CN102149564A - 具有两个蓄电元件的蓄电***的重新充电装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种带有两个蓄电元件的蓄电***的重新充电装置及其使用方法。这两个蓄电元件的额定工作直流电压不同，可从一个供电网络充电而不需要连接一个特别的充电器，因而与现有重新充电装置相比使用更为简便，造价更为低廉。

Description

具有两个蓄电元件的蓄电***的重新充电装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种蓄电***的重新充电装置，该蓄电***包括一个电化学蓄电蓄电池这样的第一蓄电元件，和一个超级电容器这样的第二蓄电元件，该超级电容器可被一个供电源比如EDF家用电网充电，本发明还涉及使用该装置的方法。
背景技术
本发明的一个显著目的在于降低制造成本，简化为混合动力车或电动车的蓄电池充电的重新充电装置。
我们了解，混合动力车或电动车包括至少一个蓄电元件。通常，该元件可以经由车辆的驱动链，将车辆的动能转化为电能而充电，或者被一个由热力发动机驱动的发电机充电，等于是从一个供电网络被充电。这个蓄电元件通常是一个化学蓄电的蓄电池。这样，相当数量的混合动力车和电动车可以从EDF电网这样的供电网络被充电，EDF电网输送220V的交流电。这种充电类型需要借助于一个充电器，以将EDF市电的电压值转变成充电蓄电池充电所需的电压值。但是这样的充电器是一种沉重、复杂和昂贵的设备。
另外，为了增强蓄电能力以应对车辆的增长的需求，人们为供电***配备了一个第二蓄电元件，其蓄电能力与第一蓄电元件不同。该第二蓄电元件通常是一个超级电容器。
通常的方式是，在机动车辆本身的汽车电路中，加在超级电容器的两端上的额定工作直流电压在例如0V到300V之间变化，而蓄电池两端间的额定电压是100V。
这样我们就得到了一个具有两种电压的电能供应总网路。两个蓄电元件之间通过直流-直流变流器(或DC-DC变流器)连接。该变流器的功能是使两个蓄电元件之间能够根据汽车的不同部件和附件的用电需要进行电能传输。
但是重新充电或者首次充电的问题出现了，因为超级电容器的电压可能低于蓄电池的电压。
通常情况下，不可能从一个DC-DC变流器给本身在变流器的工作范围之外的第二蓄电元件充电。但是当第二蓄电元件直接从电压更高的电源处被充电时，有必要限制第二蓄电元件的充电电流，因为可能会产生一波很强的初始电流。
发明内容
因此本发明的目的在于提出一种带有两个蓄电元件的蓄电***的重新充电装置，该两个蓄电元件的额定工作直流电压不同，可从一个供电网络充电而不需要连接一个特别的充电器，因而与现有重新充电装置相比使用更为简便，造价更为低廉。
为达成此效果，本发明于是涉及一种从供电网络为一个电能储存***充电的重新充电装置，所述电能储存***用于为电动的或混合动力的机动车辆提供电源，所述电能储存***包括：
-第一电能储存元件，特别是蓄电池，和第二电能储存元件，特别是超级电容组，
-直流-直流电变流器，安置在所述第一电能储存元件和第二电能储存元件之间，所述第一电能储存元件具有一个第一直流工作电压，所述第二电能储存元件具有一个经常大于所述第一直流工作电压的第二直流工作电压。
根据本发明，所述重新充电装置包括：
-电压整流装置，所述电压整流装置的一个部分通过电连线在所述变流器与所述第二电能储存元件相连的一侧与所述变流器电连接，另一个部分通过可拆装的电连线与供电网电连接，所述电压整流装置能够将供电网输送的交流电压整流成所述变流器工作范围内的直流电压，另外
-所述第二电能储存元件的充电电流的控制装置，所述控制装置被安置在所述变流器和所述第二电能储存元件之间。
根据一个实施例，所述控制装置包括一个隔离装置，所述隔离装置动作能够在为所述第一电能储存元件充电期间将所述第二电能储存元件与所述变流器电隔离。
优选地，所述隔离装置可以是一个机电继电器或者一个电子转换***。
根据一个实施例，所述控制装置包括一个预充电装置，通过其工作能够控制加在所述第二电能储存元件上的电压，以便限制所述第二电能储存元件上的充电电流。优选地，所述预充电装置由一个具有可变跨导的电偶极子形成。
优选地，所述电偶极子由一个电阻和一个继电器一起形成，或者由一个晶体三极管形成，其跨导通过被加在其控制管脚上的合适的电压进行控制。
优选地，所述整流装置由一个单相的或三相的二极管形成的桥构成。
本发明还另外包括使用根据本发明的重新充电装置的方法，其中，使用电流整流装置将电网输送的交流电压转变为直流电压，并使整流后的电压被包含于变流器的工作范围内，使用安置在第一电能储存元件和充电电流的控制装置之间的该变流器控制所述第一电能储存元件的充电。
根据一种使用方法，用于通过根据本发明的重新充电装置所利用的供电网络给蓄电***充电，所述重新充电装置配备有一个安置在第二电能储存元件和变流器之间的隔离装置，
-将该整流装置输送的被整流后的电压施加在所述变流器的输入端，所述变流器将所施加的输入电压值进行转变，使输出电压与所述第一电能储存元件的充电电压值的范围相容，向第一电能储存元件输送电能，与此同时，
-启动安置在该第二电能储存元件和该变流器之间的该隔离装置，以在为该第一电能储存元件充电期间将该第二电能储存元件电隔离。
根据另一种使用方法，用于通过根据本发明的重新充电装置所利用的供电网络给蓄电***充电，所述重新充电装置配备有一个安置在第二电能储存元件和变流器之间的预充电装置，
-当该第二电能储存元件的充电电压低于该整流装置输送的被整流后的电压时，启用该预充电装置以对第二电能储存元件预充电，直至第二电能储存元件两端的电压和整流后的电流的电压相等，在为第二电能储存元件预充电期间不启用直流-直流变流器，
-当该第二电能储存元件的充电电压高于或等于该整流装置输送的被整流后的电压时，不启用该预充电装置，启用直流-直流变流器，直接为第一电能储存元件充电。
阅读以下说明及查阅附图能够更好地理解本发明。所附图示仅为解说之用，绝非用于限制本发明。
附图说明
附图中：
-图1：根据本发明的第一实施例的重新充电装置的示意图，该装置包括一个隔离装置；
-图2：根据本发明的第二实施例的重新充电装置的示意图，该装置包括一个预充电装置。
具体实施方式
图1和图2示意地表示了一个电能存储***的结构，该***包括一个由蓄电池构成的第一电能存储元件1和一个由超级电容组构成的第二电能存储元件2。
通常的方式是，在机动车辆本身的汽车电路中，加在超级电容器的两极上的额定工作直流电压在例如0V到300V之间变化，而蓄电池的两极间的额定电压大致是100V。
一个DC-DC变流器3安置在这两个蓄电元件1、2之间，以确保两者之间的能量输送。
图1展示了根据本发明的第一实施方式的重新充电装置，其用于从EDF电网为蓄电***充电。重新充电装置包括一个整流装置5，整流装置5能够将电网输送的交流电压整流为DC-DC变流器的工作范围内的直流电压。该装置的一个部分通过可拆装的电连线7与交流电网相连，另一个部分通过固定的电连线8在电变流器3与第二元件2相连的一侧与电变流器3的电极相连。
一个这样的重新充电装置能够方便地由EDF电网这样的家庭电网的支线为第一元件充电而不需增添一个充电器，EDF电网输送的是220V的交流电压。
另外，该重新充电装置包括一个隔离装置4，目的在于当为第一蓄电元件充电时将第二蓄电元件与蓄电***的其余部分电隔离。该隔离装置安置在DC-DC变流器3和第二元件之间。设置该隔离装置的目的是消除第二元件首次充电的问题，当所充入的电量超出DC-DC变流器3的工作范围之外时即有该问题。
这里提出的方案是当为第一元件充电时，将第二元件电隔离，这样当整流装置5连接到电网时，没有流到第二元件的充电电流回路。
图1所示的重新充电装置的工作原理如下：当我们希望为第一元件充电时，将整流装置连接到电网。由整流装置输送的被整流的电压直接施加在变流器3上，变流器3向第一元件1输送电能。被整流的电压的值被变流器变压，以便使被整流的电压与第一元件1的充电电压值的范围相匹配。与此同时，隔离装置4动作，使得隔离装置4处于开路状态，因此，当第一元件充电时，第二元件与变流器3隔离。
充电结束后，从电网上断开整流装置，隔离装置自动地待机使得隔离装置处于闭路状态，重新建立变流器3和第二元件2之间的接通以使蓄电***恢复工作。
优选地，整流装置由一个单相二极管形成的桥构成，或者在三相电网上的充电器中，由一个三相二极管形成的桥构成。
隔离装置优选地由一个机电继电器或者一个晶体三极管这样的转换***构成。这个隔离装置的交替开和关由适当的信号控制。
根据本发明的第一实施方式的重新充电装置不能在需要的时候从电网为第二元件进行预充电。
图2展示了根据本发明的第二实施方式的重新充电装置，它既能从供电网为第一元件充电，又能在确保控制第二元件2的充电电流的前提下对第二元件预充电。为此图2中展示的重新充电装置另外包括一个安置在变流器3和第二元件2之间的预充电装置6，以在预充电期间提供服务。
预充电过程中，变流器3并未工作。被整流了的电流的电压经由预充电装置6供给第二元件2，预充电装置6的输出电压受到控制以限制瞬间充电电流。当第二元件2的两端上的电压达到被整流后的电流的电压时，预充电装置6呈现的状态是在电路中具有尽可能小的电阻以致不再阻碍电流。
DC-DC变流器3随之开始工作以便为第一元件1重新充电。
优选地，这个预充电装置由一个具有可变跨导的电偶极子构成。例如，它可以由一个电阻和一个继电器形成，将继电器的触点置于电阻的两端中的分路上，或者由一个晶体三极管形成，其跨导可通过一个电压控制装置调节。
这样，本发明的第二实施方式的工作原理就有异于第一实施方式，当第二元件的电压低于电网上输送的电流的被整流后的电压时，能够对其进行预充电。
如此，当第二元件2的充电电流的电压低于整流装置5传送的被整流后的电流的电压时，我们启用预充电装置6以对第二元件2进行预充电，直至第二元件2两端上的电压等于被整流后的电流的电压，在第二元件2预充电期间，我们令直流-直流变流器3停止工作。当第二元件2两端上的电压达到被整流后的电流的电压，再令直流-直流变流器3开始工作以为第一元件充电。
有利的是，当第二元件2的充电电流的电压高于或等于整流装置5输送的被整流后的电流的电压时，我们不启用预充电装置，而直接启用直流-直流变流器3，为第一元件1充电。

Claims (10)

1.从供电网络为一个电能储存***充电的重新充电装置，所述电能储存***用于为电动的或混合动力的机动车辆提供电源，所述电能储存***包括：
-第一电能储存元件(1)，特别是蓄电池，和第二电能储存元件(2)，特别是超级电容组，
-直流-直流电变流器(3)，安置在所述第一电能储存元件(1)和第二电能储存元件(2)之间，所述第一电能储存元件(1)具有第一直流工作电压，所述第二电能储存元件(2)具有经常大于所述第一直流工作电压的第二直流工作电压，其特征在于所述重新充电装置包括：
-电压整流装置(5)，所述电压整流装置(5)的一个部分通过电连线在该变流器(3)与该第二电能储存元件(2)相连的一侧与该变流器(3)电连接，另一个部分可拆装地与电网电连接，所述整流装置(5)能够将电网输送的交流电压整流成所述变流器运转范围内的直流电压，以及
-该第二电能储存元件(2)的充电电流的控制装置(4，6)，所述控制装置(4，6)被安置在所述变流器(3)和所述第二电能储存元件(2)之间。
2.根据权利要求1所述的重新充电装置，其特征在于，所述控制装置(4，6)包括隔离装置(4)，启动所述隔离装置(4)能够在为所述第一电能储存元件(1)充电期间将所述第二电能储存元件(2)与所述变流器(3)电隔离。
3.根据权利要求2所述的重新充电装置，其特征在于，所述隔离装置(4)是一个机电继电器或者一个电子转换***。
4.根据权利要求1所述的重新充电装置，其特征在于，所述控制装置(4，6)包括一个预充电装置(6)，通过其工作能够控制加在所述第二电能储存元件(2)上的电压，以便限制所述第二电能储存元件(2)上的充电电流。
5.根据权利要求4所述的重新充电装置，其特征在于，所述预充电装置(6)由一个具有可变跨导的电偶极子形成。
6.根据权利要求5所述的重新充电装置，其特征在于，所述电偶极子(6)由一个电阻和一个继电器一起形成，或者由一个晶体三极管形成，其跨导通过被加在其控制管脚上的合适的电压进行控制。
7.根据以上权利要求中的任一项所述的重新充电装置，其特征在于，所述整流装置(5)由一个单相的或三相的二极管形成的桥构成。
8.使用根据权利要求1至7中的任一项所述的重新充电装置的方法，其特征在于，为了从供电网络给所述电能储存***充电而使用电压整流装置(5)，该电压整流装置(5)的一个部分通过电连线与变流器(3)在该变流器(3)与第二电能储存元件(2)相连的那一侧电连接，该电压整流装置(5)的另一个部分通过可拆装的电连线与供电网络电连接，以将电网输送的交流电压整流成该变流器(3)工作范围内的直流电压，以及
-使用安置在第一电能储存元件(1)和充电电流的控制装置(4，6)之间的该变流器(3)控制该第一电能储存元件(1)的充电。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，为了使用如权利要求2或3所限定的重新充电装置给所述电能储存***重新充电，
-将该电压整流装置(5)输送的被整流后的电压施加在该变流器(3)的输入端，所述变流器将所施加的输入电压值进行转变，使输出电压与所述第一电能储存元件(1)的充电电压有效值的范围相容，向第一电能储存元件(1)输送电能，与此同时，
-启动安置在该第二电能储存元件(2)和该变流器(3)之间的隔离装置(4)，以在为该第一电能储存元件(1)充电期间将该第二电能储存元件(2)电隔离。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，为了使用如权利要求4至6中的任一项所限定的重新充电装置给所述电能储存***充电，
-当该第二电能储存元件(2)的充电电压低于该电压整流装置(5)输送的被整流后的电压时，启用预充电装置(6)以对第二电能储存元件(2)预充电，直至第二电能储存元件(2)两端的电压和整流后的电流的电压相等，在为第二电能储存元件(2)预充电期间不启用直流-直流变流器(3)，
-当该第二电能储存元件(2)的充电电压高于或等于该电压整流装置(5)输送的被整流后的电压时，不启用预充电装置，启用直流-直流变流器(3)，直接为第一电能储存元件(1)充电。
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