CN118124414A - 使用多功能逆变器***的车辆充电 - Google Patents

使用多功能逆变器***的车辆充电 Download PDF

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Abstract

车辆的充电***包括推进***的逆变器和开关组件，该逆变器连接到车辆的电动机和电池***，该开关组件包括多个开关。充电***还包括控制器，该控制器被配置为控制开关组件以将逆变器和电动机连接到车辆的充电端口，并且通过经由开关组件选择性地将充电端口连接到逆变器或电动机并选择性地将电池***连接到电动机来限定包括一个或多个逆变器开关和电动机的转换电路。控制器被配置为操作转换电路以调节用于从电源对电池***充电的输入电压和用于使电池***放电以对外部能量存储***充电的输出电压中的至少一个。

Description

使用多功能逆变器***的车辆充电
技术领域
本公开涉及车辆，并且更具体地，涉及从车辆供应电能。
背景技术
车辆，包括汽油和柴油动力车辆以及电动和混合动力车辆，具有用于诸如为电动机、电子设备和其他车辆子***供电的目的的电池存储。各种充电***是可用的，包括充电站(例如，常规和快速充电站)、住宅和商业建筑物中的充电***以及车辆对车辆(V2V)充电。在一些情况下，提供电力的车辆与正在充电的车辆之间的电池电压是不同的，这可能限制充电选项的可用性。因此，期望提供一种可以提供充电能力的设备或***，所述充电能力支持具有不同电压特性的能量存储***之间的能量交换。
发明内容
在一个示例性实施例中，车辆的充电***包括车辆的推进***的逆变器和开关组件，逆变器连接到车辆的电动机和电池***，开关组件包括多个开关。充电***还包括控制器，该控制器被配置为控制开关组件以将逆变器和电动机连接到车辆的充电端口，并且通过经由开关组件选择性地将充电端口连接到逆变器或电动机并选择性地将电池***连接到电动机来限定包括一个或多个逆变器开关和电动机的转换电路。控制器被配置为操作转换电路以调节用于从电源对电池***充电的输入电压和用于使电池***放电以对外部能量存储***充电的输出电压中的至少一个。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制器被配置为调节输入电压以使输入电压符合电池***的电池电压，并且调节输出电压以使输出电压符合外部能量存储***的电压。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制器被配置为通过控制一组下部逆变器开关来将转换电路操作为升压电路，并且通过控制一组上部逆变器开关来将转换电路操作为降压转换器。
除了本文所述的一个或多个特征之外，所述电池***和所述逆变器并联连接到推进总线，所述开关组件包括被配置成将正电荷端口端子选择性地连接到所述推进总线的正电荷端口开关和被配置成将负电荷端口端子选择性地连接到所述推进总线的负电荷端口开关、被配置成将所述正电荷端口端子选择性地连接到所述电动机的第一开关、被配置成将所述正电荷端口端子选择性地连接到所述逆变器的第二开关，以及被配置为选择性地将所述电池***连接到所述电动机的第三开关，并且所述控制器被配置为控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关中的一个或多个，以将所述充电***置于选定的充电模式。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制器被配置为将充电***置于第一充电状态，在第一充电状态中，正电荷端口开关断开，负电荷端口开关闭合，第一开关闭合，第二开关断开，并且第三开关断开，控制器被配置为在升压充电模式和降压放电模式中的至少一种模式下控制充电***，所述升压充电模式通过将转换电路作为升压转换器操作，降压放电模式通过将转换电路作为降压转换器操作。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制器被配置为将充电***置于第二充电状态，在第二充电状态中，正电荷端口开关断开，负电荷端口开关闭合，第一开关断开，第二开关闭合，并且第三开关闭合，控制器被配置为在通过将所述转换电路作为升压转换器来操作的降压充电模式和通过将转换电路作为升压转换器操作的升压放电模式中的至少一种模式下控制充电***。
除了本文所述的一个或多个特征之外，所述车辆包括至少一个附件，所述至少一个附件与所述逆变器和所述电池***并联连接到所述推进总线。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制器被配置为控制开关组件以通过第四开关将至少一个附件连接到电池***，并且在充电和放电中的至少一个期间向至少一个附件供电。
在一个示例性实施例中，一种控制车辆的充电***的方法包括从电源接收对车辆的电池***充电的请求，或者接收对电池***放电以对外部能量存储***充电的请求，该车辆包括推进***，该推进***具有连接到电动机和车辆的电池***的逆变器。该方法还包括确定充电参数，所述充电参数包括电池***电压和电源或外部能量存储***的电压，并且控制包括多个开关的开关组件以将逆变器和电动机连接到车辆的充电端口，并且通过经由开关组件选择性地将充电端口连接到逆变器或电动机并选择性地将电池***连接到电动机来限定包括一个或多个逆变器开关和电动机的转换电路。该方法还包括操作转换电路以调节用于从电源对电池***充电的输入电压，或用于使电池***放电以对外部能量存储***充电的输出电压。
除了本文所述的一个或多个特征之外，转换电路通过控制一组下部逆变器开关而作为升压电路操作，并且通过控制一组上部逆变器开关而作为降压转换器操作。
除了本文所述的一个或多个特征之外，所述电池***和所述逆变器并联连接到推进总线，所述开关组件包括被配置成将正电荷端口端子选择性地连接到所述推进总线的正电荷端口开关和被配置成将负电荷端口端子选择性地连接到所述推进总线的负电荷端口开关、被配置成将所述正电荷端口端子选择性地连接到所述电动机的第一开关、被配置成将所述正电荷端口端子选择性地连接到所述逆变器的第二开关，以及被配置为选择性地将所述电池***连接到所述电动机的第三开关，并且控制所述开关组件包括控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关中的一个或多个以将所述充电***置于选定的充电模式。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制开关组件包括将充电***置于第一充电状态，在第一充电状态中，正电荷端口开关断开，负电荷端口开关闭合，第一开关闭合，第二开关断开，并且第三开关断开，并且在通过将转换电路作为升压转换器操作的升压充电模式和通过将转换电路作为降压转换器操作的降压放电模式中的至少一种模式下控制充电***。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制开关组件包括将充电***置于第二充电状态，在第二充电状态中，正电荷端口开关断开，负电荷端口开关闭合，第一开关断开，第二开关闭合，并且第三开关闭合，并且在通过将转换电路作为降压转换器操作的降压充电模式和通过将转换电路作为升压转换器操作的升压放电模式中的至少一种模式下控制充电***。
除了本文所述的一个或多个特征之外，所述车辆包括至少一个附件，所述至少一个附件与所述逆变器和所述电池***并联连接到所述推进总线，并且控制所述开关组件包括通过第四开关将所述至少一个附件连接到所述电池***并且在所述充电和所述放电中的至少一个期间向所述至少一个附件供电。
在一个示例性实施例中，车辆***包括具有计算机可读指令的存储器和用于执行计算机可读指令的处理装置，计算机可读指令控制处理装置以执行方法。该方法包括从电源接收对车辆的电池***充电的请求，或者接收使电池***放电以对外部能量存储***充电的请求，该车辆包括推进***，该推进***具有连接到电动机和车辆的电池***的逆变器。该方法还包括确定充电参数，所述充电参数包括电池***电压和电源或外部能量存储***的电压，控制包括多个开关的开关组件以将逆变器和电动机连接到车辆的充电端口，以及通过经由开关组件选择性地将充电端口连接到逆变器或电动机并选择性地将电池***连接到电动机来限定包括一个或多个逆变器开关和电动机的转换电路。该方法还包括操作转换电路以调节用于从电源对电池***充电的输入电压，或用于使电池***放电以对外部能量存储***充电的输出电压。
除了本文所述的一个或多个特征之外，转换电路通过控制一组下部逆变器开关而作为升压电路操作，并且通过控制一组上部逆变器开关而作为降压转换器操作。
除了本文所述的一个或多个特征之外，所述电池***和所述逆变器并联连接到推进总线，所述开关组件包括被配置成将正电荷端口端子选择性地连接到所述推进总线的正电荷端口开关和被配置成将负电荷端口端子选择性地连接到所述推进总线的负电荷端口开关、被配置成将所述正电荷端口端子选择性地连接到所述电动机的第一开关、被配置成将所述正电荷端口端子选择性地连接到所述逆变器的第二开关，以及被配置为选择性地将所述电池***连接到所述电动机的第三开关，并且控制所述开关组件包括控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关中的一个或多个以将所述充电***置于选定的充电模式。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制开关组件包括将充电***置于第一充电状态，在第一充电状态中，正电荷端口开关断开，负电荷端口开关闭合，第一开关闭合，第二开关断开，并且第三开关断开，并且在通过将转换电路作为升压转换器操作的升压充电模式和通过将转换电路作为降压转换器操作的降压放电模式中的至少一种模式下控制充电***。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制开关组件包括将充电***置于第二充电状态，在第二充电状态中，正电荷端口开关断开，负电荷端口开关闭合，第一开关断开，第二开关闭合，并且第三开关闭合，并且在通过将转换电路作为降压转换器操作的降压充电模式和通过将转换电路作为升压转换器操作的升压放电模式中的至少一种模式下控制充电***。
除了本文所述的一个或多个特征之外，所述车辆包括至少一个附件，所述至少一个附件与所述逆变器和所述电池***并联连接到所述推进总线，并且控制所述开关组件包括通过第四开关将所述至少一个附件连接到所述电池***，并且在所述充电和所述放电中的至少一个期间向所述至少一个附件供电。
当结合附图时，根据以下详细描述，本公开内容的上述特征和优点以及其它特征和优点是显而易见的。
附图说明
其他特征、优点和细节仅通过示例的方式出现在以下详细描述中，该详细描述参考了附图，其中：
图1是根据示例性实施例的包括电池组件或***、推进***和充电***的机动车辆的俯视图；
图2描绘了在图1的推进***中使用的逆变器的示例；
图3描绘了根据示例性实施方式的充电***，该充电***包括开关组件和用于对车辆电池***充电和/或向外部能量存储***提供电荷的驱动***的部件；
图4描绘了图3的充电***和在对应于正常充电模式的开关状态中的开关位置；
图5描绘了图3的充电***和在对应于升压充电和降压放电模式的开关状态中的开关位置；
图6描绘了图3的充电***和在对应于降压充电和升压放电模式的开关状态中的开关位置；
图7描绘了根据示例性实施方式的充电***，该充电***包括开关组件和用于对车辆电池***充电和/或向外部能量存储***提供电荷的驱动***的部件；
图8描绘了根据示例性实施方式的充电***，该充电***包括开关组件和用于对车辆电池***充电和/或向外部能量存储***提供电荷的驱动***的部件；
图9是描绘根据示例性实施例的控制车辆充电***的方法的各方面的流程图；以及
图10描绘了根据示例性实施例的计算机***。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
根据示例性实施例，提供了用于从诸如充电站的能量存储***向车辆(例如，电动车辆或混合动力车辆)的电池***供应电力的方法、装置和***。还提供了用于使车辆电池***放电以对外部能量***(例如，另一电动车辆或混合动力车辆的电池组)充电的方法、装置和***。
充电***的实施例包括或连接到车辆的电池***和推进***。充电***被配置为将推进***的逆变器操作为多功能逆变器，该多功能逆变器可以用于控制输入电压(充电电压)以将输入电压调节(例如，升高或降低)到电池***的标称电压(电池电压)，和/或在对外部***充电时控制输出电压(放电电压)以将输出电压调节到外部***的电压。充电***能够使用各种充电方案进行充电，包括传统充电和DC快速充电(DCFC)。
在一实施例中，充电***使用逆变器的部件和驱动***的电动机来根据电池***(当充电时)或外部***(当放电时)要求或期望的参数改变输入电压水平。充电***包括用于将充电***置于不同充电模式的开关组件，以及用于控制开关组件和逆变器以调节或调整电压的控制器。
本文描述的实施例呈现了许多优点和技术效果。当车辆电池***与源或外部***之间存在不匹配时，实施例提供有效的充电和放电能力。实施例使用现有车辆部件(例如，逆变器、电动机和/或控制器)提供这种能力，从而消除了对诸如专用DC-DC转换器的任何附加部件的需要。
车辆电池***可以具有不同的电池电压，并且充电站和其他源是可用的，其以不同的电压水平提供充电。例如，许多EV和混合动力电池***额定为400V，而其他EV和混合动力电池***具有额定为600V或更高的***。此外，充电选项的范围从传统充电(400V)到800V的DC快速充电(DCFC)，并且其他充电***可以额定为其他电压。因此，当充电或放电时，可能存在不匹配(例如，400V或600V电池***和800V DCFC站)。实施例以高效且成本有效的方式解决这种不匹配，使得可以在这种不匹配情况下执行充电和放电。
实施例不限于与任何特定车辆一起使用，并且可以适用于各种上下文。例如，实施例可以与汽车、卡车、飞机、建筑设备、农场设备、自动化工厂设备和/或包括多个驱动器和/或多个转换设备的任何其他设备或***一起使用。
图1示出了机动车辆10的实施例，机动车辆10包括至少部分地限定乘员舱14的车身12。车身12还支撑各种车辆子***，包括推进***16，以及用于支持推进***16和其他车辆部件的功能的其他子***，诸如制动子***、悬架***、转向子***，并且如果车辆是混合动力电动车辆，则为燃料喷射子***、排气子***等。
车辆10可以是电动车辆(EV)、混合动力车辆或以一个或多个电动机或驱动***为特征的任何其他车辆。推进***16可以包括驱动***20，驱动***20包括电动机22和逆变器24，以及诸如冷却***26的其他部件。逆变器24(例如，牵引电力逆变器模块或TPIM)将来自高压(HV)电池组34的直流(DC)电力转换为多相(例如，两相、三相、六相等)交流(AC)电力以驱动电动机22。
图1示出了具有单个驱动***的车辆10；然而，本文描述的实施例不限于此。例如，车辆10可以具有多个驱动***(例如，用于驱动前轮和后轮)。在各种位置处可以存在任何数量的驱动***和/或电动机(例如，驱动每个轮的电动机、每个轴的双电动机等)。
驱动***20电连接到电池***30，并且还可以电连接到其他部件，例如车辆电子器件(例如，经由辅助电源模块或APM 32)。电池***30可以被配置为可再充电能量存储***(RESS)。
在一实施例中，电池***30包括诸如电池组34的电池组件。电池组34可以连接到充电端口46的端子(例如，DCFC端子)以用于直接充电，或者经由例如转换装置(诸如DC-DC转换器36)连接到充电端口46的端子(例如，DCFC端子)。
电池组34包括多个电池模块38，其中每个电池模块38包括多个单独的电池(未示出)。电池***30还可以包括监测单元40，监测单元40被配置为从传感器42接收测量值。每个传感器42可以是具有用于测量各种电池和环境参数(诸如温度、电流和电压)的一个或多个传感器的组件或***。
车辆10包括充电***，该充电***可用于对电池组34充电和/或用于从电池组34供应电力以对另一能量存储***充电(例如，车辆到车辆(V2V)或车辆到一切(V2X)充电)。充电***包括控制器44，诸如车载充电模块(OBCM)，其电连接到充电端口46，用于从诸如公用AC电源的能量存储***充电。充电端口46可以被配置为当经由DC接触器(例如，图2的开关72和74)连接时直接接受DC电力以用于电池组34的快速充电。
可以使用各种控制器中的任何一种来控制充电***和/或其他车辆***的功能。控制器包括任何合适的处理装置或单元，并且可以使用诸如OBCM的现有控制器和/或驱动***中的控制器。
车辆10还包括计算机***50，计算机***50包括一个或多个处理装置52和用户界面54。计算机***50可以与充电***控制器通信，例如，以响应于用户输入向其提供命令。各种处理装置、模块和单元可以经由通信装置或***(诸如控制器区域网络(CAN)、本地互连网络(LIN)或传输控制协议(TCP)总线)彼此通信。
图2示意性地描绘了逆变器24的示例。逆变器24包括多个开关装置(称为逆变器开关)，其通过推进总线60连接到电池组34。在一实施例中，电动机22是接收三A相C电力的三A相C电动机(尽管本文描述的实施例可以与具有任何数量的相的电动机或机器一起使用)。
逆变器开关可操作以将来自电池组34的DC电力转换为三A相C电力，并且供应AC电力以驱动电动机22。另外，如本文进一步讨论的，逆变器开关中的一些或全部可由控制器44操作，以将逆变器24操作为升压转换器和/或降压转换器。
例如，逆变器24中的第一开关***包括连接到电机22的第一相(A相)的上部逆变器开关62a和下部逆变器开关64a，第二开关***包括连接到第二相(B相)的上部逆变器开关62b和下部逆变器开关64b，并且第三开关***包括连接到第三相(相C)的上部逆变器开关62c和下部逆变器开关64c。可以包括附加部件，诸如用于纹波电流和电压稳定的电容器66。
多组逆变器开关形成连接到电动机22的相的半桥。例如，开关62a和64a形成连接到电机22的A相绕组的半桥，并且开关62b和64b形成连接到B相绕组的半桥。开关62c和64c形成连接到C相绕组的半桥。
在一实施例中，每个逆变器开关是半导体开关。作为非限制性示例，逆变器开关(和本文描述的任何其他开关)可以包括金属氧化物半导体(MOS)控制的晶闸管(MCT)、氮化镓(GaN)场效应晶体管(FET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、碳化硅结型场效应晶体管(SiC JFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)或具有合适的额定电压和额定电流的任何其他合适的低损耗装置。
图3-6描绘了充电***(在本文中表示为充电***70)的实施例。充电***70能够提供各种各样的充电模态，包括常规或传统充电、DC快速充电(DCFC)、车辆到车辆(V2V)、车辆到拖车充电、车辆到一切(V2X)充电等。
充电***70被示出为由控制器44控制。然而，充电***70或其部件可以由任何合适的控制器或处理装置控制，诸如推进***中的控制器或电池管理***(BMS)的控制器。
如图所示，逆变器24与电池组34并联连接到推进总线60，并且经由A、B和C相端子(或任何导体)连接到电动机22。其他部件(本文称为附件)可以连接到推进总线60，以便由电池组34供电。例如，APM 32和冷却***26的一个或多个部件(例如，空调电动压缩机(ACEC))与电池组34和逆变器24并联连接到推进总线60。
充电***70包括开关组件，该开关组件具有由控制器44控制的各种开关，用于将逆变器24和其他部件与充电端口46连接和断开。开关组件还被控制以限定转换电路，该转换电路包括电动机22和至少一组逆变器开关。控制器44还控制逆变器开关以调节输入(充电)电压和/或输出(放电)电压，以适应电池组34的电压(电池电压)与充电站或电源的电压之间的不匹配。
通常，充电***70能够通过控制开关组件中的开关并将逆变器24作为升压转换器或降压转换器操作以根据需要升高或降低电压来从具有不同电压的源对电池组34充电，或者将电池组34放电(例如，用于V2V充电)到具有不同电压的外部能量存储装置。以这种方式，充电***70能够在不需要任何附加部件(诸如专用DC-DC转换器(例如，与DC-DC转换器36分离的附加转换器))的情况下充电和放电。例如，充电***70使用现有的逆变器来升高或降低，以实现正常充电电压(例如，400V)，并且实现其他电压，诸如DCFC电压(例如，800V)和外部能量存储***的电压。
开关组件包括开关，以选择性地将电池组34(B1)连接到充电端口46，以提供DCFC或另一充电方案。例如，充电端口46通过开关72(SC1)和74(SC2)(也称为充电端口开关)选择性地连接到推进总线60和电池组34(B1)。
开关组件包括附加开关，以允许充电***70将逆变器24的部件作为降压和/或升压转换器(转换电路)操作。在一个实施例中，开关组件包括用于选择性地将逆变器和附件连接到电池组34的正端子的开关76(S1)和用于选择性地将逆变器24连接到电池组34的负端子的开关78(S2)。在一些实施例中，开关78(S2)可以被排除并且由例如跨开关76(S1)的预充电继电器和电阻器代替以用于对推进总线60进行预充电。
开关组件包括第一开关(表示为开关80(SC3))，其选择性地将充电端口46连接到电动机22的中性点。可替代地，开关80(SC3)可以连接到相端子中的一个(例如，经由连接81)。例如，开关80(SC3)用于选择性地将充电端口46的正端子连接到电动机22。
在一实施例中，开关80(SC3)连接到电动机22的定子绕组的选定相端子或中性点。在该实施例中，可以结合相端子添加附加开关，以规定使用哪个相来定义转换电路(例如，基于电机的转子位置)。
开关80(SC3)闭合以提供从充电端口46的正极端子到电动机22的连接，用于升压模式充电(即，从具有低于电池电压的电压的源充电)或降压模式放电(即，对外部能量存储***(诸如具有低于电池电压的电压的另一车辆电池)充电)。
第二开关(表示为开关82(SC4))选择性地将充电端口46连接到逆变器24，例如，通过选择性地将充电端口46的正端子连接到逆变器24。第三开关(表示为开关84(S3))选择性地将电池组34连接到电动机22的中性点或相端子。开关82(SC4)可操作以提供降压模式充电(即，从具有高于电池电压的电压的源充电)或升压模式放电(即，对诸如具有高于电池电压的电压的另一车辆电池的能量存储***充电)。
当设置适当的开关时，电动机22和逆变器24在充电或放电期间形成三相或两相交错的升压转换器或降压转换器。
图3示出了处于关断模式的充电***70，其中所有开关都断开(被关断)。控制器44控制各种开关以便在各种模式之间改变，所述模式包括关断模式、推进模式和一个或多个充电模式。在推进模式中，电池组34向逆变器24供电以驱动电动机22。在推进模式中，开关76(S1)和78(S2)闭合(接通)以将电池组34连接到逆变器24，并且其余开关72(SC1)、74(SC2)、80(SC3)、82(SC4)和84(S3)断开。
图4描绘了充电***70，并且示出了当充电***70处于“正常”充电模式时开关的开关位置或开关状态。当要从具有与电池电压相同的电压的源对电池组34充电时，或者当车辆10用于对另一能量存储***(例如，另一车辆)充电时，可以使用该模式。在正常充电模式中，开关72(SC1)和74(SC2)闭合，并且开关76(S1)和78(S2)闭合。剩余的开关80(SC3)、82(SC4)和84(S3)断开。
图5描绘了当充电组件处于第一充电状态时的充电***70，其中逆变器24可以被置于“升压充电”模式或“降压放电”模式。当充电端口46连接到具有低于电池电压的电压的源或能量存储***时，这些模式是有用的。例如，车辆可以具有600V的电池电压，并且充电端口46连接到400V的传统充电站，或者充电端口46连接到具有400V电池***的另一车辆。在一实施例中，如果诸如APM 32和冷却***26的附件连接到推进总线60，则附件可以额定为以至少等于最高电压部件(源、能量存储***或车辆电池)的电压操作。
参考图2，在升压充电模式中，逆变器开关***作为使得逆变器24用作升压转换器，以将电压从电源“升压”或升高到电池电压。为了将逆变器24作为升压转换器操作，根据所选择的PWM占空比来激活和操作一组(即，一个或多个)下部逆变器开关(例如，下部开关64a、64b和64c)。如果使用具有主信道和辅助信道的调制，则循环下部开关以生成主脉冲，并且循环上部开关以生成辅助脉冲。
在降压放电模式中，逆变器开关***作一使得逆变器充当降压转换器，以将电压从电池电压“降压”或下降到能量存储***电压。为了将逆变器24作为降压转换器操作，使用所选择的PWM占空比来激活和操作一组上部开关(例如，较高开关62a、62b和62c)。如果使用具有主信道和辅助信道的调制，则循环上部开关以生成主脉冲，并且循环下部开关以生成辅助脉冲。无论是作为升压转换器还是降压转换器操作，可以控制逆变器的PWM频率和占空比，以最小化驱动单元中的总损耗，同时提供期望的电压。
再次参考图5，为了将充电***70置于升压充电或降压放电模式，开关76(S1)和78(S2)闭合，并且开关84(S3)断开。开关74(SC2)和80(SC3)闭合，并且开关72(SC1)和82(SC4)断开。
图6描绘了当充电组件处于“降压充电”模式或“升压放电”模式时的充电***70。当充电端口连接到具有高于电池电压的电压的源或能量存储***时，这些模式是有用的。例如，车辆10可以具有400V或600V的电池电压，并且充电端口46连接到800V的DCFC充电站，或者充电端口46连接到具有较高电压电池***的另一车辆。在一实施例中，如果附件连接到推进总线60，则附件可以额定为以至少等于最高电压部件(源、能量存储***或车辆电池)的电压操作。
在降压充电模式中，操作逆变器开关使得逆变器24用作降压转换器。在升压放电模式中，操作逆变器开关使得逆变器24用作升压转换器。
为了使充电***70进入降压充电或升压放电模式，开关76(S1)断开，并且开关78(S2)和84(S3)闭合。开关72(SC1)和80(SC3)断开，开关74(SC2)和82(SC4)闭合。
下表示出了图3-6的实施例的各种操作模式，以及每个开关在每个操作模式中的切换位置：
在上表中，“高和低”表示上部逆变器开关和下部逆变器开关被激活并用于驱动电机22。“低侧”表示逆变器24的下部开关64a、64b和64c是活动的(active)并且正在***作(或者上部开关和下部开关都是活动的，其中下部开关用于主PWM脉冲，而上部开关由主PWM脉冲的互补信号脉冲，具有死区时间以防止任何击穿(shoot-through))。“高侧”表示逆变器24的上部开关62a、62b和62c是活动的并且正在***作(或者上部开关和下部开关都是活动的，其中上部开关用于主PWM脉冲，而下部开关由主PWM脉冲的互补信号脉冲，具有死区时间以防止任何击穿)。
在图7和图8所示的实施例中，充电***70包括第四开关86(S4)。开关86(S4)是可控制的，以允许诸如APM 32和冷却***26的附件在充电或放电期间由电池组34供电。这允许附件在充电和放电期间继续接收电力并正常操作。该实施例在车辆10从具有超过附件的额定电压的电压的源充电的情况下(即，在降压充电模式期间)可能是有用的。
图7和图8描绘了开关86(S4)的替代配置。可以操作附加开关86(S4)以在充电期间连接附件。此外，开关86(S4)允许附件断开连接，例如，当从较高电压源充电(降压充电)时，如果附件未额定用于这样的电压的话。
下表示出了图7和图8的实施例的各种操作模式以及相关联的开关状态或开关位置：
在上表中，“高和低”表示上部逆变器开关和下部逆变器开关被激活并用于驱动电机22。“低侧”表示逆变器24的下部开关64a、64b和64c是活动的并且正在***作(或者上部开关和下部开关都是活动的，其中下部开关用于主PWM脉冲，而上部开关由主PWM脉冲的互补信号脉冲，具有死区时间以防止任何击穿)。“高侧”表示逆变器24的上部开关62a、62b和62c是活动的并且正在***作(或者上部开关和下部开关都是活动的，其中上部开关用于主PWM脉冲，而下部开关由主PWM脉冲的互补信号脉冲，具有死区时间以防止任何击穿)。
附加的诊断和保护功能可以结合到控制器44中，以确保使用现有传感器和各种控制器之间的串行通信信道在所请求的功率、电压和电流水平下进行最有效的充电。
图9示出了控制推进***以及控制车辆电池***与能量存储***之间的电荷转移的方法100的实施例。方法100的各方面可以由设置在车辆中的一个或多个处理器(诸如控制器44)来执行。结合其中控制器44是单独控制器的示例来描述方法100，然而方法100不限于此，因为该方法可以由任何合适的处理装置或***或处理装置的组合来执行。
方法100包括由框101-106表示的多个步骤或阶段。方法100不限于其中的步骤的数量或顺序，因为由框101-106表示的一些步骤可以以与下面描述的顺序不同的顺序执行，或者可以执行少于所有步骤的步骤。
在框101处，控制器44监测电池***40和/或其他车辆***，并且确定是否期望从电源(例如，DCFC充电站)对电池组34充电，或者放电以便对外部能量存储***(例如，另一车辆的电池***)充电。该确定可以基于接收请求(例如，经由与车辆10的用户交互或来自第二车辆或其他远程实体的请求)，或者通过监测电池***30。如果控制器不确定需要充电或放电，则控制器44继续监测电池***40和/或其他车辆***。
在框102处，如果需要充电或放电，则将电源或外部能量存储***(例如，经由充电电缆)连接到充电端口46。读取电源或外部能量存储***的电压。控制器44可以确定各种充电参数，诸如源或能量存储***电压、最大可允许充电电流和期望充电能量。控制器44比较电池电压(以及可选地一个或多个附件的额定电压)。
在框103处，控制器44基于比较来确定是否期望电压增大或减小。如果不是，则控制器44继续比较一个或多个附件的电池电压和/或额定电压。
在框104处，如果期望充电，则控制器44将充电***70置于升压充电模式或降压充电模式，这取决于电源是否具有比电池电压更高或更低的电压。如果需要放电，则控制器44将充电***70置于升压放电模式或降压放电模式，这取决于外部能量存储***是否具有比电池电压更高或更低的电压。如本文所述，通过控制各种开关将充电***置于期望模式。
在框105处，控制器44控制充电***70和开关，以将逆变器24和电动机22作为升压转换电路或降压转换电路操作。控制器基于充电模式应用所选开关的交错PWM。如果充电***70连接到多个电机相，则根据停止的转子位置来选择该组逆变器开关。
在框106处，将源或外部能量存储***与充电端口46断开。控制器44通过控制如本文所讨论的开关来将车辆10转变回推进模式(或关断模式)。
图10示出了可以执行本文描述的实施例的各个方面的计算机***140的实施例的各方面。计算机***140包括至少一个处理装置142，其通常包括用于执行本文所述的图像获取和分析方法的各方面的一个或多个处理器。
计算机***140的部件包括处理装置142(诸如一个或多个处理器或处理单元)、存储器144和总线146，总线146将包括***存储器144的各种***部件联接到处理装置142。***存储器144可以是非暂时性计算机可读介质，并且可以包括各种计算机***可读介质。这样的介质可以是可由处理装置142访问的任何可用介质，并且包括易失性和非易失性介质以及可移除和不可移除介质。
例如，***存储器144包括诸如硬盘驱动器的非易失性存储器148，并且还可以包括诸如随机存取存储器(RAM)和/或高速缓存存储器的易失性存储器150。计算机***140还可以包括其他可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机***存储介质。
***存储器144可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有被配置为执行本文描述的实施例的功能的一组(例如，至少一个)程序模块。例如，***存储器144存储通常执行本文描述的实施例的功能和/或方法的各种程序模块。可以包括用于执行与监测推进***相关的功能的模块152，并且可以包括用于执行与如本文所述的在充电模式之间切换和控制推进***的各方面相关的功能的模块154。***140不限于此，因为可以包括其他模块。如本文所使用的，术语“模块”是指处理电路，其可以包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其他合适的部件。
处理装置142还可以与一个或多个外部设备156通信，外部设备156作为键盘、指示装置和/或使得处理装置142能够与一个或多个其他计算装置通信的任何装置(例如，网卡、调制解调器等)。与各种装置的通信可以经由输入/输出(I/O)接口164和165发生。
处理装置142还可以经由网络适配器168与诸如局域网(LAN)、通用广域网(WAN)、总线网络和/或公共网络(例如，互联网)的一个或多个网络166通信。应当理解，尽管未示出，但是其他硬件和/或软件部件可以与计算机***40结合使用。示例包括但不限于：微代码、装置驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动器阵列、RAID***和数据存档存储***等。
术语“一”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所引用的项目。除非上下文另有明确说明，否则术语“或”意指“和/或”。在整个说明书中对“方面”的引用意味着结合该方面描述的特定元素(例如，特征、结构、步骤或特性)包括在本文描述的至少一个方面中，并且可以存在或可以不存在于其他方面中。另外，应当理解，所描述的元件可以在各个方面中以任何合适的方式组合。
当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”时，它可以直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。
除非本文中有相反的说明，否则所有测试标准都是截至本申请的提交日期生效的最新标准，或者如果要求优先权，则是其中出现测试标准的最早优先权申请的提交日期。
除非另有定义，否则本文使用的技术和科学术语具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。
虽然已经参考示例性实施例描述了上述公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物代替其元件。此外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种车辆的充电***，包括：
所述车辆的推进***的逆变器，所述逆变器连接到车辆的电动机和电池***；
开关组件，所述开关组件包括多个开关；以及
控制器，所述控制器被配置为控制所述开关组件以将所述逆变器和所述电动机连接到所述车辆的充电端口，并且通过经由所述开关组件选择性地将所述充电端口连接到所述逆变器或所述电动机并且选择性地将所述电池***连接到所述电动机来限定转换电路，所述转换电路包括一个或多个逆变器开关和所述电动机，其中：
控制器被配置为操作转换电路以调节以下中的至少一个：用于从电源对电池***充电的输入电压，以及用于使电池***放电以对外部能量存储***充电的输出电压。
2.根据权利要求1所述的充电***，其中所述控制器被配置为调节所述输入电压以使所述输入电压符合所述电池***的电池电压，并且调节所述输出电压以使所述输出电压符合所述外部能量存储***的电压。
3.根据权利要求1所述的充电***，其中，所述控制器被配置为通过控制一组下部逆变器开关来将所述转换电路操作为升压电路，并且通过控制一组上部逆变器开关来将所述转换电路操作为降压转换器。
4.根据权利要求1所述的充电***，其中所述电池***和所述逆变器并联连接到推进总线，所述开关组件包括被配置成将正电荷端口端子选择性地连接到所述推进总线的正电荷端口开关和被配置成将负电荷端口端子选择性地连接到所述推进总线的负电荷端口开关、被配置成将所述正电荷端口端子选择性地连接到所述电动机的第一开关、被配置成将所述正电荷端口端子选择性地连接到所述逆变器的第二开关，以及被配置为选择性地将所述电池***连接到所述电动机的第三开关，并且所述控制器被配置为控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关中的一个或多个以将所述充电***置于选定的充电模式。
5.根据权利要求4所述的充电***，其中，所述控制器被配置为将所述充电***置于第一充电状态，在所述第一充电状态中，所述正电荷端口开关断开，所述负电荷端口开关闭合，所述第一开关闭合，所述第二开关断开，并且所述第三开关断开，所述控制器被配置为在以下中的至少一个中控制所述充电***：
通过将所述转换电路作为升压转换器来操作的升压充电模式；以及
通过将所述转换电路作为降压转换器来操作的降压放电模式。
6.根据权利要求4所述的充电***，其中，所述控制器被配置为将所述充电***置于第二充电状态，在所述第二充电状态中，所述正电荷端口开关断开，所述负电荷端口开关闭合，所述第一开关断开，所述第二开关闭合，并且所述第三开关闭合，所述控制器被配置为在以下中的至少一个中控制所述充电***：
通过将所述转换电路作为降压转换器来操作的降压充电模式；以及
通过将所述转换电路作为升压转换器来操作的升压放电模式。
7.根据权利要求4所述的充电***，其中所述车辆包括至少一个附件，所述至少一个附件与所述逆变器和所述电池***并联连接到所述推进总线。
8.根据权利要求7所述的充电***，其中，所述控制器被配置为控制所述开关组件以通过第四开关将所述至少一个附件连接到所述电池***，并且在充电和放电中的至少一个期间向所述至少一个附件供电。
9.一种控制车辆的充电***的方法，包括：
从电源接收对所述车辆的电池***充电的请求，或者将所述电池***放电以对外部能量存储***充电的请求，所述车辆包括推进***，所述推进***具有连接到电动机和所述车辆的所述电池***的逆变器；
确定充电参数，所述充电参数包括电池***电压以及所述电源或外部能量存储***的电压；
控制包括多个开关的开关组件，以将所述逆变器和所述电动机连接到所述车辆的充电端口，并且通过经由所述开关组件选择性地将所述充电端口连接到所述逆变器或所述电动机以及选择性地将所述电池***连接到所述电动机来限定包括一个或多个逆变器开关和所述电动机的转换电路；以及
操作所述转换电路以调节用于从所述电源对所述电池***充电的输入电压，或用于使所述电池***放电以对所述外部能量存储***充电的输出电压。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述电池***和所述逆变器并联连接到推进总线，所述开关组件包括被配置成将正电荷端口端子选择性地连接到所述推进总线的正电荷端口开关和被配置成将负电荷端口端子选择性地连接到所述推进总线的负电荷端口开关、被配置成将所述正电荷端口端子选择性地连接到所述电动机的第一开关、被配置成将所述正电荷端口端子选择性地连接到所述逆变器的第二开关，以及被配置为选择性地将所述电池***连接到所述电动机的第三开关，并且控制所述开关组件包括控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关中的一个或多个以将所述充电***置于选定的充电模式。
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