CN102632809A - 电动汽车和控制有功辅助电池损耗的方法 - Google Patents

电动汽车和控制有功辅助电池损耗的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车和控制有功辅助电池损耗的方法。电动汽车包括牵引电池、辅助电池和控制器。控制器被配置为当辅助电池具有大于最小能量的能量时阻止牵引电池对辅助电池充电。控制器还被配置为：当辅助电池具有最小能量时，使牵引电池对辅助电池充电，从而辅助电池被维持在最小能量。

Description

电动汽车和控制有功辅助电池损耗的方法
技术领域
本发明涉及电动汽车和一种控制方法。
背景技术
这里使用的术语“电动汽车”包括电池电动汽车(BEV)、混合动力电动汽车(HEV)和插入式混合动力电动汽车(PHEV)。
BEV包括电动机，其中，电动机的能量来源是牵引电池。BEV牵引电池可从外部电网再充电。BEV牵引电池实际上是用于汽车推进的车载能量的唯一来源。
HEV包括内燃引擎和电动机，其中，引擎的能量来源是燃料，电动机的能量来源是牵引电池。引擎是用于汽车推进的能量的主要来源，HEV牵引电池提供用于汽车推进的补充能量(HEV牵引电池以电的形式缓冲燃料能量和恢复动能)。
PHEV与HEV的不同之处在于：PHEV牵引电池具有比HEV牵引电池更大的容量，PHEV牵引电池可从电网再充电。PHEV牵引电池是用于汽车推进的能量的主要来源，直到PHEV牵引电池损耗到低能量水平，这时，PHEV如同用于汽车推进的HEV那样操作。
许多电动汽车包括用于向汽车附件负载提供能量的辅助电池。通常，在一般汽车操作中，牵引电池向辅助电池提供能量，以使辅助电池维持在满荷电状态(例如，100％的荷电状态(SOC))。
牵引电池提供能量以将辅助电池维持在满荷电状态的问题在于：对于汽车推进而言该能量是损失的，直到该能量被恢复。此外，由于辅助电池不会总是在最有效的操作点被充电，因此损失的能量的量会加剧。由于效率对于最佳性能和评价是关键的，因此损失能量是电动汽车的普遍问题。对于BEV而言，这尤其是个问题，这是因为BEV基本上只有在汽车连接到外部电网时才能恢复损失的能量。
发明内容
本发明的实施例提供一种方法。该方法包括在辅助电池具有比最小能量更多的能量时不对电动汽车的辅助电池充电。该方法还包括：在辅助电池具有大于最小能量的能量时阻止汽车的牵引电池对辅助电池充电。该方法还包括：当辅助电池具有最小能量时，使用牵引电池对辅助电池充电以将辅助电池维持在最小能量。该方法还可包括：经由电网对辅助电池和牵引电池再充电。
本发明的实施例提供一种电动汽车。所述电动汽车包括牵引电池、辅助电池和控制器。控制器被配置为当辅助电池具有大于最小能量的能量时阻止牵引电池对辅助电池充电。控制器还被配置为：当辅助电池具有最小能量时，使牵引电池对辅助电池充电，从而辅助电池被维持在最小能量。
附图说明
图1示出根据本发明的实施例的插入式混合动力电动汽车(PHEV)的框图；
图2示出根据本发明的实施例的电池电动汽车(BEV)的框图；
图3示出描述根据本发明的实施例的控制电动汽车的辅助电池的有功损耗的方法的一般操作的流程图；
图4示出更详细地描述控制电动汽车的辅助电池的有功损耗的方法的操作的流程图。
具体实施方式
这里公开本发明的详细实施例；然而，应理解公开的实施例仅仅是可以以各种替代形式实施的本发明的示例。附图不必成比例，一些特征可被放大或缩小以显示特定部件的细节。此外，来自一个实施例的任何或所有特征可与任何其它实施例相结合。因此，这里公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为对于权利要求的表示基础和/或教导本领域的技术人员的表示基础，以不同地采用本发明。
现在参照图1，示出了根据本发明实施例的插入式混合动力电动汽车(PHEV)的框图。PHEV 10包括引擎12、牵引电池14、电动机16、发电机18、燃料系统20和控制系统22。引擎12被配置为消耗燃料(例如，汽油)以产生引擎输出。牵引电池14被配置为输出和接收电能并存储接收的电能。电动机16被配置为消耗电能以产生电动机输出。控制系统22被配置为将控制信号发送到引擎12、牵引电池14、电动机16、发电机18、燃料系统20中的一个或多个，并从引擎12、牵引电池14、电动机16、发电机18、燃料系统20中的一个或多个接收感测反馈信息。
燃料系统20具有用于存储汽车车载的燃料的燃料箱。燃料系统20从位于汽车外部的燃料源经由燃料分发装置44沿箭头46所示周期性地接收燃料。
燃料系统20如箭头32所示将燃料传送到引擎12，由此，引擎燃烧燃料以产生引擎输出。引擎输出可如箭头34所示被用于推进汽车和/或经由电动机16或发电机18对牵引电池14再充电。
牵引电池14如箭头28所示将电能传送到电动机16，由此，电动机消耗电能以产生电动机输出。电动机输出可如箭头26所示被用于推进汽车。
PHEV 10可具有各种操作情况。例如，当电动机16被停用时，引擎12可经由驱动轮24推进车辆。当引擎12被停用时，电动机16可经由驱动轮24推进车辆。引擎12和电动机16可同时经由车轮24推进车辆。在一些实施例中，引擎12经由第一组驱动轮推进车辆，电动机16经由第二组驱动轮推进车辆。
在其它操作情况期间，当电动机16被操作为对牵引电池14充电时，引擎12被维持在关闭状态。例如，电动机16如箭头26所示从车轮24接收车轮扭矩，其中，电动机如箭头28所示将汽车的动能转换为电能以存储在牵引电池14中。该操作被称为汽车的再生制动。因此，电动机16在一些实施例中可提供发电机功能。在其它实施例中，发电机18作为替代从车轮24接收车轮扭矩，其中，发电机如箭头30所示将汽车的动能转换为电能以存储在牵引电池14中。
在其它实施例中，PHEV 10被配置为串联类型的汽车推进系统，因此引擎12不直接推进汽车。而是，引擎12被操作为对电动机16提供动力，接着电动机16经由车轮24推进汽车。例如，在选择操作情况期间，引擎12驱动发电机18，接着电动机18如箭头36所示向电动机16提供电能和/或如箭头30所示向牵引电池14提供电能。作为另一示例，引擎12驱动电动机16，电动机提供发电机功能以将引擎输出转换为电能，其中，所述电能存储在牵引电池14中，用于以后被电动机使用。
牵引电池14可从位于汽车外部的能量源38(例如，外部电网)被再充电。牵引电池14如箭头40所示从电网38周期性地接收电能。在再充电操作期间，可经由电缆42从电网38将电能提供给牵引电池14。通过这种方式，电动机16可通过使用能源(例如，电能)而不是由引擎12使用的燃料来推进汽车。
控制系统22可监视存储在牵引电池14中的电能的量(例如，牵引电池的荷电状态(SOC))。通过这种方式，控制系统22可控制用于作为存储在牵引电池14和其它变换物中的电能的量的功能的推进汽车的引擎12和牵引电池14的操作。
PHEV 10还包括辅助电池48、一个或多个附件负载50和控制器52。辅助电池48和附件负载50经由电压总线54与彼此电连接。辅助电池48经由电压总线54向附件负载50提供电能用于它们的操作。附件负载50包括低压(LV)汽车附件，诸如冷却泵、风扇、加热器、动力转向装置、制动器等。
控制器52可监视存储在辅助电池48中的电能的量(例如，辅助电池的SOC)。简要地，应注意控制系统22和控制器52可被组合为单个控制器。
牵引电池14和辅助电池48可经由接口56与彼此电连接。接口56是转换器(例如DC/DC(直流电/直流电)转换器)的形式。一方面，转换器56可与电连接器58电连接，所述电连接器58与牵引电池14电连接，另一方面，转换器56可与电压总线54电连接，所述电压总线54与辅助电池48和附件负载50电连接。因此，当电连接到电压总线54和电连接器58两者时，转换器56电连接牵引电池14和辅助电池48。
当牵引电池14和辅助电池48经由转换器56电连接时，转换器56可以是以双向方式工作的降压升压转换器：从例如12伏特(例如，辅助电池48的典型电压)的低电压提升为例如400伏特(例如，牵引电池14的典型电压)的高电压，或将高电压降低为低电压。在该示例中，电压总线54是12伏特电压总线。
控制器52可与转化器56操作以选择性地将牵引电池14与辅助电池48电连接，并选择性地将牵引电池14与辅助电池48的电断开。
当然，牵引电池14和辅助电池48可一直经由转换器56与彼此电连接。在这种情况下，在第一示例中，控制器52可将转换器56的DC-DC输出电压设置点设置为允许将牵引电池14的电能释放给辅助电池48的值。相反，在第二示例中，控制器52可将转换器56的DC-DC输出电压设置点设置为这样的值：允许将辅助电池48的电能释放给附件负载50，而不将牵引电池的电能释放给辅助电池48或附加辅助50。这里，第一示例落入“电连接”类别，而第二示例落入“电断开”类别。
如上所述，PHEV 10包括高压电系统和低压电系统。包括牵引电池14的高压(HV)电系统提供用于汽车推进的电能。包括辅助电池48的低压(LV)电系统提供用于汽车附件的电能。高压电系统和低压电系统经由转换器56进行接口连接。作为示例，牵引电池14包括适用于满足汽车推进所需的电能的一个或多个电池和/或电容器，而辅助电池48是适用于满足汽车附件所需的电能的“12V”类型的电池。
如以下将更详细地描述的，本发明的实施例提供一种控制PHEV 10的辅助电池48的有功损耗的方法。虽然已经将图1的PHEV 10描述为插入式HEV，但是该方法还可应用于缺乏经由外部电网对其牵引电池再充电的能力的HEV。在这种情况下，图1中示出的PHEV 10的构造应被大致上修改为删除电网38、电能流40、电缆42。然而，该方法仍可应用于下面将描述的HEV。该方法还可应用于下面将描述的不具有内部燃烧引擎的电池电动汽车(BEV)。
现在参照图2，继续参照图1，示出根据本发明的实施例的BEV 60。BEV60与PHEV 10共享许多相同类型的部件，并且包括可经由电网38再充电的牵引电池14的相同部件由相同标号表示。注意到，BEV 60与PHEV 10和HEV的不同在于：BEV 60缺少引擎12及其关联的燃料系统20。结果，牵引电池14实际上时在汽车操作时(例如，在牵引电池14与电网38断开时)用于汽车推进的能量的唯一来源。
牵引电池14经由换流器62将电能传送到电动机16，由此，电动机消耗电能以产生电动机输出以推进汽车。从牵引电池14传送的电能是DC电能。在汽车推进操作期间，换流器62将该DC电能转换为AC电能以由电动机16接收。相反，在再生制动操作期间，换流器62将来自电动机16的AC电能转换为DC电能以由牵引电池14接收。虽然没有在图1中示出，但是类似地，PHEV 10在牵引电池14和电动机16之间包括这种换流器，并且PHEV 10的牵引电池14和电动机16采用相同的DC到AC和AC到DC转换。
BEV 60还包括控制器64。控制器64执行由PHEV 10的控制系统22和控制器52执行的可应用的操作。为此，控制器64可监视存储在牵引电池14和辅助电池48中的电能的量。
同样，牵引电池14和辅助电池48可经由转换器56与彼此电连接。具体地说，转换器56可与电连接器58电连接，所述电连接器58与牵引电池14电连接，并且，转换器56可与电压总线54电连接，所述电压总线54与辅助电池48和附件负载50电连接。控制器64可与转换器56操作以选择性地将牵引电池14与辅助电池48电连接，并且选择性地将牵引电池14与辅助电池48电断开。
在该实施例中，牵引电池14被配置为向位于汽车上的其它电负载(除了电动机16之外)提供电能，所述其它电负载包括高压(HV)附件负载，诸如PTC加热器66a和空调单元66b。这种HV附件负载66与电连接器58电连接，所述电连接器58与牵引电池14电连接。同样，辅助电池48被配置为向低压(LV)附件负载50提供电能，所述低压(LV)附件负载50经由电压总线54与辅助电池48电连接。
同样，牵引电池14可从电网38再充电。具体地说，牵引电池14如箭头40所示经由连接到电网38的电缆42从电网38周期性地接收AC电能。BEV60包括车载充电器68，充电器68从电网38接收AC电能。充电器68是将接收的AC电能转换为适用于对牵引电池14充电的HV DC电能的AC/DC转换器。接着，在再充电操作期间，充电器68向牵引电池14提供HV DC电能以对牵引电池14充电。
充电器68具有关联的辅助电池充电器70。在再充电操作期间，充电器68将DC电能的一些提供给充电器70。充电器70是DC/DC转换器。充电器70将来自充电器68的DC电能转换为适用于对辅助电池48充电的DC电能(即，充电器70是将来自充电器68的HV DC电能转换为用于辅助电池48的LV(“12V”)DC电能的降压转换器)。接着，如图2中的虚线所示，在再充电操作期间，充电器70将LV DC电能提供给辅助电池48以对辅助电池48充电。
如上所示，本发明的实施例提供一种控制电动汽车(诸如PHEV 10和BEV 60以及HEV)的辅助电池的有功损耗的方法。在进行关于牵引电池14和辅助电池48的评述之后将参照图3描述本方法的总体操作。
牵引电池14是汽车的高压(HV)电系统的部件。牵引电池一般向电动机16提供HV电能用于汽车推进。HV电能可在例如大约400伏特。牵引电池14可以是例如高压超级电容器或电化学存储装置(诸如锂离子(LION)电池)。牵引电池14可包括串联连接的一个或多个电池和/或电容器以在较高电压进行操作。
辅助电池48是汽车的低压(LV)电系统的部件。辅助电池48向附件负载50提供LV电能用于它们的操作。因为大约12伏特是用于辅助电池操作的一般标准电压，因此LV电能在大约12伏特。当然，如果标准电压不同(诸如15伏特)，则LV电能应该在大约15伏特。这样，辅助电池48是“12V”类型的电池。辅助电池48可以是诸如铅酸电池的传统电池。优选地，辅助电池48具有允许深度放电和循环(再充电-放电)的能力。此外，辅助电池48优选地能够承受传统12V电压的开路电压之上的电压(例如，12.5V)。
现在参照图3，继续参照图1和图2，示出了根据本发明实施例的描述控制电动汽车(诸如PHEV 10或BEV 60)的辅助电池(诸如辅助电池48)的有功损耗的方法的总体操作的流程图80。该方法总体包括三个阶段：放电阶段82、维持阶段84和再充电阶段86，所述三个阶段如图3所示在给定循环期间顺序运行。
在电动汽车被驾驶时(即，在汽车未插入电网38时)发生放电阶段82。放电阶段82开始于控制器(例如，控制器64)控制转换器56将牵引电池14与辅助电池48电断开。因此，在放电阶段82期间，来自牵引电池14的电能用于汽车推进并可能用于HV附件负载66，而来自辅助电池的电能用于附件负载50。更具体地说，在放电阶段82期间，牵引电池14被阻止向辅助电池48提供电能。
此外，如上面的总体描述，在放电阶段82期间，牵引电池14和辅助电池48两者可与转换器56电连接。控制器64将转换器56的DC-DC输出电压设置点设置为这样的值：在仍然将电压总线54上的“负载”维持在合理水平的同时允许辅助电池48连续放电。
在放电阶段82的开始，辅助电池48具有大于最小辅助电池(AB)SOC的SOC。(假设在放电阶段82开始之前辅助电池48已经被充电至具有大于最小AB SOC的SOC)。最小AB SOC是辅助电池48可具有以充分地将电能提供给附件负载50的最小SOC。例如，假设辅助电池48是当SOC为100％时具有12.7伏特的开路电压的“12V”类型的电池。这样，辅助电池48能够将足够的电能提供给“12V”附件负载50。然而，在辅助电池48放电时辅助电池48的开路电压随着其SOC减小而减小。例如，在30％的SOC，辅助电池48的开路电压可仅大概在11.75伏特(刚好够用于附件负载50)。辅助电池48的SOC的任何进一步的减小会导致更低的开路电压，这会危害当由辅助电池48供电时附件负载50的操作。因此，只要辅助电池48的SOC大于30％(即，最小AB SOC)，辅助电池48就可向附件负载50提供足够的电能。一旦辅助电池48的SOC达到或低于最小AB SOC(在该示例中为30％)，则辅助电池48不能向附件负载50提供足够的电能。
如所示的，在放电阶段82期间，随着辅助电池48放电以向附件负载50提供电能，辅助电池48的SOC减少。控制器64监视辅助电池48的SOC。一旦辅助电池48的SOC到达最小AB SOC，则控制器64控制转换器56的操作，以使所述方法从放电阶段82进行到维持阶段84。
维持阶段84也在电动汽车被驾驶时(即，在汽车不被插入电网38时)发生。维持阶段84开始于控制器64控制转换器56将牵引电池14电连接到辅助电池48。(同样，控制器64将转换器56的DC-DC输出电压设置点设置为合适的不同值)。因此，在维持阶段84期间，来自牵引电池14的电能用于汽车推进，可能用于HV附件负载66，并用于对辅助电池48充电。在维持阶段84期间，由于牵引电池14与辅助电池48电连接，因此牵引电池14可(经由转换器56)将电能提供给辅助电池48。类似地，在维持阶段84期间，牵引电池14可将电能提供给附件负载50。
在维持阶段84的开始，辅助电池48具有与最小AB SOC大致相等的SOC。控制器64控制牵引电池14和/或转换器56从而牵引电池向辅助电池48提供刚好足够的电能，以将辅助电池的SOC“维持”在最小AB SOC。
应注意用于将辅助电池48的SOC维持在最小AB SOC而不是只使辅助电池放电的一个原因在于：如果辅助电池48的SOC变得太低，则辅助电池48再充电的能力可被损坏。优选地，由于牵引电池14的电能应被维持用于未来汽车推进，并且因为利用来自牵引电池14的电能对辅助电池48进行额外的再充电可能不是有效的，因此，在维持阶段84期间，不利用来自牵引电池14的电能增加辅助电池48的SOC。总之，在维持阶段86期间，辅助电池48的SOC被维持在最小AB SOC，直到所述方法继续到再充电阶段86，在再充电阶段86电动汽车被停放并被插入电网38。
如所示的，再充电阶段86开始于电动汽车被插入电网38。在再充电阶段86期间，汽车从电网38接收电能，电网38用于对牵引电池14和辅助电池48两者进行再充电。已经参照图1和图2描述了所述再充电。在完成再充电阶段86之后，牵引电池14和辅助电池48两者被充满电(例如，100％SOC)。在电动汽车被拔出并运行时，所述方法之后开始起始于放电阶段82的另一循环。
现在参照图4，继续参照图1、图2和图3，示出了更详细地描述控制电动汽车的辅助电池的有功损耗的方法的操作的流程图90。
首先，汽车的操作如块92所示开始。这里，汽车未被插入电网38并且能够向前推进一距离。当开始汽车操作时，牵引电池14具有给定SOC，辅助电池48具有高于最小AB SOC的给定SOC，如块94中所示。控制器(例如，控制器64)控制转换器56将牵引电池14与辅助电池48电断开，如块96中所示。因此，牵引电池14放电用于汽车推进，而辅助电池48放电用于附件负载50，如块98中所示。控制器64监视辅助电池48的SOC，并将辅助电池48的SOC与最小AB SOC相比较，如块100中所示。块92、块94、块96、块98、块100表示放电阶段82期间的动作。
一旦辅助电池48的SOC达到最小AB SOC，则控制器64控制转换器56将牵引电池14与辅助电池48电连接，如块102中所示。接着，除了放电用于汽车推进之外，牵引电池14向辅助电池48放电以将辅助电池48的SOC维持在最小AB SOC，如块104中所示。块102到104表示维持阶段48期间的动作。
接下来，汽车的操作停止，汽车连接到电网38以再充电，如块106中所示。接着，在再充电期间，牵引电池14和辅助电池48被再充电，如块108中所示。块106到108表示再充电阶段86期间的动作。
虽然结合PHEV和BEV描述如图3和图4所示的方法的操作，但是该方法也适用于HEV。在这种情况下，再充电阶段86被修改为考虑不进行经由电网38的再充电。具体地说，再充电阶段86被修改为：在汽车的动能在合适时间(例如，在牵引电池14被足够地再充电之后)以电能形式恢复时发生辅助电池48的再充电。例如，在再生制动充电期间发生辅助电池48的再充电。类似地，用于PHEV的再充电阶段86可以按相似的方式被修改。
应注意该方法可以向BEV提供如下最大益处：由于牵引电池14不会向辅助电池48补充该“损失的能量”，因此从辅助电池48损耗的电能为电动汽车增加距离行程(例如，在200Wh/英里的情况下2-3英里)。
如所述的，本发明的实施例提供一种控制电动汽车的辅助电池的有功损耗的方法。在该方法的控制下，电动汽车加入了使用辅助电池的更多的电能的有功辅助电池损耗策略。该策略导致在汽车的操作期间的辅助电池的更低的SOC。当汽车为了从外部电源再充电而被连接时补充辅助电池能量。这种技术提供可适合于在汽车操作期间使用的额外能量容量。此外，这种技术防止恒定维持和在较低效率操作期间的12V辅助充电负担。这种技术将辅助电池损耗控制在限度内，直到更有效的更高负载可被使用。
虽然已经示出和描述了本发明的实施例，但是这些实施例不意图示出和描述本发明的所有可能形式。而是，在本说明书中使用的词语是描述性的词语，而不是限制性的词语，并且应理解在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。

Claims (10)

1.一种电动汽车，包括：
电机；
与电机电连接的牵引电池；
辅助电池；
控制器，被配置为当辅助电池具有大于最小能量的能量时阻止牵引电池对辅助电池充电；
其中，控制器还被配置为：当辅助电池具有最小能量时，使牵引电池对辅助电池充电，从而辅助电池被维持在最小能量。
2.如权利要求1所述的电动汽车，其中：
在电动汽车连接到电网时，牵引电池和辅助电池被配置为经由电网被再充电。
3.如权利要求1所述的电动汽车，其中：
控制器被配置为使牵引电池在电动汽车被驾驶时对辅助电池充电。
4.如权利要求1所述的电动汽车，其中：
控制器还被配置为：将牵引电池与辅助电池电断开，以阻止牵引电池对辅助电池充电；
控制器还被配置为：电连接牵引电池与辅助电池，以使牵引电池对辅助电池充电。
5.如权利要求1所述的电动汽车，其中：
牵引电池被配置为：提供用于推进电动汽车的能量；
辅助电池被配置为：提供用于操作汽车附件的能量。
6.如权利要求1所述的电动汽车，还包括：
转换器；
其中，牵引电池与转换器电连接，辅助电池与转换器电连接；
其中，控制器还被配置为：将转换器的设置点设置为阻止牵引电池对辅助电池充电的第一值；
其中，控制器还被配置为：将转换器的设置点设置为使牵引电池对辅助电池充电从而辅助电池被维持在最低能量的第二值。
7.如权利要求6所述的电动汽车，其中：
辅助电池的最小能量是辅助电池的最小荷电状态(SOC)。
8.如权利要求1所述的电动汽车，其中：
当辅助电池具有小于最小能量的能量时，危害辅助电池向汽车附件提供能量的能力。
9.如权利要求1所述的电动汽车，其中：
控制器还被配置为：使牵引电池对辅助电池充电以使辅助电池的能量增加为大于最小能量。
10.如权利要求1所述的电动汽车，其中：
控制器还被配置为：当辅助电池具有大于最小能量的能量时，使辅助电池放电。
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