混合车充电系统的单相锁相环和混合车的单相电源充电法技术方案

本发明专利技术涉及适于用在混合动力车充电系统中的单相锁相环和用于从单相电源给混合动力车充电的方法。具体地，提供了用于给电动车或混合动力车充电的设备。特别地，提供了用于从单相标准（在美国为１１０伏、单相、６０Ｈｚ）给混合动力车充电的设备。在一个实施例中，单相锁相环（ＰＬＬ）接收单相电网电压，并将其延迟四分之一周期，以产生正交的、假想第二电力信号。然后这些信号被应用至ＰＬＬ内的变换矩阵，以将输出信号锁相至引入的电网电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总地涉及电动车辆以及混合动力车辆，尤其涉及用于电动车辆以及混合动 力车辆的充电系统，更具体地，涉及适于使用在电动车辆或者混合动力车辆的充电系统中 的单相锁相环。
技术介绍
当前可作为商品获得的混合动力车辆通常为双模式类型，其具有驱动发电机以给 电池阵列充电的由液体燃料(汽油)供以动力的发动机。所述电池阵列为一个或多个电动 机供以动力，该电动机使用直流(DC)电能单独或连同汽油发动机一起推进车辆。用于混合动力车的电池阵列的潜在替代或辅助充电源将车辆“插接”在公共或私 人的公用事业公司电网上。这可在车道、车库或在公共停车场中进行。但是，为了恰当地给 电池阵列充电，充电电力波形必须锁相至引入的电网电压。对商用3相(或多相)电力信 号这是能够实现的，但是，大多数家用电力布置并不具有可用的3相电力系统，并且大多数 房主也不会仅仅为了给混合动力车充电而承担安装3相电力系统的花费。因此，期望提供一种用于混合动力车的单相充电布置，使得混合动力车可从家用 线路电流充电。另外，结合附图及前面的
和
技术介绍
，从随后的详细描述和所附权 利要求可清楚本专利技术的其它期望特征和特性。
技术实现思路
在一个实施例中，用于混合动力车的充电系统包括耦接到标准(在美国为110伏、 60Hz)电网电压的单相锁相环(PLL)。引入的相位电压被延迟四分之一周期，以产生假想相 位，该延迟后的相位电压与电网电压正交并被认为是用于PLL的第二相位信号。通过应用 变换矩阵(下面描述)，本专利技术能够锁相至单相电网电压，从而有效且安全地给混合动力车 充电。附图说明下文中将结合附图描述本专利技术，其中相同的附图标记指代相同的元件，以及图IA示出了具有根据本专利技术一个示例性实施例的单相电网充电系统的混合动力 车；图IB示出了图IA中混合动力车的底盘，包括其主要传动系部件；图2示出了根据本专利技术一个示例性实施例的单相锁相环(PLL)系统的框图；图3A和图3B示出了图2的优选变换矩阵；图4示出了适于用在混合动力车中且使用图2的PLL的充电系统；图5为美国电网频率变化标准的说明；图6A和图6B示出了图2中根据本专利技术一个示例性实施例的PLL的相位追踪能力； 以及图7示出了根据本专利技术的示例性实施方式，在宽范围的频率变化上的相位追踪的线性度。具体实施例方式如本文所使用的，词语“示例性”意味着“用作例子、举例或示例”。下面的详细描 述实质上仅仅是示例性的，并不意图限制本专利技术或本专利技术的应用和使用。本文作为“示例” 所描述的任何实施例都不必被解释为是超过其它实施例的优选或有利的实施例。该详细说 明中描述的所有实施例都是提供以使本领域的技术人员能够实现或使用本专利技术的示例性 实施例，而不是限制由权利要求所限定的本专利技术的范围。另外，也不意图通过前面的技术 领域、
技术介绍
和
技术实现思路
中或下面的详细说明中所出现的明确的或暗示的理论来加以约 束ο现在参考图1A，示出了采用本专利技术的单相锁相环(PLL)充电系统的混合动力车2。 根据本专利技术，混合动力车2可具有内部电池阵列，该内部电池阵列经由电缆4电耦接至公共 或私人的公用电网(未示出)来充电。这样，本专利技术提供了无需运行车辆或消耗燃料(汽 油)就可给混合动力车的电池阵列充电的优点。在这点上，这里公开的所有概念通常都可应用于“车辆”，如本文所使用的，术语 “车辆”广泛地指代无生命的运输机构。这种车辆的例子包括汽车(例如公共汽车、轿车、 卡车、运动型多功能车、有蓬货车)、不在陆地上行驶的交通工具(例如，机械式水上交通工 具，包括艇、气垫船、小船和轮船)和机械式轨道交通工具(例如火车、有轨电车和手推车 等)。另外，术语“汽油发动机”不限于任何具体的推进技术，例如汽油或柴油燃料。相反， 汽油发动机还包括氢燃料车辆、乙醇燃料车辆和使用各种其它替代燃料来运行的车辆。现在参考图1B，示出了混合动力车2的底盘6连同主要的传动系部件。通常，当 前的混合动力车具有电池阵列8 (对于标准尺寸的汽车通常为300伏电池阵列)和汽油发 动机10。可替代地，本专利技术可与全直流(DC)推进系统(即，没有汽油发动机的车辆)一起 使用。就电(DC)源而言，电动机9 (可使用不只一个)给混合动力车2提供前轮驱动推进。 在一个实施例中，如本领域内所公知的，通过开关电路所产生的交流电(AC)来给电动机9 供能。可替代地，电动机9可为由电池阵列8直接供能的DC电动机。在一个实施例中，汽油发动机10驱动发电机12，当车辆运行时，该发电机12可在 需要时给电池阵列8再充电。双模式变速器14允许汽油发动机通过传动轴16和差速器18 提供后轮推进。正如结合图IA所详述得那样，电池阵列8的充电电路20通过电缆4耦接 到电网电压。因此，本专利技术给混合动力车2提供了从通常于住宅和商业场所便可获得的标 准电网电压(在美国为单相、110伏、60Hz)来充电的机会。现在参考图2，以框图形式示出了根据本专利技术一个实施例的单相锁相环(PLL) 22。 将单相电网电压24(Va)延迟26优选四分之一周期，相位延迟的信号28 (Vb)被应用至转换 矩阵30。相位延迟的信号28与电网电压24正交，并可用作用于锁相目的的假想的第二相 位信号，如下所述。变换矩阵30产生Vd 32和Vq 34，并且Vq被乘以增益因子(1/Vm)，其中<formula>formula see original document page 5</formula>( 1 )以及<formula>formula see original document page 5</formula> ( 2 )现在参考图3A和图3B，示出了根据本专利技术的一个实施例的变换矩阵30如何修改VjPVb以产生Vd和Vq的示意图。如图所示，vd(fd) WVa(fa)移相了(θ 31)，V^ftl)从 Vb(fb)进行的移相，如下所示<formula>formula see original document page 6</formula>因此，如果<formula>formula see original document page 6</formula>(4)<formula>formula see original document page 6</formula>等式5表明，通过使用变换矩阵30连同锁相元件32、环路滤波器34和积分器(1/ S) 36，可将相位差减小为零，使得输出信号38可被锁相至电网电压24。现在参考图4，以框图形式示出了充电控制系统40。充电控制系统40包括图2的 单相PLL 22，并且可操作以给本专利技术提供用于混合动力车2的电池阵列8的替代或辅助的 充电能力。如图4中所示，DC电源42 (在一个实施例中，其可为图IB中的电池阵列8)通 过H桥电路44耦接到公共或私人的公用事业公司电网46，该电网给PLL 22提供了单相电 网电压24。如联合图2所示，PLL 22给充电控制器48提供锁相输出信号38，所述充电控 制器48监测电池阵列8并给其充电。现在参考图5，示出了在美国可用的公用电网的标称频率的说明。如图所示，所述 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合动力车，包括：汽油发动机；电池阵列，其在第一模式中给电动机供能以推进所述混合动力车；发电机，其由所述汽油发动机驱动，以给所述电池阵列再充电；以及充电控制电路，其耦接到单相电网电压，以从锁相至所述单相电网电压的充电信号给所述电池阵列再充电，所述充电控制电路包括用于接收所述单相电网电压并且由此产生延迟信号的锁相环，电网控制电压和所述延迟信号中的每一个都通过所述锁相环来处理，以提供用于给所述电池阵列再充电的充电信号。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：G埃斯梅利，M佩里西克，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]