CN110474409A - 一种充电控制方法及充电设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种充电控制方法及充电设备，涉及充电桩技术领域。首先依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压，然后依据输入相电压确定线电压的峰值，最后在当母线目标电压大于或等于线电压的峰值时，配置充电系统为三相充电模式；当母线目标电压小于线电压的峰值时，配置充电系统为单相充电模式，以拓宽母线充电电压范围。本申请提供的充电控制方法具有扩大了母线电压的范围，且降低了功耗，提升了整机效率的优点。

Description

一种充电控制方法及充电设备

技术领域

本申请涉及充电桩技术领域，具体而言，涉及一种充电控制方法及充电设备。

背景技术

目前，在给充电汽车进行充电时，一种情况下使用三相充电机给充电汽车进行充电。在三相充电机电路中，设置有母线电容，由于输入电压限制母线电容的电压必须高于输入线电压的峰值，且实际母线电容的最高电压受制于器件耐压限制，导致母线电压的调整范围较低。

然而，当输出给电池充电时，电池的电压范围较宽，目前普遍采用在充电机电路中DC/DC用LLC拓扑来实现，当电池电压较低时只能让LLC拓扑工作在谐振点右侧，通过调频调宽等算法来实现低输出电压。但LLC拓扑工作在右侧导致原边开关管的关断电流较大，副边的二极管不是零电流关断，有反向恢复损耗，引起整机开关损耗增加，效率降低。

发明内容

本申请的目的在于提供一种充电控制方法，以解决现有技术中在调整母线电压范围时会引起整机开关损耗增加，效率降低的问题。

本申请的另一目的在于提供一种充电设备，以解决现有技术中在调整母线电压范围时会引起整机开关损耗增加，效率降低的问题。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种充电控制方法，应用于充电系统，所述充电控制方法包括：

依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压；

依据输入相电压确定线电压的峰值；

当所述母线目标电压大于或等于所述线电压的峰值时，配置所述充电系统为三相充电模式；

当所述母线目标电压小于所述线电压的峰值时，配置所述充电系统为单相充电模式，以拓宽母线充电电压范围。

另一方面，本发明实施例还提供了一种充电设备，且上述充电控制方法可应用于该充电设备。

相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请提供了一种充电控制方法及充电设备，首先依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压，然后依据输入相电压确定线电压的峰值，再在当母线目标电压大于或等于线电压的峰值时，配置充电系统为三相充电模式；当母线目标电压小于线电压的峰值时，配置充电系统为单相充电模式，以拓宽母线充电电压范围。由于本申请能够根据需求电压的不同，自动配置充电系统处于单相充电模式或三相充电模式，且可实现单三相充电模式的自动切换，从而扩大了母线电压的范围，进而无需再使用LLC拓扑工作在谐振点右侧达到增益效果，进而降低了功耗，提升了整机效率。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本申请实施例提供的现有技术中充电系统的电路图。

图2为本申请实施例提供的一种应用场景下的充电控制方法的流程图。

图3为本申请实施例提供的第一种充电系统的电路图。

图4为本申请实施例提供的第二种充电系统的电路图。

图5为本申请实施例提供的第三种充电系统的电路图。

图6为本申请实施例提供的另一种应用场景下的充电控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

第一实施例

本发明实施例提供了一种充电控制方法，应用于充电系统，该充电系统包括控制器、输入端、AC/DC模块与DC/DC模块，其中，输入端、AC/DC模块以及DC/DC模块依次电连接。

现有的充电系统如图1所示，其为常见的三相充电机电路，其中，由于输入电压的限制，母线电容C1的电压必须高于输入线电压峰值，且实际母线电容C1的最高电压受制于器件耐压限制，导致母线电容C1的调整范围较低(调整范围为母线电容C1的最高电压与输入线电压峰值之差)，而当输出给充电汽车充电时，电池的电压范围较宽，所以需要DC/DC模块的输出范围宽，因此常见的充电机电路中DC/DC用LLC拓扑来实现，当电池电压较低时让LLC拓扑工作在谐振点右侧，通过调频调宽等算法来实现低输出电压。LLC拓扑工作在右侧导致原边开关管(Q7-Q10)的关断电流较大，副边的二极管(D1-D4)不是零电流关断，有反向恢复损耗，引起整机开关损耗增加，效率降低。

有鉴于此，本发明提供的充电控制方法能够依据输出电压的不同，自动控制输入端在三相与单相之间切换，从而扩大母线电压范围，降低DC/DC设计和控制难度，使DC/DC一直工作在谐振频率点，提高整机效率。

具体地，在本实施例中，输入端包括的A相输入线、B相输入线、C相输入线以及中性线N，其中，AC/DC模块包括整流桥，A相输入线、B相输入线、C相输入线以及中性线N均与整流桥连接。同时，在三相输入线中，A相输入线上设置有继电器Relay1，B相输入线上设置有继电器Relay2，C相输入线上设置有继电器Relay3，且A相输入线上还连接有电感L1，B相输入线上还连接有电感L2，C相输入线上还连接有电感L3，中性线N与三相输入线中的任意一条输入线连接，且中性线N上设置有继电器Relay4。可以理解地，当导通其中一条相线与中性线时，充电系统处于单相充电模式；当导通三条相线时，充电系统处于三相充电模式。

请参阅图2，本实施例提供的充电控制方法包括：

S101，依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压。

本实施例中，待充电设备为充电汽车的电池，当然地，在其它的实施例中，待充电设备也可以为其它的储能装置，本实施例对此并不做任何限定。该充电系统应用于充电桩中，当将充电枪插入充电汽车后，控制器能够与充电汽车的电源管理系统进行通信，从而使得控制器能够获取电动汽车中电池的当前电压Vbat，且在充电桩为充电汽车充电的过程中，充电桩的输出电压需等于该电池的当前电压。进一步地，控制器能够将电池的当前电压作为需求电压，并依据该需求电压确定母线目标电压。其中，母线目标电压满足如下公式：

V3＝Vbat*k

其中，V3表示母线目标电压，Vbat表示待充电设备的需求电压，k表示变压器的原副边变压比，该变压器可以为LLC变压器。需要说明的是，本实施例中提供的DC/DC模块包括LLC变压器，通过LLC变压器实现直流电压变换。

同时，还需要说明的是，为了提高整机效率，需控制DC/DC模块中的LLC拓扑工作在谐振频率点，且LLC拓扑工作在谐振频率点时，其增益为1。

并且，由于在充电过程中，待充电设备的需求电压处于不断变化中，因此本申请中控制器会实时获取电动汽车中电池的当前电压Vbat，并将前电压作为需求电压，然后利用公式计算母线目标电压。即本实施例中，S101在后续步骤执行的过程中，仍然会不断被执行。

S102，依据输入相电压确定线电压的峰值。

其中，充电桩的输入端连接于市电，其相电压为220V，并且，通过获取的输入相电压，能够确定三相线电压与单相相电压的峰值。且线电压的峰值满足如下公式：

V1＝Va*1.732*1.414

其中，V1表示线电压的峰值，Va表示输入相电压。

S103，判断母线目标电压是否大于线电压的峰值，如果否，则执行S104，如果是，则执行S109。

S104，配置充电系统为单相充电模式。

当母线目标电压小于或等于线电压的峰值时，则控制器控制充电系统为单相充电模式。请参阅图3，作为本实施例的第一种实现方式，中性线N与A相输入线连接，此时可闭合继电器Relay2或Relay3，同时闭合继电器Relay4；请参阅图4，作为本实施例的第二种实现方式，中性线N与B相输入线连接，此时可闭合继电器Relay1或Relay3，同时闭合继电器Relay4；请参阅图5，作为本实施例的第三种实现方式，中性线N与C相输入线连接，此时可闭合继电器Relay1或Relay2，同时闭合继电器Relay4。

S105，依据输入相电压确定相电压的峰值。

同时，当处于单相充电模式时，控制器还能够依据输入相电压确定相电压的峰值，相电压的峰值满足如下公式：

V2＝Va*1.414

其中，V2表示相电压的峰值。

需要说明的是，本实施例中，S105与步骤S102之间并无先后顺序。

S106，判断母线目标电压是否大于相电压的峰值，如果否，则执行S107，如果是，则执行S108。

S107，配置母线充电电压等于相电压的峰值。

在本实施例中，AC/DC模块还包含PFC(power-factor corrector，功率因数修正器)，当母线目标电压小于或等于相电压的峰值时，控制器会通过PFC配置母线充电电压等于相电压的峰值，同时，由于在给充电汽车的电池进行充电的过程中，随着电池蓄电量的不断变化，电池的需求电压也会不断变化。

同时，在配置母线充电电压等于相电压的峰值后，控制器还会重复执行依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压，并依据母线目标电压与相电压的峰值进行比较的步骤，直至当确定的母线目标电压大于相电压的峰值时，配置母线充电电压等于母线目标电压。

一般的，当在给充电汽车内的电池充电的过程中，电池的需求电压不断升高，控制器会重复执行依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压，并依据母线目标电压与相电压的峰值进行比较的步骤，一旦确定的母线目标电压大于相电压的峰值时，则控制器将不会再配置母线充电电压等于相电压的峰值，而是将母线充电电压配置为等于母线目标电压，即依据公式V3＝Vbat*k将母线充电电压配置为V3。而当在充电过程中，母线目标电压仍然小于相电压的峰值时，则仍然按照母线充电电压等于相电压的峰值为电动汽车的电池进行充电，从而扩大了母线电压范围。

并且，需要说明的是，与本实施例中，母线充电电压即为母线电容的电压，控制器实际为通过PFC调整母线电容两端电压的方式达到配置母线充电电压的目的。

S108，配置母线充电电压等于母线目标电压。

当母线目标电压大于相电压的峰值时，则表示若再按照母线充电电压等于相电压的峰值，则无法满足充电需求，因此控制器会将母线充电电压配置为等于母线目标电压，以满足充电需求。并且，在将配置母线充电电压等于母线目标电压后，控制器还会重复执行依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压，并依据母线目标电压与线电压的峰值进行比较的步骤，直至当确定的母线目标电压大于线电压的峰值时，配置充电系统为三相充电模式。

同理，当在给充电汽车内的电池充电的过程中，电池的需求电压不断升高，控制器会重复执行依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压，并依据母线目标电压与线电压的峰值进行比较的步骤，当母线目标电压已经超过线电压的峰值时，则表示再利用单相充电模式进行充电已无法满足要求，因此控制器会配置充电系统从单相充电模式转变为三相充电模式，即此时断开相应的单相充电模式下的继电器，导通三相充电模式下的继电器，使充电系统由单相充电模式切换为三相充电模式。

S109，配置充电系统为三相充电模式。

当母线目标电压大于线电压的峰值时，则控制器控制充电系统处于三相充电模式。在本实施例中，闭合继电器Relay1、Relay2或Relay3，且断开继电器Relay4，即完成将充电系统配置为三相充电模式的过程。

S110，判断母线目标电压是否大于预设定的母线最大电压，如果是，则执行S111，如果否，则执行S112。

作为本申请的一种应用场景，该充电控制方法应用于充电场景，在该应用场景下，电池电压会越来越大。

S111，配置母线充电电压等于预设定的母线最大电压。

当母线目标电压大于预设定的母线最大电压时，即表示依据充电汽车的当前需求电压确定的母线目标电压已经超过母线电容的最大的电压，由于母线电容的限制，此时控制器配置母线电容以最大电压工作，即控制器配置母线充电电压等于预设定的母线最大电压。

需要说明的是，充电系统的DC/DC模块包括LLC谐振变换模块，即LLC拓扑，在控制器配置母线充电电压等于预设定的母线最大电压时，控制器还会配置LLC谐振变换模块处于增益状态，从而使得充电系统输出的充电电压等于待充电设备的需求电压，以满足待充电设备的更宽范围的充电需求。

同时，需要说明的是，在该应用场景下时，由于已经达到预设定的母线最大电压，且电池电压会在充电过程中继续升高，因此控制器后续仅能够通过调整LLC谐振变换模块的增益，达到使充电系统输出的充电电压等于待充电设备的需求电压的目的。即在母线充电电压等于预设定的母线最大电压后，母线充电电压将不再变化。

S112，配置母线充电电压等于母线目标电压。

在配置母线充电电压等于母线目标电压后，控制器还会重复执行依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压，并依据母线目标电压与预设定的母线最大电压进行比较的步骤。

同理地，在给待充电设备进行充电的过程中，电池的需求电压处于不断变化中，且在待充电设备的电量不断增加的过程中，其需求电压也不断升高，因此控制器会处于不断获取母线目标电压并将母线目标电压与预设定的母线最大电压进行比较的过程中，直到当比较结果为母线目标电压大于预设定的母线最大电压时，控制器则会配置母线充电电压等于预设定的母线最大电压。

作为本申请的一种应用场景，该充电控制方法应用于非车载充电场合，在该应用场景下，电池电压在充电升压之后可能在为其它用电设备进行供电，导致电池的需求电压降低，即在该应用场景下，电池的需求电压并不一定为持续增大。

因此在此应用场景下，请参阅图6，控制器会不断执行获取依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压并判断母线目标电压是否大于预设定的母线最大电压及判断母线目标电压是否大于线电压的峰值的动作，以实时改变充电策略。

具体地，在该应用场景下，充电控制方法在单相充电模式时与第一种应用场景的充电控制方法相同，而在三相充电模式时，其充电控制方法与第一种应用场景的充电控制方法存在差异。下面进行具体说明。

在该应用场景下，充电控制方法包括：

S110，判断母线目标电压是否大于预设定的母线最大电压，如果是，则执行S111，如果否，则执行S112。

S111，配置母线充电电压等于预设定的母线最大电压。

S112，判断母线目标电压是否大于线电压的峰值，如果是，则执行S113，如果否，则配置充电系统从三相充电模式切换为单相充电模式。

S113，配置母线充电电压等于母线目标电压。

并且，可以理解的，在S113的步骤之后，由于电池的需求电压并不一定为持续增大，即电池的需求电压可能增大，也可能较小，因此控制器还会重复执行依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压，并依据母线目标电压与预设定的母线最大电压进行比较的步骤，当母线目标电压大于预设定的母线最大电压时，配置母线充电电压等于预设定的母线最大电压，当母线目标电压小于或等于预设定的母线最大电压时，重复执行依据母线目标电压与线电压的峰值进行比较的步骤，直至母线目标电压大于预设定的母线最大电压，或母线目标电压小于或等于线电压的峰值。

第二实施例

本发明实施例化提供了一种充电设备，且本申请中第一实施例所述的充电控制方法可应用于该充电设备。其中，该充电设备可以为充电桩等充电设备。

综上所述，本发明提供了一种充电控制方法及充电设备，首先依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压，然后依据输入相电压确定线电压的峰值，最在当母线目标电压大于或等于线电压的峰值时，配置充电系统为三相充电模式；当母线目标电压小于线电压的峰值时，配置充电系统为单相充电模式，以拓宽母线充电电压范围。由于本申请能够根据需求电压的不同，自动配置充电系统处于单相充电模式或三相充电模式，且可实现单三相充电模式的自动切换，从而扩大了母线电压的范围，进而无需再使用LLC拓扑工作在谐振点右侧达到增益效果，进而降低了功耗，提升了整机效率。

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

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种充电控制方法，其特征在于，应用于充电系统，所述充电控制方法包括：

依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压；

依据输入相电压确定线电压的峰值；

当所述母线目标电压大于或等于所述线电压的峰值时，配置所述充电系统为三相充电模式；

当所述母线目标电压小于所述线电压的峰值时，配置所述充电系统为单相充电模式，以拓宽母线充电电压范围。

2.如权利要求1所述的充电控制方法，其特征在于，在当所述母线目标电压小于所述线电压的峰值时，配置所述充电系统为单相充电模式的步骤之后，所述充电控制方法还包括：

依据所述输入相电压确定相电压的峰值；

当所述母线目标电压小于或等于所述相电压的峰值时，配置所述母线充电电压等于所述相电压的峰值；

当所述母线目标电压大于所述相电压的峰值时，配置所述母线充电电压等于所述母线目标电压。

3.如权利要求2所述的充电控制方法，其特征在于，在所述当所述母线目标电压小于或等于所述相电压的峰值时，配置所述母线充电电压等于所述相电压的峰值的步骤之后，所述充电控制方法还包括：

重复执行依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压，并依据所述母线目标电压与所述相电压的峰值进行比较的步骤，直至当确定的母线目标电压大于所述相电压的峰值时，配置所述母线充电电压等于所述母线目标电压；

在所述当所述母线目标电压大于所述相电压的峰值时，配置所述母线充电电压等于所述母线目标电压的步骤之后，所述充电控制方法还包括：

重复执行依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压，并依据所述母线目标电压与所述线电压的峰值进行比较的步骤，直至当确定的母线目标电压大于所述线电压的峰值时，配置所述充电系统为三相充电模式。

4.如权利要求2所述的充电控制方法，其特征在于，所述线电压的峰值满足如下公式：

V1＝Va*1.732*1.414

其中，V1表示线电压的峰值，Va表示输入相电压；

所述相电压的峰值满足如下公式：

V2＝Va*1.414

其中，V2表示相电压的峰值。

5.如权利要求1所述的充电控制方法，其特征在于，在所述当所述母线目标电压大于或等于所述线电压的峰值时，配置所述充电系统为三相充电模式的步骤之后，所述充电控制方法还包括：

当所述母线目标电压大于预设定的母线最大电压时，配置所述母线充电电压等于所述预设定的母线最大电压；

当所述母线目标电压小于或等于预设定的母线最大电压时，依据所述母线目标电压与所述线电压的峰值进行比较；

当所述母线目标电压大于所述线电压的峰值时，配置所述母线充电电压等于所述母线目标电压；

当所述母线目标电压小于或等于所述线电压的峰值时，配置所述充电系统从三相充电模式切换为单相充电模式。

6.如权利要求5所述的充电控制方法，其特征在于，在所述当所述母线目标电压大于所述线电压的峰值时，配置所述母线充电电压等于所述母线目标电压的步骤之后，所述充电控制方法还包括：

重复执行依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压，并依据所述母线目标电压与所述预设定的母线最大电压进行比较的步骤；

当所述母线目标电压大于预设定的母线最大电压时，配置所述母线充电电压等于所述预设定的母线最大电压；

当所述母线目标电压小于或等于预设定的母线最大电压时，重复执行依据所述母线目标电压与所述线电压的峰值进行比较的步骤。

7.如权利要求1所述的充电控制方法，其特征在于，在所述当所述母线目标电压大于或等于所述线电压的峰值时，配置所述充电系统为三相充电模式的步骤之后，所述充电控制方法还包括：

当所述母线目标电压大于预设定的母线最大电压时，配置所述母线充电电压等于所述预设定的母线最大电压；

当所述母线目标电压小于或等于预设定的母线最大电压时，配置所述母线充电电压等于所述母线目标电压。

8.如权利要求7所述的充电控制方法，其特征在于，在所述当所述母线目标电压小于或等于预设定的母线最大电压时，配置所述母线充电电压等于所述母线目标电压的步骤之后，所述充电控制方法还包括：

重复执行依据待充电设备的需求电压确定母线目标电压，并依据所述母线目标电压与所述预设定的母线最大电压进行比较的步骤，直至当所述母线目标电压大于预设定的母线最大电压时，配置所述母线充电电压等于所述预设定的母线最大电压。

9.如权利要求5至8任意一项所述的充电控制方法，其特征在于，所述充电系统包括LLC谐振变换模块，在所述当所述母线目标电压大于预设定的母线最大电压时的步骤之后，所述充电控制方法还包括：

配置所述LLC谐振变换模块处于增益状态，以使所述充电系统输出的充电电压等于待充电设备的需求电压。

10.一种充电设备，其特征在于，所述充电设备用于执行如权利要求1至9任意一项所述的充电控制方法。