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通過估算充電器上行的阻抗和/或非線性干擾效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的電池的充電進(jìn)行控制的裝置的制作方法

文檔序號(hào):11803648閱讀:212來源:國(guó)知局
通過估算充電器上行的阻抗和/或非線性干擾效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的電池的充電進(jìn)行控制的裝置的制作方法
本發(fā)明涉及包括至少一個(gè)電池的系統(tǒng),可在提供有交流電的充電點(diǎn)(公共的或私有的)對(duì)所述至少一個(gè)電池進(jìn)行充電,更確切地,涉及這些系統(tǒng)的電池的充電控制。本發(fā)明尤其涉及的系統(tǒng)如必要時(shí)機(jī)動(dòng)類型的車輛、必要時(shí)混合動(dòng)力型或純電動(dòng)型的車輛、建筑、公共和工業(yè)設(shè)施、航空、消費(fèi)電子及鐵路。

背景技術(shù):
此處所理解的“公共充電點(diǎn)”為公共充電端子,“私有充電點(diǎn)”為連接到電網(wǎng)一部分的電插座。系統(tǒng),如前所定義包括充電器,所述充電器,第一方面,通常通過連接線纜而與充電點(diǎn)耦接,第二方面,與電池耦接,第三方面,安置用以依據(jù)其耦接的充電點(diǎn)提供的交流電可有效地對(duì)它的電池充電。該優(yōu)化的充電通常根據(jù)當(dāng)前的充電狀態(tài)和電池的當(dāng)前存儲(chǔ)容量、以及理所當(dāng)然的充電點(diǎn)可提供的功率執(zhí)行。可以足夠精確地估算當(dāng)前的充電狀態(tài)和電池的當(dāng)前存儲(chǔ)容量。但是,如果能足夠精確地知道供給充電點(diǎn)的總電網(wǎng)的低壓變壓器的可用功率,交流電不需要實(shí)際流過耦接到該充電點(diǎn)的電池充電器的端子。實(shí)際上,通過線路(通常由電纜、連接器和各種設(shè)備組成)上的干擾阻抗的存在可使總電網(wǎng)供應(yīng)的交流電流失效,所述線路連接在充電點(diǎn)的低壓變壓器上和/或充電點(diǎn)上和/或在確保充電器和充電點(diǎn)之間的耦接的連接線纜上。將注意到這些干擾阻抗可導(dǎo)致電阻效應(yīng)和/或電容效應(yīng)。充電器根據(jù)可用功率確定相關(guān)聯(lián)的電池充電參數(shù)(充電電流及因此充電時(shí)間),但由于這些干擾阻抗的存在,因此理論最大交流電流與實(shí)際可用的不同,這可能導(dǎo)致充電失效。該失效可能導(dǎo)致電壓下降和/或有時(shí)顯著加 熱,有時(shí)這可能損壞壁上的電源插座(特別在插座很舊時(shí)),或引起電事故(意外)(尤其是當(dāng)放置在低壓變壓器和充電點(diǎn)之間的電設(shè)施很久和/或連接線纜不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí))。雖然已提出使用保護(hù)裝置裝配連接線纜以避免某些過熱或某些漏電,尤其在專利文件WO2010/049775中。但是,如果該解決方法只有在配置這些連接線纜時(shí)才有效,這是很少見的情況。而且,該解決方法不能克服位于連接線纜上行(即在低電壓變壓器和充電點(diǎn)之間)的干擾阻抗,因此即使存在具有保護(hù)裝置的連接線纜,充電器可能被供應(yīng)了更失效的最大功率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
因此本發(fā)明的目的在于,得益于對(duì)可能存在于充電器上行的總體干擾阻抗進(jìn)行估算而優(yōu)化所述情況。為此目的,本發(fā)明尤其提供一種控制裝置,其與系統(tǒng)的電池的充電器相關(guān)聯(lián),所述充電器包括一方面用于與充電點(diǎn)相耦連并且另一方面至少通過線路與所述電池相耦連的輸入端子,所述充電點(diǎn)連接至提供主交流電壓差的總電網(wǎng)。所述控制裝置的特征在于其包括:-測(cè)量部件,用于與所述線路的至少其中之一相耦接,以便在由所述充電器和所述電池組成的組件分別具有不同的第一和第二電流消耗時(shí),測(cè)量涉及所述線路的至少一個(gè)電氣量值的至少第一值和第二值,以及-安置成用于強(qiáng)制所述組件執(zhí)行所述第一和第二電流消耗的處理部件,所述處理部件然后用于根據(jù)所述第一值和第二值以及所述第一和第二電流消耗,估算所述輸入端子和所述總電網(wǎng)之間存在的干擾阻抗和/或非線性干擾效應(yīng),并且用于根據(jù)估算到的所述干擾阻抗和/或所述非線性干擾效應(yīng)以及所述主交流電壓差確定所述電池的充電電流值。根據(jù)本發(fā)明的控制裝置可包括單獨(dú)采用或組合的其它特征,尤其是:-每個(gè)電氣量值可以至少在電壓差、電流和相移中選擇;■所述測(cè)量部件可用于與所述線路互相連接,以便在由所述充電器和所述電池組成的所述組件分別具有不同的第一和第二電流消耗時(shí),測(cè)量代表這些線路之間的電壓差的第一值和第二值;-所述處理部件可安置用于強(qiáng)制電池執(zhí)行可忽略的第一電流消耗,然后執(zhí)行不可忽略的第二電流消耗;■所述第一電流消耗基本上為零;-所述處理部件可安置用于確定允許最小化充電時(shí)間(在充電器的供電系統(tǒng)的良好的運(yùn)行條件下)的充電電流值;-所述處理部件可安置用于在電池充電期間調(diào)適所述充電電流值;-所述處理部件可安置用于至少在沒開始充電之前,強(qiáng)制由所述充電器和所述電池組成的所述組件執(zhí)行所述第一和第二電流消耗;-所述處理部件可安置用于當(dāng)估算到的所述干擾阻抗在預(yù)先限定的值的范圍之外時(shí),減小充電電流或制止充電,所述預(yù)先限定的值的范圍對(duì)應(yīng)于為所述充電器供電的電氣設(shè)備運(yùn)行的最低條件。本發(fā)明還提供一種用于系統(tǒng)的電池充電器,一方面,所述充電器包括用于與充電點(diǎn)相耦連并且至少通過線路與所述電池相耦連的輸入端子,所述充電點(diǎn)連接至提供主交流電壓差的總電網(wǎng),另一方面,所述充電器包括以上所述類型的控制裝置。本發(fā)明還提供一種包括可到充電點(diǎn)充電的至少一個(gè)電池的系統(tǒng),其包括以上所述類型的充電器。例如,這種系統(tǒng)可以裝配或構(gòu)成車輛,必要時(shí)是機(jī)動(dòng)車輛,必要時(shí)是混合動(dòng)力類型或純電動(dòng)類型的機(jī)動(dòng)車輛。附圖說明借助以下詳細(xì)的說明和附圖,本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將更加清楚,所附附圖中:-圖1示意性和功能性地示出包括充電器的車輛,所述充電器設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的實(shí)施例,并且通過連接線纜耦接至壁上的電流插座,所述電流插座構(gòu)成連接至總電網(wǎng)的充電點(diǎn),以及-圖2示意性和功能性地示出了根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的測(cè)量部件的實(shí)施例。附圖不僅可用于完整本發(fā)明,在適當(dāng)情況下,還有助于本發(fā)明的定義。具體實(shí)施方式本發(fā)明的目的是提供控制裝置D以及相關(guān)聯(lián)的充電器CH,二者用于裝配至包括至少一個(gè)可充電電池BA的系統(tǒng)V,所述系統(tǒng)用以允許在充電器CH上行存在干擾阻抗時(shí)為可充電電池BA進(jìn)行有效充電。在下文中,作為非限定性的例子,認(rèn)為系統(tǒng)V為機(jī)動(dòng)車輛。其為例如純電動(dòng)或混合動(dòng)力類型的汽車。但是,本發(fā)明不限于該類型的系統(tǒng)。本發(fā)明實(shí)際上涉及包括至少一個(gè)電池BA的任何類型的系統(tǒng),所述至少一個(gè)電池可在公共的(公共充電端子)或私人的(連接至電網(wǎng)RA的一部分的壁上的電流插座)充電點(diǎn)PC充電。同樣,本發(fā)明還涉及建筑、公共和工業(yè)設(shè)施、航空、消費(fèi)電子及鐵路領(lǐng)域。如示意性地示于圖1,系統(tǒng)V(此處為車輛)包括電池(可充電的)BA,一方面,所述電池耦接至車載電網(wǎng)(或板載網(wǎng)絡(luò))RB,另一方面,所述電池耦接至充電器CH,充電器CH自身通過連接線纜CC耦接至充電點(diǎn)PC。在非限定性地示于圖1的例子中,充電點(diǎn)PC為連接至總電網(wǎng)(或“區(qū)域電網(wǎng)”)RA的一部分的壁上的電流插座。但是,在一種變型中,充電點(diǎn)可為連接至總電網(wǎng)的一部分的公共充電端子。在下文中,作為非限定性的例子,考慮到總電網(wǎng)RA為單相型的。但是,其可為三相的。如圖所示,當(dāng)總電網(wǎng)RA為單相型時(shí),其包括中線LN和相線LP。將注意到,總電網(wǎng)RA還包括地線,為了不使圖1過于復(fù)雜,地線沒有被顯示出來。將注意到如果總電網(wǎng)RA為三相型的,其將包括三條相線??傠娋W(wǎng)RA還包括低電壓變壓器TB,在其端子之間供應(yīng)主交流電壓差V0,用于通過插座PC所連接的網(wǎng)絡(luò)的一部分及因此通過相線LP和中線LN為壁上的(電流)插座PC供電。重要的是,注意到本發(fā)明涉及由壁上插座PC所連接的網(wǎng)絡(luò)的一部分確保的任何類型的中性點(diǎn)分布,及尤其是TT(“地線-地線”),IT(“絕緣-地線”)或TN(“地線-中線”)類型及所有它們的變型。壁上插座PC包括具體為白色圓圈(cerclesblancs)的端子,所述端子分別連接至中線LN和相線LP(以及未示出的地線)。使用連接線纜CC以將車輛V的充電器CH耦接至壁上插座PC,所述連接線纜CC包括通過線路(或電纜)相互連接的兩個(gè)連接器CN1和CN2,用以耦接至到達(dá)壁上插座PC的中線LN和相線LP(以及未示出的地線)。此處第一連接器CN1被耦接至車輛V的充電器CH,而第二連接器CN2被耦接至壁上插座PC。將注意到在變型中,例如為了傳播各種信號(hào)的目的,連接器CN1和CN2可包括其它實(shí)現(xiàn)方式。充電器CH包括設(shè)有輸入端子的連接器,所述輸入端子具體為白色圓圈,此處輸入端子被連接至連接線纜CC的第一連接器CN1。充電器CH還包括第一線路L1和第二線路L2(或電纜),一方面,第一線路L1和第二線路L2被連接至輸入端子,以能夠被分別耦接至到達(dá)壁上插座PC的中線LN和相線LP,或相反地,另一方面,第一線路L1和第二線路L2被連接至管理部件MG,所述管理部件MG自身被耦接至電池BA(用以為其供電)。將注意到,為了簡(jiǎn)化圖1,沒有示出充電器CH的第三線路,第三線路用于耦接至壁上插座PC的地線。管理部件MG在這里指構(gòu)成充電器CH電路的用于將第一線路L1和第二線路L2之間的電壓差轉(zhuǎn)換成電池BA的充電電壓的任何電氣或電子配件。本發(fā)明提議使控制裝置D與充電器CH聯(lián)結(jié)。此處理解到“聯(lián)結(jié)”指控制裝置被耦接到充電器CH并且完全地(如非限定性地示于圖1)、部分地或完全不作為充電器CH的組成部分。如非限定性地示于圖1,根據(jù)本發(fā)明,控制裝置D至少包括測(cè)量部件MM和處理部件MT。測(cè)量部件MM用于與線路L1和L2的至少其中之一相耦接,用以當(dāng)由充電器CH和電池BA組成的組件被(處理部件MT)強(qiáng)制分別執(zhí)行不同的第一和第二電流消耗時(shí),測(cè)量涉及這些線路L1和L2的至少一個(gè)電氣量值的第一值V1和第二值V2??梢钥紤]多個(gè)物理量,尤其是第一線路L1和第二線路L2之間的電壓差、在充電器CH中流過的電流及相移。在圖1中所示的非限定性示例中,測(cè)量部件MM與第一線路L1和第二線路L2互相連接,用以測(cè)量表示第一線路L1和第二線路L2之間的電 壓差的第一值V1和第二值V2,分別對(duì)應(yīng)于由充電器CH(更確切地其管理部件MG)和電池BA組成的組件的不同的第一和第二電流消耗。因此,此處安裝的測(cè)量部件MM只執(zhí)行電壓(差)的測(cè)量。然而,這不是必須的。實(shí)際上,測(cè)量部件可用以執(zhí)行電流的測(cè)量和/或相移的測(cè)量,又或電壓(差)的測(cè)量和相移的測(cè)量(這種情況下,測(cè)量部件MM應(yīng)該被連接至第一線路L1和第二線路L2)。如非限定性地示于圖2,當(dāng)測(cè)量裝置MM被用于執(zhí)行電壓差的測(cè)量時(shí),測(cè)量裝置MM可包括:-模擬類型的除法部件MD,安置用于將在第一線路L1和第二線路L2之間測(cè)量到的每個(gè)電壓差值(V1或V2)除以選定常數(shù)(例如等于250),以便提供例如有效值在0V至1V的范圍中的第一模擬中間信號(hào);-模擬類型的整流部件MR,安置用于整流第一模擬中間信號(hào),以便提供只包括大于或等于零的值的第二模擬中間信號(hào);-模擬類型的濾波部件MF,安置用于對(duì)第二模擬中間信號(hào)施加低通濾波,以便提供第三模擬中間信號(hào),其接近于連續(xù)的并且其值大于或等于閾值,以及-模擬類型的轉(zhuǎn)換部件MC,安置用于轉(zhuǎn)換第三模擬中間信號(hào),以提供表示測(cè)量到的每個(gè)電壓差值(V1或V2)的數(shù)字輸出信號(hào)。應(yīng)當(dāng)理解,可考慮測(cè)量部件MM的其它實(shí)施方式,可以為純模擬類型的或者為模擬-數(shù)字類型。特別是對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,將選擇適用于前面所測(cè)量的每個(gè)電氣量值的測(cè)量部件。裝置D的處理部件MT尤其安置用于強(qiáng)制由充電器CH和電池BA組成的組件至少執(zhí)行第一和第二電流消耗。如示意性而非限定性地示于圖1,充電器CH的管理部件MG被耦接至處理部件MT,使得處理部件MT可以對(duì)管理部件MG施加其確定的充電強(qiáng)制。將理解到,實(shí)際上,施加至管理部件MG的充電強(qiáng)制將強(qiáng)制由充電器CH和電池BA組成的組件至少執(zhí)行第一和第二電流消耗。例如,處理部件MT可安置用于強(qiáng)制管理部件MG和電池BA執(zhí)行可忽略的(通?;旧蠟榱悖┑谝浑娏飨模@相當(dāng)于幾乎是無限大的負(fù)載電阻,然后執(zhí)行不可忽略的(雖然不是很高)第二電流消耗,這相當(dāng)于相 對(duì)較小的負(fù)載電阻。將注意到,為此目的,處理部件MT可安置用于強(qiáng)制電池BA漸漸增加其電流消耗(使其從零值(或幾乎零)開始呈斜坡增長(zhǎng))。在該情況下,根據(jù)所用斜坡的特征,測(cè)量部件MM測(cè)量在預(yù)先限定的時(shí)間段內(nèi)移動(dòng)的時(shí)刻選定的每個(gè)電氣量值的至少第一值V1和第二值V2。在變型中,尤其為了提高管理部件MG的運(yùn)行優(yōu)化的精確度,可執(zhí)行大于兩次測(cè)量。處理部件MT同樣可以安置用以在當(dāng)處理部件MT接收到測(cè)量部件MM的第一值V1和第二值V2(此處為電壓差)時(shí),根據(jù)這些第一值V1和第二值V2以及第一和第二電流消耗(生效于對(duì)值進(jìn)行的兩次測(cè)量時(shí))估算充電器CH的輸入端子和總電網(wǎng)RA(更確切地,供電給連接的壁上插座PC的低電壓變壓器TB)之間存在的(總體)干擾阻抗Zp和/或非線性干擾效應(yīng)。此處理解“非線性干擾效應(yīng)”為測(cè)量的電氣量值所具有的任何不希望得到的非線性變化。通過舉例而非限定性地,其涉及根據(jù)在正半周期或負(fù)半周期期間執(zhí)行的測(cè)量而變化的特性(其可尤其導(dǎo)致二極管損壞或錯(cuò)誤接觸(例如由局部碳粉(charbonnage)造成))。接下來,只考慮估算(總體)干擾阻抗Zp的情況。但是,將理解到,本發(fā)明還允許估算總體干擾阻抗和非線性干擾效應(yīng)或者僅估算非線性干擾效應(yīng)。前述的估算可通過例如以下指明的方式進(jìn)行??紤]到將管理部件MG串聯(lián)裝配在流過未知值的交流電流I的電路中,并且還具有串聯(lián)裝配的(總體)干擾阻抗Zp。將理解到(等效的)電路于此處由低壓變壓器TB、中線LN和相線LP、存在于網(wǎng)絡(luò)(如互連件和防止過載的保護(hù)設(shè)備)中的各種設(shè)備、壁上插座PC、連接線纜CC以及充電器CH的第一線路L1和第二線路L2構(gòu)成。如果考慮到施加于電池BA的第一電流消耗基本上是零,那么電池BA的第一充電阻抗值Zch1就是幾乎無限大的,因此第一值V1基本上等于中線LN和相線LP之間的主電壓差V0。如果考慮到施加于電池BA的第二電流消耗是不可忽略的,那么電池BA的第二充電阻抗值Zch2是相對(duì)較小(并且已知)的,因此由第一公式 I=V0/(Zp+Zch2)得到交流電流,所述交流電流還由第二公式I=(V0-V2)/Zp得到。而且考慮到,在第一值V1和第二值V2兩個(gè)測(cè)量值之間,主電壓差V0是已知并且不變的。因此,如果在第二公式中用V1代替V0,得到第三公式Zp=(V1-V2)/I,接下來,如果用第一公式中給出的交流電流I的定義代替該第三公式中的交流電流I,則得到第四公式Zp=Zch2*((V1-V2)/V2)。將注意到,可考慮使用其它對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是已知的(總體)根據(jù)第一值V1和第二值V2的測(cè)量值估算干擾阻抗Zp的方法。另外,這些方法中的某些以及上面描述的方法可不使用基本為零的第一電流消耗。這實(shí)際上簡(jiǎn)化了計(jì)算,但是,重要的是第一和第二電流消耗應(yīng)該充分地彼此不相同,以不會(huì)近似于測(cè)量誤差。最后,處理部件MT還安置用以根據(jù)估算到的干擾阻抗Zp和主交流電壓差V0(已知的并且由總電網(wǎng)RA將其提供給相關(guān)壁上插頭PC的低壓變壓器TB的端子)來確定電池BA的充電電流值,優(yōu)選為最大充電電流值。需要提醒的是可以根據(jù)電池BA正在充電的狀態(tài)和正在充電的容量確定電池BA的充電參數(shù),尤其是充電時(shí)間和充電電流(通常為最大的(或最佳的)),這尤其可以依據(jù)電池BA的運(yùn)行溫度、電池BA中流過的電流、電池BA端子的電壓差、以及電池BA的特征進(jìn)行估算。優(yōu)選地,處理部件MT安置用以確定用于允許電池BA的最小化充電時(shí)間的充電電流值(優(yōu)選地為最大的(或最佳的))。將注意到,必要時(shí)處理部件MT可安置用以,在電池BA的充電期間,根據(jù)估算到的干擾阻抗Zp和主交流電壓差V0,對(duì)初始確定的充電電流值進(jìn)行一次或多次調(diào)適。還將注意到,處理部件MT可安置用以在充電開始時(shí)強(qiáng)制管理部件MG和電池BA執(zhí)行第一和第二電流消耗。但是,這不是必須的。實(shí)際上,這些處理部件MT可構(gòu)造用以在充電階段的至少一個(gè)中間時(shí)刻、又或在充電沒開始之前以及在充電階段的一個(gè)或多個(gè)中間時(shí)刻施加這些強(qiáng)制。還將注意到,處理部件MT可安置用以在確定為電池BA充電的電流值之前,估算(總體)干擾阻抗Zp的平均值。為達(dá)到此目的,需要強(qiáng)制測(cè) 量部件MM執(zhí)行第一值V1和第二值V2(此處為電壓差)的至少兩組測(cè)量。還將注意到,處理部件MT可安置用以確定相對(duì)于三相電路的充電電流。在該情況下,例如可依據(jù)在中線和三個(gè)相線的其中一個(gè)或多個(gè)之間的電氣量值的測(cè)量值執(zhí)行計(jì)算。還將注意到,處理部件MT可安置用以,當(dāng)其檢測(cè)出估算到的干擾阻抗Zp在預(yù)先限定值的范圍之外,因此在(推斷在充電器CH的上行)充電電路中存在至少一個(gè)錯(cuò)誤時(shí),基本上減小充電電流的最大值,甚至制止充電。還將注意到,可將處理部件MT安裝在充電器CH中,如示意性而非限定性地示于圖1中。但是這不是必須的。實(shí)際上,可將處理部件MT安裝在車輛V的其它設(shè)備或元件中,尤其在計(jì)算器中。因此,處理部件MT可安置為軟件模塊和電路的組合(還可構(gòu)成可編程邏輯電路,例如FPGA("FieldProgrammableArray",現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)或ASIC("Application-SpecificIntegratedCircuit",特定應(yīng)用集成電路))的形式,又或安置為電路的形式,再或安置為軟件模塊的形式(例如安裝在車輛V的算器中)。本發(fā)明不限于以上僅以舉例的方式所述的控制裝置、充電器及系統(tǒng)的實(shí)施方式,而是包含了本領(lǐng)域的技術(shù)人員可能考慮到的在下面的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有變型。
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