CN102088197A - 用于控制混合动力车用12v辅助电池的充电电压的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于控制混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法，其可以(1)通过在外部空气较低时的冷起动过程中增大DC-DC转换器的输出电压来提高辅助电池的充电效率；(2)通过根据辅助电池的充电状态来增大或减小DC-DC转换器的输出电压，以及通过增大多个电力负载被开启时DC-DC转换器的输出电压，来提高辅助电池的充电效率；以及(3)即使在辅助电池的电压下降到9V以下的情况下，仍然通过基于DC-DC转换器的反向功率转换操作来开启置于高压电池和DC-DC转换器之间的主开关，使DC-DC转换器提供连续的电源以便对辅助电池进行充电。

Description

用于控制混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法
技术领域
本发明总的来说涉及一种用于控制辅助电池、特别是混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法。本发明更特别涉及一种根据外部空气温度、辅助电池的充电状态，以及电力负载的功率消耗等因素来控制DC-DC转换器的功率转换的方法。
背景技术
混合动力车是在利用汽油发动机的同时还利用电动机作为辅助动力源以减少废气并提高燃料效率的未来车辆。
当发动机以低效率状态工作时，通过电池电源驱动电动机以提高混合动力系统的效率(负载水平)。在减速过程中，利用再生制动对电池充电，其中在制动系统中通常以摩擦热的形式被消耗掉的动能通过电动机的发电被转换为电能。因此提高了燃料电池的效率。
根据电动机是否被连接并驱动在输电系统中，可将混合动力车分为软型(soft type)混合动力车和硬型(hard type)混合动力车。
图5示出用于现有的硬型混合动力车的电动机驱动系统。如图5所示，电动机驱动系统包括第一和第二电动机M1和M2，用于驱动车辆；第一和第二逆变器10和12，用于分别驱动第一和第二电动机M1和M2；DC高压电池2，将用于驱动第一和第二电动机M1和M2的DC电压供应给第一和第二逆变器10和12；电压转换器14，用于增大电池2的DC电压并将增大后的电压供应给第一和第二逆变器10和12，以及用于减小来自第一和第二逆变器10和12的DC电压并将减小后的电压供应给电池2；以及连接于电池2的DC-DC转换器1，用于转换DC电源的电压。
图1示出用于为混合动力车的12V辅助电池充电并将电力供应给电力负载的系统。如图所示，高压电池2通过主开关3与DC-DC转换器1连接。DC-DC转换器1的输出端连接于12V辅助电池8和由12V辅助电池8的电力驱动的12V电力负载4(例如各种控制器，前大灯，水泵，散热器冷却风扇等)。如进一步所示，接线盒6连接于DC-DC转换器1与电力负载4之间以及12V辅助电池8与电力负载4之间。在辅助电池侧面的配线(寄生)电阻7被布置在DC-DC转换器1与12V辅助电池8之间，以及12V辅助电池8和接线盒6之间。在电力负载4与接线盒6之间还布置有配线(寄生)电阻5。
在图1中，VDC表示DC-DC转换器1的输出电压，VJJ表示当电力负载4中的电流低时应用到电力负载4的接线盒6的电压，而VB表示12V辅助电池8的充电电压。电压的大小顺序为VDC＞VJJ＞＞VB。
混合动力车的起动顺序通常包括驾驶员开启点火开关(IG)的步骤，利用12V辅助电池8的电力开启各控制器和主开关3的步骤(在开启主开关3之前DC-DC转换器1不工作)，以及在起动完成后DC-DC转换器1开始工作以便对辅助电池8进行充电并将电力供应给电力负载4的步骤。
在具有上述结构和操作的混合动力车(例如燃料电池车辆，插电式混合动力车，以及电动车辆)中，如果DC-DC转换器1的电压保持在较低水平，则电力负载的功率损耗会被减小，因此提高燃料效率。然而，辅助电池中充电后的电能总量会减少，而这将降低充电效率，从而导致冷起动失败。特别地，混合动力车中的DC-DC转换器起到对12V辅助电池进行充电并将电力供应给车辆电力负载的作用。为了提高燃料效率，有必要将供应给电力负载的电压保持在较低水平。在允许范围内增大充电电压以提高辅助电池的充电效率也是有利的。然而，如果辅助电池充电较低，那么车辆因电池电压的降低而有可能在冷起动过程中无法起动，这可能会降低车辆的品质。具体地，如图1所示，如果DC-DC转换器1和电力负载4之间的距离较短，且如果DC-DC转换器1和辅助电池8之间的距离较长，则将增大DC-DC转换器1的输出电压的范围，这会进一步减小功率转换的效率。
为解决该问题而可能增大DC-DC转换器与辅助电池之间的电力电缆的直径时，会增大车辆重量、提高生产成本，并减小电缆布置的自由度。可选地，为解决该问题，可以在将DC-DC转换器和辅助电池彼此相邻布置的同时将电力负载彼此远离布置，然而，这也会降低车辆设计的自由度，并且因DC-DC转换器等的冷却等各种限制将会降低车辆的品质。
如上所述，DC-DC转换器1在起动完成后开始工作以便对辅助电池8进行充电并将电源供应给电力负载4。此时，如果辅助电池的电压低于9V，则主开关3通常不会被开启(然而，应该注意到各控制器的正常工作电压高于6V)，因此DC-DC转换器不会与高压电池2导通。因此，辅助电池不会被充电，并且在冷起动过程中辅助电池的电压可能会被进一步降低。
本背景技术部分中公开的上述信息只是为了增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在该国对本领域普通技术人员而言已知的现有技术信息。
发明内容
本发明提供一种用于控制辅助电池的充电电压的方法。具体地，特别是在外部空气温度较低时的冷起动过程中，通过增大DC-DC转换器的输出电压，来提高辅助电池的充电效率。应注意到，尽管本方法具体参考12V辅助电池来描述，然而该方法可做适当地修改并可应用到不同电压的电池上。
根据本发明的一方面，根据辅助电池的充电状态来增大或减小DC-DC转换器的输出功率，以及在多个电力负载被开启时DC-DC转换器的输出电压被增大。因此提高辅助电池的充电效率。
本发明的另一方面，DC-DC转换器被配置成以提供连续的电源以便对辅助电池进行充电。具体地，主开关布置在高压电池和DC-DC转换器之间，即使在辅助电池的电压下降到下限值以下时，例如在12V辅助电池的情况下是9V，也能基于DC-DC转换器的反向功率转换操作来开启该开关。
在一个典型实施方式中，本发明提供一种用于控制混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法，该方法包括：将外部空气温度与车辆起动后的边界温度进行比较；如果外部空气温度低于边界温度，则测量12V辅助电池的电压；以及如果12V辅助电池的电压在预定参考电压范围之外，则增大DC-DC转换器的输出电压。
在另一个方面中，本发明提供一种用于控制混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法，该方法包括：将12V电力负载的当前量与车辆起动后的参考负载值进行比较；如果12V电力负载的量小于参考负载值，则增大DC-DC转换器的输出电压以提高12V辅助电池的充电效率；如果12V电力负载的量大于参考负载值，则确定12V辅助电池的充电状态；以及如果12V辅助电池的充电状态低于充电边界值，则提高12V辅助电池的充电速度。
在又一个方面中，本发明提供一种用于控制混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法，该方法包括：将12V辅助电池的电压与车辆起动后用于操作主开关(其将高压电池连接到DC-DC转换器)和各控制器的下限值进行比较；如果12V辅助电池的电压下降到下限值以下，则允许DC-DC转换器进行反向功率转换；允许将电能从12V辅助电池转移到高压电容器以存储；允许DC-DC转换器在预定的短时段内进行正向功率转换；以及允许将高压电容器的高压能量通过DC-DC转换器供应给12V辅助电池。
应当理解此处使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括，诸如包括运动用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、多种商用车辆的载客汽车的机动车辆，包括各种船和艇的水运工具，航行器等，并且包括混合动力车、电动车辆、插入式混合电动车辆、氢动力车辆和其它可选的燃料车辆(例如从除了石油以外的资源中获得的燃料)。参照此处所述，混合动力车为具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。
以下讨论本发明上述和其它的特征。
附图说明
现参照示例性说明在下面仅以示例方式给出的附图的特定典型实施方式来详细说明本发明的以上和其它特征，由此，这些特征不限制本发明，其中：
图1是用于对混合动力车用12V辅助电池进行充电并将电力供应给电力负载的系统的示意图；
图2是示出根据本发明一典型实施方式用于控制混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法的流程图；
图3是示出根据本发明另一典型实施方式用于控制混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法的流程图；
图4是示出根据本发明又一典型实施方式用于控制混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法的流程图；
图5是混合动力车用电动机驱动系统的示意图。
附图中涉及的附图标记包括后面将进一步讨论的下列部件：
1：DC-DC转换器    2：高压电池
3：主开关         4：电力负载
6：接线盒         5&7：寄生电阻
8：12V辅助电池    10&12：逆变器
14：电压转换器    16：直流连接电容器
应该理解到的是，附图不必按比例绘制，而只是表示用于说明本发明的基本原理的各种优选特征的简化表示。包括例如特定尺寸、方向、位置和形状的本文所公开的本发明的特定设计特征，将通过特定施加和使用环境被部分地确定。
在所有附图中，相同的附图标记表示本发明中相同或者等同的部件。
具体实施方式
下文将详细参照本发明的各个实施方式，在附图中示出并在下文中描述其实施例。尽管将结合示例性实施方式说明本发明，然而应该理解的是，本说明书不是要将本发明限制到这些典型的实施方式。相反地，本发明不仅要涵盖这些典型的实施方式，还涵盖包含在所附权利要求所限定的本发明的思想和范围内的各种替代、修改、等效物及其它实施方式。
如上面结合附图1所述，在用于对12V辅助电池进行充电并将电力供应给电力负载4的系统中，高压电池2通过主开关3与DC-DC转换器1连接，而DC-DC转换器1的输出端与12V辅助电池8和12V电力负载4连接。此外，如图5所示，在混合动力车用电动机驱动系统中，用于驱动电动机M1和M2的第一和第二逆变器10和12通过电压转换器14和直流连接电容器(DC-link capacitor)16连接到DC-DC转换器1的输入端。
本发明提供用于控制混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法，根据外部空气温度、辅助电池的充电状态，以及电力负载的功率消耗来控制DC-DC转换器的功率转换。
下面参考图2描述本发明的典型实施方式，图2中示出用于控制混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法。该方法可防止辅助电池电压在低温时被减小，以及因而在冷起动过程中使充电效率降低。在DC-DC转换器工作过程中，如果车辆的环境温度较低(例如0℃以下)，则本方法增大DC-DC转换器的输出电压，同时增大DC-DC转换器供应给辅助电池的电压，而不考虑燃料效率的降低。因此，提高辅助电池的充电速度。
在优选的实施方式中，在车辆起动之后，确定外部空气温度Tx是否低于边界温度Tx1。如果外部空气温度高于边界温度，则控制DC-DC转换器以正常模式工作。
另一方面，如果确定出外部空气温度低于边界温度(例如0℃以下)，则测量DC-DC转换器输出端的电压或12V辅助电池的电压Vb。如果DC-DC转换器输出端的电压或12V辅助电池的电压Vb低于预定参考电压V2，则控制DC-DC转换器以快速充电模式工作以便显著增大其输出电压。如果DC-DC转换器输出端的电压或12V辅助电池的电压Vb高于预定参考电压V2，则控制DC-DC转换器以涓流充电模式工作以便轻微增大其输出电压。
因而，如果外部空气温度下降到边界温度以下，则本方法增大DC-DC转换器的输出电压以便于对12V辅助电池进行充电。因而，在12V辅助电池的充电状态低的情况下，可以防止在冷起动过程中因辅助电池电压降低而引起车辆不能起动的情形。
接着，测量充电到12V辅助电池或者从12V辅助电池放电的电流。如果充电或放电电流的累积绝对值IB_SUM高于边界值I1，则控制DC-DC转换器以正常模式工作。如果其低于边界值I1，则控制DC-DC转换器以其输出电压被显著或轻微地增大的模式工作。
下面将参考图3说明本发明另一典型实施方式，图3中示出用于控制混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法。在该实施方式中，由于辅助电池的电压是根据辅助电池的充电状态来确定的，因此通过根据辅助电池的充电状态来增大或减小DC-DC转换器的输出电压，从而提高辅助电池的充电效率。具体地，如果辅助电池的充电状态较高，则减小DC-DC转换器的输出电压以提高燃料效率。另一方面，如果辅助电池的充电状态较低，则增大DC-DC转换器的输出电压而不考虑燃料效率的降低，因而提高辅助电池的充电速度。
根据该实施方式，当电力负载当前被操作的量低时，控制DC-DC转换器以提高辅助电池充电速度的模式工作。在此情况下，即使DC-DC转换器的电压被增大，增加的电力负载的功率消耗也很小。另一方面，电力负载当前被操作的量较大时，控制DC-DC转换器以提高燃料效率的模式工作，在该模式中，DC-DC转换器的输出电压被减小。
在优选的实施方式中，在车辆起动之后，确定12V电力负载当前被操作的量，并且将12V电力负载当前被操作的量与参考负载值L1进行比较。
如果12V电力负载当前被操作的量低于参考负载值L1，则增大DC-DC转换器的输出电压以便于对12V辅助电池进行充电。换言之，执行为提高辅助电池的充电速度的模式。在此情况下，即在12V电力负载当前被操作的量低于参考负载值L1的情况下，即使增大DC-DC转换器的输出电压，电力负载的量的增加也相对较小，并且电力负载的量与电压成比例。因此，有利地对12V辅助电池充电。
另一方面，如果12V电力负载当前被操作的量高于参考负载值L1，则确定12V辅助电池的充电状态SOC_A。如果12V辅助电池的充电状态SOC_A低于充电边界值S1，则该方法前进到用于提高辅助电池充电速度的模式。另一方面，如果12V辅助电池的充电状态SOC_A高于充电边界值S1，则该方法前进到用于提高燃料效率的模式，在该模式中，DC-DC转换器的输出电压被减小。具体地，如果12V电力负载的量高于参考负载值L1，则意味着大量电力负载被操作。因而，通过减小DC-DC转换器的输出电压，可以降低电力负载的功率消耗。
下面参考图4说明本发明的另一典型实施方式，图4中示出用于控制混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法。在该实施方式中，如图所示以及结合图1所述，如果12V辅助电池的电压下降到低于9V，则主开关3不开启，因此DC-DC转换器1不使用高压电池2的电力。因此，在该实施方式中，通过将瞬间高压施加给辅助电池对辅助电池进行充电，使得辅助电池能够将高于9V的电压施加给主开关。具体地，DC-DC转换器执行从辅助电池到高压电容器(即连接于被连接到高压电池的电压转换器与逆变器之间的直流连接电容器)的反向功率转换，使得辅助电池的电能被充入到高压电容器中。在足够的额外电能被存储到高压电容器之后，DC-DC转换器在短时段内执行从高压电容器到辅助电池的正向功率转换，使得来自高压电容器的高压(例如大约14V)被供应给辅助电池。因此，辅助电池将高于9V的电压施加给主开关。
在一个典型实施方式中，在车辆起动之后，将12V辅助电池的电压Vb与用于操作主开关(即继电器)和各控制器的下限电压值V1进行比较，其中主开关将高压电池连接到DC-DC转换器。如果12V辅助电池的电压Vb下降到下限值V1以下(例如，如果12V辅助电池的电压下降到9V以下)，则执行DC-DC转换器的反向功率转换操作。基于DC-DC转换器的反向功率转换操作，电能从12V辅助电池被转移到高压电容器(例如，直流连接电容器或位于DC-DC转换器输入端的电容器)。因此，更多的电能被存储在高压电容器中。接着，DC-DC转换器在预定的短时段内执行正向功率转换，使得高压电容器的高压(例如大约14V)通过DC-DC转换器供应给12V辅助电池并往其中充电。
因而，根据电能在较长时段内沿反向被充入辅助电池中然后在短时段内沿正向被转移的原理，增大电压。对12V辅助电池进行瞬间常规充电，因此，12V辅助电池将高于9V的电压施加给各控制器和主开关，借此开启主开关。一旦主开关被开启，则DC-DC转换器通过高压电池的电力被正常驱动，因此提供用于对12V辅助电池进行充电的稳定电压。
本发明因此提供用于提高辅助电池充电效率的方法，以及即使外部空气温度较低时也能通过增加DC-DC转换器的输出电压来改善冷起动性能的方法。此外，如果辅助电池的充电状态高，则通过减小DC-DC转换器的输出电压来提高燃料效率。另一方面，如果辅助电池的充电状态低，则通过增大DC-DC转换器的输出电压来提高辅助电池的充电效率。此外，如果电力负载当前被操作的量较小，则通过增大DC-DC转换器的输出电压来提高辅助电池的充电效率。另一方面，如果电力负载当前被操作的量较大，则通过减小DC-DC转换器的输出电压来提高燃料效率。更进一步地，即使在辅助电池的电压下降到9V以下的情况下，根据本发明，也能基于DC-DC转换器的反向功率转换操作来开启置于高压电池与DC-DC转换器之间的主开关，使得DC-DC转换器正常工作以便借此连续地对辅助电池进行充电。
上面已参考本发明的优选实施方式对本发明进行详细说明。然而，可以理解，本领域技术人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可以对本发明进行变型，本发明的范围由所附的权利要求及其等价形式限定。

Claims (9)

1.一种用于控制混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法，所述方法包括：
将外部空气温度与车辆起动后的边界温度进行比较；
如果外部空气温度低于所述边界温度，则测量12V辅助电池的电压；以及
如果所述12V辅助电池的电压在预定参考电压范围之外，则增大DC-DC转换器的输出电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其中如果所述12V辅助电池的电压低于所述预定参考电压，则所述DC-DC转换器以输出电压被显著增大的快速充电模式工作。
3.根据权利要求1所述的方法，其中如果所述12V辅助电池的电压高于所述预定参考电压，则所述DC-DC转换器以输出电压被轻微增大的涓流充电模式工作。
4.根据权利要求1所述的方法，其中如果外部空气温度高于边界温度，则所述DC-DC转换器以正常模式工作。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
测量充电到所述12V辅助电池或从所述12V辅助电池中放电的电流；
如果充电或放电电流的累积绝对值高于边界值，则控制所述DC-DC转换器以正常模式工作；以及
如果充电或放电电流的累积绝对值低于所述边界值，则控制所述DC-DC转换器以其输出电压被显著或轻微增大的模式工作。
6.一种用于控制混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法，所述方法包括：
将12V电力负载的当前量与车辆起动后的参考负载值进行比较；
如果所述12V电力负载量小于所述参考负载值，则增大DC-DC转换器的输出电压以便执行用于提高12V辅助电池的充电效率的模式；
如果所述12V电力负载量大于所述参考负载值，则确定所述12V辅助电池的充电状态；以及
如果所述12V辅助电池的充电状态低于充电边界值，则进入用于提高所述12V辅助电池的充电速度的模式。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括如果所述12V辅助电池的充电状态高于充电边界值，则进入提高燃料效率的模式，在该模式中，通过减小所述DC-DC转换器的输出电压来节约所述DC-DC转换器的输出电压。
8.一种用于控制混合动力车用12V辅助电池的充电电压的方法，所述方法包括：
将12V辅助电池的电压与车辆起动后用于操作将高压电池与DC-DC转换器连接的主开关以及各种控制器的下限值进行比较；
如果所述12V辅助电池的电压下降到所述下限值以下，则允许所述DC-DC转换器进行反向功率转换；
允许将电能从所述12V辅助电池转移到高压电容器并存储到所述高压电容器中；
允许所述DC-DC转换器在预定的短时段内进行正向功率转换；以及
允许将所述高压电容器的高压能量通过所述DC-DC转换器供应给所述12V辅助电池。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
允许大于下限值电压的电压从所述12V辅助电池施加到所述主开关和所述控制器以开启所述主开关；以及
允许因开启所述主开关而通过所述高压电池的电力来正常驱动所述DC-DC转换器。
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