本發(fā)明涉及一種電動車輛，其包括低壓電池和高壓電池、太陽能電池板的串聯(lián)串和dc-dc轉(zhuǎn)換器，其中轉(zhuǎn)換器的負(fù)載側(cè)正輸出端連接到電池中的一個(gè)電池的正極，且該轉(zhuǎn)換器的負(fù)載側(cè)負(fù)輸出端連接到該電池的負(fù)極。

背景技術(shù)：

1、us2007/0125417a1公開了一種用于混合動力車輛的太陽能系統(tǒng)，其利用可附接的太陽能電池板來接收太陽能并將其轉(zhuǎn)換為直流電。線束將太陽能電池板產(chǎn)生的直流電引導(dǎo)到轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器將直流電從相對較低的能量狀態(tài)轉(zhuǎn)換為相對較高的能量狀態(tài)。

2、us2013/0092457a1公開了一種用于車輛的光伏裝置，其包括多個(gè)彼此電隔離的太陽能模塊，并適于接收太陽輻射并將輻射轉(zhuǎn)換為電能。該裝置包括至少一個(gè)dc/dc轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器電耦合到電隔離的模塊，并適于從太陽能模塊接收電能并提高電壓以傳送到車輛的至少一個(gè)部件。太陽能模塊包括適于接收太陽輻射并將輻射轉(zhuǎn)換為電能的多個(gè)太陽能電池。

3、us8120308b2公開了一種連接系統(tǒng)，其適于用多個(gè)低壓太陽能電池板為電動車輛中的高壓電池充電。連接系統(tǒng)包括多組傳輸線以將每個(gè)太陽能電池板單獨(dú)連接到組成電池的電芯中的每一個(gè)電芯。通過連接系統(tǒng)，高壓電池可以由較低電壓的太陽能電池板充電，而無需使用有損耗的dc-dc轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)將直流太陽能電池板的輸出轉(zhuǎn)換為交流電，以在電池的初級端子上轉(zhuǎn)換為更高的電壓，之后轉(zhuǎn)換回直流電以連接到電池。

4、us8633671b2公開了用于對高壓電池充電的光伏（pv）系統(tǒng)，高壓電池用于為電動車輛的電力牽引電機(jī)供電。由相互連接的太陽能電池、模塊或陣列制成的合適的pv系統(tǒng)可以被設(shè)計(jì)和適于通過將pv系統(tǒng)的特性與電池的完全充電電壓相匹配來有效地為高壓電池充電。優(yōu)選地，通過將pv系統(tǒng)與電池進(jìn)行適當(dāng)匹配，可以實(shí)現(xiàn)約90%或更高的充電效率。還描述了基于太陽能模塊的組件的可重構(gòu)pv系統(tǒng)?？芍貥?gòu)pv系統(tǒng)能夠?qū)⑵渥陨砼c各種不同的電池進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠ヅ?，每種電池在完全充電時(shí)可具有不同的電壓。通過使用幾個(gè)可重構(gòu)pv系統(tǒng)，可以在基本上利用pv系統(tǒng)的全部容量為電池充電的同時(shí)，對具有不同充電電壓的各種電池同時(shí)進(jìn)行充電。

5、us9583939b2公開了一種提供用于最大化太陽能轉(zhuǎn)換的太陽能功率系統(tǒng)。太陽能功率系統(tǒng)包括串聯(lián)連接的n個(gè)功率單元以及n-1個(gè)dc-dc轉(zhuǎn)換單元，并且n-1個(gè)dc-dc轉(zhuǎn)換單元中的每一個(gè)耦合到n個(gè)太陽能功率單元中的至少一個(gè)。n-1個(gè)dc-dc轉(zhuǎn)換單元中的每一個(gè)配置為控制相應(yīng)連接的太陽能功率單元操作以產(chǎn)生目標(biāo)電流。太陽能功率系統(tǒng)還包括與n-1個(gè)dc-dc轉(zhuǎn)換單元耦合的控制單元。控制單元監(jiān)測并比較由n個(gè)太陽能功率單元產(chǎn)生的n個(gè)電流?；陔娏鞅容^，控制單元確定串聯(lián)電流并控制n個(gè)太陽能功率單元，使得每個(gè)產(chǎn)生的光伏電流基本上等于所確定的串聯(lián)電流。

6、us9614399b2公開了一種太陽能ecu，其包括在充電控制器中，該充電控制器配置為在車輛行駛時(shí)將由電源單元的車載太陽能電池產(chǎn)生的電力臨時(shí)存儲在低電壓電池中。此外，當(dāng)車輛行駛時(shí)，充電控制器中包括的電池ecu配置為將充電繼電器保持在打開狀態(tài)（斷開狀態(tài)），使得臨時(shí)存儲在低壓電池中的電力不供應(yīng)給主電池。另一方面，當(dāng)車輛行駛時(shí)，太陽能ecu將臨時(shí)存儲在低壓電池中的電力提供給副電池。

7、us9799779b2公開了一種系統(tǒng)和方法，其包括用于保護(hù)光伏串的電路。旁路開關(guān)并聯(lián)連接至光伏串并且熱點(diǎn)保護(hù)開關(guān)與光伏串串聯(lián)連接。第一控制信號控制旁路開關(guān)的打開和閉合，并且第二控制信號控制熱點(diǎn)保護(hù)開關(guān)的打開與閉合。在檢測到熱點(diǎn)狀況時(shí)，第一控制信號閉合旁路開關(guān)，并且在旁路開關(guān)閉合后，第二控制信號打開熱點(diǎn)保護(hù)開關(guān)。

8、us2022/0045628a1公開了一種被公開的功率轉(zhuǎn)換電路。功率轉(zhuǎn)換電路包括至少一個(gè)dc母線。功率轉(zhuǎn)換電路還包括多個(gè)dc-ac轉(zhuǎn)換單元，所述轉(zhuǎn)換單元耦合到dc母線并配置為將dc電壓轉(zhuǎn)換為ac電壓。功率轉(zhuǎn)換電路還包括多繞組變壓器，該變壓器包括磁芯和多個(gè)繞組，其中每個(gè)dc-ac轉(zhuǎn)換單元耦合到多繞組變壓器的相應(yīng)繞組。

9、《ieee能量轉(zhuǎn)換學(xué)報(bào)》2019年3月第34卷第1期第351-360頁的由hoejeong?jeong、hyunji?iee、yu-chen?iiu和katherine?a.?kim撰寫的文章“review?of?differentialpower?processing?converter?techniques?for?photovoltaic?applications?（光伏應(yīng)用的差分功率處理轉(zhuǎn)換器技術(shù)綜述）”綜述了用于光伏（pv）功率系統(tǒng)中的差分功率處理（dpp）轉(zhuǎn)換器，其即使在不均勻照明或pv電池不匹配的情況下也實(shí)現(xiàn)高效功率輸出。自從這種dpp概念被引入pv系統(tǒng)以來，已經(jīng)提出并驗(yàn)證了各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制算法，表明了差分功率處理轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)相比于現(xiàn)有的串聯(lián)串和全功率處理轉(zhuǎn)換器解決方案的益處。然而，dpp系統(tǒng)是高度耦合的并且控制起來可能會很困難。對串聯(lián)和并聯(lián)dpp架構(gòu)的各種架構(gòu)、拓?fù)浜涂刂撇呗赃M(jìn)行了回顧和比較。討論了不同差分功率處理轉(zhuǎn)換器和拓?fù)涞臋?quán)衡。此外，從逆變器相互作用的角度評估了連接到母線的pv、pv至pv、和pv到獨(dú)立端口串聯(lián)dpp架構(gòu)的功率曲線。

10、在hoejeong?jeong等人的文章的圖3中，示出了一種pv-母線直連架構(gòu)，該架構(gòu)能夠減少必須通過差分功率處理轉(zhuǎn)換器處理的功率量（當(dāng)太陽能電池在完全相同的條件下（如老化、輻射、溫度等）發(fā)電時(shí)，理想情況下為0?w）。然而，該架構(gòu)的缺點(diǎn)是只能為一個(gè)電網(wǎng)（高壓hv或低壓lv）供電，這意味著如果能量要傳輸?shù)讲恢苯舆B接到太陽能電池板的電網(wǎng)，則會產(chǎn)生額外的損耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是至少部分地克服與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題。本發(fā)明的特別目的是提供一種使用車載太陽能電池板為電動汽車的電池充電的特別高效且經(jīng)濟(jì)高效的方法。

2、根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的特征實(shí)現(xiàn)了該目的。有利的實(shí)施例可以在例如從屬權(quán)利要求和/或說明書中找到。

3、該目的特別通過一種電動車輛來實(shí)現(xiàn)，該電動車輛包括低壓（lv）電池、高壓（hv）電池、n>1個(gè)太陽能電池板的串聯(lián)串、n個(gè)第一dc-dc差分功率處理轉(zhuǎn)換器和一個(gè)第二dc-dc轉(zhuǎn)換器（在下文中，為了不失一般性，也稱為“串轉(zhuǎn)換器”）。每個(gè)差分功率處理轉(zhuǎn)換器的供給側(cè)正輸入端連接到相應(yīng)太陽能電池板的正輸出端。供給側(cè)負(fù)輸入端連接到該相應(yīng)太陽能電池板的負(fù)輸出端。差分功率處理轉(zhuǎn)換器的負(fù)載側(cè)正輸出端連接到低壓電池的正極。差分功率處理轉(zhuǎn)換器的負(fù)載側(cè)負(fù)輸出端連接到低壓電池的負(fù)極。串轉(zhuǎn)換器的供給側(cè)正輸入端連接到太陽能電池板的串聯(lián)串的正輸出端。供給側(cè)負(fù)輸入端連接到參考電位。串轉(zhuǎn)換器的負(fù)載側(cè)正輸出端連接到高壓電池的正極。高壓電池的負(fù)極可以連接到參考電位。串轉(zhuǎn)換器的負(fù)載側(cè)負(fù)輸出端連接到參考電位?？刂破骰蚩刂蒲b置適于控制串轉(zhuǎn)換器和差分功率處理轉(zhuǎn)換器的操作。

4、這種電動車輛的優(yōu)點(diǎn)是，由于充電能量不需要從高壓電池轉(zhuǎn)移到低壓電池，因此通過差分功率處理轉(zhuǎn)換器的輸出端進(jìn)行低壓電池的直接饋送實(shí)現(xiàn)了整體效率增益。

5、此外，低壓電池以穩(wěn)定的恒定電壓操作，并且由于控制策略傾向于使處理的能量最小化，因此低壓電池只會與差分功率處理轉(zhuǎn)換器交換僅少量的能量，所以典型的低容量低壓電池非常適合。此外，可以將低壓電池減小尺寸，因?yàn)楫?dāng)太陽能電池在制造公差、不同老化、不同太陽輻射、溫度等不同條件下發(fā)電時(shí)，低壓電池將由太陽能電池板的太陽能來充電。這進(jìn)而降低了成本。此外，不需要開關(guān)等其他部件。

6、電動車輛可以是插電式混合動力車輛（phev）或全電池電動車輛（bev）。電動車輛可以是乘用車、卡車、公共車輛、摩托車等。

7、特別地，“正”和“負(fù)”是指電極性或電壓水平。

8、特別地，高壓電池是電動車輛電池evb。高壓電池hv可以是例如鋰離子電池。

9、低壓電池可以被提供用于為低壓電負(fù)載、例如ecu和傳感器供電。低壓電池lv例如可以是鉛酸電池。

10、備選地，低壓電池可以是高壓電池的一部分。這可以以如下方式實(shí)現(xiàn)，即高壓電池的一些電芯用于為lv電網(wǎng)提供電壓/功率。

11、太陽能/光伏電池板可以包括一個(gè)或多個(gè)太陽能電池，且也可以稱為太陽能模塊或光伏（pv）模塊。入射光使太陽能電池板產(chǎn)生電壓，該電壓存在于相關(guān)輸出端之間，即正輸出端（端子）和負(fù)輸出端（端子）。

12、將n＞1（即，兩個(gè)或更多）個(gè)太陽能電池板以串聯(lián)串的形式排列包括將太陽能電池板串聯(lián)電連接，使得太陽能電池板的負(fù)輸出端連接到串聯(lián)串中的下一個(gè)太陽能電池板的正輸出端。第一個(gè)太陽能電池板的未連接到另一個(gè)太陽能電池板的正輸出端和第n個(gè)也是最后一個(gè)太陽能電池板的也未連接到另一太陽能電池板的負(fù)輸出端可以分別視為串聯(lián)串的正輸出端和負(fù)輸出端。

13、特別是，差分功率處理轉(zhuǎn)換器將連接到其供給側(cè)的太陽能電池板產(chǎn)生的dc電壓轉(zhuǎn)換為其負(fù)載側(cè)的dc電壓。然后將負(fù)載側(cè)電壓施加到低壓電池。差分功率處理轉(zhuǎn)換器在控制器的控制下操作。特別地，差分功率處理轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)電子開關(guān)、例如晶體管、例如mosfet。該至少一個(gè)電子開關(guān)的操作可以由控制器操作，以實(shí)現(xiàn)期望的轉(zhuǎn)換特性。例如，在標(biāo)稱操作中，差分功率處理轉(zhuǎn)換器可以在“dpp模式”下操作，在該模式下，流過差分功率處理轉(zhuǎn)換器的能量的量被最小化，以防止損失。

14、將差分功率處理轉(zhuǎn)換器的負(fù)載側(cè)正輸出端連接到低壓電池的正極尤其是包括將所有n個(gè)差分功率處理轉(zhuǎn)換器的正輸出端彼此連接并且連接到低壓電池的正極。

15、特別是，串轉(zhuǎn)換器通過太陽能電池板的串聯(lián)串的正輸出端將施加到其供給側(cè)正輸入端的正電壓升壓（同時(shí)降低電流），并將升壓后的電壓施加到高壓電池的正極。因此，高壓電池通過串轉(zhuǎn)換器充電。串轉(zhuǎn)換器可以包括至少一個(gè)電子開關(guān)、例如晶體管、例如mosfet。該至少一個(gè)電子開關(guān)的操作也可以由控制器操作，以實(shí)現(xiàn)期望的轉(zhuǎn)換特性?？刂拼D(zhuǎn)換器的操作的控制器可以是控制差分功率處理轉(zhuǎn)換器的操作的同一控制器，也可以是不同的控制器。

16、因此，上述拓?fù)淇梢园ㄋ膫€(gè)參考電位：

17、-連接到串轉(zhuǎn)換器的負(fù)輸入端的“第一”參考電位；

18、-連接到串轉(zhuǎn)換器的負(fù)輸出端的“第二”參考電位；

19、-連接到高壓電池的負(fù)極的“第三”參考電位；和

20、-連接到低壓電池的負(fù)極的“第四”參考電位。

21、這些參考電位可以全部不同、部分不同或全部相同。例如，分別連接到串轉(zhuǎn)換器的負(fù)輸入端和串轉(zhuǎn)換器的負(fù)輸出端的參考電位可以與連接到高壓電池的負(fù)極的參考電位相同或不同。例如，連接到高壓電池的負(fù)極的參考電位與連接到低壓電池的負(fù)極的參考電位可以不同。

22、控制器可以包括一個(gè)或多個(gè)ic部件或單元，如微控制器、fpga、asic等?？刂破骺梢赃m于（例如編程為）在“dpp模式”下操作差分功率處理轉(zhuǎn)換器，在該模式下，流過差分功率處理轉(zhuǎn)換器的能量的量被最小化，以保持較小的損耗。在dpp模式下，如果存在不平衡，即如果太陽能電池板施加到差分功率處理轉(zhuǎn)換器的電壓水平不同（例如由于制造公差、不同的太陽入射強(qiáng)度等），則低壓電池僅由差分功率處理轉(zhuǎn)換器充電。dpp操作模式通常是已知的，例如，如hoejeong?jeong等人在上述文章中所述，因此不再進(jìn)一步描述。

23、將轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到相應(yīng)電池的相應(yīng)極可以包括通過車輛的低壓或高壓供電系統(tǒng)進(jìn)行的直接連接或間接連接。

24、太陽能電池板和轉(zhuǎn)換器的這種布置也可以稱為具有差分功率處理轉(zhuǎn)換器的pv-母線直連架構(gòu)。轉(zhuǎn)換器可以用類似于hoejeong?jeong等人在文章的圖3中描述的架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和/或操作。然而，與hoejeong?jeong等人的文章的圖3的不同之處在于，在當(dāng)前情況下，高壓電池的正極僅連接到串轉(zhuǎn)換器并且因此高壓電池僅由串轉(zhuǎn)換器充電，而同時(shí)低壓電池的正極僅連接到差分功率處理轉(zhuǎn)換器并且因此低壓電池僅由差分功率處理轉(zhuǎn)換器充電。這給出了本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)。

25、在一個(gè)實(shí)施例中，電動車輛還包括連接到高壓電池的電池充電器。這使得可以通過電池充電器在充電點(diǎn)對高壓電池進(jìn)行充電。充電站可以是例如充電站或壁盒。

26、在一個(gè)實(shí)施例中，電池充電器是ac充電器，即，將來自充電站的ac供給電流轉(zhuǎn)換為施加到高壓電池的dc電流的充電器。這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是可以廣泛實(shí)施，因?yàn)槠駷橹乖S多電動車輛使用車載ac充電器。這種ac充電器通常還具有dc-dc轉(zhuǎn)換器功能以將整流后的ac供給電壓轉(zhuǎn)換為高壓電池的電壓水平。ac充電器也可以是用于轉(zhuǎn)換由無線感應(yīng)充電產(chǎn)生的ac感應(yīng)電壓的充電器。

27、在一個(gè)實(shí)施例中，電池充電器是dc充電器，即，將來自充電站的dc供給電壓轉(zhuǎn)換為施加到高壓電池的dc電壓的充電器。該實(shí)施例對于適用于dc快速充電的電動車輛特別有用。

28、在一個(gè)實(shí)施例中，串轉(zhuǎn)換器是電池充電器。這帶來的優(yōu)點(diǎn)是，不需要提供額外的部件作為串轉(zhuǎn)換器，這進(jìn)而降低了成本。因此，電池充電器還用作在串轉(zhuǎn)換器和高壓電池的正極之間的dc-dc轉(zhuǎn)換器。在一個(gè)實(shí)施例中，充電器可以適于根據(jù)需要在將來自外部充電源的電壓轉(zhuǎn)換為高壓電池電壓（例如，從110v或230v轉(zhuǎn)換為400v）和將來自太陽能電池板串的電壓轉(zhuǎn)換為高壓電池電壓之間來回切換。

29、在一個(gè)實(shí)施例中，串轉(zhuǎn)換器是升壓轉(zhuǎn)換器。這對于將太陽能電池板串的電壓水平增加到對高壓電池充電所需的電壓水平特別有利。特別地，電壓/電流轉(zhuǎn)換通常通過pwm（脈寬調(diào)制）來調(diào)節(jié)。因此，通過調(diào)整pwm特性，可以容易地實(shí)現(xiàn)在將來自外部充電源的電壓/電流轉(zhuǎn)換為高壓電池電壓/電流和將來自太陽能電池板串的電壓/電流轉(zhuǎn)換為高壓電池電壓/電流之間的切換。

30、在一個(gè)實(shí)施例中，差分功率處理轉(zhuǎn)換器是反激式轉(zhuǎn)換器。

31、在一個(gè)實(shí)施例中，低壓電池的電池電壓在12v和48v之間，特別是12v。然而，低壓電池通常不限于這個(gè)電壓范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，高壓電池的電池電壓在60v和1000v之間，特別是在400v、800v、900v或甚至更高之間。然而，一般來說，高壓電池不限于這個(gè)電壓范圍。

32、在一個(gè)實(shí)施例中，控制器適于（例如編程為）以至少一種其他模式（在不失一般性的情況下也稱為“充電模式”）操作差分功率處理轉(zhuǎn)換器（即，一個(gè)、一些或所有差分功率處理轉(zhuǎn)換器），在該模式下，流過差分功率處理轉(zhuǎn)換器的能量的量增加到dpp水平之上，特別是最大化。這在某些特定用例中特別有用，例如，當(dāng)?shù)蛪弘姵氐暮呻姞顟B(tài)soc較低并且需要充電時(shí)。低壓電池為高度安全相關(guān)且需要高可靠性水平的ecu和傳感器供電。

33、該目的還通過根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于對電動車輛的低壓電池和高壓電池充電的方法來實(shí)現(xiàn)，其中，當(dāng)太陽能電池板產(chǎn)生電能時(shí)，低壓電池由差分功率處理轉(zhuǎn)換器充電，且高壓電池由串轉(zhuǎn)換器充電。