CN106549432B - 用于电动车辆的充电控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于电动车辆的充电控制方法和系统。充电控制方法包括通过控制器监测包括辅助电池的充电状态(SOC)、温度和充电电流的辅助电池状态。电动车辆的充电模式然后基于所监测的辅助电池的状态确定。辅助电池的充电电压基于所监测的辅助电池的SOC和温度来设置，然后辅助电池用所设置的充电电压充电。

Description

用于电动车辆的充电控制方法和系统

技术领域

本发明涉及用于电动车辆的充电控制方法和系统，其基于电动车辆的辅助电池的充电状态(SOC：state of charge)设置不同的充电控制方法，从而提高电动车辆的充电效率。

背景技术

近来，由于可归因于环境污染的环保产品和能量的不足，已经强调能源的保护。因此，甚至在汽车工业，环保的并且具有高的能效率的电动车辆已经被开发出来以提高竞争力。近来，由于在电池等的性能上的改进和在电池成本上的减少，已经实现了电动车辆作为通用车辆使用。电动车辆其特征在于在行驶期间不排出二氧化碳并且表现出优异环保性能，并且提高了车辆的吸引力，诸如改进的加速反应性或无声的感觉和平稳驾驶。

通常，电动车辆需要用于安装在其内的电子单元的工作电力和用于驱动使电动车辆移动的电动机的驱动电力。工作电力和驱动电力由电池提供。一般来讲，其中多个电池单元串联连接的主电池用于提供驱动电力。然而，因为电动车辆的电子单元在低于工作电力和驱动电力的电压下工作，它们被配置成通过接收通过下转换(down-convert)由主电池提供的电力而获得的电力，或通过接收来自提供适于电子单元的电力的额外的辅助电池的电力来驱动。具体地，电子单元还包括用于启动电动车辆的电子单元。

因此，对于电动车辆，用于防止辅助电池放电的技术已经不断地发展成防止发生不能够再启动或使用电子单元的情况。现有技术教导甚至当电动车辆在点火开关(IG：ignition)接通的状态时也能使辅助电池能够根据需要充电的控制方法，因此提高了电动车辆的可靠性和销售性。

然而，这种现有技术仅提供当辅助电池的电压低时用于充电的控制方法，并不提供与当辅助电池的电压足够高或维持在合适的电压水平时用于辅助电池的充电控制策略有关的控制方法。因此，甚至当辅助电池的电压足够高时，辅助电池也可能继续充电，导致电动车辆的燃料效率可能下降。

前述内容仅旨在帮助更好地理解本发明的背景，并不旨在意指本发明落入对本领域的技术人员是已知的现有技术的范围内。

发明内容

因此，本发明提供了用于电动车辆的充电控制方法和系统，其通过基于辅助电池的充电状态(SOC)是高还是低来建立用于辅助电池的不同充电策略，来改善电动车辆的充电效率和燃料效率。

因此，本发明提供用于电动车辆的充电控制方法，其可以包括以下步骤：通过控制器监测包括辅助电池的充电状态(SOC)、温度和充电电流的所述辅助电池的状态；通过所述控制器基于所监测的所述辅助电池的状态确定所述电动车辆的充电模式；通过所述控制器基于所监测的所述辅助电池的SOC和温度设置所述辅助电池的充电电压；以及通过所述控制器用所设置的充电电压为所述辅助电池充电。

充电模式可以包括用于为所述辅助电池充电的充电取向的模式和用于维持所述辅助电池的电压的低电压充电模式。确定充电模式的步骤可以包括：当所监测的所述辅助电池的SOC大于预定第一SOC标准持续预定第一最小保持时间时，通过所述控制器将所述车辆的所述低电压充电模式确定为充电模式。所述第一最小保持时间可以基于所监测的所述辅助电池的SOC的值改变。此外，确定充电模式的步骤包括：当所监测的所述辅助电池的SOC小于或等于预定第一SOC标准时，通过所述控制器将所述车辆的所述充电取向的模式确定为充电模式。

所述充电控制方法还可以包括以下步骤：在为所述辅助电池充电之后，通过所述控制器基于所监测的所述辅助电池的状态改变所述电动车辆的充电模式。此外，改变充电模式的步骤包括：当所述充电取向的模式的保持时间大于最大时间时，通过所述控制器将所述电动车辆的充电模式改变为所述低电压充电模式。所述最大时间可以基于所监测的所述辅助电池的SOC的值改变。

另外，改变充电模式的步骤可以包括：当所监测的所述辅助电池的SOC小于或等于第一SOC标准并且大于预设到小于所述第一SOC标准的值的第二SOC标准持续预定第二最小保持时间时，并且当充电时的所述辅助电池的平均充电电流大于充电电流标准时，通过所述控制器将所述电动车辆的充电模式改变成所述低电压充电模式。所述第二最小保持时间可以基于所监测的所述辅助电池的SOC的值改变。设置所述充电电压的步骤可以包括：使用映射图数据(map data)设置所述充电电压，其中基于所确定的充电模式的所述辅助电池的SOC被用作输入，并且所述充电电压是输出。

附图说明

本发明的以上和其他目的、特征和优点将根据以下结合附图的详细描述更清楚地理解，其中：

图1是示出用于根据本发明的示例性实施例的电动车辆的充电控制方法的流程图。

具体实施方式

应当理解，如本文使用的，术语"车辆"或"车辆的"或其他类似的术语通常包括机动车辆，诸如包括运动型多功能车辆(SUV)、公共汽车、货车、各种商用车辆的客运汽车，包括各种小船和轮船的船只，飞机等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、燃烧插电式混合动力电动车辆、插电式混合动力车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，采自除石油之外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油驱动和电驱动的车辆。

虽然示例性实施例被描述为使用多个单元执行示例性过程，但是应当理解，示例性过程还可以通过一个或多个模块执行。另外，应当理解术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置成存储模块，并且处理器具体地被配置成实行所述模块以执行一个或多个过程，这在下面进一步描述。

此外，本发明的控制逻辑可以体现为在含有由处理器、控制器/控制单元等所实行的可实行程序指令的计算机可读介质上的非暂态计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软磁盘、闪存盘、智能卡和任选的数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在耦合计算机系统的网络中，以便计算机可读介质以分布式的方式存储并实行，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)。

本文所用术语只是为了说明目的而不旨在限制性本发明。除非上下文明确指出，否则如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。应该进一步理解，当术语“包含”、“包括的”用于本说明书中时，其指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件存在，但并非排除一种或多种其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组群的存在或加入。如本文所使用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出术语的任何或全部组合。

除非特别规定或从上下文中显而易见，否则术语“大约”理解为在本领域中的正常公差范围内，例如，在平均值的2个标准差以内。“大约”可理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％以内。除非上下文中另外清楚表面，否则在此提供的所有数值均由术语“大约”修饰。

在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。

如图1所示，根据本发明用于电动车辆的充电控制方法可以包括通过控制器监测包括辅助电池的充电状态(SOC)、温度和充电电流的辅助电池状态(S100)；通过控制器基于所监测的辅助电池状态确定电动车辆的充电模式(S200)；通过控制器基于辅助电池的SOC和温度在所确定的充电模式中设置辅助电池的充电电压(S300)；以及通过控制器用设置的充电电压为辅助电池充电(S400)。

监测可以包括：监测辅助电池的充电状态(SOC)、温度和充电电流的辅助电池状态。具体地，SOC和充电电流可以被用作用于确定辅助电池的充电模式的确定标准，这将在后文描述，并且SOC和温度可以被用作用于设置充电电压的确定标准。所监测的信息可以表示包括辅助电池的充电状态(SOC)、温度和充电电流的辅助电池状态。此外，与辅助电池相关的信息，例如辅助电池的电压和劣化度也可以包括在辅助电池的状态中。

在监测辅助电池的状态之后，可以执行基于所监测的辅助电池的状态的车辆的充电模式。用于确定车辆的充电模式的方法可以以多种方式实现。能够实时监测辅助电池的状态信息，然后确定充电模式。另选地，还能够将时间段划分成统一单位的时间间隔，并且在各自的时间间隔内分别确定充电模式。另外，甚至对于充电模式类型，充电模式也可以各种形式实施，诸如快速充电模式和慢速充电模式。作为各种形式的示例，本发明可以包括将辅助电池的充电模式划分成用于为辅助电池充电的充电取向的模式和用于维持辅助电池的电压的低电压充电模式的构造。

充电取向的模式(charging-oriented mode)可以被称为用于为辅助电池充电的模式。该模式可以是旨在当辅助电池需要充电并且充电电池有完全放电的危险时使用的充电模式。因此，充电模式可以被设置成在允许的充电电压范围内的最高可能电压值。另一方面，低电压充电模式可以是辅助电池的电压已经足够高并且不需要辅助电池的充电的模式，因此它可以足以仅维持辅助电池的充电电压以维持辅助电池的电压状态。因此，充电电压可以被设置成小于当充电模式是充电取向的模式时设置的充电电压的值。

具体地，要指出的一点是充电电压的概念。本申请所述的术语“充电电压”是指为辅助电池充电所需的充电电压。在典型的电动车辆中，辅助电池利用通过经由低电压转换器，即低直流电流(DC)/DC转换器(LDC：Low Direct Current/Direct Current Converter)将来自高电压电池的高电压转换成低电压而获得的低电压来充电。因此，辅助电池的电压可以与LDC的输出电压相同。该概念以相同的方式应用到本发明，并且已在上文描述的或将在后文描述的充电电压具有与LDC的输出电压相同的含义。

如上所述，在可以被确定的模式是充电取向的模式和低电压模式的假设下，用于基于所监测的辅助电池的状态对充电模式进行分类的标准可能成为问题。因此，在本发明中，呈现用于基于辅助电池的状态对充电模式进行分类的标准。具体地，分别描述使用辅助电池的SOC和平均充电电流的分类方法。

作为第一分类标准，在本发明中呈现的方法被配置成使得在当所监测的辅助电池的SOC超过用第一SOC标准持续预定第一最小保持时间时，控制器可以被配置成将低电压充电模式确定为充电模式。随着SOC增加，电池更接近于完全充电状态。因此，第一SOC标准必须具有足够高的SOC值，以至于上述低电压充电模式可以被确定为充电模式。第一SOC标准可以基于设计者的选择具有各种值。然而，当第一SOC标准被设置成过低的值时，辅助电池可能处于放电的危险中，因此第一SOC标准可以优选设置成约90％。

然而，甚至当所监测的辅助电池的SOC大于第一SOC标准时，也可以不将低电压充电模式确定为充电模式。在本发明中，用于将低电压充电模式确定为充电模式的标准指定SOC必须超过第一SOC标准持续第一最小保持时间。因此，可以防止由于在监测过程期间的噪声或在辅助电池中的电压峰值而可能出现的误差(error)，并且可以补偿SOC随时间的流逝而降低的现象。换句话讲，第一最小保持时间可以基于设计者的选择自由设置。然而，为了最小化由噪声或电压峰值引起的误差，第一最小保持时间可以被设置成最大值，例如，约3600秒。然而，当第一最小保持时间设置成过大的值时，确定充电模式所需要的时间增加，因此，车辆充电的效率会下降，因此影响车辆的燃料效率。因此，第一最小保持时间可以考虑它的优点和缺点设置成合适的值。

另外，虽然第一最小保持时间可以自由设置，但是设置值可以基于所监测的辅助电池的SOC改变，因为当第一SOC标准假设是例如约90％时，当辅助电池的SOC为91％和99％并且以相同的方式控制时，系统的效率会下降。因为SOC为99％的情况与SOC为91％的情况相比，与第一SOC标准的差异更大，因此不需要将第一最小保持时间设置成相当长的时间段。因此，第一最小保持时间可以基于监测的辅助电池的SOC的值改变，其中随着与第一SOC标准的差增加，第一最小保持时间可以被设置成更短的时间。

相反，当监测的辅助电池的SOC小于或等于预定第一SOC标准时，控制器可以被配置成将充电取向的模式确定为车辆的充电模式。如上所述，所监测的SOC小于或等于第一SOC标准时是表示辅助电池需要被充电到一定程度的电池的状态。因此，在这种情况下，可以将充电取向的模式而不是将低电压充电模式确定为充电模式。

不管是充电取向的模式还是低电压充电模式被确定为充电模式，控制器均可以被配置成在确定充电模式之后，基于监测的辅助电池的SOC和温度设置辅助电池的充电电压。因此，本发明在主要利用考虑辅助电池的SOC来对辅助电池充电模式进行分类的步骤来提高充电效率的同时，其次甚至在对应的充电模式中也考虑辅助电池的SOC和温度不同地设置充电电压来提高充电效率。

具体地，SOC和温度可以被认为是设置充电电压所需的变量，因为辅助电池的SOC和温度对应于使辅助电池的充电状态能够被更容易检测到的指示符(indicator)。辅助电池的SOC表示充电状态，其可以被认为是在设置充电电压时最直接的因素。因此，辅助电池的SOC越低，电池被放电的可能性越高，因此充电电压可以被设置成更高的值。

然而，辅助电池的温度具有稍微不同于SOC的特性。一般来讲，电气设备的温度可以基于流经该设备的电流的量来确定。另外，每个电气设备具有其自身固有的负载电阻。温度会与流经负载电阻器的电流的平方乘以负载电阻获得的值成比例地增加。具体地，因为负载电阻对于每个电气设备是确定的唯一值，所以可以认为，结果是温度与电流的平方成比例。“电流”，在字面意思上意指电子的流动。因此，可以推断，当电子的流动相当多时，即当辅助电池的充电快速地执行时，温度会显著地上升。

所以，考虑这样的温度特性，辅助电池的温度高的情况可以表示辅助电池已经在高速充电。因此，在这种情况下继续为辅助电池充电会加速电池的劣化，因此不利地影响电池的耐久性。相反，在辅助电池的温度低的情况下，电池劣化的可能性较低。因此，在这种情况下，充电电压可以被设置成高值，因此最小化辅助电池劣化的可能性。

换句话讲，在电压设置过程中(S300)，充电电压可以考虑辅助电池的SOC和温度设置，但是当辅助电池的SOC降低时或当辅助电池的温度下降时，可以将充电电压设置成较大的值。这样的充电电压可以基于车辆的类型和状态设置成各种值。作为它的示例，本发明提供用于通过利用基于充电模式的辅助电池的温度和SOC被用作输入并且充电电压是输出的映射图数据来设置充电电压的方法。

在已经设置电压之后，如图1所示，控制器可以被配置成利用设置的充电电压为辅助电池充电。如上所述，作为用于为辅助电池充电的方法，用于使用LDC将来自高压电池的高电压转换成低电压并且用低电压为辅助电池充电的方法可以是最常用的方法。

在充电过程之后(S400)，当辅助电池以低电压充电模式充电时，可以继续维持低电压充电模式，直到辅助电池的SOC降低到小于或等于第一SOC标准。然而，当辅助电池的充电模式为充电取向的模式时，情况会稍微不同于以上情况。因为充电取向的模式是辅助电池连续充电的模式，所以辅助电池的SOC会随时间的流逝增加。因此，在时间流逝之后，辅助电池可能不需要进一步的充电。因此，为了响应于该情况，如图1所示，在已经执行充电过程之后，本发明通过控制器执行模式改变过程(S500)，其中该控制器被配置成基于监测的辅助电池的状态改变车辆的充电模式。

监测过程(S100)可以是本发明的第一个步骤。甚至当模式确定(S200)、电压设置(S300)和充电(S400)已经执行时，控制器也可以被配置成连续监测辅助电池的状态。因此，在模式确定(S200)中，甚至当充电取向的模式被确定为充电模式并且需要辅助电池的充电时，如果由于辅助电池的状态的连续监测，辅助电池的状态对应于不再需要充电的状态，仍能够改变充电模式。

作为用于改变充电模式的标准的辅助电池的状态可以使用多种变量，诸如辅助电池的电流和温度来确定。因此，呈现了基于可以在本发明中考虑的各种变量中确定为最合理的变量的几个方法。第一方法被配置成使得当充电取向的模式的保持时间超过最大时间时，控制器可以被配置成将车辆的充电模式改变成低电压充电模式。

基于充电取向的模式的保持时间的充电模式的改变使得在能够确保确定的精确度的同时能够更容易地确定充电的状态。如上所述，在充电取向的模式中，充电可以连续执行，因此辅助电池的SOC可以随时间的流逝逐渐增加。因此，在足以超过预定的SOC的时间量，即足以超过第一SOC标准的时间量流逝后，可以通过将充电模式改变成低电压充电模式而提高充电效率，从而提高车辆燃料效率。甚至这种情况下的最大时间也可以基于监测的辅助电池的SOC的值以与上述第一最小保持时间相同的方式改变，并且随着辅助电池的SOC的增加，最大时间可以下降。

第二方法被配置成使得当监测的辅助电池的SOC小于或等于第一SOC标准并且大于预设到小于第一SOC标准的值的第二SOC标准持续预定第二最小保持时间时，并且当充电期间的辅助电池的平均充电电流大于充电电流标准时，控制器可以被配置成将车辆的充电模式改变成低电压充电模式。

如上所述的第二方法，作为比上述第一方法更为具体的方法，需要更多改变模式的信息，但是从精确度的角度来看可以确保更高的可靠性。该方法考虑辅助电池的SOC、保持时间和平均充电电流全部。因为平均充电电流与温度密切相关，类似于电压设置(S300)，所以本方法也可以使用SOC和温度作为确定标准。

在该方法中，第二SOC标准的值小于第一SOC标准的值。因此，当如在上面的示例性实施例中描述的那样，第一SOC标准为约90％时，第二SOC标准可以被设置成为大约85％。然而，该值可以由设计者在认为必要时自由改变。用于充电电流的标准还可以由设计者在认为必要时或根据车辆的类型具有各种值。然而，假设典型的电池电压，优选，充电电流标准可以设置成约20A。此外，辅助电池的平均充电电流可以意指在第二最小保持时间期间用于为辅助电池充电的平均电流。

第二最小保持时间可以基于设计者的选择自由设置，类似于第一最小保持时间，并且可以基于监测的辅助电池的SOC的值改变。然而，第二最小保持时间可以被设置成使得，随着辅助电池的SOC增加，第二最小保持时间可以减少，类似于最大时间。

如上所述，当使用本发明时，可以获得以下优点。

第一，当辅助电池的SOC相当高时，不长时间执行充电控制，因此提高了辅助电池的充电效率，并且提高了电动车辆的燃料效率。

第二，可以通过基于辅助电池的SOC和温度不同地设置充电电压来提高充电效率。

虽然本发明的示例性实施例已经为说明的目的而公开，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求公开的本发明的范围和精神的情况下，可以实施各种修改、添加和替换。

Claims (12)

1.一种用于电动车辆的充电控制方法，包括以下步骤：

通过控制器监测包括辅助电池的充电状态、温度和充电电流的所述辅助电池的状态；

通过所述控制器基于所监测的所述辅助电池的状态确定所述电动车辆的充电模式；

通过所述控制器基于所监测的所述辅助电池的充电状态和温度设置所述辅助电池的充电电压；

通过所述控制器用所设置的充电电压为所述辅助电池充电；以及

在为所述辅助电池充电之后，通过所述控制器基于所监测的所述辅助电池的状态改变所述电动车辆的充电模式，

其中充电模式包括用于为所述辅助电池充电的充电取向的模式和用于维持所述辅助电池的电压的低电压充电模式，

其中确定充电模式的步骤包括：

当所监测的所述辅助电池的充电状态小于或等于预定第一充电状态标准时，通过所述控制器将所述电动车辆的所述充电取向的模式确定为充电模式，并且

其中改变充电模式的步骤包括：

当所监测的所述辅助电池的充电状态小于或等于第一充电状态标准并且大于预设到小于所述第一充电状态标准的值的第二充电状态标准持续预定的第二最小保持时间时，并且当充电时的所述辅助电池的平均充电电流大于充电电流标准时，通过所述控制器将所述电动车辆的充电模式改变成所述低电压充电模式。

2.根据权利要求1所述的充电控制方法，其中确定充电模式的步骤包括：当所监测的所述辅助电池的充电状态大于预定的第一充电状态标准持续预定的第一最小保持时间时，通过所述控制器将所述电动车辆的所述低电压充电模式确定为充电模式。

3.根据权利要求2所述的充电控制方法，其中所述第一最小保持时间基于所监测的所述辅助电池的充电状态的值改变。

4.根据权利要求1所述的充电控制方法，其中改变充电模式的步骤包括：

当所述充电取向的模式的保持时间大于最大时间时，通过所述控制器将所述电动车辆的充电模式改变为所述低电压充电模式。

5.根据权利要求4所述的充电控制方法，其中所述最大时间基于所监测的所述辅助电池的充电状态的值改变。

6.根据权利要求1所述的充电控制方法，其中所述第二最小保持时间基于所监测的所述辅助电池的充电状态的值改变。

7.根据权利要求1所述的充电控制方法，其中设置所述充电电压的步骤包括：通过所述控制器使用映射图数据设置所述充电电压，其中基于所确定的充电模式的所述辅助电池的充电状态被用作输入，并且所述充电电压是输出。

8.一种用于电动车辆的充电控制系统，其包括：

监测包括辅助电池的充电状态、温度和充电电流的辅助电池状态的单元；

基于所监测的所述辅助电池的状态确定所述电动车辆的充电模式的单元；

基于所监测的所述辅助电池的充电状态和温度设置所述辅助电池的充电电压的单元；

用所设置的充电电压为所述辅助电池充电的单元；以及

在为所述辅助电池充电之后，基于所监测的所述辅助电池的状态改变所述电动车辆的充电模式的单元，

其中充电模式包括用于为所述辅助电池充电的充电取向的模式和用于维持所述辅助电池的电压的低电压充电模式，

其中基于所监测的所述辅助电池的状态确定所述电动车辆的充电模式的单元还被配置成：

当所监测的所述辅助电池的充电状态小于或等于预定第一充电状态标准时，将所述电动车辆的所述充电取向的模式确定为充电模式的单元，其中在为所述辅助电池充电之后，基于所监测的所述辅助电池的状态改变所述电动车辆的充电模式的单元还被配置成：

当所监测的所述辅助电池的充电状态小于或等于第一充电状态标准并且大于预设到小于所述第一充电状态标准的值的第二充电状态标准持续预定的第二最小保持时间时，并且当充电时的所述辅助电池的平均充电电流大于充电电流标准时，将所述电动车辆的充电模式改变成所述低电压充电模式的单元。

9.根据权利要求8所述的充电控制系统，其中基于所监测的所述辅助电池的状态确定所述电动车辆的充电模式的单元还被配置成：

当所监测的所述辅助电池的充电状态大于预定的第一充电状态标准持续预定的第一最小保持时间时，将所述电动车辆的所述低电压充电模式确定为充电模式的单元。

10.根据权利要求9所述的充电控制系统，其中所述第一最小保持时间基于所监测的所述辅助电池的充电状态的值改变。

11.根据权利要求8所述的充电控制系统，其中在为所述辅助电池充电之后，基于所监测的所述辅助电池的状态改变所述电动车辆的充电模式的单元还被配置成：

当所述充电取向的模式的保持时间大于最大时间时，将所述电动车辆的充电模式改变为所述低电压充电模式的单元。

12.根据权利要求11所述的充电控制系统，其中所述最大时间基于所监测的所述辅助电池的充电状态的值改变。

Images