CN102897119A - 用于给车辆电路提供不间断电力的多级供电***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于给车辆电路提供不间断电力的多级供电***和方法。一种用于给电动车辆或者混合式电动车辆中的控制电路提供不间断的低电压电力的多级供电***和方法。第一级包括用于从车辆电池接收低电压输入并将车辆电池低电压输入转换成高电压输出的转换器。第二级被设置成与第一级串行连通，第二级包括用于接收经整流的AC高电压输入和第一级高电压输出中的一个并且将经整流的AC高电压输入和第一级高电压输出中的一个转换成低电压输出用于给车辆控制电路供电的转换器。当存在经整流的AC高电压输入时，由第二级从经整流的AC高电压输入生成低电压输出，并且当缺失经整流的AC高电压输入时，由第二级从第一级高电压输出生成低电压输出。

Description

用于给车辆电路提供不间断电力的多级供电***和方法
技术领域
以下涉及使用在电动车辆或者混合式电动车辆中用于给车辆控制电路提供不间断的低电压电力的双源、多级供电***和方法。
背景
众所周知，在汽车行业中，电动车辆(EV)和混合式电动车辆(HEV)可以被提供有一个或多个高电压电池，用于给车辆动力传动***供电。这些电池需要在消耗之后进行周期性的再充电，这可以通过将车辆连接至高电压AC电源线来实现，该高电压AC电源线可以是由电网供给的120或240伏特AC。这种连接可以利用被配置成与车辆车载电池充电器(OBC)接口连接的合适的车辆连接器。
电动车辆和混合式电动车辆还可以包括低电压电池，例如12伏特DC电池，用于给低电压车辆电动***和电路供电。当车辆被连接至AC电源线时，EV或者HEV的这些电动***和/或电路中的一些或者所有可以被供给有来自高电压电源的能量。在这种情况下，这种电源实际上是无限的并且这种布置将有助于保存电荷和/或延长车辆12伏特DC电池的寿命。在缺失车辆到AC电源线的连接时，某一控制电路可以被供给有来自车辆12伏特DC电池的充足的电力以实现各种诊断功能和/或允许该控制电路的重编程序，例如重新刷新用于软件升级。
然而，这种布置需要在高电压电源和车辆12伏特DC电池之间进行切换，这取决于车辆连接至高电压AC电源线的存在或者缺失。这种切换可以使用控制电路和合适的部件来感测或者检测高电压电源的存在而实现。然而，这种控制电路和感测部件的使用增加了EV或者HEV的成本并且必定提高电路、部件和/或***故障的可能性。
概述
因此，存在对用于给EV或者HEV中的控制电路提供不间断的低电压电力的多级供电***和方法的需要。这种多级供电***和方法将是双源的，从高电压电源和低电压车辆电池接收能量。当由于EV或者HEV连接至高电压AC电源线而存在高电压电源时，这种多级供电***和方法将从高电压电源给车辆控制电路提供低电压电力，并且当缺失高电压电源时，将从低电压车辆电池提供这种低电压电力。这种可以被实现为车辆OBC的一部分的多级供电***和方法，将会这样做而不需要控制电路在高电压电源和低电压车辆电池之间切换并且使用最小数量的部件以减少成本和提高可靠性。
按照本文公开的一个实施方式，提供一种用于给电动车辆或者混合式电动车辆中的控制电路提供不间断的低电压电力的多级供电***。该***包括第一级，第一级包括用于从车辆电池接收低电压输入并将车辆电池低电压输入转换成高电压输出的转换器。该***还包括第二级，第二级被设置成与第一级串行连通，第二级包括用于接收经整流的AC高电压输入和第一级高电压输出中的一个并且将经整流的AC高电压输入和第一级高电压输出中的一个转换成低电压输出用于给车辆控制电路供电的转换器。当经整流的AC高电压输入存在时，由第二级从经整流的AC高电压输入生成低电压输出，并且当经整流的AC高电压输入缺失时，由第二级从第一级高电压输出生成低电压输出。
按照本文公开的另一实施方式，提供一种用于给电动车辆或者混合式电动车辆中的控制电路提供不间断的低电压电力的方法。该方法包括从车辆电池接收低电压输入，和将车辆电池低电压输入转换成高电压输出。该方法还包括接收经整流的AC高电压输入和高电压输出中的一个，和将经整流的AC高电压输入和高电压输出中的一个转换成低电压输出用于给车辆控制电路供电。当经整流的AC高电压输入存在时，从经整流的AC高电压输入生成低电压输出，以及当经整流的AC高电压输入缺失时，从高电压输出生成低电压输出。
该方法还可以包括提供具有第一级和设置成与第一级串行连通的第二级的多级供电***。接收车辆电池低电压输入和将车辆电池低电压输入转换成高电压输出可以通过多级供电***的第一级来实现。接收经整流的AC高电压输入和高电压输出中的一个并将经整流的AC高电压输入和高电压输出中的一个转换成低电压输出可以通过多级供电***的第二级来实现。
按照另一实施方式，经整流的AC高电压输入可以作为大容量电源输出来生成，经整流的AC高电压输入可以具有最小值，第一级转换器可以被设置成与大容量电源输出连通，以及第一级转换器可以具有小于经整流的AC高电压输入的最小值的设定值，以使第一级转换器仅在缺失经整流的AC高电压输入时生成第一级高电压输出。第一级转换器可以包括升压转换器以及第二级转换器可以包括隔离反激式转换器。
下面阐述这些实施方式和附图的详细描述。
附图简述
图1是本文描述的使用在电动车辆或者混合式电动车辆中用于给车辆中的控制电路提供不间断的低电压电力的多级供电***的简化原理图；以及
图2是本文描述的用于给电动车辆或者混合式电动车辆中的控制电路提供不间断的低电压电力的方法的示范性的简化流程图。
详细描述
参考图1和图2，将描述使用在电动车辆或者混合式电动车辆中用于给车辆中的控制电路提供不间断的低电压电力的多级供电***和用于给电动车辆或者混合式电动车辆中的控制电路提供不间断的低电压电力的方法。为了便于说明和帮助理解，本文相同的参考数字可以被用于全部附图上的相同部件和特征。
如先前所论述的，用于给车辆动力传动***供电的EV和HEV高电压电池需要在消耗之后进行周期性的再充电。这种再充电可以通过将车辆连接至高电压AC电源线来实现，该高电压AC电源线可以是通过电网利用被配置成与车辆车载电池充电器(OBC)接口连接的合适的车辆连接器而供给的120或240伏特AC。
还如所论述的，EV和HEV低电压电池，例如12伏特DC电池，可以给低电压车辆电动***和电路提供电力。当车辆被连接至高电压AC电源线时，可以通过供电***从高电压电源给这种EV或者HEV电动***和/或电路中的一些或者所有供给电力。在这种情况下，所述电源实际上是无限的并且这种布置将有助于保存电荷和/或延长车辆12伏特DC电池的寿命。在缺失至高电压AC电源线的车辆连接时，可以通过供电***从车辆12伏特DC电池给某一控制电路提供充足的电力以实现各种诊断和/或允许该控制电路的重编程序。
然而，这种布置需要在高电压电源和车辆12伏特DC电池之间进行切换，这取决于车辆连接至高电压AC电源线的存在或者缺失。这种切换可以利用控制电路和合适的部件感测或者检测高电压电源的存在来实现，但是这种方法增加了EV或者HEV的成本并且提高电路、部件和/或***故障的可能性。
因此，需要一种多级供电***和方法，其可以被实现为车辆车载充电器(OBC)的一部分，用于给EV或者HEV中的控制电路提供不间断的低电压电力。当高电压电源存在时，这种***和方法将从高电压电源给车辆控制电路提供低电压电力，并且当高电压电源缺失时，将从低电压车辆电池提供这种低电压电力。这种***和方法还将提供稳健且可靠的操作，不需要控制电路在高电压电源和低电压车辆电池之间进行切换并且使用最小数量的部件。
通常，按照本文公开的实施方式，车辆OBC可以被提供有从两个源，即，来自高电压AC电源的经整流的高电压AC输入和来自车辆低电压电池的低电压输入，接收能量的供电***。供电***和方法提供不间断的电力以使可能与车辆OBC相关联的控制电路可以被重编程序并且即使仅当应用来自车辆低电压电池的低电压输入时实现诊断和通信功能。另外，当高电压电源可用时，供电***和方法从高电压电源给控制电路提供电力。该供电***和方法可以被称为看家电力供给。
为了实施这种特征，供电***包括串行连接的两级。第一级是升压级，其从车辆低电压电池获得低电压输入，可能是12伏特DC，并且将低电压输入升压至高电压输出，该高电压输出可能是100伏特DC。第二级从大容量电源获得经整流的高电压AC输入并且转换该经整流的高电压AC输入，例如通过使用隔离反激式转换器，以生成一个或多个隔离的低电压输出，可能是5伏特DC，以给包含相关联的微处理器的车辆控制电路供电。
在这方面，来自低电压车辆电池的高电压升压输出可以通过二极管被连接至由大容量电源提供的经整流的高电压AC输入。当EV或者HEV被连接至高电压AC电源线时，大容量电源提供经整流的高电压AC输入，并且第二级自动地开始并生成隔离的低电压输出。第一级升压转换器被设计或者配置为具有低于经整流的高电压AC输入的最小值的设定值，以使当连接该AC输入电压时，由于升压转换器输出高于转换器设定值，所以升压转换器自然地关闭。
可选择地，当EV或者HEV没有连接至高电压AC电源线时，大容量电源不提供经整流的高电压AC输入。由于由大容量电源提供的输入为零，所以第二级没有来自大容量电源的能量。在这种情况下，如先前所描述的，第一级从车辆低电压电池获得低电压输入并将其升压至高电压输出。该高电压输出被提供作为第二级的输入，第二级将其转换成低电压输出用于给车辆控制电路供电。
以这种方式，多级供电***和方法具有根据两个源进行操作的能力，以及优先地选择使用哪个源的能力(即，经整流的高电压AC输入)。当主要源(经整流的高电压AC输入)可用时，多级供电***和方法还从次要源(低电压电池输入)提取非常低的电流。不需要逻辑电路在能量源之间进行切换，并且比各种替代方案，例如具有二极管逻辑或连接和伴随的控制电路的两个平行的反激用品，需要较少的部件，从而提供较大的可靠性。
现在参考图1，示出了使用在电动车辆或者混合式电动车辆中的多级供电***的简化原理图。在这方面，如先前所描述的，多级供电***被配置成给车辆中的控制电路提供不间断的低电压电力。
如在图1中可以看出，多级供电***(10)包括第一级(12)和第二级(14)。多级电力供给(10)的第一和第二级(12、14)可以被设置成相互串行连通。多级供电***(10)的第一级(12)包括用于从车辆电池(未示出)接收低电压输入(18)的转换器(16)，该电压输入可能是12伏特DC输入。第一级转换器(16)还用于将车辆电池低电压输入(18)转换成高电压输出(20)，该高电压输出可能是100伏特DC输出。在这方面，第一级转换器(16)可以包括用于将来自车辆电池的低电压12伏特DC输入升压至高电压100伏特DC输出的升压转换器。
多级供电***(10)的第二级(14)包括用于接收经整流的AC高电压输入(24)或者来自多级供电***(10)的第一级(12)的高电压输出(20)的转换器(22)。第二级转换器(22)，其可以是隔离反激式转换器，还用于将经整流的AC高电压输入(24)或者第一级高电压输出(20)转换成低电压输出(26)，该低电压输出可能是5伏特DC输出，用于给车辆控制电路(未示出)供电。
更具体地，当经整流的AC高电压输入(24)出现在第二级转换器(22)的输入上时，低电压输出(26)可以通过第二级(14)从经整流的AC高电压输入(24)来生成。可选择地，当经整流的AC高电压输入(24)不出现在第二级转换器(22)的输入上时，低电压输出(26)可以通过第二级(14)从第一级高电压输出(20)来生成。
在这方面，经整流的AC高电压输入(24)可以作为大容量电源(28)的输出来生成并且具有与其相关联的最小值。在这方面，大容量电源(28)可以包括整流器并且可以通过对从AC电源线(未示出)接收的AC高电压输入进行整流来生成经整流的AC高电压输入(24)。
仍参考图1，第一级转换器(16)可以被设置成与大容量电源(28)的输出(即，经整流的AC高电压输入(24))连通，例如通过二极管(36)，并且可以被设计为具有小于经整流的AC高电压输入(24)的最小值的设定值。因此，当在第二级转换器(22)的输入处缺失经整流的AC高电压输入(24)时，第一级转换器(16)可以生成可以被供给至第二级转换器(22)的输入的第一级高电压输出(20)。
然后，很明显地，当由于EV或者HEV连接至高电压AC电源线而造成由大容量电源(28)生成经整流的AC高电压输入(24)时，可以通过多级供电***(10)从大容量电源(28)给车辆控制电路提供电力。可选择地，在缺失车辆到高电压AC电源线的连接时，仍可以通过多级供电***(10)从车辆电池给车辆控制电路提供电力。
因此，多级供电***(10)可以给车辆控制电路提供不间断的低电压电力，而不考虑车辆是否被连接至高电压AC电源线。以这样的方式，甚至在缺失车辆到高电压AC电源线的连接时，仍可以通过多级供电***(10)给车辆控制电路提供充足的电力，用于使控制电路实现各种诊断操作或者允许控制电路的重编程序或者重新刷新。
应当注意到，用于给车辆控制电路供电的低电压输出(26)可以包括用于给作为车辆控制电路的一部分的多个控制器(未示出)供电的多个隔离的低电压输出。例如，一个低电压输出(26)可以被提供用于通过连接器(30)给控制器(未示出)供电，该控制器用于主要的控制操作。类似地，另一低电压输出(26)可以被提供用于通过另一连接器(32)给控制器(未示出)供电，该控制器用于低电压控制操作。还有另一低电压输出(26)可以被提供用于通过又一连接器(34)给控制器(未示出)供电，该控制器用于高电压控制操作。
现在参考图2，示出了用于给电动车辆或者混合式电动车辆中的控制电路提供不间断的低电压电力的方法的示范性的简化流程图。如其中所示，并且继续参考图1，该方法(100)可以包括从车辆电池接收(102)低电压输入(18)，和将车辆电池低电压输入(18)转换(104)成高电压输出(20)。
方法(100)还可以包括接收(106)经整流的AC高电压输入(24)和高电压输出(20)中的一个，和将经整流的AC高电压输入(24)以及高电压输出(20)中的一个转换(108)成低电压输出(26)用于给车辆控制电路供电。如先前所描述的，当经整流的AC高电压输入(24)存在时，可以由经整流的AC高电压输入(24)生成低电压输出(26)，并且当经整流的AC高电压输入(24)缺失时，由高电压输出(20)生成低电压输出(26)。
方法(100)还可以包括提供(110)具有串行连通的第一级(12)和第二级(14)的多级供电***(10)。在这方面，接收车辆电池低电压输入(18)和将车辆电池低电压输入(18)转换成高电压输出(20)可以通过多级供电***(10)的第一级(12)来实现。接收经整流的AC高电压输入(24)和高电压输出(20)中的一个和将经整流的AC高电压输入(24)以及高电压输出(20)中的一个转换成低电压输出(26)可以通过多级供电***(10)的第二级(14)来实现。
如以上结合图1的详细描述，第一级转换器(16)可以包括升压转换器，该升压转换器用于将车辆电池低电压输入(18)——可以包括12伏特DC输入——进行升压，以生成高电压输出(20)——可以包括100伏特DC输出。还如先前所描述的，第二级转换器(22)可以包括隔离反激式转换器。还应该注意到，方法(100)的步骤可以以不同于本文所阐述和描述的顺序来实现——本文所阐述和描述的顺序仅是示范性的，包括同时执行步骤中的一个或多个。
同样地，经整流的AC高电压输入(24)可以再次作为大容量电源(28)的输出来生成，大容量电源可以包括整流器并且通过对来自AC电源线的AC高电压输入进行整流来生成经整流的AC高电压输入(24)。经整流的AC高电压输入(24)具有与其相关联的最小值。第一级转换器(16)可以被设置成与大容量电源(28)的输出(即，经整流的AC高电压输入(24))连通，并且可以被提供具有小于经整流的AC高电压输入(24)的最小值的设定值。以这种方式，第一级转换器(16)可以被配置成在缺失经整流的AC高电压输入(24)时生成高电压输出(20)。
再一次，如先前结合图1的详细描述，用于给车辆控制电路供电的低电压输出(26)可以包括用于给作为车辆控制电路的一部分的多个控制器供电的多个低电压隔离输出。还如先前所描述的，甚至在缺失车辆到高电压AC电源线的连接时，仍可以通过方法(100)给车辆控制电路提供充足的电力，用于使控制电路实现各种诊断操作和/或允许控制电路的重编程序或者重新刷新。
根据前述描述可很明显地看出，公开了用于给EV或者HEV中的控制电路提供不间断的低电压电力的多级供电***和方法。该***和方法是双源的，从高电压电源和低电压车辆电池接收能量。当存在高电压电源时，例如通过将EV或者HEV连接至高电压AC电源线，所述***和方法从高电压电源给车辆控制电路提供低电压电力，并且当缺失高电压电源时从低电压车辆电池提供低电压电力。这种可以被实现为车辆OBC的一部分的***和方法将会这样做而不需要控制电路在高电压电源和低电压车辆电池之间进行切换，并且使用最小数量的部件以减少成本和提高可靠性。
虽然本文已经阐述和描述了使用在EV或者HEV中用于给车辆控制电路提供不间断的低电压电力的多级供电***和方法的某些实施方式，但是这些实施方式仅是示范性的，并且这些实施方式并非意在举例说明和描述所有的那些可能。相反，本文所使用的词语是描述性的词语而不是限制性的词语，并且应当理解到，可以做出各种改变而不偏离以下权利要求的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于给电动车辆或者混合式电动车辆中的控制电路提供不间断的低电压电力的多级供电***，所述***包括：
第一级，其包括用于从车辆电池接收低电压输入并且将所述车辆电池低电压输入转换成高电压输出的转换器；以及
第二级，所述第二级设置成与所述第一级串行连通，所述第二级包括用于接收经整流的AC高电压输入和所述第一级高电压输出中的一个并且将所述经整流的AC高电压输入和所述第一级高电压输出中的所述一个转换成低电压输出用于给所述车辆控制电路供电的转换器；
其中当存在所述经整流的AC高电压输入时，由所述第二级从所述经整流的AC高电压输入生成所述低电压输出，并且当缺失所述经整流的AC高电压输入时，由所述第二级从所述第一级高电压输出生成所述低电压输出。
2.如权利要求1所述的***，其中所述经整流的AC高电压输入作为大容量电源的输出来生成，所述经整流的AC高电压输入具有最小值，所述第一级转换器被设置成与所述大容量电源输出连通，以及所述第一级转换器具有小于所述经整流的AC高电压输入的所述最小值的设定值，以使在缺失所述经整流的AC高电压输入时，所述第一级转换器生成所述第一级高电压输出。
3.如权利要求2所述的***，其中所述大容量电源包括用于对从AC电源线接收的AC高电压输入进行整流的整流器。
4.如权利要求1所述的***，其中所述车辆电池低电压输入包括12伏特DC输入以及所述第一级高电压输出包括100伏特DC输出。
5.如权利要求1所述的***，其中用于给所述车辆控制电路供电的所述低电压输出包括5伏特DC输出。
6.如权利要求1所述的***，其中所述低电压输出包括用于给多个控制器供电的多个低电压输出，所述多个低电压输出中的第一个用来给用于主要控制操作的第一控制器供电，所述多个低电压输出中的第二个用来给用于低电压控制操作的第二控制器供电，以及所述多个低电压输出中的第三个用来给用于高电压控制操作的第三控制器供电。
7.如权利要求1所述的***，其中所述第二级转换器包括隔离反激式转换器。
8.如权利要求1所述的***，其中所述第一级转换器包括升压转换器。
9.如权利要求1所述的***，其中由所述第二级从所述第一级高电压输出生成的所述低电压输出给所述车辆控制电路提供充足的电力，用于供所述控制电路实现诊断操作。
10.如权利要求1所述的***，其中由所述第二级从所述第一级高电压输出生成的所述低电压输出给所述车辆控制电路提供充足的电力，以允许对所述控制电路的重编程序。
11.一种用于给具有多级电力供给的电动车辆或者混合式电动车辆中的控制电路提供不间断的低电压电力的方法，所述方法包括：
从车辆电池接收低电压输入；
将所述车辆电池低电压输入转换成高电压输出；
接收经整流的AC高电压输入和所述高电压输出中的一个；以及
将所述经整流的AC高电压输入和所述高电压输出中的所述一个转换成低电压输出用于给所述车辆控制电路供电；
其中当存在所述经整流的AC高电压输入时，从所述经整流的AC高电压输入生成所述低电压输出，以及当缺失所述经整流的AC高电压输入时，从所述高电压输出生成所述低电压输出。
12.如权利要求11所述的方法，还包括提供包含有第一级和被设置成与所述第一级串行连通的第二级的多级供电***，其中接收所述车辆电池低电压输入和将所述车辆电池低电压输入转换成高电压输出由所述多级供电***的所述第一级来实现，并且其中接收经整流的AC高电压输入和所述高电压输出中的一个以及将所述经整流的AC高电压输入和所述高电压输出中的所述一个转换成低电压输出由所述多级供电***的所述第二级来实现。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述经整流的AC高电压输入作为大容量电源的输出来生成，所述经整流的AC高电压输入具有最小值，所述第一级包括被设置成与所述大容量电源输出连通的转换器，以及所述第一级转换器具有小于所述经整流的AC高电压输入的所述最小值的设定值，以使在缺失所述经整流的AC高电压输入时，所述第一级转换器生成所述第一级高电压输出。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述大容量电源包括用于对从AC电源线接收的AC高电压输入进行整流的整流器。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述车辆电池低电压输入包括12伏特DC输入以及所述第一级高电压输出包括100伏特DC输出。
16.如权利要求11所述的方法，其中用于给所述车辆控制电路供电的所述低电压输出包括5伏特DC输出。
17.如权利要求11所述的方法，其中所述低电压输出包括用于给多个控制器供电的多个低电压输出，所述多个低电压输出中的第一个用来给用于主要控制操作的第一控制器供电，所述多个低电压输出中的第二个用来给用于低电压控制操作的第二控制器供电，以及所述多个低电压输出中的第三个用来给用于高电压控制操作的第三控制器供电。
18.如权利要求11所述的方法，另外其中所述第二级包括隔离反激式转换器。
19.如权利要求11所述的方法，其中所述第一级转换器包括升压转换器。
20.如权利要求11所述的方法，其中由所述第二级从所述第一级高电压输出生成的所述低电压输出给所述车辆控制电路提供充足的电力，用于供所述控制电路实现诊断操作或者允许对所述控制电路的重编程序。
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