CN111376722A - 用于交通工具中的充电系统和充电方法 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供了用于交通工具中的充电系统和充电方法，该充电系统包括：低压电池，用于向该交通工具中的至少一个部件提供具有第一电压的电力；备用电池，经由充电开关而连接至该低压电池；充电控制器，经由电压采集线而分别连接至该低压电池和该备用电池；以及高压电池，连接至该充电控制器并且用于提供具有第二电压的电力，该第二电压大于该第一电压；该高压电池被配置为响应于该充电系统处于高压供电状态而对该低压电池和该备用电池充电。

Description

用于交通工具中的充电系统和充电方法

技术领域

本公开的实施例涉及充电电路，并且更具体地涉及用于交通工具中的充电系统和充电方法。

背景技术

采用高压电池作为动力总成的新能源交通工具(诸如新能源乘用车)成为近年来市场的主要关注点。例如，在新能源车辆中，DC/DC变流器将来自用作动力电池的高压电池的高压电力转换为低压电力，以对向车内其他部件供电的低压电池进行充电。通常利用车辆控制单元(VCU)来控制DC/DC变流器的使能及其低压充电电压。在行车阶段，高压电池经由DC/DC变流器而对低压电池充电。然而，在停车阶段，充电系统内的各节点处于休眠状态，此时在检测到低压电池电压不足的情况下，需要由VCU唤醒高压电池、DC/DC变流器等，以对低压电池进行充电。这通常是不期望的，因为在停车阶段车主不在车辆附近的情况下，由高压电池的高压充电可能会带来安全问题，例如发生高压报警或短路发热起火事件。此外，高压充电会对高压电池产生附加的能耗，在车辆停放时间过长的情况下，由于该能耗所导致的续航里程损失可能会相当显著。

因此，期望提高安全性并且不具有附加能耗的充电系统，以及其对应的充电方法。

发明内容

本公开的实施例提供了一种改进的用于交通工具中的充电的解决方案。

在本公开的第一方面中，提供了一种用于交通工具中的充电系统，该充电系统包括：低压电池，用于向该交通工具中的至少一个部件提供具有第一电压的电力；备用电池，经由充电开关而连接至该低压电池；充电控制器，经由电压采集线而分别连接至该低压电池和该备用电池；以及高压电池，连接至该充电控制器并且用于提供具有第二电压的电力，该第二电压大于该第一电压；该高压电池被配置为响应于该充电系统处于高压供电状态而对该低压电池和该备用电池充电。

在本公开的第二方面中，提供了一种用于根据本公开的第一方面的充电系统中的充电方法，包括：判断充电系统是处于休眠状态还是处于高压供电状态；以及响应于充电系统处于高压供电状态，使高压电池对低压电池和备用电池充电。

在本公开的第三方面中，提供了一种交通工具，该交通工具包括根据本公开的第一方面的充电系统。

提供发明内容部分是为了简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的关键特征或主要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本公开的实施例可以在其中被实现的环境的示意图；

图2示出了根据本公开的实施例的充电系统的示意图；以及

图3示出了根据本公开的实施例的用于充电系统中的示例充电方法的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图中示出的若干示例实施例来描述本公开的原理。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，但应当理解，描述这些实施例仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本公开，而并非以任何方式限制本公开的范围。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

如前所述，本公开的实施例提供了一种改进的用于交通工具中的充电的解决方案。该解决方案能够减少在充电系统休眠时的高压引起的短路起火风险以及不及时处理的风险。该解决方案还能够减少在充电系统休眠时的高压电池电量的损耗。通过在交通工具的充电系统中设置附加的备用电池，使得在充电系统处于休眠状态时，由预先充电的备用电池代替高压电池对向车内其他部件供电的低压电池进行充电。换言之，在充电系统处于休眠状态时，高压电池被配置为停止对低压电池充电。此外，通过在该充电系统中设置兼作DC/DC变流器的充电控制器，来对休眠时备用电池向低压电池的充电过程进行控制。

下面参照图1，图1示出了本公开的实施例可以在其中被实现的环境100的示意图。环境100包括交通工具110，在交通工具110中设置有根据本公开的实施例的充电系统120。尽管在图1中交通工具110被示出为电动汽车，但是交通工具110不限于电动汽车形式，并且在一些实施例中，可以包括例如电动自行车、电动船只、电动飞行器等形式。充电系统120用于维持其中的低压电池的正常电压，该低压电池通常用于向交通工具中的至少一个部件提供低压电力，诸如向车灯、车辆控制单元(VCU)、电机控制系统等提供低压电力，以维持交通工具的正常工作。

该低压电池通常在充电系统120处于高压供电状态时由高压电池充电，并且在充电系统120处于休眠状态时由设置在其中的备用电池充电。在本文中，术语“高压供电状态”意指交通工具在行车阶段利用高压电池作为主动力源的状态。此时，高压电池不仅提供交通工具的主动力源，而且还对充电系统120中的低压电池和备用电池充电以供休眠状态中使用。在本文中，术语“休眠状态”意指交通工具处于停驶状态，此时高压电池不提供动力源，并且低压电池通过备用电池的充电而被维持在正常的电压水平。

下面通过图2来进一步详细说明充电系统120的具体组成和连接方式。图2示出了根据本公开的实施例的充电系统120的示意图。

充电系统120包括低压电池210，低压电池210用于向交通工具(例如图1中的交通工具110)中的至少一个部件提供具有第一电压的电力。在一些实施例中，低压电池210诸如向车灯、VCU、电机控制系统等提供低压电力。在一些实施例中，低压电池210可以采用常用的铅酸电池。

充电系统120还包括备用电池220，备用电池220经由充电开关270而连接至低压电池210。在充电系统120处于休眠状态时，备用电池220用于按需向低压电池210充电，以维持低压电池210的正常工作所要求的电压。在一些实施例中，备用电池220可以为锂电池。在一些实施例中，备用电池220可以为磷酸铁锂电池。在一些实施例中，充满电的备用电池220的电压为15V，电量为130AH。

在备用电池220需要向低压电池210充电时，充电开关270闭合以允许该充电。而且，在备用电池220无需向低压电池210充电时，充电开关270断开以禁止该充电。尽管在图2中示出了充电开关270为隔离开关的形式，但是充电开关270可以采用任何合适电压等级的断路器、隔离开关、接触器、晶体管、晶闸管、MOSFET、IGBT等能够控制低压电路通断的元器件。

充电系统120还包括充电控制器230，充电控制器230经由电压采集线250而分别连接至低压电池210和备用电池220。由此，充电控制器230通过电压采集线250而采集低压电池210和备用电池220的电压，并且根据这两个电压的比较结果来确定在充电系统120处于休眠状态时备用电池220是否要对低压电池210充电。在一些实施例中，该采集以固定时间间隔进行，并且该固定时间间隔根据实际需要而预先配置。在一些实施例中，充电控制器230被配置为：响应于采集的低压电池210的电压低于备用电池220的电压，确定备用电池220要对低压电池210充电；以及响应于采集的低压电池210的电压不低于备用电池220的电压，确定备用电池220无需对低压电池210充电。在一些实施例中，充电控制器230被配置为：响应于确定备用电池220要对低压电池210充电，控制充电开关270闭合。在一些实施例中，充电控制器230被配置为：响应于确定备用电池220无需对低压电池210充电，控制充电开关270断开。

由此，在充电系统120处于休眠状态时，充电控制器230以固定时间间隔采集低压电池210的电压和备用电池220的电压，并且基于这两个电压的比较结果来确定备用电池220是否要对低压电池210充电。充电控制器还对充电开关270进行控制，以使能或禁止备用电池220对低压电池210充电。

充电系统120还包括高压电池240，高压电池240用作例如交通工具110的主动力源。高压电池240连接至充电控制器230并且用于提供具有第二电压的电力，其中第二电压大于第一电压。在实际应用场景中，第二电压往往远大于第一电压。

高压电池240被配置为：响应于充电系统120处于高压供电状态而对低压电池210和备用电池220充电。在一些实施例中，充电控制器230还经由低压充电线260而分别连接至低压电池210和备用电池220，并且高压电池经由低压充电线260而对低压电池210和备用电池220充电。在一些实施例中，高压电池240还被配置为：响应于充电系120处于休眠状态，停止对低压电池210和备用电池220充电。由此，在这种情况下，仅允许备用电池220对低压电池210的充电。

在一些实施例中，高压电池240包括电池管理系统(BMS)242，BMS 242被配置为使能和禁用高压电池240对低压电池210和备用电池220充电。在一些实施例中，BMS 242还连接至VCU 280，从而BMS 242使能VCU 280来控制设置在高压电池240与充电控制器230之间的高压开关290的通断。在一些实施例中，BMS 242进一步被配置为：响应于充电系统120处于高压供电状态，设置充电控制器230的低压充电电压。在一些实施例中，响应于充电系统120处于高压供电状态，BMS 242经由VCU 280来设置充电控制器230的低压充电电压。在一些实施例中，充电控制器230的设置的低压充电电压经由低压充电线260而对低压电池210和备用电池220充电。尽管在图2中示出了高压开关290为隔离开关的形式，但是高压开关290可以采用任何合适电压等级的断路器、隔离开关、接触器、晶体管、晶闸管、MOSFET、IGBT等能够控制高压电路通断的元器件。

通过在充电系统120中设置备用电池220并且将DC/DC变流和控制功能集成在充电控制器230中，使得在充电系统120处于休眠状态时，高压电池240停止对低压电池210供电，并且备用电池220按需对低压电池210充电。由于备用电池220经由充电开关270直接对低压电池210低压充电，减少了由于高压电池240对低压电池210的充电而导致的附加能耗，并且提升了充电系统120的安全性。此外，在充电系统120处于高压供电状态时，来自高压电池240经由充电控制器230和低压充电线260对低压电池210和备用电池220两者充电。

应当注意，在图2中为了简化的目的，电压采集线250、低压充电线260等仅被示出为单根线，但是电压采集线250、低压充电线260等实际上采取回路的形式。在一些实施例中，电压采集线250通过AD方式来分别采集低压电池210和备用电池220的电压。

为了示例说明充电系统的充电过程，图3示出了根据本公开的实施例的充电系统的示例充电方法300的流程图。在一些实施例中，图3中的充电系统可以与图2中的充电系统120相对应。

方法300开始于框302。在框304，判断充电系统是否处于休眠状态。在充电系统处于休眠状态时，方法300前往框306，否则前往框318。在一些实施例中，通过高压电池中设置的BMS来判断充电系统是否处于休眠状态。

在框306，禁用高压电池对低压电池和备用电池充电，由此使得低压电池仅可能由备用电池充电。在框308，判断是否超过了采集的固定时间间隔。该固定时间间隔表征在休眠状态中充电控制器采集低压电池和备用电池的电压的最短时间间隔。框308的判断步骤持续直到达到固定时间间隔为止。在一些实施例中，固定时间间隔可以在充电控制器中被预先确定。在一些实施例中，固定时间间隔可以是5分钟。

随后，在框310，由充电控制器采集低压电池的电压和备用电池的电压。在框312，判断低压电池的电压是否小于备用电池的电压。在一些实施例中，在框310之后并且在框312之前，附加地判断低压电池是否需要被充电，即，低压电池的电压是否低于某一阈值。在该实施例中，仅在低压电池的电压低于该阈值时，方法300才前进到框312，否则方法300直接前进到框322以结束。

在框312判断低压电池的电压低于备用电池的电压时，方法300前进到框314，由充电控制器控制充电开关闭合，以使备用电池对低压电池充电。在框312判断低压电池的电压不低于备用电池的电压时，方法300前进到框316，由充电控制器控制充电开关断开，以使备用电池不对低压电池充电。在框314或框316之后，方法300前进到框322以结束。

在框304判断充电系统不处于休眠状态(即，充电系统处于高压供电状态)时，方法300前进到框318以设置充电控制器的低压充电电压。在一些实施例中，该设置可以由高压电池的BMS来完成。随后，在框320，使能高压电池对低压电池和备用电池充电。在一些实施例中，该使能充电可以通过BMS使能VCU控制高压开关的通断来完成。随后，方法300前进到框322以结束。

由此可以看出，方法300首先判断充电系统是处于休眠状态还是高压供电状态，并且根据不同的状态来处理针对维持低压电池的正常工作电压的操作。相对于仅利用高压电池对低压电池的解决方案，采用方法300的解决方案能够在充电系统处于休眠状态时显著减少充电能耗，从而减少高压供电引起的短路起火风险，由此显著提高了交通工具的安全性。

以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等效替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种用于交通工具中的充电系统，包括：

低压电池，用于向所述交通工具中的至少一个部件提供具有第一电压的电力；

备用电池，经由充电开关而连接至所述低压电池；

充电控制器，经由电压采集线而分别连接至所述低压电池和所述备用电池；以及

高压电池，连接至所述充电控制器并且用于提供具有第二电压的电力，所述第二电压大于所述第一电压；

所述高压电池被配置为响应于所述充电系统处于高压供电状态而对所述低压电池和所述备用电池充电。

2.根据权利要求1所述的充电系统，其中所述充电控制器还经由低压充电线而分别连接至所述低压电池和所述备用电池，并且所述高压电池经由所述低压充电线而对所述低压电池和所述备用电池充电。

3.根据权利要求1所述的充电系统，其中所述高压电池进一步被配置为响应于所述充电系统处于休眠状态而停止对所述低压电池和所述备用电池充电。

4.根据权利要求1所述的充电系统，所述充电控制器被配置为：

响应于所述充电系统处于所述休眠状态，经由所述电压采集线而采集所述低压电池和所述备用电池的电压；以及

以固定时间间隔将采集的所述低压电池的电压与所述备用电池的电压作比较，并且基于所述比较的结果来确定所述备用电池是否要对所述低压电池充电。

5.根据权利要求4所述的充电系统，所述充电控制器进一步被配置为：响应于确定所述备用电池要对所述低压电池充电，控制所述充电开关闭合。

6.根据权利要求4所述的充电系统，所述充电控制器进一步被配置为：响应于确定所述备用电池无需对所述低压电池充电，控制所述充电开关断开。

7.根据权利要求4所述的充电系统，所述充电控制器进一步被配置为：响应于采集的所述低压电池的电压低于所述备用电池的电压，确定所述备用电池要对所述低压电池充电。

8.根据权利要求1所述的充电系统，所述备用电池为磷酸铁锂电池。

9.根据权利要求1所述的充电系统，所述高压电池包括电池管理系统BMS，所述BMS被配置为使能和禁用所述高压电池对所述低压电池和所述备用电池充电。

10.根据权利要求9所述的充电系统，所述BMS进一步被配置为：响应于所述充电系统处于所述高压供电状态，设置所述充电控制器的低压充电电压。

11.一种用于根据权利要求1至10中任一项所述的充电系统中的充电方法，包括：

判断所述充电系统是处于所述休眠状态还是处于所述高压供电状态；以及

响应于所述充电系统处于所述高压供电状态，使所述高压电池对所述低压电池和所述备用电池充电。

12.根据权利要求11所述的充电方法，进一步包括：

响应于所述充电系统处于所述休眠状态，使所述高压电池停止对所述低压电池和所述备用电池充电。

13.根据权利要求11所述的充电方法，进一步包括：

响应于所述充电系统处于所述休眠状态：

经由所述电压采集线而采集所述低压电池和所述备用电池的电压；以及

以固定时间间隔将采集的所述低压电池的电压与所述备用电池的电压作比较，并且基于所述比较的结果来确定所述备用电池是否要对所述低压电池充电。

14.根据权利要求13所述的充电方法，进一步包括：

响应于确定所述备用电池要对所述低压电池充电，控制所述充电开关闭合。

15.根据权利要求13所述的充电方法，进一步包括：

响应于确定所述备用电池无需对所述低压电池充电，控制所述充电开关断开。

16.根据权利要求13所述的充电方法，进一步包括：

响应于采集的所述低压电池的电压低于所述备用电池的电压，确定所述备用电池要对所述低压电池充电。

17.根据权利要求11所述的充电方法，进一步包括：

响应于所述充电系统处于所述高压供电状态，设置所述高压电池对所述低压电池和所述备用电池充电的低压充电电压。

18.一种交通工具，包括根据权利要求1至10中任一项所述的充电系统。

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