功率可分配式充电机 专利技术说明

车辆装置的制造及其改造技术1.本发明涉及柔性充电技术领域，尤其涉及功率可分配式充电机。背景技术：2.近年来，作为新型、节能、高效的短途电动化运输工具，包括电动叉车、电动无人车、自动轨迹车、电动巡逻车、电动摩托车和电动自行车等，因为动力补充的便利，排放的无污染，运行时的低噪音，在生产生活中日益广泛应用；随之对应的充电需求：快速、高效、便利也逐步增长。对比直流大功率充电相和交流充电方式两种充电方式，直流大功率充电相比较于交流充电方式，具有充电速率高(电流大)、充电安全性高(输出电压低)、能源集中管理(布置应用简便)等优势，越来越受到关注和应用；功率可分配式的充电机，可以同时应用于不同功率大小的电动车、不同电压等级的电动车，应用前景广泛。3.当前市面上的电动充电机输出以交流充电接入电动车车载充电口或者非车载充电器输入口；存在两个明显问题：一是充电功率受制于车载充电机obc或者非车载充电器，车载充电机受制于车内的紧凑尺寸，功率普遍不大，只有200w‑‑2kw,非车载充电器受制于便携式要求和220v家用式交流插座的电流限制，功率比较小；二是可接受充电的电池规格范围较窄，48v、60v、72v常规铅酸或磷酸铁锂电池可对应充电，但是随着电池技术的提升，24v、200v-300v等电压等级，锰酸锂电池、钠离子电池、镍氢电池等电池包也日益广泛应用。4.因此，需要功率可分配式充电机。技术实现要素：5.本发明提供了功率可分配式充电机，可灵活分配功率，灵活配置输出电压，不同电压等级的电池系统可同处于一个电源网络中充电，充电机智能分配功率大小给电池系统，减少人为操作；一种规格充电机可适用多种型号电池系统，避免多种型号的充电设备混用，满足多场景下的电池系统的充电要求。6.本发明提供了功率可分配式充电机，包括：整流电路、充电模块和控制器；整流电路与控制器通信连接；整流电路电连接充电模块；充电模块与控制器总线控制连接；整流电路用于将交流电转换输出为直流电；充电模块包括若干个并行联接的直流转直流变换单元，直流转直流变换单元用于组成单组充电电源；充电模块用于为电池充电；控制器控制整流电路为充电模块提供直流电，并控制充电模块为电池充电。7.进一步地，整流电路根据充电机的总功率值大小，将接入的市电进行电平转换；电平转换包括：若充电机总功率值大于6kw，则接入三相380v交流电，将三相380v交流电转换成110v直流电；否则，接入单相220v交流电，将单相220v交流电转换成110v直流电。8.进一步地，充电模块中的直流转直流变换单元采用隔离式设计，直流转直流变换单元输入110v直流电，输出电流为：24v至110v的直流电、或110v至300v的直流电。9.进一步地，直流转直流变换单元包括在用直流转直流变换单元和冗余直流转直流变换单元，在用直流转直流变换单元的数量根据电池的充电功率需求进行配置；若在用直流转直流变换单元无法使用，控制预设的冗余直流转直流变换单元启用工作。10.进一步地，控制器获取电池的充电功率需求和充电电压需求，根据充电功率需求和充电电压需求，控制充电模块为电池充电。11.进一步地，根据充电机总功率值的大小，计算整流电路获得的交流电的电流有效值，电流有效值计算公式为：[0012][0013]上式中，ia(t)代表交流电的电流有效值，p代表充电机总功率值，ua代表交流电的电压，sinwt代表同步正弦信号计算，w代表角频率，t代表时间。[0014]进一步地，控制器获取充电机的总控制电流值后，控制充电模块为电池充电；[0015]总控制电流值根据交流电的电流有效值、经整流电路后的直流侧电容电流值、电路中的不平衡电流的补偿电流值和电池的充电电流需求值求和计算获得。[0016]进一步地，控制器控制整流电路为充电模块提供电源，并控制充电模块为电池充电包括：[0017]获取电池的充电电压需求值和充电电流需求值；[0018]获取充电模块可提供的最大输出电压和最大输出电流；判断充电模块可提供的最大输出电压和最大输出电流是否满足电池需求，若满足，则控制充电模块按照最大输出电压和最大输出电流工作，若不满足，则控制预设的冗余直流转直流变换单元启用工作后，控制充电模块按照最大输出电压和最大输出电流工作；控制模块监控电池的充电进程，当电池充电状态达到预设的最优充电状态时，控制充电模块停止工作。[0019]进一步地，还包括自适应充电模块，用于根据电池的需求电量，建立自适应定时充电模型，当电池充电状态达到预设的最优充电状态时，自动停止充电；自适应充电模块包括：[0020]获取充电机的历史充电工作数据；[0021]根据历史充电工作数据，建立基于历史电池需求电量、历史电池充电结束用时、历史直流转直流变换单元配置数量三个参数的自适应充电监测函数，利用自适应充电监测函数计算获得自适应充电监测函数值；当自适应充电监测函数值达到预设的最优值时，电池充电结束；[0022]根据最优值，建立电池需求电量与直流转直流变换单元配置数量和电池充电用时的匹配关系库；[0023]获取待充电电池的需求电量，根据匹配关系库，匹配获得待充电电池充电用时和直流转直流变换单元配置数量，根据待充电电池充电用时设置定时程序以及直流转直流变换单元配置数量，进行自动充电。[0024]进一步地，还包括直流转直流变换单元配置管理模块，用于合理配置直流转直流变换单元数量，保证充电机充电效能的安全持久；直流转直流变换单元配置管理模块包括：[0025]基于直流转直流变换单元配置的历史数据，获得直流转直流变换单元的使用周期数据、故障次数数据和充电效能数据；[0026]根据故障次数数据和使用周期数据，根据预设的健康值评估条件，评估获得直流转直流变换单元的健康值；根据充电效能数据，依据预设的计算标准，计算获得直流转直流变换单元的现状充电效能值；[0027]将直流转直流变换单元的健康值和现状充电效能值加权累加后，求平均值获得直流转直流变换单元的可安全稳态供电评估值；根据直流转直流变换单元的可安全稳态供电评估值，结合现状充电效能值，设置直流转直流变换单元的供电安全风险值；根据可安全稳态供电评估值和供电安全风险值，对直流转直流变换单元进行数量上的分组搭配组合，获得若干个直流转直流变换单元组；[0028]根据充电电池的需求电量，选择直流转直流变换单元组进行充电。[0029]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。[0030]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明[0031]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：[0032]图1为本发明的功率可分配式充电机结构示意图；[0033]图2为本发明的功率可分配式充电机总控制电流值组成示意图；[0034]图3为本发明的功率可分配式充电机充电控制方法步骤示意图。具体实施方式[0035]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。[0036]本发明提供了功率可分配式充电机，如图1所示，包括：整流电路、充电模块和控制器；整流电路与控制器通信连接；整流电路电连接充电模块；充电模块与控制器总线控制连接；整流电路用于将交流电转换输出为直流电；充电模块包括若干个并行联接的直流转直流变换单元，直流转直流变换单元用于组成单组充电电源；充电模块用于为电池充电；控制器控制整流电路为充电模块提供直流电，并控制充电模块为电池充电。[0037]上述技术方案的工作原理为：包括：整流电路、充电模块和控制器；整流电路与控制器通信连接；整流电路电连接充电模块；充电模块与控制器总线控制连接；整流电路用于将交流电转换输出为直流电；充电模块包括若干个并行联接的直流转直流变换单元，直流转直流变换单元用于组成单组充电电源；充电模块用于为电池充电；控制器控制整流电路为充电模块提供直流电，并控制充电模块为电池充电。[0038]上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，可灵活分配功率，灵活配置输出电压，不同电压等级的电池系统可同处于一个电源网络中充电，充电机智能分配功率大小给电池系统，减少人为操作；一种规格充电机可适用多种型号电池系统，避免多种型号的充电设备混用，满足多场景下的电池系统的充电要求。[0039]在一个实施例中，整流电路根据充电机的总功率值大小，将接入的市电进行电平转换；电平转换包括：若充电机总功率值大于6kw，则接入三相380v交流电，将三相380v交流电转换成110v直流电；否则，接入单相220v交流电，将单相220v交流电转换成110v直流电。[0040]上述技术方案的工作原理为：整流电路根据充电机的总功率值大小，将接入的市电进行电平转换；电平转换包括：若充电机总功率值大于6kw，则接入三相380v交流电，将三相380v交流电转换成110v直流电；否则，接入单相220v交流电，将单相220v交流电转换成110v直流电。[0041]上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过选用不同的交流电进行接入，可保证整流电路的广泛使用。[0042]在一个实施例中，充电模块中的直流转直流变换单元采用隔离式设计，直流转直流变换单元输入110v直流电，输出电流为：24v至110v的直流电、或110v至300v的直流电。[0043]上述技术方案的工作原理为：充电模块中的直流转直流变换单元采用隔离式设计，直流转直流变换单元输入110v直流电，输出电流为：24v至110v的直流电、或110v至300v的直流电。[0044]上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过采用隔离式设计直流转直流变换单元，方便直流转直流变换单元的配置组合，可保证充电模块的充电效能和灵活工作。[0045]在一个实施例中，直流转直流变换单元包括在用直流转直流变换单元和冗余直流转直流变换单元，在用直流转直流变换单元的数量根据电池的充电功率需求进行配置；若在用直流转直流变换单元无法使用，控制预设的冗余直流转直流变换单元启用工作。[0046]上述技术方案的工作原理为：直流转直流变换单元包括在用直流转直流变换单元和冗余直流转直流变换单元，在用直流转直流变换单元的数量根据电池的充电功率需求进行配置；若在用直流转直流变换单元无法使用，控制预设的冗余直流转直流变换单元启用工作。[0047]上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过区分在用直流转直流变换单元和冗余直流转直流变换单元，可保证充电安全、可靠、稳定地开展。[0048]在一个实施例中，控制器获取电池的充电功率需求和充电电压需求，根据充电功率需求和充电电压需求，控制充电模块为电池充电。[0049]上述技术方案的工作原理为：控制器获取电池的充电功率需求和充电电压需求，根据充电功率需求和充电电压需求，控制充电模块为电池充电。[0050]上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过控制器获取的充电功率需求和充电电压需求，控制充电模块为电池充电，可科学准确地控制充电过程。[0051]在一个实施例中，根据充电机总功率值的大小，计算整流电路获得的交流电的电流有效值，电流有效值计算公式为：[0052][0053]上式中，ia(t)代表交流电的电流有效值，p代表充电机总功率值，ua代表交流电的电压，sinwt代表同步正弦信号计算，w代表角频率，t代表时间。[0054]上述技术方案的工作原理为：恒流恒压充电是目前应用最广泛的充电方法。充电时，先用设定好的固定倍率的电流对电池充电，为了获取固定倍率的电流，需要根据充电机总功率值的大小，计算整流电路获得的交流电的电流有效值，电流有效值计算公式为：[0055][0056]上式中，ia(t)代表交流电的电流有效值，p代表充电机总功率值，ua代表交流电的电压，sinwt代表同步正弦信号计算，w代表角频率，t代表时间。[0057]上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过计算交流电的电流有效值，为了控制整流电路能提供足够给后级要求的充电电流，为进一步地获得充电机的总控制电流提供数据参考。[0058]在一个实施例中，如图2所示，控制器获取充电机的总控制电流值后，控制充电模块为电池充电；[0059]总控制电流值根据交流电的电流有效值、经整流电路后的直流侧电容电流值、电路中的不平衡电流的补偿电流值和电池的充电电流需求值求和计算获得。[0060]上述技术方案的工作原理为：控制器获取充电机的总控制电流值后，控制充电模块为电池充电；[0061]总控制电流值根据交流电的电流有效值、经整流电路后的直流侧电容电流值、电路中的不平衡电流的补偿电流值和电池的充电电流需求值求和计算获得。[0062]上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过对总控制电流值的计算，可充分考虑影响总控制电流值的多种因素，保证充电机的总控制电流的准确性。[0063]在一个实施例中，如图3所示，控制器控制整流电路为充电模块提供电源，并控制充电模块为电池充电包括：[0064]获取电池的充电电压需求值和充电电流需求值；[0065]获取充电模块可提供的最大输出电压和最大输出电流；判断充电模块可提供的最大输出电压和最大输出电流是否满足电池需求，若满足，则控制充电模块按照最大输出电压和最大输出电流工作，若不满足，则控制预设的冗余直流转直流变换单元启用工作后，控制充电模块按照最大输出电压和最大输出电流工作；控制模块监控电池的充电进程，当电池充电状态达到预设的最优充电状态时，控制充电模块停止工作。[0066]上述技术方案的工作原理为：控制器控制整流电路为充电模块提供电源，并控制充电模块为电池充电包括：[0067]获取电池的充电电压需求值和充电电流需求值；[0068]获取充电模块可提供的最大输出电压和最大输出电流；判断充电模块可提供的最大输出电压和最大输出电流是否满足电池需求，若满足，则控制充电模块按照最大输出电压和最大输出电流工作，若不满足，则控制预设的冗余直流转直流变换单元启用工作后，控制充电模块按照最大输出电压和最大输出电流工作；控制模块监控电池的充电进程，当电池充电状态达到预设的最优充电状态时，控制充电模块停止工作。[0069]在利用充电机充电过程中，电池的温度是需要重点监测的参数，如果用较高的充电速率充电，会导致电池温度升高，影响电池寿命，甚至造成热失控。通过控制器监测电池的温度变化可及时发现避免电池温度升高的隐患，若电池温度高于预设的温度阈值时，及时进行报警提示；通过计算电池的总热功率可以获得电池的温度变化情况，影响电池的总热功率的因素有电池化学反应中熵变化引起的可逆热功率、电池充放电过程中极化反应产生的极化热功率、欧姆电阻引起的焦耳热功率和向环境传递的热功率；电池的总热功率的计算公式为：[0070]p＝p1+i2*rjh+i2*rom-δ*b*(tn-th)[0071]上式中，p表示电池的总热功率，p1表示电池化学反应中熵变化引起的可逆热功率，rjh表示极化电阻，rom表示欧姆电阻，i表示电池的充电电流，δ表示表示传热系数，b表示电池的表面积，tn表示电池的表面温度，th表示电池所处的环境温度；[0072]上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过对电池的充电电压需求值和充电电流需求值的获取，以及对充电模块可提供的最大输出电压和最大输出电流的获取和判断，可保证控制充电模块按照最大输出电压和最大输出电流工作，提高充电的科学控制水平；通过控制器对电池的总热功率的监测，可及时发现和避免时发现避免电池温度升高的隐患，若电池温度高于预设的温度阈值时，及时进行报警提示，有利于充电的科学监控和安全进行。[0073]在一个实施例中，还包括自适应充电模块，用于根据电池的需求电量，建立自适应定时充电模型，当电池充电状态达到预设的最优充电状态时，自动停止充电；自适应充电模块包括：[0074]获取充电机的历史充电工作数据；[0075]根据历史充电工作数据，建立基于历史电池需求电量、历史电池充电结束用时、历史直流转直流变换单元配置数量三个参数的自适应充电监测函数，利用自适应充电监测函数计算获得自适应充电监测函数值；当自适应充电监测函数值达到预设的最优值时，电池充电结束；[0076]根据最优值，建立电池需求电量与直流转直流变换单元配置数量和电池充电用时的匹配关系库；[0077]获取待充电电池的需求电量，根据匹配关系库，匹配获得待充电电池充电用时和直流转直流变换单元配置数量，根据待充电电池充电用时设置定时程序以及直流转直流变换单元配置数量，进行自动充电。[0078]上述技术方案的工作原理为：还包括自适应充电模块，用于根据电池的需求电量，建立自适应定时充电模型，当电池充电状态达到预设的最优充电状态时，自动停止充电；自适应充电模块包括：[0079]获取充电机的历史充电工作数据；[0080]根据历史充电工作数据，建立基于历史电池需求电量、历史电池充电结束用时、历史直流转直流变换单元配置数量三个参数的自适应充电监测函数，利用自适应充电监测函数计算获得自适应充电监测函数值；当自适应充电监测函数值达到预设的最优值时，电池充电结束；[0081]根据最优值，建立电池需求电量与直流转直流变换单元配置数量和电池充电用时的匹配关系库；[0082]获取待充电电池的需求电量，根据匹配关系库，匹配获得待充电电池充电用时和直流转直流变换单元配置数量，根据待充电电池充电用时设置定时程序以及直流转直流变换单元配置数量，进行自动充电。[0083]上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过根据电池的需求电量，建立自适应定时充电模型，当电池充电状态达到预设的最优充电状态时，自动停止充电，可提高充电机的智能化充电水平和充电效率。[0084]在一个实施例中，还包括直流转直流变换单元配置管理模块，用于合理配置直流转直流变换单元数量，保证充电机充电效能的安全持久；直流转直流变换单元配置管理模块包括：[0085]基于直流转直流变换单元配置的历史数据，获得直流转直流变换单元的使用周期数据、故障次数数据和充电效能数据；[0086]根据故障次数数据和使用周期数据，根据预设的健康值评估条件，评估获得直流转直流变换单元的健康值；根据充电效能数据，依据预设的计算标准，计算获得直流转直流变换单元的现状充电效能值；[0087]将直流转直流变换单元的健康值和现状充电效能值加权累加后，求平均值获得直流转直流变换单元的可安全稳态供电评估值；根据直流转直流变换单元的可安全稳态供电评估值，结合现状充电效能值，设置直流转直流变换单元的供电安全风险值；根据可安全稳态供电评估值和供电安全风险值，对直流转直流变换单元进行数量上的分组搭配组合，获得若干个直流转直流变换单元组；[0088]根据充电电池的需求电量，选择直流转直流变换单元组进行充电。[0089]上述技术方案的工作原理为：还包括直流转直流变换单元配置管理模块，用于合理配置直流转直流变换单元数量，保证充电机充电效能的安全持久；直流转直流变换单元配置管理模块包括：[0090]基于直流转直流变换单元配置的历史数据，获得直流转直流变换单元的使用周期数据、故障次数数据和充电效能数据；[0091]根据故障次数数据和使用周期数据，根据预设的健康值评估条件，评估获得直流转直流变换单元的健康值；根据充电效能数据，依据预设的计算标准，计算获得直流转直流变换单元的现状充电效能值；[0092]将直流转直流变换单元的健康值和现状充电效能值加权累加后，求平均值获得直流转直流变换单元的可安全稳态供电评估值；根据直流转直流变换单元的可安全稳态供电评估值，结合现状充电效能值，设置直流转直流变换单元的供电安全风险值；根据可安全稳态供电评估值和供电安全风险值，对直流转直流变换单元进行数量上的分组搭配组合，获得若干个直流转直流变换单元组；[0093]根据充电电池的需求电量，选择直流转直流变换单元组进行充电。[0094]上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过对直流转直流变换单元的健康值和现状充电效能值组合获得的可安全稳态供电评估值，以及供电安全风险值，进行分析，获得直流转直流变换单元的配置数量，保证直流转直流变换单元的配置合理性，可有利于充电机充电效能的安全持久发挥。[0095]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。









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