车辆充电方法和车辆充电装置的制造方法
【专利说明】车辆充电方法和车辆充电装置
[0001]本发明涉及根据权利要求1的前序部分的一种车辆一一尤其是纯电动车辆或电动车辆或插电式混合动力电动车辆--用充电方法，以及根据权利要求8的前序部分的一种车辆一一尤其是纯电动车辆或电动车辆或插电式混合动力电动车辆一一用充电装置。
[0002]电动车辆、插电式混合动力电动车辆等均为已知的电动车辆，其被设计用于供给电动马达以用于从主能量存储器一一例如，牵引用电池或牵引用蓄电池一一驱动车辆。而且，这种类型的车辆通常也具有额外的能量存储器，例如，铅酸电池，其供给电能给车辆的低电压负载，例如，各种电子控制装置和负载，其提供舒适和安全性能，等等。
[0003]车辆的铅酸电池被设置成在车辆运行过程中充电并且用于在车辆停止或驻车时向电负载提供能量。在这种类型的铅酸电池被连续充电时，当车辆停止时，这会导致铅酸电池的高的失水量，如果不补偿失水量，其可导致铅酸电池的过早失效。此外，长的使用时间可导致蓄电池极板的腐蚀和/或内部电池短路的发展。
[0004]现代的电动车辆或插电式混合动力电动车辆通常具有，针对车辆的低电压能量供给的，在这种类型的车辆中的应理解为低电压的大约12V的直流(DC)电压，作为额外的能量存储器的铅酸电池，其电力连接至DC电压互感器(直流到直流转换器)或整流器(交流到直流转换器)。因为低电压能量供给是在车辆的主能量存储器或牵引用蓄电池充电过程中不同的电子控制装置运行所需的，因此充电电压连续地施加在铅酸电池上。充电时间每天可能超过七个小时，并因此使铅酸电池在每天非常长的充电时间中暴露，其可由于失水量、腐蚀或内部电池短路而导致过早的运行失效。这样的事实也加剧了这种情况，即，牵引用蓄电池可能，例如，在充电插座上，通常以无人看管的方式并在封闭的车库中充电，以及这样的事实，即，降低了功能的铅酸电池相比于普通的电池易于产生更多的氢气和在充电过程中升温。因此需要克服这些缺陷。
[0005]美国专利文献US 2012/0169281A1例如公开了一种电动车辆充电装置，其可通过安装在车辆的外部的交流(AC)电压电源为安装在车辆中的主能量存储器充电。该装置包含AC到DC转换器，当主能量存储器通过外部AC电压电源充电时，其将车辆外部的AC电压转换为DC电压并将其提供给车辆中的负载。还提供辅助能量存储器，其可为负载提供电能。当主能量存储器通过外部电压电源充电时，与辅助能量存储器串联连接的二极管防止了辅助能量存储器的充电，以便当给主能量存储器充电时提高充电效率。然而，辅助能量存储器可被放电以便提供给车辆中的负载。然而，在主能量存储器充电过程中，额外的能量存储器的放电被阻止，这是由于，控制装置以如下方式控制AC到DC转换器的输出电压，S卩，二极管在阻断状态在运行。
[0006]而且，美国专利文献US 8，186，466B2公开了一种混合动力电动车辆的电路配置，其中，在车辆的低压供电网络中的低压蓄电池可通过开关与高压供电网络分开，其包含用于驱动车辆的高压蓄电池。可以提出闭合该开关以便通过低压蓄电池给高压蓄电池充电。
[0007]此外，美国专利文献US 2007/0210743A1公开了一种混合动力电动车辆用电路配置，在其帮助下，低压蓄电池的荷电状态可通过从高压蓄电池充电而保持。
[0008]在此基础上，本发明的目的在于提供一种车辆一一尤其是纯电动车辆或电动车辆或插电式混合动力电动车辆一一用充电方法和充电装置，该方法和装置保护能量存储器，例如，铅酸电池，抵抗由持久充电所造成的损坏，当车辆电连接至设置在车辆外部的电源时，该电源提供能量给车辆内部的供电网络。此外，其将保证能量存储器不会落在充电的临界状态以下，在临界状态时，将不再保证所述能量存储器的正常的电气性能。
[0009]该目的是通过具有权利要求1的技术特征的充电方法和具有权利要求8的充电装置实现的。进一步地，本发明的特别有利的实施例公开在从属权利要求中。
[0010]需要注意的是，权利要求中的单独指定的特征可以以任何技术上有利的方式彼此结合并且可进一步描述本发明的实施例。本说明书特别结合附图额外描述和说明了本发明。
[0011]根据本发明，一种利用设置在车辆外部的电源为安装在车辆一一尤其是纯电动车辆或电动车辆或插电式混合动力电动车辆一一中的主电能存储器一一例如，牵引用蓄电池——充电的方法，包含，除其他事物之外，以下步骤:
[0012]-通过转换器一一例如，DC电压互感器或整流器一一将由外部电源提供的电压转换成低DC电压，和
[0013]-当通过外部电源为主能量存储器充电时，将低DC电压供给至车辆的低电压负载。
[0014]根据本发明，在通过外部电源为主能量存储器充电的过程中，确定附加能量存储器一一例如铅酸电池一一的荷电状态，附加能量存储器存储用于低电压负载的供电的电能。在通过外部电源为主能量存储器充电的过程中，如果荷电状态足够用于低电压负载的正常的供电，附加的能量存储器通过电子控制装置有效地与低DC电压和低电压负载电解耦，这样，附加的能量存储器既不通过低DC电压也不通过低电压负载充电。如果，相比之下，在通过外部电源为主能量存储器充电的过程中，荷电状态不够用于低电压负载的正常的供电，附加的能量存储器通过电子控制装置有效地与低DC电压电耦接。这样，附加的能量存储器可通过低DC电压充电。在此，尤其是车辆中传统使用的为低电压负载供电的DC电压，例如，用于提供舒适性和安全性能的各种电子控制装置和负载，在大约12V的范围内，应被理解为低DC电压。
[0015]根据本发明的方法保证了附加的能量存储器，例如，铅酸电池，不会由于当车辆电连接至设置在车辆外部的电源时的持久充电而损坏，该车辆外部的能源供给能量给车辆内部的供电网络。此外，该方法防止了附加的能量存储器落在临界的荷电状态以下，在该临界值以下，将不再保证所述的附加的能量存储器的用于车辆中的低电压负载的供电的正常的电气性能。
[0016]根据本发明的一个有利的实施例，为了电解耦附加的能量存储器，控制装置被设置用于执行零电流控制，在此情况下，控制装置以这样一种方式控制转换器的输出电压，即，流入和从附加的能量存储器流出的电流是零。换言之，一旦发生电流从附加的能量存储器流出，即，附加的能量存储器将放电，控制装置将升高输出电压，并且，一旦发生电流流入附加的能量存储器，即，附加的能量存储器将充电，控制装置将降低输出电压。以这种方式，附加的能量存储器与车辆的低电压负载和低DC电压“实质上”分开，并因此有效地电解耦，同时主能量存储器可通过外部电源充电。零电流控制可通过，例如，标准的PI控制器(比例积分控制器)或传统的自适应控制执行。
[0017]根据本发明的又一有利的实施例，为了电耦接附加的能量存储器，控制装置被设置用于以这样一种方式控制转换器的输出电压，即，使电流流入附加的能量存储器，即，附加的能量存储器将充电。
[0018]根据本发明的上述两个实施例允许特别经济的实施方案，因为附加的能量存储器可仅通过电子控制装置调节转换器的输出电压来与车辆的低电压负载和低DC电压电解耦和/或耦接。
[0019]电流流入和从附加的能量存储器流出优选通过与附加的能量存储器串联连接的电流传感器确定，并且电流传感器的确定的值被提供给控制装置，在此值的基础上，附加的能量存储器与车辆的低电压负载和低DC电压电解耦和耦接。
[0020]根据本发明的又一有利的实施例，通过在零电流控制过程中将由控制装置控制的转换器的输出电压的平均值与附加的能量存储器的预定的空载电压极限值进行比较确定附加的能量存储器的荷电状态。如果荷电状态落在空载电压极限值以下，附加的能量存储器的荷电状态就被评估为不够用于低电压负载的正常的供电。否则，附加的能量存储器的荷电状态被评估为是足够的。本发明的这一实施例可有利于省去用于确定附加的能量存储器的荷电状态的附加的测量传感器，其简化了用于执行充电方法的电动车辆充电装置的构造并减少了其生产成本。
[0021]本发明的可选择的实施例也可提供荷电状态传感器，例如优选设置在附加的能量存储器的电极凹部中的传统的蓄电池传感器，通过其可确定附加的能量存储器的荷电状态，以及将荷电状态传感器确定的值，尤其是附加的能量存储器的空载电压值，提供给控制装置。之后将荷电状态传感器连续确定的电压状态或荷电状态在附加的能量存储器与低电压负载和低DC电压解耦的过程中与附加的能量存储器的预定的空载电压极限值或荷电状态极限值进行比较。当所述荷电状态落在空载电压极限值以下时，附加的能量存储器的荷电状态就被评估为不够用于低电压负载的正常的供电。否则，附加的能量存储器的荷电状态被评估为是足够的。
[0022]本发明的又一实施例可提供继电器，其建立或分开附加的能量存储器与车辆的低电压负载和低DC电压的电连接。为此，为了电解耦附加的能量存储器，继电器通过控制装置以这样一种方式控制，即，通过打开继电器使附加的能量存储器与低电压负载和低DC电压在电流上分