用于管理车辆中的电力负载的系统和方法

专利名称：用于管理车辆中的电力负载的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于管理车辆中的电力负载的系统和方法。
背景技术：
随着电池技术从例如镍金属氢化物化学(nickel metal hydride chemistry)到 锂离子化学的改变，电池的操作范围扩大。这样的电池可用于高电压应用，例如，混合电动 车辆或者电动车辆。在车辆应用中，高电压电池可不仅仅将电力提供到高电压负载，而且在 例如通过DC/DC变换器减小电压之后还将电力提供到低电压负载。
除了高电压电池之外，混合电动车辆或者电动车辆还可具有低电压电池，所述低 电压电池可被用于向车辆照明、引擎冷却风扇、加热型座椅和/或其他的低电压负载供电。 如果在车辆中的电力负载达到一定水平，则高电压电池不太可能提供所有的电力，低电压 电池可能需要增加由高电压电池供应的电力。这是可能发生的，例如，在高电压负载太大的 情况下，或者由于DC/DC变换器的限制。在这样的情况下，可需要在低电压电池中保持最低 水平的电荷，以确保存在例如用于点亮前照灯的足够电力。如果低电压电池放电到很低，则 需要自动关闭某些电力负载，以保持低电压电池内的最小电荷。当采用该电力负载管理的 “反应的”方法时，电力可能如此低以至于需要以对车辆拥有者来说非常明显的方式来关闭 系统。例如，如果低电压电池的电荷达到一定水平，则可需要关闭空调系统，这对于乘客舒 适会是很明显的和不期望的。
因此，需要存在一种对于车辆拥有者来说非常明显的用于车辆的电力负载管理的 系统和方法。发明内容
本发明的实施例包括一种用于管理车辆中的电力负载的系统。高电压电源能够向 至少一个高电压负载提供电力，电学变换器可被操作为从高电压电源接收高电压电力的输 入并向多个低电压负载提供低电压电力的输出。在这种方式下，高电压电源将电力提供到 至少一些低电压负载。系统的实施例还包括控制系统，控制系统包括至少一个控制器。控 制系统与变换器通信，控制系统被配置为从变换器接收与变换器输出相关的信号。控制系 统还被配置为在从变换器接收到的信号表明高电压电源不能向低电压负载提供满电力时 切断对至少一个低电压负载的供电。
本发明的实施例包括一种用于管理车辆中的电力负载的系统，所述系统包括高 电压电源和电学变换器，电学变换器能被操作为从电高压电源接收高电压电力并向至少一 个低电压负载提供低电压电力。该系统还包括控制器，控制器被配置为在高电压电源不能 向全部所述至少一个低电压负载提供满电力时切断对所述至少一个低电压负载中的至少 一个的供电。
本发明的实施例还包括一种用于管理车辆中的电力负载的方法，所述车辆具有能 够向至少一个高电压负载和多个低电压负载提供电力的高电压电源。车辆还包括电学变换器，电学变换器能被操作为从高电压电源接收高电压电力的输入并向所述多个低电压负载 提供低电压电力的输出。车辆还具有控制系统，控制系统包括至少一个控制器，控制系统被 配置为接收来自变换器的输入并控制所述多个低电压负载。所述方法的步骤可包括监控 变换器的活动，在变换器的活动表明高电压电源不能向所述多个低电压负载提供满电力时 切断对所述多个低电压负载中的至少一个的供电。
本发明的实施例包括一种用于管理车辆中的电力负载的方法，所述车辆具有高电 压电源和能被操作为从高电压电源接收输入并提供低电压输出的变换器。所述方法的步骤 包括监控变换器的活动，监控低电压负载的活动，在高电压电源不能向低电压负载提供满 电力且存在至少一个低电压负载时减小低电压负载的活动。


图1示出了根据本发明的实施例的系统的示意图2示出了曲线，该曲线示出作为本发明的系统的一部分的变换器的电压输入与 电压输出之间的关系；
图3示出了流程图，该流程图示出了根据本发明的实施例的步骤。
具体实施方式
根据需要，在这里公开本发明的具体实施例，然而，应当理解，所公开的实施例仅 仅是本发明的可以以各种各样的和可选择的形式来实现的示例。附图不一定是按比例绘 制；可能夸大或最小化一些特征，以示出具体组件的细节。因此，这里公开的特定的结构的 和功能的细节不是被解释为限制，而是仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式采用 本发明的代表性基础。
图1示出了根据本发明的实施例的用于管理车辆12中的电力负载的系统10。在 该实施例中，作为高电压电池的高电压电源14包括高电压电池阵列16和电池控制器18。 电池控制器18经由控制器局域网(CAN)连接到包括主体控制模块(BCM) 20的控制系统。 除了与电池14通信之外，BCM 20还与车辆12中的其他控制器和系统(如其他CAN节点22 所示意性地表示)通信。BCM 20还与被配置为从高电压电池14接收高电压输入的DC/DC 变换器24通信。变换器24输出低电压电力，所述低电压电力被传送到低电压电力分配盒 或熔断器26。如图1中所示，低电压车辆负载27连接到熔断器26。同样连接到熔断器26 的是低电压电池28，如果需要，低电压电池28可将电力供应到熔断器和低电压负载27。虚 线30被示出为将低电压电池28连接到BCM 20，且虚线30表示它们之间的通信，这可以是 根据本发明的实施例的方法的一部分。除了通过变换器24将低电压电力供应到低电压负 载27之外，高电压电池14还将高电压电力提供到高电压负载32，高电压负载32可以是例 如在电动车辆或者混合电动车辆中的牵引电机。
图2示出了曲线34，曲线34示出了输入到变换器24的高电压电力与输出的低电 压电力之间的关系。如这里所使用的，高电压电力与低电压电力之间的区别是在低电压电 力的等于或小于50伏的范围内的电压与在高电压电力的等于或大于100伏的范围内的电 压之间的差别。曲线34示出了三个不同的电流电平145、165和195安(A)。在被示出的 示例中，针对低电压负载27的满电力输出被认为是14. 5伏(V)。如图2中所清楚地示出的，当输入到变换器24中的高电压电力是至少210V时，14. 5V对于所有的三个电流电平是 可获得的。在2IOV之下，可获得的输出电压降低最初仅仅是195A的电流电平的输出电压降 低，但是当高电压电力输入降低到200V以下时，其他两个电流电平的输出电压也降低。如 下面所解释的，了解输入和输出电压之间的关系以及低电压负载27的满电力的需求对于 根据本发明的控制策略方法是有利的。
为了前瞻地控制车辆12中的低电压负载27，DC/DC变换器24的活动被例如BCM 20监控。这在图3中示出的流程图36中被示出，具体在步骤38。步骤40还可用在低电压 活动被监控的情况下，这是由图1中示出的通信线30所示出的。如在上下文中所使用的， “监控”低电压负载27的活动或者变换器24可以简单地为接收与输入、输出或者提供期望 的信息的一些其他的参数相关的一个信号或多个信号。基于其接收的信息，BCM 20确定高 电压电池14是否可向低电压负载27提供满电力。
如果在判定块42确定高电压电池14能够向低电压负载27提供满电力，则方法回 到监控变换器活动的步骤38。然而，如果高电压电池14不能向低电压负载27提供满电力， 则本发明的方法减少低电压负载活动-参见步骤44。
本发明的实施例被配置为在诸如电池14的高电压电源不能向低电压负载27提供 满电力时切断对一个或多个低电压负载27的供电。该控制策略可通过诸如BCM 20的控制 器单独或者结合例如通过CAN连接的其他控制器来实施。由于本发明的实施例基于变换器 (例如，变换器24)的活动来做决定，因此在诸如电池28的低电压电源用于增加从高电压电 源接收的电力之前可切断对一个或多个低电压负载27的供电。这允许以对于车辆操作者 来说实质上明显的方式切断对低电压负载27的供电。例如，当控制策略首先确定高电压电 源不能将满电力提供到低电压负载27时，可采用第一“负载分离(shedding)策略”，藉此， 选择的低电压负载27终止。这些可包括例如停止对车辆中的一个或多个加热座椅的供电 和/或减小加热器风扇的速度。第一负载分离策略可以以某些低电压负载27停止或减小 的方式执行，从而高电压电源可将满电力提供到所有剩余的低电压负载27。然后，一旦高电 压电源例如通过再生制动接收到额外的电荷并再次能够将满电力提供到所有的低电压负 载27，则先前停止或减小的一个负载或多个负载可以恢复到满电力。
如上面所提到的，当期望负载分离时判定的一部分包括监控电学变换器(例如， 图1中示出的变换器24)的活动。实现它的一种方式在于监控低电压输出，了解为了使所 有的低电压负载27接收满电力必须满足的需要的最低电平。然而，本发明的实施例采用另 一策略，该策略是被输入到变换器24的高电压被分析。这是可行的，因为如图2中的曲线 34中所示，在输出电压与输入电压之间存在已知的关系。利用来自图1和图2的示例，BCM 20可在输入到变换器24的高电压等于或低于210V时执行第一负载分离策略。如果已知 在高电压电池上流过的电流小于195A(例如，145A或165A)，则在执行第一负载分离策略之 前，BCM可等待直到高电压输入等于或低于200V。在这种方式下，在需要来自低电压电池的 帮助和对于车辆拥有者来说明显的附件的不期望的减少之前，本发明的实施例可在分离低 电压负载27中尤其具有前瞻性。
本发明的实施例还可包括一些特征，以进一步改进负载分离策略。例如，诸如图1 中示出的电池14的高电压电源可经受使得其暂时不能向所有的低电压负载27提供满电力 的电力的短暂减小。如果由BCM 20快速实施负载分离策略，则如果高电压电池非常快地返回到电力的更高电平，低电压负载27会被不必要地分离。如上面所提到的，第一负载分离 策略关注那些通常没有被车辆拥有者所注意到的负载，因此该短暂的响应没有降低该策略 的效力。然而，如果期望减小高电压电源的短暂电力波动的影响，则还可以执行延迟负载分 离策略的启动的步骤，直到控制系统接收表明高电压电池中的电力低的信号达到某一预定 时段。在这样的情况下，预定时段将相对地短，以确保控制策略仍具有前瞻性且低电压负载 27不会变成吸收来自低电压电源的电力的负担。
如上面关于图1所讨论的，低电压电源(诸如低电压电池28)可与控制系统(例 如，BCM 20)通信。在这样的情况下，BCM 20可通过测量低电压电池28的一个或多个参数 来监控低电压负载活动。因此，可通过BCM 20从变换器24接收的信号来指示负载分离策 略，但是不执行负载分离策略，除非存在表明正经受第一负载分离策略的低电压负载27。在 一些情况下，可能不会存在任何可以停止或减小的低电压负载27，在其他情况下，可存在可 用的低电压负载，但是这些没有包括在第一负载分离策略中。例如，如果空调系统是活动的 且高电压电池14不能向空调系统提供满电力，考虑到小于满电力的电力对于一个或多个 组件(诸如压缩机)可能是有害的，则可需要执行第二负载分离策略。这是因为空调系统 可能不是第一负载分离策略的一部分，因为停止该负载对于车辆拥有者来说很可能是明显 的。在这种情况下，可以执行第二负载分离策略，藉此，BCM 20首先向车辆操作者提供这样 的指示，所述指示表明有必要停止一些车辆负载。然后，BCM 20可停止对空调系统的供电， 车辆操作者将预料到这件事，且不会认为它是一个系统故障。可在没有负载经受第一负载 分离策略的情况下执行第二负载分离策略，或者可在所有的负载已经根据第一负载分离策 略停止或减小、但高电压电池仍不能将满电力提供到其余的低电压负载27之后，可实施第 二负载分离策略。
虽然上面描述了示例性实施例，但是这些实施例意图描述本发明的所有可能的形 式。相反，说明书中使用的词语是描述性的词语，而非限制性的词语，应当理解，在不脱离本 发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。另外，可以组合各种实施例的特征，以形 成本发明的另外的实施例。
权利要求
1.一种用于管理车辆中的电カ负载的系统，包括 第一电源； 电学变换器，电学变换器能被操作为从第一电源接收第一电カ并向至少ー个第二负载提供第二电力，其中第二电カ的电压比第一电カ的电压低； 控制器，被配置为在从电学变换器接收到的信号表明第一电源不能向全部所述至少一个第二负载提供满电カ时切断对所述至少ー个第二负载中的至少ー个的供电。
2.根据权利要求1所述的系统，其中， 控制器被配置为切断对所述至少ー个第二负载中的所述至少ー个的供电，以使第一电源能够向所述至少ー个第二负载中的其余负载提供满电力。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括 第二电源，第二电源能够向所述至少ー个第二负载提供电カ且第二电源的电压比第一电源的电压低，其中，控制器在第二电源将电カ输出到所述至少ー个第二负载之前切断对所述至少ー个第二负载中的至少ー个的供电。
4.根据权利要求1所述的系统，其中， 控制器还被配置为在所述至少ー个第二负载中的所述至少一个的电力被切断之后，当从电学变换器接收到的信号表明来自电学变换器的输出能够向所述至少ー个第二负载提供满电カ时，允许向所述至少ー个第二负载中的所述至少ー个供电。
5.根据权利要求1所述的系统,其中， 控制器还被配置为延迟切断对所述至少ー个第二负载中的所述至少一个的供电的步骤，直到从电学变换器接收的表明第一电源不能向全部所述至少ー个第二负载提供满电カ的所述信号已经被接收达到预定时间。
6.根据权利要求1所述的系统，其中， 在电学变换器输入与电学变换器输出之间存在已知的关系，由控制器从电学变换器接收的与电学变换器输出相关的信号是指示来自第一电源的电学变换器输入的信号。
7.根据权利要求1所述的系统,其中， 控制器还被配置为在已经切断对所述至少ー个第二负载的所述至少ー个的供电且第一电源不能向所述至少ー个第二负载的其余负载提供满电カ之后，向车辆操作者提供指示
8.一种用于管理车辆中的电カ负载的方法，所述车辆具有第一电源，能够向至少ー个第一负载和多个第二负载提供电カ；电学变换器，电学变换器能被操作为从第一电源接收第一电カ的输入并向所述多个第二负载提供第二电カ的输出；控制系统，包括至少ー个控制器，控制系统被配置为接收来自电学变换器的输入并控制所述多个第二负载，所述方法包括 监控电学变换器的活动； 在电学变换器的活动表明第一电源不能向所述多个第二负载提供满电カ时切断对所述多个第二负载中的至少ー个的供电。
9.根据权利要求8所述的方法,其中，电学变换器输出与电学变换器输入有关，监控电学变换器的活动的步骤包括监控向电学变换器的输入，以确定来自电学变换器的输出在什么时候对于第一电源向所述多个第二负载提供满电カ来说不够。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括 在所述多个第二负载中的所述至少ー个的电カ被切断之后，当从第一电源到电学变换器的输入增加从而来自电学变换器的输出大到足够向所述多个第二负载提供满电カ吋，向所述多个第二负载中的所述至少ー个提供电力。
全文摘要
一种用于管理车辆中的电力负载的系统和方法，包括能够向至少一个高电压负载提供电力的高电压电源。电学变换器可被操作为从高电压电源接收高电压电力的输入，并向一个或多个低电压负载提供低电压电力的输出。控制系统与所述变换器通信，控制系统被配置为从所述变换器接收与所述变换器输出相关的信号，并在从所述变换器接收到的信号表明高电压电源不能向所述低电压负载提供满电力时切断对所述低电压负载中的至少一个的供电。
文档编号G05B19/418GK103034181SQ20121036125
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月25日 优先权日2011年9月29日
发明者戴比·凯利扣特, M·R·德岛纳, 马克·J·弗尔勒 申请人:福特全球技术公司