一種充電器及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種充電器及其控制方法，是在變頻器內(nèi)部設(shè)置自動電壓調(diào)節(jié)器和自動電流調(diào)節(jié)器，當(dāng)判斷電池電壓反饋值沒有達(dá)到第一閾值時，自動電壓調(diào)節(jié)器輸出第一指令，驅(qū)使自動電流調(diào)節(jié)器輸出達(dá)到或接近所允許的最大充電電流，來對電池充電進行控制；當(dāng)判斷電池電壓反饋值達(dá)到第一閾值而沒有達(dá)到電池電壓設(shè)定值時，自動電壓調(diào)節(jié)器輸出第二指令，驅(qū)使自動電流調(diào)節(jié)器輸出小于最大充電電流數(shù)值的充電電流，來對電池充電進行控制。本發(fā)明在充電器主體內(nèi)追加自動電壓調(diào)節(jié)器，有效消除了輸出電壓的誤差。而在其各自判斷電池電壓反饋值超過電池電壓設(shè)定值時，自動電壓調(diào)節(jié)器或外部控制器可以分別控制電池停止充電，實現(xiàn)雙重保護，更為安全。
【專利說明】
一種充電器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及充電控制技術(shù)，特別涉及一種充電器及其控制方法，使電動車等設(shè)備的電池可以實現(xiàn)變頻器方式的急速充電。
【背景技術(shù)】
[0002]在電動車的變頻器方式急速充電器中，目前為止的控制方式是只應(yīng)用電流控制來管理輸出電壓。電流控制雖然能夠急速充電但充滿電時的電池電壓會有誤差，甚至有過充電的危險。
[0003]目前，一般是在急速充電器本體之外設(shè)置外部控制器，該外部控制器的其中一項功能是通過接收實際檢測到的電池電壓，并在電池電壓達(dá)到設(shè)定值時，控制急速充電器內(nèi)部設(shè)置的自動電流調(diào)節(jié)器(ACR)停止電池繼續(xù)充電。然而，假如出現(xiàn)該外部控制器失靈或者不工作的情況，電池就會一直充電，導(dǎo)致過充，存在嚴(yán)重的安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種充電器及其控制方法，對變頻器方式的急速充電進行電壓控制及電流控制，使得充滿電時的電池電壓沒有誤差，并能實現(xiàn)雙重的停止充電保護，有效防止電池過充電。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種充電器的控制方法，在變頻器內(nèi)部包含自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)和自動電流調(diào)節(jié)器(ACR)，對于電池充電的充電電壓和充電電流分別進行控制；
將電池電壓設(shè)定值與實際測得的電池電壓反饋值，分別作為AVR的輸入信號;AVR的輸出信號是作為控制指令的充電電流設(shè)定值，將其與實際測得的充電電流反饋值，分別作為ACR的輸入信號;ACR根據(jù)AVR向其發(fā)送的控制指令，對該ACR輸出的充電電流進行控制，實現(xiàn)對電池充電的控制；
AVR對其收到的電池電壓反饋值是否達(dá)到設(shè)定的第一閾值進行判斷；
當(dāng)電池電壓反饋值沒有達(dá)到第一閾值時，AVR輸出第一指令，驅(qū)使ACR根據(jù)該第一指令在第一階段內(nèi)輸出達(dá)到或接近所允許的最大充電電流，來對電池充電進行控制;所述第一階段從開始充電，直到電池電壓反饋值達(dá)到第一閾值;所述第一閾值小于電池電壓設(shè)定值；當(dāng)電池電壓反饋值達(dá)到第一閾值而沒有達(dá)到電池電壓設(shè)定值時，AVR輸出第二指令，驅(qū)使ACR根據(jù)該第二指令在第二階段內(nèi)輸出小于最大充電電流數(shù)值的充電電流，來對電池充電進行控制;所述第二階段從電池電壓反饋值達(dá)到第一閾值，直到電池電壓反饋值達(dá)到電池電壓設(shè)定值。
[0006]優(yōu)選地，所述AVR判斷其收到的電池電壓反饋值達(dá)到電池電壓設(shè)定值時，該AVR輸出第三指令，驅(qū)使ACR根據(jù)第三指令停止輸出充電電流，控制電池停止充電。
[0007]優(yōu)選地，變頻器之外設(shè)置有外部控制器，該外部控制器的輸入信號包含:電池電壓設(shè)定值及實際測得的電池電壓反饋值； 所述外部控制器判斷電池電壓反饋值超過電池電壓設(shè)定值時，該外部控制器輸出驅(qū)使ACR停止輸出充電電流的指令，控制電池停止充電。
[0008]優(yōu)選地，對于不同的電池電壓設(shè)定值，設(shè)定以各自相應(yīng)的不同電壓值作為第一閾值，或者設(shè)定以同一個電壓值作為第一閾值。
[0009]優(yōu)選地，將電池電壓設(shè)定值按設(shè)定的百分比縮小后得到的電壓值作為第一閾值；對于不同的電池電壓設(shè)定值，設(shè)定其各自對應(yīng)的百分比是相同或不相同的。
[0010]優(yōu)選地，在第二階段中，所述ACR輸出小于最大充電電流，且數(shù)值逐漸減小的充電電流，進行電池充電的控制。
[0011]優(yōu)選地，所述電池電壓設(shè)定值小于或等于電池充滿時的電池電壓。
[0012]優(yōu)選地，所述電池電壓設(shè)定值小于電池充滿時的電池電壓的情況下，當(dāng)電池電壓反饋值達(dá)到電池電壓設(shè)定值時，AVR輸出驅(qū)使ACR不再輸出第二階段的充電電流的指令，而在變頻器內(nèi)改以恒壓、恒流、浮充之中的一個或多個充電模式，進行電池充電的控制直到電池電壓反饋值達(dá)到電池充滿時的電池電壓。
[0013]優(yōu)選地，所述外部控制器判斷其收到的電池電壓反饋值大于電池電壓設(shè)定值的持續(xù)時間或電壓數(shù)值超過設(shè)定的范圍時，該外部控制器輸出驅(qū)使ACR停止輸出充電電流的指令，控制電池停止充電。
[0014]本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供一種充電器，在變頻器內(nèi)部設(shè)置有:
充電電路，其電性連接在主電源與待充電的電池之間；
自動電壓調(diào)節(jié)器，對于電池充電的充電電壓進行控制;所述自動電壓調(diào)節(jié)器的輸入信號包含:變頻器外部向其提供的電池電壓設(shè)定值，以及從充電電路或電池處實際測得的電池電壓反饋值;所述自動電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號是作為控制指令的充電電流設(shè)定值；
自動電流調(diào)節(jié)器，對于電池充電的充電電流進行控制;所述自動電流調(diào)節(jié)器的輸入信號包含:所述自動電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號，以及從充電電路或電池處實際測得的充電電流反饋值;所述自動電流調(diào)節(jié)器的輸出信號，是被發(fā)送至所述充電電路的充電電流；
其中，所述自動電壓調(diào)節(jié)器輸出給自動電流調(diào)節(jié)器的控制指令，是以下的任意一項:所述控制指令是在電池電壓反饋值沒有達(dá)到設(shè)定的第一閾值時，驅(qū)使自動電流調(diào)節(jié)器輸出達(dá)到或接近所允許的最大充電電流的第一指令；
所述控制指令是在電池電壓反饋值達(dá)到第一閾值而沒有達(dá)到電池電壓設(shè)定值時，驅(qū)使自動電流調(diào)節(jié)器輸出小于最大充電電流數(shù)值的充電電流的第二指令；
所述控制指令是在電池電壓反饋值達(dá)到或超過電池電壓設(shè)定值時，驅(qū)使自動電流調(diào)節(jié)器停止輸出充電電流的第三指令。
[0015]優(yōu)選地，所述變頻器外部進一步設(shè)置有外部控制器，該外部控制器的輸入信號包含:所述電池電壓設(shè)定值，以及從充電電路或電池處實際測得的電池電壓反饋值;所述外部控制器的輸出信號包含在電池電壓反饋值達(dá)到或超過電池電壓設(shè)定值時，驅(qū)使所述自動電流調(diào)節(jié)器停止輸出充電電流的第四指令。
[0016]優(yōu)選地，上述任一方案中所述的充電器，是對電動車的電池進行充電的充電器。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述充電器及其控制方法，其優(yōu)點在于:本發(fā)明通過在急速充電器主體追加自動電壓調(diào)節(jié)器，消除了輸出電壓的誤差。不同于目前僅通過外部控制器進行過充電管理的方式，本發(fā)明中是在急速充電器主體通過自動電壓調(diào)節(jié)器來防止過充電，并進一步保留外部控制器的輔助控制，實現(xiàn)充電停止的雙重保護，更加安全。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明所述充電器的控制方法的工作原理示意圖；
圖2、圖3分別是在本發(fā)明的兩個充電示例中表示充電電流隨充電率變化的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖1所示，本發(fā)明所述的充電器，在變頻器內(nèi)部同時設(shè)置AVR和ACR，對于輸出的充電電壓和充電電流分別進行控制。本發(fā)明可以應(yīng)用于電動車等設(shè)備電池的急速充電控制。
[0020]其中，外部設(shè)定的電池電壓設(shè)定值與實際檢測獲得的電池電壓反饋值，分別作為AVR的輸入信號;AVR的輸出信號為充電電流設(shè)定值(作為控制指令)，與實際檢測獲得的充電電流反饋值，分別作為ACR的輸入信號;利用ACR的輸出信號，實現(xiàn)對電池充電的控制。
[0021]例如，ACR的輸出信號，進一步通過矢量控制等各種合適的控制方式，對三極管的柵極進行控制;受其控制的該三極管，處在變頻器內(nèi)部一個連接主電源與電池的充電電路之中。
[0022]所述變頻器中，基于矢量控制或其他方式控制的電路、主電源至電池的充電電路、對電池電壓或充電電流采集檢測的電路等，都可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為合適的任意方式來設(shè)計，此處不一一列舉。
[0023]本發(fā)明所述充電器的控制方法的一個具體示例中，包含以下的控制流程:
對電池電壓進行設(shè)定，將電池電壓設(shè)定值提供給AVR;
開始充電后，AVR接收實際檢測的電池電壓反饋值，判斷其是否達(dá)到第一閾值;該第一閾值是小于電池電壓設(shè)定值的某個電壓值。
[0024]在不同的示例中，第一閾值的設(shè)定規(guī)則，比如是對不同的電池電壓設(shè)定值都規(guī)定同一個合適的電壓值作為第一閾值;也可以是將電池電壓設(shè)定值按某個設(shè)定的百分比縮小得到的電壓值作為第一閾值，不同電池電壓設(shè)定值對應(yīng)的百分比可以規(guī)定為相同或不相同，等等?？梢杂勺冾l器外部的裝置來設(shè)定第一閾值，令其隨電池電壓設(shè)定值一起發(fā)送給AVR;也可以由AVR自身基于預(yù)先內(nèi)置的設(shè)定規(guī)則，在收到電池電壓設(shè)定值后對第一閾值進行設(shè)定。
[0025]在充電初期，電池電壓較低，即，AVR判斷電池電壓反饋值沒有達(dá)到第一閾值之前，AVR向ACR發(fā)送指示該ACR提供最大充電電流的第一指令；
ACR根據(jù)收到的第一指令，輸出所允許的最大充電電流，進行電池充電的控制;并且，該ACR接收實際檢測的充電電流反饋值，判斷其是否達(dá)到最大充電電流。
[0026]隨著電池電壓上升，當(dāng)電池電壓反饋值達(dá)到第一閾值時，AVR向ACR發(fā)送指示該ACR降低充電電流的第二指令；
ACR根據(jù)收到的第二指令，降低其輸出的充電電流，繼續(xù)執(zhí)行電池充電的控制。
[0027]當(dāng)AVR根據(jù)實際測得的電池電壓反饋值，判斷其達(dá)到電池電壓設(shè)定值時，該AVR向ACR輸出停止充電的第三指令，ACR據(jù)此停止輸出充電電流，控制電池停止充電。
[0028]本發(fā)明所述充電器的控制方法，具有兩個充電的階段:從開始充電到電池電壓反饋值達(dá)到第一閾值時的第一階段中，控制電池以達(dá)到或接近(所允許的)最大充電電流進行充電；
在電池電壓反饋值達(dá)到第一閾值到電池電壓反饋值達(dá)到電池電壓設(shè)定值的第二階段中，控制電池以小于最大充電電流進行充電。在一些示例的第二階段中，還可以是以小于最大充電電流且進一步逐漸減小的充電電流進行電池充電。
[0029]可以是將電池充滿時的電壓作為所述電池電壓設(shè)定值，則根據(jù)上文描述，在電池電壓反饋值達(dá)到設(shè)定值時控制充電停止。而在另一些不同的示例中，也可以是將大于第一閾值而小于充滿時電池電壓的第二閾值，作為電池電壓設(shè)定值;可以將不同于第一閾值的另一個合適的電壓值作為第二閾值，或者將充滿時的電池電壓按另一個百分比縮小得到的電壓值作為第二閾值，使得AVR在判斷電池電壓反饋值達(dá)到第二閾值時，不再指示ACR以降低充電電流的方式進行電池充電控制，則能夠在第二階段之后進一步執(zhí)行其他任意合適的一個或多個充電模式，比如恒壓、恒流、浮充等等，直到電池充滿。
[0030]如圖2所示，以25kW充電器為例，從開始充電起約15分鐘即可達(dá)到30%的充電率，再充電約30分鐘可以達(dá)到80%充電率。本例中將充電率在O?70%的范圍作為第一階段，使ACR在AVR的指示下以輸出接近最大充電電流60A進行電池充電控制；充電率超過70%后，ACR根據(jù)AVR的指示，使其輸出的充電電流降低。
[0031]如圖3所示，以50kW充電器為例，從開始充電起約10分鐘即可達(dá)到30%的充電率，再充電約20分鐘可以達(dá)到80%充電率。本例中將充電率在O?40%的范圍作為第一階段，使ACR在A VR的指示下以輸出接近最大充電電流120A進行電池充電控制;充電率超過40%后，ACR根據(jù)AVR的指示，使其輸出的充電電流急速降低。
[0032]充電器本體之外設(shè)置的外部控制器，與本發(fā)明所述的AVR分別具有停止充電的功能，其各自能夠在另一方失靈或停止工作的情況下，執(zhí)行停止充電的控制作用，防止電池過充電。
[0033]為了實現(xiàn)外部控制器對充電停止的輔助控制作用，本發(fā)明中將電池電壓設(shè)定值和電池電壓反饋值同時提供給AVR和外部控制器;假設(shè)電池電壓反饋值達(dá)到設(shè)定值500V，若AVR正常工作，則根據(jù)本發(fā)明上述控制方法，AVR會指示ACR停止充電；若AVR失靈，外部控制器收到的電池電壓反饋值有超過500V的可能，外部控制器例如以電池電壓反饋值超過設(shè)定值的持續(xù)時間或以電池電壓反饋值超過設(shè)定值的數(shù)值來設(shè)定規(guī)則，在規(guī)則滿足時判斷AVR失靈，即由外部控制器直接指示ACR執(zhí)行停止充電的控制。因此，本發(fā)明所述充電器的控制方法，可以對電池起到雙重保護，有效防止過充電，更加安全。
[0034]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【主權(quán)項】
1.一種充電器的控制方法，其特征在于， 在變頻器內(nèi)部包含自動電壓調(diào)節(jié)器和自動電流調(diào)節(jié)器，對于電池充電的充電電壓和充電電流分別進行控制； 將電池電壓設(shè)定值與實際測得的電池電壓反饋值，分別作為自動電壓調(diào)節(jié)器的輸入信號；自動電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號是作為控制指令的充電電流設(shè)定值，將其與實際測得的充電電流反饋值，分別作為自動電流調(diào)節(jié)器的輸入信號；自動電流調(diào)節(jié)器根據(jù)自動電壓調(diào)節(jié)器向其發(fā)送的控制指令，對該自動電流調(diào)節(jié)器輸出的充電電流進行控制，實現(xiàn)對電池充電的控制； 自動電壓調(diào)節(jié)器對其收到的電池電壓反饋值是否達(dá)到設(shè)定的第一閾值進行判斷； 當(dāng)電池電壓反饋值沒有達(dá)到第一閾值時，自動電壓調(diào)節(jié)器輸出第一指令，驅(qū)使自動電流調(diào)節(jié)器根據(jù)該第一指令在第一階段內(nèi)輸出達(dá)到或接近所允許的最大充電電流，來對電池充電進行控制;所述第一階段從開始充電，直到電池電壓反饋值達(dá)到第一閾值;所述第一閾值小于電池電壓設(shè)定值； 當(dāng)電池電壓反饋值達(dá)到第一閾值而沒有達(dá)到電池電壓設(shè)定值時，自動電壓調(diào)節(jié)器輸出第二指令，驅(qū)使自動電流調(diào)節(jié)器根據(jù)該第二指令在第二階段內(nèi)輸出小于最大充電電流數(shù)值的充電電流，來對電池充電進行控制;所述第二階段從電池電壓反饋值達(dá)到第一閾值，直到電池電壓反饋值達(dá)到電池電壓設(shè)定值。2.如權(quán)利要求1所述的充電器的控制方法，其特征在于， 所述自動電壓調(diào)節(jié)器判斷其收到的電池電壓反饋值達(dá)到電池電壓設(shè)定值時，該自動電壓調(diào)節(jié)器輸出第三指令，驅(qū)使自動電流調(diào)節(jié)器根據(jù)第三指令停止輸出充電電流，控制電池停止充電。3.如權(quán)利要求2所述的充電器的控制方法，其特征在于， 變頻器之外設(shè)置有外部控制器，該外部控制器的輸入信號包含:電池電壓設(shè)定值及實際測得的電池電壓反饋值； 所述外部控制器判斷電池電壓反饋值超過電池電壓設(shè)定值時，該外部控制器輸出驅(qū)使自動電流調(diào)節(jié)器停止輸出充電電流的指令，控制電池停止充電。4.如權(quán)利要求1所述的充電器的控制方法，其特征在于， 對于不同的電池電壓設(shè)定值，設(shè)定以各自相應(yīng)的不同電壓值作為第一閾值，或者設(shè)定以同一個電壓值作為第一閾值。5.如權(quán)利要求1所述的充電器的控制方法，其特征在于， 將電池電壓設(shè)定值按設(shè)定的百分比縮小后得到的電壓值作為第一閾值;對于不同的電池電壓設(shè)定值，設(shè)定其各自對應(yīng)的百分比是相同或不相同的。6.如權(quán)利要求1所述的充電器的控制方法，其特征在于， 在第二階段中，所述自動電流調(diào)節(jié)器輸出小于最大充電電流，且數(shù)值逐漸減小的充電電流，進行電池充電的控制。7.如權(quán)利要求1所述的充電器的控制方法，其特征在于， 所述電池電壓設(shè)定值小于或等于電池充滿時的電池電壓； 所述電池電壓設(shè)定值小于電池充滿時的電池電壓的情況下，當(dāng)電池電壓反饋值達(dá)到電池電壓設(shè)定值時，自動電壓調(diào)節(jié)器輸出驅(qū)使自動電流調(diào)節(jié)器不再輸出第二階段的充電電流的指令，而在變頻器內(nèi)改以恒壓、恒流、浮充之中的一個或多個充電模式，進行電池充電的控制直到電池電壓反饋值達(dá)到電池充滿時的電池電壓。8.如權(quán)利要求3所述的充電器的控制方法，其特征在于， 所述電池電壓設(shè)定值小于或等于電池充滿時的電池電壓； 所述電池電壓設(shè)定值小于電池充滿時的電池電壓的情況下，當(dāng)電池電壓反饋值達(dá)到電池電壓設(shè)定值時，自動電壓調(diào)節(jié)器輸出驅(qū)使自動電流調(diào)節(jié)器不再輸出第二階段的充電電流的指令，而在變頻器內(nèi)改以恒壓、恒流、浮充之中的一個或多個充電模式，進行電池充電的控制直到電池電壓反饋值達(dá)到電池充滿時的電池電壓。9.如權(quán)利要求3所述的充電器的控制方法，其特征在于， 所述外部控制器判斷其收到的電池電壓反饋值大于電池電壓設(shè)定值的持續(xù)時間或電壓數(shù)值超過設(shè)定的范圍時，該外部控制器輸出驅(qū)使所述自動電流調(diào)節(jié)器停止輸出充電電流的指令，控制電池停止充電。10.如權(quán)利要求1?9中任意一項所述的充電器的控制方法，其特征在于， 所述充電器是對電動車的電池進行充電的充電器。11.一種充電器，其特征在于，在變頻器內(nèi)部設(shè)置有: 充電電路，其電性連接在主電源與待充電的電池之間； 自動電壓調(diào)節(jié)器，對于電池充電的充電電壓進行控制;所述自動電壓調(diào)節(jié)器的輸入信號包含:變頻器外部向其提供的電池電壓設(shè)定值，以及從充電電路或電池處實際測得的電池電壓反饋值;所述自動電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號是作為控制指令的充電電流設(shè)定值； 自動電流調(diào)節(jié)器，對于電池充電的充電電流進行控制;所述自動電流調(diào)節(jié)器的輸入信號包含:所述自動電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號，以及從充電電路或電池處實際測得的充電電流反饋值;所述自動電流調(diào)節(jié)器的輸出信號，是被發(fā)送至所述充電電路的充電電流； 其中，所述自動電壓調(diào)節(jié)器輸出給自動電流調(diào)節(jié)器的控制指令，是以下的任意一項:所述控制指令是在電池電壓反饋值沒有達(dá)到設(shè)定的第一閾值時，驅(qū)使自動電流調(diào)節(jié)器輸出達(dá)到或接近所允許的最大充電電流的第一指令； 所述控制指令是在電池電壓反饋值達(dá)到第一閾值而沒有達(dá)到電池電壓設(shè)定值時，驅(qū)使自動電流調(diào)節(jié)器輸出小于最大充電電流數(shù)值的充電電流的第二指令； 所述控制指令是在電池電壓反饋值達(dá)到或超過電池電壓設(shè)定值時，驅(qū)使自動電流調(diào)節(jié)器停止輸出充電電流的第三指令。12.如權(quán)利要求11所述的充電器，其特征在于， 所述變頻器外部進一步設(shè)置有外部控制器，該外部控制器的輸入信號包含:所述電池電壓設(shè)定值，以及從充電電路或電池處實際測得的電池電壓反饋值； 所述外部控制器的輸出信號包含在電池電壓反饋值達(dá)到或超過電池電壓設(shè)定值時，驅(qū)使所述自動電流調(diào)節(jié)器停止輸出充電電流的第四指令。13.如權(quán)利要求11或12所述的充電器，其特征在于， 所述充電器是對電動車的電池進行充電的充電器。
【文檔編號】H02J7/00GK106026294SQ201610572490
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月20日
【發(fā)明人】辻原弘
【申請人】富士電機（中國）有限公司