CN106685040B - 充电机及其充电方法和装置及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充电机及其充电方法和装置及电动汽车。该充电机的充电方法包括：对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压；对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压，其中，第一恒定直流电压对应的功率与第二恒定直流电压对应的功率为恒定功率；对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压；根据直流输出电压获取恒定功率下的直流输出电流；根据直流输出电压和直流输出电流，得到恒定功率。通过本发明，达到了降低充电机的充电成本的效果。

Description

充电机及其充电方法和装置及电动汽车
技术领域
本发明涉及电力电子领域，具体而言，涉及一种充电机及其充电方法和装置及电动汽车。
背景技术
目前，充电机可以用于电动大巴和小型电动汽车的充电中。由于电动大巴和小型电动汽车的电池电压等级不同，充电机针对电动大巴车和小型车分别设计，目前还没有能够覆盖大巴车和小型车的电池电压平台，也即，大巴车和小型车的充电机无法通用。图1是根据相关技术中的一种充电机功率-电压曲线的示意图。如图1所示，直流充电机可以输出较宽的电压范围，理论上可以输出0到额定电压之间的任意电压，但是，随着输出电压的降低，充电机的输出功率也随之线性下降，当输出电压低于额定电压以下时，则达不到标称输出功率，从而不能满足更大功率范围的电动汽车的充电要求。例如，当输出电压范围在200V－750V、额定功率60KW的充电机，由于最大电流限制在额定电流80A，则当输出电压为750V时，得到输出功率为60KW，当输出电压为600V时，得到输出功率为48KW，当输出电压为400V时，得到输出功率为32KW，当输出电压为200V时，得到输出功率仅为16KW，这样远远达不到标称输出功率60KW功率输出，不能满足电动汽车的充电要求。
如果按照传统充电机的设计方案，想要实现60KW恒功率输出，也即，在输出电压为200V时仍然输出60KW功率，则输出电流要达到300A，这样充电机内部所有器件电流参数都要按照300A设计，而电压参数仍然要按照750V设计，最后充电机的成本与750V*300A＝225KW的充电机的成本相同，这无疑大大增加了充电机的充电成本。另外，在标称功率为225KW的充电机工作在输出功率为60KW下，效率也将大幅度降低。
针对现有技术中充电机的充电成本大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种充电机及其充电方法和装置及电动汽车，以至少解决充电机的充电成本大的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种充电机的充电方法。该充电方法包括：对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压；对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压，其中，第一恒定直流电压对应的功率与第二恒定直流电压对应的功率为恒定功率；对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压；根据直流输出电压获取恒定功率下的直流输出电流；根据直流输出电压和直流输出电流，得到恒定功率。
进一步地，对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压包括：获取充电机的电流最小极限值；根据恒定功率和电流最小极限值确定充电机的电压最大极限值；将第一恒定直流电压升压至电压最大极限值，其中，第二恒定直流电压包括电压最大极限值。
进一步地，对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压包括：获取用于调整第一恒定直流电压的变压器变比；根据第一恒定直流电压和变压器变比获取第二恒定直流电压。
进一步地，对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压包括：获取用于调节直流输出电压的占空比；根据占空比对第二恒定直流电压进行降压变换，得到在预设电压范围内变化的直流输出电压。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种充电机的充电装置。该充电机的充电装置包括：第一变换单元，用于对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压；第二变换单元，用于对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压，其中，第一恒定直流电压对应的功率与第二恒定直流电压对应的功率为恒定功率；第三变换单元，用于对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压；第一获取单元，用于根据直流输出电压获取恒定功率下的直流输出电流；第二获取单元，用于根据直流输出电压和直流输出电流，得到恒定功率。
进一步地，该第二变换单元包括：获取模块，用于获取充电机的电流最小极限值；确定模块，用于根据恒定功率和电流最小极限值确定充电机的电压最大极限值；升压模块，用于将第一恒定直流电压升压至电压最大极限值，其中，第二恒定直流电压包括电压最大极限值。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种充电机。该充电机包括：AC-DC变换电路，用于对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压；第一DC-DC变换电路，与AC-DC变换电路相连接，用于对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压，其中，第一恒定直流电压对应的功率与第二恒定直流电压对应的功率为恒定功率；第二DC-DC变换电路，与第一DC-DC变换电路相连接，用于对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压，根据直流输出电压获取恒定功率下的直流输出电流，根据直流输出电压和直流输出电流，得到恒定功率。
进一步地，该第一DC-DC变换电路包括：变压器原边开关，与AC-DC变换电路相连接，用于接收第一恒定直流电压；变压器，与变压器原边开关相连接，用于按照变压器变比将第一恒定直流电压升压至第二恒定直流电压；变压器副边开关，与变压器相连接，用于输出第二恒定直流电压。
进一步地，该变压器原边开关的电压参数为第一恒定直流电压，变压器原边开关的电流参数由恒定功率和第一恒定直流电压得到。
进一步地，变压器副边开关的电压参数为第二恒定直流电压，变压器副边开关的电流参数由恒定功率和第二恒定直流电压得到。
进一步地，该第二DC-DC变换电路包括：开关管，与第一DC-DC变换电路相连接，用于接收第二恒定直流电压，并根据开关管的占空比对第二恒定直流电压进行降压变换，得到在预设电压范围内变化的直流输出电压。
进一步地，第二DC-DC变换电路的电压参数为电压范围中的电压最大极限值，第二DC-DC变换电路的电流参数由恒定功率和电压范围中的电压最小极限值得到。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，该提供了一种电动汽车。该电动汽车包括本发明实施例的充电机的充电装置或充电机。
通过本发明，采用对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压；对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压，其中，第一恒定直流电压对应的功率与第二恒定直流电压对应的功率为恒定功率；对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压；根据直流输出电压获取恒定功率下的直流输出电流；根据直流输出电压和直流输出电流，得到恒定功率，由于将第一恒定直流电压进行升压变换，得到固定的第二恒定直流电压，而不是为了满足负载需求而输出大范围内可调的电压，并且对第二恒定直流电压进行降压，实现宽电压输出，经过电压电流的变换作用实现输出功率的恒定，提高了充电机的充电效率，解决了充电机的充电成本大的问题，进而达到了降低充电机的充电成本的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据相关技术中的一种充电机功率-电压曲线的示意图；
图2是根据本发明实施例的一种充电机的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的一种充电机的充电方法的流程图；
图4是根据本发明实施例的一种宽电压范围恒功率电动汽车充电机的主电路示意图；
图5是根据本发明实施例的一种恒功率充电机的功率-电压曲线的示意图；以及
图6是根据本发明实施例的一种充电机的充电装置的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明实施例提供了一种充电机。
图2是根据本发明实施例的一种充电机的结构示意图。如图2所示，该充电机包括：AC-DC变换电路10、第一DC-DC变换电路20和第二DC-DC变换电路30。
AC-DC变换电路10，用于对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压。
充电机可以为锂离子电池恒功率充电。AC-DC变换电路10为充电机的第一级电路，可以采用脉宽调制(Pulse Width Modulation，简称为PWM)整流器或者维也纳整流器的拓扑结构以及控制策略，获取充电机的交流输入电压，将交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压。可选地，PWM整流器为三相PWM整流器，比如，采用三相380V的交流输入电压，直流输出电压恒定，比如，输出电压恒定在650V，最大电流为128V。其中，交流输入电压保持正弦，并与输入电压同相位。
第一DC-DC变换电路20，与AC-DC变换电路10相连接，用于对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压，其中，第一恒定直流电压对应的功率与第二恒定直流电压对应的功率为恒定功率。
第一DC-DC变换电路20为充电机的第二级电路，可以为高频隔离DC-DC变换电路，其拓扑结构可以与现有的充电机的拓扑结构相同，用于对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压，其中，第二恒定直流电压不需要调节，第一恒定直流电压对应的功率与第二恒定直流电压对应的功率为恒定功率，在该恒定功率下第一恒定直流电压对应第一电流，第二恒定直流电压对应第二电流，因而变压器原边开关的参数可以按照第一恒定直流电压和第一电流确定，变压器的副边开关的参数可以按照第二恒定直流电压和第二电流确定。第一DC-DC变换电路20的输出端在恒功率下为高电压小电流，可选地，该第二恒定直流电压为最高电压，可以实现最佳变压器变比以及最佳谐振条件。第一DC-DC变换电路20可以采用硬开关实现，在固有的周期下进行开关，也可以采用各种软开关谐振技术，利用振荡作用，在电压和电流为零时使开关管打开和关闭，这样大大减少了在开关管上的损耗，进而提高了充电机的充电效率，避免了传统充电机的输出电压在大范围内调节以满足负载需要的不足。
在该第一DC-DC变换电路20中，由于第二恒定直流电压不需要调整，开关管的占空比可以始终控制在接近50％的范围内，直流侧电流中几乎没有纹波，提高了充电机充电的效率。
第二DC-DC变换电路30，与第一DC-DC变换电路20相连接，用于对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压，根据直流输出电压获取恒定功率下的直流输出电流，根据直流输出电压和直流输出电流，得到恒定功率。
第二DC-DC变换电路30为充电机的第三级电路，可以为采用非隔离可调压DC-DC电路，比如，降压式变换电路(BUCK)，用于对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压，根据直流输出电压获取恒定功率下的直流输出电流，根据直流输出电压和直流输出电流，得到恒定功率，从而实现恒功率输出时的电压变换，由于BUCK电路的工作频率很高，一个开关周期内，电容充放电引起的纹波很小。其中，第二DC-DC变换电路30可以在前级输出的恒定最高电压以下进行降压变换，实现宽电压范围的输出电压。同时，该第二DC-DC变换电路30的电流容量设计较大，可以在低电压下输出较大的电流，进而使得第二DC-DC变换电路输出恒定功率。由于第二DC-DC变换电路30的电压电流的变换作用，在低压大电流输出时第一DC-DC变换电路20是输出仍然保持高压小电流，并没有增加AC-DC变换电路10和第一DC-DC变换电路20的电流容量，从而避免产生充电机的充电成本大幅度提高以及充电效率损失的问题。
第二DC-DC变换电路30可以通过调节开关管占空比，使输出电压在最高电压和最低电压的宽范围之内发生变化。为了保证第二DC-DC变换电路30输出恒定功率，当第二DC-DC变换电路30输出最低电压时，输出电流应为恒定功率下的最高电流，GIA第二DC-DC变换电路的电路参数应按照最高电压和最高电流确定。
该实施例通过AC-DC变换电路10对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压，通过第一DC-DC变换电路20与AC-DC变换电路10相连接，用于对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压，其中，第一恒定直流电压对应的功率与第二恒定直流电压对应的功率为恒定功率，通过第二DC-DC变换电路30与第一DC-DC变换电路20相连接，用于对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压，根据直流输出电压获取恒定功率下的直流输出电流，根据直流输出电压和直流输出电流，得到恒定功率，由于将第一恒定直流电压进行升压变换，得到固定的第二恒定直流电压，而不是为了满足负载需求而输出大范围内可调的电压，并且对第二恒定直流电压进行降压，实现宽电压输出，经过电压电流的变换作用实现输出功率的恒定，提高了充电机的充电效率，解决了充电机的充电成本大的问题，进而达到了降低充电机的充电成本的效果。
作为一种可选的实施方式，第一DC-DC变换电路包括：变压器原边开关，与AC-DC变换电路相连接，用于接收第一恒定直流电压；变压器，与变压器原边开关相连接，用于按照变压器变比将第一恒定直流电压升压至第二恒定直流电压；变压器副边开关，与变压器相连接，用于输出第二恒定直流电压。
第一DC-DC变换电路包括变压器原边开关、变压器和变压器副边开关。其中，变压器原边开关与AC-DC变换电路相连接，用于接收第一恒定直流电压，该变压器原边开关的参数可以按照第一恒定直流电压和恒定功率下的第一电流确定。变压器变比为高压侧绕组和低压侧绕组匝数之比，可以用于高压侧与低压侧的额定电压之比表示，变压器与原边开关相连接，用于按照变压器变比将第一恒定直流电压升压至第二直流电压。变压器副边开关与变压器相连接，用于输出第二恒定直流电压，该变压器副边开关的参数可以由第二恒定直流电压和恒定功率下的第二电流确定。
作为一种可选的实施方式，变压器原边开关的电压参数为第一恒定直流电压，变压器原边开关的电流参数由恒定功率和第一恒定直流电压得到。
变压器原边开关的参数包括电压参数和电流参数。其中，电压参数可以由第一恒定直流电压确定。在该第一恒定直流电压下，将根据恒定功率计算得到的电流确定为变压器原边开关的电流参数。
作为一种可选的实施方式，变压器副边开关的电压参数为第二恒定直流电压，变压器副边开关的电流参数由恒定功率和第二恒定直流电压得到。
变压器副边开关包括电压参数和电流参数。其中，电压参数可以由第二恒定直流电压确定。在该第二恒定直流电压下，将根据恒定功率计算得到的电流确定为变压器原边开关的电流参数。在该电压参数和电流参数的变压器副边开关下，可以将输出电压固定在最高电压，可以实现最佳变压器变比及最佳谐振条件，提高了充电机的充电效率。
作为一种可选的实施方式，第二DC-DC变换电路包括：开关管，与第一DC-DC变换电路相连接，用于接收第二恒定直流电压，并根据开关管的占空比对第二恒定直流电压进行降压变换，得到在预设电压范围内变化的直流输出电压。
第二DC-DC变换电路包括开关管，为可控开关，通过调节开关管占空比，可以使第二恒定直流电压在最低电压和最高电压之间的宽范围内变换。为了保持输出的功率为恒定功率，当第二恒定直流电压最低时，对应最高输出电流，第二DC-DC变换电路的电路参数应按照最高的第二恒定直流电压和最高输出电流。
作为一种可选的实施方式，第二DC-DC变换电路的电压参数为电压范围中的电压最大极限值，第二DC-DC变换电路的电流参数由恒定功率和电压范围中的电压最小极限值得到。
第二DC-DC变换电路包括电压参数和电流参数。获取输出电压范围中的电压最大极限值，将电压最大极限值确定为第二DC-DC变换电路的电压参数；获取电压范围中的电压最小极限值，根据恒定功率和电压最小极限值计算第二DC-DC变换电路的电流参数。
该充电机采用三级变换形式，包括AC-DC变换电路、第一DC-DC变换电路和第二DC-DC变换电路，可以在输出电压大范围变化时，始终保持恒功率输出，同时避免成本大幅度提高。本发明实施例的第一级AC-DC变换电路与传统充电机完全相同，可以采用PWM整流器或者维也纳整流器的拓扑结构及控制策略；第二级高频隔离DC-DC变换电路在拓扑结构上也与传统充电机相同，但控制策略不同，本发明实施例的该级电路输出电压固定在最高电压，可以实现最佳变压器变比及最佳谐振条件；第二DC-DC变换电路可以实现恒功率输出时的电压电流变换。本发明实施例的充电机具有输出电压范围宽、在全电压范围内可实现恒功率输出、体积小、重量轻、相比其它恒功率方案效率高、成本低的特点，适用于需要兼容电动大巴和小型电动汽车充电并要保持恒功率输出的应用场合，节约了充电机的充电成本，提高了充电机的充电效率。
本发明实施例提供了一种充电机的充电方法。需要说明的是，该实施例的充电机的充电方法可以由本发明实施例的充电机执行。
图3是根据本发明实施例的一种充电机的充电方法的流程图。如图3所示，该充电机的充电方法包括以下步骤：
步骤S302，对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压。
在本申请上述步骤S302提供的技术方案中，对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压。
获取充电机的交流输入电压对交流输入电压进行交流转直流的变换化，可以采用PWM整流器或者维也纳整流器的拓扑结构以及控制策略，输出恒定的第一恒定直流电压。可选地，PWM整流器为三相PWM整流器，交流输入电压保持正弦，并与输入电压同相位。
步骤S304，对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压。
在本申请上述步骤S304提供的技术方案中，对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压，其中，第一恒定直流电压对应的功率与第二恒定直流电压对应的功率为恒定功率。
在对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压之后，将第一恒定直流电压作为输入电压，进行升压变换，可以通过高频隔离DC-DC变换电路对第一恒定直流电压进行升压变换，其拓扑结构可以与现有的充电机的拓扑结构相同。该实施例的第二恒定直流电压为固定电压，不需要调节，开关管的占空比可以始终控制在接近50％的范围内，直流侧电流中几乎没有纹波，提高了充电机充电的效率。
第一恒定直流电压对应的功率与第二恒定直流电压对应的功率为恒定功率，在该恒定功率下第一恒定直流电压对应第一电流，第二恒定直流电压对应第二电流，在恒功率下输出为高电压小电流。可选地，该第二恒定直流电压固定在最高电压，可以实现最佳变压器变比以及最佳谐振条件。可以采用硬开关实现，在固有的周期下进行开关，也可以采用各种软开关谐振技术，利用振荡作用，在电压和电流为零时使开关管打开和关闭，这样大大减少了在开关管上的损耗，进而提高了充电机的充电效率，避免了传统充电机的输出电压在大范围内调节以满足负载需要的不足。
步骤S306，对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压。
在本申请上述步骤S306提供的技术方案中，对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压。
在对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压之后，对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压，实现低电压在宽电压范围输出。可以通过BUCK电路对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压。可选地BUCK电路通过调节开关管的占空比。可以使输出电压在200V至750V的宽电压范围内变换。
步骤S308，根据直流输出电压获取恒定功率下的直流输出电流。
在本申请上述步骤S308提供的技术方案中，根据直流输出电压获取恒定功率下的直流输出电流。
在对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压之后，根据直流输出电压确定恒功率下的直流输出电流。在该充电机的充电方法中，电流容量设计较大，可以在低压时输出较大电流，进而使输出的功率保持恒定。由于在低压大电流输出时输入侧仍然保持高压小电流，没有增加前级电路的电流容量，从而避免产生充电机的充电成本大幅度提高以及充电效率损失的问题。
步骤S310，根据直流输出电压和直流输出电流，得到恒定功率。
在本申请上述步骤S310提供的技术方案中，根据直流输出电压和直流输出电流，得到恒定功率。
直流输出电压在宽电压范围内变化，直流输出电流也随着直流输出电压的变化而变化。在根据直流输出电压获取恒定功率下的直流输出电流之后，根据直流输出电压和直流输出电流，得到恒定功率，从而保证了充电机的恒功率输出。
该实施例通过对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压；对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压，其中，第一恒定直流电压对应的功率与第二恒定直流电压对应的功率为恒定功率；对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压；根据直流输出电压获取恒定功率下的直流输出电流；根据直流输出电压和直流输出电流，得到恒定功率，由于将第一恒定直流电压进行升压变换，得到固定的第二恒定直流电压，而不是为了满足负载需求而输出大范围内可调的电压，并且对第二恒定直流电压进行降压，实现宽电压输出，经过电压电流的变换作用实现输出功率的恒定，提高了充电机的充电效率，解决了充电机的充电成本大的问题，进而达到了降低充电机的充电成本的效果。
作为一种可选的实施方式，对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压包括：获取充电机的电流最小极限值；根据恒定功率和电流最小极限值确定充电机的电压最大极限值；将第一恒定直流电压升压至电压最大极限值，其中，第二恒定直流电压包括电压最大极限值。
对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压包括：获取充电机的电流最小极限值；根据恒定功率和电流最小极限值确定充电机的电压最大极限值；将第一恒定直流电压升压至电压最大极限值，其中，第二恒定直流电压包括电压最大极限值。
在对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压之后，获取充电机的电流最小极限值，该电流最小极限值可以作为DC-DC电路中的最小电流参数。在恒定功率下，根据电流最小极限值确定充电机的电压最大极限值，该电压最大极限值可以作为DC-DC电路中的最大电流参数，将第一恒定直流电压升压至电压最大极限值，从而使得第二恒定直流电压固定在最高电压，保证在恒功率下输出高电压小电流，不用增加电路的电流容量，从而避免了充电机的充电成本的大幅度提高和效率损失，其中，第二恒定直流电压包括电压最大极限值。
作为一种可选的实施方式，对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压包括：获取用于调整第一恒定直流电压的变压器变比；根据第一恒定直流电压和变压器变比获取第二恒定直流电压。
变压器用于对第一恒定直流电压进行升压变换。在对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压之后，获取变压器变比，对第一恒定直流电压和变压器变比进行计算，得到第二恒定直流电压。
作为一种可选的实施方式，对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压包括：获取用于调节直流输出电压的占空比；根据占空比对第二恒定直流电压进行降压变换，得到在预设电压范围内变化的直流输出电压。
在对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压之后，对第二恒定直流电压进行降压变换，调节开关管的占空比，根据占空比对第二恒定直流电压进行降压变换，使直流输出电压可以在宽电压范围内变换，并且始终保持恒功率输出，避免充电成本的大幅提高。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
下面结合一种优选的实施方式对本发明的技术方案进行说明。
该实施例针对传统电动汽车充电机存在的低输出电压时功率输出严重下降、导致充电机容量利用不足的问题，提供一种新型宽电压范围恒功率电动汽车充电机，通过采用三级变换电路，在成本增加有限、效率降低不明显的前提下，实现全部输出电压范围内的恒功率输出。
该实施例的宽电压范围恒功率电动汽车充电机，包含AC-DC变换电路、高频隔离固定电压输出DC-DC变换电路以及非隔离可调压DC-DC变换电路三部分。
第一级AC-DC变换电路，与传统充电机完全相同，可以采用PWM整流器或者维也纳整流器的拓扑结构及控制策略。可选地，采用三相PWM整流器，直流输出电压恒定，交流输入电流保持正弦，并与输入电压同相位。
第二级高频隔离DC-DC变换电路在拓扑结构上也与传统充电机相同，但是控制策略不同，传统充电机该级电路输出电压需要在大范围内调节以满足负载需要，而本发明实施例的该级电路输出电压固定在最高电压，可以实现最佳变压器变比及最佳谐振条件。可以采用硬开关，也可以采用各种软开关谐振技术以减小开关损耗，提高充电机的充电效率。
第三级电路采用非隔离可调压DC-DC变换电路即BUCK电路，以实现恒功率输出时的电压电流变换。BUCK电路可以在前级输出的恒定最高电压以下进行降压变换，实现宽电压范围输出。同时由于该级电路电流容量设计较大，可以在低电压时输出较大电流，使输出功率保持恒定。由于BUCK电路的电压电流变换作用，在低压大电流输出时输入侧仍然保持高压小电流，没有增加前级电路的电流容量，从而避免了成本的大幅度提高和效率损失。
该实施例的新型宽电压范围恒功率电动汽车充电机通过AC-DC变换电路、高频隔离固定电压输出DC-DC变换电路以及非隔离可调压DC-DC变换电路在输出电压大范围变化时，始终保持恒功率输出，同时避免成本大幅度提高，提高了充电机的充电效率。
图4是根据本发明实施例的一种宽电压范围恒功率电动汽车充电机的主电路示意图。如图4所示，图中标明的参数是以P为60KW充电机设计参数为例。
第一级AC-DC变换电路可以采用三相380V输入，其输出电压恒定在V1，其中，V1为650V，最大电流128A，该第一级AC-DC变换电路中的元器件参数可以按照650V、128A设计。
第二级DC-DC电路中输入电压恒定650V、输出电压恒定V2，其中，V2为750V，60KW时650V对应的平均电流为92A，V2对应的平均电流为I1，其中，I1为80A，并且由于输出电压不需要调节，开关管占空比可以控制在始终接近50％，变压器变比为650:750，直流侧电流中几乎没有纹波，因此变压器原边开关的参数可以按照650V、92A设计，副边开关的参数可以按照750V、80A设计。
第三级DC-DC电路可以为BUCK电路，通过调节开关管占空比，可以使输出电压在V3-V2的宽范围内变化，V3为200V，V2为700V。为保持恒定60KW输出功率，当输出电压为V3时电流应为I2，其中，V3为200V，I2为300A，因此第三级DC-DC电路的最大电流为I2，第三级DC-DC电路的电路参数应按V2，I2设计，750V、300A设计。从而使得第三级DC-DC电路输出的电压、电流在V2/I1和V3/I2之间变化，也即，在750V/80A和200V/300A之间变换。
图5是根据本发明实施例的一种恒功率充电机的功率-电压曲线的示意图。如图5所示。同样以恒定功率(PO)为60KW、宽电压(UO)范围为200V-750V设计参数为例，实现了在输出电压为200V-750V之间时，输出恒定功率60KW，达到了在全电压范围内实现恒功率输出、体积小、重量轻、相比其它恒功率方案效率高、成本低的目的，可以适用于需要兼容电动大巴和小型电动汽车充电并要保持恒功率输出的应用场合。
从成本和效率角度分析，该实施例的充电机相比于传统充电机方案，虽然增加了一级变换电路，但由于BUCK电路结构简单，只有一个可控开关，在整体充电机的成本和损耗中所占比例较小。另外为了保持宽电压范围内的恒功率输出，只有最后一级BUCK电路需要按高压大电流参数设计，而前面两级电路仍然按相应功率下的高压小电流参数设计，同时由于前两级电路元器件较多，并且包含高频变压器，在整体成本及损耗中所占的比重更大，因此保持前两级电路参数不变而只增加第三级电路，对充电机的成本增加有限，效率降低不明显。
本发明实施例提供了一种新型电动汽车锂离子电池恒功率充电机设计方案，不同于传统充电机采用AC-DC变换电路结合高频隔离可调压DC-DC变换电路的两级变换的实现方式，本发明实施例采用了三级变换形式，包括由AC-DC变换电路、高频隔离固定电压输出DC-DC变换电路和非隔离可调压DC-DC变换电路，可以在输出电压大范围变化时，始终保持恒功率输出，同时避免充电机的充电成本大幅度提高。本发明实施例的第一级AC-DC变换电路与传统充电机完全相同，可以采用PWM整流器或者维也纳整流器的拓扑结构及控制策略；第二级高频隔离DC-DC变换电路在拓扑结构上也与传统充电机相同，但控制策略不同，传统充电机在该级电路输出电压时需要在大范围内调节以满足负载需要，而本发明实施例的该级电路输出电压固定在最高电压，可以实现最佳变压器变比及最佳谐振条件；第三级电路采用非隔离可调压DC-DC变换电路，也即BUCK电路，从而实现恒功率输出时的电压电流变换。本发明实施例的充电机具有输出电压范围宽、在全电压范围内可实现恒功率输出、体积小、重量轻的优点，相比其它恒功率方案效率高、成本低，适用于需要兼容电动大巴和小型电动汽车充电并要保持恒功率输出的应用场合。
需要说明的是，该实施例的附图为说明新型宽电压范围恒功率电动汽车充电机的工作原理。当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
本发明实施例还提供了一种充电机的充电装置。需要说明的是，该实施例的充电机的充电装置可以执行本发明实施例的充电机的充电方法。
图6是根据本发明实施例的一种充电机的充电装置的示意图。如图6所示，该充电机的充电装置包括：第一变换单元40、第二变换单元50、第三变换单元60、第一获取单元70和第二获取单元80。
第一变换单元40，用于对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压。
第二变换单元50，用于对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压，其中，第一恒定直流电压对应的功率与第二恒定直流电压对应的功率为恒定功率。
第三变换单元60，用于对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压。
第一获取单元70，用于根据直流输出电压获取恒定功率下的直流输出电流。
第二获取单元80，用于根据直流输出电压和直流输出电流，得到恒定功率。
可选地，第二变换单元包括：获取模块、确定模块和升压模块。其中，：获取模块，用于获取充电机的电流最小极限值；确定模块，用于根据恒定功率和电流最小极限值确定充电机的电压最大极限值；升压模块，用于将第一恒定直流电压升压至电压最大极限值，其中，第二恒定直流电压包括电压最大极限值。
可选地，第二变换单元50包括：第一获取模块和第二获取模块。其中，第一获取模块，用于获取用于调整第一恒定直流电压的变压器变比；第二获取模块，用于根据第一恒定直流电压和变压器变比获取第二恒定直流电压。
可选地，第三变换单元60包括：第三获取模块和降压模块。其中，第三获取模块，用于获取用于调节直流输出电压的占空比；将降压模块，用于根据占空比对第二恒定直流电压进行降压变换，得到在预设电压范围内变化的直流输出电压。
该实施例通过第一变换单元40对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压，通过第二变换单元50对第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压，其中，第一恒定直流电压对应的功率与第二恒定直流电压对应的功率为恒定功率，通过第三变换单元60对第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压，通过第一获取单元70根据直流输出电压获取恒定功率下的直流输出电流，通过第二获取单元80根据直流输出电压和直流输出电流，得到恒定功率，由于将第一恒定直流电压进行升压变换，得到固定的第二恒定直流电压，而不是为了满足负载需求而输出大范围内可调的电压，并且对第二恒定直流电压进行降压，实现宽电压输出，经过电压电流的变换作用实现输出功率的恒定，提高了充电机的充电效率，解决了充电机的充电成本大的问题，进而达到了降低充电机的充电成本的效果。
本发明实施例还提供了一种电动汽车，该电动汽车包括本发明实施例的充电机的充电装置，或者包括本发明实施例的充电机。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种充电机的充电方法，其特征在于，包括：
对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压；
对所述第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压，其中，所述第一恒定直流电压对应的功率与所述第二恒定直流电压对应的功率为相同恒定功率；
对所述第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压；
根据所述直流输出电压获取所述恒定功率下的直流输出电流；
根据所述直流输出电压和所述直流输出电流，得到所述恒定功率；
其中，对所述第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压包括：获取所述充电机的电流最小极限值；根据所述恒定功率和所述电流最小极限值确定所述充电机的电压最大极限值；将所述第一恒定直流电压升压至所述电压最大极限值，其中，所述第二恒定直流电压包括所述电压最大极限值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述第一恒定直流电压进行升压变换，得到所述第二恒定直流电压包括：
获取用于调整所述第一恒定直流电压的变压器变比；
根据所述第一恒定直流电压和所述变压器变比获取所述第二恒定直流电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述第二恒定直流电压进行降压变换，得到所述直流输出电压包括：
获取用于调节所述直流输出电压的占空比；
根据所述占空比对所述第二恒定直流电压进行降压变换，得到在预设电压范围内变化的所述直流输出电压。
4.一种充电机的充电装置，其特征在于，包括：
第一变换单元，用于对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压；
第二变换单元，用于对所述第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压，其中，所述第一恒定直流电压对应的功率与所述第二恒定直流电压对应的功率为相同恒定功率；
第三变换单元，用于对所述第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压；
第一获取单元，用于根据所述直流输出电压获取所述恒定功率下的直流输出电流；
第二获取单元，用于根据所述直流输出电压和所述直流输出电流，得到所述恒定功率；
其中，所述第二变换单元包括：获取模块，用于获取所述充电机的电流最小极限值；确定模块，用于根据所述恒定功率和所述电流最小极限值确定所述充电机的电压最大极限值；升压模块，用于将所述第一恒定直流电压升压至所述电压最大极限值，其中，所述第二恒定直流电压包括所述电压最大极限值。
5.一种充电机，其特征在于，包括：
AC-DC变换电路，用于对充电机的交流输入电压进行交流转直流变换，得到第一恒定直流电压；
第一DC-DC变换电路，与所述AC-DC变换电路相连接，用于对所述第一恒定直流电压进行升压变换，得到第二恒定直流电压，其中，所述第一恒定直流电压对应的功率与所述第二恒定直流电压对应的功率为相同恒定功率；
第二DC-DC变换电路，与所述第一DC-DC变换电路相连接，用于对所述第二恒定直流电压进行降压变换，得到直流输出电压，根据所述直流输出电压获取所述恒定功率下的直流输出电流，根据所述直流输出电压和所述直流输出电流，得到所述恒定功率；
其中，所述第二DC-DC变换电路用于通过以下步骤来对所述第二恒定直流电压进行降压变换，得到所述直流输出电压：获取所述充电机的电流最小极限值；根据所述恒定功率和所述电流最小极限值确定所述充电机的电压最大极限值；将所述第一恒定直流电压升压至所述电压最大极限值，其中，所述第二恒定直流电压包括所述电压最大极限值。
6.根据权利要求5所述的充电机，其特征在于，所述第一DC-DC变换电路包括：
变压器原边开关，与所述AC-DC变换电路相连接，用于接收所述第一恒定直流电压；
变压器，与所述变压器原边开关相连接，用于按照变压器变比将所述第一恒定直流电压升压至所述第二恒定直流电压；
变压器副边开关，与所述变压器相连接，用于输出所述第二恒定直流电压。
7.根据权利要求6所述的充电机，其特征在于，所述变压器原边开关的电压参数为所述第一恒定直流电压，所述变压器原边开关的电流参数由所述恒定功率和所述第一恒定直流电压得到。
8.根据权利要求6所述的充电机，其特征在于，所述变压器副边开关的电压参数为所述第二恒定直流电压，所述变压器副边开关的电流参数由恒定功率和所述第二恒定直流电压得到。
9.根据权利要求5所述的充电机，其特征在于，所述第二DC-DC变换电路包括：开关管，与所述第一DC-DC变换电路相连接，用于接收所述第二恒定直流电压，并根据所述开关管的占空比对所述第二恒定直流电压进行降压变换，得到在预设电压范围内变化的所述直流输出电压。
10.根据权利要求9所述的充电机，其特征在于，所述第二DC-DC变换电路的电压参数为所述电压范围中的电压最大极限值，所述第二DC-DC变换电路的电流参数由所述恒定功率和所述电压范围中的电压最小极限值得到。
11.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求4所述的充电机的充电装置，或权利要求5至10中任意一项所述的充电机。
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