用于控制低电压电池充电的方法及装置与流程

本发明涉及一种用于控制低电压电池充电的方法及装置，该方法及装置能够基于辅助机械(auxiliary machinery)所消耗的电力、车辆的驱动模式以及高电压电池的荷电状态来可变地调整低电压电池的充电电压的方法及装置。

背景技术：

在现有技术中，低电压电池的充电电压是基于燃料电池车辆的驱动模式和高电压电池的荷电状态来设定的，以提高车辆的燃料效率和系统的稳定性。同时，使用低电压电池的一类辅助机械由于车辆的电气元件的增加而增加。因此，辅助机械的功率也逐渐增加。

例如，辅助机械的功率基于雨刷的速度、前灯的打开和关闭、空调器或加热器的使用以及电动肋力转向系统(MDPS：motor-driven power steering)的使用而改变。当未考虑如上所述的辅助机械的功率，仅进行基于车辆的驱动模式的可变电压控制时，可连续地产生低电压电池放电，车辆下一次启动时可能会导致失败。

作为现有技术所描述的内容被提供仅用来帮助理解本发明的背景技术，而不应被认为对应于本领域技术人员所已知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于控制低电压电池充电的方法及装置，该方法及装置能够通过基于辅助机械的消耗电力来确定辅助机械的消耗模式，并且基于辅助机械的消耗模式来设置低电压电池的充电电压，从而防止车辆处于不能启动的状态。

根据本发明的示例性实施例，一种用于控制低电压电池充电的方法，可以包括以下步骤：基于辅助机械的消耗电力，确定上述辅助机械的消耗模式；基于上述辅助机械的消耗模式，设置基础充电电压； 以及基于上述基础充电电压、车辆的驱动模式和高电压电池的荷电状态，设置低电压电池的充电电压。

确定上述消耗模式的步骤可以包括：计算在第一时间内所测量的上述辅助机械的消耗电力的平均值；以及计算上述平均值之后，基于上述平均值，确定上述辅助机械的消耗模式。用于控制低电压电池充电的方法，还可以包括以下步骤：在设置上述低电压电池的充电电压时，确定所测量的时间是否超过第二时间。当所测量的时间超过上述第二时间时，可以重复进行确定上述辅助机械的消耗模式的步骤。

在确定上述消耗模式的步骤中，当上述车辆启动时，可以在预设时间内，基于在先前驱动中被存储的上述辅助机械的整个平均消耗电力，来确定上述辅助机械的消耗模式。上述辅助机械的消耗模式可以被确定为经济模式、正常模式和过度模式中的任一者。当上述平均值小于第一参考值时，上述辅助机械的消耗模式可以被确定为经济模式；当上述平均值大于上述第一参考值，并且小于第二参考值时，上述辅助机械的消耗模式可以被确定为正常模式；以及当上述平均值大于上述第二参考值时，上述辅助机械的消耗模式可以被确定为过度模式。

当上述辅助机械的消耗模式是正常模式时，可以将上述基础充电电压设置为大于上述辅助机械的消耗模式是经济模式时的电压；以及当上述辅助机械的消耗模式是过度模式时，可以将上述基础充电电压设置为大于上述辅助机械的消耗模式是正常模式时的电压。

用于控制低电压电池充电的方法，还可以包括以下步骤：在设置上述低电压电池的充电电压之后，确定上述车辆是否启动关闭(start-off)；以及响应于确定上述车辆是否启动关闭，当上述车辆处于启动关闭状态时，存储上述辅助机械的整个平均消耗电力。上述驱动模式可以包括多个驱动模式，包括：第一驱动模式和第二驱动模式、燃料电池停止模式以及紧急模式，上述第一驱动模式基于上述高电压电池的荷电状态被划分为多个级段(stages)。上述第二驱动模式可以包括再生模式和功率辅助模式。

当上述车辆的驱动模式是上述第一驱动模式时，上述低电压电池的充电电压可以被设置为上述基础充电电压和偏置(offset)充电电压的总和，上述偏置充电电压基于上述高电压电池的荷电状态来设置。 另外，当上述车辆的驱动模式是上述燃料电池停止模式时，上述低电压电池的充电电压可以被设置为上述基础充电电压。

根据本发明的另一示例性实施例，一种用于控制低电压电池充电的装置，可以包括：燃料电池堆，其被用作主动力源，并被配置为给车辆的驱动系统提供动力；高电压直流(DC)转换器，其被配置为接收由上述燃料电池堆所提供的动力；高电压电池，其被配置为接收由上述高电压DC转换器下转换(down-converted)的电压；低电压DC转换器，其被连接到上述燃料电池堆和上述高电压DC转换器之间的高电压总线级，并被配置为转换电压；低电压电池，其利用由上述低电压DC转换器所转换的低电压来充电；辅助机械，其被配置为从上述低电压电池接收电力以被驱动；以及控制器，其被配置为：基于辅助机械的消耗电力，确定上述辅助机械的消耗模式；基于上述辅助机械的消耗模式来设置基础充电电压；并且基于上述基础充电电压、上述车辆的驱动模式和上述高电压电池的荷电状态来设置上述低电压电池的充电电压。

附图说明

图1是示出根据本发明示例性实施例的用于控制低电压电池充电的装置的示例性框图；

图2是示出根据本发明示例性实施例的用于控制低电压电池充电的方法的示例性流程图；

图3是示出在根据本发明示例性实施例的用于控制低电压电池充电的方法中更新第一时间内的辅助机械的消耗电力平均值的方案的示例图；

图4是示出根据本发明示例性实施例的对于辅助机械的每一消耗模式的基础充电电压示例的示例表；

图5是示出根据本发明示例性实施例的用于控制低电压电池充电的方法的驱动模式的示例性框图；以及

图6是示出根据本发明示例性实施例的对于每一驱动模式的低电压电池的充电电压示例的示例表。

具体实施方式

可以理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他相似术语包括一般的机动车辆，例如客运汽车，包括运动型多用车(SUV：sports utility vehicle)、公共汽车、卡车、各种商用车辆、包括各种船和艇在内的水运工具、航空器，等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。本文所提到的混合动力车辆是指使用两种或多种动力源的车辆，例如汽油和电力混合动力车辆。

虽然示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性处理，但应当理解，示例性处理也可由一个或多个模块来执行。此外，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设备。存储器被配置为存储模块，并且处理器被专门配置为执行所述模块，以执行将在下文进一步描述的一个或多个处理。

此外，本发明的控制逻辑可表现为包括由处理器、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媒介。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、闪存盘、智能卡和光数据存储设备。计算机可读记录介质也可分布在网络连接的计算机系统中，使得计算机可读介质可例如通过远程信息处理服务器或控制局域网(CAN：controller area network)以分布式方式存储和执行。

本文所使用的术语是仅为了说明特定实施例的目的，而无意限制本发明。如本文所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”也用来包括其复数形式，除非上下文中另外明确指出。还可理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何和所有组合。

除非从上下文中明确指出或可以明显看出，如本文所使用的术语“约”可以理解为在本技术领域公差范围内，例如均值的2倍标准差内。“约”可以理解为所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％范围内。除非在上下文中另外明确指出，文中所提供的所有的数值都可由术语“约”来修饰。

下文中，将参考附图，对根据本发明示例性实施例的用于控制低电压电池充电的装置进行描述。图1是示出根据本发明示例性实施例的用于控制低电压电池充电的装置的示例性框图。

参考图1，用于控制低电压电池充电的装置100可包括：燃料电池堆120，其被用作主动力源，并被配置为给车辆的驱动系统提供动力；高电压直流(DC)转换器，其被配置为接收由燃料电池堆120所提供的动力；高电压电池140，其被配置为接收由高电压DC转换器130下转换(down-converted)的电压；低电压DC转换器150，其被连接到燃料电池堆120和高电压DC转换器130之间的高电压总线级，并且被配置为转换电压；低电压电池160，其利用由低电压DC转换器150所转换的低电压来充电；辅助机械170，其被配置为从低电压电池160接收电力，从而被驱动；以及控制器110，其被配置为基于辅助机械170的消耗电力来确定辅助机械170的消费模式，基于辅助机械170的消耗模式来设置基础充电电压，并且基于基础充电电压、车辆的驱动模式以及高电压电池140的荷电状态来设置低电压电池160的充电电压。

下文中，将参考附图，对根据本发明示例性实施例的用于控制低电压电池充电的方法进行描述。图2是示出根据本发明示例性实施例的用于控制低电压电池充电的方法的示例性流程图。图3是示出在根据本发明示例性实施例的用于控制低电压电池充电的方法中更新第一时间内的辅助机械的消耗电力平均值的方案的示例图。图4是示出根据本发明示例性实施例的对于辅助机械的每一消耗模式的基础充电电压示例的示例表。图5是示出根据本发明示例性实施例的用于控制低电压电池充电的方法的驱动模式的示例性框图。图6是示出根据本发明示例性实施例的对于每一驱动模式的低电压电池的充电电压示例的示例表。

参考图2至图6，用于控制低电压电池充电的方法可包括：基于辅助机械的消耗电力来确定辅助机械的消耗模式；基于辅助机械的消耗模式来设置基础充电电压(S250)；以及，基于基础充电电压、车辆的驱动模式以及高电压电池的荷电状态，来设置低电压电池的充电电压(S260)。

确定消耗模式的步骤可包括：计算在第一时间内所测量的辅助机械的消耗电力的平均值(S230)；以及在平均值被计算(S230)之后，基于该平均值确定辅助机械的消耗模式(S240)，并且在确定消耗模式的步骤中，当车辆启动(S200)时，可以在预设时间内，基于在先前驱动中被存储的辅助机械的整个平均消耗电力来确定辅助机械的消耗模式(S210)。

辅助机械可包括被配置为接收来自低电压电池的电力以被驱动的装置。当辅助机械的驱动量增大时，由低电压电池输出到辅助机械的电力量(功率量)增大。换言之，辅助机械的消耗电力上升。特别地，当基于车辆的驱动模式的可变电压控制在辅助机械的消耗电力过度增大的状态下被执行时，可连续地产生低电压电池的放电，从而阻止车辆在下一次启动期间被启动。因此，在本发明中，低电压电池的充电电压可基于辅助机械的消耗电力来设置，从而能够防止低电压电池的放电。

在本发明中，当车辆被启动(S200)时，可基于在先前驱动(例如，当车辆先前被驱动时)中存储的辅助机械的整个平均消耗电力来确定辅助机械的消耗模式，并且低电压电池的充电电压可基于对应辅助机械的消耗模式来设置(S210)。尤其是，在车辆的启动期间，在第一时间内辅助机械的消耗电力可不被确定，并且当所测量的时间超过第一时间(S220)时，可计算在第一时间内所测量的辅助机械的消耗电力的平均值(S230)。当测量的时间未超过第一时间(S220)时，低电压电池的充电电压可基于在先前驱动中存储的辅助机械的整个平均消耗电力进行连续地设置(S210)。因此，即使车辆被启动，仍可基于辅助机械的消耗模式，对低电压电池的充电电压进行设置控制。

用于控制低电压电池充电的方法还可包括，在设置低电压电池的充电电压期间(S260)，确定所测量的时间是否超过第二时间(S280)。当确定所测量的时间是否超过第二时间(S280)的结果是，所测量的时间超过第二时间时，可重复进行辅助机械的消耗模式的确定(S240)。特别地，第二时间可比第一时间短。

换言之，如图3的上部所示，可测量第一时间内的辅助机械的消耗电力(例如，第一测量)，并且可另行测量第二时间内的辅助机械 的消耗电力(例如，第二测量)。当低电压电池的充电设置完成时，如图3的下部所示，可测量新的第二时间内的辅助机械的消耗电力，并相应地进行更新，并且可以删除初始的第二时间内的辅助机械的消耗电力的数据，以计算第一时间内的辅助机械的消耗电力的平均值。因此，可实时确定辅助机械的消耗电力，从而能够更准确地设置低电压电池的充电电压。

此外，如图4所示，辅助机械的消耗模式可被确定为经济模式、正常模式和过度模式中的任一者。特别地，当上述平均值小于第一参考值时，辅助机械的消耗模式可被确定为经济模式；当上述平均值大于第一参考值，并且小于第二参考值时，辅助机械的消耗模式可被确定为正常模式；并且，当上述平均值大于第二参考值时，辅助机械的消耗模式可被确定为过度模式(S240)。

当辅助机械的消耗模式是经济模式时，基础充电电压可被设置为第一充电电压；当辅助机械的消耗模式是正常模式时，基础充电电压可被设置为第二充电电压；并且当辅助机械的消耗模式是过度模式时，基础充电电压可被设置为第三充电电压。尤其是，第一充电电压可小于第二充电电压和第三充电电压。第二充电电压可大于第一充电电压，并小于第三充电电压。第三充电电压可大于第一充电电压和第二充电电压。

响应于确定由辅助机械所消耗的电力的平均值过高(例如，大于预定的平均值)，由于可能会有低电压电池放电的风险，基础充电电压可被设置为高(例如，大于预定的基础充电电压)，从而能够将低电压电池的充电电压设置为高。此外，响应于确定由辅助机械所消耗的电力的平均值过低的确定，由于低电压电池发生放电的风险是最小的，因此基础充电电压可被设置为低，从而能够将低电压电池的充电电压控制到相对较低。因此，可防止低电压电池放电的现象或低电压电池过度充电的现象。同时，过高的平均值可以是1200W，过低的平均值可以是600W。高的基础充电电压可以是14V，低的基础充电电压可以是12V。

根据本发明示例性实施例的用于控制低电压电池充电的方法还可包括：在设置低电压电池的充电电压(S260)之后，确定车辆是否启 动关闭(S270)；并且当确定车辆是否启动关闭(S270)的结果是，车辆处于启动关闭(start-off)状态时，存储辅助机械的整个平均消耗电力(S280)。辅助机械的整个平均消耗电力可在车辆启动关闭之前存储，从而能够在车辆的下一次启动期间，基于辅助机械的整个平均消耗电力来设置低电压电池的充电电压。

同时，如图5所示，根据本发明示例性实施例的驱动模式10可包括多个驱动模式20，包括第一驱动模式30和第二驱动模式40、燃料电池停止模式70以及紧急模式80。第一驱动模式30可基于高电压电池的荷电状态(state of charge)被分为多个级段，并且第二驱动模式40可包括再生模式50和功率辅助模式(power assist mode)60。控制器可被配置为确定车辆的当前驱动模式，并且基于在每一模式中预设的充电电压来调整低电压电池的充电。

第一驱动模式30可基于高电压电池的荷电状态(SOC)被分为多个级段。此外，第一驱动模式30可表示一般驱动模式，且表示车辆被驱动时的驱动模式20中除了包括再生模式50和功率辅助模式60的第二驱动模式40以外的驱动模式。上述多个级段可包括，例如，基于高电压电池的荷电状态(SOC)划分的四个级段，其中该四个级段可包括：正常级段，其对应于高电压电池的SOC约为55％至65％时；过高级段(critical high stage)，其对应于高电压电池的SOC大于约65％时；过低级段(critical low stage)，其对应于高电压电池的SOC小于约50％时；以及低级段，其对应于高电压电池的SOC约为50％至55％时。

第二驱动模式40的再生模式50是从电动机回收再生制动能量的模式。尤其是，在再生制动模式下，当车辆的速度降低或减速踏板接合以给高电压电池充电时，车辆的动能可通过电动机的发电而被转换为电能。当减速踏板被接合(例如，将压力施加到制动踏板上)时，车辆的驱动模式可从第一驱动模式30被切换，以从电动机回收再生制动能量。此外，当车辆处于再生模式50时，如果加速踏板被接合以驱动车辆，则车辆的驱动模式可被切换到第一驱动模式30。

功率辅助模式60可同时使用燃料电池的功率和高电压电池的功率，并且其为加速踏板可以预设深度或更大深度被接合或者燃料电池的功率达到预设功率的驱动模式。当车辆在第一驱动模式30被驱动时， 如果加速踏板被接合到预设深度或更大深度或者燃料电池的功率达到预设功率，则车辆的驱动模式可切换到功率辅助模式60，并且也可以进行反向切换。

燃料电池停止模式70表示车辆通过使燃料电池在低功率区段或低速(例如，小于预定速度)区段停止而由高电压电池被驱动的区段。当车辆在低功率区段被驱动时，燃料电池的电压可增大，这可能对燃料电池的耐久性具有负面影响。因此，在低功率区段，可使燃料电池停止。一般来说，当车辆的速度在第一驱动模式30被降低以制动车辆时，车辆的驱动模式可切换到再生模式50，当车辆完全停止时，车辆的驱动模式可切换到燃料电池停止模式70，并且当车辆的速度或功率超过预定速度或功率时，车辆的驱动模式可通过再次驱动燃料电池而切换到第一驱动模式30。

紧急模式80表示当在燃料电池系统中故障或失效发生时车辆由高电压电池驱动的应急模式。一般来说，在紧急模式80下，燃料电池不被重新驱动，直到车辆的启动被关闭。然而，当发生氢泄露或燃料电池中发生故障时，可尝试重新驱动燃料电池，使得车辆的驱动模式可转换到第一驱动模式30，并且当重新驱动失败时，紧急模式80可保持直到钥匙被关闭(key-off)。

在本发明中，如图6所示，低电压电池的充电电压可基于辅助机械的消耗模式、车辆的驱动模式和高电压电池的荷电状态来设置。当车辆的驱动模式是第一驱动模式30时，低电压电池的充电电压可被设置为基础充电电压和偏置充电电压的总和，其中，偏置充电电压可基于高电压电池的荷电状态来设置。此外，当车辆的驱动模式是燃料电池停止模式70时，低电压电池的充电电压可被设置为基础充电电压。

例如，当车辆的驱动模式是第一驱动模式30时，基于根据高电压电池的SOC来划分的多个级段，当高电压电池的SOC是过高级段时，可利用第四充电电压给低电压电池充电；当高电压电池是正常级段时，可利用第五充电电压给低电压电池充电；当高电压电池的SOC是低级段时，可利用第六充电电压给低电压电池充电；以及当高电压电池是过低级段时，可利用第七充电电压给低电压电池充电。第四充电电压可大于第五充电电压、第六充电电压和第七充电电压。第五充电电压 可小于第四充电电压，并大于第六充电电压和第七充电电压。第六充电电压可小于第四充电电压和第五充电电压，并且大于第七充电电压。第七充电电压可小于第四充电电压、第五充电电压和第六充电电压。换言之，随着高电压电池的SOC的增大，偏置充电电压可被设置为增大。

此外，当车辆的驱动模式是第二驱动模式40的再生模式50时，低电压电池的充电电压可被设置为第八充电电压，并且当车辆的驱动模式是第二驱动模式40的功率辅助模式60时，低电压电池的充电电压可被设置为第九充电电压。例如，当车辆处于燃料电池停止模式70时，低电压电池的充电电压可被设置为基础充电电压，并且当车辆处于紧急模式80时，低电压电池的充电电压可被设置为第十充电电压。

一般来说，车辆经过再生模式50，然后进入燃料电池停止模式70。第八充电电压可大于作为基础充电电压的第三充电电压。第九充电电压和第十充电电压可大于基础充电电压的第一充电电压，并且小于第三充电电压。换言之，用于对低电压电池充电的充电电压可基于基础充电电压、车辆的驱动模式和高电压电池的SOC而设置得不同，从而能够提高燃料电池和混合动力车辆的燃料效率，并防止低电压电池放电和过度充电的现象。

然而，如上所述那样设置的充电电压的数值和表示用于划分级段的高电压电池SOC的程度的数值，仅仅是示例，并不受限于此，而是可根据不同示例性实施例而不同地设置。

利用如上所述的结构中所配置的用于控制低电压电池充电的方法及装置，低电压电池的充电电压可基于辅助机械的消耗电力来设置，以防止低电压电池放电和过度充电的现象，从而能够提高启动性能。此外，低电压电池的充电电压可基于辅助机械的消耗电力和车辆的驱动模式而变化，从而能够提高燃料效率。

虽然针对具体的示例性实施例，对本发明进行了示出及描述，但对于本领域的技术人员来说，很明显，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的构思和范围的前提下，本发明可以进行各种变型和改变。