CN102856985B - 对电动装置进行充电或放电的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种对车辆中的电动装置进行充电或放电的设备。该设备包括：开关、第一电源和第二电源、以及第一接触器和第二接触器。第一电源被构造为提供低电压。开关被配置为启用/停用第一电源。第二电源被配置为提供用于对电动装置进行充电的高电压。第一接触器可操作式地结合到第一电源并可操作式地结合到第二电源，第一接触器被构造为响应于开关启用第一电源来启用第二电源，以提供用于对电动装置充电的高电压。第二接触器可操作式地结合到第一电源并可操作式地结合到第二电源，第二接触器响应于开关启用第一电源而处于断开状态。

Description

对电动装置进行充电或放电的设备
技术领域
本发明的实施例总体上涉及一种用于对车辆中的电动装置进行充电或放电的方法和设备。
背景技术
电能可作为一种机制来驱动混合动力车辆和/或电动车辆。为了提供充足的功率以驱动车辆，可以将高电压功率用于驱动这些车辆中的一个或多个电机。已知的是，当车辆停止运行(shut down)或处于其他状态时，可能需要释放存储在各种电容器中的高电压能量。传统的放电方法包括主动放电和被动放电，以去除存储的HV能量。在主动放电中，将车辆的电机内的线圈用于释放能量。在被动放电中，将电阻器(即，泄流电阻器(bleedingresistor))用于释放能量。
为了在车辆处于运行模式时降低能量损失，可以期望选择大电阻的电阻器。然而，为了在被动放电中快速地释放能量，可期望小电阻的电阻器。通过选择小电阻的电阻器以满足快速被动放电，这样的情况可能对车辆节能造成负面的影响。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种用于对车辆中的电动装置进行充电和放电的设备。该设备包括：开关、第一电源和第二电源、以及第一接触器和第二接触器。第一电源被构造为提供低电压。开关被构造为启用/停用第一电源。第二电源被构造为提供用于对电动装置进行充电的高电压。第一接触器可操作式地结合到第一电源并可操作式地结合到第二电源，第一接触器被构造为响应于开关启用第一电源来启用第二电源，以提供用于对电动装置充电的高电压。第二接触器可操作式地结合到第一电源并可操作式地结合到第二电源，第二接触器响应于开关启用第一电源而处于断开状态。
在另一实施例中，提供了一种包括第一接触器、第二接触器、控制器和电容器的设备。第一接触器接收来自第一电源的低电压和来自第二电源的高电压。第二接触器接收所述低电压和所述高电压。控制器启用/停用所述低电压的传输。电容器响应于控制器启用所述低电压的传输来接收所述高电压以存储能量。
在另一实施例中，提供了一种用于对车辆中的电动装置进行充电的方法。所述方法包括提供第一接触器和第二接触器，并响应于低电压来控制第一接触器闭合和第二接触器断开。所述方法还包括响应于控制第一接触器闭合和第二接触器断开，以来自高电压的能量对电动装置进行充电。
附图说明
在权利要求中具体地指出的本发明的实施例。然而，通过参照下面的结合附图的详细描述，要求保护的本发明范围内的各种实施例的其他特征将变得更明显，并将被最好地理解，在附图中：
图1示出了运行模式下的设备；
图2示出了放电模式下的设备；
图3示出了根据本发明的一个实施例的设备。
具体实施方式
根据要求，在此公开本发明的具体实施方式；然而，应该理解的是，公开的实施例仅是本发明的举例说明，并可以以各种形式和可选的形式来实施的。示图不一定是按比例绘制的；为了显示具体组件的细节，可以放大或缩小一些特征。因此，这里公开的具体的结构性和功能性的细节不应被解释为是在进行限制，且仅应被解释为用于教导本领域技术人员对本发明进行不同地应用的代表性的基础。
图1示出了处于运行模式下的设备10。可以在混合动力车辆或电动车辆中实现设备10。应认识到的是，可以结合使用放电功能来对任意系统中的各种电动组件进行放电的各种类型的车辆来使用如在此描述的设备和/或方法的各种变型。设备10包括高电压电源12、接触器14、放电电路16、充电元件18、双向逆变器/整流器20(下文中称为双向电路20)、以及电机22。通常，电源12可以包括任意数量的电池或电池单体，并被构造为产生高电压(HV)DC能量。当接触器14闭合时，可以在电源12和电机之间通过双向电路20来传输HVDC能量。双向电路20将HVDC能量转换为传输到电机22的线圈24a-24n(24)的AC能量。双向电路20包括使DC能量能够被转换为AC能量的多个开关26a-26n(例如，每个开关可以为绝缘栅双极晶体管(IGBT)、场效应晶体管(FET)或其他合适的电动装置)。电机22是可以是除了内燃机(未示出)之外的向车辆提供另外的动力的AC电机，或者电机22是可以在发电机模式下产生电能的AC电机。设备10还使从电机22流回的能量返回到电源12，以对电源12进行充电。
充电电路18可以被实现为电容器。电容器18被布置为在电源12和电机22之间缓冲HV能量。放电电路16包括开关30和放电电阻器32。运行模式通常被定义为电机22接收来自双向电路20的AC功率的模式或电源12接收来自电机22的能量的模式。在运行模式下，车辆处于正在被驱动或已经被起动的状态。当期望将能量传输到电机22时，控制器(未示出)控制接触器14闭合，并控制开关30断开，以使能量流动到电机22。应认识到的是，开关30可以为被构造为断开/闭合以在期望时使能量能够通过其传输的晶体管、IGBT、MOSFET或其他合适的装置。开关30在运行模式下保持开路，以防止通过电阻器32损失能量。在运行模式下，电容器18存储从电源12产生的HV能量的至少一部分。电容器18将瞬态电流提供到双向电路20，以减小HV总线上的电压尖峰，并稳定HV总线电压。当期望将来自电机22的能量往回传输电源12时，控制器控制接触器14再次闭合，并控制开关30断开。
图2示出了处于放电模式下的设备10。放电模式通常的定义为使向电机22传输能量和从电机22传输能量停用的模式(例如，车辆可以停止运行)。在放电模式下，控制器控制接触器14断开，以防止HV能量流动到电机22和HV能量自电机22开始流动。另外，控制器控制开关30闭合，并控制跨越电阻器32释放跨电容器18的存储的能量。期望在放电模式中释放存储在电容器18上以及存储在电机线圈24a-24n上的能量，以在操作者使用车辆的情况中确保操作者的安全。电阻器32的电阻可以很小，从而可以以快速的方式释放来自电容器18的能量。放电电路16的与接触器14的位置相关的布置可以允许为电阻器32选择很小的电阻值。当设备10处于运行模式时，因放电电路16的布置和电阻值很小的电阻器32而可以使设备10中的功耗最小化。
图3示出了根据本发明的一个实施例的设备50。设备50包括HV电源52、接触器54、LV电路56、放电电路58、电容器60、双向逆变器/整流器62(下文中称为双向电路62)、电机64、以及控制器65。按照与参照图1的设备10所描述的方式相似的方式，电源52通常包括任意数量的电池或电池单体，并被构造为向电机64提供电能或存储由电机64产生的能量。双向电路62包括多个开关68a-68n(68)(诸如但不限于IGBT和FET)。多个开关68使DC能量能够被转换为传递到电极64的AC能量。多个开关68还使AC能量能够被整流成存储于电源52的DC能量。
电容器60在电源52和电机64之间缓冲HV能量。放电电路58包括接触器70和电阻器72。接触器54和接触器70均可以为机械继电器的形式。接触器54包括形成继电器的开关76和线圈74。接触器54可以被实现为常开继电器。常开继电器通常被定义为当线圈74未被激励时开关76断开。接触器70包括形成继电器的线圈78和开关80。接触器70可以被实现为常闭继电器。常闭继电器通常被定义为当线圈78未被激励时开关80闭合。线圈74、78位于LV电路56上。LV电路56还包括电源82、开关84、二极管86和齐纳二极管88。
车辆通常被配置为以两个电压电平运行，即，HV功率电平(例如，大约150V或更高)以及LV功率电平(例如，大约12V或更高)。HV电源52、电容器60、双向电路62、电机64、接触器54的开关76、接触器70的开关80、以及电阻器72通常被配置为在高功率电压电平域内运行。电源52可以产生150V或更高的电压。通常，当控制器65控制开关84闭合时，接触器54闭合，接触器70断开。响应于此，双向电路62将HV能量转换为驱动电机64的AC电压，或将AC能量整流为HVDC能量。
电源82、开关84、接触器54的线圈74、接触器70的线圈78、二极管86、齐纳二极管88通常被配置为在低功率电压电平域内运行。由电源82产生的LV能量可以产生大约12V的电压。通常由电源82来驱动诸如但不限于车辆加热/冷却、娱乐、锁定、照明(内部/外部)的各种功能。
当车辆处于运行模式时，控制器65控制开关84闭合，因而使LV能量被传输到线圈74和线圈78。线圈74响应于LV能量而产生电磁场，这使得接触器54的开关76闭合。按照类似的方式，线圈78响应于LV能量而产生电磁场，这使得接触器70的开关80断开(例如，接触器70处于常开状态，并将当感应于电磁场而闭合)。这样的条件使HV能量穿过双向电路62。从而双向电路62将DC能量转换为传递到电机64的AC能量，或对从电机64至电源52的AC能量进行整流。
通过将接触器54和接触器70实现为机械继电器，这样的条件可以使这样的装置物理地隔离，并可以最小化或防止可影响电容器60达到完全充电状态的能力的漏电流。例如，当接触器70断开(例如，开关80断开)时，通常可以防止作为接触器54闭合的结果而产生的漏电流传递到电阻器72，因而增加了可以被传输到电容器60的能量的量。
在接触器54和接触器70被实现为固态类开关的情况下，这样的装置可能使不可接受的量的漏电流流过这样的装置，即使接触器54或接触器70处于断开状态也是如此。具体地讲，通过将接触器70实施为固态开关，接触器70即使在断开状态也可能允许不期望的量的漏电流流过接触器70。这样的漏电流可能增加功耗，并可能对节能造成不利的影响。
在放电模式(例如，车辆停止运行)下，控制器65可以控制开关84断开，因而防止LV能量流动到线圈74和78。响应于此，开关76断开，并防止了能量流到达电机64(或防止能量流从电机64传输到电源52)。另外，线圈78去激励，使得开关80闭合。结果，通过放电电路58的开关80释放跨电容器60存储的能量。电阻器72可以被实现为具有很小的电阻，以确保快速地释放来自电容器60的能量。另外，应认识到的是，齐纳二极管88可以帮助释放所有的来自线圈74和78的能量。例如，齐纳二极管88(除了利用二极管86增加的电压降之外，还)可以增加更高的电压降，这可以使更快地释放能量(例如，P＝V×I，其中，V是跨二极管86和齐纳二极管88的总电压降)。在没有齐纳二极管88的情况下，二极管86在开关84断开之后可以提供大约0.7V的电压降。在这样的情况下，二极管86单独的功耗可能是很小的。这会产生这样的情况，其中，需要更长的时间来消耗线圈74和78所有的能量，并使得当开关84断开时接触器54和接触器70的切换动作出现延迟。
应认识到的是，接触器54在被实施为机械继电器时可以不允许漏电流穿过电容器60(或可以显著地降低漏电流穿过电容器60的电势)。这样的条件还可以确保以很快的时间从设备50释放存储在电容器60上的能量。
虽然已经在上面描述了示例性实施例，但这并没有意在以这些实施例来描述本发明的所有的可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性的词语而非限制性的词语，且应该理解的是，可以进行各种改变而不脱离本发明的精神和范围。另外，各种实施性实施例的特征可以进行组合，以形成本发明的其他的实施例。

Claims (6)

1.一种对电动装置进行充电或放电的设备，包括：
第一接触器，被配置为接收来自第一电源的低电压和来自第二电源的高电压；
第二接触器，被配置为接收所述低电压和所述高电压；
开关；
控制器，所述开关能够操作式地结合到控制器，并且控制器被配置为控制所述开关，以使所述低电压的传输能够进行或不能够进行；
电容器，被配置为响应于由控制器对所述低电压的传输促使进行，来接收所述高电压以存储能量，
其中，第一接触器被配置为：响应于控制器控制所述开关以使所述低电压的传输能够进行，来使得第二电源能够提供用于对电容器进行充电的所述高电压；响应于控制器控制所述开关以使所述低电压的传输不能够进行，来使得第二电源不能够提供所述高电压，
第二接触器被配置为：响应于控制器控制所述开关以使所述低电压的传输不能够进行，来进行电容器的放电；响应于控制器控制所述开关以使所述低电压的传输能够进行而处于断开状态。
2.如权利要求1所述的设备，其中，第一接触器包括：
线圈，线圈被结合到第一电源；
第一开关，第一开关被结合到第二电源。
3.如权利要求1所述的设备，其中，第二接触器包括：
线圈，线圈被结合到第一电源；
第一开关，第一开关被结合到第二电源。
4.如权利要求1所述的设备，其中，第一接触器和第二接触器均形成使第一电源与第二电源物理隔离的机械继电器。
5.如权利要求4所述的设备，其中，第一接触器是常闭继电器，第二接触器是常开继电器。
6.如权利要求1所述的设备，其中，低电压为大约12伏特，高电压为大约150伏特或高于大约150伏特。
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