控制车辆电池充电的系统和方法与流程

本发明总体涉及一种控制车辆电池充电的系统和方法，并且更具体地涉及一种控制车辆电池的充电的系统和方法，其中，车辆电池的电压不同于商用快速充电器的输出电压时。因此，能够通过转换器解决兼容性问题，从而使逆变器、电动机、连接器的效率提高，并且使其尺寸、重量和材料成本最大程度地降低。

背景技术

通常，例如混合动力车辆、电动车辆等的环保车辆需要能够存储电能的高压电池、作为动力源的电动机以及用于驱动电动机的逆变器。近年来，为了提高逆变器和电动机的效率以及为了提高电动车辆每加仑汽油能行驶的英里数(mpge)而增加电池容量，进行了各种努力。

近来，为了提高逆变器和电动机效率，已经开发了增大车辆电池电压的方法。例如，当电池电压加倍时，根据等式p＝vi，流经逆变器和电动机的电流减小一半，基于相等的输出功率，导电损耗(i²r)减小四分之一。因此，随着导电损耗减小，逆变器和电动机的效率可能增加。当使用具有高导通电阻的功率器件和导体时，可能能够减小逆变器、电动机以及电池、逆变器和电动机之间的连接器的尺寸和材料成本。

然而，目前市场上的许多商用快速充电器只能对范围从200v至500v的车辆电池充电。因此，与这种快速充电器的兼容性问题限制了用于增大车辆电池的电压的方法。因此，需要解决高压电池与快速充电器之间的兼容性问题。

以上内容仅仅是为了帮助理解本发明的背景，并不旨在意味着本发明落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。

技术实现要素：

因此，本发明提供一种控制车辆电池充电的系统和方法，其中，当车辆电池的电压不同于商用快速充电器的输出电压时，通过转换器解决兼容性问题，从而使逆变器、电动机和连接器的效率提高并使其尺寸、重量和材料成本最大程度地降低。

根据本发明的一个方面，一种用于控制车辆电池充电的系统可以包括：高压电池，安装在车辆中并配置为向车辆的驱动单元供电；升压转换器，安装在车辆中并电连接至高压电池；外部充电装置，设置于车辆之外并且电连接至升压转换器，外部充电装置配置为通过使用升压转换器向高压电池供电来对高压电池进行充电；以及控制器，配置为测量升压转换器的外部充电装置侧输入端子的电压和升压转换器的高电压电池侧输出端子的电压，并且当升压转换器的输入端子的电压小于升压转换器的输出端子的电压时，操作升压转换器。

升压转换器可以包括并联配置的多个升压电路，并且每个升压电路都可以包括电感器、开关器件和二极管。控制器可以配置为通过在并联配置的多个升压电路的开关器件之间生成相位差来操作升压转换器。升压转换器可以包括并联配置的多个升压电路，并且每个升压电路都可以包括电感器、第一开关器件和第二开关器件。

此外，控制器可以配置为测量升压转换器的外部充电装置侧输入端子的电压，并且因此当升压转换器的输入端子的电压小于高压电池的电压时，控制器可以配置为接通第一开关器件和第二开关器件，然后在并联配置的多个升压电路中的第一开关器件之间生成相位差，并且在并联配置的多个升压电路的第二开关器件之间生成相位差，由此操作升压转换器。控制器可以配置为测量升压转换器的外部充电装置侧输入端子的电压，并且因此，当升压转换器的输入端子的电压大于或等于高压电池的电压时，控制器可以配置为断开第一开关器件并接通第二开关器件。

根据本发明的另一方面，一种控制车辆电池充电的方法可以包括：确定是否需要对车辆电池进行充电；当需要对电池进行充电时，比较电池的电压和充电装置的输出电压；以及当电池的电压高于充电装置的输出电压时，操作升压转换器。

根据本发明的又一方面，一种用于控制车辆电池充电的系统可以包括：第一高压电池，配置为向车辆的前轮驱动单元供电；第二高压电池，配置为向车辆的后轮驱动单元供电；双向转换器，安装在车辆中，并且在其第一侧处电连接至第一高压电池并在其第二侧处电连接至第二高压电池；和外部充电装置，设置于车辆之外，每个外部充电装置都电连接至第一高压电池或第二高压电池，并且配置为通过使用双向转换器向第一高压电池和第二高压电池中未电连接至外部充电装置的剩余一个供电来对高压电池进行充电；以及控制器，配置为测量双向转换器的第一高压电池侧输入端子的电压和双向转换器的第二高压电池侧输出端子的电压，并且当双向转换器的输入端子的电压不同于双向转换器的输出端子的电压时，操作双向转换器。

外部充电装置可以包括第一充电装置和第二充电装置，并且第一充电装置的输出电压可以小于第二充电装置的输出电压。当第一充电装置连接至第一高压电池并且第一高压电池的电压小于第二高压电池的电压时，控制器可以配置为操作升压转换器。当第二充电装置连接至第二高压电池并且第一高压电池的电压小于第二高压电池的电压时，控制器可以配置为操作降压转换器。

双向转换器可以包括电感器、第三开关器件和第四开关器件。双向转换器可以包括并联配置的多个转换电路，并且每个转换电路都可以包括电感器、第三开关器件和第四开关器件。控制器可以配置为在并联配置的多个转换电路的第三开关器件之间生成相位差，并且在并联配置的多个转换电路的第四开关器件之间生成相位差，由此操作双向转换器。

根据本发明的又一方面，一种控制车辆电池充电的方法可以包括：确定第一充电装置是否连接至第一高压电池或者第二充电装置是否连接至第二高压电池；当第一充电装置连接至第一高压电池或第二充电装置连接至第二高压电池时，确定是否需要对第一高压电池进行充电和对第二高压电池进行充电；当需要对第一高压电池和第二高压电池进行充电时，比较第一高压电池的电压和第二高压电池的电压；以及当第一高压电池电压的电压小于第二高压电池电压的电压时，操作双向转换器。在双向转换器的操作中，当第一充电装置连接至第一高压电池时，可以操作升压转换器。附加地，在双向转换器的操作中，当第二充电装置连接至第二高压电池时，可以操作降压转换器。

根据本发明的用于控制车辆电池充电的系统和方法，当车辆电池的电压不同于商用快速充电器的输出电压时，可以使用转换器来解决兼容性问题，由此使逆变器、电动机和连接器的效率提高并且使其尺寸、重量和材料成本最大程度地降低。此外，即使当前轮用电池的电压与后轮用电池的电压不同时，也能够利用一个快速充电器同时对两个电池进行充电。通过配置两个充电端口，电池还能够兼容商用快速充电器(输出电压为200至500v)和高压快速充电器(输出电压等于或大于500v)两者，并且可能能够利用两个快速充电器中的任何一个同时为前轮和后轮用电池进行充电。

附图说明

结合附图，根据以下详细描述，可以更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制车辆电池充电的系统的配置图；

图2是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制车辆电池充电的系统的升压转换器的配置图；

图3是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制车辆电池充电的系统的升压转换器的配置图；

图4是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制车辆电池充电的系统的升压转换器的配置图；

图5是示出根据本发明的示例性实施例的控制车辆电池充电的方法的流程图；

图6是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制车辆电池充电的系统的配置图；

图7是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制车辆电池充电的系统的双向转换器的配置图；

图8是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制车辆电池充电的系统的双向转换器的配置图；以及

图9是示出根据本发明的示例性实施例的控制车辆电池充电的方法的流程图。

具体实施方式

应当理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(suv)的客车、公共汽车、卡车、各种商用车辆，包括各种小船和轮船的船舶，飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，源自除石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动力车辆。

尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来进行示例性过程，但是应当理解，示例性过程也可以由一个或多个模块进行。附加地，应当理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器配置为存储模块，并且处理器具体配置为执行所述模块以进行下面进一步描述的一个或多个过程。

此外，本发明的控制逻辑可以体现为包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在网络耦合的计算机系统中，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(can)以分布式方式存储和执行。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”也旨在包括复数形式。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

除非具体说明或从上下文中明显看出，如本文所使用的，词语“约”应当理解为在本领域的正常容差范围内，例如在平均值的2个标准差内。“约”可以理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非上下文另外明确指出，否则本文提供的所有数值均由词语“约”修饰。

以下，将参考附图详细描述根据本发明的示例性实施例的控制车辆电池充电的系统和方法。在整个附图中，相同的附图标记将指代相同或相似的部分。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制车辆电池充电的系统的配置图，图2至图4是示出根据本发明的实施例的用于控制车辆电池充电的系统的升压转换器的配置图，图5是示出根据本发明的实施例的控制车辆电池充电的方法的流程图，图6是示出根据本发明的实施例的用于控制车辆电池充电的系统的配置图，图7是示出根据本发明的实施例的用于控制车辆电池充电的系统的双向转换器的配置图，图8是示出根据本发明的实施例的用于控制车辆电池充电的系统的双向转换器的配置图，以及图9是示出根据本发明的示例性实施例的控制车辆电池充电的方法的流程图。

参考图1，根据本发明的示例性实施例的用于控制车辆电池充电的系统可以包括：高压电池100，安装在车辆中，并且配置为向车辆的驱动单元(电动机)600供电；升压转换器300，安装在车辆中并电连接至高压电池100；外部充电装置(快速充电器)200，设置于车辆之外并电连接至升压转换器300，外部充电装置配置为通过使用升压转换器300向高压电池100供电来对高压电池100进行充电；以及控制器400，配置为测量升压转换器300的外部充电装置侧输入端子的电压和升压转换器300的高压电池侧输出端子的电压，并且当升压转换器300的输入端子的电压小于升压转换器300的输出端子的电压时，操作升压转换器300。

特别地，在本发明的示例性实施例中，外部充电装置200可以是具有约200至500v的电压范围的商用快速充电器。升压转换器300可以设置在外部充电装置200与高高压电池100之间，并且控制器400可以配置为测量升压转换器300的外部充电装置侧输入端子的电压和升压转换器300的高压电池侧输出端子的电压。然后，当升压转换器300的输入端子的电压小于升压转换器300的输出端子的电压时，控制器400可以配置为操作升压转换器300，由此解决与商用快速充电器的兼容性问题。

当升压转换器300的输入端子的电压大于或等于升压转换器300的输出端子电压时，控制器400不操作升压转换器300。换句话说，控制器400可以配置为：当高压电池100的电压在外部充电装置200的电压范围内时，通过将升压转换器300保持在非操作状态来对高压电池100进行充电。

参考图2，在本发明的示例性实施例中，升压转换器300可以包括具有电感器、开关器件和二极管的升压电路。具体地，开关器件可以包括能够进行高频开关(几千赫兹)的所有半导体器件，例如mosfet/igbt。

参考图3，在本发明的示例性实施例中，升压电路的二极管可以用开关器件来替代。由于升压电路的二极管可以用开关器件来替代，所以与二极管相比，开关器件的导通损耗是最小的，并且因此，可以提高升压转换器300的效率。如上所述，开关器件可以包括能够进行高频开关(几千赫兹)的所有半导体器件，例如mosfet/igbt。

同时，替代二极管的开关器件互补操作，开关器件可以与电感器并联连接。互补操作意味着，例如，当与电感器并联连接的开关器件以约80％的导通占空比操作时，替代二极管的开关器件以约20％的导通占空比操作。相反，当与电感器并联连接的开关器件以约20％的导通占空比操作时，替代二极管的开关器件以约80％的导通占空比操作。

参考图4，在本发明的示例性实施例中，升压转换器300可以包括并联配置的升压电路。每个升压电路都可以包括电感器、第一开关器件301或311、第二开关器件302或312。通过并联配置升压电路，可以减小电感器纹波电流。此外，控制器400可以配置为通过在并联配置的多个升压电路的开关器件之间生成相位差来操作升压转换器300。

更具体地，控制器400可以配置为测量升压转换器300的外部充电装置侧输入端子的电压。当升压转换器300的输入端子的电压小于高压电池100的电压时，控制器400可以配置为接通第一开关器件301和311以及第二开关器件302和312，然后在并联配置的多个升压电路的第一开关器件301和311之间生成相位差，并且在并联配置的多个升压电路的第二开关器件302和312之间生成相位差，由此操作升压转换器300。具体地，开关器件之间的相位差可以为360度/并联数。例如，如图4所示，在并联数为2的情况下，开关器件之间的相位差可以是180度，并且在并联数为3的情况下，可以是120度。

在本发明的示例性实施例中，如图4所示，控制器400可以配置成在并联配置的多个升压电路的第一开关器件301和311之间生成相位差(180度)，并且在并联配置的多个升压电路的第二开关器件302和312之间生成相位差(180度)，由此操作升压转换器300。特别地，第一开关器件301和311以及第二开关器件302和312可以彼此互补地操作。

此外，控制器400可以配置为测量升压转换器300的外部充电装置侧输入端子的电压。当升压转换器300的输入端子的电压大于或等于高压电池100的电压时，控制器400可以配置为通过断开第一开关器件301和311并且通过接通第二开关器件302和312来将升压转换器300保持为非操作状态，由此对高压电池100进行充电。

参考图5，根据本发明的示例性实施例的控制车辆电池充电的方法可以包括：通过控制器确定是否需要对车辆电池进行充电(s200)；当需要对电池进行充电时，通过控制器比较电池的电压和充电装置的输出电压(s220)；以及当电池的电压大于充电装置的输出电压时，通过控制器操作升压转换器(s300和s320)。

参考图6，根据本发明的示例性实施例的用于控制车辆电池充电的系统可以包括：第一高压电池110，配置为向车辆的前轮驱动单元(前轮电动机)610供电；第二高压电池130，配置为向车辆的后轮驱动单元(后轮电动机)630供电；双向转换器350，安装在车辆中，并且在其第一侧处电连接至第一高压电池110并且在其第二侧处电连接至第二高压电池130；和外部充电装置210和230，设置于车辆之外，每个外部充电装置都电连接至第一高压电池110或第二高压电池130，并且配置为通过使用双向转换器350向第一高压电池110和第二高压电池130中未电连接至外部充电装置的剩余一个供电来对高压电池进行充电；以及控制器450，配置为测量双向转换器350的第一高压电池侧输入端子的电压和双向转换器350的第二高压电池侧输出端子的电压，并且当双向转换器350的输入端子的电压不同于双向转换器350的输出端子的电压时，操作双向转换器350。

具体地，第一高压电池110可以是用于向车辆的前轮驱动单元(前轮电动机)610提供电力的车辆的前轮用电池，并且第二高压电池130可以是用于向车辆的后轮驱动单元(后轮电动机)630提供电力的车辆的后轮用电池。双向转换器300可以是配置为进行降压和升压两种操作的转换器。

在本发明的示例性实施例中，外部充电装置可以包括第一充电装置和第二充电装置，并且第一充电装置的输出电压可以小于第二充电装置的输出电压。另外，第一充电装置可以是商用快速充电器，其输出电压可以是约200至500v。第二充电装置可以是高压快速充电器，其输出电压可以等于或大于约500v。此外，前轮用电池的电压可以是约200至500v，并且后轮用电池的电压可以等于或大于约500v。

每个外部充电装置都可以电连接至第一高压电池110或第二高压电池130，并且可以配置为通过经由双向转换器350向第一高压电池110和第二高压电池130中未电连接至外部充电装置的剩余一个供电来对高压电池进行充电，这意味着，当驾驶员意图在提供商用快速充电器的位置处对车辆电池进行充电时，可以通过经由前轮用电池的充电端口将快速充电器连接至车辆来用商用快速充电器对前轮用电池直接充电，并且同时双向转换器可以操作为对未直接连接至充电器的后轮用电池进行充电。

同时，当驾驶员意图在提供高压快速充电器的位置处对车辆电池进行充电时，可以通过经由后轮用电池的充电端口将快速充电器连接至车辆来利用高压快速充电器对后轮用电池直接充电，并且同时双向转换器可以操作为对未直接连接至充电器的前轮用电池进行充电。

将参考图6描述控制器450的操作。控制器450可以配置为测量双向转换器350的第一高压电池侧输入端子的电压和双向转换器350的第二高压电池侧输出端子的电压。当双向转换器350的输入端子的电压不同于双向转换器350的输出端子的电压时，控制器450可以配置为操作双向转换器350。

当第一充电装置(商用快速充电器)210连接至第一高压电池110并且第一高压电池110的电压小于第二高压电池130的电压时，控制器450可以配置为将双向转换器350操作为升压转换器。当第二充电装置(高压快速充电器)230连接至第二高压电池130并且第一高压电池110的电压小于第二高压电池130的电压时，控制器450可以配置为将双向转换器350操作为降压转换器。

参考图7，在本发明的示例性实施例中，双向转换器350可以包括具有电感器、第三开关器件s1和第四开关器件s2的双向转换电路。开关器件可以包括能够进行高频开关(几千赫兹)的所有半导体器件，例如mosfet/igbt。

具体地，当第一充电装置210连接至第一高压电池110并且第一高压电池110的电压小于第二高压电池130的电压时，并且当双向转换器350被操作为升压转换器时，可以通过调整第三开关器件s1的导通时间段来对第二高压电池130进行充电。当第二充电装置210连接至第二高压电池130并且第一高压电池110的电压小于第二高压电池130的电压时，并且当双向转换器被操作为降压转换器时，可以通过调整第四开关器件s2的导通时间段来对第一高压电池110进行充电。此时，第三开关器件s1和第四开关器件s2可以彼此互补地操作。

参考图8，在本发明的示例性实施例中，双向转换器350可以包括并联配置的双向转换电路，每个双向转换电路都可以包括电感器、第三开关器件s1或s3以及第四开关器件s2或s4。通过并联配置双向转换电路，可以减小电感器纹波电流。

此外，控制器450可以配置为在并联配置的多个双向转换电路的第三开关器件s1和s3之间生成相位差，并且在并联配置的多个双向转换电路的第四开关器件s2和s4之间生成相位差，由此操作双向转换器350。具体地如以上所述，开关器件之间的相位差可以为360度/并联数。例如，如图4所示，在并联数为2的情况下，开关器件之间的相位差可以是180度，并且在并联数为3的情况下，可以是120度。

参考图9，根据本发明的示例性实施例的控制车辆电池充电的方法可以包括：确定第一充电装置是否连接至第一高压电池或者第二充电装置是否连接至第二高压电池(s500)；当第一充电装置连接至第一高压电池或第二充电装置连接至第二高压电池时，确定是否需要对第一高压电池进行充电和对第二高压电池进行充电(s500)；当需要对第一高压电池和第二高压电池进行充电时，比较第一高压电池的电压和第二高压电池的电压(s520)；以及当第一高压电池电压的电压小于第二高压电池电压的电压时，操作双向转换器(s600、s700、s620、s640、s720和s740)。上述方法可以由控制器执行。

在双向转换器的操作(s600、s700、s620、s640、s720和s740)中，当第一充电装置连接至第一高压电池并且需要对第一和第二高压电池进行充电时，可以将第一高压电池的电压与第二高压电池的电压进行比较。当第一高压电池的电压小于第二高压电池的电压时，可以操作升压转换器以对第二高压电池进行充电。另一方面，当第二充电装置连接至第二高压电池并且需要对第一和第二高压电池进行充电时，可以将第一高压电池的电压与第二高压电池的电压进行比较。当第一高压电池的电压小于第二高压电池的电压时，可以操作降压转换器以对第一高压电池进行充电。

如上所述，在根据本发明各种示例性实施例的控制车辆电池充电的系统和方法中，装配有具有比商用快速充电器的输出电压大的电压的电池的车辆可以用快速充电器进行充电。换言之，即使当新车辆电池的电压增加得比现有车辆电池的电压大时，其也与快速充电器兼容。

此外，即使当前轮用电池的电压与后轮用电池的电压不同时，也能够利用一个快速充电器同时对两个电池进行充电。通过配置两个充电端口，电池可以兼容商用快速充电器(输出电压为200至500v)和高压快速充电器(输出电压等于或大于500v)两者，并且可能能够利用两个快速充电器中的任何一个同时为前轮和后轮用电池进行充电。通过解决与快速充电器的兼容性问题，与现有技术相比，电池的电压可以进一步提高，从而使逆变器、电动机和连接器的效率提高，并且使其尺寸、重量和材料成本最大程度地降低。另外，由于可以不同地配置前轮和后轮用电池的电压，所以还可以策略性地开发车辆。

尽管为了说明的目的描述了本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中公开的发明范围和精神的情况下，各种变型、添加和替换都是可能的。