电动车电池充电器制造技术

一种电池充电器，其能够接收单相交流电力并且根据本文公开的不同实施例向电力存储电池输送交流和直流电力。交流输入从电力输入接收单相电力，一个开关连接到交流输入，进一步连接到交流输出或到电力转换器，该电力转换器响应于充电电压值和期望充电电流值，以将电力转换为可变直流电压，其可变电流不超过期望的直流负载的充电电流值。电力转换器具有至少一个高电压电容器，用于以升压至高于交流输入的峰值电压的电压存储电能。

Battery charger for electric vehicles

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电动车电池充电器本申请要求2018年4月20日提交的美国临时专利申请62/660,530的优先权，其说明书通过引用结合于此。
本专利技术涉及电池充电系统领域，例如用于电动车辆的电池充电系统。本专利技术还涉及电力转换器领域，例如在住宅电压和功率下工作的整流器。
技术介绍
该部分旨在提供权利要求中记载的本专利技术的背景或上下文。这里的描述可以包括需要达到的概念，但不一定是先前已经构思或追求的概念。因此，除非本文另有说明，否则本部分中描述的内容不是本申请中的说明书和权利要求的现有技术，并且不因包括在本部分中而被认为是现有技术。目前，一种电动汽车(E-V)通常包含电池组和电池充电系统。电池组通常需要直流电(D-C)输入以给电池充电。为此，提供了一种车载充电电路，其将通常在家中所用的交流电力转换为用于电池组的直流输入。在通常称为″1级″和″2级″充电的情况下，电池充电系统具有家用或类似的交流电，其转换为直流以供给电池组。1级和2级充电主要取决于供电量，有时也取决于电压。″3级″充电通常是指直流充电，其可以涉及高功率下的直流电流，例如高于350V的电压和高电流，导致充电功率通常高于15kW并且高达160kW。3级充电站是商业充电站，旨在尽快为EV充电。使用目前的EV电池，可以实现非常快速的充电，到达电池充电容量的约75％至80％。对于一些电动车电池，可以高功率充电，15到20分钟内完成15％到80％的电池充电。在此之后，充电非常慢，例如，将充电水平从80％提高到99％可能需要数小时。通常会鼓励客户离开充电站，以便其他客户可以为他们的车辆充电。这种快速充电便于商业充电站的操作；然而，经受这种高功率充电可以缩短某些EV电池的寿命。例如，就电池寿命而言，优选允许2小时从电池充电15％至80％而不是20分钟。用于这种充电的直流电源由三相电源供电，这些电源通常可用于商业安装而不是住宅。三相交流电可以有效地转换为直流电。通常，这种充电在住宅中是不可用的，其中可用功率通常也限制在60kW以下。例如，在某些地方，住宅的电源面板的电源供应不超过200A，240V(RMS)，所有家庭使用的总可用功率可为48kW。通过使用主断路器提供这样的功率限制，通常使用″超额预订″假设来确定本地配电变压器的尺寸，从而在统计上可防止由于过多的住宅使用太多电力而导致过载。此外，当从单相交流电流源启动时，3级充电需要整流器电路，由于成本问题以及其他原因，该整流器电路通常不在家中提供。当前的住宅汽车充电系统基本上表现得像高功率设备，例如衣物烘干机。在2级充电中，功率通常限制在约7kW或更低，这是与干衣机相当的负载(240V时30安培是7.2kW)。安装在家中的充电单元通过断路器电路将市电交流电源连接到车辆，使得车辆的车载交流到直流转换电路可以为车辆电池充电。大多数电动车辆允许″快速″直流充电，在这种情况下，交流到直流的转换器在EV外部。直流充电的优点不仅在于充电功率可以大于车辆中的交流到直流转换器的容量，而且转换效率不依赖于制造商在制造车辆时提供的转换器。如果可以有效地为住宅提供直流充电，则可以省略重且昂贵的2级充电设备。对于2级功耗，车辆充电将导致住宅电力入口或主电路板消耗的电量超过其允许的功率预算(从而导致主断路器跳闸，导致面板与配电变压器断开连接)的概率很低。然而，当大多数家用配电板增加了大于7kW的负载，并且持续数小时时，超过家用配电板的总功率预算的风险增加了。
技术实现思路
本专利申请提供了可以单独或组合应用的补充改进。第一个改进涉及用于直流充电的改进的整流器。在一个方面，改进的整流器具有高电压电容器模块，其可在充电器内容易地更换。在另一个方面，该充电器包括一背板和刀片架构，其允许分布在多个较低功率刀片模块上，进行交流到直流转换，以便使用刀片模块提供各自小于约5kVA，使得刀片模块的组合可以提供超过10kVA(并且优选地超过20kVA)的交流单相电力到直流充电电力输出的电力转换。第二个改进涉及一种电池充电系统，如果将所有非充电负载同时连接到使用其负载的入口，该系统将允许用于电池充电的功率水平超过电力入口的标称预算。因此，根据第二改进，基于非充电负载功耗的建模和/或历史监控来进行基于时间的非充电负载功耗的预测。第三改进涉及具有充电功率程序模块的电力转换器，该充电功率程序模块具有用于接收定义充电积极性参数的用户输入的用户输入接口，其中充电功率程序模块响应于充电积极性参数随时间控制电流水平。第四改进涉及一种用于从电力转换器移除和替换高电压电容器的插座型连接器。第五改进涉及具有能够在双向状态下工作的电路的电力转换器，除了提供配合交流输入作为整流器的直流充电能力之外，它还能够将电压/电流从直流转换为交流作为逆变器，因此，提供来自电动汽车直流电池的交流输出。在一些实施例中，电池充电器转换单相交流电力并将直流电力输送到电力存储电池。交流输入从电力入口接收单相电力，电力转换器连接到交流输入并响应充电电压值和期望的充电电流值以将电力转换为可变直流电压，其可变电流不超过期望的直流负载的充电电流值。电力转换器具有至少一个高电压电容器，用于以高于交流输入的峰值电压的升压的电压存储。在一些实施例中，充电器电路可以在双向状态下进行操作，则能够使电压/电流从交流转换成直流作为整流器或从直流向交流作为逆变器，因此，从电动汽车的直流电池提供交流输出。在本申请公开的一个方面，充电器电路只能作为整流器工作，通过更换连接在充电器电路中的高电压电容器的第一端子和相应的相对端之间的两个高电压开关为两个二极管，以单向方式将交流电压转换为直流，作为单向充电器。在此，以整流器或逆变器模式工作的电池充电器转换器，可以分别称为电池充电器整流器或电池充电器逆变器。在一些实施方案中，本文所公开的电池充电器具有交流输入的外壳，用于从电力入口接收单相电力，交流输出，和直流输出，其中一个开关连接在交流输入和交流输出之间。该开关还连接到背板，该背板具有一个或多个适于接收一个或多个直流电力转换器模块的模块连接器。在交流模式中，开关闭合并且将交流输入连接到交流输出，从而为电力存储电池提供交流电流。在直流模式下，开关断开，交流输入连接到直流电力转换器组件，向直流输出提供直流电流。在一个实施例中，充电器具有模块连接器，适于接收一个或多个直流电力转换器模块，但不具有原始安装在壳体内的向用户提供一个2级交流EV电池充电器的直流电力转换器模块。直流电力转换器模块可以在以后的时间被添加到充电器，以升级到3级直流EV充电器。在一个其它方面，本专利技术提供了一种便携式直流充电单元，其用于电动车辆。直流便携单元包括具有连接器背板的壳体，该连接器背板具有用于接收至少一个模块的多个插座，所述模块包括电池整流器电路、从交流电源接收交流电流的交流输入、和通过直流电缆连接到车辆的直流输出。在另一个广泛的方面，本公开提供了一种连接到交流输入的电力转换器，其将来自交流输入的电力转换为直流，包括至少一个高电压电容器，用于以升压至高于交流输入的峰值电压的电压存储电能，整流器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于向电力存储电池供电的电池充电器，所述电池充电器包括：/n交流输入，用于从电力入口接收单相电力；/n电池充电控制器接口，用于与电力存储电池联通并接收充电电压值；/n电力转换器，连接到所述交流输入并响应于所述充电电压值，以根据直流负载的所述充电电压值将来自所述交流输入的电力转换为可变电压的直流输出的直流电，所述电力转换器包括：/n至少一个高电压电容器，用于以升压至高于所述交流输入的峰值电压的电压存储电能；/n整流器电路，包括：/n与所述交流输入串联连接的电感器，/n低电压电容器，/n如下之一：/n两个二极管，连接在第一交流输入端和所述高电压电容器的相对端之间；和/n两个高电压开关，连接在第一交流输入端和所述高电压电容器的相对端之间，/n两个中间低电压电源开关，连接在所述高电压电容器的所述相对端和所述低电压电容器的相对端之间，和/n两个端子低电压电源开关，连接在所述低电压电容器的所述相对端和第二交流端子之间，/n其中，直流负载可以连接到所述高电压电容器的所述相对端；和/n控制器，具有至少一个传感器，用于检测所述整流器电路中的电流和/或电压，并连接到所述两个中间低电压电源开关和所述两个端子低电压电源开关的栅极输入。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171013 CA PCT/CA2017/051218;20180420 US 62/660,51.一种用于向电力存储电池供电的电池充电器，所述电池充电器包括：
交流输入，用于从电力入口接收单相电力；
电池充电控制器接口，用于与电力存储电池联通并接收充电电压值；
电力转换器，连接到所述交流输入并响应于所述充电电压值，以根据直流负载的所述充电电压值将来自所述交流输入的电力转换为可变电压的直流输出的直流电，所述电力转换器包括：
至少一个高电压电容器，用于以升压至高于所述交流输入的峰值电压的电压存储电能；
整流器电路，包括：
与所述交流输入串联连接的电感器，
低电压电容器，
如下之一：
两个二极管，连接在第一交流输入端和所述高电压电容器的相对端之间；和
两个高电压开关，连接在第一交流输入端和所述高电压电容器的相对端之间，
两个中间低电压电源开关，连接在所述高电压电容器的所述相对端和所述低电压电容器的相对端之间，和
两个端子低电压电源开关，连接在所述低电压电容器的所述相对端和第二交流端子之间，
其中，直流负载可以连接到所述高电压电容器的所述相对端；和
控制器，具有至少一个传感器，用于检测所述整流器电路中的电流和/或电压，并连接到所述两个中间低电压电源开关和所述两个端子低电压电源开关的栅极输入。


2.如权利要求1所述的充电器，其中所述控制器可操作地用于使所述整流器电路以升压模式操作，其中所述高电压电容器的电压高于所述交流输入的峰值电压，并且所述两个中间低电压电源开关和所述两个端子低电压电源开关响应于所述低电压电容器处存在的电压的测量，以冗余开关状态切换，以便将所述低电压电容器保持在所述高电压电容器的期望电压的预定部分，从而保持所述高电压电容器在所需的高电压下，所述整流器电路提供所述直流负载和吸收功率，形成五级有源整流器，在所述交流输入处具有低谐波。


3.如权利要求1或2中任一项所述的充电器，其中所述电池充电控制器接口还与电力存储电池联通并接收期望的充电电流值，并且所述电力转换器还响应于所述期望的充电电流值以进行转换，在不超过直流负载的所述期望的充电电流值的可变电流下，将来自所述交流输入的电能转化为直流输出处的直流电。


4.如权利要求1至3中任一项所述的充电器，还包括降压转换器电路，用于将来自所述高电压电容器的所述相对端的直流电力转换为由所述充电电压值设定的较低的直流输出电压。


5.如权利要求1至4中任一项所述的充电器，还包括升压转换器电路，用于将来自所述高电压电容器的所述相对端的直流电力转换为由所述充电电压值设定的较高的直流输出电压。


6.如权利要求1至5中任一项所述的充电器，包括所述插座型连接器，用于从所述有源整流器电路中移除和替换所述高电压电容器。


7.如权利要求6所述的充电器，其中所述高电压电容器集成在插入式模块中，所述插入式模块包括至少一个电子识别组件和用于将所述电子识别组件连接到所述控制器的接口，其中所述控制器配置成，在所述电子识别组件不存在或未能为所述插件模块提供有效的识别时，防止操作。


8.如权利要求1至7中任一项所述的充电器，其中所述两个中间低电压电源开关和所述两个端子低电压电源开关以高于10kHz的频率切换。


9.如权利要求1至8中任一项所述的充电器，其特征在于，所述单相交流输入约为240VRMS，所述直流输出电能的电压大于350V。


10.如权利要求1至9中任一项所述的充电器，其中所述充电器包括壳体，其包括具有多个模块插座的连接器背板和连接在所述模块插座中的至少一个模块，每个所述模块包括所述整流器电路，并联工作的所述模块为所述负载提供直流电。


11.如权利要求10所述的充电器，其特征在于，每个所述模块的所述高电压电容器约为4毫法拉。


12.如权利要求10或11所述的充电器，其中所述模块中的每一个能够提供大于约2kW的直流负载功率。


13.如权利要求1至12中任一项所述的充电器，还包括直流车辆充电电缆和充电插头。


14.如权利要求1至10中任一项所述的充电器，其中，所述充电器能够提供大于9.5kW的直流负载功率。


15.如权利要求1至14中任一项所述的充电器，其中所述充电器是便携式充电器，还包括交流输入电缆，直流输出电缆，壳体，所述壳体包括连接器背板，所述连接器背板具有多个模块插座和至少一个模块连接在所述模块插座中，每个所述模块包括所述整流器电路，所述模块并联工作以向所述负载提供直流电力。


16.如权利要求1至15中任一项所述的充电器，其中，所述电力转换器包括用于测量由来自其配电变压器的电力入口处汲取的功率的电力入口功率传感器，和电力汲取增加预测模块，其具有用于接收所汲取的功率的值的输入和提供在电力入口处汲取的最大可能的功率跳跃值的输出，所述电力转换器被配置为限制所述电力转换器输出的所述电流水平，以防止在最大可能的功率跳跃发生时，所述电力入口处汲取的功率超过预定限制。


17.如权利要求15所述的充电器，其中所述电动车辆具有接收器，其具有存在传感器，示出所述便携式充电器的连接器的存在。


18.如权利要求14或15中所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈尼·瓦赫迪，马克·安德烈·福尔热，
申请(专利权)人：奥西阿口有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA