CN105391103A - 用于高电压电池充电的非车载充电器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于高电压电池充电的非车载充电器。一种用于车辆的非车载电池充电器可以包括具有第一连接器端口、第二连接器端口和电源连接器端口的高电压连接器。所述第一连接器端口经由第一线缆连接至车辆控制器。所述第二连接器端口经由第二线缆连接至车辆电池。所述电源连接器端口与所述第二连接器端口电连接,并且经由电源线缆从单独的外部电源接收电能。

Description

用于高电压电池充电的非车载充电器
技术领域
在此公开的是用于高电压电池充电的非车载充电器。
背景技术
混合动力车辆和燃料电池车辆可以具有包括燃料源和电池源的两种能量源。高电压电池可以被用于为启动车辆发动机而提供足够的电能。当电池的荷电水平降低至特定阈值之下时,燃料源进而可以为电池充电。当在车辆中发生故障时,在车辆试图启动期间电池电量可能被消耗掉。当技术人员试图启动车辆时经常发生这种情况,但发动机由于低燃料泵压力或其他发动机故障而无法启动。当电池的电量极其低时,电池可能需要被更换。然而,高电压电池可能不是有故障的,并且更换高电压电池可能对生产商、经销商和消费者造成不必要的成本。
发明内容
一种用于车辆电池充电的非车载充电系统包括连接器,所述连接器包括第一端子和第二端子以及位于第一端子处的一对触点。连接器被配置为:经由外部电源接收电能,经由位于第一端子处的第一线缆与车辆控制器连接,并且经由位于第二端子处的第二线缆与电池系统连接。所述一对触点被配置为响应于第二端子处的激励而闭合,以允许来自外部电源的电流经由第一线缆流动至车辆控制器。所述第二端子包括可按压的按钮,所述按钮被配置为响应于第二端子处的激励而闭合所述第一端子的所述一对触点。
一种用于车辆的非车载电池充电器包括高电压连接器,高电压连接器具有第一连接器端口、第二连接器端口和电源连接器端口,所述第一连接器端口被配置为经由第一线缆连接至车辆控制器,所述第二连接器端口被配置为经由第二线缆连接至车辆电池,所述电源连接器端口与第二连接器端口电连接,并被配置为经由电源线缆从单独的外部电源接收电能。所述第一连接器端口包括一对触点,所述一对触点被配置为响应于第二连接器端口的激励而闭合,以允许电流经由第一线缆从外部电源流动至车辆控制器。所述第一线缆被配置为连接至车辆控制器中的高电压互锁连接。所述第二连接器端口包括被配置为指示第二线缆是否安放就位的可致动按钮,
一种车辆充电系统包括电池控制器,电池控制器被构造为电连接至非车载检修工具,并被配置为:响应于遵循充电启动请求而验证出一组充电启动条件已经被满足,将清除警告请求发送至检修工具并启动从非车载电源到车辆电池的电能传输,并且响应于检测到充电问题状况而停止电能传输。
附图说明
本公开的实施例在权利要求中被指出特质。然而,通过参照以下与附图相结合的详细描述,各种实施例的其他特征将变得更加明显并得到最好的理解:
图1示出高电压充电系统;
图2示出用于高电压充电系统的连接器;
图3示出充电系统的一部分的方框图;
图4示出充电系统的充电过程的顺序流程图;
图5示出充电例程的启动程序的流程图;
图6示出充电例程的充电进程的流程图。
具体实施方式
根据需要,在此公开本发明的具体实施例;然而,应当理解的是所公开的实施例仅为本发明的示例,其可以以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制;可夸大或缩小一些特征以显示特定组件的细节。因此,此处所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制,而仅仅作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。
在此公开的是使用离架公用电源(off-shelfcommonpowersupply)的非车载充电系统,所述离架公用电源具有与车辆的高电压电池和车辆控制器进行接口连接的充电连接器。所述连接器可以包括第一连接器端口,所述第一连接器端口可包括断开或闭合高电压互锁环(HVIL)的微型开关。例如,在电池充电期间,微型开关可以响应于高电压线缆变为断开连接而断开HVIL。所述连接器还可以包括将高电压线缆连接至高电压电池的第二连接器端口。
车辆中的电池控制器可以与由技术人员管理的检修工具进行交互以运行充电例程。所述充电例程可以便于电池充电。特定的条件或故障可能阻止启动或继续充电例程。充电例程使某些诊断故障码(DTC)(诸如,低电池单元电压或低荷电状态)失效,以允许技术人员为高电压电池充电。
图1示出了用于混合动力车辆105的高电压充电系统100,并且图2示出了包括在所述系统100中的连接器150。参照图1和图2两者,所述系统100可包括高电压电池115。高电压电池115可以包括电池组,并且可以存储由车辆105的电动马达使用的能量。电池115可以提供高电压DC输出。电池115可以包括接触器(未被示出并且在此也被称为主接触器)。主接触器由电池控制器185控制,以连接或断开高电压DC输出。电池115可以电连接至电动马达,并且可以在电池115和马达之间提供双向地传输能量的能力。例如,当电动马达需要三相AC电流而运行时,典型的电池115可以提供DC电压。电池115除了提供用于推进的能量之外,还可以为其他的车辆电气系统提供能量。
电池控制器185可以包括处理器和存储器,并且可以控制和监控电池115的性能。控制器185还可以通过断开或闭合电池115内的主接触器来控制高电压总线的连接。电池控制器185还可以将电池数据经由车载诊断(OBD)线缆130传输至检修工具135,并且可以经由控制器局域网(CAN)通信从车辆控制器120接收HVIL状态信息。在一些示例中,如本文所述,电池控制器可以是电池能量控制模块(BECM)185。
车辆控制器120可以包括处理器和存储器,并且可以连接至连接器150以检测充电系统100内的HVIL开路故障。HVIL开路故障检测可以包括检查HVIL的电路电压,并在图3中将进行更详细的描述。在一些示例中,车辆控制器可以是逆变器控制器、如DC/DC转换器等。
电池控制器185和车辆控制器120可以连接至车载诊断连接器125。车载诊断连接器125可以是被配置成容纳OBD线缆130(也在图3中示出,并且也称为第三线缆)的针连接器。OBD线缆130可以将电池控制器185连接至检修工具135。检修工具135可以是由技术人员110操作的计算机或其他控制器装置。检修工具135可以将通过OBD线缆130从电池控制器185接收到的各种车载诊断数据呈现给技术人员110。所述数据可以包括电池115的荷电状态以及关于充电系统的其他诊断数据。数据和指令可以经由工具显示器140被显示。所述显示器可以是计算机、平板电脑或其他装置的屏幕。工具显示器140也可以是音频输出,诸如扬声器。虽然工具显示器140被示出为与检修工具135集成在一起,但是单独的工具显示器140也是可行的。例如,检修工具135可以将数据和指令传输至技术人员的平板电脑或电话。单独的监视器也可以被配置为将信息呈现给技术人员110。
虽然在此所描述的检修工具135由技术人员110来管理,但是充电系统和充电例程也可以由除了技术人员110以外的受过高电压培训的人员(诸如,经销商、维修人员等)来操作。
电池115可以通过外部电源(诸如,电源145)被再充电。电源145可以经由电源线缆155连接至连接器150。电源线缆155可以是能够从电源145向连接器150传输电能的任何线缆。
连接器150可以是被配置为经由电源线缆155接收电能的装置。连接器150进而可以经由高电压线缆180(也被称为第二线缆)连接至电池115。连接器150可以包括微型开关160(在图2和图3中示出,也被称为第一连接器端口),以闭合或断开位于车辆控制器120中的HVIL连接190,HVIL连接190将在下面参照图3被更详细地描述。如图2所示,微型开关160可以包括按钮170、端子C和端子NO(例如,常开)。在示例中,微型开关可以是HoneywellTM785-V3-101。当按钮170被按下时,在微型开关内部端子C和端子NO闭合,从而使得HVIL连接190闭合。当按钮170被松开时,在微型开关内部的端子C和端子NO断开,从而断开HVIL连接190。微型开关端子C和端子NO可以容纳HVIL线缆175(也被称为第一线缆)。
图3是示出电源145、连接器150、车辆105和检修工具135之间连接的方框图。参照如上图1所解释的,电源145可以经由电源线缆155连接至连接器150。连接器150可以经由HVIL线缆175连接至车辆控制器120的HVIL连接190。连接器150还可以通过高电压连接器165和高电压线缆180连接至电池115。OBD线缆130可以连接检修工具135和车辆105的OBD连接器125。电池控制器185和车辆控制器120被连接至OBD连接器125。
在车辆105正常运行期间,也就是说,当车辆105未被连接至检修工具135时,高电压线缆180可以通过高电压连接器165将电池115和车辆控制器120连接至连接器150。在检修和充电期间,当检修工具135被连接至车辆105时,连接器165可以与车辆控制器120断开,并且连接器165的高电压连接(C1458E_1、C1458_2)被连接至连接器150的高电压连接(C1458E-1和C1458-2),如图3中的虚线所示。此外,在检修期间,HVIL连接190是断开的。HVIL连接190可以经由HVIL线缆175被连接至微型开关160。
如果在充电期间高电压连接器165变为断开,则HVIL连接190可以被用于保护技术人员110不被电击。当高电压线缆180没有被完全安放就位时,按钮170可能没有被完全按下,进而在微型开关内部微型开关的NO端子与C端子断开,因此断开HVIL连接190。车辆控制器120检测端子对(例如,HVIL+和HVIL-)间的电压差,并且将HVIL开路故障信息传输至电池控制器185。电池控制器185可以通过断开在电池115内部的主接触器,来迅速地阻止任何电流经由高电压线缆180被传输。添加微型开关160可以防止在电池充电期间进行任何电流传输,直到高电压线缆180完全安放就位。
图4示出了包括BECM185、检修工具135和技术人员110的充电系统100的充电过程400的顺序流程图。
在405,检修工具135将用于进入充电例程的首要请求或启动请求发送至BECM185。BECM185可以验证特定的启动条件是否得到满足。所述启动条件可以包括但不限于:(1)电池组电压(在电池侧的主接触器前测得的电池组电压)在预定义的安全充电范围内,诸如,大于最小允许电池组电压和小于最大允许电池组电压;(2)BECM185没有失去与车辆控制器120的通信;(3)电池组电压小于充电完成电压,例如,在50%的SOC的电池组电压;(4)车辆档位处于驻车位置;和(5)BECM185不具有除了低电池SOC故障或低电池组或电池单元电压故障以外的阻止闭合电池115中的主接触器的故障。如果所述启动条件被BECM185验证,则BECM185可以在410将肯定响应传输至检修工具135。在415,检修工具135可以将首要指令或启动指令呈现给技术人员110。如上面所解释的,指令可以经由工具显示器140可听地或可视地被呈现出来。启动指令可以包括技术人员110采取的动作的列表。这些指令可以包括但不限于:(1)将电源145连接至车辆105;(2)为12v电池提供12v电池充电器;(3)关掉所有附件负载;(4)将电源145的电压设定为电池115的电池组电压加5v;(5)将电源145的电流设定为5A等。
检修工具135和/或BECM185随后可以在420验证技术人员110是否遵循首要指令。也就是说,检修工具135可以验证至少一部分的指令。例如,检修工具135可以验证技术人员110是否基于从BECM185接收的电池组电压和总线电压(电池115的电池组电压在车辆侧的主接触器之后被测量)信息将电源电压设定为电池电压加5v。在425,如果指令被发现不符合预定义的遵循时间段,例如,大约10分钟,则BECM185将退出充电例程,指示检修工具135呈现充电问题指示,并且停止充电过程400。问题指示可以包括工具显示器140上的“充电问题”输出。
在430,检修工具135可以将诊断消息发送至BECM185,以请求清除DTC。BECM185可以先验证特定的DTC(诸如,电池单元或电池组电压DTC或电池荷电状态过放电DTC)是否失效。所述DTC可能导致BECM通过断开电池115内的主接触器来断开高电压线缆。为了对高电压电池115充电,所述码应该是无效的,以便于不干扰检修过程。然后BECM185可以清除被设定为诸如例如低SOCDTC的DTC,并且在440将肯定响应返回至检修工具135。
在445,BECM185还可以闭合电池115内的主接触器,以将电池115的输出连接至电源145的输出。在450,检修工具135从BECM185请求接触器状态。BECM185可以在455返回接触器状态。接触器状态可以包括接触器闭合的指示。如果接触器被闭合,则检修工具135随后在460将次要指令呈现给技术人员110。所述指令可以包括但不限于:(1)将电源145的电压设定为预定义充电完成电池组电压,诸如,在50%的荷电状态(SOC)的电池组电压;和(2)将电源电流限制设定为5A。
电池115通过电源145被充电,直到电池组电压达到电源145的输出电压。当电池组电压达到预定义的充电完成电池组电压(诸如,在50%的SOC的电池组电压)时,在470,BECM185可以断开主接触器。
在475,检修工具135再次从BECM185请求接触器状态。BECM185可以在480返回接触器状态。接触器状态可以包括接触器断开的指示。如果接触器断开,则检修工具135随后在485将肯定指示(诸如,“充电成功”)呈现给技术人员110。肯定指示可以是伴随着断开电源145的指令。
如果BECM185在425和/或490检测到超出预定义时间段,或者如果BECM185在490检测到特定问题状况,则BECM185可以退出充电例程,并否定消息传输至检修工具135。检修工具135随后可以将充电问题指示显示给技术人员110。问题状况可以包括但不限于:(1)检测到BECM故障,诸如HVIL开路故障;(2)电池组电流超过充电电流限制,例如,超过6A持续1分钟或超过10A持续5秒;(3)电池组电流超过放电电流,诸如超过0.5A持续5分钟;(4)电池组电压或总线电压超出预定义范围;(5)电池组电压比总线电压大特定阈值;(6)车辆档位未处于驻车位置;(7)最大充电时间(例如,40分钟)被超过;以及(8)停止例程请求被接收等。在一个示例中,即使出现故障状况的一个,那么检修例程可以被中止。
图5示出了过程500,所述过程500用于由BECM185执行的检修例程的启动程序。在方框505,BECM185可以从检修工具135接收启动请求。所述请求可以在检修工具135由技术人员110传输启动充电服务例程请求消息(例如,按下按钮和/或经由工具显示器140选择选项)而被发起,类似于图4中的步骤405。
在方框510,BECM185可以检查特定启动条件。就是说,BECM185可以感测、接收和分析各种表示启动条件的数据。各种启动条件在上面步骤405中被描述。
在方框515,BECM185可以确定是否所有的启动条件都被满足。如果所有的启动条件被满足,则过程500进行到方框525。如果所有的启动条件没有都被满足,则过程500进行到方框540。
在方框525,BECM185可以进入到检修例程。当进入检修例程时,BECM185可以执行一些检修例程的启动。例如,BECM185可以清除各种计时器,诸如充电计时器(用于维持充电时间)和例程空闲计时器(用于维持例程空闲多久时间)。所述启动还可以包括清除DTC标志,所述DTC标志将特定DTC(诸如,低SOCDTC)还没有被失效并且DTC历史没有被清除的情况指示给BECM185。所述启动在BECM内可以起管家程序的作用。如果BECM185没有将各种计时器重置,那么问题状况会被识别(例如,例程超时),并且主接触器会断开。
在方框530,BECM185可以使由于电池过放电而导致的DTC(诸如,低电池单元电压DTC或低SOCDTC)废止或失效。在方框535,BECM185可以将充电例程进入肯定响应传输至检修工具135,类似于图4中的步骤410。
在方框540,如果充电例程进入条件没有被满足,则BECM185可以将否定响应传输至检修工具135。然后过程500可结束,并且检修工具135可以将充电问题指示显示在工具显示器140上。
图6示出了用于检修例程的充电程序的过程600。
在方框605,BECM185可以使得例程空闲计时器递增。在方框610,BECM185可以确定技术人员110是否遵循了首要指令,类似于图4中的步骤420和425。例如,BECM185可以确定:(1)总线电压是否达到电池组电压;和(2)BECMDTC是否被清除;以及(3)例程空闲计时器是否没有超时。如果所有的这些条件都被满足,那么过程600可以进行到方框615。如果所有的这些条件没有都被满足,那么过程600可以进行到方框620。
在方框615,BECM185可以闭合主接触器,类似于图4中的步骤445。在方框625,BECM185可以验证充电是否完成,诸如检查电池组电压是否达到50%电池SOC的电压。如果充电完成,那么过程600进行到方框630。如果充电没有完成,那么过程600进行到方框635。
在方框630,BECM185可以断开主接触器,退出充电例程,并且将肯定响应传输至检修工具135,类似于图4中的步骤465、470、475、480和485。然后过程600可以结束。
在方框635,BECM185可以确定问题状况是否被检测到或充电计时器是否超时。上面已经针对步骤490解释了所述问题状况。如果问题状况被识别或充电计时器超时,那么过程600进行到方框645。如果没有识别出问题状况,那么过程600进行到方框655。
在方框645,一旦检测到问题状况或充电计时器超时,则BECM185可以断开主接触器,退出充电例程,并将否定响应传输至检修工具135,类似于图4中的步骤490、470、475、480和485。为了退出充电例程,BECM185在方框645断开主接触器。然后,过程600可以结束。
在方框655,BECM185使得充电计时器递增。过程600在充电例程中继续,直到充电完成,或者检测到问题状况,或者充电计时器超时。
因此,高电压电池充电系统在此被描述。所述系统包括通用电源、高电压连接器和BECM充电例程。当连接器包括嵌入式安全机构时,连接器使通用充电变得容易。充电例程考虑到采用可以防止人为错误、不适当的充电水平等的自动充电系统。所述系统可以被实现在全球各地不同的车辆生产线、品牌和型号之中。所述系统使用简单和最小的硬件提供用户友好的界面和便捷的车辆安装。
在此所描述的计算装置通常包括计算机可执行指令,其中,所述指令可以由一个或多个计算装置(诸如,上面所列出的计算装置)来执行。计算机可执行指令可以从使用各种编程语言和/或技术创建的计算机程序被编译或解释,所述各种编程语言和/或技术没有限制并单独或组合地包括JavaTM、C、C++、VisualBasic、JavaScript、Perl等。一般而言,处理器(例如,微处理器)从例如存储器、计算机可读介质等接收指令,并且执行所述指令,从而执行一个或更多个过程,所述过程包括在此描述的一个或更多个过程。所述指令和其他数据可以使用多种计算机可读介质被存储和传输。
关于在此描述的过程、系统、方法、启发法等,应该理解的是,虽然所述的过程等的步骤已经被描述为根据特定顺序发生,但是所述过程可以按照以不同于在此所描述的顺序而执行的所描述的步骤而被实施。进一步应该理解的是,特定步骤可以同时被执行,其他步骤可以被增加,或者在此描述的特定步骤可以被省略。换句话说,在此的过程的描述是为了示出特定实施例的目的而被提供,并且不应该被理解为限制权利要求。
尽管上面描述了示例性实施例,但并不意图这些实施例描述本发明的所有可能形式。相反,说明书中使用的词语为描述性词语而非限制,并且应理解,可在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种改变。此外,可组合各种实现的实施例的特征以形成本发明进一步的实施例。

Claims (10)

1.一种车辆充电系统,包括:
电池控制器,被构造为电连接至非车载检修工具,并被配置为:响应于遵循充电启动请求而验证出一组充电启动条件已经被满足,将清除警告请求发送至检修工具并启动从非车载电源到车辆电池的电能传输,并且响应于检测到充电问题状况而停止电能传输。
2.如权利要求1所述的系统,其中,所述电池控制器还被配置为:从车辆控制器接收指示充电问题状况的连接信息。
3.如权利要求2所述的系统,其中,所述充电问题状况是在车辆控制器处的高电压互锁环断开状况。
4.如权利要求1所述的系统,其中,所述充电问题状况是在电能传输期间预定义时间段的流逝。
5.如权利要求1所述的系统,其中,所述电池控制器还被配置为:响应于充电完成状况,停止电能传输。
6.如权利要求1所述的系统,其中,所述电池控制器还被配置为:向所述检修工具发布充电例程指令。
7.如权利要求6所述的系统,其中,所述电池控制器还被配置为:响应于检测到指令已经被遵循而发送清除警告请求。
8.如权利要求6所述的系统,其中,所述指令包括有效电源电压设定。
9.如权利要求1所述的系统,其中,所述一组充电启动条件包括有效电池组电压和总线电压条件、电池主接触器闭合条件、或电池荷电状态超过50%的条件。
10.如权利要求1所述的系统,其中,所述电池控制器还被配置为:断开或闭合电池内部的电池接触器。
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