TWI549845B - 用於電動載具供應設備的正偏壓引導濾波器 - Google Patents

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Description

用於電動載具供應設備的正偏壓引導濾波器
本發明係關於電動引導訊號偵測及濾波。
電動載具供應設備必須遵守公共使用與商業販售所必須滿足的要求安全性與適用性標準。特別是國家UL法規要求所有電動裝置必須通過國家認證測試實驗室的檢驗。該等檢驗包含在該訊號雜訊通過該系統時的傳導雜訊測試，監測此項檢驗以確保所產生的雜訊係衰減至最小量。
引導電路是一種高阻抗電路，該電路具有+/-12伏特的來源與1k歐姆的電阻，並以25英尺電線串聯至電動載具。沿著連接至該載具之電線，該引導訊號電線係與該等電力電線平行，所以該等電力電線上的任何雜訊都傾向與該引導訊號電線耦合。如此便在數Hz至GHz的任何範圍中產生該引導訊號上的雜訊。
一種傳導及輻射耐受性的測試通常包含在80MHz至1GHz處的廣播以及在400KHz至80MHz之間接線介入雜訊的測試。一種消除雜訊以通過該SAE J1772標準之傳導及輻射耐受性測試的傳統有效方式是包含鐵氧體珠或鐵氧體環，該等鐵氧體珠或鐵氧體環做為被動式低通濾波器，將高頻訊號反射或吸收。然而，包含多數鐵氧 體環或環狀物使得材料與製造成本的增加，增加該產品重量，也提高所形成的送貨成本。
需要一種降低該引導訊號之雜訊的更有效節省成本的方式。此外，需要一種支援並強化該SAE J1772標準的應用以讀取該等通訊層控制電壓，而不包含雜訊引致的錯誤。
在一實作中，提供一種將已偵測引導訊號進行濾波的方法。該方法包含以下步驟：在先進先出記憶體中儲存引導訊號樣本，將該等引導訊號樣本排序，並決定該等已排序引導信號樣本之次群集的平均數值。該方法進一步包含以下步驟：根據該次群集之該平均數值，對電動載具施加效用電力的控制。
第1圖圖示提供至載具電路11100之該電動載具供應設備(EVSE)引導訊號的簡化概念結構圖。使用該EVSE引導訊號決定該載具13800是否請求接觸器140(第4圖)閉合，以供應效用電力至該載具13800進行充電。該引導電路利用引導訊號產生器11300以供應12伏特峰值(峰至峰間值為24伏特)的方波通過1k阻抗11200至該載具13800的方式完成充電。該EVSE 13000量測該引 導電壓以確認該載具13800存在，以決定是否閉合該效用電力接觸器140(如第4圖圖示)，並因此供應效用電力100u(第4圖)。當該載具13800連接至該EVSE 11100時，通過該等終端11410與11420之電壓Vpilot便從+12伏特/-12伏特的峰至峰間值下降為+9伏特/-12伏特的峰至峰間值，其中該EVSE 11100則連接跨及該等終端11410與11420之阻抗11500。一旦閉合開關11110，跨及該等終端11410與11420之電壓便下降至+6伏特/-12伏特的峰至峰間值。因此，便利用該載具13800閉合開關11110以連接阻抗11510的方式，控制該引導訊號正成分的電壓，以達成標稱值為+6伏特/-12伏特的Vpilot訊號，指示該EVSE 11100應該閉合該EVSE 11100之接觸器140(第4圖)。
SAE J1772標準具體指明為了回應該載具13800的纜線中斷，該EVSE 13000應該要在100毫秒內開放該接觸器140(第4圖)。在一實施例中，為了避免非故意或錯誤的接觸器開放，由該微控制器3500(第4圖)於軟體中實作數位濾波器，以決定該引導電壓正成分的強度。該濾波器必須在不超過100毫秒的情況下，完成開放該接觸器的要求。
參考第2圖至第5圖，在該微控制器3500(第4圖)輸出該引導訊號正成分PILOT_PWM(第5圖)期間，由類比/數位(A/D)訊號轉換器3510(第4圖)進行該引導訊號電壓PILOT_Feedback訊號(第4圖及第5圖)的採樣。如 第2圖圖表12000所圖示，為每一引導脈衝記錄一採樣。該等引導樣本：樣本1；樣本2；樣本3；樣本4；等等則儲存在記憶體3520中循環緩衝3520c內。
第3A圖圖示一軟體濾波器之可能實作的簡化流程圖13000。在此實施例中，於塊狀圖13105處，將該等引導訊號樣本儲存於先進先出記憶體中，像是儲存於循環緩衝中。在塊狀圖13200處從該循環緩衝複製樣本集合至暫時緩衝。在塊狀圖13300處將該暫時緩衝中該組樣本依強度進行排序。接著在塊狀圖13400處將該等已排序樣本次集合進行平均。在塊狀圖13500處將所形成之平均與門檻限制相比，以決定是否開放/閉合供應效用電壓至該載具的該接觸器。以上動作將如塊狀圖13100對每一引導訊號循環不斷重複，因此便根據連續樣本在前群集之數值次集合，不斷決定該引導狀態之平均數值。
在一實施例中，該循環緩衝3520c為一種150樣本循環緩衝3520c。在每次採樣之後，將該循環緩衝3520c複製至暫時緩衝3520t，接著該循環緩衝3520c由該微控制器3500依據強度進行排序。接著將最高或前50個樣本(~50毫秒)之資料進行平均。所形成的平均與該SAE J1772標準門檻限制相比，以決定是否進行該接觸器140(第4圖)轉移，也就是決定開放或閉合傳遞效用電力100u(第4圖)至該載具3800(第4圖)之該接觸器140。
第3B圖圖示一循環緩衝軟體濾波器之可能實作的簡化流程圖13010。在此實作中，該等引導樣本於循環緩 衝中進行排序，如在150樣本循環緩衝中排序。在每次採樣後，在塊狀圖13210處對於每一脈衝循環進行一次將該循環緩衝中該等樣本複製至該暫時緩衝的動作，在此情況中如塊狀圖13110圖示為每1毫秒進行一次複製動作。依強度進行該暫時緩衝中該等樣本的排序，例如在塊狀圖13310處從最高至最低進行排序。接著在塊狀圖13410處將最高或前50個樣本(~50毫秒)之資料進行平均。在塊狀圖13510處將所形成的平均與該SAE J1772標準門檻限制相比，以決定是否進行該接觸器140(第4圖)的轉移，也就是決定開放或閉合傳遞效用電力100u(第4圖)至該載具3800(第4圖)之該接觸器140。對於每一引導訊號循環不斷重複以上動作，因此便根據連續樣本在前群集之該等最高數值之次集合，不斷決定該引導狀態之平均數值。
藉由使用循環緩衝，該濾波器實作13000便不斷計算每一循環之平均，藉此確保該電路可以在100毫秒內開放該接觸器140(第4圖)。
以下為一示例性軟體程式，該軟體程式可用於提供處理器3500處理器可執行編碼，以進行該循環緩衝濾波器之一實作。
第4圖圖示一電動載具供應設備3000或EVSE的簡化方塊圖。第5圖圖示第4圖該引導產生器與偵測器3150 之一可能實施例的電路圖。參考第4圖與第5圖，該EVSE 3000可以包含引導訊號採樣器，在某些實施例中該引導訊號採樣器可以包含該引導訊號偵測器3157與該A/D訊號轉換器3510。在未圖示的其他實施例中，若需要可以使用獨立A/D訊號轉換器感測該電力供應輸出3110c處的引導訊號，並且可以使用獨立A/D訊號轉換器提供樣本至該處理器3500。
然而在該圖示實施例中，該處理器3500利用該A/D訊號轉換器3510進行PILOT_FEEDBACK訊號採樣，並且該處理器3500利用由該引導訊號偵測器3157所供應之PILOT_FEEDBACK訊號，產生該PILOT訊號的樣本。若供應至該載具的PILOT訊號範圍在+12伏特至-12伏特，則在該引導產生與偵測電路3150之中之引導偵測器電路3157便偵測該PILOT訊號，並且該引導偵測器電路3157將該PILOT訊號降低為散佈至該A/D訊號轉換器3510的邏輯程度訊號。例如，該被感測PILOT訊號可以從+12伏特至-12伏特的範圍降低至對應為0.3伏特至2.7伏特的範圍。將該邏輯程度PILOT_FEEDBACK訊號供應至該處理器3500之A/D訊號轉換器3510輸入，以儲存至記憶體3520之中。
該等樣本可以儲存至處理器可讀媒介中，該處理器可讀媒介則像是可定址記憶體3520，例如隨機存取記憶體(RAM)。在各種實施例中，不管是該A/D訊號轉換器3510與該記憶體3520之一方或兩方都可以位於該處理器 3500外部，或在該處理器3500上。第4圖之該處理器3500係經程式化以根據該PILOT_FEEDBACK訊號之該等樣本決定輸出至電動載具3800之該PILOT訊號的訊號程度。集合中的樣本總量與所選擇之次樣本大小則可根據該實施例所變化。此外在其他實施例中，該循環緩衝3520c可以是先進後出形式儲存裝置的任何形式。另外在其他實施例中，該暫時緩衝3520t可以是能夠進行捕捉及/或排序之任何形式的儲存裝置。
雖然在第3A圖與第3B圖中的討論係為了每一循環進行一次採樣，但是該採樣率可以不需為每一循環進行一次。例如，可以每兩個循環或每三個循環…等等進行該引導訊號的採樣，或是以成批方式…等等進行該引導訊號的採樣。
因為該循環緩衝濾波器可以實作於軟體中，像是可利用處理器3500(第4圖)進行實作，因此在各種實作中，利用該循環緩衝濾波器軟體便可避免需要額外像是鐵氧體磁環的實體濾波器，該方法可以節省材料以及設置成本，並且該方法節省該服務設備裝置中的空間。
例如參考第4圖，上述循環緩衝引導訊號濾波器可以在該引導產生與偵測電路3150中減少4個環形鐵氧體磁濾波器3158(該環形鐵氧體磁濾波器3158之直徑約為3英寸)。
此外，因為進行過多的讀取可能使該EVSE 3000的反應速度降低，因此利用以上只將該資料前三分之一進行 平均的循環緩衝及濾波方式，能確保濾波器效率並減少該訊號雜訊的影響，同時確保該整體採樣率可以提供合理的反應時間，以遵照SAE J1772標準。
在某些未圖示實施例中，可以在現場可程式閘陣列或FPGA中實作該等實作與該等實施例。例如，可以使用系統單晶片。此外，在某些實施例中也可以不需要將該等樣本複製至暫時緩衝以進行排序。取代的是例如可以掃過並捕捉該最高數值，接著為該第二最高數值、第三最高數值等等，直到蒐集到所需要的次集合為止。在某些實施例中，較佳的是在進行次一引導訊號循環之前可以掃過此次循環次集合之該等所有樣本，並蒐集該等所有樣本進行平均。在其他實施例中，可能不需要進行以上動作而可以對於許多循環蒐集該等最高數值樣本。
此外在許多實施例中，可以選擇該引導訊號調變率為從該1000Hz調變率處平移，因此降低可能以1000Hz為中心的雜訊影響，也避免受到該雜訊的影響。因此在某些實作中，可以選擇該引導訊號調變率為不同於1000Hz的數值，但遵循SAE J1772標準選擇在980-1020Hz的範圍中。例如，可以選擇1015Hz的調變率，因此降低在以1000Hz為中心處所引致雜訊的影響。在某些實施例中，該調變率可以離開該中心調變率+/-10%至15%的位置。在其他實施例中，可以選擇+/-1%至+/-19%的任何位置，只要該訊號保持在該適用標準的允許範圍之中。
在此實作中，應該選擇引導訊號調變盡可能遠離該中 心調變，但位於該調變電路的已知精確度/容忍度之中，以確保該調變仍將維持於該可允許範圍之中。
該平移引導訊號進一步改良在此討論之該兩層訊號濾波器的結果，以提供該等引導訊號的改良偵測精確度，該等引導訊號具有在1kHz採樣率下於150KHz至1GHz引致的雜訊。該平移引導訊號可以與在此討論之該兩層訊號濾波器一起或不與該兩層訊號濾波器一起使用，或是該平移引導訊號可以與其他軟體及/硬體濾波方式一起使用。
值得說明的是，在此對於「一實施例」的任何參照方式意謂與該實施例所結合之特定描述特徵、結構或特性係可在需要時包含於一實施例之中。在此規格說明書任何位置中出現該用詞「在一實施例中」並不需要全部都指向該相同實施例。
在此所提供之該等例證與實例係用於說明的目的，而不意欲限制該附加申請專利範圍的範疇。應將此說明書視為本發明該等原則的例證，而不意欲限制本發明之精神與範疇及/或所描述之實施例之申請專利範圍。
相關領域技術人員可針對本發明特定應用進行本發明的修改。
在此申請書中所包含的討論係意欲提供基本敘述。閱讀者應該了解該特定討論並不明確描述所有可能的隱性實施例及替代例。同樣的，此處的討論可能不完全說明本發明之基本本質，並且此處的討論可能不明確說明每 一特徵或元件實際如何可成為代表性或等價性元件。再次說明，該等特徵或元件都隱含於本發明之中。雖然在此以裝置導向術語描述本發明，但該裝置之每一元件都可隱性執行功能。也應該要了解在不背離本發明基礎下可進行各種改變。該等改變也隱含於該描述之中。該等改變仍舊落於本發明觀點中。
此外，可以以各種方式達成本發明各種元件之每一元件以及該等申請專利範圍之每一項。應該了解本發明涵蓋每一種所指變化，該變化可以是任何裝置實施例、方法實施例的變化，或該變化可以甚至只是該實施例任何元件的改變。特別是，應該了解當所述內容係與本發明之元件有關時，即使在只有功能或結果相同的情況，也可以利用等價裝置解釋每一元件之該等用詞。在更廣泛或甚至更一般的用詞之下，應該在每一元件或動作的描述中涵蓋該每一元件或動作的等價物。當想對本發明所標示的範圍進行明確或隱性涵蓋，可以將該等用詞進行取代。應該了解所有的動作都可以解釋為採取該動作的構件，或所有的動作都可以解釋為引起該動作的元件。同樣的，應該了解所揭示的每一實體元件係涵蓋該實體元件所促成之動作的內容。應該了解該等變化與替代用詞係明確包含於該描述之中。
在將本發明結合各種實施例描述下，對相關領域技術人員而言現在將能根據某些建議進行修改。此處之該等示例性實施例並非意欲用於限制，而該等特徵的各種配 置與組合都是可能的。因此，除了由該等附加申請專利範圍所要求之外，本發明並不限制為所揭示之該等實施例。
100u‧‧‧效用電力
140‧‧‧接觸器
3110c‧‧‧電力供應輸出
3150‧‧‧引導產生與偵測電路
3157‧‧‧引導訊號偵測器
3158‧‧‧環形鐵氧體磁濾波器
3500‧‧‧微控制器
3510‧‧‧類比/數位訊號轉換器
3520‧‧‧記憶體
3520c‧‧‧循環緩衝
3520t‧‧‧暫時緩衝
3800‧‧‧載具
11100‧‧‧電動載具供應設備
11110‧‧‧開關
11200‧‧‧阻抗
11300‧‧‧引導訊號產生器
11410‧‧‧終端
11420‧‧‧終端
11500‧‧‧阻抗
11510‧‧‧阻抗
12000‧‧‧圖表
13000‧‧‧電動載具供應設備
13000‧‧‧簡化流程圖
13800‧‧‧載具
13105‧‧‧塊狀圖
13100‧‧‧塊狀圖
13110‧‧‧塊狀圖
13200‧‧‧塊狀圖
13210‧‧‧塊狀圖
13300‧‧‧塊狀圖
13310‧‧‧塊狀圖
13400‧‧‧塊狀圖
13410‧‧‧塊狀圖
13500‧‧‧塊狀圖
13510‧‧‧塊狀圖
13600‧‧‧塊狀圖
本發明之該等特徵及該等優點透過上述描述、附加申請專利範圍以及伴隨圖式將可獲得較佳了解，其中：第1圖圖示提供至載具電路之該EVSE引導訊號的簡化概念結構圖。
第2圖為該引導訊號的簡化時脈圖。
第3A圖圖示一軟體濾波器可能實作的簡化流程圖。
第3B圖圖示一循環緩衝軟體濾波器可能實作的簡化流程圖。
第4圖圖示電動載具供應設備或EVSE的簡化方塊圖。
第5圖圖示第4圖該引導產生器與偵測器之一可能實施例的電路圖。
13105‧‧‧塊狀圖
13100‧‧‧塊狀圖
13200‧‧‧塊狀圖
13300‧‧‧塊狀圖
13400‧‧‧塊狀圖
13500‧‧‧塊狀圖
13600‧‧‧塊狀圖

Claims (25)

  1. 在包括一引導訊號之一電動載具供應設備中，一種用於降低一引導訊號輸出之雜訊，以決定輸出至一電動載具之該引導訊號之數值的方法，該方法包括以下步驟：對該引導訊號進行採樣；在一循環緩衝中儲存一組樣本；將該組樣本複製至一暫時緩衝；進行該暫時緩衝中該等樣本的排序；選擇該等已排序樣本之一次集合；進行該次集合之該等樣本平均；以及進行該次集合之該等樣本之該平均數值與一門檻數值的比較，以決定該引導訊號的一狀態。
  2. 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟：根據該平均數值與一門檻數值的比較，控制對該電動載具的效用電力施加。
  3. 如請求項1所述之方法，其中選擇該次集合之步驟包括以下步驟：選擇具有該等最高數值之該等樣本，並且選擇該次集合之步驟進一步包括以下步驟：在每一引導訊號循環期間，不斷重複該採樣、儲存、複製、排序、選擇、平均與比較的步驟，因此根據該等連續樣本之一在前集合之該等最高數值之該次集合，連續決定該引導狀態之一平均數值。
  4. 如請求項1所述之方法，包括以下步驟：不斷計算該引 導訊號之每一循環的一平均。
  5. 如請求項1所述之方法，其中一採樣率為該引導訊號之每一循環。
  6. 如請求項1所述之方法，其中一採樣率為小於該引導訊號之每一循環。
  7. 如請求項1所述之方法，其中在該循環緩衝中儲存該引導訊號之步驟包括以下步驟：儲存150個樣本，且其中選擇該等已排序樣本之該次集合之步驟包括以下步驟：選擇50個最高數值樣本。
  8. 在包括一引導訊號之一電動載具供應設備中，一種用於決定該引導訊號之狀態的方法，該方法包括以下步驟：偵測一引導訊號數值；對該已偵測引導訊號進行採樣；在一記憶體中儲存該等引導訊號樣本；進行該等引導訊號樣本的排序；以及從該等已排序引導訊號樣本之一次群集決定一平均數值；進行該平均數值與一門檻數值的比較；以及根據該平均數值與一門檻數值的該比較，控制對該電動載具的效用電力施加。
  9. 如請求項8所述之方法，其中儲存之步驟包括以下步驟：儲存至一先進先出緩衝。
  10. 如請求項9所述之方法，其中在一記憶體中儲存該等引導訊號樣本之步驟進一步包括以下步驟：從該先進先出 記憶體複製一樣本集合至一暫時緩衝之中，且其中包括進行該等引導訊號樣本排序的排序之步驟包括以下步驟：進行該暫時緩衝中該等引導訊號樣本的排序。
  11. 如請求項10所述之方法，其中排序之步驟包括以下步驟：從最高至最低進行排序，且其中決定該等引導訊號樣本之一次群集之一平均數值之步驟包括以下步驟：決定該等最高數值之一次群集之該平均數值。
  12. 如請求項11所述之方法，其中決定該等引導訊號樣本之一次群集之一平均數值之步驟包括以下步驟：決定該暫時緩衝中該等已排序引導訊號樣本之三分之一的該平均數值。
  13. 如請求項11所述之方法，其中決定該等引導訊號樣本之一次群集之一平均數值之步驟包括以下步驟：決定該暫時緩衝中該等已排序引導訊號樣本之三分之一的該平均數值，其中排序之步驟包括以下步驟：從最高至最低進行排序，且其中決定該等引導訊號樣本之一次群集之一平均數值之步驟包括以下步驟：決定該等最高數值之一次群集之該平均數值。
  14. 如請求項9所述之方法，其中儲存之步驟包括以下步驟：儲存至一循環緩衝。
  15. 如請求項14所述之方法，其中在一記憶體中儲存該等引導訊號樣本之步驟進一步包括以下步驟：從該循環緩衝複製一樣本集合至一暫時緩衝之中。
  16. 如請求項15所述之方法，其中排序之步驟包括以下步 驟：將該暫時緩衝中該等樣本集合進行排序。
  17. 如請求項16所述之方法，其中排序之步驟包括以下步驟：從最高至最低進行排序。
  18. 如請求項17所述之方法，其中決定該等已排序引導訊號樣本之該次群集之該平均數值之步驟包括以下步驟：決定該等最高數值之一次集合之一平均數值。
  19. 如請求項18所述之方法，其中選擇該等已排序樣本之該次集合之步驟包括以下步驟：選擇該暫時緩衝中該等已排序引導訊號樣本之一最高數值次集合。
  20. 在包括一引導訊號之一電動載具供應設備中，一種用於將一已偵測引導訊號濾波的方法，該方法包括以下步驟：在一先進先出記憶體中儲存一引導訊號樣本；進行該等引導訊號樣本排序；決定該等已排序引導訊號樣本之一次群集之一平均數值；以及根據該次群集之該平均數值控制對該電動載具的效用電力施加。
  21. 如請求項20所述之方法，進一步包括以下步驟：進行該平均數值與一門檻數值的比較。
  22. 一種電動載具供應設備，該電動載具供應設備包括：a)一引導訊號偵測器，該引導訊號偵測器用以偵測引導訊號樣本；b)一先進先出記憶體；以及c)一處理器，該處理器經程式化以： 在該先進先出記憶體中儲存一引導訊號樣本；進行該等引導訊號樣本排序；決定該等已排序引導訊號樣本之一次群集之一平均數值；以及根據該次群集之該平均數值控制對該電動載具的效用電力施加。
  23. 如請求項22所述之電動載具供應設備，其中該先進先出記憶體包含一循環緩衝。
  24. 如請求項22所述之電動載具供應設備，其中該處理器經程式化以決定一次群集之該平均數值，該次群集係由該等引導訊號樣本之該等最高數值所組成。
  25. 如請求項24所述之電動載具供應設備，其中該處理器經程式化以決定一次群集之該平均數值，該次群集係由該等引導訊號樣本之該等最高數值所組成，且其中該處理器經進一步程式化以不斷儲存該等引導訊號樣本、進行該等引導訊號樣本排序，並決定該次群集之該平均數值，因此根據該等連續引導訊號樣本之一在前集合之該等最高數值之該次集合，不斷決定該引導狀態的一平均數值。
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