie eingestellt. Der erlangte Steuerstrom Iref5 ist auf einen Wert beschränkt, der einen oberen Stromgrenzwert Imax nicht überschreitet, der durch einen Block zur Erzeugung eines oberen Stromgrenzwerts 142b gegeben ist. Dann wird ein Steuerwert duty5 durch die PI Rückkopplungssteuerung durch einen Strom Iout, der von einem Stromsensor 33 erfasst wird, bezüglich des erlangten Steuerstroms Iref5 erlangt. Unter Verwendung des erlangten Steuerwerts duty5 wird ein Steuerimpuls jedes Schaltelements in dem Schaltsignalerzeugungsblock ausgegeben.
In einem Bereich, in dem Vout höher ist als die erste Spannung, führt der Steuerblock 13b des DC-DC-Wandlers 3a keine Steuerung aus und erzeugt ein duty6, um ein Schaltelement Q5 in einem Ein-Zustand zu fixieren.
Imax ist durch einen Wert gegeben, der durch Teilen der Spannung Vout, die von dem Spannungssensor 24 erfasst wird, durch einen Ausgangsleistungsbefehlswert Poutref einer Ladeeinrichtung, d. h. Poutref/Vout, erlangt wird. In einem Fall, in dem konstante Leistungssteuerung ausgeführt wird, wird ein Nennausgangsleistungswert für Poutref zugeführt. In einem Fall, in dem konstante Stromsteuerung ausgeführt wird, ist Poutref durch ein Produkt eines Nennausgangsstrombefehlswerts und die von dem Spannungssensor 24 erfasste Spannung Vout, d. h. Ioutref × Vout, gegeben.
Durch die vorstehend beschriebene Steuerung steuert in einem Bereich, in dem Vout niedriger ist als die erste Spannung, die DC-DC-Schaltung 9a die Zwischenkreisspannung so, dass sie bei der ersten Spannung konstant ist und steuert der DC-DC-Wandler 3a die Ausgangsleistung. In einem Bereich, in dem Vout höher ist als die erste Spannung, steuert die DC-DC-Schaltung 9a die Ausgangsleistung und stoppt der DC-DC-Wandler 3a den Schaltvorgang. Durch Schalten eines Zielsteuerwerts gemäß dem Spannungswert einer Gleichstrombatterie kann ein Durchschaltbetrieb des DC-DC-Wandlers 3a erreicht werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Steuerung gemäß einer Batteriespannung geschaltet und kann zur Gewährleistung eines stabilen Betriebs die Ausgangsleistung zum Zeitpunkt des Schaltvorgangs reduziert werden. Als ein konkretes Verfahren wird zum Zeitpunkt eines Steuerschaltvorgangs der Ausgangsleistungsbefehlswert Poutref auf einen Wert eingestellt, der kleiner ist als ein Nennausgangsleistungswert der Ladevorrichtung und nach dem steuerbaren Schaltvorgang wird Poutref wieder auf den Nennausgangsleistungswert der Ladevorrichtung eingestellt. Diese Einstellungen reduzieren den Strom, der zum Zeitpunkt der Schaltsteuerung durch die Schaltung fließt. Dadurch ist dies effektiv bei der Stabilisierung des Betriebs des DC-DC-Wandlers 3a.
(Dritte Ausführungsform)
Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform beschrieben. Eine grundlegende Konfiguration ist die gleiche wie die der in 1 und 2 beschriebenen ersten Ausführungsform. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von der ersten Ausführungsform in dem Steuerverfahren der DC-DC-Schaltung 9a und des DC-DC-Wandlers 3a, die in 3 beschrieben sind. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Ausgangsleistungsbefehlswert gemäß Vout variiert.
5(a) ist ein Diagramm, das Basissteuerblöcke für die Steuereinheit 11 zeigt, um eine DC-DC-Schaltung 9a zu steuern. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Steuerblock 12c der DC-DC-Schaltung 9a einen Zielleistungserzeugungsblock 17. Der Zielleistungserzeugungsblock 17 wählt Poutref2 aus, wenn Vout niedriger ist als die erste Spannung und wählt Poutref3 aus, wenn Vout höher ist als die erste Spannung. Poutref2 wird auf einen Wert eingestellt, der höher ist als die Nennausgangsleistungswert der Ladevorrichtung und Poutref3 wird auf den Nennausgangsleistungswert der Ladevorrichtung eingestellt.
Es wird der Betrieb der Steuerblocks 12c der DC-DC-Schaltung 9a in einem Bereich beschrieben, wo Vout niedriger ist als die erste Spannung. Zuerst wird ein Steuerstrom Iref6 durch die allgemeine PI Rückkopplungssteuerung auf Grundlage einer Spannung Vlink, die von einem Spannungssensor 23 erfasst wird, bezüglich einer Zielausgangsspannung Vref6 erlangt. Der erlangte Steuerstrom Iref6 ist auf einen Wert beschränkt, der einen oberen Stromgrenzwert Imax nicht überschreitet, der durch einen Block zur Erzeugung eines oberen Stromgrenzwerts 141c gegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der obere Stromgrenzwert Imax durch Poutref2/Vlink erlangt. Dann wird ein Steuerwert duty7 durch die PI Rückkopplungssteuerung durch einen Strom Ilink, der von einem Stromsensor 32 erfasst wird, bezüglich des Zielausgangsteuerstroms Iref6 erlangt. Unter Verwendung des erlangten Steuerwerts duty7 wird ein Steuerimpuls für jedes Schaltelement in einem Schaltsignalerzeugungsblock ausgegeben.
In einem Bereich, in dem Vout höher ist als die erste Spannung, wird die Ausgabe des Zielleistungserzeugungsblock 17 auf Poutref3 eingestellt. Der obere Stromgrenzwert Imax ist durch Poutref3/Vlink gegeben. Andere sind die gleichen wie die in der Steuerung in dem Bereich, in dem Vout niedriger ist als die erste Spannung.
5(b) ist ein Diagramm, das Basissteuerblöcke zeigt, um die DC-DC-Schaltung 3a zu steuern. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Steuerblock 13c des DC-DC-Wandlers 3a einen Zielleistungserzeugungsblock 18. Der Steuerblock 13c des DC-DC-Wandlers 3a vergleicht Vout und die erste Spannung in dem Zielleistungserzeugungsblock 18.
Es wird der Betrieb des Steuerblocks 13c der DC-DC-Schaltung 3a in einem Bereich beschrieben, wo Vout niedriger ist als die erste Spannung. Zuerst wird ein Steuerstrom Iref7 durch die allgemeine PI Rückkopplungssteuerung auf Grundlage einer Spannung Vout, die von einem Spannungssensor 24 erfasst wird, bezüglich einer Zielausgangsspannung Vref7 erlangt. Der erlangte Steuerstrom Iref7 ist auf einen Wert beschränkt, der einen oberen Stromgrenzwert Imax nicht überschreitet, der durch einen Block zur Erzeugung eines oberen Stromgrenzwerts 142c gegeben ist. Zu dieser Zeit wird Poutref4 auf die Nennausgangsleistung der Ladevorrichtung eingestellt. Imax wird durch Poutref/Vout erlangt. Dann wird ein Steuerwert duty8 durch die PI Rückkopplungssteuerung durch einen Strom Iout, der von einem Stromsensor 33 erfasst wird, bezüglich des Zielausgangsteuerstroms Iref7 erlangt. Unter Verwendung des erlangten duty8 wird ein Steuerimpuls jedes Schaltelements in einem Schaltsignalerzeugungsblock ausgegeben.
In einem Bereich, in dem Vout höher ist als die erste Spannung, führt der Steuerblock 13c des DC-DC-Wandlers 3a keine Steuerung aus und erzeugt ein duty9, um ein Schaltelement Q5 in einem Ein-Zustand zu fixieren.
Durch die vorstehend beschriebene Steuerung steuert in einem Bereich, in dem Vout niedriger ist als die erste Spannung, die DC-DC-Schaltung 9a die Zwischenkreisspannung so, dass sie bei der ersten Spannung konstant ist, und steuert der DC-DC-Wandler 3a die Ausgangsleistung. Obwohl die Ausgabe der DC-DC-Schaltung 9a durch Poutref2 begrenzt ist, ist die DC-DC-Schaltung 9a nicht in Betrieb, weil die Ausgangsleistungsbegrenzung des DC-DC-Wandler 3a arbeitet. In einem Bereich, in dem Vout höher ist als die erste Spannung, steuert die DC-DC-Schaltung 9a die Ausgangsleistung und stoppt der DC-DC-Wandler 3a den Schaltvorgang. Durch Schalten des Zielsteuerwerts gemäß dem Spannungswert der Gleichstrombatterie kann der Durchschaltbetrieb des DC-DC-Wandlers 3a erreicht werden.
Es ist anzumerken, dass auch in der vorliegenden Ausführungsform, auf eine ähnliche Weise wie in der zweiten Ausführungsform, die Steuerung gemäß der Batteriespannung geschaltet wird und die Ausgangsleistung zur Zeit des Schaltvorgangs verringert werden kann, um einen stabilen Vorgang zu gewährleisten. Als ein konkretes Verfahren wird zur Zeit eines Steuerschaltvorgangs der Ausgangsleistungsbefehlswert Poutref auf einen kleineren Wert eingestellt als ein Nennausgangsleistungswert der Ladevorrichtung und nach einem gesteuertem Schaltvorgang wird Poutref wieder auf den Nennausgangsleistungswert der Ladevorrichtung eingestellt. Diese Einstellungen reduzieren den Strom, der zur Zeit der Schaltsteuerung durch die Schaltung fließt. Dadurch ist dies effektiv bei der Stabilisierung des Betriebs des DC-DC-Wandlers 3a.
(Vierte Ausführungsform)
6 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Ladevorrichtung 1b gemäß einer vierten Ausführungsform. Die Ladevorrichtung 1b unterscheidet sich von der Ladevorrichtung 1a gemäß der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform dadurch, dass in einer DC-DC-Wandlereinheit 3a ein Schaltelement Q6 so geschaltet ist, dass eine Umgehung zwischen Tm1–Tm3 entsteht.
In einem Fall, in dem Vout niedriger ist als eine erste Spannung, führt ein Schaltelement Q5 in einem DC-DC-Wandler 3b den Schaltvorgang auf der Grundlage jeglicher in 3–5 gezeigten Steuerung aus und ist das Schaltelement Q6 in einem Aus-Zustand. In einem Fall, in dem Vout höher ist als die erste Spannung, ist das Schaltelement Q5 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform auf den Ein-Zustand fixiert. Jedoch ist in der vorliegenden Ausführungsform das Schaltelement Q5 in dem Aus-Zustand fixiert und das Schaltelement Q6 in dem Ein-Zustand fixiert.
In der vorliegenden Ausführungsform kann durch Bereitstellung des Schaltelements Q6 und Einschalten des Schaltelements Q6 zum Zeitpunkt eines Durchschaltbetriebs ein Wicklungsverlust eines Glättungsinduktors L2 zu dieser Zeit eines Durchschaltbetriebs reduziert werden. Dadurch entsteht im Vergleich zu der Konfiguration in 1 der Vorteil, dass die Effizienz hoch ist.
(Fünfte Ausführungsform)
7 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Ladevorrichtung 1c gemäß einer fünften Ausführungsform. Die Ladevorrichtung 1c gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen isolierten AC-DC-Wandler 2c und einen DC-DC-Wandler 3c. Der isolierte AC-DC-Wandler 2c und der DC-DC-Wandler 3c sind über Knoten Nd11–Nd12 verbunden. Es ist anzumerken, dass eine Steuereinheit 11 und verschiedene mit der Steuereinheit 11 verbundene Sensoren und Signalleitungen in der Zeichnung weggelassen sind.
Der isolierte AC-DC-Wandler 2c umfasst eine AC-DC-Schaltung 8c und eine DC-DC-Schaltung 9c.
Die AC-DC-Schaltung 8c gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Diode D15 und ein Schaltelement Q11, die in Reihe geschaltet sind, und eine Diode 16 und ein Schaltelement Q12, die in Reihe geschaltet sind. Diese in Reihe geschaltete Dioden und Schaltelemente sind parallel über einen Glättungskondensator C1 verbunden. Ein Ende eines Glättungsinduktors L11 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der Diode 15 und dem Schaltelement Q11 verbunden. Ein Ende eines Glättungsinduktors L12 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der Diode 16 und dem Schaltelement Q12 verbunden. Eine Wechselstromversorgung 10 ist zwischen das andere Ende des Glättungsinduktors L11 und das andere Ende des Glättungsinduktor L12 geschaltet. Die Dioden DQ11 und DQ12 sind jeweils antiparallel zu den Schaltelementen Q11 und Q12 geschaltet.
Somit ist die AC-DC-Schaltung 8c eine brückenlose Schaltung, die eine Leistungszufuhr von der Wechselstromversorgung 10 zuführt und eine Gleichstromspannung über dem Glättungskondensator C1 ausgibt. Die AC-DC-Schaltung 8c, die eine brückenlose Schaltung ist, hat den Vorteil, dass sie eine höhere Effizienz als die AC-DC-Schaltung 8a in 1 hat.
In der DC-DC-Schaltung 9c der vorliegenden Ausführungsform unterscheiden sich Konfigurationen einer Schaltschaltung, die mit einer Seite eines Wicklungsdraht N1 eines Transformators T1 verbunden ist, und einer Gleichrichtungsschaltung, die mit einer Seite eines Wicklungsdrahts N2 des Transformators T1 verbunden ist, von denen in 1.
Die mit der Seite des Wicklungsdrahts N1 des Transformators T1 verbundene Schaltschaltung umfasst eine Halbbrückenschaltung, in der Schaltelemente Q1 und Q2 in Reihe geschaltet sind. Ein Verbindungspunkt zwischen den Schaltelementen Q1 und Q2 ist mit einem Ende eines Wicklungsdrahts N1 durch Trennen eines Resonanzinduktors Lr1 verbunden. Außerdem umfasst die DC-DC-Schaltung 9c die parallel über den Glättungskondensator C1 in Reihe geschalteten Resonanzkondensatoren Cr11 und Cr12. Ein Verbindungspunkt zwischen den Resonanzkondensatoren Cr11 und Cr12 ist mit dem anderen Ende des Wicklungsdrahts N1 verbunden. Die Gleichrichtungsschaltung ist mit der Seite des Wicklungsdrahts N2 des Transformators T1 verbunden, Dioden 23 und 24 in 1 sind jeweils ersetzt durch die Glättungskondensatoren C21 und C22.
Die DC-DC-Schaltung 9c gibt eine Zwischenkreisspannung Vlink zwischen den Knoten Nd11–Nd12 aus. Diese DC-DC-Schaltung 9c kann die Schaltung leichter vereinfachen als die DC-DC-Schaltung 9a, die die Vollbrückenschaltung in 1 verwendet.
In dem DC-DC-Wandler 3c wird die Zwischenkreisspannung Vlink zwischen Anschlüssen Tm1–Tm2 zugeführt und wird eine Gleichspannung zwischen den Anschlüssen Tm3–Tm4 ausgegeben. Der DC-DC-Wandler 3c umfasst einen Glättungskondensator C3, Schaltelemente Q5 und Q7, Dioden D31 und C32, einen Glättungsinduktor L21 und einen Glättungskondensator C4. Der Glättungskondensator C3 ist zwischen die Anschlüsse Tm1–Tm2 geschaltet. Das Schaltelement Q5 und die Diode D31 sind in Reihe geschaltet und der Schaltungskörper ist zwischen die Anschlüsse Tm1–Tm2 geschaltet. Der Glättungsinduktor L21 und das Schaltelement Q7, die in Reihe geschaltet sind, sind parallel über die Diode D31 verbunden. Die Diode D32 und der Glättungskondensator C4, die in Reihe geschaltet sind, sind parallel über das Schaltelement Q7 verbunden. Eine Spannung über dem Glättungskondensator C4 wird von zwischen den Anschlüssen Tm3–Tm4 ausgegeben. Dann wird eine Gleichstrombatterie 5 zwischen die Anschlüsse Tm3–Tm4 geschaltet.
Die Dioden D1, D2, D5 und D7 sind antiparallel zu entsprechenden Schaltelementen Q1, Q2, Q5 und Q7 geschaltet.
Es ist anzumerken, dass, wenn eine Spannung der Gleichstrombatterie 5 typischerweise höher ist als die Zwischenkreisspannung Vlink, der DC-DC-Wandler 3c mit einem DC-DC-Wandler 3d, in 8 gezeigt, ersetzt werden kann. Der DC-DC-Wandler 3d umfasst den Glättungskondensator C3, der zwischen die Anschlüsse Tm1–Tm2 geschaltet ist. Ein Glättungsinduktor L22 und ein Schaltelement Q8, die in Reihe geschaltet sind, sind parallel über den Glättungskondensator C3 geschaltet. Eine Diode D33 und der Glättungskondensator C4, die in Reihe geschaltet sind, sind parallel über das Schaltelement Q8 geschaltet. Eine Spannung über dem Glättungskondensator C4 wird von zwischen den Anschlüssen Tm3–Tm4 ausgegeben.
Der DC-DC-Wandler 3d kann einer Spannung der Batterie 5 mit hohem Gleichstrom entsprechen, während er im Vergleich zu dem DC-DC-Wandler 3c vereinfacht ist. Wenn das Schaltelement Q8 in einem Aus-Zustand fixiert ist, kann natürlich ein Durchschaltbetrieb ausgeführt werden.
Die Ladevorrichtung gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform umfasst den DC-DC-Wandler zwischen einer Gleichstromzwischenspannung, die gemäß einer Ausgangsspannung gesteuert wird, und der Gleichstrombatterie, erzeugt eine Zwischenkreisspannung mit einem schmaleren Spannungsbereich als dem der Gleichstrombatterie und führt der Gleichstrombatterie Leistung zu.
(Sechste Ausführungsform)
9 zeigt ein Beispiel, in dem eine Ladevorrichtung 1 auf ein Elektrofahrzeug (EV) als ein Beispiel eines Systems angewendet wird, das die Ladevorrichtung gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform umfasst.
Ein in einem Fahrzeug installierter Motor wird durch Wechselspannung getrieben, die von einem Wandler aus Gleichspannung umgewandelt wird, die in einer Hochspannungs-(HV)-Batterie gespeichert ist. Umgekehrt wird von dem Motor erzeugte regenerative elektrische Energie über den Wandler in der HV-Batterie gespeichert. Die in der HV-Batterie gespeicherte elektrische Energie (zum Beispiel von 170 bis 450 V) wird (zum Beispiel 12 V bis 14 V) durch einen DC-DC-Wandler tiefgesetzt, an eine Niedrig-Spannungs-(LV)-Batterie ausgegeben und als eine Antriebsenergie einer Hilfsmaschine verwendet.
Die Ladevorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform ist mit einer externen Wechselstromversorgung verbunden. Dann wird durch die vorstehend in der ersten bis fünften Ausführungsform beschriebene Steuerung die HV-Batterie geladen.
Bezugszeichenliste

1a, 1b, 1c: Ladevorrichtung
2a, 2b, 2c: Isolierter AC-DC-Wandler
3a, 3b, 3c, 3d: DC-DC-Wandler
8a, 8b, 8c: AC-DC-Schaltung
9a, 9b, 9c: DC-DC-Schaltung
5: Gleichstrombatterie
10: Wechselstromversorgung
11: Steuereinheit
12a, 12b, 12c: Steuerblock der DC-DC-Schaltung
13a, 13b, 13c: Steuerblock des DC-DC-Wandlers
14a, 141b, 142b, 141c, 142c: Block zur Erzeugung eines oberen Stromgrenzwerts
15, 16: Zielspannungserzeugungsblock
17, 18: Zielleistungserzeugungsblock
21, 22, 23, 24: Spannungssensor
31, 32, 33: Stromsensor
Vlink: Zwischenkreisspannung
Vout: Batteriespannung
Q1 bis Q8, Q10 bis Q12: Schaltelement
D1 bis D8, D10 bis D16, D21 bis D24 DQ11, DQ12: Diode
C1 bis C4, C21, C22: Glättungskondensator
L1 L2, L11, L12, L21, L22: Glättungsinduktor
Cr1, Cr11, Cr12: Resonanzkondensator
Lr1: Resonanzinduktor
T1: Transformator
N1, N2: Wicklungsdraht
Tm1 bis Tm4: Anschlüsse
Nd1, Nd2, Nd11, Nd12: Knoten

Claims

Ladevorrichtung zum Laden einer Gleichstrombatterie, umfassend: eine Tiefsetzwandlereinheit, der eine Gleichspannung von einer Energieversorgung zugeführt wird und die die Gleichspannung umwandelt, wobei, wenn eine Spannung der Gleichstrombatterie zwischen einer vorbestimmten ersten Spannung, die niedriger ist als eine Ladungsabschlussspannung der Gleichstrombatterie, und der Ladungsabschlussspannung liegt, der Tiefsetzwandlereinheit eine variable Spannung, die entsprechend dem Ladevorgang der Gleichstrombatterie von der ersten Spannung zu der Ladungsabschlussspannung zunimmt, zugeführt wird.
Ladevorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Hochsetzwandlereinheit, der eine Gleichspannung von einer Energieversorgung zugeführt wird und die die Gleichspannung umwandelt, wobei der Tiefsetzwandlereinheit die von der Hochsetzwandlereinheit umgewandelte Gleichspannung zugeführt wird und der Hochsetzwandlereinheit die erste Spannung zugeführt wird.
Ladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 wobei, wenn die Spannung der Gleichstrombatterie niedriger ist als die erste Spannung, die erste Spannung der Tiefsetzwandlereinheit zugeführt wird.
Ladevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei, wenn die Spannung der Gleichstrombatterie niedriger ist als die erste Spannung, die Tiefsetzwandlereinheit einer derartigen Spannungssteuerung unterzogen wird, dass eine Eingangsspannung in die Tiefsetzwandlereinheit die erste Spannung ist.
Ladevorrichtung nach Anspruch 4, wobei, wenn die Spannung der Gleichstrombatterie zwischen der ersten Spannung und der Ladungsabschlussspannung liegt, die Tiefsetzwandlereinheit einer derartigen Spannungssteuerung unterzogen wird, dass die Eingangsspannung in die Tiefsetzwandlereinheit die Spannung der Gleichstrombatterie ist.
Ladevorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Hochsetzwandlereinheit derart gesteuert wird, dass die der Gleichstrombatterie zugeführte Leistung konstante Leistung ist.
Ladevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei, wenn die Spannung der Gleichstrombatterie niedriger ist als die erste Spannung, die Hochsetzwandlereinheit einer derartigen Spannungssteuerung unterzogen wird, dass die Eingangsspannung in die Tiefsetzwandlereinheit die erste Spannung ist.
Ladevorrichtung nach Anspruch 7, wobei, wenn die Spannung der Gleichstrombatterie niedriger ist als die erste Spannung, die Tiefsetzwandlereinheit konstanter Leistungsteuerung unterzogen wird, so dass die der Gleichstrombatterie zugeführte Leistung konstant ist.
Ladevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei, wenn die Spannung der Gleichstrombatterie zwischen der ersten Spannung und der Ladungsabschlussspannung ist, die Hochsetzwandlereinheit der konstanten Energiesteuerung unterzogen wird, so dass die der Gleichstrombatterie zugeführte Spannung konstant ist.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei, wenn die Spannung der Gleichstrombatterie die Ladungsabschlussspannung oder höher ist, die Hochsetzwandlereinheit einer konstanten Spannungssteuerung unterzogen wird, so dass die der Gleichstrombatterie zugeführte Spannung konstant ist.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, ferner umfassend eine AC-DC-Wandler Einheit, die eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt, wobei die von der AC-DC-Wandler Einheit umgewandelte Gleichspannung der Hochsetzwandlereinheit zugeführt wird.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Tiefsetzwandlereinheit einen Betriebsmodus umfasst, in dem eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite der Tiefsetzwandlereinheit gleichstrommäßig kurzgeschlossen sind.
Ladungssystem, umfassend eine Gleichstrombatterie; und die Ladevorrichtung, die die Gleichstrombatterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 lädt.