用于電池電動(dòng)車輛和插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的高壓直流充電的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種便攜式充電裝置，該裝置可以通過(guò)獨(dú)立的電動(dòng)車輛(EV)高壓電池向EV的高壓電池提供可控制地快速直流(DC)充電。充電裝置可以配置用于遵從用于EV充電的通用標(biāo)準(zhǔn)以與各個(gè)制造商的各種汽車型號(hào)兼容。該裝置可以配置用于與供給和接收車輛建立通信連接并且在向接收車輛的電池傳輸電力之前實(shí)施兩個(gè)車輛的電池之間的電壓匹配程序。為了防止盜竊能量，充電程序的控制可以在充電裝置和供給以及接收車輛之間共享。充電器裝置可配置用于僅在沒(méi)有探測(cè)到故障時(shí)啟動(dòng)充電程序。充電裝置可以允許駕駛員在方便的時(shí)間和位置向電力耗盡的高壓電池快速再充電。
【專利說(shuō)明】用于電池電動(dòng)車輛和插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的高壓直流充電的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及電動(dòng)車輛的充電，并且更具體地涉及便攜式直流(DC)充電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的以及混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可以提供驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的電力，而低壓電池可以提供用于裝置(比如起動(dòng)機(jī)馬達(dá)、乘客艙通風(fēng)系統(tǒng)、內(nèi)部和外部的燈、娛樂(lè)信息系統(tǒng)等)的電力。通常，發(fā)動(dòng)機(jī)由汽油驅(qū)動(dòng)的車輛加滿燃料可以行駛約300英里左右。當(dāng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料耗盡時(shí)，可以在服務(wù)站短暫的停車來(lái)補(bǔ)充。在惡劣的情況下，當(dāng)車輛沒(méi)有燃料在偏遠(yuǎn)地區(qū)拋錨時(shí)，簡(jiǎn)單的軟管可用于從停下來(lái)幫助的過(guò)路車的燃料箱吸取汽油。類似地，當(dāng)傳統(tǒng)的低壓汽車電池的電荷下降到需要的最小值以下時(shí)，導(dǎo)致車輛不運(yùn)轉(zhuǎn)，通常不是很困難或者沒(méi)有延誤就可以升高電池電壓。例如，車輛上容易收藏的一組不貴的跨接電纜可以電連接運(yùn)轉(zhuǎn)正常的電池和那些電力耗盡的電池的端子以實(shí)現(xiàn)能使電力耗盡的電池重新供能的充電電路。
[0003]雖然大部分汽車?yán)^續(xù)使用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，但是減少排放以及增加的再生能源開(kāi)發(fā)的探索使得電力驅(qū)動(dòng)的汽車的市場(chǎng)擴(kuò)大。依賴于用于驅(qū)動(dòng)力的高壓電池的純電動(dòng)車輛每次充滿電的行駛范圍約為100-200英里。通過(guò)與交流(AC)電力網(wǎng)連接而再充電高壓電池。大多數(shù)情況中，高壓電池在不需要用車的延長(zhǎng)期間(比如上班時(shí)間期間、在家中的夜晚或者在公共充電站長(zhǎng)時(shí)間的泊車期間(比如車輛在機(jī)場(chǎng)而駕駛員在旅行))連接至電網(wǎng)。
[0004]對(duì)于長(zhǎng)途行駛，駕駛員經(jīng)?？梢杂?jì)劃路線和行程以在足夠長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)包括已知的再充電站位置處的站點(diǎn)。例如，由于意外的逆風(fēng)或增加馬達(dá)驅(qū)動(dòng)需要的能量的其它環(huán)境因素，在電機(jī)長(zhǎng)期驅(qū)動(dòng)期間電池可能意外地運(yùn)行到低電量，可能會(huì)在途中在充電站再充電，這樣駕駛員可以繼續(xù)駕駛至希望的目的地。然而，這樣的場(chǎng)景中一個(gè)潛在問(wèn)題是用于電動(dòng)車輛的充電站并不像傳統(tǒng)的汽油站一樣是無(wú)處不在的或者方便找到。所以，當(dāng)電池電荷意外地運(yùn)行為低時(shí)遇到一個(gè)站點(diǎn)的可能性大大小于在傳統(tǒng)的服務(wù)站遇到的情況。
[0005]大多數(shù)充電站通過(guò)花費(fèi)數(shù)個(gè)小時(shí)向電力耗盡的電池充電的程序而提供較低的I級(jí)或2級(jí)電力充電。雖然當(dāng)在預(yù)定時(shí)間和位置執(zhí)行電荷傳輸時(shí)較長(zhǎng)的充電時(shí)間可能是可接受的，但是在未預(yù)期的情況下實(shí)施程序時(shí)延長(zhǎng)時(shí)間的再充電期間可能不利地影響行程計(jì)劃。當(dāng)駕駛時(shí)關(guān)于電池將耗盡的可能性的憂慮可能阻止消費(fèi)者購(gòu)買或使用電動(dòng)車輛，讓這些消費(fèi)者個(gè)人以及整個(gè)社會(huì)群體失去電動(dòng)車輛能提供的多種益處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種用于電動(dòng)車輛的高壓充電的方法和裝置。示例系統(tǒng)可以包括供給電動(dòng)車輛處的供給高壓能量存儲(chǔ)裝置(ESD)、接收車輛處的接收高壓能量存儲(chǔ)裝置(ESD)以及配置用于從供給ESD向接收ESD可控制地傳輸能量的便攜式交叉式電子控制單元(PxEOT)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，系統(tǒng)可以配置用于通過(guò)供給ESD向接收ESD快速直流(DC)充電。
[0007]充電裝置可以包括配置用于連接接收車輛的第一連接器、配置用于連接供給車輛的第二連接器以及用于在供給和接收車輛之間可控制地傳輸能量的控制器單元。示例充電裝置可以配置用于實(shí)現(xiàn)通過(guò)供給車輛的電池向接收車輛的電池的直流(DC)充電。在一個(gè)示例實(shí)施例中，充電裝置實(shí)施為能方便運(yùn)送的便攜式裝置，例如它可以裝載在供給或接收車輛上。示例充電裝置可以包含配置用于在供給和接收電池之間傳輸能量的電力轉(zhuǎn)換模塊，以及配置用于與供給和接收車輛通信并且用于通過(guò)電力轉(zhuǎn)換模塊控制能量傳輸?shù)奶幚砟K。在一個(gè)示例實(shí)施例中，充電裝置可以執(zhí)行供給和接收電池之間的電壓匹配。
[0008]用于電荷傳輸?shù)姆椒梢园ㄟB接充電裝置與供給車輛、連接充電裝置與接收車輛、匹配供給車輛電池電壓和接收車輛電池電壓、執(zhí)行故障探測(cè)程序、以及在供給車輛電池和接收車輛電池之間可控制地傳輸電荷。在一個(gè)示例方法中，供給和接收電池之間的傳輸電荷包含快速的DC充電。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，CT⑶包含配置用于在供給和接收ESD之間傳輸能量的電力轉(zhuǎn)換模塊。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，CT⑶包含配置用于控制電力轉(zhuǎn)換模塊的處理模塊。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，CT⑶包含配置用于與供給和接收車輛通信的處理模塊。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，CT⑶包含人機(jī)交互界面(HMI)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，CT⑶配置用于執(zhí)行供給和接收ESD之間的電壓匹配程序。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該裝置是便攜式的。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，充電接收車輛ESD包含僅在沒(méi)有探測(cè)到故障時(shí)充電。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包含與供給車輛和接收車輛建立通信連接。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包含匹配供給車輛的ESD和接收車輛的ESD的電壓。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包含確認(rèn)供給車輛授權(quán)充電。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1顯示了示例系統(tǒng)；
[0020]圖2顯示了示例系統(tǒng)；
[0021]圖3顯示了示例系統(tǒng)；
[0022]圖4顯示了示例方法；
[0023]圖5顯示了示例方法；
[0024]圖6顯示了示例方法。
【具體實(shí)施方式】
[0025]根據(jù)需要，公開(kāi)了本發(fā)明的示例實(shí)施例。多個(gè)實(shí)施例意味著實(shí)施本發(fā)明的多種方式的非限制性示例，并且應(yīng)理解還可以替代形式實(shí)施本發(fā)明。下文將參考附圖更加完整地描述本發(fā)明，在附圖的多張附圖中相同的標(biāo)號(hào)代表相同的部件并且在附圖中顯示了示例實(shí)施例。附圖不必按比例繪制并且可以放大或縮小一些特征以顯示特定部件的細(xì)節(jié)，同時(shí)已經(jīng)去除相關(guān)部件以防止難于理解本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)。本說(shuō)明書公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限制性，而僅作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)以及用于教導(dǎo)本【技術(shù)領(lǐng)域】中的技術(shù)人員以各種方式實(shí)施本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。例如，雖然在車輛的背景中討論示例實(shí)施例，但是應(yīng)理解本發(fā)明不必局限于特定的設(shè)置。此外，在一些實(shí)例中可以在多個(gè)模塊之間分配通過(guò)單個(gè)模塊執(zhí)行的控制功能。此外，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)以替代的序列實(shí)施以特定的序列描述的具有動(dòng)作的方法。
[0026]如今，很多電動(dòng)車輛(EV)(比如插電式電動(dòng)車輛(PEV)和電池電動(dòng)車輛(BEV))插接至通常提供持續(xù)數(shù)個(gè)小時(shí)的交流(AC)充電環(huán)節(jié)(session)的電力網(wǎng)。在典型的環(huán)節(jié)期間，車輛(EV)上的充電設(shè)備與充電站處的電動(dòng)車輛服務(wù)設(shè)備(EVSE)協(xié)作以協(xié)調(diào)從電網(wǎng)至車輛的電荷傳輸。如上文討論的，存在配置用于AC充電的車輛需要額外的充電選擇的場(chǎng)合，優(yōu)選的選擇與更短的充電環(huán)節(jié)相關(guān)聯(lián)。本發(fā)明使用供給車輛(donor vehicle)提供的能量而可以提供接收車輛(recipient vehicle)的快速DC充電。在一個(gè)示例實(shí)施例中,本發(fā)明經(jīng)由類似于在充電站的EV和EVSE之間利用的程序和接口而可以傳輸電荷。在一個(gè)示例實(shí)施例中，裝置硬件、軟件或方法配置用于遵從關(guān)于電動(dòng)車輛充電的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如但不限于汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE) 1772，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO) 15118-1、15118-2、15118-3，以及德國(guó)的德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN)規(guī)范70121，將它們?nèi)亢喜⑦M(jìn)本發(fā)明書作為參考。
[0027]圖1顯示了示例系統(tǒng)100，其中便攜式交叉式電子控制單元(PxE⑶)102可以連接供給車輛(DV) 104和接收車輛(RV) 106以將能量從供給能量存儲(chǔ)裝置(ESD) 108提供至接收ESDI 10。在本發(fā)明的目的中，接收車輛是具有接收額外能量的ESD的車輛。供給車輛應(yīng)理解成具有能提供能量的(供給)ESD的車輛。在該定義下，應(yīng)理解在一個(gè)實(shí)例中車輛在一定時(shí)間上是供給車輛，而在另一實(shí)例中是接收車輛。通過(guò)示例的方式，但不是限制，車輛104、106是電動(dòng)車輛(EV)的形式，例如僅通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)的電池電動(dòng)車輛(BEV)。然而，可以預(yù)想混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)和插電式電動(dòng)車輛(PEV)也可以實(shí)施本發(fā)明。
[0028]在示例實(shí)施例中，ESD108和110可以是配置用于為EV提供馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電力的可再充電的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)(RESS)的形式。通過(guò)示例的方式，但不是限制，ESD108U10可以是高壓牽引電池或電池組的形式，比如鋰離子電池。然而，可以預(yù)想ESD也可以實(shí)施為高壓電容器或配置用于提供馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電力的其它電子電荷存儲(chǔ)裝置。在一個(gè)示例實(shí)施例中，可經(jīng)由DCl級(jí)或2級(jí)充電程序?qū)⒛芰刻峁┲两邮誆SDI 10。
[0029]圖2顯示DC充電系統(tǒng)100的示例實(shí)施例。在該示例中，可以根據(jù)用于電動(dòng)汽車的汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)標(biāo)準(zhǔn)制造供給和接收車輛104、106，并且這樣可以相似地配備它們。通過(guò)示例的方式，但不是限制，PxE⑶102可以接合充電入口 112，從供給ESD108接收能量、并且提供能量至接收ESD110。在示例實(shí)施例中，PxE⑶102可以配置用于與供給車輛104處的控制模塊114協(xié)作以實(shí)施電荷傳輸程序?？刂颇K114可以包含硬件、軟件、固件和/或它們的一些組合并且配置用于遵從SAE的DC充電協(xié)議以及電荷傳輸程序的控制方面而與PxECU102通信。在示例實(shí)施例中，控制模塊114可以包含配置用于授權(quán)并執(zhí)行電荷供給程序(例如但不限于微處理器可執(zhí)行的軟件指令)的專用模塊。
[0030]以類似的方式，PxE⑶102可以配置用于接合接收車輛106處的電荷入口 116。PxECU102可以配置用于與控制模塊118協(xié)作以實(shí)施電荷傳輸程序。類似于控制模塊114，控制模塊118可以包含硬件、軟件、固件和/或它們的一些組合并且配置用于遵從SAE標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)DC充電程序。在示例實(shí)施例中，控制模塊114、118可以配置用于執(zhí)行并協(xié)調(diào)多個(gè)車輛相關(guān)的功能，包括那些與充電程序不相關(guān)的功能?？商娲?，控制模塊114、118可以實(shí)施為專用于充電程序并配置用于根據(jù)需要與其它車輛模塊協(xié)作的模塊。
[0031]通過(guò)示例的方式，但不是限制，PxE⑶102可以包括電荷傳輸控制單元(CTCU) 120、連接至第一連接器130的第一電纜128以及連接至第二連接器134的第二電纜132。在一個(gè)示例實(shí)施例中，第一和第二電纜128、132可以是配置用于傳輸電力控制信號(hào)和充電電流的電纜束的形式。在一個(gè)示例實(shí)施例中，連接器130、134可以是配置用于連接電動(dòng)車輛的充電入口端的標(biāo)準(zhǔn)充電連接器的形式。例如，連接器130、134可以配置用于分別接合充電入口 112、116以電連接CTCU120和ESD108、110。通過(guò)示例的方式，入口 112、116和連接器130、134可以配置用于遵從用于電動(dòng)車輛的DC充電的SAEJ1772而運(yùn)轉(zhuǎn)使得連接器130、134可以接合按照全球公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的所有汽車的充電入口端。結(jié)果是，PxE⑶102可以提供與各個(gè)廠商和型號(hào)的汽車兼容的通用的充電裝置。連接器130、134可以配置用于實(shí)現(xiàn)從CT⑶120擴(kuò)展的在電纜128、132內(nèi)的多個(gè)導(dǎo)體和充電入口 112、116處多個(gè)關(guān)聯(lián)的導(dǎo)體之間的電連接。
[0032]示例CT⑶120可以包含電力轉(zhuǎn)換模塊(PCM) 122和通信控制模塊(CCM) 124oPCM122可以包含配置用于從供給車輛ESD接收電流并提供電流至接收車輛ESD的直流/直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器電路。CCM124可以包含硬件、軟件、固件和/或它們的一些組合。在一個(gè)示例實(shí)施例中，CCM124可以包含配置用于經(jīng)由預(yù)定協(xié)議通信、監(jiān)視電力和連接、執(zhí)行故障探測(cè)程序并控制PCM122的運(yùn)轉(zhuǎn)的微處理器或其它處理裝置。例如，CCM124可以配置用于遵從涉及電動(dòng)車輛DC充電的ISO標(biāo)準(zhǔn)15118-1、-2和_3和/或SAE J1772運(yùn)轉(zhuǎn)供給和接收車輛104、106上的控制模塊114和118并與它們通信。在一個(gè)示例實(shí)施例中，PxE⑶可以配置用于執(zhí)行供給和接收車輛的牽引ESD之間的電壓匹配程序。示例CT⑶120可以進(jìn)一步與用戶輸入工具配置以從用戶接收輸入，此處顯示為人機(jī)交互(HMI)模塊126。通過(guò)示例的方式，HMI模塊126可以簡(jiǎn)單的是用于用戶輸入的電力按鈕，或者可以包括其它特征，例如但不限于顯示屏。
[0033]參考圖3，當(dāng)接合時(shí)，入口 112和連接器130可以形成匹配一者中的導(dǎo)體與另一者中對(duì)應(yīng)導(dǎo)體的電導(dǎo)耦合器136。例如，入口 112和連接器130可以每者包括SAE標(biāo)準(zhǔn)J1772定義的與多個(gè)導(dǎo)體關(guān)聯(lián)的多個(gè)端子。按照用于DC充電的J1772標(biāo)準(zhǔn)，入口 112和連接器130可以包括7個(gè)端子，端子I和2設(shè)計(jì)用于I級(jí)和2級(jí)的AC電力交換、端子3設(shè)計(jì)用于接地連接、而端子4和5設(shè)計(jì)用于控制信號(hào)。通過(guò)示例的方式，端子4可用于引導(dǎo)先導(dǎo)控制信號(hào)(control pilot signal),而端子5可用于引導(dǎo)接近探測(cè)信號(hào)(proximity detectionsignal)。端子6和7可用于DC充電，例如但不限于I級(jí)、2級(jí)和3級(jí)的DC充電。通過(guò)示例的方式，端子6和7可以電連接與充電繼電器140和切換繼電器121協(xié)作能連接CTCU120和ESD108的導(dǎo)體用于2級(jí)的快速DC電荷傳輸。
[0034]充電入口 116和接收車輛106可以具有上文討論的用于充電入口 112和供給車輛104的類似配置。連接器134和入口 116可以接合以形成可包括SAEJ1772指定的7個(gè)端子的電導(dǎo)I禹合器138。在一個(gè)不例實(shí)施例中，一對(duì)充電繼電器142可以連接f禹合器138的端子6和7以及ESDllO用于2級(jí)的DC電荷傳輸。PxE⑶102可以包括一組用于連接PCM122和端子6和7用于2級(jí)的電荷傳輸?shù)那袚Q繼電器123。在一個(gè)不例實(shí)施例中，CCM124可以配置用于控制切換繼電器121和123的打開(kāi)和閉合。
[0035]過(guò)去，EV配置有電荷傳輸程序，例如在該程序中當(dāng)車輛ESD通過(guò)EVSE進(jìn)行AC充電時(shí)接收電荷。在典型的再充電程序期間(參見(jiàn)上文參考的標(biāo)準(zhǔn))，接收車輛通過(guò)從EVSE請(qǐng)求特定的電壓和/或電流而可以控制該程序。PxECU可以配置用于類似于充電站的EVSE連接被充電的車輛的方式連接接收車輛。然而，在本發(fā)明的方法中，供給車輛提供而不是接收電荷。于是，在示例方法中可以預(yù)想供給車輛可以配置用于對(duì)充電程序施加一定程度的控制。例如，控制模塊114可以配置用于應(yīng)用電荷傳輸?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)方面控制。通過(guò)示例的方式，控制模塊114可以配置用于授權(quán)電荷供給程序，而賦予該功能可以配置用于確定是否滿足預(yù)定狀況、要求和/或充電極限。從而，控制模塊114可以配置用于防止供給ESD未經(jīng)授權(quán)的使用以及過(guò)度耗盡。
[0036]通常，DC充電環(huán)節(jié)可以包括建立通信和充電參數(shù)的初始化階段、預(yù)充電階段、電荷傳輸階段以及環(huán)節(jié)終止階段。圖4顯示可以通過(guò)PxECU實(shí)施的示例方法200的流程圖。在框202處，PxE⑶可以連接至供給車輛。例如，PxE⑶102的連接器130可以接合供給車輛104處的充電入口端112。在框204中，PxE⑶可以連接至接收車輛。通過(guò)示例的方式，連接器134可以插入接收車輛106的充電輸入端116。在一個(gè)示例實(shí)施例中，PxE⑶102可以類似于電動(dòng)車輛服務(wù)裝備在充電站連接接收車輛106的方式連接接收車輛106。
[0037]在框206處，可以啟動(dòng)PxE⑶。通過(guò)示例的方式，可以在HMI模塊126處接收用戶輸入以啟動(dòng)PxE⑶102。例如，用戶可以壓下PxE⑶102處的電力按鈕以打開(kāi)它。通過(guò)進(jìn)一步的示例，可以由插入充電入口 112、116中的一者或兩者或者由于接通連接的供給車輛而自動(dòng)啟動(dòng)PxE⑶。在一個(gè)示例實(shí)施例中，CT⑶120可以包括電源(未顯示)，例如配置用于提供CTCU120運(yùn)轉(zhuǎn)的電力的低壓電池。
[0038]在一個(gè)示例實(shí)施例中，在框208處可以執(zhí)行初始化程序。通過(guò)示例的方式，初始化程序可以包括與供給和接收車輛充電參數(shù)建立通信連接、并接收和/或交換這些參數(shù)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，連接器130、134與充電入口 112和116的成功連接可以促使初始化程序，其中CCM124可以建立與控制模塊114和118的通信并從它們接收充電參數(shù)。通過(guò)示例的方式，充電參數(shù)可以包括用于ESD108和ESDI 10的最大電流、電大電壓、希望的電流、目標(biāo)電壓等?？梢源_定充電級(jí)別(即級(jí)別I或級(jí)別2的DC充電)。一旦成功完成初始化程序，程序200前進(jìn)至框210。然而，如果沒(méi)有成功完成初始化程序，例如不能建立通信連接或者供給和接收車輛提供的充電參數(shù)不兼容，方法可以在框220處終止。
[0039]在決策框210處可以作出是否授權(quán)充電環(huán)節(jié)的確定。在一個(gè)示例實(shí)施例中，供給車輛可以對(duì)充電程序應(yīng)用一定程度的控制。通過(guò)示例的方式，但并不是限制，供給車輛104的控制模塊114可以配置用于授權(quán)充電供給程序。在一個(gè)示例方法中，PxE⑶可以配置用于確認(rèn)授權(quán)。通過(guò)示例的方法，CTCU120可以配置用于從控制器114接收充電環(huán)節(jié)被授權(quán)的控制信號(hào)或數(shù)據(jù)消息。指示拒絕授權(quán)的故障信號(hào)或者不能接收肯定的授權(quán)信號(hào)可以導(dǎo)致在框220處終止方法。在示例實(shí)施例中，PxE⑶可以配置用于提示(prompt)控制模塊114授權(quán)通知。可以預(yù)想可通過(guò)控制或數(shù)據(jù)消息之外的方式確認(rèn)授權(quán)。例如，當(dāng)電荷供給傳輸程序被授權(quán)時(shí)，控制器114可以閉合供給車輛104的充電接觸器140，這可導(dǎo)致電壓出現(xiàn)在端子6和7處。在一個(gè)示例實(shí)施例中，PxE⑶102處的電壓感應(yīng)可以探測(cè)端子6和7處的電壓。CCM124可以配置用于使用電壓探測(cè)作為供給車輛104已經(jīng)授權(quán)電荷傳輸?shù)闹甘尽?br> [0040]在框212處可以執(zhí)行電壓匹配程序。在一個(gè)示例實(shí)施例中，PxE⑶可以配置用于首先將ESD108電壓調(diào)整至控制器118請(qǐng)求的電壓。在一個(gè)示例實(shí)施例中，CCM124可以閉合切換接觸器121以允許電流從ESD108流向PCM122。在一個(gè)示例方法中，在開(kāi)始電荷傳輸程序之前PxE⑶102可以在它的輸出建立預(yù)定電壓。例如，如果ESDllO實(shí)施為配置用于提供300V電壓的高壓(HV)電池，PxECU102可以使用由供給ESD108以協(xié)商的電流水平提供的能量在PCM122輸出建立通過(guò)控制器118請(qǐng)求確定的約300-301V的電壓。在一個(gè)示例實(shí)施例中，CCM124可以配置用于閉合切換接觸器123以提供電壓至耦合器138的端子6和7。在一個(gè)示例方法中，PxE⑶102可以控制輸出以斜坡上升(ramp up)電壓以匹配控制器118請(qǐng)求的電壓。
[0041]在框214處可以作出是否探測(cè)到故障的確定。示例方法可以包括監(jiān)視車輛處和/或PxECU處的多個(gè)故障。例如，大多數(shù)車輛包括設(shè)計(jì)用于探測(cè)車輛故障的車載診斷系統(tǒng)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，控制器114和118可以配置用于與車載診斷系統(tǒng)協(xié)作提醒可能損害充電程序的任何故障。致命故障可能會(huì)導(dǎo)致通過(guò)PxE⑶102實(shí)施的方法200的終止。在一個(gè)示例實(shí)施例中，故障信號(hào)可以經(jīng)由端子4和5從車輛上的控制器模塊傳輸至CTCU120的CCM124，端子4和5可用于通信和控制信號(hào)。此外，PxE⑶可配置用于探測(cè)故障的出現(xiàn)，例如充電入口和連接器之間的不良連接、通信連接故障、CTCU120處的故障等。在一個(gè)示例實(shí)施例中，可以實(shí)施類似于當(dāng)ESD通過(guò)充電站的EVSE進(jìn)行DC充電時(shí)執(zhí)行的故障探測(cè)程序(比如J1772標(biāo)準(zhǔn)描述的)。通過(guò)示例的方式，但不是限制，可能導(dǎo)致充電程序終止的故障可以包括喪失安全接地、喪失高壓絕緣、喪失通信、電力傳輸中斷。
[0042]當(dāng)沒(méi)有探測(cè)到故障，方法200可以繼續(xù)至框216，在216處傳輸電荷。接收車輛106的控制模塊118可以閉合充電繼電器142使得電流可以從ESD108流動(dòng)通過(guò)充電繼電器140、耦合器136的端子6和7、切換繼電器121、PCM122、切換繼電器123和充電繼電器142至接收ESD110。
[0043]在一個(gè)示例實(shí)施例中，PxE⑶可以配置用于按照SAE J1772標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中描述的I級(jí)和2級(jí)充電參數(shù)進(jìn)行快速DC充電。在一個(gè)示例實(shí)施例中，在接收ESD的大量充電(bulkcharging)期間充電電流可以較高直到達(dá)到預(yù)定電壓，然后可以使用較低的電流完成充電程序?？梢酝ㄟ^(guò)控制PCMl 12處的D⑶C轉(zhuǎn)換器的輸出而控制PxE⑶處的電壓和電流輸出。通過(guò)示例的方式，PxE⑶可以配置用于以0-200A的電流范圍和200-500V的電壓范圍執(zhí)行接收ESD的DC充電。
[0044]在框218處，作出充電程序是否繼續(xù)的確定?？深A(yù)想可以通過(guò)PxE⑶、供給或接收車輛自動(dòng)停止或通過(guò)用戶手動(dòng)停止充電環(huán)節(jié)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，CCMl24可配置用于從一個(gè)或多個(gè)源接收關(guān)于停止充電請(qǐng)求的輸入。例如，當(dāng)已經(jīng)達(dá)到希望的或預(yù)定的荷電狀態(tài)(SOC)，接收車輛可以請(qǐng)求終止充電環(huán)節(jié)。相應(yīng)地，CCM124可以配置用于從控制器118接收停止充電請(qǐng)求?？深A(yù)想，當(dāng)供給ESD108的SOC達(dá)到預(yù)定閾值或下降到該閾值以下時(shí)或者當(dāng)不再滿足其它預(yù)定要求(比如需要授權(quán)的那些要求)時(shí)，供給車輛的控制器114可以請(qǐng)求或指令停止充電程序，或者指示程序不再被授權(quán)。從而CCM124可以配置用于從控制器114接收關(guān)于終止的輸入。在一個(gè)示例實(shí)施例中，用戶也可以終止電荷傳輸程序。相應(yīng)地，PxE⑶可以配置用于經(jīng)由HMI126或者可以與PxE⑶通信的其它裝置(比如供給車輛104處的裝置)接收用戶終止輸入。此外，可預(yù)想在一個(gè)示例實(shí)施例中，PxECU可以獨(dú)立地終止充電程序。例如，CCM124可以編程有可以包括涉及供給和接收車輛和/或PxECU自身的狀況和/或狀態(tài)的充電和終止要求的指令。從而，在決策框218處，是否繼續(xù)充電程序的確定可以取決于來(lái)自多個(gè)源的輸入。如果確定繼續(xù)充電程序，方法200可以在框214處繼續(xù)。
[0045]終止充電程序的確定可以前進(jìn)至框220。在一個(gè)示例實(shí)施例中，終止程序可以通過(guò)轉(zhuǎn)換至關(guān)閉模式而開(kāi)始。在關(guān)閉模式期間PxE⑶、供給和接收車輛可以配置用于返回至斷電的安全狀態(tài)使得連接器130、134可以與入口 112、116安全地分離。CCMl24可以將PxE⑶102的電流輸出減小至零。在一個(gè)示例實(shí)施例中，可以打開(kāi)供給車輛104處的充電接觸器140，也可以打開(kāi)PxECU處的切換繼電器121和123以及接收車輛106處的充電繼電器142。當(dāng)耦合器136、138的端子6和7兩端的電壓減小至希望的水平，可以從充電入口 112、116將連接器130、134移除。在一個(gè)示例實(shí)施例中，關(guān)閉可以遵循IS015118-1、-2或SAE J1772概括的一般的充電終止序列。
[0046]圖5顯示了可以供給車輛處實(shí)施的示例方法300。在框302處供給車輛可以電連接PxE⑶。例如，充電入口 112可以接合PxE⑶102的連接器130。在一個(gè)示例實(shí)施例中，連接器130和入口 112的耦合可以觸發(fā)控制模塊114的運(yùn)轉(zhuǎn)?？商娲?，當(dāng)車輛104啟動(dòng)時(shí)(通過(guò)點(diǎn)火鑰匙啟動(dòng)、或者探測(cè)無(wú)鑰匙點(diǎn)火車輛中的鑰匙或者壓下車輛啟動(dòng)按鈕)可以啟動(dòng)控制模塊114。
[0047]在框304中可以執(zhí)行初始化程序。如本說(shuō)明書上文討論的，初始化程序可以包括控制模塊114建立與CCM124的通信并達(dá)到協(xié)商充電參數(shù)(比如電流和電壓水平)以及其它可能的動(dòng)作。如上文討論的，不能成功完成初始化程序可以提示CCM124終止電荷傳輸程序。在一個(gè)示例實(shí)施例中，不能成功完成初始化可能阻止控制模塊114繼續(xù)充電程序。在決策框306處可以作出是否授權(quán)電荷供給程序的確定。在一個(gè)示例方法中，確定可以包括是否滿足一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的充電狀況。通過(guò)示例的方式，但不是限制，充電狀況可以包括車輛104的駕駛員同意以及ESD108處的最小S0C。在一個(gè)示例實(shí)施例中，在車輛104處探測(cè)到車輛104的鑰匙可以滿足駕駛員同意的要求。例如，控制模塊114可以配置用于與車輛104的車輛控制單元(未顯示)協(xié)作，車輛控制單元配置用于探測(cè)車輛處鑰匙的出現(xiàn)?？梢酝ㄟ^(guò)控制模塊114或者通過(guò)配置用于與控制模塊114協(xié)作的獨(dú)立的車輛模塊(未顯示)確定ESD108的S0C。在一個(gè)示例實(shí)施例中，控制模塊114可以配置用于比較ESD108的電荷或電荷盈余與預(yù)定的最小電荷或電荷盈余要求。當(dāng)滿足預(yù)定要求時(shí)，可通過(guò)控制模塊114授權(quán)電荷供給傳輸程序。在一個(gè)示例實(shí)施例中，控制模塊114可以配置用于提供授權(quán)信號(hào)至PxE⑶102。當(dāng)充電程序被授權(quán)時(shí)控制模塊114還可以閉合充電接觸器140。如本說(shuō)明書上文討論的，接點(diǎn)閉合能夠由PxECU探測(cè)并解釋為授權(quán)充電環(huán)節(jié)的確認(rèn)。方法300可以繼續(xù)至框308。
[0048]如果沒(méi)有滿足充電條件，超越選擇可以允許用戶手動(dòng)超越預(yù)定要求。例如，控制器114可以配置用于使用在車輛104處接收的駕駛員輸入避開(kāi)預(yù)定要求的故障并允許電荷傳輸程序的授權(quán)?？梢赃M(jìn)一步預(yù)想在一個(gè)示例實(shí)施例中，控制模塊114可以配置用于執(zhí)行特定狀況下的超越運(yùn)轉(zhuǎn)，不需要依賴于用戶輸入。如果應(yīng)用了超越選擇，可以授權(quán)充電，并且方法可以繼續(xù)至決策框310。然而，如果不滿足授權(quán)需要的預(yù)定狀況，并且沒(méi)有應(yīng)用超越選擇，那么方法可以在框314處終止。在一個(gè)示例實(shí)施例中，控制模塊114可以提供指示充電程序的授權(quán)被否定的信號(hào)至CCM124。
[0049]在決策框308處可以作出是否存在出現(xiàn)故障的確定。如本說(shuō)明書前面描述的，控制模塊114可以配置用于檢查供給車輛104的故障，例如與車輛控制單元協(xié)作。此外，它可以配置用于從PxE⑶接收故障信號(hào)。如果探測(cè)到故障，可以在框314處終止充電環(huán)節(jié)。
[0050]如果沒(méi)有探測(cè)到故障，方法300可以繼續(xù)至框310，在框310處供給ESD108可以傳輸電荷。在一個(gè)不例實(shí)施例中，控制模塊114可以配置用于閉合充電繼電器140以允許電流從ESD108流動(dòng)至CTCU120的PCM122。通過(guò)示例的方式，控制模塊114可以響應(yīng)于來(lái)自PxE⑶的CCM124的提示而閉合充電繼電器140。
[0051]方法300可以繼續(xù)至決策框312，在框312處作出是否繼續(xù)充電環(huán)節(jié)的確定。在一個(gè)示例實(shí)施例中，控制器114可以配置用于接收關(guān)于終止充電程序的輸入。例如，PxE⑶可以配置用于提供停止充電環(huán)節(jié)信號(hào)至供給車輛?？商娲?，供給車輛的用戶界面或其它裝置可以允許駕駛員指令停止充電環(huán)節(jié)。如果沒(méi)有接收至終止輸入，環(huán)節(jié)可以繼續(xù)，并且方法300可以前進(jìn)至框306。在框306處，控制器114可以使用供給車輛處的狀況來(lái)確定是否授權(quán)充電程序應(yīng)該繼續(xù)。如本說(shuō)明書上文描述的，控制器114可以確定是否滿足預(yù)定的充電要求，比如ESD108的最小S0C。從而，控制器114可以基于要求的滿足而授權(quán)充電程序的開(kāi)始，當(dāng)不再滿足這些要求時(shí)它還可以通過(guò)隨后拒絕授權(quán)或者提供停止充電信號(hào)而中止電荷供給程序。這樣，方法300可以保護(hù)供給ESD108不耗盡到它自身的電壓變得不可接受的低的點(diǎn)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，一旦應(yīng)用旁通選擇，它可以保持生效直到充電環(huán)節(jié)終止，避免用戶需要重復(fù)地提供用戶輸入以應(yīng)用超越選擇。
[0052]如果在框312處作出充電環(huán)節(jié)不再繼續(xù)的確定，在框314處可以終止充電環(huán)節(jié)。控制器114可以在供給車輛104處觸發(fā)關(guān)閉模式并打開(kāi)繼電器140以將ESD108與耦合器136和CT⑶120分離。
[0053]圖6顯示可以在接收車輛處實(shí)施的方法400的流程圖。在框402處接收車輛可以連接PxE⑶。例如，充電入口 116可以接合連接器134。在一個(gè)示例實(shí)施例中，成功的連接可以導(dǎo)致控制器118的激活。在框404處控制器118可以參與初始化程序，該初始化程序可包括與CCM124建立通信以及協(xié)商可包括(如用于DC充電協(xié)議的SAE J1772規(guī)范描述的)電壓和電流水平的充電參數(shù)。如上文描述的，如果不能成功地完成初始化階段則PxECU可以終止充電環(huán)節(jié)。可以進(jìn)一步預(yù)想示例方法可以包括一旦初始化階段失敗則通過(guò)供給或接收車輛終止。當(dāng)初始化成功時(shí)，方法400可以繼續(xù)至決策框406，在406中可以作出是否探測(cè)到任何故障的確定。例如，可以執(zhí)行類似于本說(shuō)明書上文描述的在供給車輛104處實(shí)施的故障探測(cè)方法；即，故障探測(cè)可以包括檢查車輛106和耦合器138處的故障。如果探測(cè)到故障，故障信號(hào)可以提供至PxECU102并且方法可以在框412處結(jié)束。如果沒(méi)有探測(cè)到故障，示例方法400可以繼續(xù)至框408，在408處可以接收電荷。在一個(gè)示例方法中，ESDllO可以根據(jù)可以包括預(yù)充電期間的充電特性(charging profile)接收電荷。在一個(gè)示例實(shí)施例中，控制器118可以閉合繼電器142以電連接ESDllO和PCM122以實(shí)現(xiàn)電荷傳輸?？梢灾皡f(xié)商的電流水平傳輸電荷以達(dá)到希望的電壓。
[0054]在決策框410處可以作出是否繼續(xù)充電環(huán)節(jié)的確定。在一個(gè)示例實(shí)施例中，接收車輛可以配置用于停止充電環(huán)節(jié)。例如，控制器118可以監(jiān)視ESDllO的荷電狀態(tài)(SOC)并配置用于當(dāng)達(dá)到希望的SOC時(shí)停止充電事件。在一個(gè)示例實(shí)施例，控制器118可以提供停止充電信號(hào)至PxECU102。然而，可以預(yù)想PxECU或供給車輛也可以終止充電環(huán)節(jié)，在這種情況下控制器118可以配置用于接收“停止充電”信號(hào)。在框410處，除了檢查SOC狀態(tài)之夕卜，電子控制單元(ECU)可以檢查是否已經(jīng)接收到停止環(huán)節(jié)信號(hào)或其它終止輸入。如果充電環(huán)節(jié)將繼續(xù)，方法400可以前進(jìn)至框406。否則，充電程序可以在框412處終止。在一個(gè)示例實(shí)施例中，在終止方法400的關(guān)閉模式期間控制118可以打開(kāi)繼電器142。在一個(gè)示例實(shí)施例中，PxE⑶102可以協(xié)調(diào)供給和接收車輛處的終止程序。可以安全的方式執(zhí)行終止使得在連接器130、134與充電入口 112、116分離之前連接器136、138處的電壓減小至零或最小水平。
[0055]本發(fā)明提供了一種使用供給車輛高壓電池向電動(dòng)車輛高壓電池充電的裝置和方法。在一個(gè)示例實(shí)施例，PxECU可以促進(jìn)包括電壓匹配以及以對(duì)供給和接收車輛兩者可接收的電流水平傳輸電荷的高效快速的DC充電。在一個(gè)示例實(shí)施例中，汽車服務(wù)車輛可以配備有PxECU以響應(yīng)于拋錨車輛的駕駛員的呼叫而與服務(wù)車輛供給電池一起使用。通過(guò)進(jìn)一步的示例，消費(fèi)者車輛可以配置用于與PxECU協(xié)作而傳輸電荷使得具有PxECU的車輛可以從另一個(gè)車輛提供或接收電荷，避免需要聯(lián)系道路輔助服務(wù)。PxECU可以提供一種存放在車輛上便于使用的便攜式可裝載的再充電裝置。本發(fā)明可以為電動(dòng)車輛的駕駛員提供安全、平和的心態(tài)，改善關(guān)于在不容易達(dá)到充電站的區(qū)域中電池電力用完的憂慮。裝備有PxECU，無(wú)論車輛的位置，駕駛員可以安排對(duì)HV電池的再充電。可以與另一個(gè)駕駛員提前在方便的地點(diǎn)計(jì)劃再充電站點(diǎn)，計(jì)劃公路旅行可以變得更加簡(jiǎn)單，不必再導(dǎo)航至特定的再充電站點(diǎn)位置。由于不可預(yù)見(jiàn)的動(dòng)態(tài)行駛狀況電池電荷將消耗的比預(yù)想的更快，駕駛員可以實(shí)時(shí)作出安排以在沿途上安全的位置遇到一些人，減少了駕駛員的憂慮并改善了駕駛員的安全。
[0056]在一個(gè)示例實(shí)施例中，PxECU充電接口可以類似于典型的公共充電站處的充電接口。無(wú)論牽引電池的化學(xué)特性，可以利用本說(shuō)明書討論的通用標(biāo)準(zhǔn)中的通信和充電協(xié)議使得各種廠商和型號(hào)的車輛可以享受PxECU提供的益處。PxECU可以監(jiān)視故障以提供安全和高效的電荷傳輸程序。PxE⑶可以配置用于執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)控制算法以防止供給ESD過(guò)度放電。通過(guò)要求供給車輛對(duì)能量傳輸程序授權(quán),PxE⑶可以阻撓盜竊能量的企圖。PxE⑶可以配置用于在供給和接收車輛之間傳輸能量之前執(zhí)行電壓匹配程序并以保護(hù)接收ESD接觸器的低電流水平執(zhí)行預(yù)充電階段。通過(guò)提供用于再充電HV電池的簡(jiǎn)單、高效且方便的裝置，PxECU可以減少駕駛員憂慮并增加對(duì)電動(dòng)車輛的整體滿意度。
[0057]根據(jù)需要，本說(shuō)明書公開(kāi)了說(shuō)明的實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于描述的實(shí)施例。本【技術(shù)領(lǐng)域】中的技術(shù)人員應(yīng)理解，可以多種方式實(shí)施本發(fā)明的方面，例如，可以組合、重新設(shè)置并以多種方式配置本說(shuō)明書描述的模塊和程序。方法不限于本說(shuō)明書描述的特定序列，并且可以添加、刪除或組合多個(gè)步驟或操作。本發(fā)明包含了權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有系統(tǒng)、裝置和方法。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，包含: 供給電動(dòng)車輛處的供給能量存儲(chǔ)裝置(ESD)； 接收電動(dòng)車輛處的接收ESD ；以及 配置用于可控制地從所述供給ESD向所述接收ESD傳輸電力的便攜式交叉式電子控制單元(PxECU)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述PxECU配置用于執(zhí)行電壓匹配程序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述PxE⑶包含配置用于DC/DC電力轉(zhuǎn)換的電力轉(zhuǎn)換模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述PxE⑶包含配置用于與所述供給和接收車輛通信的處理模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述PxECU配置用于執(zhí)行故障探測(cè)程序。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述PxECU配置用于所述接收ESD的快速DC充電。
7.一種用于電動(dòng)車輛的充電裝置，包含: 配置用于連接供給車輛的第一連接器； 配置用于連接接收車輛的第二連接器； 用于在所述供給車輛和接收車輛之間傳輸能量的電荷傳輸控制單元(CTCU)； 用于連接所述第一連接器和所述CT⑶的第一電纜； 配置用于連接所述第二連接器和所述CT⑶的第二電纜；并且其中，所述裝置配置用于使用來(lái)自所述供給車輛的供給ESD的能量向所述接收車輛的接收能量存儲(chǔ)裝置(ESD)可控制地充電。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置配置用于通過(guò)范圍從零到兩百安培之間的電流實(shí)現(xiàn)所述接收車輛ESD的DC充電。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置配置用于通過(guò)范圍從200到500伏之間的電壓實(shí)現(xiàn)所述接收車輛ESD的DC充電。
10.一種方法，包含: 連接供給車輛； 連接接收車輛； 執(zhí)行故障探測(cè)程序； 使用所述供給車輛的ESD可控制地充電所述接收車輛的ESD。
【文檔編號(hào)】H01M10/44GK103915866SQ201310750349
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月2日
【發(fā)明者】邁克爾·愛(ài)德華·洛夫特斯, 約翰·普羅耶蒂, 法扎勒·烏拉曼·賽義德, 本·A·塔巴托斯基·布什, 裴利·羅賓遜·麥克尼爾 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司