用于车辆的车载充电器控制装置和方法及包括该控制装置的系统

文档序号:1808889 发布日期:2021-11-09 浏览:36次 >En<

阅读说明:本技术 用于车辆的车载充电器控制装置和方法及包括该控制装置的系统 (On-board charger control device and method for vehicle and system including the same ) 是由 李祥圭 林珍圭 郑胜勉 于 2020-10-20 设计创作,主要内容包括:本发明涉及用于车辆的车载充电器控制装置和方法及包括该控制装置的系统。所述车载充电器控制装置包括:测量器,其测量三相OBC的各相的电压;以及控制器,其利用各相的电压来计算各相的阻抗。在三相OBC开始进行充电之前测量所述电压。控制器还计算各相的充电量,所述各相的充电量与各相的阻抗相对应,并基于计算出的各相的充电量来调整充电。(The invention relates to an on-board charger control device and method for a vehicle and a system including the control device. The on-vehicle charger control device includes: a measuring device that measures voltages of respective phases of the three-phase OBC; and a controller that calculates an impedance of each phase using the voltage of each phase. The voltage is measured before the three-phase OBC starts charging. The controller also calculates a charge amount of each phase corresponding to the impedance of each phase, and adjusts the charging based on the calculated charge amount of each phase.)

用于车辆的车载充电器控制装置和方法及包括该控制装置的 系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年5月6日提出的韩国专利申请No.10-2020-0053890的优先权权益,其全部内容通过引用合并于本文。

技术领域

本发明涉及用于车辆的车载充电器(on board charger,OBC)控制装置和方法及包括该控制装置的系统,并且更具体地,涉及解决三相OBC的电力不平衡的技术。

背景技术

由于北美和欧洲的环保法规,对环保车辆(例如,插电式混合动力车辆(PHEV)/电动车辆(EV))的需求增加,因此PHEV和EV成为人们关注的焦点。消费者对于这种环保车辆的关注之一是对于长距离行驶的充电行驶距离。需要增大高压电池的容量来增加行驶距离。还需要考虑增加用于为高压电池充电的车载充电器(OBC)的容量连同增加高压电池的容量,以在增加高压电池的容量之后保持在增加之前任何程度的充电时间。

然而,将OBC的容量增加2到4倍会导致尺寸增大和成本增多。由于利用单相电增大OBC的容量会导致电力不平衡,因此目前正在开发的高功率OBC利用三相电对电池进行充电。具体地,对于利用三相电的OBC,应均衡各相电,并且各相电被分别地控制。

然而,当在供应的电力不平衡的状态下进行控制以均匀地供应各相电时,电力不平衡可能变得更严重。此外,当电力不平衡变得更严重时,三相变压器会过载,并且可能会发生使用三相电的电负载的错误操作。具体地,当三相OBC在一侧的单相负载被过度使用的情况下工作时,由于三相期望等同地接收电力,因此相不平衡会变得更严重。

发明内容

本发明提供了一种用于车辆的OBC控制装置和方法及包括该控制装置的系统,所述OBC控制装置用于:当三相OBC的三相电在不平衡状态下进行充电时,通过计算三相不平衡度并且不同地供应各相所消耗的电力以解决不平衡,从而提高所使用的电力的安全性。

本发明构思要解决的技术问题不限于上述问题,并且本发明所属领域的技术人员从以下描述中将清楚地理解本文中未提及的任何其他技术问题。

根据本发明的一方面,一种用于车辆的OBC控制装置可以包括:测量器,其配置为测量三相OBC各相的电压;以及控制器,其配置为利用在三相OBC开始进行充电之前测量出的各相的电压来计算各相的阻抗,计算与各相的阻抗相对应的各相的充电量,基于计算出的各相的充电量来调整充电。

在示例性实施方案中,控制器可以配置为在开始进行充电之前测量各相的电压之后,增加供应给各相的电流。另外,控制器可以配置为在增加所述电流之后操作测量器以测量三相OBC的各相的电压,并且可以配置为计算电压下降值,所述电压下降值是在开始进行充电之前测量出的各相的电压与在增加所述电流之后测量出的各相的电压之间的差值。

控制器可以配置为计算各相的电压与各相的电流之间的相位差。另外,所述控制器可以配置为基于电压下降值以及电压与电流之间的相位差来计算三相OBC的各相的阻抗。所述控制器可以配置为计算充电量,所述充电量与阻抗成反比。

此外,控制器可以配置为利用在开始进行充电之前测量出的各相的电压以及各相的阻抗来计算各相的充电量。所述控制器可以配置为当在开始进行充电之前测量出的三相中的第一相的电压小于预定参考值时,将均匀分配总供应的充电量所获得的电流量减去通过将在开始进行充电之前测量出的第一相的电压除以第一相的阻抗所获得的值,以计算供应给第一相的充电量。

在示例性实施方案中,控制器可以配置为当在开始进行充电之前测量出的三相中的第二相的电压大于预定参考值时,将均匀分配总供应的充电量所获得的电流量加上通过将在开始进行充电之前测量出的第二相的电压除以第二相的阻抗所获得的值,以计算供应给第二相的充电量。所述控制器可以配置为:将在开始进行充电之前测量出的三相的电压值中的中间值设置为用于计算充电量的参考值。

根据本发明的另一方面,一种车辆系统可以包括三相OBC和OBC控制装置,所述OBC控制装置配置为在三相车载充电器开始进行充电之前利用各相的电压计算各相的阻抗,计算与各相的阻抗相对应的各相的充电量,基于计算出的各相的充电量来调整充电。根据本发明的另一方面,一种用于车辆的OBC的操作方法可以包括:测量三相OBC的各相的电压,利用各相的电压来计算各相的阻抗,计算各相的充电量,所述各相的充电量与各相的阻抗相对应,并基于计算出的各相的充电量来调整充电。

在示例性实施方案中,测量所述电压可以包括:在三相OBC开始进行充电之前测量各相的电压;以及在三相OBC开始进行充电之前基于各相的电压不平衡度来调整供应给各相的电流的大小。另外,计算各相的阻抗可以包括增加供应给各相的电流。计算各相的阻抗可以进一步包括:在增加电流之后,测量三相OBC的各相的电压。

此外,计算各相的阻抗可以包括:计算电压下降值,所述电压下降值是在开始进行充电之前测量出的各相的电压与在增加所述电流之后测量出的各相的电压之间的差值。计算各相的阻抗可以进一步包括计算各相的电压与各相的电流之间的相位差。

在示例性实施方案中,计算各相的阻抗可以进一步包括:基于所述电压下降值以及所述电压与电流之间的相位差来计算三相OBC的各相的阻抗。调整充电可以包括计算充电量,所述充电量与阻抗成反比。

附图说明

通过随后结合附图所呈现的具体描述将更为清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征以及优点:

图1是示出根据本发明示例性实施方案的用于车辆的OBC系统的配置的框图;

图2是示出根据本发明示例性实施方案的连接用于车辆的OBC系统的电负载的示例的框图;

图3是示出根据本发明示例性实施方案的用于车辆的OBC控制装置的配置的框图;

图4是示出根据本发明示例性实施方案的用于车辆的三相OBC的电压和电流的变化的曲线图;

图5是示出根据本发明示例性实施方案的用于车辆的三相OBC的电压与电流之间的相位差的曲线图;以及

图6是示出根据本发明示例性实施方案的用于车辆的OBC的控制方法的流程图。

具体实施方式

应当理解,此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆,例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用汽车,包括各种舟艇、船舶的船只,航空器等等,并且包括混合动力车辆、电动车辆、混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如,源于非石油能源的燃料)。正如本文所提到的,混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆,例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

虽然示例性实施方案描述为利用多个单元以进行示例性的过程,但是应当理解的是,示例性的过程也可以由一个或更多个模块进行。此外,应当理解的是,术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件装置,并且被具体地编程以执行本文中所述的过程。存储器配置为对模块进行存储,处理器具体地配置为执行所述模块以进行以下进一步描述的一个或更多个过程。

此外,本发明的控制逻辑可以实施为计算机可读介质上的非易失性计算机可读介质,其包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在网络连接的计算机系统上,使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(CAN)以分布方式存储和执行。

本文所使用的术语仅为了描述特定实施方案的目的,并不旨在限制本发明。正如本文所使用的,单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式,除非上下文另有清楚的说明。还将理解当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时,指明存在所述特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件,但是不排除存在或加入一种或更多种其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。正如本文所使用的,术语“和/或”包括一种或多种相关列举项目的任何和所有组合。

除非特别声明或者从上下文显而易见的,本文所使用的术语“约”被理解为在本领域的正常公差范围内,例如在平均2个标准差内。“约”可以理解为在指定值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%或者0.01%之内。除非上下文另有清楚的说明,否则本文所提供的所有数值通过术语“约”进行修饰。

下文将参考示例性附图对本发明的一些示例性实施方案进行详细描述。在将附图标记添加到每个图的组件时,应该注意到,即使在其它图上显示相同或等效的组件时,也是由相同的附图标记指定的。另外,在描述本发明的实施方案时,为了不会不必要地模糊本发明的主旨,将排除对公知特征或功能的详细描述。

在描述根据本发明实施方案的组件时,可以利用诸如第一、第二、“A”、“B”、(a)、(b)等的术语。这些术语仅用于将一个组件与另一个组件区分开来,并且这些术语并不限制构成组件的性质、次序或顺序。除非另有定义,否则本文中所使用全部术语(包括技术术语或科学术语)具有与本发明所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。通常使用的词典中所限定的术语应该解释为具有与相关技术领域的语境含义等同的含义,而不应该理解为具有理想的或过于正式的含义,除非本申请中明确这样定义。

下文将参考附图1至6对本发明的示例性实施方案进行详细地描述。图1是示出根据本发明示例性实施方案的包括用于车辆的车载充电器(OBC)控制装置的车辆系统的配置的框图。图2是示出根据本发明示例性实施方案的连接用于车辆的OBC系统的电负载的示例的框图。

参考图1和图2,根据本发明示例性实施方案的用于车辆的OBC系统可以包括:用于车辆的OBC控制装置100、三相OBC 200和三相变压器300。三相OBC 200可以实现为用于大容量充电的三相电路。尽管在图1和图2中未示出,但是三相OBC 200可以包括:用于各相的变压器、开关器件等。具体地,三相OBC 200可以针对各相并联连接,或者可以通过将三相功率因数校正器(PFC)与三个直流-直流(DC-DC)转换器并联连接而组成。在此,DC-DC转换器可以连接在单个相中。

三相变压器300可以配置为对从三相OBC 200供应的各相的电力进行转换,并且将转换后的电力传输至高压电池。图1公开了三相OBC 200各相连接有电负载A、B或C的结构。图2公开了用于三相OBC 200的各相连接有附加的单相负载E、F或G以及电负载D的结构。

如图2所示,单相负载E和F可以连接到三相中的第一相,单相负载G可以连接到第二相,并且附加的单相负载不连接到第三相。具体地,可能会发生各相的电力不平衡的情况。因此,根据本发明示例性实施方案的用于车辆的OBC控制装置100可以配置为计算三相的电压之间的差,并且可以配置为尽管连接到各相的电负载的数量或大小不同,也不同地施加供应给各相的电力大小,以控制均匀地供电。

根据本发明示例性实施方案的用于车辆的OBC控制装置100可以实现在车辆中。具体地,OBC控制装置100可以与车辆中的控制器一体地配置,或者可以实现为单独的装置,以通过单独的连接装置与车辆的控制器连接。当三相电在不平衡状态下进行充电时,用于车辆的OBC控制装置100可以配置为计算各相的不平衡度,并且可以配置为不同地施加各相所消耗的电力,从而防止电力不平衡。

图3是示出根据本发明示例性实施方案的用于车辆的OBC控制装置的配置的框图。OBC控制装置100可以包括:测量器110、存储器120和控制器130。测量器110可以配置为测量三相OBC 200各相的电压、各相的电流以及电流与电压之间的相位差,并且可以配置为将测量值传递至控制器130。具体地,测量器110可以包括单独的或集成的传感器,以测量电压、电流以及电流与电压之间的相位差。各相的电压、各相的电流、电流与电压之间的相位差的位置可以是图1和2的D1、D2、D3、D4、D5或D6。

存储器120可以配置为存储测量器110的感测结果和控制器130的操作所需的数据、算法等。作为示例,存储器120可以配置为存储各相的电压测量结果和由控制器130计算的值。存储器120可以包括至少一种类型的存储介质,例如闪存型存储器、硬盘型存储器、微型存储器、卡型存储器(例如,安全数字(SD)卡或eXtreme数字卡)、随机存取存储器(RAM)、静态RAM(SRAM)、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、磁性RAM(MRAM)、磁盘和光盘。

控制器130可以与测量器110、存储器120等电连接,并且可以电控制各个组件。控制器130可以是配置为执行软件指令的电路,并且可以配置为执行以下描述的各种数据处理和计算。控制器130可以配置为处理在用于车辆的OBC控制器100的各个组件之间传递的信号。控制器130可以是例如电子控制单元(ECU)、微控制器单元(MCU)、或装载到车辆中的另一子控制器。具体地,控制器130可以配置为利用电压下降值(所述电压下降值是在三相OBC 200开始充电之前测量出的三相电压与增加供应给三相的电流之后测量出的三相电压之间的差值)来确定各相的阻抗不平衡度,可以配置为计算与各相的阻抗不平衡度相对应的各相的充电量,可以配置为基于计算出的各相的充电量来调整充电。

在开始进行充电之前测量各相的电压以计算三相OBC 200的各相的电压下降值之后,控制器130可以配置为等同地增加供应给三相的电流并测量各相的电压以计算电压下降值。例如,当三相的电压Va1、Vb1和Vc1分别为210V、220V和230V时,由于基于b相的电压(210V)(中间值),a相(例如,第一相)的电压比b相(例如,第二相)的电压小10V,并且由于c相(例如,第三相)的电压比第二相的电压大10V,因此控制器130可以配置为确定出发生10V的不平衡。控制器130可以配置为等同地增加供应给各相的电流,测量三相的电压Va2、Vb2和Vc2,计算通过Va1、Vb1和Vc1减去Va2、Vb2和Vc2而获得的值作为电压下降值。

图4是示出根据本发明示例性实施方案的用于车辆的三相OBC的电压和电流的变化的曲线图。如图4所示,可以识别出根据供应给各相的电流的增加而引起的各相的电压下降程度。换句话说,当在一定时间段之后电流I1增加到电流I2时,电压V1下降到电压V2,并且V2-V1可以是电压下降值。此时,饱和电流量可以是用于测量的参考电流量。图3的控制器130可以配置为利用根据三相电流的增加的电压下降值和三相电压与三相电流之间的相位差来计算三相阻抗。

图5是示出根据本发明示例性实施方案的用于车辆的三相OBC的电压与电流之间的相位差的曲线图。如图5所示,图3的控制器130可以配置为测量电压和电流中的每个值为“0”时的时刻以获得时间差,并计算电压与电流之间的相位差。控制器130可以利用各种通用方案来计算电压与电流之间的相位差。

在电流增加后,各相的电压为Va2、Vb2或Vc2。在此,根据电流增加的电压下降值是通过在开始进行充电之前的电压值Va1、Vb1和Vc1减去调整了供应电流之后的电压值Va2、Vb2和Vc2而获得的值。控制器130可以配置为利用电压下降值和相位差来计算各相的阻抗Za、Zb或Zc(如下面的等式1所示),并且确定各相的阻抗不平衡度,所述阻抗不平衡度是三相的阻抗值之间的差。

等式1

Za=(Va1<0°-Va2<0°)/Ia<θ

Zb=(Vb1<0°-Vb2<0°)/Ib<θ

Zc=(Vc1<0°-Vc2<0°)/Ic<θ

控制器130可以配置为利用在开始进行充电之前测量出的各相的电压以及各相的阻抗来计算各相的充电量。具体地,可以如下面的等式2来计算各相的充电量Ca、Cb或Cc。

等式2

Ca=(Iideal–Va/Za)

Cb=(Iideal+Vb/Zb)

Cc=(Iideal+Vc/Zc)

具体地,Iideal指的是在理想状态下均衡供应给各相的电流量。当供应的功率为6.6Kw时,应为各相供应2.2Kw(=220V×10A),均衡供应的电流量为10A。上面的等式2中的每个充电量指的是电流量。因此,控制器130可以配置为计算与三相阻抗的大小成反比的充电量。如同上面的等式2,用于车辆的OBC控制装置100可以配置为计算如下的值作为a相的充电量,该值是通过均衡分配的电流量(其为在理想状态下均衡供应给各相的电流量)减去通过将a相的电压(210V)除以a相的阻抗Za所获得的值而得到的,并且可以配置为计算供应给b相或c相的充电量。

响应于确定出在开始进行充电之前测量出的三相中的第一相的电压小于预定参考值,控制器130可以配置为通过将均匀分配总供应的充电量所获得的电流量减去在开始进行充电之前测量出的第一相的电压除以第一相的阻抗所获得的值,来计算供应给第一相的充电量。响应于确定出在开始进行充电之前测量出的三相中的第二相的电压大于预定参考值,控制器130可以配置为通过将在开始进行充电之前测量出的第二相的电压除以第二相的阻抗所获得的值,加上均匀分配总供应的充电量所获得的电流量,来计算供应给第二相的充电量。

控制器130可以配置为将在各相开始进行充电之前测量出的电压值中的中间值设置为用于计算充电量的参考值。换句话说,可以看出,可以基于以上等式2中的b相的电压值来计算a相和c相的充电量。因此,控制器130可以配置为根据各相的充电量来调整供应的电流量,从而解决电压不平衡。

在下文中,将参考图6来详细地描述根据本发明示例性实施方案的用于车辆的OBC的操作方法。图6是示出根据本发明示例性实施方案的用于车辆的OBC的控制方法的流程图。在下文中,可以假设图1中的用于车辆的OBC控制装置100执行图6的过程。此外,在图6的描述中,描述为由装置执行的操作可以理解为由用于车辆的OBC控制装置100的控制器130来操作。

参考图6,在S101,该装置可以配置为在开始进行充电之前测量三相OBC 200的各相的单独电压。具体地,该装置可以配置为在图1的D1、D2或D3的位置处测量各相的单独电压。各相的电压为Va1、Vb1或Vc1。在S102,该装置可以配置为利用测量出的三相的电压之间的差值来确定各相的电压不平衡度。当三相的电压Va1、Vb1和Vc1分别为210V、220V和230V时,由于基于第二相的电压(210V)(中间值),第一相的电压比第二相的电压小10V,并且由于第三相的电压比第二相的电压大10V,因此该装置可以配置为确定出发生10V的不平衡。

在S103,该装置可以配置为在等同地增加供应给OBC各相的电流时测量三相电压。在S104,该装置可以配置为利用在增加供应给OBC的电流之后测量出的各相的电压以及在S101测量出的各相的电压来计算电压下降值,并且可以配置为测量电压与电流之间的相位差。

例如,当增加供应给OBC的电流之后的各相的电压为Va2、Vb2或Vc2时,根据增加供应给OBC的电流的各相的电压下降值可以是通过以下方式获得的值:开始进行充电之前的电压值Va1、Vb1和Vc1减去调整了供应给OBC的电流后的电压值Va2、Vb2和Vc2。具体地,用于测量电压与电流之间的相位差的位置可以是图1的D1、D2或D3。

此外,在S105,该装置可以配置为利用各相的电压下降值以及电压与电流之间的相位差来计算各相的阻抗Za、Zb或Zc,从而计算阻抗不平衡度。具体地,可以利用上面的等式1来计算各相的阻抗Za、Zb或Zc,并且可以计算各相的阻抗不平衡度,所述阻抗不平衡度是三相的阻抗值之间的差。在S106,该装置可以配置为基于在开始进行充电之前的三相电压Va、Vb1或Vc1以及三相阻抗Za、Zb或Zc,利用上面的等式2来计算要供应用于充电的充电量。具体地,该装置可以配置为将三相充电量计算为与三相阻抗成反比的值。

例如,假设三相中的a相的电压和阻抗为210V和Za,三相中的b相的电压和阻抗为220V和Zb,三相中的c相的电压和阻抗为230V和Zc,且以6.6Kw的功率进行充电,当该功率均衡分配到a、b或c各相时,各相应当供应2.2Kw(=220V×10A)。然而,当发生各相的不平衡时,所述装置可以配置为基于在各相开始进行充电之前三相的电压值中的预定参考值或中间值(例如,220V)来计算为了电力平衡的各相的充电量。

该装置可以配置为将如下的值计算为a相的充电量,该值是通过均衡分配的电流量(其为在理想状态下均衡地供应给各相的电流量)减去通过将a相的电压(210V)除以a相的阻抗Za所获得的值而得到的,并且可以配置为计算供应给相b或相c的充电量。具体地,可以将电压低且阻抗高的相的充电量计算为相对低。例如,当以10Kw的工作功率进行充电时,可以将其分配为a相3Kw、b相4.5Kw、c相2.5Kw。

在S107,该装置可以配置为根据计算出的各相的充电量来不同地提供所供应的电流量,从而在解决电压不平衡的同时执行充电。因此,本发明的示例性实施方案可以在使用三相电的OBC的各相电力不平衡时提高各相电的稳定性并且可以执行充电,从而防止电源的多个器件(例如,三相电变压器、负载组等)由于起火而损坏。

因此,结合本文公开的实施方案描述的方法或算法的操作可以直接实现在由控制器执行的硬件或软件模块中,或者以其组合形式实现。软件模块可以驻留在存储介质上(也就是存储器和/或存储装置),例如RAM、闪存、ROM存储器、EPROM、EEPROM、寄存器、硬盘、可移动硬盘以及CD-ROM。

示例性存储介质可以联接至控制器,并且控制器可以读取从存储介质输出的信息并且可以将信息记录在存储介质中。或者,存储介质可以与控制器集成。控制器和存储介质可以驻留在专用集成电路(ASIC)中。ASIC可以驻留在用户终端中。在另一种情况下,控制器和存储介质可以作为单独的组件驻留在用户终端中。

本技术通过当三相OBC的三相电在不平衡状态下进行充电时,计算三相不平衡度,并且不同地供应各相所消耗的电力以解决不平衡,从而提高所使用的电力的安全性。另外,可以提供通过本发明直接或间接确定的各种效果。

在上文中,尽管已经参考示例性实施方案和附图描述了本发明,但是本发明并不限于此,本发明所属领域的技术人员可以进行各种改变和修改,而不会脱离由所附权利要求所要求保护的本发明的精神和范围。

因此,本发明的示例性实施方案提供为解释本发明的精神和范围,但不限制本发明的精神和范围,使得本发明的精神和范围不受示例性实施方案的限制。本发明的范围应该基于所附权利要求进行解释,与权利要求等同的范围内的所有技术构思应当包括在本发明的范围内。

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