CN112805899A - 充电器装置以及使用所述充电器装置进行充电的方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述的充电器装置被配置成使用模式选择开关在包括电源模式和经济模式的两种不同的用户可选择模式下操作。此外，在所述充电器装置(10)中设置用户可调节的时间选择旋钮，以使得用户能够选择充电器装置在经济模式或电源模式下的操作。充电器装置在经济模式下的操作包括基于交流线路输入电压和使用用户可调节的时间选择旋钮选择的持续时间的经济充电或电源充电，直到达到电池阈值电压为止，随后执行恒定电压充电，直到达到的充电电流小于设定的阈值电流值为止。经济模式下的充电有助于以低成本进行高效的电池充电，同时确保在用户选择的时间间隔内完成电池充电至100％SOC。

Description

充电器装置以及使用所述充电器装置进行充电的方法
技术领域
本文描述的本主题总体上涉及一种用于电池充电的方法和装置，并且尤其涉及用于电动车辆的充电电池的充电器。
背景技术
一个或多个电池通常用在包括混合动力车辆和电动车辆的车辆中，用于为所述车辆提供动力以及为所述车辆中使用的各种装置提供动力。典型地，这样的车辆配备有能够被再充电的至少一个电池。充电器装置用于对所述至少一个电池进行充电。用于对所述至少一个电池进行充电的传统充电器在CC-CV(恒定电流-恒定电压)模式下操作。换句话说，所述充电器提供了用于将所述电池充电直到其容量的80％-90％的恒定电流输出，而所述充电器提供了用于针对所述电池的剩余容量对所述电池进行充电的恒定电压输出，由此将所述电池充电至100％。传统充电器如上所述操作以执行100％充电，而通常不考虑交流(AC)线路电压变化。然而，在低交流线路电压期间的充电导致充电器汲取更高的输入电流，从而影响充电器的效率并且还导致消费者更高的电力消耗成本。
已知技术描述了一种对电池进行充电的方法，其中该方法涉及通过电池充电器确定交流电源线路上的电压。该方法确定交流线路电压是否落入预定电压范围内，以便相应地改变到电池的输出电流。因此，允许输出电流基于交流线路电压变化，直到电池的实际充电状态达到目标充电状态为止。因此，通过连续监测交流线路电压来执行电池的充电，并且持续充电，直到达到电池的目标充电状态为止。由于通过连续监测交流线路电压来执行充电，因此电池被快速充电的可能性仍然很小。结果，可能无法在连续监测交流线路电压的同时快速地将电池充电到其满容量。
因此，需要一种充电器装置，其能够克服传统充电器装置的上述和其他缺点，同时保持充电器装置的高工作效率。
附图说明
参考附图描述本主题的详细描述。在整个附图中使用相同的附图标记指代相似的特征和部件。
图1示出了根据本发明的实施例的用于电池的充电器装置。
图2示出了描绘被选择为在电源模式(power mode)下操作的所述充电器装置的运行方法的步骤的流程图。
图3示出了描绘被选择为在经济模式下操作的所述充电器装置的运行方法的步骤的流程图。
图4a示出了在经济模式下可用于充电的RMS电压对时间的曲线图。
图4b示出了在经济模式下可用于充电的充电电流对时间的曲线图。
图4c示出了在经济模式下可用于充电的％SOC对时间的曲线图。
具体实施方式
本发明是在考虑到上述情况而完成的。
本发明的一个目的是提供一种用于对车辆的电池进行充电的充电器装置，该充电器装置被配置成在包括电源模式和经济模式的两种不同的用户可选择的充电模式下操作。
本发明的另一个目的是提供一种充电器装置，该充电器装置被配置成通过识别交流线路输入电压变化在所述两种不同的用户可选择的充电模式中的一种下执行电池充电。
本发明的又一个目的是提供一种充电器装置，该充电器装置被配置成通过识别交流线路输入电压变化在所述经济模式下执行电池充电。
本发明的另一个目的是提供一种充电器装置，该充电器装置的构造允许用户选择可以在经济模式下执行充电的时间。
本发明的另一个目的是提供一种充电器装置，该充电器装置被配置成通过在包括经济充电和电源充电的两种类型的充电之间的转换来在经济模式下自动地调节充电，以确保在用户选择的时间间隔内对电池进行完全充电。
本发明的又一个目的是提供一种充电器装置，该充电器装置能够基于所识别的交流线路输入电压变化并基于用户选择的持续时间在经济模式下执行经济充电。
本发明的又一个目的是提供一种充电器装置，该充电器装置能够通过以与交流线路输入电压变化无关的最大充电电流对电池进行充电来在经济模式下执行电源充电。
本发明的又一个目的是提供一种充电器装置，该充电器装置被配置成供应与由所述充电器装置识别的不同输入电压对应的可变输出充电电流。
本发明的又一个目的是提供一种简单且易于使用的充电器装置。
本发明的又一个目的是提供一种用于高效地对车辆的电池进行充电的方法。
考虑到上述目的和其他目的，本发明提供一种用于对包括两轮混合动力车辆和两轮电动车辆的车辆的一个或多个电池进行充电的充电器装置。根据本发明的一个方面，充电器装置被配置成在包括经济模式和电源模式的两种不同的用户可选择的充电模式下执行充电。具体地，在充电器装置中提供了模式开关，用于选择经济模式或电源模式对所述电池进行充电。更具体地，在模式开关的打开(ON)条件导致选择经济模式用于电池充电的同时，模式开关的关闭(OFF)条件导致选择电源模式用于电池充电。因此，用户/驾驶员可以通过分别接通或断开模式开关来选择经济模式或电源模式用于充电。特别地，在经济模式下的充电包括在用户选择的持续时间内的高效充电的同时，电源模式下的充电包括快速充电。根据本发明的一个方面，在经济模式或电源模式下对所述电池的充电持续进行，直到达到电池阈值电压为止，然后执行恒定电压充电，以便完成电池充电至100％SOC(电池充电状态)。
根据本发明的另一方面，充电器装置设置有用户可调节的时间选择旋钮，用于允许用户/驾驶员选择他/她期望在经济模式下对所述电池进行充电的持续时间。因此，用户可调节的时间选择旋钮可用于调节用户/驾驶员在经济模式下期望电池充电的持续时间。然而，不能调节所述旋钮来选择要在电源模式下执行电池充电的持续时间。
根据本发明的又一个方面，充电器装置被配置成基于驾驶员所选择的持续时间并且基于交流线路输入电压在所述经济模式下执行包括经济充电和电源充电的两种类型的充电。例如，所述充电器装置被配置成通过在经济充电与电源充电之间的转换来自动地调节经济模式下的充电，以便确保在用户选择的持续时间内对所述电池进行完全充电。典型地，所述充电器装置被配置成当由用户选择的持续时间与经过的充电时间之差小于电源充电和恒定电压充电所需的组合时间时，从经济充电转换到电源充电。因此，确保在通过供应与输入交流线路电压对应的输出/充电电流高效地将所述电池充电到其容量的至少一些部分的同时，通过执行与交流线路输入电压无关的电源充电来供应用于将电池充电到其剩余容量的最大充电电流，以便确保在用户选择的持续时间内完成所述电池到100％容量的充电。因此，根据本发明，能够快速地将电池充电至其满容量，同时还在经济模式下监测交流线路输入电压，从而能够减少电力浪费。因此，确保了客户的电力成本也被降低。
因此，本文描述的主题涉及用于对一个或多个电池进行充电的充电器装置，所述一个或多个电池用于为包括混合动力车辆和电动车辆的车辆供电。具体地，所述充电器装置能够在考虑可用于充电的交流线路输入电压的同时高效地对所述一个或多个电池进行充电。所述充电器装置还能够在监测交流线路输入电压的同时实现有时间限制的快速电池充电。
下面将详细描述根据本发明的充电器装置的特征的示例性实施例。本文描述的实施例适用于由两个或更多个动力源提供动力的车辆，所述动力源包括内燃机、牵引电动机和一个或多个电池。然而，本发明不限于其应用，并且也可以应用于仅采用牵引电动机和电池的车辆，例如电动车辆。
图1示出了根据本发明的实施例的充电器装置(10)。根据本发明的一个方面并且如可以在图1中看到的，所述充电器装置(10)包括至少两个开关(11)、用户可选择的时间旋钮(12)和交流输入插头(13)。根据实施例，所述至少两个开关(11)包括电源(11a)和模式选择开关(11b)。在所述电源开关(11a)用于接通或断开充电器装置(10)的同时，所述模式选择开关(11b)用于选择不同的充电模式。例如，根据本发明的一个方面，在充电器装置中使得包括电源模式和经济模式的两种充电模式是可用的，以供用户/驾驶员选择。不论交流输入电压如何，在电源模式下的充电都允许快速充电的同时，经济模式下的充电允许考虑到交流输入电压来实现最佳充电。根据一个方面，所述充电器装置(10)被配置成当所述模式选择开关(11b)被选择/接通时，在所述经济模式下执行电池充电。因此，基于用户的偏好，可以选择电池充电的模式。此外，基于他/她的偏好，用户还可以通过调节用户可选择的时间按钮(12)来选择在经济模式下执行充电的时间。因此，基于用户选择的时间，由所述充电器装置(10)完成将所述一个或多个电池充电至100％SOC(10)。根据本发明的一个方面，仅在所述模式选择开关(11b)被接通时，才能够调节所述用户可选择的时间旋钮(12)。换句话说，所述用户可选择的时间按钮(12)仅在用户/驾驶员通过接通模式选择开关(11b)选择用于电池充电的经济模式时是可调节的。因此，如果用户/驾驶员认为充足的时间可用于充电，则他/她可以选择经济模式进行充电。在充电可用的时间较短的情况下，可以通过将模式选择开关(11b)保持在关闭条件来选择电源模式。此外，不管在电源模式下还是在经济模式下的充电模式，充电器装置(10)通常最初执行恒定电流充电，直到电池电压达到预定电池电压阈值为止，然后执行恒定电压充电，直到电池电流/电池充电电流达到/到达预定电池电流阈值为止，然后充电器装置停止充电。例如，对于具有串联的13个电池的10AH电池，每个电池的最大电池电压为4.1V，充电器装置执行恒定电流充电，直到电池电压达到53.3V的预定电池电压阈值为止，然后执行恒定电压充电，直到电池电流/电池充电电流达到/到达0.3A的预定电池电流阈值为止，在此情况下，充电器装置停止充电。
图2示出了描绘用于在电源模式下对所述一个或多个电池进行充电的所述充电器装置的运行方法的步骤的流程图。根据本发明的一个方面，所述充电器装置(10)包括安装在其中的控制器，该控制器用于控制所述装置在所述电源模式和所述经济模式下的操作。具体地，图2示出了所述充电器装置(10)在所述电源模式下的操作中所包括的步骤。
在框200的其操作的第一步骤中，控制器确定电源开关是否打开/关闭。在所述电源开关(11a)处于打开状态的条件下，在框(201)处，控制器确定所述模式选择开关11b是处于打开状态还是处于关闭状态。在所述模式选择开关处于关闭状态的条件下，在框(202)处，控制器使所述充电器装置在电源模式下操作。电源模式下的电池充电包括恒定电流充电。因此，在框(203)处，控制器使充电器装置10执行恒定电流充电。此外，在框(204)处，控制器连续地监测电池电压并且确定电池电压是否已达到存储在其中的预定电压阈值，所述预定电压阈值对应于用于恒定电流电池充电的电压阈值。在电池电压已经达到所述预定电压阈值的条件下，在框(205)处，控制器使充电器装置执行恒定电压充电。在恒定电压充电期间，所述控制器监测电池充电电流/电池电流。在电池充电电流小于预定电池充电电流阈值的条件下，在框(206)处，控制器使充电器装置(10)停止充电。在电池充电电流不小于所述预定电池充电电流阈值的条件下，控制器使充电器装置继续恒定电压充电。因此，充电器装置(10)通过在恒定电流充电之后执行恒定电压充电来完成到100％SOC的电池充电。
图3中示出了充电器装置在所述经济模式下的操作。图3示出了描绘用于在所述经济模式下对所述一个或多个电池进行充电的所述充电器装置的运行方法的步骤的流程图。在所述模式选择开关处于由用户/驾驶员所选择的并且由控制器所检测到的打开状态的条件下，控制器使充电器装置(10)在所述经济模式下操作，如在框(301)中所描绘的。此外，控制器检查充电器装置(10)上的用户可选择的时间旋钮(12)的位置。例如，如可以在图1中看到的，所述旋钮(12)被配置成定位在与不同的充电时间间隔(例如，4小时、6小时、8小时、10小时和12小时)对应的五个不同位置处。基于用户可选择的时间按钮(12)的位置，控制器确定充电器装置应当在经济模式下执行充电的时间，然后执行恒定电压充电。因此，在框(302)处，控制器检查所述旋钮(12)的位置，并且通过从用户使用所述旋钮(12)选择的时间中留出最少30分钟用于恒定电压充电来选择在经济模式下可用于充电的总时间。此外，在框(303)处，控制器检查电池电压是否小于或大于与针对恒定电流电池充电的电压阈值对应的所述预定电压阈值。在电池电压小于所述预定电压阈值的条件下，在框(304)处，控制器开始在预定时间间隔内监测充电器装置接收到的交流线路输入电压，并且选择与所述交流线路输入电压对应的充电电流。因此，在框(305)处，控制器通过以与所述交流线路输入电压对应的充电电流对所述一个或多个电池进行充电来使充电器装置工作。换句话说，充电器装置在所述经济模式下执行经济充电。在充电器装置正在执行经济充电的同时，控制器基于用户选择的用于在经济模式下充电的时间连续地监测可用于在所述经济模式下完成充电的剩余时间。此外，被馈送关于电源充电所需的估计时间的信息的存储器被配置成在预定持续时间内实现电源充电。
在框(306)处，控制器检查所述剩余时间是否小于电源充电所需的所述估计时间。在用于经济充电的所述剩余时间小于电源充电所需的所述估计时间的条件下，在框(307)处，所述充电器装置使用额定电流与交流线路输入电压无关地执行恒定电流充电。此外，在执行恒定电流充电的同时，在框(308)处，充电器装置检查电池电压是否小于与用于恒定电流电池充电的电压阈值对应的所述预定电压阈值。如果电池电压小于预定电压阈值，则充电器装置继续进行恒定电流充电，但是如果电池电压大于所述预定电压阈值，则在框310处，控制器使充电器装置执行恒定电压充电。此外，充电器装置继续进行恒定电压充电，直到电池充电电流值小于存储在控制器中的预定阈值电流值为止。
在用于经济充电的所述剩余时间不小于用于电源充电所需的所述估计时间的条件下，在框(309)处，控制器检查该时刻的电池电压是否小于所述预定电压阈值。如果电池电压小于与针对恒定电流电池充电的电压阈值对应的所述预定电压阈值，则控制器通过考虑交流线路输入电压使充电器装置继续进行恒定电流充电。然而，如果电池电压大于所述预定电压阈值，则在框(310)处控制器使充电器装置执行恒定电压充电，以完成电池充电至100％SOC并继续进行恒定电压充电，直到电池充电电流值小于存储在控制器中的所述预定阈值电流值为止。
因此，根据本发明的一个方面，充电器装置被配置成即使在经济模式下也能够与交流线路输入电压无关地执行充电。这是为了确保所述一个或多个电池的充电在由用户选择用于经济充电的总时间内完成。
借助于图4a至图4c来解释用于说明充电器装置在经济模式下的运行的示例。例如，如果用户已经接通了模式开关(11b)并且已经选择了用于在经济模式下使用所述旋钮(12)进行充电的6小时的时间间隔，则控制器将6小时或360分钟记为总充电时间。然而，根据本发明的实施例，控制器通过将恒定电压充电所花费的时间减去30分钟来重新计算经济模式充电的可用时间。因此，如在图4a看到的，在经济模式下可用于充电的总时间被设定为330分钟。在开始时电池SOC低的条件下，控制器使充电器装置执行恒定电流充电。具体地，充电器装置基于交流线路输入电压执行恒定电流充电。换句话说，充电器装置以与所述交流线路输入电压对应的大小的充电电流执行恒定电流充电。如在图4b中可以看到的并且根据本示例，由控制器检测到的交流线路输入电压是180V(参见图4a)，并且因此所选择的恒定电流的大小是2安培。控制器将继续监测交流线路输入电压并保持恒定电流的大小变化，直到可用于经济充电的剩余时间大于电源充电或者以最大幅度的恒定电流的充电所需的估计时间为止。例如，在时间t＝190分钟时，在经济模式下可用于充电的剩余时间将是330-190＝140分钟，这小于以最大幅度恒定电流进行电源充电/充电所需的140.4分钟的估计时间；如在图4b中看到的，电流将从2安培变化到5安培。换句话说，所估计的时间仅仅是以最高量级电流对具有一定百分比的电池SOC的电池进行充电所需的时间。此外，充电器装置将继续以与交流输入电压无关的最大量级/最高额定电流的恒定电流对所述一个或多个电池进行充电，直到电池电压达到所述预定电压阈值为止。充电器装置继续以最高量级的恒定电流进行充电，直到电池SOC达到95％(如图4c中所示)为止，然后从330分钟到360分钟执行恒定电压充电以达到100％电池SOC。
因此，如从以上教导显而易见的，当在经济模式下可用于充电的剩余时间小于电源充电所需的估计时间时，通过切换到具有最高量级的恒定电流充电，确保了在经济模式下在用户选择的时间内完成充电。因此，在确保用户选择的时间间隔内快速充电的同时，通过监测交流线路输入电压来达到平衡以确保经济充电。

Claims (12)

1.一种用于对车辆的一个或多个电池进行充电的充电器装置(10)，所述充电器装置(10)被配置成以两种不同的用户可选择模式进行操作，其中所述模式中的一种被配置成在用户选择的时间间隔内操作；所述模式包括电源模式和经济模式，两者都可操作，直到达到电池阈值电压为止，然后所述充电器装置执行恒定电压充电，直到达到的充电电流小于设定的阈值电流值为止。
2.根据权利要求1所述的充电器装置(10)，其中所述充电器装置(10)包括：至少两个开关(11)，所述至少两个开关包括电源开关(11a)和模式选择开关(11b)；以及用户可调节的时间选择旋钮(12)，其中，所述模式选择开关(11b)的打开条件允许所述经济模式下的电池充电。
3.根据权利要求2所述的充电器装置(10)，其中所述充电器装置(10)被配置成基于交流线路输入电压和使用所述用户可调节的时间选择旋钮(12)选择的持续时间在所述经济模式下执行经济充电或电源充电，直到达到电池阈值电压为止，然后执行恒定电压充电，直到达到的充电电流小于设定的阈值电流值为止。
4.根据权利要求3所述的充电器装置(10)，其中所述经济充电包括以与交流线路输入电压对应的充电电流进行充电。
5.根据权利要求3所述的充电器装置(10)，其中所述电源充电包括以与交流线路输入电压无关的最大充电电流进行充电。
6.根据权利要求3所述的充电器装置(10)，其中所述充电器装置(10)基于交流线路输入电压继续进行经济充电，直到使用所述用户可调节的时间选择旋钮(12)选择的持续时间与经过的充电时间之差大于电源充电和所述恒定电压充电所需的组合时间为止；并且随后在所述经济模式下切换到电源充电。
7.根据权利要求3或权利要求6所述的充电器装置(10)，其中用于将所述电池充电至其剩余容量的最大充电电流是由所述充电器装置(10)通过与所述交流线路输入电压无关地执行电源充电来提供的，以便确保在使用所述用户可调节的时间选择旋钮(12)选择的所述持续时间内完成所述电池到100％容量的充电。
8.根据权利要求1所述的充电器装置(10)，其中，当电池充电电流小于所述设定的阈值电流值时，电池充电被中断。
9.根据权利要求1所述的充电器装置(10)，其中，在所述电源模式下的充电包括以与交流输入电压无关的最大充电电流充电，直到所述电池达到所述阈值电压为止，随后进行恒定电压充电，直到达到的所述充电电流小于所述设定的阈值电流值为止。
10.一种用于使用充电器装置(10)对车辆的一个或多个电池进行充电的方法，所述充电器装置(10)被配置成以包括电源模式和经济模式的两种不同的用户可选择模式操作；电源模式和所述经济模式可操作，直到达到电池阈值电压为止，然后执行恒定电压充电，直到充电电流小于设定的阈值电流值为止；所述充电器装置包括：至少两个开关(11)，所述至少两个开关(11)包括电源开关(11a)和模式选择开关(11b)；以及用户可调节的时间选择旋钮(12)；所述模式选择开关(11b)的打开条件允许所述经济模式下的电池充电，用于充电的所述方法包括以下步骤：
确定所述模式选择开关(11b)的打开/关闭条件；
使用所述用户可调节的时间选择旋钮(12)确定所选择的持续时间；
如果所述模式选择开关(11b)处于打开条件，则在经济模式下执行电池充电；
通过监测交流线路输入电压并通过选择与所述交流线路输入电压对应的充电电流来在所述经济模式下进行经济充电；
继续进行经济充电，直到使用所述用户可调节的时间选择旋钮(12)选择的所述持续时间与经过的充电时间之差大于电源充电和所述恒定电压充电所需的组合时间为止；
如果使用所述用户可调节的时间选择旋钮(12)选择的所述持续时间与经过的充电时间之差小于电源充电和所述恒定电压充电所需的组合时间，则以与交流线路输入电压无关的最大充电电流对电池进行充电；
如果电池电压大于或等于所述电池阈值电压，则以恒定电压充电对电池进行充电；
如果电池充电电流小于所述设定的阈值电流值，则中断电池充电。
11.根据权利要求11所述的方法，其中所述电源充电包括当所述模式选择开关(11b)处于关闭条件时，以与交流线路输入电压无关的最大充电电流进行充电。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述电源模式下的充电包括以与交流输入电压无关的最大充电电流进行充电，直到所述电池达到所述阈值电压为止，随后进行恒定电压充电，直到达到的所述充电电流小于所述设定的阈值电流值为止。
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