一种充电器及其控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种充电器及其控制方法，是在变频器内部设置自动电压调节器和自动电流调节器，当判断电池电压反馈值没有达到第一阈值时，自动电压调节器输出第一指令，驱使自动电流调节器输出达到或接近所允许的最大充电电流，来对电池充电进行控制；当判断电池电压反馈值达到第一阈值而没有达到电池电压设定值时，自动电压调节器输出第二指令，驱使自动电流调节器输出小于最大充电电流数值的充电电流，来对电池充电进行控制。本发明在充电器主体内追加自动电压调节器，有效消除了输出电压的误差。而在其各自判断电池电压反馈值超过电池电压设定值时，自动电压调节器或外部控制器可以分别控制电池停止充电，实现双重保护，更为安全。
【专利说明】
一种充电器及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及充电控制技术，特别涉及一种充电器及其控制方法，使电动车等设备的电池可以实现变频器方式的急速充电。
【背景技术】
[0002]在电动车的变频器方式急速充电器中，目前为止的控制方式是只应用电流控制来管理输出电压。电流控制虽然能够急速充电但充满电时的电池电压会有误差，甚至有过充电的危险。
[0003]目前，一般是在急速充电器本体之外设置外部控制器，该外部控制器的其中一项功能是通过接收实际检测到的电池电压，并在电池电压达到设定值时，控制急速充电器内部设置的自动电流调节器(ACR)停止电池继续充电。然而，假如出现该外部控制器失灵或者不工作的情况，电池就会一直充电，导致过充，存在严重的安全隐患。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种充电器及其控制方法，对变频器方式的急速充电进行电压控制及电流控制，使得充满电时的电池电压没有误差，并能实现双重的停止充电保护，有效防止电池过充电。
[0005]为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种充电器的控制方法，在变频器内部包含自动电压调节器(AVR)和自动电流调节器(ACR)，对于电池充电的充电电压和充电电流分别进行控制；
将电池电压设定值与实际测得的电池电压反馈值，分别作为AVR的输入信号;AVR的输出信号是作为控制指令的充电电流设定值，将其与实际测得的充电电流反馈值，分别作为ACR的输入信号;ACR根据AVR向其发送的控制指令，对该ACR输出的充电电流进行控制，实现对电池充电的控制；
AVR对其收到的电池电压反馈值是否达到设定的第一阈值进行判断；
当电池电压反馈值没有达到第一阈值时，AVR输出第一指令，驱使ACR根据该第一指令在第一阶段内输出达到或接近所允许的最大充电电流，来对电池充电进行控制;所述第一阶段从开始充电，直到电池电压反馈值达到第一阈值;所述第一阈值小于电池电压设定值；当电池电压反馈值达到第一阈值而没有达到电池电压设定值时，AVR输出第二指令，驱使ACR根据该第二指令在第二阶段内输出小于最大充电电流数值的充电电流，来对电池充电进行控制;所述第二阶段从电池电压反馈值达到第一阈值，直到电池电压反馈值达到电池电压设定值。
[0006]优选地，所述AVR判断其收到的电池电压反馈值达到电池电压设定值时，该AVR输出第三指令，驱使ACR根据第三指令停止输出充电电流，控制电池停止充电。
[0007]优选地，变频器之外设置有外部控制器，该外部控制器的输入信号包含:电池电压设定值及实际测得的电池电压反馈值； 所述外部控制器判断电池电压反馈值超过电池电压设定值时，该外部控制器输出驱使ACR停止输出充电电流的指令，控制电池停止充电。
[0008]优选地，对于不同的电池电压设定值，设定以各自相应的不同电压值作为第一阈值，或者设定以同一个电压值作为第一阈值。
[0009]优选地，将电池电压设定值按设定的百分比缩小后得到的电压值作为第一阈值；对于不同的电池电压设定值，设定其各自对应的百分比是相同或不相同的。
[0010]优选地，在第二阶段中，所述ACR输出小于最大充电电流，且数值逐渐减小的充电电流，进行电池充电的控制。
[0011]优选地，所述电池电压设定值小于或等于电池充满时的电池电压。
[0012]优选地，所述电池电压设定值小于电池充满时的电池电压的情况下，当电池电压反馈值达到电池电压设定值时，AVR输出驱使ACR不再输出第二阶段的充电电流的指令，而在变频器内改以恒压、恒流、浮充之中的一个或多个充电模式，进行电池充电的控制直到电池电压反馈值达到电池充满时的电池电压。
[0013]优选地，所述外部控制器判断其收到的电池电压反馈值大于电池电压设定值的持续时间或电压数值超过设定的范围时，该外部控制器输出驱使ACR停止输出充电电流的指令，控制电池停止充电。
[0014]本发明的另一个技术方案是提供一种充电器，在变频器内部设置有:
充电电路，其电性连接在主电源与待充电的电池之间；
自动电压调节器，对于电池充电的充电电压进行控制;所述自动电压调节器的输入信号包含:变频器外部向其提供的电池电压设定值，以及从充电电路或电池处实际测得的电池电压反馈值;所述自动电压调节器的输出信号是作为控制指令的充电电流设定值；
自动电流调节器，对于电池充电的充电电流进行控制;所述自动电流调节器的输入信号包含:所述自动电压调节器的输出信号，以及从充电电路或电池处实际测得的充电电流反馈值;所述自动电流调节器的输出信号，是被发送至所述充电电路的充电电流；
其中，所述自动电压调节器输出给自动电流调节器的控制指令，是以下的任意一项:所述控制指令是在电池电压反馈值没有达到设定的第一阈值时，驱使自动电流调节器输出达到或接近所允许的最大充电电流的第一指令；
所述控制指令是在电池电压反馈值达到第一阈值而没有达到电池电压设定值时，驱使自动电流调节器输出小于最大充电电流数值的充电电流的第二指令；
所述控制指令是在电池电压反馈值达到或超过电池电压设定值时，驱使自动电流调节器停止输出充电电流的第三指令。
[0015]优选地，所述变频器外部进一步设置有外部控制器，该外部控制器的输入信号包含:所述电池电压设定值，以及从充电电路或电池处实际测得的电池电压反馈值;所述外部控制器的输出信号包含在电池电压反馈值达到或超过电池电压设定值时，驱使所述自动电流调节器停止输出充电电流的第四指令。
[0016]优选地，上述任一方案中所述的充电器，是对电动车的电池进行充电的充电器。
[0017]与现有技术相比，本发明所述充电器及其控制方法，其优点在于:本发明通过在急速充电器主体追加自动电压调节器，消除了输出电压的误差。不同于目前仅通过外部控制器进行过充电管理的方式，本发明中是在急速充电器主体通过自动电压调节器来防止过充电，并进一步保留外部控制器的辅助控制，实现充电停止的双重保护，更加安全。
【附图说明】
[0018]图1是本发明所述充电器的控制方法的工作原理示意图；
图2、图3分别是在本发明的两个充电示例中表示充电电流随充电率变化的示意图。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，本发明所述的充电器，在变频器内部同时设置AVR和ACR，对于输出的充电电压和充电电流分别进行控制。本发明可以应用于电动车等设备电池的急速充电控制。
[0020]其中，外部设定的电池电压设定值与实际检测获得的电池电压反馈值，分别作为AVR的输入信号;AVR的输出信号为充电电流设定值(作为控制指令)，与实际检测获得的充电电流反馈值，分别作为ACR的输入信号;利用ACR的输出信号，实现对电池充电的控制。
[0021]例如，ACR的输出信号，进一步通过矢量控制等各种合适的控制方式，对三极管的栅极进行控制;受其控制的该三极管，处在变频器内部一个连接主电源与电池的充电电路之中。
[0022]所述变频器中，基于矢量控制或其他方式控制的电路、主电源至电池的充电电路、对电池电压或充电电流采集检测的电路等，都可以通过本领域技术人员认为合适的任意方式来设计，此处不一一列举。
[0023]本发明所述充电器的控制方法的一个具体示例中，包含以下的控制流程:
对电池电压进行设定，将电池电压设定值提供给AVR;
开始充电后，AVR接收实际检测的电池电压反馈值，判断其是否达到第一阈值;该第一阈值是小于电池电压设定值的某个电压值。
[0024]在不同的示例中，第一阈值的设定规则，比如是对不同的电池电压设定值都规定同一个合适的电压值作为第一阈值;也可以是将电池电压设定值按某个设定的百分比缩小得到的电压值作为第一阈值，不同电池电压设定值对应的百分比可以规定为相同或不相同，等等。可以由变频器外部的装置来设定第一阈值，令其随电池电压设定值一起发送给AVR;也可以由AVR自身基于预先内置的设定规则，在收到电池电压设定值后对第一阈值进行设定。
[0025]在充电初期，电池电压较低，即，AVR判断电池电压反馈值没有达到第一阈值之前，AVR向ACR发送指示该ACR提供最大充电电流的第一指令；
ACR根据收到的第一指令，输出所允许的最大充电电流，进行电池充电的控制;并且，该ACR接收实际检测的充电电流反馈值，判断其是否达到最大充电电流。
[0026]随着电池电压上升，当电池电压反馈值达到第一阈值时，AVR向ACR发送指示该ACR降低充电电流的第二指令；
ACR根据收到的第二指令，降低其输出的充电电流，继续执行电池充电的控制。
[0027]当AVR根据实际测得的电池电压反馈值，判断其达到电池电压设定值时，该AVR向ACR输出停止充电的第三指令，ACR据此停止输出充电电流，控制电池停止充电。
[0028]本发明所述充电器的控制方法，具有两个充电的阶段:从开始充电到电池电压反馈值达到第一阈值时的第一阶段中，控制电池以达到或接近(所允许的)最大充电电流进行充电；
在电池电压反馈值达到第一阈值到电池电压反馈值达到电池电压设定值的第二阶段中，控制电池以小于最大充电电流进行充电。在一些示例的第二阶段中，还可以是以小于最大充电电流且进一步逐渐减小的充电电流进行电池充电。
[0029]可以是将电池充满时的电压作为所述电池电压设定值，则根据上文描述，在电池电压反馈值达到设定值时控制充电停止。而在另一些不同的示例中，也可以是将大于第一阈值而小于充满时电池电压的第二阈值，作为电池电压设定值;可以将不同于第一阈值的另一个合适的电压值作为第二阈值，或者将充满时的电池电压按另一个百分比缩小得到的电压值作为第二阈值，使得AVR在判断电池电压反馈值达到第二阈值时，不再指示ACR以降低充电电流的方式进行电池充电控制，则能够在第二阶段之后进一步执行其他任意合适的一个或多个充电模式，比如恒压、恒流、浮充等等，直到电池充满。
[0030]如图2所示，以25kW充电器为例，从开始充电起约15分钟即可达到30%的充电率，再充电约30分钟可以达到80%充电率。本例中将充电率在O?70%的范围作为第一阶段，使ACR在AVR的指示下以输出接近最大充电电流60A进行电池充电控制；充电率超过70%后，ACR根据AVR的指示，使其输出的充电电流降低。
[0031]如图3所示，以50kW充电器为例，从开始充电起约10分钟即可达到30%的充电率，再充电约20分钟可以达到80%充电率。本例中将充电率在O?40%的范围作为第一阶段，使ACR在A VR的指示下以输出接近最大充电电流120A进行电池充电控制;充电率超过40%后，ACR根据AVR的指示，使其输出的充电电流急速降低。
[0032]充电器本体之外设置的外部控制器，与本发明所述的AVR分别具有停止充电的功能，其各自能够在另一方失灵或停止工作的情况下，执行停止充电的控制作用，防止电池过充电。
[0033]为了实现外部控制器对充电停止的辅助控制作用，本发明中将电池电压设定值和电池电压反馈值同时提供给AVR和外部控制器;假设电池电压反馈值达到设定值500V，若AVR正常工作，则根据本发明上述控制方法，AVR会指示ACR停止充电；若AVR失灵，外部控制器收到的电池电压反馈值有超过500V的可能，外部控制器例如以电池电压反馈值超过设定值的持续时间或以电池电压反馈值超过设定值的数值来设定规则，在规则满足时判断AVR失灵，即由外部控制器直接指示ACR执行停止充电的控制。因此，本发明所述充电器的控制方法，可以对电池起到双重保护，有效防止过充电，更加安全。
[0034]尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【主权项】
1.一种充电器的控制方法，其特征在于， 在变频器内部包含自动电压调节器和自动电流调节器，对于电池充电的充电电压和充电电流分别进行控制； 将电池电压设定值与实际测得的电池电压反馈值，分别作为自动电压调节器的输入信号；自动电压调节器的输出信号是作为控制指令的充电电流设定值，将其与实际测得的充电电流反馈值，分别作为自动电流调节器的输入信号；自动电流调节器根据自动电压调节器向其发送的控制指令，对该自动电流调节器输出的充电电流进行控制，实现对电池充电的控制； 自动电压调节器对其收到的电池电压反馈值是否达到设定的第一阈值进行判断； 当电池电压反馈值没有达到第一阈值时，自动电压调节器输出第一指令，驱使自动电流调节器根据该第一指令在第一阶段内输出达到或接近所允许的最大充电电流，来对电池充电进行控制;所述第一阶段从开始充电，直到电池电压反馈值达到第一阈值;所述第一阈值小于电池电压设定值； 当电池电压反馈值达到第一阈值而没有达到电池电压设定值时，自动电压调节器输出第二指令，驱使自动电流调节器根据该第二指令在第二阶段内输出小于最大充电电流数值的充电电流，来对电池充电进行控制;所述第二阶段从电池电压反馈值达到第一阈值，直到电池电压反馈值达到电池电压设定值。2.如权利要求1所述的充电器的控制方法，其特征在于， 所述自动电压调节器判断其收到的电池电压反馈值达到电池电压设定值时，该自动电压调节器输出第三指令，驱使自动电流调节器根据第三指令停止输出充电电流，控制电池停止充电。3.如权利要求2所述的充电器的控制方法，其特征在于， 变频器之外设置有外部控制器，该外部控制器的输入信号包含:电池电压设定值及实际测得的电池电压反馈值； 所述外部控制器判断电池电压反馈值超过电池电压设定值时，该外部控制器输出驱使自动电流调节器停止输出充电电流的指令，控制电池停止充电。4.如权利要求1所述的充电器的控制方法，其特征在于， 对于不同的电池电压设定值，设定以各自相应的不同电压值作为第一阈值，或者设定以同一个电压值作为第一阈值。5.如权利要求1所述的充电器的控制方法，其特征在于， 将电池电压设定值按设定的百分比缩小后得到的电压值作为第一阈值;对于不同的电池电压设定值，设定其各自对应的百分比是相同或不相同的。6.如权利要求1所述的充电器的控制方法，其特征在于， 在第二阶段中，所述自动电流调节器输出小于最大充电电流，且数值逐渐减小的充电电流，进行电池充电的控制。7.如权利要求1所述的充电器的控制方法，其特征在于， 所述电池电压设定值小于或等于电池充满时的电池电压； 所述电池电压设定值小于电池充满时的电池电压的情况下，当电池电压反馈值达到电池电压设定值时，自动电压调节器输出驱使自动电流调节器不再输出第二阶段的充电电流的指令，而在变频器内改以恒压、恒流、浮充之中的一个或多个充电模式，进行电池充电的控制直到电池电压反馈值达到电池充满时的电池电压。8.如权利要求3所述的充电器的控制方法，其特征在于， 所述电池电压设定值小于或等于电池充满时的电池电压； 所述电池电压设定值小于电池充满时的电池电压的情况下，当电池电压反馈值达到电池电压设定值时，自动电压调节器输出驱使自动电流调节器不再输出第二阶段的充电电流的指令，而在变频器内改以恒压、恒流、浮充之中的一个或多个充电模式，进行电池充电的控制直到电池电压反馈值达到电池充满时的电池电压。9.如权利要求3所述的充电器的控制方法，其特征在于， 所述外部控制器判断其收到的电池电压反馈值大于电池电压设定值的持续时间或电压数值超过设定的范围时，该外部控制器输出驱使所述自动电流调节器停止输出充电电流的指令，控制电池停止充电。10.如权利要求1?9中任意一项所述的充电器的控制方法，其特征在于， 所述充电器是对电动车的电池进行充电的充电器。11.一种充电器，其特征在于，在变频器内部设置有: 充电电路，其电性连接在主电源与待充电的电池之间； 自动电压调节器，对于电池充电的充电电压进行控制;所述自动电压调节器的输入信号包含:变频器外部向其提供的电池电压设定值，以及从充电电路或电池处实际测得的电池电压反馈值;所述自动电压调节器的输出信号是作为控制指令的充电电流设定值； 自动电流调节器，对于电池充电的充电电流进行控制;所述自动电流调节器的输入信号包含:所述自动电压调节器的输出信号，以及从充电电路或电池处实际测得的充电电流反馈值;所述自动电流调节器的输出信号，是被发送至所述充电电路的充电电流； 其中，所述自动电压调节器输出给自动电流调节器的控制指令，是以下的任意一项:所述控制指令是在电池电压反馈值没有达到设定的第一阈值时，驱使自动电流调节器输出达到或接近所允许的最大充电电流的第一指令； 所述控制指令是在电池电压反馈值达到第一阈值而没有达到电池电压设定值时，驱使自动电流调节器输出小于最大充电电流数值的充电电流的第二指令； 所述控制指令是在电池电压反馈值达到或超过电池电压设定值时，驱使自动电流调节器停止输出充电电流的第三指令。12.如权利要求11所述的充电器，其特征在于， 所述变频器外部进一步设置有外部控制器，该外部控制器的输入信号包含:所述电池电压设定值，以及从充电电路或电池处实际测得的电池电压反馈值； 所述外部控制器的输出信号包含在电池电压反馈值达到或超过电池电压设定值时，驱使所述自动电流调节器停止输出充电电流的第四指令。13.如权利要求11或12所述的充电器，其特征在于， 所述充电器是对电动车的电池进行充电的充电器。
【文档编号】H02J7/00GK106026294SQ201610572490
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月20日
【发明人】辻原弘
【申请人】富士电机（中国）有限公司