CN104578232A - 控制低电压电池充电的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种控制低电压电池充电的方法和装置。该方法包括由控制器基于车辆的操作模式和高电压电池的充电状态为低电压电池分配预设电压。此外，控制器比较预设电压与低电压电池的当前充电电压并且当预设电压大于当前充电电压时以第一斜率增大当前充电电压直至当前充电电压变得等于预设电压。操作模式可包括包含第一驾驶模式和第二驾驶模式的驾驶模式、燃料电池模式、以及紧急模式。可基于高电压电池的充电状态将第一驾驶模式分成多个阶段。

Description

控制低电压电池充电的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种控制低电压电池的充电的方法和装置，并且更具体地，涉及这样一种控制低电压电池的充电的方法和装置，即，通过在操作车辆以及高电压电池的充电状态的同时基于各种驾驶模式可变地调整低电压电池的充电电压来改善燃料效率。
背景技术
对于燃料电池车辆，低电压直流转换器(LCD)用以降低燃料电池或高电压电源的电压以充电低电压电池。尽管在使用LDC充电低电压电池时通常使用约14V的固定电压，当电池的充电状态(SOC)高时连续充电可能引起低电压电池中电流的过度充电，因此，导致过热以及热损耗。
发明内容
设计本发明以通过根据充电低电压电池的各种模式改变低电压DC转换器的充电电压来改善燃料效率。
根据本发明的示例性实施方式的低电压电池的充电控制方法可包括：由控制器基于车辆的操作模式以及高电压电池的充电状态分配针对低电压电池的预设电压；由控制器将该预设电压与低电压电池的当前充电电压进行比较；以及当预设电压大于当前充电电压时由控制器以第一斜率增大当前充电电压直至当前充电电压等于预设电压。操作模式可包括驾驶模式(其包括第一驾驶模式和第二驾驶模式)、燃料电池模式、以及紧急模式。具体地，可基于高电压电池的充电状态将第一驾驶模式分成多个阶段。
根据本发明的一个方面的控制低电压电池的充电的方法可进一步包括在比较低电压电池的充电电流与预定电流值之后，如果预设电压低于当前充电电压则调整当前充电电压的量值的步骤。
用于控制低电压电池的充电的方法可进一步包括当充电电流大于预定电流值时由控制器将当前充电电压降低至预设电压。此外，该方法可包括当充电电流小于预定电流值时由控制器维持当前充电电压。
降低当前充电电压的处理可包括由控制器以第二斜率降低当前充电电压，其中，第一斜率大于第二斜率。该方法可进一步包括当充电电流变得大于预定电流值时由控制器将维持电压降低至预设电压以及在降低当前充电电压的同时充电电流变得小于预定电流值时由控制器停止降低当前充电电压。
预设电压的分配处理可包括由控制器分配分别对应第二驾驶模式、燃料电池停止模式、紧急模式、以及划分的阶段的预设电压。第二驾驶模式可包括以再生制动能量对电池充电的再生模式以及使用燃料电池的能量与高电压电池的能量两者的动力辅助模式。
根据本发明示例性实施方式的用于控制低电压电池的充电电压的装置可包括：燃料电池组，用作主电源并被配置为向车辆的驱动机构供应电力；高电压DC转换器，被供应来自燃料电池组的电力；高电压电池，被供应由高电压DC转换器降低的电力；低电压DC转换器，被配置为转换高电压电池的电压；低电压电池，以低电压DC转换器转换的低电压充电；以及控制器。
控制器可被配置为基于车辆的操作模式以及高电压电池的充电状态为低电压电池分配预设电压，将预设电压与低电压电池的当前充电电压进行比较，以及当预设电压大于当前充电电压时以第一斜率增大当前充电电压直至当前充电电压等于预设电压。操作模式可包括驾驶模式(其包括第一驾驶模式和第二驾驶模式)、燃料电池停止模式、以及紧急模式。具体地，可基于高电压电池的充电状态将第一驾驶模式分成多个阶段。
附图说明
本发明的某些示例性实施方式的上述和其他方面、特征和优势将通过以下结合附图的说明而更加清晰可见，附图中：
图1是示出根据本发明的示例性实施方式的用于控制低电压电池的充电电压的装置的示例性图示；
图2是示出执行根据本发明示例性实施方式的低电压电池的充电电压控制方法的操作模式之间的关系的示例性图示；
图3示出了通过根据本发明示例性实施方式的低电压电池的充电电压的控制方法中的操作模式的低电压电池的预设充电电压的示例性表格；
图4是示出了根据本发明示例性实施方式的低电压电池的充电电压的控制方法的示例性图表；以及
图5示出了执行根据本发明示例性实施方式的低电压电池的充电电压的控制方法之后的仿真结果的示例性曲线图。
具体实施方式
应当理解，本文所使用的术语“车辆(vehicle)”或者“车辆的(vehicular)”或者其他的类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆，包括各种小船(boat)和船舶(ship)的水运工具(watercraft)，航天器等，并且包括混合动力汽车、电动车辆、插入式混合电动车辆、氢动力车辆、及其他代用燃料车辆(例如从除石油以外的资源获得的燃料)。如本文中提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动车辆。
虽然示例性实施例被描述为使用多个单元执行该示例性过程，但是应该理解该示例性过程也可由一个模块或多个模块执行。此外，应该理解术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置。该存储器被配置存储模块，且该处理器被特别配置执行所述模块，以执行下面进一步描述的一个或多个过程。
此外，本发明的控制逻辑可被体现为计算机可读介质上的非临时性计算机可读介质，其包括由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。该计算机可读记录介质也可以被分布在网络联接的计算机系统，使得该计算机可读介质以分布的方式被存储和执行，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)。
除非具体陈述或从上下文明显可见，否则如本文所用的术语“约”被理解为本领域中正常公差的范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“约”可以被理解为在所陈述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非从上下文是清楚的，本文所提供的所有数值可由术语“约”修饰。
根据本文中所描述的本发明示例性实施方式的特定结构或功能描述是仅通过示例的方式描述本发明的示例性实施方式，并且本发明的这种实施方式可以各种形式执行并可理解为本发明不限于在此描述的实施方式。由于本发明的示例性实施方式能够进行各种修改和改变，下面将参照附图描述示例性实施方式。应理解根据本发明的概念的示例性实施方式并不以任何方式受限于本文所公开的内容并且在本发明精神和范围内的所有修改、等价物、以及替换都在其中。
应当理解，尽管本文中可以使用术语“第一”、“第二”等来于描述不同的元件，但是这些元件并不受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开，例如，第一元件可指第二元件或者反之亦然，而不偏离本发明的范围和概念。
当提及将一个元件“连接”或“耦接”至另一个元件时，尽管一个元件可直接连接或耦接至另一元件，也可理解它们之间存在第三元件。然而，当提及一个元件“直接连接”或“直接耦接”至另一个元件时，应理解它们之间不存在其他元件。因此，描述元件之间的相互关系的描述为诸如“之间”、“直接在...之间”、“邻接”、“直接邻接”等。
本文中所使用的术语仅是用于描述特定实施方式的示例性目的并不旨在限制本发明。除非在上下文中明确指示，单项的表达也包括多项。本文中所使用的术语“包括”和/或“具有”等旨在限定在此描述的特征、数量、步骤、动作、组件、部件或在本文中描述的其组合的存在，但不旨在排除一个或多个特征、数量、步骤、动作、组件、部件或其组合的存在或添加的可能性。
本文所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。应进一步理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。如本文所用的，术语“和/或”包括所关联的列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。
除非另有定义，否则本文中所用的包括技术术语和科学术语的术语与本发明所属的本领域普通技术人员通常理解的具有同样的含义。字典中定义的通常使用的术语在相关技术的情景中具有相同的含义，并不应被解释为具有过度或过于形式化的含义，除非另外清楚地定义。
图1是示出根据本发明的示例性实施方式的用于控制低电压电池的充电电压的装置的示例性图示。用于控制低电压电池的充电电压的装置100可包括：燃料电池组120，作为主电源操作并被配置为供应电力至车辆的驱动部件；高电压DC转换器130，被供应来自燃料电池组120的电力；高电压电池140，被供应高电压DC转换器130降低的电压；低电压DC转换器150，被配置为转换高电压电池140的电压；低电压电池160，用低电压DC转换器150转换的低电压充电；以及控制器110，被配置为调整低电压电池160的充电。
图2是示出执行根据本发明示例性实施方式的低电压电池的充电电压的控制方法的操作模式之间的关系的示例性图示，以及图3示出了按照根据本发明示例性实施方式的低电压电池的充电电压的控制方法中的操作模式的低电压电池的预设充电电压的示例性表格。可按照各种模式不同地分配用于对低电压电池充电的充电电压。
具体地，操作模式可被分为多个模式并可包括驾驶模式20(其包括第一驾驶模式30和第二驾驶模式40)、燃料电池停止模式70、以及紧急模式80。控制器可被配置为确定车辆处于哪个模式并基于按照各种模式预定的预设充电电压调整低电压电池的充电。可基于高电压电池的充电状态(SOC)将第一驾驶模式30分成多个阶段。第一驾驶模式30可以是除了表示车辆正被驱动的驾驶模式20的第二驾驶模式40(其包括再生模式50和动力辅助模式60)以外的驾驶模式。
例如，基于高电压电池的SOC，多个阶段可包括四个分类阶段，并且该四个阶段可包括高电压电池的SOC在约55％和65％之间的正常阶段，高电压电池的SOC大于约65％的临界高阶段，高电压电池的SOC低于约50％的临界低阶段，以及高电压电池的SOC在50％到55％之间的低阶段。
第二驾驶模式40的再生模式50可以是从发动机恢复再生制动能量的模式，尤其是在减速或制动期间可通过发动机的发电将车辆的动能转换为电能以对高电压电池充电。当啮合制动踏板时，第一驾驶模式30可变为再生模式以恢复发动机的再生制动能量。此外，当车辆处于再生模式50时啮合加速踏板用于正常驾驶时，车辆可变回第一驾驶模式30。
动力辅助模式60可同时使用来自燃料电池的电力以及高电压电池的电力并可以是驾驶员啮合加速踏板超过预定深度或当达到预设燃料电池电力时的驾驶模式。在以第一驾驶模式30驾驶的同时，当驾驶员啮合加速踏板大于预设深度或达到预设燃料电池电力时，车辆可变成动力辅助模式60或反之亦然。
燃料电池停止模式70可以是通过停止低电力区或低速度区(例如，低于预定阈值)中的燃料电池仅用高电压电池操作车辆的区。因为当在低电力区操作时燃料电池的电压可能增大，引起燃料电池的耐用性的副作用，所以应该在低电力区停止燃料电池的操作。通常，当车速降低以制动第一驾驶模式30的车辆时车辆的模式可以变成制动模式50、当车辆完全成停止时车辆的模式可以变成燃料电池停止模式70、以及当超过预定速度时通过再次激活燃料电池将车辆的模式变成第一驾驶模式30。
紧急模式80可以是在燃料电池系统出现故障(例如，坏了)时仅用高电压电池操作车辆的急迫模式。一般来说，尽管在紧急模式80的情况下直至车辆关闭可能未再次激活燃料电池，但在氢气泄露或燃料电池故障的情况下可努力再次激活燃料电池以将模式改为第一驾驶模式30，并且当燃料电池激活失败时，则可保持紧急模式80直至车辆关闭。
如图2所示，可基于车辆的操作模式和高电压电池的SOC为低电压电池分配预设充电电压。例如，装置的控制器(如图1所示)可被配置为基于当车辆处于第一驾驶模式30时按照高电压电池的SOC所定义的多个阶段，在高电压电池的当前充电状态处于正常阶段时分配第一预设电压，针对临界高阶段分配第二预设电压，针对临界低阶段分配第三预设电压，以及针对低阶段分配第四预设电压作为充电电压。第一预设电压可小于第二预设电压但大于第三和第四预设电压。第二预设电压可大于第一、第三、以及第四预设电压。第三预设电压可小于第一、第二、以及第四预设电压并且第四预设电压可小于第一和第二预设电压但大于第三预设电压。
此外，控制器可被配置为在车辆处于第二驾驶模式40的再生模式50时为低电压电池分配第五预设电压作为充电电压，以及当车辆处于第二驾驶模式40的动力辅助模式60时为低电压电池分配第六预设电压作为充电电压。控制器可被配置为例如当车辆处于燃料电池停止模式70时分配第七预设电压作为充电电压以及当车辆处于紧急模式80时分配第八预设电压作为充电电压。
一般来说，车辆可经由再生模式50进入燃料电池停止模式70。第五预设电压可大于第六、第七、以及第八预设电压，并且第六和第八预设电压可大于第七预设电压。例如，控制器可别配置为当车辆处于再生模式50时将大于低电压电池的电压或约12V的第五预设电压分配作为充电电压。因此，由于低电压电池可充分地充电，所以当车辆处于燃料电池停止模式70时可将大于低电压电池的电压的第七预设电压分配作为充电电压。
因而，通过基于车辆的操作模式和高电压电池的充电状态分配充电电压以不同地对低电压电池充电来改善燃料电池和混合车辆的燃料效率。然而，用于说明这种预设充电电压和阶段的表示高电压电池的SOC的程度的数值仅仅是示例性实施方式并不限于此，并可根据各种实施方式不同地定义。
图4是示出了根据本发明示例性实施方式的低电压电池的充电电压的控制方法的示例性图表。首先，在S401中，由控制器基于车辆的操作模式以及高电压电池140的充电状态为低电压电池160分配预设电压。低电压电池160的充电电压的分配如上面参照图2和图3所描述的。
具体地，在S403，控制器110可被配置为确定分配的预设电压是否大于低电压电池160的预设充电电压。在S405，当预设电压大于低电压电池160的当前充电电压时，控制器110可被配置为以第一斜率(例如，步进地)增大低电压电池160的当前充电电压(例如，基于第一斜率增大电压)直至当前充电电压等于预设电压。第一斜率可以是，例如，约1V/s。通过基于第一斜率增大电压，可防止当电压立即增大时可能发生的充电电流过冲。
在S407，当预设电压小于低电压电池160的预设充电电压时，控制器110可被配置为比较低电压电池160的充电电流与预定电流值。在S409，当低电压电池160的充电电流大于预定电流值时，那么低电压电池160的当前充电电压可减小至预设电压，其中，降低斜率(例如，步降斜率)可以是第二斜率。例如，预定电流值可以是约10A并且第二斜率可以为约0.5V/s。换言之，第二斜率可以小于上述的第一斜率。当低电压电池160的充电电流小于预定电流值时，控制器110可被配置为维持低电压电池160的当前充电电压，如S415中所设置的。
此后，在S417，控制器110可被配置为再次比较低电压电池160的充电电流与预定电流值，并且当低电压电池160的充电电流大于预定电流值时，在S409，低电压电池160的当前充电电压可以第二斜率降低至预设电压。因为低电压DC转换器150可进入无负载或者没有任何电流流经的状态并且因为当低电压电池的充电电流相当低时可能发生损害，所以在检查充电电流之后，当预设电压小于低电压电池160的当前充电电压时，充电电压应该逐渐降低(例如，步降)至预设电压以防止低电压DC转换器150处于无负载状态。
在S411，控制器110可被配置为在降低低电压电池160的充电电压的同时比较低电压电池160的充电电流与预定电流值，并且当低电压电池160的充电电流变得小于预定电流值时，在S413中可被配置为停止当前充电电压的降低。
图5示出了执行根据本发明示例性实施方式的低电压电池的充电电压的控制方法之后的仿真结果的示例性曲线图。
根据本发明示例性实施方式的低电压电池的充电控制方法可通过当以多种驾驶模式操作车辆时针对低电压电池设置并用多个预设电压充电来改善燃料效率。此外，当低电压电池的当前充电电压与预设电压之间存在差值时本发明可防止增大或减小充电电压时从低电压DC/AC转换器流经的电流停止。具体地，图5示出了针对低电压电池的常规充电方法，充电电压可固定为约14V。然而，根据本发明示例性实施方式的低电压电池160的充电显示了平均充电电压可降低至约13.18V以改善燃料效率。

Claims (20)

1.一种低电压电池的充电电压的控制方法，包括：
由控制器基于车辆的操作模式和高电压电池的充电状态为所述低电压电池分配预设电压；
由所述控制器比较所述预设电压与所述低电压电池的当前充电电压；以及
当所述预设电压大于所述当前充电电压时由所述控制器以第一斜率增大所述当前充电电压直至所述当前充电电压等于所述预设电压，
其中，所述操作模式包括驾驶模式、燃料电池停止模式、以及紧急模式，所述驾驶模式包括第一驾驶模式和第二驾驶模式，和
其中，基于所述高电压电池的所述充电状态将所述第一驾驶模式分成多个阶段。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在比较所述低电压电池的所述充电电流与预定电流值之后，当所述预设电压小于所述当前充电电压时，由所述控制器调整所述当前充电电压的量值。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
当所述充电电流大于所述预定电流值时由所述控制器将所述当前充电电压降低至所述预设电压。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括：
当所述充电电流小于所述预定电流值时由所述控制器维持所述当前充电电压。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述降低方法包括：
由所述控制器以第二斜率降低所述当前充电电压，其中，所述第一斜率大于所述第二斜率。
6.根据权利要求4所述的方法，还包括：
当所述充电电流变得大于所述预定电流值时由所述控制器将所维持的所述电压降低至所述预设电压。
7.根据权利要求5所述的方法，还包括：
在降低所述当前充电电压的同时当所述充电电流变得小于所述预定电流值时由所述控制器停止所述当前充电电压的降低。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分配处理包括：
由所述控制器分配分别对应所述第二驾驶模式、所述燃料电池停止模式、所述紧急模式、以及所划分的所述阶段的预设电压。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二驾驶模式包括用再生制动能量对所述电池充电的再生模式以及使用所述燃料电池的能量与所述高电压电池的能量两者的动力辅助模式。
10.一种控制低电压电池的充电电压的装置，包括：
燃料电池组，作为主电源操作并被配置为向车辆的驱动部件供应电力；
高电压直流(DC)转换器，被供应来自所述燃料电池组的电力；
高电压电池，被供应所述高电压直流转换器降低的电压；
低电压直流转换器，被配置为转换所述高电压电池的电压；
低电压电池，用由所述低电压直流转换器转换的相当低的电压充电；以及
控制器，所述控制器配置成：
基于所述车辆的操作模式和所述高电压电池的充电状态为所述低电压电池分配预设电压；
比较所述预设电压与所述低电压电池的当前充电电压；以及
当所述预设电压大于所述当前充电电压时以第一斜率增大所述当前充电电压直至所述当前充电电压变得等于所述预设电压，
其中，所述操作模式包括驾驶模式、燃料电池停止模式、以及紧急模式，其中，所述驾驶模式包含第一驾驶模式和第二驾驶模式，并且
其中，基于所述高电压电池的充电状态将所述第一驾驶模式分成多个阶段。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述控制器被进一步被配置为：
在比较所述低电压电池的充电电流与预定电流值之后，当所述预设电压小于所述当前充电电压时，调整所述当前充电电压的量值。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述控制器进一步被配置为：
当所述充电电流大于所述预定电流值时降低所述当前充电电压至所述预设电压。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述控制器进一步被配置为：
当所述充电电流小于所述预定电流值时维持所述当前充电电压。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述控制器进一步被配置为：
以第二斜率降低所述当前充电电压，其中，所述第一斜率大于所述第二斜率。
15.根据权利要求13所述的装置，其中，所述控制器进一步被配置为：
当所述充电电流变得大于所述预定电流值时将所维持的所述电压降低至所述预设电压。
16.一种包括由控制器执行的程序指令的非临时性计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：
基于车辆的操作模式和高电压电池的充电状态为所述低电压电池分配预设电压的程序指令；
比较所述预设电压与所述低电压电池的当前充电电压的程序指令；以及
当所述预设电压大于所述当前充电电压时以第一斜率增大所述当前充电电压直至所述当前充电电压等于所述预设电压的程序指令，
其中，所述操作模式包括驾驶模式、燃料电池停止模式、以及紧急模式，其中，所述驾驶模式包含第一驾驶模式和第二驾驶模式，并且
其中，基于所述高电压电池的充电状态将所述第一驾驶模式分成多个阶段。
17.根据权利要求16所述的非临时性计算机可读介质，进一步包括：
在比较所述低电压电池的充电电流与预定电流值之后，当所述预设电压小于所述当前充电电压时调整所述当前充电电压的量值的程序指令。
18.根据权利要求17所述的非临时性计算机可读介质，进一步包括：
当所述充电电流大于所述预定电流值时降低所述当前充电电压至所述预设电压的程序指令。
19.根据权利要求17所述的非临时性计算机可读介质，进一步包括：
当所述充电电流小于所述预定电流值时维持所述当前充电电压的程序指令。
20.根据权利要求18所述的非临时性计算机可读介质，进一步包括：
以第二斜率降低所述当前充电电压的程序指令，其中，所述第一斜率大于所述第二斜率。
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