CN108569151B - 基于ac输入电路电压响应的车载充电器输入电流限制设置 - Google Patents

基于ac输入电路电压响应的车载充电器输入电流限制设置 Download PDF

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Abstract

本公开涉及至少部分地依靠电动机运行的电动车辆(EV)领域。包括在EV中的是车载充电器(OBC)，其负责基于从电源接收的电力给电池电源充电。OBC被配置为：在电池电源的充电操作期间，检测某些电压或电流特性，并相应地调整OBC所允许的操作限制。

Description

基于AC输入电路电压响应的车载充电器输入电流限制设置
技术领域
本公开涉及至少部分地依靠电动机运行的电动车辆(EV)领域。包括在EV中的是车载充电器(OBC)，其负责基于从电源接收的电力给电池电源(battery supply)充电。OBC被配置为：在电池电源的充电操作期间，检测某些电压或电流特性，并相应地调整OBC所允许的操作限制。
背景技术
当车辆的OBC在AC输出电路(outlet circuit)故障的状况下汲取EVSE的最大电流时，可能导致断路器跳闸，或者导致其他不期望的状况。
EV充电是OBC的主要功能，OBC从电源(例如，家庭、建筑、发电机或其他电源)获得AC输入，并将其转换为DC输出，以便为EV上载有的用于给电动机供电的高压电池(HV电池)充电。为了在当前的应用中安全地执行此操作，OBC按照例如在SAE J1772中所定义地，从电动车辆供电设备(EVSE)接收最大电流限制信号。SAE J1772是北美所遵守的用于EV的电连接器标准，其描述了电连接器的物理插头布局的标准、包括性能要求(例如，充电操作期间的充电电流和最大电流限制)在内的电气特性、以及通过电连接器传送的通信协议。在某些电源是DC电源的情况下，OBC可以与EVSE一起工作，以实现对HV电池的充电。
尽管可以从EVSE向OBC提供最大电流限制，但是仍然可能需要防止OBC达到最大电流限制。
附图说明
图1示出了电动车辆充电系统的示例性框图。
图2示出了描述用于操作电动车辆的充电操作的示例性过程的逻辑的流程图。
图3示出了描述在不调整最大电流限制的情况下的示例性充电操作的时间曲线图。
图4示出了描述在调整最大电流限制的情况下的示例性充电操作的时间曲线图。
图5示出了包括在电动车辆内的计算机系统的示例性计算机体系结构。
具体实施方式
下面将参考构成本发明的一部分的附图更详细地描述主题，附图以说明的方式示出了具体的示例性实施例。然而，主题可以以各种不同的形式来体现，因此，涵盖或要求保护的主题意图于被解释为不限于本文阐述的任何示例实施例；提供示例性实施例仅用于进行说明。同样，旨在所要求或涵盖的主题的相当广泛的范围。除此之外，例如，主题可以被体现为方法，设备，组件或系统。因此，以下详细描述将不旨在限制所要求保护的范围。
下文的讨论将提及电动车辆(EV)电池充电系统，其可以包括车载充电器(OBC)的一部分以及EV的其它部件，例如电池电源、电动机、再充电电路和/或与EV的控制器区域网络总线(CAN总线)耦合的其他电子部件。EV电池充电系统还可以包括充当电源与安装在EV上的OBC之间的媒介的电动车辆充电站(例如，电动车辆供电设备(EVSE))。
EV的一个重要目标是实现鲁棒性和一致的充电，使得驾驶者不会发现自己困于没有电力来进一步操作EV的情况。图1示出了用于实现鲁棒性且一致的充电的示例性EV充电系统100。EV充电系统100包括EVSE 110和EV 120的部件，其中，EVSE从电源(例如，本地电网)接收AC输入电力，并且向EV 120提供AC输入电力。
EVSE 110可以包括充电连接器，其被配置为连接到EV的充电端口130并通过充电端口130提供由EV 120接收的AC输出电力。EVSE110上的充电连接器和EV 120上的充电端口130可以根据诸如SAE J1772的已知标准或其他EV充电标准兼容。EVSE 110可以通过充电连接器中的引脚额外地向EV 120提供信息，例如AC最大电流限制信息和充电状态信号(例如，级别1、2或DC直接充电)。EVSE 110可以通过充电连接器中的引脚额外地从EV 120接收信息，例如识别当前充电状态的充电状态信号(例如，电池电源的已充电的百分比、开始充电状态、充电完成状态、正在充电状态)。
包括在EV 120中的充电端口130接收来自EVSE 110的AC输出电力，以及由EVSE110提供的任何其它信息，例如AC最大电流限制和充电状态信号。然后，由充电端口130接收的AC输出电力可以被传输到OBC 140，以对高压(HV)电池系统150进行充电。OBC 140可以包括用于从充电端口130接收AC输出电力的OBC接口，以及用于将AC输出电力转换为DC输出电力的AC/DC转换器。DC输出电力可以被传送到HV电池系统150，以对包括在HV电池系统150内的HV电池充电。HV电池系统150可以包括HV电池、再充电系统以及用于控制HV电池系统150的各部分的工作电路、硬件、和/或软件。当HV电池充满电时，HV电池系统150可以向OBC 140发送充电完成信号。HV电池系统150还可以间歇地向OBC 140发送识别HV电池上的电池充电的级别的充电完成状态。
OBC 140还可以包括OBC控制器143，OBC控制器143包括用于控制OBC 140的操作的工作电路、硬件和/或软件。安装在OBC 140上的逻辑144代表存储在存储器中的指令，其可以由OBC 140的处理器执行以实施如本文所述的属于(attributed to)OBC 140的一个或多个操作过程。
图2示出了描述在安装在电动车辆上的HV电池的充电操作期间，通过车载充电器调整最大电流的过程的逻辑的流程图200。流程图200中提及的车载充电器可以由OBC 140表示，并且在流程图200中提及的电动车辆可以由图1中描述的EV 120表示。
车载充电器可以在HV电池充电前，初始确定当前充电状态为开始会话状态(201)。还可以通过从与电动车辆连接的电动车辆供电设备(例如，EVSE 110)接收最大输入电流值信息，或者通过访问存储在车载充电器的存储器上的预定最大输入电流值，来确定最大输入电流值(201)。
在开始会话状态期间，车载充电器可以检测从例如电动车辆供电设备(例如，EVSE110)接收的电力信号的输入电流和输入电压。在开始会话状态期间，由车载充电器检测到的输入电流和输入电压将分别为最小值(例如，0A或0V或接近0A或0V)(202)。
检测到的输入电流和输入电压被存储在车载充电器上的车载存储器或与车载充电器通信的其他存储器内(203)。
基于输入电压计算最大允许电压降(204)。可以基于范围为3-5％的已知的建议的电压降计算方式来计算最大允许电压降，其中，计算出的电压降在3-5％范围内大于建议的电压降可以是不正确或错误布线的指示。
在车载充电器开始主动(active)充电操作后，可以继续监测从EVSE 110提供的输入电流和输入电压。车载充电器可以确定检测到的输入电流是否已经升高到达到或超过最大输入电流值(205)。车载充电器还可以确定在检测到的输入电压中的电压降是否下降到低于最大允许电压降(205)。
当确定检测到的输入电流达到最大输入电流值或者确定电压降下降到低于最大允许电压降时，车载充电器可以减小最大输入电流值(206)。通过减小最大输入电流值，流经车载充电器的电流将减小，这继而减小了EVSE 110上游的AC输入电路以及车载充电器的电路和硬件的部件的不期望负荷(undesirable strain)。
可以在OBC 140上通过将最大输入电流值调整到较低的值，并且调整OBC 140上的电子部件特性，以将流经OBC 140的电流减小到低于调整后的较低最大输入电流值，来完成对最大输入电流的减小。这样，EVSE 110可以将最大电流限制传送到OBC 140，随后OBC 140可以相应地调整电流。
此外或者替换地，可以在EVSE 110上通过将最大输入电流值调整到较低值，并且调整EVSE 110上的电子部件特性，以将流经EVSE 110的电流减小到低于调整后的较低最大输入电流值，来完成对最大输入电流的减小。这样，EVSE 110向OBC 140提供的电流将具有低于调节后的较低最大输入电流的AC电流。EVSE 110可以从OBC 140、电源(例如，反馈到EVSE 110的智能电网)或诸如家庭自动化/负载减小系统的其他控制设备接收用于降低最大输入电流值的指令。可以通过EVSE 110和OBC 140之间的现有布线来传送指令，或者通过诸如WiFi或蜂窝网络通信的已知无线通信协议来无线传送指令。
当确定检测到的输入电流未达到最大输入电流值，并且确定电压降未下降到低于最大允许电压降时，车载充电器可以继续监测由车载充电器接收到的输入电流和输入电压(202)。
图3示出了描述由OBC 140实现的不包括调整最大电流限制的示例性充电操作的时间图曲线300。上图绘制了AC输入电压与一段时间的关系。下图绘制了AC输入电流与同一段时间的关系。AC输入电压和AC输入电流都代表由OBC 140接收的输入电流和输入电压。
最初可以看到，AC输入电压在持续到t1的初始时间段(例如，开始会话阶段)平稳地处于240V。最初可以看到，AC输入电流在持续到t1的同一初始时间段平稳地处于0A。在初始时间段后，AC输入电压持续降低，直到AC输入电流在t3达到最大电流限制。在t3处到达最大电流限制时，AC输入电压降已经下降到低于将在t2处达到的建议限制(例如，国家电气规范(NEC)建议的范围为3-5％的最大电压降限制)。
通过允许OBC 140继续操作直到AC输入电流达到最大电流限制，施加在OBC 140上游的电路和硬件上的负荷(strain)可能过大(例如，在t3处产生的600瓦的功率)。至少，允许AC输入电流达到最大电流限制可能导致OBC 140上的断路器被触发，这将导致OBC 140的操作中断。
图4示出了描述由OBC 140实现的包括调整最大电流限制的示例性充电操作的时间图曲线400。上图绘制了AC输入电压与一段时间的关系。下图绘制了AC输入电流与同一时间段的关系。AC输入电压和AC输入电流代表由OBC 140接收的输入电流和输入电压。
最初可以看到，AC输入电压在持续到t1的初始时间段(例如，开始会话阶段)平稳地处于240V。最初可以看到，AC输入电流在持续到t1的同一初始时间段平稳地处于0A。在初始时间段后，AC输入电压持续下降，直到对AC输入电压检测到的电压降在t2处达到建议的最大电压降限制(例如，国家电气规范(NEC)建议的范围为3-5％的最大电压降限制)。当确定电压降在t2时达到建议的最大电压降限制时，OBC 140通过将最大电流限制降低到较低的预定最大电流限制来进行反应。
通过基于确定AC输入电压的电压降已经达到建议的最大电压降限制来降低最大电流限制，经由OBC 140的电路和硬件产生的功率比如果AC输入电流被允许升高到原始最大电流限制的情况下低得多(例如，在维持最大输入电流的情况下为600瓦，而在将最大电流限制调整为更低值的情况为216瓦)。因此，OBC 140监测AC输入电压以确定是否达到了最大电压降限制，为防止OBC 140上游的电路和硬件的负荷过大提供了一种独特而有效的解决方案。该解决方案还防止了OBC 140触发断路器，断路器将导致OBC 140的操作中断。
EV充电系统100中的一个或多个设备可以包括在图5所示的计算机系统500的示例性计算机体系结构所描述的一个或多个部件。例如，计算机系统500可以代表OBC 140，或者是通过EV 120的CAN总线与OBC 140通信的计算机系统。
计算机系统500包括允许与其他设备通信的通信接口520。例如，通信接口520可以代表被配置为从EVSE 110接收电力以及信息的OBC接口141或充电端口130。根据一些实施例，通信接口可以通过网络526实现无线通信。网络526可以是任何合适的网络，并且可以支持适合于与计算机系统500通信的任何合适的协议。计算机系统500还可以包括经由总线508(例如，CAN总线)通信的处理器502、主存储器504、静态存储器506、输出设备510(例如，显示器或扬声器)、输入设备512和存储设备516。
处理器502表示中央处理单元。处理器502执行存储在主存储器504、静态存储器506或存储设备516中的一者或多者上的指令524。处理器502还可以包括控制整个计算机系统500的操作的计算机系统500的部分。处理器502还可以表示组织存储在存储器中的数据和程序，并在计算机系统500的各个部分之间传输数据和其他信息的控制器。
处理器502被配置为通过输入设备512接收输入数据和/或用户命令。输入设备512可以是键盘、鼠标或其他点击设备、轨迹球、滚屏、按钮、触摸板、触摸屏、小型键盘、麦克风、语音识别设备、视频识别设备、加速计、陀螺仪、全球定位系统(GPS)收发机，或用于让用户向计算机系统500输入数据并控制计算机系统500的操作的任意其它适合的机构。如图5所示的输入设备512可以代表任意数量和类型的输入设备。
处理器502还可以经由网络526与其他计算机系统进行通信，从而接收指令524或其他信息，其中处理器502可以控制这样的指令524或信息的存储，使其存储到主存储器504(例如，随机存取存储器(RAM))、静态存储器506(例如，只读存储器(ROM))或存储设备516中的任意一者或多者中。然后，处理器502可以从主存储器504、静态存储器506或存储设备516中的任意一者或多者中读取并执行指令524。指令524也可以通过其它源存储在主存储器504、静态存储器506或存储设备516中的任意一者或多者上。指令524可以对应于例如被描述为被包括在OBC控制器143中的逻辑144。
尽管计算机系统500在图5中表示为单个处理器502和单个总线508，但是所公开的实施例同样适用于可能具有多个处理器的计算机系统和可能具有多个总线的计算机系统，这些处理器或总线中的一些或全部执行以不同的方式执行不同的功能。
存储设备516表示用于存储数据的一个或多个机构。例如，存储设备516可以包括诸如只读存储器(ROM)、RAM、非易失性存储介质、光存储介质、闪存设备和/或其他机器可读介质的计算机可读介质522，或任意其他合适类型的存储设备。
输出设备510被配置为向用户呈现信息。例如，输出设备510可以是显示器，例如液晶显示器(LCD)、气体或等离子体平板显示器或传统的阴极射线管(CRT)显示器或在计算机硬件领域内的其他熟知类型的显示器。因此，输出设备510可以是用于显示用户界面的设备。此外或者替换地，输出设备510可以是被配置为向用户输出可听信息的扬声器。此外或者替换地，输出设备510可以是被配置为向用户输出触觉反馈的触觉输出设备。输出设备的任意组合可以由输出设备510表示。
通信接口520通过任意兼容通信协议向计算机系统500提供与网络526或其他设备的连接。通信接口520可以经由无线或有线收发机514发送和/或接收数据。收发机514可以是蜂窝频率、射频(RF)、红外(IR)或能够与具有计算机系统500的一些或全部特征的其他计算机设备通信的多个已知的无线或有线传输系统中的任意一者。总线508可以表示一个或多个总线，例如USB、PCI、ISA(工业标准架构)、X总线、EISA(扩展工业标准架构)、CAN总线或任意其他合适的总线和/或桥(也可被称为总线控制器)。
上述方法，设备，处理过程和逻辑可以以许多不同的方式以及硬件和软件的许多不同的组合来实现。例如，所有或部分实施可以是包括诸如中央处理单元(CPU)、微控制器或微处理器的指令处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)在内的电路；或者是包括离散逻辑，或含有模拟电路元件、数字电路元件或两者的其他电路元件在内的电路，或上述电路任意组合的电路。电路可以包括分立的互连硬件组件和/或可以组合在单个集成电路管芯(die)上，例如，分布在多个集成电路管芯之间，或者以共同封装中的多个集成电路管芯的多芯片模块(MCM)实施。
电路还可以包括或访问用于被电路执行的指令。指令可以存储在除瞬态信号之外的有形存储介质中，诸如闪速存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)等；或磁盘或光盘，例如光盘只读存储器(CDROM)、硬盘驱动器(HDD)或其他磁盘或光盘，或存储在另一机器可读介质中或其上。诸如计算机程序产品的产品可以包括存储介质和存储在介质中或其上的指令，并且当由设备中的电路执行时指令可以使得设备实现上述或附图所示的任何过程。已经具体描述了各种实施方式。然而，其他实现也在本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种电动车辆充电系统，包括：
接口，被配置为：从电动车辆充电站接收电力；
电力转换器，被配置为：将电力转换为电池可充电供电电力；和
控制器，与所述接口和所述电力转换器通信，其中，所述控制器被配置为：
向电池提供电池可充电供电电力；
监测从所述电动车辆充电站接收到的电力；
确定从电动车辆充电站接收的电力的电压变化是否大于预定的电压变化限制；
当确定电压的变化大于所述预定的电压变化限制时，将最大电流限制调整为预定的较低电流限制值；
控制所述电动车辆充电系统内的电流，使其低于所述预定的较低电流限制值；
确定从所述电动车辆充电站接收的电力的电流是否大于所述最大电流限制；
当确定电力的电流大于所述最大电流限制时，将电流限制调整为预定的较低电流限制值；以及
控制所述电动车辆充电系统内的电流，使其低于所述预定的较低电流限制值。
2.根据权利要求1所述的电动车辆充电系统，其中，所述控制器还被配置为：
通过所述接口，将识别电池的充电状态的充电状态信号发送到所述电动车辆充电站。
3.根据权利要求1所述的电动车辆充电系统，其中，所述接口还被配置为：
从所述电动车辆充电站接收识别最大电流限制的信息；以及
从所述电动车辆充电站接收充电状态信号。
4.根据权利要求3所述的电动车辆充电系统，其中，所述充电状态信号识别开始会话状态、1级充电状态、2级充电状态或DC直接充电状态中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的电动车辆充电系统，其中，所述预定的电压变化限制是3-5％之间的电压降范围。
6.根据权利要求1所述的电动车辆充电系统，其中，所述控制器被配置为：通过调整所述电动车辆充电系统的电子部件特性，来控制所述电动车辆充电系统内的电流。
7.根据权利要求1所述的电动车辆充电系统，其中，所述控制器被配置为：通过接口发送用于降低从所述电动车辆充电站提供的电力的电流的请求，来控制所述电动车辆充电系统内的电流。
8.根据权利要求7所述的电动车辆充电系统，其中，所述控制器还被配置为：
继续监测从所述电动车辆充电站接收到的电力；以及
确定从所述电动车辆充电站接收的电力的电流是否低于所述预定的较低电流限制值。
9.根据权利要求1所述的电动车辆充电系统，其中，所述电动车辆充电站被配置为：监测传输到所述接口的电力的电压，并且当确定传输到所述接口的电力的电压变化大于所述预定的电压变化限制时，将所述最大电流限制减小到所述预定的较低电流限制值。
10.一种电动车辆充电方法，包括以下步骤：
通过接口从电动车辆充电站接收电力；
向电池提供电力；
由控制器监测从所述电动车辆充电站接收的电力；
由所述控制器确定从所述电动车辆充电站接收的电力的电压变化是否大于预定的电压变化限制；
当确定电压变化大于所述预定的电压变化限制时，由所述控制器将最大电流限制调整为预定的较低电流限制值；
由所述控制器控制车载充电器内的电流，使其低于所述预定的较低电流限制值；
确定从所述电动车辆充电站接收的电力的电流是否大于所述最大电流限制；
当确定电力的电流大于所述最大电流限制时，将电流限制调整为预定的较低电流限制值；以及
控制所述车载充电器内的电流，使其低于所述预定的较低电流限制值。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：
通过接口，将识别电池的充电状态的充电状态信号发送到所述电动车辆充电站。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：
从所述电动车辆充电站接收识别所述最大电流限制的信息；以及
从所述电动车辆充电站接收充电状态信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述充电状态信号识别开始会话状态、1级充电状态、2级充电状态或DC直接充电状态中的至少一者。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述预定的电压变化限制为3-5％之间的电压降范围。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，控制所述车载充电器内的电流的步骤包括：调整所述车载充电器的电子部件特性。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，控制所述车载充电器内的电流的步骤包括：通过接口发送用于减小从所述电动车辆充电站提供的电力的电流的请求。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括以下步骤：
监测从所述电动车辆充电站接收到的电力；以及
确定从所述电动车辆充电站接收的电力的电流是否低于所述预定的较低电流限制值。
18.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：
当确定电力的电流大于所述最大电流限制时，呈现描述充电性能降低的消息。
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