CN103683446A

CN103683446A - 多模式电池充电器

Info

Publication number: CN103683446A
Application number: CN201310398560.2A
Authority: CN
Inventors: 阿夫塔卜·阿里·汗; 理查德·J·哈姆珀; 韦达·普拉卡什·加利戈克莱
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-09-05
Also published as: CN103683446B; US9434263B2; US20140062394A1; DE102013217574A1

Abstract

在一个实施例中，提供了一种用于交通工具的多模式电池充电器。该充电器包括控制器。该控制器被电耦合到多个充电系统。每个充电系统被配置为提供来自外部电源的第一电力并将该第一电力转换成适于存储在交通工具的至少一个电池上的第二电力。该控制器被配置为在多个充电系统中的两个或更多个每个被确定为同时提供第一电力给交通工具的情况下，基于充电优先顺序使能多个充电系统中的第一充电系统提供第一电力。

Description

多模式电池充电器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年9月5号提交的美国临时申请第61/696,996号的利益，并要求于2013年8月30号提交的美国专利申请第14/014,585号的优先权，其公开内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本文公开的实施例一般涉及可以用在交通工具中的多模式电池充电器。

背景技术

Taddeo等人（“Taddeo”）的美国专利公开第2013/0020993号公开了一种多模式的电动交通工具充电站。例如，Taddeo公开了一种减小了尺寸和复杂度的多模式的电动交通工具充电站，其允许用户选择AC和DC电力形式的输出，并可以将这些输出提供给连接器以对电动交通工具充电。电压源被提供给DC转换器，然后其输出到DC总线或电气连接。DC总线可由DC充电设备或连接到AC充电设备的DC-AC逆变器使用，从而提供DC和AC充电能力。在一个方面，多模式的电动交通工具充电站被用在救援交通工具中以通过多个充电标准对电动交通工具充电，而不需要救援交通工具携带针对每个充电标准的独立的充电系统。在另一个方面，充电站被用于固定的充电站，以减少使用多个独立的充电系统的成本和复杂度。

发明内容

在另一个实施例中，提供了一种用于交通工具的多模式电池充电器。该充电器包括控制器和单一的隔离器电路。该控制器被电耦合到多个充电系统。每个充电系统被配置为提供来自外部电源的第一电力并将第一电力转换成适于存储在交通工具的至少一个电池上的第二电力。多个充电系统中的每个包括单一的隔离器电路，使得第一电力通过每个充电系统的单一的隔离器电路仅一次。

在另一个实施例中，提供了一种用于交通工具的多模式电池充电器。该充电器包括控制器。该控制器被电耦合到多个充电系统。每个充电系统被配置为提供来自外部电源的第一电力并将第一电力转换成适于存储在交通工具的至少一个电池上的第二电力。该控制器被配置成如果多个充电系统的第一充电系统对至少一个电池充电的第一时间周期小于多个充电系统中的任何剩余的充电系统对至少一个电池充电的第二时间周期，则使能第一充电系统使用第二电力对至少一个电池充电。

附图说明

本公开的实施例在所附的权利要求书中具体指出。然而，通过参考下面的详细描述与附图，各种实施例的其他特点将变得更加明显并将被最好地理解，在附图中：

图1示出根据一个实施例的第一多模式充电系统;

图2示出根据一个实施例的第二多模式充电系统;

图3示出根据一个实施例的第三多模式充电系统;

图4示出根据一个实施例的第四多模式充电系统;

图5示出根据一个实施例的用于确定一个或多个充电方案之间的优先次序的方法。

具体实施方式

根据需要，本文公开了本发明的具体实施例，但是，应理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以体现在各种替代形式。附图不一定按比例绘制，某些特征可能被放大或缩小以显示特定组件的细节。因此，本文所公开的具体结构细节和功能细节不能被解释为限制，而仅仅作为教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。

本公开的实施例一般提供多个电路或其它电气设备。所有对电路和其它电气设备及由其每个提供的功能的提及，不打算被限于仅涵盖本文示出和描述的。虽然特定的标签可被分配到所公开的各种电路或其它电气设备，但这些标签并不意在限制电路和其他电气设备的操作范围。根据所需的电气实现的特定类型，这样的电路和其它电气设备也可以任何方式彼此组合和/或分离。认识到，本文所公开的任何电路或其他电气设备可以包括任意数量的微处理器、集成电路、存储器设备（例如，闪存、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、电可编程只读存储器（EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）或其他合适的变体）和软件，其彼此共同作用来执行本文所公开的操作。

具有各种类型的可用于对交通工具中的一个或多个电池充电的充电实现（或方法）。传导充电一般采用接收来自外部电源（例如，住宅或商业机构中的电力供应）的电力的车载充电系统。使用传导充电，从外部电源接收的电力（电流）通过物理导体被传导给交通工具的车载充电器。传导充电将从外部电源接收的电力转换成适于存储在交通工具中的至少一个电池的电力。

感应充电一般利用通过电磁或感应耦合将来自外部电源的电力无线传输到车载充电系统的输入端。外部电源和车载充电系统可感应耦合，但是电隔离。感应充电将从外部电源接收的电力（即，第一电力）转换成适于存储在交通工具中的至少一个电池的电力（即，第二电力）。感应充电可能是谐振或非谐振的。

DC迅速充电或快速充电类似于传导充电，一般采用来自外部电源的电力。非车载的电力调节器将来自外部电源的电力（即，第一电力）转换成合适的DC电压（即，第二电力）用于传导地传递给交通工具。交通工具上的至少一个电池的充电可以在相对高的电流进行以显著减少充电时间。几乎所有的电力电子调节可在非车载的电力调节器完成。车载的交通工具充电系统可以包括接触器、相关的安全机构和通信等。

图1示出了根据实施例的第一多模式充电系统10。装置10包括感应充电系统12、传导充电系统14和非车载充电系统16（或快速充电系统12）。感应充电系统12通常采用将来自外部源18的电力无线传输到位于交通工具21上的电池20。

感应充电系统12一般包括带有初级线圈24的无线发射器22、带有次级线圈28的接收器26、开关30、感应充电控制器32、电容器34和转换器36。初级线圈24和次级线圈28一般形成变压器且使得能够感应充电，如在题为“Apparatus for Providing Concentrated Inductive Power Transfer”的共同未决的临时专利申请中描述的，其是于2012年9月5日提交的美国临时申请第61/696995号，其公开内容通过引用全部并入本文。

一般而言，电力从外部源18通过无线发射器22到达交通工具21上的接收器26。开关30闭合，使电力被存储在电容器34上，并且随后通过转换器36转换成适于存储在电池20上的DC电压。感应充电控制器32被配置成控制无线发射器22和接收器26之间的电力传输的一个或多个参数。

传导充电系统14一般包括充电器38（便携式或非便携式）、第一物理连接（例如，插头和插座）40、功率因数校正部（非隔离）42、传导变化控制器44、接触器45、电容器34和转换器36。传导充电系统14通常通过第一物理连接40从外部源18接收AC电力。功率因数校正部42将AC电力转换为高DC电压且转换器36将高DC电压处理成适于存储在电池20上的电压。传导充电控制器44被配置成控制充电器38和功率因数校正部42之间的电力传输的一个或多个参数。

非车载充电系统16一般包括快速充电器（其中包括调节电路）44、第二物理连接（例如，插头和插座）46和DC迅速充电控制器48。快速充电器16位于交通工具21外，且一般包括电力电子调节电路，用于调节和转换来自电源18的电力，以在高电流迅速传递给电池20。控制器50可操作地耦合到无线发射器22、传导充电控制器44和非车载充电系统16。控制器50检测用户已选择了哪种方法给电池20充电。例如，控制器50还包括用户接口，其中用户可以选择他/她打算给交通工具21中的电池20充电的充电方法。响应于该选择，控制器50可激活相应的控制器（例如，感应充电控制器32、传导充电控制器36，或非车载充电控制器48），以使选定的充电方法被执行。

在用户还没有通过用户接口作出选择的情况下，控制器50通过接近探测器和/或电压检测来检测已被采用的充电方法，使能对应的控制器（例如，感应充电控制器32、传导充电控制器44或非车载充电控制器48）以执行所需的充电方法。例如，关于感应充电，感应充电系统10包括许多位置传感器、许多电压传感器和通信系统（例如，在发射器22和控制器50之间的无线通信）。当检测到交通工具21在位置传感器的预定范围内并检测到电压在预定的电压范围内时，发射器22与控制器50进行无线通信。然后，控制器50可激活感应充电控制器32以控制发射器22和接收器26之间的充电，并关闭开关30使电力传输到电池20。

对于传导充电，在插头和插座40彼此耦合时建立通信。控制器50和充电器38进行双向通信，来自充电器38的通信作为交通工具21将通过传导充电被充电的指示。电压检测也可以与通信一起采用以指示交通工具21被耦合到充电器38。响应于来自充电器38的通信，控制器50然后激活传导充电控制器44以控制充电器38和功率因数校正部42之间的充电。控制器50也激活接触器45，以使电力传递到电池20。

对于非车载充电（或快速充电），在插头和插座46彼此耦合时建立通信。控制器50和非车载充电器44进行双向通信且来自非车载充电器44的通信作为交通工具21将通过快速充电被充电的指示。电压检测也可与通信一起采用，以指示交通工具21被耦合到非车载充电器44。响应于来自非车载充电器44的通信，控制器50然后激活迅速充电控制器48以控制非车载充电器44的充电。控制器50也激活接触器45，以使电力传输到电池20。

在同时执行（或检测到）多种充电方法的情况下，控制器50采用优先级方案。这些特征将结合图5更详细地讨论。

认识到，对于每个充电系统12、14和16，应提供单一的隔离器。例如，单一的隔离器使能这样一种条件：电力不多于一次地流过变压器，或电力仅一次流过隔离器。对于感应充电系统12，由于电感耦合的固有性质，电隔离存在于初级线圈24和次级线圈28之间。一般当两个或两个以上的电路具有在不同电位的接地时提供电隔离。此外，转换器36在用于与传导充电系统14连接时，还提供了系统10内的电隔离。然而，可能不需要用于感应充电系统12的这样的冗余的隔离（例如，使用被隔离的转换器36）。此外，关于非车载充电系统46，非车载充电器44执行将电力调节为处于准备由电池20直接接收的状态。因此，隔离发生在非车载充电器44上，而不是发生在交通工具21上。

图2示出根据实施例的第二多模式充电系统10'。除了转换器36被实施在非隔离的状况下外，系统10'大体上类似于第一多模式充电系统10。在一般情况下，对于给定的充电系统（或充电模式（例如，感应充电、传导充电和DC迅速充电），可能需要包括一个隔离器98（或单一的隔离器电路），因为充电模式或系统的多个隔离路径可能导致电损耗。通过将转换器36实施为非隔离器，可去除结合图1的系统10所述的冗余的隔离。例如，单一的隔离器98被设置在感应充电系统12中（例如，初级线圈24和次级线圈28之间的物理隔离），单一的隔离器98被设置在传导充电系统14中（例如，功率因数校正部42被实现为隔离器），和单一的隔离器98位于非车载充电器44。这种情况使得对于每个充电系统，电力通过单一的隔离点。

图3示出根据实施例的第三多模式充电系统10’’。在系统10′′中，来自接收器26（或电力整流器）的输出直接馈送到感应充电系统12的电池20。这种情况可降低复杂性且可提高效率。系统10和10'示出来自接收器26的输出在被馈送到电池20之前，被馈送到转换器36。

图4示出根据实施例的第四多模式充电系统10′′′。系统10′′′大体上类似于图3的系统10′′，原因在于来自接收器26（或电力整流器）的输出直接馈送到感应充电系统12的电池20。然而，系统10′′′示出功率因数校正部42现在被实现为隔离器，而转换器36现在被实现为非隔离器。这种情况在系统10′′中被切换。

虽然每个系统10、10′、10′′和10′′′可包括感应充电系统12、传导充电系统14和非车载充电系统16中的每个，但认识到，多模式充电系统可仍然在三种充电方法中的任何两种中提供。关于三个多模式充电系统中的哪两个的实现可取决于所需要的特定实现。

图5示出根据一个实施例的用于确定一个或多个充电方案（或系统）之间的优先级的方法70。

在步骤71中，控制器50监视来自至少一个接近探测器（或通过电压检测监视至少一个电压输出）的至少一个输出，以确定用户是否已经启动通过感应充电系统12、传导充电系统14和非车载充电系统16对交通工具21充电（例如，没有通过控制器50上的用户接口选择）。如果用户在没有使用用户接口的情况下启动了通过感应充电系统12、传导充电系统14或非车载充电系统16对交通工具21充电，则该方法70移到操作80、82或84，这将在下面更详细地进行说明。如果用户还没有启动通过感应充电系统12、传导充电系统14或非车载充电系统16对交通工具21充电，则该方法70移到操作72。

在操作72中，控制器50确定用户是否通过用户接口选择了特定的充电方法（例如，感应充电、传导充电或非车载充电）。如果控制器50确定用户已经通过用户接口选择了特定的充电方法，则方法70进行到操作74、76或78，这取决于用户选择的充电方法。如果用户选择了DC快速充电（如，非车载充电），则执行操作74。可以根据SAEJ1772或其它合适的形式执行DC快速充电。如果用户选择了AC传导充电，则执行操作76。可以根据SAEJ1772或其它合适的形式执行AC传导充电。如果用户选择了AC感应充电，则执行操作78。可以根据SAEJ1772或其它合适的形式执行AC感应充电。

在控制器50确定用户还没有通过用户接口选择电池20将被充电的方式的情况下，方法50移到操作80、82或84，这取决于已由用户采用的充电方法。例如，在操作80中，如果控制器50检测到DC快速充电，则在操作86中执行这样的充电方法。如果不是，则该方法70移到操作82。在操作82中，如果控制器50检测到AC传导充电，则在操作88中执行这样的充电方法。如果不是，则该方法70移到操作84。在操作84中，如果控制器50检测到AC感应充电，则在操作90中执行这样的充电方法。

正如上面展示的，具有最高优先级的充电方法是DC快速充电方法，因为这使得对电池20充电的速度比其它充电方法快。具有次高优先级的充电方法是AC传导充电方法，因为这使得对电池20的充电比AC感应充电方法快。最后，如果其他的充电方法都没有被检测到或触发，则执行AC感应充电方法。在下面的实施例示出各种充电方法的充电时间：（i）DC快速充电操作可使交通工具21在30分钟内被充好电，（ii）传导充电操作可以使交通工具21在4到8小时之间被充好电，及（iii）电感充电操作可使交通工具21在4到12小时之间被充好电。

虽然上文描述了示例性实施例，但不意在这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。相反，在本说明书中使用的词语是描述性的而不是限制性的，应理解，不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。此外，各种实施例的特征可被组合，以形成本发明的进一步的实施例。

Claims

1.一种用于交通工具的多模式电池充电器，包括：

控制器，其被电耦合至多个充电系统，每个充电系统被配置为提供来自外部电源的第一电力并将所述第一电力转换成适于存储在所述交通工具的至少一个电池上的第二电力，所述控制器被配置成在所述多个充电系统中的两个或更多个中的每个被确定为同时提供所述第一电力给所述交通工具的情况下，基于充电优先顺序使能所述多个充电系统中的第一充电系统提供所述第一电力。

2.根据权利要求1所述的充电器，其中，所述多个充电系统包括感应充电系统、传导充电系统和直流DC快速充电系统。

3.根据权利要求2所述的充电器，其中，所述控制器还被配置为在所述控制器确定所述感应充电系统和所述传导充电系统中的至少一个和所述DC快速充电系统同时提供所述第一电力给所述交通工具的情况下，使能所述DC快速充电系统将所述第一电力转换为用于存储在所述至少一个电池上的所述第二电力。

4.根据权利要求2所述的充电器，其中，所述控制器还被配置为在所述控制器确定所述传导充电系统和所述感应充电系统同时提供所述第一电力给所述交通工具的情况下，使能所述传导充电系统将所述第一电力转换为用于存储到所述至少一个电池上的所述第二电力。

5.根据权利要求2所述的充电器，其中，所述传导充电系统的至少一部分包括用于将所述第一电力转换为所述第二电力并用于电气隔离所述传导充电系统的转换器。

6.根据权利要求2所述的充电器，其中，所述感应充电系统包括位于所述交通工具上的接收器和电力整流器，所述接收器和电力整流器用于将所述第二电力直接提供给所述电池。

7.根据权利要求1所述的充电器，其中，所述多个充电系统中的每个充电系统包括单一的隔离器电路，使得所述第一电力通过每个充电系统的所述单一的隔离器电路仅一次。

8.根据权利要求1所述的充电器，其中，所述充电优先顺序基于所述多个充电系统使用所述第二电力给所述至少一个电池充电的时间周期。

9.一种用于交通工具的多模式电池充电器，包括：

控制器，其被电耦合至多个充电系统，每个充电系统被配置为提供来自外部电源的第一电力并将所述第一电力转换成适于存储在所述交通工具的至少一个电池上的第二电力，其中，所述多个充电系统中的每个包括单一的隔离器电路，使得所述第一电力通过每个充电系统的所述单一的隔离器电路仅一次。

10.根据权利要求9所述的充电器，其中，所述控制器还被配置为在所述多个充电系统中的两个或更多个中的每个被确定为同时提供所述第一电力给所述交通工具的情况下，基于充电优先顺序使能所述多个充电系统中的第一充电系统提供所述第一电力。

11.根据权利要求10所述的充电器，其中所述充电优先顺序基于所述多个充电系统使用所述第二电力给所述至少一个电池充电的速度。

12.根据权利要求10所述的充电器，其中，所述多个充电系统包括感应充电系统、传导充电系统和直流DC快速充电系统。

13.根据权利要求12所述的充电器，其中，所述控制器还被配置为在所述控制器确定所述感应充电系统和所述传导充电系统中的至少一个和所述DC快速充电系统同时提供所述第一电力给所述交通工具的情况下，使能所述DC快速充电系统将所述第一电力转换为用于存储在所述至少一个电池上的所述第二电力。

14.根据权利要求12所述的充电器，其中，所述控制器还被配置为在所述控制器确定所述传导充电系统和所述感应充电系统同时提供所述第一电力给所述交通工具的情况下，使能所述传导充电系统将所述第一电力转换为用于存储到所述至少一个电池上的所述第二电力。

15.根据权利要求12所述的充电器，其中，所述传导充电系统的至少一部分包括用于将所述第一电力转换为所述第二电力并用于电气隔离所述传导充电系统的转换器。

16.根据权利要求12所述的充电器，其中，所述感应充电系统包括位于所述交通工具上的接收器和电力整流器，所述接收器和电力整流器用于将所述第二电力直接提供给所述电池。

17.一种用于交通工具的多模式电池充电器，包括：

控制器，其被电耦合至多个充电系统，每个充电系统被配置为提供来自外部电源的第一电力并将所述第一电力转换成适于存储在所述交通工具的至少一个电池上的第二电力，所述控制器被配置成：如果所述多个充电系统的第一充电系统对所述至少一个电池充电的第一时间周期小于所述多个充电系统中的任何剩余的充电系统对所述至少一个电池充电的第二时间周期，则使能所述第一充电系统使用所述第二电力对所述至少一个电池充电。

18.根据权利要求17所述的充电器，其中，所述多个充电系统包括感应充电系统、传导充电系统和直流DC快速充电系统。

19.根据权利要求18所述的充电器，其中，所述控制器还被配置为在所述控制器确定所述感应充电系统和所述传导充电系统中的至少一个和所述DC快速充电系统同时提供所述第一电力给所述交通工具的情况下，使能所述DC快速充电系统将所述第一电力转换为用于存储在所述至少一个电池上的所述第二电力。

20.根据权利要求18所述的充电器，其中，所述控制器还被配置为在所述控制器确定所述传导充电系统和所述感应充电系统同时提供所述第一电力给所述交通工具的情况下，使能所述传导充电系统将所述第一电力转换为用于存储到所述至少一个电池上的所述第二电力。