DC快速充电期间的电流控制

技术领域

本公开涉及用于机动车辆的电力系统。

背景技术

电动化车辆可能包括牵引电池和辅助电池。牵引电池可以用于为用于推进的一个或多个电机提供电力。

发明内容

一种车辆包括牵引电池和一个或多个控制器，所述一个或多个控制器命令电动车辆供电装备将被供应以对牵引电池充电的直流电流的幅值减小一定量，所述量是基于在具有预定义持续时间的时间窗口期间输入到牵引电池或从牵引电池输出的电流的平均幅值。

一种方法包括命令电动车辆供电装备将被供应以对车辆的牵引电池充电的直流电流的幅值减小一定量，所述量是基于在具有预定义持续时间的时间窗口期间输入到牵引电池或从牵引电池输出的电流的平均幅值，使得随着平均幅值增加，所述量增加。

一种用于车辆的电力系统包括一个或多个控制器，所述一个或多个控制器被编程为根据车辆的牵引电池的滤波后的电流平方剩余容量来限制由电动车辆供电装备输出以对牵引电池充电的直流电流。

附图说明

图1是车辆的示意图。

图2是图1的车辆的一部分的示意图。

图3是用于插电式充电电流控制的算法的流程图。

具体实施方式

本文描述了实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅是示例并且其他实施例可采用各种形式和替代形式。附图不一定按比例绘制。一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为用于教导本领域技术人员的代表性基础。

参考附图中的任何一个示出和描述的各种特征可与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实施方式，可能期望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修改。

参考图1，插电式混合动力电动车辆10可以包括一个或多个电机(电动马达)12，所述一个或多个电机机械地联接到变速器14。电机12可能能够作为马达或发电机操作。此外，变速器14机械地联接到发动机16。变速器14还机械地联接到驱动轴，所述驱动轴机械地联接到车轮。当发动机16开启或关闭时，电机12可以提供推进和减速能力。电机12还可以用作发电机并且通过回收否则将作为摩擦制动热损失掉的能量来提供燃料经济效益。电机12还可以通过允许发动机16以更高效的速度操作并且允许混合动力电动车辆10在某些条件下在发动机16关闭的情况下在电动模式下操作来减少车辆排放。

牵引电池20存储可以由电机12使用的能量。牵引电池20可以包括串联或并联连接的多个电池单元以提供高压DC输出。在一个示例中，电池单元可以永久地固定到牵引电池20的壳体并且不可移除。替代地，电池单元可以是单独可移除的，以允许用户更换一个或多个老化或磨损的电池单元，使得可以延长牵引电池20的总体寿命。术语“电池单元”在本文中一般地使用，并且可以指单个电池单元、电池单元阵列等。

牵引电池20可以电联接到电池控制模块22，所述电池控制模块设置有一个或多个处理器和软件应用程序，所述一个或多个处理器和软件应用程序被配置为监测和控制牵引电池20的各种操作。牵引电池20还可以电联接到电力电子模块24。电力电子模块24也可被称为功率逆变器。一个或多个接触器26可以在断开时将牵引电池20和电池控制模块22与其他部件隔离，并且在闭合时将牵引电池20和电池控制模块22联接到其他部件。电力电子模块24也可以电联接到电机12并且提供在牵引电池20和电机12之间双向传送能量的能力。例如，牵引电池20可以提供DC电压，而电机12可使用三相AC电流操作。电力电子模块24可以将DC电压转换成三相AC电流以供电机12使用。在再生模式下，电力电子模块24可以将来自作为发电机的电机12的三相AC电流转换成与牵引电池20兼容的DC电压。

本文的描述同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆，变速器14可以是连接到电机12的齿轮箱并且发动机16可以不存在。

除了提供用于推进的能量之外，牵引电池20还可以为其他车辆电气系统提供能量。例如，车辆10可以包括DC/DC转换器模块28，所述DC/DC转换器模块将牵引电池20的高压DC输出转换成与其他低压车辆负载兼容的低压DC电源。DC/DC转换器模块28的输出可以电联接到辅助电池30(例如，12伏电池)。

牵引电池20可以由外部电源32(例如，连接到电源插座、配电网络或电网等)再充电。外部电源32可以电联接到电动车辆供电装备(EVSE)34。EVSE 34可以提供电路和控制来调节和管理电源32和车辆10之间的能量传送。外部电源32可以向EVSE 34提供DC或AC电力。EVSE 34可以具有充电连接器36，用于插入车辆10的充电端口38。充电端口38可以是被配置为将电力从EVSE 36传送到车辆10的任何类型的端口。充电端口38可以电联接到充电器或车载电力转换模块40。电力转换模块40可以调节从EVSE 34供应的电力以向牵引电池20提供合适的电压和电流水平。电力转换模块40可以与EVSE 34对接，以协调向车辆10的电力输送。EVSE连接器36可以具有与充电端口38的对应凹部相匹配的插脚。替代地，被描述为电耦合的各种部件可使用无线感应耦合来传递电力。

一个或多个电气负载42可以联接到高压总线。电气负载42可以具有相关联的控制器，所述控制器在适当的时候操作和控制它们。电气负载42的示例包括加热模块、空调模块等。

所讨论的各种部件可具有一个或多个相关联的控制器以控制和监测部件的操作。控制器可经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或经由分立的导体进行通信。可存在系统控制器44以协调各种部件的操作。短语系统控制器44在本文中一般地使用，并且可以包括被配置为执行各种操作的一个或多个控制器装置。例如，系统控制器44可以被编程为启用动力传动系统控制功能来操作车辆44的动力传动系统。如下所讨论的，系统控制器44可以被进一步编程为实现其他功能。

称为滤波后的I平方(FIS)的策略在多个时间窗口内监测通过牵引电池20的电流利用率，以便不超过随时间变化的电流量以对温度未被直接监测的部件进行热管理。时间窗口的长度和重叠可能不同。例如，十二个连续的五秒时间窗口可以跨越单个60秒时间窗口。五个连续的60秒时间窗口可以跨越单个五分钟时间窗口。三个连续的十分钟时间窗口可以跨越单个三十分钟时间窗口等。因此，滤波后的FIS值与流入或流出牵引电池20的电流的平方成比例。当FIS利用率增长到接近其极限的点时，系统控制器44可以从车辆10移除电力能力以减小通过牵引电池20的电流消耗，直到FIS利用率恢复。当在驾驶循环之后立即将车辆10插入DC快速充电站并且在FIS利用率恢复之前施加高输入电流时，此策略可能产生问题。

这些问题可以通过在开始使用FIS窗口时缓慢限制最大充电电流输入来解决。如果所命令的DC快速充电电流不被限制以允许FIS容量恢复，则FIS剩余容量的量会被快速消耗。因此，可以选择最佳充电电流来防止FIS容量完全耗尽，使得可以施加最高充电电流，从而产生在不超过硬件的FIS极限的情况下的最短的充电持续时间。充电电流的减小还应允许FIS容量恢复，通过监测输入充电电流并且找到最佳值，在不影响硬件的情况下提供最快的充电持续时间。在一个示例中，这是通过监测FIS利用率、查找作为FIS利用率的函数的最大充电电流限制、并且将此传递给电池控制模块22以仲裁来自EVSE34的所请求充电电流来实现的。

参考图2，电池控制模块22包括电流测量装置46(例如，传感器)，所述电流测量装置被布置为测量来自EVSE 34的用于牵引电池20的电流。此测量结果被转发到FIS控制器48(在此示例中，其由系统控制器44实施)以确定作为测量到的电流的平方的函数的FIS利用率。假定不同长度的多个时间窗口可能重叠，每个窗口的FIS利用率可以根据所述窗口的平均电流来计算，其中平均值被平方以生成所述窗口的FIS利用率。然后，FIS控制器48将对应于各种长度时间窗口的FIS利用率转发给FIS容量和电流限幅计算50功能(在此示例中，此也由系统控制器44实施)，以确定最大FIS利用率和可允许的最大FIS利用率之间的差值。作为示例，如果给定的最大FIS利用率为20，并且可允许的最大FIS利用率为85，则FIS剩余容量为65。如果给定的最大FIS利用率为85，并且可允许的最大FIS利用率为85，则FIS剩余容量为0。并且，如果给定的最大FIS利用率为0，并且可允许的最大FIS利用率为85，则FIS剩余容量为85。FIS剩余容量也可以用百分比表示。继续前面的示例，FIS剩余容量为65可以表示为FIS剩余容量为76％(65/85＝.76)。FIS剩余容量为0可以表示为0％。并且，FIS剩余容量为85可以表示为100％(85/85＝1)。还设想了用于确定FIS利用率和FIS剩余容量的其他技术。

FIS容量和电流限幅计算50然后使用FIS容量来确定来自EVSE34的电流应减小(或限幅)的量。在一些示例中，使用查找表，使得对于给定的FIS容量，电流限幅量是预定义的。FIS容量值的范围(例如，30％到100％)可以具有与之相关联的0电流限幅量。也就是说，如果FIS容量落在此范围内，则来自EVSE 34的电流将不会减小。然而，在此示例中，当FIS容量下降到30％以下时，对应的电流限幅量将具有大于0的值，使得在DC快速充电期间来自EVSE34的最大电流将减小。还设想了合适的计算或其他技术来确定电流限幅量。

FIS容量和电流限幅计算50将电流限幅量转发给电流限制仲裁器52，所述电流限制仲裁器由电池控制模块22实施。电流限制仲裁器52使用此数据以及来自电流测量装置46的数据来命令EVSE 34提供一定量的最大电流。

参考图3，在操作54识别最小FIS容量。如果同时使用若干窗口、技术和/或策略来确定FIS容量，则识别出指示为最低的一个。在操作56处，确定最小FIS容量是否在需要缓解的范围内。如上所述，仅当容量降到阈值以下时，电流才会减小。如果否，则在操作58处不实施由于FIS容量所致的电流限制，并且算法返回到操作54。如果是，则在操作60获得充电电流限幅量。在操作62处，广播充电电流限幅量。在操作64处，所请求的充电电流限制被仲裁并且传输到EVSE 34。在操作66处，充电电流减小到极限。

图2和图3的操作可以以持续的方式执行。因此，可以创建反馈回路，其中持续地或周期性地确定FIS剩余容量，同时持续地或周期性地将电流限制转发给EVSE 34。效果可以是FIS剩余容量可以继续增加，同时电流限制减小，直到FIS剩余容量越过阈值，在所述阈值处不再需要电流减小。

因此，设想的策略在具有挑战性的用例中主动管理FIS利用率。通过缓慢减小EVSE34的最大充电电流，车辆10可以防止FIS利用率在DC快速充电期间变得太高，使得当驾驶员在驾驶循环之后立即充电时，车辆10找到最佳的高充电电流，所述最佳的高充电电流不会完全耗尽FIS剩余容量而导致不可接受的长充电持续时间。

本文公开的算法、方法或过程可以被输送到计算机、控制器或处理装置或由所述计算机、控制器或处理装置实施，所述计算机、控制器或处理装置可以包括任何专用电子控制单元或可编程电子控制单元。相似地，算法、方法或过程可以多种形式存储为可由计算机或控制器执行的数据和指令，包括但不限于永久存储在诸如只读存储器装置的不可写存储介质上的信息和可改地存储在诸如光盘、随机存取存储器装置或其他磁性和光学介质的可写存储介质上的信息。所述算法、方法或过程也可在软件可执行对象中实施。替代地，可使用合适的硬件部件(诸如专用集成电路、现场可编程门阵列、状态机或其他硬件部件或装置)或固件、硬件和软件部件的组合来整体或部分实现所述算法、方法或过程。

虽然上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述权利要求所涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应当理解，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。例如，术语控制器和多个控制器可以互换使用。

如前所描述的，各个实施例的特征可以被组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的另外的实施例。虽然各种实施例可能已经被描述为就一个或多个期望的特性而言相较其他实施例或现有技术实施方式提供了优点或是优选的，但是本领域普通技术人员应认识到，一个或多个特征或特性可被折衷以达成期望的总体系统属性，这取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于：强度、耐久性、可销售性、外观、包装、大小、可服务性、重量、可制造性、易组装性等。这样，描述为就一个或多个特性而言较其他实施例或现有技术实施方式不太期望的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用可能是期望的。

根据本发明，提供了一种车辆，其具有：牵引电池；以及一个或多个控制器，其被编程为命令电动车辆供电装备将被供应以对牵引电池充电的直流电流的幅值减小一定量，所述量是基于在具有预定义持续时间的时间窗口期间输入到牵引电池或从牵引电池输出的电流的平均幅值。

根据实施例，所述量使得牵引电池的滤波后的电流平方剩余容量不下降到预定义阈值以下。

根据实施例，所述量是基于平均幅值的平方。

根据实施例，在具有预定义持续时间的时间窗口期间输入到牵引电池或从牵引电池输出的电流的平均幅值是在具有预定义持续时间的多个时间窗口期间输入到牵引电池或从牵引电池输出的电流的多个平均幅值中的最大值。

根据实施例，预定义持续时间是不同的。

根据实施例，多个窗口中的至少一些窗口是重叠的。

根据本发明，一种方法包括：命令电动车辆供电装备将被供应以对车辆的牵引电池充电的直流电流的幅值减小一定量，所述量是基于在具有预定义持续时间的时间窗口期间输入到牵引电池或从牵引电池输出的电流的平均幅值，使得随着平均幅值增加，所述量增加。

在本发明的一个方面，所述命令防止牵引电池的滤波后的电流平方剩余容量下降到预定义阈值以下。

在本发明的一个方面，所述量是基于平均幅值的平方。

在本发明的一个方面，在具有预定义持续时间的时间窗口期间输入到牵引电池或从牵引电池输出的电流的平均幅值是在具有预定义持续时间的多个时间窗口期间输入到牵引电池或从牵引电池输出的电流的多个平均幅值中的最大值。

在本发明的一个方面，预定义持续时间是不同的。

在本发明的一个方面，多个窗口中的至少一些窗口是重叠的。

根据本发明，提供了一种用于车辆的电力系统，所述电力系统具5有：一个或多个控制器，所述一个或多个控制器被编程为根据车辆的牵引电池的滤波后的电流平方剩余容量来限制由电动车辆供电装备输出以对牵引电池充电的直流电流。

根据实施例，针对具有预定义持续时间的时间窗口来限定牵引电池的滤波后的电流平方剩余容量。

0根据实施例，牵引电池的滤波后的电流平方剩余容量是基于输入

到牵引电池或从牵引电池输出的平均电流。

根据实施例，滤波后的电流平方剩余容量对应于在具有预定义持续时间的多个时间窗口期间输入到牵引电池或从牵引电池输出的电流的多个平均幅值中的最大值。

5根据实施例，预定义持续时间是不同的。

根据实施例，多个窗口中的至少一些窗口是重叠的。