CN104518536A - 充电系统、充电控制装置和充电方法 - Google Patents

充电系统、充电控制装置和充电方法 Download PDF

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Abstract

本公开提出了一种充电系统、充电方法、充电控制装置。该充电系统包括：充电器，被配置为其一端耦接于外部电源；多个二次电池，被配置为分别耦接于所述充电器；以及控制装置，被配置为耦接于所述充电器和所述多个二次电池，以控制所述充电器对所述多个二次电池进行充电操作。根据本公开，可以将具有频率相同、相位相反的谐波的二次电池进行并联充电，以减小或消除高次谐波产生的谐波畸变，有效地减小THD的值。

Description

充电系统、充电控制装置和充电方法
技术领域
本公开涉及一种充电系统和充电方法，具体地涉及一种为电动汽车的电池组进行充电的系统和方法。
背景技术
随着全球能源危机加剧，各国政府和汽车企业已经认识到未来汽车工业发展的主要方向是节能和减排，而电动汽车（包括纯电动汽车）的发展将是解决上述两个问题的最佳方法。
然而，作为电动汽车关键技术的对电池组进行充电的技术，现在还存在问题。例如，用于为电动汽车充电的充电机是一种典型的非线性设备，其在为电池组充电时会产生很高的谐波电流。
谐波电流是指将非周期性电流函数按傅立叶级数展开时，其频率为原周期电流频率整数倍的各分量的统称。频率等于原周期电流频率n倍的谐波电流称为n次谐波电流。一个周期信号可以通过离散傅里叶变换(DFT)分解为直流分量a0和不同频率的正弦(或余弦)信号的线性叠加：
其中，为n次谐波的表达式，An表示n次谐波的幅值，其角频率为nω0，初始相位为当n=1时，为基波的表达式。ω0/2π为基波分量的频率，称为基波频率，其等于交流信号的频率。
图1(a)是经过DFT后的基波与谐波的图形表示，其中示出了基波的波形以及5次谐波和7次谐波的波形。
图1(b)是在图1(a)中的基波与谐波的基础上，示出了基波与谐波的波形叠加后产生的谐波畸变后的波形。
谐波电流对电力系统具有很大危害，同时，谐波电流对电力系统外部的电子和通信设备也会产生严重干扰。
如果将总电流量设为Il，谐波电流量设为IH，则THD=IH/Il×100%称为谐波电流总畸变率，是目前衡量电力系统中谐波电流大小的重要指标。
现有的电动汽车充电机的输入电流的THD一般会达到2.36%至28%，有的车载充电机的THD甚至会达到59.6%，而一个大型电动汽车充电站有很多这样的充电机同时工作。因此，在电动汽车充电站为汽车电池进行充电的过程中所产生的谐波电流的THD更会大大增加，对公共电网的危害十分严重。在各次谐波中，对THD影响最显著的是奇次谐波，例如3次、5次、7次谐波等。
发明内容
为了消除和抑制谐波，本公开提出了一种充电系统，包括：充电器，被配置为其一端耦接于外部电源；多个二次电池，被配置为分别耦接于所述充电器；以及控制装置，被配置为耦接于所述充电器和所述多个二次电池，以控制所述充电器对所述多个二次电池进行充电操作。
根据本公开的上述方面，所述控制装置包括：电池分组单元，被配置为对所述多个二次电池进行分组，使得分组后每组中的二次电池的谐波叠加后能够被减小或消除。
根据本公开的上述方面，所述控制装置还包括：耦接控制单元，被配置为根据所述电池分组单元的分组结果，将每组中的二次电池并联后，再耦接于所述充电器。
根据本公开的上述方面，每组中包括两个二次电池，所述两个二次电池的对应谐波的频率相同、相位相反。
根据本公开的上述方面，进一步包括：数据库，被配置为存储所述多个二次电池的充电历史数据，其中电池分组单元根据所述充电历史数据对所述多个二次电池分组。
根据本公开的上述方面，所述控制装置还包括：信息记录单元，被配置为记录所述充电器为所述二次电池充电时的电流波形信息，并将所记录的电流波形信息保存在所述数据库中，作为所述充电历史数据。
根据本公开的上述方面，还包括：相位调整单元，被配置为串联耦接在所述充电器和所述多个二次电池之间，所述电池分组单元还被配置为根据所述充电历史数据计算各个二次电池的基波的相位差，所述相位调整单元还被配置为基于所述相位差，将各个二次电池的基波的相位调整为相同。
根据本公开的上述方面，还包括三次滤波器，被配置为串联耦接在所述相位调整单元和所述多个二次电池之间，用于从电流中滤除三次谐波。
根据本公开的上述方面，所述电池分组单元对所述多个二次电池进行分组满足以下条件：（1）对所述多个二次电池中的任一电池z，从其充电历史数据中提取各次谐波的次数nz、幅值Anz、以及相位角Φnz；（2）从所述多个二次电池中选取满足下述条件的一组电池GroupΦ：nx=nz，以及Φnx=π-Φnz，其中x表示所述多个二次电池中除电池z以外的任一电池；（3）对该组电池GroupΦ中的各个谐波的幅值按照从大到小的顺序排序；（4）将所述电池z的nz次谐波的幅值Anz与该组电池GroupΦ中的各个幅值分别进行比较，获得多个差值ΔA；以及（5）当某一差值ΔA小于一预先设定的阈值时，将该差值对应的电池与电池z分为同一组，或者将所述各个差值ΔA中最小的差值对应的电池与电池z分为同一组。
根据本公开的另一方面，本公开提供了一种充电方法，包括：提供充电器，使得所述充电器的一端耦接于外部电源；将多个二次电池分别耦接于所述充电器；以及提供控制装置，使得所述控制装置控制所述充电器对所述多个二次电池的充电操作。
根据本公开的上述方面，还包括电池分组步骤，对所述多个二次电池进行分组，使得分组后每组中的二次电池的谐波叠加后能够被减小或消除。
根据本公开的上述方面，该方法还包括耦接控制步骤，根据所述电池分组步骤的分组结果，将每组中的二次电池并联后，再耦接于所述充电器。
根据本公开的上述方面，每组中包括两个二次电池，该两个二次电池的对应谐波的频率相同、相位相反。
根据本公开的上述方面，该方法还包括信息记录步骤，记录所述充电器为所述二次电池充电时的电流波形信息，将所记录的电流波形信息保存在数据库中，作为充电历史数据，电池分组步骤根据所述充电历史数据对所述多个二次电池分组。
根据本公开的上述方面，该方法还包括基波相位差计算步骤，根据所述充电历史数据计算各个二次电池的基波的相位差；以及相位调整步骤，基于所述相位差，将所述各个二次电池的基波相位调整为相同。
根据本公开的上述方面，该方法还包括三次谐波滤除步骤，滤除所述多个二次电池的电流中的三次谐波。
根据本公开的上述方面，所述电池分组步骤包括步骤：（1）对所述多个二次电池中的任一电池z，从其充电历史数据中提取各次谐波的次数nz、幅值Anz、以及相位角Φnz；（2）从所述多个二次电池中选取满足下述条件的一组电池GroupΦ：nx=nz，以及Φnx=π-Φnz，其中x表示所述多个二次电池中除电池z以外的任一电池；（3）对该组电池GroupΦ中的各个谐波的幅值按照从大到小的顺序排序；（4）将所述电池z的nz次谐波的幅值Anz与该组电池GroupΦ中的各个幅值分别进行比较，以获得多个差值ΔA；以及（5）当某一差值ΔA小于一预先设定的阈值时，将该差值对应的电池与电池z分为同一组，或者将所述各个差值ΔA中最小的差值对应的电池与电池z分为同一组。
根据本公开的再一方面，提供一种充电控制装置，耦接于充电器和多个二次电池，包括：电池分组单元，被配置为对所述多个二次电池进行分组，使得分组后每组中的二次电池的谐波叠加后能够被减小或消除；以及耦接控制单元，被配置为根据所述电池分组单元的分组结果，将每组中的二次电池并联后，再耦接于所述充电器。
根据本公开的上述方面，每组中包括两个二次电池，所述两个二次电池的对应谐波的频率相同、相位相反。
根据本公开的上述方面，该充电控制装置还包括：相位调整单元，被配置为串联耦接在所述充电器和所述多个二次电池之间，所述电池分组单元还被配置为计算各个二次电池的基波的相位差，所述相位调整单元还被配置为基于所述相位差，将各个二次电池的基波的相位调整为相同。
根据本公开的上述方面，该充电控制装置还包括：三次滤波器，被配置为串联耦接在相位调整单元和所述多个二次电池之间，用于从电流中滤除三次谐波。
根据本公开的又再一方面，提供一种用于对二次电池进行充电的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括：可由处理电路读取并存储指令的计算机可读存储介质，所述指令由所述处理电路执行用于执行充电方法，所述充电方法包括：提供充电器，使得所述充电器的一端耦接于外部电源；将多个二次电池分别耦接于所述充电器；以及提供控制装置，使得所述控制装置控制所述充电器对所述多个二次电池的充电操作。
根据本公开的上述方面，还包括电池分组步骤，对所述多个二次电池进行分组，使得分组后每组中的二次电池的谐波叠加后能够被减小或消除。
根据本公开的上述方面，还包括耦接控制步骤，根据所述电池分组步骤的分组结果，将每组中的二次电池并联后，再耦接于所述充电器。
根据本公开的上述方面，每组中包括两个二次电池，该两个二次电池的对应谐波的频率相同、相位相反。
根据本公开的上述方面，还包括信息记录步骤，记录所述充电器为所述二次电池充电时的电流波形信息，将所记录的电流波形信息保存在数据库中，作为充电历史数据，电池分组步骤根据所述充电历史数据对所述多个二次电池分组。
根据本公开的上述方面，还包括：基波相位差计算步骤，根据所述充电历史数据计算各个二次电池的基波的相位差；以及相位调整步骤，基于所述相位差，将所述各个二次电池的基波相位调整为相同。
根据本公开的上述方面，还包括三次谐波滤除步骤，滤除所述多个二次电池的电流中的三次谐波。
根据本公开的上述方面，所述电池分组步骤包括以下步骤：（1）对所述多个二次电池中的任一电池z，从其充电历史数据中提取各次谐波的次数nz、幅值Anz、以及相位角Φnz；（2）从所述多个二次电池中选取满足下述条件的一组电池GroupΦ：nx=nz，以及Φnx=π-Φnz，其中x表示所述多个二次电池中除电池z以外的任一电池；（3）对该组电池GroupΦ中的各个谐波的幅值按照从大到小的顺序排序；（4）将所述电池z的nz次谐波的幅值Anz与该组电池GroupΦ中的各个幅值分别进行比较，以获得多个差值ΔA；以及（5）当某一差值ΔA小于一预先设定的阈值时，将该差值对应的电池与电池z分为同一组，或者将所述各个差值ΔA中最小的差值对应的电池与电池z分为同一组。
根据本公开的充电系统、充电方法、充电控制装置、以及计算机程序产品，可以将具有频率相同、相位相反的谐波的二次电池进行并联充电，可以减小或消除高次谐波产生的谐波畸变，有效地减小THD的值。
附图说明
从下面结合附图对本公开实施例的详细描述中，本公开的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
图1(a)是经过DFT后的基波与谐波的图形表示，其中示出了基波的波形以及5次谐波和7次谐波的波形，图1(b)是在图1(a)中的基波与谐波的基础上，示出了基波与谐波的波形叠加后产生的谐波畸变后的波形；
图2是可以用来实施本公开的实施例的一般系统的框图；
图3示出了根据本公开的一个实施例的用于为电动汽车的电池进行充电的充电系统的框图；
图4示出了被叠加的谐波波形的示意图；
图5(a)、图5(b)、图5(c)是分别示出了根据本公开的一个实施例的二次电池充电耦接的图示；
图6示出了根据本公开的另一个实施例的用于为电动汽车的电池进行充电的充电系统的框图；
图7示出了相位调整前和相位调整后的基波波形的示意图；
图8示出了根据本公开的再一个实施例的用于为电动汽车的电池进行充电的充电系统的框图；
图9示出了根据本公开的一个实施例的用于控制电动汽车的电池充电的充电控制装置的框图；
图10示出了根据本公开的一个实施例的用于为电动汽车的电池进行充电的充电方法的流程图；
图11示出了根据本公开的一个实施例的用于对多个二次电池进行充电时所进行的控制操作的方法的流程图；以及
图12示出了根据本公开的一个实施例的用于对多个二次电池进行分组的方法的流程图。
具体实施方式
在附图中显示了本公开的一些实施方式，下面将参照附图更详细地描述这些实施方式。然而，可以以各种形式实现本公开，其不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本领域的技术人员知道，本公开的各个方面可以实现为系统、方法、装置或计算机程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式（包括固件、驻留软件、微代码等），或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”、“单元”或“系统”。此外，在一些实施例中，本公开的各个方面还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。
可以采用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。
下面将参照根据本公开实施例的方法、装置、系统、和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本公开。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些计算机程序指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。
也可以把这些计算机程序指令存储在计算机可读介质中，这些指令使得计算机、其它可编程数据处理装置、或其他设备以特定方式工作，从而，存储在计算机可读介质中的指令就产生出包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的指令的制造品（article of manufacture）。
也可以把计算机程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的过程。
图2示出了适于用来实现本公开实施方式的示例性计算机系统/服务器12的框图。图2显示的计算机系统/服务器12仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图2所示，计算机系统/服务器12以通用计算设备的形式表现。计算机系统/服务器12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，耦接不同系统组件（包括系统存储器28和处理单元16）的总线18。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构（ISA）总线，微通道体系结构（MAC）总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会（VESA）局域总线以及外围组件互连（PCI）总线。
计算机系统/服务器12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机系统/服务器12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器（RAM）30和/或高速缓存存储器32。计算机系统/服务器12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质（图2未显示，通常称为“硬盘驱动器”）。尽管图2中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘（例如“软盘”）读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘（例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质）读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组（例如至少一个）程序模块，这些程序模块被配置以执行本公开各实施例的功能。
具有一组（至少一个）程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本公开所描述的实施例中的功能和/或方法。
计算机系统/服务器12也可以与一个或多个外部设备14（例如键盘、指向设备、显示器24等）通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机系统/服务器12交互的设备通信，和/或与使得该计算机系统/服务器12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备（例如网卡，调制解调器等等）通信。这种通信可以通过输入/输出（I/O）接口22进行。并且，计算机系统/服务器12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络（例如局域网（LAN），广域网（WAN）和/或公共网络，例如因特网）通信。如图2所示，网络适配器20通过总线18与计算机系统/服务器12的其它模块通信。应当明白，尽管图2中未示出，可以结合计算机系统/服务器12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
图3示出了根据本公开的一个实施例的用于为电动汽车的电池进行充电的充电系统的框图。图3显示的充电系统仅仅是一个示例，不对本公开的实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图3所示，本公开的充电系统300可以包括：多个充电器3021、3022、3023，它们的一端分别耦接于外部电源301，用于接收充电电能，该外部电源301可以是来自例如公用电网的电力线；多个二次电池组3031、3032、3033，它们分别通过开关或接头3041、3042、3043耦接于上述多个充电器3021、3022、3023；以及控制装置305，分别耦接于多个充电器3021、3022、3023和多个二次电池组3031、3032、3033，用于控制充电器3021、3022、3023对各个二次电池组3031、3032、3033中的多个二次电池进行充电操作。在以下的描述中，在不做具体指定的情况下，统一用附图标记302、303、304分别来表示上述充电器、电池组和开关/接头。
上述各个充电器例如可以是本领域技术人员已知的适于为电动汽车的电池进行集中充电的各种类型和型号的充电器，其具体实现方式不对本公开的范围构成限制。
上述控制装置305可以通过图2中所示的计算机系统/服务器12等来实现。
电动汽车的电池一般是二次电池，又称为蓄电池。在一个示例中，例如将电动势为2V(铅酸电池)或1.2V(镍氢电池)或3.6V(锂电池)左右的蓄电池作为电池的基本单元，称为单体电池(Cell)，由几个单体电池封装组成单个电池，简称电池(Battery)，再由若干单个电池串联而成电池组(Battery Pack)。电动汽车的电池可以是由多个单个电池串联叠置组成的电池组。作为一个示例，一个典型的电池组可以有大约96个电池。在本公开中，将每个电动汽车的一个电池组看作是一个整体，称为一个二次电池，并且每组电池（集合）303中包括多个这样的二次电池。
根据本公开的一个实施例，可以在每组电池303的多个二次电池之间设置多个自动开关。通过从控制装置305发出的控制指令，可以改变这些自动开关的通断状态，从而改变各个二次电池之间以及与充电器302之间的耦接方式。例如，响应于来自控制装置305的指令，每组电池303中的任意两个或多个电池可以实现为并联耦接以进行充电的状态。
上述开关（接头）例如可以是本领域技术人员已知的适于本公开的充电系统使用的各种开关/接头，其具体实现方式不对本公开的范围构成限制。
继续参考图3。如图3中所示，控制装置305中可以包括数据库309，该数据库309用于存储多个二次电池的基本信息和充电历史数据。二次电池的基本信息可以包括但不限于每个二次电池的识别信息，如每个二次电池区别于其它二次电池的不同的ID信息。充电历史数据包括但不限于每个二次电池在过去每次充电时的电流波形信息，包括基波信息以及谐波信息，例如基波的频率、幅值、相角，各次谐波的频率、幅值、相角等。
数据库309也可以不设置在控制装置305的内部，而被设置在其外部，只要使得控制装置305能够对其进行访问，即从其中读取数据，以及能够向其中存储数据即可。
如图3中所示，控制装置305还可以包括信息记录单元308。当多个二次电池303耦接到控制装置305时，信息记录单元308可以从每个二次电池中读取该二次电池的基本信息，并将该基本信息记录在数据库309中。当多个二次电池303耦接于充电器302，并接受充电时，控制装置305可以检测在充电器302进行充电时每个二次电池的电流波形信息，并通过信息记录单元308将所检测的该电流波形信息记录在数据库309中，作为充电历史数据。该充电历史数据可以在下次充电时由电池分组单元306读取，用于对二次电池进行分组处理。
如图3中所示，控制装置305还可以包括电池分组单元306。电池分组单元306可以分析数据库309中存储的多个二次电池的充电历史数据，以对所述多个二次电池进行分组，使得分组后每组中的二次电池的谐波叠加后能够减小或消除。根据本公开的一个示例，每组中可以包括两个二次电池，该两个二次电池的电流谐波的频率相同但相位相反。
根据本公开的一个实施例，所述电池分组单元306按照如下方式操作。
（1）对所述多个二次电池303中的任意一个电池z，从其充电历史数据中提取各次谐波的次数nz、以及该次谐波的幅值Anz和相位角Φnz；
（2）判断所述电池分组单元是否已经对该电池z进行了分析；如果判断结果是“是”，即已经对上述电池z进行了分析，则选取另一个电池，重新执行上述操作（1）；
（3）如果判断结果是“否”，即还没有对电池z进行分析，则从所述多个二次电池中选择另一个电池x，判断其是否满足下述条件：nx=nz，Φnx=π-Φnz。选择满足上述条件的各个电池组成一组电池GroupΦ，其中x表示所述多个二次电池中除电池z以外的任一电池；
（4）对该组电池GroupΦ中的各个谐波的幅值按照从大到小的顺序排序；
（5）将所述电池z的nz次谐波的幅值Anz与该组电池GroupΦ中的各个幅值分别进行比较，获得多个差值ΔA；
（6）判断某一差值ΔA是否小于一预先设定的阈值（或是否为最小值）；
（7）当某一差值ΔA小于所述预先设定的阈值时，即上述判断结果为“是”，将该差值对应的电池与电池z分为同一组；当所述差值不小于所述预先设定的阈值时，则返回到操作（1），重复操作（1）-（6）的处理；
（8）判断是否已经完成全部电池的分析操作；
（9）如果已经完成全部电池的分析操作，则结束处理，否则重复上述操作（1）-（8）的处理。
通过以上操作，电池分组单元306可以基于数据库309中存储的多个二次电池的充电历史数据对所述多个二次电池进行分组，使得每组中可以包括多个二次电池或者两个二次电池，这些多个二次电池或者两个二次电池的某次电流谐波可以是频率相同但相位相反。
如图3中所示，控制装置305还可以包括耦接控制单元307。耦接控制单元307根据电池分组单元306的分组结果，控制耦接在多个二次电池之间的多个开关中的相应开关，将如上分组的每组中的二次电池并联，再将并联后的二次电池耦接于充电器302。
在本公开中注意到，在并联电路中存在波形叠加原理，即同次（频率相同）谐波的波形能够彼此叠加增强、叠加减小或消除（相互抵消）。根据本公开的一个实施例，当电池分组单元306通过分析多个二次电池的充电历史数据，找到谐波电流频率相同但相位相反的多个或两个二次电池后，通过将该多个或两个二次电池并联，使得谐波相位相反的二次电池的同次谐波波形相互叠加，由此可以减小或消除该次谐波电流。根据本公开的一个示例，如果该组二次电池中包含两个二次电池，当这两个二次电池的谐波的幅值相同时，可以消除这两个二次电池的谐波，当这两个二次电池的谐波的幅值不相同时，也可以减小这两个二次电池的谐波。
例如，假设对二次电池A和二次电池B在充电时的信号进行DFT变换，获得的波形公式分别为：
和
其中，当n=k，且Φn=π-Φk时，表示电池A和电池B的同次谐波的频率相等、相位相反。如果进一步地An=Bk，则表示x(t)=-f(t)，这时，当将该两个电池并联进行充电时，电池A和电池B的同次谐波会相互叠加而互相抵消。
图4示出了被叠加的谐波波形的示意图。图4显示的波形仅仅是一个示例，不对本公开的实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图4所示，波形a表示电池A的某次谐波，波形b表示电池B的同次谐波，其中电池A的谐波a与电池B的谐波b频率相同、幅值相等、相位相反。因此，电池A的谐波a与电池B的谐波b相互叠加后，可以相互抵消。
图5(a)、图5(b)、图5(c)分别示出了根据本公开的一个实施例的二次电池充电耦接的图示。上述附图中显示的电池耦接情况仅仅是一个示例，不对本公开的实施例的功能和使用范围带来任何限制。其中图5(a)表示实施本公开的实施例之前的二次电池充电耦接的一个示例的图示，图5(b)示出了实施本公开的实施例之后的二次电池充电耦接的一个示例的图示，图5(c)示出了实施本公开的实施例之后的二次电池充电耦接的另一个示例的图示。
如图5(a)所示，在实施本公开的实施例的技术方案前，例如多个二次电池A、B、C、D、E、F分别通过不同的充电接口P1、P2、P3、P4、P5、P6耦接于充电器302，以进行集中式充电。
如图5(b)所示，在实施本公开的实施例的技术方案后，即经过上述电池分组以及将分组后的电池进行并联后，多个二次电池A、B、C、D、E、F中并联后的电池通过相同的充电接口耦接于充电器，以进行集中式充电。具体地，例如在图5(b)中，电池A和电池E被分为同一组，它们并联后例如通过同一充电接口P5耦接于充电电池302；电池B和电池D被分为同一组，它们并联后例如通过同一充电接口P2耦接于充电电池302；电池C和电池F被分为同一组，它们并联后例如通过同一充电接口P6耦接于充电电池302。
同样，根据另一示例，如图5(c)所示，经过电池分组以及将分组后的电池进行并联后，多个二次电池A、B、C、D、E、F中并联后的电池通过相同的充电接口耦接于充电器，以进行集中式充电。具体地，例如在图5(c)中，电池A和电池C被分为同一组，它们并联后例如通过同一充电接口P1耦接于充电电池302；电池B和电池D被分为同一组，它们并联后例如通过同一充电接口P3耦接于充电电池302；电池E和电池F被分为同一组，它们并联后例如通过同一充电接口P6耦接于充电电池302。
本公开不限于在每个组中仅包括两个二次电池。在电池分组单元306对各个二次电池的充电历史数据进行分析后，如果三个或更多个电池的某次谐波叠加后可以被减小或消除，也可以将这三个或更多个二次电池分为同一组，并将这三个或更多个二次电池进行并联，然后耦接到充电器302进行充电操作。
以上描述了本公开的一个实施例，其中通过将具有频率相同、相位相反的谐波的二次电池进行并联充电，可以减小或消除高次谐波例如5次谐波、7次谐波等产生的谐波畸变，可以使THD=IH/Il×100%中的分子变小，由此有效地减小THD的值。
图6示出了根据本公开的另一个实施例的用于为电动汽车的电池进行充电的充电系统的框图。图6显示的充电系统仅仅是一个示例，不对本公开的实施例的功能和使用范围带来任何限制。
图6所示的充电系统600与图3所示的充电系统300的结构基本相同，其中用同样的附图标记表示同样的部件或单元。充电系统600与充电系统300的不同之处在于，如图6所示，充电系统600还包括相位调整器6011、6012、6013。相位调整器601串联耦接在充电器302和多个二次电池303之间，用于调整电流波形的相位。
根据本公开的一个实施例，当充电器302对多个二次电池303进行充电时，电池分组单元306可以分析数据库309中的对应于这些二次电池303的充电历史数据，从其中计算出各个二次电池的基波的相位差。上述相位调整器601基于所计算的相位差，对各个二次电池的基波的相位进行调整，使各个二次电池的基波的相位相同。
图7示出了相位调整前和相位调整后的基波波形的示意图。图7显示的基波波形仅仅是一个示例，不对本公开的实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图7所示，波形e表示电池E的基波，波形f表示电池F的基波，它们频率相同、幅值相等、相位相差π/2。根据本公开的一个实施例，通过将电池E的基波e的相位角增加π/2，可以使得电池E的基波e与电池F的基波f相互重叠，这样可以增加基波总的幅值。
以上描述了本公开的另一个实施例，其中通过调整与基波频率相同的电流波形的相位，可以使基波的波形增强，即可以使THD=IH/Il×100%中的分母变大，由此有效地减小THD的值。
图8示出了根据本公开的再一个实施例的用于为电动汽车的电池进行充电的充电系统的框图。图8显示的充电系统仅仅是一个示例，不对本公开的实施例的功能和使用范围带来任何限制。
图8所示的充电系统800与图6所示的充电系统600的结构基本相同，其中用同样的附图标记表示同样的部件或单元。充电系统800与充电系统600的不同之处在于，如图8所示，充电系统800还包括三次滤波器8011、8012、8013。三次滤波器器801串联耦接在相位调整器601和多个二次电池303之间，用于在对多个二次电池303进行集中式充电时，滤除电流波形中的三次谐波。由此，可以进一步减小THD的值。
以上描述了本公开的再一个实施例，其中通过增加三次滤波器，可以进一步减小三次谐波的影响，有效地减小THD的值。
图9示出了根据本公开的一个实施例的用于控制电动汽车的电池充电的充电控制装置的框图。根据本公开的充电控制装置可以具有与如图3、图6、图8所示的充电系统300、充电系统600、充电系统800中的控制装置305相同的结构，也可以是其它的结构。图9显示的充电控制装置900仅仅是另一个示例，不对本公开的实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图9所示，充电控制装置900可以包括输入/输出接口单元903，通过其耦接于外部的充电器和多个二次电池。充电控制装置900还可以包括：电池分组单元901，被配置为对多个二次电池进行分组，使得分组后每组中的二次电池的谐波叠加后能够被减小或消除；以及耦接控制单元902，被配置为根据电池分组单元901的分组结果，将每组中的二次电池并联后，再耦接于外部的充电器302。
根据本公开的一个具体示例，每组二次电池中包括两个二次电池，这两个二次电池的对应谐波的频率相同、相位相反。
根据本公开的一个具体示例，充电控制装置900还可以包括相位调整单元，该相位调整单元串联耦接在外部的充电器和该多个二次电池之间（这可以通过将充电控制装置900串联耦接在外部充电器和多个二次电池之间来实现）。可以由电池分组单元901计算各个二次电池的基波的相位差，而由该相位调整单元基于所计算的相位差，将各个二次电池的基波的相位调整为相同。另外，该相位调整单元也可以被配置为位于充电控制装置900的外部。
根据本公开的一个具体示例，充电控制装置900还可以包括三次滤波器，该三次滤波器被配置为串联耦接在上述相位调整单元和多个二次电池之间（这可以通过将充电控制装置900串联耦接在相位调整单元和多个二次电池之间来实现），用于从电流中滤除三次谐波。
本公开的控制装置305以及充电控制装置900可以通过图2所示的计算机系统/服务器10来实现。例如，可以通过处理单元16利用存储器28中的RAM30、高速缓存32执行存储在储存系统34中的用于执行本公开的各个方法步骤的应用程序来实现本公开的控制装置305以及充电控制装置900的功能。
图10示出了根据本公开的一个实施例的用于为电动汽车的电池进行充电的充电方法的流程图。图10显示的充电方法仅仅是一个示例，不对本公开的实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图10所示，根据本公开的一个实施例的充电方法包括以下步骤。在步骤S1001中，提供充电器，使得所述充电器的一端耦接于外部电源。在步骤S1003中，将多个二次电池分别耦接于所述充电器。在步骤S1005中，提供控制装置，使得所述控制装置控制所述充电器对所述多个二次电池的充电操作。
图11示出了根据本公开的一个实施例的用于对多个二次电池进行充电时所进行的控制操作（步骤S1005）的方法的更详细的流程图。
如图11所示，根据本公开的一个实施例的用于控制充电的方法包括以下步骤。在步骤S1101中，对所述多个二次电池进行分组，使得分组后每组中的二次电池的谐波叠加后能够被减小或消除。根据本公开的一个示例，每组中包括两个二次电池，该两个二次电池的对应谐波的频率相同、相位相反。在步骤S1103中，根据所述电池分组的结果，将每组中的两个二次电池并联后，再耦接于所述充电器。
根据本公开的另一个实施例，用于控制充电的方法还可以包括以下步骤：记录充电器为二次电池充电时的电流波形信息，并将所记录的电流波形信息保存在数据库中，作为充电历史数据。对电池进行分组是根据该充电历史数据进行的。
根据本公开的另一个实施例，用于控制充电的方法还可以包括以下步骤：根据充电历史数据计算各个二次电池的基波的相位差；以及基于所计算的相位差，将各个二次电池的基波相位调整为相同。
根据本公开的另一个实施例，用于控制充电的方法还可以包括以下步骤：滤除多个二次电池的电流中的三次谐波。
图12示出了根据本公开的一个实施例的用于对多个二次电池进行分组（步骤S1101）的方法的更详细的流程图。
如图12所示，根据本公开的一个实施例的用于对多个二次电池进行分组的方法包括以下步骤。在步骤S1202中，从多个二次电池的充电历史数据中提取任意一个电池z的谐波次数nz、幅值Anz以及相位角Φznz。
在步骤S1203中，判断电池分组单元是否已经对该电池z进行了分析。如果判断结果是已经对上述电池z进行了分析，即判断结果为“是”，则选取另一个电池，重新执行步骤S1202。如果判断结果为“否”，即还没有对电池z进行分析，则处理进行到步骤S1204。
在步骤S1204中，从多个二次电池中选择电池z以外的另一个电池x，判断电池x是否满足下述条件：nx=nz，以及Φnx=π-Φnz。将满足上述条件的电池组成一组电池GroupΦ，例如[aΦ,bΦ,…,eΦ,fΦ]，其中aΦ,bΦ,…,eΦ,fΦ分别代表二次电池A,B,…,E,F。
在步骤S1205中，对该组电池GroupΦ中的各个谐波的幅值按照从大到小的顺序排序。
在步骤S1206中，将电池z的nz次谐波的幅值Anz与该组电池GroupΦ中的各个幅值分别进行比较，获得多个差值ΔA。
在步骤S1207中，判断某一差值ΔA是否小于一预先设定的阈值（或是否为最小值）。
当某一差值ΔA小于预先设定的阈值，即上述判断结果为“是”时，处理进行到步骤S1208。在步骤S1208中，将该差值ΔA对应的电池与电池z分为同一组，或者将各个差值ΔA中最小的差值对应的电池与电池z分为同一组。
当所述某一差值ΔA不小于该预先设定的阈值时，则返回到步骤S1202，重复步骤S1202至S1206的处理。
在步骤S1209中，判断是否已经完成全部电池的分析操作。如果已经完成全部电池的分析操作，则结束处理，否则返回到步骤S1202，重复步骤S1202至S1208的处理。
以上已经描述了本公开的各个实施例，通过利用根据本公开的充电系统、充电方法、充电控制装置、以及计算机程序产品，可以将具有频率相同、相位相反的谐波的二次电池进行并联充电，可以减小或消除高次谐波产生的谐波畸变，使THD=IH/Il×100%中的分子变小、分母变大，由此有效地减小THD的值。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、单元、程序段或代码的一部分，所述模块、单元、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (20)

1.一种充电系统，包括：
充电器，被配置为其一端耦接于外部电源；
多个二次电池，被配置为分别耦接于所述充电器；以及
控制装置，被配置为耦接于所述充电器和所述多个二次电池，以控制所述充电器对所述多个二次电池进行充电操作。
2.如权利要求1所述的充电系统，所述控制装置包括：
电池分组单元，被配置为对所述多个二次电池进行分组，使得分组后每组中的二次电池的谐波叠加后能够被减小或消除。
3.如权利要求2所述的充电系统，所述控制装置还包括：
耦接控制单元，被配置为根据所述电池分组单元的分组结果，将每组中的二次电池并联后，再耦接于所述充电器。
4.如权利要求2或3所述的充电系统，其中每组中包括两个二次电池，所述两个二次电池的对应谐波的频率相同、相位相反。
5.如权利要求2所述的充电系统，进一步包括：
数据库，被配置为存储所述多个二次电池的充电历史数据，
其中电池分组单元根据所述充电历史数据对所述多个二次电池分组。
6.如权利要求5所述的充电系统，所述控制装置还包括：
信息记录单元，被配置为记录所述充电器为所述二次电池充电时的电流波形信息，并将所记录的电流波形信息保存在所述数据库中，作为所述充电历史数据。
7.如权利要求5所述的充电系统，还包括：
相位调整单元，串联耦接在所述充电器和所述多个二次电池之间，
所述电池分组单元还被配置为根据所述充电历史数据计算各个二次电池的基波的相位差，所述相位调整单元还被配置为基于所述相位差，将各个二次电池的基波的相位调整为相同。
8.如权利要求7所述的充电系统，还包括三次滤波器，被配置为串联耦接在相位调整单元和所述多个二次电池之间，用于从电流中滤除三次谐波。
9.如权利要求3所述的充电系统，其中所述电池分组单元对所述多个二次电池进行分组满足以下条件：
（1）对所述多个二次电池中的任一电池z，从其充电历史数据中提取各次谐波的次数nz、幅值Anz、以及相位角Φnz；
（2）从所述多个二次电池中选取满足下述条件的一组电池GroupΦ：nx=nz，以及Φnx=π-Φnz，其中x表示所述多个二次电池中除电池z以外的任一电池；
（3）对该组电池GroupΦ中的各个谐波的幅值按照从大到小的顺序排序；
（4）将所述电池z的nz次谐波的幅值Anz与该组电池GroupΦ中的各个幅值分别进行比较，获得多个差值ΔA；以及
（5）当某一差值ΔA小于一预先设定的阈值时，将该差值对应的电池与电池z分为同一组，或者将所述各个差值ΔA中最小的差值对应的电池与电池z分为同一组。
10.一种充电方法，包括步骤：
提供充电器，使得所述充电器的一端耦接于外部电源；
将多个二次电池分别耦接于所述充电器；以及
提供控制装置，使得所述控制装置控制所述充电器对所述多个二次电池的充电操作。
11.如权利要求10所述的充电方法，还包括：
电池分组步骤，对所述多个二次电池进行分组，使得分组后每组中的二次电池的谐波叠加后能够被减小或消除。
12.如权利要求11所述的充电方法，还包括：
耦接控制步骤，根据所述电池分组步骤的分组结果，将每组中的二次电池并联后，再耦接于所述充电器。
13.如权利要求11或12所述的充电方法，其中每组中包括两个二次电池，该两个二次电池的对应谐波的频率相同、相位相反。
14.如权利要求10所述的充电方法，还包括：
信息记录步骤，记录所述充电器为所述二次电池充电时的电流波形信息，将所记录的电流波形信息保存在数据库中，作为充电历史数据，
电池分组步骤根据所述充电历史数据对所述多个二次电池分组。
15.如权利要求14所述的充电方法，还包括：
基波相位差计算步骤，根据所述充电历史数据计算各个二次电池的基波的相位差；以及
相位调整步骤，基于所述相位差，将所述各个二次电池的基波相位调整为相同。
16.如权利要求13所述的充电方法，还包括：
三次谐波滤除步骤，滤除所述多个二次电池的电流中的三次谐波。
17.如权利要求11所述的充电方法，其中所述电池分组步骤包括步骤：
（1）对所述多个二次电池中的任一电池z，从其充电历史数据中提取各次谐波的次数nz、幅值Anz、以及相位角Φnz；
（2）从所述多个二次电池中选取满足下述条件的一组电池GroupΦ：nx=nz，以及Φnx=π-Φnz，其中x表示所述多个二次电池中除电池z以外的任一电池；
（3）对该组电池GroupΦ中的各个谐波的幅值按照从大到小的顺序排序；
（4）将所述电池z的nz次谐波的幅值Anz与该组电池GroupΦ中的各个幅值分别进行比较，以获得多个差值ΔA；以及
（5）当某一差值ΔA小于一预先设定的阈值时，将该差值对应的电池与电池z分为同一组，或者将所述各个差值ΔA中最小的差值对应的电池与电池z分为同一组。
18.一种充电控制装置，耦接于充电器和多个二次电池，包括：
电池分组单元，被配置为对所述多个二次电池进行分组，使得分组后每组中的二次电池的谐波叠加后能够被减小或消除；以及
耦接控制单元，被配置为根据所述电池分组单元的分组结果，将每组中的二次电池并联后，再耦接于所述充电器。
19.如权利要求18所述的充电控制装置，其中每组中包括两个二次电池，所述两个二次电池的对应谐波的频率相同、相位相反。
20.如权利要求18所述的充电控制装置，还包括：
相位调整单元，串联耦接在所述充电器和所述多个二次电池之间，
所述电池分组单元还被配置为计算各个二次电池的基波的相位差，所述相位调整单元还被配置为基于所述相位差，将各个二次电池的基波的相位调整为相同。
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