专利名称：混合电动车辆中高压电池的自动充电的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在车辆中对电池充电的系统和方法。更具体地，本发明涉及一种在混合电动车辆中充电高压电池的系统和方法。
背景技术：
政府的规章和环境考虑已经规定汽车制造商需要开发更有效的燃料传动系统。全电动和混合电动传动系统是当前处于开发的这种传动系统的两个实例。尽管对于所有电动车辆的希望在于车辆提供了通过插入电源插座来简单地再生的潜能，并且可以完全消除对矿物燃料的依赖，但即使在研究了多年以后，目前这些车辆仍然受到当前技术的限制并且只能具有有限的距离范围。此外，当与传统的内燃车辆相比时，消费者对于这种车辆的接受受到其操作与传统车辆的操作的相似程度(或不同)的影响。
混合电动车辆(“HEV”)通过将电动车辆与内燃车辆的功能相结合，使其具有增强的燃料经济性。这种功能的结合向传统车辆期望的较远的范围和快速燃料补给提供了电动车辆的显著的部分能量和环境益处。HEV的实际益处包括与内燃车辆相比，改进了燃料的经济性并减少了排放物。典型地，混合车辆包括高压电池(例如提供大约300伏能量或势能的电压的电池)和相对低电压电池(例如提供大约12伏能量或势能的电压的电池)。典型地，使用高压电池选择性地向HEV的车轮提供扭矩的发动机/发生器供电。与传统车辆中相同，低压电池向位于车辆中的各种设备和配件提供能量。这种低压设备包括娱乐系统(收音机、CD播放器)、通信系统(蜂窝电话)、导航系统等。
当高压电池开始放电或失去电荷量，以使电池不能提供供电发动机/发生器所需的必要能量时，必须充电高压电池或接收电荷。由于目前只存在相对少量的混合车辆，迅速得到另一个高压电池或查找其高压电池可用于发动操作失灵的车辆(通过向高压电池提供能量)的另一个混合车辆的可能性相对较小。此外，无论在硬件或电化学条件上，一个高压电池不大可能与另一个高压电池设计相兼容，直接从一个高压电池转移到另一个高压电池会涉及危险的操作。不仅传统策略需要电池来进行这些操作，在完全充电了放电或部分放电的高压电池之前，其会继续再充电操作，因此不希望需要相当长的时间量来完成快速发动操作。即使当由于存在于高压电池中的故障而不能充电能量时，这些策略还向高压电池提供了电能。此外，即使高压电池不需要这种能量时，这些策略还试图向高压电池提供电能(例如，当完全充电了高压电池，或高压电池具有远大于供电发动机或发生器配件所需的电荷阈值量的电荷量时)。
相关专利US6,664,757(’757专利)提供了在HEV中再充电高压电池的策略。在该方法中，低压电池用于充电高压电池。然而，’757专利的方法需要用户进行干预，其中必须手动地设置开关以开始充电。’757专利提出了一种方法，该方法向用户呈现了在传统内燃车辆中不会出现的陌生环境。如果HEV想要获得普通消费者的接受，这种环境是不希望的。
因此，在现有技术中用于在混合电动车辆中充电电池的系统和方法存在一种需要，仅需要很少或不需要用户的干预。
发明内容
通过在一个实施例中提供一种用于选择性充电车辆中的电池的自动电池充电系统，本发明解决了现有技术的一个或多个问题。该自动充电系统包括电池充电器，能够充电车辆中的第一电池。通过向第一电池提供第一电压信号，充电器提供了这种充电。第一电压信号的特征在于第一电压的幅度是用于足以充电第一电池的幅度。与充电器相连的是控制器，用于确定第一电池是否需要充电。如果需要充电，控制器使充电器自动向第一电池提供第一电压信号，而无需来自用户的干预。本发明的系统对于利用低压电池的输出来充电HEV中的高压电池尤其有用。此外，相对于显示技术方法，系统的自动性质与现有技术相比提供了改善的方便性，在现有技术中，车辆操作员必须手动地设置开关，以启动高压电池的充电。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种充电设置在车辆中的第一电池的方法。典型地，由上述系统使用本发明的方法。因此，其中执行该方法的车辆具有如上所述的可选择性定位的点火开关。本发明的方法包括确定电池是否需要充电。如果需要充电，当点火开关位于预定位置时，自动地向第一电池提供电荷，无需用户的干预。典型地，通过将具有第二电压幅度的第二电压信号转换为具有第一电压幅度的第一电压信号来提供电荷；以及将第一电压信号提供给第一电池。在由校准过程确定的预定量时间内，提供该充电。
图1是本发明的自动充电系统的示意图；以及图2示出了本发明方法的流程图，其中对电池自动再充电。
具体实施例方式
现在，对本发明的优选结构或实施例和方法进行详细讨论，这些优选结构或实施例和方法构成了目前发明人已知的实现本发明的最佳模式。
在第一实施例中，本发明提供了一种自动电池充电系统，用于选择性地充电车辆中的电池。参考图1，自动电池充电系统包括设置在车辆中的第一电池12。典型地，使用自动电池充电系统10的车辆包括可选择性定位的点火开关14。典型地，这种点火开关可定位于“关闭”或“开启”位置。自动电池充电系统10包括充电器16，能够向第一电池12提供第一电压信号。该第一电压的幅度是足以充电第一电池12的幅度。自动电池充电系统10还包括与充电器16相连的控制器18。控制器18用于确定第一电池12是否需要充电。如果控制器18确定第一电池12需要充电，控制器18使充电器16自动向第一电池12提供第一电压信号，而无需来自用户的干预。控制器18还能够检测点火开关14的位置，以便只有当点火开关处于预定位置时，才允许第一电池12的充电。典型地，该预定位置是开启位置。该实施例的系统提供了自动充电，其中当确定需要充电时，开始第一电池12的充电，除了将点火开关设置在预定位置之外(通常开关位于开启位置)，无需用户的附加操作。
仍然参考图1，当自动电池充电系统10处于HEV车辆中时，第一电池12是高压电池，控制器18包括牵引电池控制模块(“TBCM”)20和控制器区域网络(“CAN”)22。合适的高压电池是商业上可以从Sanyo公司得到的300V镍金属混合牵引电池组。这种电池能够按照完全电动模式向HEV供电。控制器区域网络22与牵引电池控制模块22进行通信。当控制器18还包括与牵引电池控制模块20进行通信的一个或多个基于微处理器的控制器24时，还实现了本发明系统的组件的其它控制。牵引电池控制模块20还包括一个或多个定时器(未示出)，允许在预定时间周期内充电第一电池。
仍然参考图1，充电器16从电压源30接收具有第二电压幅度的第二电压信号。典型地，电压源30与充电器16相连，以便将第二电压信号转换为第一电压信号。典型地，第一电压的幅度大于第二电压幅度。在控制器18的控制和监控下，只有当第一电池需要充电时，才将电压源30提供给第一电池。典型地，电压源30是第二电池。在典型的混合电动车辆应用中，第一电池2是高压电池，能够输出具有高于由电压源30输出的电压幅度的电压。典型的电压范围大约从150到350伏(典型是大约300伏)。此外，在典型的HEV应用中，电压源30是低压电池，具有范围大约从10到15伏(最典型是大约12伏)的输出电压。
仍然参考图1，自动电池充电系统10还包括系统与控制器16进行通信的监视器40，并且提供有关第一电池的充电的反馈。可以将多个监视设备用作系统监视器40。例如，系统监视器40可以包括一个或多个车辆仪表板灯。在这种系统中，当系统充电时，点亮灯。可选地，系统监视器40可以是显示器，能够显示描述车辆电池充电系统的状态的文字消息。由于向用户给出了有关自动电池充电系统10的特定的信息和反馈，该后一种实例是所希望的。自动电池充电系统还包括接触器42、44，当确定电池12需要充电时，由车辆控制系统将其开启。此外，自动电池充电系统10还包括电压监视器46，该电压监视器46也是车辆控制系统的一部分。电压监视器46确定电压源30(即，低压1 2伏电压源)的电压。线路48表示第二电压源总线(即。车辆中的低压总线)的一部分。由车辆控制系统来使用该信息，确定电压源30是否具有用于充电电池12的足够电荷。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种充电设置在车辆中的第一电池的方法。典型地，由上述系统使用本发明的方法。因此，其中执行该方法的车辆具有如上所述的可选择性定位的点火开关。
参考图2，提供了演示本发明方法的流程图。在用户将点火转到“开启”位置时，当车辆未能发动时，在采用几个初步动作之后，调用本发明的方法。车辆控制系统使到第一电池(即，HEV中的高压电池)的所有负载无效，开启接触器并显示需要充电的消息。在方框100中，确定第一电池是否需要充电。具体地，确定第一电池是否需要预定量的电荷。如果不需要充电，如反馈循环102所示，本方法重复检查是否需要充电。如方框104所示，如果预定量的电荷是必需的，使各种电池调节的方案(“R模式”)无效。此外，可选地，显示消息，通知用户正处于充电中(方框106)。接下来，在方框108估计上一次充电尝试的状态。具体地，如果电压源30是低压电池，测量电压源30的输出电压。如果由于来自电源30的低压(“VLV”)没有异常中止之前的充电尝试，如方框110所示，将电压源30的输出电压与第一预定电压值(“VX”)进行比较。可选地，如果由于来自电源30的低压(“VLV”)异常中止了之前的充电尝试，如方框112所示，将电压源30的输出电压与第二预定电压值(“VX”)进行比较。典型地，第一预定电压值小于第二预定电压值。在方框114，检查多个条件，以确定是否应当开始充电。一个条件是如果没有异常中止之前尝试的充电，电压源30的输出电压大于第一预定值。如果异常中止了之前尝试的充电，则电压源30的输出电压必须大于第二预定值。此外，如方框114所示，如果以下中断条件之一成立，则不允许充电第一电池的输出电压大于预定HV输出，第一电池的温度高于预定温度，出现了潜在的故障条件、关闭了接触器或点火开关处于预定位置(典型地，当点火开关处于“开启”位置时，允许充电)。如方框116所示，如果任一中断条件成立，则异常中止充电。然后，利用完成充电所需(在这种情况下，是整个预定充电时间)的剩余时间(方框118)，显示通知用户充电异常中止的消息。然后，将充电失败计数器递增1，以便保留异常中止充电的数目的记录(方框120)。如方框122所示，将表示该异常中止充电的数据保存在存储设备中，例如EEPROM。例如，这种数据包括充电是否完成，错误的出现，充电剩余时间等。最后，使在方框104中被无效的任意电池调节过程有效(方框124)。
仍然参考图2，如果在方框114中没有出现中断条件，如方框126所示，开始充电。第一电池的充电会持续预定的时间周期。由其中根据经验确定充电电池所需时间量的校准过程来确定该预定时间周期。方框128指示了该预定时间的倒计数，以使在该周期期间保持充电。然后，显示状态消息，通知用户要完成充电所剩余的时间(方框130)。在充电期间，针对中断出现的本发明的监视方法与方框114的相同(方框132)。如果出现中断，异常中止充电(方框116)。然后，如上所述，方法进行到方框116-124。在其中不出现中断的正常操作期间，定时器继续倒计数，同时监视中断状态(通过方框132和134循环)。当经过了预定时间时，如方框138所示，停止充电。连同充电的持续时间一起，显示通知用户充电已经完成的状态消息(方框130)，并递增充电完成的计数器(方框132)。最后，于是该方法进行到上述方框120-122。
尽管已经演示并说明了本发明的实施例，这些实施例并没有演示和说明本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词汇是说明的词汇，而不是限制，可以理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以进行各种改变。
权利要求
1.一种自动充电系统，用于选择性地充电设置在车辆中中的第一电池，所述系统包括充电器，能够向第一电池提供具有第一电压幅度的第一电压信号，其中第一电压幅度是足以充电第一电池的幅度；与充电器相连的控制器，用于确定第一电池是否需要充电，如果第一电池需要充电，控制器使充电器自动向第一电池提供第一电压信号，而无需来自用户的干预。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于控制器检测点火开关的位置，并且当可选择性定位的点火开关处于预定位置时，允许第一电池的充电。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于控制器包括牵引电池控制模块；与牵引电池控制模块进行通信的控制器区域网络；与控制器区域网络进行通信的一个或多个基于微处理器的控制器。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于控制器还包括定时器，允许在预定时间周期内充电第一电池。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于充电器接收来自电压源的具有第二电压幅度的第二电压信号，并将其转换为第一电压信号。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于电压源是第二电池。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于第一电压幅度大于第二电压幅度。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于第一电压幅度是大约300伏，而第二电压幅度是大约12伏。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于还包括与控制器进行通信的系统监视器，其提供了关于第一电池的充电的反馈。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于系统监视器是车辆仪表板灯。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于系统监视器是显示器，能够显示描述了车辆电池充电系统的状态的文字消息。
12.一种自动充电系统，用于选择性地充电设置在混合电动车辆中的高压电池，所述混合电动车辆具有可选择性定位的点火开关，所述系统包括低压电池，提供具有低压幅度的低压信号；充电器，将低压信号转换为具有足以充电高压电池的高压幅度的高压信号，其中高压幅度大于高压大小；与充电器相连的控制器，控制器确定高压电池是否需要充电，如果高压电池需要充电，控制器使充电器自动向第一电池提供高压信号，而无需来自用户的干预。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于控制器检测点火开关的位置，并且当点火开关处于预定位置时，允许第一电池的充电。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于控制器包括牵引电池控制模块；与牵引电池控制模块进行通信的控制器区域网络；以及与控制器区域网络进行通信的一个或多个基于微处理器的控制器。
15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于控制器包括定时器，允许在预定时间周期内充电第一电池。
16.根据权利要求12所述的系统，其特征在于高压幅度是大约300伏，而低压幅度是大约12伏。
17.根据权利要求12所述的系统，其特征在于还包括与控制器进行通信的系统监视器，其提供了关于第一电池的充电的反馈。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于系统监视器是车辆仪表板灯。
19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于系统监视器是显示器，能够显示描述了车辆电池充电系统的状态的文字消息。
20.一种充电设置在车辆中的第一电池的方法，所述车辆具有可选择性定位的点火开关，所述方法包括a)确定电池是否需要预定量的电荷；b)当点火开关位于预定位置时，自动地向电池提供电荷，无需用户的干预。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于步骤b包括通过将具有第二电压幅度的第二电压信号转换为具有第一电压幅度的第一电压信号；以及将第一电压信号提供给第一电池。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于在步骤b中，在预定的时间周期内，提供电荷。
23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于还包括确定是否已经设置了中断，如果已经设置了中断，异常中止电池的充电。
24.根据权利要求20所述的方法，其特征在于由从包括以下内容的组中选择的中断条件来设置中断电池电压超出预定值、电池温度超出预定温度、出现潜在故障条件、点火开关被设置在预定值、低压信号下降到预定值以下以及上述的结合。
全文摘要
本发明提供了一种自动充电系统，用于选择性地充电在车辆中的电池。所述自动充电系统包括充电器，能够充电车辆中的第一电池。与充电器相连的控制器，用于确定第一电池是否需要充电。如果需要充电，控制器使充电器自动向第一电池提供第一电压信号，而无需来自用户的干预。本发明还提供了一种充电车辆中的电池的方法，由本发明的自动电场充电系统执行所述方法。
文档编号B60K6/04GK1713478SQ20051007007
公开日2005年12月28日 申请日期2005年5月9日 优先权日2004年6月25日
发明者雅格布·马修斯, 雷蒙德·C·西恰克, 克里斯·亚当·奥乔新斯基, 帕克斯·丹尼尔·马圭尔, 托尼·安东尼·洛克伍德 申请人:福特环球技术公司