用于對電動車輛充電的設備和方法
【技術領域】
[0001]本發明實施例大體上涉及包括混合動力和電動車輛的電力驅動系統并且更具體地涉及使用多端口能量管理系統對電動車輛充電。
【背景技術】
[0002]混合電動車輛可組合內燃機和由例如牽引用蓄電池等能量存儲裝置供電的電動馬達以推進車輛。這樣的組合可通過使燃燒發動機和電動馬達能夠各自在相應增加的效率范圍中操作而增加整體燃料效率。例如電動馬達可在從原地啟動加速時是高效的，而燃燒發動機(ICE)可在例如公路駕駛等恒定發動機操作的持續時期期間是高效的。具有電動馬達以促進初始加速允許混合動力車輛中的燃燒發動機更小并且更節省燃料。
[0003]純電動車輛使用存儲的電能來向電動馬達供電，電動馬達推進車輛并且還可操作輔助驅動裝置。純電動車輛可使用存儲的電能的一個或多個來源。例如，存儲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]無論是混合電動類型或純電動類型的插入式電動車輛配置成使用來自外部來源的電能對能量存儲裝置再充電。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或可再生能源向車輛的車載牽引用蓄電池轉移電能。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或其他外部來源再充電。。
[0005]蓄電池充電器是電動車輛(EV)的發展中的重要部件。歷史上已知對于EV應用的兩種類型的充電器。一種是獨立型的，其中功能性和風格可以比作加油站以進行快速充電。另一種是車外型的，其將用于從常規家用插座的較慢的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(例如用于推動和加速)和超電容器(例如用于推動和加速)等能量存儲裝置。因為這些能量存儲裝置在不同的電壓下運行并且互不相同地充電，典型地，每個存儲裝置包括它自身獨有的充電系統。這可以導致多個部件和充電系統，因為存儲裝置典型地不能夠使用用于其他存儲裝置的充電系統來充電。也就是說，用于對低壓蓄電池充電的充電系統典型地不能夠用于對超電容器或高壓蓄電池充電。
[0006]當考慮在一些應用中使用“加油站”型的充電系統對存儲裝置快速充電是可取的，而在其他應用中使用常規家用插座對存儲裝置慢充電是可取的時，效果(即，許多裝置)大體上被混合。從而，為了提供對于多個能量存儲裝置類型的充電能力和使用快充或慢充系統，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。因為每個充電類型相應地包括電部件的系統，整個系統的可靠性可能被折損，因為可能使用大量的部件以便提供該功能性。并且，盡管電氣和電子部件可以尺寸化使得電應力水平是低的，相對高的占空比也可以顯著影響可靠性。
[0007]因此提供設備以減小電部件的總數量同時提供靈活性以對EV充電，這將是可取的。
【發明內容】
[0008]根據本發明的一個方面，能量存儲管理系統(ESMS)包括一個或多個耦合于動力傳動系統(drivetrain)并且配置成存儲DC能量的能量存儲裝置、具有多個能量端口的功率電子轉換系統，該功率電子轉換系統包括多個DC電轉換器，每個DC電轉換器配置成提升和降低DC電壓，其中多個能量端口的每個能耦合于一個或多個能量存儲裝置的每個并且多個能量端口的每個能耦合于充電系統。EV包括控制器，其配置成確定每個能量端口(其具有與其耦合的能量存儲裝置或DC充電系統)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中的第二能量端口使得DC電轉換器中的至少一個基于每個能量端口的確定的電壓提升或降低輸入DC電壓。
[0009]根據本發明的另一個方面，制造能量存儲和管理系統(ESMS)的方法包括:將一個或多個能量存儲裝置耦合于車輛動力系統；制造具有多個降壓-升壓轉換器(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能量端口，這些多個能量端口的每個能耦合于一個或多個能量存儲裝置的每個；感測多個能量端口的每個兩端的電壓；基于感測的電壓確定能量存儲裝置和充電系統是否耦合于多個能量端口中的任一個；和通過選擇性地引導電流流過多個降壓-升壓轉換器中的一個或多個來電連接該充電系統與多個具有能量存儲裝置的能量端口中的任一個。
[0010]根據本發明的再另一個方面，非暫時性計算機可讀存儲介質安置在能量存儲和管理系統(ESMS)上并且具有存儲在其上的計算機程序，其包括由計算機執行的指令，當由計算機執行該指令時使計算機確定多端口功率轉換系統(其安置在ESMS上)的每個能量端口的電壓并且電連接能量端口中的至少兩個使得電能從該至少兩個能量端口中的第一個傳遞到該至少兩個能量端口中的第二個并且通過至少兩個降壓-升壓轉換器，該至少兩個降壓-升壓轉換器中的第一降壓-升壓轉換器配置成采用升壓模式運行，并且該至少兩個降壓-升壓轉換器中的第二降壓-升壓轉換器配置成采用降壓模式運行。
[0011]各種其他特征和優勢將從下列詳細說明和附圖變得明顯.
【附圖說明】
[0012]附圖圖示目前預想用于實行本發明的實施例。
[0013]在附圖中:
[0014]圖1是結合本發明的實施例的電動車輛(EV)的示意框圖。
[0015]圖2是根據本發明的實施例能配置的多端口充電器結構的示意圖。
[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是根據一個配置的圖2的多端口充電器的圖示。
[0018]圖5是根據一個配置的圖2的多端口充電器的圖示。
[0019]圖6A和6B是根據備選配置的圖5的多端口充電器的圖示。
[0020]圖7是根據一個配置的圖2的多端口充電器的圖示。
[0021]圖8是根據一個配置的圖2的多端口充電器的圖示。
[0022]圖9是根據一個配置的圖2的多端口充電器的圖示。
[0023]圖10圖示典型的脈寬調制(PffM)開關和波形。
[0024]圖11圖示根據本發明的實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圖示根據運行配置在多端口充電器中的能量流動。
[0029]圖16圖示根據運行配置在多端口充電器中的能量流動。
[0030]圖17圖示根據本發明的實施例具有來自內燃機(ICE)的能量輸入的多端口充電器。
【具體實施方式】
[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車輛(HEV)或電動車輛(EV) 10的一個實施例，其結合本發明的實施例。車輛10包括能量存儲和管理系統(ESMS) 11、內燃機或熱機12、耦合于發動機12的傳動裝置(transmiss1n) 14、差動裝置(differential) 16和耦合在傳動裝置14和差動裝置16之間的驅動軸組件18。并且，盡管ESMS 11在插入式混合電動車輛(PHEV)中圖示，根據本發明的實施例，要理解ESMS 11能夠適用于例如HEV或EV等任何電動車輛或其他功率電子驅動裝置用于運行脈沖負載。根據各種實施例，作為示例，發動機12可以是內燃汽油發動機、內燃柴油發動機、外燃機或燃氣渦輪發動機。ESMS 11包括提供以控制發動機12的運行的發動機控制器20。根據一個實施例，發動機控制器20包括一個或多個配置成感測發動機12的運行狀況的傳感器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，發動機控制器20配置成從發動機12傳送或接收數據。車輛10還包括測量發動機12的曲軸速度的發動機速度傳感器(未示出)。根據一個實施例，速度傳感器可采用每秒脈沖數從轉速表(未示出)測量發動機曲軸速度，其可轉換成每分鐘轉數(rpm)信號。
[0032]車輛10還包括耦合于差動裝置16的相應端的至少兩個輪24。在一個實施例中，車輛10配置為后輪驅動車輛使得差動裝置16接近車輛10的尾部安置并且配置成驅動這些輪24中的至少一個。可選地，車輛10可配置為前輪驅動車輛。
[0033]在一個實施例中，傳動裝置14是人工操作的傳動裝置，其包括多個齒輪使得從發動機12接收的輸入扭矩經由多個齒輪比而倍增并且通過驅動軸組件18傳送到差動裝置16。根據這樣的實施例，車輛10包括選擇性地連接和斷開發動機12與傳動裝置14的離合器(未示出)。
[0034]車輛10還包括例如電動馬達或電動馬達/發電機單元26等機電裝置，其沿著驅動軸組件18耦合在傳動裝置14和差動裝置16之間使得由發動機12產生的扭矩被傳送通過傳動裝置14并且通過電動馬達或電動馬達/發電機單元26到差動裝置16。可包括速度傳感器(未示出)以監測電動馬達26的運行速度。根據一個實施例，電動馬達26直接耦合于傳動裝置14，并且驅動軸組件18包括耦合于差動裝置16的一個軸或驅動軸。
[0035]提供混合動力驅動控制系統或扭矩控制器28以控制電動馬達26的運行并且該混合動力驅動控制系統或扭矩控制器28