CN106571666A - 操作用于环保型车辆的车载充电器的方法和系统 - Google Patents

操作用于环保型车辆的车载充电器的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及操作用于环保型车辆的车载充电器的方法和系统，其在使用商业电源为车辆电池充电期间提高OBC的耐久性和延长寿命。该系统通过在使用商业电源(电缆内控制盒(ICCB))为电池充电期间交替操作PFC部的第一升压转换器和第二升压转换器，提高包括功率因数校正(PFC)部的OBC的耐久性且延长寿命。

Description

操作用于环保型车辆的车载充电器的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种操作用于环保型车辆的车载充电器的方法和系统，并且更具体地，涉及如下一种操作用于环保型车辆的车载充电器方法和系统，其在使用商用电源对车辆电池充电期间提高车载充电器的耐久性并且延长使用寿命。
背景技术
通常，使用电动机作为使车辆运行的驱动源的环保型车辆(例如，电动车辆(EV)或插电式混合动力电动车辆(PHEV))配备有为电动机提供电力的电池，并且该电池使用车辆外部的电动车辆供电设备(EVSE)进行充电，或者使用车载充电器(OBC)与普通外部交流电源连接并进行充电，车载充电器(OBC)是安装在车辆内的电池充电器。当车辆外部的交流电力被施加到车辆时，OBC被配置为通过将交流电力(AC)转换为能够对电池充电的直流电力(DC)来为电池充电。
在这个部分中所公开的上述信息仅用于增强本发明背景技术的理解，并因此其可能包括没有形成在这个国家对本领域普通技术人员而言已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种操作用于环保型车辆的车载充电器(OBC)的方法和系统，其在使用商业电源(例如，电缆内控制盒(ICCB))为电池充电期间交替操作在OBC内形成的功率因数校正(PFC)部的第一升压转换器和第二升压转换器，以提高包括PFC部的OBC的耐久性并增加服务寿命(例如，使用寿命)。
在一个方面，本发明提供一种操作安装在车辆内的车载充电器(OBC)的方法，包括以下步骤：确定连接到OBC的电源是否是被配置为供应商用交流电力的商用电源；每当商用电源与OBC连接时，对电池的充电次数进行累加计数；以及基于所计数的电池的充电次数，交替操作被配置为调节OBC的输入电流的占空比的多个升压转换器。
在一个示例性实施例中，OBC可以包括被配置为在不同相位下调节输入电流的占空比的第一升压转换器和第二升压转换器，并且当所计数的电池的充电次数为奇数时，OBC可以被配置为通过操作第一升压转换器和第二升压转换器中的一个来调节输入电流的占空比，并且当所计数的电池的充电次数为偶数时，OBC可以被配置为通过操作第一升压转换器和第二升压转换器中的另一个来调节输入电流的占空比。
此外，该方法可以包括：根据可以被施加到基于电池的充电次数在多个升压转换器中选定的升压转换器的输入电流与被确定为输入电流的指令值的电流指令的比率，确定输入到升压转换器的输入电流的占空比。当累加计数的电池的充电次数达到预定最大值时，可以将电池的充电次数重置为初始值。该方法还可以包括：基于施加到多个升压转换器的输入电压和输入电流来确定连接至OBC的电源是否是商用电源。
根据本发明的操作用于环保型车辆的OBC的方法具有以下效果。
第一，可以解决在使用ICCB为电池充电期间因仅操作一个特定升压转换器而发生的关于OBC的耐久性和可靠性的问题。
第二，可以减少以下问题：因仅操作一个特定升压转换器而导致对应的升压转换器的耐久性劣化，产生当由于对应的升压转换器的耐久性劣化，电池需要通过操作两个升压转换器来充电时产生的电流不平衡。
第三，可以解决因仅操作一个特定升压转换器而导致特定升压转换器的耐久性劣化产生的控制性能劣化的问题。
附图说明
现将参考附图示出的其示例性实施例详细描述本发明的以上和其它特征，附图在下文中仅以说明的方式给出，并因此并不限制本发明，并且其中：
图1为用于描述现有技术中操作用于环保型车辆的车载充电器(OBC)的方法的图；
图2为用于描述根据本发明的示例性实施例的操作用于环保型车辆的OBC的方法的图；
图3为示出根据本发明的示例性实施例的在使用OBC的控制器的电缆控制盒(ICCB)进行充电期间的操作方法的概念图；
图4为示出根据本公开的示例性实施例的操作OBC的方法的流程图；以及
图5为示出根据本公开的示例性实施例的操作OBC的方法应用到的OBC的仿真结果的图。
在附图中列出的附图标号包括对如下进一步讨论的以下元件的引用：
10：PFC部件
11：第一升压转换器
12：第二升压转换器
20：DC/DC转换器部件
30：控制器
31：电流控制器
40：电池
应当理解，附图未必按比例绘制，表示本发明基本原理的各种示例性特征示例的某种程度的简化图。如本文所公开的本发明的具体设计特征包括(例如)特定的尺寸、方向、位置及形状，将部分地通过具体的应用和使用环境确定。在附图中，参考标号是指贯穿附图的几个图的本发明的形态或等同部件。
具体实施方式
应当理解，在此使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似的术语包括一般机动车辆，例如客运汽车(包括运动型多功能车辆(SUV))、公共汽车、卡车、各种商用车辆、水运工具(包括各种艇和船)、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源得到的燃料)。如在此提到的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，既有汽油动力又有电动力的车辆。
虽然示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应当理解，示例性过程也可以由一个或复数个模块执行。此外，应当理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置为存储模块，并且处理器被具体配置为运行所述模块以执行下面进一步描述的一个或多个过程。
此外，本发明的控制逻辑可以被体现为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读媒介，其包含可执行程序指令，可执行程序指令由处理器、控制器/控制单元等执行。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、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联网的计算机系统中，使得计算机可读媒介以分布式方式例如由远程信息处理服务器或者控制器局域网(CAN)存储和执行。
在此使用的术语只是出于描述特定实施例的目的，并非意图限制本发明。如在此使用的，单数形式“一”、“一个/一种”以及“该/所述”意在也包括复数形式，除非上下文清楚地指出。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所叙述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或其群组。如在此使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项目中的一个或多个的任何组合以及全部组合。
除非具体说明或者从上下文显而易见，否则如在此使用的，术语“大约”被理解为在本领域正常公差的范围内，例如，在平均值的2个标准方差内。“大约”可以被理解为在所叙述的值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或者0.01％内。除非从上下文清楚地得出，否则在此提供的所有数值均由术语“大约”修饰。
下文中现在将具体地参考本发明的各种示例性实施例，其实例造附图中示出并且在下文中描述。当将结合示例性实施例描述本发明时，应当理解本发明并不旨在将本发明限制在这些示例性实施例。相反，本发明旨在不但涵盖示例性实施例，而且涵盖各种变型、修改、等同方案和其它示例性实施例，其可包括在如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内。
首先，将描述现有技术中操作用于环保型车辆的车载充电器(OBC)的方法。图1为示意性地示出现有技术中安装在环保型车辆中的OBC的构造图。如图1所示，用于环保型车辆的OBC包括功率因数校正(PFC)部100、DC/DC转换器部200和被配置为操作各元件的控制器300。
如所知的，PFC部100被配置为调节功率因数，并且DC/DC转换器部(PSFB)200被配置为将从PFC部100输入的电压转换成用于为电池400充电的直流电压。参考图1，PFC部100包括被配置为调节OBC的输入电流的第一升压转换器110和第二升压转换器120，并且第一升压转换器110和第二升压转换器120并联连接，在以180°相位差交替操作的同时调节输入电流的占空比。换言之，OBC的PFC部100可以由在不同相位下操作的两个升压转换器110和120形成，并且可以以两个相位调节输入电流的占空比(或占空率)并输出。
对于现有技术中的环保型车辆的OBC，被配置为调节施加到OBC的输入电流的PFC部100可以以交替方式操作，当使用普通电动车辆供电设备(EVSE)对电池充电时具有大的额定充电容量，并且因此OBC被配置为通过操作第一升压转换器110和第二升压转换器120来为电池充电。然而，当OBC使用被配置为供应家庭用电力(或商用交流电力)的电源(例如电缆内控制盒(ICCB))为电池充电时，充电容量是在使用普通EVSE充电期间充电容量的一半或更小，并且因此OBC被配置为操作PFC部100的升压转换器110和升压转换器120中的仅一个。
换言之，在现有技术的环保型车辆用OBC的PFC部件中，当使用与使用普通EVSE为电池充电相比充电容量非常小的ICCB为电池充电时，仅操作一个升压转换器。特别地，交错方法是指当以多个相位(例如，N个)而不是一个相位生成占空比时，通过对每个相位将相位延迟360°/N来产生占空比的方法。然而，现有技术的操作OBC的方法具有以下问题：在使用ICCB为电池充电期间所操作的对应升压转换器的手动和有源器件(例如，电感器、开关、二极管等)的耐久性退化，OBC的寿命快速降低。
当构成在通过使用ICCB为电池充电期间所操作的预定升压转换器的器件(例如，电感器、开关、二极管等)的耐久性退化时，电感、内部电阻等可能改变，由此导致在通过使用普通EVSE为电池充电期间由第一升压转换器和第二升压转换器所调节的各个相位的电流不平衡以及控制性能劣化。
在下文中，将描述本发明使得本领域技术人员可以易于实施本发明。
图2为用于描述根据本发明的示例性实施例的操作用于环保型车辆的OBC的方法的图，并且例示包括PFC部10、DC/DC转换器部20和控制器30的OBC的构成，作为连接在车辆外部的电源(未示出)与安装在车辆内部的电池40之间的车载充电器。PFC部10可以包括被配置为调节输入到OBC的电流(例如，输入电流)的占空率的第一升压转换器11和第二升压转换器12，并且第一升压转换器11和第二升压转换器12可以被配置为在以180°相位差交替操作的同时调节输入电流的占空比。
第一升压转换器11和第二升压转换器12中的每个可以包括开关器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，并且可以被配置为在开关器件接通时输出并传输从外部施加的输入电流，由此调节输入电流的占空率，并且可以被配置为通过调节输入电流的占空率，传输与电流指令对应的平均输出电流。
PFC部10可以操作为被配置成在OBC中执行功率因数控制的电路，并且可以被配置为通过以不同相位操作的两个升压转换器11和12，以两个相位调节输入电流的占空率(或占空比)，并且操作可以由控制器30来执行。当OBC使用被配置为供应家庭用电力(或商用交流电力)的商用电源(例如ICCB)为电池40充电时，控制器30可以被配置为基于电池的充电次数(例如，电池被充电的次数)交替操作第一升压转换器11和第二升压转换器12。具体地，下面将详细描述通过被配置为执行PFC部10的第一升压转换器11和第二升压转换器12的操作顺序的控制器30来操作OBC的方法。
如图2和图3所示，控制器30可以被配置为检测在PFC部10的输入端子处施加到OBC的输入电压Vin和输出电流I#1和I#2，并且可以同时被配置为检测外部电源是否连接到PFC部10的输入端子。
特别地，控制器30可以被配置为基于从外部施加到PFC部10的输入端子的充电电力，检测商用电源连接到PFC部10的输入端子。使用EVSE为电池充电时的充电容量通常可以为使用ICCB为电池充电时的充电容量的两倍以上。换言之，控制器30可以被配置以基于施加到PFC部10的第一升压转换器11和第二升压转换器12的输入电压Vin和输入电流I#1和I#2，确定连接到OBC的输入端子(或PFC部10的输入端子)的电源是EVSE还是ICCB。
当控制器30确定出车辆外部的商用电源(ICCB)电连接至PFC部10的输入端子时，控制器30可以被配置为增加电池的充电次数N，其可以被确定为内部变量。特别地，控制器30可以被配置为当商用电源(ICCB)连接至PFC部10的输入端子时，将电池的充电次数N增加1，对电池的充电次数N进行累加计数，并且通过基于电池的充电次数N调节OBC的充电模式，操作选自PFC部10的升压转换器11和12中的一个升压转换器。
换言之，控制器30可以被配置为基于电池的充电次数N执行PFC部10的第一升压转换器11和第二升压转换器12的操作顺序，并且顺序地且交替地操作第一升压转换器11和第二升压转换器12。例如，当电池的充电次数N为奇数(例如，N＝2k+1，k＝0、1、2、...和n)时，可以操作第一升压转换器11，可以从在PFC部10的输入端子处检测到的输入电流I#1和I#2中选择第一升压转换器11的输入电流I#1，并且可以基于确定的电流指令Iref来调节PFC部10(或选择性操作的第一升压转换器)的输入电流I#1的占空比。
特别地，设置在控制器30内的电流控制器31可以被配置为基于电流指令Iref确定和输出输入电流I#1的占空比dPFC。换言之，电流控制器31的输出可以变成输入到选定的升压转换器(即第一升压转换器11)的输入电流I#1的占空比dPFC。然后，PFC部10可以被配置为基于所确定的占空比dPFC来调节输入电流I#1的占空比，并输出与电流指令Iref对应的平均输出电流。
例如，当电池的充电次数N为偶数(例如，N＝2k，k＝0、1、2、...和n)时，可以选择并操作第二升压转换器12，可以从在PFC部10的输入端子处检测到的输入电流I#2和I#2中选择第二升压转换器12的输入电流I#2，并且可以基于所确定的电流指令Iref来调节PFC部10(例如，或者选择性操作的第二升压转换器)的输入电流I#2的占空比。特别地，安装在控制器30内的电流控制器31可以被配置为基于电流指令Iref来确定和输出输入电流I#2的占空比dPFC。电流控制器31的输出可以变成输入到选定的升压转换器(即第二升压转换器12)的输入电流I#2的占空比dPFC。
此外，PFC部10可以被配置为基于所确定的占空比dPFC来调节输入电流I#2的占空比，并输出与电流指令Iref对应的平均输出电流。例如，当从PFC部10的升压转换器中选择的升压转换器的输入电流为约20A，并且电流指令Iref为约10时，占空比dPFC可以被确定为约0.5，且平均输出电流可以变成约10A。特别地，电流控制器31可以被配置为根据电流指令Iref与输入电流(I#1或I#2)的比率来确定输入电流的占空比dPFC，并且可以基于占空比dPFC的值开启第一升压转换器11或第二升压转换器12的开关器件。
电流指令Iref是输入电流的指令值，并且可以根据OBC的输入、输出和外部条件等来确定。换言之，电流指令Iref可以根据OBC的输入电压Vin、选定的升压转换器的输入电流(I#1或I#2)、外部条件等来确定。电流指令Iref是安装在控制器30内的电压控制器(未示出)的输出值，并且电压控制器可以以负反馈类型形成，且因此电压控制器可以被配置为基于OBC在正常操作期间的外部条件和输入/输出值自动且适当确定电流指令Iref。
例如，为了给主电池40充电，PFC部10的平均输出电流可以基于OBC的DC/DC转换器部20所需的输出来确定，并且电流指令Iref可以基于平均输出电流来确定。换言之，电流指令Iref可以由安装在控制器30内的电压控制器来确定，并且电流控制器31可以被配置为使用作为电压控制器的输出值的电流指令Iref来确定输入电流的占空比dPFC。因此，当外部商用电源被连接以给电池充电时，PFC部10可以被配置为通过用两相位交错方法交替操作第一升压转换器11和第二升压转换器12来产生不同相位的输出电流。
由于可以基于控制器30的性能来限制电池的可计数充电次数N的值，因此当电池的充电次数N达到预定最大值时，电池的充电次数N可以被重置为初始值。例如，当初始值为“0”时，电池的充电次数N的最大值可以被设为偶数值，并且当初始值为“1”时，电池的充电次数N的最大值可以被设为奇数值。
如上所述，PFC部10的第一升压转换器11和第二升压转换器12可以基于电池的充电次数N(其可以被额外设为OBC的控制器30的内部变量)交替操作，并且因此，与现有技术教导的仅操作一个特定升压转换器的情况相比，OBC的耐久性和可靠性得以提高。
下面将参考图4描述根据本发明的操作OBC的方法的示例。如图4所示，首先，当车辆外部的电源连接至OBC时，可以确定电源是否是被配置为供应商用交流电力的商用电源(ICCB)。
响应于确定出商用电源连接至OBC，可以将电池的充电次数N增加1并进行计数，并且可以确定所计数的电池的充电次数N为偶数。当所计数的电池的充电次数N不为偶数(例如，为奇数)时，可以通过操作第一升压转换器11来调节OBC的输入电流，并且当所计数的电池的充电次数N为偶数时，可以通过操作第二升压转换器12来调节OBC的输入电流，从而使用商用电源为OBC的电池充电。通过接收PFC部10的输出电流操作DC/DC转换器部30的方法为公知技术，并且因此可以省略其描述。
此外，图5为示出如上所述根据本公开的示例性实施例的操作OBC的方法所应用到的OBC的仿真结果的图，并且图5示出当在ICCB连接至OBC的PFC部的情况下电池的充电次数N为奇数时，PFC部的输出电流按第一升压转换器的相位流动，并且当电池的充电次数N为偶数时，PFC部的输出电流按第二升压转换器的相位流动。
如图5所示，当PFC部的输入电流由第一升压转换器调节时的PFC的输出电流和当PFC部的输入电流由第二升压转换器调节时的PFC的输出电流可以以不同相位输出，而没有重叠区间，并且当电池充电由第一升压转换器执行时和当电池充电由第二升压转换器执行时的OBC的输出电压可以以相同水平调节。
已经参照示例性实施例描述本发明，但是本领域技术人员可以理解的是在不脱离本发明的范围的情况下可以更正和改变本发明的元件。此外，自不脱离本发明的本质特征的情况下，特殊情况或材料可以被相当多的改变。因此，本发明不受本发明的示例性实施例的详细描述所限制，并且包括在附图内的所有示例性实施例。

Claims (10)

1.一种操作安装在车辆中的车载充电器(OBC)的方法，包括以下步骤：
由控制器确定连接到OBC的电源是否是被配置为供应商用交流电力的商用电源；
当商用电源与OBC连接时，由所述控制器对电池的充电次数进行累加计数；以及
基于所计数的电池的充电次数，由所述控制器交替操作被配置为调节OBC的输入电流的占空比的多个升压转换器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据被施加到基于电池的充电次数在多个升压转换器中选定的升压转换器的输入电流与被确定为输入电流的指令值的电流指令的比率，确定输入到基于电池的充电次数在多个升压转换器中选定的升压转换器的输入电流的占空比。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，OBC包括被配置为在不同相位下调节输入电流的占空比的第一升压转换器和第二升压转换器，并且当所计数的电池的充电次数为奇数时，OBC被配置为通过操作第一升压转换器和第二升压转换器中的一个来调节输入电流的占空比，并且当所计数的电池的充电次数为偶数时，OBC被配置为通过操作第一升压转换器和第二升压转换器中的另一个来调节输入电流的占空比。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，当累加计数的电池的充电次数达到预定最大值时，将电池的充电次数重置为初始值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括以下步骤：
基于施加到所述多个升压转换器的输入电压和输入电流，由所述控制器确定连接至OBC的电源是否是商用电源。
6.一种操作安装在车辆中的车载充电器(OBC)的系统，包括：
存储器，被配置为存储程序指令；和
处理器，被配置为执行所述程序指令，所述程序指令当被执行时被配置为：
确定连接到OBC的电源是否是被配置为供应商用交流电力的商用电源；
当商用电源与OBC连接时，对电池的充电次数进行累加计数；以及
基于所计数的电池的充电次数，交替操作被配置为调节OBC的输入电流的占空比的多个升压转换器。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，根据被施加到基于电池的充电次数在多个升压转换器中选定的升压转换器的输入电流与被确定为输入电流的指令值的电流指令的比率，确定输入到基于电池的充电次数在多个升压转换器中选定的升压转换器的输入电流的占空比。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，OBC包括被配置为在不同相位下调节输入电流的占空比的第一升压转换器和第二升压转换器，并且当所计数的电池的充电次数为奇数时，OBC被配置为通过操作第一升压转换器和第二升压转换器中的一个来调节输入电流的占空比，并且当所计数的电池的充电次数为偶数时，OBC被配置为通过操作第一升压转换器和第二升压转换器中的另一个来调节输入电流的占空比。
9.根据权利要求6所述的系统，其中，当累加计数的电池的充电次数达到预定最大值时，将电池的充电次数重置为初始值。
10.根据权利要求6所述的系统，其中，所述程序指令当被执行时还被配置为：
基于施加到所述多个升压转换器的输入电压和输入电流，确定连接至OBC的电源是否是商用电源。
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