CN101931338A - 带有网络接口的逆变器 - Google Patents
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Abstract
公开了一种带有网络接口的逆变器。逆变器被配置成用在交通工具内,用来给用户电子设备和其他需要单相交流能量的设备提供动力。逆变器可包括与交通工具数据总线或其他信息交换系统相连的网络接口或其他连接类型,以便与电控单元或其他包含在交通工具内用来监测和控制被一个或多个交通工具子系统所消耗的能量的设备进行通讯。
Description
技术领域
本发明涉及一种将直流能量逆变为单相交流能量的逆变器,例如但不限于,适于将交通工具电池提供的直流能量逆变为适于给用户电子设备提供动力的单相交流能量。
背景技术
交通工具电气系统一般需要一个能量源,用以在正常的交通工具操作期间为多个交通工具子系统提供动力。从能量源可以获得的能量的量在交通工具操作过程中是变化的,取决于需要能量的子系统的数量和能量源维持其能量输出的能力。一些交通工具利用电控单元(ECU)来控制能量等级,以便较关键的子系统先于较不关键的子系统被供应能量,以确保应急能力(limp-home capability)和另外用来管理/调节能量消耗。
交通工具子系统对能量的消耗可以通过电控单元来监控,并随时间的推移而被追踪,这样,电控单元就可以对交通工具子系统所需要的能量的量有了了解,以便于在各种操作条件下进行操作。电控单元可以利用这个信息和/或其他策略去选择性地授权一个或更多个交通工具子系统去消耗来自能量源的能量(或以其他方式调节能量消耗)。这包括:电控单元通过交通工具总线或者其他的基于交通工具的媒介与交通工具子系统或相关的控制器交换信息和其他数据,以便于选择性地启用或禁用(或限制)交通工具子系统。
附图说明
所附权利要求详细指出了本发明。尽管如此,通过参考以下跟附图相一致的详细的描述,关于本发明的其他的特征将会变得更明显,且本发明将会得到更好的理解,其中:
图1阐释了根据本发明的一个非限制性方面的交通工具电气系统;以及
图2阐释了根据本发明的一个非限制性方面的被配置成包括网络接口的逆变器。
具体实施方式
图1阐释了根据本发明的一个非限制性方面的交通工具电气系统10。系统10可包括用来为多个交通工具子系统14提供能量的能量源12,其中,子系统中的至少一个是逆变器16,该逆变器16被配置成输出单相交流能量到用户电子设备或其他的交流可操作的设备18。电控单元20可被包含来调节和/或以另外的方式控制被交通工具子系统14和逆变器/设备16、18所消耗的来自能量源12的能量。交通工具网络22,例如但不限于控制器区域网(CAN)或局部互联网(LIN)总线,可以用来使得电控单元20与交通工具子系统14、逆变器16和交流设备18之间的信息和其他数据交换变得更容易。
电控单元20可被配置成执行任意类型的载荷控制策略,例如但不限于负载减少策略(load shedding strategy),此负载减少策略基于从能量源12可获取的能量和请求能量的交通工具子系统14、16的功能来控制能量消耗,以使较关键的交通工具子系统14、16先于较不关键的子系统被提供动力。负载减少策略可以实时操作,从而电控单元20能够按照当前或将来能从能量源12可获取的能量的数量,连续地启用、禁用和控制被交通工具子系统14、16消耗的能量。这可包括:当能量等级走低时,较不关键的子系统14、16被禁用,当能量等级相当低时,执行应急功能(limp-home functionality),还有/或另外指定能量消耗极限。
从能量源12可获取的能量可能取决于交通工具及其对能量源12充电的配置和能量源12维持/分配能量的配置。例如,如果能量源12是一个直流电池、电容器,或是其他的通过交通工具交流发电机(未图示)来充电的被动存储设备,再或者如果能量源是燃料电池或其他可再生能量源(未图示),则可获取的能量的量可能会波动,取决于环境温度、启动马达“曲柄启动”状态、交通工具有效负载(载重)、能量消耗设备的开关,和其他一些可能通过各种各样的交通工具子系统14、16来改变从能量源12引出的电流的量的操作条件。
然而,本发明,除非另外说明,并不希望局限于某一特殊能量源12,或局限于对能量源12的特殊的充电方式。本发明充分考虑了任何能量源12的使用,这些能量源具有能够以一种使逆变器足以输出适用于给大多数用户电子设备提供动力的单相交流电压的方式向逆变器16提供直流电压的能力,例如输出50/60Hz时的交流110/120/220V。逆变器16所履行的逆变也可以通过任意合适的逆变器配置加以完成。图2阐释了根据本发明的非限制性的方面设想的逆变器16,该逆变器16被配置成包含网络接口30,用以支持与电控单元20和/或连接到交通工具网络22的其他设备进行信息交换。
网络接口30配置成允许逆变器16依照任何合适的协议并通过信息单向或双向的交换与电控单元20通过接口相连。逆变器16受控于电控单元20有助于允许电控单元20控制逆变器16的能量消耗,并且,有些时候,有助于允许电控单元20根据电控单元20所使用的用来调控交通工具电气系统10的能量消耗的负载减少技术和其他控制技术,来对逆变器16设定操作控制。网络接口30被配置成根据任何期望的体系结构,例如但不限于根据要求支持局域互联网(LIN)2.1版本的体系结构,来通过交通工具网络22进行发出和/或接收信息。
网络接口30可以联接到用于控制初级的初级微控制器(primary stagemicrocontroller)32,在此初级,直流电池电压被升压为更大的直流电压。初级可包含直流/直流转换器34,该直流/直流转换器34被配置成在由包含于二级(secondary stage)中的直流/交流逆变器36逆变之前对来自能量源12的直流电压进行升压。直流/直流转换器34可被配置成推-拉转换器(push-pull converter),在此推-拉转换器里,斩波器(chopper)38响应于相关的直流/直流控制信号而操作来控制开关元件的开关操作(未图示),这些开关元件与变压器40合作运转,以将被升压了的直流电压输出到整流器42,在整流器42里,直流电压被整流成升了压的直流输出电压,提供给直流/交流级。尽管说明了推-拉配置,但是本发明充分考虑了初级所使用的其他配置。
来自初级的直流电压输出可以在二级被逆变成单相交流电压,用以给交流设备18提供动力。全桥逆变器(full bridge inverter)46可用来根据控制一些开关设备来逆变来自初级的直流输出,这些开关设备响应于接收于二级微控器48的直流/交流控制信号而是可操作的。直流/交流控制信号可被设定成将直流输出逆变成任何合适的单相交流电压。任选地,二级控制器48可选择交流电压和频率,取决于与设备18相连的,比如通过用户输入和/或与设备18进行有线或无线通讯。
光隔离器(opto-isolator)50可以被包含在初级微控器32和二级微控器48之间。光隔离器50可以是允许光学数据信号在微控器32和48之间进行传送而无需要求微控器32和48彼此电气联接的类型。变压器40的初级线圈和二级线圈的配置可以跟光隔离器50共同作用,以使初级微控器32与次级微控器48之间电气上的隔离变得容易。伴随着通过网络接口30实现的电子通讯,这个隔离是有益的,因为它能防止由二级的开关操作引起的干扰妨碍发生在交通工具网络22上的通讯。
初级和二级可包含传感器或其他反馈,以方便监控和控制相关的开关操作,和/或使执行能量消耗策略变得容易。初级微控器32被显示为用于接受电池电压值和初级温度值(primary temperature value)。电池电压值用以代表输入到初级的直流电压,并用以方便相关的控制,以确保对于给定的直流输入电压,期望的直流输出电压能够提供给二级。初级温度值代表初级的温度,还可被初级微控器用来在温度上升至期望操作范围以上时控制自动关机和/或输出缩减。二级微控器48包含有类似的反馈值来方便类似的操作。二级微控器可包含检测发生在交流设备18内部的短路的附加的短路传感器,和/或在交通工具内部用于可移除地连接交流设备18的插座(未图示)。
如图所示,网络接口30在交通工具总线22和初级微控器32之间交换信号。初级微控器32接着可发布相关信息,或者,如果有需要的话,使接收到的信息通过光学隔离器50来保持级间的电隔离。二级微控器48可向初级微控器32发布信息以传递给电控单元20。例如,二级微控器48可确定所连接的负载18的能量需求,并向初级控制器32发布相关信息来请求用以给负载18提供动力所必需的能量。这个请求可指定电压等级、功率等级,和/或单相交流输出的期望频率。初级微控器32接着可将这个请求传递给电控单元20以便处理。电控单元20可发出授权信息来作为响应,批准输出所请求的能量要求或其百分比,取决于负载减少策略所设定的参数。
电控单元20传送信息给初级和二级微控器32、48中的一个或二者的能力,或有些情况下从其中一个或二者接受信息的能力,有助于允许电控单元20控制逆变器16的许多操作。电控单元20,例如,可被设置成阻止逆变器操作,直到点火装置(ignition)从‘关’位置改变到‘开’位置(附加电源和/或引擎运转)和/或引擎(未图示)被停止,作为停止/开始策略的一部分,例如混合电力交通工具所使用的类型,在混合电力交通工具中,引擎会在一定环境下被停止而无需将点火装置调到关的位置。电控单元20可要求逆变器16通过相应的信息传递来请求开始、停止和修改的操作,如在逆变器16操作被允许之前要求授权的负载18的连接,而不是总是能从逆变器插座获取能量。电控单元20也可在点火装置从开位置调到关位置后或在负载减少策略中发生一些变化后传送信息来关机或修改逆变器操作。任选地,逆变器16可以对其本身的操作保留一些控制,如在从电控单元20接到关机信息后,将关机延迟一段时间,比如5分钟。
根据要求,本发明的具体实施方案已公布于此;尽管如此,应理解,所公开的实施方案仅仅是本发明的一个范例,而本发明可以在多种形式中得以体现。各图并非按比例绘制,一些特征可能被放大或者缩小,以便于显示特定部件的细节部分。因此,这里所公开的具体结构和功能细节并不被理解为具有限制性,而仅仅作为权利要求的代表性基础和/或作为教导本领域技术人员来以不同方式利用本发明的代表性基础。各种实施方案的特征可以结合在一起,以形成本发明的进一步的实施方案。
尽管已经表明并描述了本发明的具体实施方案,但这并不意味着这些实施方案表明和描述了本发明的所有可能的形式。当然,在说明书中用到的词汇只是描述性词汇而不是限定性词汇,且应理解,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对本发明做各种各样的改变。
Claims (20)
1.一种交通工具逆变器,其被配置来将由交通工具电池提供的第一直流电压逆变成适用于给用户电子设备提供动力的单相交流电压,所述交通工具逆变器包含:
箱体,其包含:
直流/直流转换器,所述直流/直流转换器可操作来响应于直流/直流控制信号而将第一直流电压转换成第二直流电压,所述第二直流电压大于所述第一直流电压;
直流/交流逆变器,所述直流/交流逆变器可操作来响应于直流/交流控制信号而将第二直流电压逆变成单相交流电压;
直流/直流控制器,所述直流/直流控制器被配置成输出直流/直流控制信号;
直流/交流控制器,所述直流/交流控制器被配置成输出直流/交流控制信号;以及
网络接口,所述网络接口被配置成通过接口传送所述直流/直流控制器与所述直流/交流控制器中的至少一个和包含在交通工具内部的网络总线之间的信息。
2.如权利要求1所述的逆变器,其中,所述直流/直流控制器和所述直流/交流控制器被配置成响应于通过所述网络总线接收到的点火装置信息而关机,所述点火装置信息表明交通工具点火装置的位置已经从‘开’位置变化到‘关’位置,或表明根据停止/开始策略,所述交通工具点火装置正在‘开’位置,而引擎正在被停止。
3.如权利要求2所述的逆变器,其中,所述直流/直流控制器和所述直流/交流控制器均被配置成延迟一段时间关机,所述一段时间从点火装置信息的接收时刻开始。
4.如权利要求3所述的逆变器,其中,所述一段时间是至少5分钟。
5.如权利要求1所述的逆变器,其中,所述直流/直流控制器和所述直流/交流控制器均被配置成响应于通过所述网络总线接收到的点火装置信息而输出控制信号,所述点火装置信息表明交通工具点火装置的位置已经从‘关’位置变化到‘开’位置。
6.如权利要求1所述的逆变器,其中,所述直流/直流控制器被配置成根据在通过所述网络总线接收到的信息里指定的等级来调节第二直流电压的电压等级。
7.如权利要求5所述的逆变器,其中,所述直流/直流控制器被配置成根据通过所述网络接口接收到的用于调节电压等级的随后的一些信息来实时调节电压等级。
8.如权利要求1所述的逆变器,其中,所述直流/交流控制器被配置成根据在通过所述网络总线接收到的信息里指定的参数来调节单相交流电压的频率和电压等级。
9.如权利要求1所述的逆变器,其中,所述直流/直流控制器仅在通过所述网络接口接收到授权信息后才输出直流/直流控制信号。
10.如权利要求9所述的逆变器,其中,所述直流/直流控制器通过所述网络接口传送请求信息来请求授权信息。
11.如权利要求10所述的逆变器,其中,所述请求信息指定代表操作用户电子设备所需能量的量的能量需求。
12.如权利要求11所述的逆变器,其中,所述授权信息指定所述直流/直流控制器被授权支持的能量需求的百分比。
13.如权利要求11所述的逆变器,其中,所述直流/直流控制器由通过用户电子设备传递到所述直流/直流控制器的信息来决定能量需求请求。
14.如权利要求1所述的逆变器,还包含插座,所述插座被配置成与用户电子设备的插头机电连接。
15.一种用于提供动力的系统,其用于使用由包含于交通工具内的直流电池所提供的能量来给要求单相交流电压的可移除连接的设备提供动力,所述系统包括:
电控单元,所述电控单元被配置成执行负载减少策略,以调节包含于交通工具内的多个子系统的能量消耗,所述负载减少策略取决于从直流电池可获取的能量的量而要求所述电控单元选择性地授权各个子系统去消耗来自直流电池的能量,所述电控单元向被授权消耗来自直流电池的能量的所述多个子系统中的每一个传送授权信息;
交通工具总线,所述交通工具总线被配置成使得能够在所述电控单元和所述子系统之间进行授权信息传送;
逆变器,所述逆变器被配置成将来自直流电池的要被消耗的能量逆变成给设备提供动力所需的单相交流电压,所述逆变器包含与交通工具总线连接的网络接口,在接收到其中一个从所述电控单元通过所述交通工具总线传送的授权信息后,所述逆变器变成了可操作的,以产生单相交流电压。
16.如权利要求15所述的系统,其中,所述逆变器被配置成在接收到从所述电控单元通过所述交通工具总线传送的停用信息后,停止单相交流电压的产生。
17.如权利要求16所述的系统,其中,所述逆变器被配置成在接收到停用信息后仍保持至少5分钟是可操作的。
18.如权利要求15所述的系统,其中,所述逆变器被配置成利用通过所述网络接口传送的请求信息来向所述电控单元请求授权信息,而且在所述请求信息内指定能量需求,所述能量需求表明给设备提供动力所需的能量的量。
19.如权利要求19所述的系统,其中,所述电控单元被配置成,在所述能量需求对电池的总的能量需求不超过从电池可获取的能量的量和在用以给较关键的子系统提供动力的负载策略中指定的能量的量的情况下,向所述逆变器发布授权信息。
20.一种控制逆变器的操作的方法,其用于控制包含在交通工具内的逆变器,以将直流能量逆变为适于给用户电子设备提供动力的交流能量,所述方法包含:
通过连接到逆变器的交通工具总线,接收引擎运行信息,所述引擎运行信息表明交通工具的引擎以在负载减少策略中指定的方式运行,来保持提供所述逆变器所要求的交流能量,以给用户电子设备提供动力;以及
阻止所述逆变器在没有引擎运行信息的情况下输出交流能量。
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