CN113103926A - 车辆、用于车辆的电池充电方法以及记录介质 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种车辆、用于车辆的电池充电方法以及记录介质，该车辆包括：升压转换器，被配置为响应于第一控制信号旁路或转换堆电压并且输出所旁路或所转换的堆电压作为第一电压；第一开关单元，被配置为响应于第一开关信号而被切换以形成主路径以将第一电压供应至电池；降压转换器，被配置为响应于第二控制信号转换第一电压的电平并且将所转换的第一电压作为第二电压输出至电池；第二开关单元，被配置为响应于第二开关信号而被切换以形成旁路路径以将第二电压供应至电池；以及控制器，被配置为检查在电池中所充的电压的电平并且基于此生成第一控制信号和第二控制信号以及第一开关信号和第二开关信号。

Description

车辆、用于车辆的电池充电方法以及记录介质

技术领域

本公开的实施方式涉及一种包括燃料电池的车辆、用于车辆的电池充电方法以及其中记录有用于执行该方法的程序的记录介质。

背景技术

在具有包括电池堆的燃料电池的车辆中，利用在燃料电池中生成的电力对电池(battery)进行充电，并且通过在电池中所充的电力驱动诸如电动机的负载。

为此，车辆包括对在燃料电池中生成的堆电压进行升压的直流/直流(DC/DC)转换器。然而，在这种情况下，当在电池中所充的电压的电平低于堆电压的电平时，可能发生过电流，这可能对DC/DC转换器的元件或电池造成损坏。

以上背景技术部分中公开的信息有助于理解本公开的背景技术，并且不应被视为承认该信息构成现有技术的任何部分。

发明内容

因此，本公开的实施方式涉及一种基本上消除了由于相关技术的限制和缺点引起的一个或多个问题的包括燃料电池的车辆、用于车辆的电池充电方法以及其中记录有用于执行该方法的程序的记录介质。

本公开的目的是提供一种能够在电池中所充的电压的电平低于堆电压的电平时防止元件或电池被过电流损坏的包括燃料电池的车辆、用于车辆的电池充电方法以及其中记录有用于执行该方法的程序的记录介质。

根据示例性实施方式的包括燃料电池的车辆可以包括：电池；电池堆，包括彼此堆叠的多个单元电池；升压转换器，被配置为响应于第一控制信号旁路从电池堆输出的堆电压或转换堆电压的电平并且输出所旁路或所转换的堆电压作为第一电压；第一开关单元，被配置为响应于第一开关信号而被切换以形成主路径以将第一电压供应至电池；降压转换器，被配置为响应于第二控制信号转换第一电压的电平并且将所转换的第一电压作为第二电压输出至电池并且具有比升压转换器的第一额定功率更低的第二额定功率；第二开关单元，被配置为响应于第二开关信号而被切换以形成旁路路径以将第二电压供应至电池；以及控制器，被配置为检查在电池中所充的电压的电平并且响应于检查结果生成第一控制信号、第二控制信号、第一开关信号以及第二开关信号。

例如，第二额定功率可以是第一额定功率的5％至10％。

例如，第二开关单元可以具有第三额定功率，并且第三额定功率可以是第一额定功率的5％至10％。

例如，第二开关单元可以设置在升压转换器与降压转换器之间。可选地，第二开关单元可以设置在降压转换器与电池之间。

例如，控制器可以生成第一开关信号和第二开关信号，使得第一开关单元和第二开关单元被交替切换。

例如，升压转换器可以包括：第一电容器，设置在电池堆的正极侧的输出端子与电池堆的负极侧的输出端子之间；第一电感器，包括连接至电池堆的正极侧的输出端子的第一端；第一二极管，包括连接至第一电感器的第二端的正极；第二电容器，设置在第一二极管的负极与电池堆的负极侧的输出端子之间；以及第一半导体开关，被配置为响应于第一控制信号而切换为接通或关断。第一半导体开关可以连接至第一二极管的正极和电池堆的负极侧的输出端子并且设置在第一二极管的正极与负极侧的输出端子之间，并且控制器可以生成第一控制信号，使得第一半导体开关切换为关断以形成旁路路径，或使得第一半导体开关切换为接通以形成主路径。

例如，第一开关单元可以包括第一开关和第二开关，第一开关设置在第一二极管的负极与电池的正极侧的输入端子之间，第一开关响应于第一开关信号而被切换，第二开关设置在电池堆的负极侧的输出端子与电池的负极侧的输入端子之间，第二开关响应于第一开关信号而被切换。

例如，降压转换器可以包括：第二电感器，包括连接至电池的正极侧的输入端子的一侧；第二半导体开关，被配置为响应于第二控制信号而切换为接通或关断，第二半导体开关设置在第一二极管的负极与第二电感器的第二侧之间；以及第二二极管，包括连接至第二电感器的第二侧的负极和连接至电池堆的负极侧的输出端子的正极，并且控制器可以生成第二控制信号，使得第二半导体开关切换为接通以形成旁路路径，或使得第二半导体开关切换为关断以形成主路径。

例如，第二开关单元可以包括第三开关和第四开关，第三开关设置在第二电感器的一侧与电池的正极侧的输入端子之间，第三开关响应于第二开关信号而被切换，第四开关设置在第二二极管的正极与电池的负极侧的输入端子之间，第四开关响应于第二开关信号而被切换。可选地，例如，第二开关单元可以包括第五开关和第六开关，第五开关设置在第一二极管的负极与第二半导体开关之间，第五开关响应于第二开关信号而被切换，第六开关设置在电池堆的负极侧的输出端子与第二二极管的正极之间，第六开关响应于第二开关信号而被切换。

例如，第二额定功率和第三额定功率中的每一个额定功率可以根据在电池中所充的电压的电平达到堆电压的电平所需的时间来确定。

例如，包括在第一开关单元或第二开关单元中的开关可以包括继电器、半导体开关或二极管。

例如，车辆可以进一步包括连接至主路径并且被配置为接收第一电压或接收在电池中所充的电压的负载级。

例如，负载级可以包括逆变器和电动机，逆变器连接至电池的正极侧的输入端子和电池的负极侧的输入端子，逆变器被配置为将以直流形式供应给逆变器的第一电压转换为交流式第一电压或将以直流形式在电池中所充的电压转换为交流式第二电压，电动机被配置为响应于交流式第一电压或交流式第二电压而被驱动。

根据另一示例性实施方式，一种用于车辆的电池充电方法，该车辆包括：电池；电池堆，包括彼此堆叠的多个单元电池；升压转换器，被配置为旁路从电池堆输出的堆电压或转换堆电压的电平并且输出所旁路或所转换的堆电压作为第一电压；以及降压转换器，被配置为转换第一电压的电平并且输出所转换的第一电压作为第二电压并且具有比升压转换器的额定功率更低的额定功率，该方法可以包括：检查在电池中所充的电压的电平；当所检查的在电池中所充的电压的电平尚未达到堆电压的电平时，形成旁路路径以将通过转换从升压转换器旁路的堆电压的电平而形成的第二电压供应至电池；并且当在电池中所充的电压的电平达到堆电压的电平时，形成主路径以将具有通过升压转换器转换的电平的第一电压供应至电池。

根据又一示例性实施方式，非暂时性计算机可读记录介质可以具有其中记录有用于执行用于车辆的电池充电方法的程序，该车辆包括：电池堆，包括彼此堆叠的多个单元电池；升压转换器，被配置为旁路从电池堆输出的堆电压或转换堆电压的电平并且输出所旁路或所转换的堆电压作为第一电压；电池，被配置为利用从升压转换器输出的第一电压进行充电；以及降压转换器，被配置为转换第一电压的电平并且输出所转换的第一电压作为第二电压并且具有比升压转换器的额定功率更低的额定功率。当由处理器执行时，该程序使处理器检查在电池中所充的电压的电平；当所检查的在电池中所充的电压的电平尚未达到堆电压的电平时，形成旁路路径以将通过转换从升压转换器旁路的堆电压的电平而形成的第二电压供应至电池；并且当在电池中所充的电压的电平达到堆电压的电平时，形成主路径以将具有通过升压转换器转换的电平的第一电压供应至电池，并且记录介质可以由计算机读取。

附图说明

被包括以提供对本公开的进一步理解并且并入本申请中并构成本申请的一部分的所附附图示出了本公开的实施方式并且与描述一起用于解释本公开的原理。在附图中：

图1是根据示例性实施方式的包括燃料电池的车辆的框图；

图2是示例性地示出在电池中所充的电压的电平达到堆电压的电平所花费的时间的曲线图；

图3是根据另一示例性实施方式的包括燃料电池的车辆的框图；

图4是根据图1所示的车辆的示例性实施方式的电路图；

图5是根据图3所示的车辆的示例性实施方式的电路图；

图6是示出根据示例性实施方式的电池充电方法的流程图；以及

图7是根据第二比较示例的车辆的框图。

具体实施方式

现在将在下文中参考示出了各种实施方式的所附附图来更全面地描述本公开。然而，示例可以以许多不同的形式体现，并且不应被视为限于本文所阐述的实施方式。相对照地，这些实施方式被设置为使得本公开将更全面和完整并且将本公开的范围更充分地传递给本领域技术人员。

应理解，当元件被称为在另一元件“上”或“下”时，其可以直接在该元件上/下，或者也可以存在一个或多个中间元件。

当元件被称为在“上”或“下”时，基于该元件可以包括“在元件下”以及“在元件上”。

另外，诸如“第一”、“第二”、“上/上部/上方”以及“下/下部/下方”的关系术语仅用于区分一个主题或元件与另一主题或元件，而无需要求或涉及主题或元件之间的任意物理或逻辑关系或顺序。

在下文中，将参考所附附图描述根据示例性实施方式的包括燃料电池的车辆100A和100B。

图1是根据示例性实施方式的包括燃料电池的车辆100A的框图。

参考图1，根据示例性实施方式的车辆100A可以包括电池堆110、升压转换器120、第一开关单元130、降压转换器140、第二开关单元150、电池160以及控制器170。

首先，下面将简要描述可以包括在车辆100A中的燃料电池的示例，但是本公开不限于包括在车辆100A中的燃料电池的任何具体形式。

燃料电池可以是例如作为用于驱动车辆的电源已经被最广泛地研究的聚合物电解质膜燃料电池(或质子交换膜燃料电池)(PEMFC)。燃料电池可以包括电池堆110。

电池堆110可以包括沿第一方向彼此堆叠的多个单元电池。每个单元电池可以生成0.6伏至1.0伏的电，平均0.7伏的电。单元电池的数量可以根据将在燃料电池中生成的电力的大小来确定。

参考图1，升压转换器120响应于第一控制信号C1旁路在电池堆110中生成并且从其输出的电压(在下文中，称为“堆电压”)或转换堆电压的电平并且输出该电平。堆电压与电池堆110的正极侧的输出端子(图4或图5所示的PO)与电池堆110的负极侧的输出端子(图4或图5所示的NO)之间的电势差相对应。在下文中，为便于描述，将从升压转换器120输出的电压称为“第一电压”。

第一控制信号C1可以由控制器170生成。当在电池160中所充的电压的电平尚未达到堆电压的电平时，控制器170生成第一控制信号C1，使得升压转换器120旁路堆电压。

可选地，当在电池160中所充的电压的电平达到堆电压的电平时，控制器170执行控制，使得升压转换器120转换直流式堆电压的电平并且输出具有所转换的电平的直流式电压。例如，升压转换器120可以是对堆电压进行升压并且输出升压后的电压作为第一电压的直流/直流转换器。在这种情况下，升压转换器120可以将堆电压的电平增加至电池160所需的电平或稍后将参考图4和图5描述的负载级180所需的电平。

为了执行上述操作，控制器170可以检查在电池160中所充的电压的电平并且可以根据检查结果生成第一控制信号C1。

第一开关单元130可以响应于第一开关信号S1而切换为接通，并且可以形成主路径MCP以将从升压转换器120输出的第一电压供应至电池160。第一开关信号S1可以由控制器170生成。当在电池160中所充的电压的电平尚未达到堆电压的电平时，控制器170可以生成第一开关信号S1以将第一开关单元130切换为关断，使得不形成主路径MCP。可选地，当在电池160中所充的电压的电平达到堆电压的电平时，控制器170可以生成第一开关信号S1以将第一开关单元130切换为接通，使得形成主路径MCP。即，当第一开关单元130切换为接通时，可以形成主路径MCP，通过该主路径MCP电流能够从升压转换器120流至电池160。

为了执行上述操作，控制器170可以检查在电池160中所充的电压的电平并且可以根据检查结果生成第一开关信号S1。

降压转换器140响应于第二控制信号C2转换从升压转换器120输出的第一电压的电平并且将其输出至电池160。在下文中，为了便于描述，将从降压转换器140输出的电压称为“第二电压”。

第二控制信号C2可以由控制器170生成。当在电池160中所充的电压的电平尚未达到堆电压的电平时，控制器170可以生成第二控制信号C2，使得降压转换器140转换从升压转换器120旁路的堆电压的电平。可选地，当在电池160中所充的电压的电平达到堆电压的电平时，控制器170通过第二控制信号C2停止降压转换器140的操作。

升压转换器120可以增加堆电压的电平，而降压转换器140可以降低第一电压的电平。

为了执行上述操作，控制器170可以检查在电池160中所充的电压的电平并且可以根据检查结果生成第二控制信号C2。

第二开关单元150可以响应于第二开关信号S2而被切换并且可以形成旁路路径BCP以将从降压转换器140输出的第二电压供应至电池160。第二开关信号S2可以由控制器170生成。当在电池160中所充的电压的电平尚未达到堆电压的电平时，控制器170可以生成第二开关信号S2以将第二开关单元150切换为接通，使得形成旁路路径BCP。可选地，当在电池160中所充的电压的电平达到堆电压的电平时，控制器170可以生成第二开关信号S2以将第二开关单元150切换为关断，使得不形成旁路路径BCP。即，当第二开关单元150切换为接通时，可以形成旁路路径BCP，通过该旁路路径BCP电流能够从升压转换器120流至电池160。

为了执行上述操作，控制器170可以检查在电池160中所充的电压的电平并且可以根据检查结果生成第二开关信号S2。

如上所述，当第一开关单元130切换为接通时，第二开关单元150切换为关断，并且当第一开关单元130切换为关断时，第二开关单元150切换为接通。因此，控制器170可以生成第一开关信号S1和第二开关信号S2，使得第一开关单元130和第二开关单元150被交替切换。

根据实施方式，降压转换器140的额定功率(在下文中，称为“第二额定功率”)低于升压转换器120的额定功率(在下文中，称为“第一额定功率”)。

在电池160中所充的电压的电平尚未达到堆电压的电平的状态下，当由具有高额定功率的升压转换器120生成的电流流过主路径MCP时，升压转换器120的内部元件或电池160可能被损坏。稍后将参考图4对此进行详细描述。

然而，根据实施方式，在电池160中所充的电压的电平尚未达到堆电压的电平的状态下，电流通过由具有低额定功率的降压转换器140和第二开关单元150形成的旁路路径BCP流至电池160，而不是流过主路径MCP，从而可以防止升压转换器120和电池160被损坏。

根据实施方式，第二额定功率可以是第一额定功率的5％至10％，但是本公开不限于此。

另外，与降压转换器140一起形成旁路路径BCP的第二开关单元150的额定功率(在下文中，称为“第三额定功率”)可以是第一额定功率的5％至10％。

另外，第二额定功率和第三额定功率中的每一个额定功率可以根据在电池160中所充的电压的电平达到堆电压的电平所需的时间(或时间段)来确定。

图2是示例性地示出在电池160中所充的电压VC的电平达到堆电压的电平VS所花费的时间的曲线图，其中，水平轴表示时间，并且垂直轴表示在电池160中所充的电压VC的电平。

参考图2，在第一种情况310下，在电池160中所充的电压VC的电平达到堆电压的电平VS花费第一时间T1。在第二种情况320下，在电池160中所充的电压VC的电平达到堆电压的电平VS花费第二时间T2。

第二额定功率和第三额定功率的值可以增加，以使在电池160中所充的电压VC的电平更快地达到堆电压的电平VS。例如，在电池160中所充的电压VC的电平达到堆电压的电平VS花费第一时间T1的第一种情况下，第二额定功率和第三额定功率中的每一个额定功率可以是第一额定功率的10％。在电池160中所充的电压VC的电平达到堆电压的电平VS花费第二时间T2的第二种情况下，第二额定功率和第三额定功率中的每一个额定功率可以是第一额定功率的5％。然而，本公开不限于第二额定功率和第三额定功率中的每一个额定功率与第一额定功率的任何具体比率。

图3是根据另一示例性实施方式的包括燃料电池的车辆100B的框图。

与图1所示的车辆100A相似，图3所示的车辆100B可以包括电池堆110、升压转换器120、第一开关单元130、降压转换器140、第二开关单元150、电池160以及控制器170。

然而，尽管图1所示的车辆100A被配置为使得第二开关单元150设置在降压转换器140与电池160之间，但是图3所示的车辆100B被配置为使得第二开关单元150设置在升压转换器120与降压转换器140之间。除了设置第二开关单元150的位置之外，图3所示的车辆100B与图1所示的车辆100A相同。即，图3所示的电池堆110、升压转换器120、第一开关单元130、降压转换器140、第二开关单元150、电池160以及控制器170分别与图1所示的电池堆110、升压转换器120、第一开关单元130、降压转换器140、第二开关单元150、电池160以及控制器170相对应，并且因此将省略其重复描述。

在下文中，将参考图4描述图1所示的包括燃料电池的车辆100A的实现方式的示例。

图4是根据图1所示的车辆100A的示例性实施方式的电路图。

图4所示的车辆100A可以包括电池堆110、升压转换器120A、第一开关单元130A、降压转换器140A、第二开关单元150A、电池160以及控制器170A。图4所示的电池堆110、升压转换器120A、第一开关单元130A、降压转换器140A、第二开关单元150A、电池160以及控制器170A分别执行与图1所示的电池堆110、升压转换器120、第一开关单元130、降压转换器140、第二开关单元150、电池160以及控制器170相同的功能，并且因此将省略其重复描述。

此外，图4所示的升压转换器120A、第一开关单元130A、降压转换器140A、第二开关单元150A以及控制器170A与图1所示的升压转换器120、第一开关单元130、降压转换器140、第二开关单元150以及控制器170的相应实施方式相对应。

升压转换器120A可以包括第一电容器CA1和第二电容器CA2、第一电感器L1、第一二极管D1以及第一半导体开关。

第一电容器CA1可以设置在电池堆110的正极侧的输出端子PO与电池堆110的负极侧的输出端子NO之间。

第一电感器L1具有连接至电池堆110的正极侧的输出端子PO的一端和连接至第一二极管D1的正极的另一端。即，第一电感器L1设置在电池堆110的正极侧的输出端子PO与第一二极管D1的正极之间。

第一二极管D1具有连接至第一电感器L1的另一端的正极。

第二电容器CA2可以设置在第一二极管D1的负极与电池堆110的负极侧的输出端子NO之间。

第一电容器CA1和第二电容器CA2是平滑电容器。

第一半导体开关可以响应于第一控制信号C1而切换为接通或关断，并且可以在设置在第一二极管D1的正极与电池堆110的负极侧的输出端子NO之间的同时连接至第一二极管D1的正极与电池堆110的负极侧的输出端子NO。

第一半导体开关可以实现为绝缘栅双极晶体管(IGBT)或场效应晶体管(FET)。例如，如图4所示，第一半导体开关可以实现为第一晶体管SS1。第一晶体管SS1可以包括连接至第一控制信号C1的栅极G、连接至第一二极管D1的正极的漏极D以及连接至电池堆110的负极侧的输出端子NO的源极S。

下面将描述具有上述配置的升压转换器120A的操作。

当在电池160中所充的电压的电平低于堆电压的电平并且因此期望形成旁路路径BCP时，作为第一半导体开关的第一晶体管SS1可以响应于从控制器170A输出的第一控制信号C1而关断，并且电流可以沿由箭头CP指示的方向流动。另一方面，当在电池160中所充的电压的电平达到堆电压的电平并且因此期望形成主路径MCP时，作为第一半导体开关的第一晶体管SS1可以响应于从控制器170A输出的第一控制信号C1而接通，并且可以执行对堆电压进行升压的操作。

第一开关单元130A可以包括第一开关132和第二开关134。

第一开关132可以设置在第一二极管D1的负极与电池160的正极侧的输入端子PI之间，并且可以响应于第1-1开关信号S11而切换为接通或关断。

第二开关134可以设置在电池堆110的负极侧的输出端子NO与电池160的负极侧的输入端子NI之间，并且可以响应于第1-2开关信号S12而切换为接通或关断。

第一开关132和第二开关134可以同时切换为接通，或可以同时切换为关断。因此，第1-1开关信号S11和第1-2开关信号S12可以是相同的信号。这里，第1-1开关信号S11和第1-2开关信号S12中的每一个开关信号与上述第一开关信号S1相对应。

降压转换器140A可以包括第二电感器L2、第二半导体开关以及第二二极管D2。

第二电感器L2可以包括经由第二开关单元150A连接至电池160的正极侧的输入端子PI的一端和连接至第二二极管D2的负极的另一端。即，第二电感器L2可以设置在电池160的正极侧的输入端子PI与第二二极管D2的负极之间。另外，第二电感器L2可以连接至电池160的正极侧的输入端子PI和第二二极管D2的负极。

第二半导体开关可以响应于第二控制信号C2而切换为接通或关断，并且可以在设置在第一二极管D1的负极与第二电感器L2的另一端之间的同时连接至第一二极管D1的负极与第二电感器L2的另一端。与第一半导体开关相似，第二半导体开关还可以实现为IGBT或FET。例如，如图4所示，第二半导体开关可以实现为第二晶体管SS2。第二晶体管SS2可以包括连接至第二控制信号C2的栅极G、连接至第一二极管D1的负极的漏极D以及连接至第二电感器L2的另一端(即，第二二极管D2的负极)的源极S。

第二二极管D2可以包括连接至第二电感器L2的另一端的负极和连接至电池堆110的负极侧的输出端子NO的正极。

下面将描述具有上述配置的降压转换器140A的操作。

当在电池160中所充的电压的电平低于堆电压的电平并且因此期望形成旁路路径BCP时，作为第二半导体开关的第二晶体管SS2可以响应于从控制器170A输出的第二控制信号C2而接通。

另一方面，当在电池160中所充的电压的电平达到堆电压的电平并且因此期望形成主路径MCP时，作为第二半导体开关的第二晶体管SS2可以响应于从控制器170A输出的第二控制信号C2而关断。

如上所述，当形成主路径MCP时，可以不形成旁路路径BCP，并且当不形成主路径MCP时，可以形成旁路路径BCP。

升压转换器120和120A的第一额定功率高于降压转换器140和140A的第二额定功率的事实是指包括在升压转换器120A中的第一电感器L1和第一二极管D1耐受比包括在降压转换器140A中的第二电感器L2和第二二极管D2更高的电流而不被损坏。例如，第二电感器L2和第二二极管D2可以仅能够耐受第一电感器L1和第一二极管D1可以能够耐受的电流的电平的约5％至10％。

第二开关单元150A可以包括第三开关152和第四开关154。

第三开关152可以设置在第二电感器L2的一端与电池160的正极侧的输入端子PI之间，并且可以响应于第2-1开关信号S21而切换为接通或关断。

第四开关154可以设置在第二二极管D2的正极与电池160的负极侧的输入端子NI之间，并且可以响应于第2-2开关信号S22而切换为接通或关断。

第三开关152和第四开关154可以同时切换为接通，或可以同时切换为关断。因此，第2-1开关信号S21和第2-2开关信号S22可以是相同的信号。第2-1开关信号S21和第2-2开关信号S22中的每一个开关信号与上述第二开关信号S2相对应。

升压转换器120和120A的第一额定功率高于第二开关单元150A的第三额定功率的事实是指包括在升压转换器120A中的第一电感器L1和第一二极管D1能够耐受比包括在第二开关单元150A中的第三开关152和第四开关154更高的电流而不被损坏。例如，第三开关152和第四开关154可以仅能够耐受第一电感器L1和第一二极管D1可以能够耐受的电流的电平的约5％至10％。

在下文中，将参考图5描述图3所示的包括燃料电池的车辆100B的实现方式的示例。

图5是根据图3所示的车辆100B的示例性实施方式的电路图。

图5所示的车辆100B可以包括电池堆110、升压转换器120A、第一开关单元130A、降压转换器140A、第二开关单元150B、电池160以及控制器170A。

尽管图4所示的车辆100A被配置为使得第二开关单元150A设置在降压转换器140A与电池160之间，但是图5所示的车辆100B被配置为使得第二开关单元150B设置在升压转换器120A与降压转换器140A之间。除了该差异之外，图5所示的车辆100B与图4所示的车辆100A相同，并且因此将省略其重复描述。因此，下面将仅描述设置在与图4所示位置不同的位置处的图5所示的第二开关单元150B。

第二开关单元150B可以包括第五开关156和第六开关158。

第五开关156可以设置在第一二极管D1的负极与作为第二半导体开关的第二晶体管SS2的漏极D之间，并且可以响应于第2-1开关信号S21而切换为接通或关断。

第六开关158可以设置在电池堆110的负极侧的输出端子NO与第二二极管D2的正极之间，并且可以响应于第2-2开关信号S22而切换为接通或关断。

第五开关156和第六开关158可以同时切换为接通，或同时切换为关断。因此，第2-1开关信号S21和第2-2开关信号S22可以是相同的信号。第2-1开关信号S21和第2-2开关信号S22中的每一个开关信号与上述第二开关信号S2相对应。

包括在图4和图5所示的第一开关单元130A中的第一开关132和134、包括在图4所示的第二开关单元150A中的第三开关152和第四开关154或包括在图5所示的第二开关单元150B中的第五开关156和第六开关158中的至少一个开关可以包括继电器、半导体开关或二极管。然而，本公开不限于第一开关至第六开关132、134、152、154、156以及158中的每一个开关的任何具体形式。

例如，当从控制器170和170A供应具有“高”电平(例如，12伏)的第一开关信号S1时，第一开关132和第二开关134中的每一个开关可以切换为接通，并且当从控制器170和170A供应具有“低”电平(例如，0伏)的第一开关信号S1时，第一开关132和第二开关134中的每一个开关可以切换为关断。

此外，当从控制器170和170A供应具有“高”电平(例如，12伏)的第二开关信号S2时，第三开关至第六开关152、154、156以及158中的每一个开关可以切换为接通，并且当从控制器170和170A供应具有“低”电平(例如，0伏)的第二开关信号S2时，第三开关至第六开关152、154、156以及158中的每一个开关可以切换为关断。

如图4和图5所示，根据实施方式的包括燃料电池的车辆100A和100B可以进一步包括负载级180。

当第一开关单元130A切换为接通以形成主路径MCP时，负载级180可以连接至主路径MCP以接收从升压转换器120A输出的第一电压。可选地，不管第一开关单元130A形成主路径MCP，负载级180都可以接收在电池160中所充的电压。

例如，负载级180可以包括逆变器182和电动机184。

逆变器182连接至电池160的正极侧的输入端子PI和电池160的负极侧的输入端子NI。逆变器182将供应给逆变器的直流式第一电压或在电池160中所充的直流式电压转换为交流式电压，并且根据车辆100A和100B的驱动状态将交流式电压输出至电动机184。

电动机184可以响应于从逆变器182输出的交流式电压而被驱动。即，电动机184可以通过从逆变器182接收电动机的交流式电压而旋转，并且可以推进车辆100A和100B。例如，电动机184可以是包括其中嵌入有永磁体的转子的三相AC旋转装置。然而，本公开不限于电动机184的任何具体形式。

另外，尽管未示出，但是车辆100A和100B的负载级180可以包括用于驱动车辆所需的组件，诸如电动机驱动动力转向(MDPS)、散热器风扇、前灯等。可以通过接收第一电压或在电池160中所充的电压作为驱动电压来驱动包括在负载级180中的各种负载中的每一个负载。

在下文中，将参考所附附图描述在上述包括燃料电池的车辆100A和100B中执行的根据示例性实施方式的电池充电方法。

图6是示出根据示例性实施方式的电池充电方法200的流程图。

可以在图1、图3、图4或图5所示的车辆100A和100B中执行根据图6所示的实施方式的电池充电方法200，但是本公开并不限于此。即，根据另一示例性实施方式，也可以在具有与图1、图3、图4或图5所示的车辆100A和100B不同的配置的包括燃料电池的车辆中执行根据图6所示的实施方式的电池充电方法200。

可选地，图1、图3、图4或图5所示的车辆100A和100B的控制器170和170A可以执行根据图6所示的实施方式的电池充电方法200，但是本公开不限于此。即，根据另一示例性实施方式，图1、图3、图4或图5所示的车辆100A和100B的控制器170和170A可以执行具有与根据图6所示的实施方式的电池充电方法200不同的过程的电池充电方法。

首先，检查在电池160中所充的电压的电平(步骤210)。

在步骤210之后，确定所检查的在电池160中所充的电压的电平是否已经达到堆电压的电平(步骤220)。

如果所检查的在电池160中所充的电压的电平尚未达到堆电压的电平，则形成旁路路径BCP以将通过转换从升压转换器120和120A旁路的第一电压的电平而形成的第二电压供应至电池160(步骤230)，并且程序返回至步骤220。为此，在确定所检查的在电池160中所充的电压的电平尚未达到堆电压的电平时，控制器170和170A使用第一开关信号S1将第一开关单元130和130A切换为关断，并且使用第二开关信号S2将第二开关单元150、150A以及150B切换为接通。

另一方面，如果所检查的在电池160中所充的电压的电平已经达到堆电压的电平，则形成主路径MCP以将第一电压供应至电池160(步骤240)，第一电压的电平由升压转换器120和120A转换。为此，在确定所检查的在电池160中所充的电压的电平已经达到堆电压的电平时，控制器170和170A使用第一开关信号S1将第一开关单元130和130A切换为接通，并且使用第二开关信号S2将第二开关单元150、150A以及150B切换为关断。

通常，车辆包括各种电子控制单元(ECU)。ECU是具有能够执行用于车辆的各种功能的软件的计算机。根据上述实施方式的电池充电方法200可以由ECU执行。

其上记录有在包括燃料电池的车辆100A和100B中执行的用于执行电池充电方法200的程序的记录介质可以存储有这样的程序，即，用于实现确定在电池160中所充的电压的电平是否已经达到堆电压的电平的功能；当在电池中所充的电压的电平尚未达到堆电压的电平时，形成旁路路径以将第二电压供应至电池160的功能；以及当在电池中所充的电压的电平达到堆电压的电平时，形成主路径以将第一电压供应至电池160的功能。记录介质可以由计算机读取。

计算机可读记录介质包括其中存储了可以由计算机系统读取的数据的所有类型的记录装置。计算机可读记录介质的示例可以包括ROM、RAM、CD-ROM、磁带、软盘以及光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在网络耦接的计算机系统中，使得计算机可读代码由例如处理器以分布式方式存储和执行。另外，本公开所属技术领域的编程人员可以容易地设计用于实现电池充电方法的功能程序、代码以及代码片段。

根据本公开的示例性实施方式的上述控制器可以是处理器(例如，计算机、微处理器、CPU、ASIC、电路、逻辑电路等)。控制器可以由存储例如程序、软件指令再现算法等的非暂时性存储器和被配置为执行程序、软件指令再现算法等的处理器来实现，该程序、软件指令再现算法等在被执行时控制车辆的各种组件的操作。此处，存储器和处理器可以实现为单独的半导体电路。可选地，存储器和处理器可以实现为单个集成半导体电路。处理器可以包含一个或多个处理器。

在下文中，将描述根据比较示例的车辆以及根据实施方式的车辆100A和100B。

假设根据第一比较示例的车辆与根据实施方式的车辆100A和100B相同，但是其不包括图1、图3、图4以及图5所示的降压转换器或第二开关单元。

在根据第一比较示例的车辆中，第一半导体开关SS1在升压转换器120和120A中处于关断状态，直至在电池160中所充的电压的电平达到堆电压的电平，并且因此电流沿由箭头CP指示的方向流过第一二极管D1，如图4所示。在这种情况下，在升压转换器120和120A短路的状态下，非常大电平的电流可以沿由箭头CP指示的方向流动。因此，在根据第一比较示例的车辆的情况下，升压转换器120和120A的内部元件CA1、L1、D1以及CA2(尤其是第一二极管D1)可能被烧坏，并且电池160可能被损坏。

另一方面，在根据实施方式的车辆100A和100B中，直至在电池160中所充的电压的电平达到堆电压的电平，在升压转换器120和120A短路的状态下，使得非常大电平的电流沿由箭头CP指示的方向流过由降压转换器140和140A以及第二开关单元150、150A和150B形成的旁路路径BCP。在这种情况下，当使得电流流过由降压转换器140和140A(具有比升压转换器120和120A的第一额定功率更低的第二额定功率)以及第二开关单元150、150A和150B(具有比升压转换器120和120A的第一额定功率更低的第三额定功率)形成的旁路路径BCP时，可以防止升压转换器120和120A的内部元件CA1、L1、D1以及CA2(尤其是第一二极管D1)被烧坏，并且防止电池160被损坏。

图7是根据第二比较示例的车辆10的框图。

根据图7所示的第二比较示例的车辆10包括电池堆12、升压转换器20、第一开关单元30、降压转换器40、电池60以及控制器70。这里，假设电池堆12、升压转换器20、第一开关单元30、降压转换器40、电池60以及控制器70分别执行与根据本公开的示例性实施方式的车辆100A和100B的电池堆110、升压转换器120、第一开关单元130、降压转换器140、电池160以及控制器170相同的功能并且具有相同的配置。因此，图7所示的第一控制信号C1和第二控制信号C2以及第一开关信号S1分别执行与图4和图5所示的第一控制信号C1和第二控制信号C2以及第一开关信号S1相同的功能。

在根据具有上述配置的第二比较示例的车辆10的情况下，降压转换器40设置在第一开关单元30与电池60之间，以防止电池60与升压转换器20的内部元件在电池60中所充的电压尚未达到堆电压的状态下被损坏。

然而，在根据第二比较示例的车辆10的情况下，降压转换器40设置在将来自电池堆12的电力充电至电池60的路径中。因此，当利用电力对电池60进行充电时，电力不可避免地流过降压转换器40，这可能导致电力充电效率下降。

另一方面，在根据实施方式的车辆100A和100B的情况下，如图4和图5所示，图7所示的降压转换器40不存在于将来自电池堆110的电力充电至电池160的路径中，从而与第二比较示例相比表现出改进的电力充电效率。

另外，在根据第二比较示例的车辆10的情况下，将驱动电力从电池堆12传输至负载级(未示出)的过程可以与根据实施方式的车辆100A和100B中的过程相同。然而，在根据第二比较示例的车辆10的情况下，降压转换器40设置在将驱动电力从电池60传输至负载级(未示出)的路径中。因此，当将在电池60中所充的电力供应至负载级时，该电力不可避免地流过降压转换器40，这可能导致充电电力的利用效率降低。

另一方面，在根据实施方式的车辆100A和100B的情况下，如图4和图5所示，将在电池160中所充的电力直接供应至负载级180，而不是通过降压转换器40，从而与第二比较示例相比表现出改进的充电电力的利用效率。

从以上描述显而易见，在包括燃料电池的车辆、用于车辆的电池充电方法以及其中记录有用于执行根据实施方式的方法的程序的记录介质的情况下，在电池中所充的电压的电平尚未达到堆电压的电平的状态下，使得电流通过由降压转换器(具有比升压转换器的额定功率更低的额定功率)和第二开关单元形成的旁路路径流至电池，从而防止对升压转换器和电池的损坏。

另外，在包括燃料电池的车辆、用于车辆的电池充电方法以及其中记录有用于执行根据实施方式的方法的程序的记录介质的情况下，与第二比较示例不同，降压转换器未设置在将来自电池堆的电力供应至电池的路径中，从而与第二比较示例相比表现出改进的电力充电效率。

另外，在包括燃料电池的车辆、用于车辆的电池充电方法以及其中记录有用于执行根据实施方式的方法的程序的记录介质的情况下，与第二比较示例不同，将在电池中所充的电力直接供应至负载级，而不是通过降压转换器，从而与第二比较示例相比表现出改进的充电电力的利用效率。

上述各种实施方式可以彼此组合而不脱离本公开的范围，除非它们彼此相反。另外，对于未详细描述的任何各种实施方式的任何元件，可以参考在另一实施方式中具有相同参考数字的元件的描述。

尽管已经参考本公开的示例性实施方式具体示出和描述了本公开，但是仅出于说明性目的提出了这些实施方式，并且并不限制本公开，并且对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本文所阐述的实施方式的本质特征的情况下，可以做出形式和细节上的各种改变。例如，可以修改和应用实施方式中所阐述的相应配置。此外，这样的修改和应用的差异不应被视为落在由所附权利要求限定的本公开的范围内。

Claims (19)

1.一种包括燃料电池的车辆，所述车辆包括：

电池；

电池堆，包括彼此堆叠的多个单元电池；

升压转换器，被配置为响应于第一控制信号旁路从所述电池堆输出的堆电压或转换所述堆电压的电平并且输出所旁路或所转换的堆电压作为第一电压，所述升压转换器具有第一额定功率；

第一开关单元，被配置为响应于第一开关信号而被切换以形成主路径以将所述第一电压供应至所述电池；

降压转换器，被配置为响应于第二控制信号转换所述第一电压的电平并且将所转换的第一电压作为第二电压输出至所述电池，所述降压转换器具有比所述升压转换器的所述第一额定功率更低的第二额定功率；

第二开关单元，被配置为响应于第二开关信号而被切换以形成旁路路径以将所述第二电压供应至所述电池；以及

控制器，被配置为检查在所述电池中所充的电压的电平并且响应于检查在所述电池中所充的所述电压的电平的结果生成所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第一开关信号以及所述第二开关信号。

2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述第二额定功率是所述第一额定功率的5％至10％。

3.根据权利要求2所述的车辆，其中，所述第二开关单元具有第三额定功率；并且

其中，所述第三额定功率是所述第一额定功率的5％至10％。

4.根据权利要求3所述的车辆，其中，所述第二额定功率和所述第三额定功率中的每一个额定功率根据在所述电池中所充的所述电压的电平达到所述堆电压的电平所需的时间来确定。

5.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述第二开关单元设置在所述升压转换器与所述降压转换器之间。

6.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述第二开关单元设置在所述升压转换器与所述电池之间。

7.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器生成所述第一开关信号和所述第二开关信号，使得所述第一开关单元和所述第二开关单元被交替切换。

8.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述升压转换器包括：

第一电容器，设置在所述电池堆的正极侧的输出端子与所述电池堆的负极侧的输出端子之间；

第一电感器，包括连接至所述电池堆的所述正极侧的所述输出端子的一端；

第一二极管，包括连接至所述第一电感器的另一端的正极；

第二电容器，设置在所述第一二极管的负极与所述电池堆的所述负极侧的所述输出端子之间；以及

第一半导体开关，被配置为响应于所述第一控制信号而切换为接通或关断；

其中，所述第一半导体开关连接至所述第一二极管的所述正极和所述电池堆的所述负极侧的所述输出端子并且设置在所述正极与所述负极侧的所述输出端子之间；并且

其中，所述控制器生成所述第一控制信号，使得所述第一半导体开关切换为关断以形成所述旁路路径，或使得所述第一半导体开关切换为接通以形成所述主路径。

9.根据权利要求8所述的车辆，其中，所述第一开关单元包括：

第一开关，设置在所述第一二极管的所述负极与所述电池的正极侧的输入端子之间，并且被配置为响应于所述第一开关信号而被切换；以及

第二开关，设置在所述电池堆的所述负极侧的所述输出端子与所述电池的负极侧的输入端子之间，并且被配置为响应于所述第一开关信号而被切换。

10.根据权利要求9所述的车辆，其中，所述第一开关单元的所述第一开关和所述第二开关中的每一个开关包括继电器、半导体开关或二极管。

11.根据权利要求8所述的车辆，其中，所述降压转换器包括：

第二电感器，包括连接至所述电池的正极侧的输入端子的第一侧；

第二半导体开关，被配置为响应于所述第二控制信号而切换为接通或关断，其中，所述第二半导体开关设置在所述第一二极管的所述负极与所述第二电感器的第二侧之间；以及

第二二极管，包括连接至所述第二电感器的所述第二侧的负极和连接至所述电池堆的所述负极侧的所述输出端子的正极；

其中，所述控制器生成所述第二控制信号，使得所述第二半导体开关切换为接通以形成所述旁路路径，或使得所述第二半导体开关切换为关断以形成所述主路径。

12.根据权利要求11所述的车辆，其中，所述第二开关单元包括：

第三开关，设置在所述第二电感器的所述第一侧与所述电池的所述正极侧的所述输入端子之间，并且被配置为响应于所述第二开关信号而被切换；以及

第四开关，设置在所述第二二极管的所述正极与所述电池的负极侧的输入端子之间，并且被配置为响应于所述第二开关信号而被切换。

13.根据权利要求12所述的车辆，其中，所述第二开关单元的所述第三开关和所述第四开关中的每一个开关包括继电器、半导体开关或二极管。

14.根据权利要求11所述的车辆，其中，所述第二开关单元包括：

第五开关，设置在所述第一二极管的所述负极与所述第二半导体开关之间，并且被配置为响应于所述第二开关信号而被切换；以及

第六开关，设置在所述电池堆的所述负极侧的所述输出端子与所述第二二极管的所述正极之间，并且被配置为响应于所述第二开关信号而被切换。

15.根据权利要求14所述的车辆，其中，所述第二开关单元的所述第五开关和所述第六开关中的每一个开关包括继电器、半导体开关或二极管。

16.根据权利要求1所述的车辆，进一步包括：

负载级，连接至所述主路径并且被配置为接收所述第一电压或接收在所述电池中所充的所述电压。

17.根据权利要求16所述的车辆，其中，所述负载级包括：

逆变器，连接至所述电池的正极侧的输入端子和所述电池的负极侧的输入端子，所述逆变器被配置为将以直流形式供应给所述逆变器的所述第一电压转换为交流式第一电压或将以直流形式在所述电池中所充的所述电压转换为交流式第二电压；以及

电动机，被配置为响应于所述交流式第一电压或所述交流式第二电压而被驱动。

18.一种用于车辆的电池充电方法，所述车辆包括：电池；电池堆，包括彼此堆叠的多个单元电池；升压转换器，被配置为旁路从所述电池堆输出的堆电压或转换所述堆电压的电平并且输出所旁路或所转换的堆电压作为第一电压；以及降压转换器，被配置为转换所述第一电压的电平并且输出所转换的第一电压作为第二电压，所述降压转换器具有比所述升压转换器的额定功率更低的额定功率，所述方法包括：

检查在所述电池中所充的电压的电平；

当所检查的在所述电池中所充的所述电压的电平尚未达到所述堆电压的电平时，形成旁路路径以将通过转换从所述升压转换器旁路的所述堆电压的电平而形成的所述第二电压供应至所述电池；并且

当在所述电池中所充的所述电压的电平达到所述堆电压的电平时，形成主路径以将具有通过所述升压转换器转换的电平的所述第一电压供应至所述电池。

19.一种非暂时性计算机可读记录介质，所述非暂时性计算机可读记录介质中记录有用于执行用于车辆的电池充电方法的程序，所述车辆包括：电池堆，包括彼此堆叠的多个单元电池；升压转换器，被配置为旁路从所述电池堆输出的堆电压或转换所述堆电压的电平并且输出所旁路或所转换的堆电压作为第一电压；电池，被配置为利用从所述升压转换器输出的所述第一电压进行充电；以及降压转换器，被配置为转换所述第一电压的电平并且输出所转换的第一电压作为第二电压，所述降压转换器具有比所述升压转换器的额定功率更低的额定功率，

其中，当由处理器执行时，所述程序使所述处理器：

检查在所述电池中所充的电压的电平；

当所检查的在所述电池中所充的所述电压的电平尚未达到所述堆电压的电平时，形成旁路路径以将通过转换从所述升压转换器旁路的所述堆电压的电平而形成的所述第二电压供应至所述电池；并且

当在所述电池中所充的所述电压的电平达到所述堆电压的电平时，形成主路径以将具有通过所述升压转换器转换的电平的所述第一电压供应至所述电池。

Images