CN114604114A - 控制电动车车载电池充电器适应源电压瞬变的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及控制电动车车载电池充电器适应源电压瞬变的方法和系统。电动车辆(EV)的车载电池充电器(OBC)接收来自充电站的AC电功率，并且输出DC输出电流，以用于给EV的牵引电池充电。响应于当OBC接收来自充电站的AC电功率并且输出DC输出电流时的AC电功率的瞬变，控制器控制OBC以(i)停止处理来自充电站的AC电功率并且降低DC输出电流，以及(ii)在瞬变已经过去之后，恢复处理来自充电站的AC电功率并且增加DC输出电流。例如，在瞬变已经过去之后的AC电功率的过零事件中，控制OBC以恢复处理来自充电站的AC电功率并且增加DC输出电流。

Description

控制电动车车载电池充电器适应源电压瞬变的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年12月9日提交的第63/123,064号美国临时申请的权益，该美国临时申请的公开内容据此通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本发明涉及控制电动车辆(vehicle)的车载电池充电器的操作，该电动车辆与其他电动车辆从公共充电站同时接收电功率。
背景
电动车辆(EV)的车载电池充电器(OBC)使用来自充电站的电功率来给EV的牵引电池充电。在操作中，操作员将充电站的电动车辆供电设备(EVSE)插入EV，以将充电站连接到EV。EVSE然后从充电站向OBC提供电功率。OBC将从充电站接收的电功率转换成适合于给牵引电池充电的形式。OBC输出转换后的电功率来给牵引电池充电。
本文中，充电站是具有多个EVSE的多EVSE充电站。多个EVSE可以分别插入多个EV，以同时将充电站连接到这些EV。多个EVSE从充电站向EV的OBC提供电功率。因此，EV的OBC同时接收并且使用来自充电站的电功率来给它们的EV的牵引电池充电。
概述
一个目的包括一种用于控制电动车辆(EV)的车载电池充电器(OBC)的系统和方法，使得OBC在从充电站接收电功率来给EV的牵引电池充电的同时，能够稳健地(robustly)处理从充电站提供的电功率的电压瞬变。
另一个目的包括一种用于控制EV的OBC的系统和方法，使得OBC在从充电站接收电功率来给EV的牵引电池充电的同时，能够稳健地处理当另一个EV的另一个OBC同时开始从充电站接收电功率时引起的从充电站提供的电功率的电压瞬变。
在实现上述目的和/或其他目的中的至少一个时，提供了一种用于给电动车辆的牵引电池充电的系统。该系统包括车载电池充电器和控制器。OBC被配置为从充电站接收AC电功率，并且输出DC输出电流来给牵引电池充电。控制器被配置为响应于当OBC从充电站接收AC电功率并且输出DC输出电流时AC电功率中的瞬变，控制OBC以(i)停止处理来自充电站的AC电功率并且降低DC输出电流，以及(ii)在瞬变已经过去之后，恢复处理来自充电站的AC电功率并且增加DC输出电流。
在实施例中，控制器还被配置为在瞬变已经过去之后，在AC电功率的过零事件时控制OBC，以恢复处理来自充电站的AC电功率并且增加DC输出电流。
AC电功率的过零事件可以是紧接在控制器检测到瞬变已经过去之后发生的AC电功率的过零事件，或者可以是在其后某个时间发生的AC电功率的过零事件。
在实施例中，OBC包括功率因数校正器(PFC)和DC/DC转换器。PFC对于被配置为从充电站接收AC电功率的OBC将从充电站接收AC电功率，并且DC/DC转换器对于被配置为向牵引电池输出DC输出电流的OBC将输出DC输出电流来给牵引电池充电。
在这些实施例中的至少一些实施例中，OBC还包括设置在PFC和DC/DC转换器之间的DC链路电容器，并且控制器还被配置为控制OBC以使DC链路电容器放电，以向DC/DC转换器提供DC电功率，从而输出降低的DC输出电流，同时控制OBC以使PFC停止处理来自充电站的AC电功率。控制器还可以被配置成控制OBC，以便当OBC被控制以恢复处理来自充电站的AC电功率时，使DC链路电容器进行再充电。
在实施例中，AC电功率包括AC电源(mains)电压，并且AC电功率中的瞬变是AC电源电压中的电压瞬变。在这些实施例中的至少一些实施例中，在瞬变已经过去之后的AC电功率的过零事件是在AC电源电压中的电压瞬变已经过去之后的AC电源电压的过零事件。
在实施例中，AC电功率中的瞬变发生在：OBC从充电站接收AC电功率的同时，另一个电动车辆从充电站接收AC电功率时。
此外，在实现上述目的和/或其他目的中的至少一个时，提供了一种用于给电动车辆的牵引电池充电的方法。该方法包括由电动车辆的OBC接收来自充电站的AC电功率，并且由OBC输出DC输出电流以给牵引电池充电。该方法还包括当OBC从充电站接收AC电功率并且输出DC输出电流时，检测AC电功率中的瞬变。该方法还包括在瞬变存在时控制OBC，以停止处理来自充电站的AC电功率并且降低DC输出电流。该方法还包括在瞬变已经过去之后的AC电功率的过零事件时控制OBC，以恢复处理来自充电站的AC电功率并且增加DC输出电流。
此外，在实现上述目的和/或其他目的中的至少一个时，提供了用于给电动车辆的牵引电池充电的另一种系统。该系统包括OBC，该OBC具有功率因数校正器(PFC)、DC/DC转换器以及设置在PFC和DC/DC转换器之间的DC链路电容器。PFC将从充电站接收AC电源电压，DC链路电容器将由PFC充电到DC电压设定点，并且DC/DC转换器将从DC链路电容器接收DC电功率，以在DC电流设定点输出DC输出电流以用于给牵引电池充电。该系统还包括控制器，该控制器被配置为在PFC接收AC电源电压时检测AC电源电压中的电压瞬变，DC链路电容器被充电到DC电压设定点，并且DC/DC转换器在DC电流设定点输出DC输出电流。控制器还被配置成响应于检测到AC电源电压中的电压瞬变来控制OBC，以停止PFC的操作并且降低DC输出电流，由此DC链路电容器从DC电压设定点放电，然后在电压瞬变已经过去之后的AC电源电压的过零事件时恢复PFC的操作，从而将DC链路电容器重新充电回到DC电压设定点，并且将DC输出电流增加回到DC电流设定点。
根据本发明的实施例的OBC具有AC电网欠压恢复能力(AC-grid undervoltageresilience)。在这点上，当OBC使用由车辆充电环境提供的电功率对EV的牵引电池充电时，OBC的控制器实施管理算法以面对并联车辆充电环境中的AC电网欠压瞬变。
控制器通常执行以下操作来实施管理算法：
-检测由连接到同一AC电源的另一个EV的空载容量(通过多EVSE系统)引起的深度电压降(例如，电压瞬变)；
-停止OBC的输入级(即，停止OBC的PFC的操作)并且降低OBC的输出电流，例如降低50％，同时保持来自OBC的内部DC链路大容量存储电容器的供电(通过在电压瞬变期间停止PFC的操作，防止PFC在这种电压瞬变下操作，同时OBC保持连接到AC电源)；
-在检测到电压降已经消失之后，与下一个AC电源过零事件同步，以恢复OBC的操作，使得大容量存储电容器通过PFC充电到预期设定点；
-一旦大容量存储电容器达到设定点，就用要求的输出电流恢复对EV的牵引电池的充电。
通过实施管理算法，控制器防止在第二EV通过多EVSE系统连接到同一AC电源后意外和不希望的充电停止。相比之下，典型的OBC会在假设AC输入故障时关闭，这需要手动重启。
附图简述
图1示出了具有用于同时给电动车辆充电的充电站的电功率传输系统的框图，其中只有一个电动车辆(EV)连接到充电站；
图2示出了电功率传输系统的一部分的框图，其中多个(例如两个)EV同时连接到充电站；
图3示出了图2所示的电功率传输系统的一部分的另一个框图；
图4示出了框图，该框图描绘了涉及第一EV和第二EV以及充电站的操作序列；
图5示出了EV的车载充电器(OBC)的框图；
图6示出了具有来自充电站的AC电源电压的图的曲线图，其中电压瞬变在时间t1开始并且在其后持续发生几毫秒，在EV连接到充电站时产生电压瞬变；
图7A示出了具有AC电源电压、AC输入电流、大容量电容器电压和在OBC的操作期间从EV的OBC输送到EV的牵引电池的DC输出电流的图的曲线图，在这种情况下OBC是典型的OBC，其并未被设计为以适当的方式处理AC电源电压中的电压瞬变；
图7B示出了与图7A所示的曲线图类似的曲线图，在这种情况下，根据本发明的实施例的OBC被设计为以适当的方式处理AC电源电压中的电压瞬变；
图8示出了流程图，该流程图描绘了根据本发明的实施例的用于控制OBC以适应由多车辆充电引起的AC电源电压中的电压瞬变的方法和系统的操作；
图9示出了具有从OBC的PFC的AC整流器输出的整流的AC输入电压的图的曲线图；和
图10示出了根据本发明的实施例的OBC的控制器的框图和具有电压瞬变的AC电源电压的一部分的图的曲线图，该控制器的框图和AC电源电压的一部分的图的曲线图被相互结合标记以示出控制器在检测由于电压瞬变引起的AC电压降时的操作。
详细描述
在本文公开了本发明的详细实施例；然而应理解，所公开的实施例仅是可以体现在各种和可选形式中的本发明的示例。这些附图不必是按比例的；一些特征可以被夸大或者缩至最小以便示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体的结构和功能的细节不得解释为是限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。
现在参考图1，示出了具有充电站12的电功率传输系统10，该充电站12用于同时给多个电动车辆(EV)充电。EV包括具有牵引电池、电动机和内燃机的混合动力电动车辆和/或仅具有牵引电池和电动机而没有发动机的纯电池电动车辆。除了充电站12之外，电功率传输系统10还包括高压(HV)配电网14和本地变压器16。HV配电网14向本地变压器16提供电功率。本地变压器16将从HV配电网14接收的电功率转换成具有AC电源电压18(例如，85Vac–265Vac)的AC电源电功率。AC电源电压18具有如图1所示的正弦波形。充电站12连接到本地变压器16，使得充电站充当AC电源电功率的源。
充电站12具有多电动车辆供电设备(EVSE)。在图1所示的示例中，充电站12包括EVSE1 20a、EVSE2 20b和EVSE3 20c。EVSE1、EVSE2和EVSE3可以分别插入第一EV、第二EV和第三EV，以同时将充电站12连接到第一EV、第二EV和第三EV。由于是多EVSE充电站，所以充电站12允许放置用于多个EV的多个充电点。
在图1所示的情况下，只有一个EV(即，第一EV 22a)连接到充电站12。对应于EVSE2和EVSE3的充电点未被使用。在这种情况下，EVSE1插入第一EV 22a，以将充电站12连接到第一EV。如从EVSE1的闭合开关中所暗示的，第一EV 22a经由EVSE1从充电站12接收电功率。因此，用来自充电站12的电功率给第一EV 22a的牵引电池充电。
特别地，对于要用来自充电站12的电功率充电的第一EV 22a的牵引电池，第一EV的车载充电器(OBC)将来自充电站12的电功率转换成适合于给牵引电池充电的形式。OBC输出转换后的电功率，以便用转换后的电功率给牵引电池充电。以这种方式，OBC使用来自充电站12的电功率来给牵引电池充电。
EV变得越来越受欢迎，并且因此，可以给EV再充电的充电站的数量也在增加。EV用户在超市停车区域、高速公路充电站等遇到多EVSE充电站(例如充电站12，或更常见的称为“充电点”)是很常见的。在这种情况下，设计为多个充电点供电的电气基础设施的一种经济有效的方法是对所有充电点使用相同的AC电源，确保所有充电点额定功率点的总和不超过AC电源额定功率容量。
现在参考图2，示出了电功率传输系统10的一部分的框图，其中多个EV同时连接到充电站12。这些多个EV是第一EV 22a和第二EV 22b。一个问题在于，当EV连接到充电点时，AC电源电压18在几毫秒的持续时间内暂时变得高度失真。例如，如图2所示，当EV在时间t1连接到充电点时，AC电源电压18经历电压瞬变24，该电压瞬变24在时间t1处开始并且在其后持续发生数毫秒。AC电源电压18的电压瞬变24是由连接到充电点的EV的OBC引起的。
因此，当EV连接到已经在给其他EV充电的AC电源时，如果这些其他EV的OBC不能正确处理这种电压瞬变，则AC电源电压的电压瞬变可能会停止已经在并联充电点充电的这些其他EV的充电过程。因此，EV驾驶员可能会受到使用同一停车站的其他EV驾驶员的严厉处罚。
例如，当第二EV 22b连接到充电站12(该充电站12已经通过EVSE1来给第一EV 22a充电)时，第二EV的OBC导致AC电源电压18的电压瞬变24产生，并且如果第一EV的OBC不能正确处理电压瞬变，则EVSE1可以认为第一EV的充电完成，从而终止第一EV的充电。也就是说，根据由充电站12通过EVSE充电的EV的OBC对另一个EV连接到充电站时生成的电压瞬变24的反应，被充电的EV的EVSE可以认为充电会话已经结束，并且永久地断开其接触器。(更具体地说，OBC认为AC输入有故障，并且停止充电以防止系统损坏，然后OBC通知EVSE充电已经停止，并且EVSE断开继电器。)因此，正在由充电站12充电的EV的牵引电池可能在它应该被完全充电时没有被完全充电。
这种涉及第一EV 22a和第二EV 22b的情况在图2中示出。第一EV 22a正由充电站12通过充电站的EVSE1充电。随后，第二EV 22b在时间t1处连接到充电站的充电站12。第二EV 22b通过与充电站的EVSE2连接的第二EV的OBC连接到充电站12。与充电站12连接的第二EV 22b在图2中由EVSE2的开关移动向闭合位置来表示。在时间t1处与充电站12连接的第二EV 22b导致AC电源电压18在时间t1处具有电压瞬变24，并且在其后持续几毫秒。当第一EV由充电站12充电时，第一EV 22a的OBC遭遇电压瞬变24。假设第一EV 22a的OBC不能正确处理电压瞬变24并且相应地做出反应，则EVSE1终止充电站对第一EV的充电。EVSE1终止充电站12对第一EV 22a的充电在图2中由EVSE1的开关向打开位置移动来表示。因此，在第一EV的牵引电池被完全充电之前，第一EV 22a的充电停止。
现在参考图3，继续参考图1和图2，示出了电功率传输系统10的一部分的另一个框图。在图3所示的情况下，第一EV 22a和第二EV 22b分别经由EVSE1和EVSE2连接到充电站12。
提供图3来描述生成电压瞬变24的问题的根本原因。问题的这个根本原因主要由EV的OBC的EMI滤波器Cx电容器、本地变压器16的输出阻抗以及本地变压器16和OBC之间的电缆26的阻抗给出。本地变压器16通常位于比充电点之间的距离远的多的距离处。电缆26的寄生电感和电阻限制了本地变压器中和由随后连接的第二EV 22b的OBC2生成的电压瞬变的能力。这导致本地变压器16吸收由连接到AC电源的EV引起的那些瞬变的能力有限。(当OBC2通过EVSE2连接到AC电源时，OBC2的放电电容器会引起瞬变。)
现在参考图4，示出了一个框图，该框图描绘了涉及第一EV 22a和第二EV 22b以及充电站12的时间序列。如图4所示，在初始时间t0处，只有第一EV 22a连接到充电站12。第一EV 22a经由EVSE1连接到充电站。在从时间t0到随后的时间t1的时间期间，来自充电站12的电源电压18是干净的(clean)。第一EV 22a的OBC接收电源电压18，以用于给第一EV的牵引电池充电，并且由于电源电压是干净的，第一EV的OBC正常处理充电过程。
随后，在时间t1处，在第一EV 22a连接到充电站12的同时，第二EV 22b经由EVSE2连接到充电站。第二EV 22b连接到充电站12导致电源电压18的电压瞬变24产生。电压瞬变24在时间t1处开始，并且在其后持续几毫秒。第一EV 22a的OBC遭遇电压瞬变24，因为第一EV处于被充电站12充电的过程中。
在随后的时间t2处，在此期间，第一EV 22a的OBC在遭遇电压瞬变24时做出不利反应，EVSE1终止充电站12对第一EV的充电。因此，在第一EV的牵引电池被完全充电之前，第一EV 22a的充电停止。第二EV 22b仍然由充电站12充电，因为第二EV的OBC没有遭遇电压瞬变24，这是由于该OBC处于连接到充电站的过程中，与像第一EV 22a的OBC那样已经连接到充电站截然相反。
总之，由于EV的电容性输入，当第二EV 22b连接用于在多EVSE充电站12中充电时，已经连接的第一EV 22a的AC输入(即电源电压18)生成欠压峰值(即，电压瞬变24)(这对应于图4所示的时间t1)。已经充电的OBC(即，第一EV 22a的OBC)将该欠压视为输入故障，并且停止充电(这对应于图4所示的时间t2)，直到手动复位(车辆安全功能)。应当避免由于另一车辆连接充电而导致不希望的车辆充电停止。
现在参考图5，示出了EV的OBC 30的框图。OBC 30包括功率因数校正器(PFC)32、DC链路电容器(或大容量电容器)34和DC/DC转换器36(“DC”代表直流电)。OBC 30是EV“车载”的，以用于给EV的牵引电池(“HV DC电池”)38充电。
OBC 30基于两个级联的功率转换级(即，PFC 32所属的功率因数校正级和DC/DC转换器36所属的DC/DC转换级)以及它们相应的AC EMI滤波器40和DC EMI滤波器42。AC EMI滤波器40位于AC电网与PFC 32的输入端之间。DC EMI滤波器42位于DC/DC转换器36的输出端和牵引电池38之间。DC链路电容器34设置在PFC 32和DC/DC功率转换器36之间。
通常，PFC32将经由充电站的EVSE从充电站12接收的AC电功率转换成DC电功率，并且将DC电功率输送到DC链路电容器34，同时保持功率因数接近1。控制PFC 32使得DC链路电容器34的电压被调节到期望的DC电压电平。DC链路电容器34的电压是DC/DC转换器36的输入电压。DC/DC转换器36根据牵引电池38的充电状态将输入电压转换为更高/更低的DC电压电平。这个DC电压电平是DC/DC转换器36的输出电压。牵引电池38利用来自DC/DC转换器36的DC输出电流充电到DC/DC转换器的输出电压。
由OBC 30从充电站12接收的AC电功率可以是单相、双相或三相电源。因此，AC电源电压18可以是单相、双相或三相AC电源电压。为简单起见，充电站12被假定为单相电源。这样，OBC 30在本文中被描述为具有单个组的PFC 32和DC/DC转换器36。在AC电源电压18是双相(三相)AC电源电压的情况下，OBC 30将分别包括针对两相(三相)的两组(三组)PFC 32和DC/DC转换器36。
OBC 30还包括控制器44。控制器44是电子设备，如处理器、微控制器或类似设备(例如计算机)。控制器44与PFC 32和DC/DC转换器36通信，以控制PFC和DC/DC转换器的操作。例如，控制器44控制PFC 32将来自充电站12的AC电功率转换成DC电功率，并且将DC电功率输送到DC链路电容器34。在这点上，控制器44适当地控制PFC 32的功率晶体管开关(图5中示意性示出)的切换以及切换持续时间，以控制由PFC提供的功率因数校正和PFC在将选定量的DC电功率输送到DC链路电容器34时的操作，该DC电功率是从充电站12的AC电功率转换的。以这种方式，DC链路电容器34被调节至期望的DC电压电平。
控制器44控制DC/DC转换器36将来自DC链路电容器34的DC输入电压转换成更高(或更低)的DC输出电压，以用于给牵引电池38充电。在这点上，控制器44适当地控制DC/DC转换器36的功率晶体管开关(未示出)的切换以及切换持续时间，以使DC/DC转换器将输入电压转换成更高(或更低)的输出电压。控制器44还可操作以通信和控制车辆的其他节点(包括涉及充电应用的节点)。
通常，控制器44至少利用PFC 32的AC输入电压、PFC 32的AC输入电流、DC链路电容器34的DC电压和/或DC/DC转换器36的输出电流的测量结果来管理OBC 30的两个功率转换级。一方面，AC输入电压可以在PFC 32的AC整流器之前的差分模式下测量或者在无桥PFC拓扑中测量，或者另一方面，AC输入电压可以在AC整流器之后测量。
现在参考图6，示出了曲线图50，该曲线图50具有来自充电站12的AC电源电压18的图，其中电压瞬变24在时间t1处开始并且在其后持续发生几毫秒。如本文所述，电压瞬变24在EV连接到充电站12时生成，并且由充电站同时充电的EV的OBC可以以该EV的充电提前终止的这样的方式来响应电压瞬变。因此，当EVSE将EV连接到充电站12的AC电源时，曲线图50的AC电源电压18的图捕获电压瞬变24的电压扰动。
现在参考图7A，在EV的OBC 30是典型的OBC的情况下，该典型的OBC没有被设计为在遭遇AC电源电压18中的电压瞬变24时正常工作，示出了曲线图60，该曲线图60具有AC电源电压18(即，AC输入电压)、AC输入电流62、大容量电容器电压64和从典型的OBC输送到EV的牵引电池的DC输出电流66的图。值得注意的是，AC输入电流62具有与电压瞬变24相当的电流瞬变68。
曲线图60表示典型的OBC的操作，该典型的OBC没有被设计成以适当的方式处理AC电源电压18中的电压瞬变24。也就是说，当典型的OBC用AC电源电压18充电并且另一个EV的另一个OBC经由充电站的另一个EVSE连接到AC电源电压18时，这种典型的OBC的行为在曲线图60中被描绘。当AC输入电压处(在曲线图60所示的时间t1处)发生深度电压瞬变时，典型的OBC停止充电，因为控制器44不能保持AC输入电流波形在控制之下，并生成造成紧急停止的过电流情况。因此，EV的牵引电池的充电是不完全的。因此，典型的OBC在时间t1之前充电(如操作线69a所示)，而典型的OBC在时间t1之后停止充电(如操作线69b所示)。(通常“控制器”会影响内部部件，从而根据预期的处理消耗输入电流。电压不稳定会生成控制不稳定，这可以导致过电流和内部损坏，并且因此，在此之前，控制器会停止该生成。如上所述，似乎控制器决定生成过电流，从而有其他元件触发紧急停止。“控制器”指的是完整的控制系统，其包括当基本运算算法的参数超出范围时的安全停止(如在不稳定状态下))。
现在参考图7B，在根据本发明的实施例设计EV的OBC 30从而在遭遇AC电源电压18中的电压瞬变24时正常工作的情况下，示出了曲线图70，曲线图70具有AC电源电压18、具有电流瞬变68的AC输入电流62、大容量电容器电压64和从OBC输送到EV的牵引电池的DC输出电流66的图。
曲线图70表示当OBC根据本发明的实施例被设计成以适当的方式处理AC电源电压18中的电压瞬变24时OBC 30的操作。也就是说，在曲线图70中描绘了当OBC用AC电源电压18充电并且另一个EV的另一个OBC经由充电站的另一个EVSE连接到AC电源电压18时根据本发明的实施例设计从而以适当的方式处理AC电源电压18中的电压瞬变24的OBC 30的行为。
根据本发明的实施例，当AC输入端处发生深度电压瞬变时，OBC 30通常执行以下操作，由此OBC被设计成以适当的方式处理AC电源电压18中的电压瞬变24。操作包括：(1)停止PFC 32的操作，并将来自DC/DC转换器36的DC输出电流66降低到例如其设定点的50％，由曲线图70中的参考“1”所示；(2)等待电压瞬变24过去，然后在AC电源电压18的下一个过零事件并且在与PFC停止之前相同的功率条件下，恢复PFC 32的操作，由曲线图70中的参考“2”所示；以及(3)当大容量电容器电压64回到接近其大容量电容器电压设定点时，DC输出电流66的设定点恢复到原始值，由曲线图70中的参考“3”所示。
操作(1)和(2)由控制器44执行。在感测到DC链路处于正确的充电电平之后，决定返回给定设定点的操作(3)也由控制器44执行。
换句话说，当AC电源电压18处发生欠压瞬变时，OBC 30打开输入级(特别是，OBC控制器停止主动驱动PFC的开关元件(例如，MOSFET)，这从而导致PFC的电功率转换处理停止)，并将DC输出电流66降低到例如其设定点的50％，由曲线图70中的参考数字“1”所示。在电压瞬变24通过之后，OBC 30在AC电源电压18的下一个过零点处恢复操作，由在曲线图70中的参考数字“2”表示。用于生成DC输出电压66的能量是通过在参考数字“1”和“2”之间的时间段期间对DC链路电容器34放电来提供的。当DC链路电压64返回到其设定点时，DC输出电流66的设定点恢复，由曲线图70中用参考数字“3”表示。在恢复OBC 30的正常操作之前，DC链路电容器34的存储能量在参考数字“2”和“3”之间的时间段期间被补充。(从DC链路电容器34获取能量，直到OBC 30的正常操作恢复。)
因此，当AC输入电压处发生深度电压瞬变时(在曲线图70所示的时间t1处)，根据本发明的实施例设计的OBC 30不会停止充电，因为充电改为简单地降低额定值(即，停止PFC 32的操作并将DC输出电流66降低到其设定点的50％)，直到电压瞬变24已经过去，此时充电完全恢复。因此，来自充电站12的充电不会中断，并且牵引电池的充电将完全完成。因此，根据本发明的实施例设计的OBC 30在时间t1之前正常充电(如操作线72a所示)，然后在时间t1处降低额定值充电，直到电压瞬变24已经过去(如操作线72b所示)，然后在电压瞬变过去之后的下一个过零事件时恢复正常充电(如操作线72c所示)。
现在参考图8，同时继续参考图7B，示出了流程图80，该流程图80描绘了根据本发明的实施例的用于控制OBC 30以适应由多车辆充电引起的AC电源电压18中的电压瞬变24的方法和系统的操作。流程图中描绘的操作对应于上文关于图7B中的曲线图70的参考数字“1”、“2”和“3”描述的操作。控制器44执行操作的决定和动作。
操作开始于OBC 30正常充电，如块81所示。在判定块82中检测到AC电网的电压降时(即，检测到电源电压的电压瞬变时)，关闭OBC 30的PFC级(如块83所示)，并且降低OBC的输出电流(如块84所示)。在电压瞬变已经过去之后，操作继续，在判定块85中检测下一个过零事件。在下一个过零事件发生时，OBC 30的PFC级重新开启(如块86所示)。这导致DC链路电容器的存储能量被补充。一旦在判定块87中DC链路电容器被充分补充，OBC 30的输出电流就可以增加到其原始设定点(如块88所示)。
现在参考图9，示出了曲线图90，该曲线图90具有从PFC 32的AC整流器输出的整流的AC输入电压92的图。提供曲线图90来解释AC电压降检测。已经看到，对于接近峰值电压的AC输入电压条件，该问题确实是一个问题。因此，根据本发明的实施例，只有当整流的AC输入电压92高于某个阈值94时，控制器44的AC电压降检测机制才被启用。阈值94取决于电网电压条件而是不同的。例如，如果标称电网电压大于175Vac(230/240Vac的典型用户情况)，则阈值94为200V；并且如果标称电网电压小于175Vac(110/120Vac的典型用户情况)，则阈值94为100V。
现在参考图10，示出了OBC 30的控制器44的框图和具有电压瞬变24的AC电源电压18的一部分的图的曲线图100。控制器44的框图和AC电源电压18的一部分的图的曲线图100被相互结合标记，以示出根据本发明的实施例的控制器在检测由于电压瞬变引起的AC电压降时的操作。
在操作中，控制器44以T2为周期(在本申请中为8μS)对AC电源电压18进行采样。阈值的计算周期为T1(在本申请中为100μS)，使用最新的输入电压样本减去某个增量电压Δv。增量电压Δv取决于标称电网电压而是不同的。例如，如果标称电网电压大于175Vac，则增量电压Δv为40V；而如果标称电网电压小于175Vac，则增量电压Δv为20V。
使用先前计算的阈值对控制器44的数字比较器102进行编程，以在输入电压的任何样本低于计算的阈值时生成中断。如果从数字比较器102生成中断，则PFC 32的PWM(脉宽调制)信号被禁用。
总之，如本文所述，并联车辆连接环境是常见的，并且当EV连接到AC电源时，AC电源电压通常会失真。OBC应当对AC电网干扰(包括来自连接到同一电网的其他EV的那些干扰)具有鲁棒性。相反，充电过程可以被中止，并且牵引电池不会像EV用户预期的那样完全再充电。根据本发明的实施例的OBC由OBC的控制器以如本文所述的相对简单的方式进行数字控制，以使其对由连接到电网的EV生成的AC电网干扰具有鲁棒性，从而避免充电过程被中断。在这点上，控制器可以用软件进行编程，以用于以如本文所述的相对简单的方式控制OBC。以如本文所述的相对简单的方式控制OBC的实现可以避免使用模拟PFC控制器来面对电压干扰，这对于多相(例如三相)OBC实现是有成本效益的。(所提到的PFC控制器是在模拟隔离电压传感器的环境中，该传感器将直接向主控制器提供电压值，主控制器将直接做出决定，而无需等待来自控制回路中现有元件的指示。这可能会更快，但毫无疑问，更昂贵，并且需要更多的电子电路空间。)
如本文进一步描述的，根据本发明的实施例的OBC的益处包括在来自AC电源输入的深度电压降之前的恢复能力，每当另一个EV连接到AC电源输入时，就会发生这种情况。OBC的控制器实现的软件算法基于控制器已经测量的信号。因此，OBC没有多余的硬件(与它本来会有的相比)。在PFC级中使用模拟控制器来处理来自AC电源输入的深度电压降将更加昂贵。
尽管上面描述了示例性的实施例，但并不意图这些实施例描述本发明的所有可能的形式。更确切地，在说明书中所使用的词是描述而非限制的词，并且应理解，可以做出各种变化而不偏离本发明的精神和范围。另外，各种实现的实施例的特征可被组合以形成本发明的另外的实施例。

Claims (20)

1.一种用于给电动车辆的牵引电池充电的系统，包括：
车载电池充电器(OBC)，其被配置为接收来自充电站的AC电功率并且输出DC输出电流以用于给所述牵引电池充电；和
控制器，其被配置为响应于当所述OBC接收来自所述充电站的所述AC电功率并且输出所述DC输出电流时所述AC电功率中的瞬变，控制所述OBC以(i)停止处理来自所述充电站的所述AC电功率并且降低所述DC输出电流，以及(ii)在所述瞬变已经过去之后，恢复处理来自所述充电站的所述AC电功率并且增加所述DC输出电流。
2.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述控制器还被配置为在所述瞬变已经过去之后的所述AC电功率的过零事件时控制所述OBC，以恢复处理来自所述充电站的所述AC电功率并且增加所述DC输出电流。
3.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述AC电功率的所述过零事件是紧接在所述控制器检测到所述瞬变已经过去之后发生的所述AC电功率的过零事件。
4.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述OBC包括功率因数校正器(PFC)和DC/DC转换器，所述PFC针对被配置为接收来自所述充电站的所述AC电功率的所述OBC将接收来自所述充电站的所述AC电功率，并且所述DC/DC转换器针对被配置为向所述牵引电池输出所述DC输出电流的所述OBC将输出所述DC输出电流，以用于给所述牵引电池充电。
5.根据权利要求4所述的系统，其中：
所述OBC还包括设置在所述PFC和所述DC/DC转换器之间的DC链路电容器；和
所述控制器还被配置为控制所述OBC以使所述DC链路电容器放电，以向所述DC/DC转换器提供DC电功率，从而输出降低的DC输出电流，同时控制所述OBC以使所述PFC停止处理来自所述充电站的所述AC电功率。
6.根据权利要求5所述的系统，其中：
所述控制器还被配置为控制所述OBC，以在所述OBC被控制以恢复处理来自所述充电站的所述AC电功率时使所述DC链路电容器进行再充电。
7.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述AC电功率包括AC电源电压，并且所述AC电功率中的所述瞬变是所述AC电源电压中的电压瞬变。
8.根据权利要求7所述的系统，其中：
在所述瞬变已经过去后的所述AC电功率的所述过零事件是所述AC电源电压中的所述电压瞬变已经过去后所述AC电源电压的过零事件。
9.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述AC电功率中的所述瞬变发生在：所述OBC接收来自所述充电站的所述AC电功率的同时，另一个电动车辆接收来自所述充电站的AC电功率时。
10.一种用于给电动车辆的牵引电池充电的方法，包括：
由所述电动车辆的车载电池充电器(OBC)接收来自充电站的AC电功率，并且由所述OBC输出DC输出电流以用于给所述牵引电池充电；
当所述OBC接收来自所述充电站的所述AC电功率并且输出所述DC输出电流时，检测所述AC电功率中的瞬变；
当所述瞬变存在时，控制所述OBC以停止处理来自所述充电站的所述AC电功率并且降低所述DC输出电流；和
在所述瞬变已经过去之后的所述AC电功率的过零事件时控制所述OBC以恢复处理来自所述充电站的所述AC电功率并且增加所述DC输出电流。
11.根据权利要求10所述的方法，其中：
所述AC电功率的所述过零事件是紧接在所述瞬变已经过去之后发生的所述AC电功率的过零事件。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述OBC包括功率因数校正器(PFC)和DC/DC转换器，其中：
由所述OBC接收来自所述充电站的所述AC电功率包括所述PFC接收来自所述充电站的所述AC电功率；和
由所述OBC输出所述DC输出电流以用于给所述牵引电池充电包括所述DC/DC转换器输出所述DC输出电流以用于给所述牵引电池充电。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述OBC还包括设置在所述PFC和所述DC/DC转换器之间的DC链路电容器，其中：
当所述瞬变存在时，控制所述OBC以停止处理来自所述充电站的所述AC电功率并且降低所述DC输出电流包括：控制所述OBC使所述DC链路电容器放电以向所述DC/DC转换器提供DC电功率，从而输出降低的DC输出电流。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
在所述瞬变已经过去之后的所述AC电功率的所述过零事件时控制所述OBC以恢复处理来自所述充电站的所述AC电功率并且增加所述DC输出电流包括：控制所述OBC以使所述DC链路电容器被再充电。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述AC电功率包括AC电源电压，并且所述AC电功率中的所述瞬变是所述AC电源电压中的电压瞬变。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述瞬变已经过去之后的所述AC电功率的所述过零事件是在所述AC电源电压中的所述电压瞬变已经过去之后的所述AC电源电压的过零事件。
17.根据权利要求10所述的方法，其中，所述AC电功率中的所述瞬变发生在：所述OBC接收来自所述充电站的所述AC电功率的同时，另一个电动车辆接收来自所述充电站的AC电功率时。
18.一种用于给电动车辆的牵引电池充电的系统，包括：
车载充电器(OBC)，其具有功率因数校正器(PFC)、DC/DC转换器和设置在所述PFC和所述DC/DC转换器之间的DC链路电容器，其中，所述PFC将接收来自充电站的AC电源电压，所述DC链路电容器将由所述PFC充电到DC电压设定点，并且所述DC/DC转换器将接收来自所述DC链路电容器的DC电功率，以在DC电流设定点输出DC输出电流，以用于给所述牵引电池充电；
控制器，其被配置为在所述PFC接收所述AC电源电压时检测所述AC电源电压中的电压瞬变，所述DC链路电容器被充电到所述DC电压设定点，并且所述DC/DC转换器在所述DC电流设定点输出所述DC输出电流；和
所述控制器还被配置为响应于检测到所述AC电源电压中的电压瞬变控制所述OBC，以停止所述PFC的操作并且降低所述DC输出电流，由此所述DC链路电容器从所述DC电压设定点放电，然后在所述电压瞬变已经过去之后的所述AC电源电压的过零事件时恢复所述PFC的操作，从而将所述DC链路电容器再充电回到所述DC电压设定点，并将所述DC输出电流增加回到所述DC电流设定点。
19.根据权利要求18所述的系统，其中：
所述AC电源电压的所述过零事件是紧接在所述电压瞬变已经过去之后发生的所述AC电源电压的过零事件。
20.根据权利要求18所述的系统，其中：
所述AC电源电压中的所述电压瞬变发生在：所述OBC接收来自所述充电站的所述AC电源电压的同时，另一个电动车辆接收来自所述充电站的所述AC电源电压时。
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