CN106685036B - 充电机及其充电方法和装置及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电机及其充电方法和装置及电动汽车。该充电方法包括：对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压；根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，其中，多个变压器变比对应不同的电压输出范围和输出电流，充电机向充电对象充电；根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压；根据第一直流输出电压和目标变压器变比对应的输出电流输出，得到输出功率。通过本发明，达到了提高充电机的充电效率低的效果。

Description

充电机及其充电方法和装置及电动汽车

技术领域

本发明电力电子领域，具体而言，涉及一种充电机及其充电方法和装置及电动汽车。

背景技术

目前，充电机可以用于电动大巴和电动汽车中。由于电动大巴和小型电动汽车的电池电压等级不同，充电机不能覆盖大巴车和小型车的电池电压平台，因而大巴车和小型车的充电机无法通用，只能针对大巴车和小型车分别设计。图1是根据相关技术中的一种充电机功率-电压曲线的示意图。如图1所示，就直流充电机本身而言，可以输出较宽范围的电压，理论上可以在0到额定电压之间任意值输出，但是，随着输出电压的降低，充电机的输出功率也随之线性下降，当输出功率低于额定电压以下时，由于输出功率达不到标称输出功率，因而不能满足更大范围的电动汽车的充电要求，比如，当输出电压范围在200V－750V、额定功率60KW的充电机，由于最大电流限制在额定电流80A，则当输出电压为750V时，得到的输出功率为60KW，当输出电压为600V时，得到输出功率为48KW，当输出电压为400V时，得到的输出功率为32KW，当输出电压为200V时，得到的输出功率仅为16KW，远远达不到标称的60KW功率输出。另外，随着输出电压的降低，充电机的效率也随之大幅度降低，这严重制约了宽电压充电机的应用范围。

如果按照传统充电机的设计方案，要想提高低压段的输出功率，就要增加额定电流，例如，在输出电压为200V时仍然要保证输出功率为60KW，则其输出电流要达到300A，另外，由于变压器变比关系一定，充电机内部的变压器原副边所有器件的电流参数都要由原来的80A改为按照300A设计，而电压参数仍然要按照最大750V设计，这样最后成本与750V*300A＝225KW的充电机相同，无疑大大增加了充电机的成本。同时当225KW的充电机工作在60KW时，效率也将大幅度降低。

在传统充电机设计方案中，高频隔离DC-DC变换电路中的变压器变比一定，因此原副边电压电流的关系也随之确定。通过改变原边开关管的占空比可以实现输出电压在较宽范围内调节。充电机额定功率是在输出额定电压及额定电流下实现的，当输出电压在额定值以下调节时，一般为保证电流不超过额定电流值，输出功率也随之降低，低压段时输出功率和效率降低更明显。如果要想在低压段仍然保持额定功率，输出电流要相应增加，由于变压器变比固定，变压器副边输出大电流时原边开关管瞬时电流也成比例增加，因此充电机中所有元器件参数都要按照高压大电流设计，大大增加了充电机的成本。另外，设计在高压大电流下的充电机由于总是工作在高压小电流或低压大电流下，其实际输出功率远没有达到设计值所对应的最大功率，使得充电机效率也远低于最大效率。

针对现有技术中充电机的充电效率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种充电机及其充电方法和装置及电动汽车，以至少解决充电机的充电效率低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种充电机的充电方法。该充电机的充电方法包括：充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压；根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，其中，多个变压器变比对应不同的电压输出范围和输出电流，充电机向充电对象充电；根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压；根据第一直流输出电压和目标变压器变比对应的输出电流，得到输出功率。

进一步地，在根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压之后，该方法还包括：当第一直流输出电压在目标变压器变比对应的电压输出范围内时，获取用于调节第一直流输出电压的占空比；根据占空比调整第一直流输出电压，得到第二直流输出电压。

进一步地，在根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到第一直流输出电压之后，该方法还包括：当第一直流输出电压在不同的电压输出范围内时，对目标变压器变比进行调整，得到调整变比；根据调整变比对第一直流输出电压进行电压变换，得到第二直流输出电压。

进一步地，对目标变压器变比进行调整，得到调整变比包括：通过调整变压器的副边绕组的抽头位置调整目标变压器变比，得到调整变比。

进一步地，根据第一直流输出电压和输出电流，得到输出功率包括：当副边绕组的抽头位置处于预设位置时，输出直流电流；根据第一直流输出电压和直流电流，得到输出功率。

进一步地，当副边绕组的抽头位置处于预设位置时，输出直流电流包括：当副边绕组的抽头处于第一位置时，向第一电感输出第一直流电流；根据第一直流输出电压和直流电流，得到输出功率包括：根据第一直流输出电压和第一直流电流，得到第一输出功率。

进一步地，当副边绕组的抽头位置处于预设位置时，输出直流电流包括：当副边绕组的抽头处于第二位置时，向第一电感和第二电感输出第二直流电流，其中，第一电感和第二电感并联；根据第一直流输出电压和直流电流，得到输出功率包括：根据第一直流输出电压和第二直流电流输出，得到第二输出功率。

进一步地，当副边绕组的抽头位置处于预设位置时，输出直流电流包括：当副边绕组的抽头处于第三位置时，向第一电感、第二电感和第三电感输出第三直流电流，其中，第一电感、第二电感和第三电感并联；根据第一直流输出电压和直流电流，得到输出功率包括：根据第一直流输出电压和第三直流电流，得到第三输出功率。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种充电机的充电装置。该充电机的充电装置包括：第一变换单元，用于对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压；确定单元，用于根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，其中，多个变压器变比对应不同的电压输出范围和输出电流，充电机向充电对象充电；第二变换单元，用于根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压；获取单元，用于根据第一直流输出电压和目标变压器变比对应的输出电流，得到输出功率。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种充电机。该充电机包括：AC-DC变换电路，用于对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压；DC-DC变换电路，与AC-DC变换电路相连接，用于根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，其中，多个变压器变比对应不同的电压输出范围和输出电流，充电机向充电对象充电；根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压；根据第一直流输出电压和目标变压器变比对应的输出电流，得到输出功率。

进一步地，该DC-DC变换电路包括：变压器的副边绕组，用于对恒定直流电压在不同的电压输出范围内进行电压变换。

进一步地，该副边绕组包括：多级副边绕组抽头，用于分别使副边绕组具有不同的电压器变比。

进一步地，该多级副边绕组抽头分别对应不同的电流容量。

进一步地，该多级副边绕组抽头的位置通过机械开关离线切换。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种电动汽车，该电动汽车包括本发明实施例的充电机的充电装置，或充电机。

通过本发明，采用对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压；根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，其中，多个变压器变比对应不同的电压输出范围和输出电流，充电机向充电对象充电；根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压；根据第一直流输出电压和目标变压器变比对应的输出电流，得到输出功率。由于根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，多个变压器变比与宽电压范围的多段电压相对应，由充电对象的电池参数确定目标变压器变比，再根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压，进而实现在电压大范围变化时可以保持输出功率在一定范围内，解决了充电机的充电效率低的问题，进而达到了提高充电机的充电效率的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术中的一种充电机功率-电压曲线的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种充电机的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的一种充电机的充电方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的一种分段式多级恒功率充电机的电路示意图；

图5是根据本发明实施例的一种副边绕组抽头对应的电流容量的示意图；

图6是根据本发明实施例的一种恒功率充电机的功率-电压曲线的示意图；

图7是根据本发明实施例的一种各电压段输出功率随输出电压变化的曲线示意图；以及

图8是根据本发明实施例的一种充电机的充电装置的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例提供了一种充电机。

图2是根据本发明实施例的一种充电机的结构示意图。如图2所示，该充电机包括：AC-DC变换电路10和DC-DC变换电路20。

AC-DC变换电路10，用于对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压。

AC-DC变换电路10为充电机的第一级电路，用于对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压，可以采用脉宽调制(Pulse Width Modulation，简称为PWM)整流器或者维也纳整流器的拓扑结构以及控制策略，获取充电机的交流输入电压，将交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压。PWM整流器为三相PWM整流器，比如，采用三相380V的交流输入电压，直流输出电压恒定，比如，输出电压恒定在650V。

DC-DC变换电路20，与AC-DC变换电路10相连接，用于根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，多个变压器变比对应不同的电压输出范围和输出电流，充电机向充电对象充电，根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到电压输出范围内第一直流输出电压，根据第一直流输出电压和输出电流，得到输出功率。

DC-DC变换电路20可以为高频隔离DC-DC变换电路，与AC-DC变换电路10相连接，其原边拓扑结构与传统充电机相同，可以采用全桥移相控制或其它软开关谐振控制技术，而不同于传统充电机仅靠调节占空比以调节输出电压方式的是，该实施例的DC-DC变换电路20将全部输出电压范围分成若干电压段，相邻电压段具有电压切换点，每段电压对应相应的变压器变比以及副边绕组抽头，因而对变压器副边结构进行了改进，由传统的固定绕组固定变比改成了副边绕组多级抽头分段输出，得到多个变压器变比，每段变压器变比不同，多个变压器变比对应不同的电压输出范围和输出电流，从而适应输出电压在宽电压范围内的不同电压段的功率需求。

电机向充电对象充电，该充电对象可以为电动汽车。可选地，将宽电压范围分成电压段的数量以及相应的切换点对应的电压值可以根据电动汽车的电池参数进行任意设计。在实际充电机的运行过程中，检测充电对象的电池电压，根据电池电压对变压器副边绕组抽头的位置采用机械开关进行离线切换，从而根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，使目标变压器变比满足最佳功率及效率点的要求。

在DC-DC变换电路20根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比之后，DC-DC变换电路20根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压，再根据第一直流输出电压和目标变压器变比对应的输出电流，得到输出功率，其中，输出功率可以为最大电流。

举例而言，对于60KW、200V-750V的充电机，AC-DC变换电路10输出的恒定直流电压为650V，DC-DC变换电路20的原边输入电压恒定在650V，副边输出电压范围分成三个电压段，切换点电压分别为500V和300V，对应的变压器变比分别为650：750、650:500、650:300。当根据变压器变比650:750对650V进行电压变换，得到的第一直流输出电压在750V-500V电压段时，此时副边绕组在第一位置，输出最大电流80A，输出功率在60KW-40KW范围内变化。当根据变压器变比650:500对650V进行电压变换，输出的电压在500V-300V电压段时，此时副边绕组在第二位置，输出最大电流133A，输出功率在60KW-40KW范围内变化。当650:300输出的电压在300V-200V电压段时，此时副边绕组在第三位置，输出最大电流200A，输出功率在60KW-40KW范围内变化。

作为一种可选的实施方式，该DC-DC变换电路包括：变压器的副边绕组，用于对恒定直流电压在不同的电压输出范围内进行电压变换。

DC-DC变换电路包括变压器的副边绕组，用于在AC-DC变换电路10对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换得到恒定直流电压之后，对恒定直流电压在不同的电压输出范围内进行电压变换，以适应输出电压在宽范围内的不同电压段的功率需求，从而避免了为保持输出功率一定，在输出电压降低时，输出电流要相应增加，由于DC-DC变换电路中的变压器变比一定，在副边输出大电流时原边开关管瞬时电流也成比例增加，增加了充电机的成本的问题，进而降低了充电机的效率。

作为一种可选的实施方式，该副边绕组包括：多级副边绕组抽头，用于分别使副边绕组具有不同的电压器变比。

DC-DC变换电路的副边绕组包括多级副边绕组抽头，当副边绕组抽头处于不同位置时，DC-DC变换电路具有不同的电压器变比。当输出的第一直流输出电压变化较大，而位于不同电压段时，通过改变变压器副边绕组抽头位置，可以改变变压器变比，在低压端再次达到额定功率并在小范围变化。在副边低压大电流输出时，变压器原边仍然保持高压小电流，在提高低压段输出功率的同时，不增加原边开关管容量，在成本增加有限、效率基本不变的前提下，实现恒功率输出，也即，在输出电压较大范围变化时，可以保持输出功率始终在一定范围内。

作为一种可选的实施方式，该多级副边绕组抽头分别对应不同的电流容量。

为了进一步减小副边副边绕组的成本和损耗，可以通过优化设计和绕制，将副边绕组设计成不同抽头对应不同的电流容量，比如，当副边绕组处于第一位置时，电流容量为80A，当副边绕组处于第一位置时，电流容量为133A，当副边绕组处于第一位置时，电流容量为200A。

作为一种可选的实施方式，该多级副边绕组抽头的位置通过机械开关离线切换。

在充电机中，输出电压分段数量以及相应切换点电压值可以根据电动汽车的电池参数范围任意设计。在充电机实际运行中，根据检测电池电压对副边绕组抽头位置采用机械开关进行离线切换，使当前变压器变比满足最佳功率及效率点要求。

从成本和效率角度分析可知，相比于传统的充电机的充电方案，本发明实施例虽然增加了变压器副边绕组、二极管及滤波电感的电流容量，但变压器原边所有元器件电压电流参数与传统充电机保持一致。相比于变压器原边可控开关管来说，变压器副边元器件成本在充电机成本中所占比重较小，整机成本增加有限。由于没有增加额外的电路，充电机的效率没有降低，相反由于各电压段下变压器变比都在最佳值，使得各电压段都工作在最大效率点附近，尤其在低压段的效率比传统充电机显著提高。

本发明实施例还提供了一种充电机的充电方法。需要说明的是，该实施例的充电机的充电方法可以由本发明实施例的充电机的充电装置执行。

图3是根据本发明实施例的一种充电机的充电方法的流程图。如图3所示，该充电机的充电方法包括以下步骤：

步骤S302，对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压。

在本申请上述步骤S302提供的技术方案中，获取充电机的交流输入电压，对交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压，可以采用PWM整流器或者维也纳整流器的拓扑结构以及控制策略对交流输入电压进行交流转直流变换。可选地，PWM整流器为三相PWM整流器，比如，采用三相380V的交流输入电压，进行交流转直流变换，得到恒定的直流输出电压。

步骤S304，根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比。

在本申请上述步骤S304提供的技术方案中，根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比。其中，多个变压器变比对应不同的电压输出范围和输出电流，充电机向充电对象充电。

该实施例将充电机的全部输出电压范围分成若干电压段，相邻电压段具有电压切换点，每段电压对应相应的变压器变比以及副边绕组抽头，多个变压器变比对应不同的电压输出范围和输出电流，从而适应输出电压在宽电压范围内的不同电压段的功率需求。电机向充电对象充电，获取充电对象的电池参数，根据充电对象的电池参数从上述多个变压器变比中确定目标变压器变比。比如，获取充电对象的电池电压，根据电池电压从上述多个变压器变比中确定目标变压器变比，该目标变压器变比为用于输出预设范围内的第一直流输出电压。

步骤S306，根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压。

在本申请上述步骤S306提供的技术方案中，根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压。

在对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压，且根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比之后，根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压。可选地，根据检测到的充电对象的参数的变化，确定第一直流输出电压降低，输出功率也会在预设范围内变化，此时可以通过离线切换变压器副边绕组抽头的位置切换目标变压器变比，进而根据切换后的目标变压变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的直流输出电压，这样在变压器副边的输出为低压大电流输出时，变压器原边根据调整的变压器变比仍然可以保持高压小电流的输出，在提高低压段输出功率的同时不增加原边开关管容量，在成本增加有限、效率基本不变的前提下实现在一定范围内的恒功率输出。

步骤S308，根据第一直流输出电压和目标变压器变比对应的输出电流，得到输出功率。

在本申请上述步骤S308提供的技术方案中，根据第一直流输出电压和目标变压器变比对应的输出电流，得到输出功率。

在根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压之后，根据第一直流输出电压和目标变压器变比对应的输出电流，得到输出功率。可选地，第一直流输出电压在一定的电压输出范围内，目标变压器变比对应的电流为变压器副边最大电流，根据一定的电压输出范围和最大电流得到的输出功率也在一定范围内，实现输出电压在大范围内变换时可以保持输出功率始终在不一定范围内。

该实施例对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压；根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，其中，多个变压器变比对应不同的电压输出范围和输出电流，充电机向充电对象充电；根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压；根据第一直流输出电压和目标变压器变比对应的输出电流输出，得到输出功率，由于根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，多个变压器变比与宽电压范围的多段电压相对应，由充电对象的电池参数确定目标变压器变比，再根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压，进而实现在电压大范围变化时可以保持输出功率在一定范围内，解决了充电机的充电效率低的问题，进而达到了提高充电机的充电效率的效果。

作为一种可选的实施方式，在根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压之后，当第一直流输出电压在目标变压器变比对应的电压输出范围内时，获取用于调节第一直流输出电压的占空比；根据占空比调整第一直流输出电压，得到第二直流输出电压。

该实施例的充电机输出电压可以在宽电压范围内变化，不同于传统充电机仅靠占空比的调压方式，该实施例将第一直流输出电压的电压范围分成若干段，每段电压对应相应的变压器变比以及副边绕组抽头。在根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压之后，当第一直流输出电压在目标变压器变比对应的电压输出范围内变换时，也即，当第一直流输出电压在每段电压内变化时，由开关管的占空比进行对第一直流输出电压进行小范围的调节，得到第二直流输出电压。由于第一直流输出电压变化较小，输出功率在额定功率以下的小范围内变化，从而实现了对充电机的输出电压的调节，提高了充电机的充电效率。

作为一种可选的实施方式，在根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到第一直流输出电压之后，当第一直流输出电压在不同的电压输出范围内时，对目标变压器变比进行调整，得到调整变比；根据调整变比对第一直流输出电压进行电压变换，得到第二直流输出电压。

该实施例的充电机输出电压可以在宽电压范围内变化，在根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压之后，当直流输出电压在不同的电压输出范围内时，也即，当第一直流输出电压变化较大而位于不同电压段时，通过改变变压器副边绕组抽头位置，可以调整变压器变比，得到调整变比，根据调整变比对第一直流输出电压进行变换，得到第二直流输出电压，从而实现了对充电机的输出电压的调整，使输出功率在低压段再次达到额定功率并在小范围变化。这样在变压器副边的输出为低压大电流输出时，变压器原边可以仍然保持高压小电流的输出，在提高低压段输出功率的同时不增加原边开关管的容量，在增加充电成本有限、充电效率基本不变的前提下实现一定范围内恒功率输出。

作为一种可选的实施方式，对目标变压器变比进行调整，得到调整变比包括：通过调整变压器的副边绕组的抽头位置调整目标变压器变比，得到调整变比。

在对目标变压器变比进行调整时，可以通过调整变压器的副边绕组的抽头位置进行调整。该实施例将全部输出电压范围分成若干段，每段电压对应相应的变压器变比及副边绕组抽头。当输出电压变化较大而位于不同电压段使，通过改变变压器副边绕组抽头位置，可以改变变压器变比。比如，当变压器副边绕组抽头位于第一位置时，对应的变压器变比为650:750，当副边绕组抽头位于第二位置时，对应的变压器变比为650:500，当副边绕组抽头位于第三位置时，对应的变压器变比为650:300。

作为一种可选的实施方式，根据第一直流输出电压和输出电流，得到输出功率包括：当副边绕组的抽头位置处于预设位置时，输出直流电流；根据第一直流输出电压和直流电流，得到输出功率。

在根据第一直流输出电压和输出电流，得到输出功率时，当副边绕组的抽头位置处于预设位置时，输出直流电流。可选地，当变压器副边绕组抽头位于第一位置时，对应的变压器变比为650:750，输出直流电流80A，当副边绕组抽头位于第二位置时，对应的变压器变比为650:500，输出直流电流为133A，当副边绕组抽头位于第三位置时，对应的变压器变比为650:300，输出直流电流为200A。根据第一直流输出电流输出电压和直流电流得到输出功率。

作为一种可选的实施方式，当副边绕组的抽头位置处于预设位置时，输出直流电流包括：当副边绕组的抽头处于第一位置时，向第一电感输出第一直流电流；根据第一直流输出电压和直流电流，得到输出功率包括：根据第一直流输出电压和第一直流电流，得到第一输出功率。

当输出的第一直流输出电压在750V-500V时，此时副边绕组的抽头处于第一位置，输出最大电流80A，根据第一直流输出电压和第一直流电流得到的第一输出功率在60KW-40KW范围内变化，此时滤波电感可以只用第一电感以减小损耗。

作为一种可选的实施方式，当副边绕组的抽头位置处于预设位置时，输出直流电流包括：当副边绕组的抽头处于第二位置时，向第一电感和第二电感输出第二直流电流，其中，第一电感和第二电感并联；根据第一直流输出电压和直流电流，得到输出功率包括：根据第一直流输出电压和第二直流电流输出，得到第二输出功率。

当输出的第一直流输出电压在500V-300V时，此时副边绕组的抽头处于第二位置，输出最大电流133A，根据第一直流输出电压和第二直流电流得到的第二输出功率在60KW-40KW范围内变化，此时滤波电感可以用第一电感和第二电感并联以均流。

作为一种可选的实施方式，当副边绕组的抽头位置处于预设位置时，输出直流电流包括：当副边绕组的抽头处于第三位置时，向第一电感、第二电感和第三电感输出第三直流电流，其中，第一电感、第二电感和第三电感并联；根据第一直流输出电压和直流电流，得到输出功率包括：根据第一直流输出电压和第三直流电流，得到第三输出功率。

当输出的第一直流输出电压在300V-200V时，此时副边绕组的抽头处于第三位置，输出最大电流200A，根据第一直流输出电压和第三直流电流得到的第二输出功率在60KW-40KW范围内变化，此时滤波电感可以用第一电感、第二电感和第三电感并联以均流。

可选地，为了进一步减小副边绕组成本及损耗，也可以通过优化设计和绕制，将副边绕组设计成不同抽头对应不同的电流容量。

可选地，该实施例不同的电压范围对应不同充电对象的常用充电范围，比如，750V-500V电压段对应于电动大巴常用电池充电范围，500V-300V电压段对应于大部分小型电动汽车电池充电范围，300-200V对应于特殊低压等级的电池充电范围。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

下面结合优选的实施例对本发明的技术方案进行说明。

该实施例针对传统电动汽车的充电机存在的充电效率低的问题，在低输出电压时的输出功率严重下降，进而导致充电机的容量利用不足的问题，提供了一种新型分段式多级准恒功率电动汽车充电机，通过在高频变压器副边采用分段式绕组切换形式，可以在不同输出电压段对应不同变压器变比，使各段电压下都可以达到最大功率点及最大效率点。因而该实施例在成本增加有限的前提下，尽可能地提高宽电压充电机在低压段的输出功率和效率。

图4是根据本发明实施例的一种分段式多级恒功率充电机的电路示意图。如图4所示，该分段式多级恒功率充电机包括：第一级AC-DC变换电路和第二级高频隔离DC-DC变换电路。

第一级AC-DC变换电路，与传统充电机完全相同，可以采用PWM整流器或者维也纳整流器的拓扑结构及控制策略。

第二级高频隔离DC-DC变换电路，在原边拓扑结构上也与传统充电机相同，可以采用全桥移相控制或者其它软开关谐振控制技术。变压器副边结构进行了改进，由传统的固定绕组固定变比改成了副边绕组多级抽头分段输出，每段的变压器变比不同，从而适应输出电压在宽范围内的不同电压段的功率需求。

举例而言，以功率P为60KW、宽电压范围为200V-750V充电机设计为例，第一级AC-DC电路采用三相380V输入，其输出电压恒定在V1，比如，V1为650V。第二级DC-DC电路中原边输入电压恒定650V，将副边输出电压范围分为三段、切换点电压分别在500V及300V，对应变压器变比分别为650:750、650:500、650:300。当输出电压在750V-500V电压段时，副边绕组在第一位置，输出最大电流80A，输出功率在60KW-40KW范围内变化，此时滤波电感可以只用第一电感以减小损耗，其中，第一电感上对应的电流为I1，比如，I1为80A。当输出在500V-300V电压段时，变压器的副边绕组在第二位置，输出最大电流133A，输出功率在60KW-40KW范围内变化，此时滤波电感由第一电感和第二电感并联均流，其中，第二电感对应的电流为I2，比如，为80A。当输出在300V-200V电压段时，变压器的副边绕组在第三位置，输出最大电流200A，输出功率在60KW-40KW范围内变化，此时滤波电感由第一电感、第二电感和第三电感并联均流，其中，第三电感对应的电流为I3，比如，I3为80A。副边绕组的输出范围为V2/I4～V3/I5，比如，为750V/80A～200V/200A。此时，变压器副边绕组电流由传统的80A变为200A。

为进一步减小副边绕组成本及损耗，也可以通过优化设计和绕制，将副边绕组设计成不同抽头对应不同电流容量。图5是根据本发明实施例的一种副边绕组抽头对应的电流容量的示意图。如图5所示，第一种抽头对应的电流容量为I4，比如，为80A，第二中抽头对应的电流容量为I5，比如，为133A，第三中抽头对应的电流容量为I6，比如，为200A。

图6是根据本发明实施例的一种恒功率充电机的功率-电压曲线的示意图。如图6所示。以恒定功率(P_O)为60KW、宽电压(U_O)范围为200V-750V设计参数为例，实现了在输出电压为200V-750V之间时，输出恒定功率60KW。

与图6相比，图7是根据本发明实施例的一种各电压段输出功率随输出电压变化的曲线示意图。如图7所示，该实施例的充电机的输出电压可以在宽电压范围内变化，不同于传统充电机仅靠占空比的调压方式，该实施例将全部输出电压范围分成若干段，每段电压对应相应的变压器变比及副边绕组抽头。当输出电压在每段内变化时，由开关占空比进行小范围调节，由于输出电压变化小，输出功率在额定功率以下的小范围内变化。当输出电压变化较大而位于不同电压段时，通过改变变压器副边绕组抽头位置，可以改变变压器变比，在输出功率在低压段再次达到额定功率并在小范围变化。比如，电压段200V-300V的输出功率在40KW-60KW之间变化，电压段300V-500V的输出功率在40KW-60KW之间变化，电压段500V-750V的输出功率在40KW-60KW之间变化，在副边低压大电流输出时变压器原边仍然保持高压小电流，在提高低压段输出功率的同时不增加原边开关管容量，在成本增加有限、效率基本不变的前提下实现充电机的准恒功率输出，实现了在输出电压大范围变化时可以保持输出功率始终在一定范围内变化的目的。

在该实施例中，输出电压分段数量及相应切换点电压值可以根据电动汽车电池参数范围可以任意设计，在充电机实际运行中根据检测电池电压对副边绕组抽头位置采用机械开关进行离线切换，从而使得当前变压器变比满足最佳功率及效率点要求。

该实施例虽然增加了变压器副边绕组、二极管及滤波电感的电流容量，但变压器原边所有元器件电压电流参数与传统充电机保持一致。相比于变压器原边可控开关管来说，副边元器件成本在充电机成本中所占比重较小，整机成本增加有限。由于没有增加额外的电路，充电机的效率没有降低，相反由于各电压段下变压器变比都在最佳值，使得各电压段都工作在最大效率点附近，尤其在低压段的效率比传统充电机显著提高。

本发明实施例具有输出电压范围宽、在全电压范围内可实现输出功率恒定在一定范围内，相比其它恒功率充电机方案效率高、成本低，适用于需要兼容电动大巴和小型电动汽车充电并要保持输出功率基本恒定的应用场合。

需要说明的是，此处附图为说明新型宽电压范围分段式多级准恒功率电动汽车充电机的工作原理。当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

本发明实施例还提供了一种充电机的充电装置。需要说明的是，该实施例的充电机的充电装置可以用于执行本发明实施例的充电机的充电方法。

图8是根据本发明实施例的一种充电机的充电装置的示意图。如图8所示，该充电机的充电装置包括：第一变换单元30、确定单元40、第二变换单元50和获取单元60。

第一变换单元30，用于对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压。

确定单元40，用于根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，其中，多个变压器变比对应不同的电压输出范围和输出电流，充电机向充电对象充电。

第二变换单元50，用于根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压。

获取单元60，用于根据第一直流输出电压和目标变压器变比对应的输出电流，得到输出功率。

可选地，充电机的充电装置还包括：第一获取单元和第一调整单元。其中，第一获取单元，用于在根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压之后，当第一直流输出电压在目标变压器变比对应的电压输出范围内时，获取用于调节第一直流输出电压的占空比；第一调整单元，用于根据占空比调整第一直流输出电压，得到第二直流输出电压。

可选地，充电机的充电装置还包括：第二调整单元和第三变换单元。其中，第二调整单元，用于在根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到直流输出电压之后，当直流输出电压在不同的电压输出范围内时，对目标变压器变比进行调整，得到调整变比；第三变换单元，用于根据调整变比对恒定直流电压进行电压变换，得到第二直流输出电压。

可选地，第二调整单元用于通过调整变压器的副边绕组的抽头位置调整目标变压器变比，得到调整变比。

可选地，获取单元60包括：第一输出模块和第二输出模块。其中，第一输出模块，用于当副边绕组的抽头位置处于预设位置时，输出直流电流；第二输出模块，用于根据第一直流输出电压和直流电流，得到输出功率。

可选地，第一输出模块用于当副边绕组的抽头处于第一位置时，向第一电感输出第一直流电流；第二输出模块用于根据第一直流输出电压和第一直流电流，得到第一输出功率。

可选地，第一输出模块用于当副边绕组的抽头处于第二位置时，向第一电感和第二电感输出第二直流电流，其中，第一电感和第二电感并联；第二输出模块用于根据第一直流输出电压和第二直流电流输出，得到第二输出功率。

可选地，第一输出模块用于当副边绕组的抽头处于第三位置时，向第一电感、第二电感和第三电感输出第三直流电流，其中，第一电感、第二电感和第三电感并联；第二输出模块用于根据第一直流输出电压和第三直流电流，得到第三输出功率。

该实施例通过第一变换单元30对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压，通过确定单元40根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，其中，多个变压器变比对应不同的电压输出范围和输出电流，充电机向充电对象充电，通过第二变换单元50根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压，通过获取单元60根据第一直流输出电压和目标变压器变比对应的输出电流，得到输出功率，由于根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，多个变压器变比与宽电压范围的多段电压相对应，由充电对象的电池参数确定目标变压器变比，再根据目标变压器变比对恒定直流电压进行电压变换，得到在电压输出范围内的第一直流输出电压，进而实现在电压大范围变化时可以保持输出功率在一定范围内，解决了充电机的充电效率低的问题，进而达到了提高充电机的充电效率的效果。

本发明实施例还提供了一种电动汽车，包括本发明实施例的充电机的充电装置，或本发明实施例的充电机。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种充电机的充电方法，其特征在于，包括：

对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压；

根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，其中，所述多个变压器变比对应不同的电压输出范围和输出电流，所述充电机向所述充电对象充电；

根据所述目标变压器变比对所述恒定直流电压进行电压变换，得到在所述电压输出范围内的第一直流输出电压；

根据所述第一直流输出电压和所述目标变压器变比对应的所述输出电流，得到输出功率；

其中，将所述第一直流输出电压的电压范围分成多段，每段电压范围对应相应的变压器变比以及副边绕组抽头，在根据所述目标变压器变比对所述恒定直流电压进行电压变换，得到在所述电压输出范围内的第一直流输出电压之后，当所述第一直流输出电压在所述目标变压器变比对应的电压输出范围内时，获取用于调节所述第一直流输出电压的占空比；根据所述占空比调整所述第一直流输出电压，得到第二直流输出电压；

其中，根据所述目标变压器变比对所述恒定直流电压进行电压变换，得到在所述电压输出范围内的第一直流输出电压包括：根据所述充电对象的参数的变化，确定所述第一直流输出电压降低，所述输出功率在预设范围内变化，并通过离线切换变压器副边绕组抽头的位置来切换所述目标变压器变比，其中，所述目标变压器变比对应的电流为变压器的副边绕组的最大电流；根据切换后的所述目标变压器变比对所述恒定直流电压进行电压变换，得到所述第一直流输出电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述目标变压器变比对所述恒定直流电压进行电压变换，得到所述第一直流输出电压之后，所述方法还包括：

当所述第一直流输出电压在不同的所述电压输出范围内时，对所述目标变压器变比进行调整，得到调整变比；

根据所述调整变比对所述第一直流输出电压进行电压变换，得到第二直流输出电压。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述目标变压器变比进行调整，得到所述调整变比包括：通过调整所述变压器的副边绕组的抽头位置调整所述目标变压器变比，得到所述调整变比。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述第一直流输出电压和所述输出电流，得到所述输出功率包括：

当所述副边绕组的抽头位置处于预设位置时，输出直流电流；

根据所述第一直流输出电压和所述直流电流，得到所述输出功率。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

当所述副边绕组的抽头位置处于所述预设位置时，输出所述直流电流包括：当所述副边绕组的抽头处于第一位置时，向第一电感输出第一直流电流；

根据所述第一直流输出电压和所述直流电流输出，得到所述输出功率包括：根据所述第一直流输出电压和所述第一直流电流，得到第一输出功率。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

当所述副边绕组的抽头位置处于所述预设位置时，输出所述直流电流包括：当所述副边绕组的抽头处于第二位置时，向所述第一电感和第二电感输出第二直流电流，其中，所述第一电感和所述第二电感并联；

根据所述第一直流输出电压和所述直流电流输出，得到所述输出功率包括：根据所述第一直流输出电压和所述第二直流电流，得到第二输出功率。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

当所述副边绕组的抽头位置处于所述预设位置时，输出所述直流电流包括：当所述副边绕组的抽头处于第三位置时，向所述第一电感、所述第二电感和第三电感输出第三直流电流，其中，所述第一电感、所述第二电感和所述第三电感并联；

根据所述第一直流输出电压和所述直流电流输出，得到所述输出功率包括：根据所述第一直流输出电压和所述第三直流电流，得到第三输出功率。

8.一种充电机的充电装置，其特征在于，包括：

第一变换单元，用于对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压；

确定单元，用于根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，其中，所述多个变压器变比对应不同的电压输出范围和输出电流，所述充电机向所述充电对象充电；

第二变换单元，用于根据所述目标变压器变比对所述恒定直流电压进行电压变换，得到在所述电压输出范围内的第一直流输出电压；

获取单元，用于根据所述第一直流输出电压和所述目标变压器变比对应的所述输出电流，得到输出功率；

其中，所述装置还用于将所述第一直流输出电压的电压范围分成多段，每段电压范围对应相应的变压器变比以及副边绕组抽头，在根据所述目标变压器变比对所述恒定直流电压进行电压变换，得到在所述电压输出范围内的第一直流输出电压之后，当所述第一直流输出电压在所述目标变压器变比对应的电压输出范围内时，获取用于调节所述第一直流输出电压的占空比；根据所述占空比调整所述第一直流输出电压，得到第二直流输出电压；

其中，所述第二变换单元用于通过以下步骤来实现根据所述目标变压器变比对所述恒定直流电压进行电压变换，得到在所述电压输出范围内的第一直流输出电压：根据所述充电对象的参数的变化，确定所述第一直流输出电压降低，所述输出功率在预设范围内变化，并通过离线切换变压器副边绕组抽头的位置来切换所述目标变压器变比，其中，所述目标变压器变比对应的电流为变压器的副边绕组的最大电流；根据切换后的所述目标变压器变比对所述恒定直流电压进行电压变换，得到所述第一直流输出电压。

9.一种充电机，其特征在于，包括：

AC-DC变换电路，用于对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到恒定直流电压；

DC-DC变换电路，与所述AC-DC变换电路相连接，用于根据充电对象的电池参数从多个变压器变比中确定目标变压器变比，所述多个变压器变比对应不同的电压输出范围和输出电流，所述充电机向所述充电对象充电；根据所述目标变压器变比对所述恒定直流电压进行电压变换，得到所述电压输出范围内第一直流输出电压；根据所述第一直流输出电压和所述目标变压器变比对应的所述输出电流，得到输出功率；

其中，所述充电机还用于将所述第一直流输出电压的电压范围分成多段，每段电压范围对应相应的变压器变比以及副边绕组抽头，在根据所述目标变压器变比对所述恒定直流电压进行电压变换，得到在所述电压输出范围内的第一直流输出电压之后，当所述第一直流输出电压在所述目标变压器变比对应的电压输出范围内时，获取用于调节所述第一直流输出电压的占空比；根据所述占空比调整所述第一直流输出电压，得到第二直流输出电压；

其中，所述DC-DC变换电路用于通过以下步骤来实现根据所述目标变压器变比对所述恒定直流电压进行电压变换，得到在所述电压输出范围内的第一直流输出电压：根据所述充电对象的参数的变化，确定所述第一直流输出电压降低，所述输出功率在预设范围内变化，并通过离线切换变压器副边绕组抽头的位置来切换所述目标变压器变比，其中，所述目标变压器变比对应的电流为变压器的副边绕组的最大电流；根据切换后的所述目标变压器变比对所述恒定直流电压进行电压变换，得到所述第一直流输出电压。

10.根据权利要求9所述的充电机，其特征在于，所述DC-DC变换电路包括：所述变压器的副边绕组，用于对所述恒定直流电压在不同的所述电压输出范围内进行电压变换。

11.根据权利要求10所述的充电机，其特征在于，所述副边绕组包括：多级副边绕组抽头，用于分别使所述副边绕组具有不同的电压器变比。

12.根据权利要求11所述的充电机，其特征在于，所述多级副边绕组抽头分别对应不同的电流容量。

13.根据权利要求10所述的充电机，其特征在于，多级副边绕组抽头的位置通过机械开关离线切换。

14.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求8所述的充电机的充电装置，或权利要求9至13中任意一项所述的充电机。

Images