CN107685635B - 用于选择电动车辆充电源的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种根据本发明的示例性方面的方法除其它方法之外还包括，使用一定量的来自能量收集装置的所收集能量和一定量的来自电网的能量来对电动车辆的电池组进行充电。基于至少天气预报来预测所收集能量的量。

Description

用于选择电动车辆充电源的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于选择电动车辆充电源的系统和方法。在一个示例中，电动车辆电池组被诸如太阳能电池板或者风力涡轮机的能量收集装置充电。
背景技术
众所周知需要降低车辆燃料消耗和排放。因此，正在开发减少或者完全消除对内燃机的依赖性的车辆。电动车辆就是为此目的而开发的一种车辆。通常，电动车辆不同于传统机动车辆是因为它们由电池供电的一个或者多个电机选择性地驱动。相反，传统机动车辆完全依赖内燃机来驱动车辆。
高压电池组通常为电动车辆的电机和其它电力负载进行供电。电池组包括多个必须定期地充电来补充它们为这些负载供电所需的能量的电池单元。一些已知的系统从电网对电池组进行充电。其它已知的系统通过从诸如太阳能或者风能的环境源收集能量来对电池组进行充电。
发明内容
一种根据本发明的示例性方面的方法，除其它方法之外还包括，使用一定量的来自能量收集装置的所收集能量和一定量的来自电网的能量来对电动车辆的电池组进行充电，至少基于天气预报来预测所收集能量的量。
在前述方法的另一非限制性实施例中，该方法包括评估天气预报同时对电池组进行充电，以及基于天气预报的变化来调节促成对电池组充电的所收集能量和来自电网的能量的各自的量。
在前述方法中的任一项的另一非限制性实施例中，该方法还包括从电网对电池组进行间歇地充电。
在前述方法中的任一项的另一非限制性实施例中，该方法还包括评估在对电池组充电时电动车辆所经历的天气状况同时，以及基于车辆所经历的天气状况调节用于促成对电池组充电的所收集能量和来自电网的能量的各自的量。
在前述方法中的任一项的另一非限制性实施例中，基于来自至少一个安装到电动车辆的传感器的信息来评估天气状况。
在前述方法中的任一项的另一非限制性实施例中，至少一个安装到电动车辆的能量收集装置提供该至少一个传感器。
在前述方法中的任一项的另一非限制性实施例中，从至少一个安装到电动车辆的能量收集装置收集所收集能量的量。
在前述方法中的任一项的另一非限制性实施例中，至少一个能量收集装置包括太阳能电池板和风力涡轮机中的至少一个。
在前述方法中的任一项的另一非限制性实施例中，太阳能电池板和风力涡轮机被安装到电动车辆上。
在前述方法中的任一项的另一非限制性实施例中，天气预报由来自连接到电动车辆的移动装置的信息所提供。
一种用于根据本发明的示例性方面的电动车辆的系统，除其它之外还包括，至少一个能量收集装置，由至少一个能量收集装置选择性地充电的电池组，以及控制器。该控制器配置为基于天气预报预测可以从至少一个能量收集装置收集的能量的量。该控制器还配置为使用来自至少一个能量收集装置的能量的上述量对电池组进行充电。
在前述系统中的另一非限制性实施例中，控制器被配置为在对电池组进行充电时评估天气预报，以及控制器被配置为基于天气预报的变化来调节来自至少一个能量收集装置的能量的量。
在前述系统中的任一项的另一非限制性实施例中，控制器被配置为从电网对电池组进行间歇地充电。
在前述系统中的任一项的另一非限制性实施例中，控制器被配置为在对电池组进行充电时评估电动车辆所经历的天气状况，以及控制器被配置为基于车辆所经历的天气状况来调节来自至少一个能量收集装置的能量的量。
在前述系统中的任一项的另一非限制性实施例中，该系统包括至少一个传感器。而且，基于来自至少一个传感器的信息来评估电动车辆所经历的天气状况。
在前述系统中的任一项的另一非限制性实施例中，至少一个能量收集装置提供至少一个传感器。
在前述系统中的任一项的另一非限制性实施例中，至少一个能量收集装置被安装到电动车辆。
在前述系统中的任一项的另一非限制性实施例中，至少一个能量收集装置包括太阳能电池板和风力涡轮机中的至少一个。
在前述系统中的任一项的另一非限制性实施例中，太阳能电池板和风力涡轮机被安装到电动车辆。
在前述系统中的任一项的另一非限制性实施例中，天气预报由来自连接到电动车辆的移动装置的信息所提供。
附图说明
图1示意性地示出了电动车辆的动力传动系统；
图2示出了具有能量收集装置的电动车辆；
图3是表示本发明的示例性方法的流程图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于电动车辆的系统和方法，其包括配置为预测所收集的能量(即，从环境条件下收集的能量)的量的控制器，该能量可以用于促成为电动车辆的电池组充电。使用至少部分基于天气预报的这种预测，电动车辆的电池组可以被充电而不只依赖于从电网电源获取的能量。此外，如果所收集的能量的预测量不足以充电电池组，则电池组仍然可以通过依赖于所收集的能量和电网能量二者以及时的方式充电。
图1示意性地示出了电动车辆(诸如电动车辆12(图2))的动力传动系统10。尽管被描述为纯电动车辆(BEV)，但是应当理解的是，本文描述的概念不限于BEV，并且可以扩展到其它电动车辆，包括但不限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)。因此，尽管在本实施例中未示出，但是电动车辆12可以配备有可以单独使用或与其它能量源结合使用以推进电动车辆12的内燃机。
图1所示的动力传动系统10是高度示意性的，并不旨在限制本发明。在本发明的范围内，各种附加部件可以被动力传动系统10替选地或者附加地使用。
在非限制性实施例中，电动车辆12是仅通过电功率(例如通过电机20)而无需内燃机的任何协助的全电动车辆。电机20可以作为电动马达、发电机或两者来操作。电机20接收电功率并提供旋转输出功率。电机20可以连接到变速箱22用于通过预定的齿轮比调整电机20的输出扭矩和速度。变速箱22通过输出轴26连接到一组驱动轮24。高压母线28通过逆变器32将电机20电连接到电池组30。电机20、变速箱22以及逆变器32可以统称为变速器34。
电池组30是示例性电动车辆电池。电池组30可以是高压牵引电池组，其包括能够输出电功率来操作电机20和/或电动车辆12的其它电负载的多个电池总成36(即，电池阵列或电池单元的分组)。其它类型的能量存储装置和/或能量输出装置也可以用于对带电车辆12进行供电。
动力传动系统10可另外包括用于监测和/或控制动力传动系统10以及相关联的电动车辆12的各个方面的控制器56。该控制器56包括电子装置、软件或两者，以执行用于操作电动车辆12的必须的控制功能。
在一个非限制性实施例中，控制器56是组合车辆系统控制器和动力传动系统控制模块(VSC/PCM)。尽管它被示出为单个设备，但是控制器56可以包括多个硬件装置形式或者一个或多个硬件装置内的多个软件控制器形式的多个控制器。控制器局域网络(CAN)59允许控制器56与电动车辆12的各种部件通信。
如上所述，电动车辆12可以是插电式混合动力电动车辆(PHEV)或电池电动车辆(BEV)。在这些示例中，电池组30需要周期性地充电。在图1中，电池组30与充电器60连接，充电器60响应于来自控制器56的指令，以从电网电源62选择性地对电池组30进行充电。
充电器60可以包括位于电动车辆12上并且配置为接收连接到电网电源62的电力电缆的充电端口，然后将电力分配给电池组30用于对电池组30进行充电。充电器60还可以配备有用于将从电网电源62接收的交流(AC)电力转换为用于对电池组30的能量存储装置进行充电的直流(DC)电力的电力电子器件。充电器60可以容纳来自外部电源的一个或多个常规电压源(例如，110伏、220伏等)。
除了电网电源62之外，电池组30还可以由一个或多个能量收集装置64进行选择性地充电。在本发明中，能量收集装置包括被配置为从环境条件(例如像太阳或者风)收集能量的装置。控制器56被配置为选择性地分配来自能量收集装置64的电力以对电池组30进行充电。
图2示出了示例性电动车辆12，其包括两个能量收集装置64。在该示例中，示例性电动车辆包括太阳能电池板66和风力涡轮机68。太阳能电池板66安装到电动车辆12的车顶70并且包括配置为将太阳能转换成电的多个光伏电池72。示例性风力涡轮机68包括至少一个叶轮74。当电动车辆12停止时，示例性风力涡轮机68选择性地展开，并且例如当电动车辆12正移动时，被缩回到车顶70的端口75中。当缩回时，风力涡轮机68与车顶70齐平，或者处于与电动车辆12的车顶70齐平的门下方，以减少阻力。在另一示例中，风力涡轮机68固定地安装到电动车辆上，并且选择性地打开和关闭管道以将空气引导到风力涡轮机68。尽管在本文中讨论了两个示例性的风力涡轮机，但是本发明扩展了其它类型的风力涡轮机。风力涡轮机68被配置为将来自风的动能转化为电力。由能量收集装置64收集的电能可用于对电池组30进行充电。而且，尽管图2中的电动车辆12仅包括一个风力涡轮机68，但是电动车辆12也可以包括附加的风力涡轮机。
本发明不限于太阳能和风能收集装置。而且，尽管电动车辆12包括太阳能电池板66和风力涡轮机68两者，但本发明可扩展到只包括一个能量收集装置的电动车辆。本发明还扩展到包括三个或更多个能量收集装置的电动车辆。
控制器56被配置为向动力传动系统10的各种部件提供指令，以使用来自电网电源62、能量收集装置64或两者的电力选择性地对电池组30进行充电。在一个示例中，控制器56基于能量收集装置64在一段时间内可以收集的能量的预测量在电网电源62和能量收集装置64之间分配充电任务。在一个示例中，控制器56至少部分地基于天气预报进行该预测。
图1示意性地示出了接收天气预报76的控制器56。该控制器56可以从用户的智能电话接收天气预报，智能电话可以例如经由车辆信息娱乐系统连接到电动车辆12。可替选地，天气预报76可以以另一已知方式(例如通过卫星天气服务)直接提供给控制器56。例如，控制器56可以包括基于网络的服务器，或者与基于网络的服务器通信。一个这样的例子包括Travel
Figure BDA0001365095320000061
其是由SiriusXM提供的卫星天气服务。天气预报64也可以经由蜂窝塔或其它一些已知的通信技术进行通信。在这种情况下，控制器56可以包括用于与蜂窝塔进行双向通信的收发器。
控制器56还与多个传感器78通信。控制器56使用来自传感器78的信息来确定是否天气预报76预测的天气状况是电动车辆12实际上所经历的。例如，如果天气预报76指示在一段时间内将存在相对较高的太阳照射(例如，低云层和/或相对较高的紫外线(UV)指数)，但车辆停放在车库内，则控制器56不管天气报告仍使用来自传感器78的信息来确定电动车辆12没有暴露于太阳中。在另一示例中，天气预报76可以指示将要有充足的太阳和风用于充电，但是电动车辆12可能停在树下。在这种情况下，控制器56不管天气报告仍将使用来自传感器78的信息来确定将会限制的太阳照射。
在一个示例中，传感器78由能量收集装置64本身提供。例如，太阳能电池板66和风力涡轮机68收集分别与其所暴露在其中的太阳和风成比例的能量。因此，控制器56被配置为通过太阳能电池板66和风力涡轮机68收集的能量的量来确定电动车辆12所经历的天气状况。电动车辆12上的其它传感器可以向控制器56提供指示天气状况的信息。而且，电动车辆12可以包括用于确定电动车辆12所经历的实时天气状况的额外的专用气象传感器。
图3示出了示例性方法100，在该示例性方法100中，控制器56可以选择用于对电池组30充电的源。特别地，使用方法100，控制器56可以在电网电源62和能量收集装置64之间分配充电职责。
在方法100中，控制器56在101处初始确定电动车辆是否是“插电(on plug)”。在本发明中，“插电”意指电动车辆12被插入插座以接通电源。特别地，电网电源62通过充电器60耦接到电池组30。而且，控制器56在102处确定电池组30的荷电状态(SOC)。如果控制器在104处确定荷电状态低于预定阈值，则控制器56然后在106处确定可用于充电的时间。
控制器56可以基于来自用户的输入来确定可用于充电的时间。例如，如果用户将他们的车辆停放过夜，则用户可以指示允许相对长的充电时间。在更长的充电时间的情况下，控制器56具有额外的机会以有效利用所收集的能量，而不是从电网电源62获取能量。另一方面，如果可用于充电的时间小于或等于电网加上任意可得所收集的能量对电池完全充电所需的时间，则全部电网电力将被始终应用。换句话说，控制器56可以被编程为使得如果这样做将会导致显著增加充电时间，则将不依赖能量收集装置64。
控制器56还在108处接收天气预报76。在110处，控制器56还从来自传感器78的信息中接收电动车辆12所经历的实时天气状况。接下来，控制器56在112处预测可以用于促成在可用于充电的时间内对电池组30充电的所收集能量的量。例如，如果控制器56确定有四(4)小时可用于充电，则控制器56考虑在接下来的四(4)小时内的天气预报。在一个示例中，预测是基于可用于充电的时间、天气预报以及实时天气状况。
如果天气预报76指示将具有低云层和/或相对较高的UV指数，并且例如来自传感器78的信息指示电动车辆12充分暴露于环境条件，则控制器56可以初始预测：电池组30可以使用从能量收集装置64收集的能量来完全充电。而且，如果天气预报76指示预期相对较高的风速，则控制器56可以得出相同的结论。在这些情况下，在114处，控制器56确定电池组14可以使用所收集的能量进行充电，并且不依赖于电网电源62。因此，在116处，电池组30仅使用从能量收集装置64收集的能量来初始充电。
另一方面，如果天气预报74没有指示能够使用来自能量收集装置64的能量来对电池组30进行完全充电，则电池组30在118处通过将一部分充电职责分配给能量收集装置64以及将剩余充电职责分配给电网电源62来充电。例如，如果控制器56在118期间确定对电池组30充电所需的能量的大约40％可以从能量收集装置64提供，则60％从电网电源62中获取。
在一个示例中，控制器56被编程为使得电池组30尽可能多的由能量收集装置64充电，以便减少对电网电源62的依赖性。因此，在步骤116和118之后，控制器56在104处连续评估充电职责的分配，直到控制器56确定电池组30的荷电状态超过预定阈值为止。在步骤116和118之后，方法100回到步骤102并连续评估荷电状态、可用于充电的时间、天气预报以及实时天气状况。控制器56被配置为在114处基于状况的改变来重新分配充电职责。
在一个示例中，为了允许控制器56考虑天气状况的实时变化，例如，控制器56被配置为间歇地从电网电源62获取电力。例如，如果控制器56初始确定电池组30必须通过在充电周期内依靠50％的电网电力来充电，则控制器56被配置为指示充电器60以特定间隔(例如每分钟)“打开”和“关闭”。这种技术被称为“脉冲”或“工作周期”。通过从充电开始连续地“脉冲”充电器60，而不是等待直到可用充电时间的最后一半的替代方法，控制器56允许持续评估天气预报和实时天气状况，以确定在剩余可用充电时间内是否能从能量收集装置64收集额外的能量。如果天气状况改变，则控制器56在114处可以通过增加或减少“脉冲”间隔来比替代方法更快的调节对电网电力的依赖性。另外，如果在预计可用的充电时间完成之前车辆被拔掉插头，则控制器将比替代方法完成更多的充电。
在一些示例中，环境条件将允许能量收集装置64收集比电池组30充电所需要的能量更多的能量。在方法100中，如果在充电期间由能量收集装置64收集了多余的能量，则可以在120处将多余的能量提供回电网电源62。一些能源公司为这样的做法提供信贷(包括钱)。
使用本发明的系统和方法，可以对电动车辆的电池组进行充电而不仅依赖于从电网获取能量。而且，通过在能量收集装置和电网之间分配充电，即使在天气状况不理想的情况下，也可以对电池组充电而不显著增加充电时间。
尽管不同的示例具有图示中所示的特定组件，但是本发明的实施例不限于那些特定的组合。可以将来自某一示例中的一些部件或特征与来自另一示例中的特征或组件结合使用。
本领域普通技术人员将理解，上述实施例是示例性的而非限制性的。也就是说，本发明的修改将落入权利要求的范围内。因此，应当研究以下权利要求以确定其真实范围和内容。

Claims (9)

1.一种用于选择电动车辆充电源的方法，包括：
使用一定量的来自能量收集装置的所收集能量和一定量的来自电网的能量来对电动车辆的电池组进行充电，至少基于天气预报来预测所收集能量的所述量，其中充电步骤在所述车辆被停放时发生，所述能量收集装置包括太阳能电池板和风力涡轮机，所述太阳能电池板安装到电动车辆的车顶，所述风力涡轮机在所述电动车辆停止时选择性地展开并且在所述电动车辆正移动时被缩回到车顶中。
2.一种用于电动车辆的系统，包括：
能量收集装置，所述能量收集装置包括太阳能电池板和风力涡轮机，所述太阳能电池板安装到电动车辆的车顶，所述风力涡轮机在所述电动车辆停止时选择性地展开并且在所述电动车辆正移动时被缩回到车顶中；
由所述能量收集装置选择性地充电的电池组；以及
控制器，所述控制器配置为基于天气预报预测可以从所述能量收集装置收集的能量的量，所述控制器还配置为当所述车辆被停放时使用来自所述能量收集装置的能量的所述量对所述电池组进行充电。
3.根据权利要求2所述的系统，其中：
所述控制器被配置为在对所述电池组进行充电时评估所述天气预报，以及
所述控制器被配置为基于所述天气预报的变化来调节来自所述能量收集装置的能量的所述量。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过电网对所述电池组进行间歇地充电。
5.根据权利要求2所述的系统，其中：
所述控制器被配置为在对所述电池组进行充电时评估所述电动车辆所经历的天气状况，以及
所述控制器被配置为基于所述车辆所经历的所述天气状况来调节来自所述能量收集装置的能量的所述量。
6.根据权利要求5所述的系统，还包括至少一个传感器，其中，所述电动车辆所经历的所述天气状况是基于来自所述至少一个传感器的信息来评估的。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述能量收集装置提供所述至少一个传感器。
8.根据权利要求2所述的系统，其中，所述能量收集装置被安装到所述电动车辆。
9.根据权利要求2所述的系统，其中，所述天气预报由来自连接到所述电动车辆的移动装置的信息所提供。
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