专利名称：用于对机动车电池进行再充电的设备及用于管理该设备的方法
技术领域：
本发明涉及从三相网络的输出为高压电池快速充电的快速充电设备领域，并且特别涉及用于机动车电池的快速再充电设备。在这样的再充电系统中，电力通过两个转换器从电网连续地引到电池:降压(电压下降)转换器和升压(电压上升)转换器。这两个转换器分别用来通过以一频率连续地断开和闭合一系列开关，降低和升高它们输出端子和它们输入端子之间的电压比，所述频率可以根据期望输出电流和/或输出电压控制。
背景技术：
这样的再充电系统例如在专利申请FR2943188中进行了描述，专利申请FR2943188涉及用于机动车的车载再充电系统，其使得从三相电路对车辆的电池进行再充电成为可能，该再充电电路结合了还可以确保诸如电流生成或者车辆推进之类的其他功能的电机的绕组。从电网汲取的电流的斩波引起所取得的电流的高频分量，也就是说量级比配电网的惯常为50Hz的基波大的谐波。由于配电器对所取到的电流的谐波施加标准，所以这样的再充电系统还包括在降压级输入处的RLC (电阻-电感-电容)型的滤波器。此滤波器在从电网取得的电压和电流之间引起相移。此相移暗示了经过电网的无功功率，但是其不被用户获得并且还应当被最小化。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于调节这样的再充电设备的降压级和升压级的设备，其使得尽管在该设备的输入端子处存在RLC滤波器也能够在从电网取得的电压和电流之间保持减小的相移。本发明的另一目的是提出一种用于机动车的车载再充电设备，其适合于能够连接到外部三相网络，并且在其电路中结合了该车辆的电机的绕组。为此，用于电池、特别用于机动车电池的快速再充电设备包括:电阻-电感-电容型的滤波级，其意图连接到三相网络；降压级；以及升压级，其意图连接到电池；以及置于降压级和升压级之间的感应绕组。该设备还包括调节单元，其能够向降压级以及向升压级施加斩波占空比。调节单元包括用于由滤波级引起的从三相网络每个相取得的电流和电压之间的相移的补偿装置，以及还包括用于把经过绕组的电流幅值维持为高于非零预定义阈值的装置。有利地，调节单元还包括用于把进入电池的电流从动(slave)至电池电流设定点值的装置。优选地，该设备包括用于测量通过三相网络的相进入该设备的电流强度的装置；用于测量经过该绕组的电流的强度的装置，并且调节单元包括使用测量强度值来传递用作降压级斩波占空比设定点的三个值的至少两个调节回路。调节单元可以包括第三调节回路，其传递用作升压级斩波占空比设定点的值。依据优选实施例，调节单元包括用于确定该设备至三相网络的连接点处的三个正弦输入电压的装置，并且至少一个第一调节回路涉及该设备的输入电压的脉动。有利地，第一调节回路被配置为把作为输入电流强度的值的线性组合而获得的分量从动至0，该线性组合的系数是COt的三角函数，其中CO是该设备的输入电压的脉动，以及t是时间的测量值。优选地，调节单元包括算子，其能够执行从调节回路中的两个调节回路导出的两个值的三个线性组合，这三个线性组合中的每一个组合的系数都是cot的三角函数。调节单元例如能够被配置为,通过在相对于初始参考系以角旋转速度旋转的参考系下，计算一个、两个或三个进入电流强度分量，对具有该设备的输入电流作为分量的向量执行第一参考系变换，角旋转速度Ca对应于该系统连接到三相网络的连接点处电压的脉动to。调节单元还可以被配置为然后使用在新基下计算的分量之一与设定点值的偏差，作为分别传递两个变量的所述两个调节回路之一的输入值，所述两个变量然后被调节单元用来通过另一个旋转参考系的变换计算三个降压级斩波占空比设定点值。该设备可以包括用于测量经过电机的电流的强度的装置。调节单元于是可以被配置为通过为每个值计算其与0的偏差或者其与设定点值的偏离，分别比较在新基下的变量之一和经过电机的电流强度，或者在该新基下计算的分量中的两个，然后使用作为分别传递两个电流强度设定点值的两个PID调节器的输入而获得的这两个偏差。设定点值可以是常数函数，或者可以是根据电池的能量需求生成的设定点函数。调节单元可以包括算子，其能够向由两个PID调节器传递的两个电流强度设定点值Ifd和Ifq定义的向量(ifd，ifq，o)，应用是第一参考系变换的逆的参考系变换矩阵。它可以包括这样的算子，所述算子能够将根据第二参考系变换获得的三个强度除以经过电感绕组的测量强度；以及一个或多个操纵器模块，所述操纵器模块能够使用这三个结果以作为降压级斩波占空比设定点值。调节单元例如可以被配置为在新的参考系下把进入的电流强度分量之一从动至零，以及同时把所述分量中的另一个从动至参考设定点值，以便计算三个降压级斩波占空比设定点。它于是可以包括并联的调节回路，所述调节回路能够传递升压级斩波占空比设定点值，该回路具有第二设定点与经过电感绕组机器的测量电流之间的偏差作为输入值。根据另一实施例，调节单元可以包括第一调节回路，其能够在新的参考系下把进入的电流强度分量之一从动至0;以及第二调节回路，其能够把经过电感绕组的测量电流从动至设定点值，以便计算三个降压级斩波占空比设定点。它于是可以包括并联的调节回路，该调节回路能够根据在电池的端子处测得的电流、根据电池电力供给电流设定点、以及根据经过电感绕组的测量电流，传递升压级斩波占空比设定点值。根据另一方法，一种根据三相电流调节用于电池的快速充电装置的方法，包括步骤:控制降压级的斩波占空比，在其期间，通过组合两个调节回路的结果，补偿由电阻-电容-电感型滤波级引起的所述设备的输入电流强度和所述设备的输入电压之间的相移。根据本发明的优选实现方式，对所述设备的输入电压进行滤波以便能够通过在具有脉冲6 的平面上旋转的向量的三个分量对它们进行建模，然后应用调节回路以消除向量.Je在此平面上的与输入电压的经建模向量成直角的分量，向量具有该设备的三
个测量输入强度作为分量。在这样的方法中，在该设备输入端处测得的三个电流的线性组合被从动至0，所述线性组合的系数是的三角函数，其中，CO是该设备的输入电压的脉动频率，以及t是时间的测量值。
在阅读了作为非限制性示例给出的本发明的实施例的详细描述并且根据所附的附图，本发明的其他目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中:-图1图不了根据本发明的再充电设备，-图2a和2b图示了根据本发明的再充电设备的两个调节子组件，-图3a和3b图示了根据本发明的另一实施例的再充电设备的两个其他调节子组件。
具体实施方式
如图1中所图示的，用于对电池13进行再充电的设备包括使该设备I能够链接到三相网络的三个端子B1、B2、B3。这三个端子B1、B2、B3分别链接到降压级3的三个输入端子D1^ D2, D3，每次都通过一个滤波支路，该滤波支路包括两个并联支路，一个具有值为L2的电感器，而另一个具有值为Li的电感器和值为R的电阻器。降压级的每个输入端子DpD2、D3还通过电容为C的电容器链接到地。多个值为R的电阻器、值为Li或L2的电感器和值为C的所有这三个电容器一起，构成了降压级3的输入端处的RLC型滤波器。降压级3包括三个并联支路6、7和8，每一个都具有受调节单元15控制的两个开关。降压级的每个输入端子队、D2或D3分别通过支路Fp F2, F3连接到位于同一支路(分别为6、7和8)的两个开关之间的连接点。降压级3还包括具有只在一个方向上导通并且与支路6、7和8并联连接的二极管9的支路。支路6、7和8以及具有二极管9的支路的公共端构成了降压级3的两个输出端子。这些端子中的、在支路9的二极管的导通方向上位于该二极管上游的一个端子连接到电池13的端子和升压级4的第一输入端子10。这些端子中的、在支路9的二极管的导通方向上位于该二极管的下游的另一端子连接到电机5的第一端子，电机5的另一端子连接到升压级4的第二输入端子。前述段落的描述对应于降压级的第一简化实施例。在此实施例中，降压级的这三个支路以同一方式受到控制。可以构想其他实施例，诸如像专利申请FR2943188中所描述的实施例。包括二极管9的支路是可选的，并且去除它将不存在偏差。
升压级4包括两个开关，这两个开关能够受调节单元15的控制并且位于链接其第一输入端子10和电池的“ + ”端子的支路上。升压级4的第二输入端子11连接在这两个开关之间，电机5连接到该第二输入端子11。可以链接到与电感Ld的绕组串联布置的值为Rd的电阻器的电机5，连接在降压级3的输出端子(置于二极管9的下游)和升压级4的第二输出端子之间。如果用无电阻电感绕组代替电机5，或者如果把另外的感应绕组与电机5串联连接，不会偏离本发明的框架。电容器12连接到电池13的端子以便在电池13的端子处维持相对稳定的电压，以及也连接到电池充电监测模块19，能够传递设定点值IbaJrf,设定点值IbattMf根据电池充电水平，导致最佳电流强度通过电池的“ + ”端子进入。充电监测模块19把设定点值IbattMf经由专门连接传送到调节单元15。在别处结合在或者不结合在模块19中的测量装置把值Ibatt和值Vbatt传送给调节单元15，Ibatt反映实际进入到电池中的测量电流强度，Vbatt反映电池13的端子和“ + ”端子之间的电压。其他电流强度测量模块使得能够测量并向调节单元15传送:流过电机5的电流的值Id，经由三相电路的端子BpB2和B3进入滤波器2中的电流强度的值Ie1Ue2和Ie3。归一化模块14连接到充电设备I的连接端子BpB2和B3,并且向调节单元15传送:与经滤波的正弦电压值相对应的三个值Ve1、Ve2^Ve3,以及限定端子B1'B2、B3相对于它们的物理位置
a、b、c编号的次序的三元组(c, a, b)。根据由调节单元15的控制模块17生成的as=Ibatt/Id来限定的设定点as、根据已知方法，来实施对升压级4的控制。根据由三元组(ai,a2,a3)=If/Id=(Ifi/Id, If2/Id, If3/Id)限定的并且由调节单元15的控制模块16生成的斩波占空比，来实施对降压级3的控制。为此，调节单元15包括两个控制模块(未示出)，首先，能够施加降压级3的每一个开关的断开和闭合的时间模式(temporal pattern)以便获得斩波占空比a” a2和a3,以及其次能够对升压级4的每一个开关施加断开和闭合的时间模式以便获得占空比as。开关优选是允许进行快速开关的晶体管，例如IGBI (Insulated Gate BipolarTransistor,绝缘栅双极型晶体管)型晶体管。调节单元15还包括参考指导模块18，其能够向控制模块16和/或17传递降压级3的输入端子(IetTf)处或者输出端子(IcTf)处的期望电流设定点值。调节单元15在输入端子接收:该设备输入端子处的电压的经滤波值Vel、Ve2、Ve3，端子的编号次序(c，b，a)，在因而被编号为B2, B3的输入端子处的测量电流值le1、Ie2,Ie3，流过电机5的测量电流值Id，到达电池13 “ + ”端子处的电流值Ibatt,由充电监测模块19传递的设定点值IbattMf。这些值中的一些值被参考指导模块18用来生成中间强度设定点。参考指导模块显然使用到达电池的电流的设定点值IbattMf、该设备输入端子处的电压信号的振幅Vm、电池13端子处的电压Vbatt、和到达电池13 “ + ”端子的电压Ibatt。由指导模块18生成的电流强度设定点被传送到控制模块16，控制模块16使用它以及进入三相网络端子处的电流的值le1、le2、le3，借助于双调节回路生成三个斩波占空比值&1、&2、&3，这使得能够控制降压级3的开关的断开和闭合周期。
控制模块17根据进入电池的电流的强度设定点Ibat广f，或者根据由参考指导模块18生成的电流设定点，使调节回路运行，该调节回路传递表示升压级4的斩波占空比的控制值as。作为指示，充电设备I的电气元件的特征值处于下列值范围内:-滤波器2的电容器C表示几百UF，例如每个在100到500 U P之间，-布置在电池13端子处以便使其端子处的电压稳定的电容器12具有mF的量级，例如在I到IOmF之间，-滤波电路2的值为R的电阻器具有ohm的量级，例如I到IOohm之间，-电机Me的转子的电 阻Rd具有几十的量级，例如0.01Q到0.1 Q之间。-分别与滤波器2的电感器和电机5的绕组对应的电感器LpLyLd具有几十UH的量级的值，例如10到100 u H之间的值。现在在下面描述，使得能够到达本发明提出的为了调节单元15的模块16、17和18的操作而要应用的调节模式的原因的主线。每次该设备通过归一化模块14连接到三相网络时，定义端子B2, B3编号的次序。归一化模块14接收该设备每个输入端子和与三相网络中性相位对应的相位之间的三个电压VEa、VEb、VE。以作为输入。归一化模块14于是根据已知技术，例如根据“锁相环”或“PLL”型的技术，实施对输入信号中的每一个的滤波，以便获得具有与测量信号的主谐波相同频率的正弦信号。归一化模块于是确定这三个信号应当被编号的次序，以便具有采用形式Vmsin(cot)的第一信号、等于移相了 -2 /3的信号Vei的第二信号Ve2、和等于移相了+2 /3的信号Vei的信号Ve3。归一化模块14于是向调节单元15发送电流特性，使得调节单元15能够重构电压
向量
权利要求
1.种用于电池(13)特别地用于机动车电池的快速充电设备(1)，包括:电阻-电感-电容型的滤波级(2)，其意图连接到三相网络；降压级(3);和升压级(4)，其意图连接到电池(13);以及置于所述降压级(3)和升压级(4)之间的感应绕组(Ld);所述设备(I)还包括调节单元(15),其能够向降压级(3)和向升压级(4)施加斩波占空比(ai, a2, a3, as),其特征在于，所述调节单元(15)包括用于补偿由滤波级(12)引起的从所述三相网络的每个相(B1, B2, B3)取得的电流(Ie1, Ie2, Ie3)和电压(Ve1, Ve2, Ve3)之间的相移的装置(16)，以及还包括用于把经过所述绕组(Ld)的电流幅值维持为高于非零预定义阈值的装置(16，17)。
2.权利要求1所述的快速充电设备，其中所述调节单元(15)还包括把进入电池(13)中的电流(Ibatt)从动至设定点电流值(IbaJrf)的装置(16，17)。
3.权利要求1或2所述的快速充电设备，包括用于测量经由所述三相网络的相(B1, B2, B3)进入所述设备的电流的强度(Ie1, Ie2，Ie3)的装置，用于测量经过所述绕组(Ld)的电流(Id)的强度的装置，并且其中，调节单元(15)包括至少两个调节回路，所述调节回路使用测量的强度值(Ie1, Ie2, Ie3, Id)来递送用作降压级(3)斩波占空比设定点的三个值C ￡i i j 3-2 &3)0
4.权利要求3所述的快速充电设备，其中所述调节单元(15)包括第三调节回路(17)，递送用作升压级(4)斩波占空比设定点的值(as)。
5.权利要求3至4中任一项所述的快速充电设备，其中，所述调节单元(15)包括用于确定在所述设备(I)至所述三相网络的连接点(B1, B2, B3)处的三个正弦输入电压(Ve11Ve2lVe3)的装置，并且其中 ，至少第一调节回路包含所述输入电压(Ve1, Ve2，Ve3)的脉动(w )。
6.权利要求5所述的快速充电设备，其中所述第一调节回路被配置为把作为输入电流强度的值(Ie1, Ie2, Ie3)的线性组合所获得的分量从动至O，该线性组合的系数是的三角函数，其中t是时间的测量值。
7.权利要求6所述的快速充电设备，其中，所述调节单元(15)包括算子(25)，其能够执行从调节回路中的两个调节回路导出的两个值(Ie,，Iea)的三个线性组合，这三个线性组合中的每一个组合的系数是cot的三角函数。
8.种用于根据三相电流调节用于电池(13)的快速充电设备(I)的方法，包括如下步骤: 控制降压级的斩波占空比(ai，a2，a3)，在其期间，通过组合两个调节回路的结果，补偿由电阻-电容-电感型滤波级(2)引起的所述设备的输入电流强度(Ie1, Ie2, Ie3)和所述设备(I)的输入电压(Ve1, Ve2, Ve3)之间的相移。
9.权利要求8所述的用于调节快速充电设备(I)的方法，其中对所述设备的输入电压(VE。，VEb, VEa)进行滤波以便能够使用脉动((5通过在平面, U2 i上旋转的向量(IeJ的三个分量(Ve1, Ve2，Ve3)对它们进行建模,然后应用调节回路以消除向量Je在此平面^O1 /上的、与输入电压的经建模向量(Ve)成直角的分量，向量Je具有该设备(I)的三个测量输入强度(Ie1, Ie2，Ie3)作为分量。
10.权利要求8所述的用于调节快速充电设备(I)的方法，其中，在所述设备输入端处测得的三个电流(Ie1, Ie2, Ie3)的线性组合被从动至0，所述线性组合的系数是《t的三角函数，其中，《是所述设备的输 入电压的脉动频率，以及t是时间的测量值。
全文摘要
本发明涉及用于对机动车电池进行再充电的设备及用于管理该设备的方法。一种用于对电池充电的设备(1)，包括要连接到三相网络的电阻-电感-电容型滤波器级(2)、电压降压级(3)和要连接到电池(13)的电压升压级(4)，以及置于降压级(3)和升压级(4)之间的电感线圈(Ld)。该设备(1)包括能够对电压降压级(3)和升压级(4)施加斩波占空比的调节单元(15)。调节单元(15)包括用于补偿由从所述三相电网的每个相位(B1,B2,B3)取得的电流(Ie1,Ie2,Ie3)和电压(Ve1,Ve2,Ve3)之间的滤波级(12)引起的相移的装置(16)；以及把流经线圈(Ld)的电流幅值维持为高于预定非零阈值的装置(16，17)。
文档编号H02M7/217GK103097178SQ201180043070
公开日2013年5月8日 申请日期2011年8月3日 优先权日2010年9月7日
发明者M·加蒂, A·凯特菲-谢里夫 申请人:雷诺股份公司