CN104578245B - 电动车辆充电器和充电方法 - Google Patents

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Abstract

一种示例电动车辆充电方法包括使用外部电源为车辆的蓄电池充电，且根据当驾驶车辆从外部电源至目的地时预测产生的充电量调整充电。外部电源处于比至至少一个目的地的沿线某些点海拔高的位置。

Description

电动车辆充电器和充电方法
技术领域
本发明总体上涉及电动车辆，更具体地涉及高效地为电动车辆的蓄电池充电。
背景技术
一般地，电动车辆与传统的机动车辆不同，因为电动车辆使用一个或多个靠电池供电的电机选择性地驱动。相反，传统的机动车辆专门依靠内燃机来驱动车辆。电动车辆可以使用电机取代内燃机或除了内燃机之外还可以使用电机。
示例电动车辆包括混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV)。电动车辆典型地配备有包含多个蓄电池单元的蓄电池，其储存用于为电机供电的电能。电池可以在使用之前进行充电，以及由再生制动或内燃机驱动期间进行再充电。
当下坡行进时，常常需要机械制动或再生制动以保持电动车辆以安全速度行驶。再生制动能够为蓄电池产生电量。如果蓄电池被完全充电，蓄电池不能接受再生制动产生的电量。
发明内容
根据本发明的示例性方面，一种电动车辆充电方法包括使用外部电源为车辆的蓄电池充电，且至少部分根据当驾驶车辆从外部电源至目的地时预测产生的充电量调整充电以及其他。外部电源处于比至至少一个目的地的沿线某些点海拔高的位置。
在前述电动车辆充电方法的进一步非限制性实施例中，调整包含停止充电。
在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，车辆的蓄电池在外部电源的充电包含从车辆外部的电源传输电能至蓄电池。
在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，由于驾驶车辆从外部电源下坡至目的地将产生的电量包含再生电量。
在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，该方法包括调整充电以便使蓄电池在外部电源处被充电至将导致当车辆达到累积再生电量最大点时蓄电池被标称地完全充电的水平，以便当驾驶车辆从外部电源至目的地时，车辆将储存或利用标称产生的所有电量。
在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，在调整期间，该方法考虑当驾驶车辆从外部电源到目的地时车辆使用的电量。
在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，调整包含在外部电源为车辆的蓄电池充电直到蓄电池达到低于蓄电池的充电容量的目标充电水平。
在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，蓄电池在外部电源的充电包含从车辆外部传输充电电能至车辆。
在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，调整包含限制蓄电池在外部电源的充电以在蓄电池中留下可用电量储存量，该可用电量储存量通常相当于当驾驶车辆从外部电源至目的地时产生的电量。
在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，该方法包括超控该限制以使车辆蓄电池在外部电源标称完全充电。
在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，该方法包括接收输入的目的地。
在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，至少一个目的地包含第一目的地和第二目的地，调整进一步根据车辆在第一目的地停车的可能性与车辆在第二目的地停车的可能性的比较。
在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，车辆在第一目的地停车的可能性与车辆在第二目的地停车的可能性是基于从前的驾驶记录。
根据本发明的示例性方面，一种电动车辆充电器包括传感器和可操作地耦合至传感器的控制器以及其他，传感器用以检测车辆蓄电池中拥有的电量水平。控制器配置用于根据当驾驶车辆从外部电源位置至目的地时预测产生的充电量限制蓄电池从外部电源的充电。外部电源处于比至目的地的沿线的点海拔高的位置。
在前述充电器的进一步非限制性实施例中，当驾驶车辆从外部电源位置至目的地时预测产生的充电量是根据外部电源位置的海拔和至目的地的沿线的点的海拔之间的差异。
在前述充电器的任何一个进一步非限制性实施例中，外部电源的位置处于第一海拔，至目的地的沿线的点处于低于第一海拔的第二海拔。
在前述充电器的任何一个进一步非限制性实施例中，车辆提供超控选项以允许蓄电池从外部电源完全充电。
在前述充电器的任何一个进一步非限制性实施例中，其中外部电源与车辆分开，且与车辆不同。
在前述充电器的任何一个进一步非限制性实施例中，控制器配置用于调整蓄电池在外部电源的充电，以便当车辆从外部电源位置出发时蓄电池中的电量水平将导致当达到最大累计再生电量点时蓄电池被完全充电，且当驾驶车辆从外部电源至目的地时车辆将利用标称产生的所有再生电量。
在前述充电器的任何一个进一步非限制性实施例中，包括导航系统以提供有关位置和目的地的海拔信息。
附图说明
从以下的详细说明中，本公开示例的各种特点和优势对本领域技术人员来说是显而易见的。伴随详细说明的附图简略描述如下。
图1说明了用于电动车辆的示例动力系统架构的示意图。
图2说明了结合图1的动力系统使用的电动车辆充电器的高度示意性示图。
图3说明了图2的电动车辆充电器利用的示例充电策略。
图4说明了在第一海拔的外部电源和在比第一海拔低的第二海拔的目的地。
图5是图4中的第一海拔和第二海拔的地形表示。
图6图示地说明了在图中的特定区域内停车的可能性。
图7说明了图1的动力系统的蓄电池在完成在第一海拔的充电之后的电量水平。
图8说明了图1的动力系统的蓄电池从第一海拔下降到低于第一海拔的第二海拔之后的电量水平。
具体实施方式
图1图示地说明了用于电动车辆的动力系统10。虽然被描述为混合动力电动车辆(HEV)，但是应当理解的是，在此描述的概念不限于HEV且可以延伸至其它电气化车辆，包括但不限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV)。
在一个实施例中，动力系统10是功率分流动力系统，其使用第一驱动系统和第二驱动系统。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即第一电机)的结合。第二驱动系统至少包括电动机22(即第二电机)、发电机18和蓄电池24。在本例中，第二驱动系统被认为是动力系统10的电驱动系统。第一和第二驱动系统产生转矩以驱动电动车辆的一组或多组车辆驱动轮28。
发动机14(在本例中是内燃机)和发电机18可以通过动力传输单元30(例如行星齿轮组)连接。当然，其它类型的动力传输单元，包括其它齿轮组和变速器，可以用于连接发动机14至发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传输单元30是行星齿轮组，包括环形齿轮32，中心齿轮34和托架组件36。
发电机18能够由发动机14通过动力传输单元30驱动以转变动能为电能。作为选择，发电机18能够起电机的作用以转变电能为动能，从而输出转矩至连接到动力传输单元30的轴38。因为发电机18可操作地连接到发动机14，发动机14的速度可以由发电机18控制。
动力传输单元30的环形齿轮32可以被连接至轴40，轴40通过第二动力传输单元44被连接至车辆驱动轮28。第二动力传输单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其它动力传输单元也是适合的。齿轮46从发动机14传递转矩至差速器48最后为车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括多个能够传递转矩至车辆驱动轮28的齿轮。在本例中，第二动力传输单元44通过差速器48机械地与轴50耦接以分配转矩至车辆驱动轮28。
电动机22(即第二电机)也可以通过输出转矩至也连接至第二动力传输单元44的轴52来驱动车辆驱动轮28。在一个实施例中，电动机22和发电机18配合作为再生制动系统的一部分，其中电动机22和发电机18都可以用作电动机以输出转矩。例如，电动机22和发电机18各自能够输出电能至蓄电池24。
蓄电池24是电动车辆蓄电池组件的示例类型。蓄电池24可以是一个能够输出电能以操作电动机22和发电机18的高压电池。其它类型的储能设备和/或输出设备也可以和具有动力系统10的电动车辆一起使用。
当车辆正在运行时，再生制动可以用于为蓄电池24充电。当车辆停车或不运行时，外部电源56(例如电动车辆充电站)能够用于为车辆充电。外部电源构成电力能源基础设施的一部分，其供应电能为电动车辆的蓄电池充电。
现在参照图2，并继续参照图1，示例电动车辆充电器60结合蓄电池24使用以监控和控制蓄电池24的充电。示例电动车辆充电器60被用于控制蓄电池24的充电以便再生充电被有效利用，且以便具有电动车辆充电器60的车辆在蓄电池标称完全充电的情况下下降到或到达目的地。
在本发明的情况下，标称完全充电指的是蓄电池24被完全充电至它的总容量以及蓄电池24具有距被完全充电微小距离的电量水平，例如充电到电量容量的99.5％。在此电量水平，本领域技术人员可以认定蓄电池24为被有效地完全充电。
电动车辆充电器60包括控制器部分64和传感器68。控制器64断开和闭合开关88以选择性地耦接蓄电池24至外部电源56。电动车辆充电器60可以至少部分安装到车辆，至少部分安装到外部电源56，或二者。在一些例子中控制器64是车载控制器以便充电器60是车辆的从属装置。传感器68可以估计处在车辆上并与充电器通信。
控制器64能够与车载导航系统70和非车载导航系统72通信。导航系统70和72提供外部电源的位置和各个目的地之间的信息(例如海拔和距离)至控制器。
外部电源56与动力系统10和车辆的其他部分是分开的。例如，外部电源56是在车辆驾驶员的家或工作场所的充电站。外部电源56提供电能至蓄电池24。来自外部电源的电能不是由动力系统10的任一部分产生的。
当电动车辆充电器60的开关88闭合时，蓄电池24耦接至外部电源56，且外部电源56为蓄电池24充电。当开关88断开时，蓄电池24从外部电源56断开耦接，外部电源56不为蓄电池24充电。
在本例中，控制器64根据来自传感器68关于蓄电池24电量水平的信息和根据预测的充电数据92在断开和闭合位置之间移动开关88。预测的充电数据92至少包括当驾驶车辆离开外部电源56的位置至目的地或最大累积再生电量点时预测车辆将产生的电量。
值得注意的是，本领域技术人员和本公开的受益人可以理解当驾驶至在不同海拔的目的地时如何预测电动车辆将消耗的电能。预测的电能消耗可以取决于天气、交通状况等。可以利用预测算法以预测电能消耗。预测的电能消耗可以考虑当驾驶至目的地时车辆消耗的电能和再生充电产生的能量。
现在参照图3和4，并继续参照图2，在充电位置104的车辆100需要充电。外部电源56处于充电位置104。在本例中，车辆100到达充电位置104时具有W电量水平状态。利用来自导航系统70和72的路线信息，控制器64计算出至目的地108的沿线主要由于海拔的变化将有显著的再生制动期为蓄电池24充电。
示例控制器64计算出再生制动能够在中间路线位置112为蓄电池24充电至100％。通过预测至中间路线位置112沿线使用的和产生的能量，充电策略识别出车辆蓄电池24在充电位置104只需要被充电至X电量水平状态而不是100％。
在本例中，控制器64使用的算法能够表示为针对沿线每个点计算达到该点估计的未来累积充电减去达到该点的累积放电。最大差值的点是SOC(电量状态)应该是100％的位置。然后，该算法确定需要多大的初始SOC以使最大SOC值等于100％。如果产生的初始SOC小于100％，那么实现了节约。
参照图5至8，并继续参照图2，外部电源56处于第一海拔E1。具有动力系统10的示例车辆100的目的地96处于第二海拔E2。第一海拔E1高于第二海拔E2。
当车辆100从第一海拔E1下降到第二海拔E2，机械制动或再生制动用于维持车辆100以安全速度行进。使用电动机22的再生制动提供再生电量。如果蓄电池24被完全充电，再生电量将被浪费。可选地，可以应用机械制动而不是使用电动机22，其磨损机械制动器且通过生热来耗费掉能量。机械制动不产生电量。控制器64确保再生电量被利用且不是被完全浪费。
在本例中，控制器64断开开关88以阻止外部电源56为蓄电池充电至目标电量水平，在该目标电量水平之上当从海拔EC下降到海拔ED期间产生的再生电量不能被完全储存在车辆100使用的蓄电池24内。虽然被表示为物理驱动的开关88，但是本领域技术人员以及本发明受益人可以理解开关88可以采取许多形式，包括在多个状态之间移动的数字电路。
预测的充电数据92能够包括当车辆100从第一海拔E1下到第二海拔E2时将产生的全部再生电量的估计。根据下降期间将产生的再生电量的估计，控制器64通过断开开关88停止外部电源56为蓄电池24充电。
预测的充电数据92可以进一步包括车辆100在特定海拔区域(如，区域A、区域B、区域C、区域D或区域D之外)内停车的可能性的估计。可能性可以至少部分根据从前的驾驶记录。控制器部分64能够追踪驾驶记录且预测车辆100驾驶至特定海拔区域的可能性。蓄电池24至少部分根据该信息通过外部电源56充电。
在一个示例中，从第一海拔E1下降到第二海拔E2期间产生的再生电量相当于蓄电池24总储存容量的5％。识别出从海拔EC下降到海拔ED期间需要储存5％的容量为蓄电池24充电，控制器64在外部电源56已为蓄电池24充电至它的总容量(见图7)的95％之后断开开关88。然后，车辆从海拔EC下降到海拔ED。在到达海拔ED之后，蓄电池24被完全充电或标称完全充电(见图8)。
值得注意的是，在外部电源56改为为蓄电池24充电至高于蓄电池24总储存容量的95％的情况下，从海拔E1下降到海拔E2期间提供的5％的再生电量将不可以被完全储存在蓄电池24中。在某些例子中，如果蓄电池24不能储存电量，车辆100上的机械制动器被应用且来自再生制动的电量不被利用。
当耦接电动车辆动力系统10至外部电源56时，目的地108能够在控制器64中通过车辆操作者进行编程。控制器64能够从车辆驾驶员的个人计算机上的家庭应用、智能电话应用等接收有关目的地108的信息。在开始用外部电源56为蓄电池24充电之前，在开始用外部电源56给蓄电池充电之后，或二者都有，可以提供目的地108至控制器64。
在某些例子中，不需要输入目的地108至控制器64。例如，如果外部电源56处于在山上的家，且典型地车辆100在从家到主路之前下降2000英尺，控制器64可以编程为考虑在海拔下降2000英尺期间与再生制动有关的再生电量。那么，每当车辆100被耦接至外部电源56充电时，将不需要输入新的目的地。
控制器64可以考虑外部电源56所有方向的海拔变化或仅仅从外部电源56沿着道路114的海拔变化。
在某些例子中，控制器64或车辆提供超控选项，例如开关118。超控选项允许从外部电源为蓄电池完全充电。当蓄电池24被耦接到外部电源56时，超控开关118能够被激活以对控制器64断开蓄电池24与外部电源56的耦接以响应预测的充电数据92或达到目标充电水平进行超控。
当目标充电水平低于蓄电池24的充电容量时，超控开关118允许蓄电池24被外部电源56标称完全充电。例如当不需要下降期间再生充电时用户可以选择激活超控开关118。
本发明公开的实施例的特征包括提供一种充电方法以及一种车辆充电器，其利用由于当驾驶时海拔变化可用的再生电量有效地为电动车辆的蓄电池充电而不是用来自外部电源的电能充电。提高了燃料节约和用户满意度。该方法和充电器减小了用户或驾驶员的费用。该方法和充电器减小了牵引用蓄电池充电次数、制动磨损、碳排放和由于机械制动磨损的污染。该方法能够节约为车辆充电的能量成本、节约为车辆充电的时间以及节省机械制动上的磨损。
前面的描述实质是示例性的，而不是限制性的。在不脱离本发明本质的情况下，本发明公开的实施例的变化和修改对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，只能通过研究以下的权利要求确定给予本公开法定保护的范围。

Claims (11)

1.一种电动车辆充电方法，其特征在于，包含：
使用外部电源为车辆的蓄电池充电；以及
至少部分根据当驾驶车辆从外部电源至至少一个目的地时预测产生的充电量来调整充电以使车辆以电池被标称完全充电而到达目的地，外部电源处于比至至少一个目的地的沿线某些点更高的海拔，其中至少一个目的地包含第一目的地和第二目的地，调整进一步根据车辆在第一目的地停车的可能性与车辆在第二目的地停车的可能性的比较。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调整包含停止充电。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，车辆蓄电池在外部电源的充电包含从车辆外部的电源传输电能至蓄电池。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由于驾驶车辆从外部电源下降至目的地将产生的电量包含再生电量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调整充电以便使蓄电池在外部电源处被充电至将导致当车辆达到最大累积再生电量点时蓄电池被标称地完全充电的水平，以便当驾驶车辆从外部电源至目的地时车辆将储存或利用标称产生的所有的电量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括在调整期间考虑到当驾驶车辆从外部电源至目的地时车辆使用的电量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调整包含在外部电源为车辆的蓄电池充电，直到蓄电池达到小于蓄电池的电量容量的目标电量水平。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，蓄电池在外部电源的充电包含从车辆外部传输充电电能至车辆。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调整包含限制蓄电池在外部电源的充电以在蓄电池中留下可用电量储存量，该可用电量储存量总体上相当于当驾驶车辆从外部电源至目的地时产生的电量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，包括超控限制以使车辆的蓄电池在外部电源标称地完全充电。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括接收输入的目的地。
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