电动车充电电路及其控制方法与流程

本发明关于一种充电电路，且特别关于一种电动车充电电路。

背景技术

近来，随着环保意识的普及，开发以电能作为动力来源的电动车取代以化石燃料作为动力的传统车辆，逐渐成为汽车领域内的重要目标。

为节省充电时间，电动车充电设备须以较高功率对电动车进行充电。随着电动车电池容量提升，对电动车充电时所需的充电功率也随之提高。若电动车充电站通过市电电力对电动车充电，可能会超出原先计划的契约容量，并对电网稳定度造成不良影响。

因此，如何改善电动车充电站对电动车的充电策略，以满足电动车的充电需求，是本领域目前重要的研究课题。

技术实现要素：

本发明的一态样为一种电动车充电电路。电动车充电电路包含：一第一电源转换电路，用以提供一输出电流以对一电动车充电，该第一电源转换电路包含：一交流直流转换器，用以将一交流电压转换为一总线电压至一总线；以及一直流直流转换器，于该总线电性耦接于该交流直流转换器，用以根据该总线电压输出该输出电流；一储能装置；以及一第二电源转换电路，电性耦接于该储能装置与该总线之间，用以于该储能装置与该总线之间双向传输能量，其中该第二电源转换电路包含一隔离型双向转换器。

在部分实施例中，该第二电源转换电路用以根据该总线电压的大小控制该储能装置进行充电或放电，以维持该总线电压的电压准位。

在部分实施例中，该第一电源转换电路更包含多个电源模块，该些电源模块每一者分别包含对应的该交流直流转换器与该直流直流转换器。

在部分实施例中，该第二电源转换电路包含多个第二直流直流转换器，该些第二直流直流转换器的输入端分别电性耦接至该些电源模块的该总线，该些第二直流直流转换器的输出端彼此并联于该储能装置，该些第二直流直流转换器为隔离型双向转换器。

在部分实施例中，当该交流直流转换器的一输入功率到达一额定上限时，该储能装置通过该第二电源转换电路对该总线输出电力，以提供该输出电流。

在部分实施例中，当该交流直流转换器的一输入功率未到达一额定上限时，该储能装置通过该第二电源转换电路自该总线接收电力，以进行储能。

在部分实施例中，该交流直流转换器为单向转换器。

在部分实施例中，该直流直流转换器为单向隔离转换器。

在部分实施例中，该交流直流转换器为双向转换器。

本发明的另一态样为一种电动车充电电路。电动车充电电路包含：一第一电源模块，包含：一第一交流直流转换器，用以将一交流电压转换为一第一总线电压至一第一总线；一第一直流直流转换器，于该第一总线电性耦接于该第一交流直流转换器；一第一外接引脚，电性耦接于该总线的一正极端并引至该第一电源模块的一壳体之外；以及一第二外接引脚，电性耦接于该总线的一负极端并引至该第一电源模块的该壳体之外；一储能模块，电性耦接于该第一外接引脚与该第二外接引脚，包含：一储能装置；以及一电源转换电路，电性耦接于该储能装置，并通过该第一外接引脚与该第二外接引脚电性耦接于该第一总线，用以于该储能装置与该第一总线之间双向传输能量。

在部分实施例中，电动车充电电路更包含：一第二电源模块，以并联形式与该第一电源模块电性耦接，该第二电源模块包含：一第二交流直流转换器，用以将该交流电压转换为一第二总线电压至一第二总线；一第二直流直流转换器，于该第二总线电性耦接于该第二交流直流转换器；一第三外接引脚，电性耦接于该第二总线的一正极端并引至该第二电源模块的一壳体之外；以及一第四外接引脚，电性耦接于该第二总线的一负极端并引至该第二电源模块的该壳体之外；其中该电源转换电路通过该第三外接引脚与该第四外接引脚电性耦接于该第二总线，用以于该储能装置与该第二总线之间双向传输能量。

在部分实施例中，该电源转换电路包含：一第三直流直流转换器，该第三直流直流转换器的一第一端电性耦接于该第一总线，该第三直流直流转换器的一第二端电性耦接于该储能装置；以及一第四直流直流转换器，该第四直流直流转换器的一第一端电性耦接于该第二总线，该第四直流直流转换器的一第二端电性耦接于该储能装置。

在部分实施例中，该第三直流直流转换器与该第四直流直流转换器为隔离型双向转换器。

在部分实施例中，该电源转换电路用以根据该第一总线电压的大小控制该储能装置进行充电或放电，以维持该第一总线电压的电压准位。

在部分实施例中，当该第一交流直流转换器的一输入功率到达一额定上限时，该储能装置通过该第一外接引脚与该第二外接引脚对该第一总线输出电力。

在部分实施例中，当该交流直流转换器的一输入功率未到达一额定上限时，该储能装置通过该第一外接引脚与该第二外接引脚自该第一总线接收电力，以进行储能。

本发明的又一态样为一种电动车充电电路的控制方法。控制方法包含：通过一第一电源转换电路中的一交流直流转换器，自一电网将一交流电压转换为一总线电压至一总线；通过该第一电源转换电路中的一直流直流转换器，根据该总线电压输出一输出电流；以及当该交流直流转换器的一输入功率到达一额定上限时，由一储能装置通过一第二电源转换电路对该总线输出电力，以提供该输出电流。

在部分实施例中，控制方法，更包含：当该交流直流转换器的该输入功率未到达该额定上限时，通过该第二电源转换电路自该第一总线接收电力，以对该储能装置进行储能。

在部分实施例中，控制方法，更包含：通过该第二电源转换电路，根据该总线电压的大小控制该储能装置进行充电或放电，以维持该总线电压的电压准位。

在部分实施例中，控制方法，更包含：当该电网停电时，由该储能装置通过该第二电源转换电路对该总线输出电力，以提供该输出电流。

附图说明

图1为根据本发明部分实施例所绘示的电动车充电电路的示意图。

图2为根据本发明部分实施例所绘示的电动车充电电路的操作示意图。

图3为根据本发明部分实施例所绘示的电动车充电电路的操作示意图。

图4为根据本发明部分实施例所绘示的电动车充电电路的操作示意图。

图5为根据本发明部分实施例所绘示的电动车充电电路的操作示意图。

图6为根据本揭示内容部分实施例所绘示的电动车充电电路的控制方法的流程图。

图7为现有的电动车充电电路的示意图。

具体实施方式

下文举实施例配合所附图式作详细说明，以更好地理解本发明的态样，但所提供的实施例并非用以限制本公开所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合之结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本公开所涵盖的范围。此外，根据业界的标准及惯常做法，图式仅以辅助说明为目的，并未依照原尺寸作图，实际上各种特征的尺寸可任意地增加或减少以便于说明。下述说明中相同元件将以相同的符号标示来进行说明以便于理解。

在全篇说明书与权利要求所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此公开的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本公开的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本公开的描述上额外的引导。

此外，在本文中所使用的用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。此外，本文中所使用之“及/或”，包含相关列举项目中一或多个项目的任意一个以及其所有组合。

于本文中，当一元件被称为“连接”或“耦接”时，可指“电性连接”或“电性耦接”。“连接”或“耦接”亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用“第一”、“第二”、…等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。

请参考图7。图7为现有的电动车充电电路700的示意图。如图7所示，现有的电动车充电电路700包含电源转换电路720，而在应用上常加入电源转换电路740与储能装置760。结构上，电动车充电电路700的电网端电性耦接至电网200，以自电网200接收交流电压vac。在部分实施例中，交流电压vac可为电力系统中经过中压隔离电路后输出的中压等级的三相交流电。

在部分实施例中，电源转换电路720包含多个彼此以并联形式电性耦接的电源模块。各个电源模块分别自电网200接收电力，以分别提供电流输出，使得电源转换电路720提供输出电流io至电动车充电电路700的负载端，以对电动车300充电。举例来说，电源模块每一者各自包含对应的交流直流转换器722a、722b、722c以及直流直流转换器724a、724b、724c，用以将交流电压vac转换为适当的直流电压准位，以提供适当的充电电压与电流至电动车300，以满足电动车300所需的充电功率。

电动车300自电动车充电电路700的负载端撷取电力进行充电时，若电动车300所需的充电功率较大时，电动车充电电路700无法通过电网200提供所需的全部功率。举例来说，为确保电力系统稳定、配合相关法规规范或是经济效益等等目的，电动车充电电路700需要控制电网200提供的功率低于与电力公司所约定的契约容量。换言之，电网200所能提供的输入功率有其额定上限。

为此，电动车充电电路700于电网端设置了同样电性耦接至电网200的电源转换电路740。电源转换电路740为双向控制的交流直流转换器，用以在电网200供电尚有余裕时将多余电力转换为适当的直流电力，以将电力储存于储能装置760中，并在电网200供电不足时，将储能装置760中储存的电力转换为交流电力提供至电源转换电路720，以确保电网200提供的功率低于其额定上限。

然而，电源转换电路720中的电路元件所能承受的电流亦有其安全电流上限值，若电源转换电路720的输入电流过大，亦可能会导致交流直流转换器722a、722b、722c或其他电路元件毁损。因此，在相同的组件耐流限制下，现有的电动车充电电路700无法进一步提升供电功率以满足电动车充电功率越来越高的需求。此外，由于电源转换电路740需提供交流电力至电源转换电路720，其连接电网200必须要申请并网和符合相关规范。

请参考图1。图1为根据本发明部分实施例所绘示的电动车充电电路100的示意图。如图1所示，在部分实施例中，电动车充电电路100包含电源转换电路120、电源转换电路140、以及储能装置160。

在结构上，电动车充电电路100的电网端用以电性耦接至电网200，以自电网200接收交流电压vac。举例来说，在部分实施例中，交流电压vac可为电力系统中经过中压隔离电路后输出之中压等级的三相交流电。

在部分实施例中，电源转换电路120包含多个电源模块ma、mb、mc。电源模块ma、mb、mc彼此以并联形式电性耦接，分别自电网200接收电力，以分别提供电流ia、ib、ic输出，使得电源转换电路120提供输出电流io至电动车充电电路100的负载端，以对电动车300充电。

具体来说，电源模块ma、mb、mc每一者各自包含对应的交流直流转换器122a、122b、122c以及直流直流转换器124a、124b、124c。在结构上，交流直流转换器122a、122b、122c的交流端彼此电性耦接，直流直流转换器124a、124b、124c的输出端彼此电性耦接。在部分实施例中，直流直流转换器124a、124b、124c为隔离型转换器。以电源模块ma为例，交流直流转换器122a用以自输入端接收交流电压vac，并将交流电压vac转换为总线电压vbusa至交流直流转换器122a与直流直流转换器124a之间的总线126a。直流直流转换器124a于总线电性耦接于交流直流转换器122a，并用以根据总线电压vbusa输出电流ia。

相似地，电源模块mb、mc亦可分别通过交流直流转换器122b、122c提供总线电压vbusb、总线电压vbusc，并通过直流直流转换器124b、124c输出电流ib、ic。

如此一来，便可通过各个电源模块ma、mb、mc输出的电流ia、ib、ic之和，输出足够的输出电流io至电动车300，以满足电动车300所需的充电功率。

在部分实施例中，电源模块ma更包含外接引脚pin1a、pin2a。外接引脚pin1a电性耦接于总线126a的正极端并引至电源模块ma的壳体之外。外接引脚pin2a电性耦接于总线126a的负极端并引至电源模块ma的壳体之外。藉此，总线电压vbusa便可通过外接引脚pin1a、pin2a拉至电源模块ma之外。相似地，电源模块mb、mc亦分别包含相应的外接引脚pin1b、pin2b以及外接引脚pin1c、pin2c，用以分别将总线电压vbusb、vbusc拉至电源模块mb、mc之外。换言之，外接引脚pin1a、pin1b、pin1c分别电性耦接于总线126a、126b、126c的正极端并引至相应的电源模块ma、mb、mc的壳体之外。外接引脚pin2a、pin2b、pin2c电性耦接于总线126a、126b、126c的负极端并引至相应的电源模块ma、mb、mc的壳体之外。

电源转换电路140电性耦接于储能装置160与电源转换电路120之间。在结构上，电源转换电路140分别通过外接引脚pin1a、pin2a电性耦接于电源模块ma的总线126a，通过外接引脚pin1b、pin2b电性耦接于电源模块mb的总线126b，通过外接引脚pin1c、pin2c电性耦接于电源模块mc的总线126c。藉此，电源转换电路140便可用以于储能装置160与总线126a、126b、126c之间双向传输能量。

具体来说，电源转换电路140包含直流直流转换器142a、142b、142c。在部分实施例中，直流直流转换器142a、142b、142c为隔离型双向转换器，其一端分别用以通过相应线路耦接至电源模块ma、mb、mc的总线126a、126b、126c，其另一端彼此并联于储能装置160。

在部分实施例中，储能装置160可通过电池或超级电容等方式实现，用以通过电源转换电路140进行储能。在部分实施例中，电源转换电路140与储能装置160亦可整合为单一的储能模块md，例如储能电源柜，以搭配电源模块ma、mb、mc调节电力。

如此一来，当欲对储能装置160进行充电时，直流直流转换器142a、142b、142c便可自总线126a、126b、126c将电力传输至储能装置160。另一方面，当欲自储能装置160提供电力输出时，直流直流转换器142a、142b、142c便可进行电力转换，分别对总线126a、126b、126c供电。

在部分实施例中，电源转换电路140用以根据总线电压vbusa、vbusb、vbusc的大小控制储能装置160进行充电或放电，以维持总线电压vbusa、vbusb、vbusc的电压准位。具体的电路操作将于以下段落中搭配图式进行详细说明。

请参考图2。图2为根据本发明部分实施例所绘示的电动车充电电路100的操作示意图。如先前段落中所述，与图7所示的电动车充电电路700的操作相似，当电动车300自电动车充电电路100的负载端撷取电力进行充电时，若电动车300所需的充电功率较大时，电动车充电电路100无法通过电网200提供所需的全部功率。

因此，如图中所示，为避免电网200提供的功率超出上限，当交流直流转换器122a、122b、122c的输入功率到达额定上限时，储能装置160通过电源转换电路140对总线126a、126b、126c输出电力，以提供输出电流io满足电动车300所需的充电功率。

此时，交流直流转换器122a、122b、122c的输入功率维持在额定上限。随着电动车300撷取的充电功率提高，直流直流转换器124a、124b、124c所提供的输出功率大于交流直流转换器122a、122b、122c提供的功率，导致总线126a、126b、126c上的总线电压vbusa、vbusb、vbusc下降。

当检测到总线电压vbusa、vbusb、vbusc下降时，电源转换电路140便可相应控制储能装置160进行放电，输出补偿电流ica、icb、icc至总线126a、126b、126c，以平衡输入功率与输出功率，藉此维持总线电压vbusa、vbusb、vbusc的电压准位。

换言之，此时对电动车300充电的电力，乃是通过电网200与储能装置160两者同时提供。充电功率p3为电网200的输入功率p1与储能装置160的补偿功率p2之和。藉此，电动车充电电路100便可在不超出输入额定容量与输入安全电流上限的情况下，满足电动车300所需的高功率输出。此外，由于补偿电流ica、icb、icc不需流经交流直流转换器122a、122b、122c，因此交流直流转换器122a、122b、122c可选用耐流较低的组件实现，进而降低成本。

请参考图3与图4。图3与图4分别为根据本发明部分实施例所绘示的电动车充电电路100的操作示意图。如图3所示，在部分实施例中，电动车300自电动车充电电路100的负载端撷取电力进行充电时，若电动车300所需的充电功率较小时，电动车充电电路100除了对电动车300充电之外，尚可将多余的电力通过电源转换电路140对储能装置160进行储能。此时电网200的输入功率p1为充电功率p3与对储能装置160充电之充电功率p2之和。

另外，如图4所示，在部分实施例中，当充电完成，或是没有电动车300自电动车充电电路100的负载端撷取电力时，电动车充电电路100亦可仅通过交流直流转换器122a、122b、122c以及电源转换电路140的协同操作，对储能装置160进行储能。此时电网200的输入功率p1约等于储能装置160充电之充电功率p2。

换言之，当交流直流转换器122a、122b、122c的输入功率未到达额定上限时，储能装置160可通过电源转换电路140自总线126a、126b、126c接收电力。如此一来，当电动车300充电接近完成而以低功率充电时，或者在没有电动车300进行充电时，电动车充电电路100仍可通过交流直流转换器122a、122b、122c与电源转换电路140中的直流直流转换器142a、142b、142c自电网200接收电力，并提供储能电流ica、icb、icc以对储能装置160进行储能。

此外，不论电动车300当下所需的充电功率大小，或者是否有电动车300正在进行充电，电动车充电电路100可通过电源转换电路140与储能装置160的调度操作，使得自电网200所撷取功率保持平稳，避免用电量随后级负载剧烈变化，影响电力系统的稳定。

值得注意的是，在部分实施例中，电动车充电电路100可通过于于输入端与输出端设置相应的电压检测元件与电流检测元件以计算电动车充电电路100自电网200撷取的输入功率，以及电动车充电电路100对电动车300充电的充电功率。此外，在其他部分实施例中，电动车充电电路100亦可设置多组电压检测元件与电流检测元件于各个电源模块ma、mb、mc中，以分别计算电源模块ma、mb、mc之功率并进行加总。换言之，电动车充电电路100可通过不同方式计算输入功率与充电功率，以判断输入功率是否超过目标值，或者电动车300是否正在进行充电等等，以便进行相应的控制操作。

请参考图5。图5为根据本发明部分实施例所绘示的电动车充电电路100的操作示意图。如图5所示，在部分实施例中，当电动车300自电动车充电电路100的负载端撷取电力进行充电时，电动车充电电路100亦可仅通过储能装置160对电动车300充电，而不自电网200撷取能量。此时充电功率p3约等于储能装置160的补偿功率p2。

在部分实施例中，电动车充电电路100可进行经济调度，以降低对电动车300充电的成本。举例来说，电动车充电电路100可在电价较低的时段自电网200购电对储能装置160进行储能。在电价较高的时段，电动车充电电路100便可选择由储能装置160提供电动车充电所需的能量。如此一来，电动车充电电路100便可以较低的成本完成充电。

此外，在部分实施例中，当电网200发生供电异常而停电、掉电时，电动车充电电路100亦可通过储能装置160所储存的能量供电动车300充电，而不受到电网200异常的影响。

综上所述，电动车充电电路100可根据电网状态以及负载装态，通过多种不同的控制策略进行电网200、储能装置160以及电动车300之间的电力传输。

在部分实施例中，交流直流转换器122a、122b、122c与直流直流转换器124a、124b、124c可为单向转换器，相应整合于电源模块ma、mb、mc当中，再通过外接引脚pin1a、pin2a、pin1b、pin2b、pin1c、pin2c连接至电源转换电路140中的直流直流转换器142a、142b、142c。

如此一来，各个电源模块ma、mb、mc可以维持高转换效率，降低电动车充电电路100中的能源损耗。此外，由于各个电源模块ma、mb、mc可通过同一个储能模块md对相应的总线126a、126b、126c进行电力补偿，因此在高输出功率的应用当中，电动车充电电路100保留较大的扩充弹性。举例来说，电动车充电电路100亦可根据实际需求增减电源模块的数量，以满足未来更高负载功率的潜在需求。藉此，扩充的电源模块亦可通过外接引脚电性耦接至储能电源柜中的电源转换电路140，并与原本的电源模块ma、mb、mc共享储能装置160进行双向的充放电。

此外，在其他部分实施例中，交流直流转换器122a、122b、122c亦可为双向转换器。如此一来，电动车充电电路100亦可于电网200有电力需求时反向将储能装置160中储存的电力提供至电网200，以减轻电网200于尖峰负载时段的供电压力。换言之，在各个实施例中，电动车充电电路100中的各个转换器可依据实际需求选择适合的电路元件实现。再者，电源转换电路140并未直接连接电网200，故要扩充或更换电源转换电路140皆不用额外申请并网，提升电源转换电路140的使用弹性。

请参考图6。图6为根据本揭示内容部分实施例所绘示的电动车充电电路100的控制方法600的流程图。为方便及清楚说明起见，下述控制方法600是配合图1～图5所示实施例进行说明，但不以此为限，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可对作各种更动与润饰。如图6所示，控制方法600包含步骤s610、s620、s630、s640以及s650。

首先，在步骤s610中，电动车充电电路100通过电源转换电路120中的交流直流转换器122a、122b、122c，自电网200将交流电压vac转换为总线电压vbusa、vbusb、vbusc至总线126a、126b、126c。

接着，在步骤s620中，电动车充电电路100通过电源转换电路120中的直流直流转换器124a、124b、124c，根据总线电压vbusa、vbusb、vbusc输出输出电流io。

在步骤s630中，当交流直流转换器122a、122b、122c的输入功率到达额定上限时，电动车充电电路100由储能装置160通过电源转换电路140对总线126a、126b、126c输出电力，以提供输出电流io。

在步骤s640中，当交流直流转换器122a、122b、122c的输入功率未到达额定上限时，通过电源转换电路140自总线126a、126b、126c接收电力，以对储能装置160进行储能。

具体来说，在部分实施例中，步骤s630、s640包含通过电源转换电路140，根据总线电压vbusa、vbusb、vbusc的大小控制储能装置160进行充电或放电，以维持总线电压vbusa、vbusb、vbusc的电压准位。

在步骤s650中，当电网200停电时，由储能装置160通过电源转换电路140对总线126a、126b、126c输出电力，以提供输出电流io。

如此一来，电动车充电电路100便可根据电力系统及负载条件操作在适当控制模式下进行电力调度，确保在对电动车300进行充电时，可以降低充电成本并减少对电网200的冲击。

所属技术领域具有通常知识者可直接了解此控制方法600如何基于上述多个不同实施例中的电动车充电电路100以执行该等操作及功能，故不再此赘述。

虽然本文将所公开的方法示出和描述为一系列的步骤或事件，但是应当理解，所示出的这些步骤或事件的顺序不应解释为限制意义。例如，部分步骤可以以不同顺序发生和/或与除了本文所示和/或所描述的步骤或事件以外的其他步骤或事件同时发生。另外，实施本文所描述的一个或多个态样或实施例时，并非所有于此示出的步骤皆为必需。此外，本文中的一个或多个步骤亦可能在一个或多个分离的步骤和/或阶段中执行。

虽然本揭示内容已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本揭示内容，任何熟习此技艺者，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本揭示内容的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。