CN104553845A - 车载充电器与电动车辆供电设备连接的探测 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了车载充电器与电动车辆供电设备连接的探测。一种电动和插电式混合动力车辆，该车辆可以连接至电动车辆供电设备(EVSE)以对牵引电池进行再充电。现有标准定义了车辆与EVSE之间的包括先导控制和接近探测信号的信号交互。车辆可以使用这些信号的状态来探测何时与EVSE建立了连接。当信号提供冲突的状态时车辆可以指示连接。除了在接近探测信号指示接合状态的事件中，只要在存在有效的先导控制信号的情况下连接，车辆就可以阻止驾驶离开并且允许充电。可以利用先导控制信号的状态来阻止驾驶离开并允许充电。

Description

车载充电器与电动车辆供电设备连接的探测
技术领域
本发明涉及探测车辆与电动车辆供电设备的物理连接。
背景技术
电动以及插电式电动车辆需要连接至外部充电装置的接口。为了在车辆和充电站制造商之间推动标准接口，已经开发了行业标准。这样的一种标准是美国汽车工程师协会(SAE)电动车辆和插电式混合动力电动车辆传导式充电接口标准(J1772)。J1772标准定义了向车辆传输能量需要的充电接口和关联协议。该标准定义了鼓励所有车辆和充电站制造商遵守的通用接口。该标准定义了车辆和电动车辆供电设备(EVSE)之间的接口。根据该标准，连接至兼容EVSE的车辆应该能充电。
发明内容
一种车辆包括充电器和充电端口。充电端口包括被配置用于与电动车辆供电设备(EVSE)的先导控制(control pilot)和接近感应导体进行交互以在连接时分别建立接近信号和充电器与EVSE之间用于控制充电器的先导信号和指示充电端口与EVSE之间的接合状态或分离状态。车辆进一步包括至少一个控制器，该控制器被配置用于响应于有效的先导信号以及接近信号指示充电端口与EVSE之间的分离状态而阻止车辆的驾驶。为了阻止车辆的驾驶，至少一个控制器可以进一步被配置用于将禁止换挡信号通信至变速器控制器以阻止车辆从泊车挡换挡。为了阻止车辆的驾驶，至少一个控制器可以进一步被配置用于将推进停用信号通信至动力传动系统控制器以阻止发动机或电机的运转。控制器可以进一步被配置用于响应于有效的先导信号以及接近信号指示充电端口与EVSE之间的分离状态而允许牵引电池的充电。至少一个控制器可以进一步被配置用于响应于牵引电池的充电而减小用于先导信号的去抖动(debounce)时间。至少一个控制器可以进一步被配置用于响应于先导信号丢失的时间高于去抖动时间而停止牵引电池的充电。
一种车辆包括充电器和充电端口。充电端口包括配置用于与电动车辆供电设备(EVSE)的先导控制和接近感应导体进行交互以在连接时分别建立接近信号和充电器和EVSE之间用于控制充电器的先导信号，其中，接近信号指示充电端口与EVSE之间的接合状态或分离状态。车辆进一步包括至少一个控制器，该控制器配置用于响应于有效的先导信号以及接近信号指示充电端口与EVSE之间的分离状态而允许牵引电池的充电。至少一个控制器可以进一步配置用于响应于有效的先导信号以及接近信号指示充电端口与EVSE之间的分离状态而阻止车辆的驾驶。至少一个控制器可以进一步被配置用于响应于牵引电池的充电而减小用于先导信号的去抖动时间。至少一个控制器可以进一步被配置用于响应于先导信号丢失的时间高于去抖动时间而停止牵引电池的充电。
一种用于控制车辆的方法包括：至少一个控制器接收接近信号，其中，接近信号指示充电端口与EVSE之间的接合状态或分离状态；接收充电器与EVSE之间的先导信号；通过响应于有效的先导信号以及接近信号指示充电端口与EVSE之间的分离状态而启用牵引电池的充电。所述方法可以进一步包括响应于有效的先导信号以及接近信号指示充电端口与EVSE之间的分离状态而阻止车辆的驾驶。所述方法可以进一步包含响应于先导信号指示充电端口与EVSE之间的分离状态的时间高于去抖动时间而通过至少一个控制器探测先导信号的丢失，其中去抖动时间具有当接近信号指示充电端口与EVSE之间的接合时的第一值以及当接近信号指示充电端口与EVSE之间的分离时的第二值，第一值高于第二值。所述方法可以进一步包含响应于先导信号的丢失而通过至少一个控制器中断牵引电池的充电。
根据本发明的一个实施例，至少一个控制器进一步被配置用于响应于先导信号丢失的时间高于去抖动时间而中断所述牵引电池的充电。
根据本发明的一个实施例，通过至少一个控制器，响应于有效的先导信号和指示充电端口与EVSE之间的分离的接近信号而阻止车辆的驾驶。
根据本发明的一个实施例，通过至少一个控制器，响应于先导信号指示充电端口与EVSE之间的分离状态的时间高于去抖动时间而探测先导信号的丢失，并且其中去抖动时间具有当接近信号指示充电端口与EVSE之间的接合状态时的第一值以及当接近信号指示充电端口与EVSE之间的分离状态时的第二值，第一值高于第二值。
根据本发明的一个实施例，通过至少一个控制器，响应于先导信号的丢失而中断牵引电池的充电。
附图说明
图1是说明典型的传动系和能量存储部件的插电式混合动力电动车辆的示意图；
图2是说明车辆和EVSE之间的典型连接接口的示意图；
图3是说明车辆高电压和低电压充电系统的示例配置的示意图；
图4是说明使用先导信号输入的启动电路的示例的示意图。
具体实施方式
本说明书描述了本发明的实施例。然而，应理解公开的实施例仅为示例，其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本发明的教导一致的特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。
图1描述了典型的插电式混合动力电动车辆(HEV)。典型的插电式混合动力电动车辆12可以包含机械连接至混合动力传动装置16的一个或多个电机14。电机14能作为马达或发电机运转。此外，混合动力传动装置16机械连接至发动机18。混合动力传动装置16还可以机械连接至机械连接至车轮22的驱动轴20。当发动机18打开或关闭时电机14能提供推进和减速。电机14还用于发电机并且通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热量损失掉的能量可以提供燃料经济性益处。由于在特定状况下可以电动模式运转混合动力电动车辆2，电机14还可以减少污染排放。
牵引电池或电池组24存储电机14可以使用的能量。车辆电池组24通常提供高电压直流(DC)输出。电池组24电连接至电力电子(power electronic)模块26。电力电子模块26还电连接至电机14并且能在电池组24和电机14之间双向传输能量。例如，典型的电池组24可以提供直流电压而电机14的运转可能需要三相交流(AC)电。电力电子模块26可以将直流电压转换为电机14需要的三相交流电。在再生模式中，电力电子模块26将来自作为发电机机的电机14的三相交流电转换为电池组24需要的直流电压。本说明书中的描述同样可以应用到纯电动车辆。对于纯电动车辆，混合动力传动装置16可以是连接至电机14的变速箱并且没有发动机18。
电池组24除了提供推进能量之外，还可以为其它车辆电子系统提供能量。典型的系统可以包括将电池组24的高电压DC输出转换为与其它车辆负载兼容的低电压DC电源的DC/DC转换器模块28。其它高电压负载(比如压缩器和电动加热器)可以直接连接至高电压而不需要使用DC/DC转换器模块28。在典型的车辆中，低电压系统电连接至辅助12V电池30。
车辆12可以是可以通过外部电源36向电池组24再充电的电动车辆或插电式混合动力车辆。外部电源36可以是连接至电源插座的连接。外部电源36可以电连接至电动车辆供电设备(EVSE)38。EVSE38可以提供电路和控制来调整和管理电源36和车辆12之间的能量传输。外部电源36可以向EVSE38提供DC或AC电源。EVSE38可以具有用于插进车辆12的充电端口34的充电连接器40。充电端口34可以是配置用于从EVSE38传输电力至车辆12的任何类型的端口。充电端口34可以电连接至充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块可以适配从EVSE38提供的电力以向电池组24提供适合的电压和电流水平。电力转换模块32可以与EVSE38进行交互以协调对车辆的电力传输。EVSE连接器40可以具有与充电端口34的对应凹槽(recess)匹配的管脚。
EVSE38可以设计成向车辆12提供AC或DC电力。连接器40和充电协议可能在AC式和DC式EVSE38之间存在差异。提供DC电力可能需要与AC连接不同的安全措施。EVSE38也可以设计成提供两种类型的电力。EVSE38能提供不同水平的AC或DC电压。
讨论的多个部件可以具有一个或多个关联的控制器来控制并监视这些部件的运转。这些控制器可以经由串联总线(例如控制器局域网(CAN))或经由分离的导线通信。
图2显示根据J1772标准的充电系统的高级示意图。车辆12可以具有将EVSE38提供的电压转换为与电池24兼容的电压的车载电力转换或充电器模块32。EVSE38可以提供AC电压而电池24需要DC电压。车载充电器32可以将AC电压转换为电池24需要的DC电压。可以通过车辆12中的一个或多个控制器114以及EVSE38中的一个或多个控制器112来控制该运转。在电池24和充电器32之间，可以有一个或多个接触器142。充电接触器142可以选择性地连接充电器32的输出线路144和牵引电池24的端子。当牵引电池不充电时充电接触器142可以隔离电池24与充电器32。当需要连接至充电器输出线路144时，可以闭合接触器142以连接电池24和充电器32。可以通过一个或多个控制器114驱动的控制信号152来断开和闭合接触器142。接触器142可以利用继电器式接触器或固态(solid-state)装置来实现该功能。当充电连接器40没有连接至充电端口34时可以断开接触器142。
EVSE连接器40连接至车辆充电端口34。J1772标准定义了该连接的物理属性和运转属性。EVSE38可以向车辆12提供一个或多个高功率线路106。高功率线路106可以提供高电压线路和返回路径来完成该电路。EVSE38能按需要使AC输入电力108连接到和不连接到高功率线路106。EVSE38可以具有选择性将高功率线路106连接至AC输入电力108的接触器110。可以通过EVSE控制器112驱动的控制信号154断开并闭合EVSE接触器110。接触器110可以利用继电式接触器或固态装置来实现该功能。控制信号154可以驱动继电器线圈来控制继电器。
除高功率线路106之外，EVSE38可以经由多个信号线路(116、120)与车辆12进行交互以辅助控制充电处理。该信号线路是在EVSE38的控制模块112和车辆12的控制器114之间提供交互的低功率信号。EVSE控制电路112可以包括能处理输入值并在合适的情况下产生输出信号的微处理器系统。控制器(114、112)可以包括适当的模拟-数字转换电路以测量该信号的电压水平。
可以监视该信号以确定EVSE连接器40是否连接至充电端口34。探测连接是重要的，因为这可以提供可以充电的指示并且还可以防止驾驶员在EVSE连接器40连接至车辆12时驾车离开。接近信号116可以定义为充电端口34和EVSE连接器40之间接合状态的指示。控制器114测量的接近输入116的电压可能基于电路中多个电阻配置而变化。
除信号连接之外，可以通过EVSE连接器40提供接地连接118。接地连接118可以提供至EVSE38的接地点146的路径。对应的车辆充电端口34连接可以连接至车辆12的接地连接148。当EVSE连接器40插进充电端口34时，EVSE接地146和车辆接地148可以处于相同水平。共用接地146允许两个控制器确定相同水平的信号线路(120、116)电压。
在控制器114处输入的接近探测输入116的电压随通过EVSE连接器40和车辆充电端口34中的电阻值建立的分压器网络的函数而变化。在未连接状况下，接近信号116的电压可以是由R4(124)和R5(126)组成的分压器电路相对车辆接地148的结果。在控制器114处测量的近似电压可能是5V*(R5/(R5+R4))。处于该水平的电压可以指示充电端口34和EVSE38之间的分离。
当EVSE连接器40安装在充电端口34中并且管脚接触时，电阻R6(128)以及R7(132)和电阻R5(126)并联。这改变分压器网络并且改变在接近探测输入116处测量的电压。EVSE连接器40可以具有运转开关S3(130)的按钮或闭锁。当插入或取出EVSE连接器40时按钮或闭锁可以改变开关S3(130)的状态。如果开关S3(130)是断开的，则R6(128)和R7(132)的串联组合将与R5(126)并联。如果开关S3(130)闭合，则R6(128)将与R5(126)并联。每种情况下，通过控制器114测量的电压的水平将改变。通过测量接近检测管脚116的电压，车辆控制器114可以确定EVSE连接器40是否连接以及开关S3(130)的状态。总之，当充电连接器40未连接时、当充电连接器40连接而开关S3(130)断开时以及当充电连接器40连接而开关S3(130)闭合时控制器114可以读取不同的电压值。
可以存在先导控制信号120。SAE标准定义了先导控制信号120的行为。先导信号120用于控制充电处理。预期车辆12和EVSE38监视先导信号120并根据该信号的状态进行响应。EVSE控制器112可以根据充电状态使先导信号120连接到+12V、-12V的输出值或者脉冲宽度调整(PWM)输出。当EVSE连接器40与充电端口34分离时，EVSE控制器112可以将先导信号120管脚连接至+12V。当连接器40与充电端口34分离时，由于先导信号120通过电池R3(138)连接至车辆接地148，因此车辆控制器114可以测量接近零电压(zero volt)的值。通过车辆控制器114测量的接近零电压的先导信号120可以指示EVSE连接器40和充电端口34之间的分离状态并且可以代表默认的车辆先导信号120。
一旦EVSE连接器40接合在车辆充电端口34中，从EVSE控制器112产生的+12V可以被提供至车辆先导信号电路。当连接器40接合并连接至充电端口34时，可以通过电阻R1(134)和R3(138)形成的分压器相对于接地146定义连接器处的先导信号120电压。产生的电压可以向辆控制器114和EVSE控制器112指示连接器40连接至充电端口34并且代表有效的先导信号120。在正常状况下，接近探测信号116可以指示相同的接合状态。
响应于连接已经建立，车辆器114可以闭合开关S2(140)使电阻R2(136)与电阻R3(138)并联。开关S2(140)通常可以是断开的。可以通过车辆控制器114经由控制信号158控制开关S2(140)。开关S2(140)可以是继电式或固态开关器件。车辆控制器114如果确定车辆12准备好从EVSE38接收能量则可以闭合开关S2(140)。闭合开关S2(140)的条件可以是车辆处于适当的非推进状态。该条件可以包括处于泊车状况或处于零车速。闭合开关S2(140)通过使电阻R2(136)与电阻R3(138)并联来改变通过R1(134)和R3(138)形成的分压器并且可以改变先导信号120的电压水平。控制器(112，114)可监视先导控制120电压水平以基于该电压测量确定先导信号120的当前状态。
一旦确定车辆12准备好从EVSE38接收能量，EVSE控制器112可以向先导线路120提供具有定义频率的PWM信号。PWM信号的占空比可以与EVSE38能提供的电流量成比例。当PWM信号的频率和占空比在预定极限内时可以认为先导信号120是有效的。一旦车辆12准备好从EVSE38接收能量，可以闭合用于提供电力至车辆12的接触器110。J1772标准定义了握手和信号状态改变正时。
作为诊断功能的一部分，车辆12可以监视高功率线路106和低功率信号线路116、120。当探测到线路中一个线路的错误状况时，可以停止充电。对于低功率信号有多个错误源。EVSE连接器40可能没有适当地接合或连接至充电端口34导致管脚之间的接触不好。EVSE连接器40的管脚可能弯曲或损坏并且与充电端口34中关联的凹槽不能正确连接。低功率信号可能在连接器40、EVSE38、充电端口34内或车辆12的其它地方短路。此外，开关(130、140)可能卡在断开或闭合位置。错误状况可能是由于磨损、寿命或其它缺陷。在正常运转期间，所有信号可以提供用于连接的一致接合状态。当一个或多个信号不正确时还可以推断接合状态。
车辆控制器114的重要确定是探测EVSE连接器40何时接合到充电端口34以确定何时可以从EVSE38取用电力。该确定可以考虑比如安全和充电时间最大化之类的因素。例如，为了使有效充电最大化，如果通过可用信号可以确定连接状态则可能希望存在较少信号问题时允许充电。此外，当这些信号中的任何信号指示充电连接器40连接至车辆12时可能希望防止驾驶车辆12。
车辆控制器114可以确定EVSE38何时连接至车辆12。控制器114可以从包括开关S3(130)的状态的接近探测信号116确定连接器接合状态。当探测到接近信号116时无论开关S3(130)的状态如何控制器114可以确定EVSE连接器40是接合的。此外，当探测到高功率线路106上的电压时无论接近信号116的状态如何控制器114可以确定充电插头40是连接的。当探测到有效的先导信号120时控制器114可以探测EVSE连接器40是接合的。理论上，所有信号应该指示相同的连接状态。然而，在实践中，有可能一个或多个信号可以指示不同状态或者可能没有运转。为了使有效充电最大化并且为了防止驾驶离开，可能希望一些信号存在不确定性时允许充电。
接近探测输入导体116可以指示充电端口34和EVSE连接器40之间的接合状态。在接近探测输入116的正常运转期间，当EVSE连接器40插入充电端口34中时将探测到连接。假如接近探测输入116没有正确地运转，接近探测输入116可以指示EVSE连接器40和充电端口34之间当前接合状态的无效状态。例如，当EVSE连接器40接合在充电端口34中时由于管脚弯曲，接近探测输入116可能不改变电压。可以通过存在有效的先导控制信号120或者通过充电器32处存在AC电压106来确定充电端口34和EVSE连接器40之间的接合状态。在探测到用于接合状态的无效接近信号的事件中，控制器114可以阻止车辆的驾驶并且还可以允许牵引电池14的充电。
控制器114可以通过多种方式阻止车辆的驾驶。可以将信号通信至变速器控制器以禁止换挡来防止驾驶员将挡位换出车辆的泊车挡。可以将推进停用信号通信至发动机控制器和电机控制器以禁止发动机和电机的运转从而可以不产生推进扭矩。此外，控制器可以在显示器150上输出指示符以向驾驶员提供连接器40与充电端口34接合的反馈。
接近探测输入信号116可以基于接近输入信号116电压和开关S3(130)的状态来指示接合状态。当接近探测输入信号116的电压处于通过由电阻R4(124)和R5(126)形成的分压器定义的水平时可以探测到指示分离的状态。当电压处于电阻R4(124)以及R5(126)和R6(128)的并联组合形成的分压器定义的水平时可以探测到指示接合且开关S3(130)闭合的状态。当电压处于通过电阻R4(124)以及电阻R5(126)与电阻R6(128)和R7(132)的总和的并联组合形成的分压器定义的水平时可以探测到指示接合且开关S3(130)断开的状态。当测量的电压不接近其它电压状态中的任何者(例如接地短路或电源短路)时可以探测到不确定状态。不确定状态可以认为指示分离否则会在没有连接器实际接合时认为存在阻止驾驶车辆的永久连接。在不确定状态中，可以经由有效的先导信号120确定接合状态。不确定状态可以存储诊断代码以指示接近信号的错误状态。此外，可以从先导信号120的状态进一步确定接合状态。对于每个状态，通过接近探测输入116确定的接合状态基于不同的电压水平测量。
开关S3(130)通常集成有在充电期间固定连接器40的闭锁。充电连接器40手柄上的按钮可以释放该闭锁并断开开关S3(130)。开关S3(130)通常处于闭合位置。按压按钮通常意味着将闭锁解锁使得EVSE连接器40可以移开或插入充电端口34。当按下按钮时，开关S3(130)移动至断开位置。探测到已经压下钮则允许EVSE38和车辆12准备好开始或结束充电处理。与开关S3(130)关联的物理锁定装置可能容易磨损、损坏或其它破损。在一些状况下，当接合EVSE连接器40与充电端口34时闭锁可能没有位于正确位置并且开关S3(130)可能卡在断开位置。实践中，存在开关S3(130)卡在断开或闭合位置的可能性。由于开关S3(130)可能随时间变得不可靠，可能不希望充电系统依靠开关S3(130)来控制充电处理。当连接上并充电时，开关S3(130)断开的探测可以预期EVSE连接器40与充电端口34分离而发起充电受控关闭。
一旦探测到开关S3(130)断开，控制器114可以立刻停用来自充电器32的高电压输出144。控制器114可以允许开关S2(140)保持闭合预定时间段。在预定时间段之后，如果仍然探测到开关S3(130)断开，则可以断开开关S2(140)以禁止进一步的充电运转。如果开关S3(130)在预定时间量之前返回至闭合位置，则可以重新发起电力转换。此外，也可以监视接近输入116和先导信号120的状态。
开关S3(130)卡在断开位置的检测需要一旦插入就监视接近探测116信号。这可以在控制器114通过先导控制信号120唤醒并且探测到有效的接近输入116时探测到。接近输入116可以指示开关S3(130)处于断开位置。当EVSE连接器40接合并连接至充电端口34时，控制器114可能希望开关S3(130)处于闭合位置。控制器114可以针对接近信号116指示开关S3(130)闭合而等待预定时间量(例如10秒)。这段时间期间，可以禁止充电并且开关S2(140)可以保持断开。预定的等待时间之后，开关S2(140)可以闭合以允许开始充电。如果在等待期间接近信号116电压指示开关S3(130)已经闭合，则可以发起正常的充电顺序。
当车辆处于适当的非推进状态时控制器114可以闭合开关S2(140)。充电系统可以延迟闭合开关S2(140)直到开关S3(130)闭合以后。这可以防止EVSE接触器110的负载侧可能妨碍EVSE焊缝(weld)检查测试的高电压。当操作员执行连续的开关S3(130)动作时该条件很重要。
诊断-探测和响应
参考图2，非车载设备(38、40)可以具有阻止车辆12充电的诊断条件。车辆控制器114可以使用输入的状态来推断工况并执行诊断策略以允许充电并防止驾驶离开。可以启用特别的预防措施以确保安全充电运转并且必要时中断充电。车载控制器114可以监视EVSE输入状况并且在存在任何输入诊断代码时执行特定措施以减缓未充电(no charge)状况。例如，控制器114可以允许存在接近探测116电路诊断代码或存在开关S3(130)卡住时充电。控制器114可以仅在探测到有效控制先导信号120时报告连接器存在用于驾驶离开保护。控制器114可以提供用于快速电力转换停用的改善的连接器分离监视以安全地停止充电。
当充电器处于就绪状况时控制器114可以探测高电压电力106的突然丢失和先导信号120的丢失。一旦探测到，控制器114可以报告未就绪并且前进至关机。当存在有效的先导信号120时该事件可以恢复以执行再启动。高电压电力106的丢失自身可以不必要设置诊断代码。当接近信号116指示接合状态时控制器114可以开始探测高电压电力106和先导信号120的丢失。可以立刻中断电力转换。控制器114可以继续探测高电压电力106和先导信号120的丢失达预定时间段以去抖动该状况(例如3秒)。预定的去抖动时间之后，控制器114可以改变至未就绪状况并且执行关机。控制器114可以通过断开开关S2(140)从EVSE处理断开连接。如果高电压电力106和先导信号120在预定的去抖动时间之前返回至正常水平，则可以再启动电力转换。
可能存在的EVSE连接器40与车辆充电端口34接合但是输入指示不同接合状态的状况。先导信号120可能是有效的但是接近信号116可能指示分离状态。这种情况下，可以允许正常充电并且可以存储接近信号诊断代码用于后续的接通电源(power-on)循环。在探测到接近诊断代码之后一旦随后车辆系统启动(power-up)，控制器114可以报告之前的接近信号诊断代码。这可以建议驾驶员需要检查EVSE38可能的问题。车辆中可以提供指示符150并且控制器114可以提供输出以改变指示符的状态。指示符150可以是灯或者显示器上的状态消息。在具有相同问题的多个连续充电循环之后，可以存储永久诊断代码并且可以设置指示符150直到修复该状况。修复该状况并且按预期测量信号之后，可以从存储器清除接近信号诊断代码。
当接近信号116正确地连接而开关S3(130)断开时控制器114可以探测开关S3(130)卡住。一旦监测到有效的先导信号120或者AC输入电压106而没有探测到开关S3闭合可以探测到该状况。由于当连接器40接合在充电端口34中时开关S3(130)应该闭合，初始的接近信号电压测量应该指示闭合的开关S3(130)。可以需要该状况在指示诊断代码之前存在预定时间段以去抖动该状况并且将该状况与驾驶员保持开关130断开相区别。卡住的开关S3(130)可能不会影响充电处理，因为这可以在EVSE连接器40接合并连接至充电端口34并且接近信号116处于指示接合状态的电压水平时探测到。当探测到该状况时可以允许正常充电。此外，可以不将该状况告知驾驶员除非它已在预定数量的充电循环中发生。
控制器114可以探测当没有指令时存在高电压电力106。这可以通过监视高电压电力线路106并探测当指令开关S2(140)断开时的电压来探测。开关S2(140)断开通常意味着连接器40处不应该存在高电压电力106。此外，当没有有效的先导控制信号120和指示接合状态的接近探测输入116时不应该存在高电压电力106。控制器114可以向系统指示插头40是接合的并且可以设置诊断代码。充电系统可以关机以节省电力。
当高电压电力106应该存在时，控制器114可能探测到其并不存在。在开关S2(140)闭合之后高电压电力106应该是可用的。开关S2(140)闭合之后控制器114可以监视高电压电力线路106一段时间。如果在预定时间量内没有探测到高电压电力106，则可以设置诊断代码。当探测到该状况时充电系统可以关机。
控制器114可以探测无效的先导控制信号120。当开关S2(140)闭合并且接近输入116指示接合状态时时可以探测到无效的先导控制信号120。可以通过探测指示先导电路可能断开的零占空比来监视先导信号120的信号丢失。可以监视先导信号120较短时间以在车辆内提供电力。可以监视先导信号120以探测信号是否在操作说明书定义的正确占空比和频率范围内。可能需要在第一预定间隔存在无效信号以适当地去抖动该状况。当无效状况已经存在预定间隔时，可以中断电力转换。如果无效信号存在达到第二较长的间隔则充电系统可以关机。一旦关机，可以断开开关S2(140)并存储诊断代码。可以向驾驶员展示诊断指示150。
启动时可以探测到不正确的先导信号120。在启动状况中充电系统可能是关闭的并且较高水平的先导控制120唤醒充电器。在启动期间，断开开关S2(140)并且接近信号116可以指示接合状态。当在这些状况下探测到不正确的先导信号120时，可以不发起充电并且开关S2(140)可以保持断开。如果不正确的状况存在达到预定时间量，则可以存储诊断代码并且可以向驾驶员展示诊断指示150。
控制器114可以识别不正确的接近探测116信号。控制器114可以探测使得控制器不能确定EVSE连接器40是否与充电端口34接合的开路状况或短路状况。当充电端口34内发生电路中断时可以探测到该状况。可以探测到改变分压器网络的任何状况。可以怀疑与已知的电阻组合中的一者不对应的任何电压测量。不需要接合EVSE连接器40就可以探测到这样的状况。不接合EVSE连接器40就可以探测到不确定状态。此外，EVSE连接器40内的开路或短路状况可能影响分压器网络导致接近输入116的不确定状态。假设探测到先导信号120和高电压电力106正常运转，则控制器116可以仍然允许充电而不报告诊断代码。当探测到先导信号120和高电压电力106未连接或无效时可以存储诊断代码并且禁止充电。
无论接近输入116的状态如何控制器114都可以允许充电。当接近输入116诊断代码存在时，开关S3(130)按钮按压探测可能不可用，因为该探测是接近输入116探测的一部分。当接近输入116未按预期运转时可以需要替代的充电中断策略。当先导信号120的状态指示从接合状态改变为分离状态时可以中断电力转换。当接近输入116指示分离状态同时存在有效的先导信号120时，可以减小用于先导信号120的去抖动时间以更快地探测EVSE连接器40的移开。例如，在正常状况下，先导控制120去抖动时间可以是5秒，即如果该状态存在达到5秒则可以允许该状态改变。当接近信号116与先导控制120关于接合状态不一致时，去抖动时间可以设置为1秒。在车辆充电开始之前可以探测到不正确的接近输入116。车辆12可以基于有效的先导信号120而开始充电。当先导信号120指示分离状态时，可以中断充电处理。可以重新插入EVSE连接器40并且假如探测到适当的先导信号120可以开始再次充电。不正确的接近输入116可以存储诊断代码并且操作者可以接收不正确接近输入116的指示150。
当高电压电力106是交流电(AC)类型时，控制器114可以监视电压的频率。当先导120和接近116信号正确运转时，可以监视高电压线路106以确保存在正确的电压。先导120和接近116信号错误的优先权高于AC输入频率错误。在先导信号120存在且开关S2(140)闭合之后可以监视AC线路106预定时间。控制器114可以监视AC信号的零交叉(zero crossing)之间的时间以确定AC输入的频率。如果频率低于40Hz或高于70Hz，则错误计数器可以增加。预定数量的频率错误之后，可以存储诊断代码。频率诊断代码不一定会影响充电处理。如果先导信号120丢失并且AC频率错误，这可能指示AC电力已经丢失。这可以触发优先权高于AC频率错误的AC电力丢失设置。
充电器内部的直流-直流(DC-DC)转换器
图3显示车辆充电系统的示例示意图。充电模块32从车辆外部源接收AC输入电压106。高电压牵引电池24通过一个或多个充电接触器142连接至充电器模块32。牵引电池24通过一个或多个主接触器200连接至车辆高电压总线210。车辆高电压总线210可以包括输电和回输线路，其中输电线路可以连接至牵引电池24的正极端子而回输线路可以连接至牵引电池24的负极端子。牵引电池24还可以通过预充电接触器202和预充电电阻204连接至车辆高电压总线210。可以在闭合主接触器200之前闭合预充电接触器202以限制电路中的电流流动。主DC-DC转换器28可以连接至车辆高电压总线210。主DC-DC转换器28将高电压DC转换为与12V电池30兼容的低电压DC。辅助12V电池30和主DC-DC转换器28的低电压输出可以连接至向车辆中其它模块提供12V电压的低电压总线212。低电压总线212可以包括输电和回输线路，其中输电线路可以连接至辅助电池30的正极端子而回输线路可以连接至辅助电池30的负极端子。注意当低电压系统212不是12V(例如42V)时描述的系统同样适用。
控制器(图2中的114)可以控制接触器(142、200和202)以提供高电压电力至需要高电压电力的多个模块。在正常驱动状况下，可以闭合主接触器200以提供电力至高电压总线210。主接触器200可以是继电器控制的闭合时提供电力至高电压部件(例如逆变器、转换器、加热器等)的接触器。电力逆变器、加热模块和冷却模块可以连接至高电压总线210。充电器32可以经由一个或多个充电接触器142连接至高电压牵引电池24。在充电运转期间，可以闭合充电接触器142以允许将电力从充电器32提供至电池24。AC电压106提供至充电器32并通过充电器32转换为高电压DC。当闭合充电接触器142时，充电器32的电压输出可以提供至高电压牵引电池24。如果高电压部件必须运转，则在EVSE连接器(图1中的40)连接时可以同时启用主接触器200和充电接触器142。
将车辆连接至非车载的EVSE需要低电压12V电力来运转车辆系统。从车辆的低电压总线212汲取电力的模块可能随时间耗尽车载的辅助电池30。向主高电压DC-DC转换器28通电可以以启用额外高电压和12V负荷以及产生不必要能量损失为代价提供支持。此外，在充电期间存在减小的12V负荷状况对于较大主高电压DC-DC转换器28可能不是最佳的，这会加剧能量损失。这些损失可能导致更长的充电时间和较低的每加仑电力的里程(MPGe)评级。
充电器内部的DC-DC转换器208可以集成进充电器32模块以在充电连接器连接至车辆时直接从AC输入106支持车辆低电压总线212。这减少额外车辆系统行为的需要并产生高度优化的配置。可以适当地确定更小的充电器内部的DC-DC转换器208的尺寸并被选择用于在较轻的充电系统12V负荷状况时达到最高效率。充电器内部的DC-DC转换器208可以将来自充电模块32的高电压DC转换为与辅助12V电池30兼容的低电压DC。充电器内部的DC-DC转换器208的输出可以连接至低电压电力总线212以在充电期间向系统提供低电压电力。
在正常运转期间，主DC-DC转换器28通过主接触器200连接至高电压总线210并提供电力至辅助电池30。然而，在充电期间，可能不需要闭合主接触器200。闭合主接触器200向高电压总线210上的所有模块提供高电压。这可能导致额外的电力使用，因为可能需要启用在充电期间不是必需的部件来管理高电压。此外，在充电期间，低电压总线212的电力需求可能低于正常运转期间的电力需求。可以优化主DC-DC转换器28以较高功率输出水平提供电力并且在充电运转期间需要的较低功率水平下主DC-DC转换器28会为较低效率。在充电期间可以闭合主接触器200用于乘客舱预加热和预冷却之类的特征。
可以优化充电器内部的DC-DC转换器208以在低于主DC-DC转换器28的功率输出水平(例如300瓦特)下使电力转换效率最大化。在充电期间，可以启用充电器内部的DC-DC转换器208以提供电力至低电压总线212。这样设置的优点是在充电期间不必闭合主接触器200。此外，可以优化充电器内部的DC-DC转换器208以针对充电期间存在的工况和负荷使电力转换效率最大化。例如，可以针对延长的充电期间的运转而不是较短的驱动循环(drive cycle)的运转来设计转换器208。此外，充电侧的第二DC-DC转换器208可以减少主接触器200的磨损，因为在充电期间接触器200不必闭合。
充电器内部的DC-DC转换器208可以配置用于具有范围上与12V辅助电池30兼容的可调节电压输出。可以调节电压输出以向辅助电池30提供适当的充电水平。可以调节电压输出以防止电池30的析气问题。电压输出可以通过另一个模块确定并且被通信至充电器内部的DC-DC转换器208。充电器内部的DC-DC转换器208的运转可以独立于高电压电池24的充电。充电器内部的DC-DC转换器208可以配置用于运转而无论充电接触器142的状态如何。这提供了额外的运转模式，其中当存在AC电压106时充电器内部DC-DC转换器208可以运转以向12V电池30充电以保持低电压总线212独立于高电压电池24的充电。
充电器内部的DC-DC转换器208的运转可以是可以在高电压电池24的充电之前、期间和之后运转。系统可以延迟其它12V模块的唤醒达预定时间段以允许充电器内部的DC-DC转换器208在负荷开始之前去抖动低电压总线212。可以延迟唤醒其它模块的信号直到低电压去抖动时间段之后。例如，充电器32可以基于先导控制信号(图2中的120)而被唤醒。充电器32可以提供指示何时为了唤醒的目的向其它模块发送信号的输出。
充电器内部的DC-DC转换器208相对于单个主DC-DC转换器28提供了一些优点。连接AC电力106至充电器32不需要闭合主接触器200。这减少主接触器200由于在充电期间运转导致的磨损。此外，不从连接至高电压总线210的模块汲取额外电力，这减少了从外部电源需要的电力。
先导解锁(pilot latch out)信号和唤醒
图4显示车辆充电控制系统可以使用的用于唤醒和关机的信号的示例。先导信号320的另一个功能是向充电器提供唤醒。车载充电系统可以包含EVSE控制先导解锁部件302以允许在高电压充电等待间隔期间或者完成高电压充电事件之后充电系统使车辆消耗的电力最小化。当车辆不需要AC电力时解锁机构302阻止EVSE先导信号320启动充电系统。仅在必要时使用非车载AC电力，从而改善充电系统效率。一旦接收到车辆范围的电力保持继电器(powersustain relay，PSR)的唤醒信号300则车辆充电控制系统可以重新连接至EVSE。车载充电器处理器312可以唤醒并且重置先导控制解锁电路302。如果充电器探测到故障状况并且不能执行电力转换也可以解锁先导控制320。
先导解锁机构302可以防止先导信号320影响车辆控制器312控制的运转。先导信号320可以用于唤醒车辆控制器312。完成报告故障状况时的关闭之后当存在先导控制信号320时控制器312可以断开先导解锁302。这确保充电器在发生故障之后不会在开启状态和关闭状态之间持续循环。这也防止不必要的能量消耗以及12V电池的电量流失。
在正常使用期间，当存在并处于有效状态时先导信号320唤醒控制器微处理器312。微处理器312可以是车辆控制器(图2中的114)的一部分。当EVSE连接器接合并连接时，先导信号320的电压可以处于高水平(例如EVSE向先导电路提供12V)。转变为高水平的信号可以触发车辆充电系统以唤醒并开始充电。此外，电力保持继电器(PSR)300也可以唤醒控制器312。在钥匙接通(key-on)处理期间可以激活PSR信号300以唤醒车辆中的所有模块。PSR信号300或先导信号320可以唤醒充电器控制器312。此外，控制器312可以具有允许控制器312保持应用电力直到状况适合关闭的电源闭锁信号326。一旦确定PSR300、电源闭锁326或先导控制320信号中的一者或所有，可以闭合接触器322以连接12V电池电源324和配置用于提供电力至充电控制器312的电源314。实际实施可以是执行这三个信号的或逻辑的或函数(OR function)308或等同物。在充电期间，先导信号320可以是来自EVSE控制器的PWM信号。为了防止电源314改变状态，可以通过微处理器312确定本地电源闭锁信号326。先导信号320也可以是当输入先导信号(图1中120)存在有效行为时确定的处理版本的输入先导信号(图1中120)。
电源314可以将电力供给到向充电系统中包括微处理器312的部件提供电力的5V调节器318。一旦充电器控制器312启动并运转，可以读取并处理充电系统输入。当存在如上文描述的适当状况时，控制器312可以闭合开关S2(140)来启用EVSE接触器110以提供高电压电力106至充电器。AC输入电力106可以将电力供给到具有可以将电力供给到5V调节器318的输出的电源316。可以通过电源314、316中的一个或两个向5V调节器318供电。
特定状况下，微控制器312可能希望关闭以防止从EVSE消耗电力。为此，可以提供先导解锁机构302。先导解锁机构302中断先导信号320和控制器312的电源启用逻辑之间的连接。示例实施可以是允许控制器断开并闭合先导信号的设置-重置闭锁(SR latch)。例如，发布闭合信号304允许先导信号120通过。发布断开信号306阻止先导信号120通过。一旦控制器312发布断开信号306或闭合信号304，状态保持直到控制器312改变。在断开状况中，先导信号320不提供唤醒至控制器312。在充电期间，当先导信号320是唤醒源时，去除先导信号320允许电源314关闭。先导解锁机构302可以具有一直提供以保持正确状态的电力324。如果先导解锁电路302断开电力324，则先导解锁电路302可以默认为闭合状态以允许先导信号320的正常运转。控制器312可以监视先导信号320并且可以去除电源锁输出326以实现关闭。
为了重置先导解锁机构302，可以需要有效的PSR信号300以恢复至控制器312的电力使得可以发布闭合信号304以恢复先导信号320的正常功能。移开并再插入充电连接器可能不会恢复先导控制信号320的正常响应。响应于唤醒，控制器312可以检查PSR信号300以及先导解锁302电路的闭合304和断开306信号的状态。控制器312在确定PSR信号300之后可以确定闭合304信号以再启用正常的先导320信号功能。
一些EVSE制造商已经实施了将EVSE先导控制信号(图2中的120)设置至100％占空比的暂停模式按钮。有效地暂停充电系统，因为在暂停模式中没有剩余最大时间限制。充电器可以等待EVSE改变状态并且可以不认为暂停模式是故障状态。这段时间期间，可以从EVSE消耗电力以保持12V电池。
暂停模式中延长的等待可以导致充电器浪费来自12V系统的能量，因为可能要启动模块等待先导信号320以指示可以发起充电。充电等待间隔可以定义为从发起暂停模式起的时间段。充电器可以设计成在充电等待间隔超过预定时间量(例如24小时)之后采取措施以减缓进一步的电力消耗。预定的充电等待间隔之后，充电器可以通过发布断开信号306来中断先导信号320以关闭控制器312。这防止车辆无限期等待充电开始并减少从外部电源消耗的电力。
先导解锁302机构是位于先导输入120处进入充电器控制器的有效开关。先导解锁机构302提供了通过先导控制信号320可切换地连接充电器的方法。开关302可以是继电器类型或者可以是固态开关器件。先导解锁机构302可以集成SR闭锁功能。该电路通过中断先导信号320停止向控制器312提供电力而运转。当确定应该停止充电运转的状况时处理器312可以断开先导解锁302。一旦断开先导解锁机构302，控制器312可以断开开关S2(140)，导致EVSE断开高电压电力继电器110并相应地调节先导信号320。车辆可以进入关闭模式以使电力消耗最小化。为了恢复运转，可以通过另一个模块启用电力保持继电器(PSR)信号300。在一个示例中，先导解锁302可以实施为SR闭锁电路。可以是其它实施方式并且所公开的仅是一个示例。
当特定中断状况出现时可以(例如通过确定的断开信号306)中断先导信号320。当存在有效的先导信号320并且已经完成牵引电池的充电循环时可以中断先导信号320。当探测到阻止充电发生的充电系统状况时可以中断先导信号320。当车辆保持处于暂停模式预定时间量(例如24小时)时可以中断先导信号320。当希望延迟充电运转时可以断开先导解锁302。延迟充电运转允许用户指定特定的充电时间。延迟充电的示例可以涉及给出特定时间来控制乘客舱温度至特定温度的用户定义的乘客舱提前调节。可以将车辆插入充电器但是不会发生充电直到用户指定的时间。当等待充电时间时可能希望减少从电力设施消耗的电力。在这样的事件中，当该充电时车辆中的另一个控制器可以启用PSR信号300。
当启用电力保持继电器信号300时可以重置解锁机构302。PSR信号300唤醒控制器312使得可以闭合先导解锁机构302以允许正常运转。响应于经由PSR信号300唤醒，微处理器312可以配置用于启用至先导解锁电路302的闭合信号304。这允许先导控制信号320正常运转。响应于唤醒请求而不是先导控制320，控制器312可以通过闭合该连接而中止先导信号320的中断。当电力324与先导解锁机构302断开时可以闭合解锁机构302。可以通过当充电器连接器接合在充电端口时用于唤醒充电器的任何信号并且可以不仅限于所公开的先导控制信号而应用解锁机构302。
本发明公开的处理、方法或算法可通过包括任何现有的可编程电子控制单元或专用的电子控制单元的处理装置、控制器或计算机使用/实施。类似地，处理、方法或算法可存储为通过控制器或计算机以多种形式执行的数据和指令，包括但不限于永久存储在不可写的存储媒介(比如ROM设备)中并且可替代地信息可存储在可写的存储媒介(比如软盘、磁带、CD、RAM设备和其它的磁性和光学媒介)中。处理、方法或算法还可在可执行软件的对象中实施。可替代地，可以使用适当的硬件部件整体地或部分地实现该处理、方法或算法，比如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机(state machine)、控制器或其它硬件部件或设备，或者硬件、软件和固件部件的结合。
虽然上文描述了示例实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，并且应理解不脱离本发明的精神和范围可以作出各种改变。如上所述，可以组合多个实施例的特征以形成本发明没有明确描述或说明的进一步的实施例。尽管已经描述了多个实施例就一个或多个期望特性来说提供了优点或相较于其他实施例或现有技术应用更为优选，本领域技术人员应该认识到，取决于具体应用和实施，为了达到期望的整体系统属性可以对一个或多个特征或特性妥协。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、易于装配等。因此，描述的实施例在一个或多个特性上相对于其他实施例或现有技术应用不令人满意也未超出本发明的范围，并且这些实施例可以满足特定应用。

Claims (10)

1.一种车辆，包含：
充电器；
充电端口，包括电路，其中，所述电路被配置用于与电动车辆供电设备EVSE的先导控制和接近感应导体进行交互，以在连接时分别建立接近信号和所述充电器与EVSE之间用于控制所述充电器的先导信号，其中，接近信号指示所述充电端口与EVSE之间的接合状态或分离状态；以及
至少一个控制器，被配置用于响应于有效的先导信号以及接近信号指示所述充电端口与EVSE之间的分离状态而阻止所述车辆的驾驶。
2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，为了阻止所述车辆的驾驶，所述至少一个控制器进一步被配置用于将禁止换挡信号通信至变速器控制器，以阻止所述车辆从泊车挡换挡。
3.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，为了阻止所述车辆的驾驶，所述至少一个控制器进一步被配置用于将推进停用信号通信至动力传动系统控制器，以阻止发动机或电机的运转。
4.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个控制器进一步被配置用于响应于所述有效的先导信号以及接近信号指示所述充电端口与EVSE之间的分离状态而允许牵引电池的充电。
5.根据权利要求4所述的车辆，其特征在于，至少一个控制器进一步被配置用于响应于所述牵引电池的充电而减小所述先导信号的去抖动时间。
6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述至少一个控制器进一步被配置用于响应于所述先导信号丢失的时间高于所述去抖动时间而中断所述牵引电池的充电。
7.一种车辆，包含：
充电器；
充电端口，包括电路，其中，所述电路被配置用于与电动车辆供电设备EVSE的先导控制和接近感应导体进行交互，以在连接时分别建立接近信号和所述充电器与EVSE之间用于控制所述充电器的先导信号，，其中，接近信号指示所述充电端口与EVSE之间的接合状态或分离状态；以及
至少一个控制器，被配置用于响应于有效的先导信号以及接近信号指示所述充电端口与EVSE之间的分离状态而允许牵引电池的充电。
8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述至少一个控制器进一步被配置用于响应于所述有效的先导信号以及接近信号指示所述充电端口与EVSE之间的分离状态而阻止所述车辆的驾驶。
9.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述至少一个控制器进一步被配置用于响应于所述牵引电池的充电而减小所述先导信号的去抖动时间。
10.一种控制车辆的方法，包含：
接收接近信号，其中，接近信号指示充电端口和电动车辆供电设备EVSE之间的接合状态或分离状态；
接收充电器与EVSE之间的先导信号；以及
响应于有效的先导信号以及接近信号指示所述充电端口和EVSE之间的分离状态而启用牵引电池的充电。
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