电力转换装置和控制该电力转换装置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力转换装置和控制该电力转换装置的方法。
【背景技术】
[0002]在连接有负载或电池的多个端口之间转换电力的电力转换装置是已知的(例如，参见日本专利申请公布N0.2011-193713)。
【发明内容】
[0003]根据本发明的一个方面，一种电力转换装置，包括:变压器，其初级侧和次级侧之间的绕组匝数比为1:N;初级侧全桥电路，其设置在变压器的初级侧；第一端口，其与初级侧全桥电路连接；第二端口，其与变压器的初级侧的中心抽头连接；次级侧全桥电路，其设置在变压器的次级侧；第三端口，其与次级侧全桥电路连接；以及控制部，其被配置成控制初级侧全桥电路和次级侧全桥电路，使得从第一端口输入的再生电力用于对与第二端口连接的第一电池和与第三端口连接的第二电池中的至少之一进行充电。控制部被配置成，当满足条件(VBd/N) ^ VR ^ (VBc/N)时，确定存在能够使用再生电力对第一电池和第二电池进行充电的可能性，并且当满足条件VCd彡VR彡(VCc/Dmin)时，确定存在能够使用再生电力对第一电池进行充电的可能性。这里，VR表示再生电力的电压，VCd表示第一电池的放电终止电压，VCc表示第一电池的充电终止电压，VBd表示第二电池的放电终止电压，VBc表示第二电池的充电终止电压，并且Dmin表示初级侧全桥电路的占空比D的下限。
[0004]当结合附图阅读时，根据以下详细描述，本发明的其他目的、特征和优点将变得更为明显。
【附图说明】
[0005]图1图示了电力转换装置的配置示例；
[0006]图2是图示控制部的配置示例的框图；
[0007]图3是图示初级侧电路和次级侧电路中的切换示例的时序图；
[0008]图4图示了可以使用再生电力对电池充电的电压范围的一个示例；
[0009]图5是图示控制电力转换装置的方法的一个示例的流程图；
[0010]图6是图示确定是否存在使用再生电力对电池充电的可能性的方法的一个示例的流程图；
[0011]图7是图示确定是否可以使用再生电力对电池充电的方法的一个示例的流程图；
[0012]图8图示了选择要使用再生电力充电的电池的方法的一个示例；
[0013]图9图示了选择要使用再生电力充电的电池的标准的一个示例；
[0014]图10是图示使用再生电力对辅助电池充电的方法的一个示例的流程图；以及
[0015]图11是图示使用再生电力对主电池充电的方法的一个示例的流程图。
【具体实施方式】
[0016]下面将使用附图描述本发明的一个实施例。
[0017]该实施例涉及在多个端口之间转换电力的技术。
[0018]当与电力转换装置的端口连接的负载生成再生电力时，从该端口输入的再生电力的电压(即再生电压)可以根据负载的状态(例如，电机的旋转速度等)而具有不同的值。与此相反，电池能够使用再生电力(充电)恢复能量的电压范围受到限制。因此，当再生电压没有落在该电压范围内时，不能使用数字电路恢复能量。
[0019]该实施例的目的在于提供电力转换装置和控制该电力转换装置的方法，藉此可以适当地选择能够使用再生电力恢复能量的电池。
[0020]<供电装置101的配置>
[0021]图1是示出根据电力转换装置的一个实施例的供电装置101的配置示例的框图。例如，供电装置101是包括供电电路10、控制部50和传感器部70的供电系统。例如，供电装置101是安装在诸如机动车的车辆中并且向车辆中安装的各个负载分送电力的系统。混合动力汽车、插电式混合动力汽车、电动汽车等可以被引用作为该车辆的具体示例。供电装置101也可以安装在主要由内燃机驱动的车辆中。
[0022]例如，供电装置101包括作为初级侧端口的、连接到初级侧高电压系统负载61a的第一输入/输出端口 60a以及连接到初级侧低电压系统负载61c和辅助电池62c的第二输入/输出端口 60c。辅助电池62c是向初级侧低电压系统负载61c供给电力的初级侧低电压系统电源的一个示例，初级侧低电压系统负载61c由与辅助电池62c相同的电压系统(例如，12V系统)驱动。辅助电池62c还将通过供电电路10中包括的初级侧转换电路20升压的电力提供给例如初级侧高电压系统负载61a，初级侧高电压系统负载61a由与辅助电池62c不同的电压系统(例如，电压比12V系统高的48V系统)驱动。诸如铅电池的二次电池可以被引用作为辅助电池62c的具体示例。
[0023]例如，供电装置101还具有作为次级侧端口的、连接到次级侧高电压系统负载61b和主电池(即推进电池或牵引电池)62b的第三输入/输出端口 60b以及连接到次级侧低电压系统负载62d和次级侧低电压系统电源62d的第四输入/输出端口 60d。主电池62b是向次级侧高电压系统负载61b供给电力的次级侧高电压系统电源的一个示例，次级侧高电压系统负载61b由与主电池62b相同的电压系统(例如，电压高于12V系统和48V系统的288V系统)驱动。主电池62b还将通过供电电路10中包括的次级侧转换电路30降压的电力提供给次级侧低电压系统负载61d，次级侧低电压系统负载61d由与主电池62b不同的电压系统(例如，电压比288V系统低的72V系统)驱动。诸如锂离子电池的二次电池可以被引用作为主电池62b的具体示例。
[0024]次级侧低电压系统电源62d向次级侧低电压系统负载61d提供电力，次级侧低电压系统负载61d由与次级侧低电压系统电源62d相同的电压系统(例如，72V系统)驱动。次级侧低电压系统电源62d还将通过供电电路10中包括的次级侧转换电路30升压的电力提供给例如次级侧高电压系统负载61b，次级侧高电压系统负载61b由电压高于次级侧低电压系统电源62d的电压系统(例如，288V系统)驱动。太阳能电源(即太阳能发电机)、将商用AC电力转换成DC电力的DC-AC转换器、二次电池等可以被引用作为次级侧低电压系统电源62d的具体示例。
[0025]供电电路10具有上述四个输入/输出端口，并且从四个输入/输出端口中选择任何两个输入/输出端口。供电电路10是执行这样选择的两个输入/输出端口之间的电力转换的电力转换装置。注意，包括供电电路10的供电装置101可以是具有多个的至少三个或更多个输入/输出端口并且能够在输入/输出端口中的任何两个输入/输出端口之间转换电力的装置。例如，供电电路10可以是具有除了第四输入/输出端口 60d之外的三个输入/输出端口的电路。
[0026]端口电力Pa、Pc、Pb和Pd分别表不去往/来自第一输入/输出端口 60a、第二输入/输出端口 60c、第三输入/输出端口 60b和第四输入/输出端口 60d的输入/输出电力(即输入电力或输出电力)。端口电压VA、VC、VB和VD分别表不第一输入/输出端口 60a、第二输入/输出端口 60c、第三输入/输出端口 60b和第四输入/输出端口 60d处的输入/输出电压(即输入电压或输出电压)。端口电流Ia、Ic、Ib、Id分别表不去往/来自第一输入/输出端口 60a、第二输入/输出端口 60c、第三输入/输出端口 60b和第四输入/输出端口 60d的输入/输出电流(即输入电流或输出电流)。
[0027]供电电路10包括与第一输入/输出端口 60a连接的电容器Cl、与第二输入/输出端口 60c连接的电容器C3、与第三输入/输出端口 60b连接的电容器C2和与第四输入/输出端口 60d连接的电容器C4。膜电容器、铝电解电容器、陶瓷电容器、固体聚合物电容器等可以被引用作为电容器C1、C2、C3和C4的具体示例。
[0028]电容器Cl插入在第一输入/输出端口 60a的高电位侧端子613与第一输入/输出端口 60a和第二输入/输出端口 60c的低电位侧端子614之间。电容器C3插入在第二输入/输出端口 60c的高电位侧端子616与第一输入/输出端口 60a和第二输入/输出端口 60c的低电位侧端子614之间。电容器C2插入在第三输入/输出端口 60b的高电位侧端子618与第三输入/输出端口 60b和第四输入/输出端口 60d的低电位侧端子620之间。电容器C4插入在第四输入/输出端口 60d的高电位侧端子622与第三输入/输出端口 60b和第四输入/输出端口 60d的低电位侧端子620之间。
[0029]电容器C1、C2、C3和C4可以安装在供电电路10内部或供电电路10外部。
[0030]供电电路10是包括初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的电力转换电路。注意，初级侧转换电路20和次级侧转换电路30经由初级侧磁耦合电抗器204和次级侧磁耦合电抗器304连接，并且还通过变压器400 (中心抽头式变压器)磁耦合。包括第一输入/输出端口 60a和第二输入/输出端口 60c的初级侧端口以及包括第三输入/输出端口 60b和第四输入/输出端口 60d的次级侧端口经由变压器400连接。
[0031]初级侧转换电路20是包括初级侧全桥电路200、第一输入/输出端口 60a和第二输入/输出端口 60c的初级侧电路。初级侧全桥电路200设置在变压器的初级侧。初级侧全桥电路200是包括变压器400的初级线圈202、初级侧磁耦合电抗器204、初级侧第一上臂U1、初级侧第一下臂/U1、初级侧第二上臂Vl和初级侧第二下臂/Vl的初级侧电力转换部。初级侧第一上臂U1、初级侧第一下臂/U1、初级侧第二上臂Vl和初级侧第二下臂/Vl分别是例如切换器件，切换器件包括N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和作为MOSFET的寄生元件的体二极管(即寄生二极管)。二极管可以额外地并联连接到MOSFET。图1图示了二极管81、82、83和84。
[0032]初级侧全桥电路200包括连接到第一输入/输出端口 60a的高电位侧端子613的初级侧正总线298，以及连接到第一输入/输出端口 60a和第二输入/输出端口 60c的低电位侧端子614的初级侧负总线299。
[0033]串联连接初级侧第一上臂Ul和初级侧第一下臂/Ul的初级侧第一臂电路207连接在初级侧正总线298和初级侧负总线299之间。初级侧第一臂电路207是能够通过初级侧第一上臂Ul和初级侧第一下臂/Ul的接通/断开切换操作来执行电力转换操作的初级侧第一电力转换电路部(即初级侧U相电力转换电路部)。此外，串联连接初级侧第二上臂Vl和初级侧第二下臂/Vl的初级侧第二臂电路211与初级侧第一臂电路207并联地连接在初级侧正总线298和初级侧负总线299之间。初级侧第二臂电路211是能够通过初级侧第二上臂Vl和初级侧第二下臂/Vl的接通/断开切换操作来执行电力转换操作的初级侧第二电力转换电路部(即初级侧V相电力转换电路部)。
[0034]初级线圈202和初级侧磁耦合电抗器204被设置在将初级侧第一臂电路207的中点207m连接到初级侧第二臂电路211的中点211m的桥部分中。更详细地描述该桥部分中的连接关系，初级侧磁耦合电抗器204的初级侧第一电抗器204a的一端连接到初级侧第一臂电路207的中点207m。初级线圈202的一端连接到初级侧第一电抗器204a的另一端。再者，初级侧磁耦合电抗器204的初级侧第二电抗器204b的一端连接到初级线圈202的另一端。此外，初级侧第二电抗器204b的另一端连接到初级侧第二臂电路211的中点211m。注意，初级侧磁耦合电抗器204包括初级侧第一电抗器204a和初级侧第二电抗器204b，初级侧第