CN102195330B

CN102195330B - 电池充电电路和充电方法

Info

Publication number: CN102195330B
Application number: CN201110057542.9A
Authority: CN
Inventors: 深津利成
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2010-03-08
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2031-03-04
Also published as: US20110215743A1; EP2364872A2; JP2011211889A; EP2364872A3; US8421381B2; EP2364872B1; CN102195330A; JP5556677B2

Abstract

本发明提供了电池充电电路和充电方法。充电电路用于为电池充电，电池用于为包括三相电机和用于控制该三相电机的三相逆变器的电机驱动***供电。三相逆变器具有第一至第三组开关元件，每组对应于三相中的一相，该充电电路包括单相输出变压器、整流器电路、线路和控制器。单相输出变压器包括具有第一端子和第二端子的次级侧输出部分。整流器电路与三相逆变器和电池并联，且还连接到次级侧输出部分的第一端子。该线路连接三相逆变器中的第一组开关元件之间的连接点和次级侧输出部分的第二端子。控制器对第一组至第三组开关元件进行通断控制。在电池充电期间，控制器使第一组开关元件保持于关断状态，且对第二和第三组开关元件中的至少一组进行通断控制。

Description

电池充电电路和充电方法

技术领域

本发明涉及电池充电电路，更具体地，涉及适于为向电机驱动***供电的电池充电的电池充电电路和充电方法，该电机驱动***具有诸如交通工具驱动电机等的电机和用于驱动该电机的三相逆变器，该电机驱动***例如是电动交通工具或混合动力交通工具中的电机驱动***。

背景技术

作为电源安装在诸如电动交通工具等交通工具上的大型电池，在电量小于或等于预定量时需要被充电。传统上，液式铅酸电池是通过准恒压变压器和整流器电路来充电的。在这种充电方法中，当电池电压低时，充电电流较大。当电池电压升高时，充电电流减小。

在使用准恒压变压器的充电方法中，充电性能取决于输入电压和电池的状态。因此，会发生充电不足和过充电。在诸如恒流-恒压-恒流(CC-CV-CC)方法等用于进行恒流充电的方法中，充电性能不依赖于输入电压或电池的状态。然而，该方法需要大量的用于充电器的部件，因此成本高。

传统上，已经提出了用于电动交通工具的、使用安装于电动交通工具上的三相逆变器和三相电机中的线圈的充电器。例如，公开号为8-126122的日本公开专利申请公开了一种充电器，其中，在连接逆变器的开关元件和电机的线圈的线路的一部分中设置了连接器。当电池驱动电机时，该连接器被连接。当通过外部的交流电电源对电池进行充电时，该连接器被断开。该公布还公开了一种没有这样的连接器的充电器。在该充电器中，连接到外部交流电电源的整流器的正端子被连接到通过星形连接而连接的三相电机的线圈的中性点。

上述公布的充电器要求在连接逆变器的开关元件和电机线圈的线路的一部分处设置连接器，并且要求连接到外部交流电电源的整流器被连接到星形连接的电机线圈的中性点。因此，当通过使用用于通过三相逆变器来控制三相电机的常规电路来形成这种充电器(充电电路)时，不仅需要增加部件，而且需要改变电路布线。这使得充电器的配置复杂化。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种电池充电电路和充电方法，该充电电路和充电方法能够通过增加少量的部件来进行恒流充电，而不改变电机的线圈之间的连接状态或逆变器和电机线圈之间的连接状态。

为了实现上述目的，在本发明的一个方面，提供了一种充电电路，该充电电路为向电机驱动***供电的电池充电，所述电机驱动***包括三相电机和用于控制所述三相电机的三相逆变器。所述三相逆变器包括第一组至第三组开关元件。每组对应于三相中的一相。所述充电电路包括单相输出变压器、整流器电路、线路和控制器。所述单相输出变压器包括具有第一端子和第二端子的次级侧输出部分。所述整流器电路与所述三相逆变器和所述电池并联。所述整流器电路还连接到所述次级侧输出部分的第一端子。所述线路将所述三相逆变器中的第一组开关元件之间的连接点与所述次级侧输出部分的第二端子连接。所述控制器执行对所述第一组至第三组开关元件的通断控制。在所述电池的充电期间，所述控制器使第一组开关元件保持于关断状态中，并且执行对第二组开关元件和第三组开关元件中的至少一组的通断控制。

在本发明的另一方面，提供了一种用于对电池进行充电的方法，所述电池向电机驱动***供电，所述电机驱动***包括三相电机和用于控制所述三相电机的三相逆变器。所述三相逆变器包括第一组至第三组开关元件，每组对应于三相中的一相。提供单相输出变压器，该单相输出变压器包括具有第一端子和第二端子的次级侧输出部分。将整流器电路与所述三相逆变器和所述电池并联。将所述整流器电路与所述次级侧输出部分的第一端子连接。将所述三相逆变器中的第一组开关元件之间的连接点与所述次级侧输出部分的第二端子连接。在所述电池的充电期间，使第一组开关元件保持于关断状态。执行对第二组开关元件和第三组开关元件中的至少一组的通断控制。

通过下面结合附图的描述，本发明的其他方面和优点将变得清楚，所述附图通过示例的方式来图示本发明的原理。

附图说明

通过参考下文对当前优选的实施例的描述及附图，可以最好地理解本发明及其目的和优点，在附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的电池充电电路的电路图；

图2A和2B是当进行充电时、图1中所示的电池充电电路中的交通工具驱动逆变器的等效电路图；

图3A和3B是当进行充电时、图1中所示的电池充电电路中的货物处理逆变器的等效电路图；

图4是示出当全波整流器被连接到变压器以对电池进行充电时的充电电路的图；

图5A是示出图4中所示的充电电路中的部分“e”处的电压和电流随时间的变化的图；

图5B是示出图4中所示的充电电路中的部分“f”处的电流随时间的变化的图；

图5C是示出图2中所示的充电电路中的部分“c”处的电压和电流随时间的变化的图；

图5D是示出图2中所示的充电电路中的部分“d”处的电流随时间的变化的图；

图6是示出当进行充电时、来自图1的电池充电电路的单相输出部分的输出电流的值的随时间的变化的图；

图7是根据第二实施例的电池充电电路的电路图，该电路能够向斯柯特连接变压器(Scott connection transformer)的初级侧提供电池的电力；

图8和9是当向斯柯特连接变压器的初级侧提供电池的电力时、图7中所示的交通工具驱动逆变器和货物处理逆变器的等效电路图。

图10是示出另一实施例的电路图；以及

图11是示出另一实施例的电路图。

具体实施方式

(第一实施例)

现在将参考图1至图6来描述根据本发明的第一实施例的电池叉车(battery forklift)。电池叉车的电机驱动***包括逆变器(inverter)、交通工具驱动电机和货物处理电机，该交通工具驱动电机和货物处理电机从电池接收电力，并且被逆变器控制。交通工具驱动电机和货物处理电机的线圈和逆变器的开关元件用于形成电池充电电路。换句话说，通过将附加部分外部附接到电机驱动***的逆变器来形成电池充电电路。

如图1中所示，电池充电电路包括斯柯特连接变压器，斯柯特连接变压器是经由开关12连接到三相交流电电源11(例如，诸如200V交流电电源等的商用电源)的单相输出变压器。“单相输出变压器”是指不论初级侧输入是单相输入还是三相输入都具有单相次级侧输出部分的变压器。单相输出部分的数量不限于1，如斯柯特连接变压器中那样，单相输出部分的数量可以为2。斯柯特连接变压器13的第一单相输出部分13A连接到第一整流器电路14、交通工具驱动逆变器15和交通工具驱动电机16。斯柯特连接变压器13的第二单相输出部分13B连接到第二整流器电路24、货物处理逆变器25和货物处理电机26。交通工具驱动电机16和货物处理电机26是三相交流电电机。电机16、26中的每一个的三相线圈U、V和W经由德耳塔连接(Delta Connection)而连接。

第一整流器电路14是串联电路，该串联电路具有串联的两个二极管D1、D2，并且二极管D1和D2之间的连接点被连接到第一单相输出部分13A的第一端子18a。第一整流器电路14的正端子连接到电池17的正端子，并且整流器电路14的负端子连接到电池17的负端子。

交通工具驱动逆变器15是三相逆变器，该三相逆变器具有6个开关元件Q1至Q6，该6个开关元件中的每一个开关元件具有绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在第一和第二开关元件Q1和Q2、第三和第四开关元件Q3和Q4以及第五和第六开关元件Q5和Q6中的每一组中，开关元件是串联的。开关元件Q1、Q3和Q5中的每一个的集电极连接到电池17的正端子，并且开关元件Q2、Q4、Q6中的每一个的发射极连接到电池17的负端子。开关元件Q1至Q6中的每一个与一个二极管D反并联。即，二极管D的阴极连接到开关元件Q1至Q6的集电极，而二极管D的阳极连接到开关元件Q1至Q6的发射极。

开关元件Q1的发射极和开关元件Q2的集电极之间的连接点被连接到交通工具驱动电机16的线圈U和线圈V之间的连接点。开关元件Q3的发射极和开关元件Q4的集电极之间的连接点被连接到交通工具驱动电机16的线圈V和线圈W之间的连接点。开关元件Q5的发射极和开关元件Q6的集电极之间的连接点被连接到交通工具驱动电机16的线圈U和线圈W之间的连接点。而且，开关元件Q1的发射极和开关元件Q2的集电极之间的连接点经由线路20而连接到第一单相输出部分13A的第二端子18b。

第二整流器电路24是串联电路，该串联电路具有串联的两个二极管D3、D4，并且二极管D3、D4之间的连接点被连接到第二单相输出部分13B的第一端子19a。第二整流器电路24的正端子连接到电池17的正端子，并且第二整流器电路24的负端子连接到电池17的负端子。

货物处理逆变器25是三相逆变器，该三相逆变器具有6个开关元件Q11至Q16，这6个开关元件中的每一个开关元件具有绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在第一和第二开关元件Q11和Q12、第三和第四开关元件Q13和Q14以及第五和第六开关元件Q15和Q1中6的每以组中，开关元件是串联的。开关元件Q11、Q13和Q15中的每一个的集电极连接到电池17的正端子，并且开关元件Q12、Q14、Q16中的每一个的发射极连接到电池17的负端子。开关元件Q11至Q16中的每一个与一个二极管D反并联。即，二极管D的阴极连接到开关元件Q11至Q16的集电极，而二极管D的阳极连接到开关元件Q11至Q16的发射极。

开关元件Q11的发射极和开关元件Q12的集电极之间的连接点被连接到货物处理电机26的线圈U和线圈V之间的连接点。开关元件Q13的发射极和开关元件Q14的集电极之间的连接点被连接到货物处理电机26的线圈V和线圈W之间的连接点。开关元件Q15的发射极和开关元件Q16的集电极之间的连接点被连接到货物处理电机26的线圈U和线圈W之间的连接点。而且，开关元件Q11的发射极和开关元件Q12的集电极之间的连接点经由线路20而连接到第二单相输出部分13B的第二端子19b。

开关元件Q1至Q6与Q11至Q16的栅极作为控制端，并且被连接到控制器21。控制器21连接到电流传感器31和电流传感器32，电流传感器31检测流向交通工具驱动电机16的电流，并且电流传感器32检测流向货物处理电机26的电流。控制器21包括CPU和存储器(二者均未被示出)。存储器存储用于驱动交通工具驱动电机16和货物处理电机26所需要的控制程序。而且，存储器存储当使用连接到三相交流电电源11的斯柯特连接变压器13对电池17进行充电时控制开关元件Q1至Q6与Q11至Q16所需要的程序。

当对电池17进行充电时，控制器21在使得第一和第二开关元件Q1和Q2、Q11和Q12与第五和第六开关元件Q5和Q6、Q15和Q16保持于关断状态的同时执行对第三和第四开关元件Q3和Q4、Q13和Q14的通断控制。控制器21执行对第三开关元件Q3、Q13和第四开关元件Q4、Q14的通断控制，以使单相输出部分13A、13B中的每一个的电流波形与其电压波形匹配。在本说明书中，“使电流波形与其电压波形匹配”是指电流量根据电压的变化而改变的情况。即，当电压升高时，电流量提高，而当电压降低时，电流量降低。即，如果电压波形是正弦波，则电流波形变为与电压波形的正弦波具有相同相位的正弦波。由于第一和第二单相输出部分13A、13B的相位不相同，而是彼此移位90°，因此，第三开关元件Q3、Q13和第四开关元件Q4、Q14导通或关断的时序是考虑这样的相位差而确定的。

现在将描述如上所述的用于交通工具的充电电路的功能。

除了当电池17正在被充电的时候之外，电池叉车与三相交流电电源11是断连的。控制器21执行对交通工具驱动逆变器15的开关元件Q1至Q6的通断控制，由此将电池17的直流电力转换为要提供到交通工具驱动电机16并且驱动交通工具驱动电机16的交流电力。而且，控制器21执行对货物处理逆变器25的开关元件Q11至Q16的通断控制，由此将电池17的直流电力转换为要提供到货物处理电机26并且驱动货物处理电机26的交流电力。

当通过电池17的电力来驱动交通工具驱动电机16时，第一单相输出部分13A保持连接至交通工具驱动电机16。然而，第一单相输出部分13A和交通工具驱动电机16之间的连接点“b”是第一开关元件Q1和第二开关元件Q2之间的连接点，其对应于交通工具驱动电机16的一相。因此，即使连接点“b”的电压改变，电流也优先流向对应相的二极管D或导通状态中的开关元件Q2，并且被阻止流向第一单相输出部分13A。因此，交通工具驱动电机16可靠地被驱动，而不必将第一单相输出部分13A与交通工具驱动逆变器15断连。这同样适用于货物处理电机26。即，货物处理电机26被可靠地驱动，而不必将第二单相输出部分13B与货物处理逆变器25断连。

当对电池17进行充电时，三相交流电电源11向斯柯特连接变压器13提供交流电力。具体地说，三相交流电电源11的充电器电缆的插头被连接到叉车的电源插座，并且接通开关12。控制器21在将交通工具驱动逆变器15和货物处理逆变器25的开关元件Q1、Q2、Q5、Q6、Q11、Q12、Q15和Q16保持于关断状态的同时，执行对第三开关元件Q3、Q13和第四开关元件Q4、Q14的通断控制。即，每一个逆变器中的与一相对应的元件被接通或关断，使得电机的电感(线圈)被用于提升来自斯柯特连接变压器13的输出，以便向电池17提供电流。因此，对电池17进行充电时的交通工具驱动逆变器15通过图2A和2B中所示的等效电路来表示。另外，货物处理逆变器25通过图3A和3B中所示的等效电路来表示。

也就是说，对于交通工具驱动逆变器15，第一单相输出部分13A的输出交流电流的第一端子18a经由二极管D1而连接到电池17的正端子，并且经由二极管D2而连接到电池17的负端子。第一单相输出部分13A的第二端子18b经由交通工具驱动电机16的线圈V而连接到第三开关元件Q3和第四开关元件Q4之间的连接点。对于货物处理逆变器25，第二单相输出部分13B的输出交流电流的第一端子19a经由二极管D3而连接到电池17的正端子，并且经由二极管D4而连接到电池17的负端子。第二单相输出部分13B的第二端子19b经由货物处理电机26的线圈V而连接到第三开关元件Q13和第四开关元件Q14之间的连接点。

在交通工具驱动逆变器15中，当从第一单相输出部分13A的第一端子18a输出电力时，第三开关元件Q3导通并且第四开关元件Q4关断，电流如图2A中的虚线箭头所示的那样流动。即，电流流过如下路径：第一端子18a→二极管D1→第三开关元件Q3→交通工具驱动电机16的线圈V→第二端子18b，使得电磁能量在线圈V中累积。当在第四开关元件Q4保持关断的情况下关断第三开关元件Q3时，线圈V中累积的电磁能量产生图2A中由一个长划与两个短划交错形成的线的箭头所表示的电流。即，产生流过如下路径的电流：交通工具驱动电机16的线圈V→第二端子18b→第一端子18a→二极管D1→电池17→第四开关元件Q4的二极管D→交通工具驱动电机16的线圈V。所产生的电流与来自第一单相输出部分13A的电流一起对电池17进行充电。当用V0来表示第一单相输出部分13A的电压、用VL来表示线圈V中的累积电磁能量的电压并且用VB来表示电池电压时，VB＝VL+V0。

在如图5C中所示的电压的正弦波形的周期的一半期间，第四开关元件Q4被保持于关断状态，而第三开关元件Q3被几次导通和关断，使得第一单相输出部分13A的输出电流的波形与正弦电压波形匹配。为了说明的目的，开关元件Q4的开关周期(间隔)被示出为比实际时间段短的时间段。

接下来，当从第一单相输出部分13A的第二端子18b输出电力时，第三开关元件Q3关断并且第四开关元件Q4接通，电流如图2B中的虚线的箭头所示的那样流动。即，电流流过如下路径：第二端子18b→交通工具驱动电机16的线圈V→第四开关元件Q4→二极管D2→第一端予18a，使得电磁能量在线圈V中累积。当在第三开关元件Q3保持关断的情况下关断第四开关元件Q4时，线圈V中累积的电磁能量产生由图2B中由一个长划与两个短划交错形成的线的箭头所表示的电流。即，产生流过如下路径的电流：第三开关元件Q3的二极管D→电池17→二极管D2→第一端子18a→第二端子18b→交通工具驱动电机16的线圈V。所产生的电流与来自第一单相输出部分13A的电流一起对电池17进行充电。当用V0来表示第一单相输出部分13A的电压、用VL来表示线圈V中的累积电磁能量的电压并且用VB来表示电池电压时，VB＝VL+V0。如上所述，当从第一单相输出部分13A输出的交流电流被提升以对电池17进行充电时，不向交通工具驱动电机16提供三相电流。因此，交通工具驱动电机16不旋转，并且不需在充电期间断连。

基本上采用与利用交通工具驱动逆变器15充电相同的方式来执行对利用货物处理逆变器25的充电。具体地说，可应用上文中对利用交通工具驱动逆变器15充电的描述，只要将第一单相输出部分13A、端子18a、18b、第三和第四开关元件Q3、Q4、二极管D1、D2和交通工具驱动电机16分别替换为第二单相输出部分13B、端子19a、19b、第三和第四开关元件Q13、Q14、二极管D3、D4和货物处理电机26即可。

也就是说，当从第二单相输出部分13B的第一端子19a输出电力时，第三开关元件Q13导通并且第四开关元件Q14关断，电流如图3A中的虚线的箭头所示的那样流动，使得电磁能量在线圈V中累积。当在第四开关元件Q14保持关断的情况下关断第三开关元件Q13时，线圈V中累积的电磁能量产生图3A中由一个长划与两个短划交错形成的线的箭头所表示的电流。所产生的电流与来自第二单相输出部分13B的电流一起对电池17进行充电。

接下来，当从第二单相输出部分13B的第二端子19b输出电力时，第三开关元件Q13关断并且第四开关元件Q14导通，电流如图3B中的虚线的箭头所示的那样流动，使得电磁能量在线圈V中累积。当在第三开关元件Q13保持关断的情况下关断第四开关元件Q14时，线圈V中累积的电磁能量产生图3B中由一个长划与两个短划交错形成的线的箭头所表示的电流。所产生的电流与来自第二单相输出部分13B的电流一起对电池17进行充电。如上所述，当从第二单相输出部分13B输出的交流电流被提升以对电池17进行充电时，不向货物处理电机26提供三相电流。因此，货物处理电机26不旋转，并且不需在充电期间断连。

当在图4中所示的、电池17通过全波整流器电路33被连接到准恒压变压器T的次级侧上的端子的电路中进行充电时，图4中的部分“e”(即准恒压变压器T的输出部分)处的电压和电流如图5A中所示的那样改变。当使用准恒压变压器T时，在该输出部分的电压大于电池电压时，电流流过该电路。因此，图4中的部分“f”处的电流(即向电池17提供的电流)如图5B中所示的那样改变。即，准恒压变压器T的输出电流为仅在正弦输出电压波形的峰值附近流动的谐波电流。这降低了功率因数(powerfactor)。

在本实施例中，对第三开关元件Q3、Q13和第四开关元件Q4、Q14进行通断控制，使得斯柯特连接变压器13的次级侧输出部分的电流波形(即单相输出部分13A、13B的电流波形)与其电压波形匹配，即，使得电流波形变为具有与正弦输出电压波形相同的相位的正弦波形。换句话说，在正弦输出电压波形为正的半周期期间，第四开关元件Q4、Q14保持于关断状态，并且对第三开关元件Q3、Q13进行几次通断控制。而且，在输出电压波形为负的半周期期间，第三开关元件Q3、Q13保持于关断状态，并且第四开关元件Q4、Q14被几次导通和关断。结果，单相输出部分13A、13B中的每一个的输出电流变为具有与输出电压波形相同的相位的正弦波形。向电池17提供的电流如图5D中所示的那样改变。这使得能够对电池17进行恒流充电。而且，因为交流电流和交流电压具有相同的相位，所以，功率因数得以提高。

具体地说，控制器21基于电流传感器31、32的检测信号来控制第三开关元件Q3、Q13和第四开关元件Q4、Q14的开关，以使单相输出部分13A、13B的电流波形与其电压波形匹配。结果，如图5C中所示，单相输出部分13A、13B中的每一个的输出电流被控制为：当输出电压的值大时具有大的电流值，而当输出电压的值小时具有小的电流值。因此，在输入至斯柯特连接变压器13的交流电源电压的整个周期上，电流流动。这使得能够对电池17进行恒流充电。而且，因为交流电流和交流电压具有相同的相位，所以功率因数得以提高，而谐波电流被减少。

当进行恒流充电时，从单相输出部分13A、13B中的每一个输出的电压被输出为具有恒定的平均电压的正弦波。然而，通过改变第三开关元件Q3、Q13和第四开关元件Q4、Q14的开关周期，在充电的初始阶段中，从单相输出部分13A、13B中的每一个输出的电流如图6中的实线所示的那样被提高。在接近充电结束(接近充满电)时，电流如图6中的虚线所示的那样趋向于具有小的值。

本实施例具有下面的优点：

(1)电池充电电路被设置在具有三相逆变器(交通工具驱动逆变器15)和由该三相逆变器控制的三相电机(交通工具驱动电机16)的电机驱动***中。电池充电电路连接到单相输出变压器(斯柯特连接变压器13)以及单相输出变压器的次级侧输出部分的第一端子18a，并且包括与三相逆变器和电池17并联的整流器电路14。形成三相逆变器中的三相中的一相的、在一组开关元件Q1和Q2之间的连接点通过线路20而连接到单相输出变压器的次级侧输出部分的第二端子18b。在充电期间，控制器21将该组开关元件Q1和Q2保持在关断状态，并且执行对其他两组开关元件Q3和Q4、Q5和Q6中的至少一组(在本实施例中，即第三和第四开关元件Q3、Q4)的通断控制。因此，通过增加少量的部件仅可进行恒流充电，而不必改变电机的线圈之间的连接或安装于交通工具上的逆变器和电机线圈之间的连接。而且，不需要用于在不进行充电时将单相输出变压器和逆变器断连的开关。因此，电机的操作或充电不会受到对这种开关的误操作的干扰。而且，因为不需要用于将电机与电路断连的开关或用于将充电器与电路断连的开关，所以所得到的充电电路(充电器)不会出现机械上的劣化。

(2)控制器21执行对开关元件Q3、Q4、Q13、Q14的通断控制，以便在充电期间使得斯柯特连接变压器13的单相输出部分(次级侧输出部分)13A、13B的电流波形与其电压波形匹配，因此，可以利用交流电源来执行对电池的恒流充电。而且，因为交流电流和交流电压具有相同的相位，所以功率因数被提高。这降低了输入功率，即，降低了变压器的初级侧电流，因此，能够降低断路器的电容。

(3)所述电池充电电路被应用于具有作为电机驱动***的交通工具驱动电机16和货物处理电机26的电池叉车中。单相输出变压器是斯柯特连接变压器13。交通工具驱动逆变器15连接到一个单相输出部分13A，并且货物处理逆变器25连接到另一个单相输出部分13B。因此，通过在电池叉车中使用所述电池充电电路并且使用斯柯特连接变压器13作为单相输出变压器，使得能够通过增加最小数量的部件来实现利用三相交流电流进行充电。而且，因为同时通过单相输出部分13A、13B来对电池17进行充电，所以缩短了充电时间。

(4)在充电期间，控制器21执行对开关元件Q1至Q6和Q11至Q16的通断控制，从而能够使用交通工具驱动逆变器15和货物处理逆变器25与交通工具驱动电机16和货物处理电机26的线圈V来提升单相输出部分13A、13B的交流输出的电压，并进行恒流充电。因此，即使单相输出部分13A、13B的交流输出电压低于电池17的端电压，也能够进行充电。

(5)在充电期间，通过提升变压器的单相输出部分13A、13B的交流电流来进行充电。这使得无需采用全波整流器电路作为整流器电路。与使用全波整流器电路的情况相比，整流器电路的部件数量得以减少。

(第二实施例)

现在参考图7至9来描述第二实施例。本实施例与第一实施例的不同在于：用于充电的电路被用来将电池的电力转换为要提供给斯柯特连接变压器的初级侧的交流电力。与第一实施例的对应部件相似或相同的部件被提供了相似或相同的附图标记，并且省略了对其的描述。

如图7中所示，第一整流器电路14连接到交通工具驱动逆变器15。该第一整流器电路14由二极管D1、D2形成。作为开关元件的晶体管Tr1、Tr2分别与二极管D1、D2并联。第二整流器电路24连接到货物处理逆变器25。该第二整流器电路24由二极管D3、D4形成。作为开关元件的晶体管Tr3、Tr4分别与二极管D3、D4并联。即，第一整流器电路14包括串联电路和开关元件。该串联电路包括二极管D1、D2，二极管D1、D2串联，使得阴极被布置在第一整流器电路14的正侧。每一个开关元件与作为该串联电路的划分部分的二极管D1、D2中的一个并联。第二整流器电路24包括串联电路和开关元件。该串联电路包括二极管D3、D4，二极管D3、D4串联，使得阴极被布置在第二整流器电路24的正侧。每一个开关元件与作为该串联电路的划分部分的二极管D3、D4中的一个并联。在向变压器的初级侧提供电池的电力时，对这些开关元件进行通断控制，并且在其他情况下，这些开关元件保持于关断状态。晶体管Tr1至Tr4是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

晶体管Tr1至Tr4的栅极作为控制端，并且连接到控制器21。斯柯特连接变压器13通常连接到用于对电池17充电的插座(插孔)40。当对电池17进行充电时，斯柯特连接变压器13经由插座40而连接到三相交流电源(未示出)或商用电源。

控制器21连接到电压传感器41、42，电压传感器41、42检测与斯柯特连接变压器13的单相输出部分13A、13B对应的初级侧电压。控制器21的存储器存储用于在使用连接到三相交流电源的斯柯特连接变压器13对电池17进行充电时将晶体管Tr1至Tr4保持于关断状态以及对开关元件Q1至Q6和Q11至Q16进行控制所需要的程序。存储器还存储当将电池17的电力提供给斯柯特连接变压器13的初级侧时用于对晶体管Tr1至Tr4和开关元件Q1至Q6和Q11至Q16进行控制所需要的程序。

当向斯柯特连接变压器13的初级侧提供电池17的电力时，控制器21执行对晶体管Tr1至Tr4以及与每个三相逆变器的一相对应的一组开关元件的通断控制。在本实施例中，在三相逆变器中的多组开关元件中，对用于交通工具驱动逆变器15的V相的一组开关元件Q3、Q4和用于货物处理逆变器25的V相的一组开关元件Q13、Q14进行通断控制。

现在描述如上所述的用于交通工具的充电电路的功能。

除了向斯柯特连接变压器13的初级侧供应电池17的电力的时候之外，晶体管Tr1至Tr4保持于关断状态。在这种状态中，如同第一实施例中那样，交通工具驱动电机16和货物处理电机26被驱动，并且电池17被充电。

当向斯柯特连接变压器13的初级侧供应电池17的电力时，即，当使用电池17的电力来驱动另一个电子装置时，通过将该电子装置的插头连接到插座40来提供电池17的电力。此时，交通工具驱动逆变器15的开关元件Q1、Q2、Q5、Q6和货物处理逆变器25的开关元件Q11、Q12、Q15、Q16保持于关断状态，并且对开关元件Q3、Q4、Q13、Q14和晶体管Tr1至Tr4进行通断控制。因此，当从电池17向斯柯特连接变压器13供电时，交通工具驱动逆变器15和货物处理逆变器25被表达为图8和9中所示的等效电路。在监视电压传感器41、42的检测信号时，控制器21执行对晶体管Tr1至Tr4和开关元件Q3、Q4、Q13、Q14的通断控制，使得向斯柯特连接变压器13的初级侧输出具有正弦波形的200V的三相交流电流。

具体地说，在图8所示的等效电路的交通工具驱动电路中，当晶体管Tr1导通、晶体管Tr2关断、第三开关元件Q3关断并且第四开关元件Q4导通时，电流如图8中的虚线所示的那样流动。即，电流流过如下路径：电池17的正端子→晶体管Tr1→第一端子18a→第二端子18b→线圈V→第四开关元件Q4→电池17的负端子。

在货物处理电路中，当晶体管Tr3导通、晶体管Tr4关断、第三开关元件Q13关断并且第四开关元件Q14导通时，电流流过如下路径：电池17的正端子→晶体管Tr3→第一端子19a→第二端子19b→线圈V→第四开关元件Q14→电池17的负端子。

而且，在图9中所示的等效电路的交通工具驱动电路中，当晶体管Tr1关断、晶体管Tr2导通、第三开关元件Q3导通并且第四开关元件Q4关断时，电流如图9中的虚线所示的那样流动。即，电流流过如下路径：电池17的正端子→第三开关元件Q3→线圈V→第二端子18b→第一端子18a→晶体管Tr2→电池17的负端子。

而且，在货物处理电路中，当晶体管Tr3关断、晶体管Tr4导通、第三开关元件Q13导通并且第四开关元件Q14关断时，电流如图9中的虚线所示的那样流动。即，电流流过如下路径：电池17的正端子→第三开关元件Q13→线圈V→第二端子19b→第一端子19a→晶体管Tr4→电池17的负端子。

因此，通过控制所述电路以交替地重复下述两种状态来产生通过第一单相输出部分13A的交流电流：晶体管Tr1和第四开关元件Q4导通并且晶体管Tr2和第三开关元件Q3关断的状态；以及晶体管Tr1和第四开关元件Q4关断并且晶体管Tr2和第三开关元件Q3导通的状态。而且，通过控制所述电路以交替地重复下述两种状态来产生通过第二单相输出部分13B的交流电流：晶体管Tr3和第四开关元件Q14导通并且晶体管Tr4和第三开关元件Q13关断的状态；以及晶体管Tr3和第四开关元件Q14关断并且晶体管Tr4和第三开关元件Q13导通的状态。通过控制交通工具驱动逆变器15和货物处理逆变器25使其彼此同步，三相交流电流被输出至斯柯特连接变压器13的输入，并且电池17的电力作为三相交流电流被提供到连接到插座40的电子装置。然而，由于两个单相输出部分13A、13B的相位彼此不同，因此，晶体管Tr1至Tr4、第三开关元件Q3、Q13和开关元件Q4、Q14导通或关断的时序是考虑到这样的相差而确定的。

当在电流沿着由图8中的虚线所示的路径流动的同时关断第四开关元件Q4时，电流沿着图8中由一个长划与两条短划交错形成的线所表示的路径来流动，即电流通过如下的路径流动：线圈V→第三开关元件Q3的二极管D→晶体管Tr1→第一端子18a→第二端子18b→线圈V。因此，在将晶体管Tr1、晶体管Tr2和第三开关元件Q3保持于导通和关断状态中的同一个状态中的同时，通过控制第四开关元件Q4的通断时间，可以产生通过第一单相输出部分13A的具有正弦波形的电流。控制器21控制第四开关元件Q4的通断时间，使得具有正弦波形的电流流过第一单相输出部分13A。

同样，在货物处理电路中，当在电流沿着由图8中的虚线表示的路径流动的同时关断第四开关元件Q14时，电流沿着图8中由一个长划与两条短划交错形成的线所表示的路径来流动，即电流流过如下路径：线圈V→第三开关元件Q13的二极管D→晶体管Tr3→第一端子19a→第二端子19b→线圈V。因此，在将晶体管Tr3、晶体管Tr4和第三开关元件Q13保持于导通和关断状态中的同一个状态中的同时，通过控制第四开关元件Q14的通断时间，可以产生通过第二单相输出部分13B的具有正弦波形的电流。控制器21控制第四开关元件Q14的通断时间，使得具有正弦波形的电流流过第二单相输出部分13B。

当在电流沿着由图9中的虚线所示的路径流动的同时关断第三开关元件Q3时，电流沿着图9中由一个长划与两条短划交错形成的线所表示的路径来流动，即电流流过如下路径：线圈V→第二端子19b→第一端子19a→晶体管Tr2→第四开关元件Q4的二极管D→线圈V。因此，在将晶体管Tr1和Tr2和第四开关元件Q4保持于导通和关断状态中的同一个状态中的同时，通过控制第三开关元件Q3的通断时间，可以产生通过第一单相输出部分13A的、具有正弦波形的电流。控制器21控制第三开关元件Q3的通断时间，使得具有正弦波形的电流流过第一单相输出部分13A。

同样，在货物处理电路中，当在电流沿着图9中的虚线所示的路径流动的同时关断第三开关元件Q13时，电流沿着图9中由一个长划与两条短划交错形成的线所表示的路径来流动，即电流流过如下路径：线圈V→第二端子19b→第一端子19a→晶体管Tr4→第四开关元件Q14的二极管D→线圈V。因此，在将晶体管Tr1和Tr2和第四开关元件Q4保持于导通和关断状态中的同一个状态中的同时，通过控制第三开关元件Q13的通断时间，可以产生通过第二单相输出部分13B的、具有正弦波形的电流。控制器21控制第三开关元件Q13的通断时间，使得具有正弦波形的电流流过第二单相输出部分13B。

因此，除了第一实施例的优点(1)至(5)之外，第二实施例还具有下面的优点：

(6)为了将电池17的电力转换为交流电力并将其提供到200V线路(商用线路)，需要6个专用元件(晶体管)。然而，通过利用合并于电池交通工具中的三相电机(交通工具驱动电机16和货物处理电机26)和用于控制三相电机的交通工具驱动逆变器15和货物处理逆变器25，控制器21能够通过使用四个开关元件(晶体管Tr1、Tr2、Tr3和Tr4)将电池17的电力供应到200V线路，这四个开关元件(晶体管Tr1、Tr2、Tr3和Tr4)分别与整流器电路14、24的二极管D1、D2、D3和D4并联。因此，当商用电源出现故障时或当处于商用电源不可用的位置时，也可以使用由200V电源(商用电源)驱动的电子装置。

在充电期间，取代对交通工具驱动逆变器15的一组开关元件Q3和Q4或货物处理逆变器25的一组开关元件Q13、Q14进行通断控制，可以交替地对开关元件Q3、Q4、Q13、Q14和开关元件Q5、Q6、Q15、Q16进行通断控制。在该情况下，交替地重复下述两种状态：利用流过开关元件Q3、Q4、Q13、Q14的电流来进行充电的状态；以及利用流过开关元件Q5、Q6、Q15、Q16的电流来进行充电的状态。这分散了开关元件的散热，并且降低了逆变器过热。因此，增加了能够提供给逆变器的充电电流。

在充电期间，在将交通工具驱动逆变器15的一组开关元件Q1和Q2与货物处理逆变器25的一组开关元件Q11、Q12保持于关断状态的同时，可以对多组开关元件Q3、Q4、Q13、Q14、Q5、Q6、Q15、Q16进行通断控制。具体地说，第三和第五开关元件Q3和Q5被控制于导通和关断状态中的同一个状态，并且第四和第六开关元件Q4和Q6被控制于导通和关断状态中的同一个状态。而且，第三和第五关元件Q13和Q15也被控制于导通和关断状态中的同一个状态，并且第四和第六开关元件Q14和Q16也被控制于导通和关断状态中的同一个状态。在该情况下，在充电期间电流被分散到不同组的开关元件。这分散了开关元件的加热，并且减少了逆变器的过热。因此，增加了能够提供给逆变器的充电电流。

电池充电电路并非必须用于诸如电池叉车等具有两个三相电机的交通工具中，而是可以用于具有单个三相电机(例如，交通工具驱动电机)的电动交通工具的交通工具充电电路中。在该情况下，如图10中所示，电池充电电路包括单相输出变压器37，单相输出变压器37经由开关36而连接到单相交流电源35(例如，200V交流电源)。单相变压器37的次级侧输出部分连接到第一整流器电路14、交通工具驱动逆变器15和交通工具驱动电机16。第一整流器电路14是具有串联的两个二极管D1、D2的串联电路，并且二极管D1和D2之间的连接点连接到单相变压器37的第一端子37a。开关元件Q1的发射极和开关元件Q2的集电极之间的连接点“b”经由线路20连接到单相变压器37的第二端子37b。整流器电路14的正端子连接到电池17的正端子，并且整流器电路14的负端子连接到电池17的负端子。在该情况下，以与交通工具驱动逆变器15的充电方式相同的方式来对电池17进行充电。利用，可以使用家用电源进行充电。

可以将电池17的电力转换为交流电电力，并且提供到商用线路。在该情况下，在将晶体管Tr2和第三和第四开关元件Q3和Q4保持于导通和关断状态中的同一个状态的同时，通过对晶体管Tr1的通断时间进行控制，可以产生通过单相输出部分13A的具有正弦波形的电流，其中电流沿着由图8中的虚线所示的路径来流动。在将晶体管Tr4以及第三和第四开关元件Q13和Q14保持于导通和关断状态中的同一个状态的同时，通过控制晶体管Tr3的通断时间，可以产生通过单相输出部分13B的、具有正弦波形的电流。

即使在所述电池充电电路被用作具有单个三相电机(例如，交通工具驱动电机)的典型电动交通工具的交通工具充电电路的情况下，所述电池充电电路也可以被配置为：能够将电池17的电力转换为交流电电力并将其提供到商用线路。例如，如图11中所示，晶体管Tr1、Tr2分别与整流器电路14的二极管D1、D2并联。控制器21以与根据第二实施例的充电和转换供给相同的方式对晶体管Tr1和Tr2与开关元件Q1至Q6进行控制。

除了对开关元件Q1至Q6与Q11至Q16进行控制的控制器21之外，还可以提供用于对晶体管Tr1至Tr4进行的另一控制电路。然而，由于充电电路包括用于控制交通工具驱动逆变器15和货物处理逆变器25的控制器21，因此，在转换供给电流时使用同一控制器21对晶体管Tr1至Tr4进行控制减少了部件的数量。

使用电池充电电路的交通工具不限于具有用于供电的电池的电动交通工具，而还可以是除了汽油发动机或柴油发动机之外还具有从电池接收电力的交通工具驱动电机的混合动力交通工具。

电池充电电路可以用于具有三组电机和逆变器的电机驱动***中。在该情况下，使用具有三个单相输出部分的三相变压器，并且逆变器和整流器电路被连接到这些单相输出部分中的每一个。

只要具有用于从电池接收电力并且由三相逆变器来控制的三相电机，则电机驱动***不必是安装于交通工具上的电机驱动***，而可以是例如安装并传送于拖车(trailer)上的机械设备的电机驱动***。

变压器的单个输出部分的两个端子之一连接到整流器电路。另一个端子经由线路20连接到三相逆变器。与三相逆变器的一相对应的一组开关元件并非必须是用于U相的一组开关元件Q1和Q2(或一组开关元件Q11和Q12)。例如，该组开关元件可以是用于V相的一组开关元件Q3和Q4(或一组开关元件Q13和Q14)或用于W相的一组开关元件Q5、Q6(或一组开关元件Q15和Q16)。

交通工具驱动电机16和货物处理电机26的线圈U、V和W之间的连接不限于德耳塔连接(Delta Connection)，而可以是星形连接。

作为在交通工具驱动逆变器15和货物处理逆变器25中使用的开关元件，可以使用双极晶体管或MOSFET来取代IGBT。MOSFET具有寄生二极管。因此，与使用没有寄生二极管的IGBT或双极晶体管作为开关元件的情况不同，当使用MOSFET时，不必连接二极管D，因此简化了电池充电电路的结构。

取代IGBT，可以使用功率双极晶体管或MOSFET作为用作开关元件的晶体管Tr1至Tr4。

整流器电路14、24中的每一个可以是具有串联的三个或更多个二极管的串联电路。在该情况下，每一个串联电路被划分为两个部分，并且晶体管Tr1至Tr4中的每一个与一个所述部分并联。

充电方法不必是恒流-恒压-恒流(CC-CV-CC)方法，而可以是例如恒流-恒压(CC-CV)方法或多步骤恒流方法。

电池不限于液式铅酸电池，而可以是例如密封的铅酸电池、锂离子电池或镍氢电池等。

Claims

1.一种充电电路，用于为电池充电，所述电池用于向包括三相电机和用于控制所述三相电机的三相逆变器的电机驱动***供电，所述三相逆变器具有第一组至第三组开关元件，每组对应于三相中的一相，所述充电电路包括：

单相输出变压器，该单相输出变压器包括具有第一端子和第二端子的次级侧输出部分；

整流器电路，该整流器电路与所述三相逆变器和所述电池并联，该整流器电路连接到所述次级侧输出部分的第一端子；

将所述三相逆变器中的第一组开关元件之间的连接点与所述次级侧输出部分的第二端子连接的线路；以及

控制器，该控制器执行对所述第一组至第三组开关元件的通断控制，

其中，在所述电池的充电期间，所述控制器使第一组开关元件保持于关断状态，并且对第二组开关元件和第三组开关元件中的至少一组进行通断控制。

2.根据权利要求1所述的充电电路，其中，在所述电池的充电期间，所述控制器执行对所述第二组开关元件和第三组开关元件中的至少一组的通断控制，以使所述次级侧输出部分的电流波形与所述次级侧输出部分的电压波形匹配。

3.根据权利要求1所述的充电电路，其中，所述整流器电路包括串联电路和开关元件，所述串联电路被分为两个部分并且包括多个二极管，所述多个二极管彼此串联，使得阴极被布置在所述整流器电路的正侧上，并且每一个开关元件与所述串联电路的两个部分之一并联，并且

其中，所述控制器对与所述三相逆变器的一相对应的一组开关元件和所述整流器电路的开关元件进行通断控制，以将所述电池的电力提供给所述单相输出变压器的初级侧。

4.根据权利要求1所述的充电电路，其中：所述电机驱动***是包括交通工具驱动电机和货物处理电机的叉车的电机驱动***；所述单相输出变压器是包括第一单相输出部分和第二单相输出部分的斯柯特连接变压器；所述第一单相输出部分连接到交通工具驱动逆变器；并且所述第二单相输出部分连接到货物处理逆变器。

5.根据权利要求1所述的充电电路，其中，所述单相输出变压器被配置为输入单相交流电流。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的充电电路，其中，每一个开关元件是绝缘栅双极晶体管，每一个绝缘栅双极晶体管与二极管反并联。

7.一种用于对电池充电的方法，所述电池向电机驱动***供电，所述电机驱动***包括三相电机和用于控制所述三相电机的三相逆变器，所述三相逆变器包括第一组至第三组开关元件，每组对应于三相中的一相，所述方法包括：

提供包括具有第一端子和第二端子的次级侧输出部分的单相输出变压器；

将整流器电路与所述三相逆变器和所述电池并联；

将所述整流器电路与所述次级侧输出部分的第一端子连接；

将所述三相逆变器中的第一组开关元件之间的连接点与所述次级侧输出部分的第二端子连接；以及

在所述电池的充电期间，将第一组开关元件保持于关断状态，并且对第二组开关元件和第三组开关元件中的至少一组进行通断控制。