CN103619644A

CN103619644A - 用于电动车辆供电设备的正偏压导频滤波器

Info

Publication number: CN103619644A
Application number: CN201280031495.3A
Authority: CN
Inventors: 斯科特·伯曼
Original assignee: Aerovironment Inc
Current assignee: Wibasto Charging Systems Inc.
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2012-04-30
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2032-04-30
Also published as: WO2012149568A1; TWI549845B; US20140084676A1; TW201318904A; CN103619644B

Abstract

在一个实施中，提供一种将已探测的导频信号进行滤波的方法。该方法包括以下步骤：将导频信号的样本存储在先进先出存储器中，对导频信号的样本进行排序，然后确定已排序的导频信号的样本的子组的平均值。该方法进一步包括以下步骤：根据子组的平均值，控制施加至电动车辆的市电电力。

Description

用于电动车辆供电设备的正偏压导频滤波器

斯科特贝尔曼

相关申请的交叉引用

本申请要求享有如下美国临时申请的权益，通过援引的方式将它们的全部内容并入本文：

斯科特贝尔曼于2011年4月29日递交的美国临时申请61/480,370，名称为用于电动车辆供电设备的正偏压导频滤波器；以及

斯科特贝尔曼于2011年4月29日递交的美国临时申请61/483,051，名称为用于电动车辆供电设备的正偏压导频滤波器。

本申请涉及由弗拉克等于2012年2月1日递交的名称为导频信号滤波器的PCT申请PCT/US12/23487，该PCT申请要求享有由弗拉克等于2011年2月1日递交的美国临时申请61/438,487的优先权，通过援引的方式将这两个专利申请的全部内容并入本文。

本申请涉及由弗拉克于2011年4月14日递交的名称为导频信号产生电路的PCT申请PCT/US11/32579，通过援引的方式将该申请的全部内容并入本文。

背景

电动车辆供电设备必须遵守适于公共使用与商业贩售所必须满足的安全性与适用性标准。特别是国家UL法规要求所有电动装置必须通过国家认证测试实验室的检验。该检验包括信号噪声通过系统的传导噪声测试，监测此项检验以确保所产生的噪声衰减至最小量。

导频电路（pilot circuit）是一种高阻抗电路，该电路具有+/-12V的电源与1k欧姆的电阻，并以25英尺电线串联至电动车辆。沿着连接至车辆的电线，导频信号线与电源线并联，所以电源线上的任何噪声都倾向与导频信号线耦合。如此便在从数Hz至GHz的任何范围中产生导频信号上的噪声。

一种传导及辐射敏感性测试通常包括80MHz至1GHz的广播以及在400KHz至80MHz之间的接线插入噪声（wiring inserted noise）。一种消除噪声以通过SAE J1772标准的传导及辐射敏感性测试的传统方式是包含铁氧体珠（ferrite bead）或铁氧体环，铁氧体珠或铁氧体环做为被动式低通滤波器，将高频信号反射或吸收。然而，所包含的多个铁氧体环或环状物增加了材料与制造成本，而且增加了产品重量，还造成了运送成本的增加。

需要一种降低导频信号的噪声的更有效节省成本的方式。此外，需要一种支持并强化SAE J1772标准的应用以读取通讯层（communication level）控制电压，而没有噪声所引起的错误。

发明内容

在一实施中，提供一种将已探测的导频信号进行滤波的方法。所述方法包括以下步骤：将导频信号的样本存储在先进先出存储器中，对所述导频信号的样本进行排序，然后确定已排序的导频信号的样本的子组的平均值。所述方法进一步包括以下步骤：根据所述子组的平均值，控制施加至电动车辆的市电电力。

附图说明

本发明的特征及优点通过下文的描述、所附权利要求书以及附图将可获得更佳的理解，在附图中：

图1示出提供至车辆电路的EVSE导频信号的简化概念示意图。

图2为导频信号的简化时序图。

图3A示出软件滤波器的一个可能的实施的简化流程图。

图3B示出循环缓冲软件滤波器的一个可能的实施的简化流程图。

图4示出电动车辆供电设备或EVSE的简化方块图。

图5示出图4的导频产生器与探测器的一种可能的实施方式的电路图。

具体实施方式

图1示出提供至车辆电路11100的EVSE导频信号的简化概念示意图。EVSE导频信号用于确定车辆13800是否请求接触器140(图4)闭合，以将市电电力（utility power）供应至车辆13800进行充电。导频电路利用导频信号产生器11300通过将12V峰值(峰间值为24V)方波通过1k阻抗11200供应至车辆13800的方式以完成上述确定过程。EVSE13000测量导频电压以确定车辆13800是否存在，以便决定是否闭合市电电力接触器140(如图4中所示)，因此提供市电电力100u(图4)。当车辆13800连接至EVSE11100时，通过终端11410与11420的电压Vpilot从+12V/-12V的峰间值下降为+9V/-12V的峰间值，其中EVSE11100将阻抗11500跨接于终端11410与11420。一旦闭合开关11110，跨接终端11410与11420的电压便下降至+6V/-12V的峰间值。因此，利用车辆13800闭合开关11110以连接阻抗11510的方式，控制导频信号正分量的电压，以实现标称值为+6V/-12V的Vpilot信号，指示EVSE11100应该闭合其接触器140(图4)。

SAE J1772具体指明响应于车辆13800的缆线的中断，EVSE13000应在100毫秒内断开接触器140(图4)。在一实施方式中，为了避免非故意或错误的断开接触器，由微控制器3500(图4)通过软件实现数字滤波器，以确定导频电压正分量的大小。滤波器必须在不超过断开接触器所需要的100毫秒的情况下完成接触器的断开。

参照图2至图5，在微控制器3500(图4)输出导频信号正分量PILOT_PWM(图5)期间，由A/D转换器3510(图4)进行导频信号电压PILOT_Feedback信号(图4及图5)的采样。如图2中的图表12000所图示，为每一导频脉冲记录一个样本。导频样本：样本1；样本2；样本3；样本4等存储在存储器3520中的循环缓冲器（circular buffer）3520c内。

图3A示出软件滤波器的一种可能的实施的简化流程图13000。在此实施方式中，在方块13105处，将导频信号的样本存储于诸如循环缓冲器这样的先进先出存储器中。在方块13200处，将循环缓冲器的一组样本复制到临时缓冲器。在方块13300处，将临时缓冲器中的该组样本依大小进行排序。接着在方块13400处，将已排序的样本的子组进行平均。在方块13500处，将所得的平均值与阈限值（threshold limit）相比，以决定是否断开/闭合将市电电压供应至车辆的接触器。如方块13100，连续地重复每一导频信号循环，以便根据前一组的连续样本的值的子组，连续确定导频状态的平均值。

在一实施方式中，循环缓冲器3520c为一种150个样本循环缓冲器3520c。在每次采样之后，将循环缓冲器3520c复制至临时缓冲器3520t，接着循环缓冲器3520c由微控制器3500依据大小进行排序。接着将最高或前50个样本(～50毫秒)的数据进行平均。所形成的平均值与SAE J1772阈限值相比，以确定是否进行转换（transition），也就是断开或闭合将市电电力100u(图4)供应至车辆3800(图4)的接触器140(图4)。

图3B示出循环缓冲软件滤波器的一种可能的实施的简化流程图13010。在此实施中，将导频样本存储在诸如150个样本循环缓冲器这样的循环缓冲器中。在每次采样后，在方块13210处，对于每一脉冲循环进行一次将循环缓冲器中的样本复制到临时缓冲器的动作，在此情况中如方块13110所示为每1毫秒进行一次复制动作。在方块13310处，依大小将临时缓冲器中的样本进行排序，例如从最高至最低进行排序。接着如方块13410所示，将最高或前50个样本(～50毫秒)的数据进行平均。在方块13510处，将所形成的平均值与SAEJ1772的阈限值相比，以确定是否进行转换，即断开或闭合将市电电力100u(图4)供应至车辆3800(图4)的接触器140（图4）。对于每一导频信号循环连续重复以上动作，以便根据前一组的连续样本的最高值的子组，连续确定导频状态的平均值。

通过使用循环缓冲器，滤波器的实施13000连续地计算每一循环的平均值，从而确保电路可以在100毫秒内断开接触器140(图4)。

以下为示例性软件程序，该软件程序可用于给处理器3500提供处理器可执行的代码，以进行循环缓冲滤波器的一个实施。

/*********************************************

**Function name: PWM_AverageFiltering

**Descriptions: take33%top value out of150circular samples,thenaverage them.

**Calling parameters: Pilot circular buffer

**Returned value: Averaged filtered value

**

*********************************************/

UINT16PWM_AverageFiltering(void)

{

UINT16 i,averageValue;

UINT32 sumValue;

int sortBuf[CIRCULAR_BUF_SIZE];

for(i=0;i<CIRCULAR_BUF_SIZE;i++)

sortBuf[i]=(int)pilot.raw[i];

//Sort the data

qsort(sortBuf,CIRCULAR_BUF_SIZE,sizeof(int),PWM_SortCompare);

//Pick the top33%and average them

sumValue=0;

for(i=0;i<TOP_VALUE_SIZE;i++)

sumValue+=sortBuf[i];

averageValue=(UINT16)((float)sumValue/(float)TOP_VALUE_SIZE);

return averageValue;

}

图4示出电动车辆供电设备3000或EVSE的简化方块图。图5示出图4的导频产生器与探测器3150的一个可能的实施方式的电路图。参照图4与图5，EVSE3000可以包括导频信号采样器，在一些实施方式中导频信号采样器可以包括导频信号探测器3157与A/D转换器3510。在未示出的其它实施方式中，若需要可以使用独立的A/D转换器感测电力供电输出（power deliveryoutput）3110c处的导频PILOT信号，并且将样本提供给处理器3500。

然而在所示实施方式中，处理器3500利用A/D转换器3510对PILOT_FEEDBACK信号进行采样，并且处理器3500利用由导频信号探测器3157所提供的PILOT_FEEDBACK信号来产生PILOT信号的样本。若提供给车辆的PILOT信号范围在+12伏特至-12伏特，则在该导频产生与探测电路3150中的导频探测器电路3157便探测PILOT信号，并且导频探测器电路3157将PILOT信号降低为分配至A/D转换器3150的逻辑电平信号。例如，被感测的PILOT信号可以从+12伏特至-12伏特的范围相应地降低至0.3伏特至2.7伏特的范围。逻辑电平PILOT_FEEDBACK信号被提供给处理器3500的A/D转换器3150的输入端，以储存至存储器3520中。

样本可以储存至诸如可寻址存储器3520这样的处理器可读媒介中，例如RAM。在各种实施方式中，不管是A/D转换器3510与存储器3520之一还是它们两者都可以位于处理器3500外部，或板载（onboard）于处理器3500上。图4的处理器3500经过编程以根据PILOT_FEEDBACK信号的样本来确定输出至电动车辆3800的PILOT信号的信号电平。在一组中的样本的量与所选择的子组的大小可根据实施方式而变化。此外在其它实施方式中，循环缓冲器3520c可以是任意类型的先进后出型储存装置。另外，在其它实施方式中，临时缓冲器3520t可以是能够进行捕捉和/或排序的任意类型的储存装置。

虽然在图3A与图3B中讨论的采样率为了每一循环进行一次采样，但是采样率并不需要为每一循环进行一次。例如，可以每两个循环或每三个循环等进行导频信号的采样，或是以成批方式等进行导频信号的采样。

因为循环缓冲滤波器可以由软件诸如通过处理器3500（图4）来实现，因此在各种实施中，导频信号滤波器软件避免需要额外的诸如铁氧体环这样的实体滤波器，该方法节省材料以及安装成本，并且节省服务设备装置中的空间。

例如参照图4，上述循环缓冲导频信号滤波器在导频产生与探测电路3150中减少4个环形铁氧体滤波器3158(直径约为3英寸)。

此外，因为进行过多的读取可能使EVSE3000的响应速度降低，因此利用上述只将前三分之一的数据进行平均的循环缓冲及滤波方式，能在减少信号噪声的影响并保证整体采样率提供合理的反应时间的过程中确保滤波器效率，以遵照SAE J1772标准。

在未示出的一些实施方式中，可以在现场可编程门阵列（fieldprogrammable gate array）或FPGA中实现所述实施与实施方式。例如，可以使用系统芯片（system on a chip）。此外，在一些实施方式中也可以不用将样本复制到临时缓冲器以进行排序。相反，例如可以扫过并捕捉最高值，然后捕捉第二最高值、第三最高值等，直到搜集到所需要的子组为止。在一些实施例中，较佳的是在下一导频信号循环开始之前可以扫过并搜集此次导频信号循环的子组的所有样本以进行平均。在其它实施方式中，可能不需要进行以上动作并且可以通过多个循环搜集最高值样本。

此外在一些实施中，可以将导频信号调制率选择为从1000Hz调制率处平移（offset），以便降低以1000Hz为中心的噪声的影响以及对噪声的敏感性。因此在一些实施中，可以将导频信号调制率选择为不同于1000Hz的值，但在SAE J1772标准所允许的980-1020Hz的范围中。例如，可以选择1015Hz的调制率，以便降低在以1000Hz为中心处的所引致的噪声的影响。在一些实施方式中，调制率可以位于距离中心调制率+/-10%至15%的位置。在其它实施方式中，可以选择从+/-1%至+/-19%的任何位置，只要信号保持在适用标准的允许范围内即可。

在此实施中，应该选择导频信号调制尽可能远离中心调制，但位于该调制电路的已知精确度/公差之中，以确保调制仍将维持于该可允许范围之中。

平移导频信号进一步改良在此讨论的两层信号滤波器的结果，以提供导频信号的改良探测精确度，导频信号具有在1kHz率下于150KHz至1GHz引致的噪声。平移导频信号可以与在此讨论的两层信号滤波器一起或不与该两层信号滤波器一起使用，或是该平移导频信号可以与其它软件及/硬件滤波方式一起使用。

值得说明的是，在此对于一个实施方式的任何参考意谓：与该实施方式所结合的特定描述特征、结构或特性可在需要时包含于一实施方式之中。在此说明书任何位置中出现的用词“在一实施方式中”并不需要全部都指向相同的实施方式。

在此所提供的例证与实例是用于说明的目的，而不意在限制所述权利要求的范围。应将此说明书视为本发明的原则的例证，而不意在限制本发明及/或所描述的实施方式的权利要求的精神与范畴。

本领域技术人员可针对本发明特定应用而对本发明作出修改。

本专利中所包含的讨论意在提供基本叙述。阅读者应理解，该具体讨论并不明确描述所有可能的实施方式且替代实施方式为隐含的。同样的，此处的讨论可能不完全说明本发明的一般性质，并且此处的讨论可能不明确说明各特征或各元件实际可如何成为代表元件或等效元件。再次说明，这些都隐含于本发明之中。在以装置导向术语描述本发明的情况下，装置的各元件隐含地执行功能。还应理解，在不背离本发明的本质下可进行各种改变。这些改变也隐含地包括于描述中。这些改变仍旧落于本发明的范围中。

此外，可以以多种方式获得本发明及权利要求的各种元件的每一元件。本发明应当理解为：涵盖每一此类变化，该变化是任何装置实施方式、方法实施方式的变化，或仅为该实施方式的任何元件的改变。特别是，应理解，因为本公开内容是关于本发明的元件，所以即使在只有功能或结果相同的情况下，也可以用等效装置解释各元件的术语。这些等效术语、较广义术语或甚至更上位性术语应视为涵盖于各元件或各行为的描述中。当需要使本发明授权的隐含广义范围明确化时，可以将这些术语进行替换。应理解，所有的行为都可以表述为用于实施该行为的构件或表述为引起该行为的元件。同样的，所公开的各实体元件应理解为涵盖该实体元件所促成的行为的内容。这些变化与替代术语应理解为明确包含于该描述中。

已结合若干实施方式描述本发明，故当然启示本领域技术人员进行修改。此文的示例性实施方式并非意在用于限制，特征结构的各种配置与组合都是可能的。因此，本发明并不限于所公开的实施方式，而是受附加权利要求限制。

Claims

1.一种在包括导频信号的电动车辆供电设备中用于降低导频信号输出的噪声，以确定输出至电动车辆的所述导频信号的值的方法，所述方法包括以下步骤：

对所述导频信号进行采样；

将一组样本存储在循环缓冲器中；

将所述组样本复制到临时缓冲器；

对所述临时缓冲器中的样本进行排序；

选择已排序的样本的子组；

对所述子组的样本进行平均；以及

将所述子组的样本的平均值与阈值进行比较，以确定所述导频信号的状态。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：根据所述平均值与阈值的比较结果，控制施加至所述电动车辆的市电电力。

3.如权利要求1所述的方法，其中选择子组的步骤包括以下步骤：选择具有最高值的样本，并且进一步包括以下步骤：在每一导频信号循环期间，连续重复采样、储存、复制、排序、选择、平均与比较的步骤，以便根据前一组的连续样本的所述最高值的子组，连续确定导频状态的平均值。

4.如权利要求1所述的方法，包括以下步骤：连续计算所述导频信号的每一循环的平均值。

5.如权利要求1所述的方法，其中采样率为所述导频信号的每一循环进行一次。

6.如权利要求1所述的方法，其中采样率为小于所述导频信号的每一循环进行一次。

7.如权利要求1所述的方法，其中将所述导频信号存储在所述循环缓冲器的步骤包括以下步骤：存储150个样本，并且其中选择已排序样本的子组的步骤包括以下步骤：选择50个最高值样本。

8.一种在包括导频信号的电动车辆供电设备中用于确定所述导频信号的状态的方法，所述方法包括以下步骤：

探测导频信号值；

对所探测的导频信号进行采样；

将所述导频信号的样本存储在存储器中；

对所存储的导频信号的样本进行排序；以及

确定已排序的导频信号的样本的子组的平均值；

将所述平均值与阈值的相比较；以及

根据所述平均值与阈值的比较结果控制施加至所述电动车辆的市电电力。

9.如权利要求8所述的方法，其中存储的步骤包括以下步骤：存储于先进先出缓冲器。

10.如权利要求9所述的方法，其中将所述导频信号的样本存储在存储器中的步骤进一步包括以下步骤：从所述先进先出存储器复制一组样本至临时缓冲器中，且其中包括将所述导频信号的样本进行排序的排序步骤包括以下步骤：将在所述临时缓冲器中的所述导频信号的样本进行排序。

11.如权利要求10所述的方法，其中排序的步骤包括以下步骤：从最高至最低进行排序，且其中确定所述导频信号的样本的子组的平均值的步骤包括以下步骤：确定最高值的子组的所述平均值。

12.如权利要求11所述的方法，其中确定所述导频信号的样本的子组的平均值的步骤包括以下步骤：确定在所述临时缓冲器中的已排序的所述导频信号的样本的三分之一的平均值。

13.如权利要求11所述的方法，其中确定所述导频信号的样本的子组的平均值的步骤包括以下步骤：确定在所述临时缓冲器中的已排序的所述导频信号的样本的三分之一的平均值，其中排序的步骤包括以下步骤：从最高至最低进行排序，且其中确定所述导频信号的样本的子组的平均值的步骤包括以下步骤：确定所述最高值的子组的平均值。

14.如权利要求9所述的方法，其中存储的步骤包括以下步骤：存储至循环缓冲器。

15.如权利要求14所述的方法，其中将所述导频信号的样本存储在存储器中的步骤进一步包括以下步骤：从所述循环缓冲器复制一组样本至临时缓冲器中。

16.如权利要求15所述的方法，其中排序的步骤包括以下步骤：将在所述临时缓冲器中的所述组样本进行排序。

17.如权利要求16所述的方法，其中排序的步骤包括以下步骤：从最高至最低进行排序。

18.如权利要求17所述的方法，其中确定已排序的导频信号的样本的子组的平均值的步骤包括以下步骤：确定所述最高值的子组的平均值。

19.如权利要求18所述的方法，其中选择已排序的样本的子组的步骤包括以下步骤：选择在所述临时缓冲器中的已排序的导频信号的样本的最高值的子组。

20.一种在包括导频信号的电动车辆供电设备中用于将已探测的导频信号进行滤波的方法，所述方法包括以下步骤：

将导频信号的样本存储在先进先出存储器中；

对所述导频信号的样本进行排序；

确定已排序的导频信号的样本的子组的平均值；以及

根据所述子组的平均值控制施加至所述电动车辆的市电电力。

21.如权利要求20所述的方法，进一步包括以下步骤：将所述平均值与阈值进行比较。

22.一种电动车辆供电设备，包括：

a)导频信号探测器，用以探测导频信号的样本；

b)先进先出存储器；以及

c)处理器，所述处理器经编程以：

将导频信号的样本存储在所述先进先出存储器中；

对所述导频信号的样本进行排序；

确定已排序的导频信号的样本的子组的平均值；以及

根据所述子组的平均值控制施加至电动车辆的市电电力。

23.如权利要求22所述的电动车辆供电设备，其中所述先进先出存储器为循环缓冲器。

24.如权利要求22所述的电动车辆供电设备，其中所述处理器经编程以确定由所述导频信号的样本的最高值组成的子组的平均值。

25.如权利要求24所述的电动车辆供电设备，其中所述处理器经编程以确定由所述导频信号的样本的最高值组成的子组的平均值，且其中所述处理器经进一步编程以连续存储所述导频信号的样本、对所述导频信号的样本进行排序，并确定所述子组的平均值，以便根据前一组的连续导频信号的样本的最高值的子组，连续确定导频状态的平均值。