CN111193312A - 充电机及充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充电机及充电方法，该充电机包括：控制器、AC/DC变换器、DC/DC变换器和电池，AC/DC变换器的交流侧与交流电网连接，DC/DC变换器串联于AC/DC变换器的直流侧与电池之间；其中，控制器与AC/DC变换器、DC/DC变换器和电池分别连接，用于获取AC/DC变换器直流侧输出的第一电压、电池两端的第二电压和电池电流，并根据第一电压、第二电压和电池电流，调节DC/DC变换器的输出电压和输出电流。本发明实现了减小充电机体积、降低充电机成本的目的。
Description
技术领域
本发明涉及充电技术领域，尤其涉及一种充电机及充电方法。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
随着能源紧缺和环境污染的日益加剧，电动车以其节能和环保等优势，逐渐普及到人们的日常生活中。由于电动车的动力来源是电池，因而，车载充电技术一直是电动车领域的重要研究课题。电池充电的原理是利用AC/DC模块将交流电转化成直流电能，并降低入端的电流谐波以满足标准，再利用DC/DC模块实现对电池充电的电流和电压进行控制，以满足电池的充电特性。
目前，现有的车载充电机主要有两种方式：一种是采用独立的充电机，即采用AC/DC和DC/DC两级变换，这种方式受制于体积和成本的影响，大多可以提供的功率在3.3千瓦和6.6千瓦，个别达到20千瓦；另一种是利用车上用于驱动电机的逆变器外加DC/DC对电池充电，通过车载逆变器实现AC/DC功能，其功率可达40千瓦。
由于现有的车载充电机中，AC/DC和DC/DC均是全功率变换，导致车载充电机存在体积大、成本高的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种充电机，用以解决现有充电机体积大、成本高的技术问题，该充电机包括：包括：控制器、AC/DC变换器、DC/DC变换器和电池，AC/DC变换器的交流侧与交流电网连接，DC/DC变换器串联于AC/DC变换器的直流侧与电池之间；其中，控制器与AC/DC变换器、DC/DC变换器和电池分别连接，用于获取AC/DC变换器直流侧输出的第一电压、电池两端的第二电压和电池电流，并根据第一电压、第二电压和电池电流，调节DC/DC变换器的输出电压和输出电流。
本发明实施例还提供一种充电方法，用以解决现有充电机体积大、成本高的技术问题，该装置包括：获取AC/DC变换器直流侧输出的第一电压、电池两端的第二电压和电池电流；根据第一电压、第二电压和电池电流，控制DC/DC变换器的输出电压和输出电流以向电池充电，其中，DC/DC变换器串联于AC/DC变换器的直流侧与电池之间。
本发明实施例中，通过AC/DC变换器将交流电网的交流电转换为直流电，并在AC/DC变换器直流侧与电池之间串联DC/DC变换器，以便通过控制DC/DC变换器的输出电压和输出电流来调节电池两端的充电电压和充电电流。本发明实施例由于采用部分功率DC/DC变换器，实现了减小充电机体积、降低充电机成本的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中提供的一种充电机示意图；
图2为本发明实施例中提供的一种车载充电机示意图；
图3为本发明实施例中提供的一种DC/DC变换器示意图；
图4为本发明实施例中提供的又一种DC/DC变换器示意图；
图5为本发明实施例中提供的一种DC/DC变换器的工作波形示意图；
图6为本发明实施例中提供的一种充电方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例中提供了一种充电机，图1为本发明实施例中提供的一种充电机示意图，如图1所示，该充电机包括：控制器、AC/DC变换器、DC/DC变换器和电池，AC/DC变换器的交流侧与交流电网连接，DC/DC变换器串联于AC/DC变换器的直流侧与电池之间；其中，控制器与AC/DC变换器、DC/DC变换器和电池分别连接，用于获取AC/DC变换器直流侧输出的第一电压、电池两端的第二电压和电池电流，并根据第一电压、第二电压和电池电流，调节DC/DC变换器的输出电压和输出电流。
需要说明的是，本发明实施例提供的充电机可以应用于任意一种电池设备的充电。作为一种可选的实施例，本发明实施例以电动车为例来进行说明。
如图1所示，本发明实施例通过AC/DC变换器将交流电网的交流电转换为直流电，并在AC/DC变换器的直流侧与电池之间串联DC/DC变换器，以便通过控制DC/DC变换器的输出电压和输出电流来调节电池的充电电压和充电电流。
例如，假设AC/DC变换器直流侧的输出电压为600V，电池的充电电压为400V，则DC/DC变换器两端的电压为200V，其功率是充电功率的50％，与全功率的DC/DC变换器相比，可以大大降低充电机的体积，尤其是大功率充电机(例如，车载充电机)的体积和成本。
以电动车为例，由于电动车上用于驱动电机的逆变器为双向变换器，将车载逆变器的交流侧与电机连接，则可以实现直流电到交流电的转换；将车载逆变器的交流侧与交流电网连接，则可以实现交流电到直流电的转换。由此，为了进一步降低车载充电机的体积和成本，作为一种可选的实施方式，本发明实施例中的充电机使用的AC/DC变换器可以是电动车上用于驱动电机的车载逆变器。其中，控制器还用于在电动车处于充电状态的情况下，控制车载逆变器与电机之间的接触器断开，并将车载逆变器的交流侧连接到交流电网。利用车上的电机驱动逆变器来实现第一级的AC/DC变换，再串联一个部分功率的DC/DC来对电池实现快速充电。省略了常规的AC/DC变换器，并且由于DC/DC是部分功率变换，因此减少了车载充电机的体积、重量以及成本。
图2为本发明实施例中提供的一种车载充电机示意图，如图2所示，车载逆变器将三相交流电整流成直流电压，再串联一个DC/DC变换器来实现电压的调节，对电池进行充电，由于DC/DC变换器是个部分功率变换器，具有体积小、成本低的优点。
作为第一种可选的实施方式，本发明实施例提供的充电机使用的DC/DC变换器可以是采用高频变压器隔离的DC/DC变换器，其中，高频变压器的原边和副边均采用全桥结构，原边和副边均有四个功率半导体开关。
例如，图3为本发明实施例中提供的一种DC/DC变换器示意图，如图3所示，采用高频变压器隔离的DC/DC变换器，将AC/DC变换器(例如，车载逆变器)直流侧的电压转换成电池两端的直流电压，其中，高频变压器的原边和副边都是全桥结构，原边有四个功率半导体开关，副边也用了四个功率半导体开关。原边四个功率半导体开关实现直流转交流的逆变功能；副边的四个功率半导体开关实现交流转直流的整流功能。
例如，当三相380V交流电作为车载逆变器的交流输入时，其直流侧的电压在600伏左右，为了匹配车载电池两端的电压，将DC/DC变换器串联在车载逆变器的直流侧和车载电池之间。容易注意的是，图3所示的DC/DC电路具有双向功率流动的特点，可用于电池的充电和放电。可选地，所有开关都能工作在软开关工况，开通和关断的损耗很小，有利于高频化和减小变换器的体积。
作为第二种可选的实施方式，本发明实施例提供的充电机使用的DC/DC变换器为采用高频变压器隔离的DC/DC变换器，其中，高频变压器的原边和副边均采用半桥结构，原边和副边各有两个功率半导体开关和两个电容。原边两个功率半导体开关和两个电容实现直流转交流的逆变功能；副边的两个功率半导体开关和两个电容实现交流转直流的整流功能。
例如，图4为本发明实施例中提供的又一种DC/DC变换器示意图，如图4所示，高频变压器的原边和副边均采用半桥电路(即用两个开关和电容)来实现，与全桥结构相比，这种方式可以减少开关数量。
图5为本发明实施例中提供的一种DC/DC变换器的工作波形示意图，如图5所示，V1是经原边开关后的电压，V2是副边整流器前的电压，iL表示电感电流(原边电感电流与副边电感电流的关系与变压器原边和副边的匝数有关)。通过改变V1和V2的相位差，即可改变DC/DC的输出电压和输出电流。
本发明实施例中还提供了一种充电方法，可以应用于但不限于图1所示的控制器中，图6为本发明实施例中提供的一种充电方法流程图，如图6所示，该充电方法包括如下步骤：
S601，获取AC/DC变换器直流侧输出的第一电压、电池两端的第二电压和电池电流；
S602，根据第一电压、第二电压和电池电流，控制DC/DC变换器的输出电压和输出电流以向电池充电，其中，DC/DC变换器串联于AC/DC变换器的直流侧与电池之间。
需要说明的是，电池充电的过程中，电池两端的电压是实时动态变化的，即上述第二电压是实时动态变化的，因而，上述S601和S602所提供的充电方法也是动态控制的。
作为一种可选的实施例，上述AC/DC变换器可以为电动车上用于驱动电机的车载逆变器，上述电池为车载电池。由于电动车在充电状态时是静止的，因而，可以利用电动车上用于驱动电机的逆变器将交流电网的交流电转换为直流电，进一步减小了车载充电机的体积。
可选地，在S601之前，上述方法还可以包括：在电动车处于充电状态的情况下，控制车载逆变器与电机之间的接触器断开，并将车载逆变器的交流侧连接到交流电网。
作为第一种可选的实施方式，上述方法实施例中的DC/DC变换器为采用高频变压器隔离的DC/DC变换器，其中，高频变压器的原边和副边均采用全桥结构，原边有四个功率半导体开关，副边有四个功率半导体开关。
作为第二种可选的实施方式，上述方法实施例中的DC/DC变换器为采用高频变压器隔离的DC/DC变换器，其中，高频变压器的原边和副边均采用半桥结构，原边有两个功率半导体开关和两个电容，副边有两个功率半导体开关和两个电容。
无论采用上述第一种实施方式，还是第二种实施方式，上述S602具体可以包括：调节述高频变压器原边电压和副边电压的相位差，控制DC/DC变换器的输出电压和输出电流以向电池充电。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种充电机，其特征在于，包括：控制器、AC/DC变换器、DC/DC变换器和电池，所述AC/DC变换器的交流侧与交流电网连接，所述DC/DC变换器串联于所述AC/DC变换器的直流侧与所述电池之间；
其中，所述控制器与所述AC/DC变换器、所述DC/DC变换器和所述电池分别连接，用于获取所述AC/DC变换器直流侧输出的第一电压、所述电池两端的第二电压和电池电流，并根据所述第一电压、所述第二电压和所述电池电流，调节所述DC/DC变换器的输出电压和输出电流。
2.如权利要求1所述的充电机，其特征在于，所述AC/DC变换器为电动车上用于驱动电机的车载逆变器。
3.如权利要求2所述的充电机，其特征在于，所述控制器还用于在所述电动车处于充电状态的情况下，控制车载逆变器与电机之间的接触器断开，并将所述车载逆变器的交流侧连接到交流电网。
4.如权利要求1所述的充电机，其特征在于，所述DC/DC变换器为采用高频变压器隔离的DC/DC变换器，其中，所述高频变压器的原边和副边均采用全桥结构，原边和副边均有四个功率半导体开关。
5.如权利要求1所述的充电机，其特征在于，所述DC/DC变换器为采用高频变压器隔离的DC/DC变换器，其中，所述高频变压器的原边和副边均采用半桥结构，原边和副边各有两个功率半导体开关和两个电容。
6.一种充电方法，其特征在于，包括：
获取AC/DC变换器直流侧输出的第一电压、电池两端的第二电压和电池电流；
根据所述第一电压、所述第二电压和所述电池电流，控制DC/DC变换器的输出电压和输出电流以向所述电池充电，其中，所述DC/DC变换器串联于所述AC/DC变换器的直流侧与所述电池之间。
7.如权利要求6所述的充电方法，其特征在于，所述AC/DC变换器为电动车上用于驱动电机的车载逆变器。
8.如权利要求7所述的充电方法，其特征在于，在获取AC/DC变换器直流侧输出的第一电压、电池两端的第二电压和电池电流之前，所述方法还包括：
在所述电动车处于充电状态的情况下，控制车载逆变器与电机之间的接触器断开，并将所述车载逆变器的交流侧连接到交流电网。
9.如权利要求6所述的充电方法，其特征在于，所述DC/DC变换器为采用高频变压器隔离的DC/DC变换器，其中，所述高频变压器的原边和副边均采用全桥结构，原边有四个功率半导体开关，副边有四个功率半导体开关。
10.如权利要求6所述的充电方法，其特征在于，所述DC/DC变换器为采用高频变压器隔离的DC/DC变换器，其中，所述高频变压器的原边和副边均采用半桥结构，原边有两个功率半导体开关和两个电容，副边有两个功率半导体开关和两个电容。
11.如权利要求9或10所述的充电方法，其特征在于，根据所述第一电压、所述第二电压和所述电池电流，控制DC/DC变换器的输出电压和输出电流以向所述电池充电，包括：
调节所述述高频变压器原边电压和副边电压的相位差，控制所述DC/DC变换器的输出电流和输出电流以向所述电池充电。
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