CN108973707A - 车辆电池系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种车辆电池系统及其控制方法。当车辆电池的电压不同于商用快速充电器的输出电压时，两个高压电池在电池充电期间并联连接，并且两个高压电池在车辆驱动期间串联连接。因此，解决了兼容性问题，由此使逆变器、电动机、连接器的效率提高，并且最大化其尺寸、重量和材料成本的降低。

Description

车辆电池系统及其控制方法
技术领域
本发明总体涉及一种车辆电池系统及其控制方法，更具体地涉及如下一种车辆电池系统及其控制方法，在其中，当车辆电池的电压不同于商用快速充电器的输出电压时，两个高压电池在电池充电期间并联连接，并且两个高压电池在车辆驱动期间串联连接。因此，能够解决兼容性问题，由此使逆变器、电动机、连接器的效率提高，并且最大化其尺寸、重量和材料成本的降低。
背景技术
通常，例如混合动力车辆、电动车辆等的环保车辆需要能够存储电能的高压电池、作为动力源的电动机以及用于操作电动机的逆变器。近年来，为了提高电动车辆每加仑汽油能行驶的英里数(MPGe)，进行了各种努力来提高逆变器和电动机的效率以及增加电池容量。
近来，作为用于提高逆变器和电动机效率的方法，已经出现了增大车辆电池电压的方法。例如，当电池电压加倍时，根据公式P＝VI，基于相等的输出功率，流经逆变器和电动机的电流减小一半，传导损耗(I2R)减小到四分之一。因此，随着传导损耗减小，逆变器和电动机的效率可以增加。当使用具有高导通电阻的功率器件和导体时，可以能够减小逆变器、电动机以及电池、逆变器与电动机之间的连接器的尺寸和材料成本。
然而，目前市场上的许多商用快速充电器只能对范围从200V至500V的车辆电池充电。这种快速充电器的兼容性问题对于增加车辆电池的电压起到限制作用。因此，需要解决高压电池与快速充电器之间的兼容性问题。
以上内容仅仅是为了帮助理解本发明的背景，并不旨在意味着本发明落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。
发明内容
因此，本发明提供一种车辆电池系统及其控制方法，在其中，当车辆电池的电压不同于商用快速充电器的输出电压时，两个高压电池在电池充电期间并联连接，并且两个高压电池在车辆驱动期间串联连接，以解决兼容性问题，由此使逆变器、电动机和连接器的效率提高并且最大化其尺寸、重量以及材料成本的降低。
根据本发明的一个方面，车辆电池系统可以包括：第一高压电池和第二高压电池，安装在车辆中并且被配置为向车辆的驱动单元供电；开关单元，形成第一高压电池和第二高压电池之间的并联电连接或串联电连接；和控制器，被配置为：基于是否需要对第一高压电池和第二高压电池充电或者是否正在驱动车辆来确定开关单元的电连接状态。
当车辆中的外部充电装置侧输入端子的电压是用于对第一高压电池和第二高压电池充电的第一输出电压时，控制器可以形成第一高压电池与第二高压电池之间的并联电连接。当车辆中的外部充电装置侧输入端子的电压是用于对第一高压电池和第二高压电池充电的第二输出电压时，控制器可以形成第一高压电池与第二高压电池之间的串联电连接。
当在第一高压电池和第二高压电池的充电完成之后需要第一输出电压来驱动车辆时，控制器可以形成第一高压电池与第二高压电池之间的并联电连接。当在第一高压电池和第二高压电池的充电完成之后需要第二输出电压来驱动车辆时，控制器可以形成第一高压电池与第二高压电池之间的串联电连接。车辆的驱动单元可以是被配置为通过从第一高压电池和第二高压电池接收电力来向车辆传输动力的电动机。外部充电装置可以是快速充电器。
根据本发明的另一方面，一种控制车辆电池系统的方法可以包括：确定是否需要对第一高压电池和第二高压电池充电；当需要对第一高压电池和第二高压电池充电时，基于车辆中的外部充电装置侧输入端子的电压是第一输出电压还是第二输出电压，形成第一高压电池与第二高压电池之间的并联电连接或串联电连接；确定在第一高压电池和第二高压电池的充电完成之后驱动车辆所需的输出电压；以及基于驱动车辆所需的输出电压是第一输出电压还是第二输出电压，形成第一高压电池与第二高压电池之间的并联电连接或串联电连接。
在基于车辆中的外部充电装置侧输入端子的电压是第一输出电压还是第二输出电压而形成第一高压电池与第二高压电池之间的并联电连接或串联电连接的步骤中，当车辆中的外部充电装置侧输入端子的电压是第一输出电压时，可以形成第一高压电池与第二高压电池之间的并联电连接，并且当车辆中的外部充电装置侧输入端子的电压是第二输出电压时，可以形成第一高压电池与第二高压电池之间的串联电连接。
此外，在基于驱动车辆所需的输出电压是第一输出电压还是第二输出电压而形成第一高压电池与第二高压电池之间的并联电连接或串联电连接的步骤中，当驱动车辆所需的输出电压是第一输出电压时，可以形成第一高压电池与第二高压电池之间的并联电连接，并且当驱动车辆所需的输出电压是第二输出电压时，可以形成第一高压电池与第二高压电池之间的串联电连接。外部充电装置可以是快速充电器。
根据车辆电池系统及其控制方法，当车辆电池的电压不同于商用快速充电器的输出电压时，两个高压电池可以在电池充电期间并联连接，并且两个高压电池可以在车辆驱动期间串联连接，并且因此可以能够解决兼容性问题，由此使逆变器、电动机和连接器的效率提高并且最大化其尺寸、重量以及材料成本的降低。
此外，如本发明那样，当车辆装配有电压比商用快速充电器的输出电压高的电池时，当两个电池被配置为在电池充电期间并联并且在车辆驱动期间串联时，可以使用商用快速充电器对电池进行充电。换句话说，即使当新车辆电池的电压增加得比现有车辆电池的电压大时，它也与快速充电器兼容。此外，当使用最近开发的高压快速充电器时，可以将两个电池串联连接并进行充电。需要高电压的电气系统可以使用串联连接的两个电池的电压，而需要低电压的电气系统可以使用一个电池的电压。
附图说明
结合附图，根据以下详细描述，可以更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：
图1是示出根据本发明的示例性实施例的车辆电池系统的配置图；
图2是示出根据本发明的示例性实施例的车辆电池系统的配置图；
图3是示出根据本发明的示例性实施例的车辆电池系统的配置图；
图4是示出根据本发明的示例性实施例的车辆电池系统的配置图；
图5是示出根据本发明的示例性实施例的车辆电池系统的配置图；以及
图6是示出根据本发明的示例性实施例的控制车辆电池系统的方法的流程图。
具体实施方式
应当理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)的客车、公共汽车、卡车、各种商用车辆，包括各种小船和轮船的船舶，飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，源自除石油以外的资源的燃料)。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，汽油动力和电动力车辆。
尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来进行示例性过程，但是应当理解，示例性过程也可以由一个或多个模块进行。附加地，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。存储器配置为存储模块，并且处理器具体配置为执行所述模块以进行下面进一步描述的一个或多个过程。
此外，本发明的控制逻辑可以体现为包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在网络耦合的计算机系统中，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(CAN)以分布式方式存储和执行。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”也旨在包括复数形式。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
除非具体说明或从上下文中明显看出，如本文所使用的，词语“约”应当理解为在本领域的正常容差范围内，例如在平均值的2个标准差内。“约”可以理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非上下文另外明确指出，否则本文提供的所有数值均由词语“约”修饰。
以下，将参照附图详细描述根据本发明的示例性实施例的车辆电池系统及其控制方法。
图1至图5是示出根据本发明的示例性实施例的车辆电池系统的配置图，并且图6是示出根据本发明的示例性实施例的控制车辆电池系统的方法的流程图。
参考图1，根据本发明的示例性实施例的车辆电池系统可以包括：第一高压电池110和第二高压电池120，安装在车辆中并且被配置为向车辆的驱动单元400供电；开关单元200，形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的并联或串联电连接；以及控制器300，被配置为基于是否需要对第一高压电池110和第二高压电池120充电或者是否正在驱动车辆来确定开关单元200的电连接状态。
具体地，在本发明的示例性实施例中，车辆的驱动单元400可以是驱动电动机。此外，外部充电装置可以连接至车辆内的外部充电装置侧输入端子500，外部充电装置可以是具有约200至500V的输出电压范围的商用快速充电器或具有等于或大于约500V的输出电压的高压快速充电器。
在本发明的示例性实施例中，高压电池单元100可以包括约500V以上的两个高压电池，并且第一高压电池和第二高压电池可以具有相同的电压。例如，当高压电池单元100的电压为约600V时，第一高压电池110和第二高压电池120的电压可以分别为约300V。
参考图2，开关单元200可以包括：第一开关S1，在其第一侧处连接至第一高压电池的正输出端子，并且在其第二侧处连接至第二高压电池的正输入端子；第二开关S2，在其第一侧处连接至第一高压电池的正输出端子，在其第二侧处连接至第二高压电池的负输入端子；以及第三开关S3，在其第一侧处连接至第一高压电池的负输出端子，在其第二侧处连接至第二高压电池的负输入端子。
控制器300可以被配置为基于是否需要对第一高压电池110和第二高压电池120充电或者是否正在驱动车辆来确定开关单元200的电连接状态。当车辆中的外部充电装置侧输入端子500的电压是用于对第一高压电池110和第二高压电池120充电的第一输出电压时，控制器300可以形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的并联电连接。
具体地，当车辆中的外部充电装置侧输入端子500的电压是第一输出电压时，外部充电装置可以是商用快速充电器，并且其输出电压为约200至500V。参考图3，当商用快速充电器连接至车辆时，控制器300可以被配置为测量外部充电装置侧输入端子500的电压。当控制器300确定测量电压是第一输出电压时，控制器300可以通过接通第一开关S1和第三开关S3并且断开第二开关S2，形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的并联电连接。即使当商用快速充电器和电池具有彼此不同的电压时，也可以能够对电池进行充电。
当外部充电装置侧输入端子500的电压是用于对第一高压电池110和第二高压电池120充电的第二输出电压时，控制器300可以形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的串联电连接。具体地，当车辆中的外部充电装置侧输入端子500的电压是第二输出电压时，外部充电装置可以是高压快速充电器，并且其输出电压等于或大于约500V。
参考图4，当高压快速充电器连接至车辆时，控制器300可以配置为测量外部充电装置侧输入端子500的电压。当控制器300确定测得的电压是第二输出电压时，控制器300可以通过断开第一开关S1和第三开关S3并且接通第二开关S2，形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的串联电连接。即使当外部充电装置是商用快速充电器和高压快速充电器中的任何一种时，充电装置也可以与车辆中的高压电池兼容。
同时，当在第一高压电池110和第二高压电池120的充电完成之后需要第一输出电压来驱动车辆时，控制器300可以形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的并联电连接。具体地，第一输出电压可以是如上所述约200至500V的输出电压。当在以第一输出电压或第二输出电压对第一高压电池110和第二高压电池120充电之后需要第一输出电压来驱动车辆时，控制器300可以通过接通第一开关S1和第三开关S3并且断开第二开关S2，形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的并联电连接。特别地，当在充电完成之后需要第一输出电压来驱动车辆时，在例如包括混合动力车辆和电动车辆在内的环保型车辆的车辆中，不需要来自电动机的较大驱动力。换句话说，车辆起动或缓慢加速，或者因HEV模式下的发动机介入而需要的电动机的驱动力最小。
此外，当在第一高压电池110和第二高压电池120的充电完成之后需要第二输出电压来驱动车辆时，控制器300可以形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的串联电连接。特别地，第二输出电压可以是如上所述等于或大于约500V的输出电压。当在以第一输出电压或第二输出电压对第一高压电池110和第二高压电池120充电之后需要第二输出电压来驱动车辆时，控制器300可以通过断开第一开关S1和第三开关S3并且接通第二开关S2，形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的串联电连接。当在充电完成之后需要第二输出电压来驱动车辆时，可以对应于在例如包括混合动力车辆和电动车辆在内的环保型车辆的车辆中，需要来自电动机的较大驱动力的情况。换句话说，车辆可能在上坡路上行驶或者可能快速加速，车辆也可能是在HEV模式下仅由电动机驱动。
以下将描述当正在驱动车辆时和充电期间与控制器300的操作有关的各种示例性实施例。首先，当商用快速充电器连接至车辆中的外部充电装置侧输入端子500并且在外部充电装置侧输入端子500处测得第一输出电压时，控制器300可以被配置为接通第一开关S1和第三开关S3并且断开第二开关S2，以形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的并联电连接。此外，当在电池的充电完成之后需要第二输出电压来驱动车辆时，控制器300可以被配置为断开第一开关S1和第三开关S3并且接通第二开关S2，以形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的串联电连接。
当高压快速充电器连接至车辆中的外部充电装置侧输入端子500并且在外部充电装置的输入端子500处测得第二输出电压时，控制器300可以被配置为断开第一开关S1和第三开关S3并且接通第二开关S2，以形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的串联电连接。此外，当在电池的充电完成之后需要第二输出电压来驱动车辆时，控制器300可以被配置为保持串联电连接。当在以第二输出电压对电池充电之后需要第一输出电压来驱动车辆时，控制器300可以被配置为接通第一开关S1和第三开关S3并且断开第二开关S2，以形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的并联电连接。
图5是示出在电池的充电完成之后需要第一输出电压和第二输出电压两者来驱动车辆时的车辆电池系统的配置图。有些情况下，有利的是，在低电压下使用车辆中的各种电气系统中的一些系统，并且在高电压下使用其余的系统。具体地，如图5所示，需要低电压(即，第一输出电压)的电气系统可以使用第一高压电池的输出电压，并且需要高电压(即，第二输出电压)的电气系统可以使用串联连接的第一高压电池和第二高压电池的输出电压。因此，需要高电压的电气系统可以使用串联连接的两个电池的电压，而需要低电压的电气系统可以使用一个电池的电压。另外，需要高电压的电气系统包括具有相当大的电力容量的电动机，需要低电压的电气系统包括具有小电力容量的空调、油泵和冷却水泵。
车辆的驱动单元400可以被配置为通过从第一高压电池110和第二高压电池120接收电力来向车辆传输动力。换句话说，当控制器300形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的串联电连接时，驱动单元400可以被配置为通过从彼此串联连接的第一高压电池110和第二高压电池120接收高电压(例如，等于或大于约500V)的电力来向车辆传输动力。当控制器300形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的并联电连接时，驱动单元400可以被配置为通过从彼此并联连接的第一高压电池110和第二高压电池120接收低电压(例如，约200至500V)的电力来向车辆传输动力。
参考图6，提供根据本发明的示例性实施例的控制车辆电池系统的方法。本文在下面描述的方法可以由控制器执行。该方法可以包括：确定是否需要对第一高压电池和第二高压电池充电(S200)；当需要对第一高压电池和第二高压电池充电时，基于车辆中的外部充电装置侧输入端子的电压是第一输出电压还是第二输出电压，形成在第一高压电池与第二高压电池之间的并联或串联电连接(S300、S320和S340)；确定在第一高压电池和第二高压电池的充电完成之后驱动车辆所需的输出电压(S500)；以及基于驱动车辆所需的输出电压是第一输出电压还是第二输出电压，形成第一高压电池与第二高压电池之间的并联或串联电连接(S520和S540)。
该方法还可以包括：在确定是否需要对第一高压电池和第二高压电池充电(S200)之前确定是否连接了快速充电器(S100)。当快速充电器连接至车辆中的外部充电装置侧输入端子时，可以首先确定是否需要对高压电池进行充电(S200)。响应于确定需要对电池进行充电，控制器400可以被配置为确定在外部充电装置侧输入端子处测得的输出电压，即快速充电器的电压是第一输出电压还是第二输出电压(S300)。
当外部充电装置侧输入端子的电压，即充电器的电压是第一输出电压时，控制器400可以形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的并联电连接(开关S1和S3接通，开关S2断开)。当外部充电装置侧输入端子的电压是第二输出电压时，控制器400可以形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的串联电连接(开关S1和S3断开，开关S2接通)。根据外部充电装置侧输入端子的电压，即根据充电器的电压，可以形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的并联或串联电连接，然后可以开始对第一高压电池110和第二高压电池120进行充电(S400)。
在电池的充电完成之后，可以确定驱动车辆所需的输出电压是第一输出电压还是第二输出电压(S500)。当驱动车辆所需的输出电压是第一输出电压时，可以形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的并联电连接(开关S1和S3接通，开关S2断开)。当驱动车辆所需的输出电压是第二输出电压时，可以形成第一高压电池110与第二高压电池120之间的串联电连接(开关S1和S3断开，开关S2接通)(S520、S540)。
如上所述，根据本发明的各种示例性实施例的车辆电池系统及其控制方法可以使逆变器、电动机和连接器的效率提高并且最大化尺寸、重量和材料成本的降低。此外，如本发明那样，当车辆装配有电压比商用快速充电器的输出电压高的电池时，当两个电池被配置为在电池充电期间并联并且在车辆驱动期间串联时，可以使用商用快速充电器对电池进行充电。换句话说，即使当新车辆电池的电压增加到比现有车辆电池的电压大时，它也与快速充电器兼容。当使用开发的高压快速充电器时，可以将两个电池串联连接并进行充电。此外，需要高电压的电气系统可以使用串联连接的两个电池的电压，而需要低电压的电气系统可以使用一个电池的电压。
尽管为了说明的目的描述了本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中公开的发明范围和精神的情况下，各种变型、添加和替换都是可能的。

Claims (11)

1.一种车辆电池系统，包括：
第一高压电池和第二高压电池，安装在车辆内并且被配置为向车辆的驱动单元供电；
开关单元，形成所述第一高压电池与所述第二高压电池之间的并联电连接或串联电连接；和
控制器，被配置为：根据是否需要对所述第一高压电池和所述第二高压电池进行充电或者是否正在驱动车辆，来确定所述开关单元的电连接状态。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，当车辆中的外部充电装置侧输入端子的电压是用于对所述第一高压电池和所述第二高压电池充电的第一输出电压时，所述控制器形成所述第一高压电池与所述第二高压电池之间的并联电连接。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，当车辆中的外部充电装置侧输入端子的电压是用于对所述第一高压电池和所述第二高压电池充电的第二输出电压时，所述控制器形成所述第一高压电池与所述第二高压电池之间的串联电连接。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，当在所述第一高压电池和所述第二高压电池的充电完成之后需要第一输出电压来驱动车辆时，所述控制器形成所述第一高压电池与所述第二高压电池之间的并联电连接。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，当在所述第一高压电池和所述第二高压电池的充电完成之后需要第二输出电压来驱动车辆时，所述控制器形成所述第一高压电池与所述第二高压电池之间的串联电连接。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述车辆的驱动单元是被配置为通过从所述第一高压电池和所述第二高压电池接收电力来向车辆传输动力的电动机。
7.根据权利要求2所述的系统，其中，所述外部充电装置是快速充电器。
8.一种控制车辆电池系统的方法，包括以下步骤：
由控制器确定是否需要对第一高压电池和第二高压电池进行充电；
当需要对所述第一高压电池和所述第二高压电池充电时，基于车辆中的外部充电装置侧输入端子的电压是第一输出电压还是第二输出电压，由所述控制器形成所述第一高压电池与所述第二高压电池之间的并联电连接或串联电连接；
由所述控制器确定在所述第一高压电池和所述第二高压电池的充电完成之后驱动车辆所需的输出电压；以及
基于驱动车辆所需的输出电压是所述第一输出电压还是所述第二输出电压，由所述控制器形成所述第一高压电池与所述第二高压电池之间的并联电连接或串联电连接。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在基于车辆中的外部充电装置侧输入端子的电压是所述第一输出电压还是所述第二输出电压而形成所述第一高压电池与所述第二高压电池之间的并联电连接或串联电连接的步骤中，
当车辆中的外部充电装置侧输入端子的电压是所述第一输出电压时，形成所述第一高压电池与所述第二高压电池之间的并联电连接，并且当车辆中的外部充电装置侧输入端子的电压是所述第二输出电压时，形成所述第一高压电池与所述第二高压电池之间的串联电连接。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，在基于驱动车辆所需的输出电压是所述第一输出电压还是所述第二输出电压而形成所述第一高压电池与所述第二高压电池之间的并联电连接或串联电连接的步骤中，
当驱动车辆所需的输出电压是所述第一输出电压时，形成所述第一高压电池与所述第二高压电池之间的并联电连接，并且当驱动车辆所需的输出电压是所述第二输出电压时，形成所述第一高压电池与所述第二高压电池之间的串联电连接。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述外部充电装置是快速充电器。
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