用於對機動車電池進行再充電的設備及用於管理該設備的方法
2023-12-06 13:59:21 6
專利名稱：用於對機動車電池進行再充電的設備及用於管理該設備的方法
技術領域：
本發明涉及從三相網絡的輸出為高壓電池快速充電的快速充電設備領域，並且特別涉及用於機動車電池的快速再充電設備。在這樣的再充電系統中，電力通過兩個轉換器從電網連續地引到電池:降壓(電壓下降)轉換器和升壓(電壓上升)轉換器。這兩個轉換器分別用來通過以一頻率連續地斷開和閉合一系列開關，降低和升高它們輸出端子和它們輸入端子之間的電壓比，所述頻率可以根據期望輸出電流和/或輸出電壓控制。
背景技術：
這樣的再充電系統例如在專利申請FR2943188中進行了描述，專利申請FR2943188涉及用於機動車的車載再充電系統，其使得從三相電路對車輛的電池進行再充電成為可能，該再充電電路結合了還可以確保諸如電流生成或者車輛推進之類的其他功能的電機的繞組。從電網汲取的電流的斬波引起所取得的電流的高頻分量，也就是說量級比配電網的慣常為50Hz的基波大的諧波。由於配電器對所取到的電流的諧波施加標準，所以這樣的再充電系統還包括在降壓級輸入處的RLC (電阻-電感-電容)型的濾波器。此濾波器在從電網取得的電壓和電流之間引起相移。此相移暗示了經過電網的無功功率，但是其不被用戶獲得並且還應當被最小化。
發明內容
本發明的目的是提出一種用於調節這樣的再充電設備的降壓級和升壓級的設備，其使得儘管在該設備的輸入端子處存在RLC濾波器也能夠在從電網取得的電壓和電流之間保持減小的相移。本發明的另一目的是提出一種用於機動車的車載再充電設備，其適合於能夠連接到外部三相網絡，並且在其電路中結合了該車輛的電機的繞組。為此，用於電池、特別用於機動車電池的快速再充電設備包括:電阻-電感-電容型的濾波級，其意圖連接到三相網絡；降壓級；以及升壓級，其意圖連接到電池；以及置於降壓級和升壓級之間的感應繞組。該設備還包括調節單元，其能夠向降壓級以及向升壓級施加斬波佔空比。調節單元包括用於由濾波級引起的從三相網絡每個相取得的電流和電壓之間的相移的補償裝置，以及還包括用於把經過繞組的電流幅值維持為高於非零預定義閾值的裝置。有利地，調節單元還包括用於把進入電池的電流從動(slave)至電池電流設定點值的裝置。優選地，該設備包括用於測量通過三相網絡的相進入該設備的電流強度的裝置；用於測量經過該繞組的電流的強度的裝置，並且調節單元包括使用測量強度值來傳遞用作降壓級斬波佔空比設定點的三個值的至少兩個調節迴路。調節單元可以包括第三調節迴路，其傳遞用作升壓級斬波佔空比設定點的值。依據優選實施例，調節單元包括用於確定該設備至三相網絡的連接點處的三個正弦輸入電壓的裝置，並且至少一個第一調節迴路涉及該設備的輸入電壓的脈動。有利地，第一調節迴路被配置為把作為輸入電流強度的值的線性組合而獲得的分量從動至0，該線性組合的係數是COt的三角函數，其中CO是該設備的輸入電壓的脈動，以及t是時間的測量值。優選地，調節單元包括算子，其能夠執行從調節迴路中的兩個調節迴路導出的兩個值的三個線性組合，這三個線性組合中的每一個組合的係數都是cot的三角函數。調節單元例如能夠被配置為,通過在相對於初始參考系以角旋轉速度旋轉的參考系下，計算一個、兩個或三個進入電流強度分量，對具有該設備的輸入電流作為分量的向量執行第一參考系變換，角旋轉速度Ca對應於該系統連接到三相網絡的連接點處電壓的脈動to。調節單元還可以被配置為然後使用在新基下計算的分量之一與設定點值的偏差，作為分別傳遞兩個變量的所述兩個調節迴路之一的輸入值，所述兩個變量然後被調節單元用來通過另一個旋轉參考系的變換計算三個降壓級斬波佔空比設定點值。該設備可以包括用於測量經過電機的電流的強度的裝置。調節單元於是可以被配置為通過為每個值計算其與0的偏差或者其與設定點值的偏離，分別比較在新基下的變量之一和經過電機的電流強度，或者在該新基下計算的分量中的兩個，然後使用作為分別傳遞兩個電流強度設定點值的兩個PID調節器的輸入而獲得的這兩個偏差。設定點值可以是常數函數，或者可以是根據電池的能量需求生成的設定點函數。調節單元可以包括算子，其能夠向由兩個PID調節器傳遞的兩個電流強度設定點值Ifd和Ifq定義的向量(ifd，ifq，o)，應用是第一參考系變換的逆的參考系變換矩陣。它可以包括這樣的算子，所述算子能夠將根據第二參考系變換獲得的三個強度除以經過電感繞組的測量強度；以及一個或多個操縱器模塊，所述操縱器模塊能夠使用這三個結果以作為降壓級斬波佔空比設定點值。調節單元例如可以被配置為在新的參考系下把進入的電流強度分量之一從動至零，以及同時把所述分量中的另一個從動至參考設定點值，以便計算三個降壓級斬波佔空比設定點。它於是可以包括並聯的調節迴路，所述調節迴路能夠傳遞升壓級斬波佔空比設定點值，該迴路具有第二設定點與經過電感繞組機器的測量電流之間的偏差作為輸入值。根據另一實施例，調節單元可以包括第一調節迴路，其能夠在新的參考系下把進入的電流強度分量之一從動至0;以及第二調節迴路，其能夠把經過電感繞組的測量電流從動至設定點值，以便計算三個降壓級斬波佔空比設定點。它於是可以包括並聯的調節迴路，該調節迴路能夠根據在電池的端子處測得的電流、根據電池電力供給電流設定點、以及根據經過電感繞組的測量電流，傳遞升壓級斬波佔空比設定點值。根據另一方法，一種根據三相電流調節用於電池的快速充電裝置的方法，包括步驟:控制降壓級的斬波佔空比，在其期間，通過組合兩個調節迴路的結果，補償由電阻-電容-電感型濾波級引起的所述設備的輸入電流強度和所述設備的輸入電壓之間的相移。根據本發明的優選實現方式，對所述設備的輸入電壓進行濾波以便能夠通過在具有脈衝6 的平面上旋轉的向量的三個分量對它們進行建模，然後應用調節迴路以消除向量.Je在此平面上的與輸入電壓的經建模向量成直角的分量，向量具有該設備的三
個測量輸入強度作為分量。在這樣的方法中，在該設備輸入端處測得的三個電流的線性組合被從動至0，所述線性組合的係數是的三角函數，其中，CO是該設備的輸入電壓的脈動頻率，以及t是時間的測量值。
在閱讀了作為非限制性示例給出的本發明的實施例的詳細描述並且根據所附的附圖，本發明的其他目的、特徵和優點將變得顯而易見，在附圖中:-圖1圖不了根據本發明的再充電設備，-圖2a和2b圖示了根據本發明的再充電設備的兩個調節子組件，-圖3a和3b圖示了根據本發明的另一實施例的再充電設備的兩個其他調節子組件。
具體實施方式
如圖1中所圖示的，用於對電池13進行再充電的設備包括使該設備I能夠連結到三相網絡的三個端子B1、B2、B3。這三個端子B1、B2、B3分別連結到降壓級3的三個輸入端子D1^ D2, D3，每次都通過一個濾波支路，該濾波支路包括兩個並聯支路，一個具有值為L2的電感器，而另一個具有值為Li的電感器和值為R的電阻器。降壓級的每個輸入端子DpD2、D3還通過電容為C的電容器連結到地。多個值為R的電阻器、值為Li或L2的電感器和值為C的所有這三個電容器一起，構成了降壓級3的輸入端處的RLC型濾波器。降壓級3包括三個並聯支路6、7和8，每一個都具有受調節單元15控制的兩個開關。降壓級的每個輸入端子隊、D2或D3分別通過支路Fp F2, F3連接到位於同一支路(分別為6、7和8)的兩個開關之間的連接點。降壓級3還包括具有隻在一個方向上導通並且與支路6、7和8並聯連接的二極體9的支路。支路6、7和8以及具有二極體9的支路的公共端構成了降壓級3的兩個輸出端子。這些端子中的、在支路9的二極體的導通方向上位於該二極體上遊的一個端子連接到電池13的端子和升壓級4的第一輸入端子10。這些端子中的、在支路9的二極體的導通方向上位於該二極體的下遊的另一端子連接到電機5的第一端子，電機5的另一端子連接到升壓級4的第二輸入端子。前述段落的描述對應於降壓級的第一簡化實施例。在此實施例中，降壓級的這三個支路以同一方式受到控制。可以構想其他實施例，諸如像專利申請FR2943188中所描述的實施例。包括二極體9的支路是可選的，並且去除它將不存在偏差。
升壓級4包括兩個開關，這兩個開關能夠受調節單元15的控制並且位於連結其第一輸入端子10和電池的「 + 」端子的支路上。升壓級4的第二輸入端子11連接在這兩個開關之間，電機5連接到該第二輸入端子11。可以連結到與電感Ld的繞組串聯布置的值為Rd的電阻器的電機5，連接在降壓級3的輸出端子(置於二極體9的下遊)和升壓級4的第二輸出端子之間。如果用無電阻電感繞組代替電機5，或者如果把另外的感應繞組與電機5串聯連接，不會偏離本發明的框架。電容器12連接到電池13的端子以便在電池13的端子處維持相對穩定的電壓，以及也連接到電池充電監測模塊19，能夠傳遞設定點值IbaJrf,設定點值IbattMf根據電池充電水平，導致最佳電流強度通過電池的「 + 」端子進入。充電監測模塊19把設定點值IbattMf經由專門連接傳送到調節單元15。在別處結合在或者不結合在模塊19中的測量裝置把值Ibatt和值Vbatt傳送給調節單元15，Ibatt反映實際進入到電池中的測量電流強度，Vbatt反映電池13的端子和「 + 」端子之間的電壓。其他電流強度測量模塊使得能夠測量並向調節單元15傳送:流過電機5的電流的值Id，經由三相電路的端子BpB2和B3進入濾波器2中的電流強度的值Ie1Ue2和Ie3。歸一化模塊14連接到充電設備I的連接端子BpB2和B3,並且向調節單元15傳送:與經濾波的正弦電壓值相對應的三個值Ve1、Ve2^Ve3,以及限定端子B1'B2、B3相對於它們的物理位置
a、b、c編號的次序的三元組(c, a, b)。根據由調節單元15的控制模塊17生成的as=Ibatt/Id來限定的設定點as、根據已知方法，來實施對升壓級4的控制。根據由三元組(ai,a2,a3)=If/Id=(Ifi/Id, If2/Id, If3/Id)限定的並且由調節單元15的控制模塊16生成的斬波佔空比，來實施對降壓級3的控制。為此，調節單元15包括兩個控制模塊(未示出)，首先，能夠施加降壓級3的每一個開關的斷開和閉合的時間模式(temporal pattern)以便獲得斬波佔空比a」 a2和a3,以及其次能夠對升壓級4的每一個開關施加斷開和閉合的時間模式以便獲得佔空比as。開關優選是允許進行快速開關的電晶體，例如IGBI (Insulated Gate BipolarTransistor,絕緣柵雙極型電晶體)型電晶體。調節單元15還包括參考指導模塊18，其能夠向控制模塊16和/或17傳遞降壓級3的輸入端子(IetTf)處或者輸出端子(IcTf)處的期望電流設定點值。調節單元15在輸入端子接收:該設備輸入端子處的電壓的經濾波值Vel、Ve2、Ve3，端子的編號次序(c，b，a)，在因而被編號為B2, B3的輸入端子處的測量電流值le1、Ie2,Ie3，流過電機5的測量電流值Id，到達電池13 「 + 」端子處的電流值Ibatt,由充電監測模塊19傳遞的設定點值IbattMf。這些值中的一些值被參考指導模塊18用來生成中間強度設定點。參考指導模塊顯然使用到達電池的電流的設定點值IbattMf、該設備輸入端子處的電壓信號的振幅Vm、電池13端子處的電壓Vbatt、和到達電池13 「 + 」端子的電壓Ibatt。由指導模塊18生成的電流強度設定點被傳送到控制模塊16，控制模塊16使用它以及進入三相網絡端子處的電流的值le1、le2、le3，藉助於雙調節迴路生成三個斬波佔空比值&1、&2、&3，這使得能夠控制降壓級3的開關的斷開和閉合周期。
控制模塊17根據進入電池的電流的強度設定點Ibat廣f，或者根據由參考指導模塊18生成的電流設定點，使調節迴路運行，該調節迴路傳遞表示升壓級4的斬波佔空比的控制值as。作為指示，充電設備I的電氣元件的特徵值處於下列值範圍內:-濾波器2的電容器C表示幾百UF，例如每個在100到500 U P之間，-布置在電池13端子處以便使其端子處的電壓穩定的電容器12具有mF的量級，例如在I到IOmF之間，-濾波電路2的值為R的電阻器具有ohm的量級，例如I到IOohm之間，-電機Me的轉子的電 阻Rd具有幾十的量級，例如0.01Q到0.1 Q之間。-分別與濾波器2的電感器和電機5的繞組對應的電感器LpLyLd具有幾十UH的量級的值，例如10到100 u H之間的值。現在在下面描述，使得能夠到達本發明提出的為了調節單元15的模塊16、17和18的操作而要應用的調節模式的原因的主線。每次該設備通過歸一化模塊14連接到三相網絡時，定義端子B2, B3編號的次序。歸一化模塊14接收該設備每個輸入端子和與三相網絡中性相位對應的相位之間的三個電壓VEa、VEb、VE。以作為輸入。歸一化模塊14於是根據已知技術，例如根據「鎖相環」或「PLL」型的技術，實施對輸入信號中的每一個的濾波，以便獲得具有與測量信號的主諧波相同頻率的正弦信號。歸一化模塊於是確定這三個信號應當被編號的次序，以便具有採用形式Vmsin(cot)的第一信號、等於移相了 -2 /3的信號Vei的第二信號Ve2、和等於移相了+2 /3的信號Vei的信號Ve3。歸一化模塊14於是向調節單元15發送電流特性，使得調節單元15能夠重構電壓
向量
權利要求
1.種用於電池(13)特別地用於機動車電池的快速充電設備(1)，包括:電阻-電感-電容型的濾波級(2)，其意圖連接到三相網絡；降壓級(3);和升壓級(4)，其意圖連接到電池(13);以及置於所述降壓級(3)和升壓級(4)之間的感應繞組(Ld);所述設備(I)還包括調節單元(15),其能夠向降壓級(3)和向升壓級(4)施加斬波佔空比(ai, a2, a3, as),其特徵在於，所述調節單元(15)包括用於補償由濾波級(12)引起的從所述三相網絡的每個相(B1, B2, B3)取得的電流(Ie1, Ie2, Ie3)和電壓(Ve1, Ve2, Ve3)之間的相移的裝置(16)，以及還包括用於把經過所述繞組(Ld)的電流幅值維持為高於非零預定義閾值的裝置(16，17)。
2.權利要求1所述的快速充電設備，其中所述調節單元(15)還包括把進入電池(13)中的電流(Ibatt)從動至設定點電流值(IbaJrf)的裝置(16，17)。
3.權利要求1或2所述的快速充電設備，包括用於測量經由所述三相網絡的相(B1, B2, B3)進入所述設備的電流的強度(Ie1, Ie2，Ie3)的裝置，用於測量經過所述繞組(Ld)的電流(Id)的強度的裝置，並且其中，調節單元(15)包括至少兩個調節迴路，所述調節迴路使用測量的強度值(Ie1, Ie2, Ie3, Id)來遞送用作降壓級(3)斬波佔空比設定點的三個值C ￡i i j 3-2 &3)0
4.權利要求3所述的快速充電設備，其中所述調節單元(15)包括第三調節迴路(17)，遞送用作升壓級(4)斬波佔空比設定點的值(as)。
5.權利要求3至4中任一項所述的快速充電設備，其中，所述調節單元(15)包括用於確定在所述設備(I)至所述三相網絡的連接點(B1, B2, B3)處的三個正弦輸入電壓(Ve11Ve2lVe3)的裝置，並且其中 ，至少第一調節迴路包含所述輸入電壓(Ve1, Ve2，Ve3)的脈動(w )。
6.權利要求5所述的快速充電設備，其中所述第一調節迴路被配置為把作為輸入電流強度的值(Ie1, Ie2, Ie3)的線性組合所獲得的分量從動至O，該線性組合的係數是的三角函數，其中t是時間的測量值。
7.權利要求6所述的快速充電設備，其中，所述調節單元(15)包括算子(25)，其能夠執行從調節迴路中的兩個調節迴路導出的兩個值(Ie,，Iea)的三個線性組合，這三個線性組合中的每一個組合的係數是cot的三角函數。
8.種用於根據三相電流調節用於電池(13)的快速充電設備(I)的方法，包括如下步驟: 控制降壓級的斬波佔空比(ai，a2，a3)，在其期間，通過組合兩個調節迴路的結果，補償由電阻-電容-電感型濾波級(2)引起的所述設備的輸入電流強度(Ie1, Ie2, Ie3)和所述設備(I)的輸入電壓(Ve1, Ve2, Ve3)之間的相移。
9.權利要求8所述的用於調節快速充電設備(I)的方法，其中對所述設備的輸入電壓(VE。，VEb, VEa)進行濾波以便能夠使用脈動((5通過在平面, U2 i上旋轉的向量(IeJ的三個分量(Ve1, Ve2，Ve3)對它們進行建模,然後應用調節迴路以消除向量Je在此平面^O1 /上的、與輸入電壓的經建模向量(Ve)成直角的分量，向量Je具有該設備(I)的三個測量輸入強度(Ie1, Ie2，Ie3)作為分量。
10.權利要求8所述的用於調節快速充電設備(I)的方法，其中，在所述設備輸入端處測得的三個電流(Ie1, Ie2, Ie3)的線性組合被從動至0，所述線性組合的係數是《t的三角函數，其中，《是所述設備的輸 入電壓的脈動頻率，以及t是時間的測量值。
全文摘要
本發明涉及用於對機動車電池進行再充電的設備及用於管理該設備的方法。一種用於對電池充電的設備(1)，包括要連接到三相網絡的電阻-電感-電容型濾波器級(2)、電壓降壓級(3)和要連接到電池(13)的電壓升壓級(4)，以及置於降壓級(3)和升壓級(4)之間的電感線圈(Ld)。該設備(1)包括能夠對電壓降壓級(3)和升壓級(4)施加斬波佔空比的調節單元(15)。調節單元(15)包括用於補償由從所述三相電網的每個相位(B1,B2,B3)取得的電流(Ie1,Ie2,Ie3)和電壓(Ve1,Ve2,Ve3)之間的濾波級(12)引起的相移的裝置(16)；以及把流經線圈(Ld)的電流幅值維持為高於預定非零閾值的裝置(16，17)。
文檔編號H02M7/217GK103097178SQ201180043070
公開日2013年5月8日 申請日期2011年8月3日 優先權日2010年9月7日
發明者M·加蒂, A·凱特菲-謝裡夫 申請人:雷諾股份公司