CN104553847B - 具有第二dc-dc转换器的插电式车辆 - Google Patents

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Abstract

公开了具有第二DC‑DC转换器的插电式车辆。一种车辆包括牵引电池、辅助电池、充电器和两个DC‑DC转换器。第一DC‑DC转换器通过主接触器连接在牵引电池与辅助电池之间。第二DC‑DC转换器连接在充电器和辅助电池之间。充电器被配置为在充电器正接收电力时经由第二DC‑DC转换器对辅助电池进行充电。第二DC‑DC转换器被配置为在第一DC‑DC转换器与牵引电池断开连接时对辅助电池进行充电。第二DC‑DC转换器可独立于充电器对牵引电池进行充电而对辅助电池进行充电。第二DC‑DC转换器可被配置为在与对辅助电池进行充电相关联的电力输出的范围内在总体上使电力转换效率最大化。

Description

具有第二DC-DC转换器的插电式车辆
技术领域
本申请涉及在连接到电动车供电设备时向辅助电池供电。
背景技术
电动车和插电式电动车需要到外部充电装置的接口。为了在车辆制造商和充电站制造商当中促进接口标准化，已开发了工业标准。一个这样的标准是SAE电动车和插电式混合动力电动车传导充电耦合器(J1772)标准。J1772标准对充电耦合器和将能量传送到车辆所需的相关协议进行了定义。所述标准定义了鼓励所有车辆制造商和充电站制造商遵循的通用接口。
插电式混合动力车辆或电动车连接到电动车供电设备(EVSE)以对牵引电池进行充电。通过接触器可切换地连接到牵引电池的DC-DC转换器在充电期间向辅助电池供电。为了向辅助电池供电，必须向高电压总线提供牵引电池的电压。
发明内容
一种车辆包括：牵引电池；辅助电池；充电器；第一DC-DC转换器，与辅助电池电连接，并被配置为与牵引电池选择性地电连接。车辆还包括：第二DC-DC转换器，电连接在辅助电池与充电器之间，其中，充电器被配置为在充电器正接收电力并且第一DC-DC转换器与牵引电池断开连接时经由第二DC-DC转换器对辅助电池进行充电。充电器还可被配置为与牵引电池选择性地电连接。充电器还可被配置为在充电器与牵引电池断开连接时经由第二DC-DC转换器对辅助电池进行充电。充电器还可被配置为在充电器与牵引电池连接并且第一DC-DC转换器连接到牵引电池时向第一DC-DC转换器供电。充电器还可被配置为调整第二DC-DC转换器的电压输出电平。充电器还可被配置为在使连接到辅助电池的电负载通电之前经由第二DC-DC转换器对辅助电池进行充电预定时间量。第二DC-DC转换器可被配置为在与对辅助电池进行充电相关联的电力输出的范围内在总体上使电力转换效率最大化。
一种车辆包括：充电器；第一DC-DC转换器，通过主接触器可切换地连接到牵引电池，与辅助电池电连接，并被配置为在主接触器闭合时对辅助电池进行充电。车辆还包括：第二DC-DC转换器，电连接在辅助电池和充电器之间，被配置为在主接触器断开并且充电器正接收电力时对辅助电池进行充电。充电器可通过次接触器可切换地连接到牵引电池。第二DC-DC转换器还可被配置为在次接触器断开时对辅助电池进行充电。主接触器可被配置为在存在车舱预调节请求的情况下在充电器可切换地连接到牵引电池时闭合。第二DC-DC转换器可被配置为在与对辅助电池进行充电相关联的电力输出的范围内在总体上使电力转换效率最大化。
一种对辅助电池进行充电的方法包括：响应于电动车供电设备(EVSE)连接到车辆充电端口以向车载充电器供电，在第一DC-DC转换器没有可切换地连接到牵引电池的情况下，由至少一个控制器操作电连接在辅助电池与车载充电器之间的第二DC-DC转换器对辅助电池进行充电。操作第二DC-DC转换器的步骤可包括：调节第二DC-DC转换器的电压输出电平。操作第二DC-DC转换器的步骤可包括：在激活连接到辅助电池的电负载之前对辅助电池进行充电预定时间量。所述方法还可包括：当第一DC-DC转换器可切换地连接到牵引电池时，操作第一DC-DC转换器对辅助电池进行充电。所述方法还可包括：当车载充电器没有可切换地连接到牵引电池时，操作第二DC-DC转换器对辅助电池进行充电。
附图说明
图1是示出一般的传动系和能量存储组件的插电式混合动力电动车的示图。
图2是示出车辆与EVSE之间的一般的连接接口的示图。
图3是示出车辆高电压和低电压充电系统的配置的示例的示图。
图4是示出使用先导信号输入的启动电路的示例的示图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应理解的是，公开的实施例仅仅是示例，其它实施例可采用各种替代形式。附图无需按比例绘制；可夸大或缩小一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式采用本发明的代表性基础。本领域普通技术人员将理解，参照附图中的任何一张附图所示出和描述的各种特征可与在一张或更多张其它附图中示出的特征进行组合，以生成未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供针对一般应用的代表性实施例。然而，对于特定应用和实现，可期望与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改。
图1示出一般的插电式混合动力电动车(HEV)。一般的插电式混合动力电动车12可包括：一个或更多个电机14，机械连接到混合动力变速器16。电机14能够作为电动机或发电机而进行操作。另外，混合动力变速器16机械连接到引擎18。混合动力变速器16还机械连接到驱动轴20，其中，驱动轴20机械连接到车轮22。当引擎18开启时，电机14可提供推进能力，当引擎18关闭时，电机14可提供减速能力。电机14还充当发电机，并可通过回收在摩擦制动系统中通常会作为热量损失掉的能量来提供燃料经济效益。由于混合动力电动车12可在某些条件下在电动模式下操作，因此电机14还可减少污染物排放。
牵引电池或电池组24存储可由电机14使用的能量。车辆电池组24通常提供高电压DC输出。电池组24电连接到一个或更多个电力电子模块26。电力电子模块26还电连接到电机14，并能够在电池组24与电机14之间双向地传送能量。例如，一般的电池组24可提供DC电压，而电机14可能需要三相AC电流来运转。电力电子模块26可将DC电压转换为电机14所需的三相AC电流。在再生模式下，电力电子模块26可将来自充当发电机的电机14的三相AC电流转换为电池组24所需的DC电压。这里的描述可同样应用于纯电动车。对于纯电动车而言，混合动力变速器16可以是连接到电机14的变速箱，并且引擎18可不存在。
除了提供推进能量以外，电池组24可为其它车辆电系统提供能量。一般的系统可包括：DC/DC转换器模块28，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。其它高电压负载(诸如，压缩机和电加热器)可直接连接到高电压而无需使用DC/DC转换器模块28。在一般的车辆中，低电压系统电连接到12V辅助电池30。
车辆12可以是电动车或插电式混合动力车辆，在所述车辆中，可通过外部电源36对电池组24进行再充电。外部电源36可以是到电源插座的连接。外部电源36可电连接到电动车供电设备(EVSE)38。EVSE 38可提供用于规范和管理电源36与车辆12之间的能量传送的电路和控制。外部电源36可向EVSE 38提供DC或AC电力。EVSE 38可具有用于插入车辆12的充电端口34的充电连接器40。充电端口34可以是被配置为将电力从EVSE 38传输到车辆12的任何类型的端口。充电端口34可电连接到充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块可调节从EVSE 38供应的电力，以向电池组24提供适合的电压电平和电流电平。电力转换模块32可与EVSE 38进行交互，以协调对车辆的电力传送。EVSE连接器40可具有与充电端口34的相应凹槽匹配的管脚。
EVSE 38可被设计为向车辆12提供AC或DC电力。连接器40和充电协议可能在AC式EVSE 38与DC式EVSE 38之间存在差异。提供DC电力会需要与AC连接不同的安全措施。EVSE38还可被设计为提供这两种类型的电力。EVSE 38能够提供不同电平的AC电压或DC电压。
所讨论的各种组件可具有：一个或更多个相关联的控制器，用于控制并监视组件的操作。控制器可经由串行总线(例如，控制器区域网络(CAN))或者经由分离的导体(conductor)进行通信。
图2示出根据J1772标准的充电系统的概要(high-level)图。车辆12可具有：车载电力转换或充电器模块32，将EVSE 38所提供的电压转换为与电池24兼容的电压。EVSE 38可提供AC电压，而电池24需要DC电压。车载充电器32可将AC电压转换为电池24所需的DC电压。可由车辆12中的一个或更多个控制器114以及EVSE 38中的一个或更多个控制器112对所述操作进行控制。在电池24和充电器32之间，可存在一个或更多个接触器142。充电接触器142可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。当不对牵引电池进行充电时，充电接触器142可使电池24与充电器32绝缘。当需要连接到充电器输出线路144时，接触器142可闭合，以使电池24连接到充电器32。可通过由一个或更多个控制器114驱动的控制信号152来断开和闭合接触器142。接触器142可利用继电器式接触器或固态器件来实现所述功能。当充电连接器40没有附接到充电端口34时，接触器142可断开。
EVSE连接器40连接到车辆充电端口34。J1772标准定义了所述连接的物理属性和操作属性。EVSE 38可向车辆12提供一条或更多条高功率线路(high-power line)106。高功率线路106可提供高电压线路和回输路径来完成电路。EVSE 38能够根据需要使AC输入电力108连接到和不连接到高功率线路106。EVSE 38可具有用于选择性地使高功率线路106连接到AC输入电源108的接触器110。可通过由EVSE控制器112驱动的控制信号154来断开和闭合EVSE接触器110。接触器110可利用继电器式接触器或固态器件来实现所述功能。控制信号154可驱动继电器线圈来控制继电器。
除了高功率线路106以外，EVSE 38可经由多条信号线路(116、120)与车辆12进行交互，以帮助控制充电处理。所述信号线路是在EVSE 38的控制模块112与车辆12中的控制器114之间提供接口的低功率信号。EVSE控制电路112可包括：微处理器系统，能够处理输入值并在合适的情况下产生输出信号。控制器(114、112)可包括：合适的模拟到数字转换电路，用于测量信号的电压电平。
可监视信号以确定EVSE连接器40是否连接到充电端口34。对连接进行检测是重要的，因为这可提供能够充电的指示，并且还用于防止驾驶者在EVSE连接器40附接到车辆12时驾车离开。接近信号116可被定义为指示充电端口34与EVSE连接器40之间的接合状态。控制器114所测量的接近输入116的电压可基于电路中的各种电阻的配置而改变。
除了信号连接以外，EVSE连接器40可提供接地连接118。接地连接118可提供到EVSE 38的接地点146的路径。相应的车辆充电端口34连接可连接到车辆12的接地连接148。当EVSE连接器40被插入充电端口34时，EVSE接地146和车辆接地148可处于公共电平。公共接地146使得两个控制器确定信号线路(120、116)上的电压的电平相同。
在控制器114输入的接近检测输入116的电压随着分压器网络的函数而改变，其中，分压器网络的函数由EVSE连接器40和车辆充电端口34中的电阻值创建。在未连接情况下，接近信号116的电压可以是由电阻R4 124和电阻R5 126形成的分压器电路的相对于车辆接地148的结果。在控制器114处测量的接近电压可以是5V×(R5/(R5+R4))。在该电平的电压可指示充电端口34与EVSE 38之间的分离。
当EVSE连接器40被安装在充电端口34中并且管脚已接触时，电阻R6128和电阻R7132可与电阻R5 126并联。这改变了分压器网络，并改变了在接近检测输入116处测量的电压。EVSE连接器40可具有用于操作开关S3 130的按钮或闭锁(latch)。当插入或移除EVSE连接器40时，按钮或闭锁可改变开关S3 130的状态。如果开关S3 130断开，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。在每种情况下，由控制器114测量的电压的电平将改变。通过测量接近检测管脚116的电压，车辆控制器114可确定EVSE连接器40是否附接以及开关S3 130的状态。简而言之，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可读取不同的电压值。
可存在控制先导信号120。SAE标准定义了控制先导信号120的行为。先导信号120用于控制充电处理。期望车辆12和EVSE 38监视先导信号120，并根据信号的状态进行响应。EVSE控制器112可根据充电状态使先导信号120连接到+12V、-12V的输出值或PWM输出。当EVSE连接器40与充电端口34分离时，EVSE控制器112可使先导信号120管脚连接到+12V。当连接器40与充电端口34分离时，由于先导信号120通过电阻R3 138连接到车辆接地148，因此车辆控制器114可测量到接近零伏的值。车辆控制器114所测量的接近零伏的先导信号120可指示EVSE连接器40与充电端口34之间的分离状态，并且可表示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，则从EVSE控制器112产生的+12V可被提供给车辆先导信号电路。当连接器40接合并连接到充电端口34时，由电阻R1 134和电阻R3 138形成的分压器可定义相对于接地146的在连接器处的先导信号120电压。产生的电压可向车辆控制器114和EVSE控制器112指示连接器40连接到充电端口34，并且表示有效的先导信号120。在正常情况下，接近检测信号116可指示相同的接合状态。
响应于连接被建立，车辆控制器114可闭合开关S2 140，这使电阻R2 136与电阻R3138并联。开关S2 140通常可断开。车辆控制器114可经由控制信号158控制开关S2 140。开关S2 140可以是继电器或固态开关器件。如果确定车辆12准备好从EVSE 38接受能量，则车辆控制器114应闭合开关S2 140。闭合开关S2 140的条件可以是车辆处于合适的非推进状态。所述条件可包括车辆处于停车状况或者车辆速度为零。闭合开关S2 140通过使电阻R2136与电阻R3 138并联来改变由R1 134和R3 138形成的分压器，并且先导信号120的电压电平可被改变。控制器(112、114)可监视控制先导信号120电压电平，以基于电压测量来确定先导信号120的当前状态。
一旦确定车辆12准备好从EVSE 38接受能量，则EVSE控制器112可向先导线路120提供具有定义的频率的PWM信号。PWM信号的占空比可与EVSE 38能够提供的电流量成比例。当PWM信号的频率和占空比在预定义范围内时，先导信号120可被认为是有效的。一旦车辆12准备好从EVSE 38接受能量，则用于向车辆12提供电力的接触器110可闭合。J1772标准定义了信号状态改变的时序和握手。
作为诊断功能的一部分，车辆12可监视高功率线路106和低功率信号线路116、120。当检测到所述线路中的一条线路中的错误状况时，可停止充电。对于低功率信号而言，存在多种错误源。EVSE连接器40可能没有正确地接合或连接到充电端口34，导致管脚之间接触不良。EVSE连接器40的管脚可能被弯曲或损坏，并无法与充电端口34中的相关联的凹槽正确地连接。低功率信号可能在连接器40、EVSE 38、充电端口34或车辆12中的其它地方短路。另外，开关(130、140)可能卡在断开或闭合位置。错误状况可能由于磨损、老化或其它缺陷而发生。在正常操作期间，所有信号可提供针对连接的稳定的接合状态。当一个或更多个信号不正确时，仍然可能推断出接合状态。
车辆控制器114的重要决策在于检测EVSE连接器40何时接合在充电端口34中，以确定何时可从EVSE 38取用电力。所述决策可考虑诸如安全和充电时间最大化的因素。例如，为使充电可用性最大化，可期望在可利用可用信号来确认连接状态的情况下，允许在存在轻微的信号问题的情况下进行充电。另外，可期望防止在任何信号意向(appear to)指示充电连接器40附接到车辆12时驾驶车辆12。
车辆控制器114可确定EVSE 38何时连接到车辆12。控制器114可从包括开关S3130的状态的接近检测信号116确定连接器接合状态。当接近信号116被检测到时，无论开关S3 130的状态如何，控制器114可确定EVSE连接器40是接合的。另外，当高功率线路106上的电压被检测到时，无论接近信号116的状态如何，控制器114可确定充电插头40是连接的。当有效先导信号120被检测到时，控制器可检测EVSE连接器40是接合的。理想地，所有信号将指示相同的连接状态。然而，在实践中，有可能一个或更多个信号会指示不同状态或者所述信号可能是不工作的。为了使充电可用性最大化并防止驾车离开，可期望允许在一些信号存在不确定性的情况下进行充电。
接近检测输入导体116可指示充电端口34与EVSE连接器40之间的接合状态。在接近检测输入116的正常操作期间，当EVSE连接器40被插入充电端口34中时，连接将被检测到。如果接近检测输入116未正确运转，则接近检测输入116可指示针对EVSE连接器40与充电端口34之间的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，接近检测输入116可能由于弯曲的管脚而不改变电压。可通过有效控制先导信号120的存在或在充电器32处的AC电压106的存在，确认充电端口34与EVSE连接器40之间的接合状态。在检测到针对接合状态的无效接近信号的情况下，控制器114可阻止车辆的驾驶，并可允许对牵引电池14的充电。
控制器114可通过多种方式来阻止车辆的驾驶。可向变速器控制器传输用于禁止换挡的信号，以阻止驾驶者将车辆的档位换到停车挡以外的档位。可向引擎控制器和电机控制器传输用于禁止引擎和电机的操作的推进禁用信号，从而不能产生推进扭矩。另外，控制器可在显示器150上输出指示符，以向驾驶者提供连接器40与充电端口34接合的反馈。
接近检测输入信号116可基于接近输入信号116的电压和开关S3 130的状态来指示接合状态。当接近检测输入信号116的电压处于由电阻R4 124和电阻R5 126形成的分压器所定义的电平时，可检测到指示分离的状态。当电压处于由电阻R4 124以及电阻R5 126和电阻R6 128的并联组合形成的分压器所定义的电平时，可检测到指示接合且开关S3 130闭合的状态。当电压处于由电阻R4 124以及电阻R5 126与电阻R6 128和电阻R7 132的和并联的并联组合形成的分压器所定义的电平时，可检测到指示接合且开关S3 130断开的状态。当测量到的电压不接近任何其它电压状态(例如，接地短路或电源短路)时，可检测到无法确定的状态。无法确定的状态可被认为指示分离，否则会在实际上没有连接器接合时认为存在可阻止车辆的驾驶的永久连接。在无法确定的状态下，可经由有效的控制先导信号120来确认接合的状态。无法确定的状态可存储用于指示接近信号的错误状态的诊断代码。另外，可从先导信号120的状态进一步确认接合状态。对于每个状态，由接近检测输入116确定的接合状态基于不同的电压电平测量。
开关S3 130通常集成有在充电期间固定EVSE连接器40的闭锁。充电连接器40手柄上的按钮可释放该闭锁并断开开关S3 130。开关S3 130通常处于闭合位置。按压开关S3130通常意味着：闭锁被解锁，使得EVSE连接器40可被从充电端口34移除或者被插入充电端口34。当按钮被按压时，开关S3 130移到断开位置。检测到开关S3 130已被按压使得EVSE38和车辆12准备好开始或结束充电处理。与开关S3 130相关联的物理闭锁装置会容易发生磨损、破损或其它损坏。在一些情况下，当使EVSE连接器40与充电端口34接合时，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。在实践中，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会随着时间的推移而变得不可靠，因此会不希望充电系统依靠开关S3130来控制充电处理。当连接上并充电时，检测到开关S3 130断开可通过预期到EVSE连接器40与充电端口34分离而启动充电的受控关闭。
当检测到开关S3 130断开时，则控制器114可立即禁用来自充电器32的高电压输出144。控制器114可允许开关S2 140在一段预定时间内保持断开。在一段预定时间之后，如果仍检测到开关S3 130断开，则可断开开关S2140以禁止进一步的充电操作。如果开关S3130在预定时间量之前回到闭合位置，则可重启电力转换。另外，还可监视接近输入116和先导信号120的状态。
开关S3 130卡在断开的检测可能需要在插入时监视接近检测116信号。可在控制器114通过控制先导信号120唤醒并且有效的接近输入116被检测到时检测开关S3 130卡在断开。接近输入116可指示开关S3 130处于断开位置。当EVSE连接器40被接合并连接到充电端口34时，控制器114可预期开关S3 130处于闭合位置。控制器114可针对接近信号116电压指示开关S3130闭合而等待预定时间量(例如10秒)。在这段时间期间，可禁止充电，并且开关S2 140可保持断开。在预定的等待时间之后，可闭合开关S2 140以允许充电开始。如果在等待期间接近信号116电压指示开关S3 130已闭合，则可启动正常的充电顺序。
当车辆处于正确的非推进状态时，控制器114可闭合开关S2 140。充电系统可延迟闭合开关S2 140，直到开关S3 130闭合之后为止。这可防止EVSE接触器110的负载侧的高电压，其中，所述高电压会干扰EVSE焊接检查测试(weld check testing)。当操作员执行连续的开关S3 130行为时，这种条件是重要的。
诊断-检测和响应
参照图2，非车载设备(38、40)可具有阻止车辆12充电的诊断条件。车辆控制器114可使用输入的状态来推断操作状况，并且执行诊断策略以允许充电并防止驾车离开。可激活特别的预防措施，以确保安全充电操作并在必要时中断充电。车载控制器114可监视EVSE输入状况，并在存在任何输入诊断代码的情况下执行特定措施以减轻不进行充电的状况。例如，控制器114可允许在存在接近检测116电路诊断代码或者开关S3 130卡住的情况下进行充电。控制器114可仅在有效的控制先导信号120被检测到的情况下，报告连接器存在以进行驾车离开保护。控制器114可提供用于快速电力转换禁用的增强的连接器断开监视，以安全地停止充电。
控制器114可在充电器处于就绪状况时，检测高电压电力106的突然丢失和先导信号120的丢失。当检测到时，控制器114可报告未就绪并进行至关闭。当存在用于有效的先导信号120时，可恢复所述事件以执行重新启动。高电压电力106的丢失自身不一定会设置诊断代码。控制器114可最初在接近信号116指示接合状态时，检测到高电压电力106和先导信号120的丢失。电力转换可被立即中断。控制器114可继续在一段预定时间(例如3秒)内检测高电压电力106和先导信号120的丢失，以防止状况反跳。在预定的防反跳时间之后，控制器114可改为未就绪状况并执行关闭。控制器114可通过断开开关S2 140而从EVSE处理断开。如果高电压电力106和先导信号120在预定的防反跳时间之前回到正常电平，则可重启电力转换。
可能存在EVSE连接器40与车辆充电端口34接合，但是输入指示不同的接合状态的状况。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。在这种情况下，可允许正常充电，并且接近信号诊断代码可被存储以用于后续的通电周期。当在检测到接近诊断代码之后的下一车辆系统启动时，控制器114可报告先前的接近信号诊断代码。这可向驾驶者建议需要针对可能的问题对EVSE 38进行检查。指示符150可存在于车辆中，并且控制器114可提供用于改变指示符的状态的输出。指示符150可以是灯或显示器上的状态消息。在具有相同问题的多个连续的充电周期之后，永久的诊断代码可被存储并且指示符150可被设置，直到所述状况被修复为止。在所述状况被修复并且信号如预期地被测量之后，接近信号诊断代码可从存储器被消除。
当接近信号116被正确地连接而开关S3 130断开时，控制器114可检测开关S3 130卡住。当观察到有效的先导信号120或AC输入电压106而未检测到开关S3闭合时，所述状况可被检测到。由于当连接器40被接合在充电端口34中时开关S3 130应闭合，因此初始的接近信号电压测量应指示开关S3 130闭合。在诊断代码被指示之前可需要所述状况存在一段预定时间，从而防止所述状况反跳并且将所述状况与操作者保持开关130断开的状态进行区别。卡住的开关S3 130不会影响充电处理，因为这可在EVSE连接器40被接合并连接到充电端口34并且接近信号116处于指示接合状态的电压电平时被检测到。可在所述状况被检测到时允许正常充电。另外，可不将所述状况告知操作者，除非所述状况已在预定数量的充电周期中发生。
控制器114可在未被命令时检测存在高电压电力106。这可通过监视高电压电力线路106并检测当开关S2 140被命令断开时的电压来进行检测。开关S2 140断开通常表示在连接器40处不应该存在高电压电力106。另外，在没有有效的控制先导信号120和指示接合状态的接近检测输入116的情况下，不应该存在高电压电力106。控制器114可向系统指示插头40被接合并可设置诊断代码。充电系统可关闭以节省电力。
当高电压电力106应存在时，控制器114可能检测到其并不存在。在开关S2 140闭合之后，高电压电力106应该是可用的。在开关S2 140闭合之后，控制器114可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检测到高电压电力106，则可设置诊断代码。当检测到所述状况时，充电系统可关闭。
控制器114可检测无效的控制先导信号120。可能在开关S2 140闭合并且接近输入116指示接合状态时，检测到无效的控制先导信号120。可通过检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。可监视先导信号120较短时间以在车辆内提供电力。可监视先导信号120以检测信号是否在正确工作周期和操作说明书所定义的频率范围内。可能需要无效信号存在超过第一预定间隔以合适地防止状况反跳。当无效状况已存在预定间隔时，可中断电力转换。如果无效信号存在了第二较长间隔，则充电系统可关闭。当关闭时，开关S2 140可被断开，并且诊断代码可被存储。可向驾驶者呈现诊断指示150。
可能在启动时检测到不正确的先导信号120。在启动情况下，充电系统可关闭，并且控制先导120的高电平唤醒充电器。在启动期间，开关S2 140断开，并且接近信号116可指示接合状态。当在这些情况下检测到不正确的先导信号120时，充电不会被启动，并且开关S2 140会保持断开。如果不正确的状况存在预定时间量，则可存储诊断代码并且可向操作者呈现诊断指示150。
控制器114可识别不正确的接近检测116信号。控制器114可检测导致控制器无法确定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。可在充电端口34内发生电路中断时检测到所述状况。可检测到改变分压器网络的任何状况。任何与已知的电阻器组合之一不对应的电压测量会受到怀疑。可在没有接合EVSE连接器40的情况下检测到这样的状况。可在没有接合EVSE连接器40的情况下检测到无法确定的状态。另外，EVSE连接器40内的开路或短路状况会影响分压器网络，导致接近输入116的无法确定的状态。假设检测到先导信号120和高电压电力106正常运转，则控制器116可仍然允许充电而不报告诊断代码。当检测到先导信号120和高电压电力106未连接或无效时，可存储诊断代码并禁止充电。
无论接近输入116的状态如何，控制器114都可允许充电。当接近输入116诊断代码存在时，开关S3 130按钮按压检测会不可用，因为这作为接近输入116检测的一部分被检测。当接近输入116没有如预期那样运转时，可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，可中断电力转换。当接近输入116指示分离状态且存在有效的先导信号120时，可减小先导信号120的防反跳时间，以允许更快地检测EVSE连接器40的移除。例如，在正常情况下，控制先导120防反跳时间可以是5秒，也就是说，如果该状态存在5秒，则可允许该状态改变。当接近信号116关于接合状态与控制先导信号120不一致时，防反跳时间可被设置为1秒。可在车辆充电开始之前检测到不正确的接近输入116。车辆12可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，可中断充电处理。可重新插入EVSE连接器40，并且假如检测到适当的先导信号120则可开始再次充电。不正确的接近输入116可存储诊断代码，并且操作者可接收不正确的接近输入116的指示150。
当高电压电力106是交流电(AC)类型时，控制器114可监视电压的频率。当先导信号120和接近信号116正确运转时，可监视高电压线路106以确保存在正确的电压。先导信号120和接近信号116错误的优先权可高于AC输入频率错误。在先导信号120存在并且开关S2140闭合之后，可监视AC线路106预定时间。控制器114可监视AC信号的零交叉(zerocrossing)之间的时间，以确定AC输入的频率。如果频率低于40Hz或者高于70Hz，则错误计数器可增加。在预定数量的频率错误之后，可存储诊断代码。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，则这可指示AC电力已丢失。这可触发优先权高于AC频率错误的AC电力丢失的设置。
充电器内部的DC-DC转换器
图3示出车辆充电系统的示图的示例。充电器模块32从车辆外部源接收AC输入电压106。高电压牵引电池24通过一个或更多个充电接触器142连接到充电器模块32。牵引电池24还通过一个或更多个主接触器200连接到车辆高电压总线210。车辆高电压总线210可包括输电线路和回输线路，其中，输电线路可连接到牵引电池24的正极端子，而回输线路可连接到牵引电池24的负极端子。牵引电池24还可通过预充电接触器202和预充电电阻器204连接到车辆高电压总线210。可在闭合主接触器200之前闭合预充电接触器202，从而限制电路中流过的电流。主DC-DC转换器28可连接到车辆高电压总线210。主DC-DC转换器28可将高电压DC转换为与12V电池30兼容的低电压DC。12V辅助电池30和主DC-DC转换器28的低电压输出可连接到向车辆中的其它模块提供12V电力的低电压总线212。低电压总线212可包括输电线路和回输线路，其中，输电线路可连接到辅助电池30的正极端子，而回输线路可连接到辅助电池30的负极端子。应注意的是，所描述的系统可同样应用于低电压系统212不是12V时(例如42V)。
控制器(图2中的114)可控制接触器(142、200和202)向需要高电压电力的多个模块提供高电压电力。在正常驱动的情况下，可闭合主接触器200来向高电压总线210提供电力。主接触器200可以是用于闭合以向高电压组件(例如逆变器、转换器、加热器等)提供电力的继电器控制的接触器。电力逆变器、加热模块和冷却模块可连接到高电压总线210。充电器32可经由一个或更多个充电接触器142连接到高电压牵引电池24。在充电操作期间，可闭合充电接触器142来允许电力从充电器32供应给电池24。AC电压106可被供应给充电器32，并通过充电器32被转换为高电压DC。当充电接触器142闭合时，充电器32的电压输出可被供应给高电压牵引电池24。如果高电压组件必须在EVSE连接器(图1中的40)被附接时进行操作，则可同时启用主接触器200和充电接触器142。
将车辆连接到非车载的EVSE需要低电压12V电力来操作车辆系统。从车辆的低电压总线212汲取电力的模块会随时间推移而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的高电压和12V负载以及产生不必要的能量损失为代价提供支持。另外，对于较大主高电压DC-DC转换器28而言，在充电期间存在减小的12V负载状况不会是优选，这会加剧能量损失。这些损失会导致较长的充电时间和较低的电力每加仑英里数(MPGe)评级。
可将充电器内部的DC-DC转换器208与充电器32模块进行集成，以在充电连接器被附接到车辆时直接从AC输入106支持车辆低电压总线212。这降低额外的车辆系统行为的需要并产生高度优化的配置。较小的充电器内部的DC-DC转换器208可以采用合适的尺寸，并被选择用于在较轻的充电系统12V负载状况下达到最高效率。充电器内部的DC-DC转换器208可将来自充电器模块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的输出可被连接到低电压电力总线212，以在充电期间向系统提供低电压电力。
在正常操作期间，主DC-DC转换器28通过主接触器200连接到高电压总线210，并向辅助电池30提供电力。然而，在充电期间，可无需闭合主接触器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。这会导致额外的电力使用，因为可能需要启用在充电期间非必需的组件来管理高电压。另外，在充电期间，低电压总线212的电力需求会低于正常操作期间的电力需求。可对主DC-DC转换器28进行优化，从而以较高功率输出电平提供电力，并且在充电操作期间所需的较低功率电平下，主DC-DC转换器28会较低效。在充电期间可闭合主接触器200，以用于诸如车舱预加热和预冷却的特征。
可对充电器内部的DC-DC转换器208进行优化，从而在低于主DC-DC转换器28的功率输出电平(例如300瓦特)下使电力转换效率最大化。在充电期间，可激活充电器内部的DC-DC转换器208来向低电压总线212供电。所述设置的优点是在充电期间主接触器200无需闭合。另外，可对充电器内部的DC-DC转换器208进行优化，从而使针对操作状况的电力转换效率和在充电期间存在的负载最大化。例如，可针对在延长的充电时间段期间的操作而不是较短的驱动周期(drive cycle)期间的操作来设计转换器208。另外，充电侧的第二DC-DC转换器208可减少主接触器200的磨损，因为主接触器200无需在充电期间闭合。
充电器内部的DC-DC转换器208可被配置为具有在范围上与12V辅助电池30兼容的可调节电压输出。电压输出可被调节以向辅助电池30提供合适的充电电平。电压输出可被调节以防止电池30的析气(gassing)问题。电压输出可由另一个模块确定，并被传输到充电器内部的DC-DC转换器208。充电器内部的DC-DC转换器208可独立于高电压电池24的充电而操作。充电器内部的DC-DC转换器208可被配置为在不考虑充电接触器142的状态的情况下进行操作。这提供了额外的操作模式，在该操作模式下，充电器内部DC-DC转换器208可在存在AC电压106时进行操作以向12V电池30充电，从而保持低电压总线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的操作可在高电压电池24的充电之前、期间和之后操作。系统可使其它12V模块的唤醒延迟一段预定时间，以允许充电器内部的DC-DC转换器208在负载开始之前稳定低电压总线212。用于唤醒其它模块的信号可被延迟，直到低电压稳定期之后为止。例如，充电器32可基于控制先导信号(图2中的120)而被唤醒。充电器32可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。将AC电力106连接到充电器32不需要主接触器200闭合。这减少主接触器200由于在充电期间进行操作而导致的磨损。另外，不从连接到高电压总线210的模块汲取额外电力，这减少了向外部电源要求的电力。
先导解锁(pilot latch out)信号和唤醒
图4示出车辆充电控制系统可使用的用于唤醒和关闭的信号的示例。先导信号320的另一个功能是向充电器提供唤醒。车载充电系统可包含EVSE控制先导解锁部件302，用于允许充电系统在高电压充电等待间隔期间或者在高电压充电事件完成之后使车辆所消耗的电力最小化。当车辆不需要AC电力时，解锁结构302阻止EVSE先导信号320使充电系统通电。仅在必要时使用非车载AC电力，从而增加充电系统效率。当接收到车辆范围内的电力保持继电器(power sustain relay，PSR)唤醒信号300时，车辆充电控制系统可重新连接到EVSE。车载充电器处理器312可唤醒并重置控制先导解锁电路302。在充电器检测到故障状况并且无法执行电力转换的情况下，控制先导信号320也可被解锁。
先导解锁结构302可防止先导信号320影响由车辆控制器312指示的操作。先导信号320可用于唤醒车辆控制器312。在完成报告故障状况时的关闭之后，当存在控制先导信号320时，控制器312可断开先导解锁302。这确保在发生故障之后，充电器不会在开启状态和关闭状态之间持续循环。这还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连接器被接合并连接时，先导信号320电压可处于高电平(例如，EVSE向先导电路提供12V)。转变为高电平的信号可触发车辆充电系统，使其被唤醒并开始充电。另外，电力保持继电器(PSR)信号300也可唤醒控制器312。在点火(key-on)过程期间，可激活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可唤醒充电器控制器312。另外，控制器312可具有供电闭锁信号326，其中，供电闭锁信号326允许控制器312保持通电直到状况适合关闭为止。当PSR信号300、供电闭锁信号326或控制先导信号320中的一个信号或所有信号被确认时，可闭合接触器322以使12V电池电源324连接到供电(PWS)314，其中，供电314被配置为向充电控制器312提供电力。实际的实施方式可以是执行所述三个信号的逻辑或的或函数(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。为了防止供电314改变状态，可由微处理器312确认本地供电闭锁信号326。先导信号320也可以是在输入先导信号(图1中120)存在有效行为时确认的处理后版本的输入先导信号(图1中120)。
供电314可将电力供给到5V稳压器(regulator)318，其中，5V稳压器向充电系统中的包括微处理器312的组件供电。一旦充电器控制器312通电并操作，则充电系统输入可被读取并被处理。当存在如前所述的合适状况时，控制器312可闭合开关S2 140来激活EVSE接触器110，以向充电器提供高电压电力106。AC输入电力106可将电力供给到供电316，其中，供电316具有可将电力供给到5V稳压器318的输出。可由供电314、供电316之一或两者向5V稳压器318供电。
在特定情况下，微控制器312会希望关闭以防止从EVSE消耗电力。为此，可提供先导解锁结构302。先导解锁结构302中断先导信号320与控制器312的供电激活逻辑之间的连接。示例实施方式可以是允许控制器断开和闭合先导信号的SR闭锁。例如，发出闭合信号304允许先导信号120通过。发出断开信号306阻止先导信号120通过。一旦控制器312发出断开信号306或闭合信号304，则所述状态被保持直到被控制器312改变为止。在断开情况下，先导信号320将不向控制器312提供唤醒。在充电期间，当先导信号320是唤醒源时，去除先导信号320允许供电314关闭。先导解锁结构302可具有一直提供的电力324以保持正确状态。如果电力324被从先导解锁电路302去除，先导解锁电路302可默认为闭合状态，从而允许先导信号320的正常操作。控制器312可监视先导信号320并可去除供电闭锁输出326以实现关闭。
为了重置先导解锁结构302，可需要有效的PSR信号300来恢复到控制器312的电力，使得闭合信号304可被发出，从而恢复先导信号320的正常功能。移除并重新插入充电连接器可能无法恢复对控制先导信号320的正常响应。响应于唤醒，控制器312可检查PSR信号300的状态以及先导解锁电路302的闭合信号304和断开信号306的状态。在PSR信号300被确认之后，控制器312可确认闭合信号304，以重新启用正常的先导信号320功能。
一些EVSE制造商已实现了将EVSE控制先导信号(图2中的120)设置为100％占空比的暂停模式按钮。充电系统被有效地暂停，因为对于停留在暂停模式下没有最大时间限制。充电器可等待EVSE改变状态，并且暂停模式不会被认为是故障状态。在这段时间期间，可从EVSE消耗电力以保持12V电池。
由于模块会被通电以等待用于指示充电可被启动的先导信号320，因此暂停模式下的延长的等待会导致充电器浪费来自12V系统的能量。充电等待间隔可被定义为从暂停模式被启动以来的持续时间。充电器可被设计成：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。在预定充电等待间隔之后，充电器可通过发出断开信号306来中断先导信号320，以关闭控制器312。这防止车辆无止境地等待充电开始，并减少从外部电源消耗的电力。
先导解锁结构302实际上是位于进入充电器控制器的先导输入120处的有效开关。先导解锁结构302提供了利用控制先导信号320可切换地连接到充电器的手段。开关302可以是继电器式开关器件或者可以是固态开关器件。先导解锁结构302可集成SR闭锁功能。该电路通过中断先导信号320以使电力不被提供给控制器312而工作。当充电操作应被停止的状况被确定时，处理器312可断开先导解锁302。当断开先导解锁结构302时，控制器312可断开开关S2 140，使得EVSE断开高电压电力继电器110并相应地调节先导信号320。车辆随后可进入关闭模式，以使电力消耗最小化。为了恢复操作，电力保持继电器(PSR)信号300可被另一个模块激活。作为示例，先导解锁302可被实现为SR闭锁电路。其它实施方式是可能的，并且所公开的仅仅是一个示例。
当特定中断状况发生时，先导信号320可被中断(例如，断开信号306被确认)。当存在有效的先导信号320并且牵引电池的充电周期已完成时，先导信号320可被中断。当阻止充电发生的充电系统状况被检测到时，先导信号320可被中断。当车辆在暂停模式保持预定时间量(例如24小时)时，先导信号320可被中断。当期望延迟充电操作时，先导解锁302可被断开。延迟充电操作允许用户指定特定的充电时间。延迟充电的示例可涉及用户定义的车舱预调节事件，其中，在该事件中，给出特定时间来控制车舱温度至特定温度。车辆可被插入充电器，但直到用户指定的时间才发生充电。可期望在等待充电时间时减少从设施消耗的电力。在这样的情况下，当到达充电时间时，车辆中的另一控制器可激活PSR信号300。
当电力保持继电器信号300被激活时，解锁结构302可被重置。PSR信号300唤醒控制器312，使得先导解锁结构302可被闭合以允许正常操作。响应于经由PSR信号300的唤醒，微处理器312可被配置为激活传送到先导解锁电路302的闭合信号304。这允许控制先导信号320正常运转。响应于不同于控制先导320的唤醒请求，控制器312可通过闭合该连接而中止先导信号320的中断。当电力324与先导解锁结构302断开时，解锁结构302可被闭合。解锁结构302可被应用于任何这样的信号：所述信号用于在充电器连接器被接合在充电端口中时唤醒充电器，并且不会仅限于所公开的控制先导信号。
在此公开的处理、方法或算法可由可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、方法或算法可以以多种形式被存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，其中，所述多种形式包括但不限于：信息被永久地存储在不可写的存储介质(诸如ROM设备)上，以及信息被可更改地存储在可写的存储介质(诸如，软盘、磁带、CD、RAM装置和其它磁和光介质)中。处理、方法或算法还可被实现在软件可执行对象中。可选地，可使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或者其它硬件组件或装置)或硬件、软件和固件组件的组合来整体地或部分地实现该处理、方法或算法。
虽然以上描述了示例实施例，但是并不意图这些实施例描述了权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制，应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如上所述，可组合多个实施例的特征来形成本发明的没有明确描述或说明的进一步的实施例。虽然多个实施例可能已被描述为针对一个或更多个所期望的特性提供优点或者优选于其它实施例或现有技术实施，但是本领域普通技术人员应认识到的是，可将所述一个或更多个特征或特性折衷，以实现所期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实施。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，被描述为针对一个或更多个特性不如其他实施例或现有技术实施那么理想的实施例未超出本公开的范围，并且对于特定应用而言是可被期望的。

Claims (6)

1.一种车辆，包括：
牵引电池；
辅助电池；
充电器；
电负载，连接到辅助电池；
第一DC-DC转换器，与辅助电池电连接，并被配置为与牵引电池选择性地电连接；
第二DC-DC转换器，电连接在辅助电池与充电器之间，其中，充电器被配置为在充电器正接收电力并且第一DC-DC转换器与牵引电池断开连接时在使电负载通电之前经由第二DC-DC转换器对辅助电池充电预定时间量。
2.如权利要求1所述的车辆，其中，充电器还被配置为与牵引电池选择性地电连接。
3.如权利要求2所述的车辆，其中，充电器还被配置为在充电器与牵引电池断开连接时经由第二DC-DC转换器对辅助电池进行充电。
4.如权利要求2所述的车辆，其中，充电器还被配置为在充电器与牵引电池连接并且第一DC-DC转换器连接到牵引电池时向第一DC-DC转换器供电。
5.如权利要求1所述的车辆，其中，充电器还被配置为调整第二DC-DC转换器的电压输出电平。
6.如权利要求1所述的车辆，其中，第二DC-DC转换器被配置为在与对辅助电池进行充电相关联的电力输出的范围内在总体上使电力转换效率最大化。
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