(57)【要約】      （修正有）【課題】製造コストを低減し且つ変換効率を高めるために改良された充電システムを提供する。【解決手段】充電システムは、位相シフト変圧器及び変換ユニットを含む。位相シフト変圧器は、三相一次巻線アセンブリ及び複数の三相二次巻線アセンブリを含む。三相AC入力電圧が三相一次巻線アセンブリによって受け取られた後と、三相AC入力電圧が低下して、複数の三相AC出力電圧が個々の三相二次巻線アセンブリから出力される。さらに、複数の三相AC出力電圧の何れの２つの間にも位相シフト角がある。変換ユニットは、位相シフト変圧器と電気的に接続され、複数の三相整流回路及びDC-DC変換回路を含む。複数の三相AC出力電圧は、三相整流回路によって整流され、整流電圧が充電可能バッテリーを充電するためのDC充電電圧へ変換される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電可能バッテリーを充電するための充電システムであって、前記充電システムは、
三相一次巻線アセンブリ及び複数の三相二次巻線アセンブリを備える位相シフト変圧器と、
前記位相シフト変圧器と電気的に接続され且つ複数の三相整流回路及びDC-DC変換回路を備える変換ユニットとを備え、
三相AC入力電圧が前記三相一次巻線アセンブリによって受け取られた後、前記三相AC入力電圧が低下して、複数の三相AC出力電圧が個々の三相二次巻線アセンブリから出力され、前記複数の三相AC出力電圧の何れの２つの間にも位相シフト角があり、
前記複数の三相AC出力電圧は、前記三相整流回路によって整流され、前記整流された電圧がDC充電電圧へ変換されて、前記充電可能バッテリーを充電する、充電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の充電システムであって、前記充電可能バッテリーは、電気自動車に設置され、前記位相シフト変圧器は、充電ステーションに設置され、前記変換ユニットは、前記充電ステーションに設置される、充電システム。
【請求項３】
請求項１に記載の充電システムであって、前記三相AC入力電圧は、1.2KVと22KVの間の範囲にある中-高電圧レベルを有し、前記位相シフト変圧器は、中-高電圧配線安全規制に従う、充電システム。
【請求項４】
請求項１に記載の充電システムであって、前記複数の三相二次巻線アセンブリのそれぞれは、少なくとも１つのタップ付き巻き線構造を有する、充電システム。
【請求項５】
請求項１に記載の充電システムであって、前記位相シフト変圧器は、12パルスか又はそれより多いパルスの位相シフト変圧器である、充電システム。
【請求項６】
請求項１に記載の充電システムであって、前記変換ユニットは、出力フィルタリング回路をさらに備え、前記出力フィルタリング回路は、前記DC-DC変換回路の出力端子と電気的に接続されて、前記DC充電電圧をフィルタリングする、充電システム。
【請求項７】
請求項１に記載の充電システムであって、前記変換ユニットは、保護回路をさらに備え、前記保護回路は、前記DC-DC変換回路の出力端子と電気的に接続されて、前記充電可能バッテリーの電圧が前記充電システムへ戻されることを防ぐ、充電システム。
【請求項８】
請求項7に記載の充電システムであって、前記保護回路は、ダイオード及びフューズを備える、充電システム。
【請求項９】
請求項１に記載の充電システムであって、前記DC-DC変換回路は、多相DC-DC変換回路である、充電システム。
【請求項１０】
請求項9に記載の充電システムであって、前記DC-DC変換回路は、互いに並列接続された第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路を備え、前記第一相DC-DC変換回路及び前記第二相DC-DC変換回路のそれぞれは、非絶縁降圧型回路構成、非絶縁昇圧型回路構成、絶縁フルブリッジ回路構成又は絶縁共振回路構成を有する、充電システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の充電システムであって、前記充電可能バッテリーは、少なくとも１つのサーバーを有するインターネットデータセンターに設置され、前記サーバーは、前記充電システム及び前記充電可能バッテリーと電気的に接続され、前記充電可能バッテリーは、前記サーバーを通じて前記DC充電電圧によって充電される、充電システム。
【請求項１２】
充電可能バッテリーを充電するための充電システムであって、前記充電システムは、
２つの位相シフト変圧器と、
前記２つの位相シフト変圧器とそれぞれ電気的に接続される２つの変換ユニットとを備え、
前記位相シフト変圧器のそれぞれは、三相一次巻線アセンブリ及び複数の三相二次巻線アセンブリを備え、三相AC入力電圧が前記三相一次巻線アセンブリによって受け取られた後、前記三相AC入力電圧が低下して複数の三相AC出力電圧が個々の三相二次巻線アセンブリから出力され、前記複数の三相AC出力電圧の何れの２つの間にも位相シフト角があり、
前記変換ユニットのそれぞれは、複数の三相整流回路及びDC-DC変換回路を備え、前記複数の三相AC出力電圧は、前記三相整流回路によって整流され、前記整流された電圧がDC充電電圧へ変換され、前記充電可能バッテリーが前記２つの変換ユニットの一つからの前記DC充電電圧によって充電される、充電システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の充電システムであって、前記２つの位相シフト変圧器の一方及びその対応する変換ユニットが主電力供給ユニットとして定義され、他方の位相シフト変圧器及びその対応する変換ユニットが冗長電力供給ユニットとして定義され、
前記三相AC入力電圧が前記主電力供給ユニットによって正常に受け取られると、前記充電可能バッテリーが前記主電力供給ユニットの前記変換ユニットからの前記DC充電電圧によって充電され、前記主電力供給ユニットによって受け取られる前記三相AC入力電圧が異常であるか又は遮断されると、前記充電可能バッテリーは、前記冗長電力供給ユニットの前記変換ユニットからの前記DC充電電圧によって充電される、充電システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の充電システムであって、前記三相AC入力電圧が正常に前記主電力供給ユニットによって受け取られると、前記冗長電力供給ユニットの前記変換ユニットは、無効又は待機状態となる、充電システム。
【請求項１５】
請求項１２に記載の充電システムであって、前記２つの変換ユニットは、互いに並列接続された出力端子を有する、充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電システムに関し、さらに詳しくは、高調波及び製造コストを低減させつつ充電可能バッテリーを充電するための充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリン動力車両は、輸送に広く使用されており、我々の日常生活に不可欠になっている。関連技術の急速な開発に伴い、ガソリン動力車両の大量生産が人類に便利さをもたらした。世界にあるガソリン動力車両の総数は、現在では約8億5000万台である。さらに、世界の石油消費の57%(又は米国の石油消費の67%)は、輸送部門が占めている。世界にあるガソリン動力車両の総数は、2020年には約12億台になると見積もられている。全世界の石油需要と石油供給の間に正味のギャップがあり、石油エネルギーの供給と要求の間の不均衡がますます顕著になってきている。全世界の石油需要と石油供給の間の正味のギャップは世界の石油生産量の約２倍であると見積もられている。その結果、石油価格が急速に上昇し、車両の運用コストがますます上昇している。近年、多くの国が、石油への依存性を低減するために新エネルギー車両の開発を活発に促している。
【０００３】
さらに、ガソリン動力車両の運用の間、ガソリンの燃焼が大気汚染問題及び深刻な環境問題を引き起こし得る。環境を保護するために、車両のメーカーは、低汚染車両の開発及び研究に専念している。多様な新エネルギー車両の中で、電気自動車(EV)は、技術が非常に確立されているという点で利点がある。さらに、電源ネットが世界中に広がっており、安定な電気エネルギーを獲得するのに都合がよい。結果として、電気自動車(EV)及びハイブリッド電気自動車(PHEV)が新エネルギー車両の開発において重要になっている。
【０００４】
既知のように、電気自動車又はハイブリッド電気自動車は、安定なエネルギー源として内蔵充電可能バッテリーを有する。さらに、充電ステーション及び電気自動車の充電回路は、合わせて、充電システムとして定義される。充電システムは、充電可能バッテリーを充電して、電気自動車に動力を供給するのに必要な電気エネルギーを提供するために使用される。一般に、充電ステーションは、AC入力電圧を受け取って電圧レベルを調節するための内部電力供給回路を有し、これによって充電回路へAC出力電圧を出力する。近年、高出力電力を生成し節電効果を達成するために、AC入力電圧は、通常、中-高電圧レベル(例：1.2KV〜22KV)を有する。さらに、充電ステーションは、絶縁変圧器を有する。絶縁変圧器によって、AC入力電圧は、200V〜480VのAC出力電圧へ低減される。
【０００５】
図1は、従来の充電システムのアーキテクチャーを概略的に示す。図1に示すように、従来の充電システム1は、絶縁ユニット10及び変換ユニット11を備える。絶縁ユニット10は、三相変圧器Trを備える。さらに、絶縁ユニット10は、充電ステーション(図示せず)に含まれる。三相変圧器Trは、電力供給端子(例：商用電源)から三相AC入力電圧Vin(例：1.2KVと22KVの間の範囲にある中高電圧レベル)を受け取り、これを低減させて三相AC出力電圧Vout(例：200V〜480V)へ変換するために使用される。変換ユニット11は、充電ステーションに含まれる場合がある。例えば、変換ユニット11は、２段回路構成を有する。変換ユニット11は、三相力率補正回路110(つまり、第１段回路)及びDC-DC変換回路111(つまり、第２段回路)を備える。三相力率補正回路110は、絶縁ユニット10と電気的に接続され、受け取った電流に含まれる高調波成分を除去し、これによって力率を増大させる。その結果、三相力率補正回路110は、DC過渡電圧Vsを出力する。DC-DC変換回路111は、DC過渡電圧Vsを電気自動車内の充電可能バッテリーを50Vと750Vの間の範囲内で充電するためのDC充電電圧Vcへ変換するために使用される。
【０００６】
図2は、別の従来の充電システムのアーキテクチャーを概略的に示す。図1のものに対応する図2のコンポーネント部品及び素子は、同一符号で示し、詳細な説明は省略する。図1と比較すると、図2の変換ユニット21の第１段回路は、３組の単相力率補正回路210を備える。第１段回路に対応して、図2の変換ユニット21の第２段回路は、３組のDC-DC変換回路211を備える。各相の力率補正回路210は、絶縁変圧器Trの出力側の２つの異なる相に電気的に接続される。さらに、３組のDC-DC変換回路211が、それぞれ、対応する単相力率補正回路210と電気的に接続される。さらに、これらのDC-DC変換回路211の出力端子は、互いに並列接続される。このような方法において、入力電流の三相平衡が達成され、充電可能バッテリーがDC充電電圧Vcによって充電される。
【０００７】
図1及び2を再度参照する。三相変圧器Trは、絶縁機能のみを提供するように構成されていて、高調波を除去することができない。充電システム1の三相力率補正回路110及び充電システム2の単相力率補正回路210が高調波を除去して力率を増大させることが必要である。三相力率補正回路110又は単相力率補正回路210の回路構成は、非常に複雑であり、その電子コンポーネントの数は、非常に多い。従って、充電システム1又は2は、高価である。さらに、従来の充電システム1又は2は、２段回路構成を有し、実際の運転効率は、DC-DC変換回路111又は211の変換損失及び三相力率補正回路110又は単相力率補正回路210の変換損失によって影響される。その結果、三相AC入力電圧Vinが1.2KVと22KVの間の範囲にあると、従来の充電システム1又は2の変換効率は、わずか89%〜93%に到達するのみである。
【０００８】
図1及び2では、従来の充電システム1又は2は、電気自動車に適用される。それにも関わらず、従来の充電システム1又は2は、他の分野へ適用してもよい。例えば、従来の充電システム1又は2は、サーバーの充電可能バッテリーを充電するために、少なくとも１つのサーバーを有するインターネットデータセンターへ適用してもよい。しかし、インターネットデータセンターに適用される従来の充電システム1又は2も上記問題を有する。
【０００９】
従って、製造コストを低減し且つ変換効率を高めるために改良された充電システムを提供する必要がある。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、充電可能バッテリーを充電するための充電システムを提供する。力率補正回路が本発明の充電システムに含まれないので、高調波数及び高調波成分が低減され、力率が増大する。このような方法において、本発明の充電システムは、製造コストが低減され、且つ変換効率が高められる。
【００１１】
本発明の一観点によれば、充電可能バッテリーを充電するための充電システムが提供される。この充電システムは、位相シフト変圧器及び変換ユニットを含む。位相シフト変圧器は、三相一次巻線アセンブリ及び複数の三相二次巻線アセンブリを含む。三相AC入力電圧が三相一次巻線アセンブリによって受け取られた後、三相AC入力電圧が低下して、複数の三相AC出力電圧が個々の三相二次巻線アセンブリから出力される。さらに、複数の三相AC出力電圧の何れの２つの間にも位相シフト角がある。変換ユニットは、位相シフト変圧器と電気的に接続され、複数の三相整流回路及びDC-DC変換回路を含む。複数の三相AC出力電圧は、三相整流回路によって整流される、整流電圧が充電可能バッテリーを充電するためのDC充電電圧へ変換される。
【００１２】
本発明の別の観点によれば、充電可能バッテリーを充電するための充電システムが提供される。この充電システムは、２つの位相シフト変圧器及び２つの変換ユニットを含む。位相シフト変圧器のそれぞれは、三相一次巻線アセンブリ及び複数の三相二次巻線アセンブリを含む。三相AC入力電圧が三相一次巻線アセンブリによって受け取られた後、三相AC入力電圧が低下して、複数の三相AC出力電圧が個々の三相二次巻線アセンブリから出力される。さらに、複数の三相AC出力電圧の何れの２つの間にも位相シフト角がある。２つの変換ユニットは、２つの位相シフト変圧器とそれぞれ電気的に接続される。変換ユニットのそれぞれは、複数の三相整流回路及びDC-DC変換回路を含む。複数の三相AC出力電圧は、三相整流回路によって整流され、整流電圧がDC充電電圧へ変換され、充電可能バッテリーが２つの変換ユニットの一つからのDC充電電圧によって充電される。
【００１３】
本発明の上記内容は、次の詳細な説明及び添付図面を読んだ後に当業者により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の充電システムのアーキテクチャーを概略的に示す。
【００１５】
【図２】別の従来の充電システムのアーキテクチャーを概略的に示す。
【００１６】
【図３】本発明の一実施形態による別の従来の充電システムのアーキテクチャーを概略的に示す。
【００１７】
【図４】図3に示す充電システムの変換ユニットの変形例を概略的に示す。
【００１８】
【図５】図3に示す充電システムの変換ユニットの別の変形例を概略的に示す。
【００１９】
【図６】図3に示す充電システムの変換ユニットのさらに別の変形例を概略的に示す。
【００２０】
【図７】インターネットデータセンターに適用された図3の充電システムを概略的に示す。
【００２１】
【図８】本発明の別の実施形態による別の従来の充電システムのアーキテクチャーを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
図3は、本発明の一実施形態による別の従来の充電システムのアーキテクチャーを概略的に示す。図3に示すように、充電システム3は、三相AC入力電圧VinをDC充電電圧Vcへ変換して充電可能バッテリー90を充電するために使用される。この実施形態では、充電可能バッテリー90は、電気自動車9内に配置され、電気自動車9に動力を供給するのに必要なエネルギーを提供する。三相AC入力電圧Vinは、1.2KVと22KVの間の範囲にあり、電力供給端子(例：商用電源)から受け取られる。充電可能バッテリー90を充電するためのDC充電電圧Vcは、電気自動車9内にあり、50Vと750Vの間の範囲内である。図3に示すように、充電システム3は、絶縁ユニット30及び変換ユニット31を備える。
【００２４】
この実施形態では、絶縁ユニット30は、絶縁機能を有する。絶縁ユニット30は、充電ステーションに含まれ、位相シフト変圧器T1を備える。位相シフト変圧器T1は、三相一次巻線アセンブリNp及び複数の三相二次巻線アセンブリNsを備える。図3に示すように、位相シフト変圧器T1は、三相一次巻線アセンブリNp及び４つの三相二次巻線アセンブリNsを備える。三相一次巻線アセンブリNpの３つの端子は、三相AC入力電圧Vinを受け取るように三角結線構成で配置される。
【００２５】
複数の三相二次巻線アセンブリNsの電磁誘導によって、三相一次巻線アセンブリNpが受け取った三相AC入力電圧Vinが低下し、複数の三相AC出力電圧Voutとなる。何れの２つの三相AC出力電圧Voutの間にも位相シフト角がある。つまり、各三相AC出力電圧Voutの位相は、三相一次巻線アセンブリNpの電圧よりもある角度で進むか又は遅れる。図3に示すように、４つの三相AC出力電圧Voutの位相は、それぞれ、三相一次巻線アセンブリNpの電圧よりも、15度、45度、0度及び30度進むか又は遅れる。
【００２６】
この実施形態では、各三相二次巻線アセンブリNsの３つの端子は、Y結線構成、三角結線構成又は辺延び三角結線構成で配置することができる。図3に示すように、４つの三相AC出力電圧Voutの位相は、それぞれ、三角結線構成、Y結線構成、辺延び三角結線構成及び別の辺延び三角結線構成で配置される。このような方法において、各三相二次巻線アセンブリNsは、少なくとも１つのタップ付き巻き線構造を有する。さらに、位相シフト変圧器T1は、12パルス位相シフト変圧器である。さらに、位相シフト変圧器T1は、中−高三相AC入力電圧Vinを受け取るために中-高電圧配線安全規制に従うべきである。
【００２７】
三相二次巻線アセンブリNsの総数、三相二次巻線アセンブリNsの巻きの方法及び何れか２つの三相AC出力電圧Voutの間の位相シフト角は、例示及び説明のみの目的でここに提示される。高調波を除去することの実際的要求に従って、三相二次巻線アセンブリNsの総数、三相二次巻線アセンブリNsの巻きの方法及び位相シフト角は、変更可能である。例えば、位相シフト角は、各三相二次巻線アセンブリNsの巻線のサイズ及び巻き数を調節することによって変更可能である。この状況下で、位相シフト変圧器T1は、より多いパルスの位相シフト変圧器（例：24パルス位相シフト変圧器）である。
【００２８】
一実施形態では、変換ユニット31は、充電ステーションに含まれる。その代わりに、いくつかの他の実施形態では、変換ユニット31は、充電ステーションに含まれない。さらに、変換ユニット31は、位相シフト変圧器T1の複数の三相二次巻線アセンブリNsの間に電気的に接続され、充電可能バッテリー90が電気自動車9内にある。変換ユニット31によって、複数の三相二次巻線アセンブリNsからの複数の三相AC出力電圧Voutは、充電可能バッテリー90を充電するための定格電圧を有するDC充電電圧Vcへ変換される。
【００２９】
変換ユニット31は、複数の三相整流回路310及びDC-DC変換回路311を備える。複数の三相整流回路310は、それぞれ、複数の三相二次巻線アセンブリNsと電気的に接続される。複数の三相整流回路310によって、複数の三相二次巻線アセンブリNsからの複数の三相AC出力電圧Voutが整流される。
【００３０】
この実施形態では、複数の三相整流回路310の数は、位相シフト変圧器T1の複数の三相二次巻線アセンブリNsの数に等しい。図3に示すように、位相シフト変圧器T1の４つの三相二次巻線アセンブリNsに対応して、変換ユニット31は、４つの三相整流回路310を有する。任意に、三相整流回路310は、２つずつ互いに直列に接続してもよい。
【００３１】
DC-DC変換回路311は、複数の三相整流回路310と電気的に接続される。DC-DC変換回路311によって、複数の三相整流回路310からのDC電気エネルギーが三相平衡状態でDC充電電圧Vcへ変換される。その結果、充電可能バッテリー90がDC充電電圧Vcによって充電される。
【００３２】
DC-DC変換回路311は、多相DC-DC変換回路であってもよい。例えば、図3に示すように、DC-DC変換回路311は、互いに並列接続された第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路を備える多相DC-DC変換回路である。第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路のそれぞれは、２つの直列接続された三相整流回路310と電気的に接続される。さらに、第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路のそれぞれは、非絶縁降圧型回路構成を有する。第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路のそれぞれは、スイッチング回路311a、ダイオードD1、及びインダクタLを備える。スイッチング回路311aは、対応する三相整流回路310とインダクタLの間に電気的に接続される。ダイオードD1のカソードは、スイッチング回路311a及びインダクタLに電気的に接続される。ダイオードD1のアノードは、DC-DC変換回路311の負出力端子に電気的に接続される。インダクタLは、スイッチング回路311aと、DC-DC変換回路311の正出力端子の間に電気的に接続される。
【００３３】
この実施形態では、変換ユニット31は、出力フィルタリング回路312及び保護回路313をさらに備える。出力フィルタリング回路312は、DC-DC変換回路311の出力端子と電気的に接続され、DC充電電圧Vcをフィルタリングする。出力フィルタリング回路312の例は、出力フィルタリングコンデンサCfを含むがこれに限定されない。保護回路313も、DC-DC変換回路311の出力端子と電気的に接続される。充電可能バッテリー90が充電システム3によって充電される間、保護回路313は、充電可能バッテリー90の電圧が充電システム3へ戻されることを防ぎ、これによって充電システム3を保護することができる。この実施形態では、保護回路313は、互いに直列接続されたダイオードD2及びフューズ313aを備える。
【００３４】
いくつかの実施形態では、DC-DC変換回路311の第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路のそれぞれは、入力フィルタリング回路314をさらに備える。入力フィルタリング回路314は、対応する三相整流回路310の出力端子とスイッチング回路311aの間に電気的に接続される。例えば、入力フィルタリング回路314は、入力フィルタリングインダクタLf1及び入力フィルタリングコンデンサCf1を備える。入力フィルタリング回路314は、電磁干渉(EMI)を除去するように構成される。
【００３５】
入力フィルタリング回路314の位置及びコンポーネントは、例示及び説明のみの目的でここに提示される。いくつかの実施形態では、図4に示すように、変換ユニット41は、複数の入力フィルタリング回路414をさらに含んでもよい。複数の入力フィルタリング回路414は、変換ユニット41の複数の単相入力端と接続される。入力フィルタリング回路414のそれぞれは、複数の入力フィルタリングインダクタLf1及び複数の入力フィルタリングコンデンサCf1を備える。複数の入力フィルタリングインダクタLf1は、それぞれ、変換ユニット41の対応する単相入力端と接続される。入力フィルタリングコンデンサCf1のそれぞれは、変換ユニット41の２つの対応する単相入力端の間に接続される。
【００３６】
上記議論から、充電ユニット3の絶縁ユニット30は、位相シフト変圧器T1を備える。位相シフト変圧器T1によって、三相AC入力電圧Vinは、複数の三相AC出力電圧Voutへ変換される。何れの２つの三相AC出力電圧Voutの間にも位相シフト角がある。つまり、従来の充電システムに含まれる力率補正回路は、本発明の充電システム3では不要である。その結果、充電システム3の製造コストが低減され、力率補正回路の変換損失が避けられる。三相AC入力電圧Vinが1.2KVと22KVの間の範囲にあると仮定すると、充電システム3の変換効率は、96%以上に到達可能である。
【００３７】
以下、図4、5及び6を参照して、図3に示す充電システムの変換ユニットのいくつかの変形例を説明する。分かりやすさと簡潔さのために、変換ユニットは、２つの三相二次巻線アセンブリと電気的に接続された２つの入力端子を有し、位相シフト変圧器は、図示していない。
【００３８】
図4は、図3に示す充電システムの変換ユニットの変形例を概略的に示す。図4に示すように、変換ユニット41は、複数の三相整流回路410及びDC-DC変換回路411を備える。複数の三相整流回路410は、それぞれ、複数の三相二次巻線アセンブリNsと電気的に接続される(図3を参照)。複数の三相整流回路410によって、複数の三相二次巻線アセンブリNsからの複数の三相AC出力電圧Voutが整流される。三相整流回路410の構造及び機能は、図3の三相整流回路310に類似し、ここでは説明を繰り返さない。
【００３９】
DC-DC変換回路411は、単相又は多相DC-DC変換回路であってもよい。図4に示すように、DC-DC変換回路411は、第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路を備える多相DC-DC変換回路であり、これらは、類似の構造を有し且つ互いに並列接続される。第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路のそれぞれは、対応する三相整流回路410と電気的に接続される。さらに、第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路のそれぞれは、非絶縁昇圧型回路構成を有する。第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路のそれぞれは、第１インダクタL1、スイッチング回路411a、及びダイオードD1を備える。第１インダクタL1は、三相整流回路410の出力端子とダイオードD1のアノードの間に電気的に接続される。スイッチング回路411aの第１端子は、第１インダクタL1及びダイオードD1のアノードに電気的に接続される。スイッチング回路411aの第２端子は、DC-DC変換回路411の負出力端子と電気的に接続される。ダイオードD1のカソードは、DC-DC変換回路411の正出力端子と電気的に接続される。
【００４０】
この実施形態では、第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路のそれぞれは、出力フィルタリング回路411b及び保護回路411cをさらに備える。出力フィルタリング回路411bは、DC充電電圧Vcをフィルタリングするための出力フィルタリングコンデンサCfを備える。さらに、保護回路411cは、ダイオードD2を備える。充電可能バッテリー(図示せず)が充電システムによって充電される間、保護回路411cは、充電可能バッテリーの電圧が充電システムへ戻されることを防ぎ、これによって充電システムを保護することができる。図3ですでに説明したように、変換ユニット31の出力フィルタリング回路312及び保護回路313は、第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路に含まれない。一方、図4に示すように、出力フィルタリング回路411b及び保護回路411cは、第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路のそれぞれに含まれる。
【００４１】
図5は、図3に示す充電システムの変換ユニットの別の変形例を概略的に示す。図5に示すように、変換ユニット51は、複数の三相整流回路510及びDC-DC変換回路511を備える。複数の三相整流回路510は、それぞれ、複数の三相二次巻線アセンブリNsと電気的に接続される(図3を参照)。複数の三相整流回路510によって、複数の三相二次巻線アセンブリNsからの複数の三相AC出力電圧Voutが整流される。三相整流回路510の構造及び機能は、図3の三相整流回路310に類似し、ここでは説明を繰り返さない。
【００４２】
図5に示すように、DC-DC変換回路511は、第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路を備える多相DC-DC変換回路であり、これらは、類似の構造を有し且つ互いに並列接続される。第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路のそれぞれは、対応する三相整流回路510と電気的に接続される。さらに、第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路のそれぞれは、絶縁フルブリッジ回路構成を有する。第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路のそれぞれは、フルブリッジスイッチング回路511a、変圧器511b、及び出力整流回路511cを備える。フルブリッジスイッチング回路511aは、三相整流回路510の出力端子と電気的に接続され、且つ変圧器511bの一次側と電気的に接続される。フルブリッジスイッチング回路511aが交互にON・OFFされると、電気エネルギーが変圧器511bによって変換される。出力整流回路511cは、変圧器511bの二次側と電気的に接続される。出力整流回路511cによって、変圧器511bの二次側から出力された電気エネルギーは、整流されてDC充電電圧Vcになる。
【００４３】
この実施形態では、第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路のそれぞれは、出力フィルタリング回路511d及び保護回路511eをさらに備える。出力フィルタリング回路511dは、出力フィルタリングコンデンサCf及び出力フィルタリングインダクタLfを備える。さらに、保護回路511eは、ダイオードD2を備える。出力フィルタリング回路511d及び保護回路511eの機能は、図4の出力フィルタリング回路411b及び保護回路411cに類似し、ここでは説明を繰り返さない。
【００４４】
図6は、図3に示す充電システムの変換ユニットのさらに別の変形例を概略的に示す。図6に示すように、変換ユニット61は、複数の三相整流回路510及びDC-DC変換回路511を備える。DC-DC変換回路511は、第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路を備える多相DC-DC変換回路であり、これらは、類似の構造を有し且つ互いに並列接続される。この実施形態では、第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路のそれぞれは、共振回路611をさらに備える。共振回路611は、変圧器511bの一次側と電気的に接続される。さらに、共振回路611は、共振キャパシタCr及び共振インダクタLrを備える。共振回路611によって、第一相DC-DC変換回路及び第二相DC-DC変換回路のそれぞれは、絶縁共振回路構成を有する。
【００４５】
図5ですでに説明したように、出力フィルタリング回路511dは、出力フィルタリングコンデンサCf及び出力フィルタリングインダクタLfを備える。一方、図6に示すように、出力フィルタリング回路511dは、出力フィルタリングコンデンサCfのみを備える。
【００４６】
上記実施形態では、充電システム3は、電気自動車9にある充電可能バッテリー90を充電するために使用される。いくつかの実施形態では、図7に示すように、充電システム3は、インターネットデータセンター8の少なくとも１つの充電可能バッテリー80を充電するために使用可能である。インターネットデータセンター8は、少なくとも１つのサーバー81をさらに備える。サーバー81は、充電システム3の出力端子と接続される。充電可能バッテリー80は、サーバー81に動力を供給するために必要な電気エネルギーを提供するために使用される。さらに、充電システム3からのDC充電電圧Vcは、サーバー81を通じて充電可能バッテリー80を充電することができる。図7に示すように、充電可能バッテリー80及びサーバー81は、インターネットデータセンター8内に分離して配置される。その代わりに、充電可能バッテリー80は、サーバー81内に直接設置してもよい。
【００４７】
図7を再度参照する。充電可能バッテリー80の数は、サーバー81の数に等しい。インターネットデータセンター8が１つのサーバー81を有する場合、１つの充電可能バッテリー80がインターネットデータセンター8内に配置される。一方、インターネットデータセンター8が複数のサーバー81を有する場合、複数の充電可能バッテリー80がインターネットデータセンター8内に配置される。この状況下で、複数のサーバー81が複数の充電可能バッテリー80と１つずつ接続される。言い換えると、複数の充電可能バッテリー80は、個々のサーバー81を通じてそれぞれ充電される。
【００４８】
いくつかの実施形態では、充電システムは、冗長機構も有する。図8は、本発明の別の実施形態による別の従来の充電システムのアーキテクチャーを概略的に示す。図8に示すように、充電システム3は、２つの絶縁ユニット30及び２つの変換ユニット31を備える。２つの絶縁ユニット30のそれぞれは、位相シフト変圧器T1を備える。２つの絶縁ユニット30のこれら２つの位相シフト変圧器T1は、それぞれ、２つの電力供給端子からの２つの中−高三相AC入力電圧Vin及びVin1用に使用される。２つの電力供給端子は、同一の商用電源又は２つの異なる商用電源によって提供される。絶縁ユニット30の出力端子は、対応する変換ユニット31と接続される。２つの変換ユニット31の出力端子は、互いに並列接続してもよい。変換ユニット31は、単相又は多相変換ユニットであってもよい。この実施形態では、変換ユニット31は、多相変換ユニットである。図8に示すように、変換ユニット31のそれぞれは、複数の三相整流回路310及びDC-DC変換回路311を備える。絶縁ユニット30及び変換ユニット31の内部回路構成及び動作原理は、図3又は図7のものに類似し、ここでは説明を繰り返さない。
【００４９】
さらに、図8の充電システム3では、絶縁ユニット30の一つ及び対応する変換ユニット31がDC充電電圧Vcを提供するための主電力供給ユニットとして定義される。他の絶縁ユニット30及び対応する変換ユニット31は、冗長電力供給ユニットとして定義される。三相AC入力電圧Vinが正常に主電力供給ユニットによって受け取られる場合、三相AC入力電圧Vinは、主電力供給ユニットによってDC充電電圧Vcへ変換される。その間、充電システム3内の制御ユニット(図示せず)の制御下で、冗長電力供給ユニットは、無効又は待機状態となる。他方では、主電力供給ユニットによって受け取られる三相AC入力電圧Vinが異常であるか又は遮断されると、主電力供給ユニットの変換ユニット31は、充電システム3の制御ユニットの制御下で無効化される。この状況下で、冗長電力供給ユニットが起動され、三相AC入力電圧Vin1をDC充電電圧Vcへ変換する。
【００５０】
本発明の教示を保持しながら数多くの修正及び変更が可能であることに注目すべきである。例えば、図3に示すように、図8の充電システム3は、充電システム3の出力端子に接続される出力フィルタリング回路312及び保護回路313をさらに備えてもよい。同様に、図4に示すように、図8の充電システム3は、各変換ユニット31に含まれる出力フィルタリング回路411b及び保護回路411cをさらに備えてもよい。
【００５１】
上記説明から、充電システムの絶縁ユニットは、位相シフト変圧器によって実装される。位相シフト変圧器は、中−高三相AC入力電圧を変換して複数の三相AC出力電圧にするために使用される。２つの三相AC出力電圧の間には位相シフト角がある。力率補正回路が本発明の充電システムに含まれないので、高調波数及び高調波成分が低減され、力率が増大する。このような方法において、本発明の充電システムは、製造コストが低減され、且つ変換効率が高められる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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