用于對車輛的電池充電的裝置和方法
【專利摘要】本發明提供一種用于對車輛的電池充電的裝置和方法。該裝置包括功率因數校正電路，其配置成將從被連接到電源的充電設備輸出的充電功率分配到多個相位，并且校正分配到各相的充電功率的功率因數；以及控制器，其配置成基于上述充電設備或上述充電設備的充電功率，操作上述功率因數校正電路以將充電功率分配到上述多個相位中的一部分相位。
【專利說明】
用于對車輛的電池充電的裝置和方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于對車輛的電池充電的裝置和方法，其基于連接到電源的充電設備通過控制功率因數校正電路具有改進的充電效率。
【背景技術】
[0002]在工業化時代后，基于汽油和柴油燃料的車輛產業的發展導致由于車輛的廢氣的空氣污染的加速。因此，近年來，已經開發了產生最小或無廢氣的各種環保車輛。這些環保車輛包括混合動力車、插電式混合動力車、電動車、燃料電池車等。在這些車輛之中，插電式混合動力車和電動車配置成使用家用電源來充電，并且兩種類型的車輛都配備有車載電池充電器(OBC:on-board battery charger)。
[0003]需要高的充電功率并且使用家用電源的車載電池充電器(OBC)使用多個小電感器用于電感器的尺寸減小并且用于熱產生特性。兩個電感器用于配置多相交錯拓撲(mult1-phase interleaved topology)。另外，車載電池充電器(OBC)采用電動車供電設備(EVSE:Electric Vehicle Supply Equipment)充電方案(通常，為 6kW或更高)或電纜控制盒(ICCB: in-cable control box)充電方案(通常，為3.3kW或更小)。在這兩種充電方案中，由于車載電池充電器的功率傳遞效率(OBC)與電動車輛和插電式混合動力車的燃料效率直接連接，在廣泛的充電功率范圍內高效率是必需的。
[0004]當常規OBC被充電時，無論連接到交變電流(AC-alternating current)電源的充電設備使用EVSE配置還是使用ICCB配置，均使用利用二相交錯的PffM方案的功率因數校正電路。然而，當常規二相交錯脈沖寬度調制(PWM:pulse width modulat1n)方案被使用時，如果如ICCB充電方案那樣，執行低功率充電時，開關和二極管壓降所致的損失相對于導通所致的損失而言增加，從而降低充電效率。
[0005]本章節公開的信息僅用于增強對本發明的一般背景的理解，而不應被視為承認或以任何形式暗示這些信息構成本領域技術人員公知的現有技術。

【發明內容】

[0006]本發明的示例性實施例旨在提供一種用于對車輛的電池充電的裝置和方法，其基于充電設備的類型、其充電效率或者其可允許充電電流占空比以二相或單相PWM方案控制功率因數校正電路。
[0007]本發明的其他的目的和優點可通過以下【具體實施方式】來理解，并參考本發明的示范實施例變得顯而易見。此外，對于本發明所屬領域技術人員明顯的是，本發明的目的和優點可以通過如所要求的手段及其組合來實現。
[0008]根據本發明的示例性實施例，一種用于對車輛的電池充電的裝置，可以包括:功率因數校正電路，其配置成將從被連接到電源的充電設備輸出的充電功率分配到多個相位，并且校正分配到各相的充電功率的功率因數；以及控制器，其配置成基于上述充電設備或上述充電設備的充電功率，操作上述功率因數校正電路以將充電功率分配到上述多個相位中的一部分相位。
[0009]上述控制器可以配置成，當上述充電設備為電纜控制盒(ICCB)時，操作上述功率因數校正電路以將充電功率分配到上述多個相位中的一部分相位。另外，上述控制器配置成，當充電功率小于預設功率時，操作上述功率因數校正電路以將充電功率分配到上述多個相位中的一部分相位。上述控制器可以配置成，當上述充電設備的可允許充電電流占空比小于預設值時，操作上述功率因數校正電路以將充電功率分配到上述多個相位中的一部分相位。
[0010]另外，上述控制器可以配置成測量上述充電設備的后端的電壓，并且基于測量得到的電壓計算電壓有效值。當上述充電設備的充電功率小于預設功率并且上述電壓有效值等于或大于預設電壓時，上述功率因數校正電路可以被操作以將充電功率分配到上述多個相位中的一部分相位。當上述充電設備的可允許充電電流占空比小于預設值并且上述電壓有效值等于或大于預設電壓時，上述功率因數校正電路還可以被操作以將充電功率分配到上述多個相位中的一部分相位。
[0011]根據具有上述結構的用于對車輛的電池充電的裝置，由于功率因數校正電路可以基于充電設備的類型、其充電效率或者其可允許充電電流占空比被切換到單相PWM方案，當充電功率相當低時，相比于使用二相交錯的PWM方案的現有技術，開關(switching)損耗和二極管的壓降可以降低，從而提高充電效率。
[0012]另外，能夠實現大于常規效率的充電效率，從而提高車輛的燃料效率，減少充電時間，并且減少電費。另外，由于本發明可以使用用于對車輛的電池充電的常規裝置來實現，所以即使沒有向其中增加單獨的設備，拓撲改變和增加的硬件所致的成本上升的原因可以被去除。另外，由于功率因數校正電路的二相的僅一相被使用，另一相的使用量可以減少一半，從而增加了功率因數校正電路的耐久性。
【附圖說明】
[0013]本發明的上述和其他目的、特征和其他優點從下面的結合附圖的【具體實施方式】中將可以更清楚地理解，其中:
[0014]圖1是示出根據本發明的示例性實施例的用于對車輛的電池充電的裝置的結構的示例性框圖；
[0015]圖2是示出根據本發明的示例性實施例的當功率因數校正電路為二相PffM方案時的電流流動的示例性框圖；
[0016]圖3是示出根據本發明的示例性實施例的當功率因數校正電路為單相PffM方案時的電流流動的示例性框圖；
[0017]圖4是示出根據本發明的示例性實施例的在功率因數校正電路的控制下的充電功率的不例性曲線圖；
[0018]圖5是示出根據本發明的示例性實施例的基于電壓有效值和充電功率的功率因數校正電路的控制條件的示例性曲線圖；并且
[0019]圖6是示出根據本發明的示例性實施例的基于電壓有效值和可允許充電電流占空比的功率因數校正電路的控制條件的示例性曲線圖。
【具體實施方式】
[0020]可以理解的是，本文所使用的術語“車輛”或“車輛的”或者其他相似術語包括一般的機動車輛，例如客運汽車，包括運動型多用車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛、包括各種船和艇在內的水運工具、航空器，等等，并且包括混合動力交通車輛、電動車輛、插電式混合電動車輛、氫動力車輛和其他替代燃料車輛(例如，從石油以外的資源取得的燃料)。本文所提到的混合動力車輛是指使用一種或多種能源的車輛，例如汽油和電力混合動力車輛。
[0021]雖然示例性實施例被描述為使用多個單元來執行示例性處理，但是可以理解，也可由一個或多個模塊來執行示例性處理，另外，可以理解，數據控制器/控制單元是指包括存儲器和處理器的硬件設備。存儲器配置為模塊存儲器，且處理器具體配置為執行所述模塊從而執行以下進一步說明的一個或多個處理過程。
[0022]此外，本發明的控制邏輯可體現為包括由處理器、控制器/控制單元等執行的可執行程序指令的計算機可讀介質上的非暫時性計算機可讀介質。計算機可讀介質的示例包括但不限于ROM、RAM、光盤(CD)-ROM、磁帶、軟盤、閃存盤、智能卡和光數據存儲設備。計算機可讀記錄介質也可分布在網絡連接的計算機系統中，使得計算機可讀介質例如遠程信息處理服務器或控制局域網(CAN Controller Area Network)以分布式方式存儲和執行。
[0023]本文所使用的術語是僅為了說明特定實施例的目的，而無意限制本發明。如本文所使用的單數形式“一個”、“一種”和“該”也用來包括其復數形式，除非上下文中另外明確指出。還可理解的是，當在本說明書中使用時，術語“包括”和/或“包含”指明所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其集合的存在或添加。如本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出項的任何和所有組合。
[0024]除具體陳述或從上下文顯然的之外，如在本文中使用，術語“約”理解為在本領域中正常公差的范圍內，例如在平均值的2個標準差內。“約(大約)”可理解為在陳述值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.I %、0.05%或 0.01 % 內。除非以其他方式從上下文清楚的，否則在本文中提供的全部數值都由術語“約”修飾。
[0025]在下文中，將參考附圖更詳細地說明根據本發明的示例性實施例的用于對車輛的電池充電的裝置。然而本發明構思可以不同的形式實施，并且不應解釋為限制所述的實施例。相反，這些實施例被提供使得本公開將是徹底和完整的，并且將把本發明構思的范圍充分地傳達給本領域技術人員。在整個公開中，貫穿本發明構思的各個附圖和實施例的相同的附圖標記指代相同部件。
[0026]圖1是示出根據本發明的示例性實施例的用于對車輛的電池充電的裝置的結構的示例性框圖，圖2是示出根據本發明的示例性實施例的當功率因數校正電路是二相PffM方案時的電流流動的示例性框圖，圖3是示出根據本發明的示例性實施例的當功率因數校正電路是單相PWM方案時的電流流動的示例性框圖，圖4是示出根據本發明的示例性實施例的在功率因數校正電路的控制下的充電功率的示例性曲線圖，圖5是示出根據本發明的示例性實施例的基于電壓有效值和充電功率的功率因數校正電路的控制條件的示例性曲線圖，并且圖6是示出根據本發明的示例性實施例的基于電壓有效值和可允許充電電流占空比的功率因數校正電路的控制條件的示例性曲線圖。
[0027]參考圖1至圖6，用于對車輛的電池充電的裝置可以包括:功率因數校正電路120，其配置成將從被連接到電源140的充電設備110輸出的充電功率分配到多個相位，并且配置成校正分配到各個相位的充電功率的功率因數；以及控制器130，其配置成根據充電設備110或充電設備110的充電功率，操作功率因數校正電路120以將充電功率分配到多個相位中的一部分相位(例如，到多個相位的一些相位，而不是到所有的相位)。
[0028]充電設備110可以被供給得到來自電源140的交流(AC)電力，并且可以配置成基于充電方案輸出具有不同的功率值的充電功率。具體地，電動車輛供電設備(EVSE)或電纜控制盒(ICCB)可被應用于充電設備110。例如，EVSE方案可配置成輸出約6kW或者更大的充電功率，并且ICCB方案可以配置成輸出約3.3kW或更小的充電功率。
[0029]功率因數校正電路120可以被供給得到從充電設備110輸出的充電功率，可以配置成將充電功率分配到多個相位，然后可配置成執行功率因數校正。功率因數校正電路120可以配置成使用二相交錯的PWM方案，如在根據本發明的示例性實施例在圖1中示出的用于對車輛的電池充電的裝置所示。然而，這僅僅是一個示例，并且本發明甚至可以被應用于包括具有多于兩相的功率因數校正電路120的用于對車輛的電池充電的裝置。
[0030]從功率因數校正電路120輸出的充電功率可以通過DC-DC轉換器150被輸入到高電壓電池160，以對車輛的高電壓電池160進行充電。首先，當充電設備110用ICCB配置時，控制器130可配置成操作功率因數校正電路120，以將充電功率分配到多個相位中的一部分相位。
[0031]在現有技術中，充電功率被分配到所有的多個相位123和125，而與充電設備110無關，如圖2所示。例如，在現有技術中，當充電設備110用EVSE配置時，其充電功率是6kW或者更大，并且因此3kW的充電功率通過劃分被分配給功率因數校正電路120的各相。當充電設備110用ICCB配置時，其充電功率是3.3kW或更小，并且因此1.65kff的充電功率通過劃分被分配給功率因數校正電路120的各相。換句話說，在現有技術中，即使當充電設備110用ICCB配置時，多個相位交錯的PffM方案也被應用以將低充電功率分配到功率因數校正電路120的多個相位中的每一個相位。因此，當充電被執行時，充電效率降低。
[0032]相反，當充電設備110用ICCB配置時，根據本發明的示例性實施例的控制器130調整充電功率，使其僅被供給到功率因數校正電路120的多個相位中的任一個，從而增加施加到功率因數校正電路120的一相的充電功率，并且提高充電效率。
[0033]例如，當充電設備110用ICCB配置并且控制器130以單相的PffM方案操作功率因數校正電路120時，如圖3所示，3.3kff的充電功率被施加到功率因數校正電路120的一相123，同時充電功率不被分配給其他相125(即，充電功率僅被分配給多個相位中的一些相位)。因此，輸入到功率因數校正電路120的一相123的充電功率增加，從而提高了充電效率。
[0034]根據另一控制方法，當從充電設備110輸出的充電功率小于預先確定的功率時，控制器130可以配置成操作功率因數校正電路120以將充電功率施加到多個相位中的一部分相位(例如，至多個相位中的至少一個相位)；并且當充電設備110的可允許充電電流占空比小于預先確定的值時，控制器130可配置成操作功率因數校正電路120以將充電功率施加到多個相位中的一部分相位。換句話說，除了確定連接到前述電源140的充電設備110用EVSE配置還是用ICCB配置以及執行控制操作的方法之外，控制器130可配置成使用充電設備110的充電功率或可允許充電電流占空比信息執行功率因數校正電路120的控制。具體地，可允許充電電流占空比是表示充電設備110的最大可允許充電電流值的信號。
[0035]例如，當從充電設備110接收關于充電功率的信息時，控制器130可以配置成將預定功率設定為約3.3kW，作為用于確定低功率的參考。具體地，當從充電設備110輸出的功率為約3.3kW或更小時，控制器130可以配置成確定出充電設備110用ICCB配置或者確定出充電設備110輸出低功率，因此功率因數校正電路120可被操作以使充電電流流向一相。與此相反，當從充電設備110輸出的功率大于約3.3kW時，控制器130可以配置成確定出充電設備110用EVSE配置或者確定出充電設備110輸出高功率，因此功率因數校正電路120可被操作以將充電功率分配到多個相位。因此，可以維持基于充電功率的最佳充電效率。
[0036]另外，當從充電設備110接收可允許充電電流占空比信號時，控制器130可以配置成將預定值設定為與約3.3kW對應的占空比，其為用于確定低功率的參考。換句話說，當充電設備110的可允許充電電流占空比等于或小于該預定值時，控制器130可以配置成確定出充電設備110用ICCB配置或者確定出充電設備110輸出低功率，因此功率因數校正電路120可被操作以使充電電流流向一相。與此相反，當充電設備110的可允許充電電流占空比大于該預定值時，控制器130可以配置成確定出充電設備110用EVSE配置或者確定出充電設備110輸出高功率，因此功率因數校正電路120可被操作以將充電功率分配到多個相位，以根據可允許充電電流占空比維持最佳充電效率。在前述示例中，預定功率和預定值被限制為具體數字僅僅是根據示例性實施例的值，設計者可以改變這些值而應用。
[0037]實際上，參考圖4，可以理解，隨著施加到功率因數校正電路120的充電功率增加，充電效率提尚；并且可以理解，充電功率的效率在中間值的功率段中是最大的，并且在尚/低功率段中是減小的。由于這個原因，可通過防止低功率被施加到功率因數校正電路120的各相來提高充電效率，如根據本發明的示例性實施例所述那樣。
[0038]同時，在根據本發明的示例性實施例，控制器130可配置成測量充電設備110的后端的電壓，并且基于所測量的電壓計算電壓有效值。電壓有效值可使用從充電設備110輸出的交流電壓來計算，并且可以是表示所施加的電壓的平均幅值的指標。通常，隨著電壓有效值增加，充電功率可增加。
[0039]當充電設備110的充電功率小于預定功率并且電壓有效值等于或者大于預設電壓時，控制器130可以配置成操作功率因數校正電路120以將充電功率分配到多個相位中的一部分相位。當充電設備110可允許充電電流占空比小于預設值并且電壓有效值等于或者大于預設電壓時，控制器130可以配置成操作功率因數校正電路120以將充電功率分配到多個相位中的一部分相位。
[0040]具體地，預設電壓可以被設定為目標電壓有效值的一半。例如，在從電源140施加的目標電壓約為320V的情況下，當約180V或更低的電壓被施加時，充電功率可以被測量為小于目標功率，其導致難以準確地確定充電設備110是使用EVSE方案還是使用ICCB方案。由于這個原因，控制器130可以配置成將預設電壓設定為約180V;并且當電壓有效值等于或者大于預設電壓時，控制器130可以配置成確定電壓有效值已經更穩定地達到目標電壓，并且基于充電設備110的可允許充電電流占空比的充電功率執行控制。因此，控制的可靠性可以得到改進。
[0041]圖5示出在電壓有效值和充電功率之間的關系中控制器130以單相PffM方案操作功率因數校正電路120的區域，并且圖6用陰影線示出在電壓有效值和可允許充電電流占空比之間的關系中控制器130以單相PffM方案操作功率因數校正電路120的區域。
[0042]根據具有上述結構的用于對車輛的電池充電的裝置，由于功率因數校正電路可以基于充電設備的類型、其充電效率或者其可允許充電電流占空比被切換到單相PWM方案，當充電功率相當低時，相比于使用二相交錯的PffM方案的現有技術，開關損耗和二極管的壓降可以降低，以提高充電效率。
[0043]另外，可以實現大于常規效率的充電效率，從而提高車輛的燃料效率，減少充電時間，并且減少電費。另外，由于本發明可以使用用于對車輛的電池充電的常規裝置來實現，所以即使沒有向其中增加單獨的設備，拓撲改變和增加的硬件導致的成本上升的原因可以被去除。另外，由于功率因數校正電路的二相中的僅一相被使用，另一相的使用量可以減少一半，從而增加了功率因數校正電路的耐久性。
[0044]雖然本發明已經對于具體示例性實施例進行了描述，但對本領域技術人員將明顯的是，在不脫離所附權利要求書公開的本發明的范圍和精神的情況下，可進行各種改變和修改。
【主權項】
1.一種用于對車輛的電池充電的裝置，包括: 功率因數校正電路，其配置成將從被連接到電源的充電設備輸出的充電功率分配到多個相位，并且校正分配到各相的充電功率的功率因數；以及 控制器，其配置成基于所述充電設備或所述充電設備的充電功率，操作所述功率因數校正電路以將充電功率分配到所述多個相位中的一部分相位。2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述控制器配置成，當所述充電設備為電纜控制盒(ICCB)時，操作所述功率因數校正電路以將充電功率分配到所述多個相位中的一部分相位。3.根據權利要求1所述的裝置，其中所述控制器配置成，當充電功率小于預設功率時，操作所述功率因數校正電路以將充電功率分配到所述多個相位中的一部分相位。4.根據權利要求1所述的裝置，其中所述控制器配置成，當所述充電設備的可允許充電電流占空比小于預設值時，操作所述功率因數校正電路以將充電功率分配到所述多個相位中的一部分相位。5.根據權利要求1所述的裝置，其中所述控制器配置成測量所述充電設備的后端的電壓，并且基于測量得到的電壓計算電壓有效值。6.根據權利要求5所述的裝置，其中所述控制器配置成，當所述充電設備的充電功率小于預設功率并且所述電壓有效值等于或大于預設電壓時，操作所述功率因數校正電路以將充電功率分配到所述多個相位中的一部分相位。7.根據權利要求5所述的裝置，其中所述控制器配置成，當所述充電設備的可允許充電電流占空比小于預設值并且所述電壓有效值等于或大于預設電壓時，操作所述功率因數校正電路以將充電功率分配到所述多個相位中的一部分相位。8.一種用于對車輛的電池充電的方法，包括如下步驟: 由控制器，基于被連接到電源的充電設備或所述充電設備的充電功率，操作功率因數校正電路以將從所述充電設備輸出的充電功率分配到多個相位中的一部分相位。9.根據權利要求8所述的方法，還包括如下步驟: 當所述充電設備為電纜控制盒(ICCB)時，由所述控制器，操作所述功率因數校正電路以將充電功率分配到所述多個相位中的一部分相位。10.根據權利要求8所述的方法，還包括如下步驟: 當所述充電功率小于預設功率時，由所述控制器，操作所述功率因數校正電路以將充電功率分配到所述多個相位中的一部分相位。11.根據權利要求8所述的方法，還包括如下步驟: 由所述控制器測量所述充電設備的后端的電壓，并且基于測量得到的電壓計算電壓有效值。12.根據權利要求11所述的方法，還包括如下步驟: 當所述充電設備的充電功率小于預設功率并且所述電壓有效值等于或大于預設電壓時，由所述控制器操作所述功率因數校正電路以將充電功率分配到所述多個相位中的一部分相位。13.根據權利要求11所述的方法，還包括如下步驟: 當所述充電設備的可允許充電電流占空比小于預設值并且所述電壓有效值等于或大于預設電壓時，由所述控制器操作所述功率因數校正電路以將充電功率分配到所述多個相位中的一部分相位。
【文檔編號】H02J7/00GK106033898SQ201510113946
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月16日
【發明人】張熙崇, 成玄旭, 全信慧, 郭武信
【申請人】現代自動車株式會社