CN103318045A - 车辆及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种车辆及其控制方法。公开了一种诸如在车辆中使用的电气系统。所述系统包括：电池单元，从发电模块接收充电电流，以便被充电；发电模块和电池单元之间的二极管，允许充电电流流过。所述系统还包括根据二极管的温度调节充电电流的控制单元。

Description

车辆及其控制方法
本申请要求于2012年3月23日提交到韩国知识产权局的第10-2012-0030236号韩国专利申请的权益，其公开通过引用全部包含于此。
技术领域
公开的技术涉及一种诸如车辆的电气系统及其控制方法。
背景技术
与一次电池不同，二次电池是可充电电池。二次电池作为能量源被用于例如移动装置、电动汽车、混合动力汽车、电动自行车或不间断电源装置中。根据将被供电的装置的类型，二次电池包括单电池或具有多个电池的电池模块。
通常，铅蓄电池被用作用于启动引擎的电源。用于改善燃料经济性的怠速停止和启动(ISG)系统最近已经得到发展，并且预期将被广泛使用。支持ISG系统的电源供应大功率以启动引擎，即使当引擎被反复地重新启动时也保持强的充放电特性，并且具有长的使用寿命。然而，通常，在ISG系统的引擎被反复地停止和重新启动时，传统的铅蓄电池的充放电特性迅速劣化。
发明内容
一个发明方面是一种具有可充电电池充电系统的车辆，所述车辆包括：电池单元，被构造为从发电模块接收充电电流，以便被充电；二极管，串联连接在发电模块和电池单元之间，并且被构造为引导充电电流通过；控制单元，根据二极管的温度调节从发电模块供应的充电电流。
另一发明方面是一种通过二极管从发电模块向可充电电池单元供应充电电流的车辆的控制方法。所述方法包括：测量二极管的温度；根据二极管的温度调节从发电模块供应的充电电流。
另一发明方面是一种可充电电池充电系统，所述可充电电池充电系统包括：电池单元，被构造为从发电模块接收充电电流，以便被充电；二极管，串联连接在发电模块和电池单元之间，并允许充电电流流过；控制单元，根据二极管的温度调节从发电模块供应的充电电流。
附图说明
从以下结合附图对实施例进行的描述，这些和/或其他方面将变得明显和更容易理解，在附图中：
图1是示出根据实施例的车辆的框图；
图2是示出根据实施例的电池组的框图；
图3示出了显示电池单元的电压与时间之间的关系以及二极管的温度和电池单元的温度与时间之间的关系的曲线图；
图4是示出根据实施例的车辆的控制方法的流程图；
图5是示出根据另一实施例的电池组的框图；
图6示出了显示电池单元的电压与时间之间的关系以及二极管的温度和电池单元的温度与时间之间的关系的曲线图；
图7是示出根据另一实施例的车辆的控制方法的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图更全面地描述特定的方面和特征，在附图中示出了示例性实施例。然而，本发明可以以多种不同的形式被实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。这里使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不意图成为示例性实施例的限制。除非上下文另外明确指出，否则在这里所使用的单数形式也意图包括复数形式。还将理解的是，这里使用的术语“包括”和/或“包含”说明存在阐述的特征、整体、步骤、操作、构件、组件和/或它们的组，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、构件、组件和/或它们的组。将理解的是，尽管在这里可使用术语第一、第二等来描述不同的元件，但是这些元件不应该受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。
如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任意组合和所有组合。在一系列元件之后的诸如“中的至少一个”的表述修饰整个一系列元件，而不是修饰所述一系列元件中的单个元件。
图1是示出根据本发明实施例的诸如车辆10的电气系统的框图。如所示出的，电池组100可包括在车辆10中，车辆10可具有引擎(未示出)。车辆10可以是例如汽车或电动自行车。
电池组100可被供以由发电模块110产生的充电电流I1，储存电能，并将放电电流I2供应到起动马达120。例如，发电模块110可以电连接到引擎，特别地，发电模块110可以电连接到引擎的驱动轴，并且可将旋转功率转换为电功率。在这种情况下，由发电模块110产生的充电电流I1可以被供应到电池组100。例如，发电模块110可包括直流(DC)发电机(未示出)或具有整流器(未示出)的交流(AC)发电机(未示出)。发电模块110可供应约15V的DC电压，更具体地讲，发电模块110可供应约14.2V至约14.8V的DC电压。
例如，起动马达120可以在启动引擎时运转，并可供应用于使引擎的驱动轴旋转的初始旋转功率。例如，可通过电池组100的第一端子P1和第二端子P2向起动马达120供应储存的电能，并且起动马达120可以在引擎怠速停止之后运转或者重新运转时通过使驱动轴旋转来启动引擎。起动马达120可以在启动引擎时运转，并且在由起动马达120启动的引擎正在运转的同时，发电模块110可以被驱动以产生充电电流I1。
例如，电池组100可用作用于启动怠速停止和启动(ISG)系统的引擎的电源，ISG系统具有用于改善燃料经济性的ISG特征。在ISG系统中，当引擎被反复地停止和重新启动时，电池组100被反复地充电和放电。
当应用于ISG系统的传统的铅蓄电池被反复地充电和放电时，铅蓄电池的耐久性降低，并且铅蓄电池的充放电特性劣化。例如，当铅蓄电池被反复地充电和放电时，充电容量降低，引擎的启动特性劣化，并且铅蓄电池的更换周期缩短。
然而，因为电池组100包括充放电特性保持恒定并且几乎不随时间劣化的锂离子电池，所以与铅蓄电池相比，电池组100可以有利地应用于引擎被反复地停止和重新启动的ISG系统。此外，因为电池组100比具有相同的充电容量的铅蓄电池轻，所以使用电池组100的系统比使用铅蓄电池的系统具有更好的燃料经济性。此外，因为电池组100即使在体积比铅蓄电池的体积小的情况下也具有与铅蓄电池的充电容量相同的充电容量，所以电池组100占用的空间可以比铅蓄电池占用的空间小。
虽然在图1中，电池组100包括锂离子电池，但是实施例不限于此，并且电池组100可具有各种电池中的任意电池。然而，包括在电池组100中的电池可具有比发电模块110的输出电压低的额定电压。例如，在电池组100中可使用镍-金属氢化物(NiMH)电池或镍镉电池。
一个或多个电气负载130以及发电模块110和起动马达120可连接到电池组100。电气负载130的数量和类型可根据车辆10而变化。可通过第一端子P1和第二端子P2从电池组100向消耗储存在电池组100中的电能的电气负载130供应放电电流I2。电气负载130可以是诸如导航系统、音频播放器、照明设备、黑盒子和防盗设备的各种电子装置。
主控制单元140控制安装有电池组100的车辆10的整体操作。主控制单元140可通过第三端子P3连接到电池组100，以交换控制信号，监测电池组100的状态，并控制电池组100的操作。此外，主控制单元140可调节发电模块110的充电电流I1。例如，主控制单元140可根据监测到的电池组100的充电状态来增加或减小发电模块110的充电电流I1。
主控制单元140可用作用于控制车辆10和电池组100二者的车辆10的控制单元。可选择地，主控制单元140和电池控制单元可分开形成，主控制单元140可根据从电池控制单元施加的数据或控制信号来控制发电模块110的充电电流I1。即使在这种情况下，车辆10的用于控制发电模块110的充电电流I1的控制单元也是主控制单元140。以下，假设主控制单元140和电池控制单元分开形成。
图2是示出根据实施例的电池组100a的框图。参照图2，电池组100a包括电池单元210、二极管D1、放电单元220、电池管理系统(BMS)230和温度检测单元240。
电池单元210可以是例如锂离子电池单元或NiMH电池单元。为了给电池单元210充电，从发电模块110向电池单元210供应充电电流。此外，电池单元210可以向起动马达120和电气负载130供电。在图2中，电池单元210的额定电压小于发电模块110的输出电压。例如，如果电池单元210是锂离子电池，则发电模块可供应约14.2V至约14.8V的DC电压，锂离子电池可具有约12.6V至约13.05V的DC额定电压。
二极管D1串联连接在第一端子P1和电池单元210之间，并且将从第一端子P1输入的充电电流I1供应到电池单元210。二极管D1被构造为表现出与发电模块110的输出电压和电池单元210的额定电压之间的电压差相对应的电压降。二极管D1形成电池组100a的充电路径，其中，二极管D1的阳极连接到第一端子P1，二极管D1的阴极连接到电池单元210。二极管D1可包括一个二极管、串联连接的多个二极管和/或并联连接的多个二极管。
放电单元220在二极管D1周围形成放电路径，并且与二极管D1并联连接。放电单元220可包括开关、二极管和转换器中的至少一个。放电单元220通过第一端子P1和第二端子P2从电池单元210输出放电电流。
温度检测单元240测量二极管D1的温度。在一些实施例中，与诸如通过测量周围空气温度的间接测量相反，直接测量二极管D1的温度。温度检测单元240可包括各种温度传感器中的任意温度传感器。例如，可使用诸如温度计的温度传感器。温度检测单元240将指示测量的温度的温度数据提供给BMS230。所述温度数据可以是例如模拟电压或一组数字数据的形式。
BMS230控制电池组100a的整体操作。BMS230可监测电池单元210，执行电池单元210的电池均衡(cell balancing)，开始或结束充电和放电，并且与主控制单元140通信。BMS230可通过第三端子P3连接到主控制单元140。
BMS230根据由温度检测单元240测量的二极管D1的温度来调节发电模块110的充电电流I1。例如，为了调节发电模块110的充电电流I1，BMS230可发送用于请求主控制单元140调节发电模块110的充电电流I1的控制信号。可选择地，BMS230可将二极管D1的温度数据发送到主控制单元140，主控制单元140可根据所述温度数据来调节发电模块110的充电电流I1。
图3示出了显示电池单元210的电压Vbat与时间之间的关系以及二极管D1的温度和电池单元210的温度与时间之间的关系的曲线图。电池单元210的电压Vbat是电池单元210的充电状态(SOC)的示例。
如图3所示，当电池单元210的SOC随时间从完全放电状态变化到完全充电状态时，二极管D1的温度在充电电流I1为高的初始阶段快速上升，并且随后在电池单元210的电压Vbat达到特定电平并且充电电流I1减小时下降。因为二极管D1的温度在初始阶段快速上升，所以二极管D1可能击穿或者包括二极管D1的装置的特性可能劣化。具体地讲，根据本实施例，因为二极管D1表现出与发电模块110的输出电压和电池单元210的额定电压之间的电压差相对应的电压降，所以电能会被二极管D1消耗，因此会在二极管D1中产生大量的热。此外，二极管D1的温度会以比电池单元210的温度上升速率快的速率上升。因此，在二极管D1中产生的热会降低电池组100a的安全性。
当测量的二极管D1的温度等于或大于第一参考温度Td时，可通过在二极管D1的测量的温度等于或大于第一参考温度Td时调节从发电模块110供应的充电电流I1来缓解由二极管D1中产生的热所引起的问题。例如，当二极管D1的温度等于或大于第一参考温度Td时，BMS230或主控制单元140可减小从发电模块110供应的充电电流I1，或者完全切断充电电流。
图4是示出根据实施例的车辆10的控制方法的流程图。
在操作S402，在电池组100运转的同时，温度检测单元240测量二极管D1的温度。可连续地、周期性地或者以其他方式测量二极管D1的温度。
在操作S404，确定二极管D1的温度是否等于或大于第一参考温度Td。如果在操作S404中确定二极管D1的温度等于或大于第一参考温度Td，则方法进行到操作S406。在操作S406，BMS230可请求主控制单元140减小从发电模块110输出的充电电流I1。可选择地，如果在操作S404中确定二极管D1的温度等于或大于第一参考温度Td，则BMS230可将二极管D1的温度数据提供给主控制单元140，主控制单元140可根据从BMS230接收的二极管D1的温度数据来调节从发电模块110供应的充电电流I1。
图5是示出根据另一实施例的电池组100b的框图。如所示出的，电池组100b包括电池单元210、二极管D1、放电单元220、BMS230、温度检测单元240和旁通单元410。
二极管D1和旁通单元410并联连接在第一端子P1和电池单元210之间，并且旁通单元410可根据电池单元210的SOC接通或断开。旁通单元410可包括开关元件。
在电池组100b运转的同时，BMS230测量电池单元210的SOC。BMS230根据电池单元210的SOC允许充电电流I1沿着第一充电路径PATH1或第二充电路径PATH2流动。
例如，如果电池单元210的SOC等于或低于参考水平，则BMS230通过接通旁通单元410的开关元件而允许充电电流I1流过第一充电路径PATH1。因此，当电池单元210的SOC等于或低于参考水平时，充电电流I1最低限度地流过二极管D1，从而在二极管D1中基本不产生热。
当电池单元210的SOC高于参考水平时，BMS230通过断开旁通单元410的开关元件而允许充电电流I1流过第二充电路径PATH2。因此，当电池单元210的SOC高于参考水平时，通过二极管D1供应充电电流I1。此外，当充电电流I1流过第二充电路径PATH2时，BMS230可通过使用温度检测单元240来监测二极管D1的温度，如果二极管D1的温度等于或大于第一参考温度，则BMS230可根据二极管D1的温度来调节从发电模块110供应的充电电流I1。例如，如果二极管D1的温度等于或大于第一参考温度，则BMS230可请求主控制单元140减小从发电模块110供应的充电电流I1。
根据一些实施例，在电池单元210没有被过充电的初始阶段，二极管D1没有经历任何电压降，并且通过旁通单元410来供应充电电流I1，而在电池单元210可能被过充电的其他阶段，通过二极管D1来供应充电电流I1，如果需要，可以对在二极管D1中产生的热进行监测，并可减少在二极管D1中产生的热。此外，根据一些实施例，因为在通过二极管D1供应充电电流I1的同时，BMS230监测二极管D1的温度，并且如果二极管D1的温度等于或大于预定值，则BMS230减小充电电流I1，所以可保持电池组100的安全性。
图6包括示出电池单元210的电压Vbat与时间之间的关系以及二极管D1的温度和电池单元210的温度与时间之间的关系的曲线图。电池单元210的电压Vbat是电池单元210的SOC的示例。根据一些实施例，当电池单元210的SOC从完全放电状态变化到完全充电状态时，如果电池单元210的电压Vbat等于或小于第一参考值Vref，则因为充电电流I1沿着第一充电路径PATH1流动，所以二极管D1的温度最低限度地变化，并且在二极管D1中基本不产生热。如果电池单元210的电压Vbat大于第一参考值Vref，则因为充电电流I1沿着第二充电路径PATH2流动，所以二极管D1的温度开始上升。当电池单元210的SOC接近完全充电状态时，流过二极管D1的充电电流I1减小。如果电池单元210的SOC等于或高于预定水平，则在二极管D1中最低限度地产生热，并且二极管D1的温度开始下降。这样，根据这些实施例，在二极管D1中产生的热被保持在可接受的水平。即使当在二极管D1中产生热时，因为根据二极管D1的温度调节从发电模块110供应的充电电流I1，所以由二极管D1中产生的热所引起的问题也被有效地消除。
图7是示出根据另一实施例的车辆10的控制方法的流程图。
在操作S702，在电池组100b正在运转的同时测量电池单元210的电压Vbat。
在操作S704，确定电池单元210的电压Vbat是否等于或小于第一参考电压Vref。如果在操作S704中确定电池单元210的电压Vbat等于或小于第一参考电压Vref，则方法进行到操作S706。在操作S706，旁通单元410被接通，并且充电电流I1沿着第一充电路径PATH1流动。
如果在操作S704中确定电池单元210的电压Vbat大于第一参考电压Vref，则方法进行到操作S708。在操作S708，旁通单元410被断开，并且充电电流I1沿着第二充电路径PATH2流动。在操作S710，BMS230例如通过使用温度检测单元240来监测二极管D1的温度。在操作S712，确定二极管D1的温度是否等于或大于第一参考温度Td。如果在操作S712中确定二极管D1的温度等于或大于第一参考温度Td，则方法进行到操作S714。在操作S714，BMS230减小从发电模块110供应的充电电流I1。
如上所述，根据上述实施例中的一个或多个实施例，在从车辆的发电模块向电池单元供应充电电流的结构中，如果(例如)在发电模块的输出电压和电池单元的额定电压之间存在差异，则车辆及其控制方法可保护装置并可确保装置的可靠性。
尽管已经参照示例性实施例使用特定术语具体显示和描述了各个发明方面，但是实施例和术语是用于解释本发明，而不应该被解释为限制本发明的范围。示例性实施例应该被认为仅仅是描述性的意义，而不是出于限制的目的。

Claims (20)

1.一种具有可充电电池充电系统的车辆，所述车辆包括：
电池单元，被构造为从发电模块接收充电电流，以便被充电；
二极管，串联连接在发电模块和电池单元之间，并且被构造为引导充电电流通过；
控制单元，根据二极管的温度调节从发电模块供应的充电电流。
2.如权利要求1所述的车辆，所述车辆还包括测量二极管的温度的温度检测单元。
3.如权利要求1所述的车辆，其中，电池单元是锂离子电池单元。
4.如权利要求3所述的车辆，其中，发电模块的输出电压大于锂离子电池单元的额定电压，其中，二极管表现出与发电模块的输出电压和锂离子电池单元的额定电压之间的电压差相对应的电压降。
5.如权利要求1所述的车辆，其中，控制单元被构造为：如果二极管的温度等于或大于第一参考温度，则减小来自发电模块的充电电流。
6.如权利要求1所述的车辆，所述车辆还包括引擎，其中，发电模块通过从引擎供应的能量产生充电电流。
7.如权利要求6所述的车辆，所述车辆还包括起动马达，起动马达供应用于启动车辆的功率，并且从电池单元向起动马达供应放电电流。
8.如权利要求1所述的车辆，所述车辆还包括旁通单元，旁通单元设置在发电模块和电池单元之间，并且包括与二极管并联连接的开关，其中，控制单元被构造为：如果电池单元的充电状态等于或小于第一参考值，则接通旁通单元，如果电池单元的充电状态大于第一参考值，则断开旁通单元。
9.如权利要求8所述的车辆，其中，控制单元被构造为：仅当电池单元的充电状态大于第一参考值时，才根据二极管的温度调节来自发电模块的充电电流。
10.如权利要求1所述的车辆，所述车辆还包括放电单元，放电单元设置在发电模块和电池单元之间，与二极管并联连接，并且允许从电池单元输出的放电电流流过。
11.一种通过二极管从发电模块向可充电电池单元供应充电电流的车辆的控制方法，所述方法包括下述步骤：
测量二极管的温度；
根据二极管的温度调节从发电模块供应的充电电流。
12.如权利要求11所述的方法，其中，电池单元是锂离子电池单元。
13.如权利要求12所述的方法，其中，发电模块的输出电压大于锂离子电池单元的额定电压，其中，二极管表现出与发电模块的输出电压和锂离子电池单元的额定电压之间的电压差相对应的电压降。
14.如权利要求11所述的方法，其中，调节从发电模块供应的充电电流的步骤包括：如果二极管的温度等于或大于第一参考温度，则减小从发电模块供应的充电电流。
15.如权利要求11所述的方法，其中，发电模块通过从车辆的引擎供应的能量产生充电电流，其中，通过车辆的主控制单元来控制充电电流的调节。
16.如权利要求15所述的方法，其中，电池单元向起动马达供应放电电流，起动马达供应用于启动车辆的引擎的功率。
17.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括下述步骤：
检测电池单元的充电状态；
如果电池单元的充电状态等于或小于第一参考值，则允许充电电流沿着与二极管并联连接的旁通路径流动；
如果电池单元的充电状态大于第一参考值，则切断沿着旁通路径流动的充电电流。
18.如权利要求17所述的方法，其中，只有在电池单元的充电状态大于第一参考值时才执行充电电流的调节。
19.一种可充电电池充电系统，所述可充电电池充电系统包括：
电池单元，被构造为从发电模块接收充电电流，以便被充电；
二极管，串联连接在发电模块和电池单元之间，并允许充电电流流过；
控制单元，根据二极管的温度调节从发电模块供应的充电电流。
20.如权利要求19所述的可充电电池系统，所述可充电电池充电系统还包括旁通单元，旁通单元设置在发电模块和电池单元之间，并且包括与二极管并联连接的开关，其中，控制单元被构造为：如果电池单元的充电状态等于或小于第一参考值，则接通旁通单元，如果电池单元的充电状态大于第一参考值，则断开旁通单元。
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