本公开的实施例总体涉及一种车辆及车辆充电设备，且更特别地，涉及一种包括被配置成可变地输出dc链路电压的ac/dc转换器和电连接至ac/dc转换器的dc/dc转换器的车辆充电设备。
背景技术：
常规车辆通过燃烧诸如汽油或柴油的化石燃料来获得热能，并将热能转换成使车轮旋转所需的机械能。近来，车辆已被设计成使用电能而不是例如通过燃烧化石燃料使用热能来获得使车轮旋转所需的动力。配置成使用电能来获取动力的车辆被称为电动车辆(ev)。
存在各种电动车辆，例如，普通电动车辆(ev)，其被配置成仅使用电能来获取动力；混合动力电动车辆(hev)，其被配置成使用电能，但也使用通过化石燃料的燃烧产生的热能来获取动力；以及插电式混合动力电动车辆(phev)，其被配置成既使用电能，又使用通过化石燃料的燃烧产生的热能，并且能够在从外部源(例如，电网)接收电能时对嵌入其中的电池充电。
技术实现要素：
因此，本公开的一方面提供一种被配置成提高充电效率并且降低生产成本的车辆及车辆充电设备。
发明的附加方面将在以下的描述中部分地阐述，且部分从描述中将是显而易见的或者可以通过对公开的实施例的实践而获知。
根据本公开的实施例，车辆充电设备包括：ac/dc转换器，其被配置成可变地输出dc链路电压；以及dc/dc转换器，其电连接到ac/dc转换器，并被配置成通过转换由ac/dc转换器输出的dc链路电压获取输出电压，并将获取的输出电压传输到电池。ac/dc转换器包括：第一开关元件，其被配置成根据第一开关元件的操作调节ac/dc转换器的功率因数；以及第二开关元件，其被配置成根据第一开关元件的操作增加由ac/dc转换器输出的dc链路电压。
ac/dc转换器可进一步包括：第一电感器，其连接到输入/输出(i/o)端子；以及第二电感器，其连接到输入/输出(i/o)端子，并联连接到第一电感器，并连接到第二开关元件。
车辆充电设备可进一步包括形成在位于第二电感器和第二开关元件之间的分支线路处的至少一个电容器。
ac/dc转换器可进一步包括电连接到第一电感器的至少一个二极管，其中第一开关元件形成在位于第一电感器和至少一个二极管之间的分支线路处。
第二开关元件可根据施加到电池的输出电压被接通或断开。
当第二开关元件被接通时，通过ac/dc转换器输出的dc链路电压可增加。
dc/dc转换器可包括：第三开关元件，其被配置成接收ac/dc转换器的输出电流；第一布线(wiring)，其具有连接到第三开关元件的第一端；以及第四开关元件，其连接到第一布线的第二端。
dc/dc转换器可进一步包括形成在位于第三开关元件和ac/dc转换器之间的分支线路处的至少一个电容器。
第三开关元件和第四开关元件可被配置成根据固定的开关频率操作。
固定的开关频率可被限定为控制dc/dc转换器的输出电压的纹波。
dc/dc转换器可进一步包括：第三电感器，其连接到第一布线的第一端；以及第四电感器，其串联连接到第三电感器且并联连接到第一布线。
第三电感器的电感与第四电感器的电感之间的比值可被定义为由下面的等式1表示：
[等式1]
在等式1中，m表示电感之间的比值，lr表示第三电感器的电感，lm表示第四电感器的电感。第三电感器的电感与第四电感器的电感之间的比值可大于3。
车辆充电设备可进一步包括连接到ac/dc转换器并被配置成减少传递的电流的噪声的噪声滤波部。
第一开关元件和第二开关元件中的至少一个可包括双极结晶体管(bjt)、晶闸管、场效应晶体管(fet)以及绝缘栅双极型晶体管(igbt)中的至少一个。
此外，根据本公开的实施例，车辆包括：车辆充电设备；电池，其电连接到车辆充电设备，并通过车辆充电设备供应的电流充电；测量部，其被配置成测量施加到电池的电压；以及控制器，其被配置成基于通过测量部测量的施加到电池的电压来控制车辆充电设备。车辆充电设备包括：ac/dc转换器，其被配置成可变地输出dc链路电压并且包括第一开关元件和第二开关元件，第二开关元件根据第一开关元件的操作增加由ac/dc转换器输出的dc链路电压；以及dc/dc转换器，其电连接到ac/dc转换器，并且被配置成通过转换由ac/dc转换器输出的dc链路电压获取输出电压，并将获取的输出电压传输到电池。控制器被配置成通过控制第二开关元件来增加由ac/dc转换器输出的dc链路电压。
第一开关元件可被配置成根据第一开关元件的操作来调节ac/dc转换器的功率因数。
ac/dc转换器可进一步包括：第一电感器，其连接到输入/输出(i/o)端子；第二电感器，其连接到输入/输出(i/o)端子，并联连接到第一电感器并连接到第二开关元件；以及至少一个电容器，其形成在位于第二电感器和第二开关元件之间的分支线路处。
第二开关元件可根据控制器的控制信号被接通或断开。
当第二开关元件被接通时，ac/dc转换器输出的dc链路电压可增加。
dc/dc转换器可包括：第三开关元件，其被配置成接收ac/dc转换器的输出电流；第一布线，其具有连接到第三开关元件的第一端；以及第四开关元件，其连接到第一布线的第二端。
第三开关元件和第四开关元件可根据固定的开关频率操作。
附图说明
从结合附图的实施例的下列描述中，本公开的这些和/或其它方面将变得明显并且更容易理解，其中：
图1是说明根据本公开的实施例的车辆及车辆充电设备的视图；
图2是说明根据本公开的实施例的车辆及车辆充电设备的控制框图；
图3是说明根据本公开的实施例的车辆充电设备的框图；
图4是说明根据本公开的实施例的车辆充电设备的电路图；
图5是说明根据本公开的实施例的车辆充电设备的另一电路图；
图6是说明根据本公开的实施例的dc/dc转换器的电路图；
图7是说明常规车载充电器(obc)的电路图；
图8是说明在将互感比设定为3时开关频率与电压增益之间的关系的曲线图；以及
图9是说明在将互感比设定为7时开关频率与电压增益之间的关系的曲线图。
应当理解的是，以上提到的附图不一定按比例绘制，而是呈现示出本公开的基本原理的各种优选特征的稍微简化的表示。本公开的包括诸如特定尺寸、取向、位置及形状的具体设计特征将部分地由特定意向的应用和使用环境来确定。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。如本领域技术人员将认识到的，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，所述实施例可以各种不同的方式修改。此外，相同的附图标记在整个说明书中表示相同的元件。
本文使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一”、“一个”以及“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括有”指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和全部组合。
应理解的是，如本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其它类似术语通常包括机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(suv)、公共汽车、卡车及各种商用车辆的乘用汽车，包括各种小船和大船的船只，飞机等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其它替代燃料(例如，来自石油以外的资源的燃料)车辆。如本文所述，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，汽油和电力双动力车辆。
另外，应理解的是，下面方法或其方面中的一个或多个可以由至少一个控制器执行。术语“控制器”可指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置成存储编程指令，并且处理器被特别地程控为执行编程指令以执行下面进一步描述的一个或多个进程。此外，应理解的是，如本领域普通技术人员将会理解的，以下方法可通过包括控制器的设备结合一个或多个其它部件来执行。
此外，本公开的控制器可被实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行编程指令的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在整个计算机网络中，使得编程指令例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(can)以分布式方式被存储和执行。
现在将详细参考本公开的实施例，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。
下面将参照图1至图9描述根据本公开的实施例的车辆及车辆充电设备。
图1是说明根据本公开的实施例的车辆及车辆充电设备的视图。
如图1所示，例如，车辆1可包括普通四轮车辆。可选地，车辆1不仅可包括四轮车辆，还可包括两轮车辆、三轮车辆、施工设备、电动自行车、在轨道上行驶的列车等。
根据本公开的实施例，车辆1通过使用电能作为主要或补充动力源来使车轮旋转而可移动。在这种情况下，车辆1可以是普通电动车辆、混合动力电动车辆和插电式混合动力电动车辆(phev)中的任何一种。
参照图1，车辆1可包括：车身2，其形成车辆1的外表；车内空间2a，其通过车身2与车外空间隔开；驱动马达30，其安装在车内空间2a的一个位置处以便将电能转换成动力能；以及电池90，其被配置成存储电能并且根据需要将所存储的电能提供给驱动马达30。
根据本公开的实施例，车辆1可进一步包括被配置成将诸如汽油或柴油的化石燃料的燃烧能转换成动力能的发动机(未示出)。被配置成从外部接收待存储在电池90中的电能的电力接收部3可形成在车身2的外表处。
根据本公开的实施例，电力接收部3可被安装到车身2的外表的几个点中的至少一个上。例如，电力接收部3可以以电力接收部3被定位成面向车辆1的侧方的方式形成在车辆1的前挡泥板或后挡泥板的一些部分处。另外，电力接收部3可被安装在车身2的前表面。更详细地，电力接收部3也可被安装在联接到车身2的发动机罩(即，引擎盖)的前下端。电力接收部3也可根据系统设计者的随机选择而被安装在车身2的外表面的特定位置处。
根据本公开的实施例，电力接收部3可包括：打开/关闭部4，其被打开以将端子部5暴露于外部或被关闭以关闭端子部5；以及端子部5，其联接到形成在电源电缆8的一端处的电源连接器8a。端子部5可包括其中插入和安装电源连接器8a的插入槽5a和安装到插入槽5a的内部的至少一个引脚5b。如果电源连接器8a被安装到插入槽5a，则至少一个引脚5b可被插入并连接到电源连接器8a的孔(未示出)。因此，至少一个连接引脚5b可电连接到电源连接器8a，并且车辆1可电连接到外部电源装置9。如果需要，端子部5可进一步包括盖5c，其被配置成以可更安全地保护插入槽5a和连接引脚5b免受外部刺激的方式打开或关闭插入槽5a和连接引脚5b。
电源电缆8可将车辆1电连接到电源装置9，使得可利用从电源装置9供应的电力对车辆1的电池90充电。能够可拆卸地联接到车辆1的电源连接器8a可位于电源电缆8的一端处，电源电缆8的另一端可被固定至电源装置9。
电源装置9可通过电源电缆8向车辆1供应电力和/或电流来对车辆1的电池90充电。电源装置9可接收来自外部商用电源的必要电能，并且可将接收的电能传输到车辆1。在这种情况下，外部商用电源可以是ac电源或dc电源。电源装置8可向车辆1提供交流电(ac)或直流电(dc)。电源装置9可被设计成保持或改变从商用电源供应的电信号的电压和/或电流。另外，电源装置9可根据需要测量车辆1中的充电量，或者还可被设计成向用户提供指示车辆1是否开始充电的信息或指示电池充电程度的其它信息。
根据本公开的实施例，电源装置9可包括低速充电器或高速充电器。另外，根据本公开的一个实施例，电源装置可包括电动车辆供电设备(evse)或电缆控制盒。
图2是说明根据本公开的实施例的车辆及车辆充电设备的控制框图。
如图2所示，车辆1可包括：电力接收部3，其被配置成允许从外部电源装置9供应的电流进入车辆1；车辆充电设备100，其直接或间接地连接到电力接收部3；以及电池90，其直接或间接地连接到车辆充电设备100。
如上所述，电力接收部3可根据电源连接器8a和端子部5之间的连接接收来自电源装置9的电能，并且可通过至少一个电路或至少一个导线将接收的电能传输到车辆充电设备100。通过电力接收部3传递的电流的一部分也可被传递到控制器70。控制器70可基于从电力接收部3接收的电流来确定是否向车辆1供应电力，并且可根据确定的结果来控制车辆充电设备100。
车辆充电设备100可操作来利用电力对电池90适当地充电。例如，车辆充电设备100可通过将施加到车辆充电设备100的交流电(ac)转换成直流电(dc)来提高额定功率(或功率因数)，或者可通过改变所施加的电压来输出预定电压，使得可根据电池90的电压利用电力对电池90充电。根据本公开的实施例，车辆充电设备100可使用车载充电器(obc)来实施。
下文将给出车辆充电设备100的详细描述。
电池90可被安装在车辆1中，可利用电能充电，并且可被设计成对嵌入在车辆1中的各个组成部件，例如，根据需要嵌入在车辆1中的各种装置(例如，马达、空调、仪表板、导航装置等)通电。
例如，电池90可使用下列各种电池中的至少一种来实施：例如，锂基电池(例如，锂钛电池、锂聚合物电池、锂离子电池和锂空气电池)、铅电池、镍镉电池和钠-氯化镍电池。
根据设计者的选择，电池90可被安装在包含在车辆1中的特定位置处。例如，电池90可被安装在车辆1的下部处，可被安装在发动机罩(即，引擎盖)中，或者可被安装在后座的后部处或行李箱盖中。另外，电池90可被安装到设计者能够考虑到的各个位置中的至少一个。
根据本公开的实施例，可在车辆1中安装一个电池90，或者可在车辆1中安装多个电池90。车辆1可进一步包括：驱动马达30，其被配置成根据从电池90供应的电能操作；测量部50，其被配置成获取关于从车辆充电设备100输出的电信号的信息；以及控制器70，其被配置成控制车辆1的整体操作。
驱动马达30可接收来自电池90的电能，并且可将接收的电能转换成机械能。对于驱动马达30的驱动，车辆1可获取各种操作所需的动力。例如，驱动马达30可被配置成获取车轮所需的动力。在这种情况下，通过驱动马达30获取的机械能可被传递到安装到车身2的至少一个车轮，并且至少一个车轮可通过传递的能量旋转，使得车辆1可移动或行进。如果需要，可省略驱动马达30。
此外，驱动马达30可被配置成获取根据马达120的操作能够执行的各种操作中的至少一个，例如，车轮101的旋转、燃料泵的操作、油泵的操作和/或驾驶员座椅或乘客座椅的座背的调整所需的动力。
根据本公开的实施例，马达120可以是dc马达、ac马达、dc无刷马达和线性感应马达中的至少一个。设计者能够考虑到的各种马达也可应用于上述马达120。
测量部50可测量车辆充电设备100的输出电压(参见图4的v2)。测量部50可使用能够测量dc电压或ac电压的各种测量装置来实施。
更详细地，测量部50可电连接到电池90和电容器(参见图4的199)中的至少一个，并且可被配置成测量施加到电池90和电容器199的电压。
测量部50可使用电信号输出测量结果，并且可通过导线或电路被传递到安装到车辆1的控制器70。例如，施加到电池90或电容器199的电压可被配置成电信号的形式，然后可被传递到控制器70。
控制器70可生成用于车辆1或用于安装在车辆1中的至少一个部件的控制信号，并且可以将控制信号传输到至少一个部件，使得安装在车辆1中的部件可根据需要操作。控制器70可与马达30、测量部50和车辆充电设备100中的至少一个通信。根据一个实施例，控制器70可通过电路或导线与马达30、测量部50和车辆充电设备100中的至少一个通信，或者可通过各种无线通信网络与马达30、测量部50和车辆充电设备100中的至少一个通信。在这种情况下，无线通信网络可使用各种通信技术，例如蓝牙、wi-fi、控制器局域网(can)、wi-fi直连或近场通信(nfc)等来实施。
例如，控制器70可使用中央处理单元(cpu)或微控制器单元(mcu)来实施或者可使用电子控制单元(ecu)来实施。cpu、mcu或ecu可使用一个或多个半导体芯片或相关联的组成部件来实施。另外，cpu、mcu或ecu可基于嵌入的或用户输入的程序或数据来处理车辆1的各种操作。cpu、mcu或ecu可根据设计者的选择被安装在车身2的车内空间2a的特定位置处。例如，cpu、mcu或ecu可被安装在安装到板和发动机舱之间的空间的基板上。
根据本公开的实施例，控制器70可从测量部50接收指示通过测量部50检测的输出电压(v3至v5中的任何一个)的数据的电信号，可基于接收的输出电压(v3至v5中的任何一个)生成控制信号，并可将控制信号传输到车辆充电设备100的至少一个开关元件(图4的146、150、171或172)。因此，控制器70可控制车辆充电设备100的至少一个开关146、150、171或172的接通/断开操作。
以下将参照图3至图6描述车辆充电设备100的各个实施例。
图3是说明根据本公开的实施例的车辆充电设备的框图。
车辆充电设备100可以是低速充电器。在这种情况下，如图3所示，车辆充电设备100可包括噪声滤波部110、ac/dc转换器140和dc/dc转换器170。
噪声滤波部110可去除从电力接收部3接收的电信号的噪声。车辆充电设备100可能由于高频开关元件146和150的接通/断开操作而导致电磁干扰(emi)问题。另外，电源装置9可将ac电力传输至车辆充电设备100，并且车辆充电设备100可通过电力接收部3和电源连接器8a直接联接到电源装置9。因此，车辆充电设备100产生的噪声也可能被施加到电源装置9。如上所述，噪声滤波部110可去除或最小化施加到电源装置9的噪声。例如，噪声滤波部110可使用emi滤波器来实施。可选地，可根据需要省略噪声滤波部110。
已经通过噪声滤波部110的电信号可通过电路或导线被施加到ac/dc转换器140。ac/dc转换器140可将ac电力转换成dc电力。
根据本公开的实施例，ac/dc转换器140也可使用功率因数校正(pfc)转换器来实施。在这种情况下，pfc转换器可使用无源pfc方案或有源pfc方案中的任意一种来实施。
另外，ac/dc转换器140还可使用倍压器电路来实施。因此，ac/dc转换器140可输出dc链路电压v2并同时改变dc链路电压v2。另外，ac/dc转换器140还可通过组合pfc转换器和倍压器电路来实施。
图4是说明根据本公开的实施例的车辆充电设备的电路图，并且图5是说明根据本公开的实施例的车辆充电设备的另一电路图。
首先参照图4，ac/dc转换器140可包括第一输入/输出(i/o)端子140a，第二i/o端子140b，多个二极管141、142、143、144和145，多个开关元件146和150，多个电感器152和153以及电容器161(以下称为“第一电容器”)。
从电力接收部3接收的电流可被施加到第一i/o端子140a和第二i/o端子140b中的至少一个。施加到第一i/o端子140a和第二i/o端子140b的电流可以是ac电流。因此，电流可在特定点处从外部传递到第一i/o端子140a，并且可在特定点处通过第二i/o端子140b输出到外部。在其它点处，电流可被输入到第二i/o端子140b，并且可通过第一i/o端子140a输出。
施加到第一i/o端子140a和第二i/o端子140b的电压v1可对应于从电源装置9供应的电压。
施加到第一i/o端子140a和第二i/o端子140b的电压v1可以是ac电压。例如，假设通过车辆充电设备100获取的充电容量被设定为3.3kw，则施加到第一i/o端子140a和第二i/o端子140b的电压v1可以是以预定的频率在70v至285v的范围内变化的ac电压。
多个二极管141、142、143、144和145中的第一二极管141至第四二极管144可直接联接到i/o端子140a和140b，并且可确定通过i/o端子140a和140b接收的电流的方向。
根据本公开的实施例，第一二极管141至第四二极管144可被实施为如图4所示的桥接结构。
第一二极管141和第四二极管144可连接到第一输入端子140a。通过第一输入端子140a接收的电流可被传递到第一二极管141。另外，第二二极管142和第三二极管143可连接到第二输入端子140b。通过第二输入端子140b接收的电流可被传递到第三二极管143。
根据本公开的实施例，第一二极管141和第三二极管143可电连接到电感器模块151。电感器模块151可包括多个电感器152和153。电感器152和153可彼此并联连接。更详细地，通过一端连接到i/o端子140a和140b的线路可在第一点(p1)处被分支成多个分支线路，并且第一电感器152和第二电感器153可并联连接到每个分支线路。
根据本公开的实施例，如图4所示，电感器152和153可彼此联接。例如，电感器152和153可邻近一个或多个芯被安装。如果电感器152和153如上所述彼此联接，则整体电感可根据电感器152和153之间的互感而改变。另外，电感器151a和151b可彼此间隔开，使得电感器151a和151b之间几乎没有或没有影响。换言之，电感器151a和151b可被配置成不彼此联接。
再次参照图4，电感器152和153中的第一电感器152的一端可连接到i/o端子140a和140b，并且第一电感器152的另一端可通过第二点(p2)电连接到第五二极管145。已经通过第五二极管145的电流可被传递到dc/dc转换器170。上述特征也可适用于不彼此联接的电感器151a和151b中的另一电感器151a。
第二点(p2)可形成在第一电感器152和第五二极管145之间。线路可在第二点(p2)处被分支成多条线路。分支线路可电连接到第九点(p9)。第九点(p9)可位于dc/dc转换器170、第二二极管142和第四二极管144彼此连接的线路处。开关146和150中的第一开关元件146可被安装在第二点(p2)和第九点(p9)的连接线路处。
第一开关元件146可根据从控制器70接收的控制信号被接通或断开。在这种情况下，第一开关元件146可被周期性地和重复地接通或断开。
可根据第一开关元件146的周期性状态变化来调整ac/dc转换器140的内部部件的功率因数。更详细地，从ac/dc转换器140输出的电压和电流的相位差可根据第一开关元件146的接通/断开操作来校正或调整，使得ac/dc转换器140的内部部件的功率因数可得到补偿。
第一开关元件146的一端可通过线路连接到第二点(p2)，并且第一开关元件146的另一端可通过线路连接到第九点(p9)。
第一开关元件146可使用能够执行开关操作的预定部件来实施。例如，第一开关元件146可使用晶体管来实施。在这种情况下，晶体管可包括双极结晶体管(bjt)、晶闸管、场效应晶体管(fet)和绝缘栅双极型晶体管(igbt)中的至少一个。fet可包括金属半导体场效应晶体管(mesfet)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)等。
如果第一开关元件146使用晶体管来实施，则通过控制器70接收的具有预定电压的控制信号可被施加到晶体管的基极端子。第一开关元件146的发射极端子和集电极端子可在接收控制信号时彼此电连接。如果第一开关元件146使用fet来实施，则具有预定电压的控制信号(即，栅极信号)可被施加到栅极端子，并且源极端子和漏极端子可在接收控制信号时彼此电连接。
根据本公开的实施例，多个电感器152和153中的第二电感器153的一端可电连接到i/o端子140a和140b，并且第二电感器153的另一端可电连接到多个开关元件146和150中的第二开关元件150。例如，第二电感器153和第二开关元件可通过使用电路或导线实施的预定线路彼此直接连接或间接连接。
第二电感器153和第二开关元件150的连接线路可从第三点(p3)分支。分支线路可连接到第一电容器161。
第一电容器161的一端可连接到从第三点(p3)分支的线路，并且第一电容器161的另一端可连接到与dc/dc转换器170的第四点(p4)连接的线路。
第二开关元件150可根据从控制器70接收的控制信号被接通或断开。
第二开关元件150的一端可连接到与第二电感器153连接的线路，并且第二开关元件150的另一端可连接到第十点(p10)。第十点(p10)可位于用于将dc/dc转换器170连接到第二二极管142和第四二极管144的线路处。第十点(p10)可形成在位置相对靠近第二二极管142和第四二极管144的线路处。因此，已经通过第九点(p9)的电流可通过第十点(p10)被施加到第二二极管142和第四二极管144中的任何一个，并且可被传递到i/o端子140a和140b。
从ac/dc转换器140输出的dc链路电压v2可根据第二开关元件150的操作而改变。例如，假设第二开关元件150根据控制器70的控制信号被接通或周期性地接通或断开，则ac/dc转换器140可输出比通过i/o端子140a和140b接收的电压v1相对高的dc链路电压v2。在这种情况下，输出dc链路电压v2可以是输入电压v1的大约两倍。例如，假设通过i/o端子140a和140b输入400v的v1电压，则可根据第二开关元件150的操作从ac/dc转换器140输出约700v的dc链路电压v2。
第二开关元件150可使用开关所需的各种部件来实施。在这种情况下，第二开关元件150可被实施为与第一开关元件146相同的开关部件，或者可被实施为与第一开关元件146不同的另一开关部件。
例如，第二开关元件150可使用例如双极结晶体管(bjt)、晶闸管、场效应晶体管(fet)或绝缘栅双极型晶体管(igbt)的晶体管来实施。以与第一开关元件146相同的方式，fet可包括金属半导体场效应晶体管(mesfet)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)等。
如果以与第一开关元件146相同的方式，第二开关元件150使用晶体管来实施，则第二开关元件150可根据施加到基极端子或栅极端子的控制信号使发射极端子和集电极端子互相电连接，或者可使源极端子和漏极端子互相电连接。
根据本公开的实施例，第二开关元件150可根据控制器70的控制信号被周期性地接通或断开，或者可在预定的时间段内被连续接通或断开。
dc/dc转换器170可电连接到ac/dc转换器140、可改变ac/dc转换器140的输出电压的大小并且可将改变的电压输出到电池90来对电池90充电。
再次参照图4，dc/dc转换器170可包括dc/ac转换器171和ac/dc转换器180。
dc/ac转换器171可电连接到ac/dc转换器140，并且可根据多个开关元件173和174的操作将dc电力转换成ac电力。
dc/ac转换器171可包括至少一个二极管178、至少一个电容器162至164、多个电感器176和177以及第一布线179。
例如，dc/ac转换器171可包括至少一个二极管178(以下称为“第六二极管”)。根据本公开的实施例，dc/ac转换器171可进一步包括串联或并联连接到第六二极管178的另一二极管。
第六二极管178可通过至少一条线路连接到第五二极管145。在这种情况下，第五二极管145的输出端子可连接到第六二极管178的输入端子，使得电流可从第五二极管145被传递到第六二极管178。另外，第六二极管178也可通过连接到第四点(p4)的线路连接到第一电容器161。在这种情况下，第六二极管178的输入端子可通过线路电连接到第一电容器161。
至少一条线路可连接到第六二极管178的输出端子。连接到第六二极管178的输出端子的线路可从第五点(p5)分支，并且分支线路中的任何一个可连接到第八点(p8)，并且另一分支线路可连接到第三开关元件173。第八点(p8)可位于连接到第四开关元件174、第二二极管142和第四二极管144中的任何一个的线路处。
根据本公开的实施例，一个或多个电容器162和163可被设置在第五点(p5)和第八点(p8)之间。例如，第二电容器162和第三电容器163可被顺序地安装在从第五点(p5)到第八点(p8)的连接线路处。可根据需要省略第二电容器162和第三电容器163中的任何一个。
当第一开关元件146和第二开关元件150被同时操作时，从ac/dc转换器140输出的dc链路电压v2可能相对高。因此，假设如图4所示设置多个电容器162和163，则即使当相对高的dc链路电压v2施加到各个电容器162和163时，也可防止各个电容器162和163损坏。
第五点(p5)和第八点(p8)之间的连接线路可从设置在第二电容器162和第三电容器163之间的第六点(p6)分支。从第六点(p6)分支的线路可电连接到第一布线179的一端。
根据本公开的实施例，第四电容器164和第三电感器176可在从第六点(p6)到第一布线179的范围内从第六点(p6)被顺序地布置。
图6是说明根据本公开的实施例的dc/dc转换器的电路图。
根据本公开的实施例，如图6所示，只有第三电感器176可被布置在第一布线179和第六点(p6)之间。
从第五点(p5)分支的另一线路可连接到第三开关元件173的一端，并且第三开关元件173的另一端可连接到第四开关元件174的一端。连接到第四开关元件174的另一端的线路可连接到第八点(p8)。
分支线路可形成在设置在第三开关元件173和第四开关元件174之间的第七点(p7)处，并且分支线路可电连接到第一布线179的另一端。
第三开关元件173和第四开关元件174中的至少一个可根据控制器70的控制信号被接通或断开。
第三开关元件173和第四开关元件174可被实施为相同种类的开关部件，或者可被实施为不同种类的开关部件。
第三开关元件173和第四开关元件174可以与第一开关元件164和第二开关元件165相同的方式使用各种晶体管中的至少一个来实施。第三开关元件173和第四开关元件174可被布置成彼此交叉，使得第三开关元件173和第四开关元件174可被接通或断开。例如，假设第三开关元件173被接通，则第四开关元件174可被控制成断开。相反，假设第三开关元件173被断开，则第四开关元件174可被控制成接通。
另外，可周期性地执行上述第三开关元件173和第四开关元件174的操作。换言之，第三开关元件173可被周期性地接通和断开，并且第四开关元件174可以与第三开关元件173不同的方式被周期性地断开和接通。
由于如上所述操作第三开关元件173和第四开关元件174，所以电流可在第一布线179中沿彼此相反方向周期性地流动。因此，对应于在第一布线179中流动的电流的另一电流可根据磁感应在ac/dc转换器180的布线181(以下称为“第二布线”)中被感应。另外，对应于施加到第一布线179的电压的电压可被施加到第二布线181。被施加到第二布线181的电压或者在第二布线181中流动的电流不仅根据第一布线179的缠绕次数而且根据第二布线181的缠绕次数来确定。
根据本公开的实施例，第三开关元件173和第四开关元件174可被暂时地并同时地接通，或者可被暂时地并同时地断开。例如，当第三开关元件173从off状态转换到on状态时，第四开关元件174也可在预定的时间内被连续接通。
此外，第三开关元件173和第四开关元件174可根据设计者的随机选择以各种模式来控制。第一布线179可邻近ac/dc转换器180的第二布线181定位，并且可围绕芯缠绕一次或多次。第一布线179的一端可串联连接到第三电感器176，并且第一布线179的另一端可连接到第七点(p7)。
根据本公开的实施例，第四电感器177可并联连接到第一布线179。第四电感器177可串联连接到第三电感器176。
此外，如图6所示，至少一个第五电容器165可被设置在第一布线179的另一端和第七点(p7)之间。如果第五电容器165被设置，则可根据需要省略第四电容器164。第五电容器165的一端可连接到第一布线179的另一端，并且第五电容器165的另一端可连接到第四开关元件174。
ac/dc转换器180可包括第二布线181和多个二极管182至185。
感应交流电(ac)可响应于流入第一布线179中的电流的变化而流入第二布线181中。在这种情况下，对应于缠绕在芯上的第一布线179的缠绕次数和缠绕在芯上的第二布线181的缠绕次数的电压v3可被施加到第二布线181。流入第二布线181中的交流电(ac)可通过多个二极管182至185被转换为直流电(dc)，然后可被传递到电池90。
更详细地，多个二极管182至185中的第七二极管182和第十二极管185可连接到第二布线181的一端，并且第八二极管183和第九二极管184可连接到第二布线181的另一端。从第二布线181的一端输出的电流可通过第七二极管182被施加到电池90，并且可通过第八二极管183传递到第二布线181的另一端。相反地，从第二布线181的另一端输出的电流可通过第九二极管184被施加到电池90，并且可通过第十二极管185输入到第二布线181的一端。
对应于施加到第二布线181的电压v3的电压v4可被施加到电池90。施加到电池90的电压v4可与施加到第二布线181的电压v3相同或相似。
根据本公开的实施例，第五电容器199可并联连接到电池90。第五电容器199可被安装成使电路稳定。由于第五电容器199并联连接到电池90，所以施加到第五电容器199的电压在理论上可与施加到电池90的电压v4相同。
如上所述，测量部50可检测和测量施加到第五电容器199的电压v5，并且可将测量结果传输到控制器70。
控制器70可根据从测量部50接收的电压v5的测量结果生成控制信号，并且可将控制信号传输到多个开关元件146、150、173和174中的至少一个。
例如，控制器70可将控制信号(例如，门信号)传输到第二开关元件150，使得第二开关元件150可操作。例如，在从控制器70接收到控制信号时，第二开关元件150可被接通或者可交替地被接通和断开。根据第二开关元件150的操作，ac/dc转换器140可输出相对较高的电压v2，使得相对较高的电压v2可被施加到dc/dc转换器170。因此，施加到dc/dc转换器170的电压可基于从dc/dc转换器170输出的电压v3来控制。
根据本公开的实施例，假设电池90的充电电压v4(即，dc/dc转换器170的输出电压v3)相对低，则控制器70可以向第二开关元件150传输控制信号，使得dc链路电压v2可进一步增加。例如，当电池90的充电电压v4被测量为240v时，控制器70可确定测量的充电电压v4相对低，并且可生成用于将充电电压v4增加到较高电压(例如，413v)的控制信号。在这种情况下，控制信号可被施加到第二开关元件150，并且第二开关元件150可根据控制信号操作，使得dc链路电压v2可更加相对增加。例如，dc链路电压v2可根据第二开关元件150的操作从430v增加到673v。
如果根据从dc/dc转换器170输出的电压v3调节施加到dc/dc转换器170的电压，则施加到dc/dc转换器170的电压和dc/dc转换器170的输出电压v3之间的增益可保持近似恒定，或者可被控制成仅具有包含在预定范围内的值。
另外，控制器70可将控制信号传输到第三开关元件173和第四开关元件174中的至少一个，并且可控制第三开关元件173和第四开关部174中的至少一个开关频率。从dc/dc转换器170输出的电压v3的纹波可在第三开关元件173和第四开关元件174的开关频率的控制下被控制。换言之，可控制第三开关元件173和第四开关元件174的开关频率以控制从dc/dc转换器170输出的电压的纹波。在这种情况下，可根据需要固定第三开关元件173和第四开关元件174中的至少一个开关频率。
图7是说明常规车载充电器(obc)的电路图，图8是说明在将互感比设定成3时开关频率与电压增益之间的关系的曲线图。图9是说明在将互感比设定成7时开关频率与电压增益之间的关系的曲线图。
如图7所示，用于控制功率因数的仅一个开关元件211可被安装到常规obc200的ac/dc转换器201。另外，常规ac/dc转换器201可输出对应于输入电压v6的固定的输出电压v7(例如，400v的输出电压)。因此，常规obc200必须控制包含在dc/dc转换器202中的每个开关元件212至215的开关频率，以便适当地调节从obc200输出的电压v8。常规obc200的输入电压v6固定。为了获得宽范围的输出电压v7，常规obc200需要以可在宽范围内改变开关元件212至215的开关频率的方式进行设计。
相反地，即使当第三开关元件173和第四开关元件174的开关频率固定时，上述车辆充电设备100也可以控制ac/dc转换器140，使得施加到dc/dc转换器170的电压v2相对增加。因此，第三开关元件173和第四开关元件174的开关频率不需要在宽范围内变化，从而降低设计复杂性。
另外，常规obc200必须具有高的电压增益以获得宽范围的输出电压v7。为此，obc200必须被设计成获得高的电压增益峰值。为了获得高的电压增益峰值，需要将通过以下等式1定义的互感比(m)降低到低的互感比：
[等式1]
在等式1中，m可表示互感比(m)。lr可表示串联连接到第一布线的电感器176和221的电感lr1和lr2，lm可表示并联连接到第一布线的电感器177和222的电感lm1和lm2。
输入电压(v2、v7)和输出电压(v3、v8)之间的增益峰值可与互感比(m)成反比变化。例如，如图8所示，当互感比(m)被设定成3时，电压增益峰值相对高，而如图9所示，当互感比(m)被设定成7时，电压增益峰值相对低。
因此，常规obc200被设计成具有较低的互感比(m)以实现较高的电压增益峰值。因此，需要将并联连接到布线的电感器222的磁化电感(lm2)降低到相对低的磁化电感。然而，假设如上所述磁化电感(lm2)被设定成相对低的磁化电感，则流入电感器222中的磁化电流会增加，并且反馈电流也会与增加的磁化电流成比例地增加。增加的反馈电流会不可避免地增加在开关元件212至215断开时产生的转换损耗，从而导致obc200的整体操作效率降低。
相反地，根据上述车辆充电设备100，根据ac/dc转换器140的操作，施加到dc/dc转换器170的电压v2相对高，并且即使在电压增益峰值相对低时，dc/dc转换器170也可输出适当的电压v3。因此，电压增益可被制定为具有相对小的范围。换言之，电压增益峰值不需要被设置成高的峰值。因此，即使在互感比(m)高时，也可适当地获取车辆充电设备100的输出电压v3。
例如，如图9所示，即使在互感比(m)被设定成7时，车辆充电设备100也可适当地执行电压转换。在这种情况下，并联连接到布线的第四电感器177可具有相对高的磁化电感(lm1)，使得流入第四电感器177中的磁化电流的峰值减小，并且可大大减少在开关元件173和174被断开时产生的损耗量。
此外，仅一个开关元件211被安装到常规obc200的ac/dc转换器201。因此，假设ac/dc转换器201的输出电压v7相对增加，则开关元件211的占空比增加，并且流入开关元件211中的有效电流也会增加，使得开关元件211可能容易被损坏。
相反地，用于上述车辆充电设备100中的ac/dc转换器140包括多个开关元件(即，第一开关元件146和第二开关元件150)，使得每个开关元件146或150的占空比可减少，并且可大大降低每个开关元件146或150的损耗量。
根据上述车辆充电设备100，施加到dc/dc转换器170的dc链路电压v2相对高，使得dc/dc转换器170可仅使用两个开关元件173和174来实施。更详细地，如图7所示，常规obc200的dc/dc转换器202需要具有四个开关元件212至215，然而如图4所示，上述车辆充电设备100的dc/dc转换器170必须仅具有两个开关元件173和174。换言之，可减少用于dc/dc转换器170中的开关元件的数量。因此，可小型化dc/dc转换器170和车辆充电设备100，使得电路设计的复杂性可被降低，并且还可减少电路设计所需的生产成本。
虽然本文仅公开根据本公开的实施例的车辆及车辆充电设备以用于说明性目的，但是实施例的范围或精神不限于此，并且本领域技术人员将理解的是，在不脱离所附权利要求中公开的本公开的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。例如，即使是按照与上述不同的顺序执行前述过程和方法，和/或上述诸如系统、结构、装置或电路的元件可以与上述不同的形式和模式组合或联接，或者用其它部件或等同物代替或更换，也可以实现本公开的充分的效果。
从上述描述中明显的是，根据本公开的实施例的车辆及车辆充电设备可提高车辆充电效率，并且可降低车辆及车辆充电设备的生产成本。
根据本公开的实施例的车辆及车辆充电设备即使当相对高的输入电压被施加到dc/dc转换器时，也可减少车辆充电设备的开关元件的损耗，同时抑制开关元件发热，从而提高开关元件的效率。
根据本公开的实施例的车辆及车辆充电设备可允许dc/dc转换器具有相对高的磁化电感，从而减少开关断开损耗，使得车辆及车辆充电设备可提高充电操作的效率。
根据本公开的实施例的车辆及车辆充电设备可固定dc/dc转换器的开关频率，以实现小型车辆充电设备，使得车辆能够被容易且方便地制造。
尽管已经示出和描述了本公开的一些实施例，但本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行改变，本发明的范围在所附权利要求及其等同物中限定。