用于控制機動車輛電池的充電器的、減少由于切換導致的損耗的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于控制機動車輛的電池充電器的方法，該電池充電器包括一個輸入濾波器(1)，該輸入濾波器將一個三相供電電路連接至一個降壓斬波變換器(2)，一個升壓斬波電路(3)被連接至該降壓斬波變換器(2)和電池(BAT)。該方法包括以下步驟：基于一個電池電流測量值與一個電池電流請求之間的差值確定在該降壓斬波變換器(2)的輸出端閾值電壓；使該降壓斬波變換器(2)的輸出電壓保持恒定；以及控制該升壓斬波級(3)的開關以便使這些開關保持斷開。
【專利說明】用于控制機動車輛電池的充電器的、減少由于切換導致的 損耗的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明的【技術領域】是對高功率充電器的控制，并且更具體地講是減少該高功率充 電器中的損耗。

【背景技術】
[0002] 現(xiàn)有的電池充電器在高的功率（例如43kW)下起作用、并且是高度有效的。然而， 在這些功率水平時，1 %的效率變化表示400W功率消耗的差異。在另一方面，高的效率（例 如90% )表示要消散4kW的熱量。
[0003] 專利申請FR 2964510中描述了此類的一種用于電動車輛的、使用三相供電網(wǎng)的 充電器。在這篇申請中，額外的電感電路和電動機器中的損耗與在其中流動的電流成比例。 出于不同的原因，中性電流設定點必須始終大于這些輸入電流和電池電流。因為建模噪聲 和不確定性，在該中性電流設定點與這另兩個電流之間要求一個裕度，以便提供上述關系。 為了以43kW對一個300V電池進行充電，電池電流必須是143A。當前生產(chǎn)的車輛包括中性 電流設定點為175A的充電器。
[0004] 因此，顯然對于提高效率和降低有待消散的熱量存在一種需求。
[0005] 本專利申請的一個目的是提供一種用于控制電池充電器的、允許中性電流等于電 池電流并且使其盡可能小的方法。
[0006] 現(xiàn)今，這個問題是通過減小中性電流設定點來解決的。該中性電流越低，充電器的 效率就越好。在另一方面，該中性電流越高，對充電電流的調(diào)節(jié)就越好。因此必須找到一種 折衷方案。由于這種折衷方案，通過目前可獲得的裝置解決該問題限制了有可能下降到的 中性電流。該中性電流極限是175A。
[0007] 以下文獻在現(xiàn)有技術中是已知的。
[0008] FR 2943188披露了一種針對單相或三相電網(wǎng)的充電器的構架以及其總體控制原 理。
[0009] US 2006209574披露了一種包括二極管整流器和電容的電力電源，以用于提供一 個恒定電壓的目的，再加上一個自耦變壓器用于調(diào)節(jié)輸出電壓水平。
[0010] WO 2011115330披露了一種使用變壓器并且通過改變次級繞組的匝數(shù)快速調(diào)節(jié)電 壓水平的自動電壓調(diào)節(jié)器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的一個目的是提供一種用于控制機動車輛的電池充電器的方法，該電池 充電器包括一個輸入濾波器，該輸入濾波器將一個三相供電電路連接至一個串聯(lián)斬波器， 一個升壓斬波（boost)電路在一方面被連接至該串聯(lián)斬波器、并且在另一方面被連接至電 池。該方法包括以下步驟：
[0012] 基于一個電池電流測量值與一個電池電流請求之間的差值確定在該串聯(lián)斬波器 的輸出端的閾值電壓，
[0013] 使該串聯(lián)斬波器的輸出電壓保持恒定，以及
[0014] 按以下方式控制該升壓斬波級的開關，即：使這些開關保持斷開。
[0015] 該串聯(lián)斬波器可以包括三個相，即這三個相中電壓最大的一個高壓相、這三個相 中電壓最小的一個低壓相、以及一個中間相。
[0016] 通過執(zhí)行以下步驟可以使該串聯(lián)斬波器的輸出電壓保持恒定：
[0017] 控制該串聯(lián)斬波器的中間相的高壓開關和低壓開關以便閉合，如果在該串聯(lián)斬波 器的輸出端的閾值電壓低于該低壓相的電壓，則控制該低壓相的高壓開關的斬波以便發(fā)生 一個第一占空比；否則，閉合該低壓相的高壓開關并且控制該高壓相的低壓開關的斬波以 便發(fā)生一個第二占空比。
[0018] 該串聯(lián)斬波器的輸出端的電流設定點可以始終大于從該三相供電網(wǎng)接收的電流 并且大于該電池電流。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 從單純以非限制性實例并且參照附圖提供的以下說明中將顯現(xiàn)其他目的、特征和 優(yōu)點，在附圖中：
[0020] -圖1示出了由根據(jù)本發(fā)明的控制方法控制的一個充電器，
[0021] -圖2以一種簡化的形式示出了這個充電器的升壓斬波電路的主要元件，
[0022] -圖3更詳細地示出了由根據(jù)本發(fā)明的控制方法控制的一個充電器的降壓斬波電 路，并且
[0023] -圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個控制系統(tǒng)的積分調(diào)節(jié)器。

【具體實施方式】
[0024] 圖1示出了由根據(jù)本發(fā)明的控制方法控制的一個充電器。該圖示出了一個輸入濾 波器1將該充電器連接至三相電路，輸入濾波器1被連接至一個降壓斬波（buck)電路2的 輸入端，該降壓電路在其輸出端發(fā)送一個電壓V kn和一個電流In。該輸入濾波器可以針對 供電網(wǎng)的每個供電相包括一個緩沖電路，該緩沖電路包括與一個阻抗L 1串聯(lián)的一個電阻R， 這個組合與一個阻抗L2并聯(lián)。這些緩沖電路各自可以對流入該系統(tǒng)中的電流進行濾波；例 如，該緩沖電路（L 1, L2, R)可以對來自該供電網(wǎng)的相V1的電流I進行濾波。這些緩沖電路 各自的輸出端還被連接至一個電容器C的一個第一板，這些第二板彼此相連并且如果必要 的話接地，以便對這些共模分量進行濾波。還被稱作串聯(lián)斬波器的降壓斬波電路2是一個 降壓電路。降壓斬波電路2和輸入濾波器1被包含在一個稱作接線盒的元件中。降壓斬波 電路2的輸出端通過三個并聯(lián)的連接物而被連接至一個升壓斬波電路3的輸入端，這些連 接物各自包括與一個電阻串聯(lián)的一個電感。還被稱作并聯(lián)斬波器的升壓斬波電路3是一個 升壓電路。這些并聯(lián)的連接物各自被連接至升壓斬波電路3的一個分支上。升壓斬波電路 3被連接電池 BAT。
[0025] 圖2以一種簡化的形式示出了這個充電器的升壓斬波電路的一個分支η的主要元 件，其中針對圖1中示出的升壓斬波電路，η在從1至3的范圍內(nèi)變化，各個分支具有一個 二極管Dnd和一個開關Snd。
[0026] 從降壓斬波電路2輸出的電壓Vkn和電流In被施用在地線與這三個并聯(lián)連接物從 其經(jīng)過的一個點之間，這些并聯(lián)連接物各自包括相串聯(lián)的一個電感L nd和一個電阻Rnd。電阻 Rnd在一方面被連接至二極管的陽極Dnd和開關Snd。開關S nd的另一個端子被接地。二極管 Dnd的陰極被連接至一個電池 BAT，該電池本身也被接地。一個額外的中間電感被放置在與 這些開關（Slp，S2p，S 3p)共同的連接物與各自包括相串聯(lián)的一個電感Lnd和一個電阻Rnd的這 三個并聯(lián)連接物從其經(jīng)過的點之間。在確定與該充電器相關的電動機器的繞組的尺寸時， 這個額外的中間電感提供了更大的自由度。
[0027] 決定該電路的這個分支的動態(tài)方程如下：
[0028] (L s+R) · In = Vkn- a bst · Vbatt (Eq. I)
[0029] 其中：
[0030] L :是電感Lnd的值
[0031] R :是電阻Rnd的值
[0032] In :是降壓斬波電路的輸出電流
[0033] Vkn :是降壓斬波電路的輸出電壓
[0034] Vbatt :是電池的充電電壓
[0035] a bst是控制開關Snd的占空比，并且
[0036] s是拉普拉斯（Laplace)算子。
[0037] 術語"開關"指代能夠中斷電流流動的任何切換裝置。這種類型的裝置值得注意 地包括多個晶體管、以及值得注意的絕緣柵雙極型晶體管（英文縮寫為IGBT)。
[0038] 因此，對于帶有三個分支的一個升壓斬波電路而言，如在圖1中示出的，存在各自 接收電流I n和電壓Vkn的三個分支，所有這三個分支都被并列地連接至電池 BAT。一個第一 分支包括一個電感Lld、一個電阻Rld、一個二極管Dld、以及一個開關S ld。一個第二分支包括 一個電感L2d、一個電阻R2d、一個二極管D 2d、以及一個開關S2d。一個第三分支包括一個電感 L3d、一個電阻R3d、一個二極管D3d、以及一個開關S3d。
[0039] 在一個升壓斬波電路3具有三個分支的情況下，與鑒于以相同的方式控制該升壓 斬波電路的這三個開關（S ld，S2d，S3d)事實的實際情況相比，簡化了方程1的應用。假定如 果使用占空比a bst = 1，則相對應的開關被斷開。
[0040] 在方程1的簡化公式中，當這些開關被斷開時，該升壓斬波電路也被斷開，并且因 此該電池被連接至降壓斬波電路。
[0041] 當該升壓斬波電路被閉合時，該升壓斬波電路使該電池與這些充電電流隔離。流 動至該電池的電流因此按如下方式被調(diào)制：
[0042] Ibatt = α bst*In (Eq. 2)
[0043] 為了優(yōu)化效率，電流In必須盡可能地低。a bst的值因此必須始終等于1。
[0044] 額外地，在變量a bst的范圍內(nèi)中性相電流必須保持恒定。由于此時這個值假定是 被鎖定的，只可以通過控制電壓Vkn來使該中性電流保持恒定。
[0045] 因此，為了使該中性電流保持恒定，電壓Vkn必須是恒定的。因此，必須按以下方式 控制該降壓斬波電路，即輸出電壓的平均值是恒定的。
[0046] 圖3更詳細地示出了該降壓斬波電路。
[0047] 該降壓斬波電路包括三個并聯(lián)的輸入連接物，這些輸入連接物各自承載該供電網(wǎng) 的一個相并且各自被連接至形成該降壓斬波電路的一個分支的一對開關。
[0048] 第一連接物被連接在該降壓斬波電路的第一分支的一個由Sin指代的第一開關H 與一個由Sip指代的第二開關B之間。
[0049] 第二連接物被連接在該降壓斬波電路的第二分支的一個由S2n指代的第一開關H 與一個由S2p指代的第二開關B之間。
[0050] 第三連接物被連接在該降壓斬波電路的第三分支的一個由S3n指代的第一開關H 與一個由S3p指代的第二開關B之間。
[0051] 這些開關H還被稱作高壓開關，并且這些開關B被稱作低壓開關。
[0052] 該降壓斬波電路的各個相的第一開關（S1N，S2N，S 3N)還各自被連接至一個第一二極 管（D1N，D2N，D3n)的陽極和一個第二二極管（D 1P，D2p, D3p)的陰極。這些第一二極管（D1N，D2n, D3n)的陰極被共同地連接至該降壓斬波電路的一個第一輸出。
[0053] 該降壓斬波電路的各個相的第二開關（Slp，S2p，S 3p)在它們的一個電極處還各自被 連接至一個第二二極管（Dlp，D2p，D 3p)的陽極、并且在它們的另一個電極處被共同地連接至 該降壓斬波電路的一個第二輸出上。與該降壓斬波電路的第二輸出串聯(lián)地放置一個電感。
[0054] 該三相電網(wǎng)的正弦電壓在該降壓斬波電路的輸入處被這些開關斬波成電壓Vkn。以 此方式產(chǎn)生的電壓V kn由于自身的斬波原理而展現(xiàn)突然的變化。當被當成一個整體時，由于 這些電容和電感，該系統(tǒng)展現(xiàn)一種慣性。這種慣性相當于一個濾波器從而只允許存留低頻 率。術語"低頻率"指代低于500Hz的頻率。該值是使得能夠控制該電流的這個濾波后的 電壓的平均值。之后，不變化的或僅以低于500Hz的頻率變化的任何量將被認為是恒定的。
[0055] 該降壓斬波電路的最大電壓是通過將該電路運行成一個整流橋、也就是說使所有 這些開關閉合來獲得的。這將提供在大于這三個輸入相的電壓的幅值的1. 5倍的水平恒定 的整流電壓Vkn。因此，通過一個適合的控制系統(tǒng)，有可能具有可高達該輸入電壓的幅值的 1. 5倍的恒定電壓Vto。
[0056] 為了能夠控制電壓Vkn，必須可獲得該電網(wǎng)的電角度0eie。的測量值。該三相電網(wǎng) 電壓（V 1, V2，V3)按以下方式變化：

【權利要求】
1. 一種用于控制機動車輛的電池充電器的方法，該電池充電器包括一個輸入濾波器 (1)，該輸入濾波器將一個三相供電電路連接至一個串聯(lián)斬波器（2)，一個升壓斬波電路 (3)在一方面被連接至該串聯(lián)斬波器（2)、并且在另一方面被連接至電池（BAT)，其特征在 于，該方法包括以下步驟： 基于一個電池電流測量值與一個電池電流請求之間的差值確定在該串聯(lián)斬波器（2) 的輸出端的閾值電壓， 使該串聯(lián)斬波器（2)的輸出電壓保持恒定，以及 按以下方式控制該升壓斬波級（3)的這些開關，S卩：使這些開關保持斷開。
2. 如權利要求1所述的控制方法，該串聯(lián)斬波器（2)包括三個相，即這三個相中電壓最 大的一個高壓相、這三個相中電壓最小的一個低壓相、以及一個中間相， 其中通過執(zhí)行以下步驟使該串聯(lián)斬波器（2)的輸出電壓保持恒定： 控制該串聯(lián)斬波器（2)的該中間相的高壓開關和低壓開關以便閉合， 如果在該串聯(lián)斬波器（2)的輸出端的閾值電壓低于該低壓相的電壓，則控制該低壓相 的高壓開關的斬波以便發(fā)生一個第一占空比， 否則，閉合該低壓相的高壓開關并且控制該高壓相的低壓開關的斬波以便發(fā)生一個第 -占空比。
3. 如以上權利要求中任一項所述的方法，其中該串聯(lián)斬波器（2)的輸出端的電流設定 點始終大于從該三相供電網(wǎng)接收的電流并且大于該電池電流。
【文檔編號】H02J7/02GK104396116SQ201380032966
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年6月11日 優(yōu)先權日:2012年6月26日
【發(fā)明者】P·克維斯卡, L·梅里耶納 申請人:雷諾股份公司