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▶ シェンヂェン ヴイマックス ニュー エネルギー カンパニー リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-29
(45)【発行日】2022-12-07
(54)【発明の名称】プリチャージ可能なＤＣＤＣ変換回路
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20221130BHJP
H02M 3/28 20060101ALI20221130BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 302A
H02J7/00 P
H02J7/00 S
H02M3/28 B
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021039990
(22)【出願日】2021-03-12
(65)【公開番号】P2021151184
(43)【公開日】2021-09-27
【審査請求日】2021-03-12
(31)【優先権主張番号】202010187973.6
(32)【優先日】2020-03-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】519259098
【氏名又は名称】シェンヂェン ヴイマックス ニュー エネルギー カンパニー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ＶＭＡＸ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】５Ｆ，Ｆｅｎｇｙｕｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ， Ｎｏ．５ Ｒｏａｄ， ｓｃｉｅｎｃｅ ｐａｒｋ（Ｎｏｒｔｈ）， Ｎａｎｓｈａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１８０００ ＣＨＩＮＡ
(74)【代理人】
【識別番号】110001841
【氏名又は名称】弁理士法人ＡＴＥＮ
(72)【発明者】
【氏名】リゥ ジュン
(72)【発明者】
【氏名】フォン インイン
(72)【発明者】
【氏名】イャオ シュン
(72)【発明者】
【氏名】ジャン チャンション
【審査官】坂東 博司
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１２６２３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０３４９５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１１０６４９８２２（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０４８５２５８６（ＣＮ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／００３６３９０（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ７／００
Ｈ０２Ｍ ３／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
主変圧器Ｔ１の一次巻線に接続された高電圧側変換モジュールと、主変圧器の二次巻線に接続された低電圧側変換モジュールと、高電圧側変換と低電圧側変換を制御する制御器とを含むプリチャージ可能なＤＣＤＣ変換回路であって、前記低電圧側変換モジュールのＤＣバスにおいてプリチャージモジュールが直列接続され、前記プリチャージモジュールは、装置全体の電源がオンになるとき、前記高電圧側変換モジュールのＤＣバスに接続された使用電装品のキャパシタにプリチャージし、
プリチャージしている間に、前記制御器は、前記高電圧側変換モジュールにおける上部ブリッジアームの工率スイッチを制御しオフにして、前記高電圧側変換モジュールにおける下部ブリッジアームの工率スイッチに第二ＰＷＭ制御信号を送信することを特徴とする、プリチャージ可能なＤＣＤＣ変換回路。
【請求項2】
前記プリチャージモジュールは、二次変圧器を含み、前記二次変圧器の一次巻線が前記低電圧側変換モジュールの前記ＤＣバスに直列接続され、前記二次変圧器の二次巻線の一端が第九ダイオードＤ９の陽極に接続され、前記二次変圧器の前記二次巻線の他端が前記高電圧側変換モジュールの負極バス及び第五キャパシタＣ５の一端に接続され、前記第九ダイオードＤ９の陰極が前記第五キャパシタＣ５の他端と前記高電圧側変換モジュールの正極バスに接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のプリチャージ可能なＤＣＤＣ変換回路。
【請求項3】
プリチャージしている間に、前記制御器は第一ＰＷＭ制御信号を前記低電圧側変換モジュールにおける工率スイッチに送信して、前記低電圧側変換モジュールに接続された直流通電を交流通電に変換し、前記二次変圧器Ｌ１及び前記第九ダイオードＤ９を介して、電気エネルギーを前記高電圧側変換モジュールに伝送することを特徴とする、請求項２に記載のプリチャージ可能なＤＣＤＣ変換回路。
【請求項4】
前記プリチャージは緩やかな開始工程と閉鎖循環充電工程とを含み、前記緩やかな開始工程で前記第一ＰＷＭ制御信号のデューティ比の範囲は０％～５０％であり、前記閉鎖循環充電工程で前記第一ＰＷＭ制御信号のデューティ比の範囲は５０％であることを特徴とする、請求項３に記載のプリチャージ可能なＤＣＤＣ変換回路。
【請求項5】
前記高電圧側変換モジュールは、フルブリッジ構成を採用し、第一工率スイッチＱ１と第二工率スイッチＱ２と第三工率スイッチＱ３と第四工率スイッチＱ４とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のプリチャージ可能なＤＣＤＣ変換回路。
【請求項6】
前記高電圧側変換モジュールは、ハーフブリッジ構成を採用し、第一工率スイッチＱ１と第三工率スイッチＱ３とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のプリチャージ可能なＤＣＤＣ変換回路。
【請求項7】
前記低電圧側変換モジュールは、プッシュプル構成を採用し、第五工率スイッチＱ５と第六工率スイッチＱ６とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のプリチャージ可能なＤＣＤＣ変換回路。
【請求項8】
前記低電圧側変換モジュールは、フルブリッジ構成を採用し、第五工率スイッチＱ５と第六工率スイッチＱ６と第七工率スイッチＱ７と第八工率スイッチＱ８とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のプリチャージ可能なＤＣＤＣ変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気自動車充電の技術分野に属し、特に、プリチャージ可能なＤＣＤＣ変換回路に関する。
【背景技術】
【0002】
省エネ及び排出削減並びに大気汚染防止の要求とともに、新エネルギー車は徐々に市場に出回っているが、新エネルギー車の主力は電気自動車である。電気自動車の使用電装品は、多くの等価キャパシタを有するため、装置全体が起動する時、瞬時充電電流は非常に大きくなり、回路を焼損したり、危険要因を誘発したりする可能性がある。この問題を解決するために、従来の技術は、高電圧バッテリーと使用電装品との間の主継電器の隣にプリチャージ分路を並列接続したものであり、先ず小電流でキャパシタにゆっくりと充電して、キャパシタの電圧が上昇し、充電電流が減少した後、次に主継電器を閉合にする。従来技術は、プリチャージ分路が主継電器Ｓ１と並列接続され（図１に示された本発明の装置全体の制御原理のブロック図を参照すると、主継電器Ｓ１の両端にプリチャージ分路を並列接続するものは先行技術である。そのプリチャージ分路を点線接続しており、本発明でそのような接続がないことを示している）、プリチャージ分路がＤＣＤＣ変換器から分離されているものであり、多くの部品点数や大きい体積や高コストや複雑な制御のような欠陥がある。
【0003】
したがって、プリチャージ機能をＤＣＤＣ変換器に集積化し、既存のＤＣＤＣデバイスを可能な限り再利用し、体積を減らし、コストを削減するＤＣＤＣ変換回路を設計する方法は、業界で急務として解決されるべき技術的問題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来技術における上記の欠陥を解決するために、本発明は、プリチャージ可能なＤＣＤＣ変換回路を提出する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明で採用された技術的手段は、プリチャージ可能なＤＣＤＣ変換回路であり、主変圧器Ｔ１の一次巻線に接続された高電圧側変換モジュールと、主変圧器の二次巻線に接続された低電圧側変換モジュールと、高電圧側変換と低電圧側変換を制御する制御器とを含み、低電圧側変換モジュールのＤＣバスにおいてプリチャージモジュールが直列接続され、前記プリチャージモジュールは、装置全体の電源がオンになるとき、高電圧側変換モジュールのＤＣバスに接続された使用電装品のキャパシタにプリチャージする。
【0006】
前記プリチャージモジュールは、二次変圧器Ｌ１を含む。二次変圧器の一次巻線が前記低電圧側変換モジュールのＤＣバスに直列接続され、二次変圧器の二次巻線の一端が第九ダイオードＤ９の陽極に接続され、二次変圧器の二次巻線の他端が前記高電圧側変換モジュールの負極バス及び第五キャパシタＣ５の一端に接続され、第九ダイオードＤ９の陰極が第五キャパシタＣ５の他端と高電圧側変換モジュールの正極バスに接続されている。
【0007】
プリチャージしている間に、制御器は第一ＰＷＭ制御信号を低電圧側変換モジュールにおける工率スイッチに送信して、低電圧側変換モジュールに接続された直流通電を交流通電に変換し、前記二次変圧器Ｌ１及び第九ダイオードＤ９を介して、電気エネルギーを高電圧側変換モジュールに伝送する。
【0008】
プリチャージしている間に、制御器は、高電圧側変換モジュールにおける上部ブリッジアームの工率スイッチを制御しオフにして、高電圧側変換モジュールにおける下部ブリッジアームの工率スイッチに第二ＰＷＭ制御信号を送信する。
【0009】
前記プリチャージは緩やかな開始工程と閉鎖循環充電工程とを含み、緩やかな開始工程で第一ＰＷＭ制御信号のデューティ比の範囲は０％～５０％であり、閉鎖循環充電工程で第一ＰＷＭ制御信号のデューティ比の範囲は５０％である。
【0010】
前記高電圧側変換モジュールは、フルブリッジ構成を採用し、第一工率スイッチＱ１と第二工率スイッチＱ２と第三工率スイッチＱ３と第四工率スイッチＱ４とを含む。
【0011】
前記高電圧側変換モジュールは、ハーフブリッジ構成を採用し、第一工率スイッチＱ１と第三工率スイッチＱ３とを含む。
【0012】
前記低電圧側変換モジュールは、プッシュプル構成を採用し、第五工率スイッチＱ５と第六工率スイッチＱ６とを含む。
【0013】
前記低電圧側変換モジュールは、フルブリッジ構成を採用し、第五工率スイッチＱ５と第六工率スイッチＱ６と第七工率スイッチＱ７と第八工率スイッチＱ８とを含む。
【0014】
本発明による技術的解決策の有益な効果は次のとおりである。
【0015】
本発明は、従来技術の欠点を克服し、プリチャージ可能なＤＣＤＣ変換回路を提供する。本発明は、元のＤＣＤＣ変換器に対する改良に基づき、プリチャージモジュールと順方向ＤＣＤＣとは、工率部品及び工率回路を共有し、少数の部品のみを追加し、独立したプリチャージ分路と比較すると、体積とコストを削減し、制御方法が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
実施例及び図面と併せて以下で本発明を詳細に説明する。
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明の目的、技術的解決策及び利点をより明確にするために、以下は、添付の図面及び実施例を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。本明細書に記載の特定の実施例は、本発明を説明するのにのみ用いられて、本発明を限定するのに用いられないことを理解すべきである。
【0019】
本発明は、プリチャージ可能なＤＣＤＣ変換回路を公開し、主変圧器Ｔ１の一次巻線に接続された高電圧側変換モジュールと、主変圧器の二次巻線に接続された低電圧側変換モジュールと、高電圧側変換と低電圧側変換を制御する制御器とを含み、低電圧側変換モジュールのＤＣバスにおいてプリチャージモジュールが直列接続され、前記プリチャージモジュールは、装置全体の電源がオンになるとき、高電圧側変換モジュールのＤＣバスに接続された使用電装品のキャパシタにプリチャージする。プリチャージは逆方向への操作に属する。プリチャージが終了すると、本回路は逆方向へ長時間作動する可能性がある。また、逆方向作動を停止して順方向作動に切り替える可能性もある。つまり、高電圧側変換モジュールは使用電装品のキャパシタに正常に電力を供給し、低電圧側変換モジュールに電力を供給する。
【0020】
図１に示された本発明の装置全体の制御原理のブロック図を参照すると、装置全体が始動するとき、主継電器が高電圧バッテリーパックを切り離し、低電圧バッテリーがＤＣＤＣ変換回路を介して使用電装品の等価キャパシタに充電する（図１中の双方向ＤＣＤＣ変換器は、本発明で特許権保護を請求する回路である）。まず、小電流で使用電装品の等価キャパシタにゆっくりとプリチャージし、等価キャパシタの電圧が上昇して充電電流が減少した後、プリチャージを終了する。主継電器を閉合にして、高電圧バッテリーパックから使用電装品に電力を供給し、ＤＣＤＣ変換器を介して低電圧バッテリー及び低電圧側の他の負荷に電力を供給する。
【0021】
図２に示された実施例１を参照すると、前記プリチャージモジュールは、二次変圧器Ｌ１を含む。二次変圧器の一次巻線が前記低電圧側変換モジュールのＤＣバスに直列接続され、二次変圧器の二次巻線の一端が第九ダイオードＤ９の陽極に接続され、二次変圧器の二次巻線の他端が前記高電圧側変換モジュールの負極バス及び第五キャパシタＣ５の一端に接続され、第九ダイオードＤ９の陰極が第五キャパシタＣ５の他端と高電圧側変換モジュールの正極バスに接続されている。
【0022】
プリチャージしている間に、制御器は第一ＰＷＭ制御信号を低電圧側変換モジュールにおける工率スイッチ（図２のＱ５、Ｑ６）に送信して、低電圧側変換モジュールに接続された直流通電を交流通電に変換し、前記二次変圧器Ｌ１及び第九ダイオードＤ９を介して、電気エネルギーを高電圧側変換モジュールに伝送する。
【0023】
プリチャージしている間に、制御器は、高電圧側変換モジュールにおける上部ブリッジアームの工率スイッチ（図２のＱ１、Ｑ２）をオフにするように制御して、高電圧側変換モジュールにおける下部ブリッジアームの工率スイッチ（図２のＱ３、Ｑ４）に第二ＰＷＭ制御信号を送信する。
【0024】
本発明の作動原理は、図２を参照して以下で詳細に説明される。
【0025】
図２では、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６が電力電界効果トランジスタである。ここで、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６は、それぞれＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６のボディーダイオードである。
【0026】
順方向作動の場合は、フルブリッジ作動モードになる。高電圧側のＤＣ電圧Ｖ１は、ＭＯＳトランジスタＱ１～Ｑ４でチョッピングしてＡＣ電圧に変換され、変圧器Ｔ１を介して次段に送信され、Ｑ５とＱ６で整流され、Ｌ１とキャパシタ５で濾波を行った後、ＤＣ電圧Ｖ２に変換される。
【0027】
第一ＰＷＭ制御信号Ｓ５、Ｓ６はＱ５とＱ６を制御してＳ５とＳ６とのデューティ比を一致させ、位相差は１８０°である。第二ＰＷＭ制御信号Ｓ３、Ｓ４はＱ３とＱ４を制御してＱ３とＱ４を同期オンオフし、周波数はＳ５とＳ６の２倍である。逆方向作動の場合は、プッシュプル・昇圧のモードである。プッシュプルのモードでは、Ｓ５とＳ６の出力デューティ比が一致し、位相差は１８０°である。Ｓ５とＳ６のデューティ比が５０％未満の場合、策略を緩やかな開始に設定する。ＤＣ電圧Ｖ２は、ＭＯＳトランジスタＱ５、Ｑ６でチョッピングしてＡＣ電圧に変換された後、変圧器Ｔ１を介してＶ１側に変換され、Ｄ１～Ｄ４トランジスタ及びキャパシタＣ１、Ｃ２で整流濾波にした後Ｖ１に変換される。Ｓ３とＳ４は同時にオンになり、Ｌ１に追加エネルギーを蓄積し、Ｌ１に蓄積されたエネルギーは、フライバック巻線回路を介してＶ１側に放出される。昇圧のモードでは、Ｓ５とＳ６のデューティ比が５０％を超え、固定を維持する。Ｓ１とＳ２は低レベルであり、Ｓ３とＳ４のデューティ比を調整して出力電圧を制御する。Ｑ３とＱ４が同時にオンになり、つまりＴ１のＶ１側に位置する巻線が短絡する。このとき、インダクタＬ１はエネルギーを蓄積する。Ｑ３とＱ４はオフになるとき、Ｌ１に蓄積されたエネルギーは変圧器Ｔ１又はフライバック巻線回路を介してＶ１側に放出される（Ｖ１側の出力電圧によって決まる）。
【0028】
好ましい実施例では、前記プリチャージは緩やかな開始工程と閉鎖循環充電工程とを含み、緩やかな開始工程で第一ＰＷＭ制御信号のデューティ比の範囲は０％～５０％であり、閉鎖循環充電工程で第一ＰＷＭ制御信号のデューティ比の範囲は５０％である。第二ＰＷＭ制御は、出力電圧に応じて制御できる閉鎖循環制御に属し、第二ＰＷＭ制御信号の範囲は０％～５０％である。
【0029】
図３に示されたプリチャージ制御のタイミング図を参照すると、左側は緩やかな開始工程に属し、右側は閉鎖循環充電工程に属する。左側にＱ５とＱ６を制御する信号Ｓ５とＳ６のデューティ比は５０％未満であり、右側に至ってデューティ比は５０％に固定される。
【0030】
いくつかの実施例において、前記高電圧側変換モジュールは、フルブリッジ構成を採用し、第一工率スイッチＱ１と第二工率スイッチＱ２と第三工率スイッチＱ３と第四工率スイッチＱ４とを含む。
【0031】
もういくつかの実施例において、前記高電圧側変換モジュールは、ハーフブリッジ構成を採用し、第一工率スイッチＱ１と第三工率スイッチＱ３とを含む。
【0032】
もういくつかの実施例において、前記低電圧側変換モジュールは、プッシュプル構成を採用し、第五工率スイッチＱ５と第六工率スイッチＱ６とを含む。
【0033】
もういくつかの実施例において、前記低電圧側変換モジュールは、フルブリッジ構成を採用し、第五工率スイッチＱ５と第六工率スイッチＱ６と第七工率スイッチＱ７と第八工率スイッチＱ８とを含む。
【0034】
本発明の実施例１におけるフルブリッジ＋プッシュプル方式の回路図を示す図２を参照すると、高電圧側変換モジュールはフルブリッジ構造を採用し、第一工率スイッチＱ１と第二工率スイッチＱ２と第三工率スイッチＱ３と第四工率スイッチＱ４とを含む。Ｑ１とＱ２は２つの上部ブリッジアームであり、Ｑ３とＱ４は２つの下部ブリッジアームである。前記低電圧側変換モジュールは、プッシュプル構成を採用し、第五工率スイッチＱ５と第六工率スイッチＱ６とを含む。Ｑ５とＱ６との両方は電圧側の負極のＤＣバスに接続される。
【0035】
本発明の実施例２におけるフルブリッジ＋全波整流方式の回路図を示す図４を参照すると、高電圧側変換モジュールはフルブリッジ構造を採用し、第一工率スイッチＱ１と第二工率スイッチＱ２と第三工率スイッチＱ３と第四工率スイッチＱ４とを含む。Ｑ１とＱ２は２つの上部ブリッジアームであり、Ｑ３とＱ４は２つの下部ブリッジアームである。前記低電圧側変換モジュールは、プッシュプル構成を採用し、第五工率スイッチＱ５と第六工率スイッチＱ６とを含む。Ｑ５とＱ６との両方は電圧側の正極のＤＣバスに接続される。
【0036】
本発明の実施例３におけるフルブリッジ＋フルブリッジ整流の回路図を示す図５を参照すると、高電圧側変換モジュールはフルブリッジ構造を採用し、第一工率スイッチＱ１と第二工率スイッチＱ２と第三工率スイッチＱ３と第四工率スイッチＱ４とを含む。Ｑ１とＱ２は２つの上部ブリッジアームであり、Ｑ３とＱ４は２つの下部ブリッジアームである。前記低電圧側変換モジュールは、フルブリッジ構成を採用し、第五工率スイッチＱ５と第六工率スイッチＱ６と第七工率スイッチＱ７と第八工率スイッチＱ８とを含む。Ｑ６とＱ７を同期オンオフし、Ｑ５とＱ８を同期オンオフする。
【0037】
本発明の実施例４におけるハーフブリッジ＋全波整流方式の回路図を示す図６を参照すると、高電圧側変換モジュールはハーフブリッジ構造を採用し、第一工率スイッチＱ１と第三工率スイッチＱ３とを含む。プリチャージしている間に、Ｑ１はオフを維持し、Ｑ３は第二ＰＷＭ制御信号の制御を受ける。前記低電圧側変換モジュールは、プッシュプル構成を採用し、第五工率スイッチＱ５と第六工率スイッチＱ６とを含む。Ｑ５とＱ６との両方は電圧側の負極のＤＣバスに接続される。
【0038】
本発明の実施例５におけるハーフブリッジ＋全波整流方式の回路図を示す図７を参照すると、高電圧側変換モジュールはハーフブリッジ構造を採用し、第一工率スイッチＱ１と第三工率スイッチＱ３とを含む。プリチャージしている間に、Ｑ１はオフを維持し、Ｑ３は第二ＰＷＭ制御信号の制御を受ける。前記低電圧側変換モジュールは、プッシュプル構成を採用し、第五工率スイッチＱ５と第六工率スイッチＱ６とを含む。Ｑ５とＱ６との両方は電圧側の正極のＤＣバスに接続される。
【0039】
本発明の実施例６におけるハーフブリッジ＋フルブリッジ整流の回路図を示す図８を参照すると、高電圧側変換モジュールはハーフブリッジ構造を採用し、第一工率スイッチＱ１と第三工率スイッチＱ３とを含む。プリチャージしている間に、Ｑ１はオフを維持し、Ｑ３は第二ＰＷＭ制御信号の制御を受ける。前記低電圧側変換モジュールは、フルブリッジ構成を採用し、第五工率スイッチＱ５と第六工率スイッチＱ６と第七工率スイッチＱ７と第八工率スイッチＱ８とを含む。Ｑ６とＱ７を同期オンオフし、Ｑ５とＱ８を同期オンオフする。
【0040】
上記の実施例は単なる例であり、限定するものではない。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、それに対する同等の修正または変更は、本発明の請求項の範囲に含まれるものとする。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
