DE112015001920T5 - Stromquellenvorrichtung - Google Patents

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Takae Shimada
Hiroyuki Shoji
Takayuki Oouchi
Fumihiro Sato
Eigo Kishimoto
Kenji Kubo
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Hitachi Automotive Systems Ltd
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Abstract

Es wird eine Stromquellenvorrichtung geschaffen, die eine hohe Effizienz aufweist. Eine Stromquellenvorrichtung 1 enthält einen isolierten Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer 2, der eine Spannung einer Wechselstromquelle 10 aufnimmt und eine Zwischenkreisspannung Vlink ausgibt, einen bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3, der die Zwischenkreisspannung Vlink aufnimmt, um eine Hauptbatterie 5 zu laden, einen isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 4, der die Zwischenkreisspannung Vlink aufnimmt, um einen Verbraucher 7 mit Energie zu versorgen, eine Betriebsart, in der die Energie aus der Wechselstromquelle 10 zu der Hauptbatterie 5 zugeführt wird, und eine Betriebsart, in der die Energie aus der Hauptbatterie 5 zu dem Verbraucher 7 zugeführt wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stromquellenvorrichtung, die eine Wechselspannung aufnimmt, um eine Batterie zu laden.
  • Stand der Technik
  • In den letzten Jahren ist aufgrund eines wachsenden globalen Umweltbewusstseins ein weitergehender Gebrauch eines Elektrofahrzeugs und eines Plugin-Hybridfahrzeugs erwünscht. In diesen Fahrzeugen ist eine Hauptbatterie montiert, um Motoren mit Energie zu versorgen, während das Fahrzeug fährt. Um die Hauptbatterie mit weniger Energie sicher zu laden, wenn sie aus einer kommerziellen Wechselstromquelle geladen wird, ist eine Notwendigkeit vorhanden, eine Stromquellenvorrichtung zu montieren, die eine Funktion zum Isolieren der kommerziellen Energie von der Hauptbatterie aufweist. Die Stromquellenvorrichtung ist erforderlich, um eine hohe Umsetzungseffizienz zu erreichen. PTL 1 offenbart eine Resonanzladevorrichtung, die mit einem Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer und einem Resonanz-Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer versehen ist, und auf eine Verbesserung der Umsetzungseffizienz sowohl durch Erhöhen einer Eingangsspannung des Resonanz-Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers als auch eine Erhöhung einer Batteriespannung ausgerichtet ist.
  • Zusätzlich ist in diesen Fahrzeugen ein isolierter Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer montiert, um zusätzliche Systemverbraucher elektrischer Komponenten aus der Hauptbatterie mit Energie zu versorgen, während das Fahrzeuge fährt.
  • Entgegenhaltungsliste
  • Patentliteratur
    • PTL 1: JP 2012-85378 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Es ist wünschenswert, dass die Hauptbatterie mit einer maximalen Leistung geladen wird, die eingegeben werden darf, um die Hauptbatterie in kurzer Zeit vollständig zu laden. Deshalb wird eine Stromkapazität des Resonanz-Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers in der Resonanzladevorrichtung, die in PTL 1 offenbart ist, einfach groß, da der Ladestrom unter einer Bedingung, dass die Hauptbatterie eine niedrige Spannung aufweist, groß wird.
  • Im Allgemeinen wird der isolierte Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer leicht weniger effizient, wenn der Eingangsspannungsbereich zu weit eingestellt ist. Deshalb wird es in einem Fall, in dem ein Betriebsspannungsbereich der Hauptbatterie weit ist, schwierig zu erreichen, dass der isolierte Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer eine hohe Effizienz aufweist.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stromquellenvorrichtung zu schaffen, die eine Wechselspannung aufnimmt und eine hohe Effizienz zum Laden der Batterie aufweist.
  • Lösung des Problems
  • Um das vorstehende Ziel zu erreichen, enthält eine Stromquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung: einen isolierten Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer, der eine Wechselspannung aufnimmt und eine Zwischenkreisspannung ausgibt; und einen bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer, der die Zwischenkreisspannung aufnimmt, um eine Batterie zu laden, und die geladene Energie aufnimmt, um die Zwischenkreisspannung auszugeben.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine Stromquellenvorrichtung zu schaffen, die einen Wechselstrom aufnimmt und eine hohe Effizienz zum Laden einer Batterie aufweist.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Diagramm, das eine Stromquellenvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform und ein Stromquellensystem eines Elektrofahrzeugs 100, das die Stromquellenvorrichtung einsetzt, schematisch darstellt.
  • 2 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Energieflusses des Elektrofahrzeugs 100 und der Stromquellenvorrichtung 1 zur Zeit des Ladens gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 3 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Energieflusses der Stromquellenvorrichtung 1 und des Elektrofahrzeugs 100, während das Fahrzeug fährt, gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 4 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Stromquellenvorrichtung 1a gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
  • 5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Spannung Vb einer Hauptbatterie 5 und einer Zwischenkreisspannung Vlink gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
  • 6 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Betriebs der Stromquellenvorrichtung 1a während einer Zeitspanne, in der die Hauptbatterie 5 gemäß der zweiten Ausführungsform geladen wird.
  • 7 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Betriebs der Stromquellenvorrichtung 1a während einer Zeitspanne, in der die Hauptbatterie 5 gemäß der zweiten Ausführungsform geladen wird.
  • 8 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Betriebs der Stromquellenvorrichtung 1a während einer Zeitspanne, in der die Hauptbatterie 5 gemäß der zweiten Ausführungsform geladen wird.
  • 9 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Stromquellenvorrichtung 1b gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
  • 10 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration eines bidirektionalen Umsetzers 3c gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachstehend werden hier Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Stromquellenvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform und ein Stromquellensystem eines Elektrofahrzeugs 100, das die Stromquellenvorrichtung einsetzt, schematisch darstellt. Eine Stromquellenvorrichtung 1 ist mit einem Ladeverbindungselement 101, das mit einer Wechselstromquelle 10 verbunden ist, einer Hauptbatterie 5, die mit einem Umsetzer 102 zur Energieversorgung eines Inverters 103, der einen Antriebsmotor 104 antreibt, verbunden ist, und einem Verbraucher 7, der mit einer Niederspannungsbatterie 6 eines Zusatzsystems verbunden ist, verbunden.
  • Die Stromquellenvorrichtung 1 nimmt die Energie der Wechselstromquelle 10 auf und enthält einen isolierten Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer 2, der eine Zwischenkreisspannung Vlink ausgibt, der von der Wechselstromquelle 10 isoliert ist, einen bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3, der die Zwischenkreisspannung Vlink aufnimmt, um die Hauptbatterie 5 zu laden, und einem isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 5, der die Zwischenkreisspannung Vlink aufnimmt, um den Verbraucher 7 mit Energie zu versorgen.
  • Das Folgende ist die Beschreibung eines Energieflusses der Stromquellenvorrichtung 1 und des Elektrofahrzeugs 100 zur Zeit des Ladens mit Bezug auf 2. Zur Zeit des Ladens nimmt der isolierte Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer 2 die Energie der Wechselstromquelle 10 auf, um die Zwischenkreisspannung Vlink auszugeben, und der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3 nimmt die Zwischenkreisspannung Vlink auf, um die Hauptbatterie 5 zu laden. Zusätzlich wird in einem Fall, wenn der Verbraucher 7 die Energie verbraucht hat, der Verbraucher durch die Energie aus der Zwischenkreisspannung Vlink durch Betreiben des isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 4 versorgt. Auf diese Weise wird zur Zeit des Ladens die Hauptbatterie 5 geladen, und der Verbraucher 7 wird unter Verwendung der Energie der Wechselstromquelle 10 mit der Energie versorgt.
  • Das Folgende ist die Beschreibung des Energieflusses der Stromquellenvorrichtung 1 und des Elektrofahrzeugs 100 während das Fahrzeug fährt, mit Bezug auf 3. Während das Fahrzeug fährt, wird der Antriebsmotor 104 aus der Hauptbatterie 5 über den Umsetzer 102 und den Inverter 103 mit Energie versorgt. Der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3 nimmt die Energie der Hauptbatterie 5 auf, um die Zwischenkreisspannung Vlink auszugeben, und der Verbraucher 7 wird aus der Zwischenkreisspannung Vlink durch Betreiben des isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 4 mit Energie versorgt. Auf diese Weise wird, während das Fahrzeug fährt, der Verbraucher 7 unter Verwendung der Energie der Hauptbatterie 5 mit Energie versorgt.
  • Wie vorstehend beschrieben enthält die Stromquellenvorrichtung 1 dieser Ausführungsform den bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3 zwischen der Zwischenkreisspannung Vlink und der Hauptbatterie 5. Mit dieser Konfiguration kann, selbst in einem Fall, in dem der Spannungsbereich der Hauptbatterie 5 weit ist, ein Spannungsbereich der Zwischenkreisspannung Vlink enger als der der Hauptbatterie 5 gemacht werden.
  • Zur Zeit des Ladens in der herkömmlichen Stromquellenvorrichtung, die keinen bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3 aufweist, gibt der isolierte Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer die Spannung der Hauptbatterie 5 aus. Im Allgemeinen wird die Effizienz des Umsetzers einfach erniedrigt, wenn der Eingangsspannungsbereich weit ist, und auch die Kosten werden einfach erhöht. Deshalb wird in einem Fall, in dem die Spannung der Hauptbatterie 5 weit ist, der Ausgangsspannungsbereich des isolierten Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzers weit. Dementsprechend ist darin ein Problem vorhanden, dass die Effizienz des isolierten Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzers zur Zeit des Ladens einfach erniedrigt wird, und auch die Kosten einfach erhöht werden.
  • Zusätzlich wird die Spannung der Hauptbatterie 5 zu der Eingangsspannung des isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers, während das Fahrzeug fährt. Deshalb wird in einem Fall, in dem der Spannungsbereich der Hauptbatterie 5 weit ist, der Eingangsspannungsbereich des isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers weit. Dementsprechend ist darin ein Problem vorhanden, dass die Effizienz des isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers während das Fahrzeug fährt ebenfalls erniedrigt wird, und auch die Kosten einfach erhöht werden.
  • In dieser Hinsicht ist in der Stromquellenvorrichtung 1 dieser Ausgangsspannung der Ausgangsspannungsbereich des isolierten Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzers 2 zur Zeit des Ladens der Spannungsbereich der Zwischenkreisspannung Vlink. Zusätzlich ist der Eingangsspannungsbereich des isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 4 während das Fahrzeug fährt ebenfalls der Spannungsbereich der Zwischenkreisspannung Vlink. Wie vorstehend beschrieben kann der Spannungsbereich der Zwischenkreisspannung Vlink enger sein als der der Hauptbatterie 5. Aus diesem Grund können in der Stromquellenvorrichtung 1 dieser Ausführungsform der Ausgangsspannungsbereich des isolierten Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzers und der Eingangsspannungsbereich des isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers enger sein als der aus dem Stand der Technik, und eine hohe Effizienz und ein niedriger Aufwand können erreicht werden, selbst zur Zeit des Ladens und des Fahrens.
  • Zweite Ausführungsform
  • 4 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Stromquellenvorrichtung 1a gemäß dieser Ausführungsform darstellt. Die Stromquellenvorrichtung 1a enthält einen isolierten Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer 2a, der die Energie der Wechselstromquelle 10 aufnimmt und die Zwischenkreisspannung Vlink ausgibt, die von der Wechselstromquelle 10 zwischen den Knoten Nd1 und Nd2, isoliert ist, einen bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a, der die Zwischenkreisspannung Vlink aufnimmt, um die Hauptbatterie 5 zu laden, einen isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 4a, der die Zwischenkreisspannung Vlink aufnimmt, den Verbraucher 7 mit Energie zu versorgen, und eine Steuereinheit 11, die diese Umsetzer steuert.
  • Der isolierte Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer 2a enthält eine Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung 8a, die die Spannung der Wechselstromquelle 10 aufnimmt, um eine Gleichspannung auszugeben, und eine Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a, die die Gleichspannung aufnimmt, die durch die Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung 8a ausgegeben wird, um die isolierte Zwischenkreisspannung Vlink auszugeben.
  • In der Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung 8a wird die Spannung der Wechselstromquelle 10 unter Verwendung von Dioden D11 bis D14, die in einer Brücke verbunden sind, zweiwegegleichgerichtet. Die zweiwegegleichgerichtete Spannung wird in eine verstärkende Gleichstromstellerschaltung eingegeben, die durch einen Glättungsinduktor L1, ein Schaltelement Q10, eine Diode D10 und einen Glättungskondensator C1 konfiguriert ist. Die Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung 8a gibt eine Gleichspannung zwischen beiden Enden des Glättungskondensators C1 aus. Die Steuereinheit 11 führt Leistungsfaktorverbesserung aus, in der der Eingangsstrom aus der Wechselstromquelle 10 so gesteuert wird, dass er eine Sinuswellenform fast ähnlich der Spannung der Wechselstromquelle 10 ist.
  • Die Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a enthält einen Transformator T1, in dem eine Wicklung N1, die durch einen Resonanzkondensator Cr1 und einen Resonanzinduktor Lr1, die in Reihe geschaltet sind, konfiguriert ist, und eine Wicklung N2 magnetisch kombiniert sind. Hierbei kann der Resonanzinduktor Lr1 in einigen Fällen nicht vorgesehen sein, abhängig von einer Streuinduktivität und einer Leitungsinduktivität des Transformators T1.
  • Eine Rechteckspannung wird aus der Spannung erzeugt, die in den Glättungskondensator C1 eingegeben wird, unter Verwendung einer Umschaltschaltung, die durch die Vollbrückenschaltung aus den Schaltelementen Q1 bis Q4 konfiguriert ist. Die Rechteckspannung wird an einen Reihenschaltungskörper aus dem Resonanzkondensator Cr1, dem Resonanzinduktor Lr1 und der Wicklung N1 angelegt, um zu bewirken, dass ein Resonanzstrom in die Wicklung N1 fließt. Ein Strom, der in der Wicklung N2 induziert wird, wird durch eine Gleichrichterschaltung, die durch eine Brückenschaltung der Dioden D21 bis D24 konfiguriert ist, gleichgerichtet und durch einen Glättungskondensator C2 geglättet. Dann wird die Zwischenkreisspannung Vlink zwischen den Knoten Nd1 und Nd2 ausgegeben. Ferner sind die Dioden D1 bis D4 jeweils mit den Schaltelementen Q1 bis Q4 verbunden.
  • Auf diese Weise bildet die Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a einen Resonanzumsetzer und steuert die Ausgabe im Wesentlichen durch Ändern von Schaltungsfrequenzen der Schaltelemente Q1 bis Q4.
  • Der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a enthält einen Glättungskondensator C3, der zwischen den Anschlüssen Tm1 und Tm2 verbunden ist, Schaltelemente Q5 und Q6, die in Reihe zwischen den Anschlüssen Tm1 und Tm2 verbunden sind, und einen Glättungsinduktor L2 und einen Glättungskondensator C4, die in Reihe zwischen beiden Enden des Schaltelements Q6 verbunden sind. Beide Enden des Glättungskondensators C4 sind als die Anschlüsse Tm3 und Tm4 verwendet. Die Zwischenkreisspannung Vlink ist zwischen den Anschlüssen Tm1 und Tm2 verbunden, und die Hauptbatterie 5 ist zwischen den Anschlüssen Tm3 und Tm4 verbunden. Die Dioden D5 und D6 sind mit den Schaltelementen Q5 bzw. Q6 verbunden.
  • Der isolierte Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 4a gibt die Zwischenkreisspannung Vlink zwischen beiden Enden eines Glättungskondensators C5 ein, der zwischen den Knoten Nd1 und Nd2 verbunden ist, und versorgt den Verbraucher 7, der zwischen beiden Enden eines Glättungskondensators C6 verbunden ist, mit Energie.
  • Es ist ein Transformator T10 bereitgestellt, in dem eine Wicklung N10, die in Reihe mit einem Resonanzinduktor Lr10 verbunden ist, mit den Wicklungen N11 und N12 magnetisch kombiniert ist. Hierbei kann der Resonanzinduktor Lr10 in einigen Fällen nicht vorgesehen sein, abhängig von einer Streuinduktivität und einer Leitungsinduktivität des Transformators T10. Eine Spannung ist an die Wicklung N10 unter Verwendung einer Spannung des Glättungskondensators C5 aus den Schaltelementen H1 bis H4, die in Brückenschaltung verbunden sind, angelegt. Eine Spannung, die in den Wicklungen N11 bis N12 erzeugt wird, ist an einen Glättungsinduktor L3 über die Dioden DS1 und DS2 angelegt, um den Strom fließen zu lassen. Die Spannung wird durch den Glättungskondensator C6 geglättet und zu dem Verbraucher 7 ausgegeben. Ferner sind die Dioden DH1 bis DH4 parallel zu den Schaltelementen H1 bis H4 verbunden.
  • In einem Fall, in dem MOSFETs als Schaltelemente S1 und S2 verwendet werden, die antiparallel mit den Dioden DS1 und DS2 verbunden sind, ist es möglich, eine synchronisierte Gleichrichtung zu realisieren, in der Schaltelemente S1 und S2 während einer Zeitspanne, wenn die Dioden DS1 und DS2 durchgeschaltet sind, in einen EIN-Zustand gehen, so dass der Strom der Dioden DS1 und DS2 in die Schaltelemente S1 und S2 geteilt wird, um einen Verlust zu reduzieren.
  • Die Dioden D1 bis D6, DH1 bis DH4, DS1 und DS2 sind antiparallel zu den Schaltelementen Q1 bis Q6, H1 bis H4, S1 und S2 verbunden. Hier können in einem Fall, in dem MOSFETs als die Schaltelemente Q1 bis Q6, H1 bis H4, S1 und S2 verwendet werden, parasitische Dioden der MOSFETs als die Dioden D1 bis D6, DH1 bis DH6, DS1 und DS2 verwendet werden. Zusätzlich können in einigen Fällen zwei aus den Glättungskondensatoren C2, C3 und C5, die parallel geschaltet sind, weggelassen werden.
  • Die Schaltelemente Q1 bis Q6, H1 bis H4, S1 und S2 werden durch die Steuereinheit 11 gesteuert. Die Steuereinheit 11 ist mit einem Spannungssensor 21 zum Detektieren einer zweiwegegleichgerichteten Spannung der Wechselstromquelle 10, einem Spannungssensor 22 zum Detektieren einer Gleichspannung, die aus der Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung 8a ausgegeben wird, einem Spannungssensor 23 zum Detektieren der Zwischenkreisspannung Vlink, einem Spannungssensor 24 zum Detektieren einer Spannung des Glättungskondensators C4 (das heißt einer Spannung der Hauptbatterie 5), einem Spannungssensor 25 zum Detektieren einer Ausgangsspannung des isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 4a, einem Stromsensor 31 zum Detektieren eines zweiwegegleichgerichteten Stroms der Wechselstromquelle 10, einem Stromsensor 32 zum Detektieren eines Ausgangsstroms der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a, einem Stromsensor 33 zum Detektieren eines Stroms des Glättungsinduktors L2 (das heißt eines Storms der Hauptbatterie 5) und einem Stromsensor 34 zum Detektieren eines Ausgangsstroms des isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 4a verbunden.
  • Wie vorstehend beschrieben bildet die Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a einen Resonanzumsetzer und steuert die Ausgabe im Wesentlichen durch Ändern der Schaltfrequenzen der Schaltelemente Q1 bis Q4, um die Größe des Resonanzstroms, der in den Wicklungen N1 und N2 fließt, anzupassen. Insbesondere wird eine Schaltfrequenz erhöht, um die Ausgangsspannung zu erniedrigen (was die Ausgangsleistung reduziert), und im Gegensatz dazu wird die Schaltfrequenz erniedrigt, um die Ausgangsspannung zu erhöhen (was die Ausgangsleistung steigert). Deshalb ist ein Bedarf vorhanden, den Variationsbereich der Schaltfrequenz weit zu machen, um den Ausgangsspannungsbereich zu erweitern. Wenn jedoch die Schaltfrequenz zu hoch eingestellt ist, wird der Sperrstrom der Schaltelemente Q1 bis Q4 erhöht, und somit wird der Schaltverlust erhöht. Zusätzlich wird, wenn die Schaltfrequenz zu niedrig eingestellt ist, ein Spitzenwert des Stroms, der in den Schaltelementen Q1 bis Q4 und den Wicklungen N1 bis N2 fließt, erhöht, und somit kann der Leitungsverlust erhöht sein. Deshalb wird, wenn der Ausgangsspannungsbereich der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a (das heißt der Ausgangsspannungsbereich des isolierten Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzers 2a) erweitert wird, der Verlust erhöht und die Effizienz wird einfach erniedrigt.
  • Zusätzlich steuert der isolierte Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 4a die Ausgabe durch Ändern eines Zeitverhältnisses (nachstehend als eine Auslastung bezeichnet) einer Zeitspanne, wenn das Schaltelement H1 (H2) und das Schaltelement H4 (H3) beide in den EIN-Zustand übergehen, um ein Zeitverhältnis der Spannung, die an die Wicklung N10 angelegt werden soll, anzupassen. Die Ausgangsspannung wird groß, wenn die Auslastung erhöht wird. Die Auslastung ist maximiert, wenn das Schaltelement H1 (H2) und das Schaltelement H4 (H3) gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden. In einem Fall, in dem die Eingangsspannung des isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 4a erniedrigt wird, ist es möglich zu verhindern, dass die Ausgangsspannung erniedrigt wird, durch Erhöhen der Auslastung. Wenn jedoch die Eingangsspannung weiter erniedrigt wird, kann eine erwünschte Ausgangsleistung nicht erhalten werden, obwohl die Auslastung maximiert ist. Um eine erwünschte Ausgangsleistung zu erhalten, selbst in einem Zustand, wenn die Eingangsspannung niedrig ist, ist ein Wicklungsverhältnis (die Anzahl von Wicklungen der Wicklung N11/die Anzahl der Wicklungen der Wicklung N10, die Anzahl von Wicklungen der Wicklung N12/die Anzahl von Wicklungen der Wicklung N10) des Transformators groß eingestellt. Wenn das Wicklungsverhältnis groß eingestellt ist, wird eine hohe Spannung in den Wicklungen N11 und N12 erzeugt, selbst zu einer Zeit, wenn die Eingangsspannung niedrig ist. Deshalb ist es möglich, einfach eine große Ausgangsleistung zu erhalten.
  • Wenn jedoch das Wicklungsverhältnis wie beschrieben groß eingestellt ist, wird zu der Zeit, wenn die Eingangsspannung hoch wird, eine höhere Spannung in den Wicklungen N11 und N12 erzeugt. Deshalb wird die Spannung, die an die Schaltelemente S1 und S2 und die Dioden DS1 und DS2 angelegt ist, ebenfalls hoch, und Elemente, die eine hohe Spannungsfestigkeit aufweisen, sind als die Schaltelemente S1 und S2 und die Dioden DS1 und DS2 erforderlich. Im Allgemeinen wird auch der Verlust groß, wenn die Spannungsfestigkeit des Schaltelements und der Diode erhöht wird. Deshalb weist, wenn der Eingangsspannungsbereich weit wird, der isolierte Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 4a einen erhöhten Verlust auf, und somit wird die Effizienz einfach erniedrigt.
  • Hier enthält die Stromquellenvorrichtung 1 dieser Ausführungsform den bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a, und der Spannungsbereich der Zwischenkreisspannung Vlink kann enger sein als derjenige der Hauptbatterie 5. In einem Fall, wenn die Hauptbatterie aus der Wechselstromquelle 10 geladen wird, betätigt der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a das Schaltelement Q5, um die Energie, die aus den Anschlüssen Tm1 und Tm2 eingegeben wird, zu den Anschlüssen Tm3 und Tm4 auszugeben. Zusätzlich wird in einem Fall, wenn der Verbraucher 7 mit der Energie aus der Hauptbatterie 5 versorgt wird, das Schaltelement Q6 betätigt, um die Energie, die aus den Anschlüssen Tm3 und Tm4 eingegeben wird, zu den Anschlüssen Tm1 und Tm2 auszugeben. Zu dieser Zeit kann die Zwischenkreisspannung Vlink durch Steuern von EIN-Zeitverhältnissen der Schaltelemente Q5 und Q6 an irgendeinem Spannungswert (beispielsweise einer beinahe konstanten Spannung) in einem Spannungsbereich, die gleich oder größer ist als die Spannung der Hauptbatterie 5, gehalten werden.
  • Zusätzlich wird, wenn das Schaltelement Q5 fest an dem EIN-Zustand und das Schaltelement Q6 fest an einem AUS-Zustand ist, ein Durchschaltbetrieb aufgerufen. Die Anschlüsse Tm1 und Tm2 und die Anschlüsse Tm3 und Tm4 können durch den Glättungsinduktor L2 im Wesentlichen auf galvanische Weise kurzgeschaltet sein. Wenn der Durchschaltbetrieb ausgeführt wird, kann die Zwischenkreisspannung Vlink an beinahe demselben Spannungswert gehalten werden wie die Spannung der Hauptbatterie 5, während ein Schaltverlust und ein Kernverlust des Glättungsinduktors L2 verhindert werden, weil die Schaltelemente Q5 und Q6 nicht betätigt werden.
  • Der Spannungsbereich der Zwischenkreisspannung Vlink kann enger sein als derjenige der Hauptbatterie 5 durch den bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a. Deshalb kann der Ausgangsspannungsbereich des isolierten Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzers 2a in einem Fall, wenn die Hauptbatterie 5 aus der Wechselstromquelle 10 geladen wird, relativ eng sein, so dass verhindert werden kann, dass die Effizienz erniedrigt wird. Zusätzlich kann der Eingangsspannungsbereich des isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 4a in einem Fall, wenn der Verbraucher 7 mit Energie aus der Hauptbatterie 5 versorgt wird, relativ eng sein, so dass verhindert werden kann, dass die Effizienz erniedrigt wird. Deshalb kann die Stromquellenvorrichtung 1 dieser Ausführungsform die Hauptbatterie 5 aus der Wechselstromquelle 10 mit einer hohen Effizienz laden. Zusätzlich kann der Verbraucher 7 effizient mit Energie aus der Hauptbatterie 5 mit einer hohen Effizienz versorgt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben tritt, wenn die Schaltelemente Q5 und Q6 des bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 3a betätigt werden, der Schaltverlust und der Kernverlust des Glättungsinduktors L2 auf. Deshalb kann hingegen die Effizienz erniedrigt werden, wenn die Zwischenkreisspannung Vlink an einer konstanten Spannung gehalten wird. In diesem Fall kann in einem Fall, wenn der Effizienzverbesserungseffekt (Verlustreduktionseffekt), der durch Verengen des Spannungsbereichs der Zwischenkreisspannung Vlink erhalten wird, durch eine Effizienzreduktion (Verlustzunahme) aufgrund des Betätigens der Schaltelemente Q5 und Q6 reduziert wird, der Durchschaltbetrieb ausgeführt werden.
  • Als ein Beispiel stellt 5 eine Beziehung zwischen einer Spannung Vb der Hauptbatterie 5 und der Zwischenkreisspannung Vlink dar. VbL repräsentiert eine Spannungsuntergrenze der Hauptbatterie 5, und VbH repräsentiert eine Spannungsobergrenze der Hauptbatterie 5. Hier wird in einem Fall, wenn die Spannung Vb der Hauptbatterie 5 gleich einem oder kleiner als ein Schwellenwert Vth ist, der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a betrieben, um die Zwischenkreisspannung Vlink an einer Zwischenkreisspannungsuntergrenze VlinkL zu halten. Andererseits wird in einem Fall, wenn die Spannung Vb der Hauptbatterie 5 gleich dem oder größer als der Schwellenwert Vth ist, der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a im Durchschaltbetrieb betrieben, um die Zwischenkreisspannung Vlink so einzustellen, dass sie im Wesentlichen gleich der Spannung Vb der Hauptbatterie 5 ist, während der Verlust in dem bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a unterdrückt ist. Durch diesen Betrieb ist der Spannungsbereich der Zwischenkreisspannung Vlink von der Zwischenkreisspannungsuntergrenze VlinkL (≈ der Schwellenwert Vth) zu der Zwischenkreisspannungsobergrenze VlinkH (≈ der Spannungsobergrenze VbH der Hauptbatterie 5) und wird enger als der Spannungsbereich der Hauptbatterie 5.
  • In 5 wird, wenn der Schwellenwert Vth hoch eingestellt ist, der Spannungsbereich der Zwischenkreisspannung Vlink eng. Deshalb ist der Verlust in dem isolierten Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer 2a und dem isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 4a reduziert. Da jedoch eine Änderung für den bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a, der dem Durchschaltbetrieb unterzogen werden soll, reduziert ist, ist eine Wahrscheinlichkeit, den Verlust in Übereinstimmung mit der Schaltoperation des bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 3a zu verursachen, erhöht. Andererseits wird, wenn der Schwellenwert Vth niedrig eingestellt ist, der Spannungsbereich der Zwischenkreisspannung Vlink erweitert. Deshalb wird der Verlust in dem isolierten Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer 2a und dem isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 4a erhöht, aber eine Wahrscheinlichkeit, dass der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a dem Durchschaltbetrieb unterzogen wird, wird erhöht. Dementsprechend ist eine Wahrscheinlichkeit, einen Verlust in Übereinstimmung mit der Schaltoperation des bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 3a zu verursachen, reduziert. Unter Berücksichtigung der vorstehenden Konfiguration kann der Schwellenwert Vth so bestimmt sein, dass der Gesamtverlust in der Stromquellenvorrichtung 1a klein wird.
  • Die 6 bis 8 stellen Änderungen der Zwischenkreisspannung Vlink beim Laden der Hauptbatterie 5, eine Ausgangsspannung (das heißt der Eingangsspannung Vdc der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a) der Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung 8a, einer Ausgangsspannung Vout (≈ der Spannung der Hauptbatterie 5) zwischen den Anschlüssen Tm3 und Tm4 des bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 3a, einer Ausgangsspannung Pout, einem Ausgangsstrom Iout und einer Zeit einer Schaltfrequenz fsw der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a dar.
  • In 6 wird der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a der Schaltoperation in einer Zeitspanne a1 unterzogen, die Zwischenkreisspannung Vlink ist so gehalten, dass sie höher ist als die Ausgangsspannung Vout, und die Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a kann mit Effizienz betrieben werden. Eine Zeitspanne a2 startet, wenn die Ausgangsspannung Vout erhöht wird, um die Zwischenkreisspannung Vlink zu erreichen, in Übereinstimmung mit der Ladung der Hauptbatterie 5. Der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a wird von dem Schaltbetrieb zu dem Durchschaltbetrieb geschaltet, um den Verlust des bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 3a zu unterdrücken. Da die Zwischenkreisspannung Vlink ebenfalls erhöht wird, wenn die Ausgangsspannung Vout erhöht wird, wird die Schaltfrequenz fsw der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a erniedrigt. Wenn die Ausgangsspannung Vout eine Ladungsendspannung erreicht, startet eine Zeitspanne a3. Der Ausgangsstrom Iout wird erniedrigt, um die Ausgangsspannung Vout an der Ladeendspannung zu halten.
  • Auf diese Weise, in der Operation von 6, wird die Zwischenkreisspannung Vlink höher eingestellt als die Spannung der Hauptbatterie 5 durch Veranlassen des bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 3a in dem Schaltbetrieb, in einem Fall, wenn die Spannung der Hauptbatterie 5 niedrig ist, so dass die Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a mit einer hohen Effizienz betrieben werden kann. Andererseits wird in einem Fall, wenn die Spannung der Hauptbatterie 5 hoch ist, so dass die Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a mit einer relativ hohen Effizienz betrieben werden kann, der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a dem Durchschaltbetrieb unterzogen, so dass der Verlust des bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 3a unterdrückt ist.
  • In 7 ist die Operation in einer Zeitspanne b1 ähnlich demjenigen in der Zeitspanne a1 von 6. Wenn eine Zeitspanne b2 erreicht wird, wird der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a von dem Schaltbetrieb zu dem Durchschaltbetrieb geschaltet, um den Verlust zu unterdrücken, und es wird unterdrückt, dass die Schaltfrequenz fsw der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a erniedrig wird, durch Erhöhen der Eingangsspannung Vdc der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a, wenn die Zwischenkreisspannung Vlink erhöht wird. Wenn der Anstieg der Eingangsspannung Vdc der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a beendet wird, startet eine Zeitspanne b3, die Schaltfrequenz fsw der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a wird erhöht, da die Zwischenkreisspannung Vlink erhöht wird. Die Operation in einer Zeitspanne b4 ist ähnlich derjenigen in der Zeitspanne a3 von 6. Die Reduzierung der Schaltfrequenz fsw der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a wird um eine Größe der Eingangsspannung Vdc der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a klein.
  • Auf diese Weise ist in die Operation von 7 eine Zeitspanne vorgesehen, wenn die Zwischenkreisspannung Vlink erhöht ist und die Eingangsspannung Vdc der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a erhöht ist während einer Zeitspanne, wenn der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a dem Durchschaltbetrieb unterzogen wird, zusätzlich zu der Operation von 6. Deshalb ist die Reduktion der Schaltfrequenz fsw der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a unterdrückt, und der Verlust der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a ist noch mehr reduziert.
  • In 8 ist die Operation in einer Zeitspanne c1 ähnlich derjenigen in der Zeitspanne a1 von 6. Die Zwischenkreisspannung Vlink in der Zeitspanne c1 ist so bestimmt, dass die Gesamteffizienz der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a und des bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 3a hoch wird. Der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a wird jedoch dem Durchschaltbetrieb unterzogen, um zu einer Zeitspanne c2 überzugehen, bevor die Ausgangsspannung Vout die Zwischenkreisspannung Vlink erreicht, in einem Fall, wenn die Ausgangsspannung Vout ansteigt, und der Einfluss der Effizienzreduktion der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a aufgrund des Anstiegs der Schaltfrequenz fsw der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a, wenn die Zwischenkreisspannung Vlink nach unten zu der Ausgangsspannung Vout reduziert ist, wird kleiner als die Effizienzverbesserung aufgrund des Durchschaltbetriebs des bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 3a. Die Operationen in den Zeitspannen c3 bis c5 sind ähnlich denjenigen in den Zeitspannen b2 bis b4 von 7.
  • Auf diese Weise wird in dieser Operation von 8 zusätzlich zu der Operation von 7 die Gesamteffizienz der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a und des bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 3a noch mehr erhöht durch den Durchschaltbetrieb des bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 3a, bevor die Ausgangsspannung Vout die Zwischenkreisspannung Vlink erreicht.
  • Ferner kann in 7, wenn ein Zeitanstieg, um die Eingangsspannung Vdc der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a in der Zeitspanne b2 zu erhöhen, erhöht wird, in einem Fall, wenn die Eingangsspannung Vdc der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a erhöht wird und außerdem die Schaltfrequenz fsw der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a allmählich erniedrigt wird, die Effizienz erhöht sein. Zusätzlich kann in einem Fall, wenn die Schaltfrequenz fsw der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a zu weit erhöht ist, um den Ausgangsstrom Iout in der Zeitspanne b4 zu reduzieren, die Effizienz in einem Fall erhöht werden, wenn die Eingangsspannung Vdc der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a erniedrigt wird. Die Situation ist dieselbe wie die in 8.
  • Dritte Ausführungsform
  • 9 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Stromquellenvorrichtung 1b gemäß dieser Ausführungsform darstellt. Die Stromquellenvorrichtung 1b enthält einen isolierten Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer 2b, der die Energie der Wechselstromquelle 10 aufnimmt und die Zwischenkreisspannung Vlink ausgibt, die von der Wechselstromquelle 10 zwischen den Knoten Nd1 und Nd10, isoliert ist, einen bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3b, der die Zwischenkreisspannung Vlink aufnimmt, um die Hauptbatterie 5 zu laden, und einen isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 4b, der die Zwischenkreisspannung Vlink aufnimmt, um den Verbraucher 7 mit Energie zu versorgen. Der isolierte Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer 2b enthält eine Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung 8b, die die Spannung der Wechselstromquelle 10 aufnimmt, um eine Gleichspannung auszugeben, und eine Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9b, die die Gleichspannung aufnimmt, die durch die Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung 8b ausgegeben wird, um eine isolierte Zwischenkreisspannung Vlink auszugeben.
  • In der Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung 8b sind eine Diode D15 und ein Schaltelement Q11, die in Reihe mit einem Ende eines Glättungsinduktors L11 zwischen beiden Enden des Glättungskondensators C1 verbunden sind, und eine Diode D16 und ein Schaltelement Q12, die in Reihe mit einem Ende eines Glättungsinduktors L12 zwischen beiden Enden des Glättungskondensators C1 verbunden sind, vorgesehen. Die Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung ist durch eine brückenlose Schaltung, die einen Strom aus der Wechselstromquelle 10 aufnimmt, zwischen dem anderen Ende des Glättungsinduktors L11 und dem anderen Ende des Glättungsinduktors L12 konfiguriert und gibt die Gleichspannung zwischen beiden Enden des Glättungskondensators C1 aus. Die Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung 8b der brückenlosen Schaltung weist einen Vorteil auf, dass sie eine hohe Effizienz im Vergleich zu der Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung 8a gemäß der zweiten Ausführungsform aufweist.
  • Die Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9b ist von der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a gemäß der zweiten Ausführungsform darin verschieden, dass der Resonanzkondensator Cr1 durch die Resonanzkondensatoren Cr11 und Cr12 konfiguriert ist, eine Halbbrückenschaltung, die durch Ersetzen der Schaltelemente Q3 und Q4 und der antiparallelen Dioden D3 und D4 unter den Schaltelementen Q1 bis Q4, die durch die antiparallelen Dioden D1 bis D4, die in Brückenschaltung verbunden sind, unter Verwendung der Resonanzkondensatoren Cr11 und Cr12 erhalten wird, und darin, dass die Dioden D23 und D24 unter den Dioden D21 bis D24, die in Brückenschaltung verbunden sind, durch die Glättungskondensatoren C21 bzw. C22 ersetzt sind. Die Zwischenkreisspannung Vlink wird zwischen den Knoten Nd11 und Nd12 ausgegeben. Die Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9b wird einfach im Vergleich zu der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung 9a, in der die Vollbrückenschaltung gemäß der zweiten Ausführungsform eingesetzt ist, vereinfacht.
  • Der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3b enthält den Glättungskondensator C3, der zwischen den Anschlüssen Tm1 und Tm2 verbunden ist, die Schaltelemente Q5 und Q6, die in Reihe zwischen den Anschlüssen Tm1 und Tm2 verbunden sind, einen Glättungsinduktor L21 und ein Schaltelement Q8, die in Reihe zwischen beiden Enden des Schaltelements Q6 verbunden sind, und ein Schaltelement Q7 und den Glättungskondensator C4, die in Reihe zwischen beiden Enden des Schaltelements Q8 verbunden sind. Beide Enden des Glättungskondensators C4 werden als die Anschlüsse Tm3 und Tm4 verwendet. Die Zwischenkreisspannung Vlink ist zwischen den Anschlüssen Tm1 und Tm2 verbunden, und die Hauptbatterie 5 ist zwischen den Anschlüssen Tm3 und Tm4 verbunden.
  • Der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3b ist durch eine H-Brückenschaltung konfiguriert, und die Zwischenkreisspannung Vlink kann gesteuert werden, um irgendeine Spannung zu sein, unabhängig von einem Größenverhältnis zwischen der Zwischenkreisspannung Vlink und der Spannung der Hauptbatterie 5. Natürlich kann, wenn die Schaltelemente Q5 und Q7 in dem EIN-Zustand und die Schaltelemente Q6 und Q8 in dem AUS-Zustand fest sind, der Durchschaltbetrieb ähnlich dem bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3a gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführt werden.
  • Der isolierte Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 4b gibt die Zwischenkreisspannung Vlink zwischen beiden Enden des Glättungskondensators C5 ein, der zwischen den Knoten Nd11 und Nd12 verbunden ist, und versorgt den Verbraucher 7, der zwischen beiden Enden des Glättungskondensators C6 verbunden ist, mit Energie. Es ist ein Transformtor T11 vorgesehen, der die Wicklung N10, die mit dem Resonanzinduktor Lr10 in Reihe verbunden ist, und eine Wicklung N13 magnetisch kombiniert. Die Spannung ist an die Wicklung N10 angelegt unter Verwendung der Spannung des Glättungskondensators C5 durch die Schaltelemente H1 bis H4, die in einer Brückenschaltung verbunden sind, die Spannung, die in der Wicklung N13 erzeugt wird, ist an die Glättungsinduktoren L32 und L31 über die Dioden DS1 und DS2 angelegt, um zu bewirken, dass der Strom fließt, und die Spannung wird durch den Glättungskondensator C6 geglättet, um zu dem Verbraucher 7 ausgegeben zu werden. Die synchronisierte Gleichrichtung kann in einem Fall ausgeführt werden, wenn die MOSFETs als die Schaltelemente S1 und S2 verwendet werden, die jeweils antiparallel mit den Dioden DS1 und DS2 verbunden sind. Der isolierte Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 4b kann die Anzahl von Wicklungen im Vergleich zu dem isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 4a gemäß der zweiten Ausführungsform reduzieren.
  • Die Dioden D1, D2, D5 bis D8, DQ11, DQ12, DH1 bis DH4, DS1 und DS2 sind jeweils antiparallel mit den Schaltelementen Q1, Q2, Q5 bis Q8, Q11, Q12, H1 bis H4, S1 und S2 verbunden.
  • Ferner kann in einem Fall, wenn die Spannung der Hauptbatterie 5 höher ist als die Zwischenkreisspannung Vlink, der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3b durch einen bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3c, der in 10 dargestellt ist, ersetzt sein. Der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3c enthält den Glättungskondensator C3, der zwischen den Anschlüssen Tm1 und Tm2 verbunden ist, einen Glättungsinduktor L22 und das Schaltelement Q8, die in Reihe zwischen den Anschlüssen Tm1 und Tm2 verbunden sind, und die Schaltelemente Q7 und den Glättungskondensator C4, die in Reihe zwischen beiden Enden des Schaltelements Q8 verbunden sind. Beide Enden des Glättungskondensators C4 sind als die Anschlüsse Tm3 und Tm4 verwendet.
  • Der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3c kann die Konfiguration vereinfachen und eine hohe Spannung der Hauptbatterie 5 handhaben im Vergleich zu dem bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 3b. Natürlich kann, wenn das Schaltelement Q5 auf dem EIN-Zustand und das Schaltelement Q8 auf dem EIN-Zustand fest ist, der Durchschaltbetrieb ausgeführt werden.
  • Bisher, wie in der ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben, enthält die Stromquellenvorrichtung jeder Ausführungsform den bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer zwischen der Gleichstrom-Zwischenkreisspannung und der Hauptbatterie. In einem Fall, wenn der Verbraucher mit der Energie aus der Hauptbatterie versorgt wird, wird die Zwischenkreisspannung, die einen Spannungsbereich aufweist, der enger ist als der der Hauptbatterie, erzeugt und dem isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer zugeführt. Zu dieser Zeit ist keine Notwendigkeit vorhanden, dass die Stromquellenvorrichtung dieser Ausführungsform notwendigerweise den isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer enthält. Beispielsweise kann die Stromquellenvorrichtung dieser Ausführungsform einen Anschluss enthalten, um die Zwischenkreisspannung ausgeben zu können.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1a, 1b
    Stromquellenvorrichtung
    2, 2a, 2b
    isolierter Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer
    3, 3a, 3b, 3c
    bidirektionaler Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer
    4, 4a, 4b
    isolierter Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer
    8a, 8b
    Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung
    9a, 9b
    Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung
    5
    Hauptbatterie
    6
    Niederspannungsbatterie
    7
    Verbraucher
    10
    Wechselstromquelle
    11
    Steuereinheit
    21, 22, 23, 24, 25
    Spannungssensor
    31, 32, 33, 34
    Stromsensor
    100
    Elektrofahrzeug
    101
    Ladeverbindungselement
    102
    Umsetzer
    103
    Inverter
    104
    Antriebsmotor
    Vlink
    Zwischenkreisspannung
    Q1 bis Q8, Q10 bis Q12, H1 bis H4, S1, S2
    Schaltelement
    D1 bis D8, D10 bis D16, D21 bis D24, DQ11, DQ12, DH1 bis DH4, DS1, DS2
    Dioden
    C1 bis C6
    Glättungskondensator
    L1 bis L3, L11, L12, L21, L22, L31, L32
    Glättungsinduktor
    Cr1, Cr11, Cr12
    Resonanzkondensator
    Lr1, Lr10
    Resonanzinduktor
    T1, T10, T11
    Transformator
    N1, N2, N10 bis N13
    Wicklung
    Tm1 bis Tm4
    Anschluss
    Nd1, Nd2, Nd11, Nd12
    Knoten

Claims (12)

  1. Stromquellenvorrichtung, die umfasst: einen isolierten Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer, der eine Wechselspannung aufnimmt und eine Zwischenkreisgleichspannung ausgibt; und einen bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer, der die Zwischenkreisspannung aufnimmt, um eine Batterie zu laden, und die geladene Energie aufnimmt, um die Zwischenkreisspannung auszugeben.
  2. Stromquellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei Energie aus der Zwischenkreisspannung zugeführt wird.
  3. Stromquellenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner umfasst: einen isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer, der die Zwischenkreisspannung aufnimmt, um einen Verbraucher mit Energie zu versorgen.
  4. Stromquellenvorrichtung nach Anspruch 3, die ferner umfasst: eine erste Betriebsart, in der Energie aus der Wechselspannung der Batterie zugeführt wird; und eine zweite Betriebsart, in der Energie aus der Batterie dem Verbraucher zugeführt wird.
  5. Stromquellenvorrichtung nach Anspruch 4, die ferner umfasst: eine dritte Betriebsart, in der Energie aus der Wechselspannung der Batterie und dem Verbraucher zugeführt wird.
  6. Stromquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Spannungsbereich der Batterie weiter ist als ein Betriebsbereich der Zwischenkreisspannung in einem Fall, wenn der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer die Energie stetig aufnimmt oder ausgibt.
  7. Stromquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer eine Operation enthält, in der die Zwischenkreisspannung zwischen ersten Anschlüssen verbunden ist, die Batterie zwischen zweiten Anschlüssen verbunden ist, und wenigstens ein Schaltelement des bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers in einen EIN-Zustand eintritt, um die ersten Anschlüsse und die zweiten Anschlüsse auf galvanische Weise kurzzuschließen.
  8. Stromquellenvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement, die in Reihe zwischen den ersten Anschlüssen verbunden sind, und einen Glättungsinduktor und einen Glättungskondensator, die in Reihe zwischen beiden Enden des Schaltelements verbunden sind, enthält und wobei beide Enden des Glättungskondensators als die zweiten Anschlüsse verwendet sind.
  9. Stromquellenvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer einen Glättungsinduktor und ein erstes Schaltelement, die in Reihe zwischen den ersten Anschlüssen verbunden sind, und ein zweites Schaltelement und einen Glättungskondensator, die in Reihe zwischen beiden Enden des ersten Schaltelements verbunden sind, enthält und wobei beide Enden des Glättungskondensators als die zweiten Anschlüsse verwendet sind.
  10. Stromquellenvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der bidirektionale Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement, die in Reihe zwischen den ersten Anschlüssen verbunden sind, einen Glättungsinduktor und ein drittes Schaltelement, die in Reihe zwischen beiden Enden des zweiten Schaltelements verbunden sind, und ein viertes Schaltelement und einen Glättungskondensator, die in Reihe zwischen beiden Enden des dritten Schaltelements verbunden sind, enthält und wobei beide Enden des Glättungskondensators als die zweiten Anschlüsse verwendet sind.
  11. Stromquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der isolierte Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer eine Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung, die die Wechselspannung aufnimmt und eine Gleichspannung ausgibt, und eine Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung, die die Gleichspannung aufnimmt, die durch die Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung ausgegeben wird, und die Zwischenkreisspannung ausgibt, enthält und wobei die Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung eine Funktion zum Isolieren eines Eingangs und eines Ausgangs der Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung aufweist.
  12. Stromquellenvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltung ein Resonanzumsetzer ist, der enthält: eine Umschaltschaltung, die die Gleichspannung, die durch die Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung ausgegeben wird, aufnimmt und eine Rechteckspannung ausgibt, um zu verursachen, dass ein Strom in einer Primärwicklung fließt, eine Gleichrichterschaltung, die einen Strom einer Sekundärwicklung aufnimmt und gleichrichtet und die Zwischenkreisspannung ausgibt, einen Transformator, der die Primärwicklung und die Sekundärwicklung magnetisch kombiniert, und einen Resonanzkondensator und einen Resonanzinduktor, die in Reihe mit der Primärwicklung und/oder der Sekundärwicklung verbunden sind.
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