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混合充电系统

阅读:919发布:2020-05-08

专利汇可以提供混合充电系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且用于电动交通工具(14,15)的混合充电系统(12)包括:可连接到AC电 力 网(18)的AC到AC转换器(42);具有一次绕组(60)的 变压器 (44),所述变压器(44)与AC到AC转换器(42)互连;二次侧AC到DC转换器(46),所述二次侧AC到DC转换器(46)与变压器(44)的二次绕组(62)互连,并且用于提供DC 电流 ,以用于经由 电缆 (40)的到电动交通工具(15)的功率传输;电缆(40),所述电缆(40)连接到二次侧AC到DC转换器(46),以用于提供DC电流,以用于到电动交通工具(15)的功率传输;以及第一电感线圈(24),所述第一电感线圈(24)与AC到AC转换器(42)互连,并且用于与第二电感线圈(28)进行电感耦合,以用于经由空气隙的到电动交通工具(14)的功率传输。,下面是混合充电系统专利的具体信息内容。

1.一种用于电动交通工具(14,15)的混合充电系统(12),所述充电系统(12)包括:
AC到AC转换器(42),所述AC到AC转换器(42)可连接到AC电网(18);
具有一次绕组(60)的变压器(44),所述变压器(44)与所述AC到AC转换器(42)互连;
二次侧AC到DC转换器(46),所述二次侧AC到DC转换器(46)与所述变压器(44)的二次绕组(62)互连;
电缆(40),所述电缆(40)连接到所述二次侧AC到DC转换器(46),以用于提供DC电流,以用于到电动交通工具(15)的功率传输;
第一电感线圈(24),所述第一电感线圈(24)与所述AC到AC转换器(42)互连,并且用于与第二电感线圈(28)进行电感耦合,以用于经由空气隙的到电动交通工具(14)的功率传输。
2.如权利要求1所述的混合充电系统(12),还包括:
第一开关(58),所述第一开关(58)互连在所述AC到AC转换器(42)与所述变压器(44)之间,以用于将所述变压器(44)的所述一次绕组(60)与所述AC到AC转换器(42)断开,或者用于将所述变压器(44)的所述一次绕组(60)短路
第二开关(64),所述第二开关(64)互连在所述AC到AC转换器(42)与所述第一电感线圈(24)之间,以用于将所述第一电感线圈(24)与所述AC到AC转换器(42)断开或,者用于将所述第一电感线圈(24)短路。
3.如权利要求2所述的混合充电系统(12),
其中所述第一开关(58)是常闭开关,而所述第二开关(64)是常开开关;或者其中所述第二开关(58)是常闭开关,而所述第一开关(64)是常开开关。
4.如权利要求2或3所述的混合充电系统(12),还包括:
控制器(48),所述控制器(48)用于打开和闭合所述第一开关(58)和所述第二开关(64),使得只有所述变压器(44)或者只有所述第一电感线圈(24)与所述AC到AC转换器(42)相连接;
其中所述控制器(48)适于接收指示电动交通工具(14)的充电类型的无线通信信号
其中所述控制器(48)适于按照所接收的充电类型来打开和闭合所述第一开关(58)和所述第二开关(64)。
5.如权利要求2至4中的任一项所述的混合充电系统(12),
其中至少一个补偿电容器(66,66’)连接在所述AC到AC转换器(42)与所述第一开关(58)之间,以及所述至少一个补偿电容器(66,66’)连接在所述AC到AC转换器(42)与所述第二开关(64)之间。
6.如权利要求5所述的混合充电系统(12),
其中所述至少一个补偿电容器(66)与所述变压器(44)的所述一次绕组(60)串联连接,并且与所述第一电感线圈(24)串联连接。
7.如权利要求5或6所述的混合充电系统(12),
其中所述至少一个补偿电容器(66’)与所述变压器(44)的所述一次绕组(60)并联连接,并且与所述第一电感线圈(24)并联连接。
8.如前述权利要求中的任一项所述的混合充电系统(12),还包括:
无线接收器(36),所述无线接收器(36)用于接收来自具有所述第二电感线圈(28)的所述电动交通工具(14)的充电信号
控制器(48),所述控制器(48)适于当充电信号由所述无线接收器(42)接收时将所述变压器(44)与所述AC到AC转换器(42)断开,并且适于将所述第一电感线圈(24)连接到所述AC到AC转换器(42)。
9.如前述权利要求中的任一项所述的混合充电系统(12),
其中所述第一电感线圈(24)和所述变压器(44)的所述一次绕组(60)并联或串联连接到所述AC到AC转换器(42)的输出。
10.如权利要求1至8中的任一项所述的混合充电系统(12),
其中所述第一电感线圈(24)连接到所述AC到AC转换器(52)的第一输出(63a)和第二输出(63b);
其中所述变压器(44)的所述一次绕组(60)连接到所述AC到AC转换器(42)的所述第二输出(63b)和第三输出(63c)。
11.如前述权利要求中的任一项所述的混合充电系统(12),
其中所述AC到AC转换器(42)包括电网侧AC到DC转换器(50)和一次侧DC到AC转换器(52);
其中具有DC链路电容器(56)的DC链路(54)互连在所述AC到DC转换器(50)与所述DC到AC转换器(52)之间。
12.如权利要求11所述的无线充电系统(12),
其中所述DC到AC转换器(50)包括全桥转换器(86,-),所述全桥转换器(86,-)具有提供输出(63a,63b,63c)的两个或三个半桥(84)。
13.如权利要求11或12所述的无线充电系统(12),
其中所述AC到DC转换器(50)包括升压转换器(72)和/或无源整流器(70);或者其中所述AC到DC转换器(14)包括全桥转换器(78)。
14.如前述权利要求中的任一项所述的混合充电系统(12),
其中所述二次侧AC到DC转换器(46)包括二极管桥式整流器。
15.一种充电系统布置(10),包括:
如前述权利要求中的任一项所述的混合充电系统(12);
具有第二电感线圈(28)的第一电动交通工具(14),所述第二电感线圈(28)适于与由所述混合充电系统(12)所提供的所述第一电感线圈(24)电感耦合,其中所述第一电动交通工具(14)适于通过所述混合充电系统(12)来充电;
第二电动交通工具(15),所述第二电动交通工具(15)适于采用电缆(40)与所述混合充电系统(12)相连接,其中所述第二电动交通工具(15)适于通过所述混合充电系统(12)来充电;
其中所述混合充电系统(12)适于经由所述AC到AC转换器(42)对所述第一电动交通工具(14)和/或所述第二电动交通工具(15)进行充电。

说明书全文

混合充电系统

技术领域

[0001] 本发明涉及电动交通工具的领域。特别是,本发明涉及用于电动交通工具的混合充电系统以及涉及充电系统布置。

背景技术

[0002] 电动交通工具可经由有线或无线功率传输来充电。经由两个电感耦合线圈(所述两个电感耦合线圈形成空气变压器)的无线功率传输与有线功率传输直接竞争,有线功率传输在当前看来是更可靠和节省成本的。但是,近年来,对于无线功率传输,以千瓦功率级的传输距离从数毫米增加到数百毫米,其中电网到负载效率高于90%。这些进步使无线功率传输对固定和动态充电情形中的电动交通工具的充电极具吸引
[0003] 即使在功能性方面,两种类型的充电系统是本质不同的,但是它们具有一些共同性。两种类型均可包括两级拓扑,其包括具有内部变压器的AC到DC转换器和DC到DC转换器。在有线拓扑的情况下,变压器是充电系统的组成部分,而在无线拓扑中,变压器通过两个电感耦合线圈来提供。因此,在无线情况下,DC到DC转换器分布在充电系统与待充电的电动车之间。
[0004] WO 2016019463 A1描述一种能够与无线和有线充电技术一起工作的充电器。但是,没有公开特定拓扑。
[0005] EP 2717414A1示出交通工具绑定(bound)充电系统,该交通工具绑定充电系统能够连接到AC功率源并且适于经由空气隙的功率传输。
[0006] US 20130285602 A1示出多模电池充电器,该多模电池充电器在电动交通工具中提供,并且包括用于经由空气隙接收AC功率的线圈以及用于接收DC功率的插座。线圈经由整流器与DC链路相连接,插座经由升压转换器与DC链路相连接。
[0007] US 20140062394 A1示出电动交通工具中的充电系统,该充电系统可经由到AC电网的连接或者经由空气隙来充电。用于空气隙充电的电动交通工具的线圈经由包含继电器的电路与变压器的线圈相连接。
[0008] US 20170072807 A1示出电动交通工具中的充电装置,该充电装置可经由到AC电网的连接或者经由空气隙来充电。用于空气隙充电的电动交通工具的线圈经由开关和电容器与变压器的线圈相连接。

发明内容

[0009] 本发明的目的是要提供一种简单且经济的充电系统,该充电系统提供有线和无线充电能力。
[0010] 这个目的通过独立权利要求的主题来实现。根据从属权利要求和以下描述,另外的示范实施例是显而易见的。
[0011] 本发明的方面涉及一种用于电动交通工具的混合充电系统。在这个上下文中,术语“混合”可表示一种充电系统,该充电系统适于采用有线和无线功率传输进行充电。电动交通工具可以是街道交通工具,该街道交通工具可采用电达来驱动,该电马达通过电池来供电。混合充电系统可用于对电池进行充电。而且,混合交通工具(即,具有内燃机和电马达的交通工具)可被看作是电动交通工具。
[0012] 按照本发明的实施例,混合充电系统包括:可连接到AC电力网的AC到AC转换器;具有一次绕组的变压器,所述变压器与AC到AC转换器互连;二次侧AC到DC转换器,所述二次侧AC到DC转换器与变压器的二次绕组互连;电缆,所述电缆连接到二次侧AC到DC转换器,以用于提供DC电流,以用于到电动交通工具(例如第一电动交通工具)的功率传输;以及第一电感线圈,所述第一电感线圈与AC到AC转换器互连,并且用于与第二电感线圈进行电感耦合,以用于经由空气隙的到电动交通工具(例如第二电动交通工具)的功率传输。
[0013] 混合充电系统可被看作是能够经过有线和无线功率传输来输送功率的多模充电系统。混合充电系统可以是固定充电站的组成部分,和/或AC到AC转换器、变压器、二次侧AC到DC转换器和第一电感线圈可以是固定系统。在这里,固定可意味着对应组件刚性连接到接地(例如经由壳体),和/或不是电动交通工具的组成部分。
[0014] 混合充电系统可共享用于有线和无线充电的组件。一个AC到AC转换器(所述AC到AC转换器可包括AC到DC转换器和DC到AC转换器)可与变压器和第一电感线圈互连。DC到AC转换器、变压器和二次侧AC到DC转换器可被看作是用于有线充电的第一DC到DC转换器。DC到AC转换器、电感耦合的第一和第二线圈以及电动交通工具中提供的AC到DC转换器可被看作是用于经由通过电感耦合的第一和第二线圈所形成的空气变压器进行无线充电的第二DC到DC转换器。
[0015] 必须注意,第一和第二DC到DC转换器(它们共享其一次侧转换器)均是电流分隔转换器。用于有线拓扑部分的电流分隔可以是高度耦合的变压器。
[0016] 两种DC到DC转换器均可具有一次侧DC到AC转换器,该一次侧DC到AC转换器可适合在相应变压器的一次侧上生成电压方波。
[0017] 用于充电系统的有线拓扑部分的变压器可包括一次和二次绕组,它们经由公共芯电感耦合。连接到二次绕组的AC到DC转换器可经由电缆与电动交通工具互连。电缆可包括连接器,所述连接器被连接到电动交通工具的另外的连接器。这种连接器(例如插头)可适于生成与电动交通工具的可分离机械和电连接。例如,电动交通工具具有用于这种电缆的插头,该插头然后能够对电动交通工具的电池直接充电。
[0018] 用于无线拓扑部分的电流分隔可以是宽松耦合的空气变压器。第一和第二电感线圈均可以是平坦线圈,它们可基本上相互平行地布置。例如,可在电动交通工具下方的接地适配器中提供第一线圈,电动交通工具在其底部具有第二电感线圈。通过这种空气变压器,能量可跨数分米的距离来传送。采用第一电感线圈来生成随时间变化的磁场。磁场的部分流经第二电感线圈,并且感应电流流动。第二电感线圈可经由整流器与电动车的电池相连接,所述电池然后可被充电。
[0019] 按照本发明的实施例,混合充电系统还包括:第一开关,所述第一开关互连在AC到AC转换器与变压器之间,以用于将变压器的一次绕组与AC到AC转换器断开;以及第二开关,所述第二开关互连在AC到AC转换器与第一电感线圈之间,以用于将第一电感线圈与AC到AC转换器断开。
[0020] 按照本发明的实施例,混合充电系统还包括:第一开关,所述第一开关互连在AC到AC转换器与变压器之间,以用于将变压器的一次绕组短路;以及第二开关,所述第二开关互连在AC到AC转换器与第一电感线圈之间,以用于将第一电感线圈短路。
[0021] 通过这类开关,变压器或者第一电感线圈可与AC到AC变压器断开。按照这种方式,循环电流可在没有用来传输功率的充电系统的一次侧上避免。甚至当没有电动交通工具与混合充电系统的相应部分相连接时,由AC到AC转换器所生成的AC电流也可分别在一次绕组或第一电感线圈中生成循环电流。这可产生额外损失,这可通过适当切换开关来避免。可采用开关来增加系统的效率。
[0022] 必须注意,第一开关和第二开关可以是两个单独组件,但是也可通过一个组件(例如双路开关)来提供。在将输入连接到第一电感线圈时,双路开关可自动将输入与一次绕组断开,并且反之亦然。
[0023] 按照本发明的实施例,第一开关是常闭开关,而第二开关是常开开关,或者反之亦然。可能的是,混合充电系统通常处于有线充电模式中。当电动交通工具连接到充电电缆时,它能够被充电,而没有必要检测对充电的需求。常闭开关可以是在没有施加控制信号时闭合的开关。常开开关可以是在没有施加控制信号时打开的开关。两种开关均可以是机械开关。
[0024] 另一方面,当控制器接收例如来自传感器(该传感器检测在第一电感线圈附近的电动交通工具或者其第二电感线圈)的对无线充电的请求时,两种开关均可被切换,并且电动交通工具可经由第一电感线圈来充电。
[0025] 还可能的是,电动交通工具适合通过两种类型的拓扑来充电。在此情况下,存在关于混合充电系统的无线充电部分的缺陷或问题,常闭第一开关和常开第二开关提供用来经由导线绑定充电部分对电动交通工具进行充电的能力。
[0026] 按照本发明的实施例,混合充电系统还包括控制器,所述控制器用于打开和闭合第一开关和第二开关,使得只有变压器或者只有第一电感线圈与AC到AC转换器相连接。开关可由控制器来控制,该控制器还可负责控制混合充电系统的半导体开关,特别是AC到AC转换器的半导体开关
[0027] 当第一开关是常闭开关而第二开关是常开开关时,只有一个控制信号可由控制器施加到两个开关。
[0028] 按照本发明的实施例,控制器适于接收指示电动交通工具的充电类型的无线通信信号。例如,控制器可连接到无线接收器(例如WLAN接收器)。将要充电的电动交通工具可向无线接收器发送具有相应充电类型的充电信号
[0029] 控制器可适于按照所接收的充电类型来打开和闭合第一开关和第二开关。即,当充电类型为“有线”时,则可切换开关,使得变压器的一次绕组连接到AC到AC转换器,并且使得第一电感线圈与AC到AC转换器断开。当充电类型为“无线”时,则可切换开关,使得变压器的一次绕组与AC到AC转换器断开,并且使得第一电感线圈连接到AC到AC转换器。
[0030] 按照本发明的实施例,混合充电系统还包括无线接收器,所述无线接收器用于接收来自具有第二电感线圈的电动交通工具的充电信号。当充电信号由无线接收器来接收时,控制器可适于将变压器与AC到AC转换器断开并且适于将第一电感线圈连接到AC到AC转换器。配备有无线充电技术的电动交通工具可具有与充电系统的无线传输链路(例如WLAN无线电传输链路)。
[0031] 一般来说,混合充电系统可适于基于电动交通工具与混合充电系统之间的无线通信自动检测所请求的充电技术。
[0032] 按照本发明的实施例,混合充电系统还包括至少一个补偿电容器,该至少一个补偿电容器互连在AC到AC转换器与变压器和第一电感线圈之间的连接点之间。至少一个补偿电容器可存在,以用于形成与变压器的一次绕组或第一电感线圈的振荡电路。当对应开关闭合时,可形成振荡电路。
[0033] 换言之,混合充电系统的无线功率传输部分的(一个或多个)补偿电容器可与有线功率传输部分相集成和/或共享。共享补偿电容器可节省用于混合充电系统的组件和成本。
[0034] 一个或多个补偿电容器可与另外的无源组件(例如电感器和/或电阻器)相组合,以适配电路的谐振和/或滤波行为。
[0035] 必须注意,第二电感线圈和对应补偿电容器还可形成这种振荡电路,该振荡电路可由电动交通工具来提供。两个振荡电路可处于谐振,以改进功率传输。按照这种方法,能够实现具有高达95%的效率的能量传输。
[0036] 特别是,经由第一和第二电感线圈的电感功率传输可要求谐振电路,因为大绕组分隔可具有较大泄漏电感和AC绕组电阻。此外,磁化通量可显著减少,这引起要低许多的磁化电感和互电感。对于工作在远远低于其自谐振频率的第一和第二电感线圈,需要一个或多个附加补偿电容器,以在两侧中形成谐振电路。
[0037] 对补偿电容器的基本要求可以是要随对应电感谐振,要提供使电感生成足够磁场所要求的无功功率。对于两种电感线圈,(一个或多个)补偿电容器可使输入视在功率为最小,和/或可使功率供应装置的伏特-安培额定值为最小。
[0038] 按照本发明的实施例,至少一个补偿电容器连接在AC到AC转换器与第一开关(所述第一开关用于将变压器与AC到AC转换器断开)之间,以及至少一个补偿电容器连接在AC到AC转换器与第二开关(所述第二开关用于将第一电感线圈与AC到AC转换器断开)之间。
[0039] 按照本发明的实施例,至少一个补偿电容器与变压器的一次绕组串联连接并且与第一电感线圈串联连接,和/或至少一个补偿电容器与变压器的一次绕组并联连接并且与第一电感线圈并联连接。
[0040] 也许有可能的是,存在多于一个补偿电容器。例如,一个补偿电容器可与变压器的一次绕组串联连接并且与第一电感线圈串联连接,以及一个补偿电容器可与变压器的一次绕组并联连接并且与第一电感线圈并联连接。
[0041] 按照本发明的实施例,第一电感线圈和变压器的一次绕组例如经由开关并联或串联连接到AC到AC转换器的输出。例如,AC到AC转换器可包括具有两相的全桥转换器,两相的每相提供AC到AC转换器的输出。经由开关,可通过相应地切换开关采用功率为变压器或者第一电感线圈供电。
[0042] 按照本发明的实施例,第一电感线圈连接到AC到AC转换器的第一输出和第二输出,以及变压器的一次绕组连接到AC到AC转换器的第二输出和第三输出。例如,AC到AC转换器可包括具有三相的全桥转换器,三相的每相提供AC到AC转换器的输出。可控制全桥转换器的相和/或半桥,使得采用功率为变压器或者第一电感线圈或者变压器和第一电感线圈两者供电。
[0043] 按照本发明的实施例,AC到AC转换器包括电网侧AC到DC转换器和一次侧DC到AC转换器。具有DC链路电容器的DC链路可互连在AC到DC转换器与DC到AC转换器之间。如上已所述,每个充电拓扑的一次侧AC到DC转换器和后续组件(即,变压器部分或电感线圈部分)可被看作是DC到DC转换器。这个DC到DC转换器可经由DC链路与电网侧AC到DC转换器相连接。
[0044] 存在用于AC到DC转换器和DC到AC转换器的若干可能拓扑,但是它们不受下列实施例限制。
[0045] 按照本发明的实施例,DC到AC转换器是全桥转换器。全桥转换器可包括用于转换器的每相的半桥。半桥可包括两个串联连接开关的装置,例如晶体管或晶闸管。如上所述,全桥转换器可包括两相或三相。
[0046] 一般来说,电网侧AC到DC转换器可以是有源前端或无源前端。它可以是单相或三相转换器。
[0047] 按照本发明的实施例,AC到DC转换器包括升压转换器和/或无源整流器。升压转换器可包括与二极管和开关装置(例如连接在电感与二极管之间的晶体管或晶闸管)串联连接的电感。无源整流器可生成DC电压,该DC电压通过升压转换器来升压。
[0048] 按照本发明的实施例,AC到DC转换器包括全桥转换器。必须注意,AC到DC转换器可以是一相或三相转换器。DC到AC转换器可以是一相转换器。
[0049] 此外,AC到DC转换器可包括无源输入滤波器,该无源输入滤波器可由电感和/或电容器来组成。
[0050] 而且,二次侧AC到DC转换器可具有不同拓扑,它们不受以下所述的实施例限制。例如,二次侧DC到AC转换器可包括二极管桥整流器,并且可选地包括滤波器。
[0051] 本发明的另外的方面涉及一种充电系统布置,该充电系统布置包括如以上和以下所述的混合充电系统以及两个电动车,所述电动车可通过有线拓扑或者通过无线拓扑来充电。
[0052] 具有第二电感线圈的第一电动交通工具可适于与由混合充电系统所提供的第一电感线圈电感耦合,其中第一电动交通工具适于通过混合充电系统来充电。
[0053] 第二电动交通工具可适于采用电缆与混合充电系统相连接,其中第二电动交通工具适于通过混合充电系统来充电。
[0054] 混合充电系统可适于经由AC到AC转换器对第一电动交通工具和/或第二电动交通工具进行充电。当只有第一电动交通工具经由电缆来连接到混合充电系统时,混合充电系统可经由第一和第二开关来切换,使得第一电动交通工具经由变压器和二次侧AC到DC转换器来充电。第一电感线圈可与AC到AC转换器断开。
[0055] 当第二电动交通工具被定位,使得电感耦合第一电感线圈和第二电感线圈时,电动车的无线发送器可通知混合充电系统关于第二电动车存在以用于充电。在这种情况下,混合充电系统可经由第一和第二开关来切换,使得第二电动交通工具经由第一和第二电感线圈来充电。变压器然后可与AC到AC转换器断开。
[0056] 在第一电感线圈和变压器连接到AC到AC转换器的三个输出的情况下,AC到AC转换器以及特别是三相转换器(该三相转换器提供三个输出)可例如在控制器的控制下被切换,使得第一电动交通工具或者第二电动交通工具或者第一和第二电动交通工具两者经由AC到AC转换器来充电。
[0057] 根据参照以下所述实施例,本发明的这些方面及其他方面将会显而易见,并且参照以下所述实施例,本发明的这些方面及其他方面将被说明。附图说明
[0058] 下文中将参照附图中图示的示范实施例更详细地说明本发明的主题。
[0059] 图1示意示出按照本发明的实施例的充电系统布置。
[0060] 图2示意示出按照本发明的实施例的混合充电系统。
[0061] 图3示意示出按照本发明的另外的实施例的混合充电系统。
[0062] 图4示出按照本发明的实施例的混合充电系统的电网侧AC到DC转换器的示意电路图。
[0063] 图5示出按照本发明的实施例的混合充电系统的另外的电网侧AC到DC转换器的示意电路图。
[0064] 图6示出按照本发明的实施例的混合充电系统的DC到AC转换器的示意电路图。
[0065] 图7示出按照本发明的实施例的混合充电系统的二次侧AC到DC转换器的示意电路图。
[0066] 图8示意示出按照本发明的另外的实施例的混合充电系统。
[0067] 图9示意示出按照本发明的另外的实施例的混合充电系统。
[0068] 附图中使用的参考符号及其含意在参考符号的列表中以概括形式列示。大体上,附图中,相同部件提供有相同参考符号。

具体实施方式

[0069] 图1示出包括混合充电系统12和两个电动交通工具14、15的充电系统布置10。
[0070] 混合充电系统12包括主要部分16,该主要部分适于把来自电力网18的AC电流转换为通常要高许多的不同频率的AC电流,该AC电流经由第一电缆20供应给接地适配器22,其中布置第一电感线圈24。
[0071] 主要部分16例如可连接到壁。接地22可布置在电动交通工具14下方的地面26中,例如在停车场中。
[0072] 当电动交通工具14适当定位在接地适配器22上方时,第一电感线圈24经由空气隙与电动交通工具14的车载充电装置30中的第二电感线圈28电感耦合。在第二电感线圈28中感应的AC电流通过电动交通工具14内部的AC到DC转换器32来整流,并且供应给电动交通工具13的电池34。
[0073] 接地适配器22可包括无线接收器36,以及车载充电装置30可包括无线发送器38,所述无线发送器38用于指示主混合充电系统12关于电动交通工具需要被无线充电。
[0074] 混合充电系统12的主要部分16还适于把来自电力网18的AC电流转换为DC电流,该DC电流经由第二电缆40供应给第二电动交通工具15,所述电池34可采用DC电流直接充电。必须注意,也许有可能的是,混合充电系统12可适于一次只对电动交通工具13、15其中之一进行充电。可能的是,只有一个电动交通工具14、15与混合充电系统12相连接。
[0075] 图2更详细示出无线充电系统12。主要部分16包括:AC到AC转换器42,该AC到AC转换器42经由变压器44与二次侧AC到DC转换器46互连;和控制器48,该控制器48用于控制AC到AC转换器42。特别是,AC到AC转换器46包括电网侧AC到DC转换器50和一次侧DC到AC转换器52,它们经由DC链路54与DC链路电容器56互连。
[0076] 第一开关58连接在AC到AC转换器42与变压器44之间,使得变压器44的一次绕组60能够与AC到AC转换器42断开。变压器44的一次绕组60经由公共芯与二次绕组62电感耦合。二次绕组连接到AC到DC转换器46,所述AC到DC转换器46与充电电缆40互连。
[0077] 第一电感线圈24经由电缆20与一次绕组60并行地连接到AC到AC转换器42。第一电感线圈24和一次绕组60并联连接到AC到AC转换器42的两个输出63a、63b。这些输出63a、63b通过一次侧DC到AC转换器52来提供。如同第一开关58一样布置在主要部分16中的第二开关64连接在AC到AC转换器42与第一电感线圈24之间,使得第一电感线圈24能够与AC到AC转换器42断开。
[0078] 此外,图2示出补偿电容器66,该补偿电容器66互连在AC到AC转换器42与第一开关58和第二开关64之间。
[0079] 开关58、64可由控制器48来控制为打开或闭合。在有线充电状态中,开关58被控制为闭合,而开关64被控制为打开。在无线充电状态中,开关58被控制为打开,而开关64被控制为闭合。在两种状态中,补偿电容器64形成与相应电感(即,一次绕组60或电感线圈24)的谐振电路。
[0080] 开关58可以是常闭开关,而开关64可以是常开开关。按照这种方式,控制器48可以仅需要一个控制信号来在有线充电状态或无线充电状态中移动开关。
[0081] 必须注意,电动交通工具15的第二电感线圈28还可与补偿电容器68互连,从而形成与第二电感线圈28的谐振电路。此外,变压器44的一次绕组60可与另外的电感器69(所述另外的电感器可布置在开关58与一次绕组60之间)并联和/或串联连接。这些电感器69可与电容器66形成LLC电路。
[0082] 在有线充电状态和无线充电状态两者中,控制器控制AC到DC转换器50的开关装置以生成DC链路56中的DC电流,并且控制DC到AC转换器52的开关装置以便将DC链路54中的DC电流转换为高频电流。例如,电网18中的电压可具有50 Hz或60 Hz的电压。另一方面,由AC到AC转换器42所输出的脉宽调制电流可具有超过10 kHz的频率。
[0083] 在有线充电状态(所述有线充电状态在没有来自无线接收器36的进一步信息的情况下由混合充电系统12所采取)中,采用来自AC到AC转换器42的AC电流经由变压器44为AC到DC转换器46供电。AC到DC转换器46生成DC电流,该DC电流被供应给电动交通工具15以用于对其电池34进行充电。
[0084] 当电动交通工具14定位在接地适配器22上方时,具有无线发送器38的电动交通工具14可向无线接收器36发送充电信号。充电信号由控制器48来接收,所述控制器48然后将开关58、64切换为无线充电状态。来自AC到AC转换器的AC电流被供应给第一电感线圈24。对应的AC电流在第二电感线圈28中被感应,并且通过电动交通工具15的AC到DC转换器32来转换为DC电流。
[0085] 在图2中,补偿电容器66与一次绕组60和第一电感线圈24串联连接。补偿电容器68与第二电感线圈28串联连接。
[0086] 图3示出无线充电系统12,该无线充电系统12与图2的无线充电系统的不同之处在于,补偿电容器66’与一次绕组60和第一电感线圈24并联连接。此外,补偿电容器68’与第二电感线圈28并联连接。
[0087] 必须注意,无线充电系统12可具有与一次绕组60和第一电感线圈24串联的补偿电容器66以及与一次绕组60和第一电感线圈24并联连接的补偿电容器66’。同样的情况适用于电动交通工具14内部的补偿电容器68、68’。此外,补偿电容器66(或66’)可与补偿电容器68’(或68)相组合。
[0088] 图4示出AC到DC转换器50的示例,该AC到DC转换器50由无源整流器70和升压转换器72所组成。无源整流器70包括两个二极管半桥。升压转换器72包括与二极管和开关装置74(该开关装置74连接在电感与二极管之间)串联连接的电感的三个并行化桥臂。开关装置
74可由控制器48来控制。
[0089] 图5示出AC到DC转换器50的另外的示例,该AC到DC转换器50由无源输入滤波器76和三相全桥转换器78所组成。无源输入滤波器76包括三个单相LC滤波器,所述单相LC滤波器经由电容器星形连接。全桥转换器78包括串联连接的开关装置74的三个半桥84。开关装置74可由控制器48来控制。每个开关装置可包括半导体开关。
[0090] 图6示出用于DC到AC转换器52的示例,该DC到AC转换器52是单相全桥转换器86。DC到AC转换器52包括串联连接的开关装置74的两个半桥84。开关装置74可由控制器48来控制。
[0091] 图7示出用于AC到DC转换器46(该AC到DC转换器46可用于主要部分16中)的示例和/或用于AC到DC转换器32(该AC到DC转换器32可用于车载充电装置30中)的示例。AC到DC转换器46、32包括无源整流器80(该无源整流器80由两个二极管半桥所组成)和CLC输出滤波器82。二极管可阻止来自电池34的反向电流流动进入整流器AC到DC转换器46、32。
[0092] 图8示出无线充电系统12,该无线充电系统12在开关58、84的布置中与图2的无线充电系统有所不同。在图8中,变压器44的一次绕组60和第一电感线圈64串联连接。开关58适于将变压器44的一次绕组60短路,而第二开关64适于将第一电感线圈64短路。开关58可以是常开开关,而开关64可以是常闭开关。
[0093] 图9示出具有一次侧DC到AC转换器52(该一次侧DC到AC转换器52是三相桥式转换器88)的无线充电系统12。转换器88包括并联连接到DC链路54的三个半桥。半桥的每个提供转换器88的输出63a、63b、63c。第一电感线圈24连接到第一输出63a和第二输出63b。变压器44的一次绕组60连接到第二输出63b和第三输出63c。按照这种方式,控制器48可控制转换器88只经由变压器44和/或电缆40或者经由第一电感线圈24或者采用电缆40和电感线圈24两者进行充电。
[0094] 虽然在附图和以上描述中详细图示和描述了本发明,但是这种图示和描述被认为是说明性或示范性而不是限制性的;本发明并不局限于所公开的实施例。根据研究附图、本公开和所附权利要求书,对所公开的实施例的其它变更通过本领域中熟练的并且实践所要求保护的发明的技术人员能够理解和实施。在权利要求书中,词语“包括”并不排除其它元件或步骤,以及不定冠词“一个(“a”或者“an”)”并不排除多个。单个处理器或控制器或其它单元可实现权利要求中所述的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求书中陈述某些措施的纯粹事实并不指示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求书中的任何参考符号不应当被理解为限制范围。
[0095] 参考符号列表10 充电系统布置
12     混合充电系统
14     第一电动交通工具
15     第二电动交通工具
16     主要部分
18     电力网
20     第一电缆
22     接地适配器
24     第一电感线圈
26     地面,停车场
28     第二电感线圈
30     车载充电装置
32     AC到DC转换器
34     电池
36     无线接收器
38     无线发送器
40     第二电缆
42     AC到AC转换器
44     变压器
46     二次侧AC到DC转换器
48     控制器
50     电网侧AC到DC转换器
52     一次侧DC到AC转换器
54     DC链路
56     DC链路电容器
58     第一开关
60     一次绕组
62     二次绕组
63a   第一输出
63b   第二输出
63c   第三输出
64     第二开关
66     补偿电容器
66’  补偿电容器
68     补偿电容器
68’  补偿电容器
69     电感器
70     无源整流器
72     升压转换器
74     开关装置
76     输入滤波器
78     三相全桥转换器
80    无源整流器
82    输出滤波器
84     半桥
86    单相全桥转换器
88  三相桥式转换器。
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