用于估计和补偿电池充电器的漏电流的设备、设置有这种设备的车辆以及该设备的实施方式的制作方法

multiphase machines and power electronics,iet electric power applications,issn 1751-8660[i.subotic,n.bodo,e.levi,b.dumnic,d.milicevic,v.katic-基于多相电机和电力电子装置的电动车辆快速车载集成电池充电器概述，iet电力应用，issn 1751-8660])，
[0016]-(yilmaz and p.t.krein-review of battery charger topologies,charging power levels,and infrastructure for plug-in electric and hybrid vehicles,ieee transactions on power electronics,vol.28,no.5,may 2013[yilmaz和p.t.krein-对插电式电动和混合动力车辆的电池充电器拓扑结构、充电功率水平和基础设施的回顾，ieee电力电子会刊，第28卷，第5期，2013年5月])，以及
[0017]-(y.zhang et al.-leakage current issue of non-isolated integrated chargers for electric vehicles,proceedings of the 2018 ieee energy conversion congress and exposition(ecce),portland,or,usa,23-27 sept.2018[y.zhang等人-电动车辆的非隔离集成充电器的漏电流问题，2018年ieee能源转换大会和博览会论文集(ecce)，美国俄勒冈州波特兰，2018年9月23-27日])提出了向功率转换系统中添加部件或重新配置电动机的电连接以改善电隔离，从而最大限度地减少漏电流。
[0018]
然而，这些修改导致充电控制的复杂性增加、电动机定子的芯中的磁电流增大、以及充电效率下降，并且能够在充电期间为电动机的转子供电。
[0019]
现有技术中提出的方法试图最大程度地减少漏电流的流动，并且不提供对充电器中过电压的出现的抑制。


技术实现要素：

[0020]
本发明的目的是克服这些缺点中的全部或一些。
[0021]
鉴于前述内容，本发明提出了一种用于估计和补偿电动或混合动力机动车辆的电池充电器的漏电流的方法，该方法包括：在充电期间测量该充电器与该充电器的供电网络之间的差动剩余电流，将该剩余电流与跳闸阈值进行比较，以及基于该比较的结果根据预定的充电曲线确定充电设定点。
[0022]
当该剩余电流高于该跳闸阈值时，该充电设定点包括安全充电设定点，该安全充电设定点被配置为将该漏电流的值限制在漏电流允许值内以便不中断充电，该安全充电设定点根据测得的差动剩余电流与该跳闸阈值之间的差确定，所述差被具有可变增益的放大器放大并然后注入到实施动态模型的滤波器的输入中，该放大器取决于根据该充电曲线确定的电流，所述动态模型的输出被与根据该充电曲线确定的该电流相加以提供所述安全充电设定点。
[0023]
根据一个特性，该方法包括识别为该充电器供电的网络的类型，以及根据所识别的供电网络类型来确定该跳闸阈值和该漏电流允许最大值。
[0024]
优选地，该动态模型包括一阶传递函数，该传递函数的参数的确定包括该充电基础设施的频域识别。
[0025]
有利地，该可变增益取决于多项式函数。
[0026]
根据另一特性，该多项式函数的系数是凭经验来确定的。
[0027]
本发明的另一个主题是一种用于估计和补偿电动或混合动力机动车辆的电池充
电器的漏电流的设备，该设备包括：电流测量装置，该电流测量装置被配置为在充电期间测量该充电器与该充电器的供电网络之间的差动剩余电流；第一比较装置，该第一比较装置被配置为将测得的剩余电流与跳闸阈值进行比较；以及处理装置，该处理装置被配置为根据预定的充电曲线确定充电设定点。
[0028]
该处理装置被配置为当该剩余电流高于该跳闸阈值时，确定该充电设定点包括安全充电设定点，该安全充电设定点被配置为将该漏电流的值限制在漏电流允许值内以便不中断充电，所述处理装置包括用于该测得的差动剩余电流与该跳闸阈值之间的差的可变增益放大器，所述可变增益放大器取决于根据该充电曲线确定的电流并且连接到实施动态模型的滤波器的输入处，所述滤波器的输出连接到加法器，该加法器将所述滤波器的所述输出与根据该充电曲线确定的该电流相加以提供所述安全充电设定点。
[0029]
根据一个特性，该设备包括识别装置，该识别装置被配置为识别用于该充电器的供电网络的类型，该识别装置另外被配置为根据所识别的供电网络类型来确定该跳闸阈值和该漏电流允许最大值。
[0030]
优选地，该动态模型被配置为近似包括连接到该充电器的供电网络的充电基础设施和这些漏电流的动态行为。
[0031]
有利地，该动态模型包括一阶传递函数。
[0032]
本发明的另一个主题是一种电动或混合动力机动车辆，其包括具有充电控制器的电池充电器以及如先前所定义的用于估计和补偿充电器的漏电流的设备，所述设备驱动该充电控制器。
附图说明
[0033]
通过阅读单纯以非限制性示例的方式并参照附图给出的以下说明，本发明的其他目的、特征和优点将显现，在附图中：
[0034]
[图1]展示了根据本发明的电动或混合动力机动车辆的示例；
[0035]
[图2]展示了根据本发明的处理模块的示例实施例；
[0036]
[图3]展示了根据本发明的用于估计和补偿漏电流的设备的示例实施方式；以及
[0037]
[图4]展示了根据本发明根据用于估计和补偿漏电流的设备的激活状态、差动电流随时间推移的变化的示例。
具体实施方式
[0038]
参考图1，该图展示了连接到充电基础设施2的电动或混合动力机动车辆1，该充电基础设施包括充电站3和为充电站3供电的供电网络r。
[0039]
车辆1包括连接到充电站3的电池充电器4和连接到充电器4的电池5，使得当网络r对电池5充电时，电流i
batt
在电池5的端子处流动。
[0040]
网络r提供单相ac电压，例如230v，或三相ac电压，例如380v。
[0041]
充电器4包括滤波级6、降压和整流器级7和三相牵引电动机8，该滤波级包括连接到站3的输入并且被配置为防止尤其是由充电器4内的功率转换操作产生的电干扰被输出到网络r，该降压和整流器级包括以共模模式连接到滤波级6的输出的输入，该三相牵引电动机包括星形连接的定子绕组，其中性点n连接到降压和整流器级7的输出，中性线电流in在级7与电动机8之间流动。
[0042]
降压和整流器级7对网络r递送的ac电压进行降压和整流，并且包括降压功率转换器和至少一个平滑电感，以平滑降压和整流操作后产生的dc电流。
[0043]
电机8的定子绕组也用于平滑dc电流，使得级7中的电感可以具有减小的尺寸。
[0044]
另外，充电器4包括升压级9，该升压级包括各自连接到电机8的不同相的输入，以及连接到降压和整流器级的第二输出的第四输入，级9的输出连接到电池5。
[0045]
升压级9升高电压并且包括升压功率转换器。
[0046]
充电器4包括充电控制器10、用于估计和补偿漏电流的设备11和充电设定点模块12，该充电控制器被配置为根据充电设定点电流ic来驱动降压和整流器级7和驱动升压级9，该设备连接到控制器10并产生充电设定点电流ic，该充电设定点模块被配置为在电池5被充电时产生电流i1，该电流i1是根据保存在模块12中的充电曲线pr来确定的，在充电期间中性线电流in跟随电流i1的变化。
[0047]
充电曲线pr例如是根据电池5被充电时电流i
batt
随时间的变化来确定的。
[0048]
用于估计和补偿漏电流的设备11被配置为产生包括安全充电设定点电流i
cs
的安全充电设定点，并且被配置为将漏电流的值限制在安全阈值内，以便在充电器4与充电器的供电网络r之间的差动剩余电流i
diff
高于跳闸阈值se1时不中断充电。
[0049]
设备11包括电流测量装置13和处理模块14，该电流测量装置被配置为测量充电器与充电器的供电网络之间的差动剩余电流，该处理模块包括连接到测量装置13的第一输入e1、接收电流i1的第二输入e2和连接到控制器10的输出s1，充电设定点电流ic在该输出上流动。
[0050]
差动剩余电流i
diff
与漏电流尤其是通过以下关系相联系，该关系包括存在于充电器4中的共模滤波器的等效阻抗、寄生电容的阻抗和网络r的等效阻抗，这些阻抗难以量化。
[0051]
因此，处理模块14包括使用剩余差动电流i
diff
的值和由模块12给出的充电控制器10的操作点通过部分模型来估计寄生效应的估计器。估计器基于差动剩余电流i
diff
实时确定共模滤波级6的动态和寄生电容的动态，该差动剩余电流i
diff
被视为地中寄生电流的映像(image)。
[0052]
估计地中的漏电流或寄生电流，并将其用于补偿它们对充电控制的影响，以最大限度地减少它们的传播和放大。
[0053]
寻求抑制充电器中过电压的出现。
[0054]
测量装置13例如由缠绕有绕组的磁芯制成。
[0055]
图2展示了处理模块14的示例实施例。
[0056]
处理模块14包括第一比较装置15和处理装置16，该第一比较装置被配置为将在第一输入e1上接收到的剩余电流i
diff
的值与跳闸阈值se1进行比较，该处理装置被配置为根据充电曲线pr确定包括充电设定点电流ic的充电设定点。
[0057]
处理装置16被配置为在剩余电流i
diff
高于跳闸阈值se1时确定充电设定点包括安全充电设定点电流i
cs
，该安全充电设定点电流被配置为将漏电流的值限制在漏电流允许值i
diffmax
内以便不中断充电。
[0058]
另外，模块14包括识别装置17，该识别装置被配置为识别网络r的类型并且另外被配置为根据所识别的网络r的类型并且根据在0到1之间变化的灵敏度系数β来确定跳闸阈
值se1。
[0059]
阈值se1等于：
[0060]
se1＝β.i
diffmax
ꢀꢀꢀ
(1)
[0061]
例如，如果识别装置17检测到网络r为单相类型，低于12.5安培，则电流i
diffmax
等于70ma，而在其他情况下，电流i
diffmax
等于171ma。
[0062]
系数β是根据充电器4对漏电流变化的灵敏度来确定的，并且例如等于0.75。
[0063]
识别装置17包括例如存储漏电流最大值i
diffmax
和系数β的存储器mem、与站3通信以确定网络r的类型的通信模块com、以及被配置为选择、计算并将阈值se1传送到第一装置15的处理单元ut。
[0064]
第一装置15计算差动剩余电流i
diff
与跳闸阈值se1之间的加权差e15：
[0065][0066]
e15＝0，其他
[0067]
处理装置16包括可变增益放大器18、滤波器19和加法器20，该可变增益放大器被配置为由电流i1驱动并接收差e15作为输入，该滤波器实施一阶动态模型，该一阶动态模型被配置为基于由放大器18放大的差e15来近似充电基础设施2和漏电流的动态行为，该加法器被配置为将滤波器19的输出与电流i1相加。
[0068]
第一比较装置15和放大器18例如使用运算放大器制成。
[0069]
放大器18传送信号s18作为输出，使得：
[0070]
s18＝(i
nmax-i1).f(e15)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0071]
其中，i
nmax
是充电器4授权的最大中性线电流in，并且f是三次多项式函数：
[0072]
f(x)＝a0 a1x a2x2 a3x3ꢀꢀꢀ
(3)
[0073]
系数a0、a1、a2和a3是调整参数，其确定在下文中披露。
[0074]
动态模型包括以下类型的一阶传递函数h：
[0075][0076]
其中，s为拉普拉斯算子，并且系数n1、n2、d1和d2为调整参数，其确定在下文中披露。
[0077]
动态模型产生信号s19作为输出。
[0078]
加法器20递送包括充电设定点电流ic的充电设定点，使得：
[0079]
ic＝i1 s19
ꢀꢀꢀ
(5)
[0080]
图3展示了用于估计和补偿漏电流的设备11的示例实施方式。
[0081]
在使用设备11之前，必须确定一阶传递函数h的系数n1、n2、d1和d2、灵敏度系数β以及多项式函数f的系数a0、a1、a2和a3的值。
[0082]
在校准步骤30中，基于例如现有技术中出现的值，并且尤其取决于充电器4的与rlc电路相当的特性、网络r和寄生电容的估计值来确定一阶传递函数h的系数n1、n2、d1和d2。
[0083]
当然，设备11可以用于估计和补偿任何类型的充电器的漏电流，动态模型和漏电流允许值i
diffmax
适应充电器的类型和所驱动的系统。动态模型尤其可以包括大于一阶的函
数。
[0084]
放大函数也可以适应充电器的类型，尤其是最大中性线电流设定点被替换为根据其他充电器拓扑结构中的电路类型来控制的最大电流设定点。还可以使用除了函数f以外的放大函数。
[0085]
用于确定系数n1、n2、d1和d2的另一种方法可以基于例如充电器4的频域识别。
[0086]
在此步骤期间，确定灵敏度系数β的值。
[0087]
然后，当已经确定系数n1、n2、d1、d2和β时，凭经验确定多项式函数f的系数a0、a1、a2和a3，使得加权差e15在静态场景中为零。
[0088]
系数n1、n2、d1、d2和β固定了瞬时状态下差e15的放大值。
[0089]
该放大值是通过测试充电器对每个操作点的响应来确定的。
[0090]
每个操作点都被纳入考虑。
[0091]
当然，函数f的阶数可以低于或高于三阶。
[0092]
然后，在步骤31中，当充电器4连接到充电基础设施2时，识别装置17确定网络r的类型、电流i
diffmax
的值和跳闸阈值se1。
[0093]
在步骤32中，测量装置13测量差动剩余电流i
diff
。
[0094]
如果电流i
diff
高于阈值se1(步骤33)，则充电设定点包括安全充电设定点，该安全充电设定点包括安全充电电流i
cs
，该安全充电电流被配置为将漏电流的值限制在电流i
diffmax
内以便不中断充电，该安全充电电流i
cs
等于：
[0095]ics
＝i1 s19
ꢀꢀꢀ
(6)
[0096]
如果电流i
diff
低于阈值se1(步骤34)，则包括充电电流设定点ic的充电设定点等于：
[0097]
ic＝i1ꢀꢀꢀ
(7)
[0098]
图4表示了根据设备11的激活状态、差动电流i
diff
随时间推移的变化的示例。
[0099]
在0与时刻t1之间，设备11处于状态“0”，即停用。电流i
diff
高于电流i
diffmax
，导致电池5的充电被切断，以保护充电器4和用户。
[0100]
从时刻t1开始，设备11被激活(“1”)。漏电流i
diff
小于或等于电流i
diffmax
，使得充电不会中断。
[0101]
由于通常现有的电动和混合动力车辆包括测量装置13，因此设备11仅需要添加包括计算算法的模块14。
[0102]
由于设备11不需要硬件修改，因此设备11的实施不会对充电器4的部件产生电磁干扰。
[0103]
此外，由于当电流i
diff
高于阈值se1时设备11跳闸，因此电池4的充电性能会被暂时降低，在电池4充满电之前充电不会中断。