CN103199598A - 具有非局部接地回路的车辆接口 - Google Patents

Abstract

公开了具有非局部接地回路的车辆接口。设想了一种能够使用电动车辆供应设备（EVSE）系统以及车辆充电系统来操作的车辆接口，以便于与车辆充电相关的操作。车辆接口可以包括噪声补偿，所述噪声补偿被配置以便于补偿从参考电路产生的参考信号内的噪声。车辆接口可以被配置为适应于共模干扰、以及其它从车辆接口和参考到大地接地的EVSE之间的连接及车辆接口和其它参考到车辆底盘接地的车辆电子器件之间的连接产生的影响。

Description

具有非局部接地回路的车辆接口

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年1月6日提交的美国临时申请第61/583,718号的权益，并且要求于2012年2月14日提交的美国申请第13/372,805号的优先权，其全部公开内容据此以引用方式并入。

技术领域

本发明涉及到用于便于与电动车辆供能设备（EVSE）系统和车辆充电系统相关联的充电操作的接口，所述车辆充电系统例如但不局限于配置为便于使用从EVSE系统提供的AC能量为高电压DC车辆电池充电的系统。

背景技术

运算放大器、缓冲器或者其它的设备可以被配置为在第一输入端接收信号，并将第二输入端接地以产生表示在所述第一输入端接收的信号的电压的输出信号。如果接地浮动或者经受其它电气干扰，将第二输入端尝试接地在生成输出信号时可能会有问题。本发明的一个非限制性方面设想到使用一种车辆接口，其中所述车辆接口具有关于车辆接口的其它部件的非局部的接地，并且特别地，改进了非局部接地对生成输出信号的影响。

附图说明

图1示出了由本发明的一个非限制性方面设想的充电系统。

图2示出了由本发明的一个非限制性方面设想的车辆接口的原理图。

具体实施方式

根据所需要的，本发明的详细实施方式在此被公开；然而，理解到公开的实施方式仅仅是本发明的示范，其可以以不同的和可选的形式来被体现出。图没有必要按比例绘制；一些特性可以被放大或者缩小以示出特定组件的细节。因此，在此公开的特定结构的和功能的细节并不被解读为限制，而仅仅是作为教导本领域中的技术人员多方面使用本发明的典型基础。

图1示出了由本发明的一个非限制性方面设想的充电系统10，其具有电动车辆供应设备（EVSE）系统12，所述电动车辆供应设备（EVSE）系统12被配置为将能量提供到车辆充电系统14。EVSE系统12可以被配置为将AC能量提供到车辆上的充电装置16以转换到DC能量，以便能够为高电压（HV）电池（未示出）或者其它包括在车辆内的电子存贮元件充电。EVSE系统10与壁装插座系统或者其它被充分配置为将AC能量提供到充电装置16的系统相关联，例如以SAE J1772中所描述的方式，其全部公开内容据此以引用方式并入。除了或者取代检测逻辑或者其它特性，EVSE系统12可以包括控制导频电路18，通过所述控制导频电路18，车辆充电系统14需要传达充电装置16是否准备好接收AC能量。

线组（cordset）（未示出）可以被配置为便于将EVSE系统12连接到包括在车辆内的插座（未示出）。车辆内的插座和/或另一个特征可以包括用于连接到电源输入端20的输入端，AC能量通过该电源输入端20从EVSE流至用于转换到足以对高电压电池充电的能量的充电装置16。可以包括车辆接口24以便于与EVSE系统的控制电子设备部分18相连接。车辆接口24可以包括用于从EVSE系统12接收控制导频信号的控制导频输入端26以及用于连接到EVSE系统12的大地/通用接地的大地/通用接地（utility ground）输入端28。控制电子设备部分18和车辆接口24可以是低电压和/或弱电流系统，并且与电源输入端20电气隔离。一旦连接，控制导频信号可以被用于在电压测量节点30、32、34产生参考电压以反映充电装置16是否准备好通过电源连接20接收DC能量。与EVSE系统12相关联的控制器（未示出）可以根据参考电压来允许或者拒绝输送AC能量到电源连接20。

可以使用振荡器38或者其它具有产生控制导频信号的合适性能的设备来生成控制导频信号，其包括但不局限于SAE1772所需的控制导频信号。车辆接口24可以包括第一开关40、第一电阻器42、第二电阻器44、以及与第二电阻器44串联且与第一电阻器42并联的第二开关46。第一开关40和第二开关46可以在断开位置和闭合位置之间进行操作。闭合位置可以对应于开关40、46导通电流，而断开位置可以对应于开关40、46不能导通电流。“开”（闭合位置）和“关”（断开位置）开关电压可以根据以下更详细的描述的本发明来被配置。没有相反的命令时，第一和第二开关40、46可以被配置为保持它们的当前位置，即，当没有接收到命令开关变化位置的信号时，保持在断开位置和闭合位置中的一个位置。虽然本发明完全设想到使用第一和第二开关40、46中的单独一个来便利地设定参考电压，但认为为了确保在需要时至少一个开关是断开的，使用第一和第二开关40、46两者可能是更有利的。

根据第一电阻器42和第二电阻器44是否并行连接，在电压测量节点30、32、34测量的电压可能发生变化。控制导频信号可以被生成为恒定的DC电压，以便于测量第一和第二参考电压。可选择地，控制导频信号可以被输出为AC、PWM、信号或者其它足以将数据和其它信息传送到车辆充电系统的时变信号，例如通过在第二测量节点32的相应的电压变化。主要描述了使用DC控制导频信号，以便于根据是否检测到第一参考电压或者第二参考电压来使用EVSE控制器（未示出）以调整和/或阻止输送AC能量到电源连接20。同样地，充电器控制器50和/或与充电装置相关联的控制器可以依赖于检测第一和第二参考电压以便于控制充电器操作。第一参考电压可以与以下条件相关联：第一和第二开关40、46处于闭合位置，从而第一和第二电阻器42、44并联连接。第二参考电压可以与以下条件相关联：第一和第二开关40、46中的任何一个处于断开位置，从而断开第二电阻器44。

车辆充电器控制器50可以是微控制器单元（MCU），所述微控制器单元（MCU）被配置为监测充电装置16的不同操作状况，以评估充电装置16是否准备好从EVSE系统12接收AC能量。车辆充电器控制器50还可以被配置为控制充电装置16的不同充电操作，包括评估HV电池或者其它被充电的元件是否被充分地充电或者进一步输送来自EVSE系统12的AC能量是不需要的其他状况。在充电事件或者其它状况完成时，车辆充电器控制器50可以以一种足以断开第二开关46的方式调整对第一和/或第二开关40、46的控制，并且从而改变参考电压并通告EVSE控制器停止进一步输送AC能量。可选择地，车辆充电系统14可以包括其它用于将充电事件的完成通信到EVSE系统12的装置，从而与断开第二开关46相关联的操作可能是多余的，或者可以包括用于确保EVSE控制器被指示以停止输送AC能量的辅助装置。

分流支路52可以被串联在车辆接口50的参考电路部分54和车辆底盘接地56之间。参考部分54可以相应于第一和第二开关40、46及第一和第二电阻器42、44，并且可选择地，以及整流二极管60，以整流来自控制导频振荡器38的信号。分流支路52被串联在车辆底盘接地56和与EVSE系统相关联的大地接地62之间的位置导致参考电路部分54的相应的参考电路接地64(近似等于EVSE系统的大地接地62)大于车辆底盘接地56。大地接地62大于车辆底盘接地56的量与分流支路的电阻值成比例。大地接地和车辆底盘接地之间的电压差可以产生共模干扰和其它电气不协调。一个特别的关注涉及到开关操作或者车辆内的导致分流支路52感应电压差的其它电气活动，其阻止或者另外地阻碍充电器控制器50将第一和第二开关40、46偏置到期望的断开和/或闭合位置的能力。

为了限制该电压差的影响，本发明的一个非限制性方面设想到使用第一和第二驱动器70、72激励或者另外地控制第一和第二开关40、46的偏置。第一和第二驱动器70、72可以被配置为独立于电压干扰和电压差来操作，并且特别地，独立于与使用大地接地62和车辆底盘接地56之间的分流支路52相关联的电气变化来操作。底盘接地56可以与车辆接地相一致，所述车辆接地与包含在车辆内的低电压电池（未示出）的负端子相关联。低电压电池可以不同于被使用来便于电气驱动以及车辆的其它高电压电气操作的高电压电池。如本领域中的普通技术人员将认识到的，低电压电池大概是12-16V或者42V DC电池，其被配置为便于为不同的车辆电子器件提供电力。

分流支路52可以被包含在车辆接口24的参考电路部分54和底盘接地56之间，以将反馈测量结果提供到充电器控制器50。为了检测关于EVSE系统12的性能的不协调或者其它干扰的问题，充电器控制器50可以被配置为监测在分流支路52的第三参考电压74，以适当地便于所期望的高电压充电操作。分流支路52提供该测量的能力可以有助于检测由充电装置16执行的充电是否被正确地操作，因为一些不正确的操作可以导致车辆内的干扰，而这种干扰被以第三参考电压74中的变化反映出来。例如，如果车辆底盘接地56在充电操作期间在某种程度上损坏，由于通过分流支路52的电流变化，第三参考电压74可以减小，从而充电器控制器50可以检测该变化并促使中止充电操作的动作。

可以包括电源单元80以便于为充电器控制器50和/或与控制第一和第二开关相关联的第一和第二驱动器70、72提供电力。电源单元80和充电器控制器50可以被直接连接到车辆底盘56，因为充电器控制器50和电源单元80绕开分流支路52以直接接地到车辆底盘接地56。与充电器控制器50和电源单元80相比，这种类型的配置导致车辆接口24的参考电路部分54与非局部接地回路相关联，因为充电器控制器50和电源单元80绕过分流支路52以被直接连接到车辆底盘接地56，即，充电控制50和电源单元80不受大地接地/参考电路接地62、64中的车辆底盘接地56之间的分流支路52所感生的电压差的影响。如本发明所完全设想到的，如果将分流支路52从系统10移除，参考电路部分54将与车辆底盘56共享相同的接地，从而两个电压将是近似相等的。

图2示出了补偿设备90，如本发明的一个非限制性方面所设想到的，其在此还可以被可交换地称为接口或者调节。补偿设备90可以被配置为包括差分放大器92、电平位移器94、以及电压跟随器和峰值检测单元96。差分放大器92可以被配置为将在第一和第二测量节点32、34测量的信号处理为减法信号(subtracted signal)100。电平位移器94和单元96可以被配置为将减法信号100处理为位移器信号102和单元信号104。位移器信号和单元信号102、104可以作为控制信号106被组合输出或者单独输出到充电装置16（见图1）。充电装置16可以依赖于该控制信号106，以便于车辆充电操作的相关控制。充电装置16可以基于单元信号104是在第一参考电压还是在第二参考电压来确定EVSE系统12是否准备好提供能量。充电装置16可以根据包含在单元信号104中的数据来确定从EVSE12输出的电流量和/或能量状况。

补偿设备90可以被配置为当控制导频信号被激活时和/或根据控制导频信号的波形和/或其它特性，将位移器信号102和单元信号104输出到充电装置16。当控制导频信号是DC信号或者非时变信号时，位移器信号102可以是令人满意的，并且当控制导频信号是时变信号时，位移器信号102可以是特别有益的。当使用时变信号或者PWM信号时，可以使用位移器信号102以便于由MCU以较低的功率电平对充电装置16进行追踪，所述较低的功率电平例如为当信号100在0-5VDC范围中时的0-3.3VDC范围。这种配置可以被用于传达EVSE电源20的连接和准备状态以将能量提供到充电装置16。当控制导频信号是AC信号或者时变信号时，位移器信号102可能是需要的，例如在将EVSE电源20初始连接到充电装置16后且在实际输送能量之前，当控制导频信号可以是时变的以传达EVSE系统12的充电能力时，位移器信号102可能是需要的。与EVSE系统12相关联的能力或者其它数据可以作为控制导频信号的时变分量来被传送，其可以使用单元94进行处理来产生充电装置16理解的相应的位移器信号102。

以这种方式，电平位移器94可以被配置为将来自输入的PWM的峰峰值电压（信号100）改变为充电装置16的微控制器可读的电平。充电装置16随后可以测量占空比并收集关于为电池充电的可用能量（最大电流…）。峰值检测单元96可以被配置为评估PWM输入（信号100）的DC值或者“高”电压。通过这个阶段，随后，充电装置16可以确定来自EVSE12的关于AC电源的可用性的指示，并且它还可以校验当闭合/断开第一和第二开关40、46时所提供的反馈。

本发明设想到以补偿参考电路24的非局部接地的方式生成控制信号106，即，位移器信号102和单元信号104。差分放大器92可以被配置为便于从在第二测量节点34测量的那些信号减去在参考电路的第一测量32测量的信号。从一个信号减去另一个信号，补偿了电压变化、共模噪声和其它导致参考电路接地14相对于车辆底盘接地56改变的干扰。由差分放大器92执行的减法导致减法信号100反映参考电路24的第一和第二测量节点32、34之间的差异，而不涉及非局部接地的电压变化（参考电路/大地接地62、64）。当然，本发明完全设想到在不使第一和第二参考节点32、34的信号相减的情况下获得该差异，例如通过简单地测量第一测量节点32的相对于参考电路接地64和/或车辆底盘接地62的信号，然而，这种差异测定也许不能充分地解决用作差分参考点的接地62、64中的差异。

当执行差分分析以试图补偿噪声和其它与之相关的变化时，本发明设想的差分放大器92改良和/或消除了对非局部接地62、64和车辆底盘接地56两者的依赖。可以配置差分放大器92以便于设想的利用第一电阻器110、第二电阻器112、第三电阻器114、第四电阻器116、第五电阻器118、第六电阻器120、第七电阻器122和第八电阻器124；第一电容器126、第二电容器128、第三电容器130、第四电容器132、第五电容器134、第六电容器136和第七电容器138；放大器140、以及示出的这些部件的互连进行测量。差分放大器92的这些部件被示出为参考车辆底盘接地56，其中调压器142被连接到车辆的低电压电池（未示出），所述低电压电池提供恒定的参考电压供应到放大器92。只要放大器92通过由118、120、128、122、132和134形成的网络使其输入端中的一个参考节点34，则它能够在它削减节点34对它的影响时放大节点32的信号。

从差分放大器92输出的减法信号100可以被共同地提供到电平位移器94以及所述电压跟随器和峰值检测单元96。电压跟随器94可以由第一电阻器150、第二电阻器152和第三电阻器154；第一和第二电容器156、158，开关160；以及调压器162组成，所述调压器162连接到低电压电池并被配置为提供恒定的偏压到开关160。位移器操作基于通过信号100来激活或去激活开关（或者晶体管）160。随后产生的102信号是100的倒置形式，所述102信号还具有由充电器控制器50读取的适当电平。

电压跟随器和峰值检测单元96可以由放大器168；第一、第二、第三和第四电容器170、172、174、176；二极管178；连接到低电压电池并被配置为提供恒定的偏压到放大器168的调压器180；以及第一和第二电阻器184、186组成。为了获得100的峰值，二极管178仅在信号100的峰值对电容器174充电，而该充电保持到它被电阻器184放电，时间足够长到充电器控制器50读取它。

虽然以上描述了示范性实施方式，并不意在这些实施方式描述了本发明的所有可能的形式。恰恰相反，在本说明书中所使用的语句是描述性的语句而不是限制性的语句，并且理解到在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明进行不同的改变。另外地，不同的实现实施方式的特性可能被组合以形成本发明进一步的实施方式。

Claims (20)

1.一种能够使用电动车辆供应设备（EVSE）系统来操作的车辆充电系统，所述电动车辆供应设备（EVSE）系统被配置为便于为车辆内的充电装置供电，所述充电装置被配置为便于为包括在所述车辆内的高电压电池充电，所述车辆具有带正端子和负端子的低电压电池，其中所述负端子定义车辆底盘接地，所述系统包括：

参考电路，其被配置为接收从所述EVSE输出的控制导频信号，所述参考电路处理所述控制导频信号以产生参考信号；

分流支路，其被配置为将所述参考电路与所述车辆底盘接地串联连接；以及

充电器控制器，其可操作来输出控制信号到所述充电装置，所述充电装置依赖于所述控制信号以便于控制对所述高电压电池的充电，所述充电器控制器通过用补偿设备处理所述参考信号来生成所述控制信号，所述补偿设备补偿所述参考电路与所述分流支路串联连接而导致的所述参考信号内的噪声。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述充电器控制器包括第一输入端测量节点和第二输入端测量节点，所述参考信号对应于在所述第一输入端测量节点和所述第二输入端测量节点所测量的信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述补偿设备包括差分放大器，所述差分放大器被配置为输出减法信号，所述充电器控制器处理所述减法信号以产生所述控制信号。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述差分放大器被配置为从在所述第一输入端测量节点和所述第二输入端测量节点中的一个测量的参考信号减去在所述第一输入端测量节点和所述第二输入端测量节点中的另外一个测量的参考信号，所述减去补偿所述参考电路与所述分流支路串联连接而导致的共模噪声。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述参考电路具有等于所述EVSE系统的大地接地的参考电路接地。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述分流支路使得所述参考电路接地大于所述车辆底盘接地。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述差分放大器绕过所述分流支路以直接接地到所述车辆底盘接地。

8.根据权利要求3所述的系统，其中所述充电器控制器包括电压跟随器和峰值检测单元，所述电压跟随器和峰值检测单元被配置为根据所述减法信号产生所述控制信号。

9.根据权利要求8所述的系统，其中如果所述减法信号的电压大于阈值，则所述电压跟随器和峰值检测单元被配置为产生第一参考电压，并且如果所述减法信号的电压小于所述阈值，所述电压跟随器和峰值检测单元被配置为产生第二参考电压，所述控制信号反映所述第一参考电压和所述第二参考电压，当确定所述第一参考电压时，所述充电装置能够对所述高电压电池充电，当确定所述第二参考电压时，所述充电装置被阻止对所述高电压电池充电。

10.根据权利要求3所述的系统，其中所述充电器控制器包括电平位移器，所述电平位移器被配置为根据所述减法信号产生所述控制信号。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述电平位移器被配置为从所述减法信号提取数据，所述控制信号反映所提取的数据，所述提取的数据供由所述充电装置使用以确定对所述高电压电池进行充电的最大电流电平。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述参考电路包括：

控制导频输入端，其可操作来接收所述EVSE系统的所述控制导频信号；

大地接地输入端，其可操作来连接到所述EVSE系统的大地接地；

第一电阻器，其串联在所述控制导频输入端和所述大地接地输入端之间；

串联的第一开关、第二电阻器和第二开关，所述串联的第一开关、第二电阻器和第二开关与所述第一电阻器并联，且根据从所述充电器控制器接收的相应的第一开关信号和第二开关信号，所述第一开关和所述第二开关中的每个均在断开位置和闭合位置之间可独立地操作。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述充电器控制器包括：

第一驱动器，其用于生成用于在所述断开位置和闭合位置之间控制所述第一开关的所述第一开关信号；

第二驱动器，其用于生成用于在所述断开位置和闭合位置之间控制所述第二开关的所述第二开关信号；以及

其中所述第一驱动器和所述第二驱动器绕过所述分流支路以被直接连接到所述车辆底盘接地。

14.根据权利要求13所述的系统，还包括电源，所述电源用于为所述第一驱动器和所述第二驱动器供电，所述电源绕过所述分流支路以被直接连接到所述车辆底盘接地。

15.一种能够使用参考电路来操作的充电器控制器，所述参考电路与分流支路串联连接到车辆的车辆底盘接地，所述参考电路被配置为响应于从电动车辆供应设备（EVSE）系统接收到的控制导频信号来产生参考信号，所述EVSE系统被配置为便于为包括在车辆内的充电装置供电以对所述车辆内的高电压电池充电，所述参考电路具有控制导频输入端以及大地接地输入端，所述控制导频输入端可操作来接收所述EVSE系统的所述控制导频信号，所述大地接地输入端可操作来连接到所述EVSE系统的大地接地，所述参考电路还包括串联在所述控制导频输入端和所述大地接地输入端之间的第一电阻器，所述参考电路还包括串联的第一开关、第二电阻器和第二开关，所述串联的第一开关、第二电阻器和第二开关与所述第一电阻器并联，所述第一开关和所述第二开关中的每个在断开位置和闭合位置之间均是可独立操作的，所述充电器控制器包括：

补偿设备，其可操作来将所述参考信号处理为充电控制信号，所述充电控制信号供所述充电装置使用以便于控制对所述高电压电池的充电，所述补偿设备被配置为通过补偿所述参考信号内的噪声来限制所述充电控制信号的噪声。

16.根据权利要求15所述的充电器控制器，其中所述补偿设备作为到所述参考电路的非局部接地。

17.根据权利要求16所述的充电器控制器，其中所述补偿设备包括差分放大器，所述差分放大器被配置为从在所述参考电路的第一输入端测量节点和第二输入端测量节点中的一个测量的参考信号减去在所述第一输入端测量节点和所述第二输入端测量节点中的另外一个测量的参考信号，所述减去补偿所述参考电路与所述分流支路串联连接而导致的所述参考信号内的共模噪声，所述充电器控制器处理所述减法信号以产生所述控制信号。

18.根据权利要求15所述的充电器控制器，还包括

第一驱动器，其用于在所述断开位置和所述闭合位置之间控制所述第一开关；

第二驱动器，其用于在所述断开位置和所述闭合位置之间控制所述第二开关；以及

电源，其用于为所述第一驱动器和所述第二驱动器提供电力，所述电源绕过所述分流支路以被直接连接到所述车辆底盘接地。

19.一种能够使用电动车辆供应设备（EVSE）系统来操作的车辆充电系统，所述电动车辆供应设备（EVSE）系统被配置为便于为车辆内的充电装置供电，所述充电装置被配置为便于为包括在所述车辆内的高电压电池充电，所述车辆具有带正端子和负端子的低电压电池，其中所述负端子定义车辆底盘接地，所述EVSE具有大地接地，所述车辆充电系统包括：

参考电路，其被配置为接收从所述EVSE输出的控制导频信号，所述参考电路处理所述控制导频信号以产生参考信号，所述参考电路通过分流支路被串联到所述车辆底盘接地，所述参考电路包括

i）控制导频输入端，其可操作来接收所述EVSE系统的所述控制导频信号；

ii）大地接地输入端，其可操作来连接到所述EVSE系统的大地接地；

iii）第一电阻器，其被串联到所述控制导频输入端、所述大地接地输入端、所述分流支路、和所述车辆底盘接地；

iv）第一开关、第二电阻器和第二开关，所述第一开关、所述第二电阻器和所述第二开关与所述控制导频输入端，所述大地接地输入端、所述分流支路和所述车辆底盘接地串联，并与所述第一电阻器并联，且根据相应的第一开关信号和第二开关信号，所述第一开关和第二开关每个均在断开位置和闭合位置之间是可独立地操作的；以及

充电器控制器，其可操作来输出控制信号到所述充电装置，并且输出所述第一开关信号和所述第二开关信号到所述第一开关和所述第二开关，所述充电装置依赖于所述控制信号以便于控制对所述高电压电池的充电，所述充电器控制器通过用补偿设备处理所述参考信号来生成所述控制信号，所述补偿设备补偿所述参考电路与所述分流支路串联连接而导致的所述参考信号内的噪声。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述补偿设备包括差分放大器，所述差分放大器被配置为从在所述参考电路的第一输入端测量节点和第二输入端测量节点中的一个测量的参考信号减去在所述第一输入端测量节点和所述第二输入端测量节点中的另外一个测量的参考信号，所述减去补偿所述参考电路与所述分流支路串联连接而导致的所述参考信号内的共模噪声，所述充电器控制器处理所述减法信号以产生所述控制信号。

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