專利名稱：電池充電裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電池充電裝置，并且更具體地，涉及ー種公共地使用車載充電器(OBC)中的電カ變換結構以使得在高電壓電池被交流(AC)電カ充電時同樣使輔助電池被AC電カ充電的電池充電裝置。
背景技術：
由于環境破壞導致的全球變暖、高油價等問題，電動車輛的發展 近年來在汽車エ業中得到迅速進步。目前，世界上的主要汽車制造商正在進行研究和開發以制造電動車輛作為他們的主要車輛。電動車輛不排放廢氣并且噪聲很小。在1873年，電動車輛比汽油車輛更早地被制造出來。然而，由于沉重的電池和長的充電時間，電動車輛未被降低實際使用。另外，隨著近年來污染問題變得日益嚴重，電動車輛再次得到發展。然而，由于可充電電池的使用次數受到限制，単獨使用電池不能確保遠距離的行駛。因此，在目前的市場中，北美正在積極地出售使用諸如礦物燃料和電池這樣的兩種類型的能源的混合車輛。由日本的Toyota Motor Corporation制造的Prius是混合車輛的代表。Prius包括汽油發動機、能夠將車輛制動時恢復的動能轉換為電能的交流發電機以及電動機。另外，在電動車輛的情況下，提供了使用可充電電池(也就是說，改進了輔助電池的性能)、具有與已有電池不同特性的燃料電池等的方法。因此，已經逐漸解決了由電動車輛中的電池充電和頻繁更換周期所導致的現有問題。在ー些小型電動車輛而不是用于通常公路行駛的電動車輛的情況下，電動車輛已經商品化并且被廣泛使用。例如，電動車輛被廣泛用于高爾夫球場中的高爾夫球車、體育場館中用于運送運動員和設備的車輛、室內行駛車輛、室內清潔車輛等，并且預期電動車輛將迅速分配并應用于商業車輛和私家車。電動車輛和混合車輛都對它們所安裝的高電壓電池進行充電，并且使用高電壓電池作為動カ源。車輛配備有作為驅動力的高電壓電池以及用于操作電子控制単元(ECU)的輔助電池。如圖I所示，現有的電池充電裝置包括AC電カ11、車載充電器(OBC) 12、輔助電池13、高電壓電池14和直流-直流(DC-DC)變換器(LDC) 15。為了對高電壓電池14充電，OBC 12需要被配置為將商用AC電カ11變換為高電壓的聞電壓充電單兀121。然而，現有的電池充電裝置I被設計為單獨對高電壓電池14充電并且如果使用點火(IGN)電カ的ECU在充電期間工作則消耗輔助電池13。因此，如果輔助電池13的電壓降低，則電池充電裝置I需要操作LDC 15以對輔助電池13充電。另外，由于很難確定輔助電池13需要充電，因此難以對輔助電池13進行有效的電壓管理。
另外，由于LDC 15通過在高電壓電池14中將高電壓變換為低電壓的過程來用輔助電壓對輔助電池13充電，因此消耗了高電壓電池14中的高電壓。因此，高電壓電池14的充電/放電的次數増加，縮短了高電壓電池14的使用壽命。
發明內容
本發明的方面涉及ー種電池充電裝置，該電池充電裝置能夠通過在OBC中公共地使用電カ變換結構以單個AC電カ對高電壓電池和輔助電池充電。根據本發明的實施方式，該電池充電裝置包括混合電カ變換單元，其被配置成使用公共的變壓器來將AC電カ21分別變換為用于對高電壓電池充電的第一電壓和用于對輔助電池充電的第二電壓；高電壓充電單元，其被配置成降低從所述混合電カ變換單元輸出的所述第一電壓，并且使用降低的第一電壓對所述高電壓電池充電；輔助電壓充電單元，其被配置成降低從所述混合電カ變換單元輸出的所述第二電壓或所述高電壓電池的電壓，并且使用降低的第二電壓或降低的所述高電壓電池的電壓對所述輔助電池充電；以及開關單 元，其被配置成切換所述AC電カ與所述輔助電壓充電單元之間的電連接并且切換所述高電壓電池與所述輔助電壓充電單元之間的電連接，使得由對所述AC電カ的變換而產生的所述第二電壓或者所述高電壓電池的電壓能夠選擇性地輸入所述輔助電壓充電單元，其中在第一模式中，利用所述開關単元的切換操作來執行使用所述AC電カ對所述高電壓電池和所述輔助電池的充電，并且在第二模式中，停止使用所述AC電カ對所述高電壓電池的充電，并且利用所述開關単元的切換操作來執行使用所述高電壓電池的電壓對所述輔助電池的充電。所述混合電カ變換單元、所述高電壓充電単元、所述輔助電壓充電單元和所述開關單元可以安裝在車載充電器(OBC)上。所述變壓器可以包括初級繞組和具有不同匝數比的多個次級繞組，以將電カ變換為所述第一電壓和所述第二電壓。在所述第二模式中，所述開關単元可以進行切換操作以將所述高電壓電池的電壓傳遞到所述變壓器的初級繞組的輸入端子，使得所述輔助電壓充電單元使用所述高電壓電池的電壓對所述輔助電池充電。在所述第二模式中，所述開關単元可以進行切換操作以將所述高電壓電池的電壓傳遞到所述變壓器的多個次級繞組，使得所述輔助電壓充電單元使用所述高電壓電池的電壓對所述輔助電池充電。所述開關単元可以包括第一開關單元，其被配置成對所述AC電カ的提供或中斷進行切換；以及第二開關單元，其被配置成對所述高電壓電池的電壓到所述輔助電壓充電単元的傳遞進行切換。在所述第一模式中，所述第一開關單元可以切換到接通狀態并且所述第二開關單元可以切換到截止狀態。在所述第二模式中，所述第一開關單元可以切換到截止狀態并且所述第二開關單元可以切換到接通狀態。所述變壓器可以包括初級繞組和具有不同匝數比的多個次級繞組，以將電カ變換為所述第一電壓和所述第二電壓。所述第二開關單元可以將所述高電壓電池的電壓傳遞到所述變壓器的所述初級繞組的輸入端子。所述第二開關單元可以安裝在所述高電壓電池的兩個端子之間和所述變壓器的所述初級繞組的兩個輸入端子之間。所述變壓器可以包括初級繞組和具有不同匝數比的多個次級繞組，以將電カ變換為所述第一電壓和所述第二電壓。所述第二開關單元被安裝以將所述高電壓電池的電壓傳遞到所述變壓器的所述多個次級繞組中的連接到所述高電壓充電単元的次級繞組。所述第二開關單元可以包括正向連接在所述高電壓電池的正極端子和所述變壓器的所述多個次級繞組中的連接到所述高電壓充電単元的次級繞組之間的ニ極管。該電池充電裝置還可以包括整流単元，其被配置成執行整流操作以將所述AC電力變換為DC電壓；以及功率因數校(PFC)電路，其被配置成校正所述DC電壓的功率因數， 并且將被校正了功率因數的所述DC電壓傳遞到所述混合電カ變換單元。所述高電壓充電單元和所述輔助電壓充電單元可以包括交叉式降壓變換器。
圖I是示出現有的電池充電裝置的框圖。圖2是示出根據本發明的實施方式的電池充電裝置的框圖。圖3是示出根據本發明的實施方式的電池充電裝置的詳細電路圖。圖4是示出根據本發明的實施方式的電池充電裝置的詳細電路圖。圖5是示出根據本發明的另ー實施方式的電池充電裝置的詳細電路圖。圖6是示出根據本發明的另ー實施方式的電池充電裝置的詳細電路圖。附圖標記說明2:電池充電裝置21 :AC電カ22 =OBC221 :混合電カ變換單元222:高電壓充電單元 223:輔助電壓充電單元224 :開關單元225 :整流單元226:PFC電路23:輔助電池24:高電壓電池
具體實施例方式下面將參照附圖詳細描述本發明的示例性實施方式。圖2是示出根據本發明的實施方式的電池充電裝置的框圖。參照圖2，根據本發明的實施方式的電池充電裝置2可以安裝在電動車輛(EV)或插電式混合電動車輛(PHEV)中。電池充電裝置2可以將AC電カ(110V/220V)21變換為高電壓并且用該高電壓對高電壓電池24充電，并且可以將AC電カ21變換為輔助電壓并且用該輔助電壓對輔助電池23充電。被以這種方式充電的高電壓電池24可以用作EV或者PHEV的電源，并且輔助電池23可以用于驅動安裝在車輛中的多種ECU，例如制動系統的ECU、懸掛系統的ECU、轉向系統的ECU等。電池充電裝置2包括AC電カ21、車載充電器(OBC) 22、輔助電池23和高電壓電池24。另外，電池充電裝置2的部件可以一體地形成。因此，電池充電裝置2容易安裝在由電能驅動的EV或者PHEV上。
OBC 22可以包括混合電カ變換單元221、高電壓充電單元222、輔助電壓充電單元223和開關單元224。混合電カ變換單元221、高電壓充電單元222、輔助電壓充電單元223和開關單元224可以安裝在OBC 22上。混合電カ變換單元221包括公共的變壓器。混合電カ變換單元221根據從安裝在車輛中的電池管理系統(BMS)接收到的充電指令，利用該變壓器將AC電カ21分別變換為用于對高電壓電池24充電的第一電壓和用于對輔助電池23充電的第二電壓。該變壓器公共地用于將電力變換為用于高電壓充電單兀222的第一電壓和用于輔助電壓充電單兀223的第二電壓。該變壓器的多個次級繞組，這些次級繞組具有與針對高電壓充電單元222和輔助電壓充電單元223的電カ變換相對應的 匝數比。高電壓充電單元222根據從安裝在車輛中的BMS接收到的充電指令，降低從混合電カ變換單兀221輸出的第一電壓,并且使用降低的第一電壓對高電壓電池24充電。輔助電壓充電単元223降低從混合電カ變換單元221輸出的第二電壓，并且使用降低的第二電壓對輔助電池23充電。開關單元224切換AC電カ21與輔助電壓充電單元223之間的電連接并且切換高電壓電池24與輔助電壓充電單元223之間的電連接，使得從混合電カ變換單元221輸出的第二電壓或者高電壓電池24的電壓選擇性地輸入輔助電壓充電單元223。開關單元224可以執行針對第一模式和第二模式的切換操作。第一模式是AC電力充電模式，在該模式中，供應AC電カ21，由AC電カ21對高電壓電池24充電，并且對輔助電池23輔助地充電。第二模式是非AC電カ充電模式，在該模式中，不提供AC電カ21，當輔助電池23需要充電時，利用高電壓電池24的電壓對輔助電池23充電。在第一模式中，開關單元224可以執行切換操作，使得執行利用AC電カ21對高電壓電池24和輔助電池23的充電。在第二模式中，開關單元224可以執行切換操作，使得停止利用AC電カ21對高電壓電池24的充電，并且執行利用高電壓電池24的電壓對輔助電池23的充電。開關單元224可以包括第一開關單元和第二開關單元，第一開關單元被配置為對AC電カ21的提供和中斷進行切換，第二開關單元被配置為對高電壓電池24的電壓進行切換。在第一模式中，第一開關單元切換到接通狀態并且第二開關單元切換到截止狀態。另一方面，在第二模式中，第一開關單元可以切換到截止狀態并且第二開關單元可以切換到接通狀態。下面將描述利用AC電カ21對高電壓電池24和輔助電池23充電的操作。OBC 22從BMS (未例示)接收到對高電壓電池24和輔助電池23充電的指令。因此，開關單元224進行切換操作以使得AC電カ21輸入到混合電カ變換單元221。接著，OBC22通過混合電カ變換單元221將AC電カ21變換為第一電壓，并且將第一電壓輸出到高電壓充電単元222。高電壓充電單元222降低該第一電壓并且使用降低的第一電壓對高電壓電池24充電。另外，OBC 22通過混合電カ變換單元221將AC電カ21變換為第二電壓，并且將第二電壓輸出到輔助電壓充電単元223。輔助電壓充電単元223降低該第二電壓并且使用降低的第二電壓對輔助電池23充電。另外，下面將描述使用高電壓電池24對輔助電池23充電的操作。
OBC 22從BMS (未例示)接收到對輔助電池23充電的指令。因此，開關單元224進行切換操作以使得AC電カ21不輸入到高電壓充電單元222和輔助電壓充電單元223，并且使得高電壓電池24的電カ輸入到輔助電壓充電單元223。因此，OBC 22通過變壓器的次級繞組將高電壓電池24的電カ提供給輔助電壓充電單元223。輔助電壓充電單元223降低高電壓電池24的電カ并且對輔助電池23充電。圖3和圖4是示出根據本發明的實施方式的電池充電裝置的詳細電路圖。參照圖3和圖4，電池充電裝置2可以包括整流単元225，其被配置為執行整流操作以將AC電カ21變換為DC電壓；功率因數校正(PFC)電路226，其被配置為校正DC電壓的功率因數；混合電カ變換單元221 ;高電壓充電單元222 ;輔助電壓充電單元223 ;以及開關單元224。電池充電裝置2還可以包括位于整流単元225的前端的電磁干擾(EMI)濾波器；電流控制電路；以及電壓控制電路。
整流單元225對AC電カ21整流并且輸出DC電壓。PFC電路226校正從整流単元225輸出的DC電壓的功率因數并且將被校正了功率因數的DC電壓提供給混合電カ變換單元221。PFC電路226可以使用交叉式升壓變換器。交叉式升壓變換器是其中輸入端子和輸出端子共享相同的接地的步升式變換器(step-upconverter)。在交叉式交叉式升壓變換器中，當開關處于接通狀態時，輸入的電カ連接到電感器的兩個端子以使得電流被充入。另ー方面，當開關切換到截止狀態時，充入的電流傳遞到負載側的濾波器。在交叉式升壓變換器中，當從負載側的濾波器看去吋，電流周期性地流入并且中斷。流過輸出端子的電流總小于流過輸入端子的電流。由于電路操作的原理，沒有損耗部件。因此，根據“輸入電流X輸入電壓=輸出電流X輸出電壓”的關系，輸出電壓總高于輸入電壓。當把占空比⑶定義為“接通持續時間/開關周期”時，輸出電壓(Vo)表示為Vo = Viバ1-D)。PFC電路226的輸出電壓可以例如是DC 380V。另外，在附圖中，在配置交叉式升壓變換器吋，PFC電路226可以采用并連結構。因此，即使ー個電路損壞，PFC電路226也可以由另一個電路操作，確保電路的可靠性。混合電カ變換單元221包括公共的變壓器。混合電カ變換單元221使用公共變壓器將AC電カ21分別變換為用于對高電壓電池24充電的第一電壓和對輔助電池23充電的第二電壓。例如，第一電壓可以是是DC 500V，第二電壓可以是100V。變壓器可以被公共地用于將電力變換為用于高電壓充電単元222的第一電壓和用于輔助電壓充電單元223的第ニ電壓。變壓器具有多個次級繞組，這些次級繞組的匝數比與針對高電壓充電單元222和輔助電壓充電單元223的電カ變換相對應。高電壓充電單元222和輔助電壓充電單元223可以使用步降式變換器(st印-downconverter)。例如，高電壓充電單元222和輔助電壓充電單元223可以使用交叉式降壓變換器。交叉式降壓變換器用于其中輸入端子和輸出端子共享相同的接地的電路。高電壓充電單元222和輔助電壓充電単元223使用按照恒定周期進行切換操作(重復接通/截止操作)的高電壓充電單元222a，使得輸入的電カ在開關元件222a處于接通狀態時連接到電路，并且使得輸入的電カ在開關元件222a處于截止狀態時從電路斷開。通過使用LC濾波器來使周期性連接到電路并從電路斷開的脈沖電壓變得平滑(平均)，高電壓充電單元222和輔助電壓充電單元223輸出DC電壓。降壓變換器可以基本上采用以下原理通過對由于周期性地對DC電壓斬波而產生的脈沖電壓取平均值而產生輸出電壓。這種變換器稱為電壓饋送變換器，并且輸出電壓總是低于輸入電壓。當開關的接通持續時間在ー個周期中較長時，脈沖電壓的寬度進一歩變寬。當開關的接通持續時間在ー個周期中較短時，脈沖電壓的寬度進一歩變窄。當把占空比⑶定義為“接通持續時間/開關周期”時，輸出電壓(Vo)變為Vo = DXVi。高電壓充電單元222將從混合電カ變換單元221輸出的第一電壓(500V)降低到例如200到450V的電壓，并且接著使用降低的第一電壓對高電壓電池24充電。另ー方面，輔助電壓充電單元223將從混合電カ變換單元221輸出的第二電壓(100V)降低到例如12到14V的電壓，并且接著使用降低的第二電壓對輔助電池23充電。因此，通過將PFC電路226的輸出電壓設定為380V并且將從混合電カ變換單元221輸出的第一電壓設定為500V的高電壓，可減小電流的量。另外，通過以交叉式降壓變換器來構造PFC電路226、高電壓充電單元222和輔助電壓充電單元223，可減小無源元件的大小并且可將散熱最大化。在整流単元225的輸入端子處，可以安裝第一開關單元224a，該第一開關單元 224a被配置成對AC電カ21的提供或中斷進行切換。開關單元224a可以切換AC電カ21與輔助電壓充電單元223之間的電連接，使得從混合電カ變換單元221輸出的第二電壓或者高電壓電池24的電壓選擇性地輸入輔助電壓充電單元223。另ー方面，可以安裝第二開關單元224b，該第二開關單元224b被配置成切換高電壓電池24與輔助電壓充電單元223之間的電連接。第二開關單元224b安裝在高電壓電池24的兩個端子之間，并且安裝在混合電カ變換單元221中提供的變壓器的初級繞組的兩個端子之間。第一開關單元224a和第二開關單元224b可以進行針對第一模式和第二模式的切換操作。在第一模式中，可以利用第一開關單元224a和第二開關單元224b的切換操作來執行使用AC電カ21對高電壓電池24的充電和對輔助電池23的充電。在第二模式中，可以停止使使用AC電カ21對高電壓電池24充電，并且可以利用第一開關單元224a和第二開關單元224b的切換操作來執行使用高電壓電池24的電壓對輔助電池23的充電。在此情況下，在第一模式中，第一開關單元224a可以切換到接通狀態并且第二開關單元224b可以切換到截止狀態。另ー方面，在第二模式中，第一開關單元224a可以切換到截止狀態并且第二開關單元224b可以切換到接通狀態。在這種構造中，下面將參照圖3描述使用AC電カ21對高電壓電池24和輔助電池23的充電的第一模式操作。OBC 22從BMS (未例示)接收到對高電壓電池24和輔助電池23充電的指令。因此，如圖3所例示，第一開關元件224a和第二開關元件224b可以進行開關操作，使得AC電力21輸入混合電カ變換單元221。在第一模式中，第一開關單元224a切換到接通狀態并且第二開關單元224b切換到截止狀態。因此，AC電カ211通過整流單元225和PFC電路226輸入混合電カ變換單元221。混合電カ變換單元221將AC電カ21變換為第一電壓，并且將第一電壓輸出到高電壓充電單元222。高電壓充電單元222降低第一電壓并且使用降低的第一電壓對高電壓電池24充電。另外，混合電カ變換單元221將AC電カ21變換為第二電壓，并且將第二電壓輸出到輔助電壓充電単元223。輔助電壓充電単元223降低第二電壓并且使用降低的第二電壓對輔助電池23充電。另外，下面將參照圖4描述使用高電壓電池24對輔助電池23充電的第二模式操作。OBC 22從BMS (未例示)接收到對輔助電池23充電的指令。因此，如圖4所例示，第一開關單元224a和第二開關單元224b進行切換操作以使得AC電カ21到混合電カ變換單元221、高電壓充電單元222和輔助電壓充電單元223的輸入中斷，并且使得高電壓電池24的電カ輸入輔助電壓充電單元223。在第二模式中，第一開關單元224a切換到截止狀態并且第二開關單元224b切換到接通狀態。因此，第一開關單元224a的截止操作中斷了向整流單元225、PFC電路226和混合電カ變換單元221提供AC電カ21。因此，混合電カ變換單元221不能進行AC電カ21到第一電壓或者第二電壓的電カ變換。因而，由于不能再向高電壓充電單元222輸出第一 電壓，高電壓充電單元222不能進行降低第一電壓和使用降低的第一電壓對高電壓電池24充電的操作。另外，混合電カ變換單元221也不能把由于AC電カ21的電カ變換而產生的第二電壓輸出到輔助電壓充電単元223。然而，由于第二開關單元224b處于接通狀態，因此高電壓電池24的電壓通過第二開關單元224b傳遞到混合電カ變換單元221的輸入端子。傳遞到混合電カ變換單元221的輸入端子的高電壓電池24的電壓在設置在混合電カ變換單元221中的變壓器的二次繞組中感生。在此情況下，變壓器的多個次級繞組可以包括連接到高電壓充電單元222的次級繞組和連接到輔助電壓充電単元223的次級繞組。另外，在第二模式中，高電壓充電單元222的開關元件222a設定為維持在截止狀態。因此，高電壓電池24的電壓不在連接到高電壓充電單元222的次級繞組中感生，而是在連接到輔助電壓充電單元223的次級繞組中感生。輔助電壓充電単元223降低在次級繞組中感生的高電壓電池24的電壓，并且使用降低的電壓對輔助電池23充電。圖5和圖6是示出根據本發明的另ー個實施方式的電池充電裝置的詳細電路圖。參照圖5和圖6，根據本發明的另一個實施方式的電池充電裝置2可以包括整流單元225，其被配置成進行整流操作以將AC電カ21變換為DC電壓；PFC電路226，其被配置成校正DC電壓的功率因數；混合電カ變換單元221 ;高電壓充電單元222 ;輔助電壓充電單元223 ;以及開關單元224。電池充電裝置2還可以包括EMI濾波器，其位于整流単元225的前端；電流控制電路；以及電壓控制電路。整流單元225對AC電カ21整流并且輸出DC電壓。PFC電路226校正從整流単元225輸出的DC電壓的功率因數并且將經過了功率因數校正的DC電壓提供給混合電カ變換単元221。PFC電路226可以使用交叉式升壓變換器。交叉式升壓變換器是其中輸入端子和輸出端子共享相同的接地的步升式變換器。在交叉式升壓變換器中，當開關處于接通狀態時，輸入的電カ連接到電感器的兩個端子以使得電流被充入。另ー方面，當開關切換到截止狀態時，充入的電流傳遞到負載側的濾波器。在交叉式升壓變換器中，當從負載側的濾波器看去吋，電流周期性地流入并且中斷。流過輸出端子的電流總小于流過輸入端子的電流。由于電路操作的原理，沒有損耗部件。因此，根據“輸入電流X輸入電壓=輸出電流X輸出電壓”的關系，輸出電壓總是高于輸入電壓。當把占空比⑶定義為“接通續時間/開關周期”時，輸出電壓(Vo)表示為Vo = Viバ1-D)。PFC電路226的輸出電壓可以例如是DC380V。混合電カ變換單元221包括公共變壓器。混合電カ變換單元221使用公共變壓器將AC電カ21分別變換為用于對高電壓電池24充電的第一電壓和用于對輔助電池23充電的第二電壓。例如，第一電壓可以是是DC 500V，第二電壓可以是200到450V。變壓器可以公共地用于將電力變換為用于高電壓充電単元222的第一電壓和用于輔助電壓充電單元223的第二電壓。變壓器具有多個次級繞組，這些次級繞組的匝數比與針對高電壓充電單元222和輔助電壓充電單元223的電カ變換相對應。高電壓充電單元222和輔助電壓充電單元223可以使用步降式變換器。例如，高電壓充電單元222和輔助電壓充電単元223可以使用降壓變換器。降壓變換器在輸入端子和輸出端子共享相同接地的電路中使用。高電壓充電單元222和輔助電壓充電単元223使用按照恒定周期進行切換操作(重復接通/截止操作)的開關元件222a，使得輸入的電カ在開關元件222a處于接通狀態時連接到電路，并且使得輸入的電カ在開關元件222a處于截止狀態時從電路斷開。通過使用LC濾波器使周期性地連接到電路和從電路斷開的脈沖電壓變得平滑(平均)，高電壓充電單元222和輔助電壓充電單元223輸出DC電壓。 降壓變換器可以基本上采用以下原理通過對由于周期性地對DC電壓斬波而產生的脈沖電壓取平均值而產生輸出電壓。這種變換器稱為電壓饋送變換器，并且輸出電壓總是低于輸入電壓。當開關的接通持續時間在ー個周期中較長時，脈沖電壓的寬度進一歩變寬。當開關的接通持續時間在ー個周期中較短時，脈沖電壓的寬度進一歩變窄。當把占空比⑶定義為“接通持續時間/開關周期”時，輸出電壓(Vo)變為Vo = DXVi。高電壓充電單元222將從混合電カ變換單元221輸出的第一電壓(500V)降低到例如200到450V的電壓，接著使用降低的第一電壓對高電壓電池24充電。另ー方面，輔助電壓充電單元223將從混合電カ變換單元221輸出的第二電壓(100V)降低到例如12到14V的電壓，接著使用降低的第二電壓對輔助電池23充電。在整流単元225的輸入端子處，可以安裝第一開關單元224a，該第一開關單元224a被配置成對AC電カ21的提供或中斷進行切換。開關單元224a可以切換AC電カ21與輔助電壓充電單元223之間的電連接，以使得從混合電カ變換單元221輸出的第二電壓或者高電壓電池24的電壓選擇性地輸入輔助電壓充電單元223。另ー方面，可以安裝第二開關單元224c，該第二開關單元224c被配置成切換高電壓電池24與輔助電壓充電單元223之間的電連接。第二開關單元224c可以包括正向連接在高電壓電池24的正極端子與變壓器的次級繞組之間的ニ極管。第一開關單元224c和第二開關單元224b可以進行針對第一模式和第二模式的切換操作。在第一模式中，可以利用第一開關單元224a和第二開關單元224c的開關操作進行使用AC電カ21對高電壓電池24和輔助電池23的充電。在第二模式中，可以停止使用AC電カ21對高電壓電池24充電，并且可以利用第一開關單元224a和第二開關單元224c的開關操作進行使用高電壓電池24的電壓對輔助電池23的充電。在此情況下，在第一模式中，第一開關單元224a切換到接通狀態并且第二開關單元224c維持截止狀態。另ー方面，在第二模式中，第一開關單元224a切換到截止狀態并且第二開關單元224c維持接通狀態。在這種構造中，下面將參照圖5描述使用AC電カ21對高電壓電池24和輔助電池23的充電的第一模式操作。OBC 22從BMS (未例示)接收到對高電壓電池24和輔助電池23充電的指令。因此，如圖5所例示，第一開關單元224a和第二開關單元224c可以進行切換操作，使得AC電力21輸入混合電カ變換單元221。在第一模式中，第一開關單元224a切換到接通狀態并且第二開關單元224c維持截止狀態。因此，AC電カ211通過整流單元225和PFC電路226輸入到混合電カ變換單元221。混合電カ變換單元221將AC電カ21變換為第一電壓，并且將第一電壓輸出到高電壓充電單元222。高電壓充電單元222降低第一電壓并且使用降低的第一電壓對高電壓電池24充電。另外，混合電カ變換單元221將AC電カ21變換為第二電壓，并且將第二電壓輸出到輔助電壓充電単元223。輔助電壓充電単元223降低第二電壓并且使用降低 的第二電壓對輔助電池23充電。另外，下面將參照圖6描述使用高電壓電池24對輔助電池23充電的第二模式操作。OBC 22從BMS (未例示)接收到對輔助電池23充電的指令。因此，如圖6所例示，第一開關單元224a和第二開關單元224c進行切換操作以使得AC電カ21到混合電カ變換單元221、高電壓充電單元222和輔助電壓充電單元223的輸入中斷，并且使得高電壓電池24的電カ輸入到輔助電壓充電單元223。在第二模式中，第一開關單元224a切換到截止狀態并且第二開關單元224c切換到接通狀態。因此，第一開關單元224a的截止操作中斷了向整流單元225、PFC電路226和混合電カ變換單元221提供AC電カ21。因此，混合電カ變換單元221不能進行AC電カ21到第一電壓或者第二電壓的電カ變換。因此，由于不能再向高電壓充電單元222輸出第一電壓，高電壓充電單元222不能進行降低第一電壓和使用降低的第一電壓對高電壓電池24充電的操作。另外，混合電カ變換單元221也不能將由于AC電カ21的電カ變換而產生的第二電壓輸出到輔助電壓充電単元223。然而，由于第二開關單元224c處于接通狀態，高電壓電池24的電壓通過第二開關単元224c傳遞到混合電カ變換單元221的次級繞組。變壓器的次級繞組可以包括連接到高電壓充電單元222的次級繞組和連接到輔助電壓充電單元223的次級繞組。在此情況下，高電壓電池24的電壓被傳遞到連接到高電壓充電單元222的次級繞組。傳遞到高電壓充電單元222的次級繞組的高電壓電池24的電壓在連接到輔助電壓充電單元223的次級繞組中感生。另外，在第二模式中，高電壓充電單元222的開關元件222a被設定為維持在截止狀態。因此，高電壓電池24的電壓不流過連接到高電壓充電單元222的次級繞組，并且高電壓電池24的電壓在連接到輔助電壓充電単元223的次級繞組中感生。輔助電壓充電單元223降低在次級繞組中感生的高電壓電池24的電壓，并且使用降低的電壓對輔助電池23充電。根據本發明，在使用AC電カ對高電壓電池充電期間，通過公共地使用通過能夠具有不同匝數比的變壓器向OBC傳遞不同電カ的電カ變換結構，也可對輔助電池充電。此外，根據本發明的實施方式，不是必須設置用于對輔助電池充電的單獨LDC。由于在使用AC電カ對高電壓電池充電的操作期間一起執行了對輔助電池的充電，因此可縮短充電時間，并且可提高電力傳輸效率。因此，能夠防止高電壓電池的使用壽命縮短。另外，根據本發明，通過將PFC電路的輸出電壓和從混合電カ變換單元輸出的第ー電壓設定為高電壓，可減小電流的量。通過使PFC電路、高電壓充電單元和輔助電壓充電単元配置有交叉式降壓變換器，可減小無源元件的大小并且可使散熱最大化。盡管參照具體實施方式
描述了本發明的實施方式，但對本領域的技術人員明顯的是，在不脫離在所附權利要求限定的本發明的實質和范圍的情況下，可以做出各種變化和修改。
相關申請的交叉引用本申請要求2011年3月18日在韓國專利局提交的韓國專利申請的優先權No. 10-2011-24454的優先權，此處以引證的方式并入其全部內容。
權利要求
1.ー種電池充電裝置，該電池充電裝置包括 混合電カ變換單元，其被配置為使用公共的變壓器將交流電カ分別變換為用于對高電壓電池充電的第一電壓和用于對輔助電池充電的第二電壓； 高電壓充電單元，其被配置為降低從所述混合電カ變換單元輸出的所述第一電壓，并且使用降低的第一電壓對所述高電壓電池充電； 輔助電壓充電単元，其被配置為降低從所述混合電カ變換單元輸出的所述第二電壓或所述高電壓電池的電壓，并且使用降低的第二電壓或降低的所述高電壓電池的電壓對所述輔助電池充電；以及 開關單元，其被配置為切換所述交流電カ與所述輔助電壓充電單元之間的電連接并切換所述高電壓電池與所述輔助電壓充電單元之間的電連接，使得由于所述交流電カ的變換而產生的所述第二電壓或所述高電壓電池的電壓被選擇性地輸入到所述輔助電壓充電單元， 其中，在第一模式中，利用所述開關単元的切換操作來進行使用所述交流電カ對所述高電壓電池的充電和對所述輔助電池的充電，并且 在第二模式中，停止使用所述交流電カ對所述高電壓電池的充電，并且利用所述開關単元的切換操作來進行使用所述高電壓電池的電壓對所述輔助電池的充電。
2.根據權利要求I所述的電池充電裝置，其中所述混合電カ變換單元、所述高電壓充電單元、所述輔助電壓充電單元及所述開關単元安裝在車載充電器上。
3.根據權利要求I所述的電池充電裝置，其中所述變壓器包括初級繞組和具有不同匝數比的多個次級繞組，以將電カ變換為所述第一電壓和所述第二電壓。
4.根據權利要求I所述的電池充電裝置，其中在所述第二模式中，所述開關單元進行切換操作以將所述高電壓電池的電壓傳遞到所述變壓器的初級繞組的輸入端子，使得所述輔助電壓充電單元使用所述高電壓電池的電壓對所述輔助電池充電。
5.根據權利要求I所述的電池充電裝置，其中在所述第二模式中，所述開關單元進行切換操作以將所述高電壓電池的電壓傳遞到所述變壓器的多個次級繞組，使得所述輔助電壓充電単元使用所述高電壓電池的電壓對所述輔助電池充電。
6.根據權利要求I所述的電池充電裝置，其中 所述開關単元包括第一開關單元和第二開關單元，所述第一開關單元被配置為對所述交流電カ的提供或中斷進行切換，并且所述第二開關單元被配置為對所述高電壓電池的電壓到所述輔助電壓充電單元的傳遞進行切換； 在所述第一模式中，所述第一開關單元切換到接通狀態并且所述第二開關單元切換到截止狀態；并且 在所述第二模式中，所述第一開關單元切換到截止狀態并且所述第二開關單元切換到接通狀態。
7.根據權利要求6所述的電池充電裝置，其中 所述變壓器包括初級繞組和具有不同匝數比的多個次級繞組，以將電カ變換為所述第ー電壓和所述第二電壓，并且 所述第二開關單元將所述高電壓電池的電壓傳遞到所述變壓器的所述初級繞組的輸入端子。
8.根據權利要求7所述的電池充電裝置，其中所述第二開關單元安裝在所述高電壓電池的兩個端子之間和所述變壓器的所述初級繞組的兩個輸入端子之間。
9.根據權利要求6所述的電池充電裝置，其中 所述變壓器包括初級繞組和具有不同匝數比的多個次級繞組，以將電カ變換為所述第ー電壓和所述第二電壓；并且 所述第二開關單元被安裝以將所述高電壓電池的電壓傳遞到所述變壓器的所述多個次級繞組中的連接到所述高電壓充電單元的次級繞組。
10.根據權利要求9所述的電池充電裝置，其中所述第二開關單元包括正向連接在所述高電壓電池的正極端子與所述變壓器的所述多個次級繞組中的連接到所述高電壓充電単元的次級繞組之間的ニ極管。
11.根據權利要求I所述的電池充電裝置，該電池充電裝置還包括 整流単元，其被配置為進行整流操作以將所述交流電カ變換為直流電壓；以及 功率因數校正電路，其被配置為校正所述直流電壓的功率因數，并且將經過功率因數校正的直流電壓傳遞到所述混合電カ變換單元。
12.根據權利要求I所述的電池充電裝置，其中所述高電壓充電単元和所述輔助電壓充電單元包括交叉式降壓變換器。
全文摘要
本發明涉及一種電池充電裝置，其包括混合電力變換單元，其被配置為使用公共變壓器將AC電力分別變換為對高電壓電池和輔助電池充電的第一電壓和第二電壓；高電壓充電單元，其被配置為降低從混合電力變換單元輸出的第一電壓并用降低的第一電壓對高電壓電池充電；輔助電壓充電單元，其被配置為降低從混合電力變換單元輸出的第二電壓或高電壓電池的電壓，并用降低的第二電壓或降低的高低壓電池的電壓對輔助電池充電；以及開關單元，其被配置為切換AC電力與輔助電壓充電單元之間的電連接并切換高電壓電池與輔助電壓充電單元之間的電連接，使得由AC電力變換產生的第二電壓或高電壓電池的電壓選擇性地輸入輔助電壓充電單元。
文檔編號H02J7/02GK102694409SQ201210073128
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月19日 優先權日2011年3月18日
發明者吳成敏, 文泰景, 文炯臺, 黃善敏 申請人:株式會社萬都