CN107112771B - 重型车辆的串联互连电池对的充电系统及实现该系统的重型车辆 - Google Patents

重型车辆的串联互连电池对的充电系统及实现该系统的重型车辆 Download PDF

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Abstract

一种用于重型车辆的一对相互串联连接的电池的充电系统，该系统包括：至少一个交流发电机(G3)，其连接至车辆供电系统；一对电池(B1,B2)，其相互串联连接(B1+B2)并且连接至车辆供电系统；监测装置(S)，其用于监测电池串(B1+B2)的充电电压(Vtot)；处理装置(VCU，ECU)，其适合于与监测装置(S)接口连接并且被配置成控制至少一个交流发电机(G3)以改变相应的供电电压，其中，处理装置(VCU，ECU)被配置成：当相应的电压之间的差超过第一预定阈值时，命令启动电池串(B1+B2)的充电过程，以及当由电池串(B1+B2)吸收的电流的导数超过第二预定负阈值时，命令中断所述充电过程。

Description

重型车辆的串联互连电池对的充电系统及实现该系统的重型 车辆
发明应用领域
本发明涉及用于对车辆电池特别是对至少一对相互串联连接的电池进行充电的系统的领域。
现有技术
在诸如工业车辆或公共汽车的重型车辆中，车辆电力系统具有24V的供电电压。这意味着使用至少一对串联连接的12V电池来实现所述24V。
尽管构成电池的单个电池单元(通常为六个)几乎相同，因为它们是同一生产批次的一部分，但是两个完整电池却可能具有不同的动态特性。
换言之，两个电池中的一个趋于充电较少，因为它的内阻较高，而另一个趋于充电较多。这造成电压之间的差异，并且随着较频繁地执行充电和放电循环而使得电池的疲劳增加。
车辆发电系统还包括通常以固定的充电电压产生电力的交流发电机。
如果可以提高内阻较高的电池的供电电压，则将可以使其充分充电，但这是不可能的，因为它与另一个电池串联连接，并且在常规系统中，正极端子与负极端子之间的连接没有连接至车辆供电系统。因此，在不对另一电池过度充电的情况下，无法对内阻较高的电池进行充分充电。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制一对相互串联连接的车辆电池的充电的系统。
本发明的基础构思是以恒定的电流速率间歇地对电池进行充电。
换言之，测量串联连接的每个单个电池的端部处的电压。当两个电池之间的电压差超过预定阈值时，操作发电机以对一对电池进行充电。同时，监测该电池串吸收的电流的导数。当所述导数超过预定负阈值时，也就是说，当输出电流明显下降时，中断电池的充电。
测试表明，通过以该方式对车辆电池串进行充电，可以减小单个电池之间的内在不平衡，并且可以延长内阻较低的电池的寿命。
本发明的目的是如权利要求1中所述的一种用于重型车辆的一对相互串联连接的电池的充电系统。
本发明的另一目的是一种用于对重型车辆的一对相互串联连接的电池进行充电的方法。
本发明的又一目的是一种配备有至少一对电池和上述控制系统的重型车辆。
权利要求是描述本发明的优选实施方式的本说明书的组成部分。
附图说明
根据以下对本发明的优选实施方式(及其替选实施方式)的详细描述并且根据仅为说明性的而并非限制性的附图，本发明的其他目的和优点将变得清楚，在附图中：
图1是用于重型车辆的一对相互串联连接的电池的充电系统的示意图；
在图2中，前动力输出装置(PTO)通过带将发动机动力传送至车辆的各种动力驱动装置，包括传送至被设计成对图1中的电池进行充电的三个发电机。
在附图中，相同的附图标记表示相同的部分和部件。
在本发明的范围内，术语“第二”部件并不暗示存在“第一”部件。使用这样的术语仅仅是为了清楚起见，而且不应当被认为限制本发明的范围。
具体实施方式
具有供电电压为24V的车辆电气系统的重型车辆被设置有至少一对相互串联连接的电池B1和B2，电池串的外部电极连接至通过两条水平线示意性地示出的车辆供电系统。在常规系统中，一个电池的正极端子与另一个电池的负极端子之间的串联连接无论如何不会连接至车辆供电系统或任何类型的交流发电机的端子或连接至无论什么。换言之，所述电池串的钳位(clamping)与车辆供电系统隔离开。
电池串通常由B1+B2表示，因此很明显，只有该电池串的外部电极连接至车辆电力系统。
一个或更多个交流发电机G3、G2、G1等连接至同一系统。
交流发电机由通常安装在车辆上的处理装置VCU控制。
优选地，所述交流发电机是智能交流发电机，设置有它们自己的适合于监测和控制交流发电机的对交流发电机进行限定的功能的处理装置，并且包括与车辆处理装置对话的通信装置。
使用被称为“lin”的引脚以通过智能交流发电机上的处理装置与车辆(通常为车辆处理单元VCU或发动机控制单元ECU)之间的“lin总线”通信通道(在图1中，由点划线表示)来建立串行通信链路。
通常，通过所述通信系统来控制所述发电机以通过根据车辆的操作状况调整当前供电电压来回收制动能量。
根据本发明，车辆处理装置VCU(或ECU)被配置成：监测电池串的端部处的电压Vtot以及每个电池的端部处的电压，并且当单个电池的端部处的所述电压之间的差超过预定阈值时，控制至少一个交流发电机G3以便调节供电电压以对电池串B1+B2进行充电。
同时，监测电池串B1+B2吸收的电流的导数。当所述导数超过预定负阈值时，也就是说，当吸收的电流减小时，车辆处理装置VCU命令电池充电过程中断。
长期来看，这实现了以恒定电流速率交替充电。
这种策略使得可以减小电池B1与B2之间的充电水平的差异。
当处理装置VCU命令至少一个交流发电机G3中断电池充电过程时，这并不意味着交流发电机不再提供电流，而仅意味着输出电压被降低至车辆电池不被充电的程度。在这样的操作状况下，不同的车辆负载仍然能够由交流发电机供电，而车辆电池用作电容器，在特定设备(例如，燃料喷射系统或制动系统等)的峰值吸收期间供应电力。
根据本发明的优选实施方式，可以借助于测量设备S来监测每个电池吸收/供应的电流、各自的温度和各自的电压，测量设备S包括三个端子，其中两个端子直接连接至每个电池的负极并且一个端子连接至车辆电源的正极以对单个电池B1和B2执行电压电流测量。
所述设备S是现有技术中已知的类型的设备，并且优选地包括具有“lin”接口的处理单元以便能够与VCU和/或直接与至少一个交流发电机G3交互。
当车辆配备有两个或更多个发电机时，参见图2，动力输出装置PTO(通常被称为前动力输出装置)通过带BL将发动机动力传送至车辆上的各种设备，包括传送至例如三个智能发电机G1、G2、G3。S1表示从所述PTO接收发动机扭矩的任何设备，在适用的情况下，例如，内燃发动机E的冷却系统中的水泵、冷却散热器的冷却风扇和液压转向系统。
车辆电源包括连接各种负载和电气设备(包括车辆电池)的电力线。
S1或其他设备的存在以及它们各自沿带的路线的分布是完全可选的，并且可以根据情况而变化。
观察带BL沿逆时针方向的旋转，例如，接收由PTO传送的运动的第一交流发电机是G1，然后是G2，最后是G3。从而限定了所谓的“带的路线”或牵引的顺序。根据以上描述，很明显G1是被施加了最大的力的交流发电机，因为其轴承必须承受施加至G2、S1和G3的牵引力。
反之亦然，G3是承受最低机械应力的交流发电机。
根据本发明的优选实施方式，G3是首先被激活以向车辆电气系统供应电力的交流发电机。
当G3的操作温度上升时，G2被激活，并且当G2的温度上升时，G1被激活。
反之亦然，当G2的温度下降时，G1被去激活，并且当G3的温度下降时，G2被去激活。
可以将激活温度阈值和去激活温度阈值选择得足够宽裕以避免连续执行激活/去激活的状况。
因此，根据本发明的这样的优选实施方式，在相对于带BL的旋转方向沿相反顺序前进的情况下距离PTO最远的交流发电机首先被激活，或者以相同的方式，在沿带BL的旋转方向前进的情况下最靠近PTO的交流发电机首先被激活。
根据与前一指示完全等价的后一指示，当第一交流发电机G1达到或超过预定温度阈值时，第二交流发电机G2被激活，等等。
根据本发明的优选实施方式，为了防止过大的热应力施加在发电机上，也可以根据由车辆供电系统吸收的总电流来控制所述发电机。
具体参考本发明，当VCU命令以恒定电流速率进行充电时，基于交流发电机各自的温度来激活交流发电机的逻辑被对另外的预定数量的交流发电机的激活所取代。
例如，如果G3的激活足以为车辆上的设备供电，则当车辆电池B1和B2需要重新充电时，VCU命令激活G2或者激活G1和G2，而不等待检测到G3的温度增加。
每个交流发电机G1至G3根据内燃机E的转速来监测各自的输出电流或者监测其相对于各自的最大效率曲线的效率，并且以每个事件一条消息的方式来发送消息或循环地发送消息。根据下面描述的实施方式，所述消息可以确定一个或更多个另外的发电机的激活。
智能交流发电机G1至G3中的每一个包括用于上述功能——也就是说，用于控制各个电气设备，而且还用于监测各自的温度和输出电流——的处理装置。此外，所述处理装置包含通信接口，一般而言，通过所述通信接口可以控制由交流发电机供应的电力。
如果使用通用智能发电机，也就是说，使用在市场上可购得的类型的智能发电机，则车辆处理单元(即是VCU或ECU)与智能发电机接口连接并且控制它们各自的激活。
根据本发明的所述优选实施方式，VCU或ECU从发电机接收关于它们各自温度的信息并且命令激活G2、G3等。
优选地，每个交流发电机还可以发送与各自的输出电流和/或根据各自效率曲线计算出的效率有关的信息，其中所述效率曲线反过来是PTO的转数和交流发电机的输出电流的函数。已经从当前活跃的发电机接收到这样的信息的VCU或ECU因此可以在已经活跃的那些发电机达到上述激活温度阈值之前命令激活一个或更多个另外的发电机。
反之亦然，当活跃的发电机的效率降低时，VCU或ECU仅在核实满足要求的温度条件之后才命令逐渐去激活发电机。例如，如果输出电流急剧下降，而G2仍在高于G1的激活阈值的温度下运行，则G1保持活跃，直到G2的温度下降至低于用于去激活G1的阈值为止。
因此，基于以上所述，主要依据交流发电机在带的路线中的位置、然后依据操作温度、最后依据发电机的总电流输出来给出激活的顺序。
根据本发明的另一优选实施方式，智能发电机的处理装置彼此协作以根据交换的信息而非在车辆处理单元VCU或ECU的命令下来激活和去激活发电机。
本发明可以有利地借助于计算机程序来实现，该计算机程序包括用于当这样的程序在计算机上运行时实现方法的一个或更多个步骤的编码装置。因此，保护范围包括所述计算机程序和包括有记录消息的计算机可读介质，所述计算机可读介质包括用于当所述程序在计算机上运行时实现方法的一个或更多个步骤的程序编码装置。
可以在不脱离本发明的保护范围的情况下实现本文所述的本发明的非限制性示例的其他可能的实施方式。
根据以上描述，可以使本领域技术人员在不需要任何额外的结构细节的情况下实现本发明的目的。可以在不脱离本申请的保护范围的情况下对不同优选实施方式中所示的元件和特性进行组合。在对现有技术的描述中所描述的那些内容，除非在具体描述中明确排除，否则必须结合本发明的特性来考虑，并且构成本发明的组成部分。

Claims (11)

1.一种用于重型车辆的一对相互串联连接的电池的充电系统，所述系统包括：
至少一个交流发电机(G3)，所述至少一个交流发电机(G3)连接至车辆供电系统，
所述一对电池(B1，B2)，所述一对电池(B1，B2)相互串联连接(B1+B2)，使得因此获得的电池串连接至所述车辆供电系统，
监测装置(S)，所述监测装置(S)用于监测所述电池(B1，B2)中的每一个的充电电压(Vtot)，
处理装置(VCU，ECU)，所述处理装置(VCU，ECU)适合于与所述监测装置(S)接口连接并且被配置成控制所述至少一个交流发电机(G3)以直接地改变相关供电电压，其中，所述处理装置(VCU，ECU)被配置成：
当所测量的相应充电电压之间的差超过第一预定阈值时，控制所述至少一个交流发电机(G3)以改变供电电压，以启动所述电池串(B1+B2)的充电过程，以及
当由所述电池串(B1+B2)吸收的电流的导数超过第二预定负阈值时，命令中断所述充电过程，
其中，所述系统包括两个或更多个交流发电机，其中，每个交流发电机均是智能交流发电机，配备有其自己的处理装置以及与所述处理装置(VCU，ECU)通信的数据通信装置，所述一个或更多个交流发电机借助于限定循环方向的带(BL)机械地连接至动力输出装置PTO，其中，在相对于所述带(BL)的旋转方向沿相反顺序前进的情况下，距离所述PTO最远的交流发电机首先被激活；或者，在沿所述带(BL)的旋转方向前进的情况下最靠近所述PTO的交流发电机首先被激活。
2.根据权利要求1所述的系统，所述循环方向确定从所述PTO开始的第一交流发电机(G3)和第二交流发电机(G2)；其中，所述处理装置(VCU，ECU)被配置成：控制所述第一交流发电机(G3)的激活，并且当所述第一交流发电机(G3)的温度超过预定激活阈值(ThU)时，命令激活所述第二交流发电机(G2)。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述处理装置(VCU，ECU)还被配置成：
当所述电池(B1，B2)串的所述充电过程已经启动时，命令至少激活所述第二交流发电机(G2)，以及
当所述充电过程中断时，命令至少去激活所述第二交流发电机(G2)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，将第一电池的负极连接至第二电池的正极的端子未连接至所述车辆供电系统。
5.一种用于对重型车辆的一对相互串联连接的电池(B1+B2)进行充电的方法，所述车辆包括：
所述一对电池(B1，B2)，所述一对电池(B1，B2)相互串联连接(B1+B2)并且连接至车辆供电系统，
至少一个交流发电机(G3)，所述至少一个交流发电机(G3)连接至所述车辆供电系统以对所述电池串进行充电，
所述方法包括以下步骤：
当相应的电压(Vtot)下降至低于第一预定阈值时，控制所述至少一个交流发电机(G3)以改变供电电压，以启动所述电池串(B1+B2)的充电过程，以及
当由所述电池串(B1+B2)吸收的电流的导数超过第二预定负阈值时，命令中断所述充电过程，
其中，所述车辆包括两个或更多个交流发电机，其中每个交流发电机均是智能交流发电机，配备有其自己的处理装置和与所述处理装置(VCU，ECU)通信的数据通信装置，所述一个或更多个交流发电机借助于限定循环方向的带(BL)机械地连接至动力输出装置PTO，其中，在相对于所述带(BL)的旋转方向沿相反顺序前进的情况下，距离所述PTO最远的交流发电机首先被激活；或者，在沿所述带(BL)的旋转方向前进的情况下最靠近所述PTO的交流发电机首先被激活。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述循环方向确定从所述PTO开始的第一交流发电机(G3)和第二交流发电机(G2)，则所述方法还包括以下步骤：命令激活所述第一交流发电机(G3)，并且当所述第一交流发电机(G3)的温度超过预定激活阈值(ThU)时，控制所述第二交流发电机(G2)的激活。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：
当所述电池(B1，B2)串的所述充电过程已经启动时，命令至少激活所述第二交流发电机(G2)，以及
当所述充电过程中断时，命令至少去激活所述第二交流发电机(G2)。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，将第一电池的负极连接至第二电池的正极的端子保持与所述车辆供电系统断开连接。
9.一种重型车辆，其配备有根据权利要求1至3中任一项所述的用于一对相互串联连接的电池的所述充电系统。
10.一种包括程序编码装置的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，所述程序编码装置适合于实现根据权利要求5至7中任一项所述的所有步骤。
11.一种包括记录程序的计算机可读介质，所述计算机可读介质包括程序编码装置，当所述程序在计算机上运行时，所述程序编码装置适合于实现根据权利要求5至6中任一项所述的所有步骤。
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