專利名稱：雙充電器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于促進(jìn)對電池充電的充電器，例如但不限于交通工具中存在的、用由交通工具外的源提供的能量對交通工具電池充電的充電器類型。2.
背景技術(shù)：
以其他方式為電動機(jī)提供某等級的交通工具推進(jìn)力的混合電動交通工具、電動交通工具和其他類型的交通工具或設(shè)備可包括電池，以獲得給電動機(jī)供電所需要的電能。在一些情況下，電池可以用由交通工具外的源提供的能量充電，如用通過墻上插座、充電站、 電動交通工具供電設(shè)備(EVSE)等提供的能量充電。因為電池需要將由交通工具外的源提供的能量在它可用于對電池充電之前進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以需要一種充電器系統(tǒng)以準(zhǔn)備源能用于對電池充電。附圖簡要說明本發(fā)明特別在所附權(quán)利要求中被指出。然而，通過結(jié)合附圖參考以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他特征將變得更加明顯，并且本發(fā)明將被最好地理解，在附圖中

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面的雙充電器系統(tǒng)；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面的直接連接布置；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面的級聯(lián)連接布置；圖4-7示出根據(jù)本發(fā)明的非限制性方面的交通工具信息通信；以及圖8示出根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面用于調(diào)節(jié)雙充電器系統(tǒng)的充電的方法的流程圖。詳細(xì)說明圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面的雙充電器系統(tǒng)10。系統(tǒng)10被示出包括并聯(lián)連接到交通工具(未示出)內(nèi)所包括的電池16的第一充電器12和第二充電器14。 第一和第二充電器12、14可包括正極和負(fù)極輸出，其通常經(jīng)由正極和負(fù)極連接電纜20、22 連接到電池的正極和負(fù)極。第一和第二充電器12、14可包括到交通工具中所包括的插座的輸入，用于連接到墻上插座或其他電動交通工具供電設(shè)備(EVSE)M的電纜線可連接到該輸入，以在能量被用來給電池16充電之前，向第一和第二充電器12、14提供能量用于操縱。雖然第一和第二充電器12、14被示出通常連接到連接電纜20、22，但是任何數(shù)量的其他配置可被用來將充電器12、14并聯(lián)連接到電池16。這個示例性連接配置不意味著不必要地限制本發(fā)明的范圍和預(yù)期。本發(fā)明主要描述關(guān)于向第一和第二充電器12、14的每個提供交流能量的EVSEM，交流能量然后通過第一和第二充電器12、14轉(zhuǎn)換為足以給電池 16充電的直流能量。這樣做也是為了示例性目的，而沒有打算不必要地限制本發(fā)明的范圍和預(yù)期，因為本發(fā)明充分地考慮若干配置用于為在給電池16充電中使用的充電器12、14提供交流或直流能量。雙充電器系統(tǒng)10允許更短的充電時間，因為一個充電器不負(fù)責(zé)滿足所有目前的需求，并且如果目前的需求高，則使用兩個充電器12、14滿足相應(yīng)的需求可能比單個充電
5器布置快，因為目前的需求增加可以分布在兩個充電器12、14上。如果未來充電的需求更大，則雙充電器系統(tǒng)10可被修正以包括額外的充電器(例如，并聯(lián)連接的三個、四個或更多充電器)?？蛇x地，第一和第二充電器12、14可以是相同的(相同的硬件、軟件、零件編號、 CAN數(shù)據(jù)庫等)，以簡化制造以及終端客戶組件。第一和第二充電器12、14可以可操作直接地處理握手信號，如SAE J1772中所定義的控制引導(dǎo)和臨近檢測，如通過將一個充電器的指令集合復(fù)制或傳遞到另一個?？蛇x地，從負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各種交通工具系統(tǒng)和子系統(tǒng)的行動的交通工具控制模塊或其他交通工具為基礎(chǔ)的控制器或模塊的視點來看，雙充電器系統(tǒng)10可作為單個單元出現(xiàn)，即猶如第一和第二充電器12、14出現(xiàn)在交通工具總線(未示出)上并且對于其他交通工具控制作為單個充電器。在這種方式下，交通工具可以發(fā)送單個命令到充電系統(tǒng)10，并期望返回單組狀態(tài)，其可以被用來從交通工具卸下控制兩個獨立充電器12、14的負(fù)擔(dān)，并根據(jù)改變線束從一到兩個充電器來修正系統(tǒng)。單個充電器的出現(xiàn)可有助于擔(dān)當(dāng)主導(dǎo)角色的一個充電器12，并執(zhí)行充電系統(tǒng)10 的負(fù)載平衡，而另一充電器14充當(dāng)從動角色。這需要確定一個或兩個充電器12、14是否被要求產(chǎn)生來自交通工具的所請求的輸出。如果只有一個充電器12、14被要求滿足所請求的輸出，即給電池16充電所期望的充電電壓和充電電流，則主導(dǎo)充電器可以在本身和第二充電器之間隨機(jī)地選擇，以處理任務(wù)。通過使用單個充電器，它提高了系統(tǒng)10的效率，并且通過在兩個充電器12、14之間隨機(jī)地選擇，系統(tǒng)10的使用壽命可通過將利用率均等地分布在兩個充電器上來延長。如果兩個充電器12、14都被要求滿足所請求的輸出需求，則主導(dǎo)充電器12可執(zhí)行負(fù)載平衡以使負(fù)載分布在兩個充電器12、14之間。本質(zhì)上，可以將兩個充電器12、14的輸出電壓設(shè)置為所請求的值，并設(shè)置每個充電器12、14以提供所請求的電流的一半。充電器 12的一個可被放置在限壓模式下，而另一充電器14可被放置在限流模式下，此后，補(bǔ)償另一充電器12的輸出變化。在這種方式下，來自一個充電器14的電壓可以是未調(diào)節(jié)的，而來自充電器12的電壓可以被調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償未調(diào)節(jié)電壓中的變化。可以采用類似的電流控制策略，以便來自一個充電器12的電流輸出是未調(diào)節(jié)的，而來自另一充電器14的電流根據(jù)其被調(diào)節(jié)。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面的第一和第二充電器12、14的直接連接布置30。系統(tǒng)30被示出具有直接地連接到交通工具總線32的第一和第二充電器12、14。 交通工具總線32中出現(xiàn)的硬件輸入和輸出(I/O)提供哪個充電器12、14可以是主導(dǎo)充電器以及哪個充電器可以是從動充電器的指示。這些輸入可在加電時檢查，并且它們的狀態(tài)可被用來配置充電器12、14可基于其定義的角色發(fā)送和接收的CAN消息組。同樣，在這種類型的系統(tǒng)30中，來自電纜線的控制引導(dǎo)和臨近信號34可由交通工具中的一些其他模塊處理。在多個充電器E⑶控制系統(tǒng)中，S卩，其中每個充電器12、14包括E⑶，兩個充電器 12、14的角色可通過導(dǎo)線中的硬件信號(如所示的主導(dǎo)信號和從動信號)確定。這可以通過一個或多個數(shù)字輸入(例如，高=主導(dǎo)，低=從動)完成。一個輸入值可以被定義為用于主導(dǎo)，而所有其他的輸入值組合可被定義為用于從動。主導(dǎo)充電器12可負(fù)責(zé)處理來自交通工具的輸出請求并發(fā)送特殊的從動充電器命令消息到第二從動充電器14以便對其進(jìn)行控制。然后，它可能必須接收從動充電器的狀態(tài)，并將其與自己的狀態(tài)結(jié)合，并將單個充電系統(tǒng)狀態(tài)消息發(fā)送回交通工具。當(dāng)從動充電器命令和狀態(tài)消息可出現(xiàn)在交通工具總線30上時，它們可用于充電器之間的通信并被交通工具的其他部分忽略。與許多交通工具電子控制模塊一樣，通過交通工具總線30重新編程該單元的能力以及這些單元中的診斷問題對服務(wù)而言是非常重要的。每個充電器12、14可被定義具有一組獨特的診斷ID，允許每個充電器12、14單獨地針對故障排除和重新編程。高壓聯(lián)鎖 (HVIL)信號38被示出在交通工具總線30、第一充電器12和第二充電器14之間行進(jìn)。HVIL 信號38可以是在每個設(shè)備之間不斷行進(jìn)的脈沖序列，并用于檢測導(dǎo)致脈沖序列的中斷的錯誤或其他破壞。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面的第一和第二充電器12、14的級聯(lián)連接布置44。在這種布置44中，只有第一充電器(主導(dǎo)充電器)12直接連接到交通工具總線 30，第二充電器(從動充電器)14通過第二 CAN通道46 “菊鏈(daisy chained) ”到第一充電器12。這種連接方案導(dǎo)致第一充電器12作為第二充電器14的入口，而第二充電器14沒有必要意識到第一充電器12的存在。第二充電器14可作為獨立充電器，除了其控制引導(dǎo)和臨近檢測信號34可被CAN信號覆蓋的情況，因為這些信號可以物理上不連接到多個充電
ο在級聯(lián)控制系統(tǒng)44中，主導(dǎo)充電器12可作為獨立充電器12，直到它在其CAN B總線上檢測到來自第二充電器14的通信。當(dāng)這種情況發(fā)生時，第一充電器可變?yōu)橹鲗?dǎo)。第二充電器14可以變?yōu)閺膭?，并且本質(zhì)上與當(dāng)直接連接到交通工具時的單個充電器極為相同地操作。對于充電控制，可假定，交通工具可發(fā)送單個命令($50)到被認(rèn)為是單個充電器的地方，并期待單個狀態(tài)響應(yīng)($51)返回，全部通過CAN A，如圖4所示。默認(rèn)情況下，所有充電器都可操作在“從動”模式下，僅接收命令($50)并返回狀態(tài)($51)。每個充電器可總是使其的CAN B設(shè)置成接收相同的狀態(tài)消息($51)，以便檢測第二充電器14是否存在。如果充電器12、14在其CAN B上接收到狀態(tài)消息($51)，那么它可確定第二“從動”充電器14存在，并且它應(yīng)擔(dān)當(dāng)“主導(dǎo)”的角色并開始所需要的負(fù)載平衡。 要做到這一點，它可在CAN A上從交通工具接收命令($51)并確定它可處理的請求的哪一部分，并通過CAN B使用“克隆”命令消息($50)發(fā)送其他部分，從動充電器可僅解釋該消息為來自交通工具的命令，沒有意識到在該系統(tǒng)中甚至有主導(dǎo)充電器。主導(dǎo)充電器也可采用其在CAN B上接收的從動充電器的狀態(tài)響應(yīng)($51)并且將其中的信息與其自身相結(jié)合，然后通過CANA發(fā)送累積狀態(tài)消息($51)到交通工具。如果在某定義的超時期限內(nèi)主導(dǎo)充電器12在任何點處在CAN B上停止接收從動充電器的狀態(tài)消息 ($51)，則它可以簡單地默認(rèn)回到正常模式，猶如它是存在的唯一充電器。因為控制引導(dǎo)和臨近檢測信號34由于設(shè)計不能被簡單地分裂到兩個充電器，主導(dǎo)充電器12可能需要封裝兩個信號狀態(tài)并在CAN B上通過特殊消息(例如，ID$40)發(fā)送它們，該消息告訴從動充電器14忽略實際的物理信號(不會連接)，而相反使用所提供的值。一旦接收到此消息，從動 14可以用來自can消息的所提供的狀態(tài)值替代真實的物理信號值，并可使用所提供的交流電流限制取代從控制引導(dǎo)信號34解碼的實際限制。兩個充電器12、14可被配置成接收兩個物理診斷ID。一個可用于從主導(dǎo)充電器請求信息，而第二個可用于通過主導(dǎo)充電器12發(fā)送請求并到從動充電器14。例如，假設(shè)對于主導(dǎo)充電器，診斷ID是$601用于請求而$641用于響應(yīng)，而對于從動，它們分別是 $602/$642，如果技術(shù)人員向主導(dǎo)充電器請求診斷信息，則他們會使用ID$601發(fā)送診斷請求，并使用ID$641期待響應(yīng)，如圖5所示。在這種情況下，主導(dǎo)充電器會處理執(zhí)行所請求的行為。如果技術(shù)人員向一個兩充電器系統(tǒng)中的從動充電器14請求診斷信息，那么他們可以使用ID$602發(fā)送診斷請求，并使用ID$642期待響應(yīng)。在這種情況下，主導(dǎo)充電器12會經(jīng)由CAN B，通過發(fā)送“克隆” $601請求，僅將診斷請求傳遞到從動充電器14，如圖6所示。 從動充電器14然后將執(zhí)行該行為，并返回響應(yīng)$641，主導(dǎo)充電器12然后使用ID$642通過 CAN A將該響應(yīng)回傳系統(tǒng)。對于全局診斷請求(例如ID$101)的情況，主導(dǎo)充電器可首先通過CAN B將請求順遞到從動充電器，然后執(zhí)行所請求的行為，以及然后發(fā)送它自己的響應(yīng)($641)，以及然后順遞來自從動充電器的響應(yīng)($642)，如圖7所示。這種設(shè)計應(yīng)考慮到兩個充電器12、14的簡單重新刷新，這通過允許技術(shù)人員使用主導(dǎo)充電器的物理ID$601僅執(zhí)行與主導(dǎo)充電器的一個重新編程對話，以及然后使用從動充電器的物理10($60幻關(guān)于從動充電器完整重復(fù)一次該過程。對于從動充電器重新編程，主導(dǎo)節(jié)點可簡單地采用來自CAN A的診斷要求 ($602)，并使它們改道到CAN B，使用ID$601發(fā)送到從動充電器。然后，可采用在CAN B上接收的來自從動充電器的響應(yīng)($641)，并使用ID$642將它們改道發(fā)送到CAN A上。下面是表示CAN消息的表，其可能需要基于有關(guān)圖3所示的級聯(lián)連接布置所列的簡化示例消息來配置。
配置
_ CANA CANB
權(quán)利要求
1.一種用于使用由交通工具外的交流源提供的能量對所述交通工具內(nèi)的電池充電的雙充電器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一充電器，其可操作地連接到所述交流源，所述第一充電器可操作為用第一直流電壓和第一直流電流對所述電池充電；以及第二充電器，其可操作地連接到所述交流源并與所述第一充電器并聯(lián)，所述第二充電器可操作為用第二直流電壓和第二直流電流對所述電池充電。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一充電器還可操作為根據(jù)由所述第一直流電壓和所述第二直流電壓的組合設(shè)置的凈電壓與為對所述電池充電所期望的充電電壓之間的差，來改變所述第一直流電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述第一充電器還可操作為當(dāng)所述凈電壓增加時， 減少所述第一直流電壓，以及當(dāng)所述凈電壓減少時，增加所述第一直流電壓，其中，所述第一充電器還可操作為按與所述凈電壓和所述充電電壓之間的差的比例來增加和減少所述第一直流電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第二充電器還可操作為根據(jù)由所述第一直流電流和所述第二直流電流的組合設(shè)置的凈電流與為對所述電池充電所期望的充電電流之間的差，來改變所述第二直流電流。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述第二充電器還可操作為當(dāng)所述凈電流增加時， 減少所述第二直流電流，以及當(dāng)所述凈電流減少時，增加所述第二直流電流，其中，所述第二充電器還可操作為按與所述凈電流和所述充電電流之間的差的比例來增加和減少所述第二直流電流。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，充電電壓和充電電流被期望用于對所述電池充電， 并且其中(i)所述第一充電器的第一電壓限制被設(shè)置為大約等于所述充電電壓的電壓，所述第一充電器被防止輸出高于所述第一電壓限制的所述第一直流電壓；( )所述第二充電器的第二電壓限制被設(shè)置為大于所述充電電壓的電壓，所述第二充電器被防止輸出高于所述第二電壓限制的所述第二直流電壓；(iii)所述第一充電器的第一電流限制被設(shè)置為大于所述充電電流的一半的電流，所述第一充電器被防止輸出高于所述第一電流限制的所述第一直流電流；(iv)所述第二充電器的第二電流限制被設(shè)置為不大于所述充電電流的一半的電流，所述第二充電器被防止輸出高于所述第二電流限制的所述第二直流電流。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一充電器和所述第二充電器的每個連接到被連接于所述電池的正極的正電纜和被連接于所述電池的負(fù)極的負(fù)電纜，以便所述第一充電器和所述第二充電器并聯(lián)。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一充電器和所述第二充電器每個還可操作為通過電動交通工具供電設(shè)備(EVSE)從所述交流源接收能量。
9.一種調(diào)節(jié)彼此并聯(lián)連接的第一充電器和第二充電器的輸出的方法，所述第一充電器和所述第二充電器可操作為對交通工具內(nèi)所包括的電池充電，所述方法包括確定對所述電池充電所需要的充電電壓和充電電流；如果所述第一充電器和所述第二充電器都被要求提供所述充電電壓和所述充電電流，則執(zhí)行以下的操作(i)命令所述第一充電器輸出大致上等于為給所述電池充電所期望的所述充電電壓的第一電壓；( )命令所述第二充電器輸出大于所述充電電壓的第二電壓；(iii)命令所述第一充電器輸出第一電流；以及(iv)命令所述第二充電器輸出大致上等于所述第一電流和所述充電電流之間的差的第二電流。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括(i)如果結(jié)合的所述第一電壓和所述第二電壓比所述充電電壓大第一量，則只命令所述第一充電器將所述第一電壓減少與所述第一量成比例的量；以及( )如果結(jié)合的所述第一電壓和所述第二電壓比所述充電電壓小第二量，則只命令所述第一充電器將所述第一電壓增加與所述第二量成比例的量。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括(i)如果結(jié)合的所述第一電流和所述第二電流比所述充電電流大第一量，則只命令所述第二充電器將所述第二電流減少與所述第一量成比例的量；以及( )如果結(jié)合的所述第一電流和所述第二電流比所述充電電流小第二量，則只命令所述第二充電器將所述第二電流增加與所述第二量成比例的量。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括命令所述第一充電器提供大致上等于所述充電電流的一半的所述第一電流。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括如果所述第一充電器和所述第二充電器中的單個充電器能夠提供所述充電電壓和所述充電電流，則命令所述第一充電器和所述第二充電器中的隨機(jī)地選擇的一個來提供所述充電電壓和所述充電電流。
14.一種用于通過來自源的能量對電池充電的雙充電器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一充電器，其可操作地連接到所述源，所述第一充電器可操作為用第一電壓和第一電流對所述電池充電；以及第二充電器，其可操作地連接到所述源并與所述第一充電器并聯(lián)，所述第二充電器可操作為用第二電壓和第二電流對所述電池充電。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述第二充電器被指示輸出大于所述第一電壓的所述第二電壓。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述第一充電器被指示輸出不大于為對所述電池充電所期望的充電電流的一半的所述第一電流。
17.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述第二充電器被指示輸出大約等于所述第一電流和所述充電電流之間的差的所述第二電流。
18.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，如果所述第一充電器和所述第二充電器中的一個能夠提供足以滿足為對所述電池充電所期望的充電電壓和充電電流的電壓和電流，則停用所述第一充電器和所述第二充電器的另一個。
19.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述第一充電器和所述第二充電器的每個都在交通工具內(nèi)，并且通常連接到可操作為通過電動交通工具供電設(shè)備(EVSE)接收能量的交通工具的插座。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述第一充電器和所述第二充電器可操作為將交流能量轉(zhuǎn)換成直流能量，以便所述第一電壓和所述第二電壓與所述第一電流和所述第二電流的每個都是直流的。
全文摘要
公開了一種雙充電器系統(tǒng)，其可操作為促進(jìn)用由并聯(lián)連接到電池的兩個充電器調(diào)節(jié)的能量對電池充電，其中，一個充電器根據(jù)電壓調(diào)節(jié)模式操作，而兩個充電器的另一個根據(jù)電流調(diào)節(jié)模式操作。
文檔編號H02J7/00GK102377213SQ201110224880
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者托馬斯·奧布萊恩, 斯蒂芬·漢弗萊, 本杰明·D·斯威特, 理查德·哈姆珀, 瑞恩·比勒 申請人:李爾公司