TWI513167B - 電動車輛之電力轉換系統 - Google Patents

Description

電動車輛之電力轉換系統

本揭露是有關一種電動車輛之電力轉換系統，特別是關於一種使用變流器(或稱逆變器，以下皆稱為變流器)取代車載充電器，且達到升/降壓充電的電力轉換系統。

如第1圖所示為習知電動車輛的電力轉換系統的方塊示意圖，現有電動車輛中的電力轉換系統10中包括充電系統20與驅動系統30兩個部分，而充電系統20與驅動系統30各自需要獨立的線路及變流器(Inverter)分別連接至電池組40，充電系統20是使用外部電力源(AC Power)21對電池組40充電，而驅動系統30則是由電池組40供應啟動發電機(Integrated Starter Generator,ISG)31及牽引馬達(Traction Motor)32運轉所需的電力。

在現有的充電系統20中外部電力源21與電池組40之間需要一車載充電器(On-Board Charger)23將外部電源力轉換為穩定的直流電力對電池組40充電。而在驅動系統30中啟動發電機31與牽引馬達32也是各自需要獨立的線路及變流器33、34分別連接至雙向直流轉換器(bidirectional DC/DC converter)35，其中變流器33、34是用以將電池組40的直流電力轉變為啟動發電機31或牽引馬達32的交流驅動電力，因此可知現有的電動車輛的電力轉換系統10，其充電系統20與驅動系統30需要各自獨立的線路及變流器，電路複雜、元件眾多且體積龐大，相對成本高昂。

且上述傳統的充電系統20大都僅能夠達到升壓充電，而無法降壓充電，而現有的充電系統若需達到升/降壓充電的功能，則會增加電路的複雜度，且必需在加裝一大功率的儲能電感器，因此如何簡化電動車輛電力轉換系統的電路架構，降低成本，且又能達到升/降壓充電的功能，實是目前有待解決的重要課題。

本揭露係關於一種電動車輛之電力轉換系統，整合驅動系統中的變流器(Inverter)與充電系統中的車載充電器，以減少元件降低減本，並且本揭露利用啟動發電機的驅動線圈或是牽引馬達的驅動線圈作為充電系統中的儲能電感器，使得本揭露的充電系統能達到升/降壓充電的功能。

本揭露之一實施例提出一種電動車輛之電力轉換系統，包括：至少一三相驅動馬達，具有三相驅動線圈，此三相驅動馬達為一啟動發電機或是一牽引馬達；三組功率開關組耦接於外部電力源與電池組之間，該些功率開關組分別耦接三相驅動線圈；以及一第一開關元件，耦接於任二組功率開關組之間；其中當於一升/降壓充電模式時，第一開關元件斷路，經切換耦接於第一開關元件兩端之二組功率開關組，形成一第一電流路徑於外部電力源與任二驅動線圈之間，使任二驅動線圈形成一儲能電感，儲存外部電力源之直流電力；並形成一第二電流路徑於電池組與驅動線圈之間，使儲存於儲能電感上的直流電力產生一充電電壓對電池組充電。

本揭露之另一實施例提出一種電動車輛之電力轉換系統，包括：一啟動發電機，具有三相第一驅動線圈；三組第一功率開關模組，耦接於外部電力源與電池組之間，該些第一功率開關模組分別耦接三相第一驅動線圈；一牽引馬達，具有三相第二驅動線圈；以及三組第二功率開關模組，耦接於外部電力源與電池組之間，該些第二功率開關模組分別耦接三相第二驅動線圈；其中，當於一升/降壓充電模式時，任二第一驅動線圈形成一第一儲能電感，用以儲存外部電力源之直流電力產生一第一充電電壓，任二第二驅動線圈形成一第二儲能電感，用以儲存外部電力源之直流電力產生一第二充電電壓，而第一充電電壓及第二充電電壓可以同步或者交替對電池組充電。

習知：

10‧‧‧電力轉換系統

20‧‧‧充電系統

21‧‧‧外部電力源

30‧‧‧驅動系統

31‧‧‧啟動發電機

32‧‧‧牽引馬達

33、34‧‧‧變流器

23‧‧‧車載充電器

35‧‧‧雙向直流轉換器

40‧‧‧電池組

本揭露：

100‧‧‧電力轉換系統

110‧‧‧啟動發電機

120‧‧‧內燃機引擎

130‧‧‧第一變流器

140‧‧‧雙向直流轉換器

150‧‧‧牽引馬達

160‧‧‧驅動輪

170‧‧‧第二變流器

180‧‧‧車載電力源

190‧‧‧高低壓直流轉換器

200‧‧‧外部電力源

201‧‧‧整流單元

300‧‧‧電池組

301‧‧‧濾波單元

410‧‧‧三相驅動馬達

420、421、422、423‧‧‧功率開關組

430、620‧‧‧第一開關元件

440、630‧‧‧第二開關元件

Ls1、Ls2、Ls3、Ls4、Ls5、Ls6‧‧‧驅動線圈

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12‧‧‧功率開關元件

V1‧‧‧共接端

500‧‧‧控制單元

510‧‧‧外部電流偵測端

520‧‧‧電池電壓偵測端

K1、K2、K3、g1~g6‧‧‧控制信號

600‧‧‧第一驅動線圈

700‧‧‧第二驅動線圈

610、611、612、613‧‧‧第一功率開關模組

710、711、712、713‧‧‧第二功率開關模組

720‧‧‧第三開關元件

730‧‧‧第四開關元件

第1圖為傳統電動車輛之電力轉換系統的方塊示意圖。

第2圖為本揭露電力轉換系統以啟動發電機的變流器取代車載充電器的實施例方塊圖。

第3圖為本揭露電力轉換系統以牽引馬達的變流器取代車載充電器的實施例方塊圖。

第4圖為本揭露電力轉換系統的實施例電路架構圖。

第5圖及第6圖為一升壓充電模式的一實施例第一電流路徑及第二電流路徑示意圖。

第7圖及第8圖為一升壓充電模式的另一實施例第一電流路徑及第二電流路徑示意圖。

第9圖及第10圖為一交錯式降壓充電模式第一時序時的第一電流路徑及第二電流路徑示意圖。

第11圖及第12圖為一交錯式降壓充電模式第二時序時的第一電流路徑及第二電流路徑示意圖。

第13圖為本揭露電力轉換系統的雙充電系統實施例方塊圖。

第14圖為第13圖雙充電系統實施例電路架構圖。

為讓本揭露之上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而在本揭露的實施例中所描述的「耦接」或「連接」可以為兩元件之間的「直接連接」，或者兩元件之間透過其他的元件「間接連接」。

請參閱第2圖及第3圖所示，第2圖為本揭露電動車輛之電力轉換系統中以啟動發電機的變流器取代車載充電器的實施例方塊圖；第3圖為本揭露電動車輛之電力轉換系統以牽引馬達的變流器取代車載充電器的實施例方塊圖。本揭露的電動車輛之電力轉換系統100具有接收外部電力源200對電池組300進行充電的升/降壓充電模式，以及電池組300供應電力驅動啟動發電機110發電或者驅動牽引馬達150運轉的驅動模式，以下將針對升/降壓充電模式及驅動模式加以說明。

如第2圖或第3圖所示，本揭露的電力轉換系統100至少包括：啟動發電機110、內燃機引擎(Internal Combustion Engine, ICE)120、第一變流器(Inverter)130、雙向直流轉換器140、牽引馬達150、驅動輪160及第二變流器(Inverter)170。此外電力轉換系統100尚包括車載電力源180及高低壓直流轉換器190等，然因內燃機引擎120、雙向直流轉換器140、驅動輪160、車載電力源180及高低壓直流轉換器190等並非本揭露的重點，故在此省略詳細描述其相關電路或結構。

本揭露的電力轉換系統100是將如第2圖中耦接於啟動發電機110的第一變流器130取代車載充電器，或是將如第3圖中耦接於牽引馬達150的第二變流器170取代車載充電器，因此在本揭露的實施例中至少可以省略車載充電器210的電路及元件，簡化電力轉換系統100的電路架構。又由於第2圖中的第一變流器130與第3圖的第二變流器170的電路是相同的，因此如第4圖所示本揭露電力轉換系統的實施例電路架構圖，僅以一組變流器及一組三相驅動馬達的電路來說明。

如第4圖的實施例中，電力轉換系統100是耦接於外部電力源200與電池組300之間，而外部電力源200更連接一整流單元201，如橋式整流器，用以將外部電力源200的交流電力整流成直流電力。而電池組300更並聯一濾波單元301，如電容器，用以濾波對電池組300充電的充電電壓。在此要說明的是，在後面所描述的外部電力源200皆是指已連接整流單元201後所提供的直流電力。

如第4圖的實例中，電力轉換系統100包括一三相驅動馬達410、三組功率開關組420、一第一開關元件430、至少一第二開關元件440及一控制單元500，上述的三相驅動馬達410可以是如第2圖的啟動發電機110，或是如第3圖的牽引馬達150，而此三相驅動馬達410具有三相驅動線圈，包括第一相至第三相驅動線圈Ls1、Ls2、Ls3，此第一相至第三相驅動線圈皆連接一共接端V1。而上述的三組功率開關組420耦接於外部電力源200與電池組300之間，此三組功率開關組420可以是如第2圖的第一變流器130，或是如第2圖的第二變流器170，而此三組功率開關組420分別耦接三相驅動線圈Ls1、Ls2、Ls3。

在如第4圖所示的實施例中，上述三組功率開關組420包括六個功率開關元件相互串並聯組成，其中第一組功率開關組421為第一功率開關元件S1串聯一第二功率開關元件S2，而第一相驅動線圈Ls1耦接於第一及第二功率開關元件S1、S2的串接端；其中第二組功率開關組422為第三功率開關元件S3串聯第四功率開關元件S4，而第二相驅動線圈Ls2耦接於第三及第四功率開關元件S3、S4的串接端；其中第三組功率開關組423為第五功率開關元件S5串聯第六功率開關元件S6，而第三相驅動線圈Ls3耦接於第五及第六功率開關元件S5、S6的串接端。在本實施例中，上述第一至第六功率開關元件S1~S6皆可以為一絕緣閘雙極性電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)，當然也可以為其它的電子開關元件，本揭露並非對功率開關元件加以限制。另外在本實施例中，上述第一至第六功率開關元件S1~S6中每一功率開關元件之兩端皆跨接一逆向的旁路二極體。

而上述第一開關元件430，如一繼電器，耦接於任二組功率開關組420之間，在第4圖的實施例中，第一開關元件430是位於第一組與第二組功率開關組421、422之間，換言之，第一開關元件430的一端連接於第一功率開關元件S1，而第一開關元件430之另一端連接於第三功率開關元件S3。然而本揭露第一開關元件430的連接方式並非被第4圖實施例所限制，意謂第一開關元件430尚可位於第二組與第三組功率開關組422、423之間，即第一開關元件430的兩端分別連接第三與第五功率開關元件S3、S5。或者第一開關元件430的兩端分別連接第二與第四功率開關元件S2、S4。或者第一開關元件430的兩端分別連接第四功與第六率開關元件S4、S6。

上述第二開關元件440耦接於外部電力源200與三組功率開關組420之間，換言之，第二開關元件440是耦接於外部電力源200與上述第一變流器130或第二變流器170之間，而在第4圖的實施例中，本揭露的第二開關元件440有二個，分別耦接於整流單元201的二輸出端與三組功率開關組420之間。而本揭露中上述第一開關元件430受控制單元500的控制信號K1控制導通或斷路、二個第二 開關元件440分別受控制信號K2、K3控制導通或斷路、及六個功率開關元件S1~S6分別受控制信號g1~g6控制導通或斷路。

本揭露首先要說明的是升壓充電模式的電路動作原理，在本揭露實施例中變流器(即前述的三組功率開關組420)操作升壓充電模式(Boost Model)時，是指當外部電力源200的輸入電壓小於上述變流器的輸出電壓時。如第5圖及第6圖所示，為一升壓充電模式時的一實施例第一電流路徑及第二電流路徑示意圖。本揭露當於升壓充電模式時，如第5圖之實施例所示，第一開關元件430被控制成斷路，而第二開關元件440則被控制成導通，而藉由上述控制單元控制耦接於第一開關元件430兩端的第一組功率開關組421及第二組功率開關組422，第一功率開關元件S1導通及第四功率開關元件S4導通，其餘功率開關元件S2、S3、S5、S6皆斷路，如此可形成第一電流路徑於外部電力源200與第一相驅動線圈Ls1與第二相驅動線圈Ls2之間。此時，第一相驅動線圈Ls1與第二相驅動線圈Ls2形成一儲能電感，而此第一電流路徑為外部電力源200的直流電力經第一功率開關元件S1及第四功率開關元件S4儲存電力於第一相驅動線圈Ls1與第二相驅動線圈Ls2所形成的儲能電感中。

接著如第6圖所示，再控制所有功率開關元件S1~S6皆斷路，形成第二電流路徑於電池組300與第一驅動線圈Ls1與第二驅動線圈Ls2之間，此時儲存於第一驅動線圈Ls1與第二驅動線圈Ls2所形成儲能電感上的直流電力會產生一充電電壓，而此第二電流路徑在第二驅動線圈Ls2端是經第三功率開關元件S3的旁路二極體至電池組300的正端，並由電池組300的負端流出並經由第二功率開關元件S2的旁路二極體至第一驅動線圈Ls1，使得充電電壓對電池組300進行充電。

因此，本揭露的第一電流路徑是由外部電力源200的一端經第一組功率開關組421至第一相驅動線圈Ls1，而外部電力源200的另一端可以經第二組功率開關組422至第二相驅動線圈Ls2，形成第一相驅動線圈Ls1與第二相驅動線圈Ls2之間的儲能迴路，或者外部電力源200的另一端可以經第三組功率開關組423至第三相驅動 線圈Ls3，形成第一相驅動線圈Ls1與第三相驅動線圈Ls3之間的儲能迴路。相對地，本揭露的第二電流路徑由是電池組300的一端經第一組功率開關組421至第一相驅動線圈Ls1，而電池組300的另一端可以經第二組功率開關組422至第二相驅動線圈Ls2，形成第一相驅動線圈Ls1與第二相驅動線圈Ls2之間的放電迴路，或者電池組300的另一端可以經第三組功率開關組423至第三相驅動線圈Ls3，形成第一相驅動線圈Ls1與第三相驅動線圈Ls3之間的放電迴路。而上述第一電流路徑與第二電流路徑亦可藉由流經功率開關元件旁所跨接的旁路二極體形成迴路。

而在另一實施例中第一開關元件430是位於第二組功率開關組422與第三組功率開關組423之間，如第7圖及第8圖所示，為升壓充電模式的另一實施例的第一電流路徑及第二電流路徑的示意圖。如第7圖，可控制第一功率開關元件S1導通及第六功率開關元件S6導通，其餘功率開關元件S2~S5皆斷路，如此可形成第一電流路徑於外部電力源200與第一相驅動線圈Ls1與第三相驅動線圈Ls3之間。而第一相驅動線圈Ls1與第三相驅動線圈Ls3形成一儲能電感，此第一電流路徑為外部電力源200的直流電力經第一功率開關元件S1及第六功率開關元件S6儲存電力於一相驅動線圈Ls1與第三相驅動線圈Ls3所形成的儲能電感中。接著如第8圖，再控制第一功率開關元件S1導通，其餘功率開關元件S2~S6皆斷路，形成第二電流路徑於電池組300與第一相驅動線圈Ls1與第三相驅動線圈Ls3之間，此時儲存於第一相驅動線圈Ls1與第三相驅動線圈Ls3所形成儲能電感上的直流電力會產生一充電電壓，而此第二電流路徑在第三驅動線圈Ls3端是經第五開關元件S5的旁路二極體至電池組300的正端，而第一驅動線圈Ls1端是經第一功率開關元件S1、二個第二開關元件440及外部電力源200的整流單元至電池組300的負端，使充電電壓對電池組300進行充電。

因此，本揭露的第一電流路徑是由外部電力源200的一端可以經第一組功率開關組421至第一相驅動線圈Ls1，或者外部電力源200的一端可以經第二組功率開關組422至第二相驅動線圈Ls2，而 外部電力源200的另一端可以經第三組功率開關組423至第三相驅動線圈Ls3，形成第一相驅動線圈Ls1與第三相驅動線圈Ls3之間的儲能迴路，或者形成第二相驅動線圈Ls2與第三相驅動線圈Ls3之間的儲能迴路。相對地，本揭露的第二電流路徑可以由電池組300的一端經第一組功率開關組421至第一相驅動線圈Ls1，或者可以由電池組300的一端經第二組功率開關組422至第二相驅動線圈Ls2，而電池組300的另一端經第三組功率開關組423至第三相驅動線圈Ls3，形成第一相驅動線圈Ls1與第三相驅動線圈Ls3之間的放電迴路，或者形成第二相驅動線圈Ls2與第三相驅動線圈Ls3之間的放電迴路。而上述第一電流路徑與第二電流路徑亦可藉由流經功率開關元件旁所跨接的旁路二極體形成迴路。

本揭露要強調的是，第一開關元件430可以耦接於任二組功率開關組420之間，且六個功率開關元件S1~S6中可同時控制耦接於第一開關元件430兩端的其中一個或二個功率開關元件導通，其餘功率開關元件斷路而形成第一電流路徑及第二電流路徑，其中功率開關元件的導通或斷路組合變化皆是為形成第一相/第二相驅動線圈、第一相/第三相驅動線圈或第二相/第三相驅動線圈組成儲能電感，其電路原理皆相同，本揭露不再贅述。

接著本揭露再舉例說明降壓充電模式的電路動作原理：在本揭露實施例中變流器(即前述的三組功率開關組420)操作降壓充電模式(Buck Model)時，是指當外部電力源200的輸入電壓大於上述變流器的輸出電壓時，反之則操作於升壓充電模式(Boost Model)。而本揭露的降壓充電模式是交錯式降壓模式，如第9圖及第10圖所示，為一交錯式降壓充電模式第一時序時的第一電流路徑及第二電流路徑示意圖。本揭露當於交錯式降壓充電模式時，如第9圖之實施例所示，第一開關元件430斷路，第二開關元件440導通，第一開關元件430是耦接於第二組與第三組功率開關組422、423之間，此時控制第一組功率開關組421與第二組功率開關組422交錯切換，換言之，控制第三功率開關元件S3落後第一功率開關元件S1 180度導通。

當一第一時序時，第一功率開關元件S1導通，形成第一電流路徑如第9圖，外部電力源200的直流電力經第一功率開關元件S1及第五功率開關元件S5的旁路二極體儲存電力於第一相與第三相驅動線圈Ls1、Ls3所形成的儲能電感上，接著將第一功率開關元件S1斷路，形成如第10圖的第二電流路徑，此時儲存於第一相與第三相驅動線圈Ls1、Ls3上的直流電力會經第五功率開關元件S5的旁路二極體及第二功率開關元件S2的旁路二極體對電池組300充電。

當一第二時序時，第二時序落後第一時序180度，第三功率開關元件S3導通，形成如第11圖的第一電流路徑，外部電力源200的直流電力經第三功率開關元件S3及第五功率開關元件S5的旁路二極體儲存電力於第二相與第三相驅動線圈Ls2、Ls3所形成的儲能電感上，接著將第三功率開關元件S3斷路，形成如第12圖的第二電流路徑，此時儲存於第二相與第三相驅動線圈Ls2、Ls3上的直流電力會經第五功率開關元件S5的旁路二極體及第四功率開關元件S4的旁路二極體對電池組300充電。如此藉由交錯切換第一組功率開關組421與第二組功率開關組422的方式，可以交錯地對第一/三相驅動線圈Ls1、Ls3儲能，或第二/三相驅動線圈Ls2、Ls3儲能，並交錯地對電池組300充電，以縮短對電池組300充電的時間。

本揭露要強調的是，在降壓充電模式時，第一電流路徑是藉由控制第一開關元件430兩端的其中一個或二個功率開關元件導通，其餘功率開關元件斷路所形成，但第二電流路徑則可以控制所有其中一個功率開關元件通導，或者所有的功率開關元件皆斷路，而由功率開關元件的旁路二極體來形成第二電流路徑，如第10圖及第12圖之實施例，而上述的任意組合變化皆是為形成第一相/第二相驅動線圈、第一相/第三相驅動線圈或第二相/第三相驅動線圈組成儲能電感，其電路原理皆相同，本揭露不再贅述。

請再參閱第4圖，本揭露實施例中的控制單元500更包括一外部電流偵測端510及一電池電壓偵測端520，其中外部電流偵測端510耦接於外部電力源200的一端，用以於升/降壓充電模式時偵測 外部電力源200之電流訊號，產生控制第一開關元件430斷路的控制信號K1，產生控制第二開關元件440導通的控制信號K2、K3，以及產生控制六個功率開關元件S1~S6導通或斷路的控制信號g1~g6。而其中電池電壓偵測端520則耦接於電池組300的一端，用以於驅動模式時偵測電池組300的充電電壓訊號，產生控制六個功率開關元件S1~S6的切換控制信號g1~g6，以及產生控制第一開關元件430導通的控制信號K1及控制第二開關元件440斷路的控制信號K2、K3。

本揭露在驅動模式時是由電池組300提供直流電力經第一變流器130或第二變流器170轉變為交流電後驅動啟動發電機110運轉發電，或是驅動牽引馬達150運轉以帶動驅動輪轉動。而驅動模式非本揭露的重點，因此簡單說明電路動作原理，電池組300輸出的直流電力流經三組功率開關組420時，上述的控制單元500輸出的閘極信號g1~g6會適當地控制第一至第六功率開關元件S1~S6導通或斷路，藉此產生三相交流電力驅動三相驅動馬達410運轉。

另外本揭露更提出一種雙充電系統的電力轉換系統，如第13圖及第14圖所示，第13圖為本揭露電力轉換系統的雙充電實施例方塊圖，第14圖為雙充電實施例電路架構圖。本揭露利用2組的電力轉換系統100，一組為耦接啟動發電機110的第一變流器130，即三組第一功率開關模組610，另一組為耦接於牽引馬達150的第二變流器170，即三組第二功率開關模組710，且一併耦接於外部電力源200與電池組300之間。三組第一功率開關模組610分別耦接啟動發電機110的三相第一驅動線圈600，三組第二功率開關模組710分別耦接牽引馬達150的三相第二驅動線圈700，使得當於升/降壓充電模式時，至少其中二相的第一驅動線圈600形成第一儲能電感，以儲存外部電力源200的直流電力，並產生第一充電電壓，且至少其中二相的第二驅動線圈700形成第二儲能電感，以儲存外部電力源200的直流電力，並產生第二充電電壓，而上述的第一充電電壓與第二充電電壓可以同步或交錯的方式對電池組300充電。

同樣地，在任二組第一功率開關模組610之間耦接有第一開關 元件620，在外部電力源200與第一功率開關模組610之間耦接有第二開關元件630，如第14圖的實施例中，第二開關元件630可以有二個，分別耦接於外部電力源200的二輸出端與第一功率開關模組610之間。而在任二組第二功率開關模組710之間耦接有第三開關元件720，且在外部電力源200與第三功率開關元件720之間耦接有第四開關元件730，同樣地，第四開關元件730也可以有二個，分別耦接於外部電力源200的二輸出端與第三功率開關元件720之間。

如第14圖所示，上述三組第一功率開關模組610中，第一組第一功率開關組611為第一功率開關元件S1串聯第二功率開關元件S2，第二組第一功率開關組612為第三功率開關元件S3串聯第四功率開關元件S4，第三組第一功率開關組613為第五功率開關元件S5串接第六功率開關元件S6，而上述第一相的第一驅動線圈Ls1耦接於第一及第二功率開關元件S1、S2的串接端，上述第二相的第一驅動線圈Ls2耦接於第三及第四功率開關元件S3、S4的串接端，上述第三相的第一驅動線圈Ls3耦接於第五及第六功率開關元件S5、S6的串接端。而在本揭露的實施例中，上述的第一至第六功率開關元件S1~S6可以為一絕緣閘雙極性電晶體。且在上述第一至第六功率開關元件S1~S6中每一功率開關元件之兩端皆跨接一逆向的旁路二極體。

同樣地，上述三組第二功率開關模組710中，第一組第二功率開關組711為第七功率開關元件S7串聯第八功率開關元件S8，第二組第二功率開關組712為第九功率開關元件S9串聯第十功率開關元件S10，第三組第二功率開關組713為第十一功率開關元件S11串接第十二功率開關元件S12，而上述第一相的第二驅動線圈Ls4耦接於第七及第八功率開關元件S7、S8的串接端，上述第二相的第二驅動線圈Ls5耦接於第九及第十功率開關元件S9、S10的串接端，上述第三相的第二驅動線圈Ls6耦接於第十一及第十二功率開關元件S11、S12的串接端。而在本揭露的實施例中，上述的第七至第十二功率開關元件S7~S12可以為一絕緣閘雙極性電晶體。且 在上述第一至第六功率開關元件S7~S12中每一功率開關元件之兩端皆跨接一逆向的旁路二極體。

在如第14圖的實施例中，第一開關元件620是耦接於第一組第一功率開關模組611與第二組第一功率開關模組612之間，而第三開關元件720則是耦接於第二組與第三組第二功率開關模組712、713之間，本揭露的其它實施例也可以第一開關元件620耦接第二組與第三組的第一功率開關模組612、613之間，而第三開關元件720也可以耦接於第一組與第二組的第二功率開關模組711、712之間。

經由如上述第一開關元件620與第三開關元件720的耦接位置，當於升/降壓充電模組式時，第一開關元件620與第三開關元件720斷路，而第二開關元件630與第四開關元件730導通，此時經切換耦接於第一開關元件620兩端的二組第一功率開關模組610形成第一電流路徑於外部電力源200與第一儲能電感之間，使第一儲能電感儲存直流電力；並形成第二電流路徑於電池組300與第一儲能電感之間，使儲存於第一儲能電感上的直流電力產生第一充電電壓對電池組300充電。同時經切換耦接於第三開關元件720兩端的二組第二功率開關模組710形成第四電流路徑於外部電力源200與第二儲能電感之間，使第二儲能電感儲存直流電力；並形成第二電流路徑於電池組300與第二儲能電感之間，使儲存於第二儲能電感上的直流電力產生第一充電電壓對電池組300充電。

而上述升/降壓充電模式下的第一電流路徑與第二電流路徑會因第一開關元件620所耦接位置的不同而有所變化，但都會使外部電力源200的直流電力儲存於第一儲能電感上，再產生第一充電電壓對電池組300充電。而第三電流路徑與第四電流路徑會因第三開關元件720所耦接的位置不同而有所變化，同樣地會使外部電力源200的直流電力儲存於第二儲能電感上，再產生第二充電電壓對電池組300充電，其每一電流路徑、儲能迴路與放電迴路的動作原理皆上述第5圖至第12圖相同，因此就不再重覆描述。

本揭露要強調的是：本揭露的二組的電力轉換系統可同時對 電池組300充電，或者可交錯式的對電池組300充電。換言之，當第一儲能電感進行電力儲能時，第二儲能電感進行放電，產生第二充電電壓而對電池組300充電，而當第一儲能電感進行放電，產生第一充電電壓對電池組300充電時，第二儲能電感進行電力儲能，如此可縮短對電池組300的充電時間。而本揭露的二組電力轉換系統中的第一至第四開關元件及第一功率開關元件至第十二功率開關元件皆可受同一個控制器進行同步的控制。

綜上所述，雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電力轉換系統

200‧‧‧外部電力源

201‧‧‧整流單元

300‧‧‧電池組

301‧‧‧濾波單元

410‧‧‧三相驅動馬達

420‧‧‧功率開關組

430‧‧‧第一開關元件

440‧‧‧第二開關元件

Ls1、Ls2、Ls3‧‧‧驅動線圈

S1、S2、S3、S4、S5、S6‧‧‧功率開關元件

V1‧‧‧共接端

500‧‧‧控制單元

510‧‧‧外部電流偵測端

520‧‧‧電池電壓偵測端

K1、K2、K3、g1~g6‧‧‧控制信號

Claims (48)

1. 一種電動車輛之電力轉換系統，包括：一三相驅動馬達，具有三相驅動線圈；三組功率開關組，耦接於一外部電力源與一電池組之間，該些功率開關組分別耦接該三相驅動線圈；以及一第一開關元件，耦接於任二組功率開關組之間；其中，當於一升/降壓充電模式時，該第一開關元件斷路，經切換耦接於該第一開關元件兩端之該二組功率開關組，形成一第一電流路徑於該外部電力源與該些驅動線圈之間，使該些驅動線圈形成一儲能電感，用以儲存該外部電力源之一直流電力；並形成一第二電流路徑於該電池組與該驅動線圈之間，使儲存於該儲能電感上的該直流電力產生一充電電壓對該電池組充電。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該外部電力源更連接一整流單元，用以將該外部電力源的交流電力整流成該直流電力。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該電池組並聯一濾波單元，用以濾波該充電電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中更包括：至少一第二開關元件，耦接於該外部電力源與該些功率開關組之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第二開關元件具有二個，分別耦接於該外部電力源的二輸出端與該些功率開關組之間。
6. 如申請專利範圍第4項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該三組功率開關組包括：一第一組功率開關組，為一第一功率開關元件串聯一第二功率開關元件，其中一第一相驅動線圈耦接於該第一及第二功率開關元件的串接端；一第二組功率開關組，為一第三功率開關元件串聯一第四功 率開關元件，其中一第二相驅動線圈耦接於該第三及第四功率開關元件的串接端；及一第三組功率開關組，為一第五功率開關元件串聯一第六功率開關元件，其中一第三相驅動線圈耦接於該第五及第六功率開關元件的串接端。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第一至第六功率開關元件皆為一絕緣閘雙極性電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第一開關元件耦接於該第一組功率開關組與該第二組功率開關組之間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第一電流路徑為該外部電力源的一端經該第一組功率開關組至該第一相驅動線圈，而該外部電力源的另一端經該第二組功率開關組至該第二相驅動線圈，或經該第三組功率開關組至該第三相驅動線圈。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第二電流路徑為該電池組之一端經該第一組功率開關組至該第一相驅動線圈，而該電池組之另一端經該第二組功率開關組至該第二相驅動線圈，或經該第三組功率開關組至該第三相驅動線圈。
11. 如申請專利範圍第10項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第一至第六功率開關元件中每一該功率開關元件之兩端皆跨接一逆向的旁路二極體，而該第一與第二電流路徑可藉由流經該些功率開關元件之該旁路二極體形成迴路。
12. 如申請專利範圍第6項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第一開關元件耦接於該第二組功率開關組與該第三組功率開關組之間。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第一電流路徑為該外部電力源的一端經該第一組功率 開關元件至該第一相驅動線圈，或經該第二功率開關組至該第二相驅動線圈，該外部電力源的另一端該第三組功率開關組至該第三相驅動線圈。
14. 如申請專利範圍第13項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第二電流路徑為該電池組之一端經該第一組功率開關組至該第一相驅動線圈，或經該第二組功率開關組至該第二相驅動線圈，而該電池組之另一端經該第三組功率開關組至該第三相驅動線圈。
15. 如申請專利範圍第14項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第一至第六功率開關元件中每一該功率開關元件之兩端皆跨接一逆向的旁路二極體，而該第一與第二電流路徑可藉由流經該些功率開關元件之該旁路二極體形成迴路。
16. 如申請專利範圍第4項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中更包括：一控制單元，控制該些功率開關組、該第一開關元件及該第二開關元件的切換導通或斷路；當於該升/降壓充電模式時，該控制單元控制該第一開關元件斷路，且控制該第二開關元件導通，並於一驅動模式時，控制該第一開關元件導通，且控制該二開關元件斷路。
17. 如申請專利範圍第16項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該控制單元更包括一外部電流偵測端，耦接於該外部電力源之一端，用以於該升/降壓充電模式時，偵測該外部電力源之電流訊號，以產生控制該些功率開關組切換的控制訊號，以及產生該第一開關元件斷路及該第二開關元件導通之控制信號。
18. 如申請專利範圍第16項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該控制單元更包括一電池電壓偵測端，耦接於該電池組之一端，用以於該驅動模式時，偵測該電池組之電壓訊號，產生控制該些功率開關組切換的控制訊號，以及產生該第一開關元件導通及該第二開關元件斷路之控制信號。
19. 如申請專利範圍第16項所述之電動車輛之電力轉換系 統，其中該三相驅動馬達為一啟動發電機(Integrated Starter Generator,ISG)，且該啟動發動機更耦接一內燃機引擎(Internal Combustion Engine,ICE)，當於該驅動模式時，該控制單元控制該些功率開關組之切換，使該電池組提供電力驅動該啟動發動機運轉，以啟動該內燃機引擎。
20. 如申請專利範圍第16項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該三相驅動馬達為一牽引馬達(Traction Motor)，該牽引馬達更耦接一驅動輪(Wheel)，當於該驅動模式時，該控制單元控制該些功率開關組之切換，使該電池組提供電力驅動該牽引馬達運轉，牽動該驅動輪轉動。
21. 一種電動車輛之電力轉換系統，包括：一啟動發電機，具有三相第一驅動線圈；三組第一功率開關模組，耦接於一外部電力源與一電池組之間，該些第一功率開關模組分別耦接該三相第一驅動線圈；一第一開關元件，耦接於任二組第一功率開關模組之間；一牽引馬達，具有三相第二驅動線圈；及三組第二功率開關模組，耦接於該外部電力線該電池組之間，該些第二功率開關模組分別耦接該三相第二驅動線圈；其中，當於一升/降壓充電模式時，至少二相的該第一驅動線圈形成一第一儲能電感，用以儲存該外部電力源之一直流電力，產生一第一充電電壓，至少二相的該第二驅動線圈形成一第二儲能電感，用以儲存該直流電力產生一第二充電電壓，且該第一充電電壓與該第二充電電壓同步或交錯地對該電池組充電；其中，當於該升/降壓充電模式時，該第一開關元件斷路，經切換耦接於該第一開關元件兩端之該二組第一功率開關模組，形成一第一電流路徑於該外部電力源與該第一儲能電感之間，使該第一儲能電感儲存該直流電力；並形成一第二電流路徑於該電池組與該第一儲能電感之間，使儲存於該第一儲能電感上的該直流電力產生該第一充電電壓對該電池組充電。
22. 如申請專利範圍第21項所述之電動車輛之電力轉換系 統，其中該外部電力源更耦接一整流元件，用以將該外部電力源的交流電力整流成該直流電力。
23. 如申請專利範圍第21項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該電池組並聯一濾波器，用以濾波該充電電壓。
24. 申請專利範圍第21項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中更包括：至少一第二開關元件，耦接於該外部電力源與該三組第一功率開關模組之間。
25. 如申請專利範圍第24項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第二開關元件具有二個，分別耦接於該外部電力源的二輸出端與該三組第一功率開關模組之間。
26. 如申請專利範圍第21項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該三組第一功率開關模組包括：一第一組第一功率開關模組，為一第一功率開關元件串聯一第二功率開關元件，其中一第一相第一驅動線圈耦接於該第一及第二功率開關元件的串接端；一第二組第一功率開關模組，為一第三功率開關元件串聯一第四功率開關元件，其中一第二相第一驅動線圈耦接於該第三及第四功率開關元件的串接端；及一第三組第一功率開關模組，為一第五功率開關元件串聯一第六功率開關元件，其中一第三相第一驅動線圈耦接於該第五及第六功率開關元件的串接端。
27. 如申請專利範圍第26項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第一至第六功率開關元件皆為一絕緣閘雙極性電晶體。
28. 如申請專利範圍第26項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第一開關元件耦接於該第一組第一功率開關模組與該第二組第一功率開關模組之間。
29. 如申請專利範圍第28項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第一電流路徑為該外部電力源的一端經該第一組第一功率開關模組至該第一相第一驅動線圈，而該外部電力源的另一 端經該第二組第一功率開關模組至該第二相第一驅動線圈，或經該第三組第一功率開關模組至該第三相第一驅動線圈。
30. 如申請專利範圍第29項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第二電流路徑為該電池組的一端經該第一組第一功率開關模組至該第一相第一驅動線圈，而該電池組的另一端經該第二組第一功率開關模組至該第二相第一驅動線圈，或經該第三組第一功率開關模組至該第三相第一驅動線圈。
31. 如申請專利範圍第26項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第一開關元件耦接於該第二組第一功率開關模組與該第三組第一功率開關模組之間。
32. 如申請專利範圍第31項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第一電流路徑為該外部電力源的一端經該第一組第一功率開關模組至該第一相第一驅動線圈，或經該第二組第一功率開關模組至該第二相第一驅動線圈，而該外部電力源的另一端經該第三組第一功率開關至該第三相第一驅動線圈。
33. 如申請專利範圍第32項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第二電流路徑為該電池組的一端經該第一組第一功率開關模組至該第一相第一驅動線圈，或經該第二組第一功率開關模組至該第二相第一驅動線圈，而該電池組的另一端經該第三組第一功率開關模組至該第三相第一驅動線圈。
34. 如申請專利範圍第24項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中更包括：一控制單元，耦接於該三組第一功率開關模組、該第一開關元件及該第二開關元件；當於該升/降壓充電模式時，該控制單元控制該第一開關元件斷路，且控制該第二開關元件導通，並於一驅動模式時，控制該第一開關元件導通，且控制該二開關元件斷路。
35. 如申請專利範圍第34項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該控制單元更包括：一外部電流偵測端，耦接於該外部電力源之一端，用以於該 升/降壓充電模式時，偵測該外部電力源之電流訊號，產生控制該三組第一功率開關模組切換的控制訊號，以及產生該第一開關元件斷路及該第二開關元件導通之控制信號：以及一電池電壓偵測端，耦接於該電池組之一端，用以於該驅動模式時，偵測該電池組之電壓訊號，產生控制該三組第一功率開關模組切換的控制訊號，以及產生該第一開關元件導通及該第二開關元件斷路之控制信號。
36. 如申請專利範圍第21項所述之電動車輛之電力轉換系統，更包括：一第三開關元件，耦接於任二組第二功率開關模組之間；其中當於該升/降壓充電模式時，該第三開關元件斷路，經切換耦接於該第三開關元件兩端之該二組第二功率開關模組，形成一第三電流路徑於該外部電力源與該第二儲能電感之間，使該第二儲能電感儲存該直流電力；並形成一第四電流路徑於該電池組與該第二儲能電感之間，使儲存於該第二儲能電感上的該直流電力產生該第二充電電壓對該電池組充電。
37. 如申請專利範圍第36項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中更包括：至少一第四開關元件，耦接於該外部電力源與該三組第二功率開關模組之間。
38. 如申請專利範圍第37項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第四開關元件具有二個，分別耦接於該外部電力源的二輸出端與該三組第二功率開關模組之間。
39. 如申請專利範圍第36項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該三組第二功率開關模組包括：一第一組第二功率開關模組，為一第七功率開關元件串聯一第八功率開關元件，其中一第一相第二驅動線圈耦接於該第七及第八功率開關元件的串接端；一第二組第二功率開關模組，為一第九功率開關元件串聯一第十功率開關元件，其中一第二相第二驅動線圈耦接於該第九及 第十功率開關元件的串接端；及一第三組第二功率開關模組，為一第十一功率開關元件串聯一第十二功率開關元件，其中一第三相第二驅動線圈耦接於該第十一及第十二功率開關元件的串接端。
40. 如申請專利範圍第39項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第七至第十二功率開關元件皆為一絕緣閘雙極性電晶體。
41. 如申請專利範圍第39項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第三開關元件耦接於該第一組第二功率開關模組與第二組第二功率開關模組之間。
42. 如申請專利範圍第41項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第三電流路徑為該外部電力源的一端經該第一組第二功率開關模組至該第一相第二驅動線圈，而該外部電力源的另一端經該第二組第二功率開關模組至該第二相第二驅動線圈，或經該第三組第二功率開關模組至該第三相第二驅動線圈。
43. 如申請專利範圍第42項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第四電流路徑為該電池組的一端經該第一組第二功率開關模組至該第一相第二驅動線圈，而該電池組的另一端經該第二組第二功率開關模組至該第二相第二驅動線圈，或經該第三組第二功率開關模組至該第三相第二驅動線圈。
44. 如申請專利範圍第39項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第三開關元件耦接於該第二組第二功率開關模組與該第三組第二功率開關模組之間。
45. 如申請專利範圍第44項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第三電流路徑為該外部電力源的一端經該第一組第二功率開關模組至該第一相第二驅動線圈，或經該第二組第二功率開關模組至該第二相第二驅動線圈，而該外部電力源的另一端經該第三第二功率開關模組至該第三相第二驅動線圈。
46. 如申請專利範圍第45項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該第四電流路徑為該電池組的一端經該第一組第二功率 開關模組至該第一相第二驅動線圈，或經該第二組第二功率開關模組至該第二相第一驅動線圈，而該電池組的另一端經該第三組第一功率開關模組至該第三相第二驅動線圈。
47. 如申請專利範圍第37項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中更包括：一控制單元，耦接於該三組第二功率開關模組、該第三開關元件及該第四開關元件；當於該升/降壓充電模式時，該控制單元控制該第三開關元件斷路，且控制該第四開關元件導通，並於一驅動模式時，控制該第三開關元件導通，且控制該四開關元件斷路。
48. 如申請專利範圍第47項所述之電動車輛之電力轉換系統，其中該控制單元更包括：一外部電流偵測端，耦接於該外部電力源之一端，用以於該升/降壓充電模式時，偵測該外部電力源之電流訊號，產生控制該三組第二功率開關模組切換的控制訊號，以及產生該第三開關元件斷路及該第四開關元件導通之控制信號：以及一電池電壓偵測端，耦接於該電池組之一端，用以於該驅動模式時，偵測該電池組之電壓訊號，產生控制該三組第二功率開關模組切換的控制訊號，以及產生該第三開關元件導通及該第四開關元件斷路之控制信號。