专利名称：用于初始化充电系统的系统和方法
技术领域：
在此描述的主题的实施例大体上涉及机动车辆中的电气系统，且更具体地，主题的实施例涉及一种启动能量输送系统的控制策略。
背景技术：
插电式混合动力和全电动车辆近年来变得越来越普及。这些车辆典型地具有大的电池系统，所述大的电池系统在消耗大量功率的同时可能花许多小时充电。当前用于电池 系统的充电系统被构造成插入住宅或商业电网。然而，当首先连接充电系统时，可产生大的电压尖峰，这可能潜在地损害充电系统和电池系统。
发明内容
根据一个实施例，提供一种用于启动充电系统的方法，所述充电系统具有被构造成基于占空比提供升压功能的能量转换模块。该方法可包括但不限于在能量转换模块具有百分之零的占空比的同时由充电系统向电池提供达第一预定阈值的递增提高的电压；在能量转换模块具有百分之零的占空比的同时由充电系统向电池提供从电池的初始电压电平达电压源的峰值电压的递增提高的电压；和通过递增提高能量转换模块的占空比由充电系统向电池提供递增提高的电压。根据另一实施例，提供一种充电系统。充电系统可包括但不限于第一接口，其被构造成接纳电压源；能量转换模块，其电连接至接口 ；控制器，其通信地连接至能量转换模块。控制器被构造成控制能量转换模块，以在能量转换模块具有百分之零的占空比的同时向电池提供达第一预定阈值的递增提高的电压，在能量转换模块具有百分之零的占空比的同时向电池提供从电池的初始电压电平达电压源的峰值电压的递增提高的电压，和通过递增提高能量转换模块的占空比向电池提供递增提高的电压。根据本发明的又一实施例，提供一种用于启动具有电连接至交流(AC)接口的能量转换模块的充电系统的方法。该方法包括但不限于由控制模块使充电系统与连接至AC接口的AC电压源同步；由控制模块确定AC电压源的下次过零；由控制模块计算AC源的每个半循环的起动时间，以启动脉宽调制(PWM)控制信号，该控制信号被构造成使能量转换模块将电压转移至电池；和由控制模块从起动时间到AC电压源的半循环的近似结束产生PWM控制信号。本发明还提供如下方案
I. 一种用于启动充电系统的方法，所述充电系统具有被构造成基于占空比提供升压功能的能量转换模块，所述方法包括在所述能量转换模块具有百分之零的占空比的同时由所述充电系统向电池提供达第一预定阈值的递增提高的电压；
在所述能量转换模块具有百分之零的占空比的同时由所述充电系统向所述电池提供从所述电池的初始电压电平到电压源的峰值电压的递增提高的电压；以及
通过递增提高所述能量转换模块的占空比由所述充电系统向所述电池提供递增提高的电压。2.根据方案I所述的方法，其中所述电压源为交流(AC)电压源，并且所述方法还包括递增提高每隔所述AC电压源的半循环向所述电池提供的电压。3.根据方案2所述的方法，还包括当流过所述充电系统的电流低于预定阈值时，每隔所述AC电压源的半循环向所述电池提供递增提高的电压。4.根据方案3所述的方法，其中在所述能量转换模块具有百分之零的占空比的同 时由所述充电系统向电池提供达第一预定阈值的递增提高的电压还包括
由所述充电系统计算与所述AC电压源的过零对应的下次过零事件的时间；
由所述充电系统计算相对于下次过零的时间并基于递增提高的控制电压的起动时间；
以及
从所计算的起动时间到近似所述下次过零的时间产生脉宽调制控制信号。5.根据方案3所述的方法，其中在所述能量转换模块具有百分之零的占空比的同时由所述充电系统向所述电池提供从所述电池的初始电压电平到电压源的峰值电压的递增提闻的电压还包括
由所述充电系统计算与所述AC电压源的过零对应的下次过零事件的时间；
由所述充电系统计算相对于下次过零的时间以起动控制信号并基于横跨所述电池测量的电压的起动时间；以及
从所计算的起动时间到近似所述下次过零的时间产生脉宽调制控制信号。6.根据方案3所述的方法，其中通过递增提高所述能量转换模块的占空比由所述充电系统向所述电池提供递增提高的电压还包括
贯穿所述AC电压源的每个半循环连续地产生脉宽调制控制信号，
其中所产生的脉宽调制控制信号控制所述能量转换模块的占空比。7. 一种充电系统，包括
第一接口，其被构造成接纳电压源；
能量转换模块，其电连接至所述接口 ；以及
控制器，其通信地连接至能量转换模块，其中所述控制器被构造成控制所述能量转换丰旲块，以
在所述能量转换模块具有百分之零的占空比的同时向电池提供达第一预定阈值的递增提高的电压；
在所述能量转换模块具有百分之零的占空比的同时向所述电池提供从所述电池的初始电压电平达电压源的峰值电压的递增提高的电压；以及
通过递增提高所述能量转换模块的所述占空比向所述电池提供递增提高的电压。8.根据方案7所述的充电系统，其中所述电压源为交流(AC)电压源，并且所述控制器还被构造成控制所述能量转换模块以递增提高每隔所述AC电压源的半循环向所述电池提供的电压。9.根据方案8所述的充电系统，其中所述控制器还被构造成控制所述能量转换模块以便当流过所述充电系统的电流低于预定阈值时，每隔所述AC电压源的半循环递增提高到所述电池的电压。10.根据方案9所述的充电系统，其中所述控制器，在控制所述能量转换模块以在所述能量转换模块具有百分之零的占空比的同时向电池提供达所述第一预定阈值的递增提高的电压时，还被构造成
计算与所述AC电压源的过零对应的下次过零事件的时间；
计算相对于下次过零的时间并基于递增提高的控制电压的起动时间；以及从所计算的起动时间到近似所述下次过零的时间产生脉宽调制控制信号，以使所述能量转换模块将电压转移至所述电池。
11.根据方案9所述的充电系统，其中所述控制器，在控制所述能量转换模块以在所述能量转换模块具有百分之零的占空比的同时向电池提供从所述电池的初始电压电平达电压源的峰值电压的递增提高的电压时，还被构造成
计算与所述AC电压源的过零对应的下次过零事件的时间；
计算相对于下次过零的时间以起动控制信号并基于横跨所述电池测量的电压的起动时间；以及
从所计算的起动时间到近似所述下次过零的时间产生脉宽调制控制信号，以使所述能量转换模块将电压转移至所述电池。12.根据方案9所述的充电系统，其中所述控制器，在控制所述能量转换模块以通过递增提高所述能量转换模块的占空比来向所述电池提供递增提高的电压时，还被构造成
贯穿所述AC电压源的每个半循环连续地产生脉宽调制控制信号，以使所述能量转换模块将电压转移至所述电池，
其中所产生的脉宽调制控制信号控制所述能量转换模块的占空比。13. 一种用于启动具有电连接至交流(AC)接口的能量转换模块的充电系统的方法，包括
由控制模块使所述充电系统与连接至所述AC接口的AC电压源同步；
由所述控制模块确定所述AC电压源的下次过零；
由所述控制模块计算所述AC源的每个半循环的起动时间，以启动脉宽调制(PWM)控制信号，所述控制信号被构造成使所述能量转换模块将电压转移至电池；以及
由所述控制模块从所述起动时间到所述AC电压源的半循环的近似结束产生所述PWM控制信号。14.根据方案13所述的方法，其中所述计算还包括
基于计数器和第一预定电压递增计算控制电压；以及
基于所述AC电压源何时近似等于所述控制电压以及从所述AC源的所述相应半循环的相对峰值电压降低确定所述起动时间。15.根据方案14所述的方法，其中在所述控制电压高于或等于预定阈值之后，所述方法还包括由所述控制模块测量横跨所述电池的电压；
由所述控制模块基于横跨所述电池测量的电压和第二预定电压递增计算所述AC源的每个半循环的起动时间；以及
由所述控制模块从所述起动时间到所述AC电压源的每个半循环的近似结束产生所述PWM控制信号。16.根据方案15所述的方法，其中基于通过所述充电系统的电气部件的电压降改变所述起动时间。17.根据方案15所述的方法，其中在横跨所述电池测量的电压高于或等于所述AC电压源的峰值电压之后，所述方法还包括 由所述控制模块产生贯穿所述AC电压源的每个半循环的连续的PWM控制信号，
其中所述PWM控制信号的占空比从初始值递增提高至所述AC电压源的每个半循环的最闻占空t匕。18.根据方案17所述的方法，其中当流过所述充电系统的电流低于预定阈值时，所述PWM控制信号的所述占空比从所述初始值递增提高至所述AC电压源的每个半循环的最闻占空t匕。19.根据方案13所述的方法，其中所述过零是所述AC电压源的电压过零。20.根据方案13所述的方法，其中所述过零是所述AC电压源的电流过零。提供该发明内容，以便以简化的形式介绍以下在具体实施方式
中进一步描述的概念的选择。该发明内容不用于识别要求保护的主题的关键特征或基本特征，并且也不用于帮助确定要求保护的主题的范围。
可在结合以下的附图考虑时通过参考详细说明和权利要求得到对主题更完整的理解，其中相同的附图标记遍及附图指的是相似的元件。图I是根据一个实施例适用于车辆的电气系统的不意 图2是图示根据一个实施例用于启动电气系统的第一阶段的流程 图3图示根据一个实施例在用于启动电气系统的第一阶段期间可利用的示例性控制信号;
图4是图示根据一个实施例用于启动电气系统的第二阶段的流程图；以及 图5是图示根据一个实施例用于启动电气系统的第三阶段的流程图。
具体实施例方式以下的详细说明本质上仅是说明性的，并且不意于限制主题或申请的实施例或这样的实施例的使用。如在此所使用地，文字“示例性的”是指“用作示例、实例或例证”。在此作为示范描述的任一实现不必被理解为相对于其他实现是优选的或者有利的。此外，无意受在前述技术领域、背景技术、发明内容或以下的详细说明中介绍的任何明示的或暗示的理论限制。下面的描述指“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非有相反的明示陈述，“连接”是指一个元件/节点/特征直接结合至另一元件/结点/特征(或者与另一元件/节点/特征直接通信)，并且不一定是机械地。同样地，除非有相反的明示陈述，“耦联”是指一个元件/节点/特征直接或间接地结合至另一元件/节点/特征(或者与另一元件/节点/特征直接或间接地通信)，并且不一定是机械地。因此，尽管附图可描绘元件的一个示例性布置，但在所描绘的主题的实施例中可存在额外的居间元件、装置、特征或部件。另外，某些术语还可在以下的说明中仅用于参考的目的，并因而不意于是限制性的。除非由上下文清楚地表示，否则术语“第一”、“第二”和涉及结构的其他这样的数字术语不包含有次序或顺序的意思。如在此所使用地，“节点”是指任何内部或外部参考点、连接点、接合、信号线、导电元件等，在所述“节点”处存在给定的信号、逻辑电平、电压、数据模式、电流或量。此外，两个或更多个节点可由一个物理元件实现(并且即使在共用节点处接收或输出，也能多路传输、调制或以另外的方式区别两个或更多个信号)。图I描绘了适用于车辆诸如例如电动和/或混合动力车辆的电气系统100(或者替代性地，充电系统、充电器或充电模块)的示例性实施例。尽管以下的说明涉及用于电动和/或混合动力车辆的充电系统，但本领域的技术人员应认识到的是，可产生或改变其他的电气系统以利用在此讨论的特征。 电气系统100非限制性地包括第一接口 102、第一能量转换模块104、隔离模块106、第二能量转换模块108、感应元件110、电容元件112、第二接口 114和控制模块116。第一接口 102通常表示用于将电气系统100耦联至DC能量源118的物理接口(例如端子、连接器等)，而第二接口 114通常表示用于将电气系统100耦联至交流(AC)能量源120的物理接口(例如端子、连接器等)。因此，为了方便起见，第一接口 102在此可称为DC接口，而第二接口 114在此可称为AC接口。在示例性实施例中，如在此更详细地描述地，控制模块116耦联至转换模块104、108，并且操作转换模块104、108，以获得从AC能量源120到DC能量源118的所期望的功率流。在示例性实施例中，DC能量源118 (或者替代性地，能量存储源或ESS)能够从电气系统100在特定的DC电压电平(Vdc)(由箭头160指示)接收直流电流(iDC)(由箭头150指示)。根据一个实施例，DC能量源118被实现为具有从大约两百至大约五百伏DC的标称DC电压范围的可再充电的高压电池组。在这点上，DC能量源118可包括用于车辆中的另一电气系统和/或电动机的一次能源。例如，DC能量源118可耦联至功率逆变器，所述功率逆变器被构造成向电动机提供电压和/或电流，所述电动机继而可使变速器接合，以便以传统的方式驱动车辆。在其他实施例中，DC能量源118可被实现为电池、燃料电池、超级电容器或另一合适的能量存储元件。AC能量源120 (或功率源)被构造成以特定的AC电压电平(Vac)(由箭头180指示)向充电系统100提供AC电流(iAC)(由箭头170指示)，并且可被实现为用于电力网(例如市电或网电)内的建筑、住宅或另一结构的主电源或主电气系统。根据一个实施例，AC能量源120包括取决于地理区域而改变的单相电源，如对于大部分住宅结构所常见。例如，在美国，AC能量源120可被实现为60Hz的220伏(RMS)或者240伏(RMS)，而在其他区域中，AC能量源120可被实现为50Hz的210伏(RMS)或者220伏(RMS)。在替代性实施例中，AC能量源120可被实现为适于具有充电系统100的操作的任何AC能量源。如以下更详细地描述，DC接口 102耦联至第一转换模块104，而AC接口 114经由感应元件110耦联至第二转换模块108。隔离模块106耦联在转换模块104、108之间，并提供这两个转换模块104、108之间的电流隔离。控制模块116耦联至转换模块104和108，并操作第二转换模块108，以横跨隔离模块106将来自AC能量源120的能量转变成高频能量，其然后被转换模块104转变成DC接口 102处的DC能量。应理解的是，尽管在此为了解释，可在电网到车辆的应用(例如，AC能量源120将能量输送至DC能量源118)的背景下描述主题，但在其他实施例中，在此描述的主题可在车辆到电网的应用(例如，DC能量源118将能量输送至AC接口 114和/或AC能量源120)中实施和/或使用。为了给DC能量源118充电，第一转换模块104将节点122和124处的高频能量转变成DC能量，所述DC能量在接口 102处被提供至DC能量源118。在这点上，第一转换模块104在将高频AC能量转变成DC能量时操作为整流器。在图示的实施例中，第一转换模块104包括四个开关元件(52、54、56和58)，其中每个开关元件具有构造成与相应开关元件反并联的二极管(60、62、64和68)，以适应双向能量输送。如所示，电容器126被构造成横跨DC接口 102电力地并联，以减少DC接口 102处的电压脉动，如本领域所明白。
在示例性实施例中，开关元件(52、54、56和58)是晶体管，并且可利用任何合适的半导体晶体管开关实现，诸如绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(例如M0SFET)或本领域已知的任何其他相当装置。开关与二极管是反并联的，意味着开关与二极管以反向或逆极性电力地并联。如本领域所意识到地，反并联构造在单向地阻止电压的同时允许双向电流流动。在该构造中，通过开关的电流的方向与通过相应二极管的可容许电流的方向相反。反并联二极管横跨每个开关连接，以便为到DC能量源118的电流提供路径，从而当相应的开关断开时给DC能量源118充电。如以下更详细地描述地，在示例性实施例中，控制模块116操作第一转换模块104的开关，以便为从DC能量源118到隔离模块106的电流提供路径，从而在第二转换模块108的节点134、136处提供注入电流。在图示的实施例中，开关52连接在DC接口 102的节点128与节点122之间，并被构造成当开关52闭合时为从节点128到节点122的电流流动提供路径。二极管60连接在节点122与节点128之间，并被构造成为从节点122到节点128的电流流动提供路径(例如，二极管60与开关52反并联)。开关54连接在DC接口 102的节点130与节点122之间，并被构造成当开关54闭合时为从节点122到节点130的电流流动提供路径，而二极管62连接在节点122与节点130之间，并被构造成为从节点130到节点122的电流流动提供路径。以相似的方式，开关56连接在节点128与节点124之间，并被构造成当开关56闭合时为从节点128到节点124的电流流动提供路径，二极管64连接在节点124与DC接口102之间，并被构造成为从节点124到节点128的电流流动提供路径，开关58连接在节点130与节点124之间，并被构造成当开关58闭合时为从节点124到节点130的电流流动提供路径，并且二极管66连接在节点124与DC接口 102之间，并被构造成为从节点130到节点124的电流流动提供路径。 在示例性实施例中，第二转换模块108利于电流(或能量)从AC能量源120和/或感应元件110到隔离模块106的流动。在图示的实施例中，以如以上关于第一转换模块104所提出的相似的方式，第二转换模块108被实现为包括八个开关元件(20、22、24、26、28、30、32和34)的前端单相矩阵变换器，其中每个开关元件具有与相应开关元件反并联构成的二极管(36、38、40、42、44、46、48和50)。为了方便起见，但非限制地，第二转换模块108在此可替代性地称为矩阵转换模块(或矩阵变换器)或周波变换器。如以下更详细地描述地，控制模块116调整(例如打开和/或闭合)矩阵变换器108的开关(20、22、24、26、28、30和34)，以便在节点122、124处产生高频电压，从而获得到DC接口 102和/或DC能量源118的所期望的功率流。在图I的图示的实施例中，第一对开关(20和22)与二极管(36和38)耦联在节点132与节点134之间，其中第一对开关与反并联二极管(例如20和36)配置有与第二对开关与反并联二极管(例如22和38)相反的极性。这样，开关20与二极管38被构造成当开关20闭合、接通或以另外的方式启动并且节点134处的电压比节点132处的电压正得多时，为从节点134通过开关20和二极管38到节点132的电流流动提供路径。开关22与二极管36被构造成当开关22闭合、接通或以另外的方式启动并且节点132处的电压比节点134处的电压正得多时，为从节点132通过开关22和二极管36到节点134的电流流动提供路径。以相似的方式，第二对开关(24和26)与二极管(40和42)耦联在节点136与节点138之间，第三对开关(28和30)与二极管(44和46)耦联在节点132与节点136之间，第四对开关(32和34)与二极管(48和50)耦联在节点134与节点138之间。
在图示的实施例中，开关20、24、28和32包括第一组开关，当通过感应元件110的电流负向流动时(例如k < O),所述第一组开关能够整流通过感应元件IlOQ1)(由箭头190指示)从节点132到节点138的电流，而开关22、26、30和34包括第二组开关，当通过感应元件110的电流沿正向流动时(例如k > O),所述第二组开关能够整流通过感应元件110从节点138到节点132的电流，如以下更详细地所描述。换句话说，开关20、24、28和32能够传导沿负向流过感应元件110 (例如k < O)的电流的至少一部分，而开关22、26、30和34能够传导沿正向流过感应元件110 (例如k > O)的电流的至少一部分。如在此所使用地，整流应被理解为通过矩阵变换器108的开关和二极管使电流循环通过感应元件110的过程，使得通过感应元件110的电流的流动不中断。在示例性实施例中，隔离模块106包括连接在第一转换模块104的节点122与124之间的第一组绕组144和连接在节点134与136之间的第二组绕组146。为了解释，绕组146在此可被认为包括初级绕组级(或初级绕组)，而绕组144的组在此可被认为包括次级绕组级(或次级绕组)。如本领域所意识到地，绕组144和146提供以传统方式磁耦联的感应元件，以形成变压器。在示例性实施例中，隔离模块106被实现为高频变压器。在这点上，隔离模块106包括设计用于诸如转换模块104和108的开关的开关频率(例如50Hz)的高频的特定功率水平的变压器，导致变压器的物理尺寸相对于设计用于诸如AC能量源120的频率(例如市电频率)的较低频率的相同功率水平的变压器得到减小。在示例性实施例中，感应元件110被实现为在矩阵变换器108的节点132与AC接口 114的节点140之间电力地串联构成的感应器(电感器)。因此，为了方便起见，但在无限制的情况下，感应元件110在此称作感应器。感应器110在电气系统100的操作期间用作高频感应能量存储元件。如本领域所意识到地，电容元件112被实现为稱联在AC接口 114的节点140与节点142之间的电容器，而电容器112与感应器110被合作地构造成提供高频滤波器，以使AC接口 114处的电压脉动最小。控制模块116通常表示被构造成操作和/或调整转换模块104和108的开关以获得所期望的从AC能量源120到DC能量源118的功率流的硬件、固件和/或软件。取决于实施例，控制模块116可用通用处理器、微处理器、微控制器、相联存储器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何合适可编程的逻辑装置、分立栅极或晶体管逻辑、分立硬件部件或它们的被设计成支持和/或执行在此描述的功能的任何组合实施或实现。在正常操作期间，在起动周期之后，对于电网到车辆的应用，控制模块116确定脉宽调制(PWM)指令信号，所述脉宽调制(PWM)指令信号控制矩阵变换器108的开关(20-34)的定时和占空比，以产生横跨隔离模块106的初级绕组146的高频AC电压，所述高频AC电压在节点122和124处感生横跨次级绕组144的电压，从而导致流向DC接口 102的所期望的电流(iD。)，以给DC能量源118充电。例如，根据一个实施例，控制模块 116产生正弦PWM可变占空比控制信号，所述正弦PWM可变占空比控制信号控制状态机变迁并从而控制开关(20-34)的占空比，以实现开关间隔期间合适的开关模式(例如开关频率的反转)。控制模块116获得、监测或以另外的方式采样DC接口 102处的电压(VD。)，并将获得的DC电压与参考电压(例如所期望的DC接口 102的电压)比较，以获得误差信号，将所述误差信号与对应于开关频率(例如50Hz)的高频载波信号比较，以获得正弦PWM调制占空比。当误差信号低于载波信号时，控制模块116操作开关20-34，以有效地短路节点132与138，并使能量循环通过矩阵变换器108，以横跨感应器110施加电压。当误差信号高于载波信号时，控制模块116操作开关(20-34)，以释放感应器110的储能和/或电压(替代性地，驰返式(fly-back)电压)。驰返式电压与AC接口 114处的电压的和被施加于隔离模块106的初级绕组146，导致到节点122和124和/或DC能量源118的功率转移。控制模块116重复操作开关(20-34)的步骤，以便当误差信号变得低于载波信号时使能量循环通过矩阵变换器108，而当误差信号高于载波信号时释放感应器110的储能。这样，矩阵变换器108贯穿充电系统100的操作根据需要在使能量循环通过感应器110与向隔离模块106和/或DC接口 102输送能量之间交替变化。应理解的是，图I是为了解释的电气系统100的简化表示，并且不意于以任何方式限制在此描述的主题的范围或应用。因此，尽管图I描绘了电路元件和/或端子之间的直接电连接，但替代性的实施例在以大致相似的方式运行的同时可采用居间电路元件和/或部件。另外，尽管在此在用于车辆的矩阵变换器108的背景下描述电气系统100，但主题不意于受限于车辆和/或机动车应用，并且在此描述的主题可在利用开关元件将能量转换模块(例如降压变换器、升压变换器、功率逆变器、电流源逆变器和/或变换器、电压源逆变器和/或变换器等)用于转移能量的任何应用中实现。图2是图I所图示的电气系统100的示例性初始起动阶段的流程图200。初始起动阶段以及以下讨论的随后的起动阶段可例如由控制模块116控制。初始起动阶段通过使电气系统100与AC能量源120同步开始。(步骤202)。如以下更详细地讨论地，在起动阶段期间，控制模块116基于AC能量源120的过零发出PWM控制信号。在一个实施例中，例如，控制模块116包括锁相回路(PLL)，以使电气系统100与AC能量源120同步。在其他实施例中，控制模块可利用硬件、软件或它们的任何组合，以确定AC能量源120的过零。控制模块于是初始化初始起动循环。(步骤204)。为了安全地启动电气系统100以给电容器126和/或DC能量源118充电，控制模块116使用PWM信号以控制开关20-34和52-58，以缓慢建立横跨电容器126和/或DC电压源118的充电。如以上所讨论地，驰返式电压与AC接口 114处的电压的和被施加于隔离模块106的初级绕组146，导致到节点122和124和/或DC能量源118的功率转移。在初始起动阶段期间，电气系统100被构造成具有百分之零的占空比，使得驰返式电压为零伏(即没有电压升高)。例如，在示例性半循环中，电气系统100在提供百分之零的占空比时、在闭合开关22、26、28和32的同时将打开开关20、24、30和34。在随后的半循环中，在闭合开关20、24、30和34的同时将打开开关22、26、28和32。如以下更详细地讨论地，当提供升压时，控制模块116基于所期望的占空比将所有的开关20-34打开达预定时间。步骤204中的初始化例如可基于电气系统的构造和电压升高的速率改变，使得能安全地起动电气系统100。控制模块116可产生或初始化起动计数器以控制控制回路(以下更详细地讨论的步骤206-226)，并确定在每个全循环通过控制回路提高电压并转移至电容器126和/或DC电压源118的电压递增量。控制模块116确定起动阶段的最高电压和/或对应的最大计数器值。在一个实施例中，例如，电压递增可以是一伏，最高电压可以是二十伏，并且对应的最大计数器值为二十。在另一实施例中，例如，电压递增可以是十分之一伏，最高电压可以是二十伏，并且对应的最大计数器值为二百。然而，电压递增和最高电 压可取决于电气系统100的构造、DC电压源118的电压和AC接口 114的电压改变。在另一实施例中，例如，计数器在第一阶段中的最大值可对应于AC源120的峰值电压。控制模块116于是等待下次过零。(步骤206)。控制模块116于是计算下次过零什么时候出现。(步骤208)。如以上所讨论地，AC接口 114可附接至AC功率源。在美国，例如，标准AC功率源以60赫兹操作。因此，在一个实施例中，例如，AC接口的过零可近似每隔8. 3333ms出现；然而，可使用其他的频率。控制模块116于是计算PWM信号的起动时间，以在下次计算的过零之前起动PWM信号。(步骤210)。换句话说，在起动阶段中，仅在每个AC半循环的尾端产生PWM信号。在每个AC半循环的结尾，AC接口 114的线电压低并接近零。因此，从AC接口 114流入感应器110的任何电流逐渐减小至零。由于当PWM信号结束时，通过感应器110的电流逐渐减小至零，所以在电气系统100中不存在不得不考虑的过量电流。在一个实施例中，例如，控制模块116基于以下方程计算起动时间
权利要求
1.一种用于启动充电系统的方法，所述充电系统具有被构造成基于占空比提供升压功能的能量转换模块，所述方法包括 在所述能量转换模块具有百分之零的占空比的同时由所述充电系统向电池提供达第一预定阈值的递增提高的电压； 在所述能量转换模块具有百分之零的占空比的同时由所述充电系统向所述电池提供从所述电池的初始电压电平到电压源的峰值电压的递增提高的电压；以及 通过递增提高所述能量转换模块的占空比由所述充电系统向所述电池提供递增提高的电压。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述电压源为交流(AC)电压源，并且所述方法还包括递增提高每隔所述AC电压源的半循环向所述电池提供的电压。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括当流过所述充电系统的电流低于预定阈值时，每隔所述AC电压源的半循环向所述电池提供递增提高的电压。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述能量转换模块具有百分之零的占空比的同时由所述充电系统向电池提供达第一预定阈值的递增提高的电压还包括 由所述充电系统计算与所述AC电压源的过零对应的下次过零事件的时间； 由所述充电系统计算相对于下次过零的时间并基于递增提高的控制电压的起动时间；以及 从所计算的起动时间到近似所述下次过零的时间产生脉宽调制控制信号。
5.根据权利要求3所述的方法，其中在所述能量转换模块具有百分之零的占空比的同时由所述充电系统向所述电池提供从所述电池的初始电压电平到电压源的峰值电压的递增提高的电压还包括 由所述充电系统计算与所述AC电压源的过零对应的下次过零事件的时间； 由所述充电系统计算相对于下次过零的时间以起动控制信号并基于横跨所述电池测量的电压的起动时间；以及 从所计算的起动时间到近似所述下次过零的时间产生脉宽调制控制信号。
6.根据权利要求3所述的方法，其中通过递增提高所述能量转换模块的占空比由所述充电系统向所述电池提供递增提高的电压还包括 贯穿所述AC电压源的每个半循环连续地产生脉宽调制控制信号， 其中所产生的脉宽调制控制信号控制所述能量转换模块的占空比。
7.一种充电系统，包括 第一接口，其被构造成接纳电压源； 能量转换模块，其电连接至所述接口 ；以及 控制器，其通信地连接至能量转换模块，其中所述控制器被构造成控制所述能量转换丰旲块，以 在所述能量转换模块具有百分之零的占空比的同时向电池提供达第一预定阈值的递增提高的电压； 在所述能量转换模块具有百分之零的占空比的同时向所述电池提供从所述电池的初始电压电平达电压源的峰值电压的递增提高的电压；以及 通过递增提高所述能量转换模块的所述占空比向所述电池提供递增提高的电压。
8.根据权利要求7所述的充电系统，其中所述电压源为交流(AC)电压源，并且所述控制器还被构造成控制所述能量转换模块以递增提高每隔所述AC电压源的半循环向所述电池提供的电压。
9.根据权利要求8所述的充电系统，其中所述控制器还被构造成控制所述能量转换模块以便当流过所述充电系统的电流低于预定阈值时，每隔所述AC电压源的半循环递增提高到所述电池的电压。
10.一种用于启动具有电连接至交流(AC)接口的能量转换模块的充电系统的方法，包括 由控制模块使所述充电系统与连接至所述AC接口的AC电压源同步； 由所述控制模块确定所述AC电压源的下次过零； 由所述控制模块计算所述AC源的每个半循环的起动时间，以启动脉宽调制(PWM)控制信号，所述控制信号被构造成使所述能量转换模块将电压转移至电池；以及 由所述控制模块从所述起动时间到所述AC电压源的半循环的近似结束产生所述PWM控制信号。
全文摘要
本发明涉及用于初始化充电系统的系统和方法，具体地，提供用于启动充电系统的系统和方法。该方法例如可包括但不限于在能量转换模块具有百分之零的占空比的同时由充电系统向电池提供达第一预定阈值的递增提高的电压；在能量转换模块具有百分之零的占空比的同时由充电系统向电池提供从电池的初始电压电平达电压源的峰值电压的递增提高的电压；和通过递增提高能量转换模块的占空比由充电系统向电池提供递增提高的电压。
文档编号H02J7/02GK102810891SQ20121017535
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者R.M.兰索姆, M.佩里西克, L.A.卡尤克 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司