CN111439166B - 车辆和用于控制车辆的方法 - Google Patents

车辆和用于控制车辆的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111439166B
CN111439166B CN202010031086.XA CN202010031086A CN111439166B CN 111439166 B CN111439166 B CN 111439166B CN 202010031086 A CN202010031086 A CN 202010031086A CN 111439166 B CN111439166 B CN 111439166B
Authority
CN
China
Prior art keywords
charging
storage device
battery
cooling
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010031086.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111439166A (zh
Inventor
松山嘉夫
望月有吾
川上芳昭
大串真雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN111439166A publication Critical patent/CN111439166A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111439166B publication Critical patent/CN111439166B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/62—Monitoring or controlling charging stations in response to charging parameters, e.g. current, voltage or electrical charge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/003—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to auxiliary motors, e.g. for pumps, compressors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00309—Overheat or overtemperature protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/00032—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
    • H02J7/00038—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange using passive battery identification means, e.g. resistors or capacitors
    • H02J7/00041—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange using passive battery identification means, e.g. resistors or capacitors in response to measured battery parameters, e.g. voltage, current or temperature profile
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及车辆和用于控制车辆的方法。一种车辆(1)，包括：电池(14)，该电池能够利用从设置在车辆外部的充电器(2)供应的电力进行充电；以及空调和冷却系统(15)，该空调和冷却系统冷却电池(14)。ECU(10)控制电池(14)的充电操作，使得电池(14)在恒定电流(Iconst)的充电条件下充电，该恒定电流在从充电开始到满足完成条件的充电时段内是恒定的。ECU(10)基于由充电引起的电池(14)中的发热量以及由空调和冷却系统(15)对电池(14)的冷却量来设置充电条件，使得满足完成条件时的电池温度(TB)成为上限温度(UL)。

Description

车辆和用于控制车辆的方法
本非临时申请基于2019年1月17日向日本专利局提交的日本专利申请No.2019-006196，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及一种车辆和一种用于控制车辆的方法，并且更具体地，涉及利用从车辆外部供应的电力来对车载式蓄电装置进行充电的技术。
背景技术
近年来，插电式混合动力汽车、电动汽车等已经是可商购的。这些车辆被配置成使得可以利用从车辆外部供应的电力来对车载式蓄电装置进行充电的“外部充电”。
预计将来车载式蓄电装置的容量会增加。结果，可以延长车辆的EV行驶距离(车辆可以使用存储在蓄电装置中的电力行驶的距离)。然而，当充电时间随着蓄电装置的容量的增加而变得过长时，用户的便利性可能降低。因此，为了缩短充电时间，正在研究利用比常规充电电力(例如，几十kW)高的电力(例如，几百kW)进行外部充电。常规充电也称为“正常充电”，并且利用高电力充电也称为“快速充电”。
例如，日本特开No.2017-184353公开一种充电装置，其在可充电时间期间执行快速充电和正常充电，并且在可充电时间结束时完成充电至规定的充电容量，从而延迟电池劣化的进度。
发明内容
通常，为蓄电装置设置上限温度，该上限温度是外部充电期间的使用温度范围的上限。在快速充电中，与正常充电相比，在蓄电装置中产生的电力损耗(焦耳热)更高，并且更可能发生温度上升。因此，适于快速充电的车辆被设计为设置有冷却蓄电装置的冷却装置。
然而，取决于快速充电器和车辆的组合，当以可以从快速充电器输出的最大电力(或者对应于最大电力的最大电流)执行快速充电时，由充电引起的蓄电装置中的发热量可能远远超过冷却装置对蓄电装置的冷却量。因此，蓄电装置的温度上升过度地加速，并且在诸如蓄电装置的SOC(充电状态)到达目标值处的充电完成条件被满足之前，蓄电装置的温度可能达到上限温度。然后，施加用于保护蓄电装置的温度限制，并且将供应给蓄电装置的充电电流抑制为小于最大电流。结果，尽管防止蓄电装置的温度进一步上升，但是充电时间变得更长。
当为了缩短如上所述的充电时间而将供应给蓄电装置的充电电流设置为最大电流时，蓄电装置中的电力损失可以变得更高，并且由于充电电流的抑制，充电时间变得更长。
已经做出本公开以解决上述问题，并且本公开的目的是尽可能地缩短充电时间并减少由外部充电引起的电力损耗。
(1)根据本发明的一方面的车辆，包括：蓄电装置，该蓄电装置能够利用从设置在车辆外部的外置电源供给的电力进行充电；冷却装置，该冷却装置冷却蓄电装置；以及控制器。控制器控制用于蓄电装置的充电操作，使得在从充电开始到满足完成条件的充电时段中，在恒定电流或恒定电力的充电条件下对蓄电装置进行充电。控制器基于由充电引起的蓄电装置中的发热量和由冷却装置对蓄电装置的冷却量，来将充电条件设置为使得满足完成条件时的蓄电装置的温度成为上限温度。
(2)控制器将充电条件设置为小于与能够从外置电源输出的最大电力相对应的最大电流，并且大于通过平衡蓄电装置中的发热量和蓄电装置的冷却量来抑制蓄电装置的温度上升的抑制电流。
(3)控制器将充电条件设置为小于能够从外置电源输出的最大电力，并且大于通过平衡蓄电装置中的发热量与蓄电装置的冷却量来抑制蓄电装置的温度上升的抑制电力。
尽管将在下面描述细节，但是通过如上述(1)至(3)中用恒定电流对蓄电装置进行充电，与在充电期间从最大电流抑制供应到蓄电装置的充电电流(可以用电力代替电流，并且同样适用于下面的描述)的情况(施加上述温度限制的情况)相比，可以减少蓄电装置中的发热量(充电期间的总发热量)。另外，与施加温度限制的情况以及将蓄电装置的温度保持在低于上限温度的温度内的情况相比，通过允许蓄电装置的温度上升至上限温度，可以缩短充电时间。因此，根据上述(1)至(3)，可以尽可能多地缩短充电时间并减少由充电引起的电力损耗。
(4)冷却装置除了对蓄电装置进行冷却以外，还对车辆的车厢进行空气调节操作。与当执行通过冷却装置的空气调节操作时相比，当不执行通过冷却装置的空气调节操作时，控制器将蓄电装置的冷却量计算为更大，从而将恒定电流或恒定电力设置为更大。
当通过冷却装置执行空气调节操作时，必须将冷却装置的冷却能力(例如，制冷剂的流量)用于车厢的空气调节和冷却蓄电装置两者。相反，当不执行由冷却装置进行的空气调节操作时，冷却装置的冷却能力可以全部用于冷却蓄电装置。因此，与执行通过冷却装置的空气调节操作时相比，当不执行由冷却装置进行的空气调节操作时，通过冷却装置对蓄电装置进行冷却的能力更高。根据上述(4)，当不执行冷却装置的空气调节操作时，考虑到冷却装置的冷却能力的增加，恒定电流被计算为更大，因此，可以进一步缩短充电时间。
(5)车辆具有能够由车辆的用户选择的多个充电模式。控制器根据用户选择的充电模式来改变上限温度。
随着蓄电装置的温度变得更高，蓄电装置的劣化变得更可能发生。因此，当将上限温度设置为相对较低时，尽管充电时间变得更长，但是蓄电装置的劣化变得更不可能进行。相反，当将上限温度设置为相对较高时，尽管蓄电装置的劣化更可能发生，但是充电时间变得更短。根据上述(4)，用户可以选择蓄电装置的劣化的进行程度和充电时间的长度。
(6)在根据本公开的另一方面的用于控制车辆的方法中，该车辆包括：车载式蓄电装置，其能够利用从车辆外部供应的电力充电；以及冷却装置，其冷却蓄电装置。该方法包括第一步骤和第二步骤。第一步骤是控制用于蓄电装置的充电操作使得在从开始充电到满足完成条件的充电时段中在恒定电流或恒定电力的充电条件下对蓄电装置进行充电的步骤。第二步骤是基于由充电引起的蓄电装置中的发热量和冷却装置对蓄电装置的冷却量，将充电条件设置为使得当完成条件被满足时的蓄电装置的温度成为上限温度的步骤。
根据上述(6)，与上述(1)类似，可以尽可能多地缩短充电时间并减少由充电引起的电力损耗。
当结合附图时，从下面对本公开的详细描述中，本公开的前述和其他目的、特征、方面和优点将变得更加显而易见。
附图说明
图1示意性地图示根据本公开的第一实施例的充电系统的整体配置。
图2是示意性示出车辆和充电器的配置的框图。
图3示意性地示出冷却系统的示例配置。
图4是示出比较示例中的外部充电控制的示例的时序图。
图5是示出第一实施例中的外部充电控制的示例的时序图。
图6是示出第一实施例中的外部充电控制的流程图。
图7是示出第一实施例中的恒定电流计算处理的流程图。
图8是示出第一实施例的修改中的恒定电流计算处理的流程图。
图9是示出第二实施例中的外部充电控制的流程图。
图10是示出长寿命模式下的外部充电控制的时序图。
图11是示出在时间减少模式下的外部充电控制的时序图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述实施例，其中，相同或相应的部分由相同的附图标记表示，并且将不重复其描述。
[第一实施例]
<充电系统的整体配置>
图1示意性地示出根据本公开的第一实施例的充电系统的整体配置。参考图1，充电系统100包括车辆1、充电器2、充电电缆3和服务器4。图1示出在车辆1上通过充电器2执行外部充电的情况。在外部充电期间，车辆1和充电器2通过充电电缆3被电连接。
车辆1例如是电动车辆。然而，车辆1可以是例如插电式混合动力车辆，只要车辆1是配置成使得可以进行外部充电的车辆。充电器2例如是设置在公共充电站中的快速充电器。在本实施例中，主要假设一种根据从充电器2供应的电力量(充电量)进行充电的系统。充电器2对应于根据本公开的“外置电源”。
服务器4包括CPU(中央处理单元)、存储器和输入/输出端口，尽管未全部示出。服务器4确定由充电器2为外部充电收取的金额。充电器2和服务器4执行无线双向通信。服务器4不是用于充电系统100的必要组件。
图2是示意性地示出车辆1和充电器2的配置的框图。参考图2，充电器2是直流(DC)充电器，并且将从系统电源5供应的电力(AC电力)转换成安装在车辆1上的电池14的充电电力(DC电力)。充电器2包括电力线ACL、AC/DC转换器21、电压传感器22、供电线PL0和NL0、通信装置23和控制电路20。
电力线ACL电连接到系统电源5。电力线ACL将从系统电源5供应的AC电力传输到AC/DC转换器21。
AC/DC转换器21将电力线ACL上的AC电力转换成用于对安装在车辆1上的电池14进行充电的DC电力。AC/DC转换器21的电力转换可以通过用于电力因数改进的AC/DC转换和用于电压电平调节的DC/DC转换的组合来执行。从AC/DC转换器21输出的DC电力由正极侧的供电线PL0和负极侧的供电线NL0来供应。
电压传感器22电连接在供电线PL0和供电线NL0之间。电压传感器22检测供电线PL0与供电线NL0之间的电压，并将检测结果输出至控制电路20。
通信装置23与服务器4(参见图1)执行无线通信。通信装置23在充电器2和服务器4之间通信各种类型的信息(诸如充电量或充电时间)，用于确定对外部充电收取的金额。
控制电路20包括CPU、存储器和输入/输出端口(均未示出)。控制电路20基于由电压传感器22检测到的电压、从车辆1提供的信号、以及存储在存储器中的映射和程序来控制AC/DC转换器21的电力转换操作。控制电路20还控制通信装置23，使得实现充电器2和服务器4之间的通信。
车辆1包括入口11、充电线PL1和NL1、电压传感器121、电流传感器122、充电继电器131和132、系统主继电器(SMR)133和134、电池14、空调和冷却系统15、电力线PL2和NL2、PCU(电力控制单元)161、电动发电机162、动力传递齿轮163、驱动轮164、室外空气温度传感器17、操作单元18和ECU(电子控制单元)10。
充电电缆3的连接器31通过诸如嵌合的机械耦合被插入到入口(充电端口)11中。连接器31的插入确保供电线PL0与入口11的正极侧接触点之间的电连接，并且确保供电线NL0与入口11的负极侧接触点之间的电连接。另外，当通过充电电缆3连接入口11和连接器31时，车辆1的ECU 10和充电器2的控制电路20可以通过根据诸如CAN(控制器局域网)的通信标准或使用通过模拟控制线的模拟信号的通信来相互交换各种类型的信号、命令和信息(数据)。
电压传感器121在相对于充电继电器131和132的入口11侧电连接并且在充电线PL1和充电线NL1之间电连接。电压传感器121检测充电线PL1和充电线NL1之间的DC电压，并将检测结果输出到ECU 10。电流传感器122设置在充电线PL1上。电流传感器122检测流过充电线PL1的电流，并将检测结果输出至ECU 10。ECU 10还可以基于电压传感器121和电流传感器122的检测结果来计算从充电器2供应的电力(电池14的充电量)。
充电继电器131连接到充电线PL1，充电继电器132连接到充电线NL1。充电继电器131和132的闭合和断开根据ECU 10提供的命令被控制。当充电继电器131和132闭合并且SMR 133和134闭合时，入口11和电池14之间的电力传输成为可能。
电池14供应用于产生车辆1的驱动力的电力。电池14还存储由电动发电机162产生的电力。电池14是包括多个电芯140的组电池。每个电芯140是诸如锂离子二次电池或镍金氢化物二次电池的二次电池。在本实施例中，组电池的内部配置无关紧要，并且因此，下面没有特别提及电芯(cell)140，并且仅使用术语“电池(battery)14”。电池14对应于根据本公开的“蓄电装置”。代替电池14，可以使用诸如双电层电容器的电容器。
电池14的正极通过插入的SMR 133电连接到节点ND1。节点ND1电连接到充电线PL1和电力线PL2。类似地，电池14的负极通过被插入的SMR 134被电连接至节点ND2。节点ND2电连接到充电线NL1和电力线NL2。SMR 133和134的闭合和断开根据ECU 10提供的命令被控制。
电池14设置有电压传感器141、电流传感器142和电池温度传感器143。电压传感器141检测电池14的电压VB。电流传感器142检测输入到电池14和从电池14输出的电流IB。电池温度传感器143检测电池14的温度TB(在下文中，也称为“电池温度TB”)。每个传感器将检测结果输出到ECU 10。ECU 10可以基于电压传感器141和/或电流传感器142的检测结果来计算电池14的SOC。基于电池温度传感器143的检测结果，ECU 10还可以确定电池14是否已达到过热状态(超过下面描述的上限温度UL的状态)。
空调和冷却系统15根据从ECU 10提供的命令对车厢进行空气调节。空调和冷却系统15对车厢进行空气调节，使得车厢温度Tcab接近由用户操作设置的温度(设置温度)Tset。空调和冷却系统15还根据ECU 10提供的命令来冷却电池14。将参考图3描述空调和冷却系统15的详细配置。
PCU 161电连接在电力线PL2和NL2与电动发电机162之间。PCU 161包括转换器和逆变器(均未示出)，并且根据ECU 10提供的命令来驱动电动发电机162。
电动发电机162是AC旋转电机，并且例如是包括其中嵌入有永磁体的转子的永磁型同步电动机。电动发电机162的输出扭矩通过动力传递齿轮163被传输到驱动轮164，从而使车辆1行驶。在车辆1的制动操作期间，电动发电机162可以通过驱动轮164的旋转力来产生电力。由电动发电机162产生的电力通过PCU 161转换为电池14的充电电力。
室外空气温度传感器17检测车辆1的室外空气温度TA，并将检测结果输出至ECU10。
操作单元18包括开关、具有触摸面板的显示器等，并且接受各种类型的用户操作以用于车厢的空气调节和外部充电。通过操作操作单元18，用户可以输入空调和冷却系统15的设置温度Tset。此外，通过操作操作单元18，用户可以输入在其处完成外部充电的电池14的SOC(以下描述的SOC的目标值TAG)、外部充电的结束时间、对外部充电收取的金额等。代替操作单元18，关于外部充电的用户操作可以由用户的移动终端(诸如智能电话)执行，或者可以由设置在充电器2上的操作按钮执行。
类似于控制电路20，ECU 10包括CPU 101、诸如ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)的存储器102以及输入/输出端口(未示出)。ECU 10根据从每个传感器等提供的信号来控制装置使得车辆1处于期望状态。由ECU 10执行的主控制的示例包括外部充电控制，该外部充电控制用于利用从充电器2供应的电力对车载电池14进行充电。响应于通过充电电缆3在车辆1的ECU 10和充电器2的控制电路20之间相互交换的信号、命令和信息而执行外部充电控制。下面将详细描述外部充电控制。
<空调和冷却系统的配置>
图3示意性地示出空调和冷却系统15的示例配置。参考图3，本实施例中的空调和冷却系统15是热泵系统，并且包括压缩机61、热量热交换器62、气液分离器63、流量调节阀64、热交换器65、膨胀阀66、热交换器67以及使这些装置彼此连通的制冷剂通路71至77。
压缩机61设置在制冷剂通道77和制冷剂通道71之间。压缩机61绝热地压缩从热交换器67流入的制冷剂气体，并将高温高压的气相制冷剂排放到制冷剂通道71。
热交换器62设置在制冷剂通道71和制冷剂通道72之间。热交换器62将由压缩机61压缩的过热的气相制冷剂的热量等压地散发到外部。从热交换器62流出的制冷剂在混合饱和液体和饱和蒸气的气液两相状态下处于湿蒸汽状态，并通过制冷剂通道72被供给到气液分离器63。
气液分离器63设置在制冷剂通道72和制冷剂通道73之间。气液分离器63将从热交换器62流入的气液两相状态的制冷剂分离成气相制冷剂和液相制冷剂。气相制冷剂流经制冷剂通道73至流量调节阀64。
流量调节阀64设置在制冷剂通道73和制冷剂通道74之间。流量调节阀64通过改变开度来增大和减小流过制冷剂通道73的制冷剂的压力损耗。结果，调节流过制冷剂通道73的制冷剂的流量和流过电池14的冷却系统8(以下描述)的制冷剂的流量。
热交换器65设置在制冷剂通道74和制冷剂通道75之间。热交换器65通过与室外空气进行热交换来冷却流经制冷剂通道74的制冷剂(如下所述，由于与电池14的热交换而部分蒸发以处于湿蒸汽状态的制冷剂)。结果，制冷剂再次冷凝并且通过制冷剂通道75被供应到膨胀阀66。
膨胀阀66设置在制冷剂通道75和制冷剂通道76之间。膨胀阀66将流过制冷剂通道75的高压液态制冷剂膨胀成低温低压雾状制冷剂。结果，制冷剂在气液混合状态下被压缩成湿蒸汽，其被供应到热交换器67。
热交换器67设置在制冷剂通道76和制冷剂通道77之间，并且布置在用于对车厢进行空气调节的管道9中。管道9具有通过其空气调节空气流入的入口91和通过其空气调节空气流出的出口92。在导管9中布置有风扇93。当风扇93被驱动时，空气调节空气从入口91通过导管9流向出口92。当处于湿蒸汽状态的制冷剂被蒸发时，热交换器67吸收空气调节空气的热量。温度相应降低的空气调节空气再次返回到车厢，从而冷却车厢。制冷剂由于来自空气调节空气的吸热而被加热。蒸发的制冷剂通过制冷剂通道77返回到压缩机61。
空调和冷却系统15还包括电池14的冷却系统8。电池14的冷却系统8包括制冷剂通道81、热交换器82、制冷剂通道83、切换阀84、制冷剂通道85、切换阀86和制冷剂通道87。
制冷剂通道81被耦合到液相制冷剂从气液分离器63排出的一端。液相制冷剂通过制冷剂通道81供给热交换器82。
热交换器82设置在制冷剂通道81和制冷剂通道83之间。热交换器82由诸如具有高热导率的金属的材料制成，并且在从制冷剂通道81流向制冷剂通道83的制冷剂和电池14之间执行热交换。与电池14进行热交换的制冷剂通过制冷剂通道83流向切换阀84和86。
切换阀84设置在制冷剂通道83与制冷剂通道85之间。切换阀84切换制冷剂通道83与制冷剂通道85之间的连通状态。切换阀86设置在制冷剂通道83与制冷剂通道87之间。切换阀86切换制冷剂通道83和制冷剂通道87之间的连通状态。
切换阀84、86和流量调整阀64用于切换制冷剂的流路。在由空调和冷却系统15进行的制冷操作期间，切换阀84完全打开，切换阀86完全关闭，并且流量调节阀64的开度被调节成使得足够量的制冷剂流过电池14。当使流量调节阀64的开度变高时，流过制冷剂通道81的制冷剂的流量变得相对低于流过制冷剂通道74的制冷剂的流量，并且因此，冷却电池14的能力降低。相反，当使流量调节阀64的开度变小时，流过制冷剂通道81的制冷剂的流量变得相对高于流过制冷剂通道74的制冷剂的流量，并且因此，冷却电池14的能力增加。如上所述，在空调和冷却系统15中，取决于车辆1的状况，可以调节流向热交换器82的制冷剂的流量，并且可以调节冷却电池14的能力。
如图3中所示的其中将共用制冷剂用于电池14的冷却和车厢的空气调节的配置仅仅是空调和冷却系统15的一个示例。可以设置一种专门设计用于冷却电池14的冷却系统。另外，空调和冷却系统15不必一定是液体冷却类型，而空调和冷却系统15可以是空气冷却类型。
<比较示例中的外部充电控制>
在车辆1的外部充电期间，产生与供应给电池14的充电电流IB的振幅相对应的焦耳热作为电力损耗。在快速充电中，与正常充电相比，电池14中产生的电力损耗更高，并且更可能发生温度上升。因此，特别是在快速充电中，期望尽可能多地缩短充电时间并减少由外部充电引起的电力损耗。为了便于理解本实施例中的外部充电控制，下面将首先描述比较示例中的外部充电控制。
图4示出比较示例中的外部充电控制的示例。在下面描述的图4和图5、图10和图11中，水平轴表示流逝的时间。垂直轴从上到下表示供应给电池14的充电电流IB、电池温度TB和电池14的SOC。
参考图4，为电池14设置上限温度UL，该上限温度UL是电池14的使用温度范围的上限。另外，电池14的SOC的初始值为INI，并且通过用户操作将电池14的SOC的目标值设置为TAG。当电池14的SOC达到目标值TAG时，满足充电完成条件。
在比较示例中，在时间t10处，以与可以从充电器2输出的最大电力Wmax相对应的最大电流Imax开始外部充电。然后，由外部充电引起的电池14中的发热量远远超过空调和冷却系统15对电池14的冷却量，并且电池温度TB迅速上升。在电池14的SOC从初始值INI达到目标值TAG之前，电池温度TB在时间t11达到上限温度UL。然后，施加用于保护电池14的温度限制，并且将充电电流IB抑制为小于最大电流Imax。将该电流称为“抑制电流Isup”。抑制电流Isup通过使电池14中的发热量与电池14的冷却量平衡来防止电池温度TB的进一步上升。此后，电池14的SOC在时间t12处逐渐上升并达到目标值TAG，并且充电完成(满足充电完成条件)。具有最大电流Imax的充电时段被表示为Tmax，并且具有抑制电流Isup的充电时段被表示为Tsup。
如上所述，在比较示例中，为了缩短充电时间，在充电开始时将供应给电池14的充电电流IB设置为最大电流Imax。在以最大电流Imax充电时，发热量非常大。因此，电池温度TB可以迅速达到上限温度UL，并且直到电池14的SOC达到目标值TAG之前，不可能以最大电流Imax进行充电。为了保护电池14，需要严格限制已经达到上限温度UL的电池温度TB的进一步上升，并且因此，必须将充电电流IB从最大电流Imax显著地抑制到抑制电流Isup。结果，充电时间会变得更长。
<本实施例中的外部充电控制>
图5示出第一实施例中的外部充电控制的示例。参考图5，在本实施例中，在从充电开始(时间t20)到满足充电完成条件(时间t21)的充电时段内，将充电电流IB控制为恒定电流值。将该电流称为“恒定电流Iconst”。恒定电流Iconst的绝对值小于最大电流Imax的绝对值，并且大于抑制电流Isup的绝对值。
为了保护电池14，设置恒定电流Iconst，使得电池温度TB持续低于上限温度UL，直到满足电池14的SOC达到目标值TAG的充电完成条件(时间t21)为止。另外，为了缩短充电时间，设置恒定电流Iconst，使得当满足充电完成条件时的电池温度TB变为上限温度UL。
“电池温度TB变为上限温度UL”可以包括电池温度TB充分接近上限温度UL的情况。更具体地，随着电池温度TB上升以更接近上限温度UL，可以缩短外部充电所需的时间。然而，当电池温度TB与上限温度UL匹配时，由于诸如电池温度TB的时间变化的估计误差的内部因素或诸如室外空气温度TA的意外上升的外部因素，在满足充电完成条件之前，电池温度TB可以达到上限温度UL，并且可以施加比较示例中描述的温度限制(也参考下面描述的图6的S6中的处理)。因此，可以将满足充电完成条件时的电池温度TBcmp设置为相对于上限温度UL具有预定的余量TBmgn(例如，几摄氏度到几十摄氏度)的值(参考以下等式(1))。当电池温度TB落入余量TBmgn内时，可以说满足“电池温度TB为上限温度UL”。但是，设置余量TBmgn并不是必要的。
TBcmp＝UL-TBmgn…(1)
接下来，将描述通过用恒定电流Iconst对电池14进行充电可以减少由外部充电引起的电池14中的电力损耗的原因。通常，以下等式(2)指示的绝对不等式保持两个正数a和b的算术平均值和几何平均值之间。当两个正数a和b彼此相等(a＝b)时，在该绝对不等式中可以满足等号并且左侧的算术平均值(a+b)/2被最小化。
(a+b)/2≥√(ab)…(2)
为了简单起见，当电池14的内部电阻(电阻)RE在外部充电的时间段期间不变时进行近似法。在该近似法下，将比较示例中的外部充电的整个时间段(Tmax+Tsup)的总发热量(总电力损耗)计算为(Imax 2RETmax+Isup 2RETsup)。在本实施例中，在上述等式(2)中，将时间段Tmax的发热量(Imax 2RETmax)代入正数a中，并且将时间段Tsup的发热量(Isup 2RETsup)代入正数b中。然后，从上述等式(2)指示的绝对不等式导出以下等式(3)：
Imax 2RETmax+Isup 2RETsup≥2ImaxIsupRE√(TmaxTsup)…(3)
当在时间段Tmax期间发热量(Imax 2RETmax)与在时间段Tsup期间的发热量(Isup 2RETsup)之间满足等号时(Imax 2RETmax＝Isup 2RETsup)，最小化等式(3)的左侧，即，整个充电期间(Tmax+Tsup)的总发热量。
如本实施例中那样在整个充电时段(Tmax+Tsup)上以恒定电流Iconst进行外部充电，等于在比较示例中设置Imax＝Isup和Tmax＝Tsup(参见图4)。因此，在本实施例中，满足式(3)中的等号。因此，根据本实施例，能够使整个充电期间的总发热量(Tmax+Tsup)最小化。此外，不需要将充电电流IB从最大电流Imax显着地抑制到抑制电流Isup，并且因此，也可以防止充电时间变得更长。
<外部充电控制流程>
图6是示出第一实施例中的外部充电控制的流程图。例如，当用户在将充电电缆3的连接器31插入到入口11的情况下用户操作操作单元18并执行请求车辆1的外部充电的操作时，执行下面描述的图6和图9所示的流程图。这些流程图中包括的每个步骤(以下简称为“S”)基本上由ECU 10通过软件处理来实现。然而，每个步骤可以由ECU 10中形成的专用硬件(电路)来实现。
参考图6，在S1中，ECU 10获得用户设置的充电完成条件。具体地，获得电池14的SOC的目标值TAG、用户准备为外部充电支付的金额、用户希望结束外部充电的时间(充电结束时间)等作为充电完成条件。在用户设置目标值TAG的情况下，当电池14的SOC达到目标值TAG时，满足充电完成条件。在由用户设置金额的情况下，当根据电池14的充电量而增加的费用达到金额时，满足充电完成条件。在用户设置充电结束时间的情况下，当时间达到充电结束时间时，满足充电完成条件。
在S2中，ECU 10执行恒定电流计算处理，以确定恒定电流Iconst作为被供应给电池14的充电电流IB。
图7是示出第一实施例中的恒定电流计算处理的流程图。参考图7，在S21中，ECU10获得各种类型的数据，用于估计外部充电期间电池温度TB的时间变化。
更具体地，ECU 10在该时间点(开始外部充电之前)计算电池14的SOC的初始值INI。可以使用诸如用于参考电池14的SOC-OCV(开路电压)特性的方法的各种已知方法来计算SOC。
ECU 10还从电池温度传感器143获得在该时间点的电池温度TB(初始电池温度TBini)，并且从室外空气温度传感器17获得在该时间点的室外空气温度TA(初始室外空气温度TAini)。
此外，ECU 10基于电池14的使用历史(例如，电池温度TB变为等于或高于参考温度的频率)来计算电池14的劣化系数D。随着电池温度TB变高的频率变得更高，劣化系数D被设置为更大的值。因此，根据劣化系数D，更高的劣化系数D指示电池14的劣化进行以及电池14的内部电阻增加。代替或除了电池14的温度变高的频率之外，在过去的规定时间段内电池14的总充电和放电量，或等于或大于参考值的充电和放电电流(所谓的高速率电流)流动的频率，例如，可以用作电池14的使用历史。
ECU 10还通过经由充电电缆3与充电器2的通信来获得充电器2的最大电力Wmax。最大电力Wmax用于将恒定电流Iconstt设置为小于最大电流Imax。
在S22中，ECU 10将临时恒定电流Iconst设置为恒定电流Iconst的初始值。例如，当以该电流值开始外部充电时，ECU 10可以将足够大的值设置为临时恒定电流Iconst，在该足够大的值处电池温度TB可能极有可能超过上限温度UL。根据该时间点的电池温度(初始电池温度TBini)、室外空气温度TA等来确定的最大电流Imax(或与其接近的值)、预定的固定值或可变值可以例如用作临时恒定电流Iconst。
在S23中，ECU 10计算“发热速度dQh/dt”(单位：W)，该发热速度是由外部充电引起的电池14的每单位时间的发热量。如以下等式(4)所示，可以根据流过电池14的电流IB(＝Iconst)和电池14的电阻(内阻)RE来计算发热速度dQh/dt。使用在S22中设置的临时值作为恒定电流Iconst。
dQh/dt＝Iconst 2×RE…(4)
电阻RE取决于例如在此时间点(外部充电开始之前)的电池14的SOC的初始值INI、作为满足充电完成条件时的电池14的SOC的目标值TAG、此时间点的电池温度TB(初始电池温度TBini)和劣化系数D。因此，可以通过使用下述等式(5)指示的函数f来计算电阻RE，其中上述参数中的每一个是引数：
RE＝f(INI,TAG,TBini,D)…(5)
基于预先在各种条件下对与电池14相同类型的电池执行的模拟或实验的结果来确定函数f。更具体地，通常，在电池中，随着SOC变得更低，电阻变得更高，而随着温度变得更低，电阻变得更高。另外，随着劣化系数D变得更高，电池14的电阻变得更高。电池14的这种电阻特性反映在函数f中。函数f可以进一步包括作为引数的当满足充电完成条件时的电池温度TBcmp。代替函数f，可以使用映射。
在S24中，ECU 10计算“冷却速度dQc/dt”(单位：W)，该“冷却速度dQc/dt”是通过空调和冷却系统15对电池14的每单位时间的冷却量。通过将电池温度TB与流过空调和冷却系统15的制冷剂的温度(制冷剂温度)TR之间的温度差(TB-TR)除以电池14的热阻RT来获得冷却速度dQc/dt(参考下式(6))：
dQc/dt＝(TB-TR)/RT…(6)
通过使用制冷剂温度传感器(未示出)检测制冷剂温度TR。可以根据函数g来计算热阻RT，其中，电池14的表面积A(已知固定值)、空调和冷却系统15中制冷剂的传热系数k等是引数(请参见以下等式(7))：
RT＝g(A,k)…(7)
在S25中，ECU 10基于在S23中计算出的发热速度Qh和在S24中计算出的冷却速度Qc，估计从此时间点到满足充电完成条件的电池温度TB的时间变化。具体而言，可以通过将发热速度dQh/dt与冷却速度dQc/dt之间的差(dQh/dt-dQc/dt)(单位：W＝J/s)除以电池14的热容量Cbat(单位：J/K)来计算电池温度TB中的上升速度(dTB/dt)(单位：K/s)(参考下面的等式(8))。因此，可以从初始电池温度TBini和电池温度TB的上升速度(dTB/dt)计算出电池温度TB的转变。从电池14的规格已知电池14的热容量Cbat，并将热容量Cbat存储在ECU 10的存储器102中。
dTB/dt＝(dQh/dt-dQc/dt)/Cbat…(8)
在S26中，ECU 10确定在从此时间点到满足充电完成条件的充电时段期间S25中的电池温度TB的估计值是否恒定地等于或低于上限温度UL。当存在电池温度TB超过上限温度UL的时间时(S26中为否)，ECU 10使处理返回至S22，并再次设置临时恒定电流Iconst。此时，例如，为了与上次的发热量Qh相比降低发热量Qh，例如，ECU 10此时将恒定电流Iconst(n)设置为比在S22中的先前处理中设置的值(表示为Iconst(n-1))小了规定量ΔI(＞0)的值(参考下面的等式(9))。n是指示S22至S26中的迭代运算处理的执行次数的自然数。
Iconst(n)＝Iconst(n-1)-ΔI…(9)
通过重复执行S22至S26中的处理，电池温度TB在充电时段期间可以恒定地等于或低于上限温度UL，并且可以获得具有最大可能值的恒定电流Iconst。ECU 10使用作为在S22至S26中的处理的收敛的结果而获得的恒定电流Iconst(S27)。
如下所述，还可以进一步简化S24至S26中的处理。在该经简化的方法中，仅估计满足充电完成条件时的电池温度TB，而代替估计从此时间点(充电开始)到满足充电完成条件的电池温度TB的时间变化。这是因为基本上认为充电期间的电池温度TB单调上升。
更具体地，首先，在S24的处理中，通过使用其中初始室外空气温度TAini以及空调和冷却系统15的设定温度Tset和车厢温度Tcab是引数(参见下面的等式(10))的函数h(这可以是映射)来计算冷却速度dQc/dt。基于对与电池14相同类型的电池预先执行的仿真或实验的结果来确定函数h。可以仅使用上述三个引数中的一个或两个。
dQc/dt＝h(TAini,Tset,Tcab)…(10)
在上述等式(5)中，冷却速度dQc/dt是取决于电池温度TB的可变值。因此，在通过将等式(5)代入上述等式(8)来计算电池温度TB的时间变化(dTB/dt)时，需要以时间顺序递归地计算电池温度TB。相反，从等式(8)计算出的冷却速度dQc/dt是恒定值。因此，通过将上述等式(10)代替等式(5)而代入等式(8)而计算的电池温度TB的上升速度(dTB/dt)也是恒定的。
在经简化的方法中，进一步计算从充电开始到满足充电完成条件的充电时间T。具体地，当用户设置SOC的目标值TAG时，对于以恒定电流Iconst(在S22中设置的值)充电对应于目标值TAG与SOC的初始值INI之间的差(TAG-INI)的电量(单位：kWh)所需的时间被计算作为充电时间T。当用户指定充电完成时间时(在定时器充电的情况下)，将计算从充电开始到充电完成的时间作为充电时间T。
通过使用初始电池温度TBini、近似于固定值的电池温度TB的上升速度(dTB/dt)以及充电时间T，可以估计从充电开始充电时间T流逝之后的电池温度TB(S25)。在S26的处理中，可以确定如上所述估计的电池温度TB是否等于或低于上限温度UL。
返回图6，在S3中，ECU 10利用通过S2中的恒定电流计算处理所计算出的恒定电流Iconst开始外部充电。
在S4中，ECU 10确定是否满足在S1中获得的充电完成条件。当不满足充电完成条件时(S4中为否)，ECU 10确定电池温度TB是否超过上限温度UL(S5)。
当电池温度TB超过上限温度UL时(S5中为是)，ECU 10将处理移至S6并抑制供给至电池14的充电电流IB(温度限制)。即，ECU 10将充电电流IB改变为抑制电流Isup，该抑制电流Isup小于由恒定电流计算处理所计算的恒定电流Iconst。之后，处理返回到S4，并且以抑制电流Isup的外部充电继续，直到满足充电完成条件为止。然而，在本实施例中，电池温度TB超过上限温度UL，并且仅在诸如室外空气温度TA上升到超出预期的情况的限定情况下施加温度限制。
当电池温度TB等于或低于S5中的上限温度UL(S5中为否)时，ECU 10将处理返回到S3，并以通过恒定电流计算处理计算出的恒定电流Iconst继续进行外部充电。结果，除非电池温度TB超过上限温度UL，否则以恒定电流Iconst执行外部充电，直到满足充电完成条件为止。当满足充电完成条件时(S4中为是)，停止外部充电(S7)并且一系列处理结束。
尽管未示出，但是在满足充电完成条件(在S4中为是)之后，为了避免充电电流IB的突然变化，可以直线地、曲线地或分阶段地减小充电电流IB并停止充电(S7)。可替选地，可以以非常小的电流执行充电(所谓的推入式充电)，直到停止充电为止。即，在满足充电完成条件之后，不需要立即将充电电流IB设置为0，并且可以以小于恒定电流Iconst的电流继续充电。
如上所述，在第一实施例中，通过S22至S26中的处理，在其处电池温度TB可以被恒定地保持以等于或低于上限温度UL直到满足充电完成条件的电流值中的最大可能电流值被设置为恒定电流Iconst。通过允许电池温度TB上升到接近上限温度UL的温度(UL-TBmgn)，可以缩短充电时间。另外，与在充电期间将充电电流IB切换为抑制电流Isup的情况相比，通过使用恒定电流Iconst作为充电电流IB执行外部充电，可以减少充电期间的总发热量。因此，根据第一实施例，可以尽可能多地缩短充电时间并减少由外部充电引起的电力损耗。
已经结合其中向电池14供应的充电电流IB被控制为固定的恒定电流Iconst的示例描述本实施例。然而，ECU 10可以基于被供应给电池14的充电电力W(＝IB×VB)来控制外部充电操作，并且可以将充电电力W控制为固定值Wconst。在这种情况下，可以使用以下等式(11)代替上述等式(4)以计算发热速度dQh/dt：
dQh/dt＝Wconst 2/VB2×RE…(11)
虽然未示出，但是恒定电力Wconst小于可以从充电器2输出的最大电力Wmax，并且大于抑制电力Wsup(Wsup＜Wconst＜Wmax)，该抑制电力Wsup平衡由外部充电引起的电池14的发热速度dQh/dt和空调和冷却系统15的电池14的冷却速度dQc/dt来抑制电池温度TB中的上升。
[第一实施例的变型]
在第一实施例的变型中，将描述根据是否执行车厢的空气调节在恒定电流计算处理中切换电池14的冷却速度Qc的处理。第一实施例的变型中的外部充电控制的整体流程与第一实施例的整体流程相同(参考图6)。
图8是示出第一实施例的变型中的恒定电流计算处理的流程图。参考图8，S81至S83中的处理分别与第一实施例中的S21至S23中的处理相同。
在S84中，ECU 10确定是否执行车厢的空气调节(冷却操作)。当执行冷却操作时(S84中为是)，ECU 10计算Qc1作为通过空调和冷却系统15的电池14的冷却速度(S851)。相反，当不执行冷却操作时(S84中为否)，ECU 10计算与Qc1不同的Qc2作为通过空调和冷却系统15的电池14的冷却速度(S852)。
具体地，如在第一实施例中所描述的(上述等式(5)和等式(6))，热阻RT用于计算冷却速度Qc，并且流经空调和冷却系统15的制冷剂的传热系数k被用于计算热阻RT。传热系数k可以取决于制冷剂的流动状态(流量或流速)而变化。
在图3中所示的空调和冷却系统15的配置中，在空调和冷却系统15中循环的制冷剂被划分为流经制冷剂通道74并且被用于车厢的空气调节的制冷剂以及流经制冷剂通道81并用于电池14冷却的制冷剂。在空调和冷却系统15中，用于空气调节的制冷剂的流量与用于电池的制冷剂的流量的比率可以通过切换阀84和86以及流量调节阀64的操作来控制。
与当没有执行通过空调和冷却系统15的冷却操作时相比，当通过空调和冷却系统15的冷却操作被执行时，用于电池冷却的制冷剂的流量的比率更低，并且制冷剂的传热系数更低。此时的热传递系数此时被表示为k1，并且电池14的热阻此时被表示为RT1。然后，当执行冷却操作时电池14的冷却速度Qc1如下面的等式(12)一样被表达：
dQc1/dt＝(TB-TR)/RT1＝(TB-TR)/g(A,k1)…(12)
当不执行通过空调和冷却系统15的冷却操作时，可以使被用于电池冷却的制冷剂的流量相对更高，以便于集中于电池冷却，并且因此，制冷剂的传热系数更高。此时的传热系数被表示为k2，并且此时的电池14的热阻被表示为RT2。然后，根据以下等式(13)计算不执行冷却操作时的电池14的冷却速度Qc2：
dQc2/dt＝(TB-TR)/RT2＝(TB-TR)/g(A,k2)…(13)
由于k2＞k1，RT2＜RT1，并且当不执行冷却操作时的冷却速度dQc2/dt高于执行冷却操作时的冷却速度dQc1/dt(dQc2/dt＞dQc1/dt)。结果，当与执行冷却操作时相比，当不执行冷却操作时，充电时间缩短。因为S86至S88中的后续处理分别与第一实施例中的S25至S27中的处理相同，所以将不重复详细描述。
同样在第一实施例的变型中，类似于第一实施例，可以尽可能多地缩短充电时间并减少由外部充电引起的电力损耗。另外，根据第一实施例的变型，考虑到与当执行冷却操作时相比当不执行冷却操作时通过空调和冷却系统15冷却电池14的能力更高的事实，计算出恒定电流Iconst，并且因此，与第一实施例相比，能够进一步缩短充电时间。
[第二实施例]
在第二实施例中，将描述车辆1具有可由用户选择的多个(具体地，三个)充电模式的配置。三种充电模式是正常模式、用于防止电池14劣化并延长电池14的寿命的长寿命模式以及用于进一步缩短电池14的充电时间的时间减少模式。第二实施例中的车辆的配置与第一实施例中的车辆1的配置相同(参见图1至3)。
图9是图示第二实施例中的外部充电控制的流程图。参考图9，类似于第一实施例中的图6所示的流程图，当用户操作操作单元18并执行请求利用插入到入口11中的充电电缆3的连接器31对车辆1进行外部充电的操作时，执行此流程图。
参考图9，在S91中，ECU 10获得用于选择三种充电模式之一的用户操作。
当用户选择正常模式时(S92中的“正常模式”)，ECU 10将上限温度UL设置为三种充电模式中的中等温度(S94)。当没有用于选择充电模式的用户操作的情况下时间流逝时，也可以确定正常模式被选择。
当用户选择长寿命模式时(S92中的“长寿命模式”)，ECU 10将上限温度UL设置为三种充电模式中的最低温度(S93)。
当用户选择时间减少模式时(S92中的“时间减少模式”)，ECU 10将上限温度UL设置为三种充电模式中的最高温度(S95)。
在设置上限温度UL之后，处理进入第一实施例中的流程图的S1(参见图6)。后续处理与第一实施例中的处理相同(参见图6和7)。
图10是示出长寿命模式下的外部充电控制的时序图。在下面描述的图10和图11中，为了比较，在正常模式下，恒定电流Iconst、电池温度TB和SOC中的每个的时间变化由交替的长短划线指示。
参考图10，在长寿命模式下将上限温度UL设置为低于在正常模式下的上限温度。在这种情况下，为了防止电池温度TB超过上限温度UL，需要降低电池温度TB的上升速度(dTB/dt)。为此，有必要减小发热速度Qh，并且因此，将恒定电流Iconst(其绝对值)设置为较小。
随着电池温度TB变高，电池14的劣化变得更可能发生。因此，在长寿命模式中，将上限温度UL设置为较低，从而防止电池温度TB达到高温，并且因此，电池14的劣化变得不太可能进行。结果，尽管充电时间可以相对更长，但是可以抑制由外部充电引起的电池14的寿命缩短。
图11是示出在时间减少模式下的外部充电控制的时序图。参考图11，在时间减少模式中将上限温度UL设置为高于正常模式中的上限温度。在这种情况下，从初始电池温度TBini上升至上限温度UL的电池温度TB的余量(温度上升幅度)大，并且因此，可以提高电池温度TB的上升速度(dTB/dt)。因此，可以提高发热速度Qh，并且将恒定电流Iconst(其绝对值)设置为较大。
与通常模式相比，在时间减少模式下可以进一步缩短充电时间。除了具有根据从充电器供应的电力量(充电量)进行充电的系统(基于使用的充电系统)的充电器之外，还存在具有根据充电器的使用时间(充电时间)进行充电的系统(基于时间的充电系统)的充电器。当充电器2具有基于时间的充电系统时，用户选择时间减少模式，并且因此，可以缩短充电时间并且还可以减少充电费用。
如上所述，根据第二实施例，与第一实施例类似，即使当选择三种充电模式中的任何一种时，也可以尽可能多地缩短充电时间并减少由外部充电引起的电力损耗。当从三种充电模式中选择长寿命模式时，可以抑制由外部充电引起的电池14的寿命缩短。当选择时间减少模式时，可以进一步缩短电池14的充电时间。
同样在第二实施例中，类似于第一实施例，代替具有恒定电流Iconst的控制，可以执行具有恒定电力Wconst的控制。另外，与第一实施例的变型类似，在各个充电模式下，根据是否执行车厢的空气调节，能够在Qc1与Qc2之间切换恒定电流计算处理中的冷却速度。
尽管已经描述本公开的实施例，但是应当理解，本文公开的实施例在各个方面都是说明性的而非限制性的。本公开的范围由权利要求的条款限定，并且旨在包括与权利要求的条款等效的范围和含义内的任何修改。

Claims (5)

1.一种车辆，包括：
蓄电装置，所述蓄电装置能够利用从被设置在所述车辆的外部的外置电源供应的电力进行充电；
冷却装置，所述冷却装置冷却所述蓄电装置；以及
控制器，所述控制器控制用于所述蓄电装置的充电操作，使得在从充电开始到满足完成条件的充电时段中，在恒定电流或恒定电力的充电条件下对所述蓄电装置进行充电，
其中，
所述控制器基于由进行充电引起的所述蓄电装置中的发热量和由所述冷却装置对所述蓄电装置的冷却量，将所述充电条件设置为使得当所述完成条件被满足时的所述蓄电装置的温度成为上限温度，
其中，
所述冷却装置除了对所述蓄电装置进行冷却以外，还对所述车辆的车厢执行空气调节操作，以及
与当执行通过所述冷却装置进行的所述空气调节操作时相比，当不执行通过所述冷却装置进行的所述空气调节操作时，所述控制器将所述蓄电装置的所述冷却量计算为更大，从而将所述恒定电流或所述恒定电力设置为更大。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，
所述控制器将所述充电条件设置为小于与能够从所述外置电源输出的最大电力相对应的最大电流，并且大于通过平衡所述蓄电装置中的所述发热量和所述蓄电装置的所述冷却量来对所述蓄电装置的温度上升进行抑制的抑制电流。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，
所述控制器将所述充电条件设置为小于能够从所述外置电源输出的最大电力，并且大于通过平衡所述蓄电装置的所述发热量与所述蓄电装置的所述冷却量来对所述蓄电装置的温度上升进行抑制的抑制电力。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的车辆，其中，
所述车辆具有能够由所述车辆的用户选择的多个充电模式，以及
所述控制器根据由所述用户选择的充电模式来改变所述上限温度。
5.一种用于控制车辆的方法，
所述车辆包括蓄电装置和冷却装置，所述蓄电装置能够利用从所述车辆的外部供应的电力进行充电，所述冷却装置冷却所述蓄电装置，
所述方法包括：
控制用于所述蓄电装置的充电操作，使得在从开始充电到满足完成条件的充电时段中，在恒定电流或恒定电力的充电条件下对所述蓄电装置进行充电；以及
基于由进行充电引起的所述蓄电装置中的发热量和所述冷却装置对所述蓄电装置的冷却量，将所述充电条件设置为使得当所述完成条件被满足时的所述蓄电装置的温度成为上限温度，
其中，所述方法的特征在于：
所述冷却装置除了对所述蓄电装置进行冷却以外，还对所述车辆的车厢执行空气调节操作，以及
与当执行通过所述冷却装置进行的所述空气调节操作时相比，当不执行通过所述冷却装置进行的所述空气调节操作时，将所述蓄电装置的所述冷却量计算为更大，从而将所述恒定电流或所述恒定电力设置为更大。
CN202010031086.XA 2019-01-17 2020-01-13 车辆和用于控制车辆的方法 Active CN111439166B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019006196A JP7163785B2 (ja) 2019-01-17 2019-01-17 車両および車両の制御方法
JP2019-006196 2019-03-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111439166A CN111439166A (zh) 2020-07-24
CN111439166B true CN111439166B (zh) 2023-09-12

Family

ID=69055719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010031086.XA Active CN111439166B (zh) 2019-01-17 2020-01-13 车辆和用于控制车辆的方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11858370B2 (zh)
EP (1) EP3683084B1 (zh)
JP (1) JP7163785B2 (zh)
CN (1) CN111439166B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7222321B2 (ja) * 2019-06-25 2023-02-15 トヨタ自動車株式会社 車両の冷却装置
JP7240368B2 (ja) * 2020-09-25 2023-03-15 本田技研工業株式会社 バッテリ制御装置
JP2022068661A (ja) * 2020-10-22 2022-05-10 株式会社デンソー 充電制御装置
CN112477667A (zh) * 2020-11-23 2021-03-12 国网北京市电力公司 汽车充电方法及系统
CN112721680B (zh) * 2020-12-25 2023-04-18 中国第一汽车股份有限公司 一种电流控制方法、装置、车辆及存储介质
CN112977166B (zh) * 2021-04-19 2022-07-29 厦门金龙联合汽车工业有限公司 一种电动汽车充电自适应节能省时控制方法
CN113352937B (zh) * 2021-06-02 2023-04-11 国网智慧能源交通技术创新中心(苏州)有限公司 一种基于v2g充电系统的电动汽车充放电控制方法
WO2022270010A1 (ja) * 2021-06-22 2022-12-29 株式会社クボタ 電動作業機および電動作業機の充電システム
CN113745710B (zh) * 2021-08-06 2023-01-31 中国科学院电工研究所 电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法及系统
US20230382256A1 (en) * 2022-05-26 2023-11-30 Here Global B.V. Method and apparatus for providing a charging time window for an electric vehicle

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1145695A (zh) * 1994-12-26 1997-03-19 雅马哈发动机株式会社 2次电池的充电方法与充电器
US6281663B1 (en) * 1999-11-11 2001-08-28 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Battery charging method
CN101401277A (zh) * 2006-03-15 2009-04-01 日本电气株式会社 充电设备和充电/放电设备
CN102139646A (zh) * 2011-02-18 2011-08-03 奇瑞汽车股份有限公司 一种动力电池热管理系统及其控制方法
CN103503274A (zh) * 2011-04-22 2014-01-08 丰田自动车株式会社 充电装置及充电方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07212902A (ja) * 1993-12-02 1995-08-11 Nippondenso Co Ltd 電気自動車の空調装置制御システム
JP2010058635A (ja) * 2008-09-03 2010-03-18 Fujitsu Ten Ltd バッテリ冷却装置
JP2013169031A (ja) 2012-02-14 2013-08-29 Toyota Industries Corp 電池均等化装置および方法
JP5383862B2 (ja) * 2012-05-17 2014-01-08 三菱電機株式会社 電力監視システムおよび電動車両
JP2013247726A (ja) 2012-05-24 2013-12-09 Toshiba Corp 蓄電池劣化制御装置
JP6168092B2 (ja) * 2015-04-10 2017-07-26 トヨタ自動車株式会社 車載二次電池の冷却システム
KR20170095497A (ko) * 2016-02-15 2017-08-23 엘지이노텍 주식회사 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템
JP2017184353A (ja) 2016-03-29 2017-10-05 株式会社豊田自動織機 充電装置及び充電方法
JP6624107B2 (ja) * 2017-02-10 2019-12-25 株式会社豊田中央研究所 車両の熱管理制御装置、熱管理制御プログラム
DE102017210303B3 (de) * 2017-06-20 2018-11-22 Audi Ag Verfahren und Batteriemanagementsystem zum Betreiben einer Traktionsbatterie in einem Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriemanagementsystem
JP6716498B2 (ja) 2017-06-22 2020-07-01 株式会社ＦｕｌｌＤｅｐｔｈ アダプタ、電子機器及び電子機器を搬送する方法
JP7112453B2 (ja) * 2020-07-15 2022-08-03 本田技研工業株式会社 車両

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1145695A (zh) * 1994-12-26 1997-03-19 雅马哈发动机株式会社 2次电池的充电方法与充电器
US6281663B1 (en) * 1999-11-11 2001-08-28 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Battery charging method
CN101401277A (zh) * 2006-03-15 2009-04-01 日本电气株式会社 充电设备和充电/放电设备
CN102139646A (zh) * 2011-02-18 2011-08-03 奇瑞汽车股份有限公司 一种动力电池热管理系统及其控制方法
CN103503274A (zh) * 2011-04-22 2014-01-08 丰田自动车株式会社 充电装置及充电方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3683084A1 (en) 2020-07-22
JP7163785B2 (ja) 2022-11-01
JP2020115715A (ja) 2020-07-30
US11858370B2 (en) 2024-01-02
CN111439166A (zh) 2020-07-24
EP3683084B1 (en) 2022-11-09
US20200231060A1 (en) 2020-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111439166B (zh) 车辆和用于控制车辆的方法
CN108357333B (zh) 电气化车辆中使用电池冷却剂泵控制电池冷却的方法
JP6156353B2 (ja) 車載電池の昇温装置および昇温方法
CN110015196B (zh) 电动汽车、电池热管理供电系统及其控制方法
US7755329B2 (en) Battery charging time optimization system based on battery temperature, cooling system power demand, and availability of surplus external power
US8082743B2 (en) Battery pack temperature optimization control system
US10286808B2 (en) Vehicle and method for controlling the same
Suh et al. Design and experimental analysis of an efficient HVAC (heating, ventilation, air-conditioning) system on an electric bus with dynamic on-road wireless charging
WO2017056161A1 (ja) 加温制御装置
KR101747278B1 (ko) 온도 제어 시스템
JP2021040439A (ja) 車両
JP2012252907A (ja) 電動車両の充電システムおよび充電制御方法
WO2013162979A2 (en) Motive battery thermal initialization algorithm
US20220111760A1 (en) Vehicle
JP2011061909A (ja) 電動車両
KR101713744B1 (ko) 차량의 배터리 충전 시간 계산 방법
JP6974234B2 (ja) 車両の電源システム
JP6911064B2 (ja) 蓄電池の充電システム及び蓄電池の充電システムの制御装置
JP6986146B2 (ja) 電力消費制御装置
JP6424596B2 (ja) 車両の充電制御装置
JP2013184643A (ja) 車両および車両用制御方法
US11964572B2 (en) Vehicle
JP2015139325A (ja) 電力供給制御装置
JP2024033921A (ja) 車両の暖房制御方法
JP2023032426A (ja) バッテリの充電制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant