帶有網絡接口的逆變器的製作方法

2023-07-04 01:37:36

專利名稱：帶有網絡接口的逆變器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種將直流能量逆變為單相交流能量的逆變器，例如但不限於，適於 將交通工具電池提供的直流能量逆變為適於給用戶電子設備提供動力的單相交流能量。
背景技術：
交通工具電氣系統一般需要一個能量源，用以在正常的交通工具操作期間為多個 交通工具子系統提供動力。從能量源可以獲得的能量的量在交通工具操作過程中是變化 的，取決於需要能量的子系統的數量和能量源維持其能量輸出的能力。一些交通工具利用 電控單元(ECU)來控制能量等級，以便較關鍵的子系統先於較不關鍵的子系統被供應能 量，以確保應急能力(limp-home capability)和另外用來管理/調節能量消耗。交通工具子系統對能量的消耗可以通過電控單元來監控，並隨時間的推移而被追 蹤，這樣，電控單元就可以對交通工具子系統所需要的能量的量有了了解，以便於在各種操 作條件下進行操作。電控單元可以利用這個信息和/或其他策略去選擇性地授權一個或更 多個交通工具子系統去消耗來自能量源的能量(或以其他方式調節能量消耗)。這包括 電控單元通過交通工具總線或者其他的基於交通工具的媒介與交通工具子系統或相關的 控制器交換信息和其他數據，以便於選擇性地啟用或禁用(或限制)交通工具子系統。


所附權利要求詳細指出了本發明。儘管如此，通過參考以下跟附圖相一致的詳細 的描述，關於本發明的其他的特徵將會變得更明顯，且本發明將會得到更好的理解，其中圖1闡釋了根據本發明的一個非限制性方面的交通工具電氣系統；以及圖2闡釋了根據本發明的一個非限制性方面的被配置成包括網絡接口的逆變器。
具體實施例方式圖1闡釋了根據本發明的一個非限制性方面的交通工具電氣系統10。系統10可 包括用來為多個交通工具子系統14提供能量的能量源12，其中，子系統中的至少一個是逆 變器16，該逆變器16被配置成輸出單相交流能量到用戶電子設備或其他的交流可操作的 設備18。電控單元20可被包含來調節和/或以另外的方式控制被交通工具子系統14和逆 變器/設備16、18所消耗的來自能量源12的能量。交通工具網絡22，例如但不限於控制器 區域網(CAN)或局部網際網路(LIN)總線，可以用來使得電控單元20與交通工具子系統14、 逆變器16和交流設備18之間的信息和其他數據交換變得更容易。電控單元20可被配置成執行任意類型的載荷控制策略，例如但不限於負載減少 策略(load shedding strategy)，此負載減少策略基於從能量源12可獲取的能量和請求能 量的交通工具子系統14、16的功能來控制能量消耗，以使較關鍵的交通工具子系統14、16 先於較不關鍵的子系統被提供動力。負載減少策略可以實時操作，從而電控單元20能夠按 照當前或將來能從能量源12可獲取的能量的數量，連續地啟用、禁用和控制被交通工具子系統14、16消耗的能量。這可包括當能量等級走低時，較不關鍵的子系統14、16被禁用， 當能量等級相當低時，執行應急功能(limp-home functionality)，還有/或另外指定能量 消耗極限。從能量源12可獲取的能量可能取決於交通工具及其對能量源12充電的配置和能 量源12維持/分配能量的配置。例如，如果能量源12是一個直流電池、電容器，或是其他 的通過交通工具交流發電機(未圖示)來充電的被動存儲設備，再或者如果能量源是燃料 電池或其他可再生能量源(未圖示)，則可獲取的能量的量可能會波動，取決於環境溫度、 啟動馬達「曲柄啟動」狀態、交通工具有效負載(載重)、能量消耗設備的開關，和其他一些 可能通過各種各樣的交通工具子系統14、16來改變從能量源12引出的電流的量的操作條 件。然而，本發明，除非另外說明，並不希望局限於某一特殊能量源12，或局限於對能 量源12的特殊的充電方式。本發明充分考慮了任何能量源12的使用，這些能量源具有能 夠以一種使逆變器足以輸出適用於給大多數用戶電子設備提供動力的單相交流電壓的方 式向逆變器16提供直流電壓的能力，例如輸出50/60HZ時的交流110/120/220V。逆變器 16所履行的逆變也可以通過任意合適的逆變器配置加以完成。圖2闡釋了根據本發明的非 限制性的方面設想的逆變器16，該逆變器16被配置成包含網絡接口 30，用以支持與電控單 元20和/或連接到交通工具網絡22的其他設備進行信息交換。網絡接口 30配置成允許逆變器16依照任何合適的協議並通過信息單向或雙向的 交換與電控單元20通過接口相連。逆變器16受控於電控單元20有助於允許電控單元20 控制逆變器16的能量消耗，並且，有些時候，有助於允許電控單元20根據電控單元20所使 用的用來調控交通工具電氣系統10的能量消耗的負載減少技術和其他控制技術，來對逆 變器16設定操作控制。網絡接口 30被配置成根據任何期望的體系結構，例如但不限於根 據要求支持局域網際網路(LIN) 2. 1版本的體系結構，來通過交通工具網絡22進行發出和/ 或接收信息。網絡接口 30可以聯接到用於控制初級的初級微控制器(primary stagemicrocontroller) 32,在此初級，直流電池電壓被升壓為更大的直流電壓。初級可包 含直流/直流轉換器34，該直流/直流轉換器34被配置成在由包含於二級(secondary stage)中的直流/交流逆變器36逆變之前對來自能量源12的直流電壓進行升壓。直流/ 直流轉換器34可被配置成推-拉轉換器(push-pull converter)，在此推-拉轉換器裡， 斬波器(chopper) 38響應於相關的直流/直流控制信號而操作來控制開關元件的開關操作 (未圖示)，這些開關元件與變壓器40合作運轉，以將被升壓了的直流電壓輸出到整流器 42，在整流器42裡，直流電壓被整流成升了壓的直流輸出電壓，提供給直流/交流級。儘管 說明了推-拉配置，但是本發明充分考慮了初級所使用的其他配置。來自初級的直流電壓輸出可以在二級被逆變成單相交流電壓，用以給交流設備18 提供動力。全橋逆變器(full bridge inverter)46可用來根據控制一些開關設備來逆變來 自初級的直流輸出，這些開關設備響應於接收於二級微控器48的直流/交流控制信號而是 可操作的。直流/交流控制信號可被設定成將直流輸出逆變成任何合適的單相交流電壓。 任選地，二級控制器48可選擇交流電壓和頻率，取決於與設備18相連的，比如通過用戶輸 入和/或與設備18進行有線或無線通訊。
光隔離器(optO-iSOlatOr)50可以被包含在初級微控器32和二級微控器48之 間。光隔離器50可以是允許光學數據信號在微控器32和48之間進行傳送而無需要求微 控器32和48彼此電氣聯接的類型。變壓器40的初級線圈和二級線圈的配置可以跟光隔 離器50共同作用，以使初級微控器32與次級微控器48之間電氣上的隔離變得容易。伴隨 著通過網絡接口 30實現的電子通訊，這個隔離是有益的，因為它能防止由二級的開關操作 引起的幹擾妨礙發生在交通工具網絡22上的通訊。初級和二級可包含傳感器或其他反饋，以方便監控和控制相關的開關操作，和/ 或使執行能量消耗策略變得容易。初級微控器32被顯示為用於接受電池電壓值和初級溫 度值(primary temperature value)。電池電壓值用以代表輸入到初級的直流電壓，並用以 方便相關的控制，以確保對於給定的直流輸入電壓，期望的直流輸出電壓能夠提供給二級。 初級溫度值代表初級的溫度，還可被初級微控器用來在溫度上升至期望操作範圍以上時控 制自動關機和/或輸出縮減。二級微控器48包含有類似的反饋值來方便類似的操作。二 級微控器可包含檢測發生在交流設備18內部的短路的附加的短路傳感器，和/或在交通工 具內部用於可移除地連接交流設備18的插座(未圖示)。如圖所示，網絡接口 30在交通工具總線22和初級微控器32之間交換信號。初 級微控器32接著可發布相關信息，或者，如果有需要的話，使接收到的信息通過光學隔離 器50來保持級間的電隔離。二級微控器48可向初級微控器32發布信息以傳遞給電控單 元20。例如，二級微控器48可確定所連接的負載18的能量需求，並向初級控制器32發布 相關信息來請求用以給負載18提供動力所必需的能量。這個請求可指定電壓等級、功率等 級，和/或單相交流輸出的期望頻率。初級微控器32接著可將這個請求傳遞給電控單元20 以便處理。電控單元20可發出授權信息來作為響應，批准輸出所請求的能量要求或其百分 比，取決於負載減少策略所設定的參數。電控單元20傳送信息給初級和二級微控器32、48中的一個或二者的能力，或有些 情況下從其中一個或二者接受信息的能力，有助於允許電控單元20控制逆變器16的許多 操作。電控單元20，例如，可被設置成阻止逆變器操作，直到點火裝置(ignition)從『關』 位置改變到『開』位置(附加電源和/或引擎運轉)和/或引擎(未圖示)被停止，作為停 止/開始策略的一部分，例如混合電力交通工具所使用的類型，在混合電力交通工具中，引 擎會在一定環境下被停止而無需將點火裝置調到關的位置。電控單元20可要求逆變器16 通過相應的信息傳遞來請求開始、停止和修改的操作，如在逆變器16操作被允許之前要求 授權的負載18的連接，而不是總是能從逆變器插座獲取能量。電控單元20也可在點火裝 置從開位置調到關位置後或在負載減少策略中發生一些變化後傳送信息來關機或修改逆 變器操作。任選地，逆變器16可以對其本身的操作保留一些控制，如在從電控單元20接到 關機信息後，將關機延遲一段時間，比如5分鐘。根據要求，本發明的具體實施方案已公布於此；儘管如此，應理解，所公開的實施 方案僅僅是本發明的一個範例，而本發明可以在多種形式中得以體現。各圖並非按比例繪 制，一些特徵可能被放大或者縮小，以便於顯示特定部件的細節部分。因此，這裡所公開的 具體結構和功能細節並不被理解為具有限制性，而僅僅作為權利要求的代表性基礎和/或 作為教導本領域技術人員來以不同方式利用本發明的代表性基礎。各種實施方案的特徵可 以結合在一起，以形成本發明的進一步的實施方案。
儘管已經表明並描述了本發明的具體實施方案，但這並不意味著這些實施方案表 明和描述了本發明的所有可能的形式。當然，在說明書中用到的詞彙只是描述性詞彙而不 是限定性詞彙，且應理解，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以對本發明做各種各 樣的改變。
權利要求
一種交通工具逆變器，其被配置來將由交通工具電池提供的第一直流電壓逆變成適用於給用戶電子設備提供動力的單相交流電壓，所述交通工具逆變器包含箱體，其包含直流/直流轉換器，所述直流/直流轉換器可操作來響應於直流/直流控制信號而將第一直流電壓轉換成第二直流電壓，所述第二直流電壓大於所述第一直流電壓；直流/交流逆變器，所述直流/交流逆變器可操作來響應於直流/交流控制信號而將第二直流電壓逆變成單相交流電壓；直流/直流控制器，所述直流/直流控制器被配置成輸出直流/直流控制信號；直流/交流控制器，所述直流/交流控制器被配置成輸出直流/交流控制信號；以及網絡接口，所述網絡接口被配置成通過接口傳送所述直流/直流控制器與所述直流/交流控制器中的至少一個和包含在交通工具內部的網絡總線之間的信息。
2.如權利要求1所述的逆變器，其中，所述直流/直流控制器和所述直流/交流控制器 被配置成響應於通過所述網絡總線接收到的點火裝置信息而關機，所述點火裝置信息表明 交通工具點火裝置的位置已經從『開』位置變化到『關』位置，或表明根據停止/開始策略， 所述交通工具點火裝置正在『開』位置，而引擎正在被停止。
3.如權利要求2所述的逆變器，其中，所述直流/直流控制器和所述直流/交流控制器 均被配置成延遲一段時間關機，所述一段時間從點火裝置信息的接收時刻開始。
4.如權利要求3所述的逆變器，其中，所述一段時間是至少5分鐘。
5.如權利要求1所述的逆變器，其中，所述直流/直流控制器和所述直流/交流控制器 均被配置成響應於通過所述網絡總線接收到的點火裝置信息而輸出控制信號，所述點火裝 置信息表明交通工具點火裝置的位置已經從『關』位置變化到『開』位置。
6.如權利要求1所述的逆變器，其中，所述直流/直流控制器被配置成根據在通過所述 網絡總線接收到的信息裡指定的等級來調節第二直流電壓的電壓等級。
7.如權利要求5所述的逆變器，其中，所述直流/直流控制器被配置成根據通過所述網 絡接口接收到的用於調節電壓等級的隨後的一些信息來實時調節電壓等級。
8.如權利要求1所述的逆變器，其中，所述直流/交流控制器被配置成根據在通過所述 網絡總線接收到的信息裡指定的參數來調節單相交流電壓的頻率和電壓等級。
9.如權利要求1所述的逆變器，其中，所述直流/直流控制器僅在通過所述網絡接口接 收到授權信息後才輸出直流/直流控制信號。
10.如權利要求9所述的逆變器，其中，所述直流/直流控制器通過所述網絡接口傳送 請求信息來請求授權信息。
11.如權利要求10所述的逆變器，其中，所述請求信息指定代表操作用戶電子設備所 需能量的量的能量需求。
12.如權利要求11所述的逆變器，其中，所述授權信息指定所述直流/直流控制器被授 權支持的能量需求的百分比。
13.如權利要求11所述的逆變器，其中，所述直流/直流控制器由通過用戶電子設備傳 遞到所述直流/直流控制器的信息來決定能量需求請求。
14.如權利要求1所述的逆變器，還包含插座，所述插座被配置成與用戶電子設備的插 頭機電連接。
15.一種用於提供動力的系統，其用於使用由包含於交通工具內的直流電池所提供的 能量來給要求單相交流電壓的可移除連接的設備提供動力，所述系統包括電控單元，所述電控單元被配置成執行負載減少策略，以調節包含於交通工具內的多 個子系統的能量消耗，所述負載減少策略取決於從直流電池可獲取的能量的量而要求所述 電控單元選擇性地授權各個子系統去消耗來自直流電池的能量，所述電控單元向被授權消 耗來自直流電池的能量的所述多個子系統中的每一個傳送授權信息；交通工具總線，所述交通工具總線被配置成使得能夠在所述電控單元和所述子系統之 間進行授權信息傳送；逆變器，所述逆變器被配置成將來自直流電池的要被消耗的能量逆變成給設備提供動 力所需的單相交流電壓，所述逆變器包含與交通工具總線連接的網絡接口，在接收到其中 一個從所述電控單元通過所述交通工具總線傳送的授權信息後，所述逆變器變成了可操作 的，以產生單相交流電壓。
16.如權利要求15所述的系統，其中，所述逆變器被配置成在接收到從所述電控單元 通過所述交通工具總線傳送的停用信息後，停止單相交流電壓的產生。
17.如權利要求16所述的系統，其中，所述逆變器被配置成在接收到停用信息後仍保 持至少5分鐘是可操作的。
18.如權利要求15所述的系統，其中，所述逆變器被配置成利用通過所述網絡接口傳 送的請求信息來向所述電控單元請求授權信息，而且在所述請求信息內指定能量需求，所 述能量需求表明給設備提供動力所需的能量的量。
19.如權利要求19所述的系統，其中，所述電控單元被配置成，在所述能量需求對電池 的總的能量需求不超過從電池可獲取的能量的量和在用以給較關鍵的子系統提供動力的 負載策略中指定的能量的量的情況下，向所述逆變器發布授權信息。
20.一種控制逆變器的操作的方法，其用於控制包含在交通工具內的逆變器，以將直流 能量逆變為適於給用戶電子設備提供動力的交流能量，所述方法包含通過連接到逆變器的交通工具總線，接收引擎運行信息，所述引擎運行信息表明交通 工具的引擎以在負載減少策略中指定的方式運行，來保持提供所述逆變器所要求的交流能 量，以給用戶電子設備提供動力；以及阻止所述逆變器在沒有引擎運行信息的情況下輸出交流能量。全文摘要
公開了一種帶有網絡接口的逆變器。逆變器被配置成用在交通工具內，用來給用戶電子設備和其他需要單相交流能量的設備提供動力。逆變器可包括與交通工具數據總線或其他信息交換系統相連的網絡接口或其他連接類型，以便與電控單元或其他包含在交通工具內用來監測和控制被一個或多個交通工具子系統所消耗的能量的設備進行通訊。
文檔編號H02M7/521GK101931338SQ20101017933
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月19日 優先權日2009年6月18日
發明者威廉·克魯克香克, 班傑明·D·斯威特, 阿夫塔卜·阿里·汗, 雷蒙德·韓嘉雅 申請人:李爾公司