(57)【要約】  本開示は、ＤＣＤＣコンバータ、車載充電器及び電気自動車を開示し、該ＤＣＤＣコンバータは、第１の三相ブリッジモジュールと、共振モジュールと、第２の三相ブリッジモジュールと、コントローラとを含み、第１の三相ブリッジモジュールは、充電時に入力信号の周波数を調整し、共振モジュールは、充電時に第１の調整モジュールの出力信号を共振させ、放電時に第２の調整モジュールの出力信号を共振させ、第２の三相ブリッジモジュールは、放電時に電池モジュールの出力信号の周波数を調整し、コントローラは、軽負荷モードで、充電時に第１の三相ブリッジモジュールを二相アーム入力又は一相アーム入力に切り替えるように制御し、第２の三相ブリッジモジュールを二相アーム出力に切り替えるように制御し、放電時に第２の三相ブリッジモジュールを二相アーム入力又は一相アーム入力に切り替えるように制御し、第１の三相ブリッジモジュールを三相アーム出力に切り替えるように制御する。軽負荷モードでのスイッチング損失を低減することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣＤＣコンバータであって、第１の三相ブリッジモジュールと、共振モジュールと、第２の三相ブリッジモジュールと、コントローラとを含み、
前記第１の三相ブリッジモジュールは、車両の電池モジュールを外部から充電する時にＤＣＤＣコンバータの入力信号の周波数を調整し、或いは、電池モジュールが外部に放電する時に前記共振モジュールの出力信号を整流し、
前記共振モジュールは、車両の電池モジュールを外部から充電する時に前記第１の調整モジュールの出力信号を共振させ、或いは、電池モジュールが外部に放電する時に前記第２の調整モジュールの出力信号を共振させ、
前記第２の三相ブリッジモジュールは、車両の電池モジュールが外界に放電する時に電池モジュールの出力信号の周波数を調整し、或いは、電池モジュールを外部から充電する時に前記共振モジュールの出力信号を整流し、
前記コントローラは、それぞれ前記第１の三相ブリッジモジュールの制御端子と前記第２の三相ブリッジモジュールの制御端子に接続され、前記ＤＣＤＣコンバータの軽負荷モードで、電池モジュールを外部から充電する時に、前記第１の三相ブリッジモジュールを二相アーム入力又は一相アーム入力に切り替えるように制御し、前記第２の三相ブリッジモジュールを二相アーム出力に切り替えるように制御し、或いは、電池モジュールが外部に放電する時に、前記第２の三相ブリッジモジュールを二相アーム入力又は一相アーム入力に切り替えるように制御し、前記第１の三相ブリッジモジュールを二相アーム出力に切り替えるように制御する、
ＤＣＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記共振モジュールは、３経路の一次ＬＣ部と、三相変圧手段と、３経路の二次ＬＣ部とを含み、
電池モジュールを外部から充電する時に、前記３経路の一次ＬＣ部及び前記三相変圧手段は、前記第１の三相ブリッジモジュールの出力信号を共振させて高周波電流を生成し、
電池モジュールが外部に放電する時に、前記３経路の二次ＬＣ部及び前記三相変圧手段は、前記第２の三相ブリッジモジュールの出力信号を共振させて高周波電流を生成する、
請求項１に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項３】
各経路の一次ＬＣ部の一端が前記第１の三相ブリッジモジュール中の対応する相ブリッジモジュールの相線接続点に接続され、前記三相変圧手段の一次コイルの同極性端がそれぞれ、対応する一次ＬＣ部の他端に接続され、前記三相変圧手段の一次コイルの異極性端が互いに接続され、前記三相変圧手段の二次コイルの同極性端がそれぞれ、対応する二次ＬＣ部の一端に接続され、前記三相変圧手段の二次コイルの異極性端が互い接続され、
前記第２の三相ブリッジモジュールの各相アームの相線接続点が、対応する二次ＬＣ部の他端に接続され、
前記コントローラは、それぞれ、前記第１の三相ブリッジモジュールのスイッチトランジスタの制御端子と、前記第２の三相ブリッジモジュールのスイッチトランジスタの制御端子に接続される、
請求項２に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記第１の三相ブリッジモジュールは、第１の一相アームと、第１の二相アームと、第１の三相アームとを含み、
前記第１の一相アームは、第１のスイッチトランジスタと第２のスイッチトランジスタとを含み、前記第１のスイッチトランジスタの一端が前記第２のスイッチトランジスタの一端に接続され、前記第１のスイッチトランジスタの一端と前記第２のスイッチトランジスタの一端との間に、第１の相線接続点を有し、
前記第１の二相アームは、第３のスイッチトランジスタと第４のスイッチトランジスタとを含み、前記第３のスイッチトランジスタの一端が前記第４のスイッチトランジスタの一端に接続され、前記第３のスイッチトランジスタの一端と前記第４のスイッチトランジスタの一端との間に、第２の相線接続点を有し、
前記第１の三相アームは、第５のスイッチトランジスタと第６のスイッチトランジスタとを含み、前記第５のスイッチトランジスタの一端が前記第６のスイッチトランジスタの一端に接続され、前記第５のスイッチトランジスタの一端と前記第６のスイッチトランジスタの一端との間に、第３の相線接続点を有し、
前記第１のスイッチトランジスタの他端と、前記第３のスイッチトランジスタの他端と、前記第５のスイッチトランジスタの他端とは、互いに接続されて前記第１の三相ブリッジモジュールの第１の端点を形成し、前記第２のスイッチトランジスタの他端と、前記第４のスイッチトランジスタの他端と、前記第６のスイッチトランジスタの他端とは、互いに接続されて前記第１の三相ブリッジモジュールの第２の端点を形成する、
請求項３に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記第１の三相ブリッジモジュールは、さらに第１のコンデンサを含み、
前記第１のコンデンサの一端が前記第１の三相ブリッジモジュールの第１の端点に接続され、前記第１のコンデンサの他端が前記第１の三相ブリッジモジュールの第２の端点に接続される、
請求項４に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項６】
前記３経路の一次ＬＣ部は、第１の一次ＬＣ部と、第２の一次ＬＣ部と、第３の一次ＬＣ部とを含み、
前記第１の一次ＬＣ部は、第２のコンデンサと第１のインダクタとを含み、前記第２のコンデンサの一端が前記第１の相線接続点に接続され、前記第２のコンデンサの他端が前記第１のインダクタの一端に接続され、前記第１のインダクタの他端が、対応する相変圧手段の一次コイルの同極性端に接続され、
前記第２の一次ＬＣ部は、第３のコンデンサと第２のインダクタとを含み、前記第３のコンデンサの一端が前記第２の相線接続点に接続され、前記第３のコンデンサの他端が前記第２のインダクタの一端に接続され、前記第２のインダクタの他端が、対応する相変圧手段の一次コイルの同極性端に接続され、
前記第３の一次ＬＣ部は、第４のコンデンサと第３のインダクタとを含み、前記第４のコンデンサの一端が前記第３の相線接続点に接続され、前記第４のコンデンサの他端が前記第３のインダクタの一端に接続され、前記第３のインダクタの他端が、対応する相変圧手段の一次コイルの同極性端に接続される、
請求項４又は５に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項７】
前記三相変圧手段は、第１の相変圧手段と、第２の相変圧手段と、第３の相変圧手段とを含み、
前記第１の相変圧手段は、第１の一次コイルと第１の二次コイルとを含み、前記第１の一次コイルの同極性端が前記第１のインダクタの他端に接続され、前記第１の二次コイルの同極性端が、対応する二次ＬＣ部の一端に接続され、
前記第２の相変圧手段は、第２の一次コイルと第２の二次コイルとを含み、前記第２の一次コイルの同極性端が前記第２のインダクタの他端に接続され、前記第２の二次コイルの同極性端が、対応する二次ＬＣ部の一端に接続され、
前記第３の相変圧手段は、第３の一次コイルと第３の二次コイルとを含み、前記第３の一次コイルの同極性端が前記第３のインダクタの他端に接続され、前記第３の二次コイルの同極性端が、対応する二次ＬＣ部の一端に接続され、
前記第１の一次コイルの異極性端と、前記第２の一次コイルの異極性端と、前記第３の一次コイルの異極性端とが互いに接続され、前記第１の二次コイルの異極性端と、前記第２の二次コイルの異極性端と、前記第３の二次コイルの異極性端とが互いに接続される、
請求項６に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項８】
前記第２の三相ブリッジモジュールは、第２の一相アームと、第２の二相アームと、第２の三相アームとを含み、
前記第２の一相アームは、第７のスイッチトランジスタと第８のスイッチトランジスタとを含み、前記第７のスイッチトランジスタの一端が前記第８のスイッチトランジスタの一端に接続され、前記第７のスイッチトランジスタの一端と前記第８のスイッチトランジスタの一端との間に、第４の相線接続点を有し、
前記第２の二相アームは、第９のスイッチトランジスタと第１０のスイッチトランジスタとを含み、前記第９のスイッチトランジスタの一端が前記第１０のスイッチトランジスタの一端に接続され、前記第９のスイッチトランジスタの一端と前記第１０のスイッチトランジスタの一端との間に、第５の相線接続点を有し、
前記第２の三相アームは、第１１のスイッチトランジスタと第１２のスイッチトランジスタとを含み、前記第１１のスイッチトランジスタの一端が前記第１２のスイッチトランジスタの一端に接続され、前記第１１のスイッチトランジスタの一端と前記第１２のスイッチトランジスタの一端との間に、第６の相線接続点を有し、
前記第７のスイッチトランジスタの他端と、前記第９のスイッチトランジスタの他端と、前記第１１のスイッチトランジスタの他端とは互いに接続されて前記第２の三相ブリッジモジュールの第１の端点を形成し、前記第８のスイッチトランジスタの他端と、前記第１０のスイッチトランジスタの他端と、前記第１２のスイッチトランジスタの他端とは互いに接続されて前記第２の三相ブリッジモジュールの第２の端点を形成する、
請求項７に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項９】
前記第２の三相ブリッジモジュールは、第５のコンデンサをさらに含み、
前記第５のコンデンサの一端が前記第２の三相ブリッジモジュールの第１の端点に接続され、前記第５のコンデンサの他端が前記第２の三相ブリッジモジュールの第２の端点に接続される、
請求項８に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項１０】
前記３経路の二次ＬＣ部は、第１の二次ＬＣ部と、第２の二次ＬＣ部と、第３の二次ＬＣ部とを含み、
前記第１の二次ＬＣ部は、第４のインダクタと第６のコンデンサとを含み、前記第４のインダクタの一端が前記第１の二次コイルの同極性端に接続され、前記第４のインダクタの他端が前記第６のコンデンサの一端に接続され、前記第６のコンデンサの他端が前記第４の相線接続点に接続され、
前記第２の二次ＬＣ部は、第５のインダクタと第７のコンデンサとを含み、前記第５のインダクタの一端が前記第２の二次コイルの同極性端に接続され、前記第５のインダクタの他端が前記第７のコンデンサの一端に接続され、前記第７のコンデンサの他端が前記第５の相線接続点に接続され、
前記第３の二次ＬＣ部は、第６のインダクタと第８のコンデンサとを含み、前記第６のインダクタの一端が前記第３の二次コイルの同極性端に接続され、前記第６のインダクタの他端が前記第８のコンデンサの一端に接続され、前記第８のコンデンサの他端が前記第６の相線接続点に接続される、
請求項８又は９に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記ＤＣＤＣコンバータの軽負荷モードで、
電池モジュールを外部から充電する時に、前記第５のスイッチトランジスタと前記第６のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御し、前記第１１のスイッチトランジスタと前記第１２のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御し、
或いは、電池モジュールが外部に放電する時に、前記第１１のスイッチトランジスタと前記第１２のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御し、前記第５のスイッチトランジスタと前記第６のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御する、
請求項１０に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項１２】
前記コントローラは、軽負荷モードで、
電池モジュールを外部から充電する時に、前記第５のスイッチトランジスタと前記第６のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御し、前記第３のスイッチトランジスタがノーマリオフ状態にあるように制御し、前記第４のスイッチトランジスタがノーマリオン状態にあるように制御し、前記第１１のスイッチトランジスタと前記第１２のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御し、
或いは、電池モジュールが外部に放電する時に、前記第１１のスイッチトランジスタと前記第１２のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御し、前記第９のスイッチトランジスタがノーマリオフ状態にあるように制御し、前記第１０のスイッチトランジスタがノーマリオン状態にあるように制御し、前記第５のスイッチトランジスタと前記第６のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御する、
請求項１０又は１１に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項１３】
三相ＰＦＣ回路と、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のＤＣＤＣコンバータとを含むことを特徴とする、車載充電器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の車載充電器を含むことを特徴とする、電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
(関連出願の相互参照)
本願は、２０１８年４月２６日に提出された中国特許出願第２０１８１０３８６５２９．Ｘ号に基づくものであり、かつその優先権を主張するものであり、その全ての内容は参照により本願に組み込まれるものとする。
【０００２】
本開示は、車両の技術分野に関し、特に、ＤＣＤＣコンバータ、該ＤＣＤＣコンバータを含む車載充電器、及び該車載充電器を搭載した電気自動車に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気自動車の絶え間ない発展に伴い、電気自動車の電池モジュールの容量が大きくなっている。充放電時間を節約するために、大容量の電池モジュールは、より大きな電力の双方向車載充電器を必要とする（以下、車載充電器と略称する）。現在、産業において主流になっている車載充電器の電力レベルは単相３．３ＫＷ／６．６ＫＷであり、大電力車載充電器の更なる需要に伴い、三相１０／２０／４０ＫＷの車載充電器の市場はますます大きくなる。
【０００４】
車載充電器の主電力トポロジは、一般的にＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ、力率改善）＋双方向ＤＣＤＣという２つの部分を含み、ＰＦＣは力率改善の役割を果たし、双方向ＤＣＤＣは、エネルギーの制御可能な絶縁伝送を実現し、車載充電器のコアの電力変換手段である。大電力の充放電需要を満たすために、大電力の双方向ＤＣＤＣ回路は、一般的にマルチモジュール並列接続の方式、即ち、２つ以上の双方向ＤＣＤＣモジュール並列接続の方式でより大きな電力の充電を実現しているが、マルチモジュール並列接続にはいくつかの問題があり、システムのハードウェアの回路設計及びソフトウェアアルゴリズムに対して、いずれも高い要求がなされている。
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、関連技術における技術的問題の１つを少なくともある程度解決しようとする。
【０００６】
そのため、本開示の１つの実施例は、大電力出力と軽負荷モードでの小電力出力との切り替えを実現することができ、コストが低く、構成が簡単であるＤＣＤＣコンバータを提案する。
【０００７】
本発明のさらに他の実施例は、該ＤＣＤＣコンバータを含む車載充電器を提案する。
【０００８】
本発明の更なる他の実施例は、該車載充電器を搭載した電気自動車を提案する。
【０００９】
上記目的を達成するために、本開示の第１の実施例に係るＤＣＤＣコンバータは、第１の三相ブリッジモジュールと、共振モジュールと、第２の三相ブリッジモジュールと、コントローラとを含み、前記第１の三相ブリッジモジュールは、車両の電池モジュールを外部から充電する時にＤＣＤＣコンバータの入力信号の周波数を調整し、或いは、電池モジュールが外部に放電する時に前記共振モジュールの出力信号を整流し、前記共振モジュールは、車両の電池モジュールを外部から充電する時に前記第１の調整モジュールの出力信号を共振させ、或いは、電池モジュールが外部に放電する時に前記第２の調整モジュールの出力信号を共振させ、前記第２の調整モジュールは、車両の電池モジュールが外界に放電する時に電池モジュールの出力信号の周波数を調整し、或いは、電池モジュールを外部から充電する時に前記共振モジュールの出力信号を整流し、前記コントローラは、それぞれ前記第１の三相ブリッジモジュールの制御端子と前記第２の三相ブリッジモジュールの制御端子に接続され、前記ＤＣＤＣコンバータの軽負荷モードで、電池モジュールを外部から充電する時に、前記第１の三相ブリッジモジュールを二相アーム入力又は一相アーム入力に切り替えるように制御し、前記第２の三相ブリッジモジュールを二相アーム出力に切り替えるように制御し、或いは、電池モジュールが外部に放電する時に、前記第２の三相ブリッジモジュールを二相アーム入力又は一相アーム入力に切り替えるように制御し、前記第１の三相ブリッジモジュールを二相アーム出力に切り替えるように制御する。
【００１０】
本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータは、一般的な三相インターリーブＬＬＣ共振コンバータに比べて、共振モジュールが双方向共振可能であり、エネルギーの双方向伝送を実現し、かつ出力リップル電流がより小さく、コストが低く、軽負荷モードで、動作アーム及び動作スイッチトランジスタの数を減少させることによって、スイッチトランジスタの損失を低減し、動作効率を向上させることができる。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の第２の実施例に係る車載充電器は、三相ＰＦＣ回路と、前記ＤＣＤＣコンバータとを含む。
【００１２】
本開示の実施例に係る車載充電器は、上記実施例に係るＤＣＤＣコンバータを用いることによって、より大きな電力の充放電を実現することができるだけでなく、軽負荷でのスイッチング損失を低減し、動作効率を向上させることができる。
【００１３】
上記目的を達成するために、本開示の第３の実施例に係る電気自動車は、前記車載充電器を含む。
【００１４】
本開示の実施例に係る電気自動車は、上記実施例における車載充電機を搭載することによって、より大きな電力の充放電を実現することができるだけでなく、軽負荷でのスイッチング損失を低減し、動作効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】関連技術における３モジュールが並列接続した双方向ＤＣＤＣ回路トポロジの概略図である。
【図２】本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータのブロック図である。
【図３】本開示の１つの実施例に係るＤＣＤＣコンバータの回路トポロジの概略図である。
【図４】本開示の１つの実施例に係るＤＣＤＣコンバータの三相動作時のリップル電流の波形概略図である。
【図５】本開示の１つの実施例に係るＤＣＤＣコンバータの、軽負荷モードで充電する時に両相アーム入力へ切り替えた回路トポロジの概略図である。
【図６】本開示の１つの実施例に係るＤＣＤＣコンバータの軽負荷モードで充電する時に一相アーム入力へ切り替えた回路トポロジの概略図である。
【図７】本開示の１つの実施例に係るＤＣＤＣコンバータの回路トポロジの概略図である。
【図８】図７のコンバータの軽負荷モードで充電する時に両相アーム入力へ切り替えた回路トポロジの概略図である。
【図９】図７のコンバータの軽負荷モードで充電する時に一相アーム入力へ切り替えた回路トポロジの概略図である。
【図１０】本発明の実施例に係る車載充電器のブロック図である。
【図１１】本開示の実施例に係る電気自動車のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本開示の実施例を詳細に説明し、前記実施例の例を図面において示すが、一貫して同一又は類似の符号は、同一若しくは類似の部品、又は、同一若しくは類似の機能を有する部品を表す。以下、図面を参照しながら説明した実施例は、例示的なものであり、本開示を解釈するためのものであり、本開示を限定するものとして理解してはならない。
【００１７】
本開示の実施例は、発明者による以下の課題を認識及び研究した結果に基づくものである。
【００１８】
図１は、典型的なマルチモジュールが並列接続した双方向ＤＣＤＣコンバータの回路概略図であり、より多くのモジュールの並列接続がそれに応じて類推され得る。図１に示すような手段には、例えば、部品が多く、コストが高く、モジュール毎に独立した電圧、電流サンプリング及び駆動制御回路が必要となり、冗長性が大きく、コスト及び体積の最適化が困難であるといういくつかの問題がある。さらに、出力リップル電流が大きいという問題は、依然として解決しにくく、リップル電流を低減するために、モジュール毎に大きなフィルタ容量を必要とし、当然のことながら、複数の独立モジュール間で位相インターリーブをしてリップル電流を低減することもあるが、同様に異なるモジュール間の時間上の連携動作を必要とし、マスタスレーブ設定が必要で、かつ協同性の要求が高く、これらはシステムのハードウェア回路設計及びソフトウェアアルゴリズムにいずれも高い要求を求めている。
【００１９】
以下、図面を参照しながら本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータについて説明する。
【００２０】
図２は、本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータのブロック図であり、図２に示すように、本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ１００は、第１の三相ブリッジモジュール１０と、共振モジュール２０と、第２の三相ブリッジモジュール３０と、コントローラ４０とを含む。
【００２１】
第１の三相ブリッジモジュール１０は、車両の電池モジュールを、電力網又は他の電力供給装置であり得る外部から充電する時に、例えば電力網で電池モジュールを充電する時に、ＤＣＤＣコンバータ１００の入力信号の周波数を調整して共振モジュール２０のインピーダンスを調整し、或いは、電池モジュールが、電気負荷であり得る外界に放電する時に、例えば電池モジュールが電気負荷に放電する時に、共振モジュール２０の出力信号を整流平滑して後端負荷の使用に提供する。外部は、電池モジュールと充放電可能な機器、装置又はその他であり、本開示の実施例において特に限定しない。
【００２２】
共振モジュール２０は、車両の電池モジュールを外部から充電する時に第１の三相ブリッジモジュール１０の出力信号を共振させて高周波共振電流を生成し、或いは、電池モジュールが外部に放電する時に第２の三相ブリッジモジュール３０の出力信号を共振させて高周波共振電流を生成する。
【００２３】
第２の三相ブリッジモジュール３０は、車両の電池モジュールが外部に放電する時に電池モジュールの出力信号の周波数を調整して共振モジュール２０のインピーダンスを調整し、或いは、電池モジュールを外部から充電する時に共振モジュール２０の出力信号を整流し、高周波共振電流を直流電流にし、電池モジュールに供給し、電池モジュールへの充電を実現する。
【００２４】
本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ１００は、共振モジュール２０を設けることによって、電池モジュールの充放電時に共振して高周波電流を発生させることができ、即ちエネルギーの双方向伝送を実現することができる。
【００２５】
図３は、本開示の１つの実施例に係るＤＣＤＣコンバータの回路トポロジの概略図であり、図３に示すように、共振モジュール２０は、３経路の一次ＬＣ部２１と、三相変圧手段２２と、３経路の二次ＬＣ部２３とを含む。
【００２６】
電池モジュールを外部から充電する時に、３経路の一次ＬＣ部２１及び三相変圧手段２２は、第１の三相ブリッジモジュール１０の出力信号を共振させて高周波電流を生成し、さらに高周波電流を第２の三相ブリッジモジュール３０により整流平滑して直流電流にし、車両の電池モジュールに供給し、電池モジュールへの充電を実現することができ、電池モジュールが外界に放電する時に、３経路の二次ＬＣ部２３及び三相変圧手段２２は、第２の三相ブリッジモジュール３０の出力信号を共振させて高周波電流を生成し、高周波電流を第１の三相ブリッジモジュール１０により整流平滑して直流電流にし、直流電流を後続の部品の処理に供給し、さらに負荷に電力を供給し、車両の電池モジュールの放電を実現することができる。
【００２７】
本開示のいくつかの実施例において、各経路の一次ＬＣ部２１の一端は第１の三相ブリッジモジュール１０における対応する相アームの相線接続点に接続され、三相変圧手段２２の一次コイルの同極性端はそれぞれ、対応する一次ＬＣ部２１の他端に接続され、三相変圧手段２２の一次コイルの異極性端は互いに接続されて、Ｙ結線を形成する。三相変圧手段２２の二次コイルの同極性端はそれぞれ、対応する二次ＬＣ部２３の一端に接続され、三相変圧手段２２の二次コイルの異極性端は互いに接続されて、Ｙ結線を形成し、Ｙ結線を用いることで、三相ブリッジ回路の電流自動平均化の実現に役立ち、三相ブリッジ回路の部品パラメータの偏差による電力分布の不均一を回避する。
【００２８】
第２の三相ブリッジモジュール３０の各相アームの相線接続点は、対応する二次ＬＣ部２３の他端に接続される。
【００２９】
コントローラ４０は、それぞれ第１の三相ブリッジモジュール１０のスイッチトランジスタの制御端子と第２の三相ブリッジモジュール３０のスイッチトランジスタの制御端子に接続される。コントローラ４０は、充放電信号に基づいて第１の三相ブリッジモジュール１０及び第２の三相ブリッジモジュール３０のスイッチトランジスタを制御し、三相入出力を実現し、単方向又は双方向出力より大きな電力を供給することができる。
【００３０】
本開示の実施例において、三相変圧手段２２は、３つの独立した磁心又は同一の磁心で巻回されてよい。
【００３１】
実施例において、車載電池モジュールを外部から充電する時に、各経路の一次ＬＣ部２１と、対応する変圧手段２２の一次コイルとは、対応して入力する共振空胴を構成し、コントローラ４０は、第１の三相ブリッジモジュール１０に高周波共振制御を行い、第２の三相ブリッジモジュール３０を整流制御し、第１の三相ブリッジモジュール１０、３経路の一次ＬＣ部２１、及び三相変圧手段２２の一次コイルは、三相インターリーブＬＬＣを構成して高周波共振状態で動作して、高周波電流を出力し、高周波電流を第２の三相ブリッジモジュール３０により整流して直流電流にして出力し、電気自動車全体の電池モジュールへの大電力充電を実現することができる。
【００３２】
電池モジュールが放電する時に、各経路の二次ＬＣ部２３と、対応する変圧手段２２の二次コイルとは、対応して入力する共振空胴を構成し、コントローラ４０は、第２の三相ブリッジモジュール３０に高周波共振制御を行い、第１の三相ブリッジモジュール１０を整流制御し、第２の三相ブリッジモジュール３０と３経路の二次ＬＣ部２３及び三相変圧手段２２の二次コイルとは三相インターリーブＬＬＣを構成して高周波共振状態で動作して、高周波電流を出力し、高周波電流を第１の三相ブリッジモジュール１０により整流して直流電流にして出力し、電池モジュールの大電力放電を実現することができる。
【００３３】
本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ１００は、出力リップル電流が小さく、図４に示すように、Ｐ１は一般的なフルブリッジ回路の出力リップル電流曲線であり、Ｐ２は本願構成による出力リップル電流曲線であり、一般的なフルブリッジ回路に比べて、同じ出力電流Ｉ０の条件下で、一般的なフルブリッジ回路の出力リップル電流はＩｒｉｐｐｌｅ＝πＩ０／２＝１．５７Ｉ０であり、本願による回路において、出力リップル電流は
【数１】
2021522769.tif 000003
であり、出力リップル電流が明らかにより小さく、より小さなリップル電流が出力フィルタ容量の節約に役立つ。
【００３４】
本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ１００は、新規な三相インターリーブＬＬＣ共振双方向コンバータであり、図１に示したマルチモジュール並列接続による大電力の双方向ＤＣＤＣコンバータに比べて、部品が少なく、リップル電流がより小さく、より効果的な大電力充放電を実現することができる。
【００３５】
しかしながら、車載充電器が動作した時に、常にフル電力状態で動作するわけでなく、特に放電の場合に軽負荷モードで動作することが多い。三相インターリーブ共振双方向ＤＣＤＣコンバータの電力回路の全ての部品が常に高周波動作モードで動作するため、軽負荷条件下での出力電圧を安定させるために、システムは動作周波数を高くして小さなゲインを得る必要があり、動作周波数の向上がスイッチトランジスタ損失の増加を招き、したがって、上記回路トポロジ構造に基づいては、軽負荷モードでシステム効率を最適にすることができない。
【００３６】
なお、軽負荷モードについて、軽負荷とは、全負荷に対する表現であり、回路の負荷範囲内で、負荷率が３０％以下、又は５０％以下であることを指す。
【００３７】
本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ１００は、軽負荷モードでもシステム効率が最適になれるように、大電力と小電力充放電の切り替えを実現する新規な制御方法を提案する。本開示の実施例において、コントローラ４０は、ＤＣＤＣコンバータ１００の軽負荷モードで、車両の電池モジュールを外部から充電する時に、第１の三相ブリッジモジュール１０を二相アーム入力又は一相アーム入力に切り替えるように制御し、第２の三相ブリッジモジュール３０を二相アーム出力に切り替えるように制御し、或いは、電池モジュールが外部に放電する時に、第２の三相ブリッジモジュール３０を二相アーム入力又は一相アーム入力に切り替えるように制御し、第１の三相ブリッジモジュール１０を三相アーム出力に切り替えるように制御する。
【００３８】
軽負荷モードで、本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ１００は、「二相」又は「一相」のＬＬＣインターリーブ共振ＤＣＤＣコンバータに切り替え、共振アームの動作スイッチトランジスタの数を減少させることによって、スイッチング損失を低減し、動作周波数を向上させることができ、動作する共振アーム数を減少させることによって、動作アームの負荷があまり軽いことを回避し、システムのスイッチング周波数が全負荷に比べてあまり増加せず、スイッチトランジスタのスイッチング損失を効果的に低減し、動作効率を向上させることができる。
【００３９】
本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ１００は、一般的な三相インターリーブＬＬＣ共振コンバータに比べて、変圧手段の二次側に共振手段が追加され、双方向に共振し、エネルギーの双方向伝送を実現することができるとともに、出力リップル電流がより小さく、コストが低く、軽負荷モードで、動作アーム及び動作スイッチトランジスタの数を減少させることによって、スイッチング損失を低減し、動作効率を向上させることができる。
【００４０】
以下、図面を参照しながら本開示の各手段及びその接続関係についてさらに説明する。実施例において、第１の三相ブリッジモジュール１０及び第２の三相ブリッジモジュール３０は、ＭＯＳトランジスタ、ＩＧＢＴ等のスイッチトランジスタ又はその他の素子によって三相ブリッジ構造を構成することができ、ＬＣ部は、コンデンサ及びインダクタを含んでよく、変圧手段は、変圧器構造によって構成されてよい。
【００４１】
本開示のいくつかの実施例において、図３に示すように、第１の三相ブリッジモジュール１０は、第１の一相アームと、第１の二相アームと、第１の三相アームとを含む。第１の一相アームは、第１のスイッチトランジスタＱ１と第２のスイッチトランジスタＱ２とを含み、第１のスイッチトランジスタＱ１の一端が第２のスイッチトランジスタＱ２の一端に接続され、第１のスイッチトランジスタＱ１の一端と第２のスイッチトランジスタＱ２の一端との間に第１の相線接続点Ｚ１を有し、第１の二相アームは、第３のスイッチトランジスタＱ３と第４のスイッチトランジスタＱ４とを含み、第３のスイッチトランジスタＱ３の一端が第４のスイッチトランジスタＱ４の一端に接続され、第３のスイッチトランジスタＱ３の一端と第４のスイッチトランジスタＱ４の一端との間に第２の相線接続点Ｚ２を有し、第１の三相アームは、第５のスイッチトランジスタＱ５と第６のスイッチトランジスタＱ６とを含み、第５のスイッチトランジスタＱ５の一端が第６のスイッチトランジスタＱ６の一端に接続され、第５のスイッチトランジスタＱ５の一端と第６のスイッチトランジスタＱ６の一端との間に第３の相線接続点Ｚ３を有し、第１のスイッチトランジスタＱ１の他端と、第３のスイッチトランジスタＱ３の他端と、第５のスイッチトランジスタＱ５の他端とは、互いに接続されて第１の三相ブリッジモジュールの第１の端点Ｓ１１を形成し、第２のスイッチトランジスタＱ２の他端と、第４のスイッチトランジスタＱ４の他端と、第６のスイッチトランジスタＱ６の他端とは、互いに接続されて第１の三相ブリッジモジュール１０の第２の端点Ｓ１２を形成し、第１の端点Ｓ１１と第２の端点Ｓ１２は他のモジュールに接続されて入力又は出力を行うことができる。
【００４２】
図３に示すように、第１の三相ブリッジモジュール１０は、一端が第１の三相ブリッジモジュール１０の第１の端点Ｓ１１に接続されて、他端が第１の三相ブリッジモジュール１０の第２の端点Ｓ１２に接続されて、第１の三相ブリッジモジュール１０の出力又は入力をフィルタリングすることができる第１のコンデンサＣ１をさらに含む。
【００４３】
図３に示すように、３経路の一次ＬＣ部２１は、第１の一次ＬＣ部と、第２の一次ＬＣ部と、第３の一次ＬＣ部とを含む。第１の一次ＬＣ部は、一端が第１の相線接続点Ｚ１に接続され、他端が第１のインダクタＬ１の一端に接続される第２のコンデンサＣ２と、他端が対応する相変圧手段２２の一次コイルの同極性端に接続される第１のインダクタＬ１とを含み、第２の一次ＬＣ部は、一端が第２の相線接続点Ｚ２に接続され、他端が第２のインダクタＬ２の一端に接続される第３のコンデンサＣ３と、他端が対応する相変圧手段２２の一次コイルの同極性端に接続される第２のインダクタＬ２とを含み、第３の一次ＬＣ部は、一端が第３の相線接続点Ｚ３に接続され、他端が第３のインダクタＬ３の一端に接続される第４のコンデンサＣ４と、他端が対応する相変圧手段２２の一次コイルの同極性端に接続される第３のインダクタＬ３とを含む。
【００４４】
本開示の実施例において、図３に示すように、三相変圧手段２２は、第１の相変圧手段Ｔ１と、第２の相変圧手段Ｔ２と、第３の相変圧手段Ｔ３とを含む。
【００４５】
第１の相変圧手段Ｔ１は、同極性端が第１のインダクタＬ１の他端に接続される第１の一次コイルと、同極性端がその対応する二次ＬＣ部２３の一端に接続される第１の二次コイルとを含み、第２の相変圧手段Ｔ２は、同極性端が第２のインダクタＬ２の他端に接続される第２の一次コイルと、同極性端がその対応する二次ＬＣ部２３の一端に接続される第２の二次コイルとを含み、第３の相変圧手段Ｔ３は、同極性端が第３のインダクタＬ３の他端に接続される第３の一次コイルと、同極性端がその対応する二次ＬＣ部２３の一端に接続される第３の二次コイルとを含み、第１の一次コイルの異極性端と、第２の一次コイルの異極性端と、第３の一次コイルの異極性端とは、例えば、ＮＰに接続されるように互いに接続されて、Ｙ結線法を形成し、第１の二次コイルの異極性端と、第２の二次コイルの異極性端と、第３の二次コイルの異極性端とは、例えば、ＮＳに接続されるように互いに接続されて、Ｙ結線法を形成する。Ｙ結線法を用いることで、三相ブリッジの電流自動平均化を実現し、三相ブリッジの部品パラメータの偏差による電力分布の不均一を回避することができる。
【００４６】
図３に示すように、第２の三相ブリッジモジュール３０は、第２の一相アームと、第２の二相アームと、第２の三相アームとを含む。
【００４７】
第２の一相アームは、第７のスイッチトランジスタＱ７と第８のスイッチトランジスタＱ８とを含み、第７のスイッチトランジスタＱ７の一端が第８のスイッチトランジスタＱ８の一端に接続され、第７のスイッチトランジスタＱ７の一端と第８のスイッチトランジスタＱ８の一端との間に第４の相線接続点Ｚ４を有し、第２の二相アームは、第９のスイッチトランジスタＱ９と第１０のスイッチトランジスタＱ１０とを含み、第９のスイッチトランジスタＱ９の一端が第１０のスイッチトランジスタＱ１０の一端に接続され、第９のスイッチトランジスタＱ９の一端と第１０のスイッチトランジスタＱ１０の一端との間に第５の相線接続点Ｚ５を有し、第２の三相アームは、第１１のスイッチトランジスタＱ１１と第１２のスイッチトランジスタＱ１２とを含み、第１１のスイッチトランジスタＱ１１の一端が第１２のスイッチトランジスタＱ１２の一端に接続され、第１１のスイッチトランジスタＱ１１の一端と第１２のスイッチトランジスタＱ１２の一端との間に第６の相線接続点Ｚ６を有し、第７のスイッチトランジスタＱ７の他端と、第９のスイッチトランジスタＱ９の他端と、第１１のスイッチトランジスタＱ１１の他端とは、互いに接続されて第２の三相ブリッジモジュール３０の第１の端点Ｓ２１を形成し、第８のスイッチトランジスタＱ８の他端と、第１０のスイッチトランジスタＱ１０の他端と、第１２のスイッチトランジスタＱ１２の他端とは、互いに接続されて第２の三相ブリッジモジュール３０の第２の端点Ｓ２２を形成する。第１の端点Ｓ２１と第２の端点Ｓ２２は他のモジュールに接続されて入力又は出力を行うことができる。
【００４８】
図３に示すように、第２の三相ブリッジモジュール３０は、一端が第２の三相ブリッジモジュール３０の第１の端点Ｓ２１に接続されて、他端が第２の三相ブリッジモジュール３０の第２の端点Ｓ２２に接続される第５のコンデンサＣ５をさらに含む。第５のコンデンサＣ５は、第２の三相ブリッジモジュール３０の出力又は入力をフィルタリングすることができる。
【００４９】
本開示のいくつかの実施例において、図３に示すように、３経路の二次ＬＣ部２３は、第１の二次ＬＣ部と、第２の二次ＬＣ部と、第３の二次ＬＣ部とを含む。
【００５０】
第１の二次ＬＣ部は、一端が第１の二次コイルの同極性端に接続され、他端が第６のコンデンサＣ６の一端に接続される第４のインダクタＬ４と、他端が第４の相線接続点Ｚ４に接続される第６のコンデンサＣ６とを含み、第２の二次ＬＣ部は、一端が第２の二次コイルの同極性端に接続され、他端が第７のコンデンサＣ７の一端に接続される第５のインダクタＬ５と、他端が第５の相線接続点Ｚ５に接続される第７のコンデンサＣ７とを含み、第３の二次ＬＣ部は、一端が第３の二次コイルの同極性端に接続され、他端が第８のコンデンサＣ８の一端に接続される第６のインダクタＬ６と、他端が第６の相線接続点Ｚ６に接続される第８のコンデンサＣ８とを含む。
【００５１】
いくつかの実施例において、正方向充電の場合、第１の三相ブリッジモジュール１０は充電入力に接続され、第２の三相ブリッジモジュール３０は電気自動車の電池モジュールに接続され、第２のコンデンサＣ２と、第１のインダクタＬ１と第１の一次コイルとは第１の一相アームの共振空胴を構成し、第３のコンデンサＣ３と、第２のインダクタＬ２と第２の一次コイルとは第１の二相アームの共振空胴を構成し、第４のコンデンサＣ４と、第３のインダクタＬ３と第３の一次コイルとは第１の三相アームの共振空胴を構成する。いくつかの実施例において、第２のコンデンサＣ２、第３のコンデンサＣ３及び第４のコンデンサＣ４は、一次共振コンデンサと呼ばれ、第１のインダクタＬ１、第２のインダクタＬ２及び第３のインダクタＬ３は、一次共振インダクタと呼ばれる。
【００５２】
車両の電池モジュールを外部から充電する時に、第１の三相アーム回路１０の各相アーム及びそれに対応する共振モジュールは、三相インターリーブＬＬＣを構成して高周波共振状態で動作し、コントローラ４０は、第１のスイッチトランジスタＱ１と第２のスイッチトランジスタＱ２、第３のスイッチトランジスタＱ３と第４のスイッチトランジスタＱ４、第５のスイッチトランジスタＱ５と第６のスイッチトランジスタＱ６をそれぞれ５０％デューティ比で交互にオンオフするように制御し、第１のスイッチトランジスタＱ１、第３のスイッチトランジスタＱ３及び第５のスイッチトランジスタＱ５をそれぞれ１２０°の位相差を持ってオンオフするように制御し、第２のスイッチトランジスタＱ２、第４のスイッチトランジスタＱ４及び第６のスイッチトランジスタＱ６をそれぞれ１２０°の位相差を持ってオンオフするように制御し、そして、第２の三相ブリッジモジュール３０を整流制御し、第２の三相ブリッジモジュール３０を二次の三相整流ブリッジとし、高周波電流を第２の三相ブリッジモジュール３０のスイッチトランジスタ中のダイオードで整流した後に直流電流に変換して車両全体の高圧電池モジュールに供給し、一般的には、図４に示すように、各スイッチトランジスタには、スイッチトランジスタボディダイオードとも呼ばれるダイオード素子が含まれている。第２の三相ブリッジモジュール３０のスイッチトランジスタに駆動信号を供給すれば、第２の三相ブリッジモジュール３０は同期整流回路を形成し、製品の効率をさらに向上させる。
【００５３】
いくつかの実施例において、電池モジュールの放電の場合、第１の三相ブリッジモジュール１０は受電側に接続され、第２の三相ブリッジモジュール３０は電気自動車の電池モジュールに接続され、第６のコンデンサＣ６と、第４のインダクタＬ４と第１の二次コイルとは第２の一相アームの共振空胴を構成し、第７のコンデンサＣ７と、第５のインダクタＬ５と第２の二次コイルとは第２の二相アームの共振空胴を構成し、第８のコンデンサＣ８と、第６のインダクタＬ６と第３の二次コイルとは第２の三相アームの共振空胴を構成する。いくつかの実施例において、第６のコンデンサＣ６、第７のコンデンサＣ７及び第８のコンデンサＣ８は、二次共振コンデンサと呼ばれ、第４のインダクタＬ４、第５のインダクタＬ５及び第６のインダクタＬ６は、二次共振インダクタと呼ばれる。
【００５４】
電池モジュールが外部に放電する時に、第２の三相アームモジュール３０の各相アーム及びそれに対応する共振モジュールは、三相インターリーブＬＬＣを構成して高周波共振状態で動作し、コントローラ４０は、第７のスイッチトランジスタＱ７と第８のスイッチトランジスタＱ８、第９のスイッチトランジスタＱ９と第１０のスイッチトランジスタＱ１０、第１１のスイッチトランジスタＱ１１と第１２のスイッチトランジスタＱ１２をそれぞれ５０％デューティ比で交互にオンオフするように制御し、第７のスイッチトランジスタＱ７、第９のスイッチトランジスタＱ９及び第１１のスイッチトランジスタＱ１１をそれぞれ１２０°の位相差を持ってオンオフするように制御し、第８のスイッチトランジスタＱ８、第１０のスイッチトランジスタＱ１０及び第１２のスイッチトランジスタＱ１２をそれぞれ１２０°の位相差を持ってオンオフするように制御し、そして、第１の三相ブリッジモジュール１０を整流制御し、第１の三相ブリッジモジュール１０を放電出力三相整流ブリッジとし、高周波電流を第１の三相ブリッジモジュール１０のスイッチトランジスタ体中のダイオードで整流した後に直流電流に変換して電気出力側のモジュールに供給し、第１の三相ブリッジモジュール１０のスイッチトランジスタに駆動信号を供給すれば、第１の三相ブリッジモジュール１０は同期整流回路を形成し、製品の効率をさらに向上させる。
【００５５】
以上の実施例は、図３に示した本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ１００によって大電力充放電を実現する過程について説明したが、以下、本開示の実施例の軽負荷モードでの充放電の実現について説明する。
【００５６】
本開示のいくつかの実施例において、軽負荷モードで、車両の電池モジュールを外部から充電する時に、コントローラ４０は、第５のスイッチトランジスタＱ５と第６のスイッチトランジスタＱ６とがノーマリオフ状態にあるように制御し、第１１のスイッチトランジスタＱ１１と第１２のスイッチトランジスタＱ１２とがノーマリオフ状態にあるように制御する。即ち、共振モジュール２０中の一次及び二次のある対応するアームをオフにし、例えば、一次及び二次側の第３の相アームをオフにする場合、システムトポロジ等価は図５に示すとおりであり、本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ１００は、「二相」のＬＬＣインターリーブ共振ＤＣＤＣコンバータになり、第２のコンデンサＣ２、第１のインダクタＬ１、第１の相変圧手段Ｔ１、第３のコンデンサＣ３、第２のインダクタＬ３及び第２の相変圧手段Ｔ２が直列モードにあり、共振空胴の等価パラメータが変化しなければ、図５に示すような回路トポロジは二次側が同期整流を用いたフルブリッジＤＣＤＣコンバータになるため、スイッチトランジスタ損失を増加させることなく軽負荷モードでの充電要求を満たすことができる。
【００５７】
或いは、軽負荷モードで、電池モジュールが外部に放電する時に、コントローラ４０は、第１１のスイッチトランジスタＱ１１と第１２のスイッチトランジスタＱ１２とがノーマリオフ状態にあるように制御し、第５のスイッチトランジスタＱ５と第６のスイッチトランジスタＱ６とがノーマリオフ状態にあるように制御し、同様に、本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ１００は、「二相」のＬＬＣインターリーブ共振ＤＣＤＣコンバータとなり、一次側が同期整流を用いたフルブリッジ構成となり、スイッチトランジスタ損失を増加させることなく軽負荷モードでの放電要求を満たすことができる。
【００５８】
本開示の他のいくつかの実施例において、軽負荷モードで、車両の電池モジュールを外部から充電する時に、コントローラ４０は、第５のスイッチトランジスタＱ５と第６のスイッチトランジスタＱ６とがノーマリオフ状態にあるように制御し、第３のスイッチトランジスタＱ３がノーマリオフ状態にあるように制御し、第４のスイッチトランジスタＱ４がノーマリオン状態にあるように制御し、第１１のスイッチトランジスタＱ１１と第１２のスイッチトランジスタＱ１２とがノーマリオフ状態にあるように制御し、即ち、図５を基に、一次側の第１の二相アーム上の上スイッチトランジスタをノーマリオフに維持し、下スイッチトランジスタをノーマリオンに維持し、トポロジ構造を「一相」のＬＬＣインターリーブ共振ＤＣＤＣコンバータに切り替え、等価回路トポロジの概略図が図６に示すとおりであり、この時に二次出力側はフルブリッジ同期整流回路構成となり、なお、トポロジ構造の変化によって、動作周波数が変わらなければ、システム出力電圧が半減し、出力電圧を維持するために、動作周波数を低下させてシステムゲイン特性を向上させる必要がある。
【００５９】
或いは、電池モジュールが外部に放電する時に、コントローラ４０は、第１１のスイッチトランジスタＱ１１と第１２のスイッチトランジスタＱ１２とがノーマリオフ状態にあるように制御し、第９のスイッチトランジスタＱ９がノーマリオフ状態にあるように制御し、第１０のスイッチトランジスタＱ１０がノーマリオン状態にあるように制御し、同様に、本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ１００は、「一相」のＬＬＣインターリーブ共振ＤＣＤＣコンバータとなり、一次側が同期整流を用いたフルブリッジ構成となり、軽負荷モードでの放電要求を満たすことができ、スイッチトランジスタ損失を増加させることもない。
【００６０】
以下、２０ＫＷの三相インターリーブＬＬＣ双方向ＤＣＤＣコンバータを例として説明する。設計要求は以下のとおりである。ＤＣＤＣコンバータの入力電圧及び出力電圧定格値はいずれも７５０Ｖであり、充電方向及び放電方向のフル電力はいずれも２０ＫＷである。共振空胴パラメータは、以下のとおり設定する。正方向充電電圧、電力が等しいため、例えば一次共振空胴と呼ばれる第１の三相ブリッジモジュール１０に対応する共振空胴と、例えば二次共振空胴と呼ばれる第２の三相ブリッジモジュール３０に対応する共振空胴とはパラメータが一致する回路共振周波数が１５０ＫＨＺであると仮定すれば、三相インターリーブＬＬＣ回路の相関計算式に基づいて、一次共振容量Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４＝二次共振容量Ｃ５＝Ｃ６＝Ｃ７＝８０ｎＦ、一次共振インダクタンスＬ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝二次共振インダクタンスＬ４＝Ｌ５＝Ｌ６＝１４μＨ、三相変圧手段２２の巻数比Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝１：１、三相変圧手段２２の一次コイルのインダクタンスＴ１−１＝Ｔ２−１＝Ｔ３−１＝二次コイルのインダクタンス＝Ｔ１−２＝Ｔ２−２＝Ｔ３−２＝７０μＨを得ることができ、電流、電圧需要、放熱要求等の観点から、スイッチトランジスタＱ１−Ｑ１２としては、１２００Ｖ／４０ｍΩの炭化珪素ＭＯＳ（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、金属−酸化物−半導体）トランジスタを用い、具体的には図７に示すとおりである。
【００６１】
軽負荷モードでの充電方向を例として、そのうちの１つの相アーム、例えば第３の相アームをオフにし、即ち二相アーム入力と二相アーム出力に切り替えると、等価回路の概略図は図８に示すとおりである。両相アーム入力をオフにすれば、一相入力と二相フルブリッジ整流出力に切り替えられ、等価回路の概略図は、図９に示すとおりである。
【００６２】
本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ１００は、一般的な三相フルブリッジＤＣＤＣコンバータに比べて、変圧二次側に３経路の共振手段が追加され、第２の三相ブリッジモジュール３０は制御可能なスイッチトランジスタを用いる。
【００６３】
大電力充放電において、双方向共振は、エネルギーの双方向伝送を実現することができ、かつ双方向伝送がいずれもソフトスイッチングモードで動作し、三相インターリーブＬＬＣを構成することで、より大きな電力の変換を実現することができ、一般的な三相インターリーブＬＬＣに比べて、電力スイッチトランジスタを節約することができる。また、三相変圧手段２２は、Ｙ結線法を用いることで、三相ブリッジ回路の電流自動平均化を実現し、電力分布の不均一を回避することができ、本開示の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ１００の回路構成は、出力リップル電流がより小さく、より小さなリップル電流により出力フィルタ容量を節約することができ、コストと製品体積の低減により有利である。
【００６４】
軽負荷モードの場合、負荷に応じて三相ブリッジのうちの一相又は二相アームを選択し、共振アームの動作スイッチトランジスタの数又は共振アームの数を減少させることによって、スイッチトランジスタ損失を低減し、システムの動作効率を向上させることができる。
【００６５】
上記実施例に係るＤＣＤＣコンバータに基いて、以下、図面を参照しながら本開示の実施例に係る車載充電機について説明する。
【００６６】
図１０は、本発明の実施例に係る車載充電器のブロック図であり、図１０に示すように、本発明の実施例に係る車載充電器１０００は、三相ＰＦＣ回路２００と、上記実施例におけるＤＣＤＣコンバータ１００とを含み、三相ＰＦＣ回路２００は、力率改善の役割を果たし、ＤＣＤＣコンバータ１００は、エネルギーの制御可能な絶縁伝送を実現し、ＤＣＤＣコンバータ１００の具体的な構成と動作過程は、上記実施例の説明を参照する。
【００６７】
本開示の実施例に係る車載充電器１００は、上記実施例に係るＤＣＤＣコンバータ１００を用いることによって、より大きな電力の充放電を実現することができるだけでなく、軽負荷モードでの充放電制御を満たすこともでき、かつ軽負荷モードでのスイッチング損失を低減し、動作効率を向上させる。
【００６８】
図１１は、本開示の実施例に係る電気自動車のブロック図であり、図９に示すように、本開示の実施例に係る電気自動車１００００は、上記実施例における車載充電器１０００を含む。
【００６９】
本開示の実施例に係る電気自動車１００００は、上記実施例における車載充電器１０００を搭載することによって、より大きな電力の充放電を実現することができるだけでなく、軽負荷モードでの充放電制御を満たすこともでき、かつ軽負荷モードでのスイッチング損失を低減し、動作効率を向上させる。
【００７０】
本明細書の説明において、「１つの実施例」、「いくつかの実施例」、「例」、「具体的な例」、又は「いくつかの例」等の参照用語は、当該実施例又は例と組み合わせて説明された具体的な特徴、構成、材料又は特性が本開示の少なくとも１つの実施例又は例に含まれることを意味する。本明細書において、上記用語の例示的な表現は、必ずしも同じ実施例又は例を示すことではない。また、説明された具体的な特徴、構造、材料又は特性は、いずれか１つ又は複数の実施例又は例において適宜統合してもよい。また、互いに矛盾しない限り、当業者であれば、本明細書で説明された異なる実施例又は例、及び異なる実施例又は例の特徴を統合し、組み合わせることができる。
【００７１】
以上は本開示の実施例を示し、説明したが、上記実施例は、例示的なものであり、本開示を限定するものと理解すべきではなく、当業者であれば、本開示の範囲で上記実施例に対して変更、修正、置換及び変形を行うことができる。
【図１】
2021522769.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年12月18日(2020.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣＤＣコンバータであって、第１の三相ブリッジモジュールと、共振モジュールと、第２の三相ブリッジモジュールと、コントローラとを含み、
前記第１の三相ブリッジモジュールは、車両の電池モジュールを外部から充電する時にＤＣＤＣコンバータの入力信号の周波数を調整し、或いは、電池モジュールが外部に放電する時に前記共振モジュールの出力信号を整流し、
前記共振モジュールは、車両の電池モジュールを外部から充電する時に前記第１の三相ブリッジモジュールの出力信号を共振させ、或いは、電池モジュールが外部に放電する時に前記第２の三相ブリッジモジュールの出力信号を共振させ、
前記第２の三相ブリッジモジュールは、車両の電池モジュールが外界に放電する時に電池モジュールの出力信号の周波数を調整し、或いは、電池モジュールを外部から充電する時に前記共振モジュールの出力信号を整流し、
前記コントローラは、それぞれ前記第１の三相ブリッジモジュールの制御端子と前記第２の三相ブリッジモジュールの制御端子に接続され、前記ＤＣＤＣコンバータの軽負荷モードで、電池モジュールを外部から充電する時に、前記第１の三相ブリッジモジュールを二相アーム入力又は一相アーム入力に切り替えるように制御し、前記第２の三相ブリッジモジュールを二相アーム出力に切り替えるように制御し、或いは、電池モジュールが外部に放電する時に、前記第２の三相ブリッジモジュールを二相アーム入力又は一相アーム入力に切り替えるように制御し、前記第１の三相ブリッジモジュールを二相アーム出力に切り替えるように制御する、
ＤＣＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記共振モジュールは、３経路の一次ＬＣ部と、三相変圧手段と、３経路の二次ＬＣ部とを含み、
電池モジュールを外部から充電する時に、前記３経路の一次ＬＣ部及び前記三相変圧手段は、前記第１の三相ブリッジモジュールの出力信号を共振させて高周波電流を生成し、
電池モジュールが外部に放電する時に、前記３経路の二次ＬＣ部及び前記三相変圧手段は、前記第２の三相ブリッジモジュールの出力信号を共振させて高周波電流を生成する、
請求項１に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項３】
各経路の一次ＬＣ部の一端が前記第１の三相ブリッジモジュール中の対応する相ブリッジモジュールの相線接続点に接続され、前記三相変圧手段の一次コイルの同極性端がそれぞれ、対応する一次ＬＣ部の他端に接続され、前記三相変圧手段の一次コイルの異極性端が互いに接続され、前記三相変圧手段の二次コイルの同極性端がそれぞれ、対応する二次ＬＣ部の一端に接続され、前記三相変圧手段の二次コイルの異極性端が互い接続され、
前記第２の三相ブリッジモジュールの各相アームの相線接続点が、対応する二次ＬＣ部の他端に接続され、
前記コントローラは、それぞれ、前記第１の三相ブリッジモジュールのスイッチトランジスタの制御端子と、前記第２の三相ブリッジモジュールのスイッチトランジスタの制御端子に接続される、
請求項２に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記第１の三相ブリッジモジュールは、第１の一相アームと、第１の二相アームと、第１の三相アームとを含み、
前記第１の一相アームは、第１のスイッチトランジスタと第２のスイッチトランジスタとを含み、前記第１のスイッチトランジスタの一端が前記第２のスイッチトランジスタの一端に接続され、前記第１のスイッチトランジスタの一端と前記第２のスイッチトランジスタの一端との間に、第１の相線接続点を有し、
前記第１の二相アームは、第３のスイッチトランジスタと第４のスイッチトランジスタとを含み、前記第３のスイッチトランジスタの一端が前記第４のスイッチトランジスタの一端に接続され、前記第３のスイッチトランジスタの一端と前記第４のスイッチトランジスタの一端との間に、第２の相線接続点を有し、
前記第１の三相アームは、第５のスイッチトランジスタと第６のスイッチトランジスタとを含み、前記第５のスイッチトランジスタの一端が前記第６のスイッチトランジスタの一端に接続され、前記第５のスイッチトランジスタの一端と前記第６のスイッチトランジスタの一端との間に、第３の相線接続点を有し、
前記第１のスイッチトランジスタの他端と、前記第３のスイッチトランジスタの他端と、前記第５のスイッチトランジスタの他端とは、互いに接続されて前記第１の三相ブリッジモジュールの第１の端点を形成し、前記第２のスイッチトランジスタの他端と、前記第４のスイッチトランジスタの他端と、前記第６のスイッチトランジスタの他端とは、互いに接続されて前記第１の三相ブリッジモジュールの第２の端点を形成する、
請求項３に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記第１の三相ブリッジモジュールは、さらに第１のコンデンサを含み、
前記第１のコンデンサの一端が前記第１の三相ブリッジモジュールの第１の端点に接続され、前記第１のコンデンサの他端が前記第１の三相ブリッジモジュールの第２の端点に接続される、
請求項４に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項６】
前記３経路の一次ＬＣ部は、第１の一次ＬＣ部と、第２の一次ＬＣ部と、第３の一次ＬＣ部とを含み、
前記第１の一次ＬＣ部は、第２のコンデンサと第１のインダクタとを含み、前記第２のコンデンサの一端が前記第１の相線接続点に接続され、前記第２のコンデンサの他端が前記第１のインダクタの一端に接続され、前記第１のインダクタの他端が、対応する相変圧手段の一次コイルの同極性端に接続され、
前記第２の一次ＬＣ部は、第３のコンデンサと第２のインダクタとを含み、前記第３のコンデンサの一端が前記第２の相線接続点に接続され、前記第３のコンデンサの他端が前記第２のインダクタの一端に接続され、前記第２のインダクタの他端が、対応する相変圧手段の一次コイルの同極性端に接続され、
前記第３の一次ＬＣ部は、第４のコンデンサと第３のインダクタとを含み、前記第４のコンデンサの一端が前記第３の相線接続点に接続され、前記第４のコンデンサの他端が前記第３のインダクタの一端に接続され、前記第３のインダクタの他端が、対応する相変圧手段の一次コイルの同極性端に接続される、
請求項４又は５に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項７】
前記三相変圧手段は、第１の相変圧手段と、第２の相変圧手段と、第３の相変圧手段とを含み、
前記第１の相変圧手段は、第１の一次コイルと第１の二次コイルとを含み、前記第１の一次コイルの同極性端が前記第１のインダクタの他端に接続され、前記第１の二次コイルの同極性端が、対応する二次ＬＣ部の一端に接続され、
前記第２の相変圧手段は、第２の一次コイルと第２の二次コイルとを含み、前記第２の一次コイルの同極性端が前記第２のインダクタの他端に接続され、前記第２の二次コイルの同極性端が、対応する二次ＬＣ部の一端に接続され、
前記第３の相変圧手段は、第３の一次コイルと第３の二次コイルとを含み、前記第３の一次コイルの同極性端が前記第３のインダクタの他端に接続され、前記第３の二次コイルの同極性端が、対応する二次ＬＣ部の一端に接続され、
前記第１の一次コイルの異極性端と、前記第２の一次コイルの異極性端と、前記第３の一次コイルの異極性端とが互いに接続され、前記第１の二次コイルの異極性端と、前記第２の二次コイルの異極性端と、前記第３の二次コイルの異極性端とが互いに接続される、
請求項６に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項８】
前記第２の三相ブリッジモジュールは、第２の一相アームと、第２の二相アームと、第２の三相アームとを含み、
前記第２の一相アームは、第７のスイッチトランジスタと第８のスイッチトランジスタとを含み、前記第７のスイッチトランジスタの一端が前記第８のスイッチトランジスタの一端に接続され、前記第７のスイッチトランジスタの一端と前記第８のスイッチトランジスタの一端との間に、第４の相線接続点を有し、
前記第２の二相アームは、第９のスイッチトランジスタと第１０のスイッチトランジスタとを含み、前記第９のスイッチトランジスタの一端が前記第１０のスイッチトランジスタの一端に接続され、前記第９のスイッチトランジスタの一端と前記第１０のスイッチトランジスタの一端との間に、第５の相線接続点を有し、
前記第２の三相アームは、第１１のスイッチトランジスタと第１２のスイッチトランジスタとを含み、前記第１１のスイッチトランジスタの一端が前記第１２のスイッチトランジスタの一端に接続され、前記第１１のスイッチトランジスタの一端と前記第１２のスイッチトランジスタの一端との間に、第６の相線接続点を有し、
前記第７のスイッチトランジスタの他端と、前記第９のスイッチトランジスタの他端と、前記第１１のスイッチトランジスタの他端とは互いに接続されて前記第２の三相ブリッジモジュールの第１の端点を形成し、前記第８のスイッチトランジスタの他端と、前記第１０のスイッチトランジスタの他端と、前記第１２のスイッチトランジスタの他端とは互いに接続されて前記第２の三相ブリッジモジュールの第２の端点を形成する、
請求項７に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項９】
前記第２の三相ブリッジモジュールは、第５のコンデンサをさらに含み、
前記第５のコンデンサの一端が前記第２の三相ブリッジモジュールの第１の端点に接続され、前記第５のコンデンサの他端が前記第２の三相ブリッジモジュールの第２の端点に接続される、
請求項８に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項１０】
前記３経路の二次ＬＣ部は、第１の二次ＬＣ部と、第２の二次ＬＣ部と、第３の二次ＬＣ部とを含み、
前記第１の二次ＬＣ部は、第４のインダクタと第６のコンデンサとを含み、前記第４のインダクタの一端が前記第１の二次コイルの同極性端に接続され、前記第４のインダクタの他端が前記第６のコンデンサの一端に接続され、前記第６のコンデンサの他端が前記第４の相線接続点に接続され、
前記第２の二次ＬＣ部は、第５のインダクタと第７のコンデンサとを含み、前記第５のインダクタの一端が前記第２の二次コイルの同極性端に接続され、前記第５のインダクタの他端が前記第７のコンデンサの一端に接続され、前記第７のコンデンサの他端が前記第５の相線接続点に接続され、
前記第３の二次ＬＣ部は、第６のインダクタと第８のコンデンサとを含み、前記第６のインダクタの一端が前記第３の二次コイルの同極性端に接続され、前記第６のインダクタの他端が前記第８のコンデンサの一端に接続され、前記第８のコンデンサの他端が前記第６の相線接続点に接続される、
請求項８又は９に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記ＤＣＤＣコンバータの軽負荷モードで、
電池モジュールを外部から充電する時に、前記第５のスイッチトランジスタと前記第６のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御し、前記第１１のスイッチトランジスタと前記第１２のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御し、
或いは、電池モジュールが外部に放電する時に、前記第１１のスイッチトランジスタと前記第１２のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御し、前記第５のスイッチトランジスタと前記第６のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御する、
請求項１０に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項１２】
前記コントローラは、軽負荷モードで、
電池モジュールを外部から充電する時に、前記第５のスイッチトランジスタと前記第６のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御し、前記第３のスイッチトランジスタがノーマリオフ状態にあるように制御し、前記第４のスイッチトランジスタがノーマリオン状態にあるように制御し、前記第１１のスイッチトランジスタと前記第１２のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御し、
或いは、電池モジュールが外部に放電する時に、前記第１１のスイッチトランジスタと前記第１２のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御し、前記第９のスイッチトランジスタがノーマリオフ状態にあるように制御し、前記第１０のスイッチトランジスタがノーマリオン状態にあるように制御し、前記第５のスイッチトランジスタと前記第６のスイッチトランジスタとがノーマリオフ状態にあるように制御する、
請求項１０又は１１に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項１３】
三相ＰＦＣ回路と、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のＤＣＤＣコンバータとを含むことを特徴とする、車載充電器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の車載充電器を含むことを特徴とする、電気自動車。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために、本開示の第１の実施例に係るＤＣＤＣコンバータは、第１の三相ブリッジモジュールと、共振モジュールと、第２の三相ブリッジモジュールと、コントローラとを含み、前記第１の三相ブリッジモジュールは、車両の電池モジュールを外部から充電する時にＤＣＤＣコンバータの入力信号の周波数を調整し、或いは、電池モジュールが外部に放電する時に前記共振モジュールの出力信号を整流し、前記共振モジュールは、車両の電池モジュールを外部から充電する時に前記第１の三相ブリッジモジュールの出力信号を共振させ、或いは、電池モジュールが外部に放電する時に前記第２の三相ブリッジモジュールの出力信号を共振させ、前記第２の三相ブリッジモジュールは、車両の電池モジュールが外界に放電する時に電池モジュールの出力信号の周波数を調整し、或いは、電池モジュールを外部から充電する時に前記共振モジュールの出力信号を整流し、前記コントローラは、それぞれ前記第１の三相ブリッジモジュールの制御端子と前記第２の三相ブリッジモジュールの制御端子に接続され、前記ＤＣＤＣコンバータの軽負荷モードで、電池モジュールを外部から充電する時に、前記第１の三相ブリッジモジュールを二相アーム入力又は一相アーム入力に切り替えるように制御し、前記第２の三相ブリッジモジュールを二相アーム出力に切り替えるように制御し、或いは、電池モジュールが外部に放電する時に、前記第２の三相ブリッジモジュールを二相アーム入力又は一相アーム入力に切り替えるように制御し、前記第１の三相ブリッジモジュールを二相アーム出力に切り替えるように制御する。
【国際調査報告】
2021522769.tif 000015
2021522769.tif 000016
2021522769.tif 000017
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