電力轉換裝置和控制該電力轉換裝置的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力轉換裝置和控制該電力轉換裝置的方法。
【背景技術】
[0002]在連接有負載或電池的多個端口之間轉換電力的電力轉換裝置是已知的(例如，參見日本專利申請公布N0.2011-193713)。
【發明內容】
[0003]根據本發明的一個方面，一種電力轉換裝置，包括:變壓器，其初級側和次級側之間的繞組匝數比為1:N;初級側全橋電路，其設置在變壓器的初級側；第一端口，其與初級側全橋電路連接；第二端口，其與變壓器的初級側的中心抽頭連接；次級側全橋電路，其設置在變壓器的次級側；第三端口，其與次級側全橋電路連接；以及控制部，其被配置成控制初級側全橋電路和次級側全橋電路，使得從第一端口輸入的再生電力用于對與第二端口連接的第一電池和與第三端口連接的第二電池中的至少之一進行充電。控制部被配置成，當滿足條件(VBd/N) ^ VR ^ (VBc/N)時，確定存在能夠使用再生電力對第一電池和第二電池進行充電的可能性，并且當滿足條件VCd彡VR彡(VCc/Dmin)時，確定存在能夠使用再生電力對第一電池進行充電的可能性。這里，VR表示再生電力的電壓，VCd表示第一電池的放電終止電壓，VCc表示第一電池的充電終止電壓，VBd表示第二電池的放電終止電壓，VBc表示第二電池的充電終止電壓，并且Dmin表示初級側全橋電路的占空比D的下限。
[0004]當結合附圖閱讀時，根據以下詳細描述，本發明的其他目的、特征和優點將變得更為明顯。
【附圖說明】
[0005]圖1圖示了電力轉換裝置的配置示例；
[0006]圖2是圖示控制部的配置示例的框圖；
[0007]圖3是圖示初級側電路和次級側電路中的切換示例的時序圖；
[0008]圖4圖示了可以使用再生電力對電池充電的電壓范圍的一個示例；
[0009]圖5是圖示控制電力轉換裝置的方法的一個示例的流程圖；
[0010]圖6是圖示確定是否存在使用再生電力對電池充電的可能性的方法的一個示例的流程圖；
[0011]圖7是圖示確定是否可以使用再生電力對電池充電的方法的一個示例的流程圖；
[0012]圖8圖示了選擇要使用再生電力充電的電池的方法的一個示例；
[0013]圖9圖示了選擇要使用再生電力充電的電池的標準的一個示例；
[0014]圖10是圖示使用再生電力對輔助電池充電的方法的一個示例的流程圖；以及
[0015]圖11是圖示使用再生電力對主電池充電的方法的一個示例的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將使用附圖描述本發明的一個實施例。
[0017]該實施例涉及在多個端口之間轉換電力的技術。
[0018]當與電力轉換裝置的端口連接的負載生成再生電力時，從該端口輸入的再生電力的電壓(即再生電壓)可以根據負載的狀態(例如，電機的旋轉速度等)而具有不同的值。與此相反，電池能夠使用再生電力(充電)恢復能量的電壓范圍受到限制。因此，當再生電壓沒有落在該電壓范圍內時，不能使用數字電路恢復能量。
[0019]該實施例的目的在于提供電力轉換裝置和控制該電力轉換裝置的方法，藉此可以適當地選擇能夠使用再生電力恢復能量的電池。
[0020]<供電裝置101的配置>
[0021]圖1是示出根據電力轉換裝置的一個實施例的供電裝置101的配置示例的框圖。例如，供電裝置101是包括供電電路10、控制部50和傳感器部70的供電系統。例如，供電裝置101是安裝在諸如機動車的車輛中并且向車輛中安裝的各個負載分送電力的系統。混合動力汽車、插電式混合動力汽車、電動汽車等可以被引用作為該車輛的具體示例。供電裝置101也可以安裝在主要由內燃機驅動的車輛中。
[0022]例如，供電裝置101包括作為初級側端口的、連接到初級側高電壓系統負載61a的第一輸入/輸出端口 60a以及連接到初級側低電壓系統負載61c和輔助電池62c的第二輸入/輸出端口 60c。輔助電池62c是向初級側低電壓系統負載61c供給電力的初級側低電壓系統電源的一個示例，初級側低電壓系統負載61c由與輔助電池62c相同的電壓系統(例如，12V系統)驅動。輔助電池62c還將通過供電電路10中包括的初級側轉換電路20升壓的電力提供給例如初級側高電壓系統負載61a，初級側高電壓系統負載61a由與輔助電池62c不同的電壓系統(例如，電壓比12V系統高的48V系統)驅動。諸如鉛電池的二次電池可以被引用作為輔助電池62c的具體示例。
[0023]例如，供電裝置101還具有作為次級側端口的、連接到次級側高電壓系統負載61b和主電池(即推進電池或牽引電池)62b的第三輸入/輸出端口 60b以及連接到次級側低電壓系統負載62d和次級側低電壓系統電源62d的第四輸入/輸出端口 60d。主電池62b是向次級側高電壓系統負載61b供給電力的次級側高電壓系統電源的一個示例，次級側高電壓系統負載61b由與主電池62b相同的電壓系統(例如，電壓高于12V系統和48V系統的288V系統)驅動。主電池62b還將通過供電電路10中包括的次級側轉換電路30降壓的電力提供給次級側低電壓系統負載61d，次級側低電壓系統負載61d由與主電池62b不同的電壓系統(例如，電壓比288V系統低的72V系統)驅動。諸如鋰離子電池的二次電池可以被引用作為主電池62b的具體示例。
[0024]次級側低電壓系統電源62d向次級側低電壓系統負載61d提供電力，次級側低電壓系統負載61d由與次級側低電壓系統電源62d相同的電壓系統(例如，72V系統)驅動。次級側低電壓系統電源62d還將通過供電電路10中包括的次級側轉換電路30升壓的電力提供給例如次級側高電壓系統負載61b，次級側高電壓系統負載61b由電壓高于次級側低電壓系統電源62d的電壓系統(例如，288V系統)驅動。太陽能電源(即太陽能發電機)、將商用AC電力轉換成DC電力的DC-AC轉換器、二次電池等可以被引用作為次級側低電壓系統電源62d的具體示例。
[0025]供電電路10具有上述四個輸入/輸出端口，并且從四個輸入/輸出端口中選擇任何兩個輸入/輸出端口。供電電路10是執行這樣選擇的兩個輸入/輸出端口之間的電力轉換的電力轉換裝置。注意，包括供電電路10的供電裝置101可以是具有多個的至少三個或更多個輸入/輸出端口并且能夠在輸入/輸出端口中的任何兩個輸入/輸出端口之間轉換電力的裝置。例如，供電電路10可以是具有除了第四輸入/輸出端口 60d之外的三個輸入/輸出端口的電路。
[0026]端口電力Pa、Pc、Pb和Pd分別表不去往/來自第一輸入/輸出端口 60a、第二輸入/輸出端口 60c、第三輸入/輸出端口 60b和第四輸入/輸出端口 60d的輸入/輸出電力(即輸入電力或輸出電力)。端口電壓VA、VC、VB和VD分別表不第一輸入/輸出端口 60a、第二輸入/輸出端口 60c、第三輸入/輸出端口 60b和第四輸入/輸出端口 60d處的輸入/輸出電壓(即輸入電壓或輸出電壓)。端口電流Ia、Ic、Ib、Id分別表不去往/來自第一輸入/輸出端口 60a、第二輸入/輸出端口 60c、第三輸入/輸出端口 60b和第四輸入/輸出端口 60d的輸入/輸出電流(即輸入電流或輸出電流)。
[0027]供電電路10包括與第一輸入/輸出端口 60a連接的電容器Cl、與第二輸入/輸出端口 60c連接的電容器C3、與第三輸入/輸出端口 60b連接的電容器C2和與第四輸入/輸出端口 60d連接的電容器C4。膜電容器、鋁電解電容器、陶瓷電容器、固體聚合物電容器等可以被引用作為電容器C1、C2、C3和C4的具體示例。
[0028]電容器Cl插入在第一輸入/輸出端口 60a的高電位側端子613與第一輸入/輸出端口 60a和第二輸入/輸出端口 60c的低電位側端子614之間。電容器C3插入在第二輸入/輸出端口 60c的高電位側端子616與第一輸入/輸出端口 60a和第二輸入/輸出端口 60c的低電位側端子614之間。電容器C2插入在第三輸入/輸出端口 60b的高電位側端子618與第三輸入/輸出端口 60b和第四輸入/輸出端口 60d的低電位側端子620之間。電容器C4插入在第四輸入/輸出端口 60d的高電位側端子622與第三輸入/輸出端口 60b和第四輸入/輸出端口 60d的低電位側端子620之間。
[0029]電容器C1、C2、C3和C4可以安裝在供電電路10內部或供電電路10外部。
[0030]供電電路10是包括初級側轉換電路20和次級側轉換電路30的電力轉換電路。注意，初級側轉換電路20和次級側轉換電路30經由初級側磁耦合電抗器204和次級側磁耦合電抗器304連接，并且還通過變壓器400 (中心抽頭式變壓器)磁耦合。包括第一輸入/輸出端口 60a和第二輸入/輸出端口 60c的初級側端口以及包括第三輸入/輸出端口 60b和第四輸入/輸出端口 60d的次級側端口經由變壓器400連接。
[0031]初級側轉換電路20是包括初級側全橋電路200、第一輸入/輸出端口 60a和第二輸入/輸出端口 60c的初級側電路。初級側全橋電路200設置在變壓器的初級側。初級側全橋電路200是包括變壓器400的初級線圈202、初級側磁耦合電抗器204、初級側第一上臂U1、初級側第一下臂/U1、初級側第二上臂Vl和初級側第二下臂/Vl的初級側電力轉換部。初級側第一上臂U1、初級側第一下臂/U1、初級側第二上臂Vl和初級側第二下臂/Vl分別是例如切換器件，切換器件包括N溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)和作為MOSFET的寄生元件的體二極管(即寄生二極管)。二極管可以額外地并聯連接到MOSFET。圖1圖示了二極管81、82、83和84。
[0032]初級側全橋電路200包括連接到第一輸入/輸出端口 60a的高電位側端子613的初級側正總線298，以及連接到第一輸入/輸出端口 60a和第二輸入/輸出端口 60c的低電位側端子614的初級側負總線299。
[0033]串聯連接初級側第一上臂Ul和初級側第一下臂/Ul的初級側第一臂電路207連接在初級側正總線298和初級側負總線299之間。初級側第一臂電路207是能夠通過初級側第一上臂Ul和初級側第一下臂/Ul的接通/斷開切換操作來執行電力轉換操作的初級側第一電力轉換電路部(即初級側U相電力轉換電路部)。此外，串聯連接初級側第二上臂Vl和初級側第二下臂/Vl的初級側第二臂電路211與初級側第一臂電路207并聯地連接在初級側正總線298和初級側負總線299之間。初級側第二臂電路211是能夠通過初級側第二上臂Vl和初級側第二下臂/Vl的接通/斷開切換操作來執行電力轉換操作的初級側第二電力轉換電路部(即初級側V相電力轉換電路部)。
[0034]初級線圈202和初級側磁耦合電抗器204被設置在將初級側第一臂電路207的中點207m連接到初級側第二臂電路211的中點211m的橋部分中。更詳細地描述該橋部分中的連接關系，初級側磁耦合電抗器204的初級側第一電抗器204a的一端連接到初級側第一臂電路207的中點207m。初級線圈202的一端連接到初級側第一電抗器204a的另一端。再者，初級側磁耦合電抗器204的初級側第二電抗器204b的一端連接到初級線圈202的另一端。此外，初級側第二電抗器204b的另一端連接到初級側第二臂電路211的中點211m。注意，初級側磁耦合電抗器204包括初級側第一電抗器204a和初級側第二電抗器204b，初級側第