用于對(duì)能量存儲(chǔ)裝置充電的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的用于對(duì)電力存儲(chǔ)裝置(106)供電的系統(tǒng)(100)包括充電裝置(104)。該充電裝置包括彼此串聯(lián)地電耦合在一起的多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器(226)，使得所述多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器的每個(gè)配置為以預(yù)定電壓輸出電流。多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器包括輸出端子(304)，輸出端子配置為以充電電壓電平輸出充電電流。充電裝置還包括配置為在一端耦合到輸出端子的電力管線。電力管線配置為在第二端耦合到電力存儲(chǔ)裝置。該系統(tǒng)包括控制器(300)，編程為接收電力存儲(chǔ)裝置電壓信號(hào)并基于電力存儲(chǔ)裝置電壓信號(hào)確定充電電壓電平?？刂破鬟€編程為啟用所述多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)或多個(gè)以便被啟用的功率轉(zhuǎn)換器共同以充電電壓電平對(duì)電力存儲(chǔ)裝置提供充電電流。
【專利說明】用于對(duì)能量存儲(chǔ)裝置充電的方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文描述的實(shí)施例一般涉及電動(dòng)車輛，并且更具體地涉及用于對(duì)包含電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置的車輛充電的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]響應(yīng)于與使用常規(guī)內(nèi)燃機(jī)車輛相關(guān)的燃料成本的增加和加深的包括空氣污染的環(huán)境擔(dān)憂，電動(dòng)和混合動(dòng)力車輛的使用已經(jīng)增加。因此，用于對(duì)在這種車輛中使用的電池或其他能量存儲(chǔ)裝置充電的電能形式的能量需求將很可能增加。電動(dòng)車輛或包括電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置的車輛在本文中定義為從例如電池的能量存儲(chǔ)裝置獲取用于推進(jìn)車輛的一部分動(dòng)力的車輛。電動(dòng)車輛可包括但不限于:僅依賴于存儲(chǔ)在電池中的能量來驅(qū)動(dòng)推進(jìn)車輛的電機(jī)(例如牽引電機(jī))的車輛；包括電池并且還包括內(nèi)燃機(jī)的車輛，其中電池用于存儲(chǔ)用以驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)的電能，內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)用以對(duì)電池再充電的發(fā)電機(jī)；和包括電動(dòng)和化石燃料動(dòng)力部件的組合的車輛(例如混合動(dòng)力車輛)。
[0003]目前，充電裝置、也稱為充電站或電動(dòng)車輛供電設(shè)備(EVSE)，給電動(dòng)車輛提供電力用于對(duì)電動(dòng)車輛內(nèi)的能量存儲(chǔ)裝置充電。這些充電站由充電協(xié)議控制，該充電協(xié)議限制供給電動(dòng)車輛的電流的量。允許更高電流處理量的協(xié)議因此能減少充電時(shí)間。為了適應(yīng)可用于電動(dòng)車輛的充電協(xié)議的多樣性，EVSE必須也能夠供給廣范圍的電壓。因此，包含適應(yīng)于廣范圍電壓的單電力模塊的常規(guī)EVSE效率低，這是因?yàn)樵撾娏δK的設(shè)計(jì)只能對(duì)特定電壓優(yōu)化，而不是對(duì)電壓范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一方面，提供用于對(duì)電力存儲(chǔ)裝置供電的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器的充電裝置。每個(gè)功率轉(zhuǎn)換器具有輸出端子，該輸出端子配置為以預(yù)定電壓輸出電流。該系統(tǒng)還包括電力管線，該電力管線配置為串聯(lián)耦合各個(gè)端子以從多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器向電力存儲(chǔ)裝置輸送電流。該系統(tǒng)還包括控制器，該控制器編程為接收電力存儲(chǔ)裝置電壓信號(hào)，基于該電力存儲(chǔ)裝置電壓信號(hào)確定充電電壓電平，并使多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)以充電電壓電平對(duì)電力存儲(chǔ)裝置供應(yīng)電流。
[0005]另一方面，提供一種以特定電壓對(duì)電力存儲(chǔ)裝置供應(yīng)電流的方法。該方法包括確定電力存儲(chǔ)裝置要求的充電電壓電平，該電力存儲(chǔ)裝置配置為由包括多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器的充電裝置充電。該方法還包括使多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)以充電電壓電平對(duì)電力存儲(chǔ)裝置供應(yīng)電力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是用于對(duì)電力存儲(chǔ)裝置充電的示范系統(tǒng)的示意性框圖。
[0007]圖2是可以與圖1中所示的系統(tǒng)一起使用的示范充電裝置的示意性框圖。
[0008]圖3是可以與圖2中所示的充電裝置一起使用的示范轉(zhuǎn)換器的示意性框圖。[0009]圖4是用于對(duì)包括多個(gè)圖3中所示的轉(zhuǎn)換器的電力存儲(chǔ)裝置充電的示范系統(tǒng)的示意性框圖。
[0010]圖5是圖4中所示的充電系統(tǒng)的示意性框圖。
[0011]圖6是操作可以與圖1中所示的充電裝置一起使用的充電裝置的示范方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]如本文中使用的，術(shù)語“電動(dòng)車輛”通常指包括一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)的車輛。由電動(dòng)車輛使用的能量可來自多種源，例如但不限于，車載可再充電電池和/或車載燃料電池。在一個(gè)實(shí)施例中，電動(dòng)車輛是混合動(dòng)力電動(dòng)車輛，其捕獲并存儲(chǔ)例如由制動(dòng)產(chǎn)生的能量。而且，混合動(dòng)力電動(dòng)車輛使用存儲(chǔ)在電源例如電池中的能量，以便當(dāng)?shù)∷贂r(shí)繼續(xù)運(yùn)行以節(jié)省燃料。一些混合動(dòng)力電動(dòng)車輛能夠通過插入電源插座例如電源出口來對(duì)電池再充電。因此，本文中使用的術(shù)語“電動(dòng)車輛”可以指混合動(dòng)力電動(dòng)車輛或者電能可以例如通過電網(wǎng)輸送給它的任意其他車輛。
[0013]圖1示出用于對(duì)電動(dòng)車輛102充電或者提供電力的示范系統(tǒng)100。在示范實(shí)施例中，系統(tǒng)100包括耦合到電動(dòng)車輛102的充電裝置104。電動(dòng)車輛102包括至少一個(gè)耦合到電機(jī)108的電力存儲(chǔ)裝置106，例如電池和/或任意其他存儲(chǔ)裝置。而且，電動(dòng)車輛102包括耦合到電力存儲(chǔ)裝置106的車輛控制器110。
[0014]在示范實(shí)施例中，充電裝置104通過至少一個(gè)電力管線112可移除地耦合到電力存儲(chǔ)裝置106和車輛控制器110。備選地，充電裝置104可通過任意其他一個(gè)或多個(gè)管線耦合到電力存儲(chǔ)裝置106和/或車輛控制器110，和/或充電裝置104可通過無線數(shù)據(jù)鏈路(未示出)耦合到車輛控制器110。在該示范實(shí)施例中，電力管線112包括至少一個(gè)導(dǎo)體(未示出)，該導(dǎo)體用于對(duì)電力存儲(chǔ)裝置106和/或電動(dòng)車輛102內(nèi)的任意其他部件供應(yīng)電力，還有至少一個(gè)導(dǎo)體(未示出)，該導(dǎo)體用于傳送數(shù)據(jù)到車輛控制器110和/或電動(dòng)車輛102內(nèi)的任意其他部件并從其接收數(shù)據(jù)。在備選的實(shí)施例中，電力管線112包括傳送和/或接收電力和/或數(shù)據(jù)的單個(gè)導(dǎo)體，或能使系統(tǒng)100如本文中所述起作用的任意其他數(shù)量的導(dǎo)體。而且，在該示范實(shí)施例中，充電裝置104耦合到電源114，例如電力公司的電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)、電池、和/或?qū)Τ潆娧b置104供電的任意其他裝置或系統(tǒng)。
[0015]充電裝置104通過網(wǎng)絡(luò)，例如互聯(lián)網(wǎng)(Internet)、局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)、和/或能使充電裝置104如本文中所述起作用的任意其他網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)連接，耦合到至少一個(gè)服務(wù)器116。在該示范實(shí)施例中，服務(wù)器116與充電裝置104通信，例如通過將信號(hào)傳送到充電裝置104以授權(quán)付費(fèi)和/或電力到電力存儲(chǔ)裝置106的輸送、以訪問客戶信息、和/或以執(zhí)行能使系統(tǒng)100如本文中所述起作用的任意其他功能。
[0016]服務(wù)器116和車輛控制器110每個(gè)包括至少一個(gè)處理器和至少一個(gè)存儲(chǔ)裝置。處理器每個(gè)包括任意適當(dāng)?shù)目删幊屉娐?，其可包括一個(gè)或更多系統(tǒng)和微控制器、微處理器、精簡(jiǎn)指令集電路(RISC)、特定用途集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路(PLC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、和能執(zhí)行本文中所述功能的任意其他電路。上述例子僅是示范的，因此不試圖以任何方式限定術(shù)語“處理器”的定義和/或意思。存儲(chǔ)裝置每個(gè)包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，例如但不限于，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、閃存、硬盤驅(qū)動(dòng)器、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器、磁盤、閃存驅(qū)動(dòng)器、致密盤、數(shù)字視頻盤、和/或能使處理器存儲(chǔ)、檢索、和/或執(zhí)行指令和/或數(shù)據(jù)的任意適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)裝置。
[0017]在操作期間，用戶用電力管線112將電力存儲(chǔ)裝置106耦合到充電裝置104。用戶可以訪問充電裝置104的用戶界面(圖1中未示出)以輸入信息例如付費(fèi)信息，和/或啟動(dòng)到電力存儲(chǔ)裝置106的電力輸送。充電裝置104配置為與服務(wù)器116通信，例如授權(quán)用戶、處理付費(fèi)信息、和/或批準(zhǔn)或授權(quán)電力輸送。如果充電裝置104從服務(wù)器116接收了指示批準(zhǔn)或授權(quán)輸送電力到電力存儲(chǔ)裝置106的信號(hào)，則充電裝置104從電源114接收電力并通過電力管線112將電力提供至電存儲(chǔ)裝置106。
[0018]充電裝置104與車輛控制器110通過電力管線112和/或通過任意其他管線無線通信，以控制和/或監(jiān)控到電力存儲(chǔ)裝置106的電力輸送。例如，車輛控制器110可傳送信號(hào)到充電裝置104，指示電力存儲(chǔ)裝置106的充電電平和/或期望量(例如充電電壓322的電平)和/或要由充電裝置104提供的功率定額。而且，充電裝置104可傳送信號(hào)到車輛控制器110，指示輸送到電力存儲(chǔ)裝置106的電力的量和/或定額。附加地或備選地，充電裝置104和/或車輛控制器110可傳送和/或接收能使系統(tǒng)100如本文中所述起作用的任意其他信號(hào)或消息。當(dāng)電力存儲(chǔ)裝置106被充電到期望的電平時(shí)，充電裝置104停止向電力存儲(chǔ)裝置106輸送電力并且用戶將電力管線112從電力存儲(chǔ)裝置106分離。
[0019]圖2是充電裝置104的框圖。在該示范實(shí)施例中，充電裝置104包括控制器200，該控制器200包括處理器202和存儲(chǔ)裝置204。如本文中更全面描述的，控制器200耦合到網(wǎng)絡(luò)接口 206、顯示器208、用戶界面210、車輛通信模塊212、電流控制模塊214、和轉(zhuǎn)換器226。
[0020]處理器202包括任意適當(dāng)?shù)目删幊屉娐?，其可包括一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)和微控制器、微處理器、精簡(jiǎn)指令集電路(RISC)、特定用途集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路(PLC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、和能執(zhí)行本文中所述功能的任意其他電路。上述例子僅是示范的，因此不試圖以任何方式限定術(shù)語“處理器”的定義和/或意思。
[0021]存儲(chǔ)裝置204包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，例如，不限于，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、閃存、硬盤驅(qū)動(dòng)器、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器、磁盤、閃存驅(qū)動(dòng)器、致密盤、數(shù)字視頻盤、和/或能使處理器202存儲(chǔ)、檢索、和/或執(zhí)行指令和/或數(shù)據(jù)的任意適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)裝置。
[0022]在示范實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)接口 206在控制器200和遠(yuǎn)程設(shè)備或系統(tǒng)、例如服務(wù)器116(圖1中示出)之間傳送和接收數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)接口 206使用任意適當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議、例如有線的和/或無線的以太網(wǎng)協(xié)議，與服務(wù)器116和控制器200通信。
[0023]在示范實(shí)施例中，顯示器208包括真空熒光顯示器(VFD)和/或一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)。附加地或備選地，顯示器208可包括但不限于，液晶顯示器(LCD)、陰極射線管(CRT)、等離子顯示器、和/或能夠向用戶顯示圖象數(shù)據(jù)和/或文本的任意適當(dāng)?shù)囊曈X輸出裝置。在該示范實(shí)施例中，電力存儲(chǔ)裝置106的充電狀態(tài)(圖1中所示)、充電裝置104和/或電動(dòng)車輛102的電力消耗信息、付費(fèi)信息、用戶授權(quán)信息、充電裝置104和/或車輛102的故障信息、和/或任意其他信息可在顯示器208上向用戶顯示。
[0024]用戶接口 210可包括，不限于，鍵盤、小鍵盤、觸敏屏、按鈕、滾輪、指點(diǎn)裝置、條形碼讀出器、磁卡讀出器、射頻識(shí)別(RFID)卡讀出器、應(yīng)用語音識(shí)別軟件的音頻輸入裝置、和/或能夠使用戶輸入數(shù)據(jù)到充電裝置104和/或從充電裝置104獲取數(shù)據(jù)的任意適當(dāng)?shù)脑O(shè)備。在示范實(shí)施例中，用戶可以使用用戶界面210來輸入用戶授權(quán)信息和/或付費(fèi)信息。而且，用戶可以操作用戶界面210以啟動(dòng)和/或終止電力向電力存儲(chǔ)裝置106的輸送。
[0025]在示范實(shí)施例中，車輛通信模塊212通過電力管線112或者通過能使車輛通信模塊212如本文中所述起作用的任意其他管線耦合到車輛控制器110(圖1中示出)。車輛通信模塊212使用適當(dāng)?shù)膮f(xié)議，例如電力線通信(PLC)、串行通信協(xié)議、模擬電壓電平檢測(cè)、占空比測(cè)量、和/或能使車輛通信模塊212如本文中所述起作用的任意其他協(xié)議，傳送數(shù)據(jù)到車輛控制器110并從其接收數(shù)據(jù)。在示范實(shí)施例中，車輛通信模塊212與車輛控制器110通信以控制和/或調(diào)節(jié)電力存儲(chǔ)裝置106從充電裝置104抽取的電流的量。
[0026]電流控制模塊214耦合到電力管線112，其具有輸入端216和輸出端218。輸入端216耦合到電源，該電源例如電源114(圖1中示出)，輸出端218耦合到負(fù)載，該負(fù)載例如電力存儲(chǔ)裝置106。更具體地，在示范實(shí)施例中，輸入端216耦合到例如電源114的三相交流(AC)電源的單相。備選地，輸入端216耦合到直流(DC)電源或AC電源的兩相或三相。
[0027]電流控制模塊214包括至少一個(gè)電流保護(hù)裝置220、至少一個(gè)電流控制裝置222、和至少一個(gè)電流傳感器224。在一個(gè)實(shí)施例中，電力管線112包括用于從電源114接收AC電力的多個(gè)相的多個(gè)導(dǎo)體，每個(gè)導(dǎo)體包括單獨(dú)的電流保護(hù)裝置220、電流控制裝置222、和/或電流傳感器224。
[0028]在示范實(shí)施例中，如果流經(jīng)電力管線112的電流超過預(yù)定閾值或電流限制，則電流保護(hù)裝置220被觸發(fā)使輸入端216與輸出端218電絕緣。更具體地，當(dāng)流經(jīng)電力管線112的電流超過電流保護(hù)裝置220的額定電流限制時(shí)，電流保護(hù)裝置220觸發(fā)或“跳閘”。當(dāng)電流保護(hù)裝置220觸發(fā)或跳閘時(shí)，阻斷電流流經(jīng)電力管線112 ( S卩，輸入端216與輸出端218電絕緣)。在示范實(shí)施例中，電流保護(hù)裝置220是斷路器。備選地，電流保護(hù)裝置220可以是熔斷器、繼電器、和/或能使電流保護(hù)裝置220如本文中起作用的任意其他裝置。
[0029]在示范實(shí)施例中，電流控制裝置222是通過電力管線112耦合到電流保護(hù)裝置220的接觸器。而且，接觸器222耦合到控制器200且由控制器200控制。在示范實(shí)施例中，如本文中更全面描述的，如果檢測(cè)到接地故障和/或如果確定接地故障檢測(cè)系統(tǒng)(圖2中未示出)錯(cuò)誤操作，則控制器200操作接觸器222 (例如斷開接觸器222)以中斷流經(jīng)電力管線112的電流，使得輸入端216與輸出端218電絕緣。這樣，通過操作或觸發(fā)接觸器222，控制器200阻斷電流流到電力存儲(chǔ)裝置106。此外，例如，如果確定接地故障檢測(cè)系統(tǒng)正確操作，則控制器200操作接觸器222(例如閉合接觸器222)以使電流能流到電力存儲(chǔ)裝置106。
[0030]在充電裝置104操作期間，至少一個(gè)電流傳感器224測(cè)量和/或檢測(cè)通過電力管線112傳送的電流。在示范實(shí)施例中，電流傳感器224是變流器，其測(cè)量經(jīng)過電力管線112傳送的電流的量，用于檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)接地故障。電流傳感器224將代表測(cè)量到的和/或檢測(cè)到的電流的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)(下文中被稱為“電流測(cè)量信號(hào)”)傳送到控制器200。
[0031]在不范實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器226可以是能將AC輸入轉(zhuǎn)換成DC輸出以用于對(duì)電力存儲(chǔ)裝置106充電的任意功率轉(zhuǎn)換器。
[0032]基于充電器如何為連接到電源114而被配置，與系統(tǒng)100(圖1中示出)一起使用的常規(guī)的充電裝置104額定為1級(jí)到3級(jí)。例如，1級(jí)充電器配置為與常規(guī)家用型電路一起使用，額定120伏AC對(duì)16安。1級(jí)充電器使用標(biāo)準(zhǔn)家用3插頭連接并且通常認(rèn)為是便攜型充電器。常規(guī)的1級(jí)充電器可以在大約8到14小時(shí)內(nèi)對(duì)電動(dòng)車輛再充電。2級(jí)充電器配置為永久性有線充電器，特定用于電動(dòng)車輛充電并且額定208到240伏AC對(duì)80安、有著大約19千瓦的最大功率抽取。常規(guī)的2級(jí)充電器能夠在大約4到6小時(shí)內(nèi)對(duì)電動(dòng)車輛再充電。像2級(jí)充電器一樣，3級(jí)充電器是永久性有線充電器，特定用于電動(dòng)車輛充電，但是額定為大約高至240千瓦的功率級(jí)，及大約高至400安的電流抽取。根據(jù)一些實(shí)施例，3級(jí)充電器(例如快速充電器)能夠在大約15分鐘或更短時(shí)間內(nèi)對(duì)電力存儲(chǔ)裝置106充電。
[0033]圖3示出示范功率轉(zhuǎn)換器300，其包括功率因數(shù)修正(PFC)電路306，用于減少被抽取進(jìn)轉(zhuǎn)換器300的電流的感應(yīng)分量。術(shù)語“功率轉(zhuǎn)換器”包括轉(zhuǎn)換器和逆變器。根據(jù)示范實(shí)施例，控制器300可以是控制器226 (圖2中所示)。PFC電路306配置為減少電源電流中的諧波。功率轉(zhuǎn)換器300也包括DC初級(jí)模塊308。DC初級(jí)模塊308的輸出被注入具有中心抽頭次級(jí)線圈的變壓器的初級(jí)線圈。中心抽頭變壓器，與包含在開關(guān)模塊312和314中的M0SFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)組合形成全波整流器，其允許輸入AC波形的兩個(gè)半周期都貢獻(xiàn)于直流輸出。雖然中心抽頭變壓器在示范轉(zhuǎn)換器300中示出，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，任意適當(dāng)?shù)腁C到DC整流器配置都可以用于本公開。例如，也可以使用橋式整流器或者三級(jí)DC-DC電力系。對(duì)于三相AC輸入，可以使用適當(dāng)?shù)腜FC電路，像六開關(guān)或三級(jí)整流器電路。在該實(shí)施例中，從變壓器310的輸出在使用電容318平滑成DC輸出320之前被經(jīng)過兩個(gè)開關(guān)模塊312和314饋入。
[0034]在轉(zhuǎn)換器的DC輸出320之后使用第三模塊316以防止反向功率流。該模塊的該功能也被稱為0形環(huán)FET (場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。第三開關(guān)模塊316包括并聯(lián)的二極管和開關(guān)元件，以便使開關(guān)元件能提供讓電力繞過二極管的低電阻路徑。開關(guān)元件可以是任意適當(dāng)?shù)木w管，其適當(dāng)?shù)仡~定于每個(gè)轉(zhuǎn)換器300的輸出電流和電壓。開關(guān)元件可包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)例如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)、雙極型晶體管例如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、雙極結(jié)型晶體管(BJT)、和可關(guān)斷晶閘管(GT0)。
[0035]根據(jù)圖4所示的示范實(shí)施例，對(duì)能量存儲(chǔ)裝置106充電的系統(tǒng)400可利用在它們的總DC輸出304串聯(lián)連接的任意數(shù)量的轉(zhuǎn)換器300 (例如，N個(gè)轉(zhuǎn)換器，其中“N”表示轉(zhuǎn)換器的任意數(shù)量)。僅對(duì)達(dá)到充電電壓322(如由各電力存儲(chǔ)裝置106的需求限定的)的電平所必須的N個(gè)轉(zhuǎn)換器中的那些轉(zhuǎn)換器300將被啟用。僅啟用對(duì)獲得充電電壓322的電平所必須的N個(gè)轉(zhuǎn)換器中的那些轉(zhuǎn)換器300的結(jié)果是，當(dāng)串聯(lián)電流流經(jīng)未啟用轉(zhuǎn)換器300 (例如，流經(jīng)它們的總DC輸出304)時(shí)發(fā)生額外的功率消耗。為了使該額外的功率消耗最小化，跨過每個(gè)未啟用轉(zhuǎn)換器300的總DC輸出304放置啟用的開關(guān)元件(未示出)，以提供充分低阻抗的路徑給電流通過。在示范實(shí)施例中，通過啟用開關(guān)模塊312、314和316中的開關(guān)元件來提供相似的低阻抗路徑，其提供從總DC輸出304的正極端子流到總DC輸出304的負(fù)極端子的基本無限制的電流，完全繞過電容318。因此轉(zhuǎn)換器300的總DC輸出304對(duì)流經(jīng)它的電流呈現(xiàn)出短路，最小化損耗。
[0036]圖4和5示出對(duì)能量存儲(chǔ)裝置充電的系統(tǒng)400。除非另作說明，充電系統(tǒng)400實(shí)質(zhì)上相似于充電系統(tǒng)100(圖1中所示)，并且相似的元件在圖4中用與圖1中所用的相同的參考標(biāo)號(hào)標(biāo)記。系統(tǒng)400包括充電裝置104，其具有多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300a-300e，每個(gè)具有輸入端子302a_300e (例如正極輸出端子)和輸出端子304a_300e (例如負(fù)極輸出端子)。輸入端子302配置為從AC電源接收電力，輸出端子304配置為以預(yù)定電壓輸出DC電流。在示范實(shí)施例中，每個(gè)功率轉(zhuǎn)換器配置為在輸入端子302接收一定范圍的AC電壓和電流，并且輸出端子304配置為以50伏輸出DC電流。在該實(shí)施例中，當(dāng)系統(tǒng)400中特定的功率轉(zhuǎn)換器300被啟用時(shí)每個(gè)該功率轉(zhuǎn)換器300貢獻(xiàn)50伏給充電電壓322的電平。電力存儲(chǔ)裝置電壓信號(hào)404由控制器402接收并且配置為基于電力存儲(chǔ)裝置電壓信號(hào)400確定啟用哪個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300 (例如N個(gè)功率轉(zhuǎn)換器)以使充電電壓322的電平匹配由電力存儲(chǔ)裝置電壓信號(hào)400限定的期望的充電電壓?？刂破?02包括處理器202和存儲(chǔ)裝置204。在一些實(shí)施例中，控制器402耦合到網(wǎng)絡(luò)接口 206、顯示器208、用戶界面210、和車輛通信模塊212。
[0037]在一個(gè)例子中，控制器402接收電力存儲(chǔ)裝置電壓信號(hào)404，該信號(hào)請(qǐng)求150伏的充電電壓322的電平以適當(dāng)?shù)貙?duì)附接到系統(tǒng)400的電力存儲(chǔ)裝置106充電?？刂破?02啟用N個(gè)功率轉(zhuǎn)換器中的三個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300。因?yàn)槊總€(gè)功率轉(zhuǎn)換器300在其輸出端子304輸出50伏的電壓，所以將串聯(lián)的三個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300a-300c的輸出組合的效果導(dǎo)致來自系統(tǒng)400的150伏的充電電壓322的電平。為了減少由剩下的兩個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300d和300e造成的損耗，控制器402給在這些功率轉(zhuǎn)換器的輸出(例如，圖3中所示的從轉(zhuǎn)換器310的次級(jí)線圈到總DC輸出304的電路部分)中的開關(guān)元件提供信號(hào)，以建立短路路徑使電流從功率轉(zhuǎn)換器300c的輸出端子304c流到電力存儲(chǔ)裝置106。電流經(jīng)過由到輸出端子304d的開關(guān)元件建立的短路從功率轉(zhuǎn)換器300c的輸出端子304c流到功率轉(zhuǎn)換器300d的輸入端子302d并流進(jìn)功率轉(zhuǎn)換器300e的輸入端子302e。類似地，電流經(jīng)過由該特定功率轉(zhuǎn)換器300e的開關(guān)元件建立的短路從功率轉(zhuǎn)換器300e的輸入端子302e流到輸出端子304e。電流從功率轉(zhuǎn)換器300e的輸出端子304e流進(jìn)電力存儲(chǔ)裝置106，直到裝置106的充電完成或直到到系統(tǒng)400的AC輸入被移除或者禁用。
[0038]根據(jù)示范實(shí)施例，用于對(duì)電力存儲(chǔ)裝置106供電的系統(tǒng)包括充電裝置104。充電裝置104包括多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300，其中每個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300具有配置為以預(yù)定電壓輸出電流的輸出端子304 (例如總DC輸出304)。電力管線也是充電裝置的元件，配置為將輸出端子304串聯(lián)耦合到輸入端子302以將來自多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300的電流輸送到電力存儲(chǔ)裝置106。系統(tǒng)400還包括編程為從檢測(cè)系統(tǒng)接收電力存儲(chǔ)裝置電壓信號(hào)404的控制器402?？刂破?02基于電力存儲(chǔ)裝置電壓信號(hào)404確定充電電壓322的電平?？刂破?02啟用至少一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300以便以充電電壓322的電平對(duì)電力存儲(chǔ)裝置106供電。檢測(cè)系統(tǒng)配置為耦合到控制器402和電力存儲(chǔ)裝置106以將電力存儲(chǔ)裝置電壓信號(hào)404提供給控制器402。控制器402可操作多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300中的一個(gè)以上以便以充電電壓322的電平提供電力。在示范實(shí)施例中，功率轉(zhuǎn)換器300串聯(lián)配置。電力存儲(chǔ)裝置106可以是電動(dòng)車輛102的電力存儲(chǔ)裝置106。
[0039]在示范實(shí)施例中，充電裝置104耦合到配電裝置(例如電源114)并且配置為從電源114接收電流。每個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300包括整流電路并且至少一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300是在其諧振頻率附近工作的LLC諧振轉(zhuǎn)換器。在另一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300是以高占空比工作的PWM轉(zhuǎn)換器。在備選實(shí)施例中，其他適當(dāng)?shù)墓β兽D(zhuǎn)換器300用在充電裝置104 中。
[0040]在示范實(shí)施例中，功率轉(zhuǎn)換器300使用開關(guān)元件(例如晶體管)，該開關(guān)元件跨輸出端子(例如總DC輸出304)耦合并配置為在當(dāng)系統(tǒng)400工作時(shí)未被控制器402啟用的每個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300上啟用。在一些實(shí)施例中，功率轉(zhuǎn)換器300也可以具有帶一個(gè)以上的晶體管的輸出，其配置為在當(dāng)系統(tǒng)400工作時(shí)未被控制器402啟用的每個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300上啟用。
[0041]圖6示出用于以特定電壓對(duì)電力存儲(chǔ)裝置106供電的方法500。方法500包括確定502電力存儲(chǔ)裝置106所需的充電電壓322的電平，該電力存儲(chǔ)裝置106配置為由具有多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300的充電裝置104充電。方法500也包括啟用504至少一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300以便以充電電壓322的電平對(duì)電力存儲(chǔ)裝置106供電。在一個(gè)實(shí)施例中，功率轉(zhuǎn)換器300串聯(lián)配置。啟用多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300中的至少一個(gè)還包括啟用預(yù)定數(shù)量的功率轉(zhuǎn)換器300以便以充電電壓322的電平對(duì)電力存儲(chǔ)裝置106供電。在一個(gè)實(shí)施例中，方法500也包括確定啟用哪個(gè)功率轉(zhuǎn)換器300以便以充電電壓322電平供電。充電裝置104配置為從電源114接收電流并且以充電電壓322電平對(duì)電力存儲(chǔ)裝置106供電。各功率轉(zhuǎn)換器300具有配置為以預(yù)定電壓輸出電流的輸出端子204。
[0042]本文中描述的裝置和方法的技術(shù)效果包括以下至少一項(xiàng):(a)確定所述電力存儲(chǔ)裝置所需的充電電壓電平，該電力存儲(chǔ)裝置配置為由包括多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器的充電裝置充電；和(b)啟用所述多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)以便以所述充電電壓電平給電力存儲(chǔ)裝置供電。
[0043]上面詳細(xì)描述了對(duì)電力存儲(chǔ)裝置輸送電流的方法和充電裝置的示范實(shí)施例。充電裝置和方法不限于本文中所描述的具體實(shí)施例，而是充電裝置的元件和/或方法的步驟可以離開和獨(dú)立于本文中所描述的其他元件和/或步驟使用。例如，充電裝置也可以與其他電力系統(tǒng)和方法組合使用，并不限于僅與本文中所描述的電動(dòng)車輛一起使用。而是，示范實(shí)施例可以結(jié)合很多其他電力系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)施和使用。
[0044]雖然本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例的特定特征可能在一些附圖中示出而在另一些中未示出，但這僅僅是為了方便。根據(jù)本發(fā)明的原理，附圖的任意特征都可以參考和/或與任意其他附圖的任意特征組合被要求保護(hù)。
[0045]當(dāng)介紹本文中描述和/或所示的方法和裝置的元件/部件/等時(shí)，冠詞“一”、“該”和“所述”旨在表示存在一個(gè)或多個(gè)元件/部件/等。術(shù)語“包含”、“包括”、“具有”旨在包含的且表示除了列出的元件/部件/等還可以有額外的元件/部件/等。
[0046]本書面說明書使用例子來公開本發(fā)明，包括最佳模式，也使本領(lǐng)域技術(shù)人員能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，包括制造和使用任意裝置或系統(tǒng)并執(zhí)行任意并入的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的其他例子。這種其他例子如果具有非區(qū)別于權(quán)利要求的文字語言的結(jié)構(gòu)成分，或者如果包括非實(shí)質(zhì)區(qū)別于權(quán)利要求的文字語言的等同結(jié)構(gòu)成分，那么它們預(yù)期在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
[0047]附圖標(biāo)記說明
[0048]100:系統(tǒng)
[0049]102:電動(dòng)車輛
[0050]104:充電裝置
[0051]106:電力存儲(chǔ)裝置
[0052]108:電機(jī)
[0053]110:車輛控制器[0054]112:電力管線
[0055]114:電源
[0056]116:服務(wù)器
[0057]200:控制器
[0058]202:處理器
[0059]204:存儲(chǔ)裝置
[0060]206:網(wǎng)絡(luò)接口
[0061]208:顯示器
[0062]210:用戶界面
[0063]212:車輛通信模塊
[0064]214:電流控制模塊
[0065]216:輸入端
[0066]218:輸出端
[0067]220:電流保護(hù)裝置
[0068]222:電流控制裝置
[0069]224:電流傳感器
[0070]300:功率轉(zhuǎn)換器
[0071]302:輸入端子
[0072]304:輸出端子
[0073]306:PFC 電路
[0074]308:DC初級(jí)模塊
[0075]310:變壓器
[0076]312:第一開關(guān)模塊
[0077]314:第二開關(guān)模塊
[0078]316:第三開關(guān)模塊
[0079]318:電容
[0080]320:DC 輸出
[0081]322:充電電壓
[0082]400:系統(tǒng)
[0083]402:控制器
[0084]404:存儲(chǔ)裝置電壓信號(hào)
[0085]500:示范方法
[0086]502:確定所述電力存儲(chǔ)裝置所需的充電電壓電平
[0087]504:啟用所述多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于對(duì)電力存儲(chǔ)裝置(106)供電的系統(tǒng)(100)，所述系統(tǒng)包括:充電裝置(104)，包括:彼此串聯(lián)地電耦合在一起的多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器(226)，所述多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器的每個(gè)配置為以預(yù)定電壓輸出電流，所述多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器包括輸出端子(304)，所述輸出端子配置為以充電電壓電平輸出充電電流；電力管線，配置為在一端耦合到所述輸出端子，所述電力管線配置為在第二端耦合到所述電力存儲(chǔ)裝置；控制器(300)，編程為:接收電力存儲(chǔ)裝置電壓信號(hào)；基于所述電力存儲(chǔ)裝置電壓信號(hào)確定所述充電電壓電平；和啟用所述多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)或多個(gè)使得所述被啟用的功率轉(zhuǎn)換器共同以所述充電電壓電平對(duì)所述電力存儲(chǔ)裝置供給所述充電電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，還包括配置為耦合到所述電力管線的檢測(cè)系統(tǒng)，所述檢測(cè)系統(tǒng)包括控制器(300)，所述控制器耦合到所述電力管線并配置為控制輸送到所述電力存儲(chǔ)裝置(106)的所述充電電壓電平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器(226)中的一個(gè)以上配置為一起工作以便以所述充電電壓電平提供電力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述電力管線將一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器(226)的負(fù)極輸出端子(304)耦合到串聯(lián)的下一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器的正極輸出端子(302)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述電力存儲(chǔ)裝置(106)是電動(dòng)車輛(102)的電力存儲(chǔ)裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述充電裝置(104)耦合到配電裝置(114)并配置為從所述配電裝置接收電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器(226)中的每個(gè)包括整流器電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器(226)中的至少一個(gè)是在其諧振頻率附近工作的LLC諧振轉(zhuǎn)換器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器(226)中的至少一個(gè)是以高占空比工作的PWM轉(zhuǎn)換器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述功率轉(zhuǎn)換器(226)中的至少一個(gè)使用跨正極輸出端子(302)和負(fù)極輸出端子(304)耦合的晶體管。
【文檔編號(hào)】H01M10/44GK103683444SQ201310505534
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月6日
【發(fā)明者】R·雷迪 申請(qǐng)人:通用電氣公司