CN105121216A - 用于在能量存储系统的充电期间的错误检测的方法和布置 - Google Patents

用于在能量存储系统的充电期间的错误检测的方法和布置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在车辆(1)中的能量存储系统(7)的充电期间的错误检测的方法，所述车辆(1)包括被布置用于所述车辆(1)的推进的电机(3)，所述方法包括：在所述能量存储系统(7)连接(19)到外部电源(11)之后，通过车辆控制单元(8；13)从所述外部电源(11)请求(20)充电模式；以及通过形成所述外部电源(11)的一部分的外部充电控制单元(17)来将所述充电模式供应(22)到所述能量存储系统(7)。该方法还包括：提供(21)所请求的充电模式的预定调制；评估(23)供应到所述能量存储系统(7)的充电模式是否包括所述预定调制；以及如果不是这种情况，则指示(25)所述能量存储系统(7)的充电错误。本发明还涉及在能量存储系统(7)的充电期间的错误检测的布置、以及包括电机(3)并且具有这种布置的车辆(1)。

Description

用于在能量存储系统的充电期间的错误检测的方法和布置
技术领域
本发明涉及一种用于在车辆的能量存储系统的充电期间的错误检测的方法，所述车辆包括电机，电机被布置用于所述车辆的推进，所述方法包括：当所述能量存储系统连接到外部电源时，通过车辆控制单元从所述外部电源请求充电模式；以及通过形成所述外部电源的一部分的外部充电控制单元将所述充电模式供应到所述能量存储系统。
本发明还涉及一种用于在车辆的能量存储系统的充电期间的错误检测的布置，所述车辆具有布置用于所述车辆的推进的电机，所述布置进一步包括车辆控制单元，该车辆控制单元被布置用于当所述能量存储系统连接到外部电源时，从所述外部电源请求充电模式；并且其中，外部电源包括外部充电控制单元，该外部充电控制单元被布置用于将所述充电模式提供给所述能量存储系统。
背景技术
在汽车领域中，在与利用替代性能源，即用作替代传统内燃机的能源，的车辆推进相关的研究和开发稳步增加。
例如汽油发动机或柴油发动机的形式的内燃机在相对较低的燃料消耗的情况下提供了高的效率。然而，环境问题已经引起了用于车辆的更加环境友好的能源的开发的增加。具体地，电动车辆的发展已成为有前途的替代方案。
现今，存在包括电机的各种类型的车辆推进系统。例如，车辆可以仅通过电机进行操作，或者通过包括电机和内燃机二者的布置进行操作。后一替代方案通常被称为混合动力电动车(HEV)，并且可以例如以下述方式来利用混合动力电动汽车：在城市区域以外驾驶时内燃机用于操作车辆，而在城市区域或需要限制诸如一氧化碳和氮的氧化物的有害污染物排放的环境中可以使用电机。
涉及电动车的技术例如以用于车辆的电池相关技术的形式而与电能存储系统的开发密切相关。现今的车辆的电能存储系统可以包括一组可充电电池单元，一组可充电电池单元与控制电路一起形成设置在车辆中并且被配置用于操作电机的单元。混合动力车还通常被布置成使得通过称为再生制动的过程来在制动期间对能量存储系统进行充电。
通过内燃机和被供应有来自可充电电能存储系统的电力的电机进行操作的车辆有时被称为插电式混合动力电动车(PHEV)。插电式混合动力电动车使用具有可充电电池或另一合适能源的能量存储系统，该另一合适能源能够通过连接到外部电源被恢复成涉及满充电的状况。
外部电源可以具有可以经由常规电源线访问的公共电网电力系统的形式，或者可以具有根据所涉及的车辆和充电过程所述需要的电力的其他布置的形式。在车辆为公共汽车或重型运输车辆形式的情况下，与小型车辆和类似的车辆相比，通常需要更强大的充电设备和程序。
对于现今的电驱动车辆的挑战，特别是对于诸如公共汽车和卡车的重型车辆的挑战，是必须在相对短的时间中将大量能量充电到能量存储系统。为此，通过下述过程来适当地实现能量存储系统的实际充电，在该过程中，车辆上的控制单元请求通过外部电源执行充电。这在能量存储系统和外部电源已经通过合适的连接器元件电连接之后被执行。在这样的情况下，所谓的受电弓可以例如用于将车载能量存储系统与外部电源连接。
例如，公共汽车中的能量存储系统的充电可以涉及利用幅度200A的充电电流对包括多个电池单元的电能存储系统进行充电，而电能存储系统可以具有幅度600V的电压。这样的充电过程涉及某些安全风险，例如，如果电池单元遭受过量的热、冲击或过充电，或者如果能量存储系统或充电系统的导电部件接触到人。因此，在充电期间可能发生任何错误的情况下需要对人的保护。
而且，能量存储系统的电池单元都非常昂贵，并且还对过充电非常敏感。这也意味着，必须不能发生能量存储系统的过充电。
专利文献US2011/196545教导了用于混合动力车辆的充电系统，其中，通过电源对电力存储设备进行充电。如果所讨论的车辆应当在充电期间移动，则控制单元停止充电过程。然后，所述控制单元诊断充电单元的状态，并且在可能时恢复充电。
尽管根据US2011/196545的上述解决方案提供了在车辆应当移动时用于终止充电过程的可靠解决方案，但是在能量存储系统的充电期间仍然存在对人以及对电气设备足够高水平的安全性的需求，特别是在混合动力车辆中。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的方法和布置，通过该方法和布置，可以克服上述问题，并且具体地，通过该方法和布置，可以以有效并且安全的方式检测车辆中的能量存储系统的充电期间发生的任何错误。然后，这种的检测可以用于断开充电过程或发出警报信号。
根据本发明，该目的通过用于在车辆中的能量存储系统的充电期间的错误检测的方法来获得，所述车辆包括被布置用于所述车辆的推进的电机。该方法包括在所述能量存储系统连接到外部电源之后，通过车辆控制单元来从所述外部电源请求充电模式；以及通过形成所述外部电源的一部分的外部充电控制单元来将所述充电模式供应给所述能量存储系统。此外，所述方法包括：提供所请求的充电模式的预定调制；评估供应到所述能量存储系统的充电模式是否包括所述预定调制；以及如果不是这种情况，则指示所述能量存储系统的充电是错误的。
通过本发明，提供了一种安全可靠的方法，该方法用于确定在能量存储系统的充电中的不期望的错误是否发生，并且用于在这样的错误发生的情况下终止充电且发出警报。
本发明的特定优点在于，可以通过从车辆到外部电源的传输路径来传送对充电模式的请求，此后，车辆控制单元可以在所述评估步骤期间确定车辆的能量存储系统实际接收的充电模式是否也对应于所请求的充电模式。
根据实施例，例如，以通过所述充电模式供应的充电电流的频率、幅度或波形的预定的临时改变的形式来提供调制。这意味着，车辆的控制单元可以检测在实际充电电流中是否也发生了例如该频率或幅度的临时改变。如果是这种情况，则充电正确地操作。
替代地，能够以临时叠加到通过所述充电模式供应的充电电流的添加信号分量的形式，提供上述调制。
根据实施例，在充电错误的情况下发出警报信号。这意味着，车辆的操作者或驾驶员可以激活外部电源的紧急开关，以防止能量存储系统被损坏或者防止任何人身伤害。而且，在充电错误的情况下。能量存储系统可以以自动的方式与外部电源断开。可以通过与车辆的控制单元相关联的断路器单元来自动地进行这样的断开。
根据实施例，可以在所述混合动力控制单元和所述外部充电器控制单元之间的无线连接上提供在车辆上的控制单元与外部电源之间的信息。
上述目的还通过用于在车辆的能量存储系统的充电期间的错误检测的布置来获得，该车辆具有被布置用于所述车辆的推进的电机，所述布置还包括车辆控制单元，该车辆控制单元被布置用于在所述能量存储系统连接到外部电源之后，从所述外部电源请求充电模式；并且其中，外部电源包括外部充电控制单元，该外部充电控制单元被布置用于将所述充电模式提供给所述能量存储系统。根据本发明，混合动力控制单元包括：调制单元，用于应用所述请求的充电模式的预定调制；以及评估单元，用于确定供应到所述能量存储系统的充电模式是否包括所述预定调制；以及如果不是这种情况，则指示所述能量存储系统的充电是错误的。
本发明特别适用于于在所谓的插电式混合动力车辆中使用，该插电式混合动力车辆具有内燃机和布置用于所述车辆的推进的电机。
术语“充电模式”是指充电过程的预定时间表、序列或进程。这样的充电模式例如可以是“快速充电”的形式，即，涉及在相对短的时间段期间的相对高的充电电流，或者“标准充电”，即，涉及在相对长的时间段期间的较低的充电电流。“快速充电”类型的充电模式例如可以适合于在公共汽车在午休期间或连续两轮之间的短暂停放时，对公共汽车的能量存储系统进行充电。因此，“充电模式”是这样的充电序列，其使得特定充电电流和电压在特定时间中或直到已经通过能量存储系统实现了充电的特定状态以前发生。
此外，术语“调制”是指充电电流或充电电压的任何预定变化、偏差或适配，这可以通过车辆的控制单元来控制并且被请求以从外部电源供电。这样的“调制的”充电模式随后可以由车辆的控制单元来检测和评估，以便于确定外部电源供应的充电是否对应于所请求的充电。在所请求的充电模式并且供应的充电模式之间的任何差异可以被解释为充电过程的错误。
附图说明
现在将参考实施例并且参考附图来描述本发明，其中：
图1示出了可以使用本发明的公共汽车形式的混合动力车辆的示意图；
图2是示出根据本发明的布置的示图；以及
图3是描述本发明的原理的简化流程图。
具体实施方式
现在将参考实施例和附图来描述本发明。首先参考图1，示出了根据混合动力类型的实施例的公共汽车1的形式的车辆的简化立体图。更精确地说，公共汽车1具有配备有经由离合器4彼此连接的内燃机2和电机3的插电式混合动力类型，并且其中，内燃机1和电机2都可以用于驱动公共汽车1。
即使参考公共汽车形式的车辆来描述本发明，本发明也可以用于通过至少电机操作的几乎任何类型的车辆。
参考图1，电机3连接到变速箱5，变速箱5进而连接到公共汽车1的后轴6。以这样已知的方式，内燃机2和电动机3可以用于驱动后轴6。根据实施例，电机3用作组合的电驱动马达和发电机，并且还适当地用作内燃机2的起动马达。
公共汽车1承载电能存储系统7，电能存储系统7包括一组电池单元和其它控制电路。由于其尺寸和宽度，其适合于将能量存储系统7布置在例如公共汽车1的顶上，如图1所示。能量存储系统7包括串联连接的多个电池单元，以提供具有期望电压电平的输出DC电压。适当地，电池单元具有锂离子类型，但是还可以使用其他类型。能量存储系统7还包括适于监视电池单元的操作的控制电路。
公共汽车1的推进系统的上述各种组件连接到车辆控制单元8，这将在下面更详细地描述。
在公共汽车1的特定操作模式期间，适用于仅使用电机3来操作公共汽车1。这意味着，能量存储系统7将向电机3提供所需要的电力，进而驱动后轴6。在公共汽车1的其他操作模式期间，例如，当能量存储系统7的充电状态被确定为不足以通过电机3操作公共汽车1时，经由离合器4和变速箱5将内燃机2连接到后轴6。电机和内燃机可以用于操作车辆的方式先前通常是已知的，并且为此，这里不进行更详细的描述。
此外，公共汽车1配备有适当地以安装在公共汽车1的顶部的受电弓的形式的电连接器元件9。受电弓9被布置用于：以特定电压引导充电电流的高架电导线的形式连接到另一连接器元件10。
受电弓是可以位于公共汽车、有轨电车等的顶部的电连接器设备，并且被配置为升高以便呈现抬高的状况，在该状况中，与位于车辆上的电导线或轨道接触。在本发明的上下文中，可以通过在架空线10和受电弓9之间的连接来向能量存储系统7供应电流，以便于对能量存储系统7进行充电。
根据本实施例，连接器元件9、10被布置为使得在公共汽车1静止不动时，即，在终端设施或在公交车站等类似的位置上，能量存储系统7的充电发生。此外，导线10形成外部电源11的一部分，如图1的示意性方式所示。外部电源11通常被配置用于向导线10供应充电电压下的特定充电电流。
图2是形成本发明的一部分的主要部件的示意图。图1和图2中都出现的组件以相同的附图标记示出。因此，公共汽车1通过包括经由变速箱5连接到公共汽车1的后轴6的内燃机2和电机3的布置来进行操作。电机3被布置用于用作起动马达、发电机或用作提供有来自能量存储系统7的操作电压的电机。
通过形成车辆控制8的一部分(参考图1)的电动马达驱动单元12来控制电机3。车辆控制单元8还包括混合动力控制单元13，被布置用于控制能量存储系统7的充电过程，这将在下面更详细地描述。此外，车辆控制单元8包括DC/DC转换器14，被配置用于将来自能量存储系统7的直流(DC)从一个电压电平转换为另一个，例如，从能量存储系统7的大约200V转换为可以用于操作附件(诸如车灯和车辆的其它电气设备)的大约24V。
车辆控制单元8还包括断路器单元15，被布置为能够在需要时使两个连接器元件9、10彼此断开。这样的需要可能在充电期间错误发生的情况下出现，如下所述。
在图2中，以插头和插座的形式示意性地描绘了连接器元件9、10。然而，如结合图1所示的实施例中公开的，连接器元件9、10适当地具有受电弓9和导线10的形式。两个连接器元件可以替代地通过其他电导元件或甚至电感元件来形成，作为受电弓和导线形式的导电元件的替代。
此外，车辆控制单元8包括接线盒16，能量存储系统7、混合动力控制单元13、DC/DC转换器14、电动马达驱动单元12和断路器单元15连接到该接线盒16。而且，外部电源11包括充电器控制单元17，被布置用于控制能量存储系统的充电的过程，如下所述。
在正常驾驶期间，受电弓9不连接到任何外部电源。当需要能量存储系统7充电时，公共汽车1停放在导线10下方，并且受电弓9被定位为使得其与导线10接触。
当公共汽车1处于受电弓9与导线10接触的位置时，能量存储系统7因此与外部电源11接触。这意味着公共汽车1的车辆控制单元8然后可以请求从外部电源11进行充电。这通过在混合动力控制单元13和充电器控制单元17之间的信息链路18上传送数据消息来获得。信息链接18优选地是无线的，并且允许数据在混合动力控制单元13和充电器控制单元17之间被传送。
通常，可以说，混合动力控制单元13可以从所述充电控制单元17请求具体充电模式。如上所述，术语“充电模式”是指给定充电序列，其在特定时间中或直到能量存储系统7已经满足了充电的特定状态之前具有特定充电电流和电压。
现在将参考图3的流程图来描述用于对根据本发明的能量存储系统7进行充电的过程。
开始该过程的第一步骤是连接器元件9、10的连接，如上所述。在公共汽车的连接器元件9是受电弓，并且外部电源的连接器元件10是高架导线的情况下，该第一步骤(参见图3中的附图标记19)对应于受电弓9处于与高架导线10导电接触的抬高状况的情况。
当连接器元件9、10彼此电连接时，混合动力控制单元13与以预定充电模式的形式供应充电的请求相对应地向充电器控制单元17发送信息(图3中的步骤20)。如上所解释的，这样的充电模式可以是例如“快速充电”的形式，即，涉及在相对短的时间段期间的高充电电流，或者“标准充电”，即，涉及在相对长的时间段期间的相对低的充电电流。
所选择的充电模式取决于若干因素，诸如充电的可用时间、能量存储系统7的实际充电状态和可从外部电源11提供的电力。
在信息链路18上传送具有对充电模式的请求的这样的信息。根据实施例，信息链路18至少部分地是无线的。其适当地至少构成从公共汽车1到外部电源11的无线连接。在大多数应用中，可以期望公共汽车1和外部电源11位于彼此近距离的范围内，通常5-20米。为此，无线连接可以通过短距离无线连接链路来获得，并且还可以是例如蓝牙或Zigbee通信链路。
在通过外部电源11发起能量存储系统7的实际充电之前，发起所请求的充电模式的特定预定调制(步骤21)。这意味着，混合动力控制单元13被配置用于在通过外部电源11供应充电电流时添加某个预定形式的变化、调整或调制。调制是“预定的”的事实是指混合动力控制单元13被布置为确定车辆1随后接收到的实际充电是否实际上对应于所请求的充电。这样的调制例如可以通过下述来实现：
i)临时改变要通过充电模式供应到能量存储系统的充电电流的频率、幅度或波形；
ii)至少临时将信号分量叠加或添加到可以由混合动力控制单元13中的检测器检测的具有预定幅度或频率或者预定波形的充电电流；
iii)否则以可由混合动力控制单元13检测的方式改变或调制充电模式。
当混合动力控制13，更精确地在调制单元13a(如图2示意性所示)中，已经确定并且实现了充电模式的调制(步骤21)时，通过由外部充电控制单元11向能量存储系统7供应所述充电模式来发起(步骤22)实际模式。
本发明的重要特征是包括下述步骤：评估(图3的步骤23)供应到所述能量存储系统(7)的充电模式是否包括先前已经施加到充电电流的预定调制(步骤21中)。在形成混合动力控制单元13的一部分的评估单元13b中执行该评估(步骤24)。如果评估导致所评估的充电电流不包括如通过调制单元13a实现的调制的指示，则这被解释为错误充电(步骤25)。
另一方面，如果评估导致所评估的充电电流实际上包含如通过调制单元13a实现的调制的指示，则这被解释为正确充电。这意味着该过程返回到评估充电模式的步骤(步骤23)。
应该提到的是，在一些应用中，执行所谓的能量存储系统7的预充电。这是先前已知的一种方法，该方法限制在加电期间从外部电源11流向能量存储系统7的电容输入的电流。根据附图中所示的实施例，在发起根据预定充电模式的实际主要充电之前，适当地执行这样的预充电。
综上所述，本发明基于下述原理：提供所请求的充电模式的预定调制，评估供应到能量存储系统7的充电模式是否包括所述预定调制；以及如果不是这种情况，则指示所述能量存储系统7的充电是错误的。
根据本发明的特定实施例，错误检测可以包括在充电器控制单元17处的充电电流和充电电压的测量以及在断路器单元15处的充电电流和充电电压的相应测量。如果充电电流或充电电压应当在这两个位置之间发生偏差，则这可能是连接器元件9、10的任何一个或二者内的电阻的增强的标志。这可能是充电过程中错误的指示。
在能量存储系统7的充电不正确的情况下，根据实施例，混合动力控制单元13被配置为发起警报信号。这样的信号可以具有例如车辆1的驾驶员能够感知的形式。然后，驾驶员可以通过转动开关等(图中未示出)来手动切断充电。替代地，车辆控制单元8可以被布置为使得在错误充电的情况下，断路器单元15起作用以使连接器元件9、10以自动的方式彼此断开。通过在所述充电错误的情况下使能量存储系统7与外部电源11实际断开，本发明提供可以非常高水平的安全性。
本发明不限定于上述实施例，而是可以在随后的权利要求的范围内变化。
例如，本发明可以用于具有可充电能量存储系统的任何类型的车辆，该可充电能量存储系统被配置用于操作电机，并且在可充电能量存储系统中，期望监视充电过程。
例如，本发明可以用于混合动力车辆，诸如插电式混合动力车辆或者仅通过电机操作的全电动车辆。本发明可以与不同类型的充电系统、基于电网的充电以及基于如上参考所述实施例描述的外部电源的充电布置一起使用。
此外，本发明可以与不同类型的能量存储系统、不同类型的电池单元和控制设备等一起使用。而且，不同类型的电导或电感连接器可以结合本发明来使用，以便于将外部电源连接到能量存储系统。

Claims (20)

1.一种在车辆(1)的能量存储系统(7)的充电期间的错误检测的方法，所述车辆(1)包括布置用于所述车辆(1)的推进的电机(3)，所述方法包括：
-在所述能量存储系统(7)连接(19)到外部电源(11)之后，通过车辆控制单元(8；13)从所述外部电源(11)请求(20)充电模式；以及
-通过形成所述外部电源(11)的一部分的外部充电控制单元(17)来将所述充电模式供应(22)到所述能量存储系统(7)；
其特征在于，所述方法进一步包括：
-提供(21)所请求的充电模式的预定调制；
-评估(23)供应到所述能量存储系统(7)的充电模式是否包括所述预定调制；以及如果不是这种情况，则
-指示(25)所述能量存储系统(7)的充电是错误的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
-以通过所述充电模式供应的充电电流的频率或幅度的预定的临时改变的形式，来提供(21)所述调制。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
-以临时叠加到通过所述充电模式供应的充电电流的添加信号分量的形式，提供(21)所述调制。
4.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
-在所述充电错误的情况下提供警报信号。
5.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
-在所述充电错误的情况下，使所述能量存储系统(7)与所述外部电源(11)断开。
6.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
-经由在所述混合动力控制单元(13)和所述外部充电器控制单元(17)之间的无线连接(18)，请求所述充电模式。
7.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
-通过所述车辆控制单元(8；13)中的电流或电压测量，来评估所述充电模式是否包括所述预定调制。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
-在所述外部电源(11)中提供与所述充电模式相关的电流或电压测量，并且与在所述车辆控制单元(8；13)中的相应电流或电压测量作比较。
9.一种在车辆(1)中的能量存储系统(7)的充电期间的错误检测的布置，所述车辆(1)具有被布置用于所述车辆(1)的推进的电机(3)，所述布置进一步包括车辆控制单元(8；13)，所述车辆控制单元(8；13)被布置用于在所述能量存储系统(7)连接到外部电源(11)之后，从所述外部电源(11)请求充电模式；并且其中，所述外部电源(11)包括外部充电控制单元(17)，所述外部充电控制单元(17)被布置用于将所述充电模式供应到所述能量存储系统(7)；其特征在于，混合动力控制单元(13)包括：调制单元(13a)，用于应用所述请求的充电模式的预定调制；以及评估单元(13b)，用于确定供应到所述能量存储系统(7)的充电模式是否包括所述预定调制；并且如果不是这种情况，则指示所述能量存储系统(7)的所述充电是错误的。
10.根据权利要求9所述的布置，其特征在于，所述调制单元(13a)被配置用于：以通过所述充电模式提供的充电电流的频率或幅度的预定的临时改变的形式，来提供所述调制。
11.根据权利要求9所述的布置，其特征在于，所述调制单元(13a)被配置用于：以临时叠加到通过所述充电模式提供的充电电流的添加信号分量的形式，提供所述调制。
12.根据权利要求9-11中的任何一项所述的布置，其特征在于，所述评估单元(13b)被配置用于：在所述充电被认为是错误的情况下，提供警报信号。
13.根据权利要求9-12中的任何一项所述的布置，其特征在于，所述车辆控制单元(13)被配置用于：在所述充电被认为是错误的情况下，使所述能量存储系统(7)与所述外部电源(11)断开。
14.根据权利要求9-13中的任何一项所述的布置，其特征在于，所述布置包括在所述车辆控制单元(13)和所述外部充电器控制单元(11)之间的通信链路(18)。
15.根据权利要求14所述的布置，其特征在于，所述通信链路(18)是无线的。
16.根据权利要求9-15中的任何一项所述的布置，其特征在于，所述布置包括在所述能量存储系统(7)和所述外部电源(11)之间的电感或电导连接器元件(9，10)。
17.根据权利要求9-16中的任何一项所述的布置，其特征在于，所述能量存储系统(7)包括可充电电池单元。
18.根据权利要求9-17中的任何一项所述的布置，其特征在于，所述评估单元(13b)被配置用于：通过电流或电压测量来评估所述充电模式是否包括所述预定调制。
19.根据权利要求18所述的布置，其特征在于，所述外部电源(11)被配置用于：提供与所述充电模式相关的电流或电压测量，并且将其与在所述评估单元(13b)中的相应电流或电压测量作比较。
20.一种插电式混合动力电动车辆类型的车辆(1)，包括电机(3)，并且进一步包括根据权利要求9-19中的任何一项所述的布置。
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