控制非车载充电装置的方法和设备与流程

本发明涉及电动车辆和与其相关联的非车载充电系统。

背景技术：

车辆可以使用车载电能存储系统，其可以提供可由电动机/发电机用于车辆推进和其它目的的电力。可以使用充电系统对车载电能存储系统进行充电。非车载充电模块可以连接到作为充电系统一部分的车载配电系统。由于车载配电系统和充电系统的设计约束，实现充电的电力流量会受到限制。基于电力流量的量值来确定实现车载电能存储系统的最大充电状态的充电时间。

技术实现要素：

描述一种非车载充电装置，其设置为经由车辆上的车载充电系统对电能存储系统进行充电。这包含电连接到电能存储系统且设置为向车辆供应推进力的电机。用于控制非车载充电装置的方法包含在电能存储系统的充电事件之前确定发生的驾驶周期的苛刻性。基于驾驶周期的苛刻性来确定充电特性曲线。控制器基于充电特性曲线来命令非车载充电装置的操作。

本教导的上述特征和优点以及其它特征和优点从以下详细描述中容易地看出，以下结合附图详细描述了一些最佳模式和用于执行如在所附权利要求书中所定义的本教导的其它实施例。

附图说明

现在将参考附图作为实例描述一个或多个实施例，其中：

图1示意性地说明根据本发明的用于车辆的充电系统的一部分，其包含车载电能存储系统，所述车载电能存储系统可以经由能够电连接到非车载充电模块的车载配电系统来充电；

图2示出根据本发明的充电特性曲线确定过程的功能框图，可以在控制器中执行该过程以命令参考图1描述的充电系统的实施例的操作；

图3示出根据本发明的过程的功能框图，可以在控制器中执行该过程以确定用于参考图2描述的充电特性曲线确定过程中的车辆接通时间、车辆关闭时间和充电时的环境温度；

图4示出一种过程的功能框图，可以在控制器中执行该过程以确定用于参考图3描述的过程中的充电开始时的温度；

图5示出一种过程的功能框图，可以在控制器中执行该过程以确定用于参考图3描述的过程中的与前一驾驶周期相关联的最大温度；

图6示出苛刻性确定过程的功能框图，可以在控制器中执行该过程以确定用于参考图2描述的充电特性曲线确定过程中的驾驶周期的苛刻性的；以及

图7以图形说明根据本发明的可以用于在静止时对参考图1描述的车载电能存储系统的实施例进行充电的充电特性曲线的实例。

具体实施方式

现在参考附图，这些附图仅是为了说明某些示例性实施例而不是为了限制实施例的目的而提供，图1示意性地说明用于车辆的充电系统100的一部分，其包含车载电能存储系统(ess)60，所述车载电能存储系统可以经由可电连接到非车载充电模块40的车载配电系统55进行充电。在所有几幅图中相同的数字表示相同或相应的部分。车辆可以是电动车辆，燃料电动混合动力车辆或者使用存储在车载能量存储系统上的电力来操作用于车辆推进的一个或多个电机(未示出)的其它车辆构造。作为非限制性示例，车辆可以包含客车、轻型或重型卡车、多功能车、农用车辆、工业/仓库车辆或休闲越野车辆。如本文所使用的，术语“充电(charge、charging)”以及任何其它相关术语是指电力的流动，例如到能够存储这种电力的装置的电流。

车载配电系统55包含通过高压直流电源总线65电连接到ess60的大功率配电模块(hpdm)50和辅助电源模块(apm)70。车载配电系统55优选地经由高压直流电源总线65从ess60向逆变器(未示出)供应高压电力，以使电机作为电动力矩电动机或作为响应于来自控制器的控制命令的发电机而操作。这样的操作是已知的，因此在本文中不再详细描述。车辆集成控制模块(控制器)10监控各种传感器并与非车载充电模块40、hpdm50、ess60和apm70进行通信，以控制和管理ess60的充电。这包含当车辆100处于静止状态并且非车载充电模块40经由充电耦合器42连接时，经由非车载充电模块40来控制ess60的充电。通信可以是直接布线、通信总线(例如高速局域网连接(lan)18)或另一适当的通信机制的形式。电力线通信模块80可用于监控各个模块之间的通信。

非车载充电模块40经由充电耦合器42连接到车辆100，所述充电耦合器包含用于通信和用于供应高压电源的连接。高压电源包含电连接到hpdm50的正电源总线44和负电源总线46。通信连接包含接近指示器22，其向控制器10指示非车载充电模块40连接到充电耦合器42。通信链路20提供它们之间的通信。

控制器10被配置成监控各种输入信号并产生用于控制非车载充电模块40和其它装置的命令。控制器10监控来自与ess60相关联的电池组控制器62的信号，其通过第一通信链路16传达包含电压电平、电流和温度的电池组数据。对控制器10的其它监控的输入信号包含环境温度26(其优选由适当定位的温度传感器27提供)以及连接器温度24(其优选地由位于电荷耦合器42处的温度传感器25提供)。控制器10分别经由控制线路12、14与hpdm50的开关52、54进行通信且对其进行控制，以分别将正电源总线44电连接到正高压总线(hv+)64，且将负电源总线46连接到负高压总线(hv-)66，其中hv+64和hv-66组成高压直流电源总线65。控制器10分别经由控制线路28、30与开关29、31通信且对其进行控制，以分别将hv+64电连接到ess60的正电源侧，且将hv-66电连接到ess60的负电源侧。hv总线预充电控制经由线路32从控制器10供应到ess60中的开关33。在一个实施例中，主服务断开装置(未示出)可以与ess60的电池串联安装。控制器10通过仪表灯或其它合适的装置将充电状态34和ac电力连接状态36传达给车辆操作者。

术语控制器、控制模块、模块、控制、控制单元、处理器和类似术语是指专用集成电路(asic)、电子电路、中央处理单元(例如微处理器以及呈存储器和存储装置形式的相关联非暂时性存储器组件(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等))中的任一者或各种组合。非暂时性存储器组件能够以一个或多个软件或固件程序或例程、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节和缓冲电路以及可由一个或多个处理器存取以提供所描述的功能性的其它组件的形式存储机器可读指令。输入/输出电路和装置包含模拟/数字转换器和监控来自传感器的输入的相关装置，其中这些输入以预设采样频率或响应于触发事件进行监控。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语是指包含校准和查找表在内的任何控制器可执行指令集。每个控制器执行控制例程以提供期望的功能，包含监控来自感测装置和其它联网控制器的输入，并执行控制和诊断指令以控制致动器的操作。例程可以定期执行，例如在正在进行的操作期间每100微秒。或者，可以响应于触发事件的发生而执行例程。控制器之间的通信以及控制器、致动器和/或传感器之间的通信可以使用直接有线点对点链路、网络通信总线链路、无线链路或任何其它合适的通信链路来实现，例如，如参考图1所描述。通信包含以任何适当形式交换数据信号，包含例如经由导电介质的电信号、经由空气的电磁信号、经由光波导的光信号，等。数据信号可以包含表示来自传感器的输入、致动器命令和控制器之间的通信的离散、模拟或数字化的模拟信号。术语“信号”是指传达信息的任何物理上可辨别的指示符，并且可以是能够通过介质传播的任何合适的波形(例如电、光、磁、机械或电磁)，例如dc、ac、正弦波、三角波、方波、振动等。术语“模型”是指基于处理器或处理器可执行的代码和相关联的校准，其模拟装置或物理过程的物理存在。

apm70是被配置成将从高压直流电力总线65供应的高压电力转换为低压直流电力72的电力转换装置，其可以用于对辅助车载装置(例如，照明系统、信息娱乐系统和其它系统)供电。电力转换装置，例如逆变器，是已知的，本文中不再详细描述。

车载配电系统55可以被配置成实现考虑了各种组件的设计因素和接口的额定功率，包含高压直流电力总线65和开关52、54、29、31和33的hv+64和hv-66。高压直流电力总线65和开关52、54、29、31和33的hv+64和hv-66由导电装置和材料制成，包含例如电缆、总线、接触器和其它相关元件。上述装置中的每一个和这些装置的接面都具有与电流密度、载流能力和温度相关的设计因素，所有这些都可能是相关的。可以考虑的一些参数包含例如导电性、电阻率、发热和电磁干扰。基于额定功率来选择包含材料、尺寸要求、接面等的设计因素。

当考虑到车载配电系统55的各种元件在经受极端环境和操作条件时的设计因素时，可以确定与相关联于ess60充电的最大允许电流相关的默认额定功率。默认额定功率表示当车载配电系统55和ess60在极端环境和操作条件下操作时，可以传输而不降低组件的使用寿命或影响相关组件的平均或最大电力(kv、安培、电压)量值。这些条件可以包含例如与环境温度、组件或系统操作温度、湿度、冲击、振动、电磁干扰、噪声、接地、灰尘、污染等相关的极端值。最大额定功率表示当车载配电系统55和ess60在环境条件下操作时，可以传输而不降低组件的使用寿命或影响相关组件的电力(kv、安培、电压)的平均或最大量值。最大额定功率考虑了车载配电系统55的各种元件的设计因素。

可以基于可能与默认额定功率、最大额定功率或中间额定功率相关联的所命令充电电流来确定实现ess60的最大充电状态(soc)的充电时间。所命令充电电流是根据环境条件和操作条件而确定，且考虑到车载配电系统55的各种组件和接口的设计因素。在某些条件下，将用于充电的电流的量值增加到大于与默认额定功率相关联的默认电流的电平可能是有利的。将充电电流增加到大于默认电流的电平可用于减少充电时间以实现ess60中的最大充电状态。对此参考图7进行描述。

图2示出可以在控制器(例如参考图1描述的控制器10)中执行以命令参考图1描述的充电系统100的实施例的操作的充电特性曲线确定过程200的功能框图。充电特性曲线确定过程200可以有利地用于控制用于车辆的任何充电系统，其包含车载电能存储系统，所述车载电能存储系统可以经由车载配电系统充电，该车载配电系统可以电连接到非车载充电模块，且不限于参考图1描述的车载配电系统55。

执行充电特性曲线确定过程200以确定在充电事件期间可以用来在车辆100静止时对ess60充电的充电特性曲线。充电特性曲线的实例参考图7以图形示出。充电特性曲线确定过程200优选地在车辆100静止时执行，并且车辆操作者已经表示希望通过机械地和电气地将非车载充电模块40耦接到非车载连接器42来对ess60充电。提供表1作为图例，其中对应于充电特性曲线确定过程200，数字标记的块和相应的功能如下所述列出。

表1

充电特性曲线确定过程200的执行可以如下进行。充电特性曲线确定过程200的步骤可以以任何合适的次序执行，并且不限于参考图2描述的次序。总的来说，充电特性曲线确定过程200包含监控组件的温度(210)，确定驾驶周期的苛刻性(212)以及确定车辆接通时间(214)、然后基于所述时间确定修改的车辆接通时间(222)的过程。车辆接通时间是在车辆被驱动时(例如当车辆接通而不在泊车状态时)经过的累积时间量。可以使用车辆接通时间来调节充电特性曲线，以便于在某些条件下改善充电特性曲线并减少充电时间。这包含通过响应于车辆接通时间的增加来减小充电电流或减少充电时间来调节充电特性曲线，以及响应于车辆接通时间的减少来增大充电电流。当不利用驾驶周期电流时，可以在车辆接通时间期间假定最坏情况的驾驶周期。车辆关闭时间是车辆钥匙关闭事件和随后的车辆钥匙接通事件之间经过的累积时间量，并且在没有电流流动时允许组件冷却。监控组件的温度(210)的过程优选地包含经由热电偶、热敏电阻或另一感测装置监控充电系统100的一个或多个组件的温度。或者，可以经由温度模型来确定充电系统100的一个或多个组件的温度。

将充电系统100的组件的温度与温度上限进行比较(220)。当充电系统100的组件的温度大于温度上限(220)(1)时，包含默认电流242和默认充电时间244的默认充电特性曲线由控制器10实施且作为控制命令传达到非车载充电模块40(240)。

当充电系统100的组件的温度小于温度上限(220)(0)时，充电特性曲线确定过程200还包含监控车辆关闭时间(216)和环境温度(218)的过程。使用修改的车辆接通时间、车辆关闭时间和环境温度来确定修改的充电特性曲线(230)。修改的充电特性曲线包含修改的充电电流232和修改的充电时间段234，其中修改的充电电流232优选地大于默认电流242，并且修改的充电时间234优选地小于默认充电时间244。修改的电流232和修改的充电时间段234由控制器10作为控制命令传达到非车载充电模块40(240)。参考图7以图形方式示出默认充电特性曲线和修改的充电特性曲线的实例。

图6示出可以在控制器10中执行以确定用于参考图2描述的充电特性曲线确定过程200中的驾驶周期的苛刻性(212)的苛刻性确定过程600功能框图。提供表2作为图例，其中对应于苛刻性确定过程600，数字标记的框和相应的功能如下所述列出。

表2

苛刻性确定过程600的执行可以如下进行。过程600的步骤可以以任何合适的次序执行，并且不限于参考图6描述的次序。苛刻性确定过程600在检测到可能对应于车辆钥匙接通事件或另一相关指示符的驾驶周期的启动(602)时启动。随后的钥匙关闭事件发生时，驱驾驶周期结束。在每个驾驶周期期间，监控驱动电流(604)。监控驱动电流包含对供应给用于车辆推进的一个或多个电机的电流量值的基于时间的监控。苛刻性确定过程600评估电流的基于时间的量值，其在一个实施例中可以包含计算驾驶周期期间的电流的均方根(rms)值(606)。驾驶周期期间的电流的rms值可用于指示驾驶周期苛刻性状态(608)。可以有效地使用用于在驾驶周期期间评估和量化电流的其它合适的分析方法，例如积分方法。

图3示出可以在控制器10中执行以确定用于参考图2描述的充电特性曲线确定过程200中的车辆接通时间(214)、车辆关闭时间(216)和充电时的环境温度(218)的过程300的功能框图。提供表3作为图例，其中对应于苛刻性确定过程300，数字标记的框和相应的功能如下所述列出。

表3

过程300的执行可以如下进行。过程300的步骤可以以任何合适的次序执行，并且不限于参考图3描述的次序。

在启动之后，即刻获取取开始车辆充电事件之前的车辆关闭时间(302)，并且将环境温度设定为等于开始非车载充电时的所监控温度(304)。这参考图4更详细地描述。监控经过的时间以确定其是否大于校准极限，例如4小时(306)，如果不是(306)(0)，则将先前的接通时间相加(308)，并且将环境温度更新为等于环境温度和与先前驾驶周期相关联的最大温度中的较大者(310)。这参考图5更详细地描述。

监控经过的时间以确定其是否大于校准极限，例如4小时(312)，如果不是(312)(0)，则将先前关闭时间相加(314)，并且监控经过的时间以确定其是否大于校准的极限，例如4小时(316)。如果经过的时间小于校准极限，例如4小时(316)(0)，则将循环时间与校准极限进行比较(318)。当循环时间小于校准极限(318)(0)时，将循环的先前接通时间相加(308)，并重复所述过程。当循环时间大于校准极限(318)(1)时，将经过的时间与最小阈值进行比较(320)。当经过时间大于最小阈值(320)(0)时，将车辆接通时间设定为最大值，将车辆关闭时间设定为等于最小值，且将环境温度设定为等于最大值(330)。

在先前情况，即(306)(1)、(312)(1)、(316)(1)或(320)(1)中的任一情况下，当经过的时间大于校准极限时，将车辆接通时间设定为等于各接通时间的总和(340)，将车辆关闭时间设定为等于各关闭时间的总和(342)，并且将环境温度设定为等于先前确定的环境温度(344)。以此方式，车辆接通时间、车辆关闭时间和环境温度是基于充电事件之前的时间段，而不管可能发生的行程数量如何。

图4示出可以在控制器10中执行以确定用于参考图3描述的过程300中的开始充电事件时的温度过程400的功能框图。提供表4作为图例，其中对应于过程400，数字标记的框和相应的功能如下所述列出。

表4

过程400的执行可以如下进行。过程400的步骤可以以任何合适的次序执行，并且不限于参考图4描述的次序。在先前快速充电冷却时间截止(404)之后启动快速充电事件(402)时，监控经过时间以确定其是否已经超过最小保温时间(406)。当经过时间已超过最小保温时间(406)(1)时，监控外部空气温度和连接器温度(408)并进行比较(410)。当外部空气温度大致等于连接器温度(414)(1)时，将充电开始时的温度设定为等于连接器温度与外部空气温度中的较大者(418)，并将所述值返回到参考图3描述的过程300的步骤304(420)。当外部空气温度不同于连接器温度(414)(0)时，将充电开始时的温度设定为等于最大温度(416)，并将此值返回到图3的步骤304(420)。当经过时间尚未超过最小保温时间(406)(0)时，将充电开始时的温度设定为等于外部空气温度(412)，将此值返回到图3的步骤304(420)。

图5示出可以在控制器10中执行以确定与用于参考图3描述的过程300的步骤310中的先前驾驶周期相关联的最大温度的过程500的功能框图。提供表5作为图例，其中对应于过程500，数字标记的框和相应的功能如下所述列出。

表5

过程500的执行可以如下进行。过程500的步骤可以以任何合适的次序执行，并且不限于参考图5描述的次序。过程500优选地在发动机接通事件期间的每个驾驶周期期间执行。

在先前快速充电冷却时间截止(504)之后启动快速充电事件(502)时，监控经过时间以确定其是否已经超过最小操作时间(506)。当经过时间已超过最小操作时间(506)(1)时，监控外部空气温度和连接器温度(510)并进行比较(512)。当外部空气温度大致等于连接器温度(514)(1)时，将充电开始时的温度设定为等于连接器温度与外部空气温度中的较大者(518)，并将此值返回到参考图3描述的过程300的步骤310(520)。当外部空气温度不同于连接器温度(514)(0)时，将最大驾驶周期温度设定为最大温度(516)，并将此值返回到图3的步骤304(520)。当经过时间尚未超过最小驱动时间(506)(0)时，将最大驾驶周期温度设定为等于外部空气温度(508)，并将此值返回到图3的步骤304(520)。

如前所述，执行充电特性曲线确定过程200以确定可以用来在车辆100静止时对ess60充电的充电特性曲线。充电特性曲线可以包含默认充电特性曲线或包含所选修改充电电流232和所选修改充电时间段234的修改的充电特性曲线。作为非限制性实例，表6、7和8提供了多个修改的充电电流的实例，这些充电电流是相对于车辆关闭时间、车辆接通时间和环境温度而确定。表6、7和8中提供的修改的充电电流可以在车辆开发期间确定，并且作为在车辆操作期间被存取和询问的阵列存储在非易失性存储装置中。在此实例中，默认电流为150安培。表6提供了修改的充电电流，其是相对于0.5h的车辆关闭时间、在5与60分钟之间的车辆接通时间以及在5℃与45℃之间的环境温度而确定。应了解，对于5分钟的车辆接通时间的修改的充电电流校准适用于小于5分钟的车辆接通时间。应了解，对于60分钟的车辆接通时间的修改的充电电流校准适用于大于60分钟的车辆接通时间。应了解，环境温度为5℃的修改的充电电流校准适用于小于5℃的环境温度。应了解，环境温度为45℃的修改的充电电流校准适用于大于45℃的环境温度。因此，在某些条件下可以应用150安培的默认充电电流，但是有许多操作条件可以增大修改的充电电流，直到最大充电电流为195安培。增大充电电流减少总充电时间。

表6

表7

表8

类似地，修改的充电特性曲线可以包含多个校准表，其含有相对于可以用于在车辆100静止时为ess60充电的环境温度、车辆关闭时间和车辆接通时间的修改的充电时间段。

图7以图形说明当参考图1描述的车辆100的实施例静止时，可以用于对参考图1描述的ess60的实施例进行充电的充电特性曲线的实例。充电特性曲线包含默认充电特性曲线813，第一修改的充电特性曲线815和第二修改的充电特性曲线817，所述第二修改的充电特性曲线是与车载配电系统55的最大额定功率相关联的最佳情况修改的充电特性曲线。每个充电特性曲线优选地包含充电电流和充电时间段。这些曲线图包含相对于在水平轴上指示的时间800的在垂直轴上指示的充电电流(安培)810和并联电池组电池电压(伏特)820。电池组电池电压820包含初始电池电压821、体soc电压822和恒定电压824。初始单元电压821与放电事件之后的充电事件开始时的一个电池组电池的电压电平相关。体soc电压822与相关联于例如预设soc电平下的最大电池电压的电池电压电平有关，例如在一个实施例中为77％且经确定以维持或最大化ess60的使用寿命。在一个实施例中，体soc电压822可以是4.10v。恒定电压824是确定以维持soc并且最大化ess60的使用寿命的稳态电压。在一个实施例中，恒定电压824可以是4.18v。充电电流810包含最大充电电流816、默认充电电流814和恒定电压电流812。

最大充电电流816与车载配电系统55的最大额定功率相关联。默认充电电流814与车载配电系统55的默认额定功率相关联。恒定电压电流812与恒定电压824相关联。

如所指示，当选择默认充电特性曲线813时，命令非车载充电模块40以默认充电电流814对ess60充电，并且电池组电池电压如行823所示增加直到时间808，此时实现了体soc电压822。

当选择第二修改的充电特性曲线817时，命令非车载充电模块40以最大充电电流816对ess60充电，并且电池组电池电压如线827所示增加直到时间804，此时实现了体soc电压822。

当选择了第一修改的充电特性曲线815时，指令非车载充电模块40以最大充电电流816为ess60充电一段在时间802截止的充电时间段，然后将充电电流减小到默认充电电流814直到时间806。当实现体soc电压822时，电池组电池电压如线825所示增加直到时间806。应了解，充电电流和充电时间段是作为充电特性曲线确定过程200的执行的一部分而选择的充电特性曲线的部分。因此，可以通过考虑环境车辆环境条件和先前的车辆使用来改善车辆的高功率充电能力。这包含允许在某些条件下增加充电功率，从而减少充电时间。

本领域普通技术人员将认识到，本文描述的教导是在功能和/或逻辑块组件和/或各种处理步骤方面。应认识到，这样的块组件可以由被配置成执行指定功能的硬件、软件和/或固件组件组成。这可以包含与可以通过计算机算法、机器可执行代码、非暂时性计算机可读介质或编程到车辆的适当可编程逻辑装置中的软件指令来实施的一个或多个模块通信的车辆计算系统，例如一个或多个模块、与车辆计算系统通信的服务器、与车辆计算系统和/或服务器通信的移动装置、车辆中的其它控制器，或其组合。

虽然本文描述的概念易于以许多不同的形式实施，但是在例如摘要、发明内容和具体实施方式部分中公开但未在权利要求中明确阐述的元件和限制不应单独或集合地、通过暗示、推论或其它方式被并入到权利要求中。为了本详细描述的目的，除非特别声明，否则：单数包含复数，且复数包含单数；“和”和“或”两词应为联结和分离的；“全部”一词是指“任一和全部”；“任一”一词是指“任一和全部”；且“包含”一词是指“包含但不限于”。

具体实施方式和附图或图式是本教导的支持和描述，但是本教导的范围仅由权利要求书限定。虽然已经详细描述了用于实施本教导的一些最佳模式和其它实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的本教导的各种替代设计和实施例。