用于对电动车辆充电的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明实施例大体上涉及包括混合动力和电动车辆的电力驱动系统并且更具体地涉及使用多端口能量管理系统对电动车辆充电。
【背景技术】
[0002]混合电动车辆可组合内燃机和由例如牵引用蓄电池等能量存储装置供电的电动马达以推进车辆。这样的组合可通过使燃烧发动机和电动马达能够各自在相应增加的效率范围中操作而增加整体燃料效率。例如电动马达可在从原地启动加速时是高效的，而燃烧发动机(ICE)可在例如公路驾驶等恒定发动机操作的持续时期期间是高效的。具有电动马达以促进初始加速允许混合动力车辆中的燃烧发动机更小并且更节省燃料。
[0003]纯电动车辆使用存储的电能来向电动马达供电，电动马达推进车辆并且还可操作辅助驱动装置。纯电动车辆可使用存储的电能的一个或多个来源。例如，存储的电能的第一来源可用于提供更持久的能量(例如低电压蓄电池)而存储的电能的第二来源可用于提供更高功率的能量用于例如加速(例如高电压蓄电池或超电容器)。
[0004]无论是混合电动类型或纯电动类型的插入式电动车辆配置成使用来自外部来源的电能对能量存储装置再充电。这样的车辆可包括道路用和非道路用车辆、高尔夫车、短距离电动车辆、叉车和公用载重汽车作为示例。这些车辆可使用车外固定蓄电池充电器或车载蓄电池充电器或车外固定蓄电池充电器和车载蓄电池充电器的组合以从公用电网或可再生能源向车辆的车载牵引用蓄电池转移电能。插入式车辆可包括电路和连接以便于牵引用蓄电池从例如公用电网或其他外部来源再充电。。
[0005]蓄电池充电器是电动车辆(EV)的发展中的重要部件。历史上已知对于EV应用的两种类型的充电器。一种是独立型的，其中功能性和风格可以比作加油站以进行快速充电。另一种是车外型的，其将用于从常规家用插座的较慢的C率充电。EV典型地包括例如低压蓄电池(例如用于航程和巡航)、高压蓄电池(例如用于推动和加速)和超电容器(例如用于推动和加速)等能量存储装置。因为这些能量存储装置在不同的电压下运行并且互不相同地充电，典型地，每个存储装置包括它自身独有的充电系统。这可以导致多个部件和充电系统，因为存储装置典型地不能够使用用于其他存储装置的充电系统来充电。也就是说，用于对低压蓄电池充电的充电系统典型地不能够用于对超电容器或高压蓄电池充电。
[0006]当考虑在一些应用中使用“加油站”型的充电系统对存储装置快速充电是可取的，而在其他应用中使用常规家用插座对存储装置慢充电是可取的时，效果(即，许多装置)大体上被混合。从而，为了提供对于多个能量存储装置类型的充电能力和使用快充或慢充系统，若干充电类型可能是必须的以便提供期望的功能性的全部。因为每个充电类型相应地包括电部件的系统，整个系统的可靠性可能被折损，因为可能使用大量的部件以便提供该功能性。并且，尽管电气和电子部件可以尺寸化使得电应力水平是低的，相对高的占空比也可以显著影响可靠性。
[0007]因此提供设备以减小电部件的总数量同时提供灵活性以对EV充电，这将是可取的。
【发明内容】
[0008]根据本发明的一个方面，能量存储管理系统(ESMS)包括一个或多个耦合于动力传动系统(drivetrain)并且配置成存储DC能量的能量存储装置、具有多个能量端口的功率电子转换系统，该功率电子转换系统包括多个DC电转换器，每个DC电转换器配置成提升和降低DC电压，其中多个能量端口的每个能耦合于一个或多个能量存储装置的每个并且多个能量端口的每个能耦合于充电系统。EV包括控制器，其配置成确定每个能量端口(其具有与其耦合的能量存储装置或DC充电系统)的电压并且电连接第一能量端口与能量端口中的至少两个中的第二能量端口使得DC电转换器中的至少一个基于每个能量端口的确定的电压提升或降低输入DC电压。
[0009]根据本发明的另一个方面，制造能量存储和管理系统(ESMS)的方法包括:将一个或多个能量存储装置耦合于车辆动力系统；制造具有多个降压-升压转换器(buck-boostconverter)的充电装置；将该充电装置附连到车辆，该充电装置包括多个能量端口，这些多个能量端口的每个能耦合于一个或多个能量存储装置的每个；感测多个能量端口的每个两端的电压；基于感测的电压确定能量存储装置和充电系统是否耦合于多个能量端口中的任一个；和通过选择性地引导电流流过多个降压-升压转换器中的一个或多个来电连接该充电系统与多个具有能量存储装置的能量端口中的任一个。
[0010]根据本发明的再另一个方面，非暂时性计算机可读存储介质安置在能量存储和管理系统(ESMS)上并且具有存储在其上的计算机程序，其包括由计算机执行的指令，当由计算机执行该指令时使计算机确定多端口功率转换系统(其安置在ESMS上)的每个能量端口的电压并且电连接能量端口中的至少两个使得电能从该至少两个能量端口中的第一个传递到该至少两个能量端口中的第二个并且通过至少两个降压-升压转换器，该至少两个降压-升压转换器中的第一降压-升压转换器配置成采用升压模式运行，并且该至少两个降压-升压转换器中的第二降压-升压转换器配置成采用降压模式运行。
[0011]各种其他特征和优势将从下列详细说明和附图变得明显.
【附图说明】
[0012]附图图示目前预想用于实行本发明的实施例。
[0013]在附图中:
[0014]图1是结合本发明的实施例的电动车辆(EV)的示意框图。
[0015]图2是根据本发明的实施例能配置的多端口充电器结构的示意图。
[0016]图3是图示如在图2中图示的多端口充电器的配置的表。
[0017]图4是根据一个配置的图2的多端口充电器的图示。
[0018]图5是根据一个配置的图2的多端口充电器的图示。
[0019]图6A和6B是根据备选配置的图5的多端口充电器的图示。
[0020]图7是根据一个配置的图2的多端口充电器的图示。
[0021]图8是根据一个配置的图2的多端口充电器的图示。
[0022]图9是根据一个配置的图2的多端口充电器的图示。
[0023]图10图示典型的脉宽调制(PffM)开关和波形。
[0024]图11图示根据本发明的实施例的多端口充电器的框图。
[0025]图12图示选择性地接合和脱离图2的多端口充电器的充电设置。
[0026]图13图示具有I相AC源的多端口充电器。
[0027]图14图示具有3相AC源的多端口充电器。
[0028]图15图示根据运行配置在多端口充电器中的能量流动。
[0029]图16图示根据运行配置在多端口充电器中的能量流动。
[0030]图17图示根据本发明的实施例具有来自内燃机(ICE)的能量输入的多端口充电器。
【具体实施方式】
[0031]图1图示例如汽车、卡车、公共汽车或非道路用车车辆等混合电动车辆(HEV)或电动车辆(EV) 10的一个实施例，其结合本发明的实施例。车辆10包括能量存储和管理系统(ESMS) 11、内燃机或热机12、耦合于发动机12的传动装置(transmiss1n) 14、差动装置(differential) 16和耦合在传动装置14和差动装置16之间的驱动轴组件18。并且，尽管ESMS 11在插入式混合电动车辆(PHEV)中图示，根据本发明的实施例，要理解ESMS 11能够适用于例如HEV或EV等任何电动车辆或其他功率电子驱动装置用于运行脉冲负载。根据各种实施例，作为示例，发动机12可以是内燃汽油发动机、内燃柴油发动机、外燃机或燃气涡轮发动机。ESMS 11包括提供以控制发动机12的运行的发动机控制器20。根据一个实施例，发动机控制器20包括一个或多个配置成感测发动机12的运行状况的传感器22。传感器22可包括rpm传感器、扭矩传感器、氧传感器和温度传感器作为示例。如此，发动机控制器20配置成从发动机12传送或接收数据。车辆10还包括测量发动机12的曲轴速度的发动机速度传感器(未示出)。根据一个实施例，速度传感器可采用每秒脉冲数从转速表(未示出)测量发动机曲轴速度，其可转换成每分钟转数(rpm)信号。
[0032]车辆10还包括耦合于差动装置16的相应端的至少两个轮24。在一个实施例中，车辆10配置为后轮驱动车辆使得差动装置16接近车辆10的尾部安置并且配置成驱动这些轮24中的至少一个。可选地，车辆10可配置为前轮驱动车辆。
[0033]在一个实施例中，传动装置14是人工操作的传动装置，其包括多个齿轮使得从发动机12接收的输入扭矩经由多个齿轮比而倍增并且通过驱动轴组件18传送到差动装置16。根据这样的实施例，车辆10包括选择性地连接和断开发动机12与传动装置14的离合器(未示出)。
[0034]车辆10还包括例如电动马达或电动马达/发电机单元26等机电装置，其沿着驱动轴组件18耦合在传动装置14和差动装置16之间使得由发动机12产生的扭矩被传送通过传动装置14并且通过电动马达或电动马达/发电机单元26到差动装置16。可包括速度传感器(未示出)以监测电动马达26的运行速度。根据一个实施例，电动马达26直接耦合于传动装置14，并且驱动轴组件18包括耦合于差动装置16的一个轴或驱动轴。
[0035]提供混合动力驱动控制系统或扭矩控制器28以控制电动马达26的运行并且该混合动力驱动控制系统或扭矩控制器28