ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 2013 года по МПК H02J7/02 H02M5/40 H02M5/45 B60L11/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к преобразователю электрической мощности, использующему трансформатор. Более точно, настоящее изобретение относится к преобразователю электрической мощности, который предпочтительно устанавливают на электрическом транспортном средстве.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В общем, электрическое транспортное средство включает в себя: i) зарядное устройство для зарядки от внешнего источника энергии переменного тока (розетки), основную аккумуляторную батарею для приведения в действие транспортного средства и ii) преобразователь постоянного тока в постоянный ток для зарядки от основной аккумуляторной батареи вспомогательной аккумуляторной батареи для приведения в действие оборудования. Зарядное устройство и преобразователь постоянного тока в постоянный ток образуют схему, в которой используется трансформатор для изолирования схемы высокого напряжения от схемы низкого напряжения, в которой схема высокого напряжения соединена с основной аккумуляторной батареей, в то время как схема низкого напряжения включает в себя источник энергии переменного тока и вспомогательную аккумуляторную батарею. В последнее время специалисты пытались объединить зарядное устройство и преобразователь постоянного тока в постоянный ток. В патентном документе 1 (выложенная заявка на патент Японии JP 8317508) описан преобразователь электрической мощности, имеющий такую конструкцию, что три обмотки, то есть обмотка для основной аккумуляторной батареи, обмотка для источника энергии переменного тока и обмотка для вспомогательной аккумуляторной батареи, используют один трансформатор и намотаны вокруг общего сердечника, причем преобразование электрической мощности осуществляется посредством общего сердечника.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Однако, хотя предложенный в JP8317508 преобразователь электрической мощности имеет такую конструкцию, что общий сердечник используется для совместного использования трансформатора, трансформатор является большим по размеру, чтобы обеспечить пространство для наматывания трех обмоток вокруг общего сердечника, таким образом, увеличивая преобразователь целиком.

Задачей настоящего изобретения является создание преобразователя электрической мощности, выполненного с возможностью его осуществления малым по размеру.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен преобразователь электрической мощности для передачи и получения посредством трансформатора электрической мощности между источником мощности переменного тока и второй аккумуляторной батареей или между первой аккумуляторной батареей и второй аккумуляторной батареей, причем преобразователь электрической мощности содержит: общую токопроводящую шину для соединения следующих элементов с первичной обмоткой трансформатора: первого электрода источника энергии переменного тока и первого электрода первой аккумуляторной батареи; первую схему переключателя для избирательного соединения следующих элементов с первичной обмоткой трансформатора: второго электрода источника энергии переменного тока и второго электрода первой аккумуляторной батареи, причем первая схема переключателя выполнена с возможностью осуществления преобразования электрической мощности; вторую схему переключателя для соединения второй аккумуляторной батареи со вторичной обмоткой трансформатора, при этом вторая схема переключателя выполнена с возможностью выполнения преобразования электрической мощности; и контроллер для управления электрической мощностью каждого из источников мощности переменного тока, первой аккумуляторной батареи и второй аккумуляторной батареи путем включения и выключения переключателя первой схемы переключателя и переключателя второй схемы переключателя.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен способ преобразования электрической мощности для передачи и получения посредством трансформатора электрической мощности между источником мощности переменного тока и второй аккумуляторной батареей или между первой аккумуляторной батареей и второй аккумуляторной батареей, причем способ содержит этапы, на которых: соединяют следующие элементы с первичной обмоткой трансформатора: первый электрод источника энергии переменного тока и первый электрод первой аккумуляторной батареи; избирательно соединяют следующие элементы с первичной обмоткой трансформатора: второй электрод источника энергии переменного тока и второй электрод первой аккумуляторной батареи, причем операцию избирательного соединения выполняют с возможностью осуществления преобразования электрической мощности; соединяют вторую батарею со вторичной обмоткой трансформатора, при этом соединение вторичной обмотки выполняют с возможностью осуществления преобразования электрической мощности; и управляют электрической мощностью каждого из источника энергии переменного тока, первой аккумуляторной батареи и второй аккумуляторной батареи путем включения и выключения переключателя первой схемы переключателя и переключателя второй схемы переключателя.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен преобразователь электрической мощности для передачи и получения, посредством трансформаторного средства, электрической мощности между средством подачи мощности переменного тока и вторым средством хранения электроэнергии, или между первым средством хранения электроэнергии и вторым средством хранения электроэнергии, причем преобразователь электрической мощности содержит: общее соединительное средство для соединения следующих элементов со средством первичной обмотки трансформаторного средства: первого электрода средства источника энергии переменного тока и первого электрода первого средства хранения электроэнергии; первое средство переключения для избирательного соединения следующих элементов со средством первичной обмотки трансформаторного средства: второго электрода средства источника энергии переменного тока и второго электрода первого средства хранения электроэнергии, при этом первое средство переключения выполнено с возможностью осуществления преобразования электрической мощности; второе средство переключения для соединения второго средства хранения электроэнергии со средством вторичной обмотки трансформаторного средства, при этом второе средство переключения выполнено с возможностью осуществления преобразования электрической мощности; и средство управления для управления электрической мощностью каждого из средства источника энергии переменного тока, первого средства хранения электроэнергии и второго средства хранения электроэнергии путем включения и выключения переключающего средства первого средства переключения и переключающего средства второго средства переключения.

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предложен преобразователь электрической мощности для передачи и получения, посредством трансформатора, электрической мощности между множеством напряжений и выходным напряжением, причем преобразователь электрической мощности содержит: общую токопроводящую шину для соединения стороны первого конца каждого из множества напряжений с первичной обмоткой трансформатора; первую схему переключателя для избирательного соединения стороны второго конца каждого из множества напряжений с первичной обмоткой трансформатора, при этом первая схема переключателя выполнена с возможностью осуществления преобразования электрической мощности; вторую схему переключателя для соединения выходного напряжения со вторичной обмоткой трансформатора, при этом вторая схема переключателя выполнена с возможностью осуществления преобразования электрической мощности; и контроллер для управления электрической мощностью каждого из множества напряжений и электрической мощностью выходного напряжения путем включения и выключения переключателя первой схемы и переключателя второй схемы переключателя.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С преобразователем электрической мощности по настоящему изобретению используется один трансформатор, использующий элементы совместно с обмотками, для собственно передачи и получения электрической мощности между источником энергии переменного тока, первой аккумуляторной батареей и второй аккумуляторной батареей, достигая таким образом малого размера преобразователя.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 изображает схему, на которой показана структура преобразователя электрической мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.2(a, b, c, d) изображают структуру интерактивного переключателя;

фиг.3(a, b) изображают схематично работу инвертирующей схемы на первичной стороне;

фиг.4(a, b) изображают переключения, когда инвертирующая схема на первичной стороне работает как инвертор;

фиг.5(a, b) изображают переключения, когда инвертирующая схема на первичной стороне работает как преобразователь;

фиг.6 изображает блок-схему управления контроллера преобразователя электрической мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.7 изображает напряжение Vdc_b первой аккумуляторной батареи относительно коэффициента распределения R2;

фиг.8 изображает временную диаграмму, на которой показан пример распределения времени, то есть времени для работы инвертирующей схемы на первичной стороне в качестве инвертора относительно времени для работы инвертирующей схемы на первичной стороне в качестве преобразователя;

фиг.9(a, b) изображают путь для зарядки второй аккумуляторной батареи путем подачи электрической мощности от источника энергии переменного тока ко вторичной стороне посредством общего трансформатора и путь для зарядки первой аккумуляторной батареи путем подачи электрической мощности от второй аккумуляторной батареи с первичной стороны посредством общего трансформатора;

фиг.10 изображает пример компоновки схемы, когда преобразователь электрической мощности по первому варианту осуществления настоящего изобретения установлен на электрическом транспортном средстве;

фиг.11 изображает схему, на которой показана структура преобразователя электрической мощности, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.12 изображает схему, на которой показана структура преобразователя электрической мощности, согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.13 изображает схему, на которой показана структура преобразователя электрической мощности, согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.14 изображает схему блока управления контроллера преобразователя электрической мощности согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.15 изображает напряжение Vdc_b первой аккумуляторной батареи относительно времени распределения Tb1;

фиг.16 изображает временную карту, на которой показан пример распределения времени, то есть времени для зарядки второй аккумуляторной батареи путем подачи электрической мощности от источника энергии переменного тока ко вторичной стороне посредством общего трансформатора относительно времени для зарядки первой аккумуляторной батареи путем подачи электрической мощности от второй аккумуляторной батареи к первичной стороне посредством общего трансформатора.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее представлены варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.

Первый вариант осуществления настоящего изобретения

Структура

Фиг.1 изображает схему, на которой показана структура преобразователя 1А электрической мощности согласно первому варианту осуществления изобретения. Посредством трансформатора преобразователь 1А электрической мощности по первому варианту осуществления изобретения передает и получает электрическую мощность между i) одним из: источника 2 энергии переменного тока и первой аккумуляторной батареей 3 и ii) второй аккумуляторной батареей 4. Преобразователь 1А электрической мощности предпочтительно устанавливают, например, на электрическом транспортном средстве. Для установки преобразователя 1А электрической мощности на транспортном средстве, например, источник 2 энергии переменного тока работает как внешний источник энергии одной фазы 100 В действующего значения, первая аккумуляторная батарея 3 работает как аккумуляторная батарея низкого напряжения (например, 12 В свинцовая батарея) для приведения в действие оборудования, при этом вторая аккумуляторная батарея 4 работает как батарея высокого напряжения около 300 В. В сумме преобразователь электрической мощности 1А выполняет такие функции, как зарядка аккумуляторной батареи высокого напряжения от внешнего источника энергии и зарядка аккумуляторной батареи низкого напряжения (для запуска оборудования) путем снижения выходного напряжения аккумуляторной батареи высокого напряжения. Аккумуляторная батарея высокого напряжения электрического транспортного средства изолирована от земли (корпус транспортного средства), поэтому только касание кем-то (+) или (-) не вызывает поражения электрическим током, что обеспечивает почти безопасную конструкцию. С одной стороны, поскольку аккумуляторная батарея низкого напряжения заземлена с корпусом транспортного средства, при этом первая сторона источника энергии переменного тока также заземлена, аккумуляторная батарея низкого напряжения изолирована от аккумуляторной батареи высокого напряжения посредством трансформатора. Кроме того, не только в электрическом транспортном средстве трансформатор мощности согласно настоящему изобретению широко используется для передачи и получения посредством трансформатора электрической мощности между множеством напряжений и выходным напряжением. С точки зрения комбинации множества напряжений и выходного напряжения, существует не только комбинация источника энергии и аккумуляторной батареи, но также комбинация источника энергии и нагрузок, а также комбинация аккумуляторных батарей и нагрузок.

Преобразователь 1А электрической мощности по первому варианту осуществления настоящего изобретения имеет соединительные клеммы, то есть клемму, подсоединенную к источнику 2 энергии переменного тока; клемму, подсоединенную к первой аккумуляторной батарее 3, и клемму, подсоединенную ко второй аккумуляторной батарее 4, как показано на фиг.1. В преобразователе 1А электрической мощности имеются: выпрямитель 11, схема 12 компенсации коэффициента мощности (PFC), первая инвертирующая схема 13 (первая схема переключателя), общий трансформатор 14 и вторая инвертирующая схема 15 (вторая схема переключателя).

С преобразователем 1А электрической мощности, электрическую мощность, подаваемую от источника 2 энергии переменного тока, выпрямляет выпрямитель 11, который включает в себя диодный мост. Затем посредством схемы 12 компенсации коэффициента мощности (PFC) электрическая мощность подается на первую инвертирующую схему 13, которая осуществляет преобразование постоянного тока в переменный ток. Кроме того, отрицательный электрод 3N первой аккумуляторной батареи 3, как правило, соединен с отрицательным электродом, для обеспечения выпрямления источника 2 энергии переменного тока (общая токопроводящая шина СВ). При этом в качестве электрода, отличного от выхода схемы 12 компенсации коэффициента мощности (PFC), положительный электрод 3Р первой аккумуляторной батареи 3 вводится в первую инвертирующую схему 13.

Первая инвертирующая схема 13 имеет три потенциала в качестве входов, то есть общую токопроводящую шину CB отрицательного электрода, выход схемы 12 компенсации коэффициента мощности (PFC) и положительный электрод 3Р первой аккумуляторной батареи 3. Первая инвертирующая схема 13 имеет такую структуру, что общая токопроводящая шина CB соединена с центральной точкой СР1 между первичной обмоткой 141а общего трансформатора 14 и первичной обмоткой 141b общего трансформатора 14. В вышеприведенной структуре конец (нижний на фиг.1) клеммы 141аТ общего трансформатора 14 соединен с положительным электродом на источнике 2 энергии переменного тока (выход схемы 12 компенсации коэффициента мощности (PFC)) посредством интерактивных переключателей, в то время как конец (верхний на фиг.1) клеммы 141bT общего трансформатора 14 соединен с положительным электродом 3Р первой аккумуляторной батареи 3 посредством интерактивных переключателей.

Как показано на фиг.2(а) и фиг.2(b), каждый из переключателей 21-28, образующих интерактивные переключатели, имеет такую структуру, что диод/диоды соединен/соединены последовательно с элементом переключателя так, чтобы привести стабильное напряжение к обратному напряжению. В качестве элемента переключателя должны быть выбраны БТИЗ (биполярный транзистор с изолированным затвором), структура, показанная на фиг.2(а), или структура МОП (металл-оксид-полупроводник) транзистора, показанная на фиг.2(b), в зависимости от стабильности напряжения и т.п. Кроме того, как показано на фиг.2(с) и фиг.2(d), соединение в обратном направлении двух переключателей параллельно образует интерактивный переключатель. Кроме того, диод не является необходимым, если переключатель, имеющий обратное предупреждающее свойство, которое является стабильным обратным напряжением, используется в качестве элемента переключателя.

Кроме того, для подавления изменения напряжения, свойственного переключениям с помощью интерактивных переключателей, первая инвертирующая схема 13 имеет сглаживающие конденсаторы 29а, 29b между соответствующими положительным и отрицательным электродами. Каждый сглаживающий конденсатор 29а, 29b соединен с позицией, более близкой к интерактивным переключателям.

С другой стороны, вторая инвертирующая схема 15, соединенная с первой инвертирующей схемой 13 с помощью общего трансформатора 14, подсоединена ко второй аккумуляторной батарее 4 и функционирует как выпрямитель во время зарядки второй аккумуляторной батареи 4. Кроме того, вторая инвертирующая схема 15 работает как инвертор во время подачи электроэнергии от второй аккумуляторной батареи 4. Вторая инвертирующая схема 15 имеет такую структуру, что переключатели 31, 32 подсоединены последовательно на соответствующих сторонах центральной точки СР2 между вторичными обмотками 142а, 142b общего трансформатора 14. Отрицательный электрод 4N второй аккумуляторной батареи 4 подсоединен к центральной точке СР2 между переключателями 31, 32, в то время как положительный электрод 4Р второй аккумуляторной батареи 4 подсоединен к любому концу обмоток 142а, 142b общего трансформатора 14. Включение и выключение переключателей 31, 32 позволяет второй инвертирующей схеме 15 работать как выпрямитель или инвертор. Кроме того, подобно первой инвертирующей схеме 13, имеющей сглаживающие конденсаторы 29а, 29b, вторая инвертирующая схема 15 также имеет сглаживающий конденсатор 33 для подавления изменения напряжения, свойственного переключениям переключателей 31, 32.

Кроме того, первая аккумуляторная батарея 3 и аккумуляторная батарея 4 каждая используется как источник энергии для подачи электрической мощности к нагрузке. Хотя на фиг.1 не показано, нагрузка подсоединена к каждой из первой аккумуляторной батареи 3 и второй аккумуляторной батареи 4. Кроме того, преобразователь 1А электрической мощности имеет контроллер 100, который включает и выключает каждый из переключателей 21-28 (образующих интерактивные переключатели) первой инвертирующей схемы 13 и включает и выключает переключатели 31, 32 второй инвертирующей схемы 15 так, чтобы управлять электрической мощностью каждого из источника 2 энергии переменного тока, первой аккумуляторной батареи 3 и второй аккумуляторной батареи 4. Первая аккумуляторная батарея 3 также используется в качестве источника энергии для приведения в действие датчика, калькулятора и т.п. контроллера 100.

Работа

Далее со ссылкой на фиг.3-5 поясняется работа схемы преобразователя 1А электрической мощности, имеющего вышеприведенную структуру, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. В таких операциях схемы выполняются нижеперечисленные функции, то есть электрическая мощность подается от источника 2 энергии переменного тока на вторую аккумуляторную батарею 4 с помощью общего трансформатора 14, чтобы посредством этого зарядить вторую аккумуляторную батарею 4, и электрическая мощность подается от второй аккумуляторной батареи 4 на первую аккумуляторную батарею 3 с помощью общего трансформатора 14, чтобы за счет этого зарядить первую аккумуляторную батарею 3.

С преобразователем 1А электрической мощности по первому варианту осуществления настоящего изобретения работу первой инвертирующей схемы 13 рассматривают как выполняющую роль инвертора и преобразователя, которые подсоединены к соответствующим положительным электродам (выход схемы 12 компенсации коэффициента мощности (PFC) и положительный электрод 3P первой аккумуляторной батареи 3). Если первая инвертирующая схема 13 образует инвертор, подсоединенный к выходному потенциалу схемы 12 компенсации коэффициента мощности (PFC), такая схема служит в качестве схемы, указанной жирными линиями на фиг.3(а). В то же время, если первая инвертирующая схема 13 образует преобразователь, подсоединенный к выходному потенциалу первой аккумуляторной батареи 3, такая схема служит в качестве схемы, указанной жирными линиями на фиг.3(b). Указанная жирными линиями на фиг.3(b) схема служит не только в качестве преобразователя для зарядки первой аккумуляторной батареи 3, но также может служить в качестве инвертора.

На фиг.4(а) и 4(b) показаны подробности работы инвертора на фиг.3(а). Когда первая инвертирующая схема 13 работает в качестве инвертора на фиг.3(а), схема, указанная жирными линиями на фиг.4(а), и схема, указанная жирными линиями на фиг.4(b), переключаются путем включения и выключения переключателей 25-28, образующих интерактивные переключатели. С первой инвертирующей схемой 13, схема, указанная жирными линиями на фиг.4(а), прикладывает положительное напряжение к первичной обмотке 141b общего трансформатора 14, в то время как схема, указанная жирными линиями на фиг.4(b), прикладывает отрицательное напряжение к первичной обмотке 141а общего трансформатора 14. Вызов положительного или отрицательного напряжений влечет за собой преобразование электрической мощности посредством общего трансформатора 14.

Кроме того, на фиг.5(а) и 5(b) показаны операции преобразователя на фиг.3(b). Когда первая инвертирующая схема 13 работает как преобразователь на фиг.3(b), схема, указанная жирными линиями на фиг.5(а), и схема, указанная жирными линиями на фиг.5(b), переключаются путем включения и выключения переключателей 21-24, образующих интерактивные переключатели. За счет этого первая аккумуляторная батарея 3 может быть заряжена от напряжения переменного тока, вырабатываемого первичными обмотками 141а, 141b общего трансформатора 14.

С другой стороны, в отличие от выполнения работы в качестве инвертора, вторая инвертирующая схема 15, подсоединенная ко вторичным обмотками 142а, 142b общего трансформатора 14, также может работать как преобразователь для выпрямления. В этом случае включение и выключение переключателей 31, 32 позволяет второй инвертирующей схеме 15 работать в качестве преобразователя. С преобразователем 1А электрической мощности по первому варианту осуществления настоящего изобретения вторая инвертирующая схема 15 работает в качестве преобразователя во время зарядки второй аккумуляторной батареи 4 от источника 2 энергии переменного тока и работает в качестве инвертора во время зарядки первой аккумуляторной батареи 3 от второй аккумуляторной батареи 4.

Работа контроллера 100

Далее более подробно будут описаны операции управления контроллера 100 преобразователя 1А мощности переменного тока.

Фиг.6 изображает блок-схему управления контроллера 100. Как показано на фиг.6, контролер 100 включает в себя контроллер 101 напряжения, контроллер 102 распределения электрической мощности и ШИМ генератор 103, где ШИМ означает широтно-импульсную модуляцию.

На основе измеренных напряжений Vdc_a, Vdc_b, Vdc_с соответствующих сглаживающих конденсаторов 29а, 29b и 33 и на основе заданных значений напряжения Vdc_b* и Vdc_c*, инструкции А, В, С режимов подлежат вычислению исходя из: i) соотношения количества витков первичных обмоток 141а, 141b и вторичных обмоток 142а, 142b общего трансформатора 14 и ii) соотношения измеренных напряжений Vdc_a, Vdc_b, Vdc_с. Инструкция А режима является значением для выдачи команды периода состояния «ВКЛЮЧЕНО» переключателей 25-28, инструкция В режима представляет собой значения для выдачи команды периода состояния «ВКЛЮЧЕНО» переключателей 21-24, и инструкция С режима представляет собой значения для выдачи команды периода состояния «ВКЛЮЧЕНО» переключателей 31 и 32.

Контроллер 102 распределения электрической мощности следит за отношением (время работы первой инвертирующей схемы 13 в качестве инвертора относительно времени работы первой инвертирующей схемы 13 в качестве преобразователя). С инструкцией Х электрической мощности, инструкцией Y электрической мощности и измеренным напряжением Vdc_b, каждый в качестве входного сигнала, контроллер 102 распределения электрической мощности вычисляет коэффициент R распределения, который соответствует распределению времени.

В данном случае инструкция Х электрической мощности задается для сообщения электрической мощности, поданной на вторую аккумуляторную батарею 4, и устанавливается в соответствии с производительностью источника 2 энергии переменного тока. Кроме того, инструкция Y электрической мощности задается для сообщения электрической мощности, поданной на первую аккумуляторную батарею 3, вычисляет электрическую мощность нагрузки первой аккумуляторной батареи 3 и выполняет оценку в качестве инструкции электрической мощности. Сначала контроллер 102 распределения электрической мощности вычисляет коэффициент R1 распределения, полученный от инструкции Х электрической мощности и инструкции Y электрической мощности. Коэффициент R1 распределения задается следующим выражением:

R1= инструкция Х электрической мощности /(инструкция Х электрической мощности + инструкция Y электрической мощности).

Кроме того, измеренное напряжение Vdc_b представляет собой напряжение первой аккумуляторной батареи 3, напряжение, которое было сглажено посредством сглаживающего конденсатора 29b. C преобразователем 1А электрической мощности по первому варианту осуществления настоящего изобретения, как представлено выше, первая аккумуляторная батарея 3 также используется для приведения в действие оборудования, то есть используется в качестве управляющего источника энергии. Для предупреждения падения измеренного напряжения Vdc_b первой аккумуляторной батареи 3, коэффициент R2 распределения как таковой регулируется в соответствии с измеренным напряжением Vdc_b. На фиг.7 показано измеренное напряжение Vdc_b первой аккумуляторной батареи 3 относительно коэффициента R2 распределения. Как показано на фиг.7, на участке, где измеренное напряжение Vdc_b первой аккумуляторной батареи 3 находится между нижней границей Vdc_b_L и верхней границей Vdc_b_H, находится более высокое измеренное напряжение Vdc_b и находится более высокий коэффициент R2 распределения. При измеренном напряжении Vdc_b, более низком, чем Vdc_b_L, коэффициент R2 распределения равен 0, при этом прекращается зарядка электричеством второй аккумуляторной батареи 4 от источника 2 энергии переменного тока и заряжается только первая аккумуляторная батарея 3 от второй аккумуляторной батареи 4. Кроме того, при использовании 12 В свинцовой батареи в качестве первой аккумуляторной батареи 3, задают нижнюю границу Vdc_b_L, например, при 9 В, в то время как верхнюю границу Vdc_b_H задают, например, 14 В.

В качестве конечного коэффициента R распределения, контроллер 102 распределения электрической мощности выбирает более маленький из коэффициента R1 распределения и коэффициента R2 распределения, которые рассчитываются по приведенным выше вычислениям. Затем, контроллер 102 распределения электрической мощности выводит выбранный таким образом конечный коэффициент R распределения на ШИМ генератор 103.

В соответствии с коэффициентом R распределения от контроллера 102 распределения электрической мощности, ШИМ генератор 103 определяет распределение времени, то есть время для работы первой инвертирующей схемы 13 в качестве инвертора и время для работы первой инвертирующей схемы 13 в качестве преобразователя. Затем, в соответствии с инструкциями А, В, С режима от контроллера 101 напряжения, ШИМ генератор 103 вырабатывает ШИМ импульсы для включения и выключения переключателей 25-28 в секции для работы первой инвертирующей схемы 13 в качестве инвертора, одновременно вырабатывает ШИМ импульсы для включения и выключения переключателей 21-24 и переключателей 31 и 32 в секции для работы первой инвертирующей схемы 13 в качестве преобразователя.

На фиг.8 показан пример распределения времени относительно коэффициента R распределения. На фиг.8 Ts обозначает одну частоту широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и задает несущую частоту ШИМ. ШИМ генератор 103 разделяет частоту Ts в соответствии с коэффициентом R распределения. В секции (1-R)Ts, ШИМ генератор 103 вырабатывает ШИМ импульс для включения и выключения переключателей 21-25 и переключателей 31, 32 в соответствии с инструкцией В режима и инструкцией С режима, соответственно. В секции RxTs ШИМ генератор 103 вырабатывает ШИМ импульс для включения и выключения переключателей 25-28, в соответствии с инструкцией А режима. При этом электрическая мощность от второй аккумуляторной батареи 4 подается на сторону первой инвертирующей схемы 13 посредством общего трансформатора 14, следуя пути, указанному жирными линиями на фиг.9(b). Затем электрическую мощность выпрямляют посредством переключателей 21-24 и затем подают заряд на первую аккумуляторную батарею 3. Затем в секции RxTs электрическую мощность от источника 2 энергии переменного тока подают на сторону второй инвертирующей схемы 15 посредством общего трансформатора 14 и подают заряд на вторую аккумуляторную батарею 4, следуя пути, указанному жирными линиями на фиг.9(а). В данном случае выпрямитель 11 и схема 12 корректировки коэффициента мощности каждый работает вне зависимости от распределения электрической мощности. Кроме того, электрическая мощность каждого из источника 2 энергии переменного тока, первой аккумуляторной батареи 3 и второй аккумуляторной батареи 4 является усредненной по времени через сглаживающие конденсаторы 29а, 29b, 33. Вышеперечисленные операции преобразователя 1А могут рассматриваться как непрерывные операции, которые могут быть выполнены, когда контроль электрической мощности осуществляется посредством множества преобразователей электрической мощности.

Как подробно представлено выше на конкретных примерах, с преобразователем 1А электрической мощности по первому варианту осуществления контроллер 100 включает и выключает переключатели 21-28 первой инвертирующей схемы 13 со стороны первичной обмотки общего трансформатора 14 и переключатели 31 и 32 второй инвертирующей схемы 15 со стороны вторичной обмотки общего трансформатора 14. Само по себе управление электрической мощностью между множеством источников мощности, то есть управление подачей заряда от источника 2 энергии переменного тока на вторую аккумуляторную батарею 4 и подачей заряда от второй аккумуляторной батареи 4 к первой аккумуляторной батарее 3 осуществляют посредством схемы, в которой используется один общий трансформатор 14, а также обмотки, таким образом, уменьшая размеры преобразователя электрической мощности. Конкретно, этот тип преобразователя электрической мощности является большим по весу и объему трансформатора, что является недостатком с точки зрения уменьшения размеров. Поэтому совместное использование трансформатора является чрезвычайно эффективным для уменьшения размеров.

Кроме того, как представлено выше, преобразователь 1А электрической мощности по первому варианту осуществления изобретения является эффективным в качестве преобразователя электрической мощности, который устанавливают конкретно на электрическом транспортном средстве. На фиг.10 показан пример схемы, где преобразователь 1а электрической мощности по первому варианту осуществления изобретения установлен на электрическом транспортном средстве 150. В примере, показанном на фиг.10, первая аккумуляторная батарея 3 является батареей низкого напряжения для приведения в действие оборудования, вторая аккумуляторная батарея 4 является батареей высокого напряжения для подачи электрической мощности на приводной двигатель М. Традиционное электрическое транспортное средство включает в себя зарядное устройство для зарядки аккумуляторной батареи высокого напряжения от наружного однофазного переменного тока и преобразователь постоянного тока в постоянный ток для зарядки аккумуляторной батареи низкого напряжения (для приведения в действие оборудования) от аккумуляторной батареи высокого напряжения. С другой стороны, преобразователь 1А электрической мощности по первому варианту осуществления настоящего изобретения может выполнять вышеперечисленные функции посредством одного устройства, при этом преобразователь 1А электрической мощности сам по себе является малым по размеру, таким образом достигая малого веса транспортного средства и увеличивая свободную компоновку при установке в транспортное средство, чтобы за счет этого упростить конструкцию транспортного средства.

Кроме того, преобразователь 1А по первому варианту осуществления изобретения имеет выпрямитель 11 для выпрямления входного напряжения от источника 2 энергии переменного тока. Хотя сам по себе преобразователь 1А электрической мощности имеет такую структуру, что отрицательный электрод источника 2 энергии переменного тока и отрицательный электрод 3N первой аккумуляторной батареи 3 подсоединены к общей токопроводящей шине CD, чтобы за счет этого создать общий электрод, разность потенциалов между стороной положительного электрода источника 2 энергии переменного тока и стороной положительного электрода 3Р первой аккумуляторной батареи 3 может быть сохранена.

Кроме того, с преобразователем 1А электрической мощности по первому варианту осуществления настоящего изобретения, на основе коэффициента распределения R1= инструкция Х электрической мощности/(инструкция Х электрической мощности + инструкция Y' электрической мощности) контроллер 100 ищет время распределения, то есть время для подачи электрической мощности от источника 2 энергии переменного тока ко второй аккумуляторной батарее 4 и время для подачи электрической мощности от второй аккумуляторной батареи 4 к первой аккумуляторной батарее 3. В соответствии с полученным таким образом распределением времени, контроллер 100 включает и выключает переключатели 21-28 первой инвертирующей схемы 13 и переключатели 31 и 32 второй инвертирующей схемы 15. В соответствии с масштабом мощности нагрузки, которая требуется или оценивается, контроллер 100 может сам должным образом управлять электрической мощностью, подаваемой от источника 2 энергии переменного тока ко второй аккумуляторной батарее 4, и электрической мощностью, подаваемой от второй аккумуляторной батареи 4 к первой аккумуляторной батарее 3. Кроме того, посредством операций над временным коэффициентом для управления переключателями 21-28 и переключателями 31, 32, время каждой из вышеперечисленных электрических мощностей представляет собой коэффициент короткого периода. Сама по себе электрическая мощность, которая была усреднена по времени и проходит через первую инвертирующую схему 13 и вторую инвертирующую схему 15, может быть подвергнута непрерывным операциям, подобно тем, которые выполнялись, когда управление электрической мощностью осуществляется посредством множества преобразователей электрической мощности.

Кроме того, с преобразователем 1А электрической мощности по первому варианту осуществления изобретения в соответствии с измеренным напряжением Vdc_b первой аккумуляторной батареи 3, контроллер 100 регулирует распределение времени, то есть время для подачи электрической мощности от источника 2 энергии переменного тока ко второй аккумуляторной батарее 4 и время для подачи электрической мощности от второй аккумуляторной батареи 4 к первой аккумуляторной батарее 3. Когда заряженное состояние первой аккумуляторной батареи 3 снижается в зависимости от напряжения, подача электрического заряда к первой аккумуляторной батарее 3 может стать приоритетной, таким образом, заранее предупреждая проблему отказа управления, который может быть вызван падением напряжения в первой аккумуляторной батарее 3, используемой в качестве источника энергии контроллера 100.

Второй вариант осуществления настоящего изобретения

Далее представлен второй вариант осуществления настоящего изобретения.

Фиг.11 представляет собой схему, на которой показана структура преобразователя 1В электрической мощности в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Преобразователь 1В электрической мощности по второму варианту осуществления настоящего изобретения имеет такую структуру, что соединение сглаживающего конденсатора 29а со сглаживающим конденсатором 29b посредством диода 41 может сохранить напряжение сглаживающего конденсатора 29а больше чем или равным напряжению сглаживающего конденсатора 29b. В данном случае базовая структура и операции преобразователя 1В электрической мощности по второму варианту осуществления изобретения подобны структуре и операциям преобразователя 1А электрической мощности по первому варианту осуществления изобретения. Следовательно, структурные элементы, которые являются общими или соответствуют элементам по первому варианту осуществления настоящего изобретения, обозначены одними и теми же ссылочными позициями, при этом их повторное описание пропущено.

С преобразователем 1В электрической мощности по второму варианту осуществления настоящего изобретения схема имеет такую структуру, что диод 41 сохраняет напряжение сглаживающего конденсатора 29а большим или равным напряжению сглаживающего конденсатора 29b. Даже когда источник 2 энергии переменного тока приостановлен или не подсоединен, сама по себе разность потенциалов не меняется на обратную. Переключатели 25, 26 первой инвертирующей схемы 13 не должны иметь структуру, чтобы иметь стабильное напряжение обратной полярности, которое показано на фиг.2(а) и фиг.2(b), устраняя таким образом необходимость в диоде, подключенном последовательно с переключателем (переключателями). Кроме того, нет необходимости укорачивать, посредством переключателя, путь от слаживающего конденсатора 29b к сглаживающему конденсатору 29а. Сами по себе переключатели 27, 28, подключенные в обратном порядке параллельно переключателям 25, 26, не являются необходимыми. В итоге, одни диоды 42, 43 должны быть подсоединены параллельно к соответствующим переключателям 25, 26.

Кроме того, когда источник 2 энергии переменного тока не подсоединен, диод 41, подсоединенный между сглаживающим конденсатором 29а и сглаживающим конденсатором 29b, может заряжать сглаживающий конденсатор 29а.

Как представлено выше, преобразователь 1В электрической мощности по второму варианту осуществления изобретения имеет такую структуру, что диод 41 сохраняет напряжение сглаживающего конденсатора 29а большим или равным напряжению сглаживающего конденсатора 29b. Само по себе количество переключателей первой инвертирующей схемы 13 дополнительно уменьшено (то есть переключатели 27, 28 не требуются), таким образом, достигая еще более маленького размера и низкой стоимости. Кроме того, с точки зрения применимости в электрическом транспортном средстве 150, 12 В свинцовая батарея часто используется для первой аккумуляторной батареи 3 для приведения в действие оборудования, в то время как покупной источник энергии, такой как источник на 100 В действующего значения, используется в качестве источника 2 энергии переменного тока. Само по себе напряжение после выпрямления выше, чем напряжение в первой аккумуляторной батарее 3. При этом преобразователь 1В электрической мощности, предотвращающий обратное напряжение и имеющий малый размер, может быть эффективно использован согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Третий вариант осуществления настоящего изобретения

Фиг.12 представляет собой схему, на которой показана структура преобразователя 1С электрической мощности, согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. Преобразователь 1С электрической мощности по третьему варианту осуществления настоящего изобретения имеет такую структуру, что выполнены промежуточные клеммы 141aT”, 141bT” на пути соответствующих первичных обмоток 141а, 141b общего трансформатора 14, соединяя таким образом переключатели 21-24 первой инвертирующей схемы 13 с промежуточными клеммами 141aT”, 141bT”. В данном случае базовая структура и операции преобразователя 1С электрической мощности по третьему варианту осуществления настоящего изобретения подобны структуре и операциям преобразователя 1В электрической мощности по второму варианту осуществления настоящего изобретения. Поэтому структурные элементы, которые являются общими или соответствуют элементам по второму варианту осуществления настоящего изобретения, обозначены теми же ссылочными позициями, при этом их повторное описание опущено.

С преобразователем 1С электрической мощности по третьему варианту осуществления настоящего изобретения общая токопроводящая шина CB соединена с центральной точкой СР1 между первичными обмотками 141а, 141b общего трансформатора 14. Кроме того, клеммы 141aT, 141bT на любых концах соответствующих первичных обмоток 141а, 141b соединены с положительным электродом (выход схемы 12 корректировки коэффициента мощности) на стороне источника 2 энергии переменного тока посредством соответствующих переключателей 25, 26 первой инвертирующей схемы 31. Кроме того, промежуточные клеммы 141aT”, 141bT”, расположенные на пути соответствующих первичных обмоток 141а, 141b, подсоединены к положительному электроду 3P первой аккумуляторной батареи 3 посредством переключателей 21-24. В данном случае количество обмоток для размещения клемм 141aT, 141bT, 141aT”, 141bT” первичных обмоток 141а, 141b должно быть задано с учетом напряжения, когда первая аккумуляторная батарея 3 используется обычным образом.

Как представлено выше, преобразователь 1С электрической мощности по третьему варианту осуществления настоящего изобретения имеет такую структуру схемы, что переключатели 21-24 первой инвертирующей схемы 13 соединены с промежуточными клеммами 141aT”, 141bT”, расположенными на пути соответствующих первичных обмоток 141a, 141b общего трансформатора 14. Само по себе выполнение переключений переключателей 21-24 из низкого напряжения промежуточных клемм 141aT”, 141bT”, расположенных на маршруте первичных обмоток 141a, 141b, может снизить затухание переключателей 21-24. (Затухание переключателя включает в себя постоянное затухание за время периода состояния «включено» и затухание переключения. Затухание переключения является продуктом тока и напряжения, следовательно, затухание может быть уменьшено, при переключении с более низкого напряжения.) Сам по себе преобразователь 1С электрической мощности по третьему варианту осуществления настоящего изобретения может эффективно подавать электрическую энергию на вторую аккумуляторную батарею 4, уменьшая, таким образом, размеры охладителя для излучаемой теплоты переключателя и снижая потребление электрической мощности.

Четвертый вариант осуществления настоящего изобретения

Далее представлен четвертый вариант осуществления настоящего изобретения.

Фиг.13 изображает собой схему, на которой показана структура преобразователя 1D электрической мощности в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения. Преобразователь 1D электрической мощности по четвертому варианту осуществления настоящего изобретения имеет такую структуру, что выходной сигнал переменного тока источника 2 энергии переменного тока непосредственно вводится в первую инвертирующую схему 13, вместо выполнения выпрямителя 11 или схемы 12 корректировки коэффициента мощности. Кроме того, другая структура и операции преобразователя 1D электрической мощности по четвертому варианту осуществления настоящего изобретения подобны структуре и операциям преобразователя 1А электрической мощности по первому варианту осуществления изобретения, следовательно, структурные элементы, которые являются общими или соответствуют элементам по первому варианту осуществления изобретения, обозначены одними и теми же ссылочными позициями, при этом их повторное описание опущено.

Источник 2 энергии переменного тока, который является обычным однофазным 100 В источником мощности, соединен с преобразователем 1D электрической мощности по четвертому варианту осуществления изобретения. Источник 2 энергии переменного тока имеет первый потенциал, который заземлен. С преобразователем 1D электрической мощности по четвертому варианту осуществления настоящего изобретения вход от источника 2 энергии переменного тока соединен с конденсатором 29a' не посредством выпрямителя 11 или схемы 12 корректировки коэффициента мощности. Конденсатор 29a' является более маленьким по емкости, чем сглаживающий конденсатор 29а по первому варианту осуществления настоящего изобретения. Емкость конденсатора 29a' способна поглощать пульсирующую составляющую постоянного тока, вызванную переключениями переключателей 25-28, и меньше, чем емкость сглаживающего конденсатора 29b на стороне первой аккумуляторной батареи 3.

Фиг.14 изображает схему блока управления контроллера 100 преобразователя 1D электрической мощности по четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.

Преобразователь 1D электрической мощности по четвертому варианту осуществления настоящего изобретения осуществляет следующую операцию. При напряжении V_a конденсатора 29a' (входное напряжение источника 2 энергии переменного тока) и напряжении Vdc_b конденсатора 29b (напряжение первой аккумуляторной батареи 3) в качестве входных сигналов, контроллер 102 распределения мощности контроллера 100 ищет время Tb распределения для распределения периода источника 2 энергии переменного тока на основе входящих, таким образом, напряжений V_a, Vdc_b. Время Tb распределения предполагается для зарядки первой аккумуляторной батареи 3 от второй аккумуляторной батареи 4. Из периода Tac источника 2 энергии переменного тока время для зарядки второй аккумуляторной батареи 4 от источника 2 энергии переменного тока обозначено Тас-Tb.

Для предотвращения зарядки от источника 2 энергии переменного тока на вторую аккумуляторную батарею 4, когда напряжение V_a конденсатора 29a' ниже, чем определенное пороговое напряжение Va_th, контроллер 102 распределения электрической мощности вычисляет время Tb0 распределения как распределение времени. Время Tb0 распределения может быть получено путем сравнения напряжения V_a конденсатора 29a' с определенным пороговым напряжением Va_th. Кроме того, контроллер 102 распределения электрической мощности вычисляет время Tb1 распределения для предупреждения падения напряжения измеренного напряжения Vdc_b первой аккумуляторной батареи 3. На основе измеренного напряжения Vdc_b первой аккумуляторной батареи 3 относительно времени Tb1 распределения, как показано на фиг.15, время Tb1 распределения может быть рассчитано из измеренного напряжения Vdc_b первой аккумуляторной батареи 3. Кроме того, из полученных, таким образом, времени Tb0 распределения и времени Tb1 распределения контроллер 102 распределения электрической мощности выбирает более продолжительное время в качестве окончательного времени Tb распределения и затем выводит окончательное время Tb распределения на ШИМ генератор 103.

В соответствии с временем Tb распределения от контроллера 102 распределения электрической мощности, ШИМ генератор 103 вырабатывает импульсы ШИМ для включения и выключения переключателей 21-24 и переключателей 31, 32 в секции для зарядки первой аккумуляторной батареи 3 от второй аккумуляторной батареи 4 и вырабатывает импульсы ШИМ для включения и выключения переключателей 21-24 и переключателей 31, 32 в секции для зарядки второй аккумуляторной батареи 4 от источника 2 энергии переменного тока. С перечисленными выше операциями управления, включение и выключение переключателей 25-28 не осуществляют, когда напряжение V_a конденсатора 29a' ниже, чем определенное пороговое значение напряжения Va_th, и за счет этого общему трансформатору 14 не требуется высоковольтного буферного коэффициента для зарядки второй аккумуляторной батареи 4. Само по себе соотношение числа обмоток общего трансформатора 14 для этого увеличивать не требуется.

На фиг.16 показан пример распределения по времени напряжения V_a конденсатора 29a' относительно времени Tb распределения. Как показано на фиг.16, когда измеренное напряжение Vdc_b первой аккумуляторной батареи 3 является достаточно высоким, переключение переключателей 21-24 и переключателей 31, 32 в диапазоне, где напряжение V_a конденсатора 29a' ниже, чем определенное пороговое значение напряжения Va_th, заряжает первую аккумуляторную батарею 3 от второй аккумуляторной батареи 4, в то время как переключение переключателей 25-28 в диапазоне, где напряжение V_a конденсатора 29a' выше, чем определенное пороговое значение напряжения Va_th, заряжает вторую аккумуляторную батарею 4 от источника 2 энергии переменного тока. Кроме того, когда измеренное напряжение Vdc_b конденсатора 29a' является более низким, управление временем Tb распределения изменяет время зарядки первой аккумуляторной батареи 3, таким образом управляя величиной заряда первой аккумуляторной батареи 3.

Как представлено выше, преобразователь 1D электрической мощности по четвертому варианту осуществления настоящего изобретения имеет такую структуру, что выходной сигнал переменного тока из источника 2 энергии переменного тока вводится непосредственно в первую инвертирующую схему 13 без выполнения выпрямителя 11 или схемы 12 корректировки коэффициента мощности, достигая таким образом дополнительного уменьшения размеров и низкой стоимости всего устройства. Кроме того, с точки зрения применимости в электрическом транспортном средстве 150, 12 В свинцовая батарея, используемая в качестве первой аккумуляторной батареи 3 (для оборудования), и однофазная 100 В в качестве источника 2 энергии переменного тока каждая имеет первую клемму, которая заземлена. Сама по себе заземленная сторона каждого источника соединена с общей токопроводящей шиной СВ, в то время как вторая клемма соединена с первичными обмотками 14а, 14b общего трансформатора 14 без выпрямления второй клеммы, и в этом состоянии контроллер 100 осуществляет управление распределением без выполнения переключений в диапазоне низкого напряжения. В соответствии с этим преобразование электрической мощности посредством общего трансформатора 14 может быть осуществлено надлежащим образом без ненужного увеличения соотношения числа витков обмоток общего трансформатора 14.

Кроме того, с преобразователем 1D электрической мощности по четвертому варианту осуществления настоящего изобретения контроллер 100 включает и выключает переключатели 21-28 первой инвертирующей схемы 13 и переключатели 31, 32 второй инвертирующей схемы 15 так, что зарядка осуществляется от источника 2 энергии переменного тока на вторую аккумуляторную батарею 4 в диапазоне, где входное напряжение V_a источника 2 энергии переменного тока выше, чем определенное пороговое значение Va_th, при этом зарядка осуществляется от второй аккумуляторной батареи 4 на первую аккумуляторную батарею 3 в диапазоне, где входное напряжение V_a источника 2 энергии переменного тока ниже, чем определенное пороговое значение Va_th. При выборе соотношения количества витков общего трансформатора само по себе проектирование соотношения числа витков обмоток общего трансформатора 14 облегчено, без необходимости преобразования электрической мощности путем использования высокого повышающего коэффициента от низкого напряжения переменного тока. Кроме того, зарядка второй аккумуляторной батареи 4 в диапазоне, где входное напряжение V_a источника 2 энергии переменного тока выше, чем определенное пороговое значение Va_th, может заранее предотвратить увеличенные потери, которые могут быть вызваны преобразованием электрической мощности. Кроме того, зарядку второй аккумуляторной батареи 3 осуществляют в период Тас источника 2 энергии переменного тока, сохраняя таким образом надлежащую величину заряда первой аккумуляторной батареи 3.

Кроме того, преобразователь 1D электрической мощности по четвертому варианту осуществления настоящего изобретения имеет следующие операции. В соответствии с измеренным напряжением Vdc_b первой аккумуляторной батареи 3 контроллер 100 регулирует распределение времени, то есть время для зарядки второй аккумуляторной батареи 4 от источника 2 энергии переменного тока и время для зарядки первой аккумуляторной батареи 3 от второй аккумуляторной батареи 4. Когда состояние зарядки первой аккумуляторной батареи 3 уменьшается, сама по себе подача заряда к первой аккумуляторной батарее 3 может стать приоритетной, заранее предупреждая, таким образом, проблему контроля за выходом из строя, который может быть вызван падением напряжения в первой аккумуляторной батарее 3, используемой в качестве источника энергии контроллера 100.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Вышеописанные варианты осуществления поясняют настоящее изобретение. Следовательно, предполагается, что технический объем изобретения не ограничен вариантами, раскрытыми в описании изобретения. Другими словами, технический объем настоящего изобретения не ограничен конкретными техническими признаками, раскрытыми в приведенных выше вариантах осуществления настоящего изобретения, и поэтому включает в себя модификации, изменения, альтернативные технологии и тому подобное, легко вытекающие из приведенного выше описания.

Данная заявка основана на первоначальной заявке на патент Японии №P2009-006543, поданной 15 января 2009 года в Японии. Полное содержание заявки на патент Японии №P2009-006543, на основании которой испрашивается приоритет, включено здесь по ссылке для того, чтобы получить защиту в отношении ошибок перевода или пропущенных элементов.

Объем настоящего изобретения определен нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователе электрической мощности, использующем трансформатор, который предпочтительно устанавливают на электрическом транспортном средстве. Технический результат - создание преобразователя электрической мощности малого размера. Преобразователь (1А) электрической мощности передает и получает, через трансформатор (14), электрическую мощность между источником (2) мощности переменного тока и второй аккумуляторной батареей (4) или между первой аккумуляторной батареей (3) и второй аккумуляторной батареей. Преобразователь электрической мощности включает в себя: общую токопроводяшую шину (СВ) для соединения следующих элементов с первичной обмоткой (141а, 141b) трансформатора (14): первого электрода источника энергии переменного тока и первого электрода первой аккумуляторной батареи, первую схему переключателя (13) для избирательного соединения следующих элементов с первичной обмоткой (141а, 141b) трансформатора: второго электрода источника энергии переменного тока и второго электрода первой аккумуляторной батареи; вторую схему переключателя (15) для соединения второй аккумуляторной батареи со вторичной обмоткой (142а, 142b) трансформатора и контроллер (100) для управления электрической мощностью источника энергии переменного тока, первой аккумуляторной батареи и второй аккумуляторной батареи путем включения и выключения первой и второй цепей (13, 15) переключателя. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Преобразователь электрической мощности для передачи и приема посредством трансформатора электрической мощности между источником мощности переменного тока и второй аккумуляторной батареей или между первой аккумуляторной батареей и второй аккумуляторной батареей, содержащий:
общую токопроводяшую шину для соединения следующих элементов с первичной обмоткой трансформатора: первого электрода источника энергии переменного тока и первого электрода первой аккумуляторной батареи; первую схему переключателя для избирательного соединения следующих элементов с первичной обмоткой трансформатора: второго электрода источника энергии переменного тока и второго электрода первой аккумуляторной батареи, при этом первая схема переключателя выполнена с возможностью осуществления преобразования электрической мощности; вторая схема переключателя предназначена для соединения второй аккумуляторной батареи со вторичной обмоткой трансформатора, при этом вторая схема переключателя выполнена с возможностью выполнения преобразовании электрической мощности; и контроллер для управления электрической мощностью каждого из: источника энергии переменного тока, первой аккумуляторной батареи и второй аккумуляторной батареи путем включения и выключения переключателя первой схемы переключателя и переключателя второй схемы переключателя.

2. Преобразователь электрической мощности по п.1, дополнительно содержащий:
выпрямляющую схему для выпрямления входного напряжения источника энергии переменного тока, в котором
общая токопроводящая шина соединяет следующие элементы с первичной обмоткой трансформатора:
первый конец выхода выпрямляющей схемы и
первый электрод первой аккумуляторной батареи, при этом
первая схема переключателя избирательно соединяет следующие элементы с первичной обмоткой трансформатора:
второй конец выхода выпрямляющей схемы и
второй электрод первой аккумуляторной батареи.

3. Преобразователь электрической мощности по п.2, в котором второй конец выхода выпрямляющей схемы соединен с вторым электродом первой аккумуляторной батареи посредством диода.

4. Преобразователь электрической мощности по п.3, в котором общая токопроводящая шина соединяет следующие элементы с первичной обмоткой трансформатора:
сторону отрицательного электрода выхода схемы выпрямления и отрицательный электрод первой аккумуляторной батареи; при этом
диод расположен между положительным электродом первой аккумуляторной батареи и стороной положительного электрода выхода выпрямляющей схемы так, что направление от положительного электрода первой аккумуляторной батареи к стороне положительного электрода выхода выпрямляющей схемы является направленным вперед, при этом
первая схема переключателя соединяет положительный электрод первой аккумуляторной батареи с первичной обмоткой трансформатора посредством переключателя, имеющего стабильное обратное напряжение, при этом
первая схема переключателя соединяет положительный электрод выхода выпрямляющей схемы с первичной обмоткой трансформатора посредством переключателя, не имеющего стабильного обратного напряжения.

5. Преобразователь электрической мощности по п.1, в котором на основе коэффициента, который получен с помощью следующего выражения, контроллер ищет распределение времени для подачи электрической мощности от источника энергии переменного тока ко второй аккумуляторной батарее посредством трансформатора относительно времени для подачи электрической мощности от второй аккумуляторной батареи к первой аккумуляторной батарее посредством трансформатора:
коэффициент = инструкция X электрической мощности/(инструкция X электрической мощности + инструкция Y электрической мощности),
где X обозначает мощность зарядки, требуемую для второй аккумуляторной батареи; Y обозначает электрическую мощность зарядки, необходимую для первой аккумуляторной батареи, при этом в соответствии с распределением времени контроллер включает и выключает переключатель первой схемы переключателя и переключатель второй схемы переключателя.

6. Преобразователь электрической мощности по п.5, в котором контроллер отслеживает напряжение первой аккумуляторной батареи, при этом в соответствии с отслеженным напряжением первой аккумуляторной батареи контроллер регулирует распределение времени для подачи электрической мощности от источника энергии переменного тока ко второй аккумуляторной батареи посредством трансформатора относительно времени для подачи электрической мощности от второй аккумуляторной батареи к первой аккумуляторной батарее посредством трансформатора.

7. Преобразователь электрической мощности по п.1, в котором общая токопроводящая шина соединяет следующие элементы с первичной обмоткой трансформатора:
вывод заземления источника энергии переменного тока и отрицательный электрод первой аккумуляторной батареи, при этом
первая схема переключателя избирательно соединяет нижеследующие элементы с первичной обмоткой трансформатора:
другую клемму источника энергии переменного тока, отличную от клеммы заземления источника энергии переменного тока, и положительный электрод первой аккумуляторной батареи.

8. Преобразователь электрической мощности по п.7, в котором
контроллер отслеживает входное напряжение источника энергии переменного тока, при этом
контроллер включает и выключает переключатель первой схемы переключателя и переключатель второй схемы переключателя, так что: в секции, где отслеженное входное напряжение источника энергии переменного тока выше, чем определенное пороговое напряжение, электрическая мощность, подается от источника энергии переменного тока ко второй аккумуляторной батареи посредством трансформатора; при этом
в секции, где отслеженное входное напряжение источника энергии переменного тока ниже, чем определенное пороговое напряжение, электрическая мощность подается от второй аккумуляторной батареи к первой аккумуляторной батарее посредством трансформатора.

9. Преобразователь электрической мощности по п.8, в котором
контроллер отслеживает напряжение первой аккумуляторной батареи, при этом
в соответствии с отслеженным напряжением первой аккумуляторной батареи, контроллер регулирует временное распределение времени для подачи электрической мощности от источника энергии переменного тока ко второй аккумуляторной батарее посредством трансформатора относительно времени для подачи электрической мощности от второй аккумуляторной батареи к первой аккумуляторной батарее посредством трансформатора.

10. Преобразователь электрической мощности по п.1, в котором промежуточная клемма для разделения числа первичных обмоток трансформатора выполнена на первичной обмотке трансформатора, при этом второй электрод первой аккумуляторной батареи соединен с промежуточной клеммой посредством переключателя первой схемы переключателя.

11. Способ преобразования электрической мощности для передачи и получения посредством трансформатора электрической мощности между источником энергии переменного тока и второй аккумуляторной батареей или между первой аккумуляторной батареей и второй аккумуляторной батареей, содержащий этапы, на которых:
соединяют следующие элементы с первичной обмоткой трансформатора:
первый электрод источника энергии переменного тока и первый электрод первой аккумуляторной батареи;
избирательно соединяют следующие элементы с первичной обмоткой трансформатора:
второй электрод источника энергии переменного тока и второй электрод первой аккумуляторной батареи,
причем операцию избирательного соединения выполняют с возможностью осуществления преобразования электрической мощности;
соединяют вторую аккумуляторную батарею с вторичной обмоткой трансформатора, при этом
соединение вторичной обмотки предназначено для преобразования электрической мощности; и
управляют электрической мощностью каждого из источника энергии переменного тока, первой аккумуляторной батареи и второй аккумуляторной батареи путем включения и выключения переключателя первой схемы переключателя и переключателя второй схемы переключателя.

12. Преобразователь электрической мощности для передачи и получения посредством трансформаторного средства электрической мощности между средством источника энергии переменного тока и вторым средством хранения электроэнергии, или между первым средством хранения электроэнергии и вторым средством хранения электроэнергии, содержащий:
общее соединительное средство для соединения следующих элементов со средством первичной обмотки трансформаторного средства:
первого электрода средства источника энергии переменного тока и первого электрода первого средства хранения электроэнергии;
первое средство переключения для избирательного соединения следующих элементов со средством первичной обмотки трансформаторного средства:
второго электрода средства подачи мощности переменного тока и
второго электрода первого средства хранения электроэнергии, при этом первое средство переключения выполнено с возможностью осуществления преобразования электрической мощности;
второе средство переключения для соединения второго средства хранения электроэнергии со средством вторичной обмотки трансформаторного средства, при этом
второе средство переключения выполнено с возможностью осуществления преобразования электрической мощности; и
средство управления для управления электрической мощностью каждого из: средства подачи мощности переменного тока, первого средства хранения электроэнергии и второго средства хранения электроэнергии путем включения и выключения переключающего средства первого средства переключения и переключающего средства второго средства переключения.

13. Преобразователь электрической мощности для передачи и получения посредством трансформатора электрической мощности между множеством напряжений и выходным напряжением, причем преобразователь электрической мощности содержит:
общую токопроводящая шину для соединения первой концевой стороны каждого из множества напряжений с первичной обмоткой трансформатора;
первую схему переключателя для избирательного соединения второй концевой стороны каждого из множества напряжений с первичной обмоткой трансформатора, при этом первая схема переключателя выполнена с возможностью осуществления преобразования электрической мощности;
вторую схему переключателя для соединения выходного напряжения со вторичной обмоткой трансформатора, при этом вторая схема переключателя выполнена с возможностью осуществления преобразования электрической мощности; и
контроллер для управления электрической мощностью каждого из множества напряжений и электрической мощностью выходного напряжения путем включения и выключения переключателя первой схемы и переключателя второй схемы переключателя.