[發明專利]用于對電動車輛充電的設備和方法

有效

• 申請號: 201110381828.2
• 申請日: 2011-11-07
• 公開（公告）號: CN102452325A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: R·S·庫施;R·D·金;R·L·施泰格瓦爾德
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B60L11/18
• 分類號: B60L11/18;H01M10/44
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張金金;蔣駿

技術領域

本發明實施例大體上涉及包括混合動力和電動車輛的電力驅動系統并且更具體地涉及使用多端口能量管理系統對電動車輛充電。

背景技術

混合電動車輛可組合內燃機和由例如牽引用蓄電池等能量存儲裝置供電的電動馬達以推進車輛。這樣的組合可通過使燃燒發動機和電動馬達能夠各自在相應增加的效率范圍中操作而增加整體燃料效率。例如電動馬達可在從原地啟動加速時是高效的，而燃燒發動機(ICE)可在例如公路駕駛等恒定發動機操作的持續時期期間是高效的。具有電動馬達以促進初始加速允許混合動力車輛中的燃燒發動機更小并且更節省燃料。

純電動車輛使用存儲的電能來向電動馬達供電，電動馬達推進車輛并且還可操作輔助驅動裝置。純電動車輛可使用存儲的電能的一個或多個來源。例如，存儲的電能的第一來源可用于提供更持久的能量(例如低電壓蓄電池)而存儲的電能的第二來源可用于提供更高功率的能量用于例如加速(例如高電壓蓄電池或超電容器)。

無論是混合電動類型或純電動類型的插入式電動車輛配置成使用來自外部來源的電能對能量存儲裝置再充電。這樣的車輛可包括道路用和非道路用車輛、高爾夫車、短距離電動車輛、叉車和公用載重汽車作為示例。這些車輛可使用車外固定蓄電池充電器或車載蓄電池充電器或車外固定蓄電池充電器和車載蓄電池充電器的組合以從公用電網或可再生能源向車輛的車載牽引用蓄電池轉移電能。插入式車輛可包括電路和連接以便于牽引用蓄電池從例如公用電網或其他外部來源再充電。。

蓄電池充電器是電動車輛(EV)的發展中的重要部件。歷史上已知對于EV應用的兩種類型的充電器。一種是獨立型的，其中功能性和風格可以比作加油站以進行快速充電。另一種是車外型的，其將用于從常規家用插座的較慢的C率充電。EV典型地包括例如低壓蓄電池(例如用于航程和巡航)、高壓蓄電池(例如用于推動和加速)和超電容器(例如用于推動和加速)等能量存儲裝置。因為這些能量存儲裝置在不同的電壓下運行并且互不相同地充電，典型地，每個存儲裝置包括它自身獨有的充電系統。這可以導致多個部件和充電系統，因為存儲裝置典型地不能夠使用用于其他存儲裝置的充電系統來充電。也就是說，用于對低壓蓄電池充電的充電系統典型地不能夠用于對超電容器或高壓蓄電池充電。

當考慮在一些應用中使用“加油站”型的充電系統對存儲裝置快速充電是可取的，而在其他應用中使用常規家用插座對存儲裝置慢充電是可取的時，效果(即，許多裝置)大體上被混合。從而，為了提供對于多個能量存儲裝置類型的充電能力和使用快充或慢充系統，若干充電類型可能是必須的以便提供期望的功能性的全部。因為每個充電類型相應地包括電部件的系統，整個系統的可靠性可能被折損，因為可能使用大量的部件以便提供該功能性。并且，盡管電氣和電子部件可以尺寸化使得電應力水平是低的，相對高的占空比也可以顯著影響可靠性。

因此提供設備以減小電部件的總數量同時提供靈活性以對EV充電，這將是可取的。

發明內容

根據本發明的一個方面，能量存儲管理系統(ESMS)包括一個或多個耦合于動力傳動系統(drivetrain)并且配置成存儲DC能量的能量存儲裝置、具有多個能量端口的功率電子轉換系統，該功率電子轉換系統包括多個DC電轉換器，每個DC電轉換器配置成提升和降低DC電壓，其中多個能量端口的每個能耦合于一個或多個能量存儲裝置的每個并且多個能量端口的每個能耦合于充電系統。EV包括控制器，其配置成確定每個能量端口(其具有與其耦合的能量存儲裝置或DC充電系統)的電壓并且電連接第一能量端口與能量端口中的至少兩個中的第二能量端口使得DC電轉換器中的至少一個基于每個能量端口的確定的電壓提升或降低輸入DC電壓。

根據本發明的另一個方面，制造能量存儲和管理系統(ESMS)的方法包括：將一個或多個能量存儲裝置耦合于車輛動力系統；制造具有多個降壓-升壓轉換器(buck-boost?converter)的充電裝置；將該充電裝置附連到車輛，該充電裝置包括多個能量端口，這些多個能量端口的每個能耦合于一個或多個能量存儲裝置的每個；感測多個能量端口的每個兩端的電壓；基于感測的電壓確定能量存儲裝置和充電系統是否耦合于多個能量端口中的任一個；和通過選擇性地引導電流流過多個降壓-升壓轉換器中的一個或多個來電連接該充電系統與多個具有能量存儲裝置的能量端口中的任一個。