CN103580257B

CN103580257B - 蓄电池充电装置及其蓄电池充电方法

Info

Publication number: CN103580257B
Application number: CN201310295888.1A
Authority: CN
Inventors: 金正根
Original assignee: LS Industrial Systems Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2033-07-15
Also published as: CN103580257A; KR20140015739A; US9595843B2; KR101466442B1; JP5706474B2; US20140021922A1; EP2690745A2; JP2014023426A

Abstract

本发明公开了一种蓄电池充电装置。所述蓄电池充电装置包括：接收从外部供应的AC电的充电插头；单独地将通过所述充电插头接收到的AC电转换成DC电的多个充电单元；储存通过所述充电单元中的至少一个充电单元输出的所述DC电的蓄电池；以及所述充电控制单元，其将所述蓄电池的规格与所述充电单元的规格进行比较，确定待用于所述蓄电池的充电的所述充电单元中的至少一个充电单元，以及通过所确定的至少一个充电单元来控制所述蓄电池的充电。

Description

蓄电池充电装置及其蓄电池充电方法

相关申请的交叉引用

本申请根据美国法典第35篇第119条和第365条要求编号为10-2012-0079904（于2012年07月23日提交）的韩国专利申请的优先权，其以全文通过引用合并于此。

技术领域

实施例涉及一种蓄电池充电装置。特别地，实施例涉及能够表现出最大功率效率的蓄电池充电装置以及使用所述蓄电池充电装置的蓄电池充电方法。

背景技术

环保车辆指的是使用蓄电池和电动机代替燃料油和发动机的车辆。尽管已经在1873年制造了首辆电动车，但由于诸如蓄电池的大重量和充电时间的技术限制，电动车辆还没有被投入实际使用。

环保车辆已经采用了可充电的作为能源的二次电池（蓄电池）。通常，电动车辆或燃料电池车辆在驾驶中通过使用蓄电池电力来致动电机，而在停止时对蓄电池充电。

在这种情况下，为了给蓄电池充电，在车辆中提供了充电器。近年来，为了减少蓄电池的充电时间，已经提高了充电器的最大输出功率。

图1是显示了依照现有技术的电动车辆的框图。

参照图1，电动车辆包括充电插头10、充电单元20以及蓄电池30。

关于具有上述操作的电动车辆的充电操作，如果充电插头10被插入AC电源中（例如，在充电站所提供的充电座，或者在家中或建筑物中所提供的电源插座），则充电插头10接收自AC电源供应的AC电。

充电单元20用作在电动车辆中所提供的电力转换设备，并且如果通过AC充电插头10接收到AC电，则充电单元20将AC电转换成DC电。

蓄电池30包括至少一个蓄电池组电池以储存通过充电单元20供应的DC电。

当给蓄电池30充电时，具有上述结构的电动车辆通过将输入的AC电转换成DC电来给蓄电池30供应DC电。

在这种情况下，近年来，为了减少蓄电池的充电时间，已经提高了充电单元的最大输出功率。因此，给蓄电池供应相应于最大输出功率的充电功率，使得能够减少充电时间。

然而，在提高充电单元的最大输出功率时存在限制，而且专门地致动仅一个充电单元来给蓄电池充电花费大量的时间。

此外，充电单元表现出根据供应至蓄电池30的充电功率（电压或电流）而变化的效率。在这种情况下，如果供应至蓄电池30的充电功率被设定为表现出较低效率的功率，则在负载区域中会造成功率损耗，从而可能排放出大量的热并且可能造成蓄电池充电的延迟。

发明内容

实施例提供了能够通过并行地致动多个充电单元来给其蓄电池充电的电动车辆，及其蓄电池充电方法。

此外，实施例提供了能够基于允许多个充电单元表现出最大效率的功率来给蓄电池供应充电功率的电动车辆，及其蓄电池充电方法。

然而，所建议的实施例的目的并不限于上述目的，显然本领域技术人员能够从以下说明中理解其他目的。

依照实施例，提供了一种电池充电装置，其包括：接收从外部供应的AC电的充电插头；单独地将通过所述充电插头接收到的AC电转换成DC电的多个充电单元；储存通过所述充电单元中的至少一个充电单元输出的所述DC电的蓄电池；以及充电控制单元，其将所述蓄电池的规格与所述充电单元的规格进行比较，确定待用于给所述蓄电池充电的所述充电单元中的至少一个充电单元，以及通过所确定的至少一个充电单元来控制所述蓄电池的充电。

如上所述，依照实施例，多个充电单元被并行地致动，以便于给电动车辆的蓄电池充电，从而减少所述蓄电池的充电时间。

此外，依照实施例，基于充电功率同时允许实现充电单元的最大效率来设定所述充电单元的输出功率，由此优化了所述充电单元的效率、价格以及体积。此外，能够将功率损耗减至最少以防止散热和蓄电池充电的延迟。

附图说明

图1是示出根据现有技术的电动车辆的框图。

图2是示出根据实施例的蓄电池充电装置的框图。

图3是示出图2的第一充电单元和第二充电单元的详细结构的电路图。

图4是用于解释根据实施例的充电单元规格的曲线图。

图5是示出根据实施例的专门地致动充电单元的情况的视图。

图6是示出根据实施例的并行地致动多个充电单元的情况的视图。

图7是逐步地示出根据实施例的在蓄电池充电装置中的蓄电池充电方法的流程图。

具体实施方式

下面将对这些实施例的原理进行描述。因此，尽管未在说明书中具体地描述或描绘，但本领域的普通技术人员仍然可以理解这些实施例的原理并且可以在这些实施例的概念和范围内发明各种装置。此外，原则上，在本说明书中提到的条件术语和实施例应当明显地旨在理解这些实施例的概念而不可以限制这些实施例的范围。

此外，应当理解的是，教导某个特定实施例以及原理、方案和多个实施例的所有详细的说明旨在包括结构的和功能的等同物。此外，应当理解的是，等同物可以包括未来待开发的等同物以及已知的等同物，并且可以包括被发明用于执行相同功能的全部设备而与其结构无关。

在下面的说明中，充电功率指的是基于蓄电池的规格的、待供应给蓄电池的具有具体值的功率。最大输出功率指的是基于充电单元的规格能够从充电单元输出的最大功率值。最大效率功率指的是根据充电单元的规格的、能够表现出充电单元的最大效率的、具有具体值的功率。

图2是示出根据实施例的蓄电池充电装置的框图。

参照图2，蓄电池充电装置包括充电插头110、第一充电单元120、第二充电单元130、蓄电池140、以及充电控制单元150。

充电插头110被插入在AC电源（例如，在充电站中所提供的系统电源，或者在家中或在建筑物中所提供的电源插座）中以接收从所述AC电源供应的AC电。

在这种情况下，充电插头110可以包括多个线路以接收AC电。

换言之，充电插头110可以包括供应正（+）电的第一电源线路，供应负（-）电的第二电源线路，以及用于监控信号传送的通信线路。

此外，充电插头110可以进一步包括接地的地线。

第一充电单元120和第二充电单元130将通过充电插头110所接收到的AC电转换成DC电。

换言之，第一充电单元120和第二充电单元130通过使用所接收到的AC电，输出DC电来给蓄电池140充电。

在这种情况下，尽管为了示例目的在附图中提供了两个充电单元，但是充电单元的数目可以增加至N，其中N大于2。

第一充电单元120和第二充电单元130基于由待描述的充电控制单元150所确定的充电功率将输入的AC电转换成DC电，并且给蓄电池140供应所述DC电。

在这种情况下，第一充电单元120和第二充电单元130分别根据其规格具有最大输出功率，并将由充电控制单元150在最大输出功率的范围内设定的输出功率供给蓄电池140。

最大输出功率指的是能够从第一充电单元120输出的最大功率值，以及能够从第二充电单元130输出的最大功率值。

第一充电单元120和第二充电单元130设有具有相同特性并且彼此相连以通过一条公共线路给蓄电池供电的电力线路。

下文中，后面将描述第一充电单元120和第二充电单元130的内部结构的细节。

蓄电池140可以包括至少一个蓄电池组电池。

所述至少一个蓄电池组电池的操作由后面待描述的充电控制单元150控制。所述至少一个蓄电池组电池可以通过使用各种蓄电池组电池来实现。例如，所述至少一个蓄电池组电池可以包括镍镉蓄电池、铅蓄电池、镍金属氢化物蓄电池（NiMH）、锂离子蓄电池、锂聚合物蓄电池、金属锂蓄电池，或者锌-空气蓄电池。

充电控制单元150控制蓄电池充电装置的整个操作。

例如，如果充电插头110被连接至AC电源以给蓄电池140充电，则充电控制单元150确定至少一个充电单元以给蓄电池140供电。换言之，充电控制单元150确定用于给蓄电池140充电的充电单元。

换言之，充电控制单元150确定第一充电单元120和第二充电单元130中（优选地，在第一个至第N个充电单元中）的至少一个用于给蓄电池140供电，使得通过所确定的充电单元给蓄电池140供电。

在这种情况下，充电控制单元150基于蓄电池140的规格（例如，充电容量）和第一充电单元120和第二充电单元130的规格来确定待用于给蓄电池140充电的充电单元。

此外，充电控制单元150通过所确定的充电单元来设定供给蓄电池140的输出功率。换言之，充电控制单元150确定充电单元，同时确定从所确定的充电单元供给蓄电池140的DC电的大小。

在这种情况下，充电控制单元150通过使用基于蓄电池140的规格的充电功率、以及每个充电单元的最大效率功率（最大效率的输出功率）和最大输出功率（待输出的最大功率）来确定用于给蓄电池140充电的充电单元以及从该充电单元供给蓄电池140的输出功率的大小。

同时，通常，在通过使用一个充电单元而不是多个充电单元来给蓄电池140供电时，表现出较高的功率效率。

因此，充电控制单元150判定其最大输出功率高于基于蓄电池140规格的充电功率的充电单元的存在。

此外，如果存在其最大输出功率高于充电功率的充电单元，则充电控制单元150唯一地仅致动该充电单元以产生用于给蓄电池140充电的输出功率。

在这种情况下，充电控制单元150将唯一被致动的充电单元的输出功率的大小设定成等于基于电池的规格的充电功率的大小。

同时，如果不存在其最大输出功率高于充电功率的充电单元，则充电控制单元150通过多个充电单元的组合来给蓄电池140供电。

在这种情况下，对于这些充电单元，充电控制单元150设定待从多个充电单元中产生的输出功率。换言之，为这些充电单元所设定的输出功率的总和等于基于蓄电池140规格的充电功率。相应地，充电控制单元150在输出功率等于充电功率的这些组合中识别出表现最高效率（最大效率）的输出功率的组合。

例如，当基于蓄电池140规格的充电功率是50kw，第一充电单元的最大输出功率是30kw以及第二充电单元的最大输出功率是30kw时，对应于充电功率的输出功率的组合表现为以下多种情况。

（1）第一充电单元的输出功率：10kw，第二充电单元的输出功率：40kw

（2）第一充电单元的输出功率：20kw，第二充电单元的输出功率：30kw

（3）第一充电单元的输出功率：30kw，第二充电单元的输出功率：20kw。

（4）第一充电单元的输出功率：40kw，第二充电单元的输出功率：10kw。

在这种情况下，因为第一充电单元和第二充电单元具有相同的规格（相同种类的充电单元），所以情况（1）和（3）具有相同的组合，并且情况（2）和（4）具有相同的组合。

相应地，当通过情况（1）和（2）中的组合设定这些充电单元的输出功率时，充电控制单元150检查平均功率效率。因此，表现出较高平均功率效率的情况的组合被设定为这些充电单元的输出功率的组合。

例如，如果在情况（1）下平均功率效率是90%，而如果在情况（2）下平均功率效率是92%，则充电控制单元150对应于情况（2）将第一充电单元的输出功率设定成20kw，并将第二充电单元的输出功率设定成30kw。

同时，尽管为了示例目的这些充电单元具有各种规格（最大输出功率和最大效率功率），但是这些充电单元可以具有各种规格。

此外，充电控制单元150具有嵌入其中的存储器。因此，如果充电功率高于每个充电单元的最大输出功率，则充电控制单元150可以储存这些充电单元的输出功率的组合信息，所述组合信息能够表现出在与充电功率相关的所有情况中的最大效率，由此通过使用组合信息来设定这些充电单元的输出功率。

图3是示出图2中显示的第一充电单元和第二充电单元的详细结构的电路图。

参照图3，第一充电单元和第二充电单元中的每一个均包括DC-DC转换单元，其包括输入整流单元121、电压升高转换单元122、逆变器单元123以及输出整流单元124。

输入整流单元121包括全桥二极管。输入整流单元121将通过充电插头110输入的商用AC电整流成DC电。

特别地，当包含在电压升高转换单元122中的第一开关器件Q1被关断时，输入整流单元121允许由电感器线圈L1的反电动势所致的电流流至电压升高转换单元122的输出侧，使得电力转换效率被提高。

因为电压升高转换单元122可以被称为功率因数校正单元，所以除了输出升高的DC电压的功能以外，电压升高转换单元122还具有通过产生与输出电压和输入电压同相位的输入电流来校正（改进）功率因数的功能。

电压升高转换单元122包括第一开关器件Q1、电感器线圈L1以及电解电容器C1，以接收通过输入整流单元121整流的DC电，并且升高输入的DC电的电压。

可以在充电控制单元150控制第一开关器件Q1的开关操作的控制下（也就是说，根据通过充电控制单元150输出的PWM信号）来生成与电压升高转换单元122的输出电压和输入电压同相位的输入电流。

电解电容器C1是恒压电容器以输出电压升高转换单元122的DC输出电压，同时通过其充电电压恒定地维持DC输出电压。

防回流二极管（anti-backflow diode）D被连接到电压升高转换单元122的第一开关器件Q1。二极管D被连接至第一开关器件Q1的输出端，从而仅允许电流流向电解电容器C1侧并且防止电流反向流动。

逆变器单元123将从电压升高转换单元122输出的DC电压转换成AC电压，并且具有多个第二开关器件。第二开关器件可以包括在栅极控制下导通或关断的半导体开关。例如，第二开关器件可以包括硅耦合整流器（SCR）或者绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。分别被并联至构成逆变器单元123的第二开关器件的体二极管（body diode）是用以防止电流从逆变器单元123的输出侧反向地流向第二开关器件的防回流二极管。

变压器Tr被连接至逆变器单元123以发送AC电至输出整流单元124。

输出整流单元124被连接至变压器Tr的输出端（二次绕组）以将通过变压器Tr接收到的AC电转换成DC电并且将转换后的DC电供给蓄电池140。

图4是用于解释根据实施例的充电单元的规格的曲线图。

充电单元（第一个至第N个充电单元）具有根据其规格而变化的特性。充电单元的规格不仅包括充电单元的型号和其制造商的信息，而且包括充电单元的最大输出功率和最大效率功率。

通常，在充电单元中，表现最大效率的输出功率不是充电单元的最大输出功率，而是低于最大输出功率的功率。换言之，充电单元的最大效率功率低于最大输出功率。

因此，充电控制单元150基于每个充电单元的最大输出功率和最大效率功率来确定对应于蓄电池140的充电功率的充电单元的输出功率的组合。

图5是示出根据实施例的充电单元唯一被致动的情况的视图。

参照图5，第一充电单元和第二充电单元具有50kw的最大输出功率和30kw的最大效率功率。

如果基于蓄电池140规格的充电功率为50kw，则可以通过以下方案设定用于充电的充电单元和所述充电单元的输出功率。

首先，充电控制单元150判定其最大输出功率高于（等于或高于）充电功率的充电单元的存在。

在这种情况下，因为第一充电单元和第二充电单元的最大输出功率等于蓄电池的充电功率，所以充电控制单元150确定能够仅使用一个充电单元来对蓄电池140进行充电。

换言之，蓄电池的充电功率是50kw，第一充电单元和第二充电单元的最大效率功率是50kw，并且仅通过使用这些充电单元的中其中一个给蓄电池充电所花费的时间等于通过使用全部充电单元给蓄电池充电所花费的时间（因为一个充电单元的输出功率是50kw，而这些充电单元的输出功率之和是50kw）。

同时，如上所述，在通过使用一个充电单元而不是多个充电单元组合时来给蓄电池供电时，表现出更高的功率效率。

因此，充电控制单元150做出决定：仅第一充电单元和第二充电单元中的其中一个被唯一地致动。

在这种情况下，因为充电功率低于充电单元的最大输出功率，所以充电控制单元150将大小等于充电功率的功率设定为被唯一地致动的充电单元的输出功率。

换言之，如图5所示，充电控制单元150仅唯一地致动第一充电单元使得第一充电单元的输出功率被设定成等于充电功率的50kw，并且停止第二充电单元的操作。

图6是示出根据实施例多个充电单元被并行地致动的情况的视图。

参照图6，第一充电单元和第二充电单元具有最大输出功率50kw和最大效率功率30kw。

如果基于蓄电池140规格的充电功率为70kw，则可以通过以下方案来设定用于充电的充电单元和所述充电单元的输出功率。

在这种情况下，因为第一充电单元和第二充电单元的最大输出功率低于电池的充电功率，所以充电控制单元150并行地致动多个充电单元，使得蓄电池140被充电。

换言之，充电控制单元150可以通过使用仅一个充电单元给蓄电池140充电。然而，在这种情况下，由于低于充电功率的功率被供应给蓄电池，所以充电时间可能增加。因此，充电控制单元150并行地致动这些充电单元以给蓄电池140充电。

在这种情况下，充电控制单元150识别出表现最大效率功率同时对应于充电功率的充电单元的输出功率的组合。

换言之，对应于充电功率的输出功率的组合如下（相同的情况省略）。

（1）第一充电单元的输出功率：10kw，第二充电单元的输出功率：60kw。

（2）第一充电单元的输出功率：20kw，第二充电单元的输出功率：50kw。

（3）第一充电单元的输出功率：30kw，第二充电单元的输出功率：40kw。

充电控制单元150检查上述每个组合的功率效率（平均功率效率），并且在所检查的功率效率中识别出表现出最高效率的组合。

此外，充电控制单元150基于所识别出的组合来设定关于这些充电单元的输出功率。

换言之，如图6所示，第一充电单元的输出功率可以设定成30kw，并且第二充电单元的输出功率可以设定成40kw。

如上所述，根据本实施例，多个充电单元被并行地致动，使得电动车辆的蓄电池被充电，由此减少所述蓄电池的充电时间。

此外，根据本实施例，基于允许这些充电单元的最大效率的功率组合而设定这些充电单元的输出功率，由此优化充电单元的效率、价格以及体积。此外，能够将功率损耗减至最少以防止散热和蓄电池充电的延迟。

图7是逐步地示出根据本实施例的在蓄电池充电装置中的蓄电池充电方法的流程图。

参照图7，充电控制单元150检查蓄电池140的容量（步骤S101）。换言之，充电控制单元150根据蓄电池140的规格来检查待供应给蓄电池140的充电功率。

此后，充电控制单元150将每个充电单元的最大输出功率与所检查的充电功率进行比较以判定表现出高于充电功率的最大输出功率的充电单元的存在（步骤102）。

如果作为判定结果，其最大输出功率高于充电功率的充电单元存在（步骤102），则充电控制单元150唯一地致动其最大功率高于充电功率的仅一个充电单元以给蓄电池140充电（步骤S103）。

在这种情况下，充电控制单元150将被唯一地致动的充电单元的输出功率设定成其大小等于所检查的充电功率的大小的功率（步骤S104）。

同时，如果作为判定结果，其最大输出功率高于充电功率的充电单元不存在（步骤102），则充电控制单元150并行地致动多个充电单元以给蓄电池140充电（步骤S105）。

在这种情况下，充电控制单元150识别出表现出最高功率效率同时对应于充电功率的输出功率的组合（步骤S106）。

此后，充电控制单元150基于所识别出的组合来设定每个充电单元的输出功率（步骤S107）。

根据本实施例，通过并行地致动这些充电单元来对电动车辆的蓄电池进行充电，使得能够减少蓄电池的充电时间。

此外，根据本实施例，在使得多个充电单元能够表现出最大效率的同时基于充电功率来设定这些充电单元的输出功率，由此优化充电单元的效率、价格以及体积。此外，能够将功率损耗减至最少以防止散热和蓄电池充电的延迟。

尽管为了示例的目的已经描述本公开的示例性实施例，本领域的技术人员将理解各种修改例、增加例和替代例是可能的，而不背离所附权利要求书中公开的本发明的范围和精神。

Claims

1.一种蓄电池充电装置，包括：

充电插头，其接收从外部供应的AC电；

多个充电单元，其单独地将通过所述充电插头所接收到的AC电转换成DC电；

蓄电池，其储存通过所述充电单元输出的所述DC电并且通过所述DC电进行充电；以及

充电控制单元，其将所述蓄电池的规格与这些充电单元的规格进行比较，确定所述充电单元中的待用于蓄电池的充电的至少一个充电单元，以及通过确定的所述至少一个充电单元来控制所述蓄电池的充电，

其中所述蓄电池的规格包括基于所述蓄电池的容量的所述蓄电池的充电功率，并且所述充电单元的规格包括所述充电单元的最大输出功率和最大效率功率，

其中所述充电单元的最大输出功率和最大效率功率彼此不同，

其中如果其最大输出功率高于所述蓄电池的充电功率的充电单元存在，则所述充电控制单元通过唯一地致动其最大输出功率高于所述电池的充电功率的一个充电单元来进行所述蓄电池的充电，

其中如果其最大输出功率高于所述蓄电池的充电功率的充电单元不存在，则所述充电控制单元基于所述充电单元的最大效率功率来确定待用于所述蓄电池的充电的多个充电单元且通过并行地致动所确定的充电单元来进行所述蓄电池的充电。

2.根据权利要求1所述的蓄电池充电装置，其中，所述充电控制单元将其大小等于所述蓄电池的充电功率的大小的功率设定为被唯一致动的所述充电单元的输出功率。

3.根据权利要求1所述的蓄电池充电装置，其中，所述充电控制单元基于所述蓄电池的充电功率来识别在由所述充电单元中产生的可能的输出功率的组合中表现出最大功率效率的组合，并且基于所识别出的组合来单独地设定被并行致动的所述充电单元的输出功率。

4.根据权利要求3所述的蓄电池充电装置，其中，所述充电控制单元基于用于所述蓄电池的充电功率的可能的输出功率的多种情况来储存表现出所述最大功率效率的组合信息，并且所述组合信息包括分别为所述充电单元设定的输出功率的信息。

5.一种蓄电池充电方法，包括：

基于蓄电池的容量来检测所述蓄电池的充电功率；

将所述充电功率与多个充电单元的规格进行比较，其中所述充电单元的规格包括所述充电单元的最大输出功率和/或最大效率功率；

判定其最大输出功率高于所检测的充电功率的充电单元的存在；

如果所述充电单元存在，则通过唯一地致动其最大输出功率高于所述充电功率的一个充电单元来给所述蓄电池充电；

如果其最大输出功率高于所述蓄电池的充电功率的充电单元不存在，则基于所述充电单元的最大效率功率来确定待用于所述蓄电池的充电的多个充电单元；并且

通过并行地致动所确定的充电单元来给所述蓄电池充电。

6.根据权利要求5所述的蓄电池充电方法，其中，通过唯一地致动所述一个充电单元对所述蓄电池充电包括：

将等于所述蓄电池的充电功率的功率设定为被唯一致动的充电单元的输出功率；

通过被唯一致动的充电单元来产生所述输出功率；以及

通过将所产生的输出功率供应给所述蓄电池来给所述蓄电池充电。

7.根据权利要求5或6所述的蓄电池充电方法，其中，确定待用于所述蓄电池的充电的所述多个充电单元包括：

基于所述蓄电池的充电功率来检查由所述充电单元产生的可能的输出功率的组合；

在这些检查的组合中识别表现出最大功率效率的组合；

基于所识别出的组合来单独地设定被并行致动的所述充电单元的输出功率；

分别通过所述充电单元来产生所设定的输出功率；以及

8.根据权利要求7所述的蓄电池充电方法，其中，基于所述蓄电池的充电功率来检查由所述充电单元产生的可能的输出功率的组合包括：检查由所述充电单元产生的可能的输出功率的总和等于所述蓄电池的充电功率的多种情况。

9.根据权利要求8所述的蓄电池充电方法，进一步包括：根据用于基于所述蓄电池的容量产生的所述蓄电池的充电功率的多种情况来储存表现出所述最大功率效率的组合信息，

其中表现出所述最大功率效率的组合的识别包括：通过使用所储存的组合信息来识别表现出所述最大功率效率的组合。