电池充电系统和维修方法与流程

本公开涉及一种用于维修电动车辆的车辆维修方法。在发动机故障条件期间，如果高压电池组不具有对于启动发动机足量的电荷，则该车辆维修方法被用于给深度耗尽的高压电池组再充电。

背景技术：

减少机动车辆燃料消耗和排放的必要性是众所周知的。因此，正在开发降低或完全消除对内燃发动机的依赖的车辆。电动车辆是为此目的当前正在开发的一种类型的车辆。一般而言，电动车辆不同于常规机动车辆，因为它们通过由一个或多个电池供电的电机来选择性地驱动。相比之下，常规机动车辆仅依赖内燃发动机来驱动车辆。

完全混合动力电动车辆具有两个能量源——燃料和高压电池组。该高压电池组被用于启动发动机，并且当电池组的荷电状态(soc)下降到低于某一阈值时，发动机可用于给电池组再生地再充电。电池组的soc可能被耗尽至没有足量的功率可用于起动发动机的程度。

技术实现要素：

根据本发明的示例性方面的一种车辆维修方法除了其他方面以外包含：在将高压电池组从外部能量源断开之后将外部能量源连接到逆变器系统控制器、利用来自外部能量源的能量来启动电动车辆的发动机、以及利用来自发动机的功率来给高压电池组充电。

在前述方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括：在启动发动机之后，命令马达输出零扭矩使得其既不生成也不接受任何能量。

在任一前述方法的进一步非限制性实施例中，断开高压电池组包括将连接到高压电池组的高压电缆从逆变器系统控制器中拔出。

在任一前述方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括：在给电池组充电之前，命令逆变器系统控制器使高压总线放电，在使高压总线放电之后断开外部能量源，在给高压电池组充电之前将高压电池组重新连接到高压总线，命令发动机产生扭矩，以及命令逆变器系统控制器传送功率以给电池组充电。

在任一前述方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括，在连接外部能量源之后，升高来自外部能量源的输入电压。

在任一前述方法的进一步非限制性实施例中，启动发动机包括调用低功率起动模式来启动发动机以及如果发动机的转速超过预定值则表明发动机被启动。

在任一前述方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括将发动机设置为发动机转速控制以及将马达设置为扭矩控制模式。

在任一前述方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括在执行车辆维修方法之前将维修工具连接到电动车辆。

在任一前述方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括在维修工具上将消息传达至维修技术人员。

在任一前述方法的进一步非限制性实施例中，其中给高压电池组充电包括命令发动机产生扭矩并且生成功率以给高压电池组充电。

在任一前述方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括在启动发动机之后使高压总线放电。

在任一前述方法的进一步非限制性实施例中，给高压电池充电包括闭合高压电池的至少一个接触器以将高压电池重新连接到高压总线。

在任一前述方法的进一步非限制性实施例中，如果高压电池组不具有启动所述发动机所必需的足量的功率，则响应于发动机故障条件来执行该车辆维修方法。

根据本发明的另一个示例性方面的一种电池充电系统除了其他方面以外包括高压电池组、发动机、外部能量源以及逆变器系统控制器，该逆变器系统控制器被配置为：在车辆维修方法的第一步骤期间利用来自外部能量源的功率来启动发动机，并且在车辆维修方法的第二步骤期间供应来自发动机的功率以给高压电池组再充电。

在前述系统的进一步非限制性实施例中，该系统包括维修工具，该维修工具被配置为与逆变器系统控制器通信。

在任一前述系统的进一步非限制性实施例中，该系统包括电动马达，该电动马达被配置为响应于来自逆变器系统控制器的命令而启动发动机。

在任一前述系统的进一步非限制性实施例中，外部能量源是与电动车辆分开的单独部件，但是高压电池组、发动机和逆变器系统控制器各自是电动车辆的部件。

在任一前述系统的进一步非限制性实施例中，高压电池组包括至少一个电池单元和至少一个接触器。

在任一前述系统的进一步非限制性实施例中，逆变器系统控制器包括多个开关装置，该多个开关装置被配置为控制功率在高压电池组和发动机之间的双向流动。

在任一前述系统的进一步非限制性实施例中，外部能量源是铅酸电池充电器。

前述段落、权利要求书或以下说明书和附图中的实施例、示例和可选方案，包括它们的各个方面或各自的个体特征中的任意一个，可以独立地或以任意组合的形式获得。关于一个实施例所描述的特征适用于所有实施例，除非这些特征互不相容。

从以下具体实施方式中，本发明的各种特征和优点对本领域技术人员来说将是显而易见的。伴随具体实施方式的附图可以被简要地描述如下。

附图说明

图1示意性地说明了电动车辆的动力传动系统；

图2说明了电动车辆的电池充电系统；

图3示意性地说明了一种用于在发动机故障条件期间给电动车辆的深度耗尽的高压电池组充电的车辆维修方法。

具体实施方式

本公开详述了用于给电动车辆的深度耗尽的高压电池组充电的示例性车辆维修方法。在一些实施例中，在发动机故障条件期间使用该车辆维修方法，首先启动发动机，然后给电池组再生充电。首先将高压电池组从高压总线断开。然后将外部能量源连接到高压总线。利用来自电能源的能量来启动电动车辆的发动机，并且随后将高压电池组重新连接到高压总线。利用来自发动机的功率来给高压电池组再生充电。还提出了一种用于执行车辆维修方法的电池充电系统。在本具体实施方式的以下段落中更详细地讨论这些以及其它特征。

图1示意性地说明了用于电动车辆12的动力传动系统10。虽然被描述为混合动力电动车辆(hev)，但是应当理解的是，本文所描述的构思并不限于hev并且可以延伸到其它电动车辆，包括但不限于，插电式混合动力电动车辆(phev)、电池电动车辆(bev)和燃料电池车辆。

在一个非限制性实施例中，动力传动系统10是使用第一驱动系统和第二驱动系统的功率分流动力传动系统。该第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。该第二驱动系统至少包括马达22(即，第二电机)和电池组24。在该示例中，该第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。该第一和第二驱动系统产生扭矩以驱动电动车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。虽然示出了功率分流配置，但是本发明可以延伸到包括完全混合动力、并联式混合动力、串联式混合动力、轻度混合动力或微混合动力的任何混合动力或电动车辆。

发动机14——在一个实施例中其是内燃发动机——和发电机18可以通过动力传输单元30——例如行星齿轮组——连接。当然，其它类型的动力传输单元，包括其它齿轮组和传动装置，可以被用于将发动机14连接至发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传输单元30是行星齿轮组，该行星齿轮组包括环形齿轮32、中心齿轮34和行星齿轮架总成36。

发电机18可以由发动机14通过动力传输单元30来驱动以将动能转变为电能。发电机18可以可选择地用作马达以将电能转变为动能，从而输出扭矩至连接到动力传输单元30的轴38。因为发电机18被可操作地连接到发动机14，所以发动机14的转速可以通过发电机18来控制。

动力传输单元30的环形齿轮32可以被连接至轴40，轴40通过第二动力传输单元44被连接至车辆驱动轮28。该第二动力传输单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其它动力传输单元也可以是适合的。齿轮46将扭矩从发动机14传递至差速器48以最终提供牵引力至车辆驱动轮28。差速器48可以包括能够将扭矩传递至车辆驱动轮28的多个齿轮。在一个实施例中，该第二动力传输单元44通过差速器48被机械地连接至车轴50以将扭矩分配至车辆驱动轮28。在一个实施例中，动力传输单元30、44是电动车辆12的变速器58的一部分。

马达22也可以被用于通过将扭矩输出至也连接至第二动力传输单元44的轴52来驱动车辆驱动轮28。在一个实施例中，马达22是再生制动系统的一部分。例如，马达22可以各自将电力输出至电池组24。

电池组24是示例性电动车辆电池。电池组24可以是高压牵引电池组，该高压牵引电池组包括多个电池总成25(即，电池阵列或电池单元的组)，该电池总成25能够输出操作电动车辆12的马达22、发电机18和/或其他电负载的电力。其它类型的储能设备和/或输出设备也可以被用于电驱动电动车辆12。

在一个非限制性实施例中，电动车辆12具有两个基本操作模式。该电动车辆12可以在电动车辆(ev)模式下运行，在电动车辆(ev)模式下，马达22被用于车辆推进(总体上没有来自发动机14的辅助)，从而将电池组24的荷电状态消耗至其在某些驾驶模式/周期下的最大可允许的放电率。该ev模式是用于电动车辆12的运行的电荷消耗模式的示例。在ev模式期间，电池组24的荷电状态在某些情况下可以增加，例如由于一段时间的再生制动。发动机14在默认ev模式下通常是关闭的，但是可以基于车辆系统状态根据需要操作或根据操作者允许进行操作。

电动车辆12可以附加地在混合动力(hev)模式下运行，在混合动力模式下，发动机14和马达22二者都被用于车辆推进。hev模式是用于电动车辆12的运行的电荷保持模式的示例。在hev模式期间，电动车辆12可以减少马达22推进用量以便通过增加发动机14推进来将电池组24的荷电状态保持在恒定或接近恒定的水平。在本发明的范围内，电动车辆12可以在ev和hev模式以外的其他操作模式下运行。

图2说明了被配置用于给高压电池组24的储能装置(例如，电池单元65)再充电的电池充电系统54。例如，如果发动机故障条件已经发生并且电池组24具有可用于启动发动机14的不足的soc，则该电池充电系统54可以被用于给电池组24充电。示例性发动机故障条件包括低燃料泵压力、火花塞故障、保险丝熔断或不正确的燃料源。当然，这些是非限制性示例并且不旨在限制本公开。

示例性电池充电系统54包括电池组24、逆变器系统控制器(isc)56、马达22、变速器58和发动机14。此外，该电池充电系统54包括外部能量源60和维修工具62，该维修工具62可以被维修技术人员用来执行示例性车辆维修方法，如下面进一步讨论的。

电池组24包括一个或多个电池单元65和接触器64。接触器64被选择性地打开/闭合以将电池组24的电池单元65与高压总线66断开/连接。例如，接触器64被选择性地闭合以将来自电池组24的直流(dc)电压施加到高压总线66，并且被选择性地打开以将电池组24从高压总线66断开。在一个非限制性实施例中，接触器64由控制模块(未示出)——例如电池能量控制模块(becm)——来控制。在另一个非限制性实施例中，高压电缆72将电池组24连接到isc56。

在一个非限制性实施例中，isc56是与可变电压转换器组合的逆变器系统控制器。isc56包括用于控制电池充电系统54内的双向功率流的多个开关装置68。在一个非限制性实施例中，开关装置68是绝缘栅双极型晶体管(igbt)。开关装置68被选择性地命令以经受用于下列方面的开关操作：将来自电池组24的dc电压转换为用于向马达22供应功率(即，推进车辆)的三相交流(ac)电压或者可替代地将ac三相电压转换为用于给电池组24的电池单元65电力再生充电的dc电压。

变速器58包括在车辆启动条件期间利用来自马达22的功率来启动发动机14所必需的齿轮系统。变速器58还将来自发动机14的功率传递到马达22，用于给电池组24再生充电。

与电池组24、isc56、马达22、变速器58和发动机14不同，外部能量源60是与电动车辆分开的单独部件。外部能量源60在某些条件(例如发动机故障条件)期间可连接到isc56，并且在电池组24被深度耗尽的情况下可以被用于启动发动机14。在一个非限制性实施例中，外部能量源60是铅酸电池充电器。在另一个非限制性实施例中，外部能量源60是低压电池。在本公开的范围内，其它外部能量源也是可预期的。

维修工具62可连接用于与电动车辆通信。在一个非限制性实施例中，维修工具62是计算机，其可以被插入到位于电动车辆上的数据端口70中以访问车辆的计算机网络。维修工具62允许维修技术人员开始用于维修电动车辆的车辆维修方法。

继续参考图1和图2，图3示意性地说明了示例性车辆维修方法100。在一个非限制性实施例中，在发动机故障条件期间，如果电池组24的电池单元65被耗尽至如此低的水平以致于没有足量的功率可用于启动发动机14，则维修技术人员执行车辆维修方法100以给电池组24再充电。

车辆维修方法100开始于框102。此时，维修技术人员已经将维修工具62连接到电动车辆12的数据端口70并且已经确认发动机故障条件已经发生并且电池组24包括对于启动发动机14不足的soc。在一个非限制性实施例中，一旦维修技术人员已经请求车辆维修方法100，isc56就检查电动车辆的运行条件(例如，车辆被停车，速度为零等)并且验证发动机故障条件。

在框104，将在电池组24和isc56之间延伸的高压电缆72从isc56断开。接下来，在框106，将外部能量源60连接到isc56并且启用外部能量源60以便使用(例如，打开)。在一个非限制性实施例中，可以通知维修技术人员将外部能量源60连接到isc56，例如通过传送通过维修工具62显示的消息。在框108，isc56接下来验证外部能量源60是否被连接到isc56并且从外部能量源60接收到的dc电压vbus是否在期望范围内。在一个非限制性实施例中，这可以利用高压互锁(hvil)来完成。hvil可以由isc56或控制模块(例如becm)来执行。

如果外部能量源60被连接并且vbus在期望范围内，则在框110，isc56将从外部能量源60接收到的输入电压升高到例如高于250伏特的值。接下来，在框112，isc56命令马达22生成足够的功率以启动发动机14。在一个非限制性实施例中，isc56命令马达22产生大约500w的功率来启动发动机14。在框114，调用低功率起动模式(lowpowercrankingmode)(例如，至少250每分钟转数(rpm))，并且在框116，当发动机14以大于500rpm运行时，表明发动机14被启动。

在框118，将发动机14设置为发动机转速控制，并且命令马达22输出零扭矩使得其既不生成也不接受任何能量。在框120，然后通知维修技术人员关闭外部能量源60。

在框122，随后命令isc56使高压总线66放电。使高压总线66放电包括使存储在电容器cy和ci中的能量放电。当外部能量源60被用于启动发动机14时，能量被储存在电容器cy、ci和cm中。在将高压电缆72从isc56断开之前，能量被移除作为安全预防措施。当开关装置的下支路67被关闭并且上支路69被打开时，储存在电容器cy、ci中的能量可以沿着路径71放电。可替代地，如果上支路69被关闭并且下支路67被打开，则能量可以沿着路径73放电。

在框124，监测dc电压vbus。在一个非限制性实施例中，通过将dc电压vbus与放电电压进行比较来监测dc电压vbus。如果dc电压vbus为零，则在框126，通知维修技术人员移除外部能量源60并且将高压电缆72重新连接到电池组24。可替代地，如果在框124，dc电压vbus大于零，则在框128将放电时间与最大放电时间进行比较。如果放电时间大于最大放电时间，则车辆维修方法100返回到框120，重新检查外部能量源是否被关闭。可替代地，如果放电时间不大于最大放电时间，则车辆维修方法100返回到框122。在框130，isc56接下来验证电池组24是否被连接到isc56并且dc电压vbus是否在期望范围内。

如果电压水平在预定范围内，则在框132，isc56命令接触器64闭合以将电池组24连接到高压总线66。在一个非限制性实施例中，接触器64的闭合顺序包括：闭合主负接触器(mainc-)64-1，然后闭合预充电接触器64-2，并且然后闭合主正接触器(mainc+)64-3并且一旦dc电压vbus接近电池电压vbatt，就重新打开预充电接触器64-2(参见图2)。

最后，在框134，命令发动机14产生扭矩并且生成正功率以给电池组24充电并且运行任何电气配件。isc56可以命令马达22在再生模式下运行以使dc电压vbus斜升(rampup)。在电池再生充电期间，监测由电池组24接收到的dc电流以确定其是否在限定的范围内。在电池组24soc达到预定值之后，再生充电完成并且在框136退出车辆维修方法100。

虽然不同的非限制性实施例被说明为具有特定的部件或步骤，但是本发明的实施例并不限于那些特定的组合。将来自任一非限制性实施例的一些部件或特征与来自任一其他非限制性实施例的特征或部件结合使用是可能的。

应当理解的是，贯穿几个附图，相同的附图标记标识相应的或类似的元件。应当理解的是，虽然在这些示例性实施例中公开和说明了特定的部件布置，但是其它布置也可以受益于本发明的教导。

前述说明应当被解释为说明性的而不是任何限制性的意义。本领域普通技术人员将理解的是，某些修改可能落入本发明的范围之内。由于这些原因，应当研究下面的权利要求来确定本发明的真实范围和内容。