CN107492943B - 电池充电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池充电机，包括控制模块及n个充电模块，n为正整数，每一个充电模块分别包括控制开关及不控整流电路；控制模块分别与若干个控制开关电连接，控制开关的输出端与不控整流电路的输入端电连接，每一个控制开关的输入端接入交流电，每一个不控整流电路的输出端接入电池；控制模块将控制指令发送至控制开关，控制开关接收控制指令，并且根据控制指令闭合或断开与不控整流电路的电连接。本发明提供的电池充电机在完成充电任务的同时降低了谐波畸变率，提高了交流侧的功率因数，所采用的半导体器件的数量少，从而大大提高了充电效率，同时降低了制造成本。

Description

电池充电机
技术领域
本发明涉及一种电池充电机，特别涉及一种用于充电电动汽车的级联式电池充电机。
背景技术
随着全球石油等化石能源短缺问题日益严重，空气污染与温室效应不断加剧，能源与环境问题越来越受到重视，世界各国的研究人员正在积极探索节能减排的方案。电动汽车作为解决普通燃油汽车带来的能源短缺、资源枯竭、环境污染等方面的问题的最佳途径之一，受到各国政府的重视与支持，电动汽车的发展和推广是不可避免的趋势。我国在电动汽车的发展上提供了很多政策和资金的支持，国家电网下属各电力公司正在积极推进电动汽车充电站和充电桩的建设。电动汽车充电是通过充电机实现的，充电机是将电网电能经过一系列变换后变成符合电动汽车电池充电要求的装置。现有技术主要围绕如何优化充电机变换器拓扑结构进行研究，目的在于提高电网电能质量，实现电能双向流动，增大电池充电功率和效率。
目前，现有的充电机拓扑一般是由AC(交流电)/DC(直流电)整流电路和DC/DC变换器两部分组成。为了提高电网侧的电能质量，一般采用三相电压源整流器实现双向有源PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)整流功能，直流侧采用双向DC/DC拓扑结构实现Buck(降压式变换电路)/Boost(升压斩波电路)功能，也就是说每个充电回路需要AC/DC和DC/DC两级变换，因此采用的半导体器件多，开关频率高，系统损耗大，充电效率低，制造成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中用于充电电动汽车的充电机的充电效率低，制造成本高的缺陷，提供一种电池充电机。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种电池充电机，其特点在于，所述电池充电机包括控制模块及n个充电模块，n为正整数，每一个充电模块分别包括控制开关及不控整流电路；
所述控制模块分别与若干个控制开关电连接，所述控制开关的输出端与所述不控整流电路的输入端电连接，每一个控制开关的输入端用于接入交流电，每一个不控整流电路的输出端用于接入电池；
所述控制模块用于将控制指令发送至所述控制开关，所述控制开关用于接收所述控制指令，并且根据所述控制指令闭合或断开与所述不控整流电路的电连接。
较佳地，所述不控整流电路为单相桥式整流电路，所述不控整流电路包括4个二极管。
较佳地，所述控制开关为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)。
较佳地，当n个充电模块中均接入电池时，所述控制模块用于将接入的交流电的完整半周波时间t平分为2n个t/2n；
所述控制模块还用于对n个控制开关分别设定编号1～编号n；
所述控制模块还用于开始充电的同时闭合编号1的控制开关，并且依次根据t/2n的时间间隔来闭合相邻增加编号的控制开关，直至闭合编号n的控制开关；
所述控制模块还用于经过(n+1)t/2n时间后断开编号n的控制开关，并且依次根据t/2n的时间间隔来闭合相邻减小编号的控制开关，直至断开编号1的控制开关。
较佳地，所述电池充电机还包括n个电池SOC(State of Charge，荷电状态)检测模块，所述控制模块分别与n个电池SOC检测模块电连接，每一个电池SOC检测模块分别与一个充电模块对应，所述电池SOC检测模块用于采集对应的充电模块中接入的电池的SOC值，并且将所述SOC值发送至所述控制模块。
较佳地，所述控制模块还用于根据预设时间间隔分别获取每一个充电模块中接入的电池的SOC值，并且根据电池的SOC值由低到高的顺序对n个控制开关依次设定编号1～编号n。
较佳地，所述控制模块还用于恒定接入至所述控制开关的输入端的交流电的电流有效值。
较佳地，所述交流电为三相交流电或220V交流电。
较佳地，所述电池为用于电动汽车的锂电池。
较佳地，n大于或等于为2。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明提供的电池充电机采用多个充电模块与一个控制模块协同工作的方式，实现了模块化级联，优化了整体电路结构，并且通过采用控制开关与不控整流电路的充电结构来完成充电任务的同时降低了谐波畸变率，提高了交流侧的功率因数，所采用的半导体器件的数量少，而且半导体器件的工作频率低，损耗小，从而大大提高了充电效率，同时降低了制造成本。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的电池充电机的结构示意图。
图2为图1中充电模块与电池的电路连接示意图。
图3为本发明较佳实施例的交流电压曲线及各个编号的锂电池的充电量的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1及图2所示，本实施例提供的电池充电机1包括一个控制模块11、6个充电模块12(图1中每一个电池充电机1中省略了一个充电模块12)及6个电池SOC检测模块(图中未示出)，每一个电池SOC检测模块分别与一个充电模块12对应，每一个充电模块12分别包括一个控制开关121及一个不控整流电路122，每一个不控整流电路122分别包括4个二极管1221，在本实施例中，并不具体限定电池充电机中充电模块的数量，可根据用户的实际需求来进行设计。
在本实施例中，3个电池充电机(由于图1中示出的3个电池充电机的结构均相同，因此只针对其中一个电池充电机标出附图标记)分别接入至10kV/380V的变压器2的副边(由A、B、C三相组成)，此处可以单相分别接入，也可以三相同时接入，均可根据用户实际情况来进行选择。虽然在本实施例中对电池充电机接入三相交流电(380V)，但也可根据实际情况接入220V交流电等其他类型的交流电，均可根据用户实际情况来进行选择。
在本实施例中，电池3(由于图1中示出的电池均相同，因此仅标出一个附图标记)为用于电动汽车的锂电池，即电池充电机为用于充电电动汽车的级联式电池充电机，但并不具体限定充电电池的类型，也可根据用户的实际情况对其他类型的电池进行充电。
在本实施例中，不控整流电路122为单相桥式整流电路，控制开关121为IGBT，但也可根据用户的实际需求选择MOSFET等其他类型的控制开关。
具体地，针对于一个电池充电机，控制模块分别与6个控制开关电连接，控制开关的输出端与不控整流电路的输入端电连接，每一个控制开关的输入端用于接入交流电，控制模块也接入交流电，每一个不控整流电路的输出端用于接入电池3，控制模块还分别与6个电池SOC检测模块电连接，电池SOC检测模块用于采集对应的充电模块中接入的电池的SOC值，并且将所述SOC值发送至控制模块。
在本实施例中，充电模块无法单独工作，而必须在控制模块的协调下才能对电池进行充电。工作过程中，控制模块用于将控制指令发送至控制开关，控制开关用于接收所述控制指令，并且根据所述控制指令闭合或断开与不控整流电路的电连接；控制模块还用于恒定接入至控制开关的输入端的交流电的电流有效值，从而保证了在电池不同电压下，输入的电流有效值幅值一致；控制模块还用于调节交流电的电能指量，从而对交流电的电能质量进行进一步提升，达到接入电网要求。
下面具体说明电池充电机的充电方式。
当6个充电模块中均接入待充电的电池后，控制模块用于分别获取每一个充电模块中接入的电池的SOC值，并且根据电池的SOC值由低到高的顺序对6个控制开关依次设定编号，在本实施例中，以SOC值由低到高的顺序将对应的6个控制开关依次编为SM1、SM2、SM3、SM4、SM5、SM6。
在本实施例中，接入每相的交流电都为50Hz的正弦波，取电池充电机启动充电的第一个工频50Hz的完整半周波为第一次时间编号，记时间戳为1。在该次时间戳为1的完整工频半周正弦波中，再次将时间平分，控制模块用于将完整半周波时间10ms平分为12个10/12ms。
在时间戳1中，控制模块用于立刻闭合SM1，还用于过完第一个10/12ms闭合SM2，过完第二个10/12ms闭合SM3，过完第三个10/12ms闭合SM4，过完第四个10/12ms闭合SM5，过完第五个10/12ms闭合SM6。
紧接着，在时间戳1中，控制模块用于过完第七个10/12ms断开SM6，还用于过完第八个10/12ms断开SM5，过完第九个10/12ms断开SM4，过完第十个10/12ms断开SM3，过完第十一个10/12ms断开SM2，过完第十二个10/12ms断开SM1。
充电模块一个周期中的充电电量，按照上述调制方法，SMn对应的充电模块在半周期中的开通时间为t1到t2，由于开通时间是按照半周期对称，因此充电模块在完整周期中的充电电量为：
Figure BDA0001383420720000051
因此闭合控制开关时间越长的充电模块，电池充入的电量越多。
控制模块还用于根据预设时间间隔分别获取每一个充电模块中接入的电池的SOC值，并且重新根据电池的SOC值由低到高的顺序对控制开关进行编号，所述预设时间间隔可根据用户的实际情况来设定，即对待充电电池按照一定的频率检测当前电量，然后依照电池电量进行排序，然后按照电量低的充入较大电量原则排序，在每一个时间戳中更新。
在本实施例中，通过对控制开关的控制，可达到如图3所示的效果，从图3中可以看出，由各个充电模块对应的电池所充入的电量(图3中矩形面积表征充入的电量)所形成的阶梯图形逼近交流电压的正弦波图形，若充电模块的数量越多，图形会越逼近，因此可以提高交流侧的功率因数，降低谐波畸变率。
本实施例提供的电池充电机采用多个充电模块与一个控制模块协同工作的方式，实现了模块化级联，优化了整体电路结构，并且通过采用控制开关与不控整流电路的充电结构来完成充电任务的同时降低了谐波畸变率，提高了交流侧的功率因数，所采用的半导体器件的数量少，而且半导体器件的工作频率低，损耗小，从而大大提高了充电效率，同时降低了制造成本。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电池充电机，其特征在于，所述电池充电机包括控制模块及n个充电模块，n大于或等于为2，n为正整数，每一个充电模块分别包括控制开关及不控整流电路；
所述控制模块分别与若干个控制开关电连接，所述控制开关的输出端与所述不控整流电路的输入端电连接，每一个控制开关的输入端用于接入交流电，每一个不控整流电路的输出端用于接入电池；
所述控制模块用于将控制指令发送至所述控制开关，所述控制开关用于接收所述控制指令，并且根据所述控制指令闭合或断开与所述不控整流电路的电连接；
当n个充电模块均接入电池时，所述控制模块用于将接入的交流电的完整半周波时间t平分为2n个t/2n；
所述控制模块还用于对n个控制开关分别设定编号1～编号n；
所述控制模块还用于开始充电的同时闭合编号1的控制开关，并且依次根据t/2n的时间间隔来闭合相邻增加编号的控制开关，直至闭合编号n的控制开关；
所述控制模块还用于经过(n+1)t/2n时间后断开编号n的控制开关，并且依次根据t/2n的时间间隔来闭合相邻减小编号的控制开关，直至断开编号1的控制开关。
2.如权利要求1所述的电池充电机，其特征在于，所述不控整流电路为单相桥式整流电路，所述不控整流电路包括4个二极管。
3.如权利要求1所述的电池充电机，其特征在于，所述控制开关为IGBT或MOSFET。
4.如权利要求1所述的电池充电机，其特征在于，所述电池充电机还包括n个电池SOC检测模块，所述控制模块分别与n个电池SOC检测模块电连接，每一个电池SOC检测模块分别与一个充电模块对应，所述电池SOC检测模块用于采集对应的充电模块中接入的电池的SOC值，并且将所述SOC值发送至所述控制模块。
5.如权利要求4所述的电池充电机，其特征在于，所述控制模块还用于根据预设时间间隔分别获取每一个充电模块中接入的电池的SOC值，并且根据电池的SOC值由低到高的顺序对n个控制开关依次设定编号1～编号n。
6.如权利要求1所述的电池充电机，其特征在于，所述控制模块还用于恒定接入至所述控制开关的输入端的交流电的电流有效值。
7.如权利要求1～6中任意一项所述的电池充电机，其特征在于，所述交流电为三相交流电或220V交流电。
8.如权利要求1～6中任意一项所述的电池充电机，其特征在于，所述电池为用于电动汽车的锂电池。
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