专利名称：防止在电池充电期间车辆被开走的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种给机动车辆上的电池充电的系统和方法。
背景技术：
鉴于日益减少的石油供应的关系，机动车辆制造商正在开发混合动力电动车辆、 电动车辆和插电式混合动力电动车辆(PHEV)，后两种车辆在充电操作期间从电网接收其全 部或部分动力。这种车辆配备有电池充电器，该电池充电器与插座连接，外部电源电线可插 入于插座中以给车载电池包充电。期望当这种外部电源电线连接到车辆时防止车辆被开 走。第3，898，547号美国专利公开了一种电动车辆电池充电器互锁系统，在充电时，该系统 不允许电动机驱动车辆。然而，这种系统不能防止由于重力作用而滚动或者由于第二动力 源(例如PHEV中设置的内燃发动机)的驱动造成的运动。
发明内容
本发明提供了一种当车载电池被外部电网充电时防止车辆运动的方法和系统。当 检测到指示外部电源电线可被插入于车辆上的插座的车辆条件时，防止用于车辆上的动力 传递系统的机械约束件被释放。指示外部电源电线被插入插座的条件可基于连接到电池充电器的电压电源。或者，所述条件基于电流流至电池充电器。在另一实施例中，连接到外部电源的插 座具有进入门，该进入门具有指示进入门被打开或关闭的开关。所述条件可基于进入门被 打开。在另一实施例中，条件可基于插头检测开关，在一个示例中，该插头检测开关包括销 开关，当插头与插座连接时，该销开关被压下。如果由于进入门打开的事实而指示所述条件，并不必然意味着外部电源电线被插 入与插座中。例如，虽然外部电源电线并未实际插入，但进入门打开指示这样的条件。不管 怎么样，根据本公开的实施例，防止车辆被开走直到确定进入门被关闭，而不管外部电源电 线是否被插入。关于插头检测器，插座上的销开关可被除了外部电源电线的插头以外的某 物按下。销开关是否被按下表示电线是否被插入线插入其中。如果检测到所述条件，则防止车辆运动。在一个可选示例中，不允许车辆的停车制 动器释放。停车制动器可以是机械的、操作者致动的制动器或者电气致动的制动器。在另 一示例中，可防止换档选择器运动到停车位置以外的位置。电动车辆的操作者根据从外部电源给电池充电的能力而可连续使用车辆。本公开 的优点在于通过防止电线被插入时车辆被开走而防止外部电源电线和车辆的插座中的至 少一个被毁坏。此外，根据本公开的实施例，还防止车辆的滚动，而不管是由于忘记拉动停 车制动器的疏忽还是车辆的意外滚动(即，在斜坡上滚动(rolling)或滑行(towing))。根据本公开的实施例，在听觉上通知或者借助发光的指示灯通知车辆的操作者为 何车辆不能被开走，即，需要注意外部充电系统。
图1是插电式混合动力电动车辆的示意性表示；图2是盘形制动系统的示意性表示；图3是电动车辆的示意性表示；图4是本公开的实施例的示意性表示；图5是根据本公开的替代实施例的插座的构造的表示；图6和图7是本公开的实施例的流程图。
具体实施例方式如本领域普通技术人员所理解的，参照附图中的任意一幅图示出和描述的实施例 的各种特征可与一幅或更多其他附图中示出的特征相结合，以产生未明确示出或描述的替 代实施例。示出的特征的结合提供了典型应用的代表实施例。然而，对于具体的应用或实 施可能需要对根据本公开的教导的特征进行各种结合和修改。无论明确描述或示出与否， 本领域普通技术人员可认识到类似的应用或实施。在图1中示意性地显示了 PHEV 10的示例性构造。PHEV 10具有至少两个驱动源 内燃发动机12和发电机14。在一个实施例中，牵引电动机16也可用于驱动HEPV 10。发 动机12和发电机14结合到变速器18。在一个示例性构造中，变速器18是行星齿轮组，具 有环形齿轮20、行星齿轮22和中心齿轮24，行星齿轮22结合到发动机12，中心齿轮24结 合到发电机14。环形齿轮20与齿轮26啮合。齿轮26、差速器28和半轴30可被认为是最 终传动。半轴30连接到驱动轮子/轮胎32。图1还示意性地示出了 PHEV 10中的主要电气部件。发电机14和牵引电动机16 与电源电子器件34互相作用。发电机14和牵引电动机16两者均可在电能被转换为机械 能的模式和机械能被转换为电能的模式下工作。用于电能的储能器是高压电池36。高压电 池36可利用电池充电器40通过插座38从外部电源接收电能，电池充电器40将AC电转化 为DC电以进行电池储能。通常，PHEV 10还包括低压电池42以给车辆附件(例如，灯、仪 表等)供电。PHEV 10具有电气控制单元(ECU)，电气控制单元至少电连接到电源电子器件 34和电池充电器40。当汽车被置于停车场时，为了锁定最终传动，设置停车齿轮44。在图1中，停车齿 轮44与齿轮26啮合，从而当停车齿轮44被锁定时，齿轮26也被锁定，从而锁定轮子/轮 胎32。当停车爪46被压于停车齿轮44的两个齿之间时，防止停车齿轮44的旋转。如图1 中所示，停车爪46与停车齿轮44分离，从而允许齿轮26、差速器28、半轴30和轮子/轮胎 32自由旋转。在第4，722，427号美国专利中更加详细地描述了停车爪46，第4，722，427号 美国专利的全部内容通过引用被包含于此。此外，图1中示出了结合到非驱动轮子/轮胎54的盘52。现在参照图2，以提供 更多细节的截面的形式示出了单个轮子/轮胎54。轮胎56安装在轮子58上。盘52结合 到轮子58。夹钳60具有刹车片62。当夹钳60的刹车片62被朝着盘52挤压，刹车片62接 触盘52。当盘52旋转时，刹车片62和盘52之间的摩擦使得盘52减速，从而使轮子58的 旋转制动。通常，在使用中，刹车片62由液压驱动的气缸(在图2中未显示)驱动。这些 作为主制动器(service brake)对于本领域技术人员而言是公知的。提供紧急或停车制动器也是公知的。在夹钳(caliper) 60中设置螺纹致动器64。当旋转时，致动器64使得刹车 片62夹住盘52。当曲轴臂66被带动旋转时，致动器64旋转。曲轴臂66连接到缆线68， 该缆线68连接到车舱中的手动制动器杆或者脚踏板(结合图4更加详细地讨论)。车辆的 操作者通常可通过推上手动操作杆或者踩下脚踏板拉动停车制动器。在操作者动作下，停 车制动器也可被释放。在另一替代实施例中，在车辆上设置电动停车制动器。在第2006/0151260号美国 专利申请中示出了一种电动停车制动器结构的示例，第2006/0151260号美国专利申请的 全部内容通过引用被包含于此。在图3中，示出了电动车辆80由机械地连接到变速器84、半轴86和轮子/轮胎 88的电动机82驱动。电动机82电连接到电源电子器件90，该电源电子器件90由ECU 92 控制。电源电子器件90连接到高压电池94。电池94通过插座96和电池充电器98从外部 源充电。电池充电器也被E⑶92控制。在图4中，示意性地表示了与本公开的一些实施例相关的硬件。在PHEVlO上在 PHEV 10的操作者可触及的表面上设置插座38。或者，图4可表示根据本公开的实施例的 电动车辆。通过进入门100保护插座38不受周围的污物(例如水和污染物)污染。当进 入门释放螺线管104与插销102接合并且门100被关闭时，门100上的插销102防止门100 被打开。此外，进入门开关105与门100配合，以给E⑶50提供门100是否关闭的信号。进 入门开关105可以是旋转开关，检测进入门100何时处于表示其关闭的角度；销钉开关， 被设置在靠近门100的位置，当门基本关闭时，该销钉开关被按下；或者其他任何公知的开 关类型。靠近门100处为指示灯106，在一个实施例中，指示灯106照亮以指示充电。发现 指示灯106的许多替代示例非常有用各种颜色的多个灯(例如，LED)表示这些状况充 电完成、充电进行中、充电系统故障、未进行充电等。在另一替代示例中，可通过采用闪烁图 案使用单个指示灯106来指示各种状况。在其它实施例中，指示灯106位于PHEVlO上的任 意位置。另一示例，或者另外地，扬声器107提供嘟嘟信号以警告操作者上面列出的各种状 况。在另一示例中，扬声器107提供记录的语音的输出，以给操作者指示状况。在一个实施 例中，插座38还可具有销开关108，当插头与插座38连接时，销开关108被按下并给ECU 50 发送信号。此夕卜，图4中示出了外部电源电线110，该外部电源电线110在PHEV 10的外部。 电线Iio包括插头112和114，插头112可与插座38连接，插头114是标准插头，可被插入 于标准的IlOV电源插座。在非限制性的示例中示出插座38具有两个插脚。插座38可包 括接地插脚和传感器插脚。在图4中还示出了电池充电器40，该电池充电器40给高压电池36和/或低压(标 准13.8V)电池42充电。在一些实施例中，电池充电器40可将电力提供给其他发动机附件 117，例如发动机缸体加热器(engine blockheater)。在一个实施例中，电池充电器40包 括内部延时器118。当延时器118断开时，防止高压电池36被充电。来自E⑶50的控制 信号可被供应给延时器118，控制信号是闭合延时器118的信号或断开延时器118的信号， 当ECU50确定条件适合时，控制信号是闭合延时器118的信号，以允许充电，当ECU50确定 条件不适合时，控制器信号是打开延时器118的信号，以防止充电。根据本公开的实施例，形成ECU 50和与插座38相关的致动器、电气开关或指示器之间的通信的几条路径将关于插头112是否与插座38连接的信号提供给E⑶50 ；将来自 进入门开关105的关于进入门100打开还是关闭的信号提供给ECU 50 ；ECU 50控制指示灯 106 ；E⑶50控制进入门释放螺线管104。在一个实施例中，显示电导体直接连接在E⑶50 和与进入门100相关的这些元件(例如，进入门释放螺线管104)之间。在另一实施例中， 这些导体通过电池充电器40连接到E⑶50，S卩，通过线束119连接到被连接到E⑶50的电 池充电器40。继续参照图4，PHEV 10具有停车制动器(也被称为紧急制动器)。在操作者的控 制下，制动器杆120被拉动和松开。如图4中所示，制动器杆120是手动制动器，当该手动 制动器120被向上拉时，缆线68被拉动(在图2中示出了缆线68的另一端)。或者，停车 制动器被脚踏板控制。当应用制动器杆120时，开关122被启动。来自开关122的信号被 提供给ECU 50，以指示是否拉开停车制动器。在一个实施例中，停车制动器锁定螺线管124 在ECU50的控制下被驱动。本领域公知具有电气停车制动器，该电气停车制动器可由操作 者控制开关126控制或者受ECU 50的控制。图4中还显示了用于自动变速车辆的换档选择器128。如上面针对图1所讨论的， 在车辆上设置停车齿轮44和停车爪46。当处于P档位或停车时，爪46与停车齿轮44上的 齿啮合，操作者选择换档选择器128的位置。换档选择器128通过联接件(未显示)结合 到爪46。在换档选择器128的任何其他位置，爪46与停车齿轮44分离。换档选择器128 的状态被传输到E⑶50。在图4中还示出了与E⑶50通信的点火钥匙开关130。通过插入钥匙并将钥匙转 动到位来感测车辆操作者要开走车辆的意图。在配备有自动变速器的车辆中，对于发动机 启动来说，基于操作者踩下制动器踏板132以及将点火钥匙开关130中的钥匙转动到位是 非常常见的。制动器踏板 132 闭合与 ECU50、I/0140、CPU 14UMMU 142,ROM 143,KAM 145、 RAM 144和其他附件146通信的开关134。继续参照图4，设置电气控制单元(E⑶)50以控制发动机40和蒸汽回收系统的组 件。E⑶50具有微处理器(被称为中央处理单元(CPU) 141)，该微处理器与存储器管理单 元(MMU) 142通信。MMU 142控制各种计算机可读存储介质之间的数据的流动并将数据传 输到CPU 141和从CPU 141接收数据。计算机可读存储介质最好包括(例如)只读存储器 (ROM) 143、随机读取存储器(RAM) 144和磨损修正系数存储器(KAM) 145形式的易失性和非 易失性存储器。KAM 145可用于存储各种操作变量，同时CPU 141被断电。计算机可读存 储介质可使用一系列公知的存储器件来实现，例如，PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电 PROM)、EEPROM(电可擦除PR0M)、闪存或任何能够存储数据的其他电、磁、光学或其结合的 存储器件，上述存储器件中的一些表达CPU 141控制发动机、充电系统和车辆所使用的可 执行的指令。CPU 141通过输入/输出(I/O)界面142与各种传感器和致动器146通信。 一些E⑶50配置不包含MMU 142。如果不使用MMU 142，则CPU 141管理数据并直径连接 到ROM 143、RAM 144和KAM 145。当然，根据具体应用，本公开能够利用多于一个CPU 141 来给发动机提供控制，E⑶50可含有多个连接到MMU 142或CPU141的ROM 143,RAM 144和 KAM145。根据本公开的实施例，防止PHEV 10在外部电源电线110被插入插座38时或正进 行充电时将车开走或者滚动离开。存在几种指示充电和/或外部电线连接到PHEV 10上的可选指示条件(1)来自销开关108的信号指示(外部电源电线110的)插头112何时按下开关 108 ；(2)来自进入门开关105的信号指示进入门100被打开。(当然，也能够在不将插 头连接到插座38的情况下打开门100。提供警告灯或声音有助于指示车辆不可操作，直到 进入门100被关闭)；(3)确定电流流到或流过电池充电器40 ；(4)确定电压电源连接到插座38。如果条件确定指示外部电源电线110与插座38连接，则可通过下面手段防止车辆 被开走或滚动离开(1)防止停车制动器被释放；和/或(2)利用螺线管129防止换档选择器128从停车位置运动。停车制动器可以是连接到缆线68的传统的手动或脚动停车制动器，该缆线68基 于刹车片62动作，以限制车辆的至少一个轮子运转。或者，可使用电气停车制动器。在另 一替代示例中，可采用车辆的防抱死制动器系统来作为停车制动器。在通常的自动变速配 置车辆中，换档选择器128连接到爪46，当处于停车位置时，爪46与停车齿轮44 (连接到变 速器)啮合。当爪46与停车齿轮44啮合时，防止变速器运动。在本公开中，在一个实施例 中，停车齿轮44结合到变速器。然而，停车齿轮44可结合到当被锁定时车辆的任何防止轮 子的旋转的动力传递系统部件。根据车辆架构，动力传递系统可包括变速器、驱动轴、差速 器(一种的变速器)和轮子。这里，动力传递系统与其被锁定就位时锁定车辆的至少一个 轮子的部件相关联。注意到在典型的自动变速配置车辆中，当换档选择器128不处于停车 状态时，车辆操作者不能从车辆上拔下钥匙。因此，除非在点火时将钥匙留下，否则车辆操 作者可能会遇到汽车的换档选择器128已经处于停车位置的情况。手动变速配置车辆通常不具有停车齿轮44和爪46。然而，在手动变速配置车辆中 也可以设置这种装备。如果是这种情况，则可在按照与自动变速配置车辆的形式类似的形 式约束手动变速配置车辆。防抱死制动系统(ABS)通过在E⑶50的控制下应用主制动器来操作。E⑶命令 将液压施加到作用在刹车片62上的液压缸上。在正常运行时，通过操作者踩下制动器踏板 132来施加液压。当感测到轮子滑动时，ECU 50可与操作者的控制无关地施加液压。正常 地，在驱动过程中当被致动时，ABS制动器有节奏地动作。根据本公开的实施例，ABS可用作 停车制动器的可选示例。在第5，403，078号美国专利中描述了 ABS系统，该专利的全部内 容通过引用被包含于此。在其他实施例中，当车辆没有停车时，防止充电。当将换档选择器128置于停车位 置时，确定PHEV停车，从而使得爪46与停车齿轮44啮合。或者，通过另一致动器而不是换 档选择器来使得爪46与停车齿轮44啮合。在另一实施例中，停车条件基于停车制动器是 否被拉动，从而防止车辆的轮子中的至少一个轮子的旋转。停车制动器可以是标准的手动 制动器或脚动制动器。在这种情况下，制动器拉动开关给ECU 50提供指示停车制动器被 拉动。或者，通过开关的启动由操作者在操作者的控制下或者通过ECU50的控制运用电气 停车制动器。无论在哪种情况下，ECU 50都被提供指示电气停车制动器的被拉动的信号。在另一可选示例中，在停车制动模式中可使用ABS系统。只有当确定车辆停车时，E⑶50才允许充电。在一个实施例中，E⑶50允许进入 门100通过进入门释放螺线管114被打开到非锁定位置，从而允许外部电源电线110连接 到插座38。在另一实施例中，外部电源电线110能够与插座38连接，而不管车辆停车与否。然而，电池充电器40设置有延时器118，只有当E⑶50确定PHEV处于停车条件 时，延时器118才在ECU 50的控制下被关闭。在一个实施例中，指示灯闪烁或扬声器发出 嘟嘟声来指示操作者虽然外部电源电线110连接到插座38，但是没进行充电。在图5中示出的另一可选示例中，插座38设置有插头排出器190。当PHEV未停车 时，当操作者试图将外部电源电线110连接到插座38时，启动螺线管190使得螺线管的销 192向外伸出顶起插头(例如图4中的112)。只有当PHEV 10停车时，螺线管190才保持 图5中显示的位置，这样允许插头和插座38连接。除了作用为插头排出器，螺线管190还可 用作插头防护件，其通过被驱动到延伸位置来防止在尝试插插头之前插头与插座38连接。在图6中，示出了本公开的实施例的流程图。在开始算法步骤200之后，在步骤 202确定电池是否被外部电源充电。上面描述了指示电池是否被外部电源充电的几种方法 和系统。如果没进行充电，则在步骤204允许车辆被开走或滚动离开。如果在步骤202检 测到充电，则控制进入防止车辆运动的步骤206;上面描述了防止车辆运动的几种方法和 系统。控制进入步骤208，在这个步骤中，给操作者提供指示指示充电在进行，可能指示电 线仍然被连接。控制继续进行，直到不再检测到充电，返回到步骤202。在图7中，流程图示出了本公开的实施例，从步骤220开始。控制进入步骤222， 在该步骤，确定车辆是否处于停车条件(上面讨论了进行这种确定的系统和方法)。如果 车辆停车，则控制进入步骤224，并允许插头的连接和充电的开始。如果在步骤222确定车 辆未停车，则控制进入步骤226，在该步骤，防止充电(上面讨论了关于这种做法的系统和 方法)。控制进入步骤228，在该步骤，给车辆操作者提供信息，以指示未进行充电和/或不 能启动充电的原因。如果车辆操作者想要防止充电这样的情况，下面的时间控制进入步骤 222，如果步骤222的答案是肯定的结果，则控制进入允许充电的步骤224。虽然已经参照特定的实施例详细描述了最佳实施方式，但是熟悉本领域的人员应 当认识到权利要求的范围内的各种可选设计和实施例。将各种实施例描述为提供优点或关 于一个或多个期望特性比其他实施例更优选，但本领域技术人员应当意识到，可组合一个 或更多的特性以获得期望的系统属性，这取决于特定应用和实施。例如，上面的大部分讨论 都针对PHEV应用。然而，描述的许多实施例也适用于电动车辆。此外，显示停车齿轮44和 爪46也适于图4中的齿轮26。然而，可将停车齿轮44应用于最终传动的任何部分，包括变 速器18的环形齿轮20。由于通常的自动变速配置车辆上的可用的硬件，一些实施例更容易 应用于具有自动变速器的车辆。然而，这种实施例还可适用于手动变速器，反之亦然。获得 的这些属性具有如下商业价值(包括，但不限于)费用、强度、耐用性、寿命周期成本、可销 售性、易用性、外观、重量、包装、尺寸、维修保养方便性、可制造性、易装配性等。在此描述的 实施例关于一个或多个特性的特点比其他实施例或现有技术的实施较差也不在本公开的 范围之外，其对于特定的应用来说可能是需要的。
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权利要求
一种插电式车辆系统，包括电动机；电池，电连接到电动机；电池充电器，电连接到电池；插座，连接到电池充电器，该插座适于与外部电源电线的插头连接，以从外部电源给电池充电；动力传递系统，机械连接到电动机；轮子，连接到动力传递系统；机械约束件，连接到动力传递系统，机械约束件当被应用时防止至少一个轮子的旋转；电气控制单元，电气连接到车辆系统，当车辆信号指示插头与插座连接或者靠近插座的进入门被打开从而允许接触插座时，该电气控制单元防止机械约束件的释放。
2.如权利要求1所述的系统，还包括进入门开关，机械连接到进入门，并电气连接到 电气控制单元，其中，来自进入门开关的信号给车辆提供信号。
3.如权利要求1所述的系统，其中，车辆信号基于电压和电流中的一个被施加给电池 充电器的指示。
4.如权利要求1所述的系统，还包括连接到插座的插头检测开关，其中，当该插头检 测开关与插座连接时该插头检测开关被插头按下，并且车辆信号包括来自插头检测开关的信号。
5.如权利要求1所述的系统，还包括适于约束所述至少一个轮子旋转的制动器，其中， 所述机械约束件包括制动器。
6.如权利要求1所述的系统，还包括 停车齿轮，连接到动力传递系统；爪，适于与停车齿轮啮合，以防止停车齿轮的旋转，其中，所述机械约束件包括该爪。
7.如权利要求6所述的系统，还包括 操作者致动的换档选择器，连接到爪；螺线管，邻近换档选择器，该螺线管适于将换档选择器锁定就位，其中，所述防止机械 约束件的释放包括将所述螺线管保持在锁定位置。
全文摘要
公开了一种插电式车辆系统，该系统防止当车辆正在充电或者连接到外部电源电线时该插电式车辆系统被开走或滚动离开。当基于下面的条件中的至少一个被检测到时电流正流向电池充电器；电压电源连接到电池充电器；允许接近车载插座的进入门被打开和/或插头检测开关指示插头与插座连接，防止动力传递系统上的机械约束件被释放。所述机械约束件可以是停车制动器。可选地，机械约束件可包括防止换档选择器从停车位置移开的爪。
文档编号H02H11/00GK101931228SQ201010204020
公开日2010年12月29日 申请日期2010年6月12日 优先权日2009年6月18日
发明者凯琳·罗维特, 托马斯·M·哥沃泽德科, 杰瑞·米尔斯, 詹姆士·A·拉斯罗普 申请人:福特全球技术公司