用于电动车辆的充电控制系统的制作方法

本公开涉及一种用于电动车辆的充电控制系统，其使用具有多个匝数比的多重变压器能够实现正常电力、主电池和辅助电池之中的各种充电计划。

背景技术：

包括混合动力车辆的电动车辆可以配备有两个电池，即向车辆供电的主电池和已经在汽油车辆中使用的辅助类型电池。通常，主电池产生高电压，而辅助电池产生低电压。

在相关技术的环保车辆的电池系统中，主电池由bms(电池管理系统)控制和管理，并且以与汽油车辆中管理的同样方式来管理辅助电池。进一步，相关技术的环保车辆的辅助电池由主电池充电。

也就是说，在相关技术的电动车辆的电池系统中，主电池和辅助电池被分别控制，但是燃料效率低。进一步，辅助电池被充电或通过车辆中的电气负载的快速增加而放电均不考虑辅助电池的状态，从而辅助电池可能被过度充电或过度放电。

因此，题为“chargingcontrollingmethodforplug-inhybridelectricvehicleandelectricvehicle”的韩国专利申请公开no.2014-0078174已经尝试通过提出有效充电的各种方法来尝试解决这些问题，该方法通过改进汽车控制系统的操作来实现有效充电。

然而，即使用这样的方式，主电池和辅助电池仍然被分别控制，这在控制和管理方面效率不高，并且仍然存在低燃料效率的问题。

前述内容仅旨在帮助理解本公开的背景，并且不旨在表示本公开落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。

技术实现要素：

因此，考虑到相关技术中出现的上述问题而创作本公开，并且本公开旨在提出一种用于电动车辆的充电控制系统，其允许使用具有多个匝数比的多重变压器而集成慢充电器和低电压变压器，因此可以通过甚至简单的控制来实现各种充电控制计划。

为了实现上述目标，根据本公开的一个方面，提供一种用于电动车辆的充电控制系统，其包括：主电池，提供用于驱动电动车辆的电力；辅助电池，向电动车辆的电气负载供电；多重转换器，连接外部电源、主电池和辅助电池，并当其中的开关接通时，输出用于对主电池和辅助电池充电的电压；和控制器，根据主电池和辅助电池的充电状态控制多重转换器中的开关的接通/断开，使得主电池或辅助电池被充电。

系统进一步包括：功率因数校正器，连接在外部电源和多重转换器之间，并且提高外部电力的功率因数。

系统进一步包括：第一转换器，连接在多重转换器的用于主电池的输出端和主电池之间，以实现双向转换；和第二转换器，连接在多重转换器的用于辅助电池的输出端和辅助电池之间，以实现双向转换。

控制器可以控制多重转换器中的用于外部电力、主电池和辅助电池的转换器的接通/断开，并且可以根据主电池和辅助电池的充电状态，控制第一转换器和第二转换器的接通/断开并控制第一转换器和第二转换器的降压/升压模式。

当主电池和辅助电池都需要充电时，控制器可以接通多重转换器中的用于外部电力、主电池和辅助电池的转换器，并且可以以升压模式接通第一转换器和第二转换器。

当主电池需要充电时，控制器可以接通多重转换器中的用于外部电力、主电池和辅助电池的转换器，可以以升压模式接通第一转换器，并且可以断开第二转换器。

当没有从外部电源供电时，控制器可以断开多重转换器中的用于外部电力的转换器。

当主电池未完全放电时，控制器可以以所述降压模式接通第一转换器并以所述升压模式接通第二转换器。

当主电池需要充电时，控制器可以以所述升压模式接通第一转换器并且以所述降压模式接通第二转换器。

控制器可以基于主电池和辅助电池的soc来确定主电池和辅助电池的充电状态。

多重转换器可以包括将外部电源的电压转换为用于对主电池和辅助电池充电的电压的多重变压器。

多重变压器的线圈绕组系数满足下面的表达式

n>m>k

其中，n是初级侧的线圈绕组系数，m是主电池处的线圈绕组系数，k是辅助电池的线圈绕组系数。

本公开可以提供以下效果。

首先，可以通过具有多个匝数比的多重变压器来集成慢充电器和低电压变压器，因此降低了制造成本并简化了电路，并且因此降低了功率损失。

第二，通过仅控制操作模式和转换器的接通/断开，可以根据主电池和辅助电池的充电状态实现各种充电计划。

第三，当难以对主电池充电，但主电池完全放电时，可以使用辅助电池临时对主电池充电，从而增强了电动车辆的紧急驱动功能。

附图说明

从下面结合附图的详细描述中将更清楚地理解本公开的上述和其它目的、特征和其它优点，附图中：

图1是示出根据本公开的实施方式的用于电动车辆的充电控制系统的配置的示图。

图2是示出根据本公开的实施方式的用于电动车辆的充电控制系统的配置的示图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施方式。

如图1所示，根据本公开的实施方式的用于电动车辆的充电控制系统可以包括：主电池10，提供电力以用于驱动电动车辆；辅助电池20，向电动车辆的电气负载供电；多重转换器30，连接外部电源、主电池10和辅助电池20，并且当其中的开关接通时输出用于对主电池10和辅助电池20充电的电压；以及控制器40，根据主电池10和辅助电池20的充电状态控制多重转换器30中的开关的接通/断开，使得主电池10或辅助电池20能够被充电。

多重转换器(multi-converter)30是可以输出具有多种电平的电压并且以各种类型提供的装置。在各种类型的转换器中，本公开中提出的多重转换器30可以使用将外部电源的电压转换为用于对主电池10和辅助电池20充电的电压的多重变压器80(multi-transformer)。进一步，在本公开中提出的多重转换器30可以输出一个电压，而不是具有多个电平的多个电压。因此，如果需要，多重转换器30可以用作普通单一型转换器。

转换器将输入电压改变为具有不同大小的输出电压，因此转换器的转换效率非常重要。然而，将dc电压转换为具有不同大小的dc电压的效率不高。因此，在通过将dc电压转换为ac电压；使用变压器将ac电压转换为具有不同大小的ac电压；然后将ac电压转换为dc电压的情况下，效率显著提高，即使转换过程可能更加复杂。因此，本公开可以提出包括多重变压器80的多重转换器30，以提高转换效率。多重变压器80是通过将期望数量的线圈附接到次级侧而使用户能够从其获得具有各种大小的电压的变压器，但是在本公开中仅需要用于对主电池10和辅助电池20充电的充电电压，因此本公开可以提出在次级侧具有两个线圈的这种类型的变压器，其可以在图1中示出。

如果线圈设置在多重变压器80的次级侧，则可以从线圈绕组系数的比率来确定每个变压器的输出端子处的输出电压。变压器的输出电压可以是用于对本发明中的主电池10和辅助电池20充电的电压，因此主电池10处的电压可以高于辅助电池20处的电压。因此，多重变压器80的线圈绕组系数可以满足以下表达式。

n>m>k

其中，n是初级侧的线圈绕组系数，m是主电池10处的线圈绕组系数，k是辅助电池20处的线圈绕组系数。

如果多重变压器80可以满足上述表达式，则可能需要能够将dc电压转换成ac电压的转换器，如上所述。因此，多重转换器30可以设置有用于为外部电源、主电池10和辅助电池20都进行电压转换的转换器。进一步，虽然将在下面描述，但是该转换器用作用于对主电池10和辅助电池20进行各种充电计划的开关。因此，通过使用具有上述配置的多重转换器，可以根据各种充电状态灵活地对外部电源、主电池10和辅助电池20进行充电控制。

如图1所示，根据本公开的用于电动车辆的充电控制系统可以包括功率因数校正器50，其连接在外部电源和多重转换器30之间，并且因此可以提高外部电力的功率因数。通常，电动车辆中使用的外部电力可以是220v或110v的ac电力。因此，可以提供改善功率因数的功率因数校正器50，以使由ac电力的特性导致的无功功率最小化。

功率因数校正器50通常在后端配备有dc/dc转换器，以将由功率因数校正器50转换的dc电压转换为dc电压。根据本公开，功率因数校正器50和多重转换器30可以连接，因此可以不需要特定的dc/dc转换器，并且可以使用多重转换器30中的用于外部电源的转换器。因此，根据本公开，可以去除功率因数校正器50中的dc/dc转换器，因此可以实现减小装置的尺寸和制造成本并进一步提高效率的效果。

进一步，如图1所示，用于电动车辆的充电控制系统可以包括：第一转换器60，连接在多重转换器30的用于主电池10的输出端和主电池10之间，以实现双向转换；和第二转换器70，连接在多重转换器30的用于辅助电池20的输出端和辅助电池20之间，以实现双向转换。提供第一转换器60和第二转换器70以根据主电池10和辅助电池20的状态处理各种类型的充电计划，并且第一转换器60和第二转换器70都可以以双向模式操作，即，降压和升压模式。也就是说，可以以降压模式和升压模式两者操作的转换器用于以各种方式控制主电池10和多重转换器30之间以及辅助电池20和多重转换器30之间的电流流动。

如果提供了多重转换器30、第一转换器60和第二转换器70中的全部，则可能需要用于控制接通/断开转换器和降压/升压模式的控制器40。这是因为电动车辆的充电计划取决于控制器40如何接通/断开转换器或者在降压/升压模式下如何控制它们。因此，如图1所示，本公开的控制器40不仅可以控制第一转换器60和第二转换器70以及降压/升压模式的接通/断开，而且可以控制接通/断开多重转换器30中的用于外部电源、主电池10和辅助电池20的转换器。

如上所述，控制器40控制转换器的方式取决于主电池10和辅助电池20的充电状态。可能难以确定主电池10和辅助电池20的充电状态，因此本公开提供了感测主电池10和辅助电池20的soc(充电状态)的方法作为确定充电状态的方式。soc是用于确定电池的充电状态的参考，并且高soc意味着电池处于接近满充电状态的状态。通常，20～80％的soc意味着正常状态，20％以下的soc意味着放电状态，并且80％以上的soc意味着满充电状态。然而，这些参考可以根据电池的状态或设计而改变。

如上所述，用于电动车辆的充电控制方法不仅可以根据电池的充电状态改变，而且可以根据是否可以通过外部电源向车辆供电来改变。因此，下面描述控制器40考虑每种情况的充电方法。

第一种情况是当通过外部电源向电动车辆供电时，其中主电池10和辅助电池20都需要充电。在这种情况下，根据本公开的实施方式的控制器40可以接通多重转换器30中的用于外部电力、主电池10和辅助电池20的转换器，并且可以以所述升压模式接通第一转换器60和第二转换器70。这是因为在这种情况下，优选的控制是使用来自外部电源的电力对主电池10和辅助电池20充电。

也就是说，用于外部电力的转换器被接通以将来自外部电源的电力输入到多重转换器30，并且主电池10和辅助电池20都需要充电，因此用于主电池10和辅助电池20的转换器都接通。进一步，由于需要对主电池10和辅助电池20都充电，连接到主电池10的第一转换器60和连接到辅助电池20的第二转换器70都被接通并且在升压模式操作，使得可以将由多重转换器转换的电力供应给主电池10和辅助电池20。

第二种情况是当通过外部电源向电动车辆供电时，其中仅需要对主电池10充电。在这种情况下，根据本公开的实施方式的控制器40可以接通多重转换器30中的用于外部电力、主电池10和辅助电池20的转换器，可以以所述升压模式接通第一转换器60，并且可以断开第二转换器70。其原因是当辅助电池20不需要被充电时，不需要向辅助电池20供电。

也就是说，由于即使在这种情况下通过外部电源供电，多重转换器30中的用于外部电力的转换器被接通，并且用于主电池10和辅助电池20的转换器也被接通以使用电力。然而，由于在这种情况下仅需要通过外部电源对主电池10充电，连接到主电池10的第一转换器60可以以所述升压模式接通，而连接到辅助电池20的第二转换器70可以被断开以防止不必要的电力供应。因此，可以停止对辅助电池20的电力供应，并且可以向主电池10提供更多的电力，从而可以提高主电池10的充电效率。

第三种情况是当没有从外部电源供电时，其中主电池10和辅助电池20都处于正常充电状态。电动车辆可以在大多数时间处于这种状态，除非存在需要另一状态的特定情形。在这种情况下，根据本公开的实施方式的控制器40可以断开多重转换器30中的用于外部电力的转换器，可以接通用于主电池10和辅助电池20的转换器，并且可以以所述降压模式接通第一转换器60和以所述升压模式接通第二转换器70。除非有某些特定情况需要，否则多重转换器30中的用于主电池10和辅助电池20的转换器可以总是接通。这是因为，在普通的汽车电池系统中的辅助电池20允许车辆的起动，因此当主电池10接通时，主电池10持续向辅助电池20供电以防止辅助电池20完全放电。

也就是说，在这种情况下，当主电池10未完全放电时，这种特定情况下，可以接通多重转换器30的用于主电池10和辅助电池20的转换器，使得主电池10持续对辅助电池20供电以防止辅助电池20完全放电。然而，在这种情况下可以不从外部电源供应电力，因此可以不需要接通用于外部电力的转换器。因此，可以通过断开用于外部电源的转换器来防止用于多重转换器30中的用于外部电力的转换器的电力消耗，从而可以提高用于电动车辆的充电系统的效率。进一步，在这种情况下，形成从主电池10到辅助电池20的充电路径，因此连接到主电池10的第一转换器60可以以所述降压模式接通，并且连接到辅助电池20的第二转换器70可以以所述升压模式接通。

最后，第四种情况是当没有从外部电源供电并且主电池10需要充电时。如果电动车辆当前正在行驶，则这种情况可以被认为是紧急情况，因为如果主电池10完全放电则电动车辆不能行驶。因此，本公开提出了一种在该紧急情况下可以使用辅助电池20临时对主电池10充电的方法。

在这种情况下，由于不从外部电源供电，所以多重转换器30的用于外部电力的转换器可以被断开，并且用于主电池10和辅助电池20的转换器可以都接通以提高多重转换器30的效率。进一步，连接到主电池10的第一转换器60可以以所述升压模式接通，并且连接到辅助电池20的第二转换器70可以以所述降压模式接通。因此，辅助电池20的电力可以被提供给主电池10，因此即使主电池10被完全放电，其也可以由辅助电池20临时充电。

通常，辅助电池20的电力不同于主电池10的电力，因此可能需要适当的电力转换以使用辅助电池20对主电池10充电，并且如上所述，可以通过多重转换器30中的多重变压器80实现，并且详细的控制方法可以是调整多重变压器在主电池10处的线圈绕组系数和在辅助电池20处的线圈绕组系数。

图2示出了用于实现本公开的详细电路。与图1不同，图2详细示出了多重转换器30、功率因数校正器50、第一转换器60和第二转换器70中的电路配置。图2示出的电路可以是具有igbt(绝缘栅双极晶体管)的开关装置的电路，作为用于实现本公开的示例，但是本公开不限于此。任何类型的电路都是可用的，只要可以响应来自控制器40的信号来控制接通/断开每个装置，因此除了igbt开关装置之外，可以使用各种器件如mos、bjt和二极管。

因此，即使主电池10完全放电，主电池10也可以通过上述控制由辅助电池20临时充电。如上所述，能够确保足够的电力以将电动车辆驾驶到能够对主电池10充电的充电站，并且因此能够提高电动车辆的紧急驱动功能。

虽然参考附图中所示的具体实施方式描述了本公开，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下，本公开可以以各种方式改变和修改，在下面的权利要求中描述。