CN103094948B

CN103094948B - 用于电动车的电力供应系统及其控制方法

Info

Publication number: CN103094948B
Application number: CN201210418343.0A
Authority: CN
Inventors: 张成镇
Original assignee: LS Industrial Systems Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: US9340123B2; KR101251243B1; EP2586647A2; CN103094948A; JP5497871B2; JP2013099248A; US20130106176A1

Abstract

本发明提供了一种用于电动车的电力供应系统及其控制方法，所述系统包括：高压电池和低压电池，所述高压电池产生用于所述电动车的电动机的驱动电压，并且所述低压电池产生用于其他电子装备的驱动电压；LDC（低压DC-DC转换器），其将由所述高压电池产生的高压转换成低压，并且产生用于对所述低压电池进行充电的控制电力；交流发电机，其利用所述电动机的转动动力来产生用于对所述低压电池进行充电的控制电力；以及控制电力选择器，其选择性地向所述低压电池供应由所述LDC或者所述交流发电机产生的控制电力。

Description

用于电动车的电力供应系统及其控制方法

技术领域

本公开涉及一种用于电动车的电力供应系统及其控制方法，尤其涉及一种构造为选择用于对低压电池进行充电的控制电力的用于电动车的电力供应系统及其控制方法。

背景技术

在背景技术部分的讨论中公开的信息仅用于增强对本公开的一般背景的理解，而不应当作为承认或者以任何形式暗示该信息形成了本领域的技术人员已知的现有技术。

近年来，由于减少CO₂排放以试图防止全球变暖以及空气污染的目标，设置有二次电池并且使用发动机和电动机这两者作为动力源的混合动力电动车（HEV）变得越来越受欢迎，而且设置有二次电池并且不会排出废气的电动车（EV）也开始受到关注，其中电动机由电驱动以使得EV运转，并且电池向电动机供电。通常，EV指的是那些主要使用电作为动力的车辆，并且典型的EV包括HEV（混合动力电动车）、PHEV（插入式混合动力电动车），和EV（电动车）。

通常地，EV的电力系统包括：主电池（高压电池），其向驱动电动机供应驱动电力；BMS（电池管理系统）；次电池（低压电池），其向车辆的其它电子装备和许多电气装置提供驱动电力。

逆变器可以用作电池和电动机之间的中介件。也就是说，逆变器将主电池（高压电池）所产生的高DC（直流）电压转换成AC（交流）信号以对电动机进行控制。低压DC-DC转换器（LDC）将高压电池的电力转换成直流。也就是说，LDC将直流切换成交流，利用线圈、变压器、电容等来升高或者降低交流，将产生的交流整流为直流并且供应适于在相应的电负载中使用的电压的电。更详细地，LDC将主电池（高压电池）所产生的高压转换成低压，并且输出低压以对次电池（低压电池）进行充电。

安装在常规发动机车辆上的交流发电机用作利用发动机动力产生预定的电压并且将该电压供应给车辆上的各个电负载以及同时将充电电压供应给电池。

同时，由主电池提供用于EV的电动机和其他电子装备的驱动电力，主电池是EV的主要电力。对主电池进行充电需要花费长的时间并且通过一次充电的EV的行驶距离是有限的，因此进行了多种努力来减少EV的电力消耗。

在电动车中，用于次电池的充电电压是从主电池通过LDC供应的。也就是说，LDC持续地将高压供应给主电池，然后高压被转换成低压至次电池作为充电电压。其结果是，造成了持续地消耗主电池的电力以对次电池进行充电的问题。此外，由于次电池的寿命相对短，因为当使用EV时必须更换多个电池。自然地，久而久之这导致了额外的成本。

发明内容

本部分提供了本公开的概要说明，而并非是其全部范围或所有特征的完全的公开。

本公开的示例性方案至少基本上解决了上述问题和/或缺点，并且至少提供了下面的优点。因此，本公开的一个方案提供了一种用于电动车的电力供应系统，以及使用该电力供应系统的控制方法，该电力供应系统构造为利用电动机的转动动力或者电动车中的高压电池对低压电池进行充电。

然而，应当强调的是，本公开并不限于上面解释的特定的公开。应当理解的是，这里没有提到的其它技术主题可以被本领域的技术人员所领会。

在本公开的一个总的方案中，提供了一种用于电动车（EV）的电力供应系统，所述系统包括高压电池和低压电池，所述高压电池产生用于所述电动车的电动机的驱动电压，并且所述低压电池产生用于其他电子装备的驱动电压，所述系统包括：LDC（低压DC-DC转换器），其将由所述高压电池产生的高压转换成低压，并且产生用于对所述低压电池进行充电的控制电力；交流发电机，其利用所述电动机的转动动力来产生用于对所述低压电池进行充电的控制电力；以及控制电力选择器，其选择性地向所述低压电池供应由所述LDC或者所述交流发电机产生的控制电力。

在一些示例性实施例中，所述交流发电机通过对由所述电动机的转动动力产生的AC电压进行整流而产生DC电压。

在一些示例性实施例中，在所述交流发电机产生的电压大于预定的基准电压的情形下，所述控制电力选择器将由所述交流发电机产生的电压作为控制电力提供给所述低压电池。

在一些示例性实施例中，在所述交流发电机产生的电压小于预定的基准电压的情形下，所述控制电力选择器将由所述低压DC-DC转换器转换的低压作为控制电力提供给所述低压电池。

在一些示例性实施例中，所述控制电力选择器包括开关，在所述开关中第一端子固定地连接至所述低压电池，并且第二端子选择性地连接至所述LDC或者所述交流发电机。

在一些示例性实施例中，所述开关这样构造：在所述交流发电机产生的电压大于预定的基准电压的情形下，所述第二端子连接至所述交流发电机，并且在所述交流发电机产生的电压小于预定的基准电压的情形下，所述第二端子连接至所述LDC。

在一些示例性实施例中，所述开关这样构造：在所述电动车正在行驶的情形下，所述第二端子连接至所述交流发电机，并且在所述电动车停止行驶或者处于初始操作的情形下，所述第二端子连接至所述LDC。

在一些示例性实施例中，所述高压电池构造为使得多个蓄电池以串联法连接，或者以串联连接的蓄电池的并联法连接。

在本公开的另一个总的方案中，提供了一种用于电动车（EV）的电力供应系统的控制方法，所述系统包括高压电池和低压电池，所述高压电池产生用于所述电动车的电动机的驱动电压，并且所述低压电池产生用于其他电子装备的驱动电压，所述方法包括：由交流发电机利用电动机的转动动力来产生DC电压；对由所述交流发电机产生的DC电压与预定的基准电压进行比较；以及作为比较的结果，将由所述交流发电机产生的DC电压或者所述LDC的输出电压作为控制电力提供给所述低压电池。

在一些示例性实施例中，所述LDC通过将由所述高压电池产生的高压转换成低压来产生用于对所述低压电池进行充电的控制电力。

在一些示例性实施例中，将由所述交流发电机产生的DC电压或者所述LDC的输出电压作为控制电力提供给所述低压电池的步骤包括：在所述交流发电机产生的DC电压大于预定的基准电压的情形下，将由所述交流发电机产生的DC电压作为控制电力提供给所述低压电池。

在一些示例性实施例中，将由所述交流发电机产生的DC电压或者所述LDC的输出电压作为控制电力提供给所述低压电池的步骤包括：在所述交流发电机产生的DC电压小于预定的基准电压的情形下，将由所述LDC转换的低压作为控制电力提供给所述低压电池。

用于电动车的电力供应系统及其控制方法具有这样的有益效果：通过安装能够产生DC电压的交流发电机以及允许LDC或者交流发电机选择性地供应用于对低压电池进行充电的控制电力，能够通过允许交流发电机用控制电力来覆盖或者占用由电动机的转动动力产生的DC电压来大幅地减少高压电池的电力消耗，而不会在电动车正在行驶的同时消耗来自高压电池的电力。

根据下面结合附图的公开了本发明的示例性实施例的详细描述，对于本领域的普通技术人员，本公开的其它示例性方案、优点和显著特征将变得更加显而易见。

需要理解的是，术语“车辆”或者“车辆的”或者如这里使用的其它类似的术语包括机动车，一般地如客运汽车（包括运动型多用途车（SUV）、公共汽车、卡车、各种商务车）、船（包括各种小艇和船舶）、航空器等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合动力电动车、氢气动力车以及其它替代性燃料车辆（例如，从除了石油之外的能源获得的燃料）。正如这里所提到的，混合动力车是具有两种或者更多种动力源的车辆，例如既以汽油作为动力又以电力作为动力的车辆。

本发明的上述和其它的特征将叙述如下。

附图说明

结合在附图中图示的本发明的特定示例性实施例，现在将详细描述本发明的以上和其它特征，附图仅以示例性方式给出，因此并不限制本发明，并且其中：

图1是图示出根据本公开的示例性实施例的用于电动车的电力供应系统的构造的框图；

图2是图示出根据本公开的示例性实施例的包含在用于电动车的电力供应系统中的控制电力选择器的示意图；以及

图3是图示出根据本公开的另一个示例性实施例的用于电动车的电力供应系统的控制方法的流程图。

本公开的额外的优点、目的和特征将部分地在下文的说明中得到阐释并且部分地对于本领域的普通技术人员而言在对下面的描述进行考察时是显而易见的，或者可以从本公开的实践中获知。本公开的目的和其它优点可以通过在本公开的书面说明书及其权利要求以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

需要理解的是，本公开的上述一般性描述和下面的详细描述是示例性的和解释性的，并且意在提供如要求的本公开的进一步的解释。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施例。

在描述本公开的过程中，将省略本领域中已知的构造或过程的详细描述，以免关于已知构造和功能的不必要细节影响本领域技术人员对本发明构思的清晰理解。相应地，在说明书和权利要求书中使用的特定术语或词语的含义不应限于字面或一般采用的含义，而是应该根据使用者或操作员的意图和惯常用法进行解释，或者可以根据使用者或操作员的意图和惯常用法的解释而不同。因此，特定术语或词语的定义应该基于说明书中的全部内容。

为了有助于内容公开，后缀“模块”、“单元”和“部件”可用于表示元件。后缀本身不能给出重要含义或作用，应该理解的是，“模块”、“单元”和“部件”可以一起使用或互换使用。也就是说，说明书中所述的术语“-器”、“-仪”、“部件”和“模块”表示用于处理至少一种功能和操作的单元，并且能够通过硬件部件或软件组件和二者的结合来实施。

在此处使用时，“示例性”仅表示一个示例而非最佳示例。此外，还应该理解的是，为了简明和易于理解的目的，此处描述的特征、层和/或元件被图示为具有相对于彼此的特定尺寸和/或方位，但是，实际的尺寸和/或方位可以实质上不同于图示的尺寸和/或方位。也就是说，在附图中，可以放大或者缩小层、区域和/或其他元件的尺寸和相对尺寸，以提供更清晰的图示。在全文中，相同附图标记始终表示相同元件，并且将省略相互重复的说明。

应该理解的是，虽然此处可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各个元件，但是这些元件不应该受限于这些术语。这些术语仅用于使一个元件区别于另一个元件。例如，第一区域/层可命名为第二区域/层，并且，同样地，第二区域/层可命名为第一区域/层，而不会偏离本公开的教导。

此处使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而非旨在限制总体发明构思。除非上下文明确指出，此处使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式。

图1是图示出根据本公开的示例性实施例的用于电动车的电力供应系统的构造的框图。

参照图1，根据本公开的示例性实施例的用于电动车（EV）的电力供应系统包括：高压电池110，其供应高压驱动电力；逆变器120；电动机130；低压电池140，其向EV的低压电子装备提供驱动电力；LDC（低压DC-DC转换器）150，其对低压电池进行充电；交流发电机160；以及控制电力选择器170。

图1中图示出的构成部件是为了图示本公开的构成部件，并且对于本领域技术人员而言应当是明显的是，根据本公开的示例性实施例的用于EV的电力供应系统能够形成有除了图1中所图示的构成部件以外的更多的构成部件。

作为驱动电源的高压电池110提供用于驱动EV的诸如电动机130的高压电负载的高压。高压电池110可以包括用于向电动机130供应高压（例如，300V）的以串联法连接或者以串联连接的蓄电池的并联法连接的多个蓄电池。通常地，多个蓄电池中的每一个输出几伏至几十伏。

逆变器120从高压电池110接收数百伏的高压（例如，300V）。逆变器120将高压DC转换成高压AC以驱动和控制EV的电动机130。

电动机130接收来自从高压电池110经由逆变器120供应的电力的转动力（扭矩）以驱动EV。低压电池140向EV的各个电负载提供驱动电力。考虑到电负载通常由诸如12V或者24V的低压操作的事实，低压电池140设置为与高压电池110分离安装的次电池，高压电池110是向EV供应驱动电力的主电池。

LDC150利用由高压电池110产生的高压对低压电池140进行充电。也就是说，LDC接收来自高压电池110的高压，将高压转换成几十伏电压的低压，并且将转换后的低压提供为用于对低压电池140进行充电的控制电力。

控制电力限定了用于对低压电池140进行充电的充电电力。例如，为了使低压电池140供应12V，控制电力的电压水平优选地比12V高几伏。LDC150持续地接收来自高压电池110的高压以向低压电池140供应充电控制电力，因此高压电池110被持续地消耗。

交流发电机160响应于电动机130的转动而将机械能转换成电能以对低压电池140进行充电。也就是说，交流发电机160由电动机130的转动能产生AC，其中通过整流器（未示出）对AC进行整流以产生DC产生电压。

交流发电机160提供DC产生电压作为用于对低压电池140进行充电的控制电力。因为交流发电机160响应于EV的行驶而利用电动机130的转动能产生DC电压，所以当EV正在行驶时交流发电机160能够供应用于对低压电池140进行充电的控制电力而不需要消耗其他电源（诸如高压电池）的电力。

控制电力选择器170选择性地将由LDC150或者交流发电机160产生的控制电力提供给低压电池140。控制电力选择器170响应于由交流发电机160产生的DC电压的大小而判定是将LDC150所产生的控制电力供应给低压电池140，还是将交流发电机160所产生的控制电力供应给低压电池140。

也就是说，如果由交流发电机160产生的DC电压的大小大于预定的基准电压，那么控制电力选择器170能够将由交流发电机160产生的DC电压作为控制电力供应给低压电池140。

其中由交流发电机160产生的DC电压的大小大于预定的基准电压的情形是当EV正在行驶的情形，以及也是当能够由电动机130的转动能产生足够的DC电压的情形。

同时，如果由交流发电机160产生的DC电压的大小小于预定的基准电压，那么控制电力选择器170可以将由LDC150转换的低压作为控制电力供应给低压电池140，这种情形限定了，交流发电机160不能通过电动机130的转动能产生足够的DC电压。

此时，用于选择性地供应用于对低压电池进行充电的控制电力的控制电力选择器170可以包括开关，这意味着需要操纵开关以用于控制电力选择，其中通过从EV的内部产生的切换信号对开关进行控制以自动地实施控制电力选择，或者可以通过用户对开关的手动操纵来选择控制电力。

在自动实施控制电力选择的情形中，必须预先实施交流发电机160的DC电压与预定的基准电压之间的比较，这可以由控制电力选择器170来实现。可选地，虽然在图1中未示出，交流发电机160的DC电压与预定的基准电压之间的比较可以由安装在EV上的主控制单元来实现。

控制电力选择器170或者主控制单元可以产生作为比较结果的切换信号，然后提供该切换信号。

在下文中，将参照图2描述安装在控制电力选择器170上的开关的操作。

图2是图示出根据本公开的示例性实施例的包含在用于电动车的电力供应系统中的控制电力选择器的示意图，其中图示出了安装有开关171的控制电力选择器170。

参照图2，开关171的第一端子固定地连接至低压电池140。控制电力的选择通过第二端子的连接状态来实施，其中第二端子选择性地连接至LDC150或者交流发电机（即，B或者C）。

开关171的第二端子响应于作为比较结果的切换信号而选择性地连接至LDC150或者交流发电机160，该比较由控制电力选择器170或者主控制单元在由交流发电机160产生的DC电压与预定的基准电压之间做出。

例如，如果由交流发电机160产生的DC电压的大小大于预定的基准电压，那么切换信号以这样的方式进行控制：开关171的第二端子连接至交流发电机160。其结果是，将由交流发电机160产生的DC电压提供为用于对低压电池140进行充电的控制电力。

同时，如果由交流发电机160产生的DC电压的大小小于预定的基准电压，那么切换信号以这样的方式进行控制：开关171的第二端子连接至LDC150。其结果是，将由LDC150转换的低压提供为用于对低压电池140进行充电的控制电力。

从上文中注意到的是，根据本公开的示例性实施例的用于EV的电力供应系统具有这样的有益效果：通过覆盖或者占用利用电动机130的转动动力的控制电力，而不会在EV正在行驶的同时消耗高压电池110的电力，选择性地从LDC150或者从交流发电机160供应用于对低压电池140进行充电的控制电力，从而大幅地减少了高压电池110的电力消耗。

参照图3，如果起动了EV的初始操作（S31），那么在由交流发电机160产生的DC电压与预定的基准电压之间进行比较，以选择用于对低压电池140进行充电的控制电力（S33）。由于在从EV的初始起动起的预定时间内电动机的转动动力不足以及由交流发电机160产生的DC电压水平低的事实，当EV正在行驶时（即，当EV持续地移动时），能够从电动机的转动动力产生足够的DC电压。

作为比较的结果，如果由交流发电机160产生的DC电压大于预定的基准电压，则控制电力选择器170将交流发电机160的DC电压作为控制电压供应给低压电池140（S35），这与其中EV正在行驶（即，当EV持续地移动时），以使得能够从电动机130的转动动力产生足够的用于对低压电池140进行充电的DC电压的情形相对应。

作为比较的结果，如果由交流发电机160产生的DC电压小于预定的基准电压，则控制电力选择器170将LDC150的低压作为控制电压供应给低压电池140（S37），这与刚好在起动EV之后或者在其后的预定时间内的情形相对应，这指的是如下情形：由于电动机130的转动动力不足，所以由交流发电机160产生的DC电压低，以使得需要从高压电池110接收用于对低压电池140进行充电的控制电力。

无论电动机130的转动动力以及EV的行驶状态，LDC150能够将从高压电池110输出的高压转换成低压并且输出，以使得控制电力选择器170将从LDC150输出的低压作为低压电池140的控制电力供应给低压电池140。

本发明的高压系统能够适当地用于借助于高压电池的电能来起动行驶的所有类型的电动车，诸如EV（电动车）、HEV（混合动力电动车），和PHEV（插入式混合动力电动车）。

然而，根据本公开的上述电力供应系统及其控制方法可以体现为许多不同形式，并且不应解释为限于此处所述的实施例。因而，本公开的实施例旨在涵盖落入随附的权利要求及其等同构思范围内的本公开的改进和变型例。

尽管已经在多个实施例中公开了特定特征或方案，但是这些特征或方案可以根据需要与其他实施例的一个或多个其他特征和/或方案选择性地组合。

Claims

1.一种用于电动车的电力供应系统，所述系统包括高压电池和低压电池，所述高压电池产生用于所述电动车的电动机的驱动电压，并且所述低压电池产生用于其他电子装备的驱动电压，所述系统包括：

低压DC-DC转换器，其将由所述高压电池产生的高压转换成低压，并且产生用于对所述低压电池进行充电的控制电力；

交流发电机，其利用所述电动机的转动动力来产生用于对所述低压电池进行充电的控制电力；以及

控制电力选择器，其根据对由所述交流发电机产生的控制电力与预定的基准电压进行比较的结果，选择性地向所述低压电池供应由所述低压DC-DC转换器产生的控制电力和所述交流发电机产生的控制电力之一，并且

其中，在所述交流发电机产生的电压大于所述预定的基准电压的情形下，所述控制电力选择器将由所述交流发电机产生的电压作为控制电力提供给所述低压电池，以及在所述交流发电机产生的电压小于所述预定的基准电压的情形下，所述控制电力选择器将由所述低压DC-DC转换器转换的低压作为控制电力提供给所述低压电池。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述交流发电机通过对由所述电动机的转动动力产生的AC电压进行整流来产生DC电压。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制电力选择器包括开关，在所述开关中第一端子固定地连接至所述低压电池，并且第二端子选择性地连接至所述低压DC-DC转换器或者所述交流发电机。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述开关这样构造：在所述交流发电机产生的电压大于所述预定的基准电压的情形下，所述第二端子连接至所述交流发电机，并且在所述交流发电机产生的电压小于所述预定的基准电压的情形下，所述第二端子连接至所述低压DC-DC转换器。

5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述开关这样构造：在所述电动车正在行驶的情形下，所述第二端子连接至所述交流发电机，并且在所述电动车停止行驶或者处于初始操作时的情形下，所述第二端子连接至所述低压DC-DC转换器。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高压电池这样构造：多个蓄电池以串联法连接，或者以串联连接的蓄电池的并联法连接。

7.一种用于电动车的电力供应系统的控制方法，所述系统包括高压电池和低压电池，所述高压电池产生用于所述电动车的电动机的驱动电压，所述低压电池产生用于其他电子装备的驱动电压，所述方法包括：

由交流发电机利用电动机的转动动力来产生DC电压；

由所述低压DC-DC转换器将由所述高压电池产生的高压转换成低压；

对由所述交流发电机产生的DC电压与预定的基准电压进行比较；以及

作为比较的结果，将由所述交流发电机产生的DC电压和所述低压DC-DC转换器的输出电压之一作为控制电力提供给所述低压电池，并且

其中所述将由所述交流发电机产生的DC电压和所述低压DC-DC转换器的输出电压之一作为控制电力提供给所述低压电池包括：

在所述交流发电机产生的DC电压大于所述预定的基准电压的情形下，将由所述交流发电机产生的DC电压作为控制电力提供给所述低压电池；以及

在所述交流发电机产生的DC电压小于所述预定的基准电压的情形下，将由所述低压DC-DC转换器转换的低压作为控制电力提供给所述低压电池。