CN104578235B - 电动车辆充电系统 - Google Patents

Abstract

电动车辆充电系统包括存储用于驱动电动车辆的电动机的电力的驱动电池、加热驱动电池的加热器、转换从所述电动车辆的外面供给的电力并将电力供给至驱动电池或者加热器的电力供给装置、激活或者去激活驱动电池和电力供给装置之间的连接的接触器、检测驱动电池的温度的温度检测装置、以及基于温度来控制接触器和加热器的控制装置。控制装置控制接触器，以便当温度小于第一预定温度时，去激活连接，并且将电传导至加热器，以及控制接触器，以便当温度是第一预定温度以上时，激活连接。

Description

电动车辆充电系统

技术领域

本发明涉及用于电动车辆的充电系统。

背景技术

在诸如电动车辆或者插入式混合动力车辆的电动车辆中，配置成使用被设置在车辆内部的充电器来将从车辆外面供给的交流(AC)电力转换为直流(DC)电力，并且直流电力被充电在车辆内部的高压驱动锂离子电池(充电系统)中。

专利文献1：JP-A-2011-238428

专利文献2：JP-A-2012-044813

专利文献3：JP-A-2010-205478

专利文献4：JP-A-2012-085481

发明内容

本发明的一个有利的方面是提供一种电动车辆的充电系统，该电动车辆的充电系统在不适于充电的温度状态下禁止电池的充电，并且在电池已经被加热到适于充电的温度之后实施充电。

根据本发明的有利的方面，电动车辆的充电系统包括：

驱动电池，储存用于驱动电动车辆的电动机的电力；

加热器，加热驱动电池；

电力供给装置，转换从电动车辆的外面供给的电力并将电力供给至驱动电池或者加热器；

接触器，激活或者去激活所述驱动电池和所述电力供给装置之间的连接；

温度检测装置，检测所述驱动电池的温度；以及

控制装置，基于由所述温度检测装置检测到的所述温度来控制所述接触器和所述加热器，

其中，所述控制装置

控制所述接触器，以便在所述驱动电池的所述温度小于第一预定温度的时候，去激活所述连接，并且将电传导至所述加热器，并且

控制所述接触器，以便在所述驱动电池的所述温度是所述第一预定温度以上的时候，激活所述连接。

电动车辆充电系统可以被配置成进一步包括：

辅助电池，将电力供给至所述加热器；以及

充电量检测装置，检测所述辅助电池的充电量，

其中，所述电能输送装置包括：

充电器，转换从所述电动车辆的外面供给的所述电力，并将转换后的所述电力供给至所述驱动电池；以及

电压转换器，被连接至所述充电器，转换由所述充电器转换的所述电力的电压，并将所述电压输送至所述辅助电池，

其中，所述加热器包括能够单独地被激活或者被去激活的多个加热器，或者包括可变电阻加热器，以便改变加热器输出；并且

所述控制装置根据所述辅助电池的所述充电量来改变所述加热器输出。

随着所述辅助电池的所述充电量增加，所述控制装置可以增加所述加热器输出。

电动车辆充电系统可以被配置成进一步包括：

电气组件，被供给有来自所述辅助电池的电力，

其中，所述控制装置根据所述辅助电池的所述充电量来判定所述电气组件的操作或者非操作。

所述控制装置可以被配置成，当所述辅助电池的所述充电量是预定充电量以上时，允许所述电气组件的操作，并且当所述辅助电池的所述充电量是低于所述预定充电量时，禁止所述电气组件的操作。

所述控制装置可以根据所述驱动电池的所述温度来判定是否传导或者停止至所述加热器的电，并且还可以判定所述电气组件的操作或者非操作。

控制装置可以被配置成：

当所述驱动电池的所述温度低于第一预定温度时，将电传导至所述加热器，并且禁止所述电气组件的操作，

当所述驱动电池的所述温度是所述第一预定温度以上且还低于第二预定温度时，将电传导至所述加热器，并且允许所述电气组件的操作，其中，所述第二预定温度高于所述第一预定温度，并且

当所述驱动电池的所述温度是所述第二预定温度以上时，停止所述加热器，并且允许所述电气组件的操作。

附图说明

图1是图解根据本发明的电动车辆的充电系统的实施例的实例的配置图。

图2是说明在图1中所示的电动车辆的充电系统中所实施的控制的实例的流程图。

图3是说明在图1中所示的电动车辆的充电系统中所实施的控制的图。图3中左边一幅图是说明相对于辅助电池电压的加热器输出的图表，图3中右边一幅图是说明对于加热器输出的继电器操作指示的图。

具体实施方式

不较佳的是高压驱动锂离子电池(以下称为驱动电池)在超低温状态(诸如低于-30℃的温度状态)的时候在其中流过电流。这是因为当被用作驱动电池的锂离子电池单元在超低温下被充电时，来自正极的锂离子更不易于被负极吸收，易于出现金属锂的沉积，并且可能发生诸如短路的问题。

充电系统因此被设置，以便在构成驱动电池的多个电池单元的最小电池单元温度低于-30℃的情况下不操作，因此驱动电池不能被充电。换句话说，驱动电池在低于-30℃的环境中不能被充电。

当从车辆外面，诸如从家用交流电源插座，对驱动电池充电时，因此所推荐的是，在低于-30℃的环境中，驱动电池被首先加热，并且在驱动电池已经至少达到低温状态(诸如从大约-30℃到0℃的温度状态)之后，开始充电。

用于加热电池而不显著地改变现有的车辆配置的配置是理想的。此外，理想的是在加热驱动电池的时候使用电气组件的电源的辅助电力，同时中断用于对驱动电池充电的高压电路。

随后参考图1至3说明关于根据本发明的实例的电动车辆的充电系统的实施例。

图1是图解实施例的电动车辆的充电系统的配置图。图2是说明在图1中所示的电动车辆的充电系统中所实施的控制的实例的流程图。图3是说明在图1中所示的电动车辆的充电系统中所实施的控制的图。图3中左边一幅图是说明相对于辅助电池电压的加热器输出的图表，图3中右边一幅图是说明对于加热器输出的继电器操作指示的图。

虽然在本实施例中，具有高压驱动锂离子电池的电动车辆、插入式混合动力车辆等等都可以被应用作为电动车辆，但是以下说明是基于电动车辆的。

随后说明其中超低温状态被定义为低于-30℃的温度状态、低温状态被定义为-30℃以上但是低于0℃的温度状态、并且正常温度状态被定义为从0℃到60℃的温度状态的实施例。超低温状态是不适于对驱动电池11充电的温度状态。

实施例的电动车辆的充电系统配备有包括高压驱动锂离子电池(以下称为驱动电池)11的电池组10，其储存用于驱动电动车辆的电动机(未图示)的电力。电池组10装备有控制驱动电池11和如下所述的充电器21之间的连接(激活或者去激活)的接触器12、检测驱动电池11的温度的温度传感器(温度检测装置)13、由加热驱动电池11的多个加热器构成的加热器单元14、以及由对应于各个加热器、并且激活或者去激活各个加热器的多个继电器构成的继电器单元15。

实施例的电动车辆的充电系统装备有将从车辆外面供给的交流电力转换为直流电力的充电器21，该直流电力被供给至驱动电池11。充电器21经由接触器12被连接至驱动电池11。

当使用从车辆外面供给的电力对驱动电池11充电(以下称为外部充电)时，举例来说，用于电动车辆的充电电缆31的插头32被插入到外部电源的插座端口中，并且交流电力从外部电源被供给至充电器21。充电器21将被供给的电力转换为高压直流电压(以下称为直流高压)，该直流高压接着被输出。然而，当接触器12被激活时，驱动电池11被供给有转换后的直流高压并被充电。举例来说，充电器21将从作为外部电源的家用电源供给的交流100V转换为直流300V的直流高压，该直流300V的直流高压接着被输出。

实施例的电动车辆的充电系统还装备有被连接至充电器21的DC-DC转换器(电压转换器)22和辅助电池23，DC-DC转换器将由充电器21转换的直流高压转换为用于供给的低压直流电压(以下称为直流低压)，并且辅助电池23被供给有由DC-DC转换器22转换的直流低压并被充电。检测充电状态(充电量)的电压传感器(充电量检测装置)24被设置于辅助电池23。举例来说，DC-DC转换器22将直流300V的直流高压转换为直流12V的直流低压，该直流12V的直流低压接着被输出。

当从车辆外面对辅助电池23充电时，DC-DC转换器22将从充电器21供给的直流高压转换为直流低压，该直流低压接着被供给至辅助电池23。注意，在除了当从车辆外面充电时以外的时候，DC-DC转换器22还可以将从驱动电池11供给的直流高压转换为直流低压，并将这个直流低压供给至辅助电池23。也就是说，将直流高压供给至DC-DC转换器22的源可以被切换。举例来说，用于切换供给源的转换器(未图示)可以被设置，并且当从车辆外面进行充电时，供给源可以被切换为充电器21。

注意，本发明的电力供给设备通过充电器21和DC-DC转换器22被配置，被配置成使从车辆外面供给的电力能够被转换并被供给至驱动电池11、加热器单元14等等。电力供给设备(充电器21和DC-DC转换器22)可以被配置为如图1中所示的单个单元，或者可以被配置为分离的独立单元。举例来说，作为辅助电池23，在超低温状态下没有充电或者放电问题的铅电池等等是理想的。

实施例的电动车辆的充电系统装备有ECU(电子控制单元；控制装置)25，并且通过ECU 25来进行如下所述的控制。举例来说，ECU 25基于来自驱动电池11的温度传感器13的温度T、以及来自辅助电池23的电压传感器24的电压V，来控制接触器12、继电器单元15、以及还有被设置于电动车辆的诸如空调设施和照明装置的电气组件26。被储存在辅助电池23中的电力在这个被进行的时候被供给以操作ECU 25，并且该电力还在加热器单元14的加热器、或者电气组件26等等在操作中的时候被供给。

随后参考图1和图2中所示的流程图说明关于由实施例的电动车辆的充电系统实施的控制的实例。

步骤S1

做出关于充电电缆31的插头32是否被插入到外部电源的插座端口中的检查。如果被插入(插头：ON)，则处理进行至步骤S2，如果没有被插入，则处理结束。举例来说，插头32的插入或者未插入可以通过ECU 25检测交流电力是否被供给至充电器21来被确定。

充电器21和DC-DC转换器22通过将充电电缆31的插头32插入到外部电源的插座端口中来被激活，并且如果需要的话，辅助电池23被充电。

步骤S2

驱动电池11的温度T由温度传感器13检测，并且做出被检测到的温度T是否低于预定义的第一预定温度“a”的检查。如果低于第一预定温度“a”，则处理进行至步骤S3。如果不低于第一预定温度“a”，即，如果被检测到的温度T是第一预定温度“a”以上，则处理进行至步骤S4。诸如-30℃的温度被设为第一预定温度“a”，以便在超低温状态和低温状态之间进行区分。

步骤S3

如果在步骤S2处被检测到的温度T低于第一预定温度“a”，则辅助电池23的电压V由电压传感器24检测，并且做出被检测到的电压V是否低于预定义的预定电压α的检查。如果低于预定电压α，则处理进行至步骤S5，如果不低于预定电压α，即，如果被检测到的电压V是预定电压α以上，则处理进行至步骤S6。电压V相当于辅助电池23的充电状态，即，充电量。对应于充电量的能够被同时供给至加热器单元14和电气组件26的电压被设为预定电压α(预定充电量)。举例来说，如果12V电池被用作辅助电池23，则接着预定电压α被设为11V。

步骤S4

如果在步骤S2处被检测到的温度T是第一预定温度“a”以上，则进一步做出温度T是否低于预定义的第二预定温度“b”的检测。如果低于第二预定温度“b”，则处理进行至步骤S7。如果不低于第二预定温度“b”，即，如果被检测到的温度T是第二预定温度“b”以上，则处理进行至步骤S8。诸如0℃的温度被设为第二预定温度“b”，以便在低温状态和正常温度状态之间进行区分。

步骤S5

如果驱动电池11的温度T低于第一预定温度“a”，并且如果辅助电池23的电压V低于预定电压α，则接触器12被去激活，电被传导至加热器单元14，并且使得电气组件26不可操作(操作被禁止)。也就是说，如果驱动电池11是在“超低温状态”中并且如果辅助电池23不具有充足的充电量来同时供给加热器单元14和电气组件26，则接触器12被去激活，并且驱动电池11从充电器21被断开，由此不进行充电。接着使得电气组件26不可操作，并且电仅仅被传导至加热器单元14，由此驱动电池11被加热。

步骤S6

如果驱动电池11的温度T低于第一预定温度“a”，并且如果辅助电池23的电压V是预定电压α以上，则接触器12被去激活，电被传导至加热器单元14，并且使得电气组件26可操作(操作被允许)。也就是说，如果驱动电池11是在“超低温状态”中并且如果辅助电池23具有充足的充电量来同时供给加热器单元14和电气组件26，则接触器12被去激活，并且驱动电池11从充电器21被断开，由此不进行充电。电接着被传导至加热器单元14，由此驱动电池11被加热，并且同样，如果有来自电气组件26的操作请求，则操作信号被传送至电气组件26，由此电气组件26能够操作。

因此，在步骤S5和S6处，当驱动电池11处于“超低温状态”中时，驱动电池11由加热器单元14加热，并且充电被禁止(接触器12被去激活)，由此电流不流至驱动电池11单元直到驱动电池11达到“低温状态”。

此外，在步骤S5和S6处，做出是否根据辅助电池23的充电量来操作电气组件26的判定。在步骤S5处，因为辅助电池23的电压V低于预定电压α，所以相对于电气组件26的操作，优先考虑至加热器单元14的电的传导，并且因此电气组件26的操作即使被请求也不被允许。在步骤S6处，因为辅助电池23的电压V是预定电压α以上，所以电不仅仅被传导至加热器单元14，而且电气组件26也能够操作。

步骤S7

如果驱动电池11的温度T是第一预定温度以上，但是低于第二预定温度b，则接触器12被激活，电被传导至加热器单元14，并且电气组件26的操作被允许。也就是说，如果驱动电池11是在“低温状态”中，则接触器12通过接触器操作指示被激活，并且驱动电池11被连接至充电器21，由此进行充电。电接着被引导至加热器单元14，由此驱动电池11被加热，并且同样，如果有来自电气组件26的操作请求，则操作信号被传送至电气组件26，由此电气组件26能够操作。

因此，在步骤S7处，当驱动电池11处于“低温状态”中时，驱动电池11由加热器单元14加热，并且驱动电池11被充电。也就是说，在由加热器单元14加热的驱动电池11的温度达到“低温状态”之后，接触器12被激活，并且从充电器21至驱动电池11的充电开始。不仅电能够被传导至加热器单元14，而且电气组件26也能够操作。

步骤S8

如果驱动电池11的温度T是第一预定温度a以上，并且也是第二预定温度b以上，即，如果驱动电池11的温度T是第二预定温度b以上，则接触器12被激活，至加热器单元14的电的传导被停止，并且电气组件26的操作被允许。也就是说，如果驱动电池11处于“正常温度状态”中，则接触器12通过接触器操作指示被激活，并且驱动电池11被连接至充电器21，由此进行充电。至加热器单元14的电的传导接着被停止，并且驱动电池11的加热被停止。如果有来自电气组件26的操作请求，则操作信号被传送至电气组件26，由此电气组件26能够操作。

因此，在步骤S8处，当驱动电池11处于“正常温度状态”中时，因为无须加热驱动电池11，所以至加热器单元14的电的传导被停止，并且驱动电池11被充电。电气组件26能够操作。

步骤S9

在实施上述步骤S5至S8中的一个之后，做出驱动电池11的温度T是否大于第二预定温度“b”、是否有操作电气组件26的请求、以及是否有对驱动电池11充电的请求的检查。如果驱动电池11的温度T大于第二预定温度“b”、没有操作电气组件26的请求、并且没有对驱动电池11充电的请求，则处理进行至步骤S10。一系列流程接着结束。然而，如果有任何一个条件不被满足，则处理返回至步骤S1。并且步骤S1至S9的流程被重复。

步骤S10

在步骤S9处，如果驱动电池11的温度T大于第二预定温度“b”、没有操作电气组件26的请求、并且没有对驱动电池11充电的请求，则处理结束，在这个步骤处进行停止充电的处理。在停止充电的处理中，接触器12被去激活，驱动电池11从充电器21被断开并且充电被停止。

接触器12、加热器单元14和电气组件26由此根据驱动电池11的温度T被控制。根据驱动电池11的温度T的控制内容被概括在如下的表1中。

图表1

注意，如上所述的“a”和“b”可以被设置为“a”＝“b”。在这种情况下，举例来说，表1的中间行(行a≤T<b)的控制可以被省略。

如上面所述的，基于辅助电池23的电压V是否小于预定电压α、或者预定电压α以上来进行传导或者停止至加热器单元14的电的控制。然而，如以下所说明的，通过使用对于构成加热器单元14的多个加热器中的每一个加热器的激活或者去激活控制(继电器操作指示)，加热器输出根据辅助电池23的电压V(充电量)可以是可变的。关于这种控制，随后参考图3来说明。

首先，随后说明关于与加热器单元14的配置相对应的继电器单元15的配置的实例。给出其中设置有具有最大加热器输出300W的加热器单元14的实例，其具有例如构成加热器单元14的两个50W加热器和两个100W加热器、以及对应于加热器的构成继电器单元15的四个继电器(参见图1)。

在上述配置中，ECU 25根据辅助电池23的电压V来控制来自加热器单元14的热输出。举例来说，如图3中左边一幅图中所示，如果电压V是9.0V以下，则加热器输出被设为0W，并且，如图3中右边一幅图中所示，所有的继电器被去激活。在这种情况下，可以做出辅助电池23的充电被优先考虑、并且直流低压首先从DC-DC转换器22被供给至辅助电池23以便使得辅助电池23的电压V超过9.0V的配置。

如图3中左边一幅图中所示，如果电压V大于9.0V但是小于等于9.5V，则加热器输出被设为50W，并且，如图3中右边一幅图中所示，举例来说，对应于50W的加热器输出的继电器1被激活。

如图3中左边一幅图中所示，如果电压V大于9.5V但是小于等于10.0V，则加热器输出被设为100W，并且，如图3中右边一幅图中所示，举例来说，对应于100W的加热器输出的继电器3被激活。

如图3中左边一幅图中所示，如果电压V大于10.0V但是小于等于10.5V，则加热器输出被设为150W，并且，如图3中右边一幅图中所示，举例来说，对应于150W的加热器输出的继电器1和继电器3被激活。

如图3中左边一幅图中所示，如果电压V大于10.5V但是小于等于11.0V，则加热器输出被设为200W，并且，如图3中右边一幅图中所示，举例来说，对应于200W的加热器输出的继电器3和继电器4被激活。

如图3中左边一幅图中所示，如果电压V大于11.0V但是小于等于11.5V，则加热器输出被设为250W，并且，如图3中右边一幅图中所示，举例来说，对应于250W的加热器输出的继电器1、继电器3和继电器4被激活。

如图3中左边一幅图中所示，如果电压V大于11.5V但是小于等于12.0V，则加热器输出被设为300W，并且，如图3中右边一幅图中所示，举例来说，对应于300W的加热器输出的所有的继电器都被激活。

因此，加热器输出根据辅助电池23的电压V(充电量)是在0、50、100、150、200、250和300W的多个模式中是可变的。当电压V低时，加热器输出被减少，并且当电压V高时，加热器输出被增加，由此电压V的增加伴随着加热器输出的增加。

注意，上述继电器的激活和去激活仅仅是实例，并且当加热器输出是100W时，举例来说，继电器4可以被激活，或者代替继电器3，继电器1和继电器2两者都可以被激活。

代替上述配置，举例来说，配置可以包括构成加热器单元14的六个50W加热器、和对应于加热器的构成继电器单元15的六个继电器。此外，代替能够单独激活或者去激活的多个加热器，具有可变的加热器输出的可变电阻加热器可以被布置。

注意，温度状态(超低温状态、低温状态和正常温度状态)和温度范围之间的上述关系仅仅是实例，并且对于每个温度状态设定的温度范围可以根据多种状态被改变。

在本发明中，当驱动电池温度低于第一预定温度时(当在超低温状态中时)，接触器被去激活并且电被传导至加热器。当驱动电池温度是第一预定温度以上时，接触器被激活。因为充电在不适于充电的温度状态中被禁止，并且电池充电仅在将驱动电池加热至适于充电的温度之后被实施，所以在超低温状态下的充电期间内的电池问题能够被防止。

在本发明中，驱动电池能够由加热器加热而不显著地改变现有的车辆结构。此外，在本发明中，接触器被去激活同时使用加热器来加热驱动电池，由此用于电气组件的电源的辅助电力能够被使用，同时中断对驱动电池充电的高压电路。

本发明涉及电动车辆的充电系统，并且特别涉及即使当电动车辆处于超低温环境中也能够对锂离子电池充电的充电系统。

Claims (5)

1.一种电动车辆的充电系统，其特征在于，包含：

驱动电池，所述驱动电池储存用于驱动所述电动车辆的电动机的电力；

加热器，所述加热器加热所述驱动电池；

电力供给装置，所述电力供给装置转换从所述电动车辆的外面供给的电力并将所述电力供给至所述驱动电池或者所述加热器；

接触器，所述接触器激活或者去激活所述驱动电池和所述电力供给装置之间的连接；

温度检测装置，所述温度检测装置检测所述驱动电池的温度；以及

控制装置，所述控制装置基于由所述温度检测装置检测到的所述温度来控制所述接触器和所述加热器，

其中，所述控制装置

控制所述接触器，以便在所述驱动电池的所述温度小于第一预定温度的时候，去激活所述连接，并且将电传导至所述加热器，并且

控制所述接触器，以便在所述驱动电池的所述温度是所述第一预定温度以上的时候，激活所述连接；

所述电动车辆充电系统进一步包含：

辅助电池，所述辅助电池将电力供给至所述加热器；以及

充电量检测装置，所述充电量检测装置检测所述辅助电池的充电量，

其中，所述电力供给装置包括：

充电器，所述充电器转换从所述电动车辆的外面供给的所述电力，并将转换后的所述电力供给至所述驱动电池；以及

电压转换器，所述电压转换器被连接至所述充电器，转换由所述充电器转换的所述电力的电压，并将所述电压供给至所述辅助电池，

其中，所述加热器包括能够单独地被激活或者被去激活的多个加热器，或者包括可变电阻加热器，以便能够输出加热器输出功率的多个模式；

所述控制装置根据所述辅助电池的所述充电量来改变所述加热器输出功率的多个模式中的一个；并且

随着所述辅助电池的所述充电量增加，所述控制装置改变所述加热器输出功率至所述加热器输出功率的多个模式中的较高的加热器输出功率。

2.如权利要求1所述的电动车辆充电系统，其特征在于，进一步包含：

电气组件，所述电气组件被供给有来自所述辅助电池的电力，

其中，所述控制装置根据所述辅助电池的所述充电量来判定所述电气组件的操作或者非操作。

3.如权利要求2所述的电动车辆充电系统，其特征在于，

当所述辅助电池的所述充电量是预定充电量以上时，所述控制装置允许所述电气组件的操作，并且当所述辅助电池的所述充电量是低于所述预定充电量时，所述控制装置禁止所述电气组件的操作。

4.如权利要求2或3所述的电动车辆充电系统，其特征在于，

所述控制装置根据所述驱动电池的所述温度来判定是否传导或者停止至所述加热器的电，并且还判定所述电气组件的操作或者非操作。

5.如权利要求4所述的电动车辆充电系统，其特征在于，

所述控制装置

当所述驱动电池的所述温度低于第一预定温度时，将电传导至所述加热器，并且禁止所述电气组件的操作，

当所述驱动电池的所述温度是所述第一预定温度以上且低于第二预定温度时，将电传导至所述加热器，并且允许所述电气组件的操作，其中，所述第二预定温度高于所述第一预定温度，并且

当所述驱动电池的所述温度是所述第二预定温度以上时，停止所述加热器，并且允许所述电气组件的操作。