耦合于马达/发电机单元26。能量存储系统30耦合于扭矩控制器28并且包括低压能量存储或能量蓄电池32、高压能量存储或动力蓄电池(power battery) 34和超电容器36作为示例。然而，尽管图示低压能量存储32、高压能量存储34和超电容器36，要理解能量存储系统30可包括如在本领域内了解的多个能量存储单元，例如钠金属卤化物蓄电池、钠镍氯化物蓄电池、钠硫蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子蓄电池、锂聚合物蓄电池、镍镉蓄电池、多个超电容器电池、超电容器和蓄电池的组合或燃料电池等作为示例。加速器踏板38和制动器踏板40也包括在车辆10中。加速器踏板38配置成发送油门命令信号或加速器踏板信号到发动机控制器20和扭矩控制28。
[0036]根据本发明的实施例，系统10包括耦合于能量存储系统30的能量存储单元32-36的充电器42。根据本发明的实施例，充电器42如图示的可耦合于多个能量存储系统32-36并且充电器42可耦合于一个或多个功率输入线44，图示其中的两个。即，根据图示本发明的使用的实施例，充电器42图示本发明的实施例并且充电器42可耦合于一个或多个能量存储系统，并且充电器42可耦合于一个或多个功率输入系统44。充电器42包括配置成如将论述的那样选择性地接合和脱离充电器42的DC电力装置或降压-升压模块的控制器46 ο
[0037]并且，尽管充电器42图示为正耦合于能量存储系统32-36，并且充电器42图示为耦合于一个或多个功率输入线44，要理解本发明的实施例并没有受到这样的限制。相反，要理解充电器42可耦合于多个和不同类型的能量存储系统和功率输入，其中的一些在下列图中图示。此外，要理解每个车辆可存在多个并行的充电器42，或可存在施加于车辆10的每个轮24的功率系统，每个具有与其耦合的充电器42。
[0038]在运行中，要理解在本领域内能量可经由传动装置14从内燃机或热机12提供给驱动轴组件18，并且能量可经由驱动控制系统28提供给驱动轴组件18，驱动控制系统28使能量从能量存储系统30 (其可包括能量系统32-36)抽取。从而，如在本领域内了解的，能量可从例如高压存储装置34(其可包括蓄电池作为示例)或从超电容器36抽取用于车辆10推动或加速。在巡航(即，大体上非加速运行)期间，能量可经由例如低压能量存储32等低压存储装置抽取用于车辆10。
[0039]并且，如在本领域内了解的，在运行期间，能量可从内燃机或热机12抽取以便能量存储30提供功率给驱动轴组件18。此外，一些系统包括再生运行，其中能量可从制动运行恢复并且用于对能量存储30再充电。另外，一些系统可不提供从制动的再生能量恢复，并且一些系统可不提供例如内燃机或热机12等热机。然而并且尽管一些系统能够对能量存储30再充电，作为示例，能量存储30定期要求从例如115V家用电源或230V 3相电源等外部来源再充电。要求对能量存储30再充电在不具有热机以提供动力和具有扩展范围的驱动运行的插入式混合电动车辆(PHEV)中尤其强烈。
[0040]从而，本发明的实施例是灵活的和能配置的(其具有多个能量端口 )并且可耦合于多个电源(power source)和源类型以便对一个或多个能量存储类型充电。此外，如将说明的，本发明的实施例允许对能量存储单元(其被完全耗尽并且具有低于电源电压的起动电压)充电，并且本发明的实施例允许对能量存储单元充电到超出电源的电压的电压。
[0041 ] 为了满足现代的PHEV和EV的需求，基础结构应该典型地提供7kW以在2或3小时(家庭充电)的充电时间内实现80%的充电状态(SOC)增益(假定是25kWh的蓄电池)。对于更积极的短暂停顿快速充电情形(例如，“加油站”)，可需要明显更高的功率水平以在10分钟内实现期望的80% S0C。车辆接口需要根据现有的标准来设计。导频信号通过它的占空比确定能允许的最大功率。除了高的集成度之外，提出的系统还提供设备的单或三相AC输入、高效能、低谐波、接近统一输入功率因数、低成本、低重量和安全联锁。如在本领域内已知的，功率因数校正(PFC)要求可由IEC/ISO/IEEE线路谐波电流规则操纵。
[0042]在下列图中图示的是具有由三个双向降压-升压级和充电器前端组成的集成充电器单元的能量管理系统。该系统还包括对于高压DC和标准AC插座充电的充电器模块。
[0043]本发明能适用于常规的电动车辆(EV)以及电网充电的混合电动车辆(PHEV)。电网充电的HEV提供选择以驱动车辆某些英里数(S卩，PHEV20、PHEV40、PHEV60)。传统上，PHEV的目标是提供高的全电动范围(AER)能力以降低运行成本并且能够优化运行策略。就降压-升压级来说，充电器前端和接口，如果它设计用于EV或PHEV应用则它大体上没有区别。DC/DC转换器的作用是在两个或多个能源之间的高效能量转移，这对于持续和峰值功率需求是可靠的。充电器单元的集成是朝更高的功率密度设计(其中部件更少并且因此可靠性更高)的下一步骤。如此，本发明的实施例能适用于多个电动车辆，其包括全电动和混合电动车辆作为示例，大体上并且广泛地指定为“EV”。这样的EV可包括但不限于道路用车、高尔夫球车、火车等，其能够具有包括电部件用于使车辆运动的动力系统(power system)。
[0044]在常规的实现中，许多独立的单元共存以大体上包括互相连接的独立充电器、蓄电池管理和控制单元。在具有先进的蓄电池的自动环境中，来自不同的厂商的无缝集成的充电器和蓄电池或其他车辆系统之间的通信是重要的考虑。具有集成充电器的能量管理系统在需要有更少的集成工作和更少的部件来提高可靠性方面是有利的。
[0045]现在参照图2，能配置的多端口集成充电器结构，能量存储和管理系统(ESMS，除此以外还称为能量管理系统(EMS)) ESMS 100 (例如充电器42)图示具有四个能量端口 102和相应地作为模块1、2和3的三个DC电转换装置或降压-升压转换器104、106、108。如在本领域内已知的，降压-升压转换器104-108可配置成采用降压模式通过使电能在第一方向110上流过其(关于降压-升压转换器104而图示，但同样适用于转换器106和108)或采用升压模式通过使电能在第二方向112上流过其(再次关于降压-升压转换器104而图示，但同样适用于转换器106和108)而运行。如图示的，能量端口 102包括第一能量端口114，其能配置成具有附连或电耦合于其的第一单元116。相似地，能量端口 102、能量端口118、120、122能配置成具有附连或电耦合于其的相应的第二单元124、第三单元126和第四单元128。
[0046]根据本发明，充电器完全是车辆设计的一部分并且安置在车上。集成的车载充电器能够持续调整输入电流作为例如连接于该车载充电器用于充电的装置的充电状态(SOC)的结果。集成的充电器能量管理系统配备有最小数量的标准部件并且从而能够高效地对多个能量存储系统和系统类型充电同时具有最小成本。在一个实施例中，示出的基本模块的每个此外仅配备有一个另外的接触器以执行下文描述的不同的功能并且允许端口隔离。在图2中的三个个体模块Ml至M3的配置连同适合的充电算法允许能量从整流的AC或直接从DC源转移到连接于ESMS的端口的不同的能量存储单元。
[0047]如将图示的，图2的ESMS 100可配置成对高达三个能源(包括低压能量蓄电池、高压能量蓄电池、超电容器作为示例)在相同时间或同时充电。ESMS 100可具有在其中配置成交错以便降低纹波电流的模块。ESMS 100还能够对于不同的蓄电池技术和存储装置类型具有作为SOC和温度等(作为示例)的函数的多个充电曲线。ESMS 100包括由例如图1的控制器46等控制器集中控制的集中式能量流动控制，并且ESMS 100能够管理广泛的输入和输出电压。
[0048]图1和2的ESMS 100能采用如在图3中图示为表200的多个配置而配置。如在本领域中了解的，ESMS 100的每个配置可能由接触器(未示出)选择，并且能量流动由ESMS控制算法控制，ESMS控制算法在混合动力车辆10的控制器46中实现，控制器46可以感测连接于端口 102的充电装置和能量存储装置的存在并且因此调整能量的流动方向。例如，控制算法可确定耦合于能量存储装置或充电系统(DC或整流的AC，作为示例)的每个端口的电压，并且因此且基于确定的电压、基于测量的频率或基于这两者(作为示例)运行ESMS100。并且，对于包括整流器的益处是即使DC连接成具有错误的极性，即使使用单相整流器或即使DC输入用于对于3相整流器的3相输入中的两相，该整流器提供保护。
[0049]具有集成的宽输入范围充电器的单蓄电池
[0050]根据第一配置202 (在图4中图示)，EMS或ESMS包括图示为连接于端口 I的低压蓄电池204和连接于端口 2的超电容器组206。在该配置中，单个低压蓄电池(其代表对于EV的主能量存储单元)连接到端口 I。高压端口 2连接到超电容器组或只连接到供应马达逆变器的DC链路电容器。根据本发明的实施例，充电单元208连接到端口 3，其可包括DC源或整流的AC源。对于该情况，如果端口 3处的充电输入电压高于端口 I上的能量蓄电池204，模块2采用降压模式运行。
[0051]可考虑两种情况。第一，如果端口 I上的能量蓄电池的标称电压低于最低充电器输入电压，那么充电算法如刚才描述的运行。第二，如果蓄电池204的标称电压高于充电器208输入电压，模块2 210永久地