用于对车辆的电池充电的装置和方法
【专利摘要】本发明提供一种用于对车辆的电池充电的装置和方法。该装置包括功率因数校正电路，其配置成将从被连接到电源的充电设备输出的充电功率分配到多个相位，并且校正分配到各相的充电功率的功率因数；以及控制器，其配置成基于上述充电设备或上述充电设备的充电功率，操作上述功率因数校正电路以将充电功率分配到上述多个相位中的一部分相位。
【专利说明】
用于对车辆的电池充电的装置和方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于对车辆的电池充电的装置和方法，其基于连接到电源的充电设备通过控制功率因数校正电路具有改进的充电效率。
【背景技术】
[0002]在工业化时代后，基于汽油和柴油燃料的车辆产业的发展导致由于车辆的废气的空气污染的加速。因此，近年来，已经开发了产生最小或无废气的各种环保车辆。这些环保车辆包括混合动力车、插电式混合动力车、电动车、燃料电池车等。在这些车辆之中，插电式混合动力车和电动车配置成使用家用电源来充电，并且两种类型的车辆都配备有车载电池充电器(OBC:on-board battery charger)。
[0003]需要高的充电功率并且使用家用电源的车载电池充电器(OBC)使用多个小电感器用于电感器的尺寸减小并且用于热产生特性。两个电感器用于配置多相交错拓扑(mult1-phase interleaved topology)。另外，车载电池充电器(OBC)采用电动车供电设备(EVSE:Electric Vehicle Supply Equipment)充电方案(通常，为 6kW或更高)或电缆控制盒(ICCB: in-cable control box)充电方案(通常，为3.3kW或更小)。在这两种充电方案中，由于车载电池充电器的功率传递效率(OBC)与电动车辆和插电式混合动力车的燃料效率直接连接，在广泛的充电功率范围内高效率是必需的。
[0004]当常规OBC被充电时，无论连接到交变电流(AC-alternating current)电源的充电设备使用EVSE配置还是使用ICCB配置，均使用利用二相交错的PffM方案的功率因数校正电路。然而，当常规二相交错脉冲宽度调制(PWM:pulse width modulat1n)方案被使用时，如果如ICCB充电方案那样，执行低功率充电时，开关和二极管压降所致的损失相对于导通所致的损失而言增加，从而降低充电效率。
[0005]本章节公开的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，而不应被视为承认或以任何形式暗示这些信息构成本领域技术人员公知的现有技术。
【发明内容】
[0006]本发明的示例性实施例旨在提供一种用于对车辆的电池充电的装置和方法，其基于充电设备的类型、其充电效率或者其可允许充电电流占空比以二相或单相PWM方案控制功率因数校正电路。
[0007]本发明的其他的目的和优点可通过以下【具体实施方式】来理解，并参考本发明的示范实施例变得显而易见。此外，对于本发明所属领域技术人员明显的是，本发明的目的和优点可以通过如所要求的手段及其组合来实现。
[0008]根据本发明的示例性实施例，一种用于对车辆的电池充电的装置，可以包括:功率因数校正电路，其配置成将从被连接到电源的充电设备输出的充电功率分配到多个相位，并且校正分配到各相的充电功率的功率因数；以及控制器，其配置成基于上述充电设备或上述充电设备的充电功率，操作上述功率因数校正电路以将充电功率分配到上述多个相位中的一部分相位。
[0009]上述控制器可以配置成，当上述充电设备为电缆控制盒(ICCB)时，操作上述功率因数校正电路以将充电功率分配到上述多个相位中的一部分相位。另外，上述控制器配置成，当充电功率小于预设功率时，操作上述功率因数校正电路以将充电功率分配到上述多个相位中的一部分相位。上述控制器可以配置成，当上述充电设备的可允许充电电流占空比小于预设值时，操作上述功率因数校正电路以将充电功率分配到上述多个相位中的一部分相位。
[0010]另外，上述控制器可以配置成测量上述充电设备的后端的电压，并且基于测量得到的电压计算电压有效值。当上述充电设备的充电功率小于预设功率并且上述电压有效值等于或大于预设电压时，上述功率因数校正电路可以被操作以将充电功率分配到上述多个相位中的一部分相位。当上述充电设备的可允许充电电流占空比小于预设值并且上述电压有效值等于或大于预设电压时，上述功率因数校正电路还可以被操作以将充电功率分配到上述多个相位中的一部分相位。
[0011]根据具有上述结构的用于对车辆的电池充电的装置，由于功率因数校正电路可以基于充电设备的类型、其充电效率或者其可允许充电电流占空比被切换到单相PWM方案，当充电功率相当低时，相比于使用二相交错的PWM方案的现有技术，开关(switching)损耗和二极管的压降可以降低，从而提高充电效率。
[0012]另外，能够实现大于常规效率的充电效率，从而提高车辆的燃料效率，减少充电时间，并且减少电费。另外，由于本发明可以使用用于对车辆的电池充电的常规装置来实现，所以即使没有向其中增加单独的设备，拓扑改变和增加的硬件所致的成本上升的原因可以被去除。另外，由于功率因数校正电路的二相的仅一相被使用，另一相的使用量可以减少一半，从而增加了功率因数校正电路的耐久性。
【附图说明】
[0013]本发明的上述和其他目的、特征和其他优点从下面的结合附图的【具体实施方式】中将可以更清楚地理解，其中:
[0014]图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于对车辆的电池充电的装置的结构的示例性框图；
[0015]图2是示出根据本发明的示例性实施例的当功率因数校正电路为二相PffM方案时的电流流动的示例性框图；
[0016]图3是示出根据本发明的示例性实施例的当功率因数校正电路为单相PffM方案时的电流流动的示例性框图；
[0017]图4是示出根据本发明的示例性实施例的在功率因数校正电路的控制下的充电功率的不例性曲线图；
[0018]图5是示出根据本发明的示例性实施例的基于电压有效值和充电功率的功率因数校正电路的控制条件的示例性曲线图；并且
[0019]图6是示出根据本发明的示例性实施例的基于电压有效值和可允许充电电流占空比的功率因数校正电路的控制条件的示例性曲线图。
【具体实施方式】
[0020]可以理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他相似术语包括一般的机动车辆，例如客运汽车，包括运动型多用车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆、包括各种船和艇在内的水运工具、航空器，等等，并且包括混合动力交通车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。本文所提到的混合动力车辆是指使用一种或多种能源的车辆，例如汽油和电力混合动力车辆。
[0021]虽然示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性处理，但是可以理解，也可由一个或多个模块来执行示例性处理，另外，可以理解，数据控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置为模块存储器，且处理器具体配置为执行所述模块从而执行以下进一步说明的一个或多个处理过程。
[0022]此外，本发明的控制逻辑可体现为包括由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上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、闪存盘、智能卡和光数据存储设备。计算机可读记录介质也可分布在网络连接的计算机系统中，使得计算机可读介质例如远程信息处理服务器或控制局域网(CAN Controller Area Network)以分布式方式存储和执行。
[0023]本文所使用的术语是仅为了说明特定实施例的目的，而无意限制本发明。如本文所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”也用来包括其复数形式，除非上下文中另外明确指出。还可理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其集合的存在或添加。如本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何和所有组合。
[0024]除具体陈述或从上下文显然的之外，如在本文中使用，术语“约”理解为在本领域中正常公差的范围内，例如在平均值的2个标准差内。“约(大约)”可理解为在陈述值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.I %、0.05%或 0.01 % 内。除非以其他方式从上下文清楚的，否则在本文中提供的全部数值都由术语“约”修饰。
[0025]在下文中，将参考附图更详细地说明根据本发明的示例性实施例的用于对车辆的电池充电的装置。然而本发明构思可以不同的形式实施，并且不应解释为限制所述的实施例。相反，这些实施例被提供使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明构思的范围充分地传达给本领域技术人员。在整个公开中，贯穿本发明构思的各个附图和实施例的相同的附图标记指代相同部件。
[0026]图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于对车辆的电池充电的装置的结构的示例性框图，图2是示出根据本发明的示例性实施例的当功率因数校正电路是二相PffM方案时的电流流动的示例性框图，图3是示出根据本发明的示例性实施例的当功率因数校正电路是单相PWM方案时的电流流动的示例性框图，图4是示出根据本发明的示例性实施例的在功率因数校正电路的控制下的充电功率的示例性曲线图，图5是示出根据本发明的示例性实施例的基于电压有效值和充电功率的功率因数校正电路的控制条件的示例性曲线图，并且图6是示出根据本发明的示例性实施例的基于电压有效值和可允许充电电流占空比的功率因数校正电路的控制条件的示例性曲线图。
[0027]参考图1至图6，用于对车辆的电池充电的装置可以包括:功率因数校正电路120，其配置成将从被连接到电源140的充电设备110输出的充电功率分配到多个相位，并且配置成校正分配到各个相位的充电功率的功率因数；以及控制器130，其配置成根据充电设备110或充电设备110的充电功率，操作功率因数校正电路120以将充电功率分配到多个相位中的一部分相位(例如，到多个相位的一些相位，而不是到所有的相位)。
[0028]充电设备110可以被供给得到来自电源140的交流(AC)电力，并且可以配置成基于充电方案输出具有不同的功率值的充电功率。具体地，电动车辆供电设备(EVSE)或电缆控制盒(ICCB)可被应用于充电设备110。例如，EVSE方案可配置成输出约6kW或者更大的充电功率，并且ICCB方案可以配置成输出约3.3kW或更小的充电功率。
[0029]功率因数校正电路120可以被供给得到从充电设备110输出的充电功率，可以配置成将充电功率分配到多个相位，然后可配置成执行功率因数校正。功率因数校正电路120可以配置成使用二相交错的PWM方案，如在根据本发明的示例性实施例在图1中示出的用于对车辆的电池充电的装置所示。然而，这仅仅是一个示例，并且本发明甚至可以被应用于包括具有多于两相的功率因数校正电路120的用于对车辆的电池充电的装置。
[0030]从功率因数校正电路120输出的充电功率可以通过DC-DC转换器150被输入到高电压电池160，以对车辆的高电压电池160进行充电。首先，当充电设备110用ICCB配置时，控制器130可配置成操作功率因数校正电路120，以将充电功率分配到多个相位中的一部分相位。
[0031]在现有技术中，充电功率被分配到所有的多个相位123和125，而与充电设备110无关，如图2所示。例如，在现有技术中，当充电设备110用EVSE配置时，其充电功率是6kW或者更大，并且因此3kW的充电功率通过划分被分配给功率因数校正电路120的各相。当充电设备110用ICCB配置时，其充电功率是3.3kW或更小，并且因此1.65kff的充电功率通过划分被分配给功率因数校正电路120的各相。换句话说，在现有技术中，即使当充电设备110用ICCB配置时，多个相位交错的PffM方案也被应用以将低充电功率分配到功率因数校正电路120的多个相位中的每一个相位。因此，当充电被执行时，充电效率降低。
[0032]相反，当充电设备110用ICCB配置时，根据本发明的示例性实施例的控制器130调整充电功率，使其仅被供给到功率因数校正电路120的多个相位中的任一个，从而增加施加到功率因数校正电路120的一相的充电功率，并且提高充电效率。
[0033]例如，当充电设备110用ICCB配置并且控制器130以单相的PffM方案操作功率因数校正电路120时，如图3所示，3.3kff的充电功率被施加到功率因数校正电路120的一相123，同时充电功率不被分配给其他相125(即，充电功率仅被分配给多个相位中的一些相位)。因此，输入到功率因数校正电路120的一相123的充电功率增加，从而提高了充电效率。
[0034]根据另一控制方法，当从充电设备110输出的充电功率小于预先确定的功率时，控制器130可以配置成操作功率因数校正电路120以将充电功率施加到多个相位中的一部分相位(例如，至多个相位中的至少一个相位)；并且当充电设备110的可允许充电电流占空比小于预先确定的值时，控制器130可配置成操作功率因数校正电路120以将充电功率施加到多个相位中的一部分相位。换句话说，除了确定连接到前述电源140的充电设备110用EVSE配置还是用ICCB配置以及执行控制操作的方法之外，控制器130可配置成使用充电设备110的充电功率或可允许充电电流占空比信息执行功率因数校正电路120的控制。具体地，可允许充电电流占空比是表示充电设备110的最大可允许充电电流值的信号。
[0035]例如，当从充电设备110接收关于充电功率的信息时，控制器130可以配置成将预定功率设定为约3.3kW，作为用于确定低功率的参考。具体地，当从充电设备110输出的功率为约3.3kW或更小时，控制器130可以配置成确定出充电设备110用ICCB配置或者确定出充电设备110输出低功率，因此功率因数校正电路120可被操作以使充电电流流向一相。与此相反，当从充电设备110输出的功率大于约3.3kW时，控制器130可以配置成确定出充电设备110用EVSE配置或者确定出充电设备110输出高功率，因此功率因数校正电路120可被操作以将充电功率分配到多个相位。因此，可以维持基于充电功率的最佳充电效率。
[0036]另外，当从充电设备110接收可允许充电电流占空比信号时，控制器130可以配置成将预定值设定为与约3.3kW对应的占空比，其为用于确定低功率的参考。换句话说，当充电设备110的可允许充电电流占空比等于或小于该预定值时，控制器130可以配置成确定出充电设备110用ICCB配置或者确定出充电设备110输出低功率，因此功率因数校正电路120可被操作以使充电电流流向一相。与此相反，当充电设备110的可允许充电电流占空比大于该预定值时，控制器130可以配置成确定出充电设备110用EVSE配置或者确定出充电设备110输出高功率，因此功率因数校正电路120可被操作以将充电功率分配到多个相位，以根据可允许充电电流占空比维持最佳充电效率。在前述示例中，预定功率和预定值被限制为具体数字仅仅是根据示例性实施例的值，设计者可以改变这些值而应用。
[0037]实际上，参考图4，可以理解，随着施加到功率因数校正电路120的充电功率增加，充电效率提尚；并且可以理解，充电功率的效率在中间值的功率段中是最大的，并且在尚/低功率段中是减小的。由于这个原因，可通过防止低功率被施加到功率因数校正电路120的各相来提高充电效率，如根据本发明的示例性实施例所述那样。
[0038]同时，在根据本发明的示例性实施例，控制器130可配置成测量充电设备110的后端的电压，并且基于所测量的电压计算电压有效值。电压有效值可使用从充电设备110输出的交流电压来计算，并且可以是表示所施加的电压的平均幅值的指标。通常，随着电压有效值增加，充电功率可增加。
[0039]当充电设备110的充电功率小于预定功率并且电压有效值等于或者大于预设电压时，控制器130可以配置成操作功率因数校正电路120以将充电功率分配到多个相位中的一部分相位。当充电设备110可允许充电电流占空比小于预设值并且电压有效值等于或者大于预设电压时，控制器130可以配置成操作功率因数校正电路120以将充电功率分配到多个相位中的一部分相位。
[0040]具体地，预设电压可以被设定为目标电压有效值的一半。例如，在从电源140施加的目标电压约为320V的情况下，当约180V或更低的电压被施加时，充电功率可以被测量为小于目标功率，其导致难以准确地确定充电设备110是使用EVSE方案还是使用ICCB方案。由于这个原因，控制器130可以配置成将预设电压设定为约180V;并且当电压有效值等于或者大于预设电压时，控制器130可以配置成确定电压有效值已经更稳定地达到目标电压，并且基于充电设备110的可允许充电电流占空比的充电功率执行控制。因此，控制的可靠性可以得到改进。
[0041]图5示出在电压有效值和充电功率之间的关系中控制器130以单相PffM方案操作功率因数校正电路120的区域，并且图6用阴影线示出在电压有效值和可允许充电电流占空比之间的关系中控制器130以单相PffM方案操作功率因数校正电路120的区域。
[0042]根据具有上述结构的用于对车辆的电池充电的装置，由于功率因数校正电路可以基于充电设备的类型、其充电效率或者其可允许充电电流占空比被切换到单相PWM方案，当充电功率相当低时，相比于使用二相交错的PffM方案的现有技术，开关损耗和二极管的压降可以降低，以提高充电效率。
[0043]另外，可以实现大于常规效率的充电效率，从而提高车辆的燃料效率，减少充电时间，并且减少电费。另外，由于本发明可以使用用于对车辆的电池充电的常规装置来实现，所以即使没有向其中增加单独的设备，拓扑改变和增加的硬件导致的成本上升的原因可以被去除。另外，由于功率因数校正电路的二相中的仅一相被使用，另一相的使用量可以减少一半，从而增加了功率因数校正电路的耐久性。
[0044]虽然本发明已经对于具体示例性实施例进行了描述，但对本领域技术人员将明显的是，在不脱离所附权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，可进行各种改变和修改。
【主权项】
1.一种用于对车辆的电池充电的装置，包括: 功率因数校正电路，其配置成将从被连接到电源的充电设备输出的充电功率分配到多个相位，并且校正分配到各相的充电功率的功率因数；以及 控制器，其配置成基于所述充电设备或所述充电设备的充电功率，操作所述功率因数校正电路以将充电功率分配到所述多个相位中的一部分相位。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器配置成，当所述充电设备为电缆控制盒(ICCB)时，操作所述功率因数校正电路以将充电功率分配到所述多个相位中的一部分相位。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器配置成，当充电功率小于预设功率时，操作所述功率因数校正电路以将充电功率分配到所述多个相位中的一部分相位。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器配置成，当所述充电设备的可允许充电电流占空比小于预设值时，操作所述功率因数校正电路以将充电功率分配到所述多个相位中的一部分相位。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器配置成测量所述充电设备的后端的电压，并且基于测量得到的电压计算电压有效值。6.根据权利要求5所述的装置，其中所述控制器配置成，当所述充电设备的充电功率小于预设功率并且所述电压有效值等于或大于预设电压时，操作所述功率因数校正电路以将充电功率分配到所述多个相位中的一部分相位。7.根据权利要求5所述的装置，其中所述控制器配置成，当所述充电设备的可允许充电电流占空比小于预设值并且所述电压有效值等于或大于预设电压时，操作所述功率因数校正电路以将充电功率分配到所述多个相位中的一部分相位。8.一种用于对车辆的电池充电的方法，包括如下步骤: 由控制器，基于被连接到电源的充电设备或所述充电设备的充电功率，操作功率因数校正电路以将从所述充电设备输出的充电功率分配到多个相位中的一部分相位。9.根据权利要求8所述的方法，还包括如下步骤: 当所述充电设备为电缆控制盒(ICCB)时，由所述控制器，操作所述功率因数校正电路以将充电功率分配到所述多个相位中的一部分相位。10.根据权利要求8所述的方法，还包括如下步骤: 当所述充电功率小于预设功率时，由所述控制器，操作所述功率因数校正电路以将充电功率分配到所述多个相位中的一部分相位。11.根据权利要求8所述的方法，还包括如下步骤: 由所述控制器测量所述充电设备的后端的电压，并且基于测量得到的电压计算电压有效值。12.根据权利要求11所述的方法，还包括如下步骤: 当所述充电设备的充电功率小于预设功率并且所述电压有效值等于或大于预设电压时，由所述控制器操作所述功率因数校正电路以将充电功率分配到所述多个相位中的一部分相位。13.根据权利要求11所述的方法，还包括如下步骤: 当所述充电设备的可允许充电电流占空比小于预设值并且所述电压有效值等于或大于预设电压时，由所述控制器操作所述功率因数校正电路以将充电功率分配到所述多个相位中的一部分相位。
【文档编号】H02J7/00GK106033898SQ201510113946
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月16日
【发明人】张熙崇, 成玄旭, 全信慧, 郭武信
【申请人】现代自动车株式会社