CN104816642B - 便携式电气化车辆能量传递装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了在电气化车辆(EV)的能量储存设备(ESD)和AC或DC外部负载(例如电网、电气装置或电动工具)之间传递能量的系统、装置以及方法。便携式EVETA可以接合耦接EV的EV充电插口，且可以提供AC插座、电网接口以及用于耦接外部负载的DC连接器。EVETA可以在偏僻的建筑工地或露营地使用以为高电流设备供电，避免运送发电机的需要。EVETA可以配置用于与EV数据和控制通信以配合能量传递。EVETA可以接收预定的ESD荷电状态极限以便可以终止传递过程以保留EV返回至期望的目的地的足够的电量。人机界面使用户能够输入接收和信息呈现。

Description

便携式电气化车辆能量传递装置和方法
技术领域
本发明大体涉及电气化车辆，并且更具体地涉及从电气化车辆的蓄电池传递能量至外部负载。
背景技术
电气化车辆(EV)使用高压牵引蓄电池或其他类型的能量储存设备(ESD)来提供电驱动系统的驱动能量。当能量级减小或耗尽时，蓄电池可以通过将EV耦接到住宅电网或公用或商业充电站进行充电。蓄电池完全充电后可以储存能量用于将来的驱动操作。在过去的几年里，已经提出了储存在EV蓄电池中的能量可以用于除了驱动车辆以外的操作。例如，已经提出了电动车辆的蓄电池可以用于提供能量返回至住宅电网。车辆与家(V2H)能量传递过程可以减小家用设备花费，因为能量可以在低需求、低能量成本时间段期间储存在车辆蓄电池中，然后在能量花费较高的时间段期间使用。另外，由于家用电网被连接到市政公用电网，传递至家用电网的能量也可以在最高需求时期用于补充公用电网。鲁伊斯等人的美国专利公开号2011/0204720解释了如何配置这种系统。然而，鲁伊斯系统除了进行车辆、家用电网以及公用电网之间的实际能量传递必要的电路和设备之外，需要大量的并且复杂的控制网络和监测模块。
描述了较不宏大的系统，卡玛崎的美国专利申请公开号2011/03096774公开了可以用于在停电期间给住宅供电的功率控制系统。然而在范围上比鲁伊斯系统更窄，并且因此较不复杂，卡玛崎系统依赖于安装在建筑物上耦接到电动车辆的第一和第二蓄电池的功率转换器。第一蓄电池，车辆牵引或驱动蓄电池，用于提供功率转换器可以传递至家用电网的能量，以及第二蓄电池，车辆辅助蓄电池(其用于车辆辅助设备，例如灯、空调等)用于为功率转换器自身的运行供电。安装在房子的设备控制器可以控制在功率转换器转换的能量。
虽然对它们的预期目的是足够的，但是上述提议，以及其它涉及V2H应用的现有技术，存在一些缺点。例如，都需要安装在住宅的附加设备，他们的安装和维修可能会超出许多用户经过考虑负担得起的价格点。此外，许多这样的系统，像上述的卡玛崎系统，包括安装在建筑物的设备控制器。这个特征会在传递能量的方式上施加限制，例如只有当车辆拴到住宅或商业/工业建筑物时储存的能量可以从车辆蓄电池传递的限制。当要供电的器具或电气设备存在于建筑物时，这种限制可能被证明是无关紧要的。例如，如果车辆蓄电池被用来在停电期间为建筑物内的冰箱、炉子或其他器具供电，对建筑物的控制器的依赖，以及车辆与建筑物的连接，不会造成任何问题。然而，这种类型的系统不能在操作者想要使用车辆的蓄电池给不在建筑物内或没有连接到家用电网的设备供电的情况下使用。例如，露营旅游的用户可能希望使用车辆的蓄电池能量来给偏僻的露营地的设备(例如加热器、微波炉、空调等)供电。作为选择，建筑工人可能需要为运行大电流电动工具和电力设备供电，例如电钻，电锯，空气压缩机以及工地的诸如此类。在这两种情况下，由于不存在接入的建筑物网络，所提出的系统无法应对燃眉之急。
发明内容
本发明提供了一种用于从电气化车辆(EV)的能量储存设备(ESD)传递能量至车辆外部的负载的系统。在示例实施例中，该系统包含EV和便携式EV能量传递装置(EVETA)，EVETA配置用于接收DC输入并提供AC输出。EVETA可以配置用于耦接EV；例如，EVETA电缆可以配置用于接合EV充电插口，以及耦接各种类型的固定和可移动的外部负载。举例来说，负载可以包含微电网、公用电网以及商业充电站，以及可移动负载，例如耗电器具、电动工具或军事装备。在示例实施例中，EVETA可以配置用于提供DC输出以及AC功率输出。
在示例实施例中，一种EVETA可以包含便携式壳体，用于耦接EV的手段和电子组件，用于接收外部AC负载的手段置于便携式壳体中，电子组件配置用于在所述EV和所述EV和所述EVETA外部的负载之间传递能量。作为耦接EV的手段，示例EVETA可以包含端部带连接器的电缆，连接器配置用于接合EV的充电插口，电缆和连接器配置用于使数据能够在EVETA和EV之间通信。EVETA可以包含AC插座，用于接收和耦接AC负载并提供AC输出。除了提供AC输出之外，EVETA可以进一步配置有DC连接器以耦接DC负载并提供DC输出。在示例实施例中，EVETA可以进一步包含用于耦接并提供输出至电网的手段；例如，EVETA可以包含用于具有网络测量功能的并网逆变器的接口。EVETA可以进一步包含用于接收来自操作者的输入并提供信息至操作者的人机界面。
一种示例方法可以包括便携式EVETA耦接EV，EVETA耦接所述EV外部的负载，以及EVETA在EV和外部负载之间传递能量。在所述EV和所述外部负载之间传递能量可以包含提供AC和/或DC输出至负载。举例来说，在EV和负载之间传递能量可以包含从EV的牵引蓄电池接收DC电压，转换接收到的电压，并提供包含所述转换的电压的输出。在示例实施例中，一种方法可以包括在执行能量传递之前执行授权过程。授权过程可以对未授权用户能量盗用进行保护。此外，一种方法可以包括接收EV的ESD的预定SOC极限并监测ESD SOC以避免ESD过放电。
根据本发明，提供一种系统，包含：
电气化车辆(EV)；以及
EV能量传递装置，其包含包装在便携式壳体中的电子组件，所述EVETA配置用于接收外部AC负载，所述EVETA配置用于耦接所述EV，所述EVETA配置用于从所述EV的能量储存设备(ESD)传递能量至所述EV和所述EVETA的外部的电负载。
根据本发明的一个实施例，其中所述负载包含电网。
根据本发明的一个实施例，其中所述负载包含可移动电气装置。
根据本发明的一个实施例，其中所述EVETA配置用于提供DC输出。
根据本发明的一个实施例，其中所述EVETA配置用于提供AC输出。
根据本发明，提供一种电气化车辆(EV)能量传递装置(EVETA)，包含：
便携式壳体；
电子组件，包装在所述壳体中且配置用于在所述EV和所述EV和所述壳体的外部的负载之间传递能量；
其中所述EVETA配置用于接收外部AC负载；
其中所述EVETA配置用于耦接所述EV；以及
其中所述EVETA配置用于提供AC输出。
根据本发明的一个实施例，其中EV包含电缆，电缆具有配置用于耦接所述EV的充电插口的连接器。
根据本发明的一个实施例，其中所述电子组件包含DC至AC逆变器。
根据本发明的一个实施例，其中所述电子组件包含DC至DC转换器。
根据本发明的一个实施例，其中所述电子组件配置用于与所述EV数据通信。
根据本发明的一个实施例，EVETA进一步包含人机界面(HMI)。
根据本发明的一个实施例，其中所述EVETA配置用于接收所述EV的能量储存设备(ESD)的荷电状态(SOC)极限。
根据本发明的一个实施例，其中所述EVETA配置用于接收DC负载。
根据本发明，提供一种方法，包含：
将配置用于接收AC负载的便携式电气化车辆(EV)能量传递装置(EVETA)耦接EV；
所述EVETA耦接所述EV和所述EVETA外部的电负载；以及
所述EVETA在所述EV和所述电负载之间传递能量。
根据本发明的一个实施例，其中所述传递能量包含提供AC输出。
根据本发明的一个实施例，其中所述传递能量包含提供DC输出。
根据本发明的一个实施例，其中所述负载包含电网。
根据本发明的一个实施例，其中所述负载包含可移动电气装置。
根据本发明的一个实施例，进一步包含在所述传递能量之前进行授权过程。
根据本发明的一个实施例，进一步包含接收所述EV的能量储存设备(ESD)的预定SOC极限。
附图说明
图1示出了包括电气化车辆(EV)能量转换装置(EVETA)的示例系统。
图2示出了示例EVETA。
图3示出了示例EVETA。
图4示出了示例EVETA连接器和电缆。
图5示出了示例方法的流程图。
图6示出了示例方法的流程图。
具体实施方式
在此介绍了本发明的示例实施例；然而，本发明可以体现为多种可替代的形式，对本领域技术人员来说将是显而易见的。为了便于本发明的理解，并为权利要求提供基础，在说明书中包括各种附图。附图不是按比例绘制且相关的元件可以被省略，以便强调本发明的新颖特征。提供在附图中描述的结构和功能细节的目的在于教导本领域技术人员本发明的实践，并且不应当被解释为限制。例如，在此示例实施例的说明中，各种系统的控制模块可以不同地布置和/或组合，且可以省略，以便更好地突出本发明的新颖方面。
现在转到附图，其中在几个视图中相同的附图标记指代相同的元件。图1示出了用于从电气化车辆(EV)传递能量到外部负载的示例系统2。系统2包含EV 4，EV 4电耦接至EV能量传递装置(EVETA)6，EVETA6配置用于从EV 4的能量储存设备(ESD)8传递能量至负载10。在示例实施例中，EV 4是仅由电力驱动的蓄电池电动车辆(BEV)的形式。然而，可以预期的是，本发明也可以在插电式电动车辆(PEV)中实施。EVETA6可以配置为自足的便携式装置，容易运送以为固定负载(例如公共或住宅设施的电网)或可以从一个位置移动到另一个位置的活动负载供电。
ESD 8可以是EV 4的高压牵引蓄电池的形式，例如，但不限于，多单元300V锂离子蓄电池。作为选择，ESD 8可以是高压电容器或其他可用于为EV 4提供电动动力的电荷储存设备的形式。如图1所示，负载10可以以不同的方式体现，且可以是固定的或可移动的。例如，负载10可以是电网的形式，例如，但不限于，可以在住宅发生停电时通过EVETA 6接收电能的微电网。作为选择，电网可以是在商业建筑物或综合设施的电网的形式，EVETA 6可以供应急电能或可以出售补充电能至该电网。负载10也可以是电气设备的形式，例如在偏僻的工地使用的电动工具。例如，负载10可以是电锯，高速电钻，或用于建设、维护或修理的其他高电流或低电流电动工具的形式。负载10还可以是在偏僻的露营地部署的露营设备的形式。例如，负载10可以包含微波炉、加热器、便携式炉子、空调设备或诸如此类。用EVETA 6，露营者可以利用电能，而不必打包相当大的、重的且嘈杂的发电机。在又一个进一步的应用中，负载10可以包含军用装备，例如在偏僻的场地位置可能需要的通信设备、计算机、加热器、炉子等。应当指出的是，负载10的各种描述不是详尽的，因为预期的是，负载10可以体现为各种附加的形式。在示例性实施例中，EVETA6可以配置用于必要时与EV 4的ESD控制模块(ESDCM)9配合，以执行能量传递过程。举例来说，EVETA 6可以配置用于与ESDCM 9按照预定的协议进行通信。
图2描述了EVETA 6的示例实施例，EVETA 6包含便携式壳体12，便携式壳体12支承和包围配置用于在EV和外部负载之间传递能量的电子组件14。便携式壳体12可以足够小，以允许操作者手提EVETA 6并容易地将它装载在EV 4中。为了耦接EV 4，EVETA 6可以包含电缆16，电缆16从壳体12延伸，并且端部带有适于与EV 4充电插口19(参见图3)机械接合和电连接的连接器18。在示例实施例中，连接器18可以配置用于以与EV维修设备(EVSE)耦接EV充电插口以执行充电操作的方式类似的方式耦接充电插口19。举例来说，连接器18可以包含电力链路和通信接口，其符合2013年1月出版的汽车工程师协会(SAE)电动车辆和插电式混合动力电动车辆传导充电耦合器标准(J1772)，在下文中简称“SAE J1772”，通过引用将它的全部内容包含在本文中。电缆16和连接器18可以配置用于将电子组件14与ESD 8耦接。此外，电缆16和连接器18可以配置用于将电子组件14与EV4的一个或多个控制模块(例如ESDCM 9)耦接，以便于能量传递过程的授权、控制和实施。例如，可以在EV 4中提供网关模块(未示出)，其配置用于将电子组件14与EV通信局域网(CAN)(未示出)耦接，且电缆16和连接器18可以配置用于将电子组件14与网关模块耦接。
在示例实施例中，电子组件14可以配置用于从车辆低压电源，例如，但不限于，车辆12V辅助蓄电池，接收用于执行它的操作的电能。因此，EVETA 6可以包括辅助电缆15，其配置用于耦接至EV 4的12V电源输出。在进一步实施例中，电源(未示出)，例如低压蓄电池，可以置于EVETA中。
图3示出了EVETA 6通过电缆16和连接器18与EV 4耦接的示例配置。在示例实施例中，连接器18可以配置用于符合EV耦合器的SAE J1772标准。举例来说，连接器18可以包括能够电耦接EV 4的充电插口的多个端子。例如，端子T1和T2可以配置用于AC(交流)线路，端子T3可以配置用于接地线路连接，端子T4可以配置用于控制线路(pilot line)连接，端子T5可以配置用于接近线路(proximity line)连接，以及端子T6和T7可以配置用于高压DC(直流)总线链路连接。电缆16可以包括配置用于在连接器18的各个端子T3-T7将EV 4接地、控制、接近以及链路电压线路与电子组件14耦接的导线。在示例实施例中，连接器18可以配置用于接合EV 4的充电插口19，端子T1-T7配置用于与相应的充电插口端子IT1-IT7电耦接以提供类似于EV 4和EVETA 6之间的电力线路之间的电连通性。
EVETA 6可以包括至少一个用于提供AC输出的AC插座20，例如单相120V或220V AC输出。在示例实施例中，EVETA 6可以包括多于一个AC插座，例如提供120V输出的第一AC插座，以及提供220V输出的第二AC插座。可以预期的是，提供的可以连接到电源的插座的数目能够由电子组件14产生，提供更高的功率级的那些EVETA也提供更多数量的插座。举例来说，而非限制，120V AC插座可以配置用于提供从8安培到15安培的电流范围，并且220V AC插座可以配置用于提供20安培的电流。然而，可以预期的是，AC插座20可以配置用于为休闲车辆应用或其他高电流负载提供30安培的电流。举例来说，而非限制，AC插座20可以配置用于接收负载10的电插头。
EVETA还可以包括用于提供DC功率输出的手段，例如，但不限于，至少一个DC功率连接器22。DC功率连接器22可以是插口或插座的形式，或配置用于与要支持的电负载的互补连接器配对的其他标准类型DC连接器。举例来说，一个或多个DC连接器22可以配置用于提供约12V DC和/或24V DC的输出。在示例实施例中，EVETA可以包括专用的电网接口24，用于耦接EVETA到电网。例如，接口24可以是并网逆变器接口的形式。在示例实施例中，EVETA6可以包含双模逆变器，配置用于连接到公用电网和EV 4蓄电池以及在“岛”(即处所)和公用电网之间自动切换。双模逆变器可以与EV通信，在停电期间从它的蓄电池汲取能量至处所的电力设备，也可以在正常状态下提供能量至电网。
接地连接器23也可以置于EVETA 6以为AC外部负载10提供与地面的接地连接。此外，可以提供紧急停止按钮25以使用户能够在必要时开始EVETA 6的立即停止。
EVETA 6可以进一步包括人机界面(HMI)26。人机界面26可以配置用于接收用户输入，并且可以包括用于显示信息给用户的手段。在示例实施例中，HMI 26可以包含触摸屏25，触摸屏25可以显示信息，以及使用户能够提供输入以控制能量传递过程。例如，操作者可以使用触摸屏选择选项，指定参数，或提供命令。举例来说，用户可以指定SOC(荷电状态)极限，以防止使EV蓄电池放电到规定的最小荷电状态以下。设置SOC极限允许操作者确保ESD具有足够的电量以使EV能够从工地、露营地或其他偏僻的位置返回。在示例实施例中，HMI 26还可以配置用于允许操作者选择所需的频率选项，例如50Hz或60Hz，以适应国内以及那些在国外的用户。用户输入还可以包括密码和/或其它认证数据，以便于由EVETA进行的授权过程，以防止EV ESD的未经授权使用。触摸屏25也可以用于显示信息给用户。例如，使用EV ESD 8充电功能和由电子组件14提供的输出功率，EVETA 6可以配置用于显示估计的电负载10的运行时间。此外，HMI 26可以配置用于显示故障和诊断码以通知用户连接器故障、内部故障等。HMI 26可以包括一个或多个指示器28，例如电源开/关指示器，正在进行能量转换指示器，以及诸如此类。举例来说，这种指示器可以是LED的形式。HMI 26可以进一步包括一个或多个按钮29，例如可以按下以使EVETA 6通电和断电的按钮，可以按下以发起和/或终止能量传递过程的按钮，等。
图4描述了电子组件14的示例实施例。在图示的示例中，电子组件14包含控制模块30，以及能量转换模块(ECM)32。控制模块30可以配置用于调整和控制能量传递过程，同时ECM 32可以配置用于从ESD 8接收能量，并提供能量到负载10。例如，ECM 32可以耦接至电缆16的高压和低压总线导线以从ESD 8接收能量。ECM 32可以包含硬件、软件、固件或它们的一些组合。举例来说，ECM 32可以包括DC/AC逆变器34和DC/DC转换器36。DC/AC逆变器34可以配置用于从EV ESD 8接收DC电压，并将它转换成可提供为AC插座20的输出的AC电压。在示例实施例中，DC/DC转换器36可以配置用于从ESD 8接收DC电压并将它逐步降低到在DC输出连接器22可以提供的较低的电压。举例来说，而非限制，DC/DC转换器36可以配置用于提供约12V的低压输出。
电子组件14可以进一步包括输入测量模块(IMM)38和输出测量模块(OMM)40。在示例性实施例中，IMM 38和OMM 40与电子组件14的其他部件电位隔离。IMM 38可以配置用于测量提供至ECM 32的电压，并且在示例实施例中，可以进一步配置用于测量提供至ECM 32的电流。举例来说，IMM 38可以包含电压传感器和电流传感器，其配置用于测量在电缆16的DC链路电压线路的电压和电流。例如，IMM 38可以包含差分放大器，其配置用于测量从EV 4接收到的DC链路电压。此外，IMM 38可以包括设置在电缆16上以测量来自EV 4的输入电流的霍尔效应传感器。OMM 40可以配置用于测量ECM 32输出级。例如，OMM 40可以包含配置用于检测DC/AC逆变器34的输出电压的第一电压传感器和配置用于测量DC/DC转换器36的输出电压的第二电压传感器。同样地，OMM40可以包含配置用于测量DC/AC逆变器34的电流输出的第一电流传感器和配置用于测量DC/DC转换器36的电流输出的第二电流传感器。在示例实施例中，控制模块30可以配置用于接收IMM 38和OMM 40测量结果，以监控和控制ECM32操作。和IMM 38一样，OMM 40可以配置用于提供检测到的输出级至控制模块30。
EVETA 6可以配置用于保持在EVETA 6接收的DC链路和AC输出20之间以及DC链路和EV 4底盘地线之间的电流隔离。在示例实施例中，EVETA 6可以配置用于与EV 4配合以保持这种电流隔离并检测隔离的损失。控制模块30可以包含硬件、软件、固件、或它们的一些组合。在示例实施例中，控制模块30可以包含具有嵌入式软件的微控制器或其他计算和/或处理设备。软件可以在微控制器中执行，并且可以包含配置用于在EVETA 6内和EVETA 6和EV 4之间执行数据通信和控制信号的逻辑，以及用于执行与控制模块30的功能有关的操作的逻辑。控制模块30可以包含用于存储逻辑和指令的只读存储器(ROM)，以及用于存储在EVETA6操作期间实时接收到的数据的随机存取存储器(RAM)。
如以下进一步详细讨论的，控制模块30可以配置用于执行多种任务，可以包括，但不限于：能量传递授权，故障检测，能量传递过程的开始和终止，逆变器控制，EVETA状态的监测，以及EV ESD SOC的监测。控制模块30可以配置用于执行或促进授权过程，以免受未授权用户的能量盗用。可以实施各种方案以授权能量传递过程。举例来说，控制模块30可以配置用于在能量传递过程开始之前与HMI 26配合以接收密码、用户标识码、授权码或诸如此类。控制模块30可以配置用于将接收到的授权码与之前存储在控制模块30中的代码进行比较以便验证用户并授权能量传递过程。在示例实施例中，存储在控制模块30中的代码可以与特定的车辆相关联。因为不同的车辆可以具有不同的代码，控制模块30可以配置用于接收车辆代码和授权码，并且可以配置用于确定是否每个匹配之前存储在EVETA 6中的车辆代码和授权码对。
可以预期的是，EV 2可以配置用于对ESD 8的放电施加一定程度的控制，例如，它可以要求在传递过程可以开始之前授权用户，并且可以要求在传递过程期间观察到发布的功率极限。因此，在示例实施例中，控制模块30可以配置用于提供接收到的用户标识或授权码到EV 4的ESDCM9，ESDCM 9可以配置用于确定接收到的代码是否匹配存储的预定代码。在示例实施例中，控制模块30可以配置用于通过预定协议(例如在SAEJ1772标准中所描述的那些)与ESDCM 9进行数据通信。举例来说，通过电缆16和连接器18启用的数据通信链路，例如通过T4的控制线路连接和T3的地线连接，控制模块30可以配置用于与网关模块(未示出)进行通信，网关模块可以配置用于从控制模块30接收消息，并以适当的格式提供他们至ESDCM 9。然后，ESDCM 9可以执行用户认证/或授权过程并通过网关模块将它的结果传输返回至控制模块30。然后，控制模块30可以与HMI 26配合以通知用户传递过程被授权或拒绝。
在可供选择的实施例中，作为授权过程的一部分，控制模块30可以配置用于检测EV 4的钥匙或密钥卡的接近存在。例如，EVETA 6的接收器(未示出)可以配置用于接收由EV4钥匙或密钥卡发出的信号。控制模块30可以配置用于当检测到信号并且它的一个或多个参数(例如频率)匹配与EV 4有关并且之前存储在控制模块30中的信号参数时授权传递过程。作为选择，与EV 4的无线电钥匙/密钥卡有关的标识码可以与EVETA6相关并存储在控制模块30中。电子组件14的接收器可以配置用于从接近的钥匙接收信号，检测它的ID，并将它提供至控制模块30，用于与一个或多个之前存储的钥匙ID代码进行比较。在进一步实施例中，如上所述，控制模块30可以提供钥匙代码至EV 4的ESDCM 9，用于用户确认和能量传递授权。作为选择，RF-ID(射频身份)检测过程可以在EV 4中执行，并且将它的结果传输至控制模块30。可以预期的是，本领域技术人员可以想到进一步授权方案。
在示例实施例中，控制模块30可以配置用于在已认证用户之后授权/允许能量传递过程。然而，可以预期的是，作为授权过程的一部分，控制模块30可以配置用于执行其它任务，包括与EV 4建立数据通信并确认在EV 4和/或EVETA 6任何故障的存在检查不存在严重故障。控制模块30可以配置用于当不能建立数据链路或检测到严重故障时拒绝授权。控制模块30可以配置用于开始和停止能量传递过程。在示例性实施例中，在传递过程被授权之后，控制模块30可以配置用于发送开始信号至ESDCM 9，作为响应，其可以配置用于闭合继电器以将ESD 8HV高压和低压总线连接到连接器18端子6和7。在示例实施例中，附加继电器(未示出)可以置于EVETA 6中以将电缆16内的高压和低压总线导线耦接至电子组件14，并且控制模块30可以配置用于闭合附加继电器来启用能量传递过程。举例来说，EVETA 6可以包括预充电电路31，以限制当传递过程开始时的涌入电流。此外，EVETA可以包括安全继电器、接触器、开关或诸如此类以符合安全标准和法规物理地断开通过电缆16、AC输出20或DC输出22的EV连接。
控制模块30也可以配置用于在能量传递之前和期间监测故障状态。举例来说，而非限制，可以监测的故障的类型可以包括安全地线损失、高压隔离损失，通信损失，连接器18的热故障以及能量传递的中断。在示例实施例中，故障检测可以在EV 4中执行。当在EV 4检测到故障时，故障信息可以通过EV 4和控制模块30之间的控制线路和接地线路传输到控制模块30。在示例实施例中，EVETA可以配置用于检测故障的存在，例如EV充电插口和连接器18之间的不良连接，通信链路故障，或EVETA自身的故障。例如，控制模块30可以配置用于检测与EV 4的通信损失、EV 4和EVETA 6之间的能量传递的中断、或EVETA 6和负载10之间的能量传递的中断。来自IMM 38的传感器数据可以用于确定在EVETA 6和EV 4之间是否存在连通性损失。例如，EVETA 6和EV 4之间的数据或控制链路损失，或输入电流或电压级落到预定阈值以下，可以表明连通性故障。在示例实施例中，控制器30可以配置用于监测ECM32操作以便检查故障。例如，控制模块30可以配置用于使用从OMM 44接收到的数据来确定ECM 32输出级是否落入预定范围内。
在示例性实施例中，EVETA 6的故障检测模块(FDM)46可以配置用于检测隔离故障，并将它们报告至控制模块30。在示例实施例中，FDM46可以包含AC或AC/DC系统的接地故障检测器，例如BenderTMIR-15503-04系列，或BenderTMIR-15510系列电动车辆的接地故障检测器。这种本德尔(Bender)装置可以体现为具有小型足印和各种输入和输出选项的印刷电路板，其可以与电子组件14结合。举例来说，控制模块30可以依照行业和/或制造商标准用隔离设定点进行预编。响应于在EV 4或EVETA6中隔离故障的检测，控制模块30可以配置用于通过与由电缆16和连接器18所提供的与EV 4的通信链路提供故障报告至ESDCM 9。ESDCM 9可以以预定的方式响应以可控调整电荷传递过程的终止。此外，故障错误代码可以在HMI 26上显示给用户。在示例实施例中，控制模块30可以配置用于以类似的方式响应除了隔离故障之外的故障检测。然而，可以预期的是，在EVETA的故障检测响应可以包括控制模块30响应于故障检测调整或终止EVETA 6的操作。除了故障状态监测之外，控制模块30也可以配置用于监测EVETA状态。例如，控制模块30可以配置用于监测EVETA内部温度，以便如果内部温度超过预定阈值，可以终止能量传递过程。举例来说，控制模块30可以配置用于从设置在EVETA 6的温度传感器(未示出)接收温度数据，并将温度与预定的最高温度进行比较。在示例实施例中，高功率EVETA可以包括风扇或其他设备，以改善散热并减少与高温有关的故障的可能性。此外，EVETA可以配置用于监测连接器18的温度并当连接器18温度超过预定阈值时检测故障。例如，温度传感器可设置在电缆16。
为了防止在能量传递过程期间车辆蓄电池的过放电，EVETA可以配置用于当达到预定SOC极限时终止该过程。例如，可以在能量传递过程开始之前在HMI 26上提示用户以提供所需的最小SOC极限。最小极限可以反映供体车辆从能量传递地行驶到预期的目的地预计所需的能量量。举例来说，可以通过EV 4的导航模块提供最小SOC极限至用户，EV 4的导航模块可以配置用于使用采用各种数据(例如太阳位置、周围环境数据、EV 4状态数据、地区地势、当前位置、目的地位置和交通控制参数)的路线优化算法来确定行驶特定距离(返航或回家距离)所需的充电量，路线优化算法被提供给用户由导航模块，区域地形，当前位置，目的地位置和交通控制参数来确定电荷行进的特定距离所需的电荷量(例如回至基站或返回到家庭的距离)。例如，导航模块可以配置用于基于2011年1月4日发布的麦克尼尔和洛夫特斯的题目为“提供路线信息至车辆的驾驶员的系统和方法”、美国专利号为7,865,298所教导的蓄电池充电状态提供路线信息，在此通过引用将它的全部内容并入本文。控制模块30可以配置用于存储从用户接收到的预定SOC极限。
在示例实施例中，控制模块30可以配置用于监测ESD 8的SOC，并且当达到预定SOC级极限时终止能量传递。在示例实施例中，控制模块30可以配置用于通过提供在连接器18和电缆16的通信链路或者作为选择通过单独的接口(未示出)接收来自EV 4的SOC更新。例如，ESDCM 9可以配置用于动态计算ESD 8SOC并将它发布在EV 4的CAN系统上。EV 4的网关模块可以检测信息，并在必要时重定格式以将它通过电缆16提供至EVETA 6。控制模块30可以将接收到的SOC与预定的SOC极限进行比较。控制模块30可以配置用于响应于用户输入(例如操作者关闭EVETA)、响应于故障检测、或响应于达到预定SOC极限而终止能量传递过程。在示例实施例中，EVETA可以配置用于与ESDCM 9配合执行预定的终止过程。例如，EVETA可以配置用于发送信息至ESDCM 9，以打开耦接ESD 8与充电插口10的充电接触器。在示例实施例中，控制模块30可以配置用于缓降功率级至零，并作为执行终止过程的一部分，切断ECM 32的操作。
控制模块30可以配置用于控制由EVETA 6与ESDCM 9配合进行的能量传递过程。ESDCM 9的主控制接口用来请求ESD 8充电接触器的闭合，并管理来自ESD 8的能量传递。与ESDCM 9控制信号交换的主要手段是通过功率极限。这个信息可以由ESDCM 9在数据链路上发布至控制模块30。功率极限表明ESD 8能够提供的功率瓦数。控制模块30可以使用这个信息来控制由DC/AC逆变器34提供至AC输出20的功率，以及由DC/DC转换器36提供至DC输出22的功率和电压。
在示例实施例中，控制模块30可以配置用于与电网接口24配合以使DC/AC逆变器34的60Hz AC电压与耦接的电网的电压同步。另外，该配对可以配置用于解决EV 4与耦接的电网之间的兼容性问题，配置用于与耦接的电网的局部功率管理连接。EVETA 6可以进一步配置为具有可以保护可能维修EVETA耦接至的电路的维修人员的保障措施。
在示例实施例中，控制模块30可以配置用于确定耦接至EVETA 6的负载的运行时间。例如，控制模块30可以配置用于使用由OMM 40报告的ECM 32输出、由EV 4提供的当前ESD 8SOC以及预定的SOC极限来确定负载10的预期运行时间，预期运行时间可以显示在HMI26的显示器25上显示给用户。
图5描述了用于从EV ESD传递能量至EV外部的负载的示例方法50。在框52中，EVETA可以通电。例如，辅助电缆15可以耦接至EV 4的12V功率输出且用户可按下电源按钮29。在框54中，可以耦接EV。例如，EVETA电缆16的连接器18可以接合EV 4的充电插口。在框56中，可以进行授权过程。例如，可以在控制模块30中或者从HMI 26或者从EVETA 6的接收器(未示出)接收标识码，并与之前存储在与EV 4相关联的控制模块30中的一个或多个代码进行比较。如果在框56中执行的比较结果匹配，传递可以被授权，否则，传递可以被拒绝。也可以执行授权所需的任何故障检测程序，以及ESD 8SOC检查，并在控制模块30中接收结果。在判定块58中，可以处理和应用授权过程的结果。例如，如果用户已被认证并且没有接收到故障标记，传递被授权，并且该方法50可以进行到框60。然而，如果标识码不匹配任何之前存储的代码，或者如果接收到故障信号，则授权被拒绝，并且该方法50可以在框74中终止。在示例实施例中，“授权拒绝”或其他错误信息可以显示在HMI 26上以通知用户传递过程不能进行。在框60中，可以耦接电负载。例如，耦接至电钻的延长线的插头可以在插座20中接收。在框62中，可以接收SOC极限。例如，可以在控制模块30中通过在HMI 26的用户输入接收SOC极限。在框64中，能量可以在EV ESD和负载之间传递。如在本文中之前所讨论的，EVETA6可以配置用于控制能量传递过程。图6描述了可以传递能量的示例性方法80的流程图。在框82中，可以提供控制信息至EV 4。例如，控制模块30可以通过电缆16、连接器18、EV 4的充电插口19以及EV 4网关模块(未示出)发送“闭合接触”信号至ESDCM 9，并且EV 4网关模块(未示出)可通信地耦接至EV 4充电插口19并且配置用于与ESDCM 9通信。控制信号可以配置用于引起ESDCM 9闭合ESD8的DC链路与EV 4充电插口19耦接的接触。在框84中，可以从ESD 8接收能量。在示例实施例中，为了防止快速涌入电流对电子组件的损害，最初，DC电压总线可以提供给预充电电路31，直到总线电压足够高，在该点可以绕开预充电电路。例如，可以在ECM 32通过电缆16内的高压和低压总线导线接收DC电压。在框86中，可以转换在EVETA 6接收到的能量。例如，在ECM 32接收到的DC电压可以转换为DC/AC逆变器34的AC电压。在框88中，可以提供转换的电压输出。在示例实施例中，转换的电压输出可以包含高压或低压AC输出，或低压DC输出。例如，在DC/AC逆变器34中产生的120V AC电压可以提供为在AC插座20的输出。
返回参考图5，该方法60可以在框66中继续，在框66中可以执行检查以查看故障是否存在。举例来说，控制模块30可以检查以查看是否已设定故障标记。例如，可以响应于从ESDCM 9或FDM 46接收到故障信号，响应于从IMM 38或OMM 40接收到信号，或响应于未能从EV 4接收期望的数据通信，设置故障标记。如果存在故障，能量传递过程可以在框72中终止，否则该方法50可以继续到框68，在框68中，可以就ESDSOC是否超过预定SOC极限做出确定。例如，控制模块30可以将由ESDCM 9提供的当前ESD 8SOC与从用户接收到的和存储在控制模块30中的预定极限进行比较。如果当前ESD SOC超过预定极限，该方法50可以继续到框70，否则该方法50可以在框72中终止。在框70中，可以就用户是否手动停止能量过程做出确定。例如，可以就用户是否按下HMI 26上的停止按钮做出确定。如果不是，该方法可以在框64中继续，如果是，传递过程可以在框72中终止。举例来说，在框72中，控制模块30可以提供“打开接触”信号至ESDCM 9，这会导致它打开ESD 8和EV 4的充电插口之间的接触来停止ESD 8和EVETA 6之间的电流流动。在示例实施例中，EVETA 6可以配置用于在EV 4充电接触打开之前电流缓降至零执行可控制关闭，以避免焊接接触或在EVETA 6断开期间危害用户安全。在示例实施例中，控制模块30可以继续监测EVETA 6输出，直到IMM38和OMM 40测量结果表明，在ECM 32的电压输入和电压输出处于或低于预定最大值。示例方法可以进一步包括监测与高和低ESD 8电压总线相关的充电插口端子的电压级。在示例实施例中，预充电电路31的预充电支路开关可以当ECM 32确定为零时由控制模块30打开。当确定所有被监测的电压在预定的安全范围内时，在框74中控制模块30可以配置用于与HMI 26进行配合来显示信息给用户，从EV 4的充电插口19释放连接器18，并且从EVETA 6拔掉负载10是安全的，并且该方法可以结束。然后，用户可以按下电源按钮以关闭EVETA 6。
因此，本发明提供了一种用于使用存储在EV的牵引蓄电池中的能量给各种非车辆电负载供电的装置、系统和方法。本发明可以在V2H和V2G应用中使用，以降低电力成本或供应应急电源。它也可以用于给没有电网服务的偏僻的建设工地或露营地的器具、工具和设备供电。它的便携性和自足本质使它相比于现有技术V2H系统具有明显的优点和灵活性，现有技术V2H系统由控制设备和固定建筑物的功率转换器的安装所约束。EVETA可以配置用于进行能量传递，同时确保蓄电池将有足够的电量供应车辆到预定的再充电目的地。本发明的装置可以包括AC和DC输出，并且可以用于同时驱动多个设备。它可以配置用于接收用户输入，并允许用户在任何时候停止能量传递过程。EVETA可以有用户、商业的以及甚至军事应用。很多时候，部队部署在没有公用服务的偏远地区。讽刺的是，正是在那些特别的地点，通信、在计算机上执行操作、提供保暖、或为医疗设备、工具或其他类型的设备供电的能力可能是最迫切的。发电机可以用于满足必要的能源需求，而它的噪音信相当大和明显，并且需要运输它侵占军用运输车辆上的贵重货物的空间。EVETA以高效，安静，不惹眼的方式服务士兵的电需求的能力在某些情况下可以证明对队伍的生存至关重要。操作电气化车辆的士兵当他具有车载EVETA时可以拥有自己的运输工具同时自己的能量需求得到满足。它进行授权过程的配置防止它用于帮助及如果它落入敌人手中时助长敌人。
根据需要，在此公开了说明性的实施例，然而本发明并不限于所描述的实施例。本领域的技术人员可以领会，本发明的方面可以进行多方面呈现，例如，在此描述的模块和程序可以结合，重新排列和不同地配置。方法不限于在此描述的特定顺序，并且可以增加、删除或组合各种步骤或操作。本发明包含在所附权利要求的范围内的所有系统、装置和方法。

Claims (5)

1.一种便携式电气化车辆能量传递系统，包含：
电气化车辆；以及
电气化车辆能量传递装置，其包含包装在便携式壳体中的电子组件，所述电气化车辆能量传递装置配置用于接收外部AC负载，所述电气化车辆能量传递装置配置用于耦接所述电气化车辆，所述电气化车辆能量传递装置配置用于从所述电气化车辆的能量储存设备传递能量至所述电气化车辆和所述电气化车辆能量传递装置的外部的电负载，所述电气化车辆能量传递装置具有预充电电路，所述预充电电路通过电缆直接连接至逆变器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述电负载包含电网，所述电气化车辆能量传递装置具有故障检测模块，其配置为用于检测隔离故障。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述电负载包含可移动电气装置。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述电气化车辆能量传递装置配置用于提供DC输出。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述电气化车辆能量传递装置配置用于提供AC输出。
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