車輛充電方法和車輛充電裝置的制造方法
【專利說明】車輛充電方法和車輛充電裝置
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的一種車輛一一尤其是純電動(dòng)車輛或電動(dòng)車輛或插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛--用充電方法，以及根據(jù)權(quán)利要求8的前序部分的一種車輛一一尤其是純電動(dòng)車輛或電動(dòng)車輛或插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛一一用充電裝置。
[0002]電動(dòng)車輛、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛等均為已知的電動(dòng)車輛，其被設(shè)計(jì)用于供給電動(dòng)馬達(dá)以用于從主能量存儲(chǔ)器一一例如，牽引用電池或牽引用蓄電池一一驅(qū)動(dòng)車輛。而且，這種類型的車輛通常也具有額外的能量存儲(chǔ)器，例如，鉛酸電池，其供給電能給車輛的低電壓負(fù)載，例如，各種電子控制裝置和負(fù)載，其提供舒適和安全性能，等等。
[0003]車輛的鉛酸電池被設(shè)置成在車輛運(yùn)行過程中充電并且用于在車輛停止或駐車時(shí)向電負(fù)載提供能量。在這種類型的鉛酸電池被連續(xù)充電時(shí)，當(dāng)車輛停止時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致鉛酸電池的高的失水量，如果不補(bǔ)償失水量，其可導(dǎo)致鉛酸電池的過早失效。此外，長的使用時(shí)間可導(dǎo)致蓄電池極板的腐蝕和/或內(nèi)部電池短路的發(fā)展。
[0004]現(xiàn)代的電動(dòng)車輛或插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛通常具有，針對(duì)車輛的低電壓能量供給的，在這種類型的車輛中的應(yīng)理解為低電壓的大約12V的直流(DC)電壓，作為額外的能量存儲(chǔ)器的鉛酸電池，其電力連接至DC電壓互感器(直流到直流轉(zhuǎn)換器)或整流器(交流到直流轉(zhuǎn)換器)。因?yàn)榈碗妷耗芰抗┙o是在車輛的主能量存儲(chǔ)器或牽引用蓄電池充電過程中不同的電子控制裝置運(yùn)行所需的，因此充電電壓連續(xù)地施加在鉛酸電池上。充電時(shí)間每天可能超過七個(gè)小時(shí)，并因此使鉛酸電池在每天非常長的充電時(shí)間中暴露，其可由于失水量、腐蝕或內(nèi)部電池短路而導(dǎo)致過早的運(yùn)行失效。這樣的事實(shí)也加劇了這種情況，即，牽引用蓄電池可能，例如，在充電插座上，通常以無人看管的方式并在封閉的車庫中充電，以及這樣的事實(shí)，即，降低了功能的鉛酸電池相比于普通的電池易于產(chǎn)生更多的氫氣和在充電過程中升溫。因此需要克服這些缺陷。
[0005]美國專利文獻(xiàn)US 2012/0169281A1例如公開了一種電動(dòng)車輛充電裝置，其可通過安裝在車輛的外部的交流(AC)電壓電源為安裝在車輛中的主能量存儲(chǔ)器充電。該裝置包含AC到DC轉(zhuǎn)換器，當(dāng)主能量存儲(chǔ)器通過外部AC電壓電源充電時(shí)，其將車輛外部的AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓并將其提供給車輛中的負(fù)載。還提供輔助能量存儲(chǔ)器，其可為負(fù)載提供電能。當(dāng)主能量存儲(chǔ)器通過外部電壓電源充電時(shí)，與輔助能量存儲(chǔ)器串聯(lián)連接的二極管防止了輔助能量存儲(chǔ)器的充電，以便當(dāng)給主能量存儲(chǔ)器充電時(shí)提高充電效率。然而，輔助能量存儲(chǔ)器可被放電以便提供給車輛中的負(fù)載。然而，在主能量存儲(chǔ)器充電過程中，額外的能量存儲(chǔ)器的放電被阻止，這是由于，控制裝置以如下方式控制AC到DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，S卩，二極管在阻斷狀態(tài)在運(yùn)行。
[0006]而且，美國專利文獻(xiàn)US 8，186，466B2公開了一種混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的電路配置，其中，在車輛的低壓供電網(wǎng)絡(luò)中的低壓蓄電池可通過開關(guān)與高壓供電網(wǎng)絡(luò)分開，其包含用于驅(qū)動(dòng)車輛的高壓蓄電池?？梢蕴岢鲩]合該開關(guān)以便通過低壓蓄電池給高壓蓄電池充電。
[0007]此外，美國專利文獻(xiàn)US 2007/0210743A1公開了一種混合動(dòng)力電動(dòng)車輛用電路配置，在其幫助下，低壓蓄電池的荷電狀態(tài)可通過從高壓蓄電池充電而保持。
[0008]在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明的目的在于提供一種車輛一一尤其是純電動(dòng)車輛或電動(dòng)車輛或插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛一一用充電方法和充電裝置，該方法和裝置保護(hù)能量存儲(chǔ)器，例如，鉛酸電池，抵抗由持久充電所造成的損壞，當(dāng)車輛電連接至設(shè)置在車輛外部的電源時(shí)，該電源提供能量給車輛內(nèi)部的供電網(wǎng)絡(luò)。此外，其將保證能量存儲(chǔ)器不會(huì)落在充電的臨界狀態(tài)以下，在臨界狀態(tài)時(shí)，將不再保證所述能量存儲(chǔ)器的正常的電氣性能。
[0009]該目的是通過具有權(quán)利要求1的技術(shù)特征的充電方法和具有權(quán)利要求8的充電裝置實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)一步地，本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例公開在從屬權(quán)利要求中。
[0010]需要注意的是，權(quán)利要求中的單獨(dú)指定的特征可以以任何技術(shù)上有利的方式彼此結(jié)合并且可進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施例。本說明書特別結(jié)合附圖額外描述和說明了本發(fā)明。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，一種利用設(shè)置在車輛外部的電源為安裝在車輛一一尤其是純電動(dòng)車輛或電動(dòng)車輛或插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛一一中的主電能存儲(chǔ)器一一例如，牽引用蓄電池——充電的方法，包含，除其他事物之外，以下步驟:
[0012]-通過轉(zhuǎn)換器一一例如，DC電壓互感器或整流器一一將由外部電源提供的電壓轉(zhuǎn)換成低DC電壓，和
[0013]-當(dāng)通過外部電源為主能量存儲(chǔ)器充電時(shí)，將低DC電壓供給至車輛的低電壓負(fù)載。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，在通過外部電源為主能量存儲(chǔ)器充電的過程中，確定附加能量存儲(chǔ)器一一例如鉛酸電池一一的荷電狀態(tài)，附加能量存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用于低電壓負(fù)載的供電的電能。在通過外部電源為主能量存儲(chǔ)器充電的過程中，如果荷電狀態(tài)足夠用于低電壓負(fù)載的正常的供電，附加的能量存儲(chǔ)器通過電子控制裝置有效地與低DC電壓和低電壓負(fù)載電解耦，這樣，附加的能量存儲(chǔ)器既不通過低DC電壓也不通過低電壓負(fù)載充電。如果，相比之下，在通過外部電源為主能量存儲(chǔ)器充電的過程中，荷電狀態(tài)不夠用于低電壓負(fù)載的正常的供電，附加的能量存儲(chǔ)器通過電子控制裝置有效地與低DC電壓電耦接。這樣，附加的能量存儲(chǔ)器可通過低DC電壓充電。在此，尤其是車輛中傳統(tǒng)使用的為低電壓負(fù)載供電的DC電壓，例如，用于提供舒適性和安全性能的各種電子控制裝置和負(fù)載，在大約12V的范圍內(nèi)，應(yīng)被理解為低DC電壓。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的方法保證了附加的能量存儲(chǔ)器，例如，鉛酸電池，不會(huì)由于當(dāng)車輛電連接至設(shè)置在車輛外部的電源時(shí)的持久充電而損壞，該車輛外部的能源供給能量給車輛內(nèi)部的供電網(wǎng)絡(luò)。此外，該方法防止了附加的能量存儲(chǔ)器落在臨界的荷電狀態(tài)以下，在該臨界值以下，將不再保證所述的附加的能量存儲(chǔ)器的用于車輛中的低電壓負(fù)載的供電的正常的電氣性能。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施例，為了電解耦附加的能量存儲(chǔ)器，控制裝置被設(shè)置用于執(zhí)行零電流控制，在此情況下，控制裝置以這樣一種方式控制轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，即，流入和從附加的能量存儲(chǔ)器流出的電流是零。換言之，一旦發(fā)生電流從附加的能量存儲(chǔ)器流出，即，附加的能量存儲(chǔ)器將放電，控制裝置將升高輸出電壓，并且，一旦發(fā)生電流流入附加的能量存儲(chǔ)器，即，附加的能量存儲(chǔ)器將充電，控制裝置將降低輸出電壓。以這種方式，附加的能量存儲(chǔ)器與車輛的低電壓負(fù)載和低DC電壓“實(shí)質(zhì)上”分開，并因此有效地電解耦，同時(shí)主能量存儲(chǔ)器可通過外部電源充電。零電流控制可通過，例如，標(biāo)準(zhǔn)的PI控制器(比例積分控制器)或傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制執(zhí)行。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的又一有利的實(shí)施例，為了電耦接附加的能量存儲(chǔ)器，控制裝置被設(shè)置用于以這樣一種方式控制轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，即，使電流流入附加的能量存儲(chǔ)器，即，附加的能量存儲(chǔ)器將充電。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的上述兩個(gè)實(shí)施例允許特別經(jīng)濟(jì)的實(shí)施方案，因?yàn)楦郊拥哪芰看鎯?chǔ)器可僅通過電子控制裝置調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的輸出電壓來與車輛的低電壓負(fù)載和低DC電壓電解耦和/或耦接。
[0019]電流流入和從附加的能量存儲(chǔ)器流出優(yōu)選通過與附加的能量存儲(chǔ)器串聯(lián)連接的電流傳感器確定，并且電流傳感器的確定的值被提供給控制裝置，在此值的基礎(chǔ)上，附加的能量存儲(chǔ)器與車輛的低電壓負(fù)載和低DC電壓電解耦和耦接。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的又一有利的實(shí)施例，通過在零電流控制過程中將由控制裝置控制的轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的平均值與附加的能量存儲(chǔ)器的預(yù)定的空載電壓極限值進(jìn)行比較確定附加的能量存儲(chǔ)器的荷電狀態(tài)。如果荷電狀態(tài)落在空載電壓極限值以下，附加的能量存儲(chǔ)器的荷電狀態(tài)就被評(píng)估為不夠用于低電壓負(fù)載的正常的供電。否則，附加的能量存儲(chǔ)器的荷電狀態(tài)被評(píng)估為是足夠的。本發(fā)明的這一實(shí)施例可有利于省去用于確定附加的能量存儲(chǔ)器的荷電狀態(tài)的附加的測(cè)量傳感器，其簡(jiǎn)化了用于執(zhí)行充電方法的電動(dòng)車輛充電裝置的構(gòu)造并減少了其生產(chǎn)成本。
[0021]本發(fā)明的可選擇的實(shí)施例也可提供荷電狀態(tài)傳感器，例如優(yōu)選設(shè)置在附加的能量存儲(chǔ)器的電極凹部中的傳統(tǒng)的蓄電池傳感器，通過其可確定附加的能量存儲(chǔ)器的荷電狀態(tài)，以及將荷電狀態(tài)傳感器確定的值，尤其是附加的能量存儲(chǔ)器的空載電壓值，提供給控制裝置。之后將荷電狀態(tài)傳感器連續(xù)確定的電壓狀態(tài)或荷電狀態(tài)在附加的能量存儲(chǔ)器與低電壓負(fù)載和低DC電壓解耦的過程中與附加的能量存儲(chǔ)器的預(yù)定的空載電壓極限值或荷電狀態(tài)極限值進(jìn)行比較。當(dāng)所述荷電狀態(tài)落在空載電壓極限值以下時(shí)，附加的能量存儲(chǔ)器的荷電狀態(tài)就被評(píng)估為不夠用于低電壓負(fù)載的正常的供電。否則，附加的能量存儲(chǔ)器的荷電狀態(tài)被評(píng)估為是足夠的。
[0022]本發(fā)明的又一實(shí)施例可提供繼電器，其建立或分開附加的能量存儲(chǔ)器與車輛的低電壓負(fù)載和低DC電壓的電連接。為此，為了電解耦附加的能量存儲(chǔ)器，繼電器通過控制裝置以這樣一種方式控制，即，通過打開繼電器使附加的能量存儲(chǔ)器與低電壓負(fù)載和低DC電壓在電流上分