CN106169779A - 用于控制车辆的车载电池充电器的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制环境友好车辆的车载电池充电器的系统和方法。在该方法中，当电力的瞬时中断发生在AC输入功率源中时，DC-DC控制器调整输出电流指令以被限制为最小充电功率，并且功率因数校正(PFC)控制器输出第一电容器(DC链路电容器)的电压指令以被更新为零(0)或DC链路电容器的实际值，其中第一电容器连接到PFC控制器的输出端子。然后，当AC输入功率源被恢复时，PFC控制器输出第一电容器的电压指令，以用预定的斜率被增加到现有的电压指令，从而顺利地执行车载电池充电器的充电操作而不停顿。

Description

用于控制车辆的车载电池充电器的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于控制环境友好车辆的车载电池充电器的方法和系统。更特别地，本发明涉及用于控制环境友好车辆的车载电池充电器的方法和系统，其能够更顺利地执行车载电池充电器的充电操作而不停顿，直到在电力瞬时中断之后交流(AC)输入功率被恢复。
背景技术
一般而言，单独的车载电池充电器配置成通过将外部功率(例如，家用AC功率)变换成可再充电的直流(DC)功率来产生用于高压电池的充电电流，该车载电池充电器被安装在插电式混合动力电动车辆或电动车辆中，插电式混合动力电动车辆或电动车辆是环境友好类型车辆。因此，使用车载电池充电器由外部AC功率源(例如，家用AC功率源)将在驱动环境友好车辆期间所需的电能充电到电池，从而执行环境友好车辆的驱动。
使用车载电池充电器对电池充电的方法包括将家用AC功率施加到安装在车辆内的车载电池充电器，通过使用车载电池充电器将AC功率变换成DC功率来产生充电电流，以及将在车载电池充电器中产生的充电电流施加到高压电池以对高压电池充电。
图1是示出根据现有技术的环境友好车辆的车载电池充电器的视图，以及图2是示出根据现有技术的当电力瞬时中断发生在输入功率源中时车载电池充电器的传统充电控制过程的图示。车载电池充电器用于对作为环境友好车辆的主电池的高压电池充电。如图1所示，车载电池充电器包括功率因数校正(PFC)变换器1、DC-DC变换器2、PFC控制器3、DC-DC变换器控制器8、第一电容器4和第二电容器5。
PFC变换器1连接到AC功率源6的输出端子以将从AC功率源6输入的AC输入电压VAC变换成DC电压VDC，并且同时补偿AC功率源6的功率因数。DC-DC变换器2连接在PFC变换器1的输出端子和高压电池7的输入端子之间，以接收从PFC变换器1输出的DC电压VDC，并且将DC电压VDC变换成用于对高压电池7充电的电压。
特别地，使用全桥或半桥型开关电路的绝缘的DC-DC变换器可以用作DC-DC变换器2。第一电容器4和第二电容器5配置成分别不断地平滑PFC变换器1的输出电压VDC和DC-DC变换器2的输出电压VO。PFC控制器3配置成用于接收从AC功率源6输出的AC电流IAC和AC电压VAC以及接收PFC变换器1的输出电压VDC以操作PFC变换器1。另外，DC-DC变换器控制器8配置成用于接收DC-DC变换器2的输出电流IO和输出电压VO以操作DC-DC变换器2。
在如上所述配置的车载电池充电器的充电期间，虽然由于瞬时中断或断开，停止将AC输入电压传输到车载电池充电器，但不管AC输入功率的接通/关断，控制器允许保持现有的充电控制。当到车载电池充电器的AC输入电压瞬时中断时，输入电压VAC没有被输入到PFC变换器1。因此，由于缺乏输入电压，所以PFC变换器1的控制是不可能的，并且PFC控制器3不能调整PFC变换器1的输出电压VDC。
参考图2，虽然AC输入电压VAC是关断的，但车载电池充电器的充电操作被调整为与现有状态(例如，AC输入电压接通的状态)相同，即，当PFC控制器3执行与现有状态相同的PFC变换器1的电流指令和第一电容器(例如，DC链路电容器)的电压指令时，第一电容器4的输出电压VDC逐渐减少到小于在AC中断部分的最小电压。
换句话说，由于电力瞬时中断，在缺乏PFC变换器的输入电流和输入电压的状态中，即，在中断部分第一电容器4的输出电压VDC没有被保持的状态下，PFC控制器3配置成执行第一电容器4的电压指令，并且与现有指令水平一样，逐渐将第一电容器4的输出电压VDC减少到小于最小电压。因此，PFC控制器的控制误差不断累积。
特别地，如图2所示，当由于中断解除使得AC输入功率被恢复时，实质性AC输入电压VAC和实质性输入电流IAC被瞬时施加到PFC变换器1，并且因此，实质性电感电流IL瞬时流入PFC变换器1。另外，用于对电池再充电的瞬变电压被施加到第一电容器4。
如上所述，由于电力瞬时中断，当在车载电池充电器中反复产生过电压或过电流时，由于内部设备损坏等，使得安装在车辆内的车载电池充电器的充电操作被停止。因此，当家用功率源用于对车载电池充电器充电，并且由于AC输入功率源瞬时中断使得AC输入功率源几毫秒内不提供功率时，车载电池充电器通过耗尽DC链路电容器(第一电容器4)的电压持续对电池充电。之后，当AC输入功率被恢复时，几百安培或更大的电流瞬时流入DC链路电容器以对电池再充电，并且因此，大于耐电压的过电压可以通过电流施加到DC链路电容器。
因此，可以发生诸如由于过电流损坏设备和由于大于耐电压的过电压损坏电容器的问题，并且因此，安装在车辆内的车载电池充电器的充电操作被停止。
发明内容
本发明提供用于控制环境友好车辆的车载电池充电器的方法，在该方法中，当电力瞬时中断发生在AC输入功率源中时，DC-DC控制器配置成用于调整输出电流指令以被限制为最小充电功率，并且功率因数校正(PFC)控制器配置成用于对连接到PFC控制器的输出端子的第一电容器(DC链路电容器)的电压指令进行调整以被更新为零(0)或DC链路电容器的实际值，并且然后，当AC输入功率源被恢复时，PFC控制器调整第一电容器的电压指令，以预定的斜率被增加到现有的电压指令，从而顺利地执行车载电池充电器的充电操作而不停顿。
在一个方面，本发明提供用于控制环境友好车辆的车载电池充电器的方法，该方法可以包括：在车载电池充电器的充电操作期间，确定电力中断是否发生在AC输入功率源中；当电力中断发生在AC输入功率源中时，将对高压电池充电的输出电流指令限制为最小充电电流；对连接到功率因数校正(PFC)变换器的输出端子的第一电容器的电压指令进行调整以被更新为零(0)或第一电容器的实际输出电压水平；当AC输入功率源被恢复时，将第一电容器的电压指令恢复为初始指令；以及将用于对高压电池充电的输出电流指令恢复为初始的充电电流指令。
在示例性实施例中，当电力中断发生在AC输入功率源中时，通过关闭PFC控制器或将PFC控制器中的积分器复位，使得可以调整第一电容器的电压指令以被更新为零(0)。当AC输入功率源被恢复时，该PFC控制器可以被再次打开，并且还可以停止积分器的复位。
在另一个示例性实施例中，第一电容器的电压指令可以以预定的步长(step)或预定的斜率被逐渐恢复为初始指令。此外，对高压电池充电的输出电流指令可以以预定的步长或预定的斜率被逐渐恢复到初始的充电电流指令。当第一电容器的电压指令恢复到初始指令被完成时，对高压电池充电的输出电流指令可以被恢复为初始的充电电流指令。
附图说明
现在将参考示例性实施例及其示出的附图来详细描述本发明的上述和其他特征，示例性实施例及其示出的附图在下文仅以示例性方式给出，并且因此不限制本发明，并且其中：
图1是示出根据现有技术的环境友好车辆的车载电池充电器的视图；
图2是示出根据现有技术的当电力瞬时中断发生在输入功率源中时车载电池充电器的传统充电控制过程的图示；
图3是示出根据本发明的示例性实施例的当电力瞬时中断发生在输入功率源中时车载电池充电器的充电控制过程的图示；
图4是示出根据本发明的示例性实施例的用于操作车载电池充电器的方法的实施例的流程图；
图5是示出根据本发明的示例性实施例的用于操作车载电池充电器的方法的另一个示例性实施例的流程图；以及
图6是示出根据本发明的示例性实施例的用于操作车载电池充电器的方法的另一个示例性实施例的流程图。
应当理解，附图不一定是按比例绘制，呈现说明本发明的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。如本文所公开的本发明的具体设计特征将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定，所述具体设计特征包括例如具体大小、取向、位置和形状。在图中，在附图的几个图中，附图标记指代本发明的相同或等同部分。
具体实施方式
应该理解的是，本文中使用的术语“车辆”、“车辆的”或其他类似术语包括一般的机动车辆，比如包含多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商业车辆的客运汽车、包括各种轮船和舰船的船只、飞机等，还包括混合动力车、电动车、插电式混合动力电动车、氢动力车和其它替代燃料车辆(例如，燃料是从非石油资源中提炼出来的)。如本文所述，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如同时具有汽油动力和电动力的车辆。
尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元来执行示例性进程，可以理解的是，上述示例性进程也可以由一个或多个模块执行。此外，应该理解的是，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。上述存储器被配置成存储该模块，以及处理器专门配置成执行该模块以实现其在下面进一步描述的一个或多个进程。
此外，本发明的控制逻辑可被实施为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的例子包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存盘、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在网络耦接的计算机系统上，这样可以通过分布式方式例如通过远程服务器或控制器局域网络(CAN)存储和执行计算机可读介质。
本文使用的术语仅出于说明具体实施方式的目的，而不意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”、“该”也意在包括复数形式，除非上下文中另外明确指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有结合。
在下文中，现在将详细参考本发明的各种示例性实施方式，在附图和下面描述中示出了本发明的实施例。虽然将结合示例性实施例描述本发明，但是应当理解，本说明书并不旨在将本发明限制在这些示例性实施例。相反，本发明不仅旨在覆盖示例性实施例，还旨在覆盖各种替代、修改、等同形式和其他实施例，所述各种替代、修改、等同形式和其他实施例可以包括在如由所附权利要求所限定的本发明的精神和保护范围内。
参考图1如上所述，环境友好车辆的车载电池充电器可以包括功率因数校正(PFC)变换器1、DC-DC变换器2、PFC控制器3、DC-DC变换器控制器8、第一电容器(DC链路电容器)4、第二电容器5等。
在本发明中，当确定出电力瞬时中断已发生在AC输入功率源中时，DC-DC变换器控制器8可以配置成调整用于对高压电池充电的输出电流指令以被限制为最小充电电流。另外，PFC控制器3可以配置成调整第一电容器(例如，DC链路电容器)的电压指令以被更新为零(0)或DC链路电容器的当前实际输出电压水平。
此外，在本发明中，当AC输入功率源被恢复时，PFC控制器3可以配置成以预定的步长或预定的斜率调整第一电容器(DC链路电容器)的电压指令以被逐渐增加至DC链路电容器的初始的电压指令。在当第一电容器的电压指令恢复为初始的电压指令被完成的时间点，DC-DC变换器控制器8可以配置成调整用于对高压电池充电的输出电流指令使其以基本恒定的斜率增加到初始的输出电流指令。
在AC输入功率源的瞬时中断之后，通过执行充电控制直到AC输入功率源被恢复，可以防止瞬时过电流和过电压被施加到车载电池充电器的DFC变换器和DC链路电容器，因此保护了车载电池充电器的内部设备(例如，二极管、开关、电容器等)、部件等。进一步地，可以更顺利地执行车载电池充电器的充电操作而无停顿。
特别地，根据本发明的用于控制车载电池充电器的方法的示例性实施例将描述如下。图3是示出当电力瞬时中断发生在输入功率源中时本发明的车载电池充电器的充电控制过程的图示。图4是示出根据本发明的用于操作车载电池充电器的方法的示例性实施例的流程图。下面的方法被理解为由具有存储器和处理器的主控制器(例如，上层控制器等)来执行。
首先，在车载电池充电器的充电操作期间，确定是否发生AC输入功率源中断。优选地，在车载电池充电器的充电操作期间，当AC输入功率源被瞬时关闭时，PFC控制器3和DC-DC变换器控制器8确定已发生AC输入功率源的中断。
其次，如由图3中充电器的输出电流指令所指示的，由于电力中断，当AC输入功率源被关闭时，DC-DC变换器控制器8可以配置成输出充电器的输出电流指令，即，调整用于对高压电池充电的输出电流指令以被限制为最小充电电流。另外，如由图3中第一电容器(DC链路电容器)的电压指令所指示的，由于电力中断，当AC输入功率源被关闭时，LPF控制器3可以配置成输出第一电容器4(即，连接到PFC变换器1的输出端子的DC链路电容器)的电压指令以被更新为零(0)或第一电容器4的当前(实际)输出电压水平。
特别地，PFC控制器3可以配置成输出第一电容器4的输出电压指令以被更新为零(0)或当前(例如，实际)输出电压水平(例如，第一电容器的输出电压VDC逐渐减少到小于最小电压的水平)，以防止当AC输入功率源被恢复时瞬变电压被施加到PFC变换器和DC链路电容器的现象，并且因此，第一电容器的输出电压被输出为过电压水平或更大(当在图2中AC输入功率源被恢复时，能够看出VDC超过过电压水平)。
同时，当AC输入功率源被恢复时，即，当AC输入功率源中断被解除时，PFC控制器3可以配置成输出第一电容器4的电压指令以用预定的步长或预定的斜率使其被逐渐增加到初始指令。进一步地，考虑到当AC输入功率源被恢复时，瞬变电压可以被施加到PFC变换器和DC链路电容器，PFC控制器3可以配置成输出第一电容器4的电压指令以用预定的步长或预定的斜率使其被增加到初始指令。
另外，当AC输入功率源被恢复时，DC-DC变换器控制器8可以配置成输出充电器的输出电流指令(即，用于对高压电池充电的输出电流指令)以不限于最小充电电流，并且被增加到初始的充电电流指令。特别地，DC-DC变换器控制器8可以配置成调整用于对高压电池充电的输出电流指令以用预定的步长或预定的斜率使其被增加到初始的充电电流指令。换句话说，在当第一电容器的电压指令恢复到初始的电压指令被完成的时间点，用于对高压电池充电的输出电流指令可以被恢复为初始的充电电流指令。
因此，当电力中断发生在AC输入功率源中时，用于对高压电池充电的输出电流指令可以被限制为最小充电电流，并且可以调整DC链路电容器的电压指令以被更新为零(0)或实际输出电压水平，从而防止瞬时过电流和过电压被施加到车载电池充电器的PFC变换器和DC链路电容器。因此，保护车载电池充电器的内部设备(例如，二极管、开关、电容器等)、部件等是可能的。
在下文中，根据本发明的用于控制车载电池充电器的方法的另一个示例性实施例将描述如下。图5是示出根据本发明的用于控制车载电池充电器的方法的另一个示例性实施例的流程图。
如在上述的示例性实施例的方法中，在该示例性实施例的方法中，当电力中断发生在AC输入功率源中时，用于对高压电池充电的输出电流指令可以被限制为最小充电电流。然而，该示例性实施例的方法在下述方面是不同的：从一开始关闭PFC控制器或将PFC控制器中的积分器复位，以输出第一电容器的电压指令使其被更新为零(0)。当AC输入功率源被恢复时，PFC控制器可以再次被打开，并且可以停止积分器的复位。
如在上述示例性实施例中，在该示例性实施例中，当电力中断发生在AC输入功率源中时，用于对高压电池充电的输出电流指令可以被限制为最小充电电流，并且通过从一开始关闭PFC控制器，使得可以调整DC链路电容器的电压指令使其被更新为零(0)，从而防止瞬时过电流和过电压被施加到车载电池充电器的PFC变换器和DC链路电容器。因此，保护车载电池充电器的内部设备(例如，二极管、开关、电容器等)、部件等是可能的。
进一步地，根据本发明的用于控制车载电池充电器的方法的另一个示例性实施例将描述如下。图6是示出根据本发明的用于控制车载电池充电器的方法的另一个示例性实施例的流程图。
特别地，可以类似于上述实施例的方法执行该示例性实施例的方法。然而，该示例性实施例的方法在下述方面是不同的：在电力中断发生在AC功率源中的情况下，当用于对高压电池充电的输出电流指令不受限制时，关闭PFC控制器或将PFC控制器中的积分器复位，以输出第一电容器的电压指令使其被更新为零(0)。当AC输入功率源被恢复时，PFC控制器可以被再次打开，并且可以停止积分器的复位。
另外，在电力中断发生在AC输入功率源中的情况下，当用于对高压电池充电的输出电流指令不受限制时，通过从一开始关闭PFC控制器，使得可以调整DC链路电容器的电压指令使其被更新为零(0)，从而防止瞬时过电流和过电压被施加到车载电池充电器的PFC变换器和DC链路电容器。因此，保护车载电池充电器的内部设备(例如，二极管、开关、电容器等)、部件等是可能的。
如上所述，本发明提供了如下优势。
第一，在车载电池充电器的充电操作期间，虽然瞬时电力中断发生在AC输入功率源中，但可以更稳定地和顺利地执行对高压电池的充电。
第二，在AC输入功率源瞬时中断之后，当AC输入功率源被恢复时，可以防止瞬时过电流和过电压被施加到车载电池充电器的PFC变换器和DC链路电容器，从而保护车载电池充电器的内部设备(例如，二极管、开关、电容器等)、部件等。
参考其示例性实施例已经详细描述了本发明。然而，本领域技术人员应当理解，可以在这些示例性实施例中做出改变，而不偏离本发明的原理和精神，在所附权利要求书及其等同形式中限定了本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于控制环境友好车辆的车载电池充电器的方法，所述方法包括以下步骤：
在所述车载电池充电器的充电操作期间，由控制器确定电力中断是否发生在交流(AC)输入功率源中；
当所述电力中断发生在所述AC输入功率源中时，由所述控制器将用于对高压电池充电的输出电流指令限制为最小充电电流；
由所述控制器输出第一电容器的电压指令以被更新为0或所述第一电容器的实际输出电压水平，其中所述第一电容器连接到功率因数校正(PFC)变换器的输出端子；
当所述AC输入功率源被恢复时，由所述控制器将所述第一电容器的电压指令恢复为初始指令；以及
由所述控制器将用于对所述高压电池充电的所述输出电流指令恢复为初始的充电电流指令。
2.根据权利要求1所述的方法，其中当所述电力中断发生在所述AC输入功率源中时，通过关闭PFC控制器或复位所述PFC控制器中的积分器，调整所述第一电容器的电压指令以被更新为0，并且当所述AC输入功率源被恢复时，所述PFC控制器被再次打开，并且停止所述积分器的复位。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电容器的电压指令以预定的步长或预定的斜率被逐渐恢复为所述初始指令。
4.根据权利要求1所述的方法，其中用于对所述高压电池充电的输出电流指令以预定的步长或预定的斜率被逐渐恢复为所述初始的充电电流指令。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在当完成所述第一电容器的电压指令恢复为所述初始指令的时间点，用于对所述高压电池充电的输出电流指令被恢复到所述初始的充电电流指令。
6.一种用于控制环境友好车辆的车载电池充电器的系统，其包括：
用于在所述车载电池充电器的充电操作期间，确定电力中断是否发生在交流(AC)输入功率源中的模块；
用于当所述电力中断发生在所述AC输入功率源中时，将用于对高压电池充电的输出电流指令限制为最小充电电流的模块；
用于输出第一电容器的电压指令以被更新为0或所述第一电容器的实际输出电压水平的模块，其中所述第一电容器连接到功率因数校正(PFC)变换器的输出端子；
用于当所述AC输入功率源被恢复时，将所述第一电容器的电压指令恢复为初始指令的模块；以及
用于将对所述高压电池充电的输出电流指令恢复为所述初始的充电电流指令的模块。
7.根据权利要求6所述的系统，其中当所述电力中断发生在所述AC输入功率源中时，通过关闭PFC控制器或将所述PFC控制器中的积分器复位，调整所述第一电容器的电压指令以被更新为0，并且当所述AC输入功率源被恢复时，所述PFC控制器被再次打开，并且停止所述积分器的复位。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述第一电容器的电压指令以预定的步长或预定的斜率被逐渐恢复为所述初始指令。
9.根据权利要求6所述的系统，其中用于对所述高压电池充电的输出电流指令以预定的步长或预定的斜率被逐渐恢复到所述初始的充电电流指令。
10.根据权利要求6所述的系统，其中在当完成所述第一电容器的电压指令恢复到所述初始指令的时间点，用于对所述高压电池充电的输出电流指令被恢复到所述初始的充电电流指令。
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