CN103492218A - 通过估算充电器上行的阻抗和/或非线性干扰效应对系统的电池的充电进行控制的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制装置（D），其与系统（V）的电池（BA）的充电器（CH）相关联，所述充电器包括用于与充电点（PC）相耦连并且至少通过线路（L1，L2）与所述电池（BA）相耦连的输入端子，所述充电点连接至提供主交流电压差的总电网（RA）。所述控制装置（D）包括：i）测量部件（MM），用于与所述线路（L1，L2）的至少其中之一相耦接，以便在由所述充电器（CH）和所述电池（BA）组成的组件分别具有不同的第一和第二电流消耗时，测量涉及所述线路（L1，L2）的至少一个电气量值的至少第一值和第二值，以及ii）安置成用于强制所述组件（CH，BA）执行所述第一和第二电流消耗的处理部件（MT），所述处理部件然后用于根据所述第一值和第二值以及所述第一和第二电流消耗，估算所述输入端子和所述总电网（RA）之间存在的干扰阻抗和/或非线性干扰效应，并且用于根据估算到的所述干扰阻抗和/或估算到的所述非线性干扰效应以及所述主交流电压差确定所述电池（BA）的充电电流值。

Description

通过估算充电器上行的阻抗和/或非线性干扰效应对系统的电池的充电进行控制的装置

技术领域

本发明涉及包括至少一个电池的系统，可在提供有交流电的充电点（公共的或私有的）对所述至少一个电池进行充电，更确切地，涉及这些系统的电池的充电控制。

本发明尤其涉及的系统如必要时机动类型的车辆、必要时混合动力型或纯电动型的车辆、建筑、公共和工业设施、航空、消费电子及铁路。

背景技术

此处所理解的“公共充电点”为公共充电端子，“私有充电点”为连接到电网一部分的电插座。

系统，如前所定义包括充电器，所述充电器，第一方面，通常通过连接线缆而与充电点耦接，第二方面，与电池耦接，第三方面，安置用以依据其耦接的充电点提供的交流电可有效地对它的电池充电。该优化的充电通常根据当前的充电状态和电池的当前存储容量、以及理所当然的充电点可提供的功率执行。

可以足够精确地估算当前的充电状态和电池的当前存储容量。但是，如果能足够精确地知道供给充电点的总电网的低压变压器的可用功率，交流电不需要实际流过耦接到该充电点的电池充电器的端子。实际上，通过线路（通常由电缆、连接器和各种设备组成）上的干扰阻抗的存在可使总电网供应的交流电流失效，所述线路连接在充电点的低压变压器上和/或充电点上和/或在确保充电器和充电点之间的耦接的连接线缆上。将注意到这些干扰阻抗可导致电阻效应和/或电容效应。

充电器根据可用功率确定相关联的电池充电参数（充电电流及因此充电时间），但由于这些干扰阻抗的存在，因此理论最大交流电流与实际可用的不同，这可能导致充电失效。该失效可能导致电压下降和/或有时显著加热，有时这可能损坏壁上的电源插座（特别在插座很旧时），或引起电事故（意外）（尤其是当放置在低压变压器和充电点之间的电设施很久和/或连接线缆不符合标准时）。

虽然已提出使用保护装置装配连接线缆以避免某些过热或某些漏电，尤其在专利文件WO2010/049775中。但是，如果该解决方法只有在配置这些连接线缆时才有效，这是很少见的情况。而且，该解决方法不能克服位于连接线缆上行（即在低电压变压器和充电点之间）的干扰阻抗，因此即使存在具有保护装置的连接线缆，充电器可能被供应了更失效的最大功率。

发明内容

因此本发明的目的在于，得益于对可能存在于充电器上行的总体干扰阻抗进行估算而优化所述情况。

为此目的，本发明尤其提供一种控制装置，其与系统的电池的充电器相关联，所述充电器包括一方面用于与充电点相耦连并且另一方面至少通过线路与所述电池相耦连的输入端子，所述充电点连接至提供主交流电压差的总电网。

所述控制装置的特征在于其包括：

-测量部件，用于与所述线路的至少其中之一相耦接，以便在由所述充电器和所述电池组成的组件分别具有不同的第一和第二电流消耗时，测量涉及所述线路的至少一个电气量值的至少第一值和第二值，以及

-安置成用于强制所述组件执行所述第一和第二电流消耗的处理部件，所述处理部件然后用于根据所述第一值和第二值以及所述第一和第二电流消耗，估算所述输入端子和所述总电网之间存在的干扰阻抗和/或非线性干扰效应，并且用于根据估算到的所述干扰阻抗和/或所述非线性干扰效应以及所述主交流电压差确定所述电池的充电电流值。

根据本发明的控制装置可包括单独采用或组合的其它特征，尤其是：

-每个电气量值可以至少在电压差、电流和相移中选择；

■所述测量部件可用于与所述线路互相连接，以便在由所述充电器和所述电池组成的所述组件分别具有不同的第一和第二电流消耗时，测量代表这些线路之间的电压差的第一值和第二值；

-所述处理部件可安置用于强制电池执行可忽略的第一电流消耗，然后执行不可忽略的第二电流消耗；

■所述第一电流消耗基本上为零；

-所述处理部件可安置用于确定允许最小化充电时间（在充电器的供电系统的良好的运行条件下）的充电电流值；

-所述处理部件可安置用于在电池充电期间调适所述充电电流值；

-所述处理部件可安置用于至少在没开始充电之前，强制由所述充电器和所述电池组成的所述组件执行所述第一和第二电流消耗；

-所述处理部件可安置用于当估算到的所述干扰阻抗在预先限定的值的范围之外时，减小充电电流或制止充电，所述预先限定的值的范围对应于为所述充电器供电的电气设备运行的最低条件。

本发明还提供一种用于系统的电池充电器，一方面，所述充电器包括用于与充电点相耦连并且至少通过线路与所述电池相耦连的输入端子，所述充电点连接至提供主交流电压差的总电网，另一方面，所述充电器包括以上所述类型的控制装置。

本发明还提供一种包括可到充电点充电的至少一个电池的系统，其包括以上所述类型的充电器。

例如，这种系统可以装配或构成车辆，必要时是机动车辆，必要时是混合动力类型或纯电动类型的机动车辆。

附图说明

借助以下详细的说明和附图，本发明的其他特征和优点将更加清楚，所附附图中：

-图1示意性和功能性地示出包括充电器的车辆，所述充电器设有根据本发明的控制装置的实施例，并且通过连接线缆耦接至壁上的电流插座，所述电流插座构成连接至总电网的充电点，以及

-图2示意性和功能性地示出了根据本发明的控制装置的测量部件的实施例。

附图不仅可用于完整本发明，在适当情况下，还有助于本发明的定义。

具体实施方式

本发明的目的是提供控制装置D以及相关联的充电器CH，二者用于装配至包括至少一个可充电电池BA的系统V，所述系统用以允许在充电器CH上行存在干扰阻抗时为可充电电池BA进行有效充电。

在下文中，作为非限定性的例子，认为系统V为机动车辆。其为例如纯电动或混合动力类型的汽车。但是，本发明不限于该类型的系统。本发明实际上涉及包括至少一个电池BA的任何类型的系统，所述至少一个电池可在公共的（公共充电端子）或私人的（连接至电网RA的一部分的壁上的电流插座）充电点PC充电。同样，本发明还涉及建筑、公共和工业设施、航空、消费电子及铁路领域。

如示意性地示于图1，系统V（此处为车辆）包括电池（可充电的）BA，一方面，所述电池耦接至车载电网（或板载网络）RB，另一方面，所述电池耦接至充电器CH，充电器CH自身通过连接线缆CC耦接至充电点PC。

在非限定性地示于图1的例子中，充电点PC为连接至总电网（或“区域电网”）RA的一部分的壁上的电流插座。但是，在一种变型中，充电点可为连接至总电网的一部分的公共充电端子。

在下文中，作为非限定性的例子，考虑到总电网RA为单相型的。但是，其可为三相的。

如图所示，当总电网RA为单相型时，其包括中线LN和相线LP。将注意到，总电网RA还包括地线，为了不使图1过于复杂，地线没有被显示出来。将注意到如果总电网RA为三相型的，其将包括三条相线。

总电网RA还包括低电压变压器TB，在其端子之间供应主交流电压差V0，用于通过插座PC所连接的网络的一部分及因此通过相线LP和中线LN为壁上的（电流）插座PC供电。

重要的是，注意到本发明涉及由壁上插座PC所连接的网络的一部分确保的任何类型的中性点分布，及尤其是TT（“地线－地线”），IT（“绝缘－地线”）或TN（“地线－中线”）类型及所有它们的变型。

壁上插座PC包括具体为白色圆圈（cercles blancs）的端子，所述端子分别连接至中线LN和相线LP（以及未示出的地线）。

使用连接线缆CC以将车辆V的充电器CH耦接至壁上插座PC，所述连接线缆CC包括通过线路（或电缆）相互连接的两个连接器CN1和CN2，用以耦接至到达壁上插座PC的中线LN和相线LP（以及未示出的地线）。此处第一连接器CN1被耦接至车辆V的充电器CH，而第二连接器CN2被耦接至壁上插座PC。将注意到在变型中，例如为了传播各种信号的目的，连接器CN1和CN2可包括其它实现方式。

充电器CH包括设有输入端子的连接器，所述输入端子具体为白色圆圈，此处输入端子被连接至连接线缆CC的第一连接器CN1。充电器CH还包括第一线路L1和第二线路L2（或电缆），一方面，第一线路L1和第二线路L2被连接至输入端子，以能够被分别耦接至到达壁上插座PC的中线LN和相线LP，或相反地，另一方面，第一线路L1和第二线路L2被连接至管理部件MG，所述管理部件MG自身被耦接至电池BA（用以为其供电）。将注意到，为了简化图1，没有示出充电器CH的第三线路，第三线路用于耦接至壁上插座PC的地线。

管理部件MG在这里指构成充电器CH电路的用于将第一线路L1和第二线路L2之间的电压差转换成电池BA的充电电压的任何电气或电子配件。

本发明提议使控制装置D与充电器CH联结。此处理解到“联结”指控制装置被耦接到充电器CH并且完全地（如非限定性地示于图1）、部分地或完全不作为充电器CH的组成部分。

如非限定性地示于图1，根据本发明，控制装置D至少包括测量部件MM和处理部件MT。

测量部件MM用于与线路L1和L2的至少其中之一相耦接，用以当由充电器CH和电池BA组成的组件被（处理部件MT）强制分别执行不同的第一和第二电流消耗时，测量涉及这些线路L1和L2的至少一个电气量值的第一值V1和第二值V2。

可以考虑多个物理量，尤其是第一线路L1和第二线路L2之间的电压差、在充电器CH中流过的电流及相移。

在图1中所示的非限定性示例中，测量部件MM与第一线路L1和第二线路L2互相连接，用以测量表示第一线路L1和第二线路L2之间的电压差的第一值V1和第二值V2，分别对应于由充电器CH（更确切地其管理部件MG）和电池BA组成的组件的不同的第一和第二电流消耗。因此，此处安装的测量部件MM只执行电压（差）的测量。然而，这不是必须的。实际上，测量部件可用以执行电流的测量和/或相移的测量，又或电压（差）的测量和相移的测量（这种情况下，测量部件MM应该被连接至第一线路L1和第二线路L2）。

如非限定性地示于图2，当测量装置MM被用于执行电压差的测量时，测量装置MM可包括：

-模拟类型的除法部件MD，安置用于将在第一线路L1和第二线路L2之间测量到的每个电压差值（V1或V2）除以选定常数（例如等于250），以便提供例如有效值在0V至1V的范围中的第一模拟中间信号；

-模拟类型的整流部件MR，安置用于整流第一模拟中间信号，以便提供只包括大于或等于零的值的第二模拟中间信号；

-模拟类型的滤波部件MF，安置用于对第二模拟中间信号施加低通滤波，以便提供第三模拟中间信号，其接近于连续的并且其值大于或等于阈值，以及

-模拟类型的转换部件MC，安置用于转换第三模拟中间信号，以提供表示测量到的每个电压差值（V1或V2）的数字输出信号。

应当理解，可考虑测量部件MM的其它实施方式，可以为纯模拟类型的或者为模拟－数字类型。特别是对本领域的技术人员来说，将选择适用于前面所测量的每个电气量值的测量部件。

装置D的处理部件MT尤其安置用于强制由充电器CH和电池BA组成的组件至少执行第一和第二电流消耗。

如示意性而非限定性地示于图1，充电器CH的管理部件MG被耦接至处理部件MT，使得处理部件MT可以对管理部件MG施加其确定的充电强制。将理解到，实际上，施加至管理部件MG的充电强制将强制由充电器CH和电池BA组成的组件至少执行第一和第二电流消耗。

例如，处理部件MT可安置用于强制管理部件MG和电池BA执行可忽略的（通常基本上为零）第一电流消耗，这相当于几乎是无限大的负载电阻，然后执行不可忽略的（虽然不是很高）第二电流消耗，这相当于相对较小的负载电阻。将注意到，为此目的，处理部件MT可安置用于强制电池BA渐渐增加其电流消耗（使其从零值（或几乎零）开始呈斜坡增长）。在该情况下，根据所用斜坡的特征，测量部件MM测量在预先限定的时间段内移动的时刻选定的每个电气量值的至少第一值V1和第二值V2。在变型中，尤其为了提高管理部件MG的运行优化的精确度，可执行大于两次测量。

处理部件MT同样可以安置用以在当处理部件MT接收到测量部件MM的第一值V1和第二值V2（此处为电压差）时，根据这些第一值V1和第二值V2以及第一和第二电流消耗（生效于对值进行的两次测量时）估算充电器CH的输入端子和总电网RA（更确切地，供电给连接的壁上插座PC的低电压变压器TB）之间存在的（总体）干扰阻抗Zp和/或非线性干扰效应。

此处理解“非线性干扰效应”为测量的电气量值所具有的任何不希望得到的非线性变化。通过举例而非限定性地，其涉及根据在正半周期或负半周期期间执行的测量而变化的特性（其可尤其导致二极管损坏或错误接触（例如由局部碳粉（charbonnage）造成））。

接下来，只考虑估算（总体）干扰阻抗Zp的情况。但是，将理解到，本发明还允许估算总体干扰阻抗和非线性干扰效应或者仅估算非线性干扰效应。

前述的估算可通过例如以下指明的方式进行。

考虑到将管理部件MG串联装配在流过未知值的交流电流I的电路中，并且还具有串联装配的（总体）干扰阻抗Zp。将理解到（等效的）电路于此处由低压变压器TB、中线LN和相线LP、存在于网络（如互连件和防止过载的保护设备）中的各种设备、壁上插座PC、连接线缆CC以及充电器CH的第一线路L1和第二线路L2构成。

如果考虑到施加于电池BA的第一电流消耗基本上是零，那么电池BA的第一充电阻抗值Zch1就是几乎无限大的，因此第一值V1基本上等于中线LN和相线LP之间的主电压差V0。

如果考虑到施加于电池BA的第二电流消耗是不可忽略的，那么电池BA的第二充电阻抗值Zch2是相对较小（并且已知）的，因此由第一公式I=V0/(Zp+Zch2)得到交流电流，所述交流电流还由第二公式I=(V0-V2)/Zp得到。

而且考虑到，在第一值V1和第二值V2两个测量值之间，主电压差V0是已知并且不变的。因此，如果在第二公式中用V1代替V0，得到第三公式Zp=(V1-V2)/I，接下来，如果用第一公式中给出的交流电流I的定义代替该第三公式中的交流电流I，则得到第四公式Zp=Zch2*((V1-V2)/V2)。

将注意到，可考虑使用其它对于本领域的技术人员来说是已知的（总体）根据第一值V1和第二值V2的测量值估算干扰阻抗Zp的方法。另外，这些方法中的某些以及上面描述的方法可不使用基本为零的第一电流消耗。这实际上简化了计算，但是，重要的是第一和第二电流消耗应该充分地彼此不相同，以不会近似于测量误差。

最后，处理部件MT还安置用以根据估算到的干扰阻抗Zp和主交流电压差V0（已知的并且由总电网RA将其提供给相关壁上插头PC的低压变压器TB的端子）来确定电池BA的充电电流值，优选为最大充电电流值。

需要提醒的是可以根据电池BA正在充电的状态和正在充电的容量确定电池BA的充电参数，尤其是充电时间和充电电流（通常为最大的（或最佳的）），这尤其可以依据电池BA的运行温度、电池BA中流过的电流、电池BA端子的电压差、以及电池BA的特征进行估算。

优选地，处理部件MT安置用以确定用于允许电池BA的最小化充电时间的充电电流值（优选地为最大的（或最佳的））。

将注意到，必要时处理部件MT可安置用以，在电池BA的充电期间，根据估算到的干扰阻抗Zp和主交流电压差V0，对初始确定的充电电流值进行一次或多次调适。

还将注意到，处理部件MT可安置用以在充电开始时强制管理部件MG和电池BA执行第一和第二电流消耗。但是，这不是必须的。实际上，这些处理部件MT可构造用以在充电阶段的至少一个中间时刻、又或在充电没开始之前以及在充电阶段的一个或多个中间时刻施加这些强制。

还将注意到，处理部件MT可安置用以在确定为电池BA充电的电流值之前，估算（总体）干扰阻抗Zp的平均值。为达到此目的，需要强制测量部件MM执行第一值V1和第二值V2（此处为电压差）的至少两组测量。

还将注意到，处理部件MT可安置用以确定相对于三相电路的充电电流。在该情况下，例如可依据在中线和三个相线的其中一个或多个之间的电气量值的测量值执行计算。

还将注意到，处理部件MT可安置用以，当其检测出估算到的干扰阻抗Zp在预先限定值的范围之外，因此在（推断在充电器CH的上行）充电电路中存在至少一个错误时，基本上减小充电电流的最大值，甚至制止充电。

还将注意到，可将处理部件MT安装在充电器CH中，如示意性而非限定性地示于图1中。但是这不是必须的。实际上，可将处理部件MT安装在车辆V的其它设备或元件中，尤其在计算器中。因此，处理部件MT可安置为软件模块和电路的组合（还可构成可编程逻辑电路，例如FPGA（"Field Programmable 

Array"，现场可编程门阵列）或ASIC（"Application-Specific Integrated Circuit"，特定应用集成电路））的形式，又或安置为电路的形式，再或安置为软件模块的形式（例如安装在车辆V的算器中）。

本发明不限于以上仅以举例的方式所述的控制装置、充电器及系统的实施方式，而是包含了本领域的技术人员可能考虑到的在下面的权利要求的范围内的所有变型。

Claims (13)

1.一种控制装置（D），其用于系统（V）的电池（BA）的充电器（CH），所述充电器包括用于与充电点（PC）相耦连并且至少通过线路（L1，L2）与所述电池（BA）相耦连的输入端子，所述充电点（PC）连接至提供主交流电压差的总电网（RA），其特征在于，所述控制装置包括：i）测量部件（MM），用于与所述线路（L1，L2）的至少其中之一相耦接，以便在由所述充电器（CH）和所述电池（BA）组成的组件分别具有不同的第一和第二电流消耗时，测量涉及所述线路（L1，L2）的至少一个电气量值的至少第一值和第二值，以及ii）安置成用于强制所述组件（CH，BA）执行所述第一和第二电流消耗的处理部件（MT），所述处理部件然后用于根据所述第一值和第二值以及所述第一和第二电流消耗，估算所述输入端子和所述总电网（RA）之间存在的干扰阻抗和/或非线性干扰效应，并且用于根据估算到的所述干扰阻抗和/或估算到的所述非线性干扰效应以及所述主交流电压差确定所述电池（BA）的充电电流值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个电气量值在至少包括电压差、电流和相移的组中选择。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述测量部件（MM）用于与所述线路（L1，L2）互相连接，以便在由所述充电器（CH）和所述电池（BA）组成的所述组件分别具有不同的第一和第二电流消耗时，测量代表这些线路（L1，L2）之间的电压差的第一值和第二值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理部件（MT）安置用于强制由所述充电器（CH）和所述电池（BA）组成的所述组件执行可忽略的第一电流消耗，然后执行不可忽略的第二电流消耗。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一电流消耗基本上为零。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理部件（MT）安置用于确定允许最小化充电时间的充电电流值。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理部件（MT）安置用于在电池（BA）充电期间调适所述充电电流值。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理部件（MT）安置用于至少在没开始充电之前，强制由所述充电器（CH）和所述电池（BA）组成的所述组件执行所述第一和第二电流消耗。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理部件（MT）安置用于当估算到的所述干扰阻抗在预先限定的值的范围之外时，减小充电电流或制止充电，所述预先限定的值的范围对应于为所述充电器（CH）供电的电气设备运行的最低条件。

10.系统（V）的电池（BA）的充电器（CH），所述充电器（CH）包括用于与充电点（PC）相耦连并且至少通过线路（L1，L2）与所述电池（BA）相耦连的输入端子，所述充电点连接至提供主交流电压差的总电网（RA），其特征在于，所述充电器包括根据上述权利要求中任一项的控制装置（D）。

11.一种包括可到充电点（PC）充电的至少一个电池（BA）的系统（V），其特征在于，其包括根据权利要求10所述的充电器（CH）。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，其构成车辆。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，其构成混合动力类型或纯电动类型的机动车辆。

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