CN103988388A - 用于车辆的电池充电的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于借助充电系统来控制车辆的电池的充电过程的方法，所述电池包括启动电池组(11)和服务电池组(12)，启动电池组具有表征该第一电池组的第一参数，服务电池组具有表征该第二电池组的第二参数。所述方法包括满足电池组的第一参数和第二参数的要求，并基于这些参数来控制充电过程。
Description
技术领域
根据独立权利要求的前序部分，本发明涉及用于车辆的电池充电的方法和系统。
背景技术
由内燃机提供动力的机动车辆通常具有用于启动发动机的电力启动电动机。这个电动机常常由可充电启动电池供电，其可以有利的是所谓的SLI(启动、照明、点火)电池，它为启动电动机、前大灯和车辆的点火系统提供能量。驾驶者通过启动车辆的点火锁，例如通过转动点火钥匙，来管理启动电动机的运行。
在当今的车辆中，存在许多经由车辆的发电机和启动电池为其提供能量应用。当关闭车辆的发电机，发电机因此不能传送能量时，就从SLI电池为这些应用提供能量。如果关闭发电机且在这个启动电池中的能量用于不同应用，就存在电池中的能量耗费过多以致于剩余能量不足以启动发动机的风险。
用于解决SLI电池中的能量不足以启动车辆的发动机的问题的传统技术是使用两个电池组，所谓的双电池，它是例如船只的常用解决方案，但也适合在例如卡车的重型车辆中使用。这个双电池系统包括电池组，主要用于向启动电动机和对于启动发动机是必需的系统提供电流，即启动电池组，和服务电池组，用于为不同应用提供能量，例如照明和加热/冷却驾驶室，当关闭发动机时需要使用它。因此即使在关闭发动机时，在人们在车辆中的情况下，有利地使用了服务电池组。
图1示出了这个双电池系统10的示例，电池系统10包括启动电池组11和服务电池组12，它们并联到电气系统13，其包括启动电动机SM、发电机G和控制启动电动机的EMS(发动机管理系统)单元。电气系统还包括在不开启发电机时使用的其他电气设备，例如照明、加热驾驶室。服务电池组12和启动电池组11还相互并联，在它们之间的断路器22用于使得能够在启动车辆的发动机时连接启动电池。
可充电电池取决于它们的类型而具有不同的特性，所述类型即组成它们的材料的化学成分、其材料的聚集状态等。例如存在包含铅、镍镉合金(Ni-Cd)、锂离子(Li离子)等的电池。它们的额定电压取决于其类型而改变。基于所期望的特性来选择用于多个电池组的电池类型。电池必须能够在相对短的时间期间中传送高功率，即在只要启动发动机开始运转所需的时间中。相反，服务电池组需要良好的周期特性，即比启动电池组更深度充电的能力，例如用以为在车辆中的整夜睡眠服务。
在这些双电池系统中，例如如图1所示的，需要优化充电过程。实现它的一个方式是在单电池系统的基础上进行，其意味着通过仅满足一个电池组的需要来优化过程。这种优化例如可以考虑估计启动电池所在的温度。
为了车辆中电池的最佳充电，必须在特定时间中施加预期的电压。如果电池充电不足，即如果使用较低电压和/或充电在较短时间中进行，电池重复地转化成硫酸盐。相反，如果电池经常过充电，即如果使用了高于预期的电压和/或充电在比预期更长的时间中进行，这会导致其铅板的腐蚀和升高的耗水量。因而过充电和充电不足都会缩短电池的使用寿命。
在图2中确定电池的状况的两个主要概念，即“充电状态”(SOC)和“健康状态”(SOH)被示意性地表示为两条不同曲线。充电状态表示相对于完全充满电时，有多大比例的电池的电化学能量可用。新电池在完全充满电时比已经使用的一定时间的电池具有更大的容量。健康状态表示电池相对于是新的时的状况，从而充当电池用旧程度的测量。
SOH尤其受到电池已经经历的充电循环的数量、如何为它充电和在什么环境条件下使用它的影响。没有以最佳方式充电的电池会更迅速地变旧。这通过给与其更陡峭的斜率来影响SOH曲线。
通过仅满足一个电池组的需要来优化充电过程的前述双电池系统是已知的充电系统。还存在包括多个电池的其他类型的充电系统。以下引用其中的某些。
说明书WO 2008/127520提及了一种用于多个电池的充电系统，其涉及建立电池组。每一个电池组都需要向其施加电压的稳压器。
说明书US 2005/0093508提及了一种车辆中的自动能量供应系统，具有两个电池组，它们借助所谓的双断路器连接和断开连接，这表示这两组不能同时充电。
说明书GB 2438656提及了一种用于例如活动房屋的车辆、船只等的控制单元，其控制要充电的一个或多个电池的连接，以使得发电机不过载。这个控制单元不能改变电压。
说明书WO 2009/103091涉及电池的放电。将电池系统分为两个子系统，如果一个已经变为放电，它就可以断开连接，同时可以继续使用另一个。
说明书WO 2005/060066涉及在串联连接的多个电池中的单元平衡。
以上引用的说明书中没有一个技术适合用于由联合充电系统包含的启动电池组和服务电池组的优化充电。
由于充电电池组当前例如包括满足启动电池组的温度及其充电过程的需要，而不满足两个电池组的需要，本发明的目的是提出一种用于充电过程的改进的且简化的方法，其满足车辆的两个电池组的需要。期望能够满足两个电池组的充电状态(SOC)的需要。能够使用比例尽可能大的电池容量导致短期优点，因为它们在放电后会很好地恢复。还期望能够满足两个电池组的健康状态(SOH)的需要。期望实现尽可能平坦的SOH曲线，其产生长期优点。
发明内容
借助由独立权利要求所限定的本发明来实现以上目的。
由从属权利要求来限定优选实施例。
本发明的第一方面涉及一种用于借助充电系统来控制车辆的电池的充电过程的方法，所述电池包括具有表征该第一电池组的第一参数的启动电池组，和具有表征该第二电池组的第二参数的服务电池组。所述方法进一步包括满足电池组的第一参数和第二参数的要求需要，并基于这些参数来控制充电过程。
因此，本发明的目的是更好地优化电池组的充电过程，包括满足服务电池组的要求。还期望满足两个电池组被充电/放电到不同程度的可能性的要求。
本发明的第二方面涉及一种用于控制车辆的电池的充电过程的充电系统，所述电池具有表征该第一电池组的第一参数的启动电池组，和具有表征该第二电池组的第二参数的服务电池组。充电系统包括控制单元，控制单元具有电池监控器和断路器，所述电池监控器用于相对于第一参数和第二参数调节施加的电压，所述断路器用于连接两个电池组中的任意一个或二者。
附图说明
图1是包括两个电池组的，所谓的双电池系统的电路图，
图2示意性地示出了用于电池的SOC和SOH曲线，
图3是充电系统的优选实施例的电路图，以及
图4示出了根据本发明的优选实施例的方法。
具体实施方式
图3是充电系统的优选实施例的电路图，具有包括电池监控器21和断路器22的控制单元20。进一步示出了电气系统13，所述电气系统13包括启动电动机SM、发电机G和EMS(发动机管理系统)单元且控制启动电动机，同样如以上相关于图1所述的。充电系统的目的是控制车辆的电池的充电过程，车辆的电池包括具有表征该第一电池组的第一参数的启动电池组11，和具有表征该第二电池组的第二参数的服务电池组12。电池监控器21旨在确定第一参数和第二参数，控制单元20旨在相对于第一参数和第二参数调节充电电压。断路器22以可以连接电池组的任意一个或者二者的方式进行调节，并且控制单元20还旨在向发电机(G)要求发电机电压并相对于第一参数和第二参数调节充电电压，而且还旨在控制断路器22。
在另一个实施例中，电池监控器21可以位于控制单元20外部，例如与启动电池组11和服务电池组12邻近。类似地，在另一个实施例中，断路器22可以位于控制单元外部。
控制充电过程包括调节所施加的电压的幅值和施加它的时间量。第一参数包括启动电池组的电池类型、SOC、SOH和温度，第二参数包括服务电池组的电池类型、SOC、SOH和温度。电池的健康状态表示与其原始能力相比，其放电和充电的能力。其健康状态受到铅板腐蚀或硫酸盐化(sulphatising)、在它们上变为分离的活性物质、电解液高度下降过低和/或振动损害的损害。
由于启动电池组必须能够传送高功率以运行启动发动机，而服务电池组需要良好的循环特性(如在介绍中提及的)，因此使用不同电池类型是适当的，即就它们的化学成分、它们的组成部分的形式(固定的或浮动的)等方面而言。在电池是不同电池的情况下，它们也会具有不同的充电电压要求，所以期望满足特定电池组所需的充电电压的要求。SOC和SOH在启动电池组与服务电池组之间不同地发展。它们的温度也可以不同地变化。
如图3所示，断路器22可以处于断开状态，其中，启动电池组11被断开连接。它可以可替换地处于闭合状态，在此情况下，整个电路闭合还连接了启动电池组。
车辆的电池系统例如可以被配置为以使得启动电池组包括与服务电池组并联连接的单个启动电池，所述服务电池组也包括单个服务电池。图3显示了与服务电池12并联连接的启动电池11。在可替换的实施例中，车辆的每一个电池组都可以包括串联连接的两个或多个电池。启动电池组例如可以包括串联连接的两个启动电池，它们与包括串联连接的两个服务电池的服务电池组并联连接。
充电系统的控制单元20因此将断路器设置在断开状态或闭合状态中。控制单元旨在使用断路器将充电系统设置在不同充电状况中。在第一充电状况中，启动电池组和服务电池组都由被设置在闭合状态中的断路器连接，其中，充电启动电池组旨在具有比充电服务电池组较高的优先级，从而充电过程主要旨在满足用于启动电池组的第一参数的要求。
在第二充电状况中，将断路器22设置为闭合状态连接了启动电池组和服务电池组，充电服务电池组旨在具有比充电启动电池组较高的优先级，从而在这个第二情形中的充电过程主要旨在满足用于服务电池组的第二参数的要求。
在第三充电状况中，将断路器22设置为断开状态不连接启动电池组，而仅连接服务电池组，从而在这个第三情形中的充电过程旨在仅满足第二参数的要求。
在第四充电状况中，将断路器22设置为闭合状态连接了启动电池组和服务电池组，并且两个电池组的充电旨在具有相等的优先级。
在施加特定电压时，启动电池组11如此借助断路器22连接或断开连接以便可以控制为其充电的时间量。如果认为以特定时间足够为启动电池组充电，就可以将继续充电推迟到稍后的时机，从而可以断开这个电池组的连接，这对应于上述的第三充电状况。
本发明还涉及一种用于控制车辆的电池的充电过程的方法，车辆的电池包括具有表征该第一电池组的第一参数的启动电池组11，和具有表征该第二电池组的第二参数的服务电池组12。所述方法包括满足电池组的第一和第二参数的要求，并基于这些参数控制充电过程。在图4中示出了这个方法，其中，步骤A1满足启动电池组的第一参数的要求，步骤A2满足服务电池组的第二参数的要求。这两个步骤可以是同时的或连续的，唯一必需的是它们在控制充电过程的步骤(B)之前进行。
在此相关于根据本发明的方法的说明重复上述的用于控制启动电池组和服务电池组的充电过程的方法的四个主要充电状况。
在第一充电状况中，启动电池组和服务电池组都连接，充电启动电池组具有比充电服务电池组较高的优先级，从而充电过程主要满足第一参数的要求。
在第二充电状况中，启动电池组和服务电池组都连接，充电服务电池组具有比充电启动电池组较高的优先级，从而充电过程主要满足第二参数的要求。
在第三充电状况中，不连接启动电池组，而仅连接服务电池组，从而充电过程仅满足第二参数的要求。
在第四充电状况中，启动电池组和服务电池组都连接，两组的充电具有相等的优先级，从而充电过程满足第一和第二参数的要求。
本发明不限于上述的优选实施例。可以使用各种替换、变型和等同。因此前述实施例不应认为是限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附权利要求书来限定。
Claims (12)
1.一种用于借助充电系统来控制车辆的电池的充电过程的方法，所述电池包括启动电池组(11)和服务电池组(12)，所述启动电池组具有表征该第一电池组的第一参数，所述服务电池组具有表征该第二电池组的第二参数，
所述方法的特征在于，所述方法包括：
－满足所述电池组的所述第一参数和所述第二参数的要求，其中，所述第一参数包括所述启动电池组的电池类型、充电状态、健康状态和温度，且所述第二参数包括所述服务电池组的电池类型、充电状态、健康状态和温度，并且其中，所述服务电池组(12)一直被连接，以及
－基于所述参数来控制所述充电过程，其中，用于控制所述充电过程的所述方法包括：调节所施加的电压的幅值和施加所述电压的时间量。
2.根据权利要求1所述的方法，包括第一充电状况，其中，所述启动电池组和所述服务电池组都被连接，并且对所述启动电池组充电比对所述服务电池组充电具有较高的优先级，从而所述充电过程主要满足所述第一参数的要求。
3.根据权利要求1所述的方法，包括第二充电状况，其中，所述启动电池组和所述服务电池组都被连接，并且对所述服务电池组充电比对所述启动电池组充电具有较高的优先级，从而所述充电过程主要满足所述第二参数的要求。
4.根据权利要求1所述的方法，包括第三充电状况，其中，不连接所述启动电池组，而仅连接所述服务电池组，从而所述充电过程仅满足所述第二参数的要求。
5.根据权利要求1所述的方法，包括第四充电状况，其中，所述启动电池组和所述服务电池组都被连接，并且对所述启动电池组(11)和所述服务电池组(12)二者充电的优先级相等，从而所述充电过程满足所述第一参数和所述第二参数二者的要求。
6.一种用于控制车辆的电池的充电过程的充电系统，所述电池包括启动电池组(11)和服务电池组(12)，所述启动电池组具有表征该第一电池组的第一参数，所述服务电池组具有表征该第二电池组的第二参数，所述充电系统包括控制单元(20)，所述充电系统的特征在于，所述控制单元包括：
电池监控器(21)，所述电池监控器用于确定所述第一参数和所述第二参数，其中，所述第一参数包括所述启动电池组的电池类型、充电状态、健康状态和温度，且所述第二参数包括所述服务电池组的电池类型、充电状态、健康状态和温度，并且其中，所述服务电池组(12)一直被连接，以及
断路器(22)，所述断路器用于连接所述启动电池组(11)，并且其中，所述控制单元(20)进一步用于向发电机(G)要求发电机电压并用于针对所述第一参数和所述第二参数来调节充电电压，而且还用于控制所述断路器(22)。
7.根据权利要求6所述的充电系统，其中，所述启动电池组(11)包括至少一个启动电池，所述至少一个启动电池与包括至少一个服务电池的所述服务电池组(12)并联连接。
8.根据权利要求6或7所述的充电系统，其中，所述启动电池组(11)包括相互串联连接的两个启动电池，所述相互串联连接的两个启动电池与所述服务电池组(12)并联连接，所述服务电池组包括串联连接的两个服务电池。
9.根据权利要求6至8中的任意一项所述的充电系统，其中，所述控制单元(20)用于使用所述断路器(22)来将所述充电系统设置在第一充电状况中，在所述第一充电状况中，所述启动电池组和所述服务电池组都被连接，对所述启动电池组充电比对所述服务电池组充电具有较高的优先级，并且所述充电过程用于主要满足所述第一参数的要求。
10.根据权利要求6至8中的任意一项所述的充电系统，其中，所述控制单元(20)用于使用所述断路器(22)来将所述充电系统设置在第二充电状况中，在所述第二充电状况中，所述启动电池组和所述服务电池组都被连接，对所述服务电池组充电比对所述启动电池组充电具有较高的优先级，并且所述充电过程用于主要满足所述第二参数的要求。
11.根据权利要求6至8中的任意一项所述的充电系统，其中，所述控制单元(20)用于使用所述断路器(22)来将所述充电系统设置在第三充电状况中，在所述第三充电状况中，不连接所述启动电池组，而仅连接所述服务电池组，并且所述充电过程仅满足所述第二参数的要求。
12.根据权利要求6至8中的任意一项所述的充电系统，其中，所述控制单元(20)用于使用所述断路器(22)来将所述充电系统设置在第四充电状况中，在所述第四充电状况中，所述启动电池组和所述服务电池组都被连接，对所述启动电池组(11)和所述服务电池组(12)二者充电的优先级相等，并且所述充电过程用于满足所述第一参数和所述第二参数二者的要求。
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