УСТРОЙСТВО ЗАРЯДКИ БАТАРЕИ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2016 года по МПК H02J7/02 

Изобретение относится к устройству зарядки высоковольтной батареи, в частности, автотранспортного средства на электрической тяге от однофазной сети электроснабжения.

В системах зарядки высоковольтной батареи электрическая мощность поступает от сети последовательно через два преобразователя: понижающего преобразователя напряжения ("buck") и повышающего преобразователя напряжения ("boost"). Эти два преобразователя позволяют соответственно понижать и повышать коэффициент напряжения между их выходным контактом и их входным контактом на частоте, которую задают в зависимости от искомого выходного тока и/или выходного напряжения.

Такие системы зарядки описаны, например, в патентной заявке FR 2943188, в которой раскрыта бортовая система зарядки для автотранспортного средства, обеспечивающая зарядку от трехфазной или однофазной цепи батареи транспортного средства, при этом цепь зарядки включает в себя катушки электрической машины, которая обеспечивает также другие функции, такие как генерирование тока или обеспечение движения транспортного средства.

Разделение тока, поступающего от сети электроснабжения, позволяет выделить высокочастотные составляющие в отбираемом токе, то есть гармоники порядка, более высокого, чем основная частота сети электроснабжения, обычно равная 50 Гц.

Поскольку распределитель электроэнергии задает стандарт гармоник отбираемого тока, такая система зарядки содержит также фильтр типа РИЕ (резистивно-индуктивно-емкостной) на входе понижающего преобразователя напряжения. Этот фильтр вызывает смещение фазы между поступающими из сети током и напряжением. Это смещение фазы приводит к появлению в сети реактивной мощности, которую пользователь не отбирает и которую необходимо свести к минимуму.

Кроме того, внутренние сети электроснабжения в основном являются однофазными сетями электроснабжения. Таким образом, транспортное средство, содержащее устройство зарядки батареи от однофазной сети, можно подзаряжать от внутренней сети электроснабжения, например, в частном гараже или на частной стоянке.

Зарядка от однофазной сети электроснабжения имеет определенные особенности. В зависимости от ее топологии нет возможности согласовывать по фазе входной ток с напряжением сети. Кроме того, когда входное синусоидальное напряжение приближается к нулю, система моментально становится не управляемой, что не создает особого неудобства, если накопительная катушка индуктивности электрической машины между понижающим преобразователем напряжения и повышающим преобразователем напряжения является мощной, так как ток в катушке индуктивности не успевает понизиться, однако недостатком этой системы является слишком большой объем этой катушки индуктивности.

Кроме того, для установления непрерывного силового потока в накопительной катушке индуктивности электрической машины между понижающим преобразователем напряжения и повышающим преобразователем напряжения должен циркулировать не равный нулю ток.

Настоящее изобретение предлагает устройство регулирования понижающего преобразователя напряжения и повышающего преобразователя напряжения такого устройства зарядки, которое, несмотря на присутствие фильтра РИЕ на входе устройства, позволяет сохранять небольшим смещение фазы между током и напряжением, поступающими из однофазной сети электроснабжения.

Изобретение также предлагает бортовое устройство зарядки для автотранспортного средства, выполненное с возможностью подключения к внешней однофазной сети электроснабжения и включающее в свою схему обмотку электрической машины транспортного средства.

Согласно варианту выполнения, предложено устройство зарядки батареи, в частности батареи автотранспортного средства на электрической тяге, от однофазной сети электроснабжения, содержащее каскад фильтрации, предназначенный для соединения с однофазной сетью, каскад понижения напряжения, соединенный с каскадом фильтрации, каскад повышения напряжения, предназначенный для соединения с батареей и связанный с каскадом понижения напряжения через индуктивный компонент, такой как катушка индуктивности, блок регулирования, выполненный с возможностью задавания коэффициентов разделения на каскад понижения напряжения и на каскад повышения напряжения.

Согласно общему отличительному признаку, блок регулирования содержит средства компенсации смещения фазы между входным током каскада понижения напряжения и входным напряжением каскада понижения напряжения.

Предпочтительно блок регулирования содержит первый модуль контроля, выполненный с возможностью определения, в незамкнутом цикле, коэффициента разделения каскада понижения напряжения в зависимости от напряжения однофазной сети электроснабжения, от заданной мощности и от силы тока, проходящего через катушку индуктивности, для компенсации смещения фазы между входным током каскада понижения напряжения и входным напряжением каскада понижения напряжения и для автоматического согласования мощности, поступающей на батарею, с заданной мощностью.

Предпочтительно первый модуль контроля может содержать картографию, выдающую амплитуду входного тока каскада понижения напряжения в зависимости от амплитуды входного напряжения и от заданной мощности.

Предпочтительно блок регулирования содержит второй модуль контроля, выполненный с возможностью определения коэффициента разделения каскада повышения напряжения в зависимости от напряжения на выходе каскада понижения напряжения, от напряжения батареи и от разности между заданной силой индуцируемого тока и силой тока, проходящего через катушку индуктивности, для автоматического регулирования в замкнутом цикле силы тока, проходящего через батарею.

Заданная сила индуцируемого тока предпочтительно всегда превышает силу тока, проходящего через батарею, и силу тока, проходящего через катушку индуктивности.

Предпочтительно второй модуль контроля содержит корректор пропорционально-интегрального типа, в который поступает значение разности между силой тока, проходящего через катушку индуктивности, и заданной силой индуцируемого тока, и средство предупреждения лавинного эффекта, выполненное с возможностью деактивации интегрирующей части корректора, если коэффициент разделения, определенный вторым модулем, равен, с учетом пороговых допусков, значениям «0» или «1».

Объектом изобретения является также автотранспортное средство, по меньшей мере, частично на электрической тяге, содержащее электрическую машину, связанную с ведущими колесами, и каскад инвертора, выполненный с возможностью питания электрической машины.

Согласно общему отличительному признаку, указанное транспортное средство содержит описанное выше устройство зарядки батареи от однофазной сети, электрические соединения и выключатель каскада повышения напряжения, включенного в каскад инвертора, и катушку индуктивности указанного устройства, соответствующую обмоткам указанной электрической машины.

Объектом изобретения является также способ управления зарядкой батареи, в частности батареи автотранспортного средства, от однофазной сети, в котором фильтруют входное напряжение, электрическую мощность от сети подают на батарею через каскад понижения напряжения и каскад повышения напряжения, связанный через индуктивный компонент, такой как катушка индуктивности.

Согласно общему отличительному признаку, компенсируют смещение фазы между входным током каскада понижения напряжения и входным напряжением каскада понижения напряжения.

Предпочтительно входной ток каскада понижения напряжения регулируют, задавая в незамкнутом цикле коэффициент разделения каскада понижения напряжения в зависимости от напряжения однофазной сети электроснабжения, от заданной мощности и от силы тока, проходящего через катушку индуктивности, для компенсации смещения фазы между входным током каскада понижения напряжения и входным напряжением каскада понижения напряжения и для автоматического согласования мощности, поступающей на батарею, с заданной мощностью.

Можно также регулировать силу тока, проходящего через батарею, по контрольной силе тока батареи, задавая в замкнутом цикле коэффициент разделения каскада повышения напряжения в зависимости от напряжения на выходе каскада понижения напряжения, от напряжения батареи и от разности между заданной силой индуцируемого тока и силой тока, проходящего через катушку индуктивности.

Предпочтительно можно деактивировать интегрирующую часть корректора пропорционально-интегрального типа, если коэффициент разделения равен, с учетом пороговых допусков, значениям «0» или «1».

Другие преимущества и отличительные признаки изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания не ограничительного варианта выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - устройство зарядки согласно варианту выполнения изобретения;

фиг.2а и 2b - соответственно первый и второй варианты выполнения первого модуля контроля;

фиг.3 - схема варианта выполнения второго модуля контроля;

фиг.4 - графическое изображение тока, проходящего через катушку индуктивности.

На фиг.1 схематично показано устройство зарядки батареи автотранспортного средства на электрической тяге от однофазной сети электроснабжения, согласно варианту выполнения.

Устройство 1 зарядки содержит каскад 2 фильтрации, каскад 3 понижения напряжения, связанный с каскадом 2 фильтрации, и каскад 4 повышения напряжения, связанный с каскадом 3 понижения напряжения через электрическую машину 5.

Поскольку устройство 1 может быть подключено как к трехфазной, так и к однофазной сети электроснабжения, оно содержит три контакта B₁, B₂, В₃, связанные с входом каскада 2 фильтрации и выполненные с возможностью соединения с сетью электроснабжения. При однофазной зарядке только входы B₁ и В₂ соединены с однофазной сетью электроснабжения, выдающей входное напряжение Ve и входной ток Ie.

Каждый входной контакт B₁, B₂ и В₃ связан с ветвью фильтрации каскада 2 фильтрации. Каждая ветвь фильтрации содержит две параллельные ветви, одна из которых содержит катушку индуктивности со значением L₂, а другая содержит последовательно соединенные катушку индуктивности со значением L₁ и резистор со значением R.

Эти две ветви фильтрации соединены, каждая, на выходе с емкостным конденсатором С, соединенным также с массой в точке, соответственно называемой D₁, D₂, D₃ для каждой из ветвей фильтрации. Совокупность резисторов R, катушек индуктивности L₁ или L₂ и конденсаторов С образует фильтр типа РИЕ на входе каскада 3 понижения напряжения.

При однофазной зарядке контакт В₃ не подключен к сети электроснабжения. Поскольку ветвь фильтрации, связанную с контактом В₃, не используют, в дальнейшем описании она не рассматривается и на чертеже показана пунктирными линиями. Другие элементы электрической схемы, показанные пунктирными линиями, являются элементами, используемыми только в рамках подключения к трехфазной сети электроснабжения.

Каскад 3 понижения напряжения связан с каскадом 2 фильтрации через точки D₁ и D₂. При работе с однофазным электроснабжением каскад 3 понижения напряжения содержит две параллельные ветви 6 и 7, каждая из которых имеет два выключателя S₁ или S₂, управляемые блоком 15 регулирования.

Каждый вход D₁ или D₂ каскада понижения напряжения связан соответственно ветвью F₁ и F₂ с точкой соединения, находящейся между двумя выключателями S₁ или S₂ одной ветви, соответственно 6 и 7.

Общие концы ветвей 6 и 7 образуют два выходных контакта каскада 3 понижения напряжения. Один из контактов соединен с клеммой «-» батареи 13, а также с первым входом 10 каскада 4 повышения напряжения. Другой из этих контактов соединен с первым контактом электрической машины 5, другой контакт которой соединен со вторым входом 11 каскада 4 повышения напряжения.

Каскад 4 повышения напряжения содержит два выключателя S₄ и S₅, раздельно управляемые блоком 15 регулирования. Эти два выключателя S₄ и S₅ находятся на ветви, соединяющей первый вход 10 каскада 4 повышения напряжения и клемму «+» батареи 13. Второй вход 11 каскада 4 повышения напряжения, с которым соединена электрическая машина 5, подключен между двумя выключателями S₄ и S₅, при этом выключатель S₄ подсоединен между вторым входом 11 и клеммой «+» батареи 13, а выключатель S₅ подсоединен между первым входом 10 и вторым входом 11.

Электрическая машина 5, которую можно представить как резистор Rd, последовательно соединенный с катушкой индуктивности Ld, подключена между выходным контактом каскада 3 понижения напряжения и вторым входом 11 каскада 4 повышения напряжения. Не выходя за рамки изобретения, можно заменить электрическую машину нерезистивной катушкой индуктивности или соединить последовательно с электрической машиной 5 дополнительную катушку индуктивности.

К клеммам батареи 13 подключен конденсатор 12, предназначенный для поддержания относительно стабильного напряжения на клеммах батареи 13, и также модуль 19 отслеживания зарядки батареи, выполненный с возможностью выдачи заданного значения Ibat^ref, выражающего, в зависимости от уровня зарядки батареи, оптимальную силу тока, который должен поступать через клемму «+» батареи. Модуль 19 отслеживания зарядки передает заданное значение Ibat^ref в блок 15 регулирования через соответствующее соединение.

Кроме того, средства измерения, интегрированные или не интегрированные в модуль 19, передают в блок 15 регулирования значение Ibat, выражающее измеренную силу тока, действительно проходящего в батарею, и значение Vbat, выражающее напряжение между клеммой «-» и клеммой «+» батареи 13.

Другие модули измерения силы тока позволяют измерять и передавать в блок 15 регулирования значение Id тока, проходящего через электрическую машину 5, значение Ie силы тока сети электроснабжения, поступающего в каскад 2 фильтрации, и значение Ve входного напряжения сети электроснабжения.

Блок 15 регулирования содержит первый модуль 16 контроля, позволяющий определять коэффициент а разделения каскада 3 понижения напряжения, и второй модуль 17 контроля, позволяющий определять заданное значение коэффициента а разделения каскада 4 повышения напряжения.

Для этого блок 15 регулирования содержит два управляющих модуля (не показаны), выполненные, в случае первого модуля, с возможностью задавания временного цикла размыкания и замыкания каждого из выключателей каскада 3 понижения напряжения, чтобы получить коэффициент а разделения каскада 3 понижения напряжения, и, в случае второго модуля, с возможностью задавания временного цикла размыкания и замыкания каждого из выключателей S₄ и S₅ каскада 4 повышения напряжения, чтобы получить коэффициент a_s.

Предпочтительно выключатели являются транзисторами, обеспечивающими быстрое переключение, например транзисторами типа IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

В случае использования только в однофазном режиме выключатель S₄, расположенный между вторым входом 11 каскада 4 повышения напряжения и клеммой «+» батареи 13, остается постоянно замкнутым, и, следовательно, его можно заменить диодом, пропускающим в направлении прохождения от указанного второго входа 11 к клемме «+» батареи 13. В случае когда устройство 1 можно подключать как к однофазной сети электроснабжения, так и к трехфазной сети электроснабжения, диод можно соединить параллельно с выключателем S₄, подключенным между указанным вторым входом 11 и клеммой «+» батареи 13, при этом диод является пропускающим в направлении от указанного второго входа 11 к клемме «+» батареи 13.

Для оценки коэффициентов а и a_s блок 15 регулирования получает на входе значения напряжения Ve сети электроснабжения, силы Id тока, проходящего через электрическую машину 5, напряжения Vbat, проходящего через батарею 13, силы Ibat тока, проходящего через батарею 13, и контрольное значение Ibat^ref силы тока батареи, выдаваемое модулем 19 отслеживания зарядки.

Например, характеристические значения электрических элементов устройства 1 зарядки находятся в следующих диапазонах значений:

- конденсаторы фильтра 2 имеют емкость в несколько сот мкФ, например от 100 до 500 мкФ каждый,

- конденсатор 12, подключенный к клеммам батареи 13 для стабилизации напряжения на клеммах, имеет емкость порядка мФ, например от 1 до 10 мФ,

- резисторы R цепи 2 фильтрации имеют сопротивление порядка Ом, например от 1 до 100 м,

- резистор Rd ротора электрической машины Me имеет сопротивление порядка нескольких десятков мкОм, например от 0,01 Ом до 0,1 Ом,

- катушки индуктивности L1, L2, Ld, соответствующие катушкам индуктивности каскада 2 фильтрации и обмотке электрической машины 5, имеют индуктивность порядка нескольких десятков мкГн, например значения в пределах от 10 мкГн до 100 мкГн.

При помощи первого модуля 16 контроля и второго модуля 17 контроля блок регулирования вырабатывает заданные значения а и a_s коэффициента разделения для каскада 3 понижения напряжения и каскада 4 повышения напряжения, что позволяет выполнять три задачи:

- контролировать амплитуду входного тока If каскада 3 понижения напряжения и согласовывать этот ток If по фазе с входным напряжением Ve (следствием этого контроля является сведение к минимуму смещения фазы между входным током If каскада 3 понижения напряжения и входным напряжением Vc каскада 3 понижения напряжения), что соответствует автоматическому регулированию мощности, отбираемой из сети электроснабжения,

- получать измеренный ток Ibat, входящий через клемму «+» батареи 13, соответствующий потребностям питания батареи 13, причем эти потребности определяет модуль 19 отслеживания зарядки и выдает их в виде функции Ibat^ref в блок 15 регулирования,

- избегать аннулирования тока Id, проходящего через катушку Ld индуктивности электрической машины 5, чтобы не генерировать нежелательные гармоники на уровне тока, отбираемого из сети.

Поскольку падением напряжения на каскаде 2 фильтрации при диапазоне рабочей мощности можно пренебречь, то и нет необходимости описывать уравнения входного фильтра.

Считается, что напряжение Ve на входе каскада 3 понижения напряжения равно входному напряжению Ve сети электроснабжения.

Выходное напряжение Vkn каскада 3 понижения напряжения равно a-Ve. Поскольку оно равно a-Ve, можно записать уравнение ветви, в которой находится электрическая машина, в следующем виде:

где s является оператором дифференцирования по времени "t", то есть $$\frac{d}{dt}=s$$ ,

а обозначает коэффициент разделения каскада 3 понижения напряжения, a_s является коэффициентом разделения каскада 4 повышения напряжения.

Коэффициент а разделения каскада 3 понижения напряжения можно также записать как a=If/Id, где If является током, входящим в каскад 3 понижения напряжения, а коэффициент a_s разделения каскада 4 повышения напряжения можно представить как a_s=Ibat/Id.

Уравнение (1) можно также записать следующим образом:

или:

В соответствии с уравнением 3 можно использовать силу If входящего тока каскада 3 понижения напряжения в качестве переменной управления для автоматического регулирования тока Id, проходящего через электрическую машину 5, по заданному значению Id^ref, которое вырабатывают таким образом, чтобы не допускать аннулирования тока в катушке Ld индуктивности.

Когда значение входного напряжения Ve приближается к нулю, система, даже при автоматическом регулировании, становится не управляемой. Согласно уравнениям, во время этих фаз неуправляемости ток Id в катушке индуктивности Ld электрической машины 5 может только уменьшаться, как показано на фиг.4.

Разделив значение силы If входящего тока каскада 3 понижения напряжения на значение силы Id измеренного тока, проходящего через электрическую машину 5, по определению получают значение коэффициента а разделения каскада 3 понижения напряжения. Управление каскадом 3 понижения напряжения при помощи заданного значения коэффициента а разделения позволяет автоматически регулировать ток питания от сети по нулевому контрольному значению, чтобы исключить смещение фазы между током и напряжением на входе каскада 3 понижения напряжения, и автоматически регулировать ток Id, проходящий через электрическую машину 5, по необходимому заданному значению, то есть по заданному значению силы индукционного тока Id^ref.

Входное напряжение Ve каскада 3 понижения напряжения, равное входному напряжению Ve сети электроснабжения, имеет форму Vc=Ve=Vm sin(rot).

Управление осуществляют таким образом, чтобы If совпадал по фазе с входным напряжением. Входной ток Ie равен Ie=If+Ic, то есть Ie=I_fm sin(cot)+C/2 V_m cos(cot).

Таким образом, ток If отображает активную мощность, отбираемую из сети. Последнюю получают при помощи отношения P_active=I_fm V_m/2, где I_fm=2 P_active/V_m.

Если входной ток Ie регулируют при помощи входного тока If каскада 3 понижения напряжения для исключения смещения фазы и если регулируют ток Id, проходящий через электрическую машину 5, при помощи входного тока If каскада 3 понижения напряжения, чтобы избежать аннулирования тока в катушке Ld электрической машины, то остается выполнить третью задачу регулирования, осуществляемую блоком 15 регулирования и касающуюся автоматического регулирования тока Ibat, входящего в батарею, по заданному значению Ibat^ref, выдаваемому модулем 19 отслеживания зарядки.

Для этого можно, например, задавать коэффициент a_s разделения на каскад повышения напряжения таким образом, чтоб соблюдать отношение a_s=I_bat ^ref/Id,

Отношение, выражающее динамику тока, проходящего через электрическую машину 5, и представленное уравнением (1), напрямую связывает коэффициент a_s разделения каскада 4 повышения напряжения и ток Id, проходящий через электрическую машину 5.

Таким образом, можно напрямую управлять коэффициентом a_s на основании погрешности между контрольным значением I_d ^ref и измеренным значением Id тока, проходящего через электрическую машину 5.

На фиг.2а схематично представлен первый вариант выполнения первого модуля 16 контроля. Первый модуль контроля осуществляет регулирование в незамкнутом цикле входного тока If каскада 3 понижения напряжения. Регулирование входного тока If каскада 3 понижения напряжения осуществляют посредством вычисления коэффициента а разделения каскада 3 понижения напряжения.

Коэффициент а разделения каскада 3 понижения напряжения определяют в зависимости от заданной мощности Pbat^ref, определяемой на основании напряжения Vbat батареи и заданной силы тока Ibatt^ref батареи, от входного напряжения Ve однофазной сети электроснабжения и от силы тока Id, проходящего через катушку индуктивности Ld.

Первый модуль 16 контроля получает на первом входе заданное значение силы тока Ibat^ref, а также на втором входе напряжение Vbat батареи, измеренное на клеммах батареи. Заданное значение силы тока Ibat^ref и напряжение Vbat батареи поступают на вход первого умножителя 21, который выдает заданное значение мощности Pbat^ref.

На третьем входе модуль 16 контроля получает входное напряжение Ve сети электроснабжения. Модуль 16 содержит анализатор 22 сигнала, позволяющий выделить сигнал со стандартной амплитудой V_m, пропорциональный входному напряжению Ve однофазной сети электроснабжения. Сигнал с амплитудой V_m поступает на первый инвертор 23, который на выходе выдает обратное значение амплитуды V_m. Обратное значение этой амплитуды V_m поступает во второй умножитель 24, который принимает также на входе заданное значение мощности Pbat^ref.

На выходе второй умножитель 24 выдает амплитуду If_m входного тока каскада 3 понижения напряжения в третий умножитель 25, который получает также на входе сигнал фазы sin(cot) входного напряжения Ve однофазной сети электроснабжения.

Третий умножитель 25 выдает на выходе входной ток If каскада 3 понижения напряжения, с одной стороны, во второй модуль 17 контроля и, с другой стороны, в четвертый умножитель 26. На четвертом входе модуль 16 принимает значение Id силы тока, проходящего через катушку Ld электрической машины 5. Значение Id тока, проходящего через катушку Ld, поступает во второй инвертор 27, который выдает на выходе обратное значение Id силы тока, проходящего через катушку Ld, в четвертый умножитель 26.

Четвертый умножитель 26 производит вычисление If/If и выдает на выходе значение коэффициента а разделения каскада 3 понижения напряжения, позволяющее автоматически регулировать входной ток If каскада 3 понижения напряжения.

На фиг.2 представлен второй вариант выполнения первого модуля 16 контроля.

В этом модуле 16 второй умножитель 24 заменен картографией 28, выдающей амплитуду If_m входного тока If каскада 3 понижения напряжения в зависимости от амплитуды V_m входного напряжения Ve и от заданного значения мощности Pbat^ref.

На фиг.3 представлен вариант выполнения второго модуля 17 контроля.

В устройстве 1 зарядки регулированием тока Ibat, проходящего в батарее 13, управляет каскад 4 повышения напряжения. Действительно, ток Ibat батареи соответствует отношению I_bat=a _sI_d.

Таким образом, для автоматического регулирования тока Ibat в батарее по его контрольному значению достаточно задать a_s=I_bat ^ref/Id.

Можно также добавить контур коррекции, если имеется значение измерения тока батареи. В этом случае получают:

где а является регулировочным параметром.

Второй модуль 17 контроля осуществляет регулирование в замкнутом цикле силы Id тока, проходящего через катушку Ld индуктивности электрической машины 5.

Второй модуль 17 контроля принимает на первом входе значение Ie силы входного тока, сети электроснабжения. Это значение Ie силы тока поступает в модуль 31, определяющий заданное значение силы индуцируемого тока Id^ref. Второй модуль 17 контроля получает на втором входе значение Id силы тока, проходящего через катушку Ld электрической машины 5. Значение Id силы тока поступает на отрицательный вход первого вычитателя 32, который принимает на положительном входе заданное значение силы индуцируемого тока Id^ref.

Первый вычитатель 32 выдает на выходе разность между силой Id тока, проходящего через катушку индуктивности Ld, и заданным значением силы индуцируемого тока Id^ref в корректор 30 пропорционально-интегрального типа.

Пропорционально-интегральный корректор 30 содержит две параллельные ветви, из которых первая содержит модуль К_р пропорциональной коррекции, а вторая содержит модуль K_i интегральной коррекции и модуль i интегрирования.

Второй модуль 17 контроля получает на третьем входе значение If силы тока на входе каскада 3 понижения напряжения, выдаваемое первым модулем 16 контроля. Значение силы тока If поступает в первый умножитель 33, который принимает также на входе входное напряжение Ve однофазной сети, получаемое на четвертом входе второго модуля 17 контроля.

На выходе первый умножитель 33 выдает значение Pactive активной мощности. Это значение Pactive поступает на вход второго умножителя 34, который получает также на входе обратное значение тока Id, при этом предварительно значение тока Id получает первый инвертор 35.

Второй умножитель производит вычисление Pactive/Id и выдает на выходе значение Vkn выходного напряжения каскада 3 понижения напряжения. Значение Vkn напряжения каскада 3 понижения напряжения поступает на положительный вход второго вычитателя 36, который принимает на отрицательном входе выходное значение от пропорционально-интегрального корректора 30.

При этом второй вычитатель 36 выдает на входе сумму разности между силой Id тока, проходящего через катушку индуктивности Ld, и заданным значением силы индуцируемого тока Id^ref, скорректированным пропорционально-интегральным корректором 30, и выходного напряжения Vkn каскада 3 понижения напряжения на входе третьего умножителя 37. Третий умножитель 37 получает также на входе обратное значение напряжения Vbat батареи, при этом значение напряжения Vbat батареи было принято на пятом входе второго модуля 17 контроля и предварительно выдано во второй инвертор 38.

При этом третий умножитель 37 выдает на выходе заданное значение коэффициента a_s разделения каскада 4 повышения напряжения.

Второй модуль 17 контроля содержит также контур обратной связи между выходом третьего умножителя 37 и входом ветви пропорционально-интегрального корректора 30, содержащей модуль K_i интегральной коррекции.

Если значение коэффициента a_s разделения каскада 4 повышения напряжения равно 0 или 1 с учетом порогового допуска, производят деактивацию ветвей интегральной коррекции.

Этот контур обратной связи соответствует технологии предупреждения лавинного эффекта и предназначен для предупреждения неуправляемости устройства, когда входное напряжение Ve становится близким к нулю. Действительно, во время фаз неуправляемости управление является насыщенным, то есть коэффициенты выключателей или транзисторов IGBT установлены на 1, и не может уменьшить отклонение. Чтобы избежать интегрирования этой постоянной погрешности, используют контур обратной связи. Таким образом, как только устройство становится управляемым, ток Id, проходящий через катушку Ld электрической машины 5, приводится к контрольному значению Id^ref.

Использование этого контура обратной связи позволяет также управлять системой, содержащей катушку Ld с очень низким значением индуктивности. Использование катушки низкой индуктивности позволяет уменьшить объем зарядного устройства.

Изобретение позволяет получить бортовое устройство зарядки для автотранспортного средства, выполненное с возможностью подключения к внешней однофазной сети электроснабжения, содержащее в своей схеме обмотку электрической машины транспортного средства и позволяющее регулировать каскад понижения напряжения и каскад повышения напряжения таким образом, чтобы поддерживать лишь незначительное смещение фазы между током и напряжением, отбираемыми из однофазной сети электроснабжения.

Изобретение относится к зарядным устройствам батареи автотранспортного средства на электрической тяге. Технический результат - повышение степени управляемости зарядного устройства. Устройство зарядки батареи, в частности батареи автотранспортного средства на электрической тяге, от однофазной сети электроснабжения, содержащее каскад фильтрации, предназначенный для соединения с однофазной сетью, каскад понижения напряжения, соединенный с каскадом фильтрации, каскад повышения напряжения, предназначенный для соединения с батареей и связанный с каскадом понижения напряжения через индуктивный компонент (L_d), такой как катушка индуктивности, блок регулирования, выполненный с возможностью задавать коэффициенты разделения (а, a_s) на каскад понижения напряжения и на каскад повышения напряжения. Блок регулирования содержит средства компенсации смещения фазы между входным током (I_f) каскада понижения напряжения и входным напряжением (V_c) каскада понижения напряжения. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство зарядки батареи (13), в частности батареи автотранспортного средства на электрической тяге, от однофазной сети электроснабжения, содержащее каскад (2) фильтрации, предназначенный для соединения с однофазной сетью, каскад (3) понижения напряжения, соединенный с каскадом (2) фильтрации, каскад (4) повышения напряжения, предназначенный для соединения с батареей (13) и связанный с каскадом (3) понижения напряжения через индуктивный компонент (L_d), такой как катушка индуктивности, блок (15) регулирования, выполненный с возможностью задавания коэффициентов разделения (a, a_s) на каскад (3) понижения напряжения и на каскад (4) повышения напряжения,
отличающееся тем, что блок (15) регулирования содержит средства компенсации смещения фазы между входным током (I_f) каскада (3) понижения напряжения и входным напряжением (V_c) каскада (3) понижения напряжения,
при этом блок (15) регулирования содержит первый модуль (16) контроля, выполненный с возможностью определения, в незамкнутом цикле, коэффициента разделения (а) каскада (3) понижения напряжения в зависимости от напряжения (V_e) однофазной сети электроснабжения, от заданной мощности (P_bat ^ref) и от силы (I_d) тока, проходящего через катушку индуктивности (L_d), для компенсации смещения фазы между входным током (I_f) каскада (3) понижения напряжения и входным напряжением (V_c) каскада (3) понижения напряжения и для автоматического согласования мощности (P_bat), поступающей на батарею, с заданной мощностью $$\left(P_{bat}^{ref}\right)$$ ,
при этом блок (15) регулирования содержит второй модуль (17) контроля, выполненный с возможностью определения коэффициента разделения (a_s) каскада (4) повышения напряжения в зависимости от напряжения (V_kn) на выходе каскада (3) понижения напряжения, от напряжения (V_bat) батареи (13) и от разности между заданной силой (I_d ^ref) индуцируемого тока и силой (I_d) тока, проходящего через индуктивный компонент (L_d), для автоматического регулирования в замкнутом цикле силы (I_bat) тока, проходящего через батарею (13).

2. Устройство по п.1, в котором первый модуль (16) контроля содержит картографию, выдающую амплитуду (I_fm) входного тока (I_f) каскада (3) понижения напряжения в зависимости от амплитуды (V_m) входного напряжения (V_e) и от заданной мощности (P_bat ^ref).

3. Устройство по п.1 или 2, в котором заданная сила (I_d ^ref) индуцируемого тока всегда превышает силу (I_bat) тока, проходящего через батарею (13), и силу (Ia) тока, проходящего через индуктивный компонент (L_d).

4. Устройство по любому из пп.1-2, в котором второй модуль (17) контроля содержит корректор (30) пропорционально-интегрального типа, в который поступает значение разности между силой (Ia) тока, проходящего через индуктивный компонент (L_d), и заданной силой (Ia^ref) индуцируемого тока, и средство предупреждения лавинного эффекта, выполненное с возможностью деактивации интегрирующей части корректора (30), если коэффициент разделения (a_s), определенный вторым модулем (17), равен, с учетом пороговых допусков, значениям 0 или 1.

5. Автотранспортное средство, по меньшей мере, частично на электрической тяге, содержащее электрическую машину (5), связанную с ведущими колесами, и каскад инвертора, выполненный с возможностью питания электрической машины (5), отличающееся тем, что содержит устройство по любому из пп.1-4, электрические соединения и выключатель каскада (4) повышения напряжения, при этом указанное устройство включено в каскад инвертора и индуктивный компонент (L_d) указанного устройства соответствует обмоткам указанной электрической машины (5).

6. Способ управления зарядкой батареи (13), в частности батареи автотранспортного средства, от однофазной сети, в котором фильтруют входное напряжение (V_e), подают электрическую мощность от сети на батарею через каскад (3) понижения напряжения и каскад (4) повышения напряжения, связанный через индуктивный компонент (L_d), такой как катушка индуктивности,
отличающийся тем, что компенсируют смещение фазы между входным током (I_f) каскада (3) понижения напряжения и входным напряжением (V_c) каскада (3) понижения напряжения,
регулируют входной ток (I_f) каскада (3) понижения напряжения, задавая в незамкнутом цикле коэффициент разделения (а) каскада (3) понижения напряжения в зависимости от напряжения (V_e) однофазной сети электроснабжения, от заданной мощности (P_bat ^ref) и от силы (I_d) тока, проходящего через индуктивный компонент (L_d), для компенсации смещения фазы между входным током (I_f) каскада (3) понижения напряжения и входным напряжением (V_c) каскада (3) понижения напряжения и для автоматического согласования мощности (P_bat), поступающей на батарею, с заданной мощностью (P_bat ^ref),
и регулируют силу (I_bat) тока, проходящего через батарею (13), по контрольной силе (I_bat ^ref) тока батареи, задавая в замкнутом цикле коэффициент разделения (a_s) каскада (4) повышения напряжения в зависимости от напряжения (V_kn) на выходе каскада (3) понижения напряжения, от напряжения (V_bat) батареи и от разности между заданной силой (I_d ^ref) индуцируемого тока и силой (I_d) тока, проходящего через индуктивный компонент (L_d).

7. Способ по п.6, в котором деактивируют интегрирующую часть корректора пропорционально-интегрального типа, если коэффициент разделения (a_s) равен, с учетом пороговых допусков, значениям 0 или 1.