双向电力转换器、电动汽车和双向电力转换器的控制方法技术

本公开涉及双向电力转换器、电动汽车和双向电力转换器的控制方法。双向电力转换器包括第一端子、第二端子、主电抗器、多个子电路和控制器。所述子电路各自包括上开关元件、下开关元件、两个二极管和子电抗器。控制器顺序地控制子电路，使得在电流正从第一端子流向第二端子时，在子电路中的每个子电路中，打开和关闭下开关元件，然后打开和关闭上开关元件；在电流从第二端子流向第一端子时，在子电路中每个子电路中，打开和关闭上开关元件，然后打开和关闭下开关元件。

Control methods of bidirectional power converter, electric vehicle and bidirectional power converter

【技术实现步骤摘要】
双向电力转换器、电动汽车和双向电力转换器的控制方法
在本说明书中公开的技术涉及在允许电力输入和输出的第一设备和第二设备之间转换电力的双向电力转换器、包括该双向电力转换器的电动汽车和用于双向电力转换器的控制方法。
技术介绍
电力转换器包括作为转换电力的主要元件的开关元件。存在已知的电力转换器，在该电力转换器中包括开关元件的多个子电路并联连接以减少施加到开关元件上的负载。例如，在日本未经实审专利申请公开No.2001-186768(JP2001-186768A)中公开了这种电力转换器。JP2001-186768A的电力转换器包括将从交流电源输出的交流整流为直流的整流器和提高整流电流的电压的升压转换器。在电力转换器中，升压转换器包括两个子电路。该子电路中的每个由二极管、开关元件和子电抗器组成。二极管与开关元件串联连接。子电抗器被连接在电压转换器的主电抗器与在二极管和开关元件之间的串联连接的中点之间。在电力转换器中，两个子电路的开关元件被交替地打开和关闭。子电抗器减少由二极管的反向恢复电流导致的损耗。
技术实现思路
在双向电力转换器中采用包括有开关元件、二极管和子电抗器的多个子电路时发现以下问题。双向电力转换器中采用的子电路各自包括两个开关元件的串联连接和各自与开关元件中相应的一个反并联连接的二极管。每个子电抗器的一端被连接到两个开关元件的串联连接的中点。在开关元件始终以相同的顺序被顺序地打开和关闭时，当电流以一个方向流动时，电流只在一个子电路中流动，而当电流以相反方向流动时，在子电路之间生成返回电流。在子电路之间流动的返回电流可能导致损耗。本说明书公开用于限制在双向电力转换器中的子电路之间流动的返回电流的技术，在该双向电力转换器中子电路并联连接。本说明书中公开的双向电力转换器使得能够在允许电力输入和输出的第一设备和第二设备之间进行双向电力转换。双向电力转换器通常应用于电动汽车。在电动汽车中，当加速踏板被按下时，电力从电池被供应到行进电机(travelingmotor)。当制动踏板被按下时，行进电机生成电力并且该电力从行进电机被供应到电池。在电池和驱动电机之间连接的电力转换器是双向电力转换器。本专利技术的第一方面涉及双向电力转换器。双向电力转换器包括第一端子、第二端子、负极端子、主电抗器、多个子电路和控制器。第一端子被连接到允许电力输入和输出的第一设备的输入和输出端，并且第二端子被连接到允许电力输入和输出的第二设备的输入和输出端。负极端子被连接到第二设备的负电极。主电抗器的第一端被连接到第一端子。子电路在主电抗器的第二端和第二端子之间并联连接。子电路中的每个包括上开关元件、下开关元件、上二极管、下二极管和子电抗器。上开关元件被连接到第二端子。下开关元件被连接在上开关元件和负极端子之间。也就是说，上开关元件和下开关元件被串联连接在第二端子和负极端子之间。上开关元件被设置为更靠近第二端子，并且下开关元件被设置为靠近负极端子。上二极管与上开关元件反并联连接，并且下二极管与下开关元件反并联连接。为描述的方便，上开关元件与下开关元件之间的串联连接被称为“开关串联连接”。子电抗器的一端被连接到主电抗器的第二端，并且子电抗器的另一端被连接到开关串联连接的中点。控制器顺序地控制子电路。控制器被配置为：在电流正从第一端子流向第二端子时，在子电路中的每个中，打开和关闭下开关元件，然后打开和关闭上开关元件；在电流正从第二端子流向第一端子时，在子电路中的每个中，打开和关闭上开关元件，然后打开和关闭下开关元件。即，根据电流流动的方向，控制器从子电路中的每个中包括的上开关元件和下开关元件中选取要首先打开和关闭的开关元件。因此，不管电流流动的方向，抑制返回电流在子电路之间流动是可能的。将在实施例中描述该机制。在以上的方面中，子电抗器可包括导体、第一磁环芯和第二磁环芯。导体可将开关串联连接的中点和主电抗器连接。第一磁环芯和第二磁环芯可围绕导体。在第二磁环芯达到磁饱和时的第二磁饱和电流值可能小于在第一磁环芯达到磁饱和时的第一磁饱和电流值。在两个磁环芯具有不同的磁饱和电流值的情况下，相比于电抗器具有均匀磁芯的情况，可使在大电流流过导体时的电感变得更小。另一方面，相比于电抗器具有均匀磁芯的情况，可使在二极管的反向恢复电流流动时的电感变得更大。即，具有磁饱和电流值不同的两个芯的子电抗器在电力转换的主电流流动时具有相对小的电感，而在小电流(以上描述的二极管的反向恢复电流和返回电流)流动时具有相对大的电感。这样的子电抗器可以限制二极管的反向恢复电流和在子电路之间的返回电流，而不显著影响电力转换。本专利技术的第二方面涉及一种电动汽车。该电动汽车包括：根据第一方面的双向电力转换器；用作第一设备的电池；和用作第二设备的逆变器。逆变器具有连接到行进电机的交流端。第一端子被连接到电池的正极端子，第二端子被连接到逆变器的直流正极端子，并且负极端子被连接到电池的负极端子和逆变器的直流负极端子。本专利技术的第三方面涉及一种电动汽车。该电动汽车包括：具有根据第一方面的双向电力转换器的逆变器；用作第二设备的电池；和用作第一设备的行进电机。行进电机包括线圈。第二端子被连接到电池的正极端子，并且负极端子被连接到电池的负极端子。线圈也用作主电抗器。子电路的上开关元件用作逆变器的上臂开关元件并被连接到第二端子，子电路的下开关元件用作逆变器的下臂开关元件并被连接在第二端子和负极端子之间。子电抗器被连接在上开关元件和下开关元件之间的串联连接的中点与线圈之间。本专利技术的第四方面涉及用于控制双向电力转换器的方法。该双向电力转换器包括：被连接到允许电力输入和输出的第一设备的输入和输出端的第一端子；被连接到允许电力输入和输出的第二设备的输入和输出端的第二端子；被连接到第二设备的负电极的负极端子；第一端连接到第一端子的主电抗器；和并联连接在主电抗器的第二端和第二端子之间的多个子电路。子电路中的每个包括：被连接到第二端子的上开关元件；被连接在上开关元件和负极端子之间的下开关元件；与上开关元件反并联连接的上二极管；与下开关元件反并联连接的下二极管；和子电抗器，该子电抗器一端连接到主电抗器的第二端，另一端连接到上开关元件和下开关元件之间的串联连接的中点。控制方法包括：在电流正从第一端子流向第二端子时，由控制器顺序地控制子电路，使得在子电路中的每个中，下开关元件被打开和关闭，然后上开关元件被打开和关闭；在电流正从第二端子流向第一端子时，由控制器顺序地控制子电路，使得在子电路中的每个中，上开关元件被打开和关闭，然后下开关元件被打开和关闭。如以上描述，双向电力转换器通常被用于电动汽车。本说明书中公开的双向电力转换器可被应用于在电池和逆变器之间转换电压的双向电压转换器。或者，本说明书中公开的双向电力转换器可以被应用于连接在电池和行进电机之间的逆变器。应用于双向电压转换器的例子和应用于逆变器的例子将作为实施例被描述。将在“具体实施方式”中具体描述本说明书中公开的技术的细节和进一步改进。附图说明以下将参考附图描述本专利技术的示例性实施例的特征、优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向电力转换器，其特征在于，包括:/n第一端子，所述第一端子连接到允许电力输入和输出的第一设备的输入和输出端；/n第二端子，所述第二端子连接到允许电力输入和输出的第二设备的输入和输出端；/n负极端子，所述负极端子连接到所述第二设备的负电极；/n主电抗器，所述主电抗器具有与所述第一端子连接的第一端；/n多个子电路，所述多个子电路并联连接在所述主电抗器的第二端和所述第二端子之间，所述子电路中的每个包括/n连接到所述第二端子的上开关元件，和连接在所述上开关元件和所述负极端子之间的下开关元件，/n与所述上开关元件反并联连接的上二极管，/n与所述下开关元件反并联连接的下二极管，以及/n子电抗器，所述子电抗器的一端连接到所述主电抗器的所述第二端，另一端连接到在所述上开关元件和所述下开关元件之间的串联连接的中点；和/n控制器，所述控制器顺序地控制子电路，所述控制器被配置为:/n当电流正从所述第一端子流向所述第二端子时，在所述子电路中的每个子电路中，打开和关闭所述下开关元件，然后打开和关闭所述上开关元件；和/n当电流正从所述第二端子流向所述第一端子时，在所述子电路中的每个子电路中，打开和关闭所述上开关元件，然后打开和关闭所述下开关元件。/n...

【技术特征摘要】
20181113 JP 2018-2130911.一种双向电力转换器，其特征在于，包括:
第一端子，所述第一端子连接到允许电力输入和输出的第一设备的输入和输出端；
第二端子，所述第二端子连接到允许电力输入和输出的第二设备的输入和输出端；
负极端子，所述负极端子连接到所述第二设备的负电极；
主电抗器，所述主电抗器具有与所述第一端子连接的第一端；
多个子电路，所述多个子电路并联连接在所述主电抗器的第二端和所述第二端子之间，所述子电路中的每个包括
连接到所述第二端子的上开关元件，和连接在所述上开关元件和所述负极端子之间的下开关元件，
与所述上开关元件反并联连接的上二极管，
与所述下开关元件反并联连接的下二极管，以及
子电抗器，所述子电抗器的一端连接到所述主电抗器的所述第二端，另一端连接到在所述上开关元件和所述下开关元件之间的串联连接的中点；和
控制器，所述控制器顺序地控制子电路，所述控制器被配置为:
当电流正从所述第一端子流向所述第二端子时，在所述子电路中的每个子电路中，打开和关闭所述下开关元件，然后打开和关闭所述上开关元件；和
当电流正从所述第二端子流向所述第一端子时，在所述子电路中的每个子电路中，打开和关闭所述上开关元件，然后打开和关闭所述下开关元件。


2.根据权利要求1所述的双向电力转换器，其特征在于:
所述子电抗器包括连接所述串联连接的所述中点与所述主电抗器的导体，和围绕所述导体的第一磁环芯和第二磁环芯；以及
所述第二磁环芯达到磁饱和时的第二磁饱和电流值小于第一磁环芯达到磁饱和时的第一磁饱和电流值。


3.一种电动汽车，其特征在于，包括:
根据权利要求1或2所述的双向电力转换器；
用作所述第一设备的电池；和
用作所述第二设备的逆变器，所述逆变器具有连接到行进电机的交流端，其中
所述第一端子连接到电池的正极端子，第二端子连接到所述逆变器的直流正极端子，以及所述负极端子连接到所述电池的负极端子和所述逆变...

【专利技术属性】
技术研发人员：羅炯竣，利行健，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP