CN108656980A - 非车载功率传输 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及非车载功率传输。一种车辆包括动力装置、电端口和控制器。所述控制器被配置为：经由电端口的导体向非车载逆变器发送指示可用的最大功率的信号。可响应于非车载逆变器被插入电端口的指示而发送所述信号。所述控制器还可被配置为：完成动力装置与非车载逆变器之间的电路。可响应于由非车载逆变器导致的所述信号的峰值电压的预期的预定义下降而完成所述电路。

Description

非车载功率传输
技术领域
本公开涉及非车载功率传输和供应。
背景技术
车辆利用各种方法产生能量。这种能量可被用于推进车辆或供给车载辅助负载。通常向负载提供直流电(DC)，并且可采用逆变器来提供交流电(AC)。具有大输出额定值的车载逆变器可使车辆尺寸增大并使散热复杂化。此外，无效的和未经授权的非车载逆变器可能被不适当地连接到车辆DC总线。
发明内容
一种车辆包括动力装置、电端口和控制器。所述控制器被配置为：经由电端口的导体向非车载逆变器发送指示可用的最大功率的信号。可响应于非车载逆变器被插入电端口的指示而发送所述信号。所述控制器还可被配置为：完成动力装置与非车载逆变器之间的电路。可响应于由非车载逆变器导致的所述信号的峰值电压的预期的预定义下降而完成所述电路。
一种方法由车辆的控制器执行。所述方法包括：经由电端口的导体向非车载逆变器发送指示可用的最大功率的信号。响应于非车载逆变器被插入电端口的指示而发送所述信号。所述方法包括：完成车辆的动力装置与非车载逆变器之间的电路。响应于由非车载逆变器导致的所述信号的峰值电压的预期的预定义下降而完成所述电路。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：基于非车载逆变器的需求具有大于变化阈值的变化，将供应给非车载逆变器的功率限制为小于可用的最大功率，使得供应的功率随着所述变化增大而减小。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：响应于非车载逆变器在所述动力装置的发动机关闭期间汲取的电流大于预定阈值，起动发动机。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：响应于在所述动力装置的发动机关闭期间动力装置的电池的荷电状态下降到预定阈值以下，起动发动机。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：响应于非车载逆变器的需求具有大于变化阈值的变化，操作所述动力装置的发动机以供应所述需求的平均值，并且操作所述动力装置的电池以供应所述需求与所述平均值之间的差。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：响应于非车载逆变器的需求具有大于变化阈值的变化，操作所述动力装置的发动机以供应恒定的输出。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：操作所述动力装置的电池，以供应所述需求与所述恒定的输出之间的差。
一种车辆包括具有牵引电池和发动机的动力装置。所述车辆包括电端口和控制器。所述控制器被配置为：经由电端口的导体向非车载逆变器发送指示可用的最大功率的信号。可响应于非车载逆变器被插入电端口的指示而发送所述信号。所述控制器还可被配置为：完成动力装置与非车载逆变器之间的电路。可响应于由非车载逆变器导致的所述信号的峰值电压的预期的预定义下降而完成所述电路。所述控制器还被配置为起动发动机。响应于非车载逆变器在发动机关闭期间汲取的电流大于预定阈值而起动发动机。
根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为：响应于牵引电池的荷电状态(SOC)下降到预定的荷电状态阈值以下，闭合断路器，以利用发动机为一部分负载供电。
附图说明
图1是具有电机和发动机的车辆的示意图；
图2是逆变器连接算法的流程图；
图3是描绘逆变器连接信号和可用的最大功率的信号的曲线图；
图4是描绘逆变器汲取的电流和电流汲取的方差的曲线图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可采用各种形式和替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
现代车辆具有被用于推进车辆并向车载负载供电的动力装置。动力装置可包括发动机、电池、电容器、太阳能板、燃料电池或其它发电装置。发电装置可产生电能或其它能量形式。用户可能通过将跨接电缆随意连接到车辆电气总线或其它电插座而进一步要求动力装置向非车载电子装置供电。例如，车辆DC总线可被用于快速启动车辆或激励逆变器。逆变器可被用于为针对公共电气连接(例如，120V/240V连接器)所设计的电子装置供电。这些随意的连接可允许未经授权的或非预期的负载从车辆电气总线汲取不适当的量的能量。这些负载可导致车辆发生故障或导致出现其它问题。车辆包括具有控制器的端口，所述端口被配置为向非车载负载传输高电流。在提供对电气总线的访问之前，所述端口可执行授权检查。车辆可包括控制器，所述控制器响应于有关能量传输的情况而监测传输的能量并适当地操作车辆。
图1描绘了电气化车辆112，电气化车辆112可被称为插电式混合动力电动车辆(PHEV)。所述车辆可以是任何类型的车辆，包括非混合动力车辆。所述车辆可以是内燃发动机车辆。所述车辆可以是插电式电动车辆。所述车辆可以是没有插电能力的混合动力车辆。车辆112可包括一个或更多个电机114，所述电机114机械地连接到混合动力传动装置116。电机114能够作为马达或发电机运转。此外，混合动力传动装置116机械地连接到发动机118。车辆的动力装置可包括任意数量的能量产生或维持机器(例如，发动机、电池、电容器、太阳能板、燃料电池、电机)。混合动力传动装置116还机械地连接到驱动轴120，驱动轴120机械地连接到车轮122。电机114能够在发动机118开启或关闭时提供推进和减速的能力。电机114还可用作发电机，并且可通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热损失掉的能量来提供燃料经济性效益。电机114还可通过允许发动机118以更高效的转速运转以及允许混合动力电动车辆112在特定状况下以发动机118关闭的电动模式运转来减小车辆排放。电气化车辆112还可以是电池电动车辆(BEV)。在BEV配置中，可以不存在发动机118。在其它配置中，电气化车辆112可以是没有插电能力的全混合动力电动车辆(FHEV)。
牵引电池或电池组124储存可由电机114使用的能量。车辆电池组124可提供高电压直流(DC)输出。牵引电池124可电连接到一个或更多个电力电子模块126。一个或更多个接触器142可在断开时将牵引电池124与其它组件隔离，并且可在闭合时将牵引电池124连接到其它组件。电力电子模块126还电连接到电机114，并提供在牵引电池124与电机114之间双向传输能量的能力。例如，牵引电池124可提供DC电压，而电机114可利用三相交流电流(AC)来运转。电力电子模块126可将DC电压转换为三相AC电流以运转电机114。在再生模式下，电力电子模块126可将来自用作发电机的电机114的三相AC电流转换为与牵引电池124兼容的DC电压。
车辆112可包括电连接在牵引电池124与电力电子模块126之间的可变电压转换器(VVC)152。VVC 152可以是被配置为增大或提升由牵引电池124提供的电压的DC/DC升压转换器。通过增大电压，可降低电流要求，从而导致电力电子模块126和电机114的接线尺寸减小。此外，电机114可以以较高的效率和较低的损耗运转。
牵引电池124除了提供用于推进的能量之外，还可提供用于其它车辆电气系统的能量。车辆112可包括DC/DC转换器模块128，DC/DC转换器模块128将牵引电池124的高电压DC输出转换为与低电压车辆负载兼容的低电压DC供应。DC/DC转换器模块128的输出可电连接至辅助电池130(例如，12V电池)，以用于对辅助电池130进行充电。低电压系统可电连接至辅助电池130。一个或更多个电负载146可连接至高电压总线。电负载146可具有适时地操作和控制电负载146的关联的控制器。电负载146的示例可以是风扇、电加热元件和/或空调压缩机。
电气化车辆112可被配置为对外部交流(AC)负载136供电。可通过电端口134连接外部AC负载136。外部AC负载136可电连接到逆变器138。外部AC负载136可以是配电网络或电网。逆变器138可提供电路和控制，以调节和管理AC负载136与车辆112之间的能量传输。系统控制器148还可被设置为或协作控制并调节能量传输。外部AC负载136可将DC或AC电力提供给逆变器138。逆变器138可具有用于插入到车辆112的端口134中的连接器140。端口134可以是被配置为将电力从逆变器138传输至车辆112的任何类型的端口。端口134可电连接至车载电力转换模块132。电力转换模块132可调节供应到逆变器138的电力，以将适当的电压电平和电流电平提供给牵引电池124。电力转换模块132可与逆变器138接口连接，以协调至车辆112的电力传输。连接器140可具有与端口134的相应凹部紧密配合的插脚。可选地，被描述为被电耦合或电连接的各种组件可使用无线感应耦合来传输电力。
端口134可包括多个导体。其中一个导体可被配置用作导频连接器(pilotconnector)。导频连接器在其插入端口134时并在车辆112向负载136供电之前与逆变器138建立连接。在逆变器138和车辆112之间执行授权握手，以确保逆变器138被授权从车辆112接收电力。端口134还可包括电力导体。电力导体可被配置为传输逆变器138所需的能量。一些逆变器138可具有大的电流汲取(例如，100A)。端口134可包括用于在逆变器138被授权之后闭合包括电力导体的电路的接触器。
可提供一个或更多个车轮制动器144，以用于使车辆112减速和防止车辆112移动。车轮制动器144可以是液压致动的、电致动的或前述致动方式的某种组合。车轮制动器144可以是制动系统150的一部分。制动系统150可包括用于操作车轮制动器144的其它组件。为了简要起见，附图描绘了制动系统150与车轮制动器144中的一个之间的单一连接。隐含了制动系统150与其它车轮制动器144之间的连接。制动系统150可包括用于监测与协调制动系统150的控制器。制动系统150可监测制动组件并且控制车轮制动器144以用于车辆减速。制动系统150可对驾驶员命令做出响应，并且还可自主运转以实施诸如稳定性控制的功能。制动系统150的控制器可实施当被另一控制器或子功能请求时施加请求的制动力的方法。
车辆112中的电子模块可通过一个或更多个车辆网络进行通信。车辆网络可包括多个用于通信的信道。车辆网络的一个信道可以是诸如控制器局域网(CAN)的串行总线。车辆网络的信道中的一个可包括由电气与电子工程师协会(IEEE)802标准族定义的以太网。车辆网络的其它信道可包括模块之间的离散连接，并可包括来自辅助电池130的电力信号。不同的信号可通过车辆网络的不同信道进行传输。例如，视频信号可通过高速信道(例如，以太网)进行传输，而控制信号可通过CAN或者离散信号进行传输。车辆网络可包括协助在模块之间传输信号和数据的任何硬件组件和软件组件。车辆网络未在图1中示出，但是可以隐含了车辆网络可连接到存在于车辆112中的任何电子模块。可存在车辆系统控制器(VSC)148以协调各个组件的操作。
参照图2，示出了流程图200。算法200开始于202。在步骤204，接收负载的指示。指示可包括被配置为与车辆完成电路的导频连接器。标称电压(例如，12V)可被用于测试所述电路是否已经通过导频连接器闭合。导频连接器可包括预定电阻或电阻性元件。在步骤206，可通过基于电阻的预定电压降的指示而对逆变器进行授权。授权协议可以像测量连接两端的电压降以确定是否存在预定电阻一样简单。授权协议可包括远程通信握手和交换预定义密钥。授权协议可包括传输特定波形以识别授权的逆变器。授权过程可确保逆变器有效并与车辆兼容。
在装置被授权之后，车辆可在步骤208确定可用的最大功率。可用于逆变器138的最大功率可以是动力装置可产生的绝对最大功率值。在其它实施例中，可调节可用于逆变器138的最大功率。可通过各种因素调节可用的最大功率。用户可通过车辆的人机界面将输出配置到逆变器，使得输出被限制为一个或更多个电源。例如，逆变器138可被配置为仅从牵引电池124汲取电力。在这种情况下，可用的最大功率可能是当前的电池容量。在其它实施例中，可基于逆变器138的容量来调节可用的最大功率。例如，逆变器138可利用导频导体与车辆112传送其额定输出功率。然后，可用的最大功率可与额定输出功率进行匹配。
在步骤210，可利用PWM信号向逆变器传送可用的最大功率。可使用其它传送方式。控制器可在导频导体电路上发送PWM信号，以通过阈值指示可用功率。当前阈值可以是预定义的并且对应于PWM信号的占空比。在步骤212，可通过车载界面或逆变器上的显示屏向用户显示可用于逆变器138的功率。
随着正在进行的处理，在步骤214，系统控制器148可被配置为监测电池124的荷电状态(SOC)。如果所述SOC高于预定阈值，则在步骤222，车辆112可使用保存在牵引电池124中的能量为逆变器138的负载136供电。如果所述SOC低于预定阈值，则在步骤216，系统控制器148可起动发动机。然后，在步骤218，车辆112可利用整个动力装置(包括发动机118和牵引电池124)为逆变器138的负载136供电。意味着，由发动机118产生的能量经由电机114和电力电子模块126被转换成电流。发动机118可以以最佳RPM运转，以改善燃料经济性。在步骤220，发动机118可一直运转，直到所述SOC高于预定阈值为止。用于起动发动机118的阈值可与用于停止发动机118的阈值不同。
随着正在进行的处理，在步骤224，系统控制器148可被配置为检测或预测电流汲取。可在握手或连接阶段期间传输逆变器138的额定功率，并将所述额定功率并入预测。用户可经由逆变器138或车辆112的人机界面输入预测的电流汲取。如果预测的电流汲取或确定的电流汲取大于预定阈值，则系统控制器148可选择优选的操作状态。例如，系统控制器148可确定逆变器138的预期电流汲取为50A并确定牵引电池124具有2000Ah(安培小时)的储存能量。系统控制器148可将牵引电池124隔离，使得牵引电池124为逆变器138供电，这是因为电池124可为负载供电持续10小时。如果电池124可为逆变器138供电持续大于预定时间段，则即使所述SOC低于阈值，系统控制器148也可利用牵引电池124为逆变器138供电，并且在步骤226关闭发动机。如果电流汲取大于预定阈值，则在步骤228，系统控制器148可被配置为保持发动机118的运转状态。如果电流汲取需要电池无法提供的额外电流，则可保持发动机118运转或起动发动机118。应当理解的是，动力装置可调整电源以满足负载的需求。系统控制器148可被配置为使化石燃料消耗和电池124充电事件最小化。
随着正在进行的处理，在步骤230，系统控制器148可被配置为计算逆变器138汲取的电流的变化。可利用本领域已知的各种方法计算所述变化。例如，可利用标准差或方差来确定逆变器138汲取的电流何时不稳定。如果发动机118正在产生用于负载的能量，则瞬时电流可使发动机118的效率降低。例如，高的瞬时电流可导致发动机118的RPM剧烈变化。在特定RPM下可使发动机118的燃料消耗最小化。在高的瞬态状况期间，发动机118可被配置为以给定的RPM运转而不是遵循负载的需求。牵引电池124可被用于缓冲由发动机118提供的过量的能量或不足的能量。意味着，如步骤232和234所示，具有大于变化阈值的变化的逆变器138的需求可导致系统控制器148操作发动机118以供应所述需求的平均值，并且操作电池以供应所述需求与所述平均值之间的差。在另一实施例中，系统控制器148可以以预定的高效的值操作发动机118，并且使用牵引电池124供应发动机118的供应与逆变器138的需求之间的差。发动机118可被设置为预定值，并且可减小可用的最大功率，以满足单独由发动机118进行的输出。当逆变器138的需求具有大的方差时，系统控制器148可进一步减小可用的最大功率。可用的最大功率可能受到电流调节器或一些其它工具的限制。应当理解的是，发动机和电池可被以上公开的其它发电元件替换。
参照图3，示出了曲线图300。示出了随时间的导频电路电压302。在正常运行期间，导频电路电压302为12V。在对包括预定电阻的导频导体进行连接304之后，电路具有3V到9V的电压降。峰值电压302的这种预期的预定义下降指示授权的逆变器138附连到端口134。系统控制器148可使接触器闭合以完成动力装置124与逆变器138之间的电路。车辆112和逆变器138可利用示出的方法分别在导频信号310中传送可用的最大功率或额定功率。导频信号310具有周期306。导频信号310可以是脉冲宽度调制(PWM)信号，以在逆变器138和车辆112之间进行双向传送。脉冲宽度308可分别符合逆变器和车辆112的预定功率容量。
参照图4，示出了曲线图400。曲线图400包括逆变器138的电流汲取402。逆变器138的电流汲取402随时间变化。例如，车尾派对(tailgate party)可具有来自逆变器138的50A的基本电流汲取，以用于冰箱和无线电。在点404处将电视机连接到逆变器138之后，电流汲取402可增加到60A。电视机可能在点406处断开连接，从而使电流汲取402返回到50A。在点408，加热器可能连接到逆变器138，从而使电流汲取增加到75A。在点410，电视机可能重新连接到逆变器138，从而使电流汲取增加到88A。曲线412指示电流汲取402随时间的方差或标准差。虚线414指示逆变器138的需求的变化的变化阈值。计算窗(例如，使用的样本的数量)可及时滚动，并且可使用最新的50个样本。
说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下作出各种改变。如前所述，各个实施例的特征可被组合，以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性，期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、装配容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (13)

1.一种车辆，包括：
动力装置；
电端口；
控制器，被配置为：
响应于非车载逆变器被插入电端口的指示，经由电端口的导体向非车载逆变器发送指示可用的最大功率的信号；
响应于由非车载逆变器导致的所述信号的峰值电压的预期的预定义下降，完成动力装置与非车载逆变器之间的电路。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：基于非车载逆变器的需求具有大于变化阈值的变化，将供应给非车载逆变器的功率限制为小于可用的最大功率，使得供应的功率随着所述变化增大而减小。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述动力装置包括牵引电池和发动机，并且其中，所述控制器还被配置为：响应于非车载逆变器在发动机关闭期间汲取的电流大于预定阈值，起动发动机。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述动力装置包括牵引电池和发动机，并且其中，所述控制器还被配置为：响应于在发动机关闭期间牵引电池的荷电状态下降到预定阈值以下，起动发动机。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述动力装置包括牵引电池和发动机，并且其中，所述控制器还被配置为：响应于非车载逆变器的需求具有大于变化阈值的变化，操作发动机以供应所述需求的平均值，并且操作牵引电池以供应所述需求与所述平均值之间的差。
6.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述动力装置包括牵引电池和发动机，并且其中，所述控制器还被配置为：响应于非车载逆变器的需求具有大于变化阈值的变化，操作发动机以供应恒定的输出。
7.根据权利要求6所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：操作牵引电池，以供给所述需求与所述恒定的输出之间的差。
8.一种车辆，包括：
动力装置，包括牵引电池和发动机；
电端口；
控制器，被配置为：
响应于非车载逆变器被插入电端口的指示，经由电端口的导体向非车载逆变器发送指示可用的最大功率的信号；
响应于由非车载逆变器导致的所述信号的峰值电压的预期的预定义下降，完成牵引电池与非车载逆变器之间的电路；
响应于非车载逆变器在发动机关闭期间汲取的电流大于预定阈值，起动发动机。
9.根据权利要求8所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于非车载逆变器具有大于预定的汲取阈值的汲取，闭合断路器，以利用发动机为一部分负载供电。
10.根据权利要求9所述的车辆，其中，所述汲取阈值基于牵引电池的荷电状态。
11.根据权利要求8所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于牵引电池的荷电状态(SOC)下降到预定的荷电状态阈值以下，闭合断路器，以利用发动机为逆变器的一部分供电。
12.根据权利要求8所述的车辆，其中，所述电端口包括用于传输所述信号的第一导体以及用于完成所述电路的第二导体。
13.根据权利要求8所述的车辆，其中，所述信号为脉冲宽度调制信号。
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