用于對(duì)電動(dòng)車輛充電的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明實(shí)施例大體上涉及包括混合動(dòng)力和電動(dòng)車輛的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并且更具體地涉及使用多端口能量管理系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)車輛充電。
【背景技術(shù)】
[0002]混合電動(dòng)車輛可組合內(nèi)燃機(jī)和由例如牽引用蓄電池等能量存儲(chǔ)裝置供電的電動(dòng)馬達(dá)以推進(jìn)車輛。這樣的組合可通過使燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)馬達(dá)能夠各自在相應(yīng)增加的效率范圍中操作而增加整體燃料效率。例如電動(dòng)馬達(dá)可在從原地啟動(dòng)加速時(shí)是高效的，而燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)可在例如公路駕駛等恒定發(fā)動(dòng)機(jī)操作的持續(xù)時(shí)期期間是高效的。具有電動(dòng)馬達(dá)以促進(jìn)初始加速允許混合動(dòng)力車輛中的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)更小并且更節(jié)省燃料。
[0003]純電動(dòng)車輛使用存儲(chǔ)的電能來向電動(dòng)馬達(dá)供電，電動(dòng)馬達(dá)推進(jìn)車輛并且還可操作輔助驅(qū)動(dòng)裝置。純電動(dòng)車輛可使用存儲(chǔ)的電能的一個(gè)或多個(gè)來源。例如，存儲(chǔ)的電能的第一來源可用于提供更持久的能量(例如低電壓蓄電池)而存儲(chǔ)的電能的第二來源可用于提供更高功率的能量用于例如加速(例如高電壓蓄電池或超電容器)。
[0004]無論是混合電動(dòng)類型或純電動(dòng)類型的插入式電動(dòng)車輛配置成使用來自外部來源的電能對(duì)能量存儲(chǔ)裝置再充電。這樣的車輛可包括道路用和非道路用車輛、高爾夫車、短距離電動(dòng)車輛、叉車和公用載重汽車作為示例。這些車輛可使用車外固定蓄電池充電器或車載蓄電池充電器或車外固定蓄電池充電器和車載蓄電池充電器的組合以從公用電網(wǎng)或可再生能源向車輛的車載牽引用蓄電池轉(zhuǎn)移電能。插入式車輛可包括電路和連接以便于牽引用蓄電池從例如公用電網(wǎng)或其他外部來源再充電。。
[0005]蓄電池充電器是電動(dòng)車輛(EV)的發(fā)展中的重要部件。歷史上已知對(duì)于EV應(yīng)用的兩種類型的充電器。一種是獨(dú)立型的，其中功能性和風(fēng)格可以比作加油站以進(jìn)行快速充電。另一種是車外型的，其將用于從常規(guī)家用插座的較慢的C率充電。EV典型地包括例如低壓蓄電池(例如用于航程和巡航)、高壓蓄電池(例如用于推動(dòng)和加速)和超電容器(例如用于推動(dòng)和加速)等能量存儲(chǔ)裝置。因?yàn)檫@些能量存儲(chǔ)裝置在不同的電壓下運(yùn)行并且互不相同地充電，典型地，每個(gè)存儲(chǔ)裝置包括它自身獨(dú)有的充電系統(tǒng)。這可以導(dǎo)致多個(gè)部件和充電系統(tǒng)，因?yàn)榇鎯?chǔ)裝置典型地不能夠使用用于其他存儲(chǔ)裝置的充電系統(tǒng)來充電。也就是說，用于對(duì)低壓蓄電池充電的充電系統(tǒng)典型地不能夠用于對(duì)超電容器或高壓蓄電池充電。
[0006]當(dāng)考慮在一些應(yīng)用中使用“加油站”型的充電系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)裝置快速充電是可取的，而在其他應(yīng)用中使用常規(guī)家用插座對(duì)存儲(chǔ)裝置慢充電是可取的時(shí)，效果(即，許多裝置)大體上被混合。從而，為了提供對(duì)于多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置類型的充電能力和使用快充或慢充系統(tǒng)，若干充電類型可能是必須的以便提供期望的功能性的全部。因?yàn)槊總€(gè)充電類型相應(yīng)地包括電部件的系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性可能被折損，因?yàn)榭赡苁褂么罅康牟考员闾峁┰摴δ苄?。并且，盡管電氣和電子部件可以尺寸化使得電應(yīng)力水平是低的，相對(duì)高的占空比也可以顯著影響可靠性。
[0007]因此提供設(shè)備以減小電部件的總數(shù)量同時(shí)提供靈活性以對(duì)EV充電，這將是可取的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)(ESMS)包括一個(gè)或多個(gè)耦合于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)(drivetrain)并且配置成存儲(chǔ)DC能量的能量存儲(chǔ)裝置、具有多個(gè)能量端口的功率電子轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該功率電子轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括多個(gè)DC電轉(zhuǎn)換器，每個(gè)DC電轉(zhuǎn)換器配置成提升和降低DC電壓，其中多個(gè)能量端口的每個(gè)能耦合于一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置的每個(gè)并且多個(gè)能量端口的每個(gè)能耦合于充電系統(tǒng)。EV包括控制器，其配置成確定每個(gè)能量端口(其具有與其耦合的能量存儲(chǔ)裝置或DC充電系統(tǒng))的電壓并且電連接第一能量端口與能量端口中的至少兩個(gè)中的第二能量端口使得DC電轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)基于每個(gè)能量端口的確定的電壓提升或降低輸入DC電壓。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，制造能量存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)(ESMS)的方法包括:將一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置耦合于車輛動(dòng)力系統(tǒng)；制造具有多個(gè)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器(buck-boostconverter)的充電裝置；將該充電裝置附連到車輛，該充電裝置包括多個(gè)能量端口，這些多個(gè)能量端口的每個(gè)能耦合于一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置的每個(gè)；感測(cè)多個(gè)能量端口的每個(gè)兩端的電壓；基于感測(cè)的電壓確定能量存儲(chǔ)裝置和充電系統(tǒng)是否耦合于多個(gè)能量端口中的任一個(gè)；和通過選擇性地引導(dǎo)電流流過多個(gè)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)或多個(gè)來電連接該充電系統(tǒng)與多個(gè)具有能量存儲(chǔ)裝置的能量端口中的任一個(gè)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)方面，非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)安置在能量存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)(ESMS)上并且具有存儲(chǔ)在其上的計(jì)算機(jī)程序，其包括由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的指令，當(dāng)由計(jì)算機(jī)執(zhí)行該指令時(shí)使計(jì)算機(jī)確定多端口功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(其安置在ESMS上)的每個(gè)能量端口的電壓并且電連接能量端口中的至少兩個(gè)使得電能從該至少兩個(gè)能量端口中的第一個(gè)傳遞到該至少兩個(gè)能量端口中的第二個(gè)并且通過至少兩個(gè)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，該至少兩個(gè)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中的第一降壓-升壓轉(zhuǎn)換器配置成采用升壓模式運(yùn)行，并且該至少兩個(gè)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中的第二降壓-升壓轉(zhuǎn)換器配置成采用降壓模式運(yùn)行。
[0011]各種其他特征和優(yōu)勢(shì)將從下列詳細(xì)說明和附圖變得明顯.
【附圖說明】
[0012]附圖圖示目前預(yù)想用于實(shí)行本發(fā)明的實(shí)施例。
[0013]在附圖中:
[0014]圖1是結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)車輛(EV)的示意框圖。
[0015]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例能配置的多端口充電器結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0016]圖3是圖示如在圖2中圖示的多端口充電器的配置的表。
[0017]圖4是根據(jù)一個(gè)配置的圖2的多端口充電器的圖示。
[0018]圖5是根據(jù)一個(gè)配置的圖2的多端口充電器的圖示。
[0019]圖6A和6B是根據(jù)備選配置的圖5的多端口充電器的圖示。
[0020]圖7是根據(jù)一個(gè)配置的圖2的多端口充電器的圖示。
[0021]圖8是根據(jù)一個(gè)配置的圖2的多端口充電器的圖示。
[0022]圖9是根據(jù)一個(gè)配置的圖2的多端口充電器的圖示。
[0023]圖10圖示典型的脈寬調(diào)制(PffM)開關(guān)和波形。
[0024]圖11圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多端口充電器的框圖。
[0025]圖12圖示選擇性地接合和脫離圖2的多端口充電器的充電設(shè)置。
[0026]圖13圖示具有I相AC源的多端口充電器。
[0027]圖14圖示具有3相AC源的多端口充電器。
[0028]圖15圖示根據(jù)運(yùn)行配置在多端口充電器中的能量流動(dòng)。
[0029]圖16圖示根據(jù)運(yùn)行配置在多端口充電器中的能量流動(dòng)。
[0030]圖17圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有來自內(nèi)燃機(jī)(ICE)的能量輸入的多端口充電器。
【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1圖示例如汽車、卡車、公共汽車或非道路用車車輛等混合電動(dòng)車輛(HEV)或電動(dòng)車輛(EV) 10的一個(gè)實(shí)施例，其結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例。車輛10包括能量存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)(ESMS) 11、內(nèi)燃機(jī)或熱機(jī)12、耦合于發(fā)動(dòng)機(jī)12的傳動(dòng)裝置(transmiss1n) 14、差動(dòng)裝置(differential) 16和耦合在傳動(dòng)裝置14和差動(dòng)裝置16之間的驅(qū)動(dòng)軸組件18。并且，盡管ESMS 11在插入式混合電動(dòng)車輛(PHEV)中圖示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，要理解ESMS 11能夠適用于例如HEV或EV等任何電動(dòng)車輛或其他功率電子驅(qū)動(dòng)裝置用于運(yùn)行脈沖負(fù)載。根據(jù)各種實(shí)施例，作為示例，發(fā)動(dòng)機(jī)12可以是內(nèi)燃汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、外燃機(jī)或燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。ESMS 11包括提供以控制發(fā)動(dòng)機(jī)12的運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器20。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器20包括一個(gè)或多個(gè)配置成感測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)12的運(yùn)行狀況的傳感器22。傳感器22可包括rpm傳感器、扭矩傳感器、氧傳感器和溫度傳感器作為示例。如此，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器20配置成從發(fā)動(dòng)機(jī)12傳送或接收數(shù)據(jù)。車輛10還包括測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)12的曲軸速度的發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器(未示出)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，速度傳感器可采用每秒脈沖數(shù)從轉(zhuǎn)速表(未示出)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸速度，其可轉(zhuǎn)換成每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)信號(hào)。
[0032]車輛10還包括耦合于差動(dòng)裝置16的相應(yīng)端的至少兩個(gè)輪24。在一個(gè)實(shí)施例中，車輛10配置為后輪驅(qū)動(dòng)車輛使得差動(dòng)裝置16接近車輛10的尾部安置并且配置成驅(qū)動(dòng)這些輪24中的至少一個(gè)?？蛇x地，車輛10可配置為前輪驅(qū)動(dòng)車輛。
[0033]在一個(gè)實(shí)施例中，傳動(dòng)裝置14是人工操作的傳動(dòng)裝置，其包括多個(gè)齒輪使得從發(fā)動(dòng)機(jī)12接收的輸入扭矩經(jīng)由多個(gè)齒輪比而倍增并且通過驅(qū)動(dòng)軸組件18傳送到差動(dòng)裝置16。根據(jù)這樣的實(shí)施例，車輛10包括選擇性地連接和斷開發(fā)動(dòng)機(jī)12與傳動(dòng)裝置14的離合器(未示出)。
[0034]車輛10還包括例如電動(dòng)馬達(dá)或電動(dòng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元26等機(jī)電裝置，其沿著驅(qū)動(dòng)軸組件18耦合在傳動(dòng)裝置14和差動(dòng)裝置16之間使得由發(fā)動(dòng)機(jī)12產(chǎn)生的扭矩被傳送通過傳動(dòng)裝置14并且通過電動(dòng)馬達(dá)或電動(dòng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元26到差動(dòng)裝置16。可包括速度傳感器(未示出)以監(jiān)測(cè)電動(dòng)馬達(dá)26的運(yùn)行速度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電動(dòng)馬達(dá)26直接耦合于傳動(dòng)裝置14，并且驅(qū)動(dòng)軸組件18包括耦合于差動(dòng)裝置16的一個(gè)軸或驅(qū)動(dòng)軸。
[0035]提供混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)或扭矩控制器28以控制電動(dòng)馬達(dá)26的運(yùn)行并且該混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)或扭矩控制器28