CN107634586A - 双感应/传导直流耦合充电*** - Google Patents

双感应/传导直流耦合充电*** Download PDF

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Abstract

一种能连接至非车载电源的电气***包括电池组、并联的DC耦合传导和感应充电***以及控制器。控制器使用模拟低电压信号启动对电池组的充电。充电偏好可以优先考虑通过充电***中被指定的一个充电***进行充电。另一种电气***包括连接到DC电压总线的电池组、能连接至非车载电源以建立***充电连接的充电耦合器、并联的DC耦合传导和感应充电***以及控制器。控制器使用模拟低电压控制信号来控制充电，当充电耦合器***电源中时经由传导充电***充电，并且当充电耦合器未***电源中且控制器检测到***接近初级感应线圈时经由无线充电器充电。

Description

双感应/传导直流耦合充电***
技术领域
本公开涉及一种双电感/传导直流耦合充电***。
背景技术
电气化的动力系通常包括一个或多个高压交流(AC)电机，每个电机由高压直流(DC)电池组供电。功率逆变器模块从电池组接收DC电压，并产生适于为电机供电的AC输出电压。可以通过将车载充电耦合器连接到非车载电源(诸如，可用的墙壁插座、AC充电站或例如电动车辆供电设备(EVSE)的DC快速充电站)来实现电池组的多个电池的传导充电。
在车辆上具有上述类型的电气化动力系的情况下，可以使用ACDC转换器作为电池充电器或车载充电模块(OBCM)，以将来自非车载AC电源的AC充电电压转换成适于DC电池组和其他DC设备使用的DC电压。OBCM可以包括无源二极管桥和有源控制的半导体开关，它们共同地消除所施加的AC充电电压波形的负周期。然后对所得的电压输出进行滤波以向DC电压总线提供合适的DC电压。
可以以其他方式实现高压电池组的充电。例如，无线充电是新兴的替代充电过程，其中相对高频的AC电力被传送到紧邻车辆侧无线充电器的初级感应线圈，该车辆侧无线充电器具有次级感应线圈。例如，电动车辆的操作者将车辆停放在通常包含初级感应线圈和相关联的功率转换和电压整流硬件的基础设施侧感应***上。传递到初级感应线圈的AC电流在车辆侧次级感应线圈中引起AC电流。然后使用上述类型的硬件将感应的AC电流转换成DC电流。
发明内容
本文公开了一种用于电气化***的双电感/传导DC耦合充电***。电气化***可以具体化为混合动力电动车辆、电池电动车辆或任何其他***式车辆或其他移动平台。本方案的特征在于与传统的AC耦合的控制器区域网(CAN)控制的无线***不同，不需要由CAN总线消息控制DC耦合的充电***。相反，分离的感应充电***和传导充电***彼此电并联布置。代替CAN消息传送，低电压模拟控制信号提供了本文所述的所有基本控制功能。
还公开了一种控制方法，其在特定实施例中允许在可用的感应充电***和传导充电***之间的自动的、用户导向的或优先级切换，以及充电启动和终止的适当排序，从而维持现有车辆充的电特征和架构。
特别地，本文公开的车辆或其他电气化***可连接到非车载电源，通常是AC充电站。车辆包括：通过来自DC电池组的电能驱动的电机、可操作用于经由非车载电源对电池组进行传导充电的传导充电***、可操作用于经由非车载电源对电池组进行感应充电的无线充电***以及控制器。在一些实施例中，控制器可以被编程以接收充电偏好，并且根据接收到的充电偏好来选择性地启动电池组的充电，使用模拟低电压控制信号实现这些操作。充电偏好优先考虑通过传导充电***和无线充电***中被指定的一个对电池组充电，具有同时进行传导充电和无线充电的可能性。在其他实施例中，当车辆***电源时，充电可以自动默认为传导充电。
另一种电气***包括DC电压总线、连接到DC电压总线的电池组、可连接到非车载电源以建立***式充电连接的充电耦合器，以及并联的DC耦合传导充电***和感应充电***。该实施例中的***包括被编程为使用模拟低电压控制信号来选择性地启动对电池组的充电的控制器。控制器被编程为当充电耦合器***非车载电源中时，通过DC耦合传导充电***对电池组充电，并且当充电耦合器未***非车载电源并且控制器检测到***接近初级感应线圈时，由无线充电器对电池组进行充电。
从以下结合附图对用于实施本公开的最佳模式的详细描述中，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将是显而易见的。
附图说明
图1A是具有双DC耦合的传导和感应充电***的插电式电动车辆形式的示例性电气化***，以及被编程为使用DC耦合充电***中的一个/两者对高压电池组充电的控制器的示意图。
图1B是可用作图1A所示的车辆的一部分的DC耦合充电***的示意性电路图。
图2是示出了可用于图1的示例性车辆上的传导充电***和感应充电***的示例性实施方式的示意性电路图。
图3是描述用于启动图1的车辆的电池组的无线充电的方法的示意性流程图。
图4是描述当在对电池组进行无线充电时检测到***事件时，处理不同的感应充电和传导充电决定的方法的示意性流程图。
图5是描述用于结束图3中启动的无线充电事件，并且能够驱动图1A中所示的车辆的操作的方法的示意性流程图。
图6至图8是描述用于实现上述方法的替代硬件实施例的示意性电路图。
图9是描述用于启动图1的车辆中的无线充电过程的替代实施例的示意性电路图。
图10是可用于图9中所示的电路中的替代继电器的示意图。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记表示多个附图中的相同或相似的部件，图1A和图1B分别示意性地示出了***式车辆10和电气***20形式的示例性电气***。电气***20具有彼此电并联布置的双充电***，即电感DC耦合充电***20I和传导DC耦合充电***20C。此外，本解决方案的特征在于在充电操作的总体控制中没有控制器局域网(CAN)总线通信。代替通常用于控制常规售后市场AC耦合无线充电模块类型的CAN消息传送，所有必要的控制通信通过如本文所阐述的低压模拟控制信号进行。
虽然车辆10被描绘为客车，但车辆10也可以被具体化为任何电气移动***，例如任何混合电动或电池电动车辆、机器人或任何移动平台。车辆10的操作者可以使用无线感应充电过程和/或硬线传导充电过程对高压(HV)电池组(BHV)21充电。为了优先考虑给定的充电选项，在一些实施例中，操作者可以经由人机接口(HMI)设备52向充电控制器(C)50输入充电偏好(箭头13)。其他实施例放弃使用充电偏好(箭头13)，替代的是当车辆***非车载电源时自动默认为传导充电。
当车辆10停止时，即停放而不移动时，HV电池组21(诸如，多电池锂离子、锌-空气、镍-金属氢化物或铅酸DC电池组)可以使用非车载电源12选择性地再充电。非车载电源12可以被实现为本领域中已知类型的电动车辆供应设备(EVSE)，或任何其他适当的非车载***电源。HV电池组21也可以在车辆10的行进操作期间例如经由再生制动进行再充电。根据车辆10的配置，HV电池组21的电势可以在约60～360V或更高的范围内。然而，为了本公开的目的，术语“高电压”是指超过典型的12-15VDC辅助电压电平的任何电压电平。来自HV电池组21的电能可以用于经由功率逆变器模块(PIM)22向一个或多个电机(M)24供电，使得电机24最终经由输出构件25产生输出转矩(箭头TO)，以推进车辆10或执行其他工作。
车辆10上的辅助动力部分地由辅助电池(BAUX)23供给。辅助电池23可以通过辅助电源模块(APM)19来供电，即，可操作用于将来自HV电池组21的电平输出的DC电压降低到适于为车辆10上的辅助电力***供电的较低辅助电平的电压调节器。在本公开的范围内，APM19和/或辅助电池23可以根据需要用作辅助电源。
传导充电***20C特别地可以包括充电耦合器16和ACDC转换器，例如，如图1中示意性示出的车载充电模块(OBCM)18。OBCM 18电连接在AC充电耦合器16和HV电池组21之间。如本领域中所理解的那样，ACDC转换器，例如OBCM 18，可以包括内部固态电子元件，这些内部固态电子元件协同工作以将来自非车载电源12的电压(VAC)转换为DC电压输出(VDC)。虽然为了说明简单而省略了，但是这种内部结构通常包括多个电子元件，例如输入和输出波形滤波器、无源二极管桥、诸如MOSFET或IGBT的半导体开关、链路电容器和变压器。在这些部件中，半导体开关具有可以由充电控制器50或其他控制装置控制，以根据需要打开或关闭OBCM 18的打开/关闭开关状态。因此，这里使用的术语“DC耦合”是指给定装置与电气***20的DC侧的连接。
图1A的控制器50响应于输入信号(箭头CCI)产生控制信号(箭头CCO)，下面参照图6-8进一步详细描述各种输入信号(CCI)。通常，控制器50执行实施方法100的指令(图3-5中示出了该方法的示例性实施例示)以确定特定的充电模式，然后根据充电偏好(箭头13)来控制充电操作。图9-10描绘了当车辆10***非车载电源12中时，充电默认为传导***式充电的替代实施例。
控制器50包括处理器P和存储器M。存储器M包括有形的、非瞬时性存储器，例如只读存储器，无论是光学的、磁的、闪存的还是其他类型。控制器50还包括足够量的随机存取存储器、电可擦除可编程只读存储器等，以及高速时钟、模数和数模转换电路以及输入/输出电路和设备，以及合适的信号调节和缓冲电路。HMI设备52可以被具体化为触摸屏，例如导航屏幕，或者蜂窝电话或其他便携式设备的触摸屏，并且可以与控制器50进行有线或无线通信。
图1B中所示的感应充电***20I包括无线充电模块(WC)，以下称为无线充电器30。与传导充电***20C一样，感应充电***20I是DC耦合的，即连接到HVDC总线17。与OBCM 18电并联连接的无线充电器30包括感应控制模块(ICM)31。如本领域已知的，ICM 31可以被实现为印刷电路板组件，其包括与控制器50和非车载电源12接口连接所需的所有必要的感测和通信硬件和软件。ICM 31可以包括射频(RF)收发器，并且可以配置为利用现有的车辆无线通信、远程信息处理或无线热点来提供预期的功能。如图6-8所示并且如下文中解释的，ICM 31选择性地接收经过的接近信号(箭头PRX)并且控制导频信号(箭头PLT)，其中导频信号(箭头PLT)既输入至ICM 31又从ICM 31输出，并且接近信号(箭头PRX)是用于感测如下所述的***事件的发生的输入。
无线充电器30包括如图1A中示意性所示的次级线圈(LS)。在电气***20的基础设施侧，即位于车辆10外部的无线充电硬件的那些部分，初级线圈(LP)和相关联的无线充电电路14相对于非车载电源12定位，例如，嵌入在车库地板或其他指定的充电位置的表面的下方，或者连接到车库地板或其他指定的充电位置的表面，该其他指定的充电位置诸如是无线充电板的一部分。通过无线充电电路14的操作，诸如通过脉冲宽度调制，来自非车载电源12的电力(通常为230伏/50Hz或110V/60Hz)被转换成相对高频的信号，其中无线充电电路14提供了本领域已知的任何必要的功率因数校正。
对于感应耦合到无线充电器30的无线充电电路14，12VDC脉冲AC电压信号(VP)被以低频(例如通常约20-100KHz)输出到初级线圈(LP)。当车辆10停放在初级线圈(LP)附近时，在次级线圈(LS)中感应出AC电流。然后，无线充电器30对感应的AC电流进行整流和滤波，得到的DC电流被提供至HV总线17，用于对HV电池组21充电，和/或为HV总线17上的APM19或其他HV模块供电。
关于电动车辆充电操作，行业标准具体地定义了给定的充电站如何被配置和操作，即在整个充电过程中非车载电源12如何连接到车辆10并与其通信。例如，标题为“美国工程师协会的地面车辆推荐操作规程(SAE Surface Vehicle Recommended PracticeJ1772，SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler)”的SAE J1772目前是北美的标准。因此，行业常见的充电架构，以及用于配合构成充电耦合器16的连接器/插头硬件和非车载电源12的所有功能和尺寸要求都是预定义的。
这种标准还要求位于车辆10和非车载电源12之间的电连接硬件包括接收导频信号(箭头PLT)和接近信号(箭头PRX)的引脚。导频信号(箭头PLT)向控制器50和OBCM 18标识来自非车载电源12的最大可用充电电流、可以由ICM 31拦截的信息，如下所述。除了与下面描述的方法100的执行相关的功能之外，控制器50还使用接近信号(箭头PRX)来精确地检测车辆10何时已经被***非车载电源12中，即，***事件，其中只要车辆10由充电耦合器16与非车载电源12保持电连接，则控制器50最终使用该信息来暂时防止或禁止车辆10的移动。
参考图2，图1B的电气***20的示例性实施例包括电气***20A，其中OBCM 18、APM19，PIM 22和无线充电器(WC)30共享公共电压总线轨，这里示出的为HVDC总线17的负(-)电压轨。无线充电器30因此与HVDC总线17上的现有HV部件电并联连接。
预充电电路33由并联的HV部件(即OBCM 18、APM 19、PIM 22和无线控制器30)共享。如图所示，在这些并联部件中，无线控制器30、APM 19和OBCM 18可共享位于一个电压支路上的单个HV熔断器F1和接触器C1或其他合适的高压开关装置，而PIM 22布置在单独的电压支路并由独立的接触器C2保护。预充电电路33可以包括预充电电阻器(RPC)和附加的高压接触器C3和C4，其中接触器C3和C4根据需要被打开和关闭，以在预充电过程期间对负轨(-)充电。
其他部件可以与负轨(-)和接触器C2之间的PIM 22电并联地放置，例如，客舱加热器控制模块和/或空调控制模块，每个装置由单独的HV熔断器保护(未示出)。类似地，HV电池组21可以由另一个HV熔断器F2进行保护，该HV熔断器F2在打开时有效地分开HV电池组21。其他部件(诸，如加热器、加热器熔断器和固态继电器(未示出))还可以是在HVDC总线17的正轨(+)和负轨(-)之间的单独的电压支路上的电气***20A的一部分。
电压传感器(V)27可以与HV电池组21电并联地放置。HV电池组21两端的DC电压可以由电压传感器(V)27测量并作为图1B内所示的输入信号(箭头CCI)的一部分传输至或以其他方式报告给图1的控制器50。类似地，电流传感器(I)29可以位于HV电池组21和共享预充电电路33之间。电流传感器29可操作用于测量在负轨(-)中流动的作为输入信号的额外部分(箭头CCI)的电流。
参照图3且另外参照图1A、图1B、图2及图6-8的结构，上文简要指出的方法100的实施例开始于步骤S102，其中控制器50经由ICM 31或其他硬件搜索从非车载电源12及与其连接的任何无线充电基础设施(例如，EVSE或充电站无线发射器)发出的无线充电信号。步骤S102可包括当车辆10邻近具有图1A所示的无线充电电路14的无线充电板时，从非车载电源12或连接的无线基础设施接收无线广播，此种信号表示无线充电电路14的存在及可用性。为限制功率耗散，可将无线配对仅限于低速车辆操作或先进的停车辅助。
方法100然后在步骤S103处确定在步骤S102处接收到的值是否表示可用无线充电站，并且如果无线充电目前不可用，则继续进行至步骤S104。当检测到可用无线充电时，方法100可选地继续进行至步骤S106。
步骤S104包括无论停车是由车辆10的操作者选择还是自主地选择，针对换挡到停车的请求，该步骤包括监测停车/倒车/空挡/驾驶/低速(PRNDL)的设置或状态。在不同的实施例中，步骤S104可包括监测作为输入信号(图1B的箭头CCI)的一部分的PRNDL操作杆的位置或按钮信号。方法100然后继续进行至步骤S105。
步骤S105包括经由在步骤S104处所收集的信息确定是否已诸如通过将来自步骤S104的值与校准状态相比来命令或选择停车模式。当已选择或命令停车时，方法100继续进行至步骤S112。当尚未命令或选择停车时，重复步骤S102。
步骤S106包括使图1A的车辆10的无线充电***20I与非车载电源12配对。可使用合适的无线通信协议(例如类似于蓝牙(BLUETOOTH)或其他RF无线装置的常规配对)来实现该步骤。一旦车辆10与非车载电源12无线配对，方法100便继续进行至步骤S108。
步骤S108包括例如经由图1的HMI装置52向车辆10的操作者提供对准指令及/或反馈信息。步骤S108允许操作者例如经由常规后方倒车照相机及车辆导航***中通常所用的指南及/或照相机反馈的显示，相对于初级线圈(LP)对车辆10的定位进行精调。步骤S108旨在帮助操作者相对于具有图1A的初级线圈(LP)的无线充电板将车辆10引导至适当位置。任选地，步骤S108可能需要用通知操作者不要接触方向盘、油门踏板或制动踏板，单独的控制器(未示出)会自主地将车辆10驾驶到合适的最终对准位置。方法100然后继续进行至步骤S110。
在步骤S110处，控制器50例如通过使用可用车载传感器感测或以其他方式确定PRNDL阀(未示出)的对应停车位置来验证车辆10的传动装置(未示出)已进入停车模式。方法100然后继续进行至步骤S112。
步骤S112包括将启用信号(例如，作为控制器50的输出信号(箭头CCO)的一部分的PWM信号(图6-8的箭头PWM))或单独的启用信号发送给图1B的无线充电器30。PWM信号将具有识别的唯一或预定占空比，使得无线充电器30可区分实际当前请求命令。即，启用信号传输至无线充电器30的半导体开关(未示出)。这进而启用或“唤醒”无线充电器30的功率转换功能，这“醒”的状态持续到步骤S112已处于休眠或关闭状态，以减少能量损耗。方法100然后继续进行至步骤S114。
在步骤S114处，图1B的控制器50确定无线充电***20I是否保持与可用充电基础设施适当地对准，即初级线圈与次级线圈(LP与LC)适当地对准并且控制器50与电气***20的基础设施侧的无线充电电路14通信。如果适当地对准，方法100继续进行至步骤S116。如果未验证此种对准，则方法100继续进行至步骤S124。
步骤S116包括由控制器50监测导频信号(箭头PLT)的存在。如上所述并且如本领域广为所知的，导频信号(箭头PLT)通知控制器50以及在本文列举的某些情况下通知无线充电器30可用充电电流量。当此种监测继续进行时，方法100继续进行至步骤S117。
步骤S117包括确定无线充电器30所截取的导频信号(箭头PLT)是否存在并被控制器50接收。即，在与非车载电源12及无线充电电路14进行无线通信时，无线充电器30经由与其连接的ICM 31或RF天线结构截取导频信号(箭头PLT)。根据本领域所熟知的活动对象检测(LOD)及外来对象检测(FOD)，可将所截取的导频信号(箭头PLT)传递至控制器50。如果导频信号(箭头PLT)由控制器50接收，则方法100继续进行至步骤S118。否则，方法100继续进行至步骤S119。
步骤S118包括经由控制器50(例如经由将电子控制信号传输至机械互锁装置(未示出))任选地设置电子停车制动器，以确保车辆10机械锁定到停车模式中。方法100然后继续进行至步骤S120。
步骤S119包括确定车辆10的点火或接通/切断状态目前是否关闭。如果控制器50确定车辆10处于接通状态，则方法100重复步骤S116，并且当检测到切断状态时，方法100继续进行至步骤S122。
在步骤S120处，控制器50经由感应充电***20I的操作(即经由通过图1A的次级线圈(LS)中的AC电流的感应的产生)使用控制PWM信号(图6-8的箭头PWM)来开始图1B的HV电池组21的无线充电。如本领域广为所知的，控制PWM(图6-8的箭头PWM)使用校准占空比来控制无线充电率。
在步骤S122处，当检测到其中车辆10被关闭的切断事件时，控制器50启动定时器，经由无线充电器30检测车辆10是否停放在非车载电源附近，或更具体而言图1A的初级线圈(LP)及无线充电电路14附近。更具体而言，步骤S122需要寻找无线充电器30可仿真或模拟的导频信号(PLT)，步骤S122本质上提供定时PWM命令/启用功能。方法100然后继续进行至步骤S123。
步骤S123包括依据校准极限来监测定时器的值。如果在经过校准持续时间之前检测到无线充电电路14的存在(即感测到导频信号(PLT))，则重复步骤S116。当经过了校准持续时间但未检测到表示充电电路14的存在的导频信号(PLT)时，则方法100继续进行至步骤S124。
步骤S124包括中断无线充电器30的PWM控制以及在校准持续时间之后允许关闭车辆10。
在步骤S126中，在无线充电期间，由控制器50监测来自充电耦合器16的接近信号(箭头PRX)以及导频信号(箭头PLT)。步骤S126包括经由控制器50以及无线充电器30或转换器盒70(图7)接收并处理各个接近信号及导频信号(箭头PRX、PLT)、确定每一信号的存在及值，然后继续进行至步骤S127。
在步骤S127中，控制器50以及无线充电器30或任选的转换器盒70接下来使用所接收到的接近信号(箭头PRX)来确定是否已检测到***事件。如电动车辆充电领域中已知的，输出驱动电路(未示出)在车辆10中提供例如作为充电耦合器16的一部分的通常为4.5-5VDC的参考电压。将非车载电源12连接至充电耦合器16的插头具有电阻分压网络，其由北美洲中的J1772限定并连接至中性线或地。参考电压因此对无线模块30是可用的。当图1B的充电耦合器16***非车载电源12中时，车辆10上的输出驱动电路经由并联电阻器加载，使得参考电压下降到较低的参考电压，例如2.5VDC。以此方式，***车辆10以启动传导充电过程易于作为***事件被车辆10检测到。
当在步骤S127处未检测到上述***事件时，方法100重复步骤S126。当检测到***事件时，方法100可替换地继续进行至步骤S128。
步骤S127包括当PRNDL状态是停车状态时，例如通过经由制动传动装置换挡互锁或BTSI锁定PRNDL换挡杆(未示出)来暂时使车辆10固定，以防止车辆10的传动装置手动换挡而离开停车状态。方法100然后继续进行至步骤S130。
步骤S130可包括经由控制器50处理来自HMI装置52的充电偏好(图1B的箭头13)以确定操作者的感应/传导充电偏好。在此种实施例中，控制器50及/或HMI装置52可被编程为显示多个充电偏好，以及用于接收对应于所显示的该多个充电偏好中的所选一者的输入。例如，操作者可接触标示为“传导/***充电”、“感应/无线充电”或“感应及无线充电”的图标，并由此产生充电偏好(箭头13)。在其他实施例中，例如当无线充电可用时，可通过总是要求此种充电来将充电偏好(箭头13)预编程为默认充电偏好。图9及图10显示了可能的默认选项的两个示例。方法100然后继续进行至步骤S132，现在将参照图4来描述该步骤。
图4描绘了当对HV电池组21进行无线充电的同时控制器50检测***事件时，具体地处理不同操作者充电偏好(图1B的箭头13)的方法100的另一部分。如上所述，控制器50可被编程为确定操作者充电偏好(箭头13)，其单独作为输出信号或是输入信号(箭头CCI)的一部分。HMI装置52可显示充电偏好选项的列表，包括传导充电、感应充电以及传导与感应充电的组合。步骤S132因此包括确定操作者已选择哪一充电选项。如果未选择充电选项，则控制器50可被编程为执行默认充电优先级。如果选择了无线充电偏好(选项WC)，则方法100继续进行至步骤S134；如果选择了组合传导及无线(C/W)充电偏好，则方法100继续进行至步骤S135；并且如果选择了传导充电偏好(CC)，则方法100继续进行至步骤S140。
步骤S134包括经由无线充电器30继续无线充电的过程，即控制器50并不经由OBCM18启用传导充电。然而，OBCM 18可用于将DC电压报告给控制器50。方法100然后继续进行至步骤S136。
步骤S136包括相对于HV电池组21的充电状态或根据完成定时充电间隔(例如预定充电持续时间)来确定何时完成无线充电。当完成无线充电时，控制器50可向无线充电器30发出校准PWM信号(即以预定占空比)，以禁用到无线充电器30的当前命令。方法100然后继续进行至步骤S138。
在步骤S138处，控制器50维持车辆10的机械互锁或其他固定。如本领域已知，当车辆10(诸如图1A的车辆10)保持***非车载电源12中时，防止车辆移动。为了退出步骤S138，车辆10的操作者必须首先从充电耦合器16拔掉充电电缆(未示出)，这进而触发BTSI或其他固定技术的释放。车辆10然后能够换挡到驾驶或倒车。
步骤S135包括中断来自无线充电器30的导频信号(箭头PLT)的传输，使得***事件对于OBCM 18及控制器50是已知的。如上文所解释的，在无线充电时，无线充电器30传输导频信号(PLT)，而在传导***充电期间，充电耦合器16执行相同的功能。方法100然后继续进行至步骤S137。
在步骤S137处，控制器50维持到OBCM 18的启用信号(图6-8的箭头E)并继续进行至步骤S139。
步骤S139包括基于可得到附加充电电流(即经由传导充电***20C的***电流以及经由感应充电***20I的无线充电电流)的期望而将PWM控制信号(箭头PWM)传输至无线充电器30及OBCM 18。方法100然后继续进行至步骤S144。
步骤S140包括中断来自无线充电器30的导频信号(箭头PLT)的传输，使得***事件对于OBCM 18及控制器50是已知的。例如经由特定占空比设置控制PWM信号，使得感应充电***20I中断无线充电过程。方法100然后继续进行至步骤S142。
在步骤S142处，控制器50将启用信号(箭头E)传输至OBCM 18。一旦启用了OBCM18，就由传导充电***20C开始传导充电。之后，传导充电以传统方式继续下去。方法100然后继续进行至步骤S144。
在步骤S144处，当完成传导充电时，控制器50返回到正常操作。
参照图5，当对图1的车辆10进行无线充电的过程中的操作者决定提早终止无线充电过程并驱车离开时，方法100继续。由于在无线充电事件期间正常***验证控制未被启用或不可用，控制器50被专门编程以处理此种情况。
具体而言，在步骤S150中，图1B的控制器50例如经由制动信号检测车辆10的制动器的应用，以及试图将PRNDL操作杆或按钮装置换挡到驾驶或倒挡状态，如分别由图6-8中的箭头B及PRNDL指示的。步骤S150的其他可能的状况可包括检测RF密钥卡信号、远程信息处理信号或由手持式装置(诸如蜂窝电话)上的应用程序(app)激活的远程信号。方法100然后继续进行至步骤S152。
在步骤S152处，控制器50将到无线充电器30的PWM控制信号(箭头PWM)以及启用信号(箭头E)设置为关闭状态并继续进行至步骤S154。
在步骤S154处，控制器50监测导频信号(箭头PLT)的状态并继续进行至步骤S156。
步骤S156包括确定导频信号(箭头PLT)的状态是否关闭或禁用。如果是，则方法100继续进行至步骤S162。如果导频信号(箭头PLT)仍然有效，则方法100继续进行至步骤S158。
步骤S158可包括启动定时器以为无线充电事件的终止提供时间，并继续进行至步骤S160，其中控制器50将定时器值与校准定时器极限进行比较。在校准循环中重复步骤S154、S156、S158及S160，直到达到校准定时器极限为止。此时，方法100继续进行至步骤S162。
步骤S162包括命令释放停车制动器或以其他方式移除车辆10的基于软件或硬件的固定。方法100然后继续进行至步骤S164。
在步骤S164处，控制器50可将信号传输至图1的HMI装置52以向操作者提供无线充电已停止的指示。在步骤S166处，操作者自由地将PRNDL换挡到驾驶或倒车状态并驱车离开非车载电源12。
图6-8描绘了适于实施上述方法100的可选的硬件实施例。从图6开始，OBCM 18可电连接至图1的非车载电源12以允许以通常的方式(即经由图1B的传导充电***20C)进行传导充电。控制器50与充电耦合器16、OBCM 18以及无线充电器30进行低压模拟通信。另外，无线充电器30通过无线路径55(例如WIFI或蓝牙(BLUETOOTH))与HMI装置52进行通信，并可能与本领域已知类型的远程信息处理单元53进行通信。无线充电器30通过无线路径55接收信息，该信息包括对准及操作状态信息。
无线充电器30包括I/O端口以及输入(I)端口，例如在图6中标示。I/O端口从充电耦合器16接收如上文所解释的导频信号(箭头PLT)，其通知无线充电器30可用电流量。类似地，输入端口(I)接收接近信号(箭头PRX)以指示充电耦合器16是否已被***非车载电源12中，例如4.5-5VDC的高参考电压指示未发生***事件，如上文分别解释的。
当车辆10首先换挡到停车状态时，控制器50接收到达/来自OBCM 18的AC输入电压(箭头VAC)和DC输出电压(箭头VDC)，并且选择性地向无线充电器30和/或OBCM 18(图6)提供或者(例如在图7和图8的实施例中)指示控制PWM信号(箭头PWM)。基于操作者的充电偏好(图1B的箭头13)，控制器50可以经由启用信号(箭头E)来启动对OBCM18和无线充电器30中一者或两者的操作。当充电耦合器16没有***非车载电源12中时，控制器50将默认为无线充电。如果无线充电器30在车辆10换挡到停车状态后的校准持续时间内没有接收到控制导频(箭头PLT)，则控制器50可以经由控制PWM/启用信号(箭头PWM/E)关闭无线充电器30，然后再关闭车辆10。因此，当车辆10进入停车状态时，模拟控制PWM/启用信号(箭头PWM/E)可以用作“唤醒”信号来唤醒或启用无线充电器30。
图7和图8示出了图6的替代实施例。在图7中，OBCM 18直接从控制器50接收启用信号(箭头E)，并将DC输出电压(VDC)和AC输入电压(VAC)传送到无线充电器30。控制器50向无线充电器30传输启用信号(箭头E)，其中启用信号在车辆10换挡到停车状态时由控制器50产生。控制PWM信号(箭头PWM)由控制器50传输到无线充电器30。接近信号(箭头PRX)和导频信号(箭头PLT)通过无线充电器30传递给控制器50。因此，图7中的无线充电器30从充电耦合器16和OBCM 18接收充电信号，并根据需要将它们转送到控制器50。
图8描绘了在售后市场应用中可能特别有用的实施例。图6和图7的功能可以卸载到转换器盒(CB)70，其用作一侧的无线充电器30和充电耦合器16与另一侧的控制器50和OBCM 18之间的接口模块。由于现有车辆通常借助无线充电器来使用CAN消息传送，所以来自无线充电器30的现有CAN通信可以馈送到转换器盒70中，而转换器盒70在需要时向无线充电器30传输模拟启用信号(箭头E)，从而开始无线充电。所有通信和控制信号仍然是由控制器50馈送到转换器盒70的低电压模拟信号。因此，即插即用转换器盒可以电连接在现有的无线充电器30与控制器50之间，以将信号路由到它们所需的目的地，而无需对任何现有OBCM 18或无线充电器30的硬件进行修改。
因此，电气***20和方法100使用来自传导充电***20C的现有信号来增加无线充电功能，从而以最小的附加硬件复杂度来实现无线充电。该方法通过模拟低电压信号的控制得以进一步地简化，从而无需要求车辆10的制造商为售后***的制造商提供详细的CAN数据库知识。当两种类型的充电过程都可用时，操作者有机会说出无线充电过程、传导充电过程或者无线和传导充电过程这两者的优先级。
图9描绘了用于被动地启动图1的车辆10中的DC耦合无线充电过程的替代控制电路80。旨在借助车辆10来帮助更多的非侵入式售后市场集成方法的控制电路80通过使用ICM 31模拟或模仿传导充电连接或者替代地经由图7和图8的转换器盒70来发挥作用。如上面详细说明的，当充电耦合器16物理地***非车载电源中时，便启动了典型的***充电操作。这样便实现了接近信号(PRX)和导频信号(PLT)经由接近和导频信号线的通信。导频信号线承载上述导频信号(PLT)，以便传送可用于充电的电流量。接近信号线经由接近信号(PRX)描述充电耦合器16是否物理地***非车载电源中。然而，当启动无线充电时，不建立物理***连接。因此，经由充电耦合器16以通常的方式无法使用接近信号。
在这种情况下，控制电路80通过模仿接近信号来起作用。也就是说，如上所述，导频信号可以由ICM 31无线地拦截，因此该信息对于存在有无线充电站的控制电路80而言是可用的。如下所述，ICM 31向控制器50和控制电路80的其他元件提供必要的导频信号和接近信号。控制器50并不知晓充电是传导式还是感应式，但是由于电路80的操作的缘故，这种知识的缺乏并不会影响充电性能。
在图9中示意性示出的替代被动控制电路80中，当车辆10关闭时，启动车辆10的点火开关继电器(RI)82。如图所示地，可以任选地实现为单刀双掷(SPDT)开关的点火开关继电器82从图1的电池23提供辅助(12VDC)电力到常闭电磁继电器(RW)84的继电器感应线圈83。电磁继电器84(例如，如图9所示的双刀双掷(DPDT)开关或如图10所述的单刀单掷(SPDT)开关)在传导充电期间以及当驾驶车辆10时保持闭合状态。
当闭合时，电磁继电器84因此使***默认为传导充电。继电器感应线圈83的通电使得电磁继电器84断开(这仅在无线充电期间发生)，并且还用于将充电耦合器16与控制器50断开电连接。此后，ICM 31通过模仿并提供控制电路80内的接近(PRX)和导频(PLT)信号而代替现在断开连接的充电耦合器16来高效地发挥作用。
当点火开关82关闭时，微分器81(例如，如图所示的运算放大器)测量电磁继电器84的输出侧的接近信号线上的接近信号(PRX)。如图所示，此信息被馈送到与逻辑门88，其随后馈送到延迟元件(D)87，例如计时器。来自点火开关继电器82的高/低电压信号也被反相并馈送到与逻辑门88中，从而使得与逻辑门88和与逻辑门88下游的延迟元件87没有输出高值，除非(a)微分器81检测到接近信号，以及(b)点火开关继电器82输出表示车辆10没有运行的低/0VDC值。延迟元件87的输出馈送到诸如所示的MOSFET的半导体开关90，其包括提供给PWM输出电路(PWMO)85的栅极(G)。
当点火开关82已经关闭时，微分器81(例如，如图所示的运算放大器)测量电磁继电器84的输出侧的接近信号线上的接近信号(PRX)。如图所示，此信息被馈送到与逻辑门88，其随后馈送到延迟元件(D)87，例如计时器。延迟元件(D)87将在其输入处通过高电平，但仅持续指定的时间段，此后，延迟元件(D)87的输出将被禁止为低状态。这使得***在不能进行充电或不需要进行充电的情况下进入低功率模式。
来自点火开关继电器82的高/低电压信号也被反相并馈送到与逻辑门88中，从而使得与逻辑门88和与逻辑门88下游的延迟元件87没有输出高值，除非(a)微分器81检测到接近信号(PRX)处于高状态(即充电耦合器16未***)，以及(b)点火开关继电器82输出低/0VDC值，即车辆10没有运行。
延迟元件87的输出馈送到诸如所示的MOSFET的半导体开关90，其包括栅极(G)，而栅极(G)连接至PWM输出电路(PWMO)85。当车辆关闭时，这种实现导致电磁继电器84的断开，并且PWM输出电路85通过或门89的输出而启用。如果PWM输出电路85能够对车辆10进行无线充电，则PWM输出电路85将在时间延迟到期之前断言栅极(G)，并且将维持栅极(G)驱动以保持电磁继电器84在无线充电完成之前处于断开状态。当无线充电完成时，移除栅极(G)驱动，并且允许闭合电磁继电器84。
如本文所用，PWM输出电路85可以实现为与控制器50电连接并从控制器50接收控制PWM信号的可编程PWM芯片。如图所示，PWM输出电路85还从电磁继电器84的输入和输出侧接收导频信号(PLT)，其中电力沿标称方向在输入侧从充电耦合器16流动到输出侧，这在本领域中是已知的。此外，PWM输出电路85仅从电磁继电器84的输出侧接收接近信号(PRX)。这种特性使得PWM输出电路85通过检测***事件(即，通过检测来自电磁继电器84的输入侧的导频信号线(PLT)上的导频信号)能识别充电耦合器16(例如，AC插座)在何时已经被***图1的非车载电源中，并且将停止无线充电、停止模拟接近(PRX)、停止模拟导频(PLT)以及通过移除栅极(G)驱动器来闭合电磁继电器84。电磁继电器84的闭合进而使得默认为传导充电。
还在图9的被动控制电路80中示出的是或逻辑门89，或逻辑门89除了接收与逻辑门88的输出之外，还接收来自控制器50的PWM信号，从而允许基于各种车辆模式的芯片启用以降低12VDC寄生损耗。如上所述，当来自电磁继电器84的输出侧的接近信号(PRX)由微分器81检测到并且点火开关继电器82输出低/0VDC值(即，车辆10关闭或不运行)时，与逻辑门88的输出为高。PWM输出电路85在那些条件下启用或者当控制器50如此指示时启用。
当启用时，PWM输出电路85将确定是否可以进行无线充电，如果是，则将断言栅极(G)，以断开继电器84或维持继电器84的断开状态，并且还将会模拟接近(PRX)和导频(PLT)信号，以传送到无线充电的可用的控制器50。如果无线充电不可用，则栅极(G)将不会被断言，并且电磁继电器84将在时间延迟到期后闭合，从而导致默认为传导充电能力。图9中标记为“PWM”的信号/线是作为PWM输出电路85的输入的来自控制器50的控制PWM输出，其告知PWM输出电路85操作无线充电器30的电力水平。从PWM输出电路85到控制器50的输出是接近(PRX)信号、导频(PLT)信号和栅极(G)信号。从功能上说，PWM输出电路85通过***适当的阻抗值来模拟J1772接近(PRX)信号。此外，PWM输出电路85发出本身是PWM信号的导频信号(PLT)，以向控制器50通知可用的充电电流量，如上所述。
因此，控制电路80允许控制器50以如同车辆10在对电池组21进行传导充电一样进行操作，而实际上充电操作是无线的。只要充电耦合器16***非车载电源12中，控制电路80也允许充电操作默认为传导充电。如本领域普通技术人员将理解的，这种方式相对于常规售后***可以是有利的，这些常规售后***缺乏对车辆10的电气***20的了解，并且连接到电气***20的AC侧上的充电耦合器16，从而丧失了效率。与参考图1至图8所描述的实施例一样，图9的实施例不会通过CAN消息传送或其知识进行中继，而是经由低电压模拟信号进行操作，并且还能将无线***直接耦合到HVDC总线17。
在本公开的范围内可以设想其他实施例。例如，继电器84不是同时切换导频信号(PLT)和接近信号(PRX)，而是可以替代地配置成仅切换导频(PLT)。因此，电路80不是采用如图9所示的作为继电器84的DPDT开关，而是可以采用如图10所示的单刀单掷(SPST)开关形式的电磁继电器184。此替代配置中的电磁继电器184仅切换导频信号(PLT)。也就是说，选择性地断开电磁继电器184，以中断在充电耦合器16与控制器50之间的导频信号(PLT)的传输，其中导频信号(PLT)描述了可用的充电电流量，如上面另有说明的。当***充电耦合器16并且感测到接近信号(PRX)时，使得由接近信号(PRX)传递的信息连续地可用于PWM输出电路85和控制器50。控制替代继电器184用于接通和断开所感测的导频信号(PLT)到PWM芯片85和控制器50的任何通信。
虽然已经详细描述了用于实施本公开的最佳模式，但是熟悉本公开所涉及领域的人员将认识到落入所附权利要求的范围内的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种能连接至非车载电源的电气***，所述电气***包括：
直流(DC)电压总线；
连接至所述DC电压总线的电池组；
DC耦合传导充电***，其能操作用于经由所述非车载电源对所述电池组进行传导充电；
DC耦合无线充电器，其与所述DC耦合传导充电***电气并联，并且能操作用于经由所述非车载电源对所述电池组进行无线充电；以及
控制器，其编程为根据充电偏好而使用模拟低电压控制信号来选择性地启动对所述电池组的充电，其中所述充电偏好优先考虑所述DC耦合传导充电***和所述DC耦合无线充电***中被指定的一个充电***来对所述电池组充电。
2.根据权利要求1所述的电气***，其中所述控制器包括人机界面装置，所述人机界面装置编程为显示多个充电偏好，并且编程为用于接收输入作为所述充电偏好，所述充电偏好对应于所述显示的多个充电偏好中的所选的一个充电偏好。
3.根据权利要求1所述的电气***，其中所述DC耦合无线充电***包括AC-DC转换器，所述DC耦合感应充电***包括无线充电器，并且所述AC-DC转换器和所述无线充电器共享高电压总线轨和预充电电路。
4.根据权利要求1所述的电气***，其中所述电气***为具有停车/倒车/空挡/驾驶/低速(PRNDL)状态的车辆的一部分，并且其中
所述控制器编程为：
当所述PRNDL状态为停车状态并且无线或传导充电有效时，临时地使所述车辆不动；
在所述车辆进入所述停车状态之后选择性地向所述无线充电器传输脉宽调制(PWM)信号，以唤醒或启用所述无线充电器；以及
在进入所述停车状态的时候，当在切断事件的校准持续时间内未检测到无线充电电路时，选择性地中断向所述无线充电器传输所述PWM信号。
5.根据权利要求1所述的电气***，其中仅当所述充电偏好对应于传导充电时，所述控制器编程为在对所述电池组进行无线充电期间检测到***事件的时候，启动对所述电池组的传导充电。
6.一种能连接至非车载电源的电气***，所述电气***包括：
直流(DC)电压总线；
连接至所述DC电压总线的电池组；
充电耦合器，其能连接至所述非车载电源以建立***充电连接；
DC耦合传导充电***，其电连接至所述充电耦合器，并且能操作用于经由所述***充电连接对所述电池组进行传导充电；
DC耦合无线充电器，其与所述DC耦合传导充电***电气并联，并且能操作用于在所述电气***接近非车载初级感应线圈时经由所述非车载电源和所述非车载初级感应线圈对所述电池组进行无线充电；以及
控制器，其编程为使用模拟低电压控制信号来选择性地启动对所述电池组的充电，其中所述控制器编程为当所述充电耦合器***所述非车载电源中时，经由所述DC耦合传导充电***对所述电池组进行充电，并且当所述充电耦合器未***所述非车载电源中且所述控制器检测到所述***接近所述初级感应线圈时，经由所述无线充电器对所述电池组进行充电。
7.根据权利要求6所述的电气***，其中所述***是具有点火开关继电器的车辆的一部分，所述电气***包括：常闭电磁继电器，其电连接到所述充电耦合器并且具有继电器感应线圈，其中所述点火开关在车辆关闭时为所述继电器感应线圈递送辅助电力，从而使得所述电磁继电器断开。
8.根据权利要求7所述的电气***，其中所述电磁继电器是单刀单掷(SPST)开关，所述SPST开关在闭合时使所述***默认为传导充电，并且仅在无线充电期间才断开。
9.根据权利要求8所述的电气***，其中所述电磁继电器是双刀双掷(DPDT)开关，所述DPDT开关在闭合时使所述***默认为传导充电，并且仅在无线充电期间才断开。
10.根据权利要求8所述的电气***，其中所述无线充电器包括感应充电模块形式的控制芯片，所述控制芯片在所述充电耦合器未***所述AC电源中时，提供表示与所述非车载初级感应线圈接近的接近信号和描述可用于无线充电的电流量的导频信号。
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