CN104890527A - 车辆、电池充电器以及对车辆中的电池充电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制车辆中电池充电的系统、车辆、电池充电器以及对车辆中的电池充电的方法，所述系统包括牵引电池和控制器。控制器被配置用于：基于从预期的再生制动事件接收的预测的电荷量，将牵引电池充电至小于最大荷电状态(SOC)的SOC。预期在下个行驶循环期间发生再生制动事件。可以设置目标SOC，使得一旦出现预期的再生制动事件，则牵引电池达到最高SOC。

Description

车辆、电池充电器以及对车辆中的电池充电的方法

技术领域

本发明涉及用于插电式车辆牵引电池的效率提升的充电策略。

背景技术

随着车辆推进和电池技术的提升，包括插电式混合动力车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV)的插电式电动车辆越来越普遍。在车辆泊车期间这些车辆可以连接至外部充电器以对车辆牵引电池再充电。它们通常也配备有再生制动，这使车辆在制动期间能捕获车辆的一部分动能。

发明内容

用于控制车辆的电池充电的系统包括牵引电池和控制器。控制器被配置用于：将牵引电池充电至小于最大充电荷电状态的目标荷电状态。目标荷电状态和最大充电荷电状态之间的差异基于从预期的再生制动事件接收的预测的电荷量。预期在下个循环期间发生再生制动。设置目标荷电状态，使得一旦出现预期的再生制动事件，则牵引电池达到最大充电荷电状态。

在一个实施例中，电荷量等于目标荷电状态和最大充电荷电状态之间的差异。在另一个实施例中，电荷量基于获知的车辆再生充电模式。在又一个实施例中，电荷量基于探测到的充电位置处的地形数据。在这样的实施例中，探测到的充电位置处的地形数据是探测到的充电位置处的当地最高海拔。

用于充电混合动力电动车辆电池的方法包括：将电池充电至比最大荷电状态小预定电荷量的目标荷电状态。预定电荷量与从下个行驶循环中预期的再生制动事件预测的再生电荷相对应。

在一个实施例中，预定电荷量基于获知的车辆再生充电模式。在另一个实施例中，预定电荷量基于探测到的充电位置处的地形数据。

用于车辆的电池充电器设置包括电池充电器。电池充电器被配置用于：响应于指示下个行驶循环中预期的再生制动事件的数据而将车辆的牵引电池充电至目标荷电状态。目标荷电状态小于对应于牵引电池完全充电状况的荷电状态。

在一个实施例中，电池充电器进一步配置用于响应于用户输入而将牵引电池充电至对应于完全充电状况的荷电状态。在另一个实施例中，目标荷电状态比对应于完全充电状况的荷电状态小预定电荷量。预定电荷量与从预期的再生制动事件接收的预测的电荷量相对应。在这样的实施例中，预定电荷量基于获知的车辆再生充电模式。在另一个这样的实施例中，预定电荷量基于探测到的充电位置处的地形数据。地形数据可以是探测到的充电位置处的当地最高海拔。

根据本发明的一个实施例，电荷量基于探测到的充电位置处的地形数据。

根据本发明的一个实施例，探测到的充电位置处的地形数据是探测到的充电位置处的当地最高海拔。

根据本发明的一个实施例，预定电荷量基于获知的车辆再生充电模式。

根据本发明的一个实施例，预定电荷量基于探测到的充电位置处的地形数据。

根据本发明的实施例提供多个优点。例如，根据本发明的系统和方法为插电式车辆提供更高效的电池充电。此外，该系统和方法回收本来会浪费掉的再生能量。

结合附图时，上述优点和其它优点以及本发明的特征在下文对优选实施例的具体描述中将变得显而易见。

附图说明

图1A是与外部充电器连接的插电式车辆的示意图；

图1B是与外部充电器连接的另一个实施例的车辆的示意图；

图2说明用于充电插电式车辆的牵引电池的充电模式；

图3说明用于充电插电式车辆的牵引电池的效率提升的充电模式；

图4是用于选择性启用效率提升的充电模式的算法的流程图；

图5是根据效率提升模式对车辆电池充电的算法的流程图；

图6是根据效率提升模式对车辆电池充电的另一个实施例的算法的流程图。

具体实施方式

根据需要，本说明书中公开了本发明的具体实施例；然而，应理解公开的实施例仅为本发明的示例，其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可以放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。

插电式车辆(包括PHEV和BEV)包括配置用于提供电力至牵引马达的车辆牵引电池。牵引电池、牵引马达和其它部件共同运转为电动驱动系统。在BEV中电动驱动系统可以是车辆牵引轮的唯一推进动力源，而在PHEV中可以额外地提供有内燃发动机。这些车辆可以连接至外部电源以对牵引电池再充电。

参考图1A，说明了根据本发明实施例的车辆充电系统。车辆10设置有包括牵引电池14和再生制动系统16的电动驱动系统12。再生制动系统16配置用于回收车辆动能并且将它转换成对牵引电池14充电的电能。在一些实施例中，再生制动系统16可以包括配置用于提供制动扭矩至车轮的马达/发电机。

车辆10额外地设置有车辆控制器18。牵引电池14和再生制动系统16与车辆控制器18通信或者受其控制。尽管说明为单个控制器，控制器18可以包括共同运转以控制多个车辆系统的多个控制器。例如，车辆控制器18可以是车辆系统控制器/动力传动系统控制模块(VSC/PCM)。在这点上，VSC/PCM的车辆充电控制部分可以是嵌入VSC/PCM内的软件或者可以是独立的硬件装置。车辆控制器18总体上包括任何数量的微处理器、专用集成电路(ASIC)、集成电路(IC)、存储器(例如闪存、ROM、RAM、EPROM(电可编程只读存储器)和/或EEPROM(电可擦除可编程只读存储器))以及彼此协作以执行一系列操作的软件代码。车辆控制器与车辆电池电通信并且接收指示电池荷电水平的信号。车辆控制器18可以经由使用通用总线协议(例如控制器局域网(CAN))的硬线车辆连接并且还可以利用无线通信进一步与其它控制器通信。

车辆10设置有导航系统19。导航系统19包括定位装置，比如GPS系统。导航系统19可以配备有包括存储有映射数据的数据库以及根据需要接收映射数的无线通信或者它们的组合。在一些实施例中导航系统19安装在车辆10上，而在其它实施例中导航系统19可以是独立装置，比如经由无线或有线连接而连接至车辆的手机或独立的GPS。导航系统19与车辆控制器18通信。

车辆10进一步设置有用户界面20。用户界面20可以包括显示监视器、触摸屏、移动装置接口或其它适当的系统。用户界面20与车辆控制器18和导航系统19通信。用户界面传输多个用户输入至车辆控制器18，作为响应，车辆控制器18可以调节适当的车辆设置。用户界面也传输多个用户输入至导航系统19，作为响应，导航系统可以选择导航路线、存储地理位置或其它采用的其它适当动作。

外部充电器22经由充电器接口24对牵引电池14提供充电。在一个实施例中，外部充电器物理连接至车辆，即充电器接口24包括车辆上的插口，充电器插入该插口形成直接连接。在另一个实施例中，充电器接口24包括至少一个感应盘并且外部充电器22包括至少一个充电线圈，它们共同运转形成感应充电系统。还可以使用本领域已知的其它充电系统。

充电器接口24与车辆控制器18通信并且受其控制。车辆控制器18可以控制充电器接口24以选择性地启用或停用对牵引电池14的再充电。

参考图1B，显示了另一个实施例。在该实施例中，车辆10’设置有具有牵引电池14’和再生制动系统16’的电动驱动系统12’、车辆控制器18’、导航系统19’、用户界面20’和充电器接口24’。外部充电器22’被配置用于经由充电器接口24’对牵引电池14’充电。外部充电器22’额外地设置有充电器控制器26。充电器控制器26与车辆控制器18’通信。如果充电器与车辆物理地连接，可以通过通信总线进行该通信。在具有感应充电器的实施例中，车辆控制器18可以经由无线通信系统(比如射频识别(RFID)、近场通讯(NFC)、蓝牙、WiFi或者本领域中已知的其它方法)与充电器控制器26通信。充电器控制器26可以控制外部充电器22’以选择性地启用或停用对牵引电池14’的再充电。

现在参考图2，说明了用于对车辆牵引电池充电的充电模式。在该说明性示例中，t＝0时电池完全放电。随后将电池充电至最大荷电状态(SOC_max)28。该充电模式包括高效率充电部分30。在该区域中，电池通过基本恒定的电流充电。该模型额外地包括随着电池SOC(荷电状态)接近SOC_max的效率减小的充电区域32。在该区域中，充电电流减小。

因此，可以理解充电的“充满(top off)”部分是充电模式的低效率部分。作为额外的考虑，就充电/放电循环导致的寿命和日历寿命(calendar life)两者而言，较高的电池SOC可能导致电池寿命的劣化。所以可能需要更高效的充电模式。然而，对抗的考虑是任何替代充电模式也应该对即将到来的车辆行驶循环提供足够的电池荷电。

参考图3，说明了用于车辆牵引电池的效率提升的或“eco充电”的充电模式。如之前的示例一样，t＝0时电池完全放电。在高效率充电部分30’通过基本恒定的电流对电池充电。将电池充电至小于SOC_max 28’的目标荷电状态(SOC_target)34。优选地，如此处说明的，SOC_target是充电模式的高效充电部分30’内的SOC。尽管SOC_target可以设置在充电模式的“充满”部分内，但是这样的实施例将导致效率较低的充电循环。SOC_target比SOC_max少电荷量(ΔSOC)36。

现在参考图4，流程图说明了用于选择性地启用效率提升的充电模式的算法。算法在框38处开始。如在操作40处说明的，确定车辆是否在充电。如果车辆未在充电，则算法返回至框38。如果车辆在充电，如操作42处说明的，那么确定效率提升的充电模式是否是启用。该模式可以通过用户例如经由如图1A说明的用户界面20选择。如果效率提升的充电模式是启用的，如框44处说明的，那么将电池充电至等于SOC_target的荷电状态。如果未启用效率提升的充电模式，如框46处说明的，那么将电池充电至SOC_max。

在一些实施例中，可以通过车辆中的控制器执行该算法。例如，在图1A说明的实施例中，车辆控制器18可以确定效率提升的充电模式是否是启用的，并且控制充电器接口24以在一旦牵引电池14已经充电至适当SOC时中止充电。在其它实施例中，可以通过车辆中的控制器与充电器控制器共同执行该算法。例如，在图1B说明的实施例中，车辆控制器18’可以确定效率提升的充电模式是否是启用的，并且将效率提供的充电模式的状态通信至充电器控制器26。充电器控制器26可以控制充电器22’以在一旦牵引电池14’已经达到适当SOC时中止充电。算法的执行也可以涉及多个其它控制器。

在不同的实施例中可以多种方式设置用于效率提升的充电模式的SOC_target的值。在一个实施例中，驾驶员可以手动设置SOC_target。例如，如果PHEV的SOC_max为99％SOC，驾驶员可以将SOC_target替代地设置为95％SOC。可以经由用户界面作出该选择，比如图1A中的用户界面20。然而，当运转时该实施例导致电池电力的行程范围(range)减小。所以，用户可能需要随时间手动改变SOC_target以针对用户的驾驶情况优化荷电限制。

在另一个实施例中，驾驶员可以针对即将到来的行驶循环设置希望的电动驱动行程范围。响应于希望的行程范围，控制器可以计算对应的SOC_target以提供电动驱动运转的行程范围。在一个示例中，可以基于车辆每英里(mile)的平均瓦特-小时(Wh)的使用速率以及每单位SOC的已知瓦特-小时(Wh)的使用速率而计算SOC_target。可以使用该方程式完成该计算：

${\mathrm{SOC}}_{t\arg \mathrm{et}}=\frac{\mathrm{range}*\mathrm{Wh}/\mathrm{mi}}{\mathrm{Wh}/\mathrm{SOC}\%}$

现在参考图5，流程图说明了用于设置SOC_target的另一个实施例。算法在框48处开始。如框50说明的，随后确定车辆是否在充电。例如可以通过车辆控制器(比如图1A中说明的车辆控制器18)执行该确定。如果车辆没有充电，那么操作返回至框48处的开始。如果车辆在充电，如框52处说明的，那么获知充电位置并且将车辆充电至SOC_max。在框54处，在从获知的充电位置起的后续行驶循环中，监视所谓的“浪费的”再生充电容量(chargingcapacity)。浪费的再生充电指因为牵引电池完全充电而没有使用的再生制动机会。在一个实施例中，随着从车辆离开充电位置时开始的行驶循环的时间间隔或距离间隔而执行该监视。在另一个实施例中，一旦SOC消耗至可校准水平(例如至90％的SOC)，作出产生的再生能量和收集的再生能量之间的比较。如框56处说明的，作出浪费的再生能量是否超过关联阈值的确定。在一个示例中，关联阈值可以是40Wh。如果为否，那么操作返回至框48处的开始。如果为是，如框58处说明的，那么基于浪费的再生容量确定电荷量ΔSOC，并且在获知的位置处基于ΔSOC设置SOC_target。这可以使用公式SOC_target＝SOC_max-ΔSOC来执行。

可以在多个充电位置重复上述算法，每个充电位置可以与对应于在各个充电位置处浪费的再生容量的电荷量相关联。

根据多个实施例，ΔSOC可以设置为等于浪费的再生容量或者高于或者小于浪费的再生容量以提供余地来解决再生充电时机的变化性。

在一些实施例中，可以提供可校准的浪费的再生容量阈值，并且仅在行驶循环期间浪费的再生容量超过关联阈值时降低SOC_target。在示例性实施例中，可校准的阈值是0.5％SOC。

在一些实施例中，可以在多个行驶循环中监视浪费的再生充电时机。在这样的实施例中，仅在多个行驶循环的每者中浪费再生容量时降低SOC_target。在示例性实施例中，在三个行驶循环的每者中浪费再生容量时降低SOC_target。

参考图6，流程图说明了用于设置SOC_target的另一个实施例。算法在框60处开始。如框62处说明的，随后确定车辆是否在充电。例如可以通过车辆控制器(比如图1A中说明的车辆控制器18)执行该确定。如果车辆没有充电，那么操作返回至框60处的开始。如果车辆在充电，则如框64处说明的，那么探测充电位置。例如，可以经由用户手动输入或使用车载PGS系统执行该确定。如框66处说明的，随后查询当地地形数据。这可以访问本地存储的映射数据、经由使用无线通信访问远程的映射数据或者本领域已知的其它方法来执行。如框68处说明的，随后确定探测到的充电位置是否是当地最高地形(例如山坡)。在这类位置，周围的道路处于比充电位置低的海拔。在下坡驾驶期间驾驶员通常应用车辆制动器，从而如果车辆在山顶充电，那么可以预想随着车辆下坡将应用再生制动。如果车辆没有在当地最高地形，那么操作返回至框60处的开始。如果车辆在当地最高地形，如框70处说明的，那么基于潜在的再生充电确定电荷量ΔSOC，并且基于ΔSOC设置SOC_target。潜在的再生充电可以基于包括当地坡度和海拔变化的地形因素。

从多个实施例可以看出，本发明提供一种更高效地充电插电式车辆的牵引电池的系统和方法。此外，该系统和方法能存储本来会浪费掉的再生能量。

本发明公开的程序、方法或算法可以通过包括任何现有的可编程电子控制单元或专用的电子控制单元的处理装置、控制器或计算机使用/实施。类似地，程序、方法或算法可存储为通过控制器或计算机以多种形式执行的数据和指令，包括但不限于永久存储在不可写的存储媒介(比如ROM设备)中并且可替代地信息可存储在可写的存储媒介(比如软盘、磁带、CD、RAM设备和其它的磁性和光学媒介)中。程序、方法或算法还可以在可执行软件的对象中实施。可替代地，可以使用适当的硬件部件整体地或部分地包含该程序、方法或算法，比如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件部件或设备，或者硬件、软件和固件部件的结合。

尽管上文描述了示例性实施例，并非意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，并且应理解不脱离本发明的精神和范围可以作出各种改变。此外，可组合各种执行实施例的特征以形成本发明进一步的实施例。

Claims (10)

1.一种车辆，包含：

牵引电池；以及

控制器，被配置用于：基于从下个行驶循环期间预期的再生制动事件接收的预测的电荷量，使所述牵引电池充电至小于最大荷电状态的目标荷电状态，以使得一旦出现所述预期的再生制动事件时所述牵引电池大致达到最大荷电状态。

2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述电荷量等于所述目标荷电状态和最大荷电状态之间的差异。

3.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述电荷量基于获知的车辆再生充电模式。

4.一种对混合动力电动车辆中的电池充电的方法，包含：

将所述电池充电至比最大荷电状态小预定电荷量的目标荷电状态，所述预定电荷量对应于来自预期的再生制动事件的预测的再生电荷。

5.一种用于车辆的电池充电器，所述电池充电器被配置用于：响应于指示预期的再生制动事件的数据，将车辆的牵引电池充电至小于对应于所述牵引电池完全充电状况的荷电状态的目标荷电状态。

6.根据权利要求5所述的电池充电器，其特征在于，所述电池充电器被进一步配置用于：响应于用户输入，将所述牵引电池充电至对应于大约完全充电状况的所述荷电状态。

7.根据权利要求5所述的电池充电器，其特征在于，所述目标荷电状态比对应于所述完全充电状况的所述荷电状态小预定电荷量，所述预定电荷量与从所述预期的再生制动事件接收的预测的电荷量相对应。

8.根据权利要求7所述的电池充电器，其特征在于，所述预定电荷量基于获知的车辆再生充电模式。

9.根据权利要求7所述的电池充电器，其特征在于，所述预定电荷量基于探测到的充电位置处的地形数据。

10.根据权利要求9所述的电池充电器，其特征在于，所述探测到的充电位置处的所述地形数据是所述探测到的充电位置处的当地最高海拔。