CN113195298A - 电动机动车辆的电池的充电 - Google Patents

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Abstract

一种与外部电气源联接的机动车辆中的电气能量管理方法，所述方法包括建立所述车辆的电气网络与所述外部电气源的联结，所述车辆的牵引电池以及所述车辆的电气功率消耗器组与所述电气网络联结，所述方法还包括实施至少在第一模式(M1)、第二模式(M2)和第三模式(M3)之中的能量管理模式，在所述第一模式中，所述牵引电池从所述外部电气源接收可用电气功率，在所述第二模式中，所述电池的充电状态被保持以用于之后的使用，在所述第三模式中，所述牵引电池补偿与所述外部电气源的联结的任何不足，以覆盖所述消耗器组的需求。

Description

电动机动车辆的电池的充电
技术领域
本发明涉及配备有通过外部电气网络充电的充电功能的电动机动车辆电池的充电领域。
背景技术
因此，本发明关注完全电动车辆，所述完全电动车辆具备一个或多个电气发动机和为所述电气发动机供电的牵引电池，并且本发明关注可充电混合动力车辆，所述可充电混合动力车辆同时具备热力发动机和电气发动机，该电气发动机由牵引电池供电，该牵引电池能够在纯电动模式下为车辆提供相当长的续航里程，例如大约为10至60km。在这些可充电混合动力车辆之中，在本发明的框架下，本发明不仅关注热力发动机与或能够与车轴联结以用于牵引的可充电混合动力车辆，而且关注热力发动机用于通过续航拓展机构在行进期间为电池充电的可充电混合动力车辆。在所有这些车辆中，所述牵引电池供应的电压通常高于100V，且通常大约为200V至400V，并且所述发动机或每个牵引电气发动机都在该电压下被供电。
在这些可充电的电动或混合动力车辆上，牵引电池通常是装配有电池管理模块BMS(Battery Management System)的锂电池，对该牵引电池的充电可在停车时通过有线连接实施，所述车辆的电气网络通过该有线连接与能量源联结，所述能量源通常是在给定地面土地(territoire terrestre)上的能量供应商的电气网络。所述充电还可始终在停车时并且在相同的原理下通过感应系统无有线联结地实施，该感应系统能够通过磁现象始终从与能量源联接的接线柱朝向所述机动车辆的内部电气网络传输功率。
在这种背景下，本发明涉及电池管理系统BMS(Battery Management System)的控制领域，并且与和车辆外部电气网络进行交互的交互功能相关联。
独立于与外部电气网络进行交互的交互功能，电池管理系统BMS(BatteryManagement System)可能需根据车辆的电气消耗器(例如空调压缩机甚至例如用于为车辆的乘客舱进行预调节的车载热泵(可逆空调))的需求状况来考虑牵引电池在极端天气下(外部温度非常冷或非常热，需要加热或冷却)的温度管理系统、又或伺服电池的充电或负载保持，所述伺服电池例如为12V的传统铅电池以用于为车辆的多个已知设备(例如收音机、乘客舱照明装置、前灯或雨刮器发动机)供电。
已知通过外部电气网络操控牵引电池的充电，并且不考虑通常专用于电池管理系统BMS(Battery Management System)的这些其它任务。因此，当正在借助于外部电气网络对牵引电池充电时，不存在对可用能量的集中管理。
注意到，在某个情况下，所述机动车辆面向于外部电气网络的可用功率尤其在家用插座上充电的情况下能够是相对微弱的。此外注意到，在一些情况中有利地提供了一种策略，使得机动车辆(更确切地其牵引电池)能够在对外部电网有很高要求的情况下相反地向该外部电气网络供应功率，该策略能够例如在温带至冷气候国家的冬季以及例如在炎热至极热气候国家的夏季减轻对该土地发电厂的极端需求。
从文件US2011/0282513_A1中已知一种方法，通过该方法，根据由车辆使用者限定的信号以有利于地面电气网络的方式实施牵引电池的充电或放电。这进一步使得不再通过与在配备有牵引电池的机动车辆中的其它电气功率消耗功能相关联的信息来调控牵引电池的充电功能。
发明内容
在这种背景下，本发明提供了一种与外部电气源联接的机动车辆中的电气能量传输管理方法，所述方法包括建立所述车辆的电气网络与所述外部电气源的联结状态，所述车辆的牵引电池以及所述车辆的电气功率消耗器组与所述电气网络联结。
所述方法还包括实施至少在第一模式、第二模式和第三模式之中的能量管理模式，在所述第一模式中，所述牵引电池从所述外部电气源并通过所述联结接收可用电气功率，在所述第二模式中，所述牵引电池的充电状态被保持以用于之后的使用，在所述第三模式中，所述牵引电池补偿与所述外部电气源的联结的任何不足，以覆盖所述消耗器组的需求。
有利地并且可选地：
所述外部电气源可以是地面土地电气网络，所述地面土地电气网络装配有在所述车辆外部的外部能量监控部件，并且第四模式也可用于所述实施，在所述第四模式中，所述牵引电池能够通过所述联结向所述外部电气网络供应电气功率；
可响应于由所述车辆的使用者或由所述车辆的监控器发送的至少一个需求而执行所述实施；
可响应于所述机动车辆的乘客舱的热力预调节的需求、所述牵引电池的充电需求或所述牵引电池的冷却或加热需求而执行所述实施；
可通过装载在所述机动车辆中的交流电至直流电的电气转换器的实施而执行联结的建立；
可通过所述机动车辆的充电插头、有线连接以及与所述外部电气源联接的充电接线柱的实施而执行联结的建立；
所述方法可包括通过朝向所述车辆的牵引电气发动机不由所述牵引电池供电并且所述车辆的电气网络不在与所述外部电气源联结的状态转换而退出联结状态，然后在第二时间朝向所述牵引电气发动机由所述牵引电池供电的状态切换。
管理模式可默认为所述第二模式。
本发明还提供了一种与外部电气源联接的机动车辆中的电气能量传输管理系统，所述系统实施管理方法，允许在所述模式中的任意两个之间的任何切换，而无需通过所述模式中的第三个。
本发明还提供了一种机动车辆，所述机动车辆包括电气能量传输管理系统，所述车辆是具有电气动力系统以及在停车时通过外部源可充电的牵引电池的车辆，或是具有电动和热力混合动力式动力系统以及在停车时通过外部源可充电的电池的车辆。
附图说明
通过阅读以下仅作为示出本发明实施方式的示例给出的说明和附图，本发明的其它目的、特征、细节和优点将更加清楚，在附图中：
-图1示出了根据本发明的车辆的电气架构。
-图2示出了车辆的不同状态以及这些状态之间的转换。
-图3示出了根据本发明的一个实施例的不同能量管理模式。
-图4示出了根据本发明的第二实施例的不同能量管理模式。
具体实施方式
在图1上，示出了机动车辆10的架构，该机动车辆与为电动车辆充电的固定充电接线柱类型的能量供应设备25联接，所述能量供应设备本身与地面土地电气网络RET联接，并且通过该地面土地电气网络供应交流电气功率。
机动车辆10包括：电气充电器11，所述电气充电器通常为交流电转直流电的转换器，或仅为用于直流电充电的连接器(不同的车辆设有两个类型的充电器，这两个类型的充电器根据所使用的供应交流电或直流电的充电接线柱可选地使用)；牵引电池12，所述牵引电池通常为锂电池或镍电池，并且装配有电池管理系统(BMS-“Battery ManagementSystem”)；以及电气能量消耗器13、14、15等(形成消耗器组)，其中例如包括空调压缩机，且至少一个特定的消耗器是牵引电气发动机MT，其在充电期间不被供电。
在绝对意义上，考虑到该示意图，可用于为牵引电池12充电的功率等于由能量供应设备25穿过该充电器11所供应的功率(充电器11和设备25构成车辆10的网络与地面电气网络RET的联结)并从中间减去由不同消耗器13、14、15等消耗的所有功率。
在该差值为负的假设下，所述结果不是可用于为牵引电池充电的功率，而是除了穿过与供应设备25联接的充电器11(联结)供应的能量之外，要求牵引电池为电气消耗器13、14、15等供应的功率。
此外，根据安全惯例明确了从充电器11运行的时刻起或简单地从机动车辆10与供应设备15联接起，牵引发动机MT熄灭。
在图2上，示出了机动车辆10的不同状态。
第一“非激活”状态El是车辆熄灭状态，其中，所述机动车辆的电气发动机被熄灭，并且所述车辆的充电器11也被熄灭，因此不供应任何功率至车载电气网络。
第二“联接”(插入)状态E2是以下状态：电气发动机MT也被熄灭，所述车辆处于停车状态，但电气充电器11运行，并且从地面土地电气网络RET向机动车辆10的车载电气网络传输能量，反之亦然。有线连接已被建立，又或在车辆停车时使用固定的感应式非接触充电设备。
在“非激活”状态El与“联接”状态E2之间的切换可双向实施。
第三“运动”状态E3对应于以下情况：牵引电气发动机MT运行，以便使机动车辆10前进或至少传输功率到驱动车轮组。
在该状态E3中，电气充电器11不工作，并且在地面土地电气网络RET与机动车辆10的车载电气网络之间无电气功率传输。尤其是，任何有线连接被去除。
在第一“非激活”状态El与第三“运动”状态E3之间的切换可双向实施。
相反，在第二“联接”状态E2与第三“运动”状态E3之间的切换仅从“运动”状态E3朝向“联接”状态E2的方向进行。实际上，未设置有从(尤其对应于充电的)第二“联接”状态E2直接转换至(尤其对应于道路行驶的)第三“运动”状态E3而不通过(车辆被熄灭的)第一“非激活”状态E1，这是出于人体工程学和安全性原因。
在图3上，示出了与电能供应设备15连接的机动车辆10的四个能量管理模式，所述机动车辆符合本发明的实施方式并且处于状态E2。
第一模式M1是“充电”模式，其中，允许并且保证对牵引电池12充电，并且，牵引电池12的充电水平需随着时间增加。
在该“充电”模式M1中，不允许所述牵引电池为消耗器13、14、15等供电的放电，同不允许所述牵引电池穿过该充电器11为地面土地电气网络供电的放电一样。消耗器13、14、15从地面电气网络RET接收功率。牵引电池12从地面电气网络RET接收面向于该地面电气网络可用的功率，该功率由消耗器13、14、15消耗的功率推导出，在一些变型中，这些消耗器的运行可根据优先级被或不被调控，所述优先级对于牵引电池12的是或不是尽可能快的充电而给出。
第二模式M2是“平衡”模式。在该模式中，牵引电池12的充电水平必须是不变的，因为对牵引电池12的充电和放电都不被允许。
因此，消耗器13、14、15等不由牵引电池12供电，并且地面土地电气网络RET不再能够接收来源于牵引电池12的功率。消耗器13、14、15接收地面电气网络RET的功率。通过禁止消耗器13、14、15的任何使用，或在一些变型中通过禁止消耗器13、14、15中的至少一些的任何使用，因而保持了牵引电池12的充电状态以用于之后的使用。
第三模式M3是“放电”模式，其中，不允许牵引电池12的充电，但相反，允许牵引电池12的有利于消耗器13、14、15的放电。因此，牵引电池12的充电状态水平仅能够随着时间下降。
在该“放电”模式M3中，如果地面电气网络RET不能够穿过电气充电器11向电气消耗器13、14、15等供应满足其需求的功率，可使用牵引电池12为这些电气消耗器等供电。但在用电高峰期间，牵引电池12不能够补偿地面土地电气网络RET的需求，因为所述联结(电气充电器11和/或供应设备25)不允许如此。
第四模式M4是“自由”模式。
在该模式中，允许牵引电池12的充电，也允许牵引电池12的放电。因此，根据状况，牵引电池12可使用于为消耗器13、14、15等供电或在消耗峰值的情况下为地面土地电气网络供电，而且还可尤其对于实施机动车辆行程而接收来源于所述地面土地电气网络的功率以增加其充电状态。
该“自由”模式M4的结果是，既不保证也不寻求牵引电池12的充电水平状态水平的单调变化。
对牵引电池12的充电状态的外部监控依靠于控制器20(图1)，该控制器能够是充电设备的外部操作者的控制器或能够是机动车辆10的所有者的物件，并且在任何情况下都位于所述车辆的外部，并且是非车载的。该自由模式M4在智能电网(smart grid)的背景下在智能充电的情况中特别有利。
明确了从模式M1至M4中的任何一个转为模式M1至M4中的任何另外一个在任何情况下都是可能的，并且在机动车辆10初始化的情况中，通常默认激活“平衡”模式M2。
根据机动车辆10的技术特性或机动车辆的由最终使用者限定的配置来选择从模式M1至M4的其中一个切转为模式M1至M4中的另一个的条件。
所述切换条件反映了由使用者以及由系统本身发送的需求。
因此，这些条件能够考虑到使用者为牵引电池12充电的意愿或是机动车辆10检测到牵引电池12的温度不足以最佳地使用所述车辆的传动链并且需要使用该电池的能量并借助于加热器(例如电阻加热器)为该电池增加温度的情况。
四个管理模式M1至M4旨在覆盖使用情况的任何可能的模式以最佳地管理该车辆的能量。
在充电模式M1中，由充电器11供应的电气能量对于为电池12充电的目的而言是最大的，由消耗器13、14、15等消耗的电气能量消耗在任何情况下都由穿过该充电器11的供应容量来限制，并且牵引电池12的充电状态将增加。
在“平衡”模式M2中，穿过该充电器11的电气能量供应由消耗器13、14、15等的电气消耗水平调节。这些消耗器13、14、15的电气能量消耗被限制为穿过该充电器11的最大供应容量(该容量取决于充电器11和供应设备15)。牵引电池12的充电水平是不变的以用于之后的行驶阶段，但该牵引电池被选择为不消耗地面电气网络RET的功率以用于为电池充电，尤其是为了减少相关的电费。
在“放电”管理模式M3中，充电器11的电气能量供应由消耗器13、14、15等的电气消耗来调节，但消耗器13、14、15等的能量消耗不被充电设备(充电器11和供应设备25)限制，因为所述能量消耗可利用牵引电池12，并且牵引电池12的充电水平或是不变的，或是随着时间下降。因此，消耗器13、14、15的运行未受限制(考虑到这些消耗器的尺寸，这些尺寸能够使这些消耗器由牵引电池12自然地供电)。牵引电池12补偿与地面电气网络RET的联结的任何不足，以覆盖所述消耗器的需求。
在“自由”管理模式M4中，执行外部监控以决定机动车辆10的电气能量供应，或有利于地面电气网络RET地从所述车辆获得能量。由消耗器13、14、15等的能量消耗由外部监控器或控制器20监控，并且牵引电池12的充电状态水平可根据状况向高或低变化。
根据图4所示的实施例，“自由”管理模式M4不存在或不可进入，这尤其是因为未设置成使所涉及的车辆模型能够在智能电网类型的使用下运行。因此，仅管理模式M1、M2和M3可进入。和上面一样，在将所述车辆的管理初始化为“联接”(通常为“插入”)状态E2的情况下，模式M2构成默认模式。在图4所示的实施例中，在三个模式之间的任何切换都是可能的。
本发明能够良好地管理牵引电池12的能量。通过使用一般模式(或宏观模式)简化了该能量管理，在这些模式中，保证了所述车辆的特定运行。这些模式能够以“联接”状态E2供应电气功率以用于牵引电池12的充电、所述车辆的乘客舱的热力预调节以及牵引电池12在热或冷的极端温度情况下的冷却或加热。在“联接”模式下，能够实施其它电气能量供应，例如对前灯又或使用者所使用的并接通在所述车辆的12V网络上的任何可拆卸工具的能量供应。
在四个模式M1至M4之间的切换构成与所描述的四个一般模式对应的四个状态的自动机的实施。在所述模式中的每个中，运行是特定的。该运行能够知晓能量供应的优先级并且保证遵守这些优先级。
还明确了所述宏观模式中的每个对应于没有进一步明确化的期望行为。要实施的用于获得所期望的行为的技术方案由开发人员自行决定。所期望的行为尤其对应于机动车辆10的使用者的意愿。
所述系统包括从M1至M4中的一个模式转换至M1至M4中的另一个模式的转换条件的列表，并且这些切换条件由机动车辆10的模型的开发人员自行决定。
这些条件反映了由机动车辆10的使用者或由机动车辆10本身发送的需求。由机动车辆10的使用者表达的需求能够是期望牵引电池12的充电。由机动车辆10自身发送的需求能够是在强冷的情况下加热牵引电池12，或在强热的情况下冷却该牵引电池。
管理模式M1至M4限定了对所述车辆的从牵引电池12到充电器11以及到不同电气消耗器13、14、15等的电气回路的主动元件的操控，所述不同电气消耗器中的一些在与牵引电池12的输出电压对应的大约300伏特或更大的电压下被供电，并且另一些通过较小的大约12V的直流电压(超低电压：TBT)供电，在传统的电气网络的框架中该大约12V的直流电压本身可借助于直流电至直流电的功率转换器由与牵引电池12直接联接的车载网络供应。
因此，明确了建立控制策略，所述控制策略控制并且影响消耗电气功率的任何主动部件，所述主动部件涉及在电动车辆10的整个寿命阶段期间的消耗器或发电器(在该电动车辆中，所述主动部件与地面土地电气网络联接)，以便汇集从外部能量源方面供应电气功率所需要的条件，所述外部能量源通常由地面土地电气网络RET构成。
明确了(“自由”)模式M4能够不被安装在机动车辆10中，或也能够被安装但未被激活，同时在与地面土地电气网络RET相关联的使用条件集中于适配地使用智能电网(smartgrid)类型以能够使土地电气网络在功率供应方面由机动车辆10的牵引电池12以及类似的其它车辆的牵引电池辅助时，为操作者留有在长时间使用车辆之后激活该模式的可能性。
所示出的过程通过简化的控制模块提供了简单的能量管理。这导致了控制和检查模块具有更大的鲁棒性，并且在每个机动车辆模型的开发过程中节省了设计和验证时间。
为了从开发者到使用者的所有各方的利益，改善了控制检查随时间的可读性。本发明为参与每个机动车辆模型的开发过程的各方提供了极大的灵活性。
这导致获得了机动车辆模型开发阶段的会计(财务)收益。
此外，在另一方面，本发明能够容易地制定用于系统及其部件的物理保护策略。
作为示例，将提及以下事实：如果牵引电池12的充电状态接近下阈值的值(低于该下阈值时牵引电池12可能损坏)，通过使用M1至M4中的一种为此选择的宏观模式(在该情况下为模式M1或模式M2)，同时通过禁止朝向模式M3和M4切换，在任何状况下都能够阻止该牵引电池的放电，由M1模式的使用者将牵引电池12立即或推迟地恢复成充电状态的时间对其完整性没有危险。
因此，能够在批量生产的机动车辆模型的寿命期间获得会计收益，因为这些机动车辆模型的牵引电池12将被保护免于过度放电并且免于由此导致的容量损失。

Claims (10)

1.一种与外部电气源(RET)联接的机动车辆(10)中的电气能量传输管理方法，所述方法包括建立(E2)所述车辆的电气网络与所述外部电气源(RET)的联结(11，25)，所述车辆的牵引电池(12)以及所述车辆的电气功率消耗器组(13，14，15)与所述电气网络联结，其特征在于，所述方法还包括实施至少在第一模式(M1)、第二模式(M2)和第三模式(M3)之中的能量管理模式，在所述第一模式中，所述牵引电池(12)从所述外部电气源(RET)并通过所述联结(11，25)接收可用电气功率，在所述第二模式中，所述牵引电池(12)的充电状态被保持以用于之后的使用，在所述第三模式中，所述牵引电池(12)补偿与所述外部电气源(RET)的联结(11，25)的任何不足，以覆盖所述消耗器组(13、14、15)的需求。
2.根据权利要求1所述的电气能量传输管理方法，其特征在于，所述外部电气源(RET)是地面土地电气网络(RET)，所述地面土地电气网络装配有在所述车辆外部的外部能量监控部件(20)，并且第四模式(M4)也可用于所述实施，在所述第四模式中，所述牵引电池(12)能够通过所述联结(11，25)向所述外部电气网络(RET)供应电气功率。
3.根据权利要求1或2所述的电气能量传输管理方法，其特征在于，响应于由所述车辆(10)的使用者或由所述车辆(10)的监控器发送的至少一个需求而执行所述实施。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电气能量传输管理方法，其特征在于，响应于所述机动车辆(10)的乘客舱的热力预调节的需求、所述牵引电池(12)的充电需求或所述牵引电池(12)的冷却或加热需求而执行所述实施。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电气能量传输管理方法，其特征在于，通过装载在所述机动车辆(10)中的交流电至直流电的电气转换器(11)的实施而执行联结(11，25)的建立(E2)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电气能量传输管理方法，其特征在于，通过所述机动车辆的充电插头、有线连接以及与所述外部电气源(RET)联接的充电接线柱(25)的实施而执行联结(11，25)的建立(E2)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电气能量传输管理方法，其特征在于，所述方法包括朝向所述车辆的牵引电气发动机(MT)不由所述牵引电池(12)供电并且所述车辆的电气网络不再与所述外部电气源(RET)联结的状态(E1)转换，然后在第二时间朝向所述牵引电气发动机(MT)由所述牵引电池(12)供电的状态(E3)切换。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电气能量传输管理方法，其特征在于，管理模式默认为所述第二模式(M2)。
9.一种与外部电气源(RET)联接的机动车辆(10)中的电气能量传输管理系统，所述系统实施根据权利要求1至8中任一项所述的电气能量传输管理方法，其特征在于，允许在所述模式中的任意两个之间的任何切换，而无需通过所述模式中的第三个。
10.一种机动车辆(10)，所述机动车辆包括根据权利要求9所述的电气能量传输管理系统，其特征在于，所述车辆(10)是具有电气动力系统以及在停车时通过外部源可充电的牵引电池的车辆，或是具有电动和热力混合动力式动力系统以及在停车时通过外部源可充电的电池的车辆。
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