包括dc-dc轉換器的充電器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于馬達驅動裝置(8)的充電器(2)，該馬達驅動裝置(8)包括電池(5)和配件(7a、7b、7c)，所述充電器(2)包括：第一轉換模塊(3)，該第一轉換模塊用于將交流輸入電流轉換成具有第一電壓的直流電流；第二轉換模塊(4)，該第二轉換模塊用于將具有第一電壓的直流電流轉換成具有比該第一電壓更低的第二電壓的直流電流；切換模塊(6)，該切換模塊連接至所述第一轉換模塊(3)并且連接至所述第二轉換模塊(4)，適于連接至所述電池(5)；所述切換模塊(6)適于：在充電模式下，經由所述第一轉換模塊(3)向所述第二轉換模塊(4)和所述電池(5)供電；在使用模式下，經由所述電池(5)向所述第二轉換模塊(4)供電；所述第二轉換模塊(4)適于向所述配件(7a、7b、7c)供電，并且所述第二轉換模塊(4)包括SEPIC轉換器。本發明還涉及包括所述裝置的馬達驅動裝置和使用所述裝置的電力供應方法。
【專利說明】包括DC-DC轉換器的充電器

【技術領域】
[0001] 本發明涉及包括連接至AC-DC轉換器的DC-DC轉換器的充電裝置，該充電裝置特 別適于用作電動車輛的車載裝置。

【背景技術】
[0002] 許多移動式機器使用電能并且配備有電池，例如，電動車、移動升降臺、托板車等。 這些機器通常使用車載充電器，換句話說，直接裝配至該移動式機器的電池充電器。
[0003] 這些車載充電器的主要功能是利用從電力網絡可獲的電力來向電池充電。
[0004] 出于獨立和效率的理由，牽引用電池或電池組（其被用于向上述機器的牽引系統 供電，換言之，傳動系）具有高電壓（例如，48V、60V或甚至400V或以上），而車載電子裝置 需要更低的電壓。最常見的標稱電壓是12V :其是在機動車環境中常規使用的配件所需的 電壓。
[0005] 因此，必需添加 DC-DC電壓轉換器，其將牽引用電池的電壓降低至車載配件所需 的值。
[0006] 有利的是，將該DC-DC轉換器和牽引用電池充電裝置并入到同一充電裝置中，以 節省空間、重量，以及連接器，實現更大的可靠性并且易于將這些配件并入到車輛或其它機 動機器中。
[0007] 常規地講，已知的是，使用下列作為如上所述充電裝置中的DC-DC轉換器：作為笨 重配件的、包括變壓器的電路；或者步降（降壓）轉換器，其沒有電隔離并且其在轉換器的 整流器故障和短路情況下存在安全隱患（這是因為，在這種情況下，高輸入電壓接著被直 接施加至輸出部，其會損壞以低電壓操作的配件）。
[0008] 因此，需要改進用于機動設備（并且具體來說，用于車輛）的包括DC-DC轉換器的 充電裝置的安全性，而不必采取笨重和/或昂貴的配件。


【發明內容】

[0009] 本發明首先涉及一種用于機動設備的充電裝置，所述機動設備包括電池和配件， 所述充電裝置包括：
[0010]-第一轉換模塊，該第一轉換模塊適于將交流輸入電流轉換成具有第一電壓的直 流電流；
[0011]-第二轉換模塊，該第二轉換模塊適于將具有第一電壓的直流電流轉換成具有比 該第一電壓更低的第二電壓的直流電流；
[0012] -切換模塊，該切換模塊連接至所述第一轉換模塊并且連接至所述第二轉換模塊， 并且適于連接至所述電池；
[0013] 所述切換模塊適于：
[0014] -在充電模式下，經由所述第一轉換模塊向所述第二轉換模塊和所述電池供電；
[0015] -在使用模式下，經由所述電池向所述第二轉換模塊供電；
[0016] 所述第二轉換模塊適于向所述配件供電；并且所述第二轉換模塊包括SEPIC轉換 器。
[0017] 根據一實施方式，所述第一電壓為從24V至500V，優選地從45V至80V。
[0018] 根據一實施方式，所述第二電壓為從5V至20V，優選地從10V至15V。
[0019] 根據一實施方式，所述交流輸入電流具有從80V至300V、優選地從85V至265V的 電壓和/或從〇. 5kW至10kW、優選地從lkW至6kW的功率。
[0020] 根據一實施方式，所述SEPIC轉換器具有輸入部、輸出部以及在所述輸入部與所 述輸出部之間提供電容隔離的電容器，所述電容器優選地具有從2 μ F至100 μ F、并且更優 選地從15 μ F至45 μ F的電容。
[0021] 根據一實施方式，本發明的充電裝置被并入到所述機動設備中或者是車載的。
[0022] 根據一實施方式，本發明的充電裝置包括外殼，在該外殼內部設置有所述第一轉 換模塊、所述第二轉換模塊以及所述切換模塊。
[0023] 而且，本發明的目的是一種包括如上所述的充電裝置并且還包括上面陳述的電池 和配件的機動設備。
[0024] 根據一實施方式，所述機動設備是車輛。
[0025] 根據一實施方式，所述機動設備是電動車輛。
[0026] 根據一實施方式，所述配件包括從次級電池、傳感器、指示燈、車載計算機、照明裝 置以及車載無線電中選擇的一個或更多個配件。
[0027] 而且，本發明的目的是一種用于向機動設備的配件供電的方法，該方法包括以下 步驟：提供具有第一電壓的直流電流；將該電流轉換成具有比所述第一電壓更低的第二電 壓的直流電流；以及向所述配件提供該具有第二電壓的直流電流，其中，所述轉換階段由 SEPIC轉換器來執行。
[0028] 根據一實施方式，所述第一電壓為從24V至500V，優選地從45V至80V，和/或所 述第二電壓為從5V至20V，優選地從10V至15V。
[0029] 根據一實施方式，所述方法包括以下步驟：供應交流輸入電流，并且將所述輸入電 流轉換成具有所述第一電壓的所述直流電流。
[0030] 根據一實施方式，所述第一電壓下的所述直流電流還向所述機動設備的電池供 電。
[0031] 根據一實施方式，所述交流輸入電流具有從80V至300V、優選地從85V至265V的 電壓和/或從〇. 5kW至10kW、優選地從lkW至6kW的功率。
[0032] 根據一（另選）實施方式，由所述機動設備的電池提供在所述第一電壓下的所述 直流電流。
[0033] 根據一實施方式，所述機動設備是車輛，優選地是電動車輛。
[0034] 根據一實施方式，所述配件包括從次級電池、傳感器、指示燈、車載計算機、照明裝 置以及車載無線電中選擇的一個或更多個配件。
[0035] 本發明使其可以克服現有技術的缺點。更具體地說，其提供了這樣一種用于機動 設備（并且具體地，用于車輛）的充電裝置，其提供DC-DC轉換器的電容隔離，并由此即使 在組件短路故障的情況下也確保該裝置的安全，而不必采取如變壓器這樣的笨重和/或昂 貴的配件。
[0036] 這通過利用SEPIC型轉換器來實現。術語SEPIC意指"單端初級電感轉換器"。 SEPIC型架構對于低功率應用（辦公計算機等）來說是已知的，但本發明人已經認識到，該 架構可以善加利用為高功率應用（例如直至500W)的一部分，如（電動車型的）充電機動 設備。
[0037] 作為本發明的一部分，SEPIC轉換器提供良好的效率、簡單的結構、可靠的操作以 及緊湊的尺寸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038] 圖1是示出根據本發明的、并入到機動設備中的、以充電模式操作的充電裝置的 圖。
[0039] 圖2是示出以使用模式操作的同一充電裝置的圖。
[0040] 圖3是用作本發明的一部分的SEPIC轉換器的示意圖。
[0041] 圖4是可以被用作本發明一部分的AC-DC轉換器的示意圖。
[0042] 圖5是示出被用作本發明一部分的整流器的圖。

【具體實施方式】
[0043] 下面，在接下來的描述中更詳細地且按非限制方式對本發明進行描述。
[0044] 參照圖1和圖2,根據本發明的充電裝置2適于裝配或并入到機動設備8中，機動 設備8包括電池5和配件（item of equipment) 7a、7b、7c。電池5適于遞送具有第一電壓 (標注U1)的直流電流并且由該直流電流充電。配件7a、7b、7c適于以具有低于U1的第二 電壓（標注U2)的直流電流充電和/或操作。
[0045] 根據一優選實施方式，機動設備8是車輛，具體來說，電動的機動車輛。在其它實 施方式中，機動設備8可以是諸如移動升降臺、電力起重車或托板車這樣的吊運設備。
[0046] 電池5是該車輛（或機器）的牽引用電池，換句話說，擔負向該車輛（或機器）的 電動機供電的電池。應當明白，該電池5可以是單一電池或電池組。
[0047] 配件7a、7b、7c可以包括傳感器、指示燈、車載計算機、照明裝置、車載無線電等。
[0048] 它們還可以包括本身能夠向配件7a、7b、7c的其余部分供電的次級電池。
[0049] 電壓U1通常是從24V至500V，優選地為從45V至80V。
[0050] 電壓U2通常是從5V至20V，優選地為從10V至15V。
[0051] 作為一實施例，U1可以大約為60V，而U2可以大約為12V。
[0052] 充電裝置2包括：第一轉換模塊3、第二轉換模塊4、以及連接至第一轉換模塊3、 連接至第二轉換模塊4的切換模塊6,并且在該充電裝置2被并入到機動設備8中的情況 下，切換模塊6連接至電池5。
[0053] 第一轉換模塊3適于將交流供電電流轉換成電壓U1下的直流電流。
[0054] 第二轉換模塊4適于將電壓U1下的直流電流轉換成比U1更低的電壓U2下的直 流電流。
[0055] 參照圖4,第一轉換模塊3通常具有旨在連接至供電網絡的輸入部21，并且具有正 弦電流吸收部22 (或PFC)的前置調節器，接著是具有電氣隔離23的DC-DC轉換器。因此， 第一轉換模塊3將從供電網可獲的電能變換成與電源隔離的DC電壓。對于電池充電應用 的情況來說，其使該電壓適應于對該電池充電所需的條件。
[0056] 第二轉換模塊4包括SEPIC轉換器，其將電壓U1下的直流電流轉換成電壓U2下 的直流電流。
[0057] 充電裝置2可以按至少兩種分離的模式進行操作，S卩，充電模式和使用模式。例 如，如果機動設備8是電動車輛，則其在充電模式下固定不動并且連接至供電網，而在使用 模式下，該車輛與供電網斷開，而且例如可以被驅動。
[0058] 參照圖1，在充電模式下，電源1 (例如供電網）向第一轉換模塊3提供交流電流。 該電源1的源可以是單相、兩相或三相電源或任何其它電源。
[0059] 例如，對于單相電源來說，該交流電壓可以為從85V至265V，并且該電流可以大約 為 16A。
[0060] 切換模塊6確保第一轉換模塊3以電壓U1向電池5 (其由此被充電）和第二轉換 模塊4兩者提供直流電流。
[0061] 參照圖2,在使用模式下，第一轉換模塊3不連接至任何電源的源并因此未使用。 充電裝置2和其所并入的機動設備8通過電池5而提供有在電壓U1下的直流電流。
[0062] 更具體地說，切換模塊6確保電池5向第二轉換模塊4供電。
[0063] 在充電模式下和使用模式下，第二轉換模塊4向機動設備的配件7a、7b、7c提供在 電壓U2下的直流電流。
[0064] 電壓U2例如可以是從6V至16V，具有標稱值12V，功率是從200W至幾千瓦。這些 值取決于配件7a、7b、7c的特性，并且電壓值和功率值都可以增加。
[0065] 參照圖3,第二轉換模塊4的SEPIC轉換器具有輸入端子11a、11b，即，第一輸入端 子11a和連接至電壓基準的第二輸入端子lib。第一電容器12并聯連接至輸入端子11a、 lib。第一電感器13和晶體管14(晶體管14的端子之一連接至電壓基準）的串聯電路連 接至第一電容器12的端子。
[0066] 第二電容器15和第二電感器16 (第二電感器16的端子之一連接至電壓基準）的 串聯電路連接至晶體管14的端子。
[0067] 二極管17和第三電容器18 (第三電容器18的端子之一連接至電壓基準）的串聯 電路連接至第二電感器16的端子。
[0068] 最后，第三電容器18的端子連接至輸出端子19a、19b，即，第一輸出端子19a和連 接至電壓基準的第二輸出端子19b。
[0069] 電壓U1下的直流電流被施加至輸入端子1 la、1 lb，而電壓U2下的直流電流被施加 至輸出端子19a、19b。
[0070] 這些組件的參數根據SEPIC轉換器的用途和尺寸來確定。
[0071] 作為一例示，SEPIC轉換器的組件的參數可以如下：
[0072] -第一電容器12 :電容從0· lyF至10yF，優選地從0.4yF至10yF ;
[0073] -第一電感器13 :電感值從0. 5μΗ至ΙΟΟμΗ，優選地從5μΗ至35μΗ;
[0074] -第二電容器15 :電容從2yF至lOOyF，優選地從15yF至45yF ;
[0075] -第二電感器16 :電感值從0. 5μΗ至100μΗ，優選地從5μΗ至20μΗ;
[0076] -第三電容器18 :電容從20 μ F至10mF，優選地從lmF至5mF ;
[0077] 晶體管14例如可以是M0SFET晶體管或者絕緣柵型雙極晶體管（IGBT)或任何其 它整流器。
[0078] 二極管17例如是肖特基二極管。
[0079] SEPIC轉換器借助于第二電容器15在去往轉換器的輸入部（該電路中標注A的部 分）與出自轉換器的輸出部（該電路中標注B的部分）之間提供電容隔離。
[0080] 由此，在有源組件（具體地，晶體管14)故障的情況下，確保了該裝置的安全性。
[0081] 切換模塊6的功能是允許在不同的操作模式之間切換電壓。圖5示出了允許通過 第一轉換模塊3或者通過電池5向第二轉換模塊4供電的切換模塊6的實施例。
【權利要求】
1. 一種用于機動設備（8)的充電裝置（2)，該機動設備（8)包括電池（5)和配件（7a、 7b、7c)，所述充電裝置（2)包括： -第一轉換模塊（3)，所述第一轉換模塊（3)適于將交流輸入電流轉換成具有第一電壓 的直流電流； -第二轉換模塊（4)，所述第二轉換模塊（4)適于將具有第一電壓的直流電流轉換成具 有比所述第一電壓更低的第二電壓的直流電流； -切換模塊￠)，所述切換模塊（6)連接至所述第一轉換模塊（3)并且連接至所述第二 轉換模塊（4)，并且適于連接至所述電池（5); 所述切換模塊（6)適于： -在充電模式下，經由所述第一轉換模塊（3)向所述第二轉換模塊（4)和所述電池（5) 供電； -在使用模式下，經由所述電池（5)向所述第二轉換模塊（4)供電； 所述第二轉換模塊（4)適于向所述配件（7a、7b、7c)供電；并且 所述第二轉換模塊（4)包括SEPIC轉換器。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其中，所述第一電壓為從24V至500V，優選地從45V至 80V ;和/或其中，所述第二電壓為從5V至20V，優選地從10V至15V。
3. 根據權利要求1或權利要求2所述的裝置，其中，所述交流輸入電流具有從80V至 300V、優選地從85V至265V的電壓和/或從0. 5kW至10kW、優選地從lkW至6kW的功率。
4. 根據權利要求1至3中的任一項所述的裝置，其中，所述SEPIC轉換器具有輸入 部（11&、1113)、輸出部（19 &、1%)以及電容器（15)，所述電容器（15)在所述輸入部（11&、 lib)與所述輸出部（19a、19b)之間提供電容隔離，所述電容器（15)優選地具有從2yF至 100yF、并且更優選地從15yF至45yF的電容。
5. 根據權利要求1至4中的任一項所述的裝置，所述裝置被并入所述機動設備（8)中； 并且/或者包括外殼，在所述外殼內部布置有所述第一轉換模塊（3)、所述第二轉換模塊 (4)以及所述切換模塊（6)。
6. -種機動設備（8)，所述機動設備（8)包括根據權利要求1至5中的任一項所述的 充電裝置（2)，并且還包括根據權利要求1所述的電池（5)和配件（7a、7b、7c)。
7. 根據權利要求6所述的機動設備（8)，所述機動設備（8)是車輛，優選地是電動車 輛。
8. 根據權利要求6或者權利要求7所述的機動設備（8)，其中，所述配件（7a、7b、7c) 包括從次級電池、傳感器、指示燈、車載計算機、照明裝置以及車載無線電中選擇的一個或 更多個配件。
9. 一種用于向機動設備的配件供電的方法，該方法包括以下步驟：提供具有第一電壓 的直流電流；將該電流轉換成具有比所述第一電壓更低的第二電壓的直流電流；以及向所 述配件提供該具有第二電壓的直流電流，其中，所述轉換階段由SEPIC轉換器來執行。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中，所述第一電壓為從24V至500V，優選地從45V 至80V ;和/或其中，所述第二電壓為從5V至20V，優選地從10V至15V。
11. 根據權利要求9或者權利要求10所述的方法，所述方法包括以下步驟：供應交流 輸入電流，并且將所述輸入電流轉換成具有所述第一電壓的所述直流電流。
12. 根據權利要求11所述的方法，其中，所述第一電壓下的所述直流電流還向所述機 動設備的電池供電。
13. 根據權利要求11或者權利要求12所述的方法，其中，所述交流輸入電流具有從 80V至300V、優選地從85V至265V的電壓和/或從0. 5kW至10kW、優選地從lkW至6kW的 功率。
14. 根據權利要求9或者權利要求10所述的方法，其中，由所述機動設備的電池提供在 所述第一電壓下的所述直流電流。
15. 根據權利要求9至14中的任一項所述的方法，其中，所述機動設備是車輛，優選地 是電動車輛。
16. 根據權利要求9至15中的任一項所述的方法，其中，所述配件包括從次級電池、傳 感器、指示燈、車載計算機、照明裝置以及車載無線電中選擇的一個或更多個配件。
【文檔編號】H02M3/00GK104160581SQ201380012321
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年3月7日 優先權日:2012年3月9日
【發明者】E·比阿吉尼 申請人:智能電子系統公司