CN114801789A - 基于电压检测obc和多相市电之间中性点缺失的方法和系统 - Google Patents

基于电压检测obc和多相市电之间中性点缺失的方法和系统 Download PDF

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Abstract

公开了基于电压检测OBC和多相市电之间中性点缺失的方法和系统。一种车载电池充电器(OBC)包括(i)具有相应轨控制器的轨电路和(ii)主控制器。轨控制器对供应给其轨电路的电压进行采样，并在采样的电压与阈值之间的比较肯定了该采样的电压的不适当电压状态(过压或欠压)时向主控制器发送故障信号。主控制器响应于从任何轨控制器接收到故障信号，控制所有轨控制器停止所有轨电路的操作。在变型中，主控制器对供应给轨电路的电压进行采样，并在采样的电压和阈值之间的比较为肯定时停止所有轨电路的操作。

Description

基于电压检测OBC和多相市电之间中性点缺失的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年1月29日提交的美国临时申请第63/143,222号的权益，该美国临时申请的公开内容在此通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本发明涉及用于控制多相充电器(例如，电动车辆的多相车载电池充电器)的方法和系统。
背景
电动车辆(EV)的车载电池充电器(OBC)用于给该EV的牵引电池(tractionbattery)充电。OBC将从AC电源吸收的电功率转换成DC电功率，并用DC电功率给电池充电。
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(例如，市电电源)接收电功率以对EV的牵引电池充电时，在接收到的电功率存在不适当电压状态(诸如过压状态或欠压状态)期间停止充电操作。
在执行上述和/或其他目的中的至少一个时，提供了一种OBC。该OBC包括具有第一轨控制器的第一轨电路、具有第二轨控制器的第二轨电路以及与轨控制器可操作地通信的主控制器。第一轨控制器被配置为控制第一轨电路的操作，并且还被配置为对供应给第一轨电路的第一电压进行采样，并且在采样的第一电压和阈值之间的比较肯定了关于第一电压的不适当电压状态时向主控制器发送故障信号。第二轨控制器被配置为控制第二轨电路的操作，并且还被配置为对供应给第二轨电路的第二电压进行采样，并且在采样的第二电压和阈值之间的比较肯定了关于第二电压的不适当电压状态时向主控制器发送故障信号。主控制器被配置为响应于从任一轨控制器接收到故障信号，控制两个轨控制器停止两个轨电路的操作。不适当电压状态可以是过压状态或欠压状态。
第一电压可以是由多相市电电源供应的第一相电压，并且第二电压可以是由多相市电电源供应的第二相电压。
采样的电压和阈值之间的比较可以要求与该阈值进行比较的采样的电压的连续样本是肯定的，从而使该比较是肯定的。
OBC还可以包括第三轨电路，该第三轨电路具有与主控制器可操作地通信的第三轨控制器。第三轨控制器被配置为控制第三轨电路的操作，并且还被配置为对供应给第三轨电路的第三电压进行采样，并且在采样的第三电压和阈值之间的比较肯定了关于第三电压的不适当电压状态时向主控制器发送故障信号。主控制器还被配置为响应于从任何轨控制器接收到故障信号，控制所有轨控制器停止所有轨电路的操作。
第三电压可以是由三相市电电源供应的第三相电压。采样的电压和阈值之间的比较可以要求与该阈值进行比较的采样的电压的至少三个连续样本是肯定的，从而使该比较是肯定的。
比较中的至少一个是肯定的可以是由于OBC和市电电源之间的中性点缺失(lossof neutral)导致的，电压从市电电源供应给轨电路，由此主控制器通过接收到故障信号检测到中性点缺失。由于外部电动车辆供电设备(EVSE)中在OBC的中性节点和市电电源的中性线之间的开关连接断开，而EVSE中在至少一个轨电路的电压节点和OBC的对应电压线之间的开关连接闭合，可能发生OBC和市电电源之间的中性点缺失。
比较中的至少一个是肯定的可以是由于OBC和市电电源之间的不稳定导致的，电压从市电电源供应给轨电路，由此主控制器通过接收到故障信号检测到不稳定。
主控制器还可以被配置为控制所有轨控制器在轨电路的操作停止之后的延迟期满之后恢复所有轨电路的操作，并且在所有轨电路的操作被恢复之后响应于从任何轨控制器接收到故障信号，控制所有轨控制器停止所有轨电路的操作。
OBC可以装载在电动车辆上，并且可以用于为电动车辆的牵引电池充电。
此外，在执行上述和/或其他目的中的至少一个时，提供了一种用于与OBC一起使用的方法。该OBC包括具有第一轨控制器的第一轨电路、具有第二轨控制器的第二轨电路以及与轨控制器可操作地通信的主控制器。第一轨控制器被配置为控制第一轨电路的操作，并且第二轨控制器被配置为控制第二轨电路的操作。该方法包括第一轨控制器对供应给第一轨电路的第一电压进行采样，并且在采样的第一电压和阈值之间的比较肯定了关于第一电压的不适当电压状态时，向主控制器发送故障信号。该方法还包括第二轨控制器对供应给第二轨电路的第二电压进行采样，并且在采样的第二电压和阈值之间的比较肯定了关于第二电压的不适当电压状态时，向主控制器发送故障信号。采样的电压和阈值之间的比较中的至少一个比较是肯定的，由此轨控制器中的至少一个将故障信号发送到主控制器。该方法还包括主控制器响应于接收到故障信号，控制两个轨控制器停止两个轨电路的操作。
此外，在执行上述和/或其他目的中的至少一个时，提供了另一种OBC。该OBC包括第一轨电路、第二轨电路和控制器。控制器被配置为对供应给第一轨电路的第一电压进行采样，并且在采样的第一电压和阈值之间的比较肯定了关于第一电压的不适当电压状态时停止两个轨电路的操作。
附图简述
图1示出了具有多相(或多轨)车载电池充电器(OBC)的电气系统的框图；
图2示出了电气系统的框图，其中OBC被详细描述为三相(或三轨)OBC，其具有三个相(或轨)并且在轨之间还具有输入继电器；
图3示出了具有第一相AC电压、第二相AC电压和第三相AC电压的曲线图的图示，当OBC和市电电源一起适当地操作时，该第一相AC电压、第二相AC电压和第三相AC电压分别从电气系统的三相市电电源供应给OBC的第一轨、第二轨和第三轨；
图4示出了如图2所示的电气系统的框图，以及具有以下曲线图的图示：(i)当OBC和市电电源一起适当地操作时分别从市电电源供应给OBC的三个轨的三个AC电压相的曲线图，随后是(ii)当OBC和市电电源之间存在中性点缺失时分别从市电电源供应给OBC的三个轨的三个AC电压相的曲线图；
图5示出了OBC的框图，其中描绘了OBC的轨的相应控制器以及它们与OBC的主控制器的可通信布置；
图6示出了描绘用于基于电压检测OBC和市电电源之间的中性点缺失的方法和系统的操作的流程图；
图7A示出了根据实验结果的图示，该图示具有分别从市电电源供应给OBC的三个AC电压相的曲线图；
图7B示出了图7A所示图示的放大部分的图示；以及
图8示出了另一流程图，其描绘了用于基于电压检测OBC和市电电源之间的中性点缺失的方法和系统的操作。
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。附图不必是按比例的；一些特征可以被夸大或者缩小以便示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体的结构上和功能上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，示出了具有车载电池充电器(OBC)12的电气系统10的框图。OBC 12“装载”在电动车辆(EV)上。在本文中术语“电动车辆”和“EV”涵盖使用电功率用于车辆推进的任何类型的车辆，包括纯电池电动车辆(BEV)、混合电动车辆(HEV)、插电式混合电动车辆(PHEV)等。OBC 12用于给EV的牵引电池14充电。牵引电池14是依据电能要求来进行车辆推进的高电压(HV)直流(DC)牵引电池。
电气系统10还包括交流(AC)电源，诸如电网的市电电源16。OBC 12使用来自市电电源16的电功率给牵引电池14充电。OBC 12经由外部电动车辆供电设备(EVSE)18连接到市电电源16，以从市电电源吸收电功率。OBC 12将从市电电源16吸收的电功率转换成DC电功率。OBC 12经由车辆的HV DC总线向牵引电池14输出DC电功率，用于给牵引电池充电。
主控制器(“控制器”)20与OBC 12相关联。控制器20是电子设备，诸如处理器、微控制器或装载在EV上的类似物(例如，计算机)(例如，车辆控制器)。控制器20与OBC 12通信，以控制OBC的操作。控制器20控制OBC 12将来自市电电源16的电功率转换成DC电功率，并用DC电功率给牵引电池14充电。控制器20可以集成在OBC单元内。控制器20可以提供通用命令以及与其他车辆单元和负责相(轨)操作、控制和实时诊断的相(轨)专用控制器(下面讨论)的通信。控制器20还可操作来通信和控制电气系统10和EV的其他节点，包括充电应用中涉及的节点。
现在参考图2，继续参考图1，示出了具有OBC 12的详细描绘的电气系统10的框图。OBC 12是N相(或N轨)OBC，其中N是大于1的整数。因此，OBC 12是至少具有两个相(或轨)(即分支等)的多相(多轨)OBC。例如，如图2所示，OBC 12是三相(或三轨)OBC，其具有第一轨22a、第二轨22b和第三轨22c(统称为“轨22”)(在图2中每个都标记为“内相”)。
轨(即，轨电路)22具有相同的电气电路系统，用于将来自市电电源16的电功率转换成DC电功率，以给牵引电池14充电。例如，每个轨22a、22b和22c具有AC电磁干扰(EMI)输入滤波器，在该AC电磁干扰(EMI)输入滤波器后面依次是功率因数校正器(PFC)、DC链路电容器、DC/DC转换器和输出滤波器(未示出)。控制器20与轨22的轨控制器(下面讨论)一起控制轨22的电气电路系统的操作，将来自市电电源16的电功率转换成DC电功率，并将DC电功率输送给牵引电池14。更具体地，在实施例中，“主控制器”在OBC内部，并且三个“内相控制器”(或“轨控制器”)分别与三个轨22相关联。这四个控制器的组合可以被理解为提供“控制器”功能。
每个轨22a、22b和22c将经由EVSE 18连接到市电电源16，以使该轨从市电电源吸收电功率，并将所吸收的电功率转换成DC电功率，用于给牵引电池14充电。轨22并联连接在OBC的输入端和OBC的输出端之间，该输入端经由EVSE 18连接到市电电源16，该输出端经由车辆的HV DC总线连接到牵引电池14。
严格举例来说，每个轨22a、22b和22c可以输送3.6kW的电功率，用于给牵引电池14充电。因此，在该示例中，OBC 12可以输送10.8kW(3*3.6kW)的电功率用于给牵引电池14充电(即，在该示例中，OBC 12是“11kW”的OBC)。
OBC 12还包括输入继电器24a和24b(统称为“输入继电器24”)。输入继电器24a位于轨22a和轨22b的输入端之间。输入继电器24b位于轨22a和轨22c的输入端之间。每个输入继电器24a和24b在断开状态和闭合状态之间可切换。控制器20可操作来控制输入继电器24的切换。
闭合的输入继电器连接该输入继电器介于其间的两个轨的输入端。相反，断开的输入继电器使该输入继电器介于其间的两个轨断开连接。两个输入继电器24在图2中都被示出为处于断开状态。因此，当轨22a和22b之间的输入继电器24a断开时，轨22b的输入端不连接到轨22a的输入端。同样，当轨22a和22c之间的输入继电器24b断开时，轨22c不连接到轨22a的输入端。
输入继电器24用于使OBC 12能够互换地与单相市电电源和多相市电电源一起使用。在市电电源是单相或多相的任一情况下，轨22a经由EVSE 18单独地直接连接到市电电源16。在市电电源16是单相的情况下，控制器20控制输入继电器24闭合。在这种情况下，轨22b和22c与轨22a组合，以使用轨22a连接到市电电源16。在市电电源16是多相的情况下，控制器20控制输入继电器24断开。在这种情况下，除了轨22a经由EVSE 18单独地直接连接到市电电源16之外，轨22b和22c也经由EVSE单独地直接连接到市电电源。
在本发明的实施例中，市电电源16是三相市电电源。OBC 12是三相(即，三轨)OBC，与市电电源16是三相市电电源相对应。由于OBC 12是三轨OBC，输入继电器24a和24b都断开，OBC 12的所有三个轨22都经由EVSE 18与市电电源16单独地直接连接。特别地，每个轨22a、22b、22c经由OBC 12的相应节点L1’、L2’、L3’与市电电源16的对应线路L1、L2、L3直接连接，并且经由OBC的中性节点N’与市电电源的中性线N直接连接。
如所述，能够与具有可用N(中性线)的单相(1-ph)和三相(3-ph)AC电网一起工作的用于EV的OBC通常设计有三个内轨(或模块)22，它们共享OBC的中性节点N’。在1-ph AC电网的情况下，轨22b和22c可以切换到OBC的L1’节点。如进一步所述，OBC不直接连接到电网，而是借助于EVSE连接到电网。EVSE用作附加元件，以确保OBC与AC电网的安全且受控的连接。当EVSE和OBC都准备好用于充电操作时，EVSE闭合其接触器，并且OBC从AC电网接收AC电压供应。
现在参考图3，继续参考图1和图2，示出了图示30，其具有分别从三相市电电源16供应给OBC 12的第一轨22a、第二轨22b和第三轨22c的第一相AC电压32a(vL1N)、第二相AC电压32b(vL2N)和第三相AC电压32c(vL3N)的曲线图。如图示30所示，AC电压32彼此相移120°，并且具有相同的正弦形状和相同的峰值幅度。因此，图示30表示OBC 12和市电电源16何时一起适当地操作。当EVSE 18的对应开关被适当地闭合，从而将OBC的节点L1’、L2’、L3’、N’与市电电源的对应线路L1、L2、L3、N连接时，OBC 12和市电电源16之间的操作是适当的。
现在参考图4，继续参考图1、图2和图3，示出了如图2所示的电气系统10的框图和相对于OBC 12的内部N’点的从市电电源16供应给OBC的AC电压的曲线图的图示40。图示40具有(i)当OBC和市电电源一起适当地操作时，分别从市电电源16供应给OBC 12的三个轨22a、22b、22c的三个AC电压相32a、32b、32c的曲线图，随后是(ii)当OBC和市电电源之间存在中性点缺失时，分别从市电电源供应给OBC的三个轨22a、22b、22c的三相AC电压32a’、32b’、32c’的曲线图。
OBC 12和市电电源16之间的中性点缺失是由于EVSE 18中在OBC 12的中性节点N’和市电电源16的中性线之间的开关连接断开，而EVSE中在OBC的一个或更多个节点L1’、L2’、L3’和市电电源的对应线路L1、L2、L3之间的开关连接闭合而发生的。这种中性点缺失在图4中由线44表示，线44在图示40中表示中性点缺失发生的时刻，该时刻在图示40中由虚线46表示，并且线44在电气系统10的框图中进一步表示出，这种中性点缺失是由于EVSE 18中在OBC 12的中性节点N’和市电电源16的中性线N之间的开关断开而发生的，如虚线圆圈48所示。如图4中进一步所示，在该示例中，EVSE中在OBC的所有节点L1’、L2’、L3’和市电电源的对应线路L1、L2、L3之间的开关连接被闭合。
图4中的描绘发生在一些OBC上，其中EVSE 18在断开线路接触器(Lx)之前断开中性接触器(N)。这意味着，如果在紧急停止期间，其中EVSE 18决定断开其接触器，而OBC 12仍在处理功率，则内轨L1’、L2’、L3’到内部中性节点N’的电压可能开始波动，因为电网(即，市电电源16)不再施加线路到中性点的电压。因此，OBC 12的每个内轨22的输入电压可以增大到内轨被设计的量的1.73倍，因此可能损坏OBC。在内部中性点N’浮动的情况下，不平衡状况意味着在较低功率状态下工作的那些轨(例如，轨22a和22b)将看到它们的输入电压Lx’-N’增大(例如，如图示40所示的AC电压32a’和32b’描绘了输入电压L1’-N’和输入电压L2’-N’的过压状态)，而在较高功率状态下工作的那些轨(例如，轨22c)将看到它们的输入电压Lx’-N’减小(例如，如图示40所示的AC电压32c’描绘了输入电压L3’-N’的欠压状态)。这意味着不可能在输入电压过高的内轨上执行选择性停止，因为这会使情况变得更糟。
因此，希望在所有轨22上进行智能停止，以确保OBC 12同时在所有轨中停止处理，从而在持续的不适当输入电压状态的情况下(即，在持续的输入过压状态或欠压状态的情况下)不损坏任何部件。如果所有轨22的控制器都是通用的，这是可以实现的，但是由于成本和考虑到轨之间的功能隔离，每个内轨通常由它自己独立的“轨控制器”控制，该控制器只看到它自己轨上发生的事情。
总之，以上关于图2、图3和图4的描述涉及多相OBC中的中性点缺失保护。中性点缺失是充电模式中需要解决的问题。在正常状态下，L1、L2和L3相电压是相对于中性点的。但是，当EVSE在断开连接时首先断开N继电器时，或者由于电网不稳定，可能会失去中性点。如果没有中性点参考，L1、L2和L3相电压诸如因环境因素而发生变化。在这种状态下，相对短的时间(诸如200毫秒)可以造成损坏。OBC将检测到这种异常并迅速做出反应，以避免这种损坏。
现在参考图5，并且继续参考前面的图，示出了OBC 12的框图。在该框图中，分别示出了OBC 12的轨22a、22b、22c的单独的控制器52a(“CTRL1”)、52b(“CTRL2”)、52c(“CTRL3”)(统称为“轨控制器52”)以及它们与OBC的控制器20(“MCU”)的可通信布置。
根据本发明的实施例，来自轨控制器52的信息由OBC监督器MCU(即，控制器20)接收，该MCU也是负责命令轨控制器做什么的控制器。在操作中，每个轨控制器52a、52b、52c向控制器20提供信号，该信号指示由其对应的轨22a、22b、22c从市电电源16接收的输入电压。控制器20当在一个或更多个轨22上看到持续的不适当电压(即，持续的过压或欠压)的情况下，命令所有轨一起停止处理功率。此时，在系统恢复自然平衡状态时，所有输入电压都将恢复到“正常”。因此，进一步根据本发明的实施例，可以额外部署重试策略来恢复充电，以便证明持续的不适当电压状态实际上由中性节点缺失给出，并且设置对应的DTC(诊断故障码)。
现在参考图6，继续参考图5，示出了描绘根据本发明的实施例的用于基于电压检测OBC 12和市电电源16之间的中性点缺失的方法和系统的操作的流程图60。参考流程图60的块62“控制器过压检测”，操作包括轨控制器52对供应给它们相关联的轨22的输入端的AC电压进行采样，将采样的AC电压与过压阈值进行比较，并且在采样的AC电压大于过压阈值时向控制器20发送故障信号。例如，轨22a的轨控制器52a在给定时刻处对供应给轨22a的AC电压进行采样，将AC电压样本与过压阈值进行比较，并且当AC电压样本大于过压阈值时向控制器20发送故障信号。(当然，流程图60中描绘的操作可以包括欠压阈值来代替过压阈值。)
在实施例中，当三个连续的AC电压样本大于过压阈值时，轨控制器52向控制器20发送故障信号。例如，参考块62，当轨22的三个连续AC电压样本(每个样本由该轨22的轨控制器52在例如100微秒内获取)大于例如380Vpk的过压阈值时，则该轨控制器52向控制器20发送故障信号。当然，这只是一个示例，因为除了100微秒之外的任何预定采样间隔和/或除了380Vpk之外的任何预定过压阈值都可以用于故障信号的确定。(注意，为了兼容更多的AC电压，过压阈值可以是每次开始充电(或充电重试)之前计算的可变阈值(例如，过压阈值＝(AC电压RMS*1.735))(上面已经提到了“1.73”因子)。还要注意的是，过压阈值可能是受限的/饱和的，诸如399Vpk，以避免OBC输入端损坏(在TVS部件处，如下所解释的)。
参考流程图60的块64“向MCU报告故障”，该操作还包括控制器20接收来自轨控制器52的故障信号，这是响应于该轨控制器检测到该轨控制器所属的OBC 12的轨22处的过压状态。响应于接收到故障信号，控制器20命令所有轨22停止处理功率。例如，如块64所示，控制器20响应于从轨控制器52接收到故障信号，向所有轨22发送零电流设定点。发送零电流设定点相当于控制器20指示相22停止处理功率。
参考流程图60的块66“MCU复位所有控制器”，操作还包括控制器20复位所有轨控制器52。如块66所示，一旦轨控制器52重新启动，OBC 12的轨22再次准备好从市电电源16吸收电功率，并将吸收的电功率转换成DC电功率，用于给牵引电池14充电。
参考流程图60的块68“MCU启动重试策略”，该操作还包括控制器20在控制器20复位轨控制器52之后的延迟之后启动重试策略。通常，直到轨再次开始工作(能量流动)时，才会检测到接地缺失。然后，在一系列“中性点缺失”故障循环之后，控制器20可以设置永久中性点缺失故障状态并停止重试。如果永久故障是由于轨控制器52失灵引起的，则它与这种异常检测无关。注意，当轨控制器52被设置为“永久故障”时，由于达到最大故障尝试次数(例如，五次)，控制器20禁用受影响的轨控制器52，并且它们之间的通信被禁用。因此，该被禁用的轨控制器52不会向控制器20报告其AC电压或新故障(由于其被禁用)，并且控制器20将使用来自较少轨22/轨控制器52的信息。
现在参考图7A和图7B，继续参考图5和图6，示出了根据实验结果的图示70(如图7A所示)和图示70的放大部分71的图示72(如图7B所示)，图示70具有相对于OBC 12的内部N’点的分别从市电电源16供应给OBC的三个AC电压相的曲线图。特别地，图示70和72都具有(i)当OBC和市电电源一起适当地操作时，分别从市电电源16供应给OBC 12的三个轨22a、22b、22c的三个AC电压相32a、32b、32c的曲线图，以及(ii)当OBC和市电电源之间存在中性点缺失时，分别从市电电源供应给OBC的三个轨22a、22b、22c的三相AC电压32a’、32b’、32c’的曲线图。
根据该实验，最初，OBC 12和市电电源16一起适当地操作，其中OBC的所有轨22或多或少以相同功率工作。然后，在给定时间处，发生了OBC 12和市电电源16之间的中性点缺失，如图示70中的虚线74所示。轨22随后由于中性点缺失而开始不平衡。在轨22不平衡的初始时间段期间，供应给OBC 12的轨22的AC电压相没有一个大于过压阈值(或者如上所示，至少没有供应给轨22的AC电压相的连续三个样本被该轨22的轨控制器52检测为大于过压阈值)。
在随后的时间，如图示72中的虚线76所示，达到了重要的不平衡状况(即，轨22的不平衡已经达到可行动的水平)(输入级有不平衡的风险)。由于供应给OBC 12的轨22的AC电压相变得大于过压阈值(或者供应给轨22的AC电压相的至少三个连续样本被该轨22的轨控制器52检测为大于过压阈值)，因此达到了这种重要的不平衡状况。特别地，根据这些实验结果，由于供应给OBC 12的轨22c的AC电压相32c’变得大于过压阈值(或者AC电压相32c’的至少三个连续样本大于过压阈值)，因此达到了重要的不平衡状况。
响应于AC电压相32c’和过压阈值之间的比较是肯定的，轨控制器52c向控制器20发送指示轨22c上的持续过压的故障信号。顶部和底部的电压箝位(voltage clamping)是输入瞬态电压抑制器(TVS)由于中性点缺失(LoN)而被激活的指示符。如果这种状况不被停止，那么它可能最终由于短路而发生故障并且损坏OBC 12。(为了清楚起见，本发明的实施例还设想了在负峰值处进行感测的替代方案，其中负阈值和负过压用于涉及AC电压相的比较。感测到相对于阈值的“较小”AC电压相信号也可以指示中性点缺失。)
响应于从轨控制器52c接收到故障信号，控制器20命令所有轨22停止处理功率。根据这些实验结果，在AC电压相32c’的三个连续样本大于过压阈值之后，控制器20向轨22的轨控制器52发送停止处理功率命令信号。响应于接收到停止处理功率命令，轨控制器52控制它们的轨22停止处理功率。然后，在虚线78指示的时刻，所有轨22被停止(控制器20停止充电操作)，然后AC电压相恢复正常。
现在参考图8，继续参考图5，示出了另一流程图80，其描绘了用于基于电压检测OBC 12和市电电源16之间的中性点缺失的方法和系统的操作。如将要讨论的，该操作包括重试策略，用于在中性点缺失之后停止OBC的操作之后重试OBC 12的操作。当OBC 12从市电电源16接收AC电能用于给牵引电池14充电时，操作开始。在充电期间，轨控制器52监测它们的轨22的输入电压，如块82所示。也就是说，每个轨22a、22b和22c处的输入电压由相应的轨控制器52a、52b和52c监测。然后，如参考数字83所示，发生了中性点缺失状态。由于中性点缺失状态，轨控制器52在其轨22处检测到过压状态，并用故障信号通知控制器20，如块84所示。响应于接收到故障信号，控制器20命令所有轨控制器52停止它们的轨22的操作，如块86所示。也就是说，每个轨处的过压可以被报告给控制器20，然后控制器20将停止充电操作。
在延迟(如块87所示)之后，控制器20将故障指示(重试策略)复位到轨控制器52，如块88所示。控制器20和轨控制器52然后用于恢复充电(重试策略)，如块90所示。也就是说，在异常消失的情况下启动重试策略。
如所述，许多旨在与1-ph或3-ph AC电网一起操作的OBC基于共享中性节点的三个内轨，并且这些OBC的预期是连接到具有可用的N的AC电网(星形配置类型的电网)。OBC针对电网的中性点缺失或缺少具有鲁棒性，以避免潜在损坏。EVSE可以在充电的同时断开N接触器，并且这可能会在OBC的一个或更多个内轨的输入端处产生有害电压。在电网实际上没有可用的中性节点(诸如三角形配置类型的电网)的情况下，可以给出类似的状况。
如所述，本发明的实施例提供了一种有效的方法来检测和保护3-ph OBC免受中性节点的缺失或缺少的影响。本发明的实施例可以使用OBC数字控制器(即轨控制器52)中和MCU(即控制器20)中的软件来实现3-ph OBC的检测和保护，以免受中性节点的缺失或缺少的影响，因此该解决方案相对没有额外的成本。因此，本发明的实施例避免了使用额外的模拟隔离器放大器，该放大器向MCU提供OBC的轨的输入电压。本发明的实施例也可以应用于其中只有一个控制器直接管理OBC的三个轨的布置。
如所述，本发明的实施例的简要描述包括在3相AC电网充电时，在缺失中性连接的情况下保护OBC；这种异常可能是由于电网不稳定(例如，暂时电网异常)或由于EVSE在L1-L3继电器断开连接之前断开N继电器而发生的。本发明的实施例的新特征包括现有的输入电压监测级被用于检测过压(或欠压)故障状态；故障被转移到命令充电停止的主微控制器；反应时间短于200毫秒，以避免损坏输入级；在给定延迟后，重试策略，以在中性连接的暂时缺失或暂时电网不稳定的情况下恢复充电；以及只添加了软件算法。由本发明的实施例解决的问题包括中性点缺失故障可能损坏OBC输入级。本发明的实施例对其提供了改进的技术包括使用额外部件的直接感测，该额外部件可能更快但更昂贵并且需要更大的PCB面积。
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。相反，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)

1.一种车载电池充电器(OBC)，包括：
第一轨电路，其具有第一轨控制器；
第二轨电路，其具有第二轨控制器；
主控制器，其与所述轨控制器可操作地通信；
其中，所述第一轨控制器被配置为控制所述第一轨电路的操作，并且还被配置为对供应给所述第一轨电路的第一电压进行采样，并且在采样的第一电压和阈值之间的比较肯定了关于所述第一电压的不适当电压状态时，向所述主控制器发送故障信号；
所述第二轨控制器被配置为控制所述第二轨电路的操作，并且还被配置为对供应给所述第二轨电路的第二电压进行采样，并且在采样的第二电压和所述阈值之间的比较肯定了关于所述第二电压的不适当电压状态时向所述主控制器发送故障信号；以及
所述主控制器被配置为响应于从任一轨控制器接收到故障信号，控制两个轨控制器停止两个轨电路的操作。
2.根据权利要求1所述的OBC，其中：
所述不适当电压状态是过压状态或欠压状态。
3.根据权利要求1所述的OBC，其中：
采样的电压和所述阈值之间的所述比较要求与所述阈值比较的采样的电压的连续样本是肯定的，从而使所述比较是肯定的。
4.根据权利要求1所述的OBC，还包括：
第三轨电路，其具有第三轨控制器；
其中，所述主控制器还与所述第三轨控制器可操作地通信；
所述第三轨控制器被配置为控制所述第三轨电路的操作，并且还被配置为对供应给所述第三轨电路的第三电压进行采样，并且在采样的第三电压和所述阈值之间的比较肯定了关于所述第三电压的不适当电压状态时，向所述主控制器发送故障信号；以及
所述主控制器还被配置为响应于从任何轨控制器接收到故障信号，控制所有轨控制器停止所有轨电路的操作。
5.根据权利要求4所述的OBC，其中：
所述第一电压是由三相市电电源供应的第一相电压，所述第二电压是由所述三相市电电源供应的第二相电压，并且所述第三电压是由所述三相市电电源供应的第三相电压。
6.根据权利要求1所述的OBC，其中：
所述第一电压是由多相市电电源供应的第一相电压，并且所述第二电压是由所述多相市电电源供应的第二相电压。
7.根据权利要求1所述的OBC，其中：
所述比较中至少一个比较是肯定的是由于所述OBC和市电电源之间的中性点缺失导致的，电压从所述市电电源供应给轨电路，由此所述主控制器通过接收到故障信号检测到所述中性点缺失。
8.根据权利要求7所述的OBC，其中：
由于外部电动车辆供电设备(EVSE)中在所述OBC的中性节点和所述市电电源的中性线之间的开关连接断开，而所述EVSE中在至少一个轨电路的电压节点和所述OBC的对应电压线之间的开关连接闭合，而发生了所述OBC和所述市电电源之间的中性点缺失。
9.根据权利要求1所述的OBC，其中：
所述比较中至少一个比较是肯定是由于所述OBC和所述市电电源之间的不稳定导致的，电压从所述市电电源供应给轨电路，由此所述主控制器通过接收到故障信号检测到所述不稳定。
10.根据权利要求1所述的OBC，其中：
所述主控制器还被配置为控制所有轨控制器，以在所有轨电路的操作被停止之后的延迟期满之后恢复所有轨电路的操作；并且
所述主控制器还被配置为在所有轨电路的操作恢复之后，响应于从任何轨控制器接收到故障信号，控制所有轨控制器停止所有轨电路的操作。
11.根据权利要求1所述的OBC，其中：
所述OBC装载在电动车辆上，并且用于为所述电动车辆的牵引电池充电。
12.一种与车载电池充电器(OBC)一起使用的方法，所述车载电池充电器包括具有第一轨控制器的第一轨电路、具有第二轨控制器的第二轨电路以及与所述轨控制器可操作地通信的主控制器，其中所述第一轨控制器被配置为控制所述第一轨电路的操作，并且所述第二轨控制器被配置为控制所述第二轨电路的操作，所述方法包括：
由所述第一轨控制器对供应给所述第一轨电路的第一电压进行采样，并且由所述第一轨控制器在所采样的第一电压和阈值之间的比较肯定了关于所述第一电压的不适当电压状态时，向所述主控制器发送故障信号；
由所述第二轨控制器对供应给所述第二轨电路的第二电压进行采样，并且由所述第二轨控制器在所采样的第二电压和所述阈值之间的比较肯定了关于所述第二电压的不适当电压状态时，向所述主控制器发送故障信号；
其中，采样的电压和阈值之间的所述比较中的至少一个比较是肯定的，由此所述轨控制器中的至少一个将故障信号发送到所述主控制器；以及
响应于所述主控制器接收到故障信号，由所述主控制器控制两个轨控制器停止两个轨电路的操作。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述OBC还包括具有第三轨控制器的第三轨电路，所述主控制器还与所述第三轨控制器可操作地通信，并且所述第三轨控制器被配置为控制所述第三轨电路的操作，所述方法还包括：
由所述第三轨控制器对供应给所述第三轨电路的第三电压进行采样，并且由所述第三轨控制器在所采样的第三电压和所述阈值之间的比较肯定了关于所述第三电压的不适当电压状态时，向所述主控制器发送故障信号；以及
响应于所述主控制器接收到故障信号，由所述主控制器控制所有轨控制器停止所有轨电路的操作。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述第一电压是由三相市电电源供应的第一相电压，所述第二电压是由所述三相市电电源供应的第二相电压，并且所述第三电压是由所述三相市电电源供应的第三相电压。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在所有轨电路的操作停止之后的延迟期满之后，由所述主控制器控制所有轨控制器恢复所有轨电路的操作；以及
在所有轨电路的操作被恢复之后，响应于从任何轨控制器接收到故障信号，由所述主控制器控制所有轨控制器停止所有轨电路的操作。
16.一种车载电池充电器(OBC)，包括：
第一轨电路；
第二轨电路；以及
控制器，其被配置为对供应给所述第一轨电路的第一电压进行采样，并且在采样的第一电压和阈值之间的比较肯定了关于所述第一电压的不适当电压状态时，停止两个轨电路的操作。
17.根据权利要求16所述的OBC，其中：
所述控制器还被配置为对供应给所述第二轨电路的第二电压进行采样，并且在采样的第二电压和所述阈值之间的比较肯定了关于所述第二电压的不适当电压状态时，停止两个轨电路的操作。
18.根据权利要求17所述的OBC，还包括：
第三轨电路；以及
所述控制器还被配置为对供应给所述第三轨电路的第三电压进行采样，并且在采样的第三电压和所述阈值之间的比较肯定了关于所述第三电压的不适当电压状态时，停止所有轨电路的操作。
19.根据权利要求18所述的OBC，其中：
所述第一电压是由三相市电电源供应的第一相电压，所述第二电压是由所述三相市电电源供应的第二相电压，并且所述第三电压是由所述三相市电电源供应的第三相电压。
20.根据权利要求18所述的OBC，其中：
所述主控制器还被配置为在所有轨电路的操作被停止之后的延迟期满之后恢复所有轨电路的操作；并且
所述主控制器还被配置为在所有轨电路的操作被恢复之后，在任何采样的电压和所述阈值之间的比较是肯定的时，停止所有轨电路的操作。
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