用于控制电池的充电/放电的装置的制作方法

本发明涉及一种用于控制电池的充电/放电的装置，并且更特别地，涉及一种应用于电动车辆和插电式混合动力车辆的电力转换器，以及其控制方法。

背景技术：

电动车辆指的是使用电来驱动的车辆，并且主要可以分为电池供电的电动车辆和混合动力电动车辆。在此，电池供电的电动车辆是仅使用电力而不使用化石燃料驱动的车辆，并且通常称为电动车辆。混合动力电动车辆是使用电和化石燃料驱动的车辆。这种电动车辆包括供应了用于驱动的电的电池。特别地，在电池供电的电动车辆和插电式混合动力电动车辆中，电池由从外部能源供应的电力充电，并且电动机由在电池中充电的电力驱动。

在这种情况中，电动车辆必要地包括电力转换器，其将DC转换为AC以当车辆驱动时将电池的DC转换为电动机的转动能量。此外，电动车辆必要地包括电力转换器，其将电力系统的AC能量转换为DC能量以用于当车辆停止时为电池充电。因此，有必要提供一种电动车辆的电力转换器，当车辆充电时通过改变其连接结构使用一个电力转换器和电动机使得该电力转换器而可以执行驱动电动车辆/为电动车辆充电所要求的所有功能。

技术实现要素：

本发明的方面是提供一种电动车辆的电力转换器，其中逆变器和充电器配置为单个组件以便具有双电力转换功能。

本发明的另一个方面是提供一种电动车辆的电力转换器，其中逆变器和充电器配置为单个组件以降低成本。

本发明的进一步的方面是提供一种电动车辆的电力转换器，其中逆变器和充电器配置为单个组件以减少重量和体积。

本发明不限于上述方面并且本发明的其他方面将由本领域的那些技术人员从下面的描述中清楚地理解。

根据本发明的一个方面，一种用于控制包括由电能驱动的电动机的电动车辆的电池的充电/放电的装置包括：电池，用于存储所述电能；电动车辆进口，用于将所述电池连接至电力系统；集成式电力转换器，其包括继电器以选择性地将所述电池连接至所述电动机与所述电动车辆进口之一；所述集成式电力转换器包括第一电力转换器以及第二电力转换器，所述第一电力转换器用于将从所述电池发出的DC电力转换为AC电力，所述第二电力转换器用于将从所述电动车辆进口或所述电动机转移的AC电力转换为DC电力；以及控制器，用于确定所述电动车辆的状态以便根据所确定的结果来控制所述集成式电力转换器。

所述电动车辆的状态可以是驱动状态、制动状态和充电状态中的至少一个。

所述集成式电力转换器还可以包括用于过滤器配置的电容器。

当所述电动车辆被确定为当前在驱动状态或制动状态中时，所述控制器控制所述继电器以将所述电池连接至所述电动机。

当所述电动车辆被确定为当前在充电状态中时，所述控制器控制所述继电器以将所述电池连接至所述电动车辆进口。

附图说明

图1是说明了根据本发明的实施例的电动车辆的充电系统的概念视图。

图2是说明了根据本发明的实施例的电动车辆的框图。

图3是说明了现有电动车辆的配置的框图。

图4是说明了根据本发明的实施例的电动车辆的框图。

图5是说明了图4的电动车辆的充电系统的电路图。

图6和图7是说明了根据图5中说明的继电器的操作的电力转换器的电路的图。

图8是说明了根据本发明的实施例的电动车辆的电力转换器的操作的流程图。

具体实施方式

在下文中，本发明的示例性实施例将参照附图进行详细描述。例如“模块”和“部分”的术语可以混合并在此使用以便于描述，但不旨在包括不同含义或功能。

在下文中，根据本发明的实施例的电动车辆的充电系统将参照附图进行更详细地描述。

图1是说明了根据本发明的实施例的电动车辆的充电系统的概念视图。

如图1中所示，根据本发明的实施例由参考数字1指定的电动车辆的充电系统包括充电管理单元100、外部充电器200以及电动车辆300。

电动车辆300可以连接至外部充电器200以使用电力充电或放电。具体地，电动车辆300可以包括电池，并且电池可以由从外部充电器供应的电力充电。相反，电池可以通过外部充电器通过放出其中充电的电力而进行放电。

电动车辆300可以包括转换器(未示出)以用于其充电/放电。此外，电动车辆300可以包括各种安全装置(未示出)以检测在充电/放电期间发生的危险因素并且对其控制。

外部充电器200在充电管理单元100的控制下向电动车辆300供应电力。外部充电器200可以由安装在一个建筑物中的多个充电器组成。外部充电器200可以是具有柱形的螺柱型充电器、挂在墙上的墙盒型充电器以及便携式代码集之一。此外，外部充电器200除了上述类型可以具有各种形式。

外部充电器200可以包括插座(未示出)。插座提供了从电网供应至电动车辆300的AC电力。电动车辆300连接至插座并且从插座供应了AC电力。

此外，外部充电器200监视电动车辆300的充电，并且可以向用户或充电管理单元100提供通过监视获得的充电相关的信息。具体地，外部充电器200可以包括显示器(未示出)，并且可以在显示器上显示所监视的充电相关的信息以便为用户提供信息。

在一个示例中，外部充电器200由电缆等一体附接以便不会由用户容易地从电动车辆300分离，并且具有耐外部温度、外部湿度、振动、撞击等特性。

在一个示例中，外部充电器200可以包括连接器以便由用户耦接至电动车辆300并且从电动车辆300解耦。在这种情况中，连接器需要具有耐外部温度、外部湿度、振动、撞击等特性。

在一个示例中，外部充电器200是一体附接的以便不会由用户容易地从电网分离，并且具有耐外部温度、外部湿度、振动、撞击等特性。

在一个示例中，外部充电器200可以包括连接器以便由用户耦接至电网并且从电网解耦。在这种情况中，连接器需要具有耐外部温度、外部湿度、振动、撞击等特性。

充电管理单元100连接至外部充电器200和电网以便控制电动车辆300的充电/放电。具体地，充电管理单元100可以通过控制用于安装在一个建筑物中的外部充电器200的电源来控制的电动车辆300的充电/放电。

图2是说明了根据本发明的实施例的电动车辆的框图。

由参考数字300指定的电动车辆包括电池310、电池充电器320、电动车辆进口340、通信部分330、电动机350以及控制器305。

电池310为电动车辆350供应了电力以用于驱动电动车辆300。

为电动机350供应了来自电池310的电力以将电能转换为动能。

电动车辆进口340是用于从外部接收用于为电池310充电的电力的连接器。电动车辆进口340可以符合SAE J1772标准。

电池充电器320使用通过电动车辆进口340供应的电力为电池310充电。可选地，电池充电器320可以将从电池310供应的电力转移至电动机350。可选地，当电动车辆300制动时电池充电器320可以使用从电动机350供应的电力为电池310充电。在这种情况中，电池充电器320可以将AC转换为DC或将DC转换为AC。换句话说，电池充电器320可以包括集成式电力转换器323。

通信部分330可以与外部充电器200或充电管理单元100进行通信。

控制器305控制电动车辆300的通信部分330、电池310、电池充电器320以及电动车辆进口340的整体运行。控制的详细描述将在下面给出。

图3是说明了现有电动车辆的配置的框图。

如图3中所示，现有电动车辆包括电池310、电动机350、电动车辆进口340、第一电力转换器321以及第二电力转换器322。此外，第一电力转换器321将DC能量转化为AC能量以驱动电动机350。第二电力转换器将AC能量转化为DC能量以用于为电池310充电以当车辆制动时恢复由惯性所生成的能量。具体地，当车辆制动时电动机350可以作为生成器，并且第二电力转换器322将由电动机350产生的AC能量转换为DC能量。

此外，当车辆停止时电动车辆可以通过电动车辆进口340连接至电力系统以进行充电。在这种情况中，第二电力转换器322将电力系统的AC能量转化为DC能量。

然而，现有电动车辆使用不同电力转换器以用于AC与DC之间相互转换。具体地，当电力从电池310供应至电动机350时使用第一电力转换器321。另一方面，当电力从电动机350或电力系统供应至电池时使用第二电力转换器322。

因此，由于现有电动车辆包括多个电力转换器，其允许能量只在一个方向中流动，生产成本可能会增加。此外，由于相同功能通过分离的组件来实现的，可能增加电力转换器的整体重量和体积。此外，其中存在由于组件的数量增加所以产品的故障率增加并且产品的可靠性变差的问题。因此，可以解决上述问题的电动车辆的电力转换器将参照图4至图7在下面进行描述。

图4是说明了根据本发明的实施例的电动车辆的框图。

如图4中所示，根据本发明的实施例的电池充电器320可以包括单个集成式电力转换器323而不是包括多个电力转换器。具体地，现有电力转换器是分别配置了将AC转换为DC以为电池充电的电力转换器以及将DC转换为AC以驱动电动机的电力转换器。

然而，根据本发明的实施例的电动车辆包括单个集成式电力转换器323。具体地，集成式电力转换器可以包括第一电力转换器，其将从电池310放出的DC电力转换为AC电力，以及第二电力转换器，其将从电动车辆进口340或电动机350转移的AC电力转换为DC电力。换句话说，集成式电力转换器可以执行第一电力转换器和第二电力转换器的双重功能。集成式电力转换器323可以将电池310的DC电力转换为AC电力并且将AC电力转移至电动机350。此外，当电动车辆制动时集成式电力转换器323可以使用惯性将从电动机转移而来的AC电力转换为DC电力，并且可以将DC电力转移至电池310.。此外，集成式电力转换器323可以将AC电力(当车辆停止时，该AC电力从连接至电动车辆进口340的电力系统转移而来)转换为DC电力，并可以将DC电力转移至电池310。具体地，AC与DC之间的转换可以由包括在集成式电力转换器323中的逆变器(未示出)执行。

因此，由于单个集成式电力转换器323可以执行分别由现有独立电力转换器执行的功能，所以可以降低制造成本和体积/重量。图4的集成式电力转换器323的具体操作将参照图5至图7进行描述。

图5是说明了图4的电动车辆的充电系统的电路图。

如图5中所示，根据本发明的实施例的电动车辆的充电系统可以是3-相电动机驱动系统。U-相电压、V-相电压以及W-相电压可以从电池310的端部转移至电动机350。接收3-相电压的电动机350根据电力大小可以具有不同转矩。在实施例中，电动机350是3-相电动机，并且可以包括绕组L1、L2和L3。在这种情况中，绕组L1、L2和L3之一可以是电感器。

当车辆被驱动时，集成式电力转换器323可以通过控制转移至电动机350的绕组的电力大小来控制电动机的转矩。此外，集成式电力转换器323可以控制通过操作当车辆制动时由惯性而旋转的电动机350作为生成器而在电池中存储由电动机350的绕组引起的反电动势的操作。

此外，L-相电压和N-相电压可以从电力系统的一端转移至集成式电力转换器323。当车辆停止时来自L-相电压和N-相电压的电力可以通过集成式电力转换器323转移至电池310。

根据本发明的实施例的集成式电力转换器323可以包括多个继电器。继电器的组合可以称为开关网络。继电器可以控制电力在电池310、电动机350与电力系统之间流动。在示例中，电动机350可以根据继电器的操作连接至电池310。具体地，多个继电器可以连接至终端“a”。当继电器连接至终端“a”时，集成式电力转换器323可以包括图6的电路，其将在下面进行描述。在这种情况中，电动机350可以由电池310放出的电力驱动。

在另一个示例中，电池310可以根据继电器的操作连接至电力系统。具体地，多个继电器可以连接至终端“b”。当继电器连接至终端“b”时，集成式电力转换器323可以包括图7的电路，其将在下面进行描述。同时，每个继电器可以是物理继电器和电子继电器中的至少一个。电子继电器可以是MOSFET。

换句话说，集成式电力转换器323可以根据车辆的驱动通过控制继电器来处理各种情况。例如，当车辆被驱动时，集成式电力转换器323可以控制继电器将电动机350连接至电池310。电池310可以通过继电器将电力转移至电动机350。此外，电动机350的反电动势可以被转移至电池310。

根据如图5中所示的开关网络可以包括被同步和组织起来的四个SPDT开关。集成式电力转换器323可以使用开关网络在典型驱动模式和系统连接充电模式之间进行切换。在开关网络中的电容C1可以配置为过滤器。

在进一步的示例中，当车辆停止时，集成式电力转换器323可以控制继电器将电池310连接至电力系统。

具体地，集成式电力转换器323可以包括开关网络。该开关网络可以包括多个继电器。

图6和图7说明了根据图5中说明的继电器的操作的集成式电力转换器的电路。

图6是说明了当电动车辆驱动或制动时集成式电力转换器323的电路图。如图6中所示，可以操作继电器以将电池310的一端连接至电动机350。在这种情况中，从电池310转移的3-相电压可以被转移至电动机350的绕组。具体地，控制器305可通过控制经由逆变器转移至电动机350的绕组L1、L2和L3的电流的大小来控制电动机350的转矩。此外，从电动机350的绕组转移而来的反电动势可以被转移至电池350。具体地，当电动车辆制动时由惯性而旋转的电动机350可以被操作为生成器。控制器305可以通过逆变器控制能量流动，其中由电动机350的绕组L1、L2和L3引起的反电动势逆向地被存储在电池中。

图7是说明了当电动车辆停止时(即当电动车辆充电时)集成式电力转换器323的电路图。当电动车辆停止时，可以改变电路图中的连接如图7中所示。因此，当电动车辆停止时，集成式电力转换器323可以包括在两个并联中操作的单相逆变器，以及使用电动机350的绕组L1、L2和L3的电感-电容-电感式滤波器。在这种情况中，集成式电力转换器323可以将来自电力系统的AC电力转换为DC电力并且将DC电力转移至电池310。具体地，集成式电力转换器323使用逆变器对来自电力系统的电能进行整流，并且可以在电池310中存储被整流的电能。

由于根据本发明的实施例的集成式电力转换器323可以通过整流操作来控制双向电力流动，所以当电力系统的频率降低时，可以将电能输入至电力系统。

图8是说明了根据本发明的实施例的电动车辆的电力转换器的操作的流程图。

电动车辆的控制器305确定电动车辆的当前状态(S101)。例如，电动车辆的状态可以是驱动状态、制动状态以及充电状态的至少一个。控制器305可以通过电动车辆的速度中的变化来确定驱动状态或制动状态。此外，控制器305可以根据来自电动车辆的加速踏板或制动踏板的输入来确定驱动状态或制动状态。此外，控制器305可以根据插头是否连接至电动车辆进口340来确定充电状态。

控制器305根据所确定的状态来控制电池充电器320的操作(S103)。具体地，控制器305可以根据所确定的状态来控制在电池充电器320中包括的集成式电力转换器323。集成式电力转换器323可以包括多个继电器。

在第一个示例中，当电动车辆在驱动状态或制动状态中时控制器305可以控制继电器将电动机350连接至电池310。在这种情况中，继电器可以将电池310的一端连接至电动机350的一端。

在第二个示例中，当电动车辆在充电状态中时控制器305可以控制继电器将电池310连接至电动车辆进口340。电力系统可以由电动车辆进口340连接至电动车辆。在这种情况中，继电器可以将电池310的一端连接至电动车辆进口340的一端。

当完成了继电器的控制时，电池充电器320转换电力(S105)。具体地，电力由包括在电池充电器320中的集成式电力转换器323转换。

在第一个示例中，集成式电力转换器323将电池310的DC电力转换为AC电力，并且将AC电力转移至电动机350。此外，集成式电力转换器323将来自电动机350的AC电力转换为DC电力，并且将DC电力转移至电池310。

在第二个示例中，集成式电力转换器323将来自电力系统的AC电力转换为DC电力，并且将DC电力转移至电动机350。在这种情况中，来自电力系统的AC电力可以通过电动车辆进口340来转移。

根据本发明的实施例，上面的方法可以实施为在计算机可读记录介质中的程序可读代码。例如，程序可读介质包括ROM、RAM、CD-ROM、磁带、软盘以及光学存储装置，并且包括以载波形式实施的装置(例如通过互联网传输)。

在根据本发明的实施例的电动车辆的电力转换器中，逆变器和充电器可以配置为单个组件以便具有双电力转换功能。此外，在电动车辆的电力转换器中，逆变器和充电器可以被配置为单个组件以降低成本。此外，在电动车辆的电力转换器中，逆变器和充电器可以被配置为单个组件以减少重量和体积。

从上面的描述显而易见的是，在根据本发明的示例性实施例的电动车辆的电力转换器中，逆变器和充电器可以被配置为单个组件以便具有双电力转换功能。

此外，在根据本发明的示例性实施例的电动车辆的电力转换器中，逆变器和充电器可以被配置为单个组件以降低成本。

此外，在根据本发明的示例性实施例的电动车辆的电力转换器中，逆变器和充电器可以被配置为单个组件以减少重量和体积。

虽然已经相对于说明性实施例而描述了根据本发明的充电器，但是将对本领域的那些技术人员显而易见的是，在不背离如下面的权利要求所限定的本发明的精神和保护范围的情况下，可以作出各种变化和修改。