专利名称：电动车充电减少设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于对电动车充电的设备和方法。
背景技术：
电动车包括电池，其存储用于为电动机提供功率的能量且由此驱动车辆。电池是可充电的，以让存储能量的量再充满。电动车可以配置为从车外来源(例如供电网络)接收电能，以为电池再充电。一些电动车，例如混合动力电动车，也可以被配置为从车载来源为电池充电，例如发动机驱动的发电机或燃料电池。再生制动系统也可以用于将车辆的动能转换为用于为电池充电的电能。
发明内容
一种包括可再充能量存储装置的车辆；再充系统，操作性地连接到能量存储装置且配置为通过对能量存储装置传递能量而对能量存储装置充填；再生制动系统，操作性地连接到能量存储装置，以选择性地对能量存储装置传输能量；和控制器，操作性地连接到再充系统且配置为控制再充系统。其中控制器配置为确定在预测路线上可通过再生制动系统回收的车辆重力势能的量。控制器还配置为控制再充系统，从而从再充系统传递到能量存储装置的能量的量以在预测路线上可通过再生制动系统回收的车辆重力势能的量为基础。
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控制器由此可以减少从车载或车外能量源获得的能量的量，而对车辆的性能或行程没有任何改变。控制器还由此减少电池的充电时间。还提供一种相应的方法。在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
图1是电动车的示意性部分剖开侧视图；图2是在充电位置的图1的电动车和从充电位置到期望目的地的路线的示意性侧视图；图3是显示了用于图1的车辆的方法的流程图；图4是图3的方法步骤中之一的一个实施例的流程图；和图5是根据本发明的另一电动车的示意性部分剖开侧视图。
具体实施例方式参见图1，车辆10包括车辆车身14。四个地面接合车轮18相对于车身14可旋转地安装。动力传动系16包括电动机/发电机22,所述电动机/发电机操作性地连接到车轮18中的至少一个，以对其传输扭矩且由此推进车辆10。电动机/发电机22的转子例如可以经由提供不同速度比的变速器等直接地连接到车轮18。
车辆10还包括电池26，所述电池配置为存储化学形成的能量，和将化学能转换为电能。电池26操作性地连接到电动机/发电机22，以对其选择性地传输能量。电动机/发电机22配置为将来自电池26的电能转换为用于驱动车轮18的机械能。电池26由此是能量存储装置，其配置为对动力传动系16供应能量，以驱动一个或多个车轮18。可再充的其他能量存储装置(即存储能量是可再充满的装置)可以在本发明的范围内使用，例如双向燃料电池，飞轮(flywheel)等。电动机/发电机22还是再生制动系统28的一部分，所述再生制动系统配置为选择性地将车辆10的动能和/或势能转换为电能，以为电池26充电。更具体地，电动机/发电机22选择性地通过将来自车轮18的旋转机械能转变为电能且将电能传递到电池26以由此为电池26充电(即在电池26中存储作为化学能的经回收能量)而回收车辆10的势能和/或动能。更具体地，所示实施例 中的再生制动系统28包括电子控制器30和制动系统输入装置。所示实施例中的制动系统输入装置是位于车辆车身14的乘客车厢中的制动踏板34。制动踏板34可被车辆10的司机选择性地踩踏。踏板34操作性地连接到至少一个传感器38，所述至少一个传感器配置为获得与制动踏板位置有关的信息(例如制动踏板34被压下的量，制动踏板34的压下速度等)，且将与制动踏板位置有关的信息传输到控制器30。控制器30配置为使用与制动踏板位置有关的信息以确定是否使得电动机/发电机22将来自车轮18的机械旋转能量转换为电能，且如果是，则确定以怎样的比率转换。由此，如果再生制动系统28用于减少车辆10的速度，则再生制动系统28将车辆10的动能转换为对电池26充电的电能。如果再生制动系统28用于在车辆10下坡行驶时将车辆10维持在恒定速度，则再生制动系统28将车辆10的重力势能转换为对电池26充电的电能。车辆10还包括电池再充系统40，所述电池再充系统操作性地连接到电池26且配置为通过对其传递能量而选择性地为电池26充电。在图1的实施例中，再充系统40配置为接收从车外来源41 (例如供电网络等)而来的能量且将从车外来源41而来的能量传输到电池26且由此对其充电。在一个实施例中，再充系统40包括电连接器42，所述电连接器选择性地与电池26电连通且配置为连接到互补电连接器43。互补电连接器43操作性地连接到车外来源41，以由此接收能量。由此，在电连接器42操作性地连接到互补电连接器43时，电池26可以与车外来源41电连通以用于充电。在另一实施例中(未不出)，电池再充系统40配置为经由电磁感应从车外来源41接收能量。控制器30操作性地连接到再充系统40从而控制器30控制再充系统40。更具体地，从再充系统40到电池26的能量流动或传递可通过控制器30控制。参见图2，其中相同的附图标记指示与图1中相同的部件，车辆10特征在于重力势能。例如，图2中，路线46从路线46的开始位置44或起点延伸到终点位置50或目的地。终点位置50在开始位置44的下坡；因此，车辆10在开始位置44处相对于终点位置50具有重力势能。如果车辆10沿路线46从开始位置44行进到终点位置50，则车辆10将向下行进垂直距离52，在此期间，重力势能将被转换为其他能量形成，例如动能(增加的车辆速度)，废热，等。车辆10在位置44处具有的至少一些重力势能可被再生制动系统28转换为电能且用于对电池26充电。
然而，电池26特征在于最大能量存储容量。如在本文使用的，电池26的“最大能量存储容量”是电池可作为化学能的形式存储(以用于以后转换为电能)的最大能量的量。在电池26已经被充电到其最大能量容量时，其被完全地充电且不能存储额外的能量。因而，如果电池26被完全地充电同时再生制动系统28将车辆10的动能或势能转变为电能，则来自制动系统28的电能不能被存储在电池26中，且因此必须被作为废热释放或以一些其他的方式转变掉。由此，在如图2所示的情况，如果电池26在开始位置44处被完全地充电，则车辆10在位置44处的重力势能都将不可转换为电池26中的存储电能。 控制器30配置为控制再充系统40，从而从再充系统40传递到电池26的能量的量基于车辆重力势能的量，所述重力势能可通过再生制动系统28在预测路线46上回收，由此确保电池可容纳车辆10的至少一些重力势能(在其通过再生制动系统28转变为电能时)。更具体地，所示实施例中的控制器30配置为限制充电期间电池26的充电量(amount of charge),从而电池26具有足够的容量来存储在沿路线46行进时可回收的至少一些重力势能。图3示意性地显示了用于限制电池26中充电量的方法54，从而电池可容纳在车辆10沿路线46行进时可通过再充系统40回收的车辆10的重力势能。方法54是用于控制器30的示例性控制算法。参见图1-3，在步骤58，控制器30配置为确定在期望或预测路线46上可通过再生制动系统28回收的车辆重力势能的量。控制器30配置为随后控制再充系统40，从而从再充系统40传递到电池26的能量的量以在预测路线46上可通过再生制动系统28回收的车辆重力势能的量为基础。更具体地，在一个实·施例中，在开始位置44，控制器30用经由再充系统40从车外来源41而来的能量对车辆电池26充电(步骤60)。在步骤62，在电池26中存储的能量的量为电池的最大能量存储容量和可在期望路线46上通过再生制动系统28回收的车辆重力势能的量之间的差时，控制器30终止经由再充系统40对电池26的充电。因而，控制器30减少从车外来源41获得的能量的量，而不改变车辆10的性能或行程，由此增加能量效率且减少车辆运行成本。控制器30还由此减少电池26的充电时间。如图2所示的路线46为从开始位置44到终点位置50的下坡或水平路线(level)中之一。然而，路线例如可以在大的下坡路段之前包括一些上坡路段，或可以在大的下坡路段之前包括很大的水平区域。车辆10可以由此要求从电池26而来的能量以在路线下坡路段期间回收重力势能之前行驶车辆10遇到的路线上的任何上坡或水平部分。因而，期望的是，维持电池26中预定最小能量存储量，以确保在路线的下坡区域之前有足够的能量推进车辆10经过路线的任何大的上坡或水平区域。由此，步骤62可以替换地包括使得再充系统40在电池26中存储能量的量是以下项中较大的一个时终止对电池26充电，S卩:(I)电池的最大能量存储容量和可在路线上通过再生制动系统回收的车辆重力势能的量之间的差，和(2)预定最小能量存储量。预定最小存储量确保有足够的电量使得车辆10在路线的下坡路段之前行进路线的任何上坡或水平路段。预定最小能量存储量可以选择性地可变，取决于期望路线的具体特征。在所示实施例中，车辆10包括全球定位系统(GPS)接收器74，其操作性地连接到控制器30。控制器30使用GPS接收器74确定车辆10的位置44。替换地，控制器30可以经由用户可操作的输入/输出装置78从车辆司机或其他车辆用户确定车辆10的位置，所述输入/输出装置78设置在车辆车身14的乘客车厢中。车辆司机或车辆的其他用户可以将对应于车辆位置(例如街道住址，纬度和经度，等)的数据输入到输入/输出装置78，所述输入/输出装置78将数据传送到控制器30。输入和输出装置78可以包括触摸屏显示器、麦克风、键盘、扬声器等。在步骤66，方法54可以包括确认车辆10的司机想要走路线46。例如，如果输入装置78是触摸屏显示器，则控制器30可以使得装置78显示询问是否在充电之后要走路线46的消息。确定可在期望路线46上可通过再生制动系统28回收的车辆重力势能的量(步骤58)可以包含，让车辆10沿路线46行进一次或多次，以在步骤60和62之前获得测量数据。例如，在一个实施例中，控制器30配置为通过测量车辆10沿期望路线46行进时电池26电量状态(sate of charge)中的增益而执行步骤58。例如，在位置44处电池耗尽(即没有电量)的状态下，车辆10可以从位置44沿路线46行进到目的地50。电池26在目的地50的电量(如通过控制器30测量)是在路线46上可通过再生制动系统28回收的车辆重力势能的量。替换地，确定在期望路线46上可通过再生制动系统28回收的车辆重力势能的量(步骤58)可以包括，在电池26被完全充电时沿路线46行进，且估计如果电池26未被完全充电的话本应在路线46上由再生制动系统28产生和传递到电池26的能量的量。例如，如果电池26在位置44被完全地充电，且随后沿路线46行进到目的地50，则控制器30可以计算本应通过再生制动系统28重新获得的能量的量，但是事实上电池26在路线46上多次处于完全容量。在电池26处于完全容量下本应通过再生制动系统28重新获得的能量的量可以被间接地测量或估计。例如，控制器30可以基于制动踏板34被压下多远和制动踏板34被压下多长时间来估计能量的量。
在另一替换实施例中，控制器30可以通过下列的方法82 (如图4所示)确定在步骤58处车辆重力势能的量。参见图4，方法82包括在开始位置44对电池26充电，从而电池26存储预定量(X)的能量(步骤84)。方法82还包括在车辆10已经走完路线46之后在终点位置50处测量电池26的电量状态(即电池26中存储的能量的量)。方法82进一步包括(在步骤88)询问在步骤86测量的电池26的电量状态是否小于完全电量(即在步骤86测量的电池26中存储的能量的量是否小于电池26的最大能量存储容量。如果电池26在步骤88被完全充电，则控制器30将能量的预定量(X)减少另一预定量(Y)。由此，在步骤90，控制器30重新计算要被添加到电池的能量预定量，即Χ=Χ_Υ。如果，在步骤88，步骤86处测量的电池26的电量状态小于全部电量(即在步骤86处测量的电池26中存储的能量的量是否小于电池26的最大能量存储容量)，则控制器30前进到步骤92。在步骤92，控制器30将X的最后值(即在步骤84的最后迭代时电池中存储的能量的预定量)记录为开始位置44处车辆的重力势能的量(其可在从开始位置44到目的地的路线46上通过再生制动系统28回收)。因而，在图4中，控制器30在开始位置44对电池26反复地充电以存储预定量的能量，且在车辆已经行进了路线46之后在终点位置50处测量通过电池26存储的能量的量。预定量的能量在每一次连续充电中被减小，直到在终点位置50处电池26中能量的量小于电池26的最大能量存储容量。再次参见图1-3，在另一替换实施例中，控制器30通过使用数据库94 (存储在数据存储介质中)确定路线46上可通过再生制动系统28回收的车辆在开始位置44处的重力势能的量，所述数据库存储关于各种位置或路线的海拔高度的信息。在另一替换实施例中，控制器30配置为，通过测量在车辆10沿从终点位置50到开始位置44的路线行进时车辆10为推进本身需花费多少能量，从而确定在路线46上通过再生制动系统28可回收的车辆在开始位置44处的重力势能的量。因为执行步骤58的许多方式要求车辆10在实施电量减少之前沿路线46的行进，所以需要促使控制器30开始步骤58的方法。例如，车辆用户可以经由输入装置78指示控制器30执行步骤58，以及提供开始位置和目的地。控制器30也可以通过记录和分析充电位置和目的地而促动其本身。在另一实施例中，控制器30可以经由装置78将步骤58的结果通信给用户，且随后用户可以手动地输入期望电量减少。车辆用户也可以使用远程信息处理技术或因特网来指示控制器30执行任何步骤58-62。图1的车辆10显示为是电池电动车,其中动力传动系不包括发动机,且电池26是用于动力传动系16的唯一能量来源。替换地，车辆可以是混合动力电动车，其中车辆包括车载电能来源，以选择性地对电池充电。参见图5，其中相同的附图标记表示图1中相同的部件，车辆110基本上与图1的车辆10相同，但是动力传动系116包括车载电能来源，所述电能来源配置为选择性地将电·能传输到电池26。在所示实施例中，车载来源141包括发动机118和发电机120。发动机118操作性地连接到发电机118，以选择性地为发电机120提供机械功率。发电机120操作性地连接到电池26，以选择性地对其传输电能用于充电。发电机120也可以操作地连接到电动机/发电机22，以为串联式混合动力构造的电动机/发电机供应电能。并联式混合动力构造也可以在本发明的范围内使用。车辆110的再充系统140由此包括发动机118和发电机120。车身14限定了发动机舱122，且发动机118和发电机120设置在发动机舱122中。控制器30操作性地连接到再充系统140且配置为选择性地控制再充系统140。控制器30还配置为执行图3和4所示的步骤。再充系统140在车辆110运行期间对电池26充电，且由此控制器30可以比图1的实施例更早地要求与期望路线46有关的输入。例如，控制器30可以询问车辆用户(经由输入/输出装置78)以证实用户是否想要从位置50行驶到位置46，和随后从位置46行驶到位置50。如果回答为是，则在车辆从位置50行进到位置46的同时控制器30将限制通过发动机118和发电机120做出的对电池26的充电，以确保在车辆10随后从位置46行进到位置50时电池26可容纳可通过再生制动系统28回收的重力势能。应注意，在本发明的范围内，具有带车载来源的混合动力传动系的车辆也可以具有再充系统，所述再充系统配置为从车外能量源接收能量，即“插电式混合动力”。由此例如车辆110可以包括电连接器，例如图1中在42所示的，以将能量从车外来源传递到电池26。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
权利要求
1.一种车辆,包括: 可再充能量存储装置； 再充系统，操作性地连接到能量存储装置且配置为通过对能量存储装置传递能量而对能量存储装置充填； 再生制动系统，操作性地连接到能量存储装置，以选择性地对能量存储装置传输能量；和 控制器，操作性地连接到再充系统且配置为控制再充系统； 其中控制器配置为确定在预测路线上能通过再生制动系统回收的车辆重力势能的量；和 其中控制器配置为控制再充系统，从而从再充系统传递到能量存储装置的能量的量以在预测路线上能通过再生制动系统回收的车辆重力势能的量为基础。
2.如权利要求1所述的车辆，其中能量存储系统是电池。
3.如权利要求2所述的车辆，其中再充系统包括配置为选择性地将电能传输到电池的车载电能来源。
4.如权利要求3所述的车辆，其中车载来源包括发动机和发电机； 其中发动机操作性地连接到发电机，以选择性地为发电机提供动力； 其中发电机操作性地连接到电池，以选择性地对其传输电能。
5.如权利要求4所述的车辆，进一步包括车辆车身，所述车辆车身限定发动机舱；和其中发动机至少部分地设置在发动机舱中。
6.如权利要求2所述的车辆，其中再充系统配置为从车外来源接收能量。
7.如权利要求2所述的车辆，其中电池具有最大能量存储容量；和 其中控制器配置为，在电池中存储的能量的量为电池的最大能量存储容量和在所述路线上能通过再生制动系统回收的车辆重力势能的量之间的差时，使得再充系统终止对电池的充电。
8.如权利要求2所述的车辆，其中电池具有最大能量存储容量；和 其中控制器配置为使得再充系统在电池中存储的能量的量是以下项中较大的一个时终止对电池的充电，即:(1)电池的最大能量存储容量和能在所述路线上通过再生制动系统回收的车辆重力势能的量之间的差，和(2)预定最小能量存储量。
9.如权利要求2所述的车辆，其中控制器配置为通过测量车辆在所述路线上行进时电池所存储的能量的增益而确定能通过再生制动系统回收的车辆重力势能的量。
10.如权利要求2所述的车辆，其中控制器配置为，通过在电池被完全充电时沿所述路线行进和在电池没有被完全充电时估计本应在所述路线上由再生制动系统产生和传递到电池的能量的量，从而确定能通过再生制动系统回收的车辆重力势能的量。
全文摘要
一种车辆，包括可再充能量存储装置，例如电池。再充系统操作性地连接到能量存储装置且配置为通过对能量存储装置传递能量而对能量存储装置充填。再生制动系统操作性地连接到能量存储装置，以选择性地对能量存储装置传输能量。控制器操作性地连接到再充系统且配置为控制再充系统。其中控制器配置为确定在预测路线上可通过再生制动系统回收的车辆重力势能的量,和控制再充系统，从而从再充系统传递到能量存储装置的能量的量基于在预测路线上可通过再生制动系统回收的车辆重力势能的量。
文档编号B60L7/10GK103223874SQ20131003127
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月28日 优先权日2012年1月26日
发明者F.W.亨齐克 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司