專利名稱：對電動裝置進行充電或放電的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例總體上涉及ー種用于對車輛中的電動裝置進行充電或放電的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
電能可作為ー種機制來驅(qū)動混合動カ車輛和/或電動車輛。為了提供充足的功率以驅(qū)動車輛，可以將高電壓功率用于驅(qū)動這些車輛中的ー個或多個電機。已知的是，當車輛停止運行(shut down)或處于其他狀態(tài)時,可能需要釋放存儲在各種電容器中的高電壓能量。傳統(tǒng)的放電方法包括主動放電和被動放電，以去除存儲的HV能量。在主動放電中，將車輛的電機內(nèi)的線圈用于釋放能量。在被動放電中，將電阻器(即，泄流電阻器(bleedingresistor))用于釋放能量。 為了在車輛處于運行模式時降低能量損失，可以期望選擇大電阻的電阻器。然而，為了在被動放電中快速地釋放能量，可期望小電阻的電阻器。通過選擇小電阻的電阻器以滿足快速被動放電，這樣的情況可能對車輛節(jié)能造成負面的影響。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，提供了一種用于對車輛中的電動裝置進行充電和放電的設(shè)備。該設(shè)備包括開關(guān)、第一電源和第二電源、以及第一接觸器和第二接觸器。第一電源被構(gòu)造為提供低電壓。開關(guān)被構(gòu)造為啟用/停用第一電源。第二電源被構(gòu)造為提供用于對電動裝置進行充電的高電壓。第一接觸器可操作式地結(jié)合到第一電源并可操作式地結(jié)合到第二電源，第一接觸器被構(gòu)造為響應(yīng)于開關(guān)啟用第一電源來啟用第二電源，以提供用于對電動裝置充電的高電壓。第二接觸器可操作式地結(jié)合到第一電源并可操作式地結(jié)合到第二電源，第二接觸器響應(yīng)于開關(guān)啟用第一電源而處于斷開狀態(tài)。在另ー實施例中，提供了ー種包括第一接觸器、第二接觸器、控制器和電容器的設(shè)備。第一接觸器接收來自第一電源的低電壓和來自第二電源的高電壓。第二接觸器接收所述低電壓和所述高電壓。控制器啟用/停用所述低電壓的傳輸。電容器響應(yīng)于控制器啟用所述低電壓的傳輸來接收所述高電壓以存儲能量。在另ー實施例中，提供了一種用于對車輛中的電動裝置進行充電的方法。所述方法包括提供第一接觸器和第二接觸器，并響應(yīng)于低電壓來控制第一接觸器閉合和第二接觸器斷開。所述方法還包括響應(yīng)于控制第一接觸器閉合和第二接觸器斷開，以來自高電壓的能量對電動裝置進行充電。


在權(quán)利要求中具體地指出的本發(fā)明的實施例。然而，通過參照下面的結(jié)合附圖的詳細描述，要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)的各種實施例的其他特征將變得更明顯，并將被最好地理解，在附圖中
圖I示出了運行模式下的設(shè)備；圖2示出了放電模式下的設(shè)備；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的設(shè)備。
具體實施例方式根據(jù)要求，在此公開本發(fā)明的具體實施方式
；然而，應(yīng)該理解的是，公開的實施例僅是本發(fā)明的舉例說明，并可以以各種形式和可選的形式來實施的。示圖不一定是按比例繪制的；為了顯示具體組件的細節(jié)，可以放大或縮小一些特征。因此，這里公開的具體的結(jié)構(gòu)性和功能性的細節(jié)不應(yīng)被解釋為是在進行限制，且僅應(yīng)被解釋為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明進行不同地應(yīng)用的代表性的基礎(chǔ)。圖I示出了處于運行模式下的設(shè)備10?？梢栽诨旌蟿鹰囕v或電動車輛中實現(xiàn)設(shè)·備10。應(yīng)認識到的是，可以結(jié)合使用放電功能來對任意系統(tǒng)中的各種電動組件進行放電的·各種類型的車輛來使用如在此描述的設(shè)備和/或方法的各種變型。設(shè)備10包括高電壓電源12、接觸器14、放電電路16、充電元件18、雙向逆變器/整流器20 (下文中稱為雙向電路20)、以及電機22。通常，電源12可以包括任意數(shù)量的電池或電池單體，并被構(gòu)造為產(chǎn)生高電壓(HV)DC能量。當接觸器14閉合時，可以在電源12和電機之間通過雙向電路20來傳輸HVDC能量。雙向電路20將HVDC能量轉(zhuǎn)換為傳輸?shù)诫姍C22的線圈24a-24n (24)的AC能量。雙向電路20包括使DC能量能夠被轉(zhuǎn)換為AC能量的多個開關(guān)26a-26n (例如，每個開關(guān)可以為絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、場效應(yīng)晶體管(FET)或其他合適的電動裝置)。電機22是可以是除了內(nèi)燃機(未示出)之外的向車輛提供另外的動カ的AC電機，或者電機22是可以在發(fā)電機模式下產(chǎn)生電能的AC電機。設(shè)備10還使從電機22流回的能量返回到電源12，以對電源12進行充電。充電電路18可以被實現(xiàn)為電容器。電容器18被布置為在電源12和電機22之間緩沖HV能量。放電電路16包括開關(guān)30和放電電阻器32。運行模式通常被定義為電機22接收來自雙向電路20的AC功率的模式或電源12接收來自電機22的能量的模式。在運行模式下，車輛處于正在被驅(qū)動或已經(jīng)被起動的狀態(tài)。當期望將能量傳輸?shù)诫姍C22時，控制器(未示出)控制接觸器14閉合，并控制開關(guān)30斷開，以使能量流動到電機22。應(yīng)認識到的是，開關(guān)30可以為被構(gòu)造為斷開/閉合以在期望時使能量能夠通過其傳輸?shù)木w管、IGBT, MOSFET或其他合適的裝置。開關(guān)30在運行模式下保持開路，以防止通過電阻器32損失能量。在運行模式下，電容器18存儲從電源12產(chǎn)生的HV能量的至少一部分。電容器18將瞬態(tài)電流提供到雙向電路20，以減小HV總線上的電壓尖峰，并穩(wěn)定HV總線電壓。當期望將來自電機22的能量往回傳輸電源12時，控制器控制接觸器14再次閉合，并控制開關(guān)30斷開。圖2示出了處于放電模式下的設(shè)備10。放電模式通常的定義為使向電機22傳輸能量和從電機22傳輸能量停用的模式(例如，車輛可以停止運行)。在放電模式下，控制器控制接觸器14斷開，以防止HV能量流動到電機22和HV能量自電機22開始流動。另外，控制器控制開關(guān)30閉合，并控制跨越電阻器32釋放跨電容器18的存儲的能量。期望在放電模式中釋放存儲在電容器18上以及存儲在電機線圈24a-24n上的能量，以在操作者使用車輛的情況中確保操作者的安全。電阻器32的電阻可以很小，從而可以以快速的方式釋放來自電容器18的能量。放電電路16的與接觸器14的位置相關(guān)的布置可以允許為電阻器32選擇很小的電阻值。當設(shè)備10處于運行模式吋，因放電電路16的布置和電阻值很小的電阻器32而可以使設(shè)備10中的功耗最小化。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的設(shè)備50。設(shè)備50包括HV電源52、接觸器54、LV電路56、放電電路58、電容器60、雙向逆變器/整流器62 (下文中稱為雙向電路62)、電機64、以及控制器65。按照與參照圖I的設(shè)備10所描述的方式相似的方式，電源52通常包括任意數(shù)量的電池或電池單體，并被構(gòu)造為向電機64提供電能或存儲由電機64產(chǎn)生的能量。雙向電路62包括多個開關(guān)68a-68n(68)(諸如但不限于IGBT和FET)。多個開關(guān)68使DC能量能夠被轉(zhuǎn)換為傳遞到電極64的AC能量。多個開關(guān)68還使AC能量能夠被整流成存儲于電源52的DC能量。電容器60在電源52和電機64之間緩沖HV能量。放電電路58包括接觸器70和電阻器72。接觸器54和接觸器70均可以為機械繼電器的形式。接觸器54包括形成繼電器的開關(guān)76和線圈74。接觸器54可以被實現(xiàn)為常開繼電器。常開繼電器通常被定義為當線圈74未被激勵時開關(guān)76斷開。接觸器70包括形成繼電器的線圈78和開關(guān)80。接觸器 70可以被實現(xiàn)為常閉繼電器。常閉繼電器通常被定義為當線圈78未被激勵時開關(guān)80閉合。線圈74、78位于LV電路56上。LV電路56還包括電源82、開關(guān)84、ニ極管86和齊納ニ極管88。車輛通常被配置為以兩個電壓電平運行，S卩，HV功率電平(例如，大約150V或更高)以及LV功率電平(例如，大約12V或更高)。HV電源52、電容器60、雙向電路62、電機64、接觸器54的開關(guān)76、接觸器70的開關(guān)80、以及電阻器72通常被配置為在高功率電壓電平域內(nèi)運行。電源52可以產(chǎn)生150V或更高的電壓。通常，當控制器65控制開關(guān)84閉合時，接觸器54閉合，接觸器70斷開。響應(yīng)于此，雙向電路62將HV能量轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電機64的AC電壓，或?qū)C能量整流為HVDC能量。電源82、開關(guān)84、接觸器54的線圈74、接觸器70的線圈78、ニ極管86、齊納ニ極管88通常被配置為在低功率電壓電平域內(nèi)運行。由電源82產(chǎn)生的LV能量可以產(chǎn)生大約12V的電壓。通常由電源82來驅(qū)動諸如但不限于車輛加熱/冷卻、娛樂、鎖定、照明(內(nèi)部/外部)的各種功能。當車輛處于運行模式時，控制器65控制開關(guān)84閉合，因而使LV能量被傳輸?shù)骄€圈74和線圈78。線圈74響應(yīng)于LV能量而產(chǎn)生電磁場，這使得接觸器54的開關(guān)76閉合。按照類似的方式，線圈78響應(yīng)于LV能量而產(chǎn)生電磁場，這使得接觸器70的開關(guān)80斷開(例如，接觸器70處于常開狀態(tài)，并將當感應(yīng)于電磁場而閉合)。這樣的條件使HV能量穿過雙向電路62。從而雙向電路62將DC能量轉(zhuǎn)換為傳遞到電機64的AC能量，或?qū)碾姍C64至電源52的AC能量進行整流。通過將接觸器54和接觸器70實現(xiàn)為機械繼電器，這樣的條件可以使這樣的裝置物理地隔離，并可以最小化或防止可影響電容器60達到完全充電狀態(tài)的能力的漏電流。例如，當接觸器70斷開(例如，開關(guān)80斷開)時，通?？梢苑乐棺鳛榻佑|器54閉合的結(jié)果而產(chǎn)生的漏電流傳遞到電阻器72，因而增加了可以被傳輸?shù)诫娙萜?0的能量的量。在接觸器54和接觸器70被實現(xiàn)為固態(tài)類開關(guān)的情況下，這樣的裝置可能使不可接受的量的漏電流流過這樣的裝置，即使接觸器54或接觸器70處于斷開狀態(tài)也是如此。具體地講，通過將接觸器70實施為固態(tài)開關(guān)，接觸器70即使在斷開狀態(tài)也可能允許不期望的量的漏電流流過接觸器70。這樣的漏電流可能増加功耗，并可能對節(jié)能造成不利的影響。在放電模式(例如，車輛停止運行)下，控制器65可以控制開關(guān)84斷開，因而防止LV能量流動到線圈74和78。響應(yīng)于此,開關(guān)76斷開,并防止了能量流到達電機64 (或防止能量流從電機64傳輸?shù)诫娫?2)。另外，線圈78去激勵，使得開關(guān)80閉合。結(jié)果，通過放電電路58的開關(guān)80釋放跨電容器60存儲的能量。電阻器72可以被實現(xiàn)為具有很小的電阻，以確?？焖俚蒯尫艁碜噪娙萜?0的能量。另外，應(yīng)認識到的是，齊納ニ極管88可以幫助釋放所有的來自線圈74和78的能量。例如，齊納ニ極管88(除了利用ニ極管86增加的電壓降之外，還)可以增加更高的電壓降，這可以使更快地釋放能量(例如，P = νχι，其中，V是跨ニ極管86和齊納ニ極管88的總電壓降)。在沒有齊納ニ極管88的情況下，ニ極管86在開關(guān)84斷開之后可以提供大約O. 7V的電壓降。在這樣的情況下，ニ極管86單獨的功耗可能是很小的。這會產(chǎn)生這樣的情況，其中，需要更長的時間來消耗線圈74和78所有的能量，并使得當開關(guān)84斷開時接觸器54和接觸器70的切換動作出現(xiàn)延遲。
應(yīng)認識到的是，接觸器54在被實施為機械繼電器時可以不允許漏電流穿過電容器60 (或可以顯著地降低漏電流穿過電容器60的電勢)。這樣的條件還可以確保以很快的時間從設(shè)備50釋放存儲在電容器60上的能量。雖然已經(jīng)在上面描述了示例性實施例，但這并沒有意在以這些實施例來描述本發(fā)明的所有的可能的形式。相反，在說明書中使用的詞語是描述性的詞語而非限制性的詞語，且應(yīng)該理解的是，可以進行各種改變而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。另外，各種實施性實施例的特征可以進行組合，以形成本發(fā)明的其他的實施例。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括 第一接觸器，被配置為接收來自第一電源的低電壓和來自第二電源的高電壓； 第二接觸器，被配置為接收所述低電壓和所述高電壓； 控制器，被配置為使所述低電壓的傳輸能夠進行或不能夠進行； 電容器，被配置為響應(yīng)于由控制器對所述低電壓的傳輸促使進行，來接收所述高電壓以存儲能量。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括 開關(guān)，開關(guān)能夠操作式地結(jié)合到控制器， 其中，控制器被構(gòu)造為控制開關(guān)，以使所述低電壓的傳輸能夠進行和使所述低電壓的傳輸不能夠進行。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，第一接觸器被構(gòu)造為響應(yīng)于控制器控制開關(guān)以使所述低電壓的傳輸能夠進行，來使得第二電源能夠提供用于對電容器進行充電的所述高電壓。
4.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，第一接觸器被配置為響應(yīng)于控制器控制開關(guān)以使所述低電壓的傳輸不能夠進行，來使得第二電源不能夠提供所述高電壓。
5.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，第一接觸器包括 線圈，線圈被結(jié)合到第一電源； 第一開關(guān)，第一開關(guān)被結(jié)合到第二電源。
6.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，第二接觸器包括 線圈，線圈被結(jié)合到第一電源； 第一開關(guān)，第一開關(guān)被結(jié)合到第二電源。
7.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，第一接觸器和第二接觸器均形成使第一電源與第二電源物理隔離的機械繼電器。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，第一接觸器是常閉繼電器，第二接觸器是常開繼電器。
9.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，低電壓為大約12伏特，高電壓為大約150伏特或高于大約150伏特。
全文摘要
本發(fā)明提供一種對車輛中的電動裝置進行充電或放電的設(shè)備。該設(shè)備包括開關(guān)、第一電源和第二電源、以及第一接觸器和第二接觸器。第一電源被構(gòu)造為提供低電壓。開關(guān)被配置為啟用/停用第一電源。第二電源被配置為提供用于對電動裝置進行充電的高電壓。第一接觸器可操作式地結(jié)合到第一電源并可操作式地結(jié)合到第二電源，第一接觸器被構(gòu)造為響應(yīng)于開關(guān)啟用第一電源來啟用第二電源，以提供用于對電動裝置充電的高電壓。第二接觸器可操作式地結(jié)合到第一電源并可操作式地結(jié)合到第二電源，第二接觸器響應(yīng)于開關(guān)啟用第一電源而處于斷開狀態(tài)。
文檔編號H02J15/00GK102856985SQ201210225608
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者吳宏杰, 唐宇清 申請人:福特全球技術(shù)公司