本發(fā)明涉及一種從三相供電網(wǎng)絡對高壓電池、具體為機動車輛的驅動電池進行充電的設備。

背景技術：

在高壓電池再充電系統(tǒng)中，來自網(wǎng)絡的電功率相繼通過兩個轉換器：降壓轉換器和升壓轉換器，而被傳輸至電池。通過以根據(jù)期望的輸出電壓和/或輸出電流控制的頻率相繼地打開和閉合一系列開關，這兩個轉換器允許其輸出端子與其輸入端子之間的電壓比分別逐步降低和逐步升高。

此類再充電系統(tǒng)例如在涉及用于機動車輛的嵌入式再充電系統(tǒng)的專利申請FR 2 943 188中有所描述，從而允許從三相或單相電路對車輛電池進行再充電。這個再充電電路與電動機器的線圈相結合，該電動機器同樣提供了比如生成電流或車輛推進的其他功能。

還可以參照文獻FR 2 974 253，所述文獻描述了一種用于調(diào)節(jié)再充電設備的降壓電路和升壓電路的設備并且允許不管所述設備的輸入端處是否存在RLC濾波器都保持從單相供電網(wǎng)絡所取電流和電壓的相位差較低。

此外，當在相對溫暖的氣候條件下使用電池充電器時，其溫度易于升高超過可接受值，從而導致充電中斷以便允許設備冷卻。

各種部件可能是這種中斷的原因。具體地，用于調(diào)節(jié)降壓和升壓電路的單元的微控制器易于產(chǎn)生大量熱量。

這種中斷被維持到溫度返回至預定閾值以下，這個時候重新開始充電。如果溫度再次升高則重復這個過程，如果氣候條件不改變則情況一般如此。因此，完整的充電操作最終會花非常長的時間。

就這一點而言，文獻CN 203415961描述了一種電池充電器，其中，規(guī)定了在充電器的內(nèi)部部件溫度升高超過閾值情況下進行中斷。

從文獻US 2007069690和US 2014084859，根據(jù)充電器所受的熱應力來調(diào)節(jié)充電器的功率也是已知做法。

已經(jīng)論證的是，當充電器從三相網(wǎng)絡對電池進行充電時，不能夠應用如現(xiàn)有技術中所實現(xiàn)的基于中斷充電的策略。

確切地，當充電器連接至三相網(wǎng)絡時，由以下各項組成的策略不合適：減小充電功率從而使得溫度降低，以及當所述功率達到零時中斷充電操作。實際上已經(jīng)論證了，微控制器(CPU)的加熱與其使用水平成比例，從而使得其溫度主要取決于其CPU負載，即取決于由其實現(xiàn)的計算功率。因而，限制對電池的充電并不允許降低微控制器的溫度，如果其計算功率未降低的話。

當微控制器的溫度超過閾值時，使其溫度降低的唯一方式是使其不再運行。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述，本發(fā)明提出了當調(diào)節(jié)單元的溫度升高時通過實現(xiàn)降級的充電模式來避免充電中斷以及優(yōu)化電池的再充電時間，尤其在不利的氣候條件下。

因此，根據(jù)第一方面，本發(fā)明的一個主題是一種用于從三相供電網(wǎng)絡對電池、具體為電力驅動機動車輛的電池進行充電的設備，此設備包括：旨在連接至所述三相網(wǎng)絡的濾波級、連接至所述濾波級的降壓級、旨在連接至所述電池并經(jīng)由電感部件耦合至所述降壓級的升壓級、以及被設計成用于對所述降壓級并對所述升壓級施加斬波占空比的至少一個調(diào)節(jié)單元。

此設備另外包括用于將所述調(diào)節(jié)單元的運行溫度與第一閾值進行比較的裝置以及用于當所述調(diào)節(jié)單元的運行溫度超過所述閾值時控制所述充電操作從而使得其借助所述三相網(wǎng)絡中的僅兩相而發(fā)生的裝置。

因而，所述降級的運行模式由以下組成：從三相供電網(wǎng)絡進行充電但使用降級的模式，類似于從單相網(wǎng)絡進行充電、從三相網(wǎng)絡的僅兩相進行充電，由此需要對調(diào)節(jié)單元的微控制器的更低使用水平。

在一個實施例中，所述設備包括用于當所述調(diào)節(jié)單元的運行溫度高于比所述第一閾值低的第二閾值時控制所述充電操作從而使得其借助所述三相網(wǎng)絡的三相而發(fā)生的裝置。

所述調(diào)節(jié)單元優(yōu)選地另外包括用于根據(jù)施加于所述降壓級的所述斬波占空比來在這個級的兩條支路之間對流經(jīng)所述降壓級的電流進行分配的裝置。

在這種情況下，所述調(diào)節(jié)單元包括用于實現(xiàn)對所述降壓級的調(diào)節(jié)的裝置，所述裝置使用在一個電流支路上被控制的單個開關。

根據(jù)所述充電設備的另一特征，所述調(diào)節(jié)單元包括：用于對所述升壓級施加斬波占空比的裝置，以及用于補償由于從所述網(wǎng)絡的所述兩相進行充電所導致的所述降壓級的輸出電壓的升高的裝置。

根據(jù)第二方面，本發(fā)明的另一主題是一種用于從三相供電網(wǎng)絡對電池、具體為電力驅動機動車輛的驅動電池進行充電的方法，其中，對由所述網(wǎng)絡所傳遞的輸入電壓進行濾波，電功率經(jīng)由降壓級和升壓級從所述網(wǎng)絡傳輸至所述電池，所述降壓級和所述升壓級經(jīng)由電感部件耦合，并且其中，用于調(diào)節(jié)所述降壓級和所述升壓級的調(diào)節(jié)單元的運行溫度與第一閾值相比較，并且當所述溫度超過所述第一閾值時從所述三相網(wǎng)絡的僅兩相對所述電池進行充電。

在一種實現(xiàn)方式模式中，一旦所述溫度返回為低于比所述第一閾值低的第二閾值，就對所述電池充電操作進行控制從而使得其借助所述網(wǎng)絡的三相而發(fā)生。

有利地，針對所述降壓級并針對所述升壓級計算斬波占空比，并且根據(jù)對所述降壓級施加的所述斬波占空比來在所述降壓級的兩條支路之間對流經(jīng)所述降壓級的電流進行分配。

有利地，如果連接至所述兩相的第一支路的相的電壓高于連接至所述兩相的第二支路的相的電壓，則與所述第二支路的二極管串聯(lián)的開關閉合并將所述斬波占空比應用于所述第一支路，并且如果情況并非如此，則與所述第一支路的二極管串聯(lián)的開關閉合并且將所述斬波占空比應用于所述第二支路。

類似地，在從所述供電網(wǎng)絡的所述兩相進行充電的操作過程中，所述降壓級的第三支路有利地保持打開。

附圖說明

通過閱讀僅借助非限制性示例并且參照附圖所提供的以下說明，本發(fā)明的其他的目的、特征以及優(yōu)點將會清楚，在這些附圖中：

-圖1展示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的再充電設備；

-圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的再充電方法的流程圖。

具體實施方式

圖1根據(jù)本發(fā)明的一個實施例示意性地呈現(xiàn)了用于從三相供電網(wǎng)絡對電力驅動機動車輛的電池進行充電的設備。

再充電設備1包括濾波級2、耦接至濾波級2的降壓整流器級3、以及經(jīng)由電動機器5(在此，由車輛的電驅動電機形成)耦接至降壓級3的升壓級4。

在輸入端，設備1包括能夠耦接至供電網(wǎng)絡的三個端子B₁、B₂、B₃。

所述輸入端子B₁、B₂和B₃耦接至濾波級2的三個對應濾波支路上。每個濾波支路包括兩個并聯(lián)的支路，一條支路承載了串聯(lián)的具有電感值L₁的電感器和具有電阻值R的電阻器，并且另一條支路承載了具有電感值L₂的電感器。

這三個濾波支路各自在輸出端耦接至具有電容值C的電容器。具有電阻值R的電阻器、具有電感阻值L₁或L₂的電感器、以及這些具有電容值C的電容器一起在降壓器3的輸入端處形成了RLC類型的濾波器。

降壓器3包括三個并聯(lián)支路6、7和8，每一條支路包括受調(diào)節(jié)單元CPU控制的兩個開關，比如S_1p和S_1n、S_2p和S_2n、以及S_3p和S_3n。每條支路包括兩個二極管D_1p和D_1n、D_2p和D_2n、以及D_3p和D_3n，各自與所述支路的所述兩個開關之一串聯(lián)連接。

降壓器的每個輸入端經(jīng)由支路F₁、F₂和F₃連接至定位在同一支路6、7和8的兩個開關(比如S_1p和S_1n)之間的一個連接點。

這些支路6、7和8的兩個共用末端形成了降壓器3的兩個輸出端子。這些端子之一被連接至電池9的“-”端子并且連接至升壓器4的第一輸入端10。另一個端子被連接至電動機器5的第一中性端子，該電動機器的另一個端子被連接至升壓器4的第二三重輸入端11。

如可見，電動機器5在此由并聯(lián)的三條支路12、13和14的組合形成，每條支路包括與電阻器R_1d串聯(lián)的電感器L_1d。

升壓級4包括并聯(lián)的三條支路15、16和17，每條支路包括與二極管D₁、D₂和D₃串聯(lián)的開關S₃、S₄和S₅。

電動機器的這三條支路12、13和14分別連接在這三條支路15、16和17的開關與二極管之間。

這三條支路15、16和17將升壓級的第一輸入端10連接至電池9的“+”端子。

最后，可見旨在保持電池9的端子兩端的電壓相對穩(wěn)定的電容器20連接至電池9的這些端子。還提供了用于監(jiān)測電池(未示出)的電荷的電荷監(jiān)測模塊，以便傳遞設定點值，所述設定點值根據(jù)電池的電荷水平反映有待經(jīng)由電池9的“+”端子輸入的電流的最優(yōu)安培。這個電荷監(jiān)測模塊旨在將所述電池電流設定點值傳輸至調(diào)節(jié)單元。

此外，在充電設備中提供了測量模塊，以便將在充電設備的特征點處測量的電流和電壓值傳輸至調(diào)節(jié)單元。確切地，圖1中可見的是，所述設備配備有：用于測量流經(jīng)電動機器的電流In的構件21，用于在RLC濾波器的輸入端處測量經(jīng)濾波電流If的安培值的構件22，以及用于測量或用于計算所述網(wǎng)絡的輸入電源電壓V₁、V₂和V₃的值以及降壓級3的輸出電壓V_kn的值和電池的電壓值的構件。

最后，調(diào)節(jié)單元CPU配備有用于測量溫度的裝置23。例如嵌入調(diào)節(jié)單元CPU內(nèi)或嵌入車輛的計算機內(nèi)的比較裝置將調(diào)節(jié)單元的(并且具體為調(diào)節(jié)單元的微控制器的)測量溫度與第一閾值進行比較，超過所述第一閾值，充電操作根據(jù)降級的模式而發(fā)生。

就這一點而言，可以規(guī)定第一閾值在90°與100°之間。然而，根據(jù)所使用的部件的類型，可以使用其他閾值。

當調(diào)節(jié)器的微控制器的溫度超過閾值時，調(diào)節(jié)單元開始打開降壓級3的支路6、7和8之一的開關，以阻止通過這條支路的所有電流。在這種情況下，這意味著打開第二支路7的開關S2_p和S_2n，以采取與從單相網(wǎng)絡進行充電類似的充電模式，針對所述單相網(wǎng)絡，對微控制器的計算要求較低。

當調(diào)節(jié)單元檢測到微控制器的測量溫度已經(jīng)返回為低于比所述第一閾值低的第二閾值時，它開始重新閉合這兩個開關S_2p和S_2n，以便返回至三相充電。

換言之，對滯后做出了規(guī)定，以便避免充電模式過于頻繁的改變。

常規(guī)地，降壓級3負責調(diào)節(jié)充電功率。升壓級4就其本身而言調(diào)節(jié)由第一級引起的電流In。

降級的充電模式期間實現(xiàn)的功率調(diào)節(jié)操作與當從單相電路進行充電時的操作類似。然而，當以降級的模式進行充電時所使用的等效單相網(wǎng)絡傳遞更高的電壓。確切地，借助三相，兩相之間的電壓的值是即380伏特(RMS)。這樣，專用于調(diào)節(jié)功率的調(diào)節(jié)單元的功率調(diào)節(jié)級15a通過使用反饋回路來補償其輸出電壓V_kn。

調(diào)節(jié)單元的功率調(diào)節(jié)級還針對降壓級3的開關S_1p、S_1n、S_3p和S_3n計算斬波占空比，以便在其每個相之間對電流進行分配。

在從網(wǎng)絡流至降壓級3的輸出端的電流的50％的占空比的情況下，并且如果中性階段的電流值是100A，則降壓級3的輸入端處的電流將是50A。在從降壓級3的輸入端流動至供電網(wǎng)絡的電流的50％的占空比的情況下，并且如果中性階段的電流值是100A，則降壓級3的輸入端處的電流將是-50A。

這樣，出于實際原因，在本申請中按照慣例使用具有-1與1之間符號值乘以中性電流的占空比，所述中性電流代表降壓級3的輸入端處的電流。換言之，如果這個占空比為正，則電流經(jīng)由第一相(在本實例中通過第一支路6)到達，并經(jīng)由第三相(在本實例中通過第三支路8)離開。

相反地，如果占空比為負，則電流經(jīng)由第三相到達并經(jīng)由第一相離開。

用于調(diào)節(jié)升壓級4的級15b還施加用于打開開關S₃、S₄和S₅的占空比。它具體地控制充電電流的值，以便補償由占空比所施加用于打開第一支路6和第三支路8的開關的電壓V_kn的升高。

已知的是，單相調(diào)節(jié)生成與電壓同步的占空比。

因而，如果第一相的電壓高于第三相的電壓，則由對降壓級3的調(diào)節(jié)而引起的占空比將為正，并且在相反的情況下將為負。

為了在第一相與第三相之間分配電流，從調(diào)節(jié)命令α開始執(zhí)行以下程序：

-開關S_1n和S_3n保持永久閉合并且開關S_2p和S_2n保持永久打開；

-基于在期望電流與中性電流In之間的比例來計算占空比α的絕對值；

-如果占空比為正，則將這個占空比應用于開關S_1p并且開關S_3p永久地閉合；

-如果占空比為負，則將這個占空比應用于開關S_3p并且開關S_1p永久地閉合。

因而，在占空比為正的情況下，第一相上的電壓高于第三相上的電壓，從而使得電流將通過以下方式流動：當開關S_1p閉合時，經(jīng)由第一相到達并經(jīng)由第三相返回，不管開關S_3p處于打開還是閉合狀態(tài)。

當開關S_3p閉合時，支路8的二極管D_3p在開關S_1p打開時充當回描二極管。

在占空比為負的情況下，所述相同的理由適用于第一相與第三相之間。當開關S_3p打開時，二極管D_1p充當回描二極管。

在任何情況下，回描二極管總是存在，因為當占空比改變符號時，降壓級3的支路中的至少一條支路上總是存在閉合的開關?；孛桦娏魉鹘?jīng)的路徑使用同一支路的兩個二極管。

已經(jīng)論證的是，調(diào)節(jié)操作實際在每個計算步驟中只控制一個開關，由此允許微控制器上的計算負載被顯著地降低并且因此允許在不中斷充電的情況下將其冷卻。在一整個周期內(nèi)，五個開關或者永久地閉合或者永久地打開，只有一個開關實際受控制。

實踐中，達到微控制器上的負載水平，所述水平小于在常規(guī)單相充電情況下測量的水平。

最后，參照圖2，圖2展示了根據(jù)本發(fā)明的充電方法的主要階段。

如上所述，當充電器正常地運行時，即當從三相網(wǎng)絡進行充電時，首先對由供電網(wǎng)絡所傳遞的電壓進行濾波，然后將所述網(wǎng)絡所引起的功率傳遞至電壓整流器級3以便進行整流、然后傳遞至升壓級4，從而穿過車輛的電動機(其可以比作與電感線圈串聯(lián)的電阻器)，最終到達電池，以便以恒定電流對其進行充電。

在第一步驟E1中，測量調(diào)節(jié)單元CPU的溫度，并且具體為微控制器的溫度；

在接下來的步驟E2中，執(zhí)行測試以便判斷測量的溫度T是否在第一閾值閾值1以上。

如果情況并非如此，則所述方法返回至前一步驟E1。

如果情況如此，則通過在第一相與第三相的支路之間對流經(jīng)降壓級的電流進行分配(步驟E3)，來實現(xiàn)以降級的模式進行充電(步驟E3)，同時在以降級的模式進行充電的整個階段內(nèi)保持支路7打開。

在接下來的步驟E4中，執(zhí)行測試以便檢測溫度是否已經(jīng)降至比所述第一閾值低的第二閾值(閾值2)以下。

如果情況如此，則以降級的模式進行充電的程序結束并啟動以三相模式進行充電，即從網(wǎng)絡的三相進行充電。

如果情況并非如此，則所述方法返回至前一步驟E1。

應該注意的是，作為變體，根據(jù)本發(fā)明的充電設備使用多個調(diào)節(jié)單元，例如一個單元用于控制降壓級，所述降壓級與控制升壓級的單元物理地分開。在本發(fā)明的這個變體實施例中，本發(fā)明的原理保持不變，該變體使得可以暫時地限制對驅動電池進行再充電所需的計算資源。