车辆用电池系统以及其的操作方法

技术领域

本发明涉及一种车辆用电池系统以及其的操作方法。

背景技术

大部分电动汽车和插电式混合动力汽车都配备有车载充电器(on-boardcharger，OBC)，因此，只要有家用电源插头，在任何地方都可以充电电池。OBC将商用电源的交流电源(AC)转换为直流电源(DC)，以对车辆的内部电池充电。这些OBC需要高压开关、电感器、电容器、绝缘变压器、继电器、控制板、冷却系统以及构成这些的另外的封装。另外，由于这些安装在车辆上的充电器中的每个部件都由昂贵且高重量的零件构成，因此，环保型车辆的总成本增加，并且车辆燃油经济性受到车辆重量增加的不利影响。

在先技术文件

专利文件

专利文件1：美国授权专利：US 9,931,951,授权日：2018年4月3日，发明名称：INTEGRATED DUAL-OUTPUT GRID-TO-VEHICLE(G2V)AND VEHICLE-TO-GRID(V2G)ONBOARDCHARGER FOR PLUG-IN ELECTRIC VEHICLES。

发明内容

要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供一种可高效且廉价地构成的车辆用电池系统及其的操作方法。

解决技术问题的手段

根据本发明的实施例的车辆用电池系统，其中，可包括：充电装置，通过有无线方式从外部接收交流电源；车载充电机(OBC，On-Board Charger)，用于将所述充电装置的所述交流电源转换为直流电源；微控制单元(MCU，Micro Control Unit)，利用由电动机和逆变器构成的升压转换器升压所述车载充电机的输出电压；以及电池，利用所述升压的电压进行充电。

在实施例中，所述充电装置为充电座。

在实施例中，所述车载充电机，可以包括：功率因数校正转换器(PFC，PowerFactor Correction)，改善所述接收的交流电源的功率因素来输出直流电压；DC-DC转换器，转换所述功率因素校正转换器的输出电压的电压电平；以及车载充电机控制器，用于控制所述功率因素校正转换器及所述DC-DC转换器。

在实施例中，导出所述电动机的中性线。

在实施例中，在构成所述升压转换器时，为了控制所述电动机及所述逆变器，所述微控制单元使用三相交错并联控制技术。

在实施例中，通过向所述电动机和所述逆变器添加至少一个开关及至少一个电感器来构成所述升压转换器。

在实施例中，在驱动模式时，切断所述至少一个开关，通过连接于所述电池的所述逆变器的切换动作驱动所述电动机。

根据本发明的实施例的车辆用电池系统的操作方法，其中，可包括：在电池充电模式时，在接通继电器的状态下，利用电动机和逆变器执行升压转换器功能，从而，对电池进行充电的步骤；以及在电动机驱动模式时，在断开所述继电器的状态下，从所述电池接收直流电压通过所述逆变器输出三相交流电压，从而，驱动所述电动机。

在实施例中，对所述电池进行充电的步骤，可包括：在所述电池充电模式时，从充电座接收直流电压的步骤；以及利用所述升压转换器升压所述接收的直流电压的步骤。

在实施例中，驱动所述电动机的步骤，可包括在所述电动机驱动模式时，通过所述逆变器的三相逆变器操作将所述电池的直流电压转换为交流电压的步骤。

发明效果

根据本发明的实施例的车辆用电池系统及其的操作方法，在AC充电期间，通过将DC-DC转换器适用LLC和升压转换器类型，从而，可以提高控制可靠性。

根据本发明的实施例的车辆用电池系统及其的操作方法，通过由LLC和升压转换器构成DC-DC转换器，从而，可以提高效率及控制性。

根据本发明的实施例的车辆用电池系统及其的操作方法，利用电动机和逆变器来构成升压转换器,从而，可以解决由现有的LLC和升压转换器而引起的成本问题及尺寸问题。

附图说明

以下附图用于帮助理解本实施例，与详细说明一起提供实施例。然而，本实施例的技术特征不限于特定附图，在各图中公开的特征可以彼此组合构成新的实施例。

图1是示出根据本发明的实施例的车辆用电池系统的充电模式的示例图。

图2是示出根据本发明的实施例的车辆用电池系统10的驱动模式的示例图。

图3是示出根据本发明的实施例的车辆用电池系统10的充电模式时的拓扑的示例图。

图4是示出根据本发明的实施例的车辆用电池系统10的驱动模式时的拓扑的示例图。

图5是概念性地示出根据本发明的实施例的车辆用电池系统10的与电动机驱动模式有关的电路的图。

图6是概念性地示出根据本发明的实施例的车辆用电池系统10的与充电模式有关的电路的图。

图7是示出根据本发明的实施例的车辆用电池系统10的继电器操作的示例图。

图8是示出根据本发明的实施例的MCU200的操作方法的示例图。

具体实施方式

下面，参照附图明确且详细地记载本发明的内容，使得本领域的普通技术人员可以容易实施。

本发明可以实行多种变更，可以具有多种实施例，因此在附图中例示特定实施例并进行详细说明。然而，这些特定实施例并不是用特定的实施形态限定本发明，而应理解为包括本发明的思想以及技术范围中包含的所有变更、均等物乃至替代物。第一、第二等术语可以用于说明各种构成要素，然而所述构成要素并不被所述术语所限定。

所述术语仅作为将一个构成要素从其他构成要素进行区分的目的使用。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可以被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。当提及到某一构成要素与其他构成要素“连接”或者“接通”时，也可以是与其他构成要素直接连接或者直接接通，然而应理解为在中间还可以存在其他构成要素。与此相反地，当提及到某一构成要素与其他构成要素“直接连接”或者“直接接通”时，应理解为在中间不存在其他构成要素。

用于说明构成要素之间的关系的其他表达，即，“～之间”和“直接在～之间”或“与～相邻”和“与～直接相邻”等的表达也应以相同的方式进行解释。本说明书中所使用的术语仅仅用于说明特定实施例，而并非限定本发明。除非在文脉上明确表示不同的含义，单数的表达包括复数的表达。

在本说明书中，“包括”或“具有”等术语所要指定实施的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或这些组合的存在，而不得理解为排除一个或一个以上的其他特征或数字、步骤、动作、结构要素、部件或这些组合的存在或附加可能性。除非另有定义，包含技术术语及科学术语在内的使用于本说明书中的所有术语具有与本发明所属技术领域的技术人员普遍理解的含义相同的含义。在普遍使用的词典中所定义的术语应解释为具有与相关技术的文脉上所具有的含义一致的含义，并且，除非在本说明书中明确定义，则不应以理想性或过于公式化的含义来进行解释。

图1是示出根据本发明的实施例的车辆用电池系统的充电模式的示例图。参照图1，车辆用电池系统10可以包括充电装置100、车载充电器(On-Board Charger，OBC)150，微控制器单元(microcontroller unit，MCU)200及电池300。

充电装置100可以被构成为通过有线/无线方式接收外部的交流电源。在实施例中，充电装置100可以是充电座。在实施例中，交流电源可以是单相交流电源。在另一实施例中，交流电源可以是三相交流电源。

OBC150可以是安装在车辆上的充电器，用于使用通过充电装置100接收的交流电源来产生直流电源。OBC150可以包括功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)转换器151、DC-DC转换器152及OBC控制器153。

PFC转换器151可以将交流输入电源转换为直流电源并改善功率因数。即，PFC转换器151可以抑制或去除高频电流分量。例如，PFC转换器151可以通过控制切换模块的占空比(duty ratio)来执行输入/输出电压控制。

DC-DC转换器152可以改变PFC转换器151的输出直流电压的电压电平。DC-DC转换器152可以使用DC-DC转换器152的频率切换控制来升高或降低从PFC转换器151输出的电压。此处，DC-DC转换器152的频率切换控制可以用于控制DC-DC转换器152的输出端子的纹波电流。

OBC控制器153可以控制PFC转换器151和DC-DC转换器152。

MCU200(车辆用控制器)可以被构成为升高OBC150的输出电压以对电池300进行。MCU200可以包括升压转换器210和用于控制升压转换器210的MCU控制器220。

升压转换器210在AC充电操作期间可以升压从OBC150输出的直流电压。此处，升压转换器210可以由拓扑构成，拓扑由电动机和逆变器构成。

电池300可以被构成为利用由MCU300升压的电压来充电能量。在此，电池可以是800V的高压电池。另一方面，应理解为电池300的电压不限于此。

根据本发明的实施例的车辆用电池系统10，通过具备由PFC转换器151和DC-DC转换器152构成的OBC150、以及具有由马达+逆变器构成的升压转换器210的拓扑的电机控制器(MCU)200，从而，可以在提高转换效率的同时，廉价地应用于高压电池。

根据本发明的实施例的车辆用电池系统10通过利用电动机和逆变器构成AC充电时所需的电机控制器(MCU)200，从而，可以有效地对电池300进行充电。

另外，根据本发明的实施例的车辆用电池系统10，在DC快速充电时通过考虑400VEVSE系统，利用电动机和逆变器来构成升压转换器，从而，可以廉价地对电池300进行充电。

图2是示出根据本发明的实施例的车辆用电池系统10的驱动模式的示例图。参照图2，从电池300得到电源的MCU200可以驱动电动机400。MCU200可以被构成为通过逆变器230和电动机400来执行升压转换器220(参考图1)的功能。

图3是示出根据本发明的实施例的车辆用电池系统10的充电模式时的拓扑的示例图。

逆变器230可以包括分别连接于与电动机400的相u、v、w对应的多个电抗器的多个晶体管对TR11-TR12、TR21-TR22、TR31-TR32以及电容器Cinv。多个晶体管对TR11-TR12、TR21-TR22、TR31-TR32的每一个可以连接于电池300的两端。

第一开关SW1可以切换以连接电感器-电感器-电容器(Inductor-Inductor-Capacitor，LLC)155和电动机400的中性线之间。第二开关SW2可以切换为连接到LLC155和电池300的负电压端子。在实施例中，电抗器L可以可选地设置在LLC155和电动机400的中性线之间。

在实施例中，电动机可以被制造成电动机400的中性线被引出(暴露于外部)。

在实施例中，在电动机400及逆变器230可通过诸如继电器等开关元件及附加电感器构成升压转换器。

在实施例中，在构成升压转换器时，为了最佳地控制电动机-逆变器系统而可以适用三相交错并联控制技术。

图4是示出根据本发明的实施例的车辆用电池系统10的驱动模式时的拓扑的示例图。如图4所示，电动机和逆变器230可以如充电模式使用。由于根据模式区分不同地使用电动机和逆变器230，因此，即使在驱动模式下也可以通过继电器(或开关；SW1、SW2)来确定操作。在驱动模式下，开关SW1、SW2可以被切断。

电动机400及逆变器230可以与现有系统相同的方式操作。

图5是概念性地示出根据本发明的实施例的车辆用电池系统10的与电动机驱动模式有关的电路的图。参照图5，在电动机的驱动模式下，电力通过DC链路电容器Cinv从电池300传递到三相逆变器211，并且电动机400可以由三相逆变器驱动。在实施例中，三相逆变器可以通过将电池300的DC电力转换成AC电力来驱动电动机400。在实施例中，操作模式确定继电器SW1、SW2在电动机驱动模式下可以处于切断状态。在电动机被驱动时，电池300的电力会被消耗。

图6是概念性地示出根据本发明的实施例的车辆用电池系统10的与充电模式相关的电路的图。参照图6，在充电模式下，充电装置100(EVSE，电力系统)输出单相AC电压，操作模式确定继电器可根据充电模式的确定来切换。

在实施例中，可以使用升压转换器充电电池。在此，升压转换器可以由电动机和三相逆变器构成。

在实施例中，可以使用马达/逆变器来控制升压转换器。

在实施例中，升高的DC电压可以通过DC链路电容器Cinv传递到电池300。

图7是示出根据本发明的实施例的车辆用电池系统10的继电器操作的示例图。参照图7，在充电操作时，可以接通第一开关SW1、第二开关SW2，当电动机被驱动时，可以切断第一开关SW1、第二开关SW2。

图8是示出根据本发明实施例的MCU200的操作方法的示例图。参照图1至图8，MCU200的操作方法可以如下执行。

在电池充电模式时，MCU200可以在继电器接通状态下，通过使用电动机400和逆变器230执行升压转换器功能，从而，可以充电电池300(S120)。

在电动机驱动模式时，MCU200可以在继电器断开状态下，通过从电池300接收DC电压输出三相AC电压，从而，可以驱动电动机400。

在实施例中，对电池进行充电的步骤可以包括在电池充电模式时从充电座100接收DC电压的步骤、以及使用升压转换器210来升压所接收的DC电压的步骤。在此，升压转换器210可以使用逆变器230和电动机400执行功能。

在实施例中，驱动电动机400的步骤可以包括在电动机的驱动模式时，通过逆变器230的三相逆变器操作将电池300的DC电压转换成AC电压的步骤。

如本领域技术人员可以理解的，根据本发明的步骤以及/或者操作可以以其他顺序、或者并列、或者为了其他特定的时间(epoch)等，可以在其他实施例中同时执行。

根据实施例，步骤以及/或者操作中的一部分或者全部可以利用存储在一个以上的非暂时性计算机可读介质中的指令、程序、交互式数据结构(interactive datastructure)、驱动客户端以及/或者服务器的一个以上的处理器至少完成或者执行一部分。一个以上的非暂时性计算机可读介质作为示例，可以是软件、固件、硬件以及/或者其任意组合。另外，本说明书中论述的“模块”的功能可以由软件、固件、硬件以及/或者其任意组合实现。

用于实现/执行本发明的实施例的一个以上动作/步骤/模块的一个以上的非暂时性计算机可读介质及/或装置可以包括包含专用集成电路(ASIC，application-specificintegrated circuits)、标准集成电路、微控制器的、执行适当指令的控制器及/或嵌入式控制器、现场可编程门阵列(FPGA，field-programmable gate arrays)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)及类似器件，但是，并不局限于此。

另外，本发明的所述内容只是用于实施发明的具体实施例而已。本发明不仅包括具体且能实际利用的装置本身，而且，还包括将来能作为技术利用的抽象的概念的构想所谓技术思想。