变化的车辆充电总线的制作方法

1.本公开涉及用于对车辆电池进行充电的系统和方法。


背景技术：

2.许多车辆电力系统被设计成向牵引电池提供电力以推进车辆。这些电力系统被配置为通过高压牵引电池和牵引马达来接收和输送电。为了从诸如家庭的低压源对牵引电池再充电，一些电力系统被配置为与车载充电器交互，所述车载充电器被配置为将较低压转换为较高压。


技术实现要素：

3.一种用于车辆的电力系统包括转换器，所述转换器具有高压总线端口、中压总线端口和电气地设置在所述高压总线端口和所述中压总线端口之间的多个开关。所述转换器在第一转换设置的情况下，响应于第一命令，将所述中压总线端口的第一低压值转换为所述高压总线端口的第一高压值，以及在第二转换设置的情况下，响应于第二命令，将所述中压总线端口的第二低压值转换为所述高压总线端口的所述第一高压值。
4.一种方法包括在车辆部件参数的检测到的变化之后，将具有高压总线端口、中压总线端口和电气地设置在所述高压总线端口和所述中压总线端口之间的多个开关的车辆电力转换器从第一转换设置切换到第二转换设置，在所述第一转换设置，所述中压总线端口的第一低压值被转换为所述高压总线端口的第一高压值，在所述第二转换设置，所述中压总线端口的第二低压值被转换为所述高压总线端口的所述第一高压值。
5.一种用于车辆的电力系统包括：双向转换器，所述双向转换器具有高压总线端口、中压总线端口和电气地设置在所述高压总线端口和所述中压总线端口之间的多个开关，以及控制器。所述控制器响应于所述车辆的车载充电器或所述车辆的发电机的检测到的变化，将所述转换器从第一转换设置切换到第二转换设置，在所述第一转换设置，所述中压总线端口的第一低压值被转换为所述高压总线端口的第一高压值，在所述第二转换设置，所述中压总线端口的第二低压值被转换为所述高压总线端口的所述第一高压值。
附图说明
6.图1呈现了车辆。
7.图2呈现了电力网络的详细视图。
8.图3呈现了转换器的详细视图。
9.图4呈现了第一电压选择方法。
10.图5呈现了第二电压选择方法。
11.图6呈现了第三电压选择方法。
具体实施方式
12.本文描述了实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅是示例并且其他实施例可采用各种形式和替代形式。附图不一定按比例绘制。一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为用于教导本领域技术人员的代表性基础。
13.参考附图中的任何一个示出和描述的各种特征可与一个或多个其他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，对于特定的应用或实施方式，可能期望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修正。
14.图1呈现了车辆100。车辆100包括传动系102。传动系102被配置为经由多个车轮104推进车辆100。传动系102可被配置为从原动机接收扭矩。如图所示，车辆100包含发动机106和牵引马达110两者作为原动机。在该实施例中，发动机106机械地链接到传动系102。发动机106可将来自燃料源的化学能转换为机械能。具体地，发动机106可以施加在曲轴上的旋转能的形式提供机械能。发动机106可被配置为通过曲轴向变速器提供机械能。发动机106可包括多个传感器。传感器中的一者可确定发动机参数并将其提供给车辆控制器112。例如，发动机传感器可确定并提供温度、转速、燃料经济性、润滑剂水平或其他参数。在一些实施例中，发动机106可经由变速器机械地链接到传动系102。传动系102与发动机106之间的链接装置可通过变速器来促进。
15.牵引马达110可被配置为将电能转换为机械能。例如，牵引马达110可被配置为从车辆电池接收电能以向传动系102提供机械能。替代地，牵引马达110可被配置为从电气总线网络接收电能。因此，牵引马达110可被配置为从被配置为向电气总线网络提供电能的其他车辆部件接收电能。牵引马达110可被配置为接收dc电力。
16.车辆100包括发电机108。发电机108可被配置为将机械能转换为电能。在一些实施例中，发电机108可被配置为将来自内燃发动机的机械能转换为电能以用于对车辆电池充电。发电机108还可用于将来自内燃发动机的机械能转换成电能以用于对车辆负载供电。发电机108可被配置为输出dc电力。在一些实施例中，车辆可以是电动车辆。在此类实施例中，车辆可不包括依赖于内燃发动机的发电机。更进一步地，可从独立于ic发动机的替代源接收收集的用于对车辆电池充电的能量。例如，车辆可包括被配置为向车辆电池提供能量的再生制动系统。
17.车辆100包括车载充电器124。车载充电器124被配置为从固定源接收电荷以提供给车辆100。固定源的示例可以是电网、充电站等。车载充电器124可被配置为接收具有交流电的电力。另外地或替代地，车载充电器124可被配置为接收和输送具有直流电的电力。在一些实施例中，车载充电器124可被配置为升高充电电压。例如，车载充电器124可被配置为将120伏升高到400伏。
18.车辆包括牵引电池116。牵引电池116可用于存储电能。此外，牵引电池116可用于将存储的电能转换为机械能以推进车辆100。牵引电池116可包括多个电池单元。在一些实施例中，多个电池单元中的至少两个电池单元是电阻性串联的。在此类实施例中，可对两个电池单元的电势求和。替代地或另外地，多个电池单元中的至少两个电池单元是电阻性并联的。在此类实施例中，可对电流容量求和。牵引电池116可具有多个传感器。传感器中的一
者可确定电池参数并将其提供给车辆控制器。
19.车辆包括辅助电池120。类似于牵引电池116，辅助电池120可用于存储电能。辅助电池120可用于为车辆内的辅助部件122供电。辅助部件122可包括气候控件、音频部件和其他低压功能。
20.车辆包括电源126。电源可用于从车辆向与车辆分开的装置供应电力。例如，电源可以是用于为膝上型计算机充电的120/240伏电源。另一示例可以是被配置为经由电源126向电动工具供应电力的工业车辆。因此，电源126可被配置为供应具有直流电、交流电或两者的电力。
21.车辆控制器112可包括存储器系统和处理器。存储器系统可被配置为存储指令集，诸如程序、算法、方法等。存储器系统还可被配置为接收、监测和存储呈现给车辆控制器112的值。此外，存储器可用作数据库。因而，存储器可创建、存储和编辑存储在数据库中的数据。数据库可定义时间表。替代地或另外地，数据库可定义多个时间表。时间表可包括用作用于操作装置的参考的条目。处理器可被配置为执行指令集。车辆控制器112可被配置为从外部源接收指示信息的信号，所述外部源包括但不限于传感器、装置和其他控制器。车辆控制器112可被配置为通过各种方式(包括电气连通和电磁连通)接收信息。此外，车辆100可包括多个控制器。
22.车辆控制器112可与车辆100的发动机106、牵引电池116、传动系102、排气系统、发电机108和牵引马达110进行通信。车辆控制器112还可与包括再生制动系统和摩擦制动系统的制动系统进行通信。车辆控制器112可被配置为从车辆100的部件中的每一者检索值，诸如发动机转速、电池soc、车辆扭矩、排气流量、和电力系统的状况。
23.电力系统200被配置为促进车辆100内的电力电子器件之间的电气连通。具体地，电力系统200被配置为促进经由牵引马达110从牵引电池116到传动系102的电力传递。更进一步地，电力系统被配置为促进从辅助电池120到辅助部件122的电力传递。
24.图2呈现了电力系统200的详细视图。电力系统200可使用至少一种电气总线网络来促进连通。电气总线网络中的一者可以是高压总线网络202。高压总线网络202可被配置为向需要高压的电气部件提供dc电力。例如，高压总线网络202可被配置为具有800伏的电势差。高压总线网络202可被配置为与牵引电池116直接电气连通。电气总线网络中的另一者可以是低压总线网络204。低压总线网络204可被配置为向需要低压的电气部件提供dc电力。例如，低压总线网络204可被配置为具有24伏的电势差。低压总线网络204可与辅助电池120直接电气连通。电气总线网络中的甚至另一者可以是中压总线网络206。中压总线网络206可用于接收电荷并向各种装置提供电荷。如图所示，在一些实施例中，中压总线网络206可被配置为从车载充电器124和发电机108接收电荷。另外，中压总线网络206可被配置为向电源126提供电荷。低压总线网络204与中压网络206之间的电气连通可由dc/dc转换器212调节。dc/dc转换器212可被配置为充当升压转换器。因此，dc/dc转换器212可被配置为将来自低压总线网络204的电势值升高到中压网络206的电势值。各种装置与中压总线网络206之间的电气连通可由补充转换器210调节。补充转换器210可被配置为充当从车载充电器124和发电机108中的至少一者到中压总线网络206的升压转换器。另外地或替代地，转换器可充当从中压网络206到电源126的降压转换器。更进一步地，在一些实施例中，车载充电器124、发电机108和电源126中的每一者可具有安装在部件内的补充转换器210。在此类实施
例中，补充转换器210可充当隔离转换器。补充转换器210可具有多个级。具体地，补充转换器210可被配置为将dc转换为dc以及将dc转换为ac。
25.电力系统200可包括逆变器208。逆变器208被配置为将dc电流转换为ac电流。逆变器208可用于将来自牵引电池116的dc电力修改为用于牵引马达110的ac电力。
26.电力系统200可包括公共接地。接地可被配置为充当低电势源以促进电流的流动。在一些实施例中，高压总线网络202与低压总线网络204共享公共接地。替代地，电力系统200可具有多个电气接地。
27.电力系统200可具有转换器300。转换器300可被配置为将具有第一组电气参数的电力转换为具有第二组电气参数的电力。例如，转换器300可被配置为将具有400伏的电力转换为具有800伏的电力。
28.图3呈现了转换器300的详细视图。转换器300可包括被配置为分别与高压电气总线202和中压电气总线206交互的高压总线端口304和中压总线端口306。在一些实施例中，诸如所示的实施例，转换器300可包括被配置为与低压电气总线204交互的低压总线端口308。在此类实施例中，转换器300可包括多个二极管326以将低压总线端口308与高压总线端口304和中压总线端口306隔离。另外地或替代地，中压总线端口306可被配置为与中压和低压两者交互。转换器300可以是双向转换器。为了促进双向配置，转换器300可包括辅助部件122。辅助部件122可由igbt、mosfet和二极管中的至少一者或组合限定。辅助部件122可包括第一开关310、第二开关312、第三开关314和第四开关316。第一开关310和第二开关312可限定第一开关组318，而第三开关314和第四开关316可限定第二开关组320。另外，转换器300可具有多个电感器322和多个电容器324。
29.转换器300被配置为在模式之间切换。这些模式可包括被定义为降压、升压和直通的模式。车辆控制器112可被配置为基于车辆100的参数来命令转换器300在模式之间切换。例如，车辆控制器112可被编程为基于车辆速度、扭矩请求、车辆加速度、电池soc等命令转换器300在模式之间切换。在一个实施例中，转换器可响应于检测到车载充电器内的电流而从降压模式切换到升压模式。在降压模式下，转换器300可被配置为允许正电流从高压总线端口304穿越到中压总线端口306。在降压模式下，第一开关组318可作为同步整流器操作，而第四开关316可被控制以调节电力流。这种配置可允许牵引电池116放电到中压电气总线206。在升压模式下，转换器300可被配置为允许正电流从中压总线端口306穿越到高压总线端口304。在降压模式下，第四开关316可作为同步整流器操作，而第一开关组318可被控制以调节电力流。这种配置可允许从中压电气总线206对牵引电池116充电。在直通模式下，第四开关316可始终导通。当高压电气总线202和中压电气总线206的电压基本上相同时，可使用这种配置。另外，每个开关组可操作以形成相移。此相移可以是180度。在设置为使电流相位移位的实施例中，转换器300可充当交错式转换器。
30.图4呈现了第一电压选择方法400。第一电压选择方法400开始于监测电力部件步骤402，其中车辆控制器112监测中压电气总线206上的部件的状态。这些部件可包括发电机108和车载充电器124。如果部件保持相同，则车辆控制器112将继续监测部件的状态。如果中压电气总线206上的部件中的一个被移除，则第一电压选择方法400移动到检测新范围步骤404，其中车辆控制器112确定新部件的电气参数。这可包括车辆控制器112基于新部件的识别因子来查询时间表。接下来，在更新范围步骤406中，车辆控制器112基于新电气部件的
电气参数命令中压电气总线206更新中压总线端口306的电压，并且返回到监测电力部件步骤402。
31.图5呈现了第二电压选择方法500。第二电压选择方法500开始于监测obc步骤502，其中车辆控制器112监测中压电气总线206以检测车载充电器124的参数是否已改变。这可能是由于更换或安装了新车载充电器。如果车载充电器124的参数改变，则车辆控制器112将移动到检测新obc范围步骤504，其中车辆控制器112确定新车载充电器的电气参数，然后返回到监测obc步骤502。如果车载充电器124的参数保持不变，则车辆控制器112将移动到监测发电机步骤506，其中车辆控制器112确定发电机108的电气参数已改变。如果发电机108的参数已改变，则车辆控制器112将移动到检测新发电机范围步骤508，其中车辆控制器112确定新发电机的电气参数，然后返回到监测obc步骤502。如果发电机108的参数保持相同，则第二电压选择方法500将移动到检测车辆运动步骤510并确定车辆100是否处于运动中。如果车辆100不处于运动中，则第二电压选择方法500将移动到更新obc范围步骤512，其中将中压电气总线206更新到新充电器电压范围。如果车辆100处于运动中，则第二电压选择方法500将移动到发电机更新步骤514，其中将中压电气总线206更新到新发电机电压范围。
32.图6呈现了第三电压选择方法600。第三电压选择方法600开始于监测hvdc总线步骤602，其中车辆控制器112监测高压电气总线202以检测高压部件的参数是否已改变。高压部件可包括新的车辆电池、新的车辆马达等。如果高压部件的参数未改变，则车辆控制器112将继续监测高压电气总线202的变化。然而，在检测到高压电气总线202上的变化时，第三电压选择方法600将移动到检测新hv部件步骤604，其中车辆控制器112将确定高压电气总线202的新参数。接下来，车辆控制器112将在hv部件范围更新步骤606中更新高压电气总线202的已知电压。此外，车辆控制器112将基于高压电气总线202和中压电气总线206的已知电压，在差分范围更新步骤608中更新高压电气总线202和中压电气总线206之间的差分。车辆控制器112将使用该差分来相应地升高或降低中压总线206的电压。最后，第三电压选择方法600将返回到监测hvdc总线步骤602。
33.本文公开的算法、方法或过程可被输送到计算机、控制器或处理装置或由所述计算机、控制器或处理装置实现，所述计算机、控制器或处理装置可包括任何专用电子控制单元或可编程电子控制单元。相似地，算法、方法或过程可以多种形式存储为可由计算机或控制器执行的数据和指令，包括但不限于永久存储在诸如只读存储器装置的不可写存储介质上的信息和可改地存储在诸如光盘、随机存取存储器装置或其他磁性和光学介质的可写存储介质上的信息。所述算法、方法或过程也可在软件可执行对象中实现。替代地，可使用合适的硬件部件(诸如专用集成电路、现场可编程门阵列、状态机或其他硬件部件或装置)或固件、硬件和软件部件的组合来整体或部分实现所述算法、方法或过程。
34.虽然上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述权利要求所涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应当理解，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。例如，用词控制器和多个控制器在本文中可以互换使用。
35.如前所描述的，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另外的实施例。虽然各种实施例可能已被描述为就一个或多个期望的特性而言相较
其他实施例或现有技术实施方式提供了优点或是优选的，但是本领域普通技术人员应认识到，一个或多个特征或特性可被折衷以达成期望的总体系统属性，这取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于：强度、耐久性、可销售性、外观、包装、大小、可服务性、重量、可制造性、易组装性等。这样，描述为就一个或多个特性而言较其他实施例或现有技术实施方式不太期望的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用可能是期望的。
36.根据本发明，提供了一种用于车辆的电力系统，所述电力系统具有：转换器，所述转换器具有高压总线端口、中压总线端口和电气地设置在所述高压总线端口和所述中压总线端口之间的多个开关，所述转换器被配置为：在第一转换设置的情况下，响应于第一命令，将所述中压总线端口的第一低压值转换为所述高压总线端口的第一高压值，以及在第二转换设置的情况下，响应于第二命令，将所述中压总线端口的第二低压值转换为所述高压总线端口的所述第一高压值。
37.根据实施例，本发明的特征还在于控制器，所述控制器被编程为响应于车辆部件参数的检测到的变化而命令所述转换器从所述第一转换设置切换到所述第二转换设置。
38.根据实施例，所述第二低压值部分地基于所述车辆部件参数的所述检测到的变化的电气参数。
39.根据实施例，所述车辆部件是车载充电器。
40.根据实施例，所述车辆部件是发电机。
41.根据实施例，所述转换器是被配置为在降压模式和升压模式之间切换的双向转换器。
42.根据实施例，本发明的特征还在于控制器，所述控制器被编程为命令所述多个开关，使得所述转换器在降压模式和升压模式之间切换。
43.根据实施例，所述控制器被编程为操作所述多个开关中的第一组开关作为同步整流器，以及操作所述多个开关中的第二组开关以调节所述高压总线端口和所述中压总线端口之间的电力传递。
44.根据实施例，所述控制器被编程为在检测到车载充电器上的电流时命令所述转换器从降压模式切换到升压模式。
45.根据实施例，本发明的特征还在于与所述中压总线端口电气连通并且被配置为向与所述车辆分开的负载提供电力的电源。
46.根据实施例，本发明的特征还在于电气地设置在所述中压总线端口与车载充电器和所述电源中的一者之间的补充转换器，其中所述电力系统被配置为调节所述中压总线端口与所述车载充电器和电源中的至少一者之间的电力传递。
47.根据本发明，一种方法包括：在车辆部件参数的检测到的变化之后，将具有高压总线端口、中压总线端口和电气地设置在所述高压总线端口和所述中压总线端口之间的多个开关的车辆电力转换器从第一转换设置切换到第二转换设置，在所述第一转换设置，所述中压总线端口的第一低压值被转换为所述高压总线端口的第一高压值，在所述第二转换设置，所述中压总线端口的第二低压值被转换为所述高压总线端口的所述第一高压值。
48.在本发明的一个方面，所述方法包括命令所述多个开关，使得所述转换器在降压模式和升压模式之间切换。
49.在本发明的一个方面，所述方法包括操作所述多个开关中的第一组开关作为同步
整流器，以及操作所述多个开关中的第二组开关以调节所述高压总线端口和所述中压总线端口之间的电力传递。
50.根据本发明，提供了一种用于车辆的电力系统，所述电力系统具有：双向转换器，所述双向转换器具有高压总线端口、中压总线端口和电气地设置在所述高压总线端口和所述中压总线端口之间的多个开关；以及控制器，所述控制器被编程为响应于所述车辆的车载充电器或所述车辆的发电机的检测到的变化，将所述转换器从第一转换设置切换到第二转换设置，在所述第一转换设置，所述中压总线端口的第一低压值被转换为所述高压总线端口的第一高压值，在所述第二转换设置，所述中压总线端口的第二低压值被转换为所述高压总线端口的第一高压值。
51.根据实施例，所述控制器被编程为命令所述多个开关，使得所述转换器在降压模式和升压模式之间切换。
52.根据实施例，所述控制器被编程为操作所述多个开关中的第一组开关作为同步整流器，以及操作所述多个开关中的第二组开关以调节所述高压总线端口和所述中压总线端口之间的电力传递。
53.根据实施例，所述控制器被编程为在检测到所述车载充电器上的电流时命令所述转换器从降压模式切换到升压模式。
54.根据实施例，本发明的特征还在于与所述中压总线端口电气连通并且被配置为向与所述车辆分开的负载提供电力的电源。
55.根据实施例，本发明的特征还在于电气地设置在所述中压总线端口与所述车载充电器和所述电源中的一者之间的补充转换器，其中所述电力系统被配置为调节所述中压总线端口与所述车载充电器和电源中的至少一者之间的电力传递。

技术特征：
1.一种用于车辆的电力系统，所述电力系统包括：转换器，所述转换器具有高压总线端口、中压总线端口和电气地设置在所述高压总线端口和所述中压总线端口之间的多个开关，所述转换器被配置为，在第一转换设置的情况下，响应于第一命令，将所述中压总线端口的第一低压值转换为所述高压总线端口的第一高压值，以及在第二转换设置的情况下，响应于第二命令，将所述中压总线端口的第二低压值转换为所述高压总线端口的所述第一高压值。2.如权利要求1所述的电力系统，其还包括控制器，所述控制器被编程为响应于车辆部件参数的检测到的变化而命令所述转换器从所述第一转换设置切换到所述第二转换设置。3.如权利要求2所述的电力系统，其中所述第二低压值部分地基于所述车辆部件参数的所述检测到的变化的电气参数。4.如权利要求2所述的电力系统，其中所述车辆部件是车载充电器。5.如权利要求2所述的电力系统，其中所述车辆部件是发电机。6.如权利要求1所述的电力系统，其中所述转换器是被配置为在降压模式和升压模式之间切换的双向转换器。7.如权利要求6所述的电力系统，其还包括控制器，所述控制器被编程为命令所述多个开关，使得所述转换器在降压模式和升压模式之间切换。8.如权利要求7所述的电力系统，其中所述控制器被编程为，将所述多个开关中的第一组开关操作为同步整流器，以及操作所述多个开关中的第二组开关以调节所述高压总线端口与所述中压总线端口之间的电力传递。9.如权利要求7所述的电力系统，其中所述控制器被编程为在检测到车载充电器上的电流时命令所述转换器从降压模式切换到升压模式。10.如权利要求1所述的电力系统，其还包括与所述中压总线端口电气连通并且被配置为向与所述车辆分开的负载提供电力的电源。11.如权利要求10所述的电力系统，其还包括电气地设置在所述中压总线端口与车载充电器和所述电源中的一者之间的补充转换器，其中所述电源被配置为调节所述中压总线端口与所述车载充电器和所述电源中的至少一者之间的电力传递。12.一种方法，其包括：在车辆部件参数的检测到的变化之后，将具有高压总线端口、中压总线端口和电气地设置在所述高压总线端口和所述中压总线端口之间的多个开关的车辆电力转换器从第一转换设置切换到第二转换设置，在所述第一转换设置，所述中压总线端口的第一低压值被转换为所述高压总线端口的第一高压值，在所述第二转换设置，所述中压总线端口的第二低压值被转换为所述高压总线端口的所述第一高压值。13.如权利要求12所述的方法，其还包括命令所述多个开关，使得所述转换器在降压模式和升压模式之间切换。14.如权利要求12所述的方法，其还包括操作所述多个开关中的第一组开关作为同步整流器，以及操作所述多个开关中的第二组开关以调节所述高压总线端口和所述中压总线端口之间的电力传递。
15.一种用于车辆的电力系统，所述电力系统包括：双向转换器，所述双向转换器具有高压总线端口、中压总线端口和电气地设置在所述高压总线端口和所述中压总线端口之间的多个开关；以及控制器，所述控制器被编程为响应于所述车辆的车载充电器或所述车辆的发电机的检测到的变化，将所述转换器从第一转换设置切换到第二转换设置，在所述第一转换设置，所述中压总线端口的第一低压值被转换为所述高压总线端口的第一高压值，在所述第二转换设置，所述中压总线端口的第二低压值被转换为所述高压总线端口的所述第一高压值。

技术总结
本公开提供“变化的车辆充电总线”。电力系统响应于车载充电器或发电机的检测到的变化，将转换器从第一转换设置切换到第二转换设置，在所述第一转换设置，中压总线端口的第一低压值被转换为高压总线端口的第一高压值，在所述第二转换设置，所述中压总线端口的第二低压值被转换为所述高压总线端口的所述第一高压值。被转换为所述高压总线端口的所述第一高压值。被转换为所述高压总线端口的所述第一高压值。


技术研发人员：宋延涛 葛宝明 陈礼华 塞尔达
受保护的技术使用者：福特全球技术公司
技术研发日：2022.12.09
技术公布日：2023/6/28