(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通端子と接続され且つAC入力電圧を整流して整流電圧にする整流回路と、
前記整流回路に接続され、前記整流電圧の力率を増大させてバス電圧を生成する力率補正回路と、
エネルギー貯蔵及び電圧安定化ために前記力率補正回路の出力端子と前記共通端子の間に接続されるバスキャパシタと、
前記力率補正回路の出力端子及び前記バスキャパシタと接続され、前記バス電圧を昇圧して中間出力電圧にする中間非絶縁DC-DC変換回路と、
エネルギー貯蔵及び電圧安定化ために前記中間非絶縁DC-DC変換回路の出力端子と前記共通端子の間に接続される中間出力キャパシタと、
前記中間非絶縁DC-DC変換回路の出力端子、前記中間出力キャパシタ及び高電圧バッテリーユニットと接続され、前記中間出力電圧を高充電電圧へ変換し、これによって前記高電圧バッテリーユニットを充電する非絶縁DC-DC変換回路とを備える、高電圧バッテリー充電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の高電圧バッテリー充電システムであって、前記高電圧バッテリー充電システムは、電気自動車の車両本体に設置され、前記高電圧バッテリーユニットは、前記車両本体内に配置される、高電圧バッテリー充電システム。
【請求項３】
請求項１に記載の高電圧バッテリー充電システムであって、前記中間出力キャパシタは、前記バスキャパシタより高い定格電圧値を有する、高電圧バッテリー充電システム。
【請求項４】
請求項3に記載の高電圧バッテリー充電システムであって、前記バスキャパシタは、電解コンデンサである、高電圧バッテリー充電システム。
【請求項５】
請求項3に記載の高電圧バッテリー充電システムであって、前記中間出力キャパシタは、プラスチックキャパシタである、高電圧バッテリー充電システム。
【請求項６】
請求項１に記載の高電圧バッテリー充電システムであって、電磁干渉フィルタリング回路をさらに備え、前記電磁干渉フィルタリング回路は、前記整流回路に接続され、前記AC入力電圧及びAC入力電流に含まれるサージ及び高周波ノイズをフィルタリングにより除去し、前記中間非絶縁DC-DC変換回路、前記非絶縁DC-DC変換回路及び前記力率補正回路のスイッチング回路が動作する際の前記AC入力電圧への電磁干渉の悪影響を低減させる、高電圧バッテリー充電システム。
【請求項７】
請求項１に記載の高電圧バッテリー充電システムであって、前記力率補正回路は、
前記力率補正回路の入力端子に接続された第１端子及び第１接続ノードに接続された第２端子を有する第１インダクタと、
前記第１接続ノードに接続された第１端子及び前記力率補正回路の出力端子に接続された第２端子を有する第１整流素子と、
前記第１インダクタを通って流れる第１電流を検出し、これによって電流検出信号を生成する第１電流検出回路と、
第１スイッチング回路と、
前記共通端子、前記整流回路、前記第１スイッチング回路の制御端子及び前記第１電流検出回路に接続され、前記力率補正回路の動作を制御する力率補正制御ユニットを備え、
前記第１スイッチング回路及び前記第１電流検出回路が前記第１接続ノードと前記共通端子の間に直列接続されている、高電圧バッテリー充電システム。
【請求項８】
請求項7に記載の高電圧バッテリー充電システムであって、前記力率補正制御ユニットは、
前記整流回路及び前記共通端子に接続され、前記整流電圧の大きさを低減させ、前記整流電圧に含まれる高周波ノイズをフィルタリングにより除去し、これによって入力検出信号を生成する入力波形検出回路と、
前記力率補正回路の出力端子及び前記共通端子に接続され、前記バス電圧について電圧分割を実行し、これによって第１フィードバック信号を生成する第１フィードバック回路と、
前記入力波形検出回路及び前記第１フィードバック回路と接続された力率補正コントローラーとを備え、
前記入力検出信号の波形は、整流後の前記AC入力電圧の波形と同一であり、
前記力率補正コントローラーは、前記バス電圧が定格電圧値に維持され且つ前記AC入力電流の分布が前記AC入力電圧の波形に類似するように、前記入力検出信号及び前記第１フィードバック信号に従って前記第１スイッチング回路のデューティサイクルを制御する、高電圧バッテリー充電システム。
【請求項９】
請求項１に記載の高電圧バッテリー充電システムであって、前記中間非絶縁DC-DC変換回路は、
前記中間非絶縁DC-DC変換回路の入力端子に接続された第１端子及び第２接続ノードに接続された第２端子を有する第２インダクタと、
前記第２接続ノードに接続された第１端子及び前記中間非絶縁DC-DC変換回路の出力端子に接続された第２端子を有する第２整流素子と、
前記第２接続ノードと前記共通ノードの間に接続された第２スイッチング回路と、
前記共通端子及び前記第２スイッチング回路の制御端子に接続されたパルス幅変調コントローラーを備え、前記パルス幅変調コントローラーは、前記中間非絶縁DC-DC変換回路によって前記バス電圧が前記中間出力電圧へ変換されるように前記第２スイッチング回路のオン/オフ状態を制御する、高電圧バッテリー充電システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の高電圧バッテリー充電システムであって、前記非絶縁DC-DC変換回路は、
第３接続ノードと前記非絶縁DC-DC変換回路の出力端子の間に接続された第３インダクタと、
前記第３接続ノードと前記共通端子の間に接続された第３整流素子と、
前記非絶縁DC-DC変換回路の出力端子と前記共通端子の間に接続された第１出力キャパシタと、
前記非絶縁DC-DC変換回路の入力端子と前記第３接続ノードの間に接続された第３スイッチング回路と、
前記第３スイッチング回路の制御端子、前記共通端子及び前記高電圧バッテリーユニットに接続され、前記高充電電圧に従って前記第３スイッチング回路のオン/オフ状態を制御するDC-DC制御ユニットを備える、高電圧バッテリー充電システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の高電圧バッテリー充電システムであって、前記DC-DC制御ユニットは、
前記高電圧バッテリーユニット及び前記共通端子に接続され、前記高充電電圧について電圧分割を実行し、これによって第２フィードバック信号を生成する第２フィードバック回路と、
前記第３スイッチング回路の制御端子、前記第２フィードバック回路及び前記共通端子に接続されたDC-DCコントローラーとを備え、
前記DC-DCコントローラーは、前記第３スイッチング回路のデューティサイクルが制御され且つ前記高充電電圧が前記定格電圧値に維持されるように、前記第２フィードバック信号に従って前記高充電電圧が定格電圧値に維持されているかどうかを判断する、高電圧バッテリー充電システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の高電圧バッテリー充電システムであって、:
低電圧を提供するための低電圧バッテリーユニットと、
前記低電圧を補助電圧へ変換し、前記力率補正回路、前記中間非絶縁DC-DC変換回路及び前記非絶縁DC-DC変換回路へ電気エネルギーを提供する補助電力回路をさらに備え、
前記補助電力回路の電力入力端子は、前記低電圧を受け取るために前記低電圧バッテリーユニットと接続され、前記補助電力回路の電力出力端子は、前記力率補正回路、前記中間非絶縁DC-DC変換回路及び前記非絶縁DC-DC変換回路と接続される、高電圧バッテリー充電システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の高電圧バッテリー充電システムであって、
開始ユニットと、
前記力率補正回路の出力端子及び前記共通端子と接続され、前記バス電圧を受け取って低充電電圧へ変換する低電圧電力回路と、
前記低電圧バッテリーユニットと前記低電圧電力回路の出力端子の間に接続され、オン/オフ状態を制御する充電スイッチング回路と、
前記補助電力回路の動作を制御する補助制御ユニットとをさらに備え、
前記高電圧バッテリー充電システムは、前記AC入力電圧を受け取り、前記低電圧バッテリーユニットを充電する必要があるときに、前記開始ユニットがトリガされて開始信号を発生させ、
前記補助制御ユニットは、前記開始ユニット、前記補助電力回路、前記低電圧バッテリーユニット及び前記充電スイッチング回路の制御端子と接続され、前記低電圧によって駆動され、
前記補助制御ユニットは、前記充電スイッチング回路の導通時に前記低電圧バッテリーユニットが前記充電スイッチング回路を通じて前記低充電電圧によって充電可能であるように、前記開始信号に従って充電スイッチング回路のオン/オフ状態を制御する、高電圧バッテリー充電システム。
【請求項１４】
電気自動車で使用される充電器であって、前記充電器は、
充電器本体と、
前記充電器本体内に配置され、貫通孔を有する仕切り板アセンブリと、
前記仕切り板アセンブリによって前記充電器本体内で部分的に囲まれ、第１接続部及び請求項１に記載の高電圧バッテリー充電システムを備える回路基板を備え、
前記高電圧バッテリー充電システムの前記バスキャパシタ、支持板、カバー部材及び第２接続部は、協働して交換式バスキャパシタモジュールとして形成され、前記支持板は、前記仕切り板アセンブリ上に配置され、前記第２接続部は、前記バスキャパシタと電気的接続され且つ前記第１接続部と分離可能に接続され、前記カバー部材は、前記バスキャパシタを守るために前記支持板上に配置され、前記第１接続部は、前記貫通孔を通じて前記仕切り板アセンブリ上に突き出し、前記第１接続部は、前記力率補正回路の出力端子及び前記中間非絶縁DC-DC変換回路と接続され、
前記バスキャパシタを交換するために、前記第１接続部が前記第２接続部から分離され、前記バスキャパシタモジュールが新しいものと交換される、充電器。
【請求項１５】
請求項１４に記載の充電器であって、固定素子は、前記支持板へ挿入されて前記バスキャパシタと電気的接続され、
前記第２接続部は、前記固定素子によって前記支持部上に固定され、前記固定素子を通じて前記バスキャパシタとに電気的接続される、充電器。
【請求項１６】
請求項１４に記載の充電器であって、前記支持板は、固定手段によって前記カバー部材で覆われる、充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧バッテリー充電システムに関し、より詳しくは、電気自動車用高電圧バッテリー充電システムに関する。本発明は、このような高電圧バッテリー充電システムを有する充電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料（例：石油及び石炭）は、自動車又は発電所において、動力又は電力を生成するために広く利用されている。既知のように、化石燃料を燃焼させると、排ガス及び二酸化炭素が生成される。排ガスは、空気を汚染する場合がある。さらに、二酸化炭素は、高められた温室効果の主要因であると考えられている。世界の石油供給は、次の数十年で枯渇するであろうと見積もられている。石油の枯渇は、世界経済危機につながるかも知れない。
【０００３】
そのため、クリーンで再生可能なエネルギーに対する要望が増してきている。近年、電気自動車(EV)及びプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)が研究開発されてきた。電気自動車及びプラグインハイブリッド電気自動車は、発電機を用いて電気を生成する。従来のガソリン車及びディーゼル車と比較して、電気自動車及びハイブリッド電気自動車は、低汚染、低ノイズ及びより良いエネルギー利用の点で利点がある。電気自動車及びハイブリッド電気自動車の利用は、二酸化炭素放出を低減させて、温室効果を減速させることができる。
【０００４】
既知のように、電気自動車又はプラグインハイブリッド電気自動車は、電気エネルギーを供給して車両に動力を供給するための安定なエネルギー源として、内蔵バッテリーを有する。バッテリーに貯蔵された電気エネルギーが使い果たされると、バッテリーは、通常、充電器によって充電される。従来の充電器は、力率補正回路、バスキャパシタ及びDC-DC変換回路を備える。力率補正回路は、入力電圧の力率を増大させ且つバス電圧を生成するために使用される。バスキャパシタは、エネルギー貯蔵及び電圧安定化ために力率補正回路の出力端子と接続される。DC-DC変換回路は、バス電圧を受け取ってバス電圧を高充電電圧へ変換し、これによって高電圧バッテリーユニットを充電するために使用される。
【０００５】
一般に、力率補正回路によって生成されるバス電圧の大きさは、バスキャパシタの定格電圧値に依存し、DC-DC変換回路から出力される高充電電圧の範囲は、バス電圧の大きさに依存する。高充電電圧(例：400V)を有するように高充電電圧の範囲を広げて高電圧バッテリーユニットを充電するために、バス電圧は、例えば450Vより高くすべきである。その結果、充電器のバスキャパシタは、より高い定格電圧値（例：>500V)を有するべきである。高い定格電圧値を有するバスキャパシタは、入手が困難で、高価であり、高充電電圧の範囲を広げることは容易ではない。
【０００６】
さらに、従来の電気自動車又は従来のプラグインハイブリッド電気自動車の充電器は、補助電力回路をさらに備える。補助電力回路は、力率補正回路の出力端子と接続され、電気自動車の種々の制御ユニットへ電気エネルギーを提供する。バス電圧は、補助電力回路の入力電圧として役立つ。力率補正回路が受け取った入力電圧が異常であるか又は中断されると、力率補正回路は、バス電圧を生成することができない。この状況下では、補助電力回路は、動作せず、種々の制御ユニットへ電気エネルギーを提供することができず、これらの制御ユニットによって制御される機能が失われるであろう。
【０００７】
さらに、電気自動車用の充電器のバスキャパシタは、通常、交換式でない。バスキャパシタが損傷又は長期間使用されると、バスキャパシタを交換するには、充電器全体を新しいものと交換する必要がある。言い換えると、従来の高電圧バッテリー充電システムは、費用対効果が悪く、資源の無駄が多かった。
【０００８】
従って、従来技術の欠点を除去する電気自動車用高電圧バッテリー充電システム及びその充電器を提供することの必要性がある。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、電気自動車で使用される高電圧バッテリー充電システム及びこのような高電圧バッテリー充電システムを有する充電器を提供する。本発明では、幅広い高充電電圧が高電圧バッテリーユニットを充電するために提供される。高電圧バッテリー充電システムが受け取ったAC入力電圧が異常であったり又は中断されても、高電圧バッテリー充電システムは、電気エネルギーを種々の制御ユニットへ連続的に伝達し、その結果、高電圧バッテリー充電システムの信頼性が向上する。さらに、バスキャパシタは、交換式である。
【００１０】
本発明の一観点によれば、高電圧バッテリー充電システムが提供される。この高電圧バッテリー充電システムは、整流回路、力率補正回路、バスキャパシタ、中間非絶縁DC-DC変換回路、中間出力キャパシタ、及び非絶縁DC-DC変換回路を含む。整流回路は、共通端子と接続されており、AC入力電圧を整流して整流電圧にする。力率補正回路は、整流回路に接続され、整流電圧の力率を増大させ且つバス電圧を生成する。バスキャパシタは、エネルギー貯蔵及び電圧安定化のために力率補正回路の出力端子と共通端子の間に接続される。中間非絶縁DC-DC変換回路は、力率補正回路の出力端子及びバスキャパシタと接続され、バス電圧を昇圧して中間出力電圧にするにする。中間出力キャパシタは、エネルギー貯蔵及び電圧安定化ために中間非絶縁DC-DC変換回路の出力端子と共通端子の間に接続される。非絶縁DC-DC変換回路は、中間非絶縁DC-DC変換回路の出力端子、中間出力キャパシタ及び高電圧バッテリーユニットと接続され、中間出力電圧を高充電電圧へ変換し、これによって高電圧バッテリーユニットを充電する。
【００１１】
本発明の別の観点によれば、電気自動車で使用される充電器が提供される。この充電器は、充電器本体、仕切り板アセンブリ、及び回路基板を含む。仕切り板アセンブリは、充電器本体内に配置され、貫通孔を有する。回路基板は、仕切り板アセンブリによって充電器本体内で部分的に囲まれ、第１接続部及び本発明の高電圧バッテリー充電システムを含む。高電圧バッテリー充電システムのバスキャパシタ、支持板、カバー部材及び第２接続部は、協働して交換式バスキャパシタモジュールとして定義される。支持板は、仕切り板アセンブリ上に配置される。第２接続部は、バスキャパシタに電気的接続され、第１接続部と分離可能に接続される。カバー部材は、バスキャパシタを守るために支持板上に配置される。第１接続部は、貫通孔を通じて仕切り板アセンブリに渡って突き出る。第１接続部は、力率補正回路の出力端子及び中間非絶縁DC-DC変換回路と接続される。バスキャパシタを交換するために、第１接続部が第２接続部から分離され、バスキャパシタモジュールを新しいものと交換する。
【００１２】
本発明の上記内容は、次の詳細な説明及び添付図面を検討した後に、当業者により容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図1は、本発明の一実施形態による、高電圧バッテリー充電システムのアーキテクチャーを示す回路ブロック図である。
【００１４】
【図２】図2は、本発明の別の実施形態による、高電圧バッテリー充電システムのアーキテクチャーを示す機略回路ブロック図である。
【００１５】
【図３】図3は、本発明による高電圧バッテリー充電システムを有するバッテリーの外観を示す概略斜視図である。
【００１６】
【図４】図4は、図3に示すバッテリーのバスキャパシタモジュールを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここで、次の実施形態を参照して、より具体的に、本発明の説明を行う。この発明の好ましい実施形態の次の記述は、例示と説明の目的のためにのみ、ここで提示する。開示された形態によって本発明が網羅されることは意図されず、また、このような形態に本発明が限定されることも意図されない。
【００１８】
図1は、本発明の一実施形態による、高電圧バッテリー充電システムのアーキテクチャーを示す回路ブロック図である。高電圧バッテリー充電システムは、電気自動車の車体1に適用して設置してもよい。高電圧バッテリー充電システムは、商用電源からAC入力電圧Vinの電気エネルギーを受け取り、高電圧バッテリーユニット2を充電するために使用される。図1に示すように、高電圧バッテリー充電システムは、整流回路3、力率補正回路4、中間非絶縁DC-DC変換回路5、非絶縁DC-DC変換回路6、バスキャパシタCbus、及び中間出力キャパシタCiを備える。
【００１９】
この実施形態では、高電圧バッテリー充電システムは、電磁干渉(EMI)フィルタリング回路7をさらに備える。EMIフィルタリング回路7は、整流回路3の入力端子に接続されており、AC入力電圧Vin及びAC入力電流Iinに含まれているサージ及び高周波ノイズを除去する。さらに、EMIフィルタリング回路7を使用すると、力率補正回路4、中間非絶縁DC-DC変換回路5及び非絶縁DC-DC変換回路6のスイッチング回路から生じる、AC入力電圧Vin及びAC入力電流Iinへの電磁干渉を低減することができる。EMIフィルタリング回路7によってサージ及び高周波ノイズを除去した後、AC入力電圧Vin及びAC入力電流Iinが整流回路3の入力端子に送られる。AC入力電圧Vinは、整流回路3によって整流されて整流電圧Vrになる。
【００２０】
力率補正回路4は、整流回路3の出力端子と接続され、力率を増大させ、バス電圧Vbusを生成する。バスキャパシタCbusは、エネルギー貯蔵及び電圧安定化のために力率補正回路4の出力端子と共通端子COMの間に接続される。バスキャパシタCbusの例は、電解コンデンサを含むがこれに限定されない。
【００２１】
中間非絶縁DC-DC変換回路5は、力率補正回路4の出力端子及びバスキャパシタCbusと接続される。中間非絶縁DC-DC変換回路5は、バス電圧Vbusを増大させて中間出力電圧Viにするために使用される。中間出力キャパシタCiは、エネルギー貯蔵及び電圧安定化のために中間非絶縁DC-DC変換回路5の出力端子と共通端子COMの間に接続される。中間出力キャパシタCiの例は、プラスチックキャパシタを含むがこれに限定されない。非絶縁DC-DC変換回路6は、中間非絶縁DC-DC変換回路5の出力端子、中間出力キャパシタCi、及び高電圧バッテリーユニット2の間に接続される。非絶縁DC-DC変換回路6は、中間出力電圧Viを高充電電圧VHbへ変換するために使用される。高電圧バッテリーユニット2は、高充電電圧VHbによって充電される。本発明によれば、中間非絶縁DC-DC変換回路5及び非絶縁DC-DC変換回路6の電気エネルギーパスに変圧器が含まれず、これによって、電力損失が大きく減少する。さらに、非絶縁DC-DC変換回路6のスイッチング回路及び出力フィルター回路によって、高電圧バッテリーユニット2は、高充電電圧VHbによって充電される。
【００２２】
電気自動車用の従来の充電器と比較して、本発明の高電圧バッテリー充電システムは、中間非絶縁DC-DC変換回路5をさらに備える。中間非絶縁DC-DC変換回路5は、力率補正回路4と非絶縁DC-DC変換回路6の間に配置される。中間非絶縁DC-DC変換回路5が受け取った入力電圧(つまり、バス電圧Vbus)は、バスキャパシタCbusによって事前に貯蔵且つ安定化されたものであるので、中間出力電圧Viは、バス電圧Vbusより安定である。この状況下で、中間出力キャパシタCiの容量値は、バスキャパシタCbusのものよりも低いが、中間出力キャパシタCiの定格電圧値は、バスキャパシタCbusより高い。中間出力キャパシタCiの例は、プラスチックキャパシタを含むがこれに限定されない。その結果、非絶縁DC-DC変換回路6は、高電圧バッテリーユニット2を充電するために幅広い高充電電圧を生成することができる。
【００２３】
この実施形態では、AC入力電圧Vinの大きさは、110〜380ボルトであり、バス電圧Vbusの大きさは、350〜450Vであり、中間出力電圧Viの大きさは、例えば500Vであり、高充電電圧VHbの大きさは、370〜450Vである。バスキャパシタCbusの容量値及び定格電圧値は、それぞれ100μF及び450Vである。中間出力キャパシタCiの容量値及び定格電圧値は、それぞれ1〜3μF及び630Vである。整流回路3、力率補正回路4、中間非絶縁DC-DC変換回路5、非絶縁DC-DC変換回路6、EMIフィルタリング回路7及びバスキャパシタCbus、中間出力キャパシタCi及び高電圧バッテリーユニット2は、全て、高電圧値で動作する。その結果、高電圧バッテリー充電システムは、充電プロセスの間の充電損失が低く且つ充電時間が短く、また、電気自動車が駆動される間の電力損失が少なく、効率が向上する。
【００２４】
中間非絶縁DC-DC変換回路5の例は、昇圧型非絶縁DC-DC変換回路を含むがこれに限定されない。非絶縁DC-DC変換回路6の例は、降圧型非絶縁DC-DC変換回路、昇降圧型非絶縁DC-DC変換回路又は昇圧型非絶縁DC-DC変換回路を含むがこれに限定されない。力率補正回路4の例は、連続伝導モード(CCM)昇圧型力率補正回路、直結変調バイアス(DCMB)昇圧型力率補正回路、降圧型力率補正回路又は昇降圧型力率補正回路を含むがこれに限定されない。高電圧バッテリーユニット2は、１又は複数のバッテリー（例：鉛酸バッテリー、鉛酸ニッケルカドミウムバッテリー、ニッケル-鉄バッテリー、ニッケル-金属水素化物バッテリー、リチウムイオンバッテリー、又はその組み合わせ）を含む。
【００２５】
図1に示すように、力率補正回路4は、第１インダクタL1、第１ダイオードD1(第１整流素子)、第１スイッチング回路41、第１電流検出回路42、及び力率補正制御ユニット43を備える。第１インダクタL1の第１端子は、力率補正回路4の入力端子に接続されている。第１インダクタL1の第２端子は、第１接続ノードK1に接続されている。第１スイッチング回路41及び第１電流検出回路42は、第１接続ノードK1と共通端子COMの間に直列接続されている。第１ダイオードD1のアノードは、第１接続ノードK1に接続されている。第１ダイオードD1のカソードは、力率補正回路4の出力端子に接続されている。力率補正制御ユニット43は、共通端子COM、整流回路3の正出力端子、第１スイッチング回路41の制御端子及び第１電流検出回路42に接続されている。力率補正制御ユニット43は、力率補正回路4の動作を制御するために使用される。
【００２６】
第１スイッチング回路41が導通している場合、第１インダクタL1は、充電状態であり、第１電流I1の大きさが増大する。第１電流I1は、第１スイッチング回路41を通じて第１インダクタL1から第１電流検出回路42へ伝達され、電流検出信号Vsが第１電流検出回路42によって生成されるであろう。第１スイッチング回路41が遮断されると、第１インダクタL1は、放電状態となり、第１電流I1の大きさが減少する。第１電流I1は、第１ダイオードD1を通じてバスキャパシタCbusへ伝達されるであろう。
【００２７】
この実施形態では、力率補正制御ユニット43は、入力波形検出回路431、第１フィードバック回路432、及び力率補正コントローラー433を備える。入力波形検出回路431は、力率補正回路4の入力端子、力率補正コントローラー433及び共通端子COMに接続されている。入力波形検出回路431は、整流電圧Vrの大きさを低減させ、整流電圧Vrに含まれる高周波ノイズをフィルタリングによって除去し、これによって入力検出信号Vraを生成するために使用される。AC入力電圧Vinが整流された後、入力検出信号Vraの波形は、整流されたAC入力電圧Vinと同一である。第１フィードバック回路432は、力率補正回路4の出力端子、力率補正コントローラー433及び共通端子COMに接続されている。第１フィードバック回路432は、バス電圧Vbusについて電圧分割を実行し、これによって第１フィードバック信号Vf1を生成するために使用される。
【００２８】
言い換えると、AC入力電圧Vinの波形は、入力検出信号Vraに従って力率補正コントローラー433によって獲得される。第１フィードバック信号Vf1に従って、力率補正コントローラー433は、バス電圧Vbusが定格電圧値(例：450V)に維持されているかどうかを判断する。電流検出信号Vsに従って第１電流I1の大きさの増大が検出され、第１スイッチング回路41のデューティサイクルが制御される。その結果、バス電圧Vbusは、定格電圧値に維持され、AC入力電流Iinの分布がAC入力電圧Vinの波形に類似する。この状況下で、より良い力率補正機能が達成される。
【００２９】
この実施形態では、中間非絶縁DC-DC変換回路5は、単相非絶縁DC-DC変換回路である。中間非絶縁DC-DC変換回路5は、第２インダクタL2、第２スイッチング回路51、第２ダイオードD2(第２整流素子)、及びパルス幅変調コントローラー52を備える。第２インダクタL2の第１端子は、中間非絶縁DC-DC変換回路5の入力端子と接続される。第２インダクタL2の第２端子は、第２接続ノードK2と接続される。第２スイッチング回路51は、第２接続ノードK2と共通端子COMの間に接続される。第２ダイオードD2のアノードは、第２接続ノードK2と接続される。第２ダイオードD2のカソードは、中間非絶縁DC-DC変換回路5の出力端子と接続される。パルス幅変調コントローラー52は、第２スイッチング回路51の動作を制御するために共通端子COM及び第２スイッチング回路51の制御端子と接続される。その結果、バス電圧Vbusは、中間非絶縁DC-DC変換回路5によって中間出力電圧Viへ変換される。
【００３０】
この実施形態では、非絶縁DC-DC変換回路6は、単相非絶縁DC-DC変換回路である。非絶縁DC-DC変換回路6は、第３インダクタL3、第３ダイオードD3(第３整流素子)、第１出力キャパシタCo1、第３スイッチング回路61及びDC-DC制御ユニット62を備える。第３インダクタL3は、第３接続ノードK3と非絶縁DC-DC変換回路6の出力端子の間に接続される。第３ダイオードD3は、第３接続ノードK3と共通端子COMの間に接続される。第１出力キャパシタCo1は、非絶縁DC-DC変換回路6と共通端子COMの間に接続される。第３スイッチング回路61は、非絶縁DC-DC変換回路6の入力端子と第３接続ノードK3の間に接続される。DC-DC制御ユニット62は、第３スイッチング回路61の制御端子、共通端子COM及び高電圧バッテリーユニット2と接続される。高充電電圧VHbに従って、第３スイッチング回路61のオン/オフ状態は、DC-DC制御ユニット62によって制御される。
【００３１】
この実施形態では、DC-DC制御ユニット62は、第２フィードバック回路621及びDC-DCコントローラー622を備える。第２フィードバック回路621は、高電圧バッテリーユニット2、DC-DCコントローラー622及び共通端子COMに接続されている。第２フィードバック回路621は、高充電電圧VHbについて電圧分割を実行し、これによって第２フィードバック信号Vf2を生成するために使用される。DC-DCコントローラー622は、第３スイッチング回路61の制御端子、第２フィードバック回路621及び共通端子COMに接続されている。第２フィードバック信号Vf2に従って、DC-DCコントローラー622は、高充電電圧VHbが定格電圧値（例：400V)に維持されているかどうかを判断する。その結果、第３スイッチング回路61のデューティサイクルが制御され、高充電電圧VHbが定格電圧値に維持される。
【００３２】
非絶縁DC-DC変換回路6の電気エネルギーパスは、第３スイッチング回路61及び第３インダクタL3を通じて伝達される。言い換えると、非絶縁DC-DC変換回路6には変圧器が含まれない。非絶縁DC-DC変換回路6では、第１出力フィルター回路は、第３インダクタL3及び第１出力キャパシタCo1によって形成される。第１出力フィルター回路及び第３スイッチング回路61の動作により、高電圧バッテリーユニット2が高充電電圧VHbによって充電される。つまり、非絶縁DC-DC変換回路6のスイッチング回路及び出力フィルター回路によって、高電圧バッテリーユニット2が高充電電圧VHbによって充電される。
【００３３】
上記実施形態では、整流回路3は、ブリッジ整流回路である。整流回路3の正出力端子は、力率補正回路4の入力端子に接続されている。整流回路3の負出力端子は、共通端子COMに接続されている。第１電流検出回路42の例は、電流変圧器又は検出抵抗器Rsを含むがこれに限定されない。第１スイッチング回路41、第２スイッチング回路51及び第３スイッチング回路61のそれぞれは、１又は複数のスイッチ素子を含む。スイッチ素子は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、バイポーラジャンクショントランジスタ(BJT)又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)である。好ましい実施形態では、第１スイッチング回路41、第２スイッチング回路51及び第３スイッチング回路61のそれぞれは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を含む。さらに、力率補正コントローラー433及びDC-DCコントローラー622のそれぞれは、コントローラー、マイクロコントローラーユニット(MCU)又はデジタル信号プロセッサ(DSP)を含む。
【００３４】
図2は、本発明の別の実施形態による、高電圧バッテリー充電システムのアーキテクチャーを示す回路ブロック図である。図1と比較して、図2の高電圧バッテリー充電システムは、補助電力回路20、低電圧電力回路21、低電圧バッテリーユニット22、補助制御ユニット23、開始ユニット24、及び充電スイッチング回路25をさらに備える。低電圧バッテリーユニット22は、低電圧Vlvを補助電力回路20へ出力するために補助電力回路20の電力入力端子と接続される。補助電力回路20の電力出力端子は、力率補正コントローラー433、パルス幅変調コントローラー52、及びDC-DCコントローラー622と接続される。補助電力回路20は、共通端子COMとさらに接続される。補助電力回路20は、低電圧Vlvを補助電圧Vaへ変換し、これによって電気エネルギーを力率補正コントローラー433、パルス幅変調コントローラー52及びDC-DCコントローラー622へ提供するために使用される。
【００３５】
高電圧バッテリー充電システムがAC入力電圧Vinを受け取り、低電圧バッテリーユニット22を充電する必要があるとき、ユーザーは、開始ユニット24をトリガして、開始ユニット24に開始信号Vs1を発生させることができる。補助制御ユニット23は、開始ユニット24、補助電力回路20、低電圧バッテリーユニット22及び充電スイッチング回路25の制御端子と接続される。補助制御ユニット23は、低電圧Vlvによって駆動される。さらに、補助制御ユニット23は、補助電力回路20の動作を制御するために使用される。開始信号Vs1が受信されるかどうかの条件に従って、補助制御ユニット23は、充電スイッチング回路25のオン/オフ状態を制御する。低電圧電力回路21は、力率補正回路4の出力端子及び共通端子COMと接続される。低電圧電力回路21は、バス電圧Vbusを受け取り、バス電圧Vbusを低充電電圧Vlvd（例：12V)へ変換するために使用される。低充電電圧Vlvdは、低電圧で駆動可能な、電気自動車のコンポーネントに電力を供給するために使用してもよい。充電スイッチング回路25は、低電圧バッテリーユニット22と低電圧電力回路21の出力端子の間に接続される。補助制御ユニット23の制御下で、充電スイッチング回路25は、選択的に導通又はシャットオフされる。充電スイッチング回路25が導通している場合、低充電電圧Vlvdは、充電スイッチング回路25を通じて低電圧電力回路21から低電圧バッテリーユニット22へ伝達され、これによって低電圧バッテリーユニット22が充電される。
【００３６】
上記説明から、高電圧バッテリー充電システムがAC入力電圧Vinを受け取り、低電圧バッテリーユニット22を充電する必要があるとき、ユーザーは、開始ユニット24をトリガして、開始ユニット24に開始信号Vs1を発生させることができる。開始信号Vs1に応答して、充電スイッチング回路25が補助制御ユニット23の制御下で導通する。その結果、低充電電圧Vlvdは、充電スイッチング回路25を通じて低電圧電力回路21から低電圧バッテリーユニット22へ伝達され、これによって低電圧バッテリーユニット22が充電される。
【００３７】
いくつかの実施形態では、バスキャパシタCbusは、交換式である。図3は、本発明による高電圧バッテリー充電システムを有するバッテリーの外観を示す概略斜視図である。図4は、図3に示すバッテリーのバスキャパシタモジュールを概略的に示す。図1、3及び4を参照。充電器3は、電気自動車に適用して設置してもよい。充電器3は、充電器本体30、回路基板31及び仕切り板アセンブリ32を備える。回路基板31は、充電器本体30内に配置され、図1又は図2に示す高電圧バッテリー充電システムを含む。さらに、回路基板31は、図1に示す高電圧バッテリー充電システムと接続する第１接続部311を有する。つまり、第１接続部311は、高電圧バッテリー充電システムの力率補正回路4の出力端子及び中間非絶縁DC-DC変換回路5と接続される。さらに、バスキャパシタCbus、支持板312、カバー部材313、及び第２接続部314が協働してバスキャパシタモジュール33として形成される。仕切り板アセンブリ32は、充電器本体30内で回路基板31を部分的に囲むように、充電器本体30内に回路基板31上に配置される。仕切り板アセンブリ32によって、回路基板31は、充電器本体30の外部環境から分離される。さらに、仕切り板アセンブリ32は、貫通孔321を有する。第１接続部311は、貫通孔321を通じて仕切り板アセンブリ32上に突き出る。
【００３８】
バスキャパシタモジュール33は、交換式であり、ネジ手段によって仕切り板アセンブリ32上に固定される。第２接続部314は、第１接続部311と分離可能に接続される。バスキャパシタCbusは、少なくとも１つの電解コンデンサを備える。さらに、バスキャパシタCbusは、支持板312上に溶接してもよい。支持板312は、ネジ手段によって仕切り板アセンブリ32上に固定してもよい。第２接続部314は、固定素子315によって支持板312上に固定される。固定素子315は、導電材料で作られる。さらに、固定素子315は、支持板312内に挿入される。支持板312上でのトレースパターン又は導体ラインを通じて、固定素子315は、バスキャパシタCbusと電気的に接続される。その結果、第２接続部314は、固定素子315を通じてバスキャパシタCbusと電気的に接続される。支持板312は、固定手段によってカバー部材313で覆われ、バスキャパシタCbusがカバー部材313によって守られる。いくつかの実施形態では、カバー部材313は、バスキャパシタCbusの電解コンデンサと同じ数のスロット316を有する。支持板312がカバー部材313で覆われた後、スロット316は、対応する電解コンデンサを部分的に収容し、これによって電解コンデンサの固定が容易になる。
【００３９】
図3及び4に示すように、高電圧バッテリー充電システムのバスキャパシタCbusが損傷又は長期間使用された後、バスキャパシタCbusは、新しいものと交換してもよい。バスキャパシタCbusを交換するために、第１接続部311と第２接続部314が互いに分離され、次にバスキャパシタモジュール33が新品と交換される。バスキャパシタモジュールのみが交換されるので、本発明の充電器は、稼働コストが安い。
【００４０】
上記説明から、本発明は、電気自動車で使用される高電圧バッテリー充電システム及びこのような高電圧バッテリー充電システムを有する充電器を提供する。中間非絶縁DC-DC変換回路によって、非絶縁DC-DC変換回路の入力端子と接続された中間出力キャパシタは、より高い定格電圧値を有する。その結果、非絶縁DC-DC変換回路は、幅広い高充電電圧を生成するであろう。さらに、補助電力回路は、低電圧バッテリーユニットによって駆動される。その結果、高電圧バッテリー充電システムが受け取ったAC入力電圧が異常であるか又は中断すると、補助電力回路が正常に動作し、電気エネルギーを種々の制御ユニットへ連続的に伝達する。この状況下で、電気自動車の種々の制御ユニットの機能が連続的に維持可能であるので、高電圧バッテリー充電システムの信頼性が向上する。さらに、本発明の高電圧バッテリー充電システムで使用されるバスキャパシタは、交換式である。バスキャパシタが長期間使用された後、バスキャパシタを新しいものと交換することができ、充電器全体を交換する必要がない。言い換えると、本発明の充電器を使用すると、交換がしやすく、資源の節約になる。
【００４１】
最も実用的で好ましい実施形態であると現在は考えているものについて本発明の説明を行ったが、本発明は、開示された実施形態に限定される必要がないことが理解されるべきである。逆に、本発明は、添付の請求項の精神と範囲内に含まれる種々の修正及び類似の構成を含むことが意図される。添付の請求項は、全てのこのような修正及び類似構造を包含するように最も広い解釈が与えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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