CN110356270B - 用于电动车辆的充电装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于电动车辆的充电装置。该装置包括电动机，其生成用于车辆行驶的功率。逆变器将功率供应到电动机。AC功率输入级从单相AC功率和多相AC功率当中接收AC输入功率。功率因数校正部包括全桥电路，其通过AC功率输入级接收AC输入功率。链路电容器通过功率因数校正部、电动机和逆变器的组合进行充电。开关网络具有第一开关和第二开关，第一开关将AC功率输入级的AC功率输入线和中性线中的一个连接到功率因数校正部，并且第二开关选择性地将AC功率输入级连接到功率因数校正部或链路电容器。控制器基于所接收的AC输入功率条件操作功率因数校正部和开关网络。

Description

用于电动车辆的充电装置
技术领域
本公开涉及车辆，并且更具体地涉及用于被配置为仅使用电动机的动力行驶的电动车辆的充电装置。
背景技术
与被设计为通过燃烧化石燃料获取主要能量的内燃机车辆不同，电动车辆被设计为使用电能作为主要能源。因此，电动车辆必须包括用于在其中存储电能的高电压电池、用作动力源的电动机以及用于驱动电动机的逆变器。
用于对电动车辆的电池充电的充电器可以被分类为慢速充电器和高速充电器。慢速充电器可以将商用交流(AC)功率传输到车辆而不进行转换。高速充电器可以将商用AC功率转换为直流(DC)功率，并且将DC功率传输到车辆。慢速充电器具有简化的结构和低价格，使得可以更容易地开发慢速充电器。然而，为了使用慢速充电器，需要将车载充电器(OBC)安装在电动车辆内。
通过慢速充电器提供的AC功率的类型根据安装慢速充电器的国家而变化。为了使用各种类型的AC功率对电动车辆的电池充电，车载充电器(OBC)必须应对各种类型的AC功率。
发明内容
因此，本公开的方面在于提供一种用于电动车辆的充电装置，其具有减小的尺寸和简化的结构，并且在从各种类型的电源接收功率时对电动车辆的电池充电。本公开的附加方面将部分地在以下描述中阐述，并且将部分地将从描述中显而易见，或者可以通过本公开的实践来学习。
根据本公开的方面，一种用于电动车辆的充电装置可以包括：电动机，被配置为生成驱动电动车辆所需的动力；逆变器，被配置为将功率供应到电动机；交流(AC)功率输入级，被配置为接收单相AC功率和多相AC功率当中的至少一种AC输入功率；具有多个全桥电路的功率因数校正部，被配置为通过AC功率输入级接收AC输入功率；滤波电容器，通过功率因数校正部、电动机和逆变器的至少一种组合进行充电；开关网络，具有第一开关S1和至少一个第二开关，第一开关S1用于将AC功率输入级的AC功率输入线和中性线中的任一个连接到功率因数校正部，并且至少一个第二开关用于选择性地将AC功率输入级连接到功率因数校正部或滤波电容器；和控制器，被配置为基于通过AC功率输入级接收的AC输入功率的条件来操作功率因数校正部和开关网络。
多个全桥电路还可以包括第一全桥电路和第二全桥电路。第一全桥电路的第一支路可以连接到AC功率输入级的第一AC功率输入线；并且第一全桥电路的第二支路可以经由第一开关S1选择性地连接到AC功率输入级的第二AC功率输入线和中性线中的任一个。第二全桥电路的第一支路可以经由第三开关S5连接到逆变器的三个支路中的任一个；并且第二全桥电路的第二支路可以经由第四开关S2连接到AC功率输入级的第三AC功率输入线。
开关网络还可以包括：第五开关S3，其被设置为连接第一全桥电路的第一支路和第二全桥电路的第一支路；和第六开关S4，其被设置为连接第一全桥电路的第二支路和第二全桥电路的第二支路。开关网络还可以包括：第七开关S7，其被设置为将滤波电容器的一端连接到电池的正(+)电极。开关网络还可以包括：第八开关S6，其被设置为连接第一全桥电路的上端和滤波电容器的上述一端。AC输入功率的条件可以包括AC输入功率的多相条件和单相条件。AC输入功率的条件可以包括AC输入功率的对称功率条件和非对称功率条件。
根据本公开的另一个方面，一种用于电动车辆的充电装置可以包括：电动机，被配置为生成驱动电动车辆所需的动力；逆变器，被配置为将功率供应到电动机；交流(AC)功率输入级，被配置为接收单相AC功率和多相AC功率当中的至少一种AC输入功率；具有第一全桥电路和第二全桥电路的功率因数校正部，被配置为通过AC功率输入级接收AC输入功率；滤波电容器，通过功率因数校正部、电动机和逆变器的至少一种组合进行充电；开关网络，具有第一开关S1和至少一个第二开关，第一开关S1用于将AC功率输入级的AC功率输入线和中性线中的任一个连接到功率因数校正部，并且至少一个第二开关用于选择性地将AC功率输入级连接到功率因数校正部或滤波电容器。
此外，充电装置可以包括控制器，其被配置为基于通过AC功率输入级接收的AC输入功率的条件来操作功率因数校正部和开关网络。第一全桥电路的第一支路可以连接到AC功率输入级的第一AC功率输入线；第一全桥电路的第二支路可以经由第一开关S1选择性地连接到AC功率输入级的第二AC功率输入线和中性线中的任一个；第二全桥电路的第一支路可以经由第三开关S5连接到逆变器的三个支路中的任一个；以及第二全桥电路的第二支路可以通过第四开关S2连接到AC功率输入级的第三AC功率输入线。
开关网络还可以包括第五开关S3，其被设置为连接第一全桥电路的第一支路和第二全桥电路的第一支路；和第六开关S4，其被设置为连接第一全桥电路的第二支路和第二全桥电路的第二支路。开关网络还可以包括第七开关S7，其被设置为将滤波电容器的一端连接到电池的正(+)电极。
开关网络还可以包括第八开关S6，其被设置为连接第一全桥电路的上端和滤波电容器的上述一端。AC输入功率的条件可以包括AC输入功率的多相条件和单相条件。AC输入功率的条件可以包括AC输入功率的对称功率条件和非对称功率条件。
根据本公开的另一个方面，一种用于电动车辆的充电装置可以包括：电动机，被配置为生成驱动电动车辆所需的动力；逆变器，被配置为将功率供应到电动机；交流(AC)功率输入级，被配置为接收单相AC功率和多相AC功率当中的至少一种AC输入功率；具有第一全桥电路和第二全桥电路的功率因数校正部，被配置为通过AC功率输入级接收AC输入功率；滤波电容器，通过功率因数校正部、电动机和逆变器的至少一种组合进行充电；开关网络，具有第一开关S1和至少一个第二开关，第一开关S1用于将AC功率输入级的AC功率输入线和中性线中的任一个连接到功率因数校正部，并且至少一个第二开关用于选择性地将AC功率输入级连接到功率因数校正部或滤波电容器；以及控制器，被配置为基于通过AC功率输入级接收的AC输入功率的条件来操作功率因数校正部和开关网络。
第一全桥电路的第一支路可以连接到AC功率输入级的第一AC功率输入线；第一全桥电路的第二支路可以经由第一开关S1选择性地连接到AC功率输入级的第二AC功率输入线和中性线中的任一个；第二全桥电路的第一支路可以经由第三开关S5连接到逆变器的三个支路中的任一个；以及第二全桥电路的第二支路可以经由第四开关S2连接到AC功率输入级的第三AC功率输入线。开关网络还可以包括：第五开关S3，其被设置为连接第一全桥电路的第一支路和第二全桥电路的第一支路；第六开关S4，其被设置为连接第一全桥电路的第二支路和第二全桥电路的第二支路；第七开关S7，其被设置为将滤波电容器的一端连接到电池的正(+)电极；以及第八开关S6，其被设置为将第一全桥电路的上端连接到滤波电容器的上述一端。AC输入功率的条件可以包括AC输入功率的多相条件和单相条件。AC输入功率的条件可以包括AC输入功率的对称功率条件和非对称功率条件。
附图说明
本公开的这些和/或其他方面将从以下结合附图对示例性实施例的描述变得显而易见并且更容易理解，其中：
图1是示出根据本公开的示例性实施例的电动车辆的外观的视图；
图2是示出根据本公开的示例性实施例的用于电动车辆的充电装置的方框图；
图3是示出根据本公开的示例性实施例的车载充电器(OBC)的配置的视图；
图4A-图4C是示出根据本公开的示例性实施例的嵌入在OBC中的各种类型的电源的视图；
图5是示出根据本公开的示例性实施例的应对双相对称电源以用于在北美使用的开关网络的接通/断开(on/off)组合的视图；
图6是示出根据本公开的示例性实施例的应对双相对称电源以用于在北美使用的开关网络的接通/断开组合的视图；
图7是示出根据本公开的示例性实施例的应对单相非对称电源以用于在北美使用的开关网络的接通/断开组合的视图；
图8是示出根据本公开的示例性实施例的应对单相非对称电源以用于在北美使用的开关网络的接通/断开组合的视图；
图9A和图9B是示出根据本公开的示例性实施例的应对三相对称电源以用于在欧洲使用的开关网络的接通/断开组合的视图；
图10是示出根据本公开的示例性实施例的应对三相对称电源以用于在欧洲使用的开关网络的接通/断开组合的视图；
图11是示出根据本公开的示例性实施例的应对单相非对称电源以用于在韩国和欧洲使用的开关网络的接通/断开组合的视图；
图12是示出根据本公开的示例性实施例的应对单相非对称电源以用于在韩国和欧洲使用的开关网络的接通/断开组合的视图；
图13是示出根据本公开的示例性实施例的OBC的第一修改实施例的视图；以及
图14是示出根据本公开的示例性实施例的OBC的第二修改实施例的视图。
具体实施方式
应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它相似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途汽车(SUV)的乘用车、公共汽车、卡车、各种商业车辆、包括各种船只和船舶的水上车辆、飞行器，等等，并包括混合动力车辆、电动车辆、***式混合动力电动车辆、氢动力车辆，以及其它代用燃料车辆(例如得自除石油之外的资源的燃料)。如本文所提及，混合动力车辆为具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力车辆和电动车辆。
尽管示例性实施例被描述为使用多个单元以执行示例性过程，理解的是，还可通过一个或多个模块执行示例性过程。此外，理解的是，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器经配置存储模块并且处理器经具体配置执行所述模块，以便执行下面进一步描述的一个或多个过程。
此外，本发明的控制逻辑可被实现为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读媒介，所述计算机可读介质包含通过处理器、控制器/控制单元等等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软磁盘、闪盘驱动、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读介质还可分布在网络耦合的计算机***中，以便以分布式方式存储和执行计算机可读媒介，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)。
本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并非旨在限制本发明。如本文所使用，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解的是，本说明书中所使用的术语“包含”和/或“包括”，在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、部件和/或其集合的存在或附加。如本文所用，术语“和/或”包括关联的列出项目中的一个或多个的任何与全部组合。
除非特别陈述或从上下文明显，如本文所用，术语“大约”理解为在本领域中正常容差的范围内，例如在平均值的2个标准差内。“大约”，可以理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非上下文另有明确说明，否则本文所提供的所有数值都由术语“大约”修饰。
将对本公开的示例性实施例作出详细参考，本公开的示例在随附附图中示出，其中相同的参考标记贯穿全文指示相同的元件。
图1是示出根据本公开的示例性实施例的电动车辆的外观的视图。参考图1，电动车辆100可以包括电动机212(在图2中)。因此，电动车辆100可以还包括高电压电池102，其被配置为存储用于驱动电动机212的功率。也可以在一般内燃机车辆中的发动机室的一侧上安装辅助电池208(在图2中)。然而，电动车辆100需要大的高容量高电压电池102，而辅助电池208(在图2中)可以设置在通用内燃机车辆的发动机舱的一侧。在根据示例性实施例的电动车辆100中，高电压电池102可以安装在后乘客座椅的下部空间中。存储在高电压电池102中的功率可以用于通过驱动电动机212(在图2中)来产生动力。根据示例性实施例的高电压电池102可以是锂电池。
电动车辆100可以包括充电插座104。特别地，外部慢速充电器150的充电连接器152可以连接到充电插座104，并且因此可以通过电力或功率对高电压电池102充电。换句话说，当慢速充电器150的充电连接器152连接到电动车辆100的充电插座104时，可以通过电力或功率对电动车辆100的高电压电池102充电。
图2是示出根据本公开的示例性实施例的用于电动车辆的充电装置的方框图。参考图2，慢速充电器150可以用于对高电压电池102充电。高电压电池102可以具有大约400V-800V的充电电压。慢速充电器150可以被配置为在不转换的情况下向电动车辆100供应AC功率。通过慢速充电器150供应的AC功率可以通过电动车辆100被转换为预定DC电压。
嵌入在电动车辆100中的车载充电器(OBC)202可以用于对高电压电池102充电。OBC 202可以被配置为将从慢速充电器150供应的AC功率转换为大约800V的DC电压，并且可以被配置为通过800V的DC电压对高电压电池102充电。慢速充电器150可以被配置为在不转换的情况下向电动车辆100供应AC功率。通过慢速充电器150供应的AC电压可以由OBC 202转换为DC电压，并且可以用于对高电压电池102充电。
再次参考图2，逆变器206可以被配置为将高电压电池102的功率转换为具有电动机212所需的电气特性，并且将功率传递到电动机212。电动机212可以被配置为通过由逆变器206传输的功率旋转而产生动力。在图2所示的充电装置中，电动机212和逆变器206可以根据需要与OBC 202一起用于对高电压电池102充电。
图3是示出根据本公开的示例性实施例的车载充电器(OBC)的电路框图。图3示出OBC 202如何连接到高电压电压102、逆变器206和电动机212。参考图3，OBC 202可以包括输入部312、升压功率因数校正部314和功率继电器组件316。输入部312可以被配置为从外部AC电源接收AC功率。输入部312可以包括5条输入线L1、L2、L3、N和G、EMI(电磁干扰)滤波器322和开关S1。
特别地，EMI滤波器322可以被配置为去除所接收的AC功率中包括的噪声。EMI滤波器322可以连接到五条输入线L1、L2、L3、N和G。此外，可以通过输入线L1、L2、L3、N和G将AC功率从外部AC电源输入到EMI滤波器322。输入线L1、L2和L3可以是AC功率输入线，N是中性线，并且G是地线。可以通过从五条输入线L1、L2、L3、N和G中的AC功率输入线L1、L2和L3将多达三相AC功率输入到EMI滤波器322。换句话说，可以通过所有的AC功率输入线L1、L2和L3将三相AC功率输入到EMI滤波器322。替换地，可以仅通过AC功率输入线L1和L2将双相AC功率输入到EMI滤波器322，或者可以仅通过AC功率输入线L1和中性线N将单相AC功率输入到EMI滤波器322。
此外，输入部312的开关S1可以将AC功率输入线L2和中性线N中的任何一个连接到EMI滤波器322。如果所输入的AC功率是三相AC功率或双相AC功率，则可以操作开关S1以将AC功率输入线L2连接到EMI滤波器322。如果所输入的AC功率是单相AC功率，则可以操作开关S1以将中性线N连接到EMI滤波器322。升压功率因数校正部314可以包括：第一全桥电路，其包括开关元件Q1、Q2、Q3和Q4；以及第二全桥电路，其包括开关元件Q5、Q6、Q7和Q8。设置在开关元件Q1与Q3之间的第一支路342、设置在开关元件Q2与Q4之间的第二支路344、设置在开关元件Q5与Q7之间的第三支路346，以及设置在开关元件Q6与Q8之间的第四支路348可以连接到EMI滤波器322。
第一支路342可以被配置为检测从EMI滤波器322传输到升压功率因数校正部314的全桥电路的相电流I1。第二支路344可以被配置为检测从EMI滤波器322传输到升压功率因数校正部314的全桥电路的相电流I2。第三支路346可以被配置为检测从EMI滤波器322传输到升压功率因数校正部314的全桥电路的相电流I3。第四支路348可以被配置为检测从EMI滤波器322传输到升压功率因数校正部314的全桥电路的相电流I4。第一支路至第四支路342、344、346和348中的每个可以包括电感器部件。
在根据图3所示的本公开的示例性实施例的充电装置中，构成升压功率因数校正部314的全桥电路可以在一组中包括四个开关元件Q1、Q2、Q3和Q4以及两个支路342和344(第一全桥电路)，以及在另一组中包括其他四个开关元件Q5、Q6、Q7和Q8以及两个支路346和348(第二全桥电路)。第一全桥电路和第二全桥电路可以并联连接在EMI滤波器322与将稍后描述的电容器C1之间。
在第一全桥电路中，第一支路342可以连接到AC功率输入线L1，并且第二支路344可以连接到AC功率输入线L2和中性线N。可以基于设置在输入部312处的开关S1的接通/断开来确定AC功率输入线L2和中性线N中的哪一个连接到第二支路344。当开关S1断开时，AC功率输入线L2可以连接到第二支路344，而当开关S1接通时，中性线N可以连接到第二支路344。
在第二全桥电路中，第三支路346可以经由开关S3连接到AC功率输入线L1，并且第四支路348可以经由开关S4连接到AC功率输入线L2和中性线N，以及经由开关S2连接到AC功率输入线L3。因此，当开关S2断开并且开关S3接通时，第三支路346可以连接到AC功率输入线L1。可以基于设置在输入部312处的开关S1的接通/断开来确定AC功率输入线L2和中性线N中的哪一个连接到支路348。当开关S1断开时，AC功率输入线L2可以连接到第四支路348，而当开关S1接通时，中性线N可以连接到第四支路348。相反，当开关S2接通时，第四支路348可以连接到AC功率输入线L3，并且当开关S4在该状态下接通时，第一全桥电路的第二支路344也可以连接到AC功率输入线L3。
另一开关S5的第一端可以连接到第二全桥电路的第三支路346和开关S3所连接的节点，开关S5的第二端可以连接在稍后描述的逆变器206的开关元件QC与QF之间。当开关S3和S5都接通时，AC功率输入线L1和第一支路342可以连接在逆变器206的开关元件QC与QF之间。替换地，当开关S3断开并且开关S5接通时，仅第二全桥电路的第三支路346可以连接在逆变器206的开关元件QC与QF之间。升压功率因数校正部314可以包括上面描述的电容器C1，其为PFC滤波电容器(link capacitor)。电容器C1可以设置在第一全桥电路和第二全桥电路的两端之间。
在升压功率因数校正部314中还可以包括开关S6和S7。开关S6可以设置在第一全桥电路和第二全桥电路中的每个的上端与电容器C1的正(+)电极之间，并且也可以并联连接到功率因数校正元件P1。开关S7可以设置在电容器C1的两端，并且可以将升压功率因数校正部314和稍后描述的功率继电器组件316电连接。换句话说，升压功率因数校正部314可以经由开关S7电连接到功率继电器组件316。升压功率因数校正部314还可以经由开关S7电连接到高电压电池102的两端。
电容器CY1和CY2可以串联连接到功率继电器组件316，所述电容器CY1和CY2中的每个用作等效建模电容器Y。电容器CY1和CY2互连的节点可以接地。两个开关BS1和BS2以及单个功率因数元件P2可以设置在电容器CY1与高电压电池102的正(+)电极之间。开关BS1和功率因数元件P1可以串联连接在电容器CY1与高电压电池102的正(+)电极之间，并且开关BS2可以与该串联连接结构并联连接。
开关BS3可以设置在电容器CY2与高电压电池102的负(-)电极之间。逆变器206可以包括六个开关元件QA、QB、QC、QD、QE和QF。可以分别将通过开关元件QC和QF生成的电流、通过开关元件QB和QE生成的电流以及通过开关元件QA和QD生成的电流传输到电动机212的三相线圈。
设置在OBC 202中的开关网络所包括的多个开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、BS1、BS2和BS3可以由图2中示出的控制器210操作，并且可以被接通或断开。根据本公开的示例性实施例，可以通过开关网络中所包括的多个开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、BS1、BS2和BS3的各种接通/断开组合，使用各种类型的AC功率对高电压电池102充电。可以在下文中参考图4A-图4C描述各种类型的AC功率。
可以通过控制器210操作图3中所示的开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、BS1、BS2和BS3的接通操作和断开操作，并且还可通过控制器210操作图3中所示的开关元件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、QA、QB、QC、QD、QE和QF的接通操作和断开操作。
图4A-图4C是示出根据本公开的示例性实施例的嵌入在OBC中的各种类型的电源的视图。图4A是示出双相对称电源的视图。参考图4A，双相对称电源可以允许将电力供给电压划分成两个电压1/2Vac和-1/2Vac。由于两个电压1/2Vac和-1/2Vac可以具有相反的相位，因此这两个电压可以被称为双相对称电源。图4A中示出的双相对称电源主要用于北美。
图4B是示出单相非对称电源的视图。参考图4B，单相非对称电源可以提供在具有单个相位的单个电压(Vac)中形成的电力供给电压。由于单个电压(Vac)具有单个相位，因此单个电压(Vac)可以被称为单相非对称电源。图4B中示出的单相非对称电源主要用于韩国、北美和欧洲。
图4C是示出三相对称电源的视图。参考图4C，三相非对称电源可以允许将电力供给电压划分成三个电压Va、Vb和Vc。由于三个电压Va、Vb和Vc可以具有不同的相位，因此这三个电压可以被称为三相非对称电源。图4C中示出的三相非对称电源主要用于欧洲。
如上所述，所使用的AC电源的类型根据国家而变化，使得根据示例性实施例的OBC202旨在通过开关网络的接通/断开组合来应对各个国家的各种类型的AC功率。例如，对于双相对称电源，实现了在单相全桥逆变器类型中形成的升压功率因数校正部，使得可以通过功率对高电压电池102充电。对于单相非对称电源，实现了在单相全桥逆变器类型中形成的升压功率因数校正部连同降压转换器，使得也可以通过功率对高电压电池102充电。对于三相对称电源，三支路升压功率因数校正部与电动机/逆变器、降压转换器一起实现，使得可以对高电压电池102充电。
图5到图12是示出应对各种类型的AC电源以在各个国家使用的开关网络的接通/断开组合的视图。图5和图6是示出应对双相对称电源以在北美使用的开关网络的接通/断开组合的视图。具体地，图5是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值大于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。图6是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值小于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。
图7到图8是示出应对单相非对称电源以在北美使用的开关网络的接通/断开组合的视图。具体地，图7是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值显著小于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。图8是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值小于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。
图9和图10是示出应对三相对称电源以在欧洲使用的开关网络的接通/断开组合的视图。具体地，图9是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值大于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。图10是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值小于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。
图11和图12是示出应对单相非对称电源以在韩国和欧洲使用的开关网络的接通/断开组合的视图。具体地，图11是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值大于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。图12是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值小于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。
图5是示出应对双相对称电源以在北美使用的开关网络的接通/断开组合的视图。具体地，图5是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压大于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。在图5中，在开关网络中使用的各开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、BS1、BS2和BS3的接通/断开组合如下所示。
S1：接通，S2：断开，S3：断开，S4：断开，S5：接通，S6：接通，S7：断开
BS1：接通，BS2：接通，BS3：接通
可以接通开关S1以将中性线N连接到EMI滤波器322，使得可以通过AC功率输入线L1和中性线N将双相对称AC功率输入到电动车辆。可以断开开关S2、S3和S4全部，以使AC功率输入线L1、L2和L3与第二全桥电路的支路346和348断开。然而，由于接通了开关S5和S6，因此第二全桥电路的第三支路346和逆变器206可以被连接。还可以断开开关S7。另外，可以接通升压功率因数校正部314的开关元件Q1、Q4和Q5以及逆变器206的开关元件QC。逆变器206的开关元件QC可以一直维持接通操作。
在图5中，通过上述开关网络的接通/断开组合，可以沿图5的虚线箭头指示的路径通过第一全桥电路对电容器C1充电。电容器C1的充电电压可以沿图5的实线箭头指示的路径通过第二全桥电路和逆变器206对高电压电池102充电。由于电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压大于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)，因此执行通过电容器C1的充电电压对高电压电池102充电的操作。
由于通过上述开关网络的接通/断开组合实现了单相全桥逆变器型升压功率因数校正部和降压转换器模式，因此实现结果可以应对在北美使用的双相对称电源。
图6是示出应对双相对称电源以在北美使用的开关网络的接通/断开组合的视图。具体地，图6是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压小于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。在图6中，在开关网络中使用的各开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、BS1、BS2和BS3的接通/断开组合如下所示。
S1：接通，S2：断开，S3：接通，S4：接通，S5：断开，S6：接通，S7：接通
BS1：接通，BS2：接通，BS3：接通
可以接通开关S1以将中性线N连接到EMI滤波器322，以允许通过AC功率输入线L1和中性线N将双相对称AC功率输入到电动车辆。可以断开开关S2和S5，并且可以接通开关S3、S4、S6和S7。作为结果，第二全桥电路的第三支路346可以经由开关S3和S4连接到AC功率输入线L1，并且第四支路348可以连接到中性线N。另外，可以接通升压功率因数校正部314的开关元件Q1、Q4、Q5和Q8。
通过上述开关网络的接通/断开组合，可以沿图6的虚线箭头指示的路径通过第一全桥电路对高电压电池102直接充电。可以沿图6的实线箭头指示的路径通过第二全桥电路对高电压电池102直接充电。由于电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压小于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)，可以执行通过EMI滤波器322接收的双相对称AC功率对高电压电池102充电的操作。由于通过上述开关网络的接通/断开组合实现了单相全桥逆变器型升压功率因数校正部，因此实现结果可以应对在北美使用的双相对称电源。
图7是示出应对单相非对称电源以在北美使用的开关网络的接通/断开组合的视图。具体地，图7是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压显著小于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。在图7中，在开关网络中使用的各开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、BS1、BS2和BS3的接通/断开组合如下所示。
S1：接通，S2：断开，S3：断开，S4：断开，S5：接通，S6：接通，S7：断开
BS1：接通，BS2：接通，BS3：接通
可以接通开关S1以将中性线N连接到EMI滤波器322，以允许通过AC功率输入线L1和中性线N将双相对称AC功率输入到电动车辆。可以断开开关S2、S3和S4全部，使得AC功率输入线L1、L2和L3可以与第二全桥电路的支路346和348断开。然而，由于接通了开关S5和S6，因此第二全桥电路的第三支路346和逆变器206可以被连接。还可以断开开关S7。另外，可以接通升压功率因数校正部314的开关元件Q1、Q4和Q5以及逆变器206的开关元件QC。第二全桥电路的开关元件Q5可以一直维持接通操作。
通过上述开关网络的接通/断开组合，可以沿图7的虚线箭头指示的路径通过第一全桥电路对电容器C1充电。电容器C1的充电电压可以沿图7的实线箭头指示的路径通过第二全桥电路和逆变器206对高电压电池102充电。由于电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压小于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)，因此可以执行通过电容器C1的充电电压对高电压电池102充电的操作。由于通过上述开关网络的接通/断开组合实现了单相全桥逆变器型升压功率因数校正部和降压转换器模式，因此实现结果可以应对在北美使用的单相非对称电源。
图8是示出应对单相非对称电源以在北美使用的开关网络的接通/断开组合的视图。具体地，图8是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压小于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。在图8中，在开关网络中使用的各开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、BS1、BS2和BS3的接通/断开组合如下所示。
S1：接通，S2：断开，S3：断开，S4：断开，S5：断开，S6：接通，S7：接通
BS1：接通，BS2：接通，BS3：接通
可以接通开关S1以将中性线N连接到EMI滤波器322，以允许通过AC功率输入线L1和中性线N将双相对称AC功率输入到电动车辆。可以断开开关S2、S3、S4和S5，并且可以接通开关S6和S7。作为结果，第一全桥电路的第一支路342可以连接到AC功率输入线L1，并且第二支路344可以连接到中性线N。另外，可以接通升压功率因数校正部314的开关元件Q1和Q4。
通过上述开关网络的接通/断开组合，可以沿图8中的虚线箭头指示的路径对高电压电池102直接充电。由于电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压小于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)，可以执行通过EMI滤波器322接收的双相对称AC功率对高电压电池102充电的操作。由于通过上述开关网络的接通/断开组合实现了单相全桥逆变器型升压功率因数校正部，因此实现结果可以应对在北美使用的单相非对称电源。
图9A和图9B是示出应对三相对称电源以在欧洲使用的开关网络的接通/断开组合的视图。具体地，图9A和图9B是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压大于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。在图9中，在开关网络中使用的各开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、BS1、BS2和BS3的接通/断开组合如下所示。
S1：断开，S2：接通，S3：断开，S4：断开，S5：接通，S6：接通，S7：断开
BS1：接通，BS2：接通，BS3：接通
可以接通开关S1以将AC功率输入线L2连接到EMI滤波器322。可以断开开关S3、S4和S7并且可以接通开关S3和S4。可以断开开关S3和S4，以将AC功率输入线L1连接到第一全桥电路的第一支路342，并且将AC功率输入线L2连接到第二支路344(即，不连接到第二全桥电路)。此外，可以接通开关S2、S5和S6，以将第二全桥电路的第三支路346连接到逆变器206，并且将第四支路348连接到AC功率输入线L3。
在图9A中，虚线箭头指示三相AC功率当中通过AC功率输入线L1输入的功率的一个相的流，单点划线箭头指示三相AC功率当中通过AC功率输入线L2输入的功率的一个相的流，以及双点划线箭头指示三相AC功率当中通过AC功率输入线L3输入的功率的一个相的流。可以通过这种三相AC功率对电容器C1充电。在图9B中，实线箭头指示充入电容器C1中的功率对高电压电池102充电所通过的路径。因此，可以针对每个相输入选择性地接通升压功率因数校正部414的开关元件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6和Q8以及逆变器206的开关元件QB。
通过上述开关网络的接通/断开组合，可以沿图9A中的虚线箭头指示的路径对电容器C1充电。电容器C1的充电电压可以沿图9B的实线箭头指示的路径通过逆变器206对高电压电池102充电。由于电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压大于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)，因此可以执行通过电容器C1的充电电压对高电压电池102充电的操作。
通过上述开关网络的接通/断开组合，可以使用单相间电压(即，单线间电压)实现三相升压功率因数校正部和降压转换器模式，使得实现结果可以应对在欧洲使用的三相对称电源。
图10是示出应对三相对称电源以在欧洲使用的开关网络的接通/断开组合的视图。具体地，图10是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压小于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。在图10中，在开关网络中使用的各开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、BS1、BS2和BS3的接通/断开组合如下所示。
S1：断开，S2：接通，S3：断开，S4：断开，S5：断开，S6：接通，S7：接通
BS1：接通，BS2：接通，BS3：接通
可以接通开关S1以将AC功率输入线L2连接到EMI滤波器322。可以断开开关S3、S4和S5并且可以接通开关S2、S6和S7。可以断开开关S3和S4，以将AC功率输入线L1连接到第一全桥电路的第一支路342，并且将AC功率输入线L2连接到第二支路344(即，不连接到第二全桥电路)。此外，可以接通开关S2、S6和S7，以将第二全桥电路的第四支路348连接到AC功率输入线L3。
在图10中，虚线箭头指示三相AC功率当中通过AC功率输入线L1输入的功率的一个相的流，单点划线箭头指示三相AC功率当中通过AC功率输入线L2输入的功率的一个相的流，以及双点划线箭头指示三相AC功率当中通过AC功率输入线L3输入的功率的一个相的流。可以通过这种三相AC功率对电容器C1充电。
通过上述开关网络的接通/断开组合，可以沿图10中的虚线箭头指示的路径对高电压电池102直接充电。由于电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压小于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)，可以执行通过EMI滤波器322接收的三相对称AC功率对高电压电池102充电的操作。由于可以通过上述开关网络的接通/断开组合实现三相升压功率因数校正部，因此实现结果可以应对在欧洲使用的三相对称电源。
图11是示出应对单相非对称电源以在韩国和欧洲使用的开关网络的接通/断开组合的视图。具体地，图11是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压大于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。在图11中，在开关网络中使用的各开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、BS1、BS2和BS3的接通/断开组合如下所示。
S1：接通，S2：断开，S3：断开，S4：断开，S5：接通，S6：接通，S7：断开
BS1：接通，BS2：接通，BS3：接通
可以接通开关S1以将中性线N连接到EMI滤波器322，以允许通过AC功率输入线L1和中性线N将三相非对称AC功率输入到电动车辆。可以断开开关S2、S3和S4全部，以使AC功率输入线L1、L2和L3与第二全桥电路的支路346和348断开。然而，由于接通了开关S5和S6，因此第二全桥电路的第三支路346和逆变器206可以被连接。还可以断开开关S7。另外，可以接通升压功率因数校正部314的开关元件Q1、Q4和Q5以及逆变器206的开关元件QC。逆变器206的开关元件QC可以一直维持接通操作。
通过上述开关网络的接通/断开组合，可以沿图11的虚线箭头指示的路径通过第一全桥电路对电容器C1充电。电容器C1的充电电压可以沿图11的实线箭头指示的路径通过第二全桥电路和逆变器206对高电压电池102充电。由于电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压大于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)，因此可以执行通过电容器C1的充电电压对高电压电池102充电的操作。由于通过上述开关网络的接通/断开组合实现了单相全桥逆变器型升压功率因数校正部和降压转换器模式，因此实现结果可以应对在韩国和欧洲使用的单相非对称电源。
图12是示出应对单相非对称电源以在韩国和欧洲使用的开关网络的接通/断开组合的视图。具体地，图12是示出当电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压小于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)时，控制开关网络的方法的视图。在图12中，在开关网络中使用的各开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、BS1、BS2和BS3的接通/断开组合如下所示。
S1：接通，S2：断开，S3：接通，S4：接通，S5：断开，S6：接通，S7：接通
BS1：接通，BS2：接通，BS3：接通
可以接通开关S1以将中性线N连接到EMI滤波器322，以允许通过AC功率输入线L1和中性线N将双相对称AC功率输入到电动车辆。可以断开开关S2和S5，并且可以接通开关S3、S4、S6和S7。作为结果，可以使升压功率因数校正部314的第三支路346和逆变器206相互电隔离。第二全桥电路的第三支路346可以连接到AC功率输入线L1，并且第四支路348可以通过被接通的开关S3和S4连接到中性线N。第一全桥电路的第一支路342还可以连接到AC功率输入线L1，并且第二支路344还可以连接到中性线N。另外，可以接通升压功率因数校正部314的开关元件Q1、Q4、Q5和Q6。
通过上述开关网络的接通/断开组合，可以沿图12中的虚线箭头指示的路径对高电压电池102直接充电。可以沿图12的实线箭头指示的路径通过第二全桥电路对高电压电池102直接充电。由于电容器C1的电压(Vc1)的峰值电压小于高电压电池102的充电请求电压(Vbatt)，因此可以执行通过EMI滤波器322接收的双相对称AC功率对高电压电池102充电的操作。作为结果，当使升压功率因数校正部314的第三支路346和逆变器206相互电隔离时，可以断开开关S5，使得通过EMI滤波器322接收的双相对称AC功率可以对高电压电池102直接充电。
通过上述开关网络的接通/断开组合，实现了单相全桥逆变器型升压功率因数校正部，使得实现结果可以应对在韩国和欧洲使用的单相对称电源。
图13是示出根据本公开的示例性实施例的OBC的第一修改实施例的视图。在图13中所示的OBC的第一修改实施例中，电容器C1的两端可以与高电压电池102断开，并且电容器C1的仅一个下端(例如，其第一端)可以连接到高电压电池102。未连接到高电压电池102的电容器C1的第二端可以经由开关S7连接到功率继电器组件316的开关BS1和开关BS2，并且因此当通过升压功率因数校正部314输入非对称功率时，开关BS3可以操作为用于阻止漏电的开关。
图14是示出根据本公开的示例性实施例的OBC的第二修改实施例的视图。在图14所示的OBC的第二修改实施例中，AC功率输入线L1可以经由开关S3和S5连接到逆变器206的全部三个支路。通过该结构，可以使用逆变器206实现多个全桥电路降压/升压功能，以用于驱动电动机212。
如从以上描述显而易见，根据本公开的示例性实施例的用于电动车辆的充电装置具有小尺寸的简化结构，并且在接收各种类型的电源时对电动车辆的电池充电。
将理解的是，以上描述仅是技术思想的说明，并且在不脱离本公开的基本特征的情况下可以进行各种修改、变更和替换。因此，上述示例性实施例和附图旨在说明而非限制技术思想，并且技术思想的范围不受这些实施例和附图的限制。以上描述的范围应根据随附权利要求解释，并且在其范围内的所有技术思想应被解释为包括在权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种用于电动车辆的充电装置，包括：
电动机，被配置为：生成驱动电动车辆所需的动力；
逆变器，被配置为：将功率供应到电动机；
交流AC功率输入级，被配置为：接收单相AC功率和多相AC功率当中的至少一种AC输入功率；
具有多个全桥电路的功率因数校正部，被配置为：通过AC功率输入级接收AC输入功率；
滤波电容器，通过功率因数校正部、电动机和逆变器的至少一种组合进行充电；
开关网络，具有第一开关和至少一个第二开关，所述第一开关用于将AC功率输入级的AC功率输入线和中性线中的任一个连接到功率因数校正部，并且所述至少一个第二开关用于选择性地将AC功率输入级连接到功率因数校正部或滤波电容器；和
控制器，被配置为：基于通过AC功率输入级接收的AC输入功率的条件来操作功率因数校正部和开关网络。
2.根据权利要求1所述的充电装置，其中，所述多个全桥电路还包括：
第一全桥电路和第二全桥电路。
3.根据权利要求2所述的充电装置，其中：
第一全桥电路的第一支路连接到AC功率输入级的第一AC功率输入线；并且
第一全桥电路的第二支路通过第一开关选择性地连接到AC功率输入级的第二AC功率输入线和中性线中的任一个。
4.根据权利要求3所述的充电装置，其中：
第二全桥电路的第一支路经由第三开关连接到逆变器的三个支路中的任一个；并且
第二全桥电路的第二支路经由第四开关连接到AC功率输入级的第三AC功率输入线。
5.根据权利要求4所述的充电装置，其中，所述开关网络还包括：
第五开关，被设置为连接第一全桥电路的第一支路和第二全桥电路的第一支路；和
第六开关，被设置为连接第一全桥电路的第二支路和第二全桥电路的第二支路。
6.根据权利要求5所述的充电装置，其中，所述开关网络还包括：
第七开关，被设置为将滤波电容器的一端连接到电池的正电极。
7.根据权利要求6所述的充电装置，其中，所述开关网络还包括：
第八开关，被设置为连接第一全桥电路的上端和滤波电容器的上述一端。
8.根据权利要求1所述的充电装置，其中，AC输入功率的条件包括AC输入功率的多相条件和单相条件。
9.根据权利要求1所述的充电装置，其中，AC输入功率的条件包括AC输入功率的对称功率条件和非对称功率条件。
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