本發(fā)明大體上涉及電動(dòng)汽車、尤其純電動(dòng)汽車的充電方法和系統(tǒng)，采用本發(fā)明的充電方法和系統(tǒng)能夠顯著提高充電效率。

背景技術(shù)：

在新能源汽車的發(fā)展中，電動(dòng)汽車的發(fā)展越來越受到重視。電動(dòng)汽車的充電技術(shù)是電動(dòng)汽車開發(fā)的重點(diǎn)。通常，會(huì)為電動(dòng)汽車的充電電池配設(shè)一充電系統(tǒng)，這種充電系統(tǒng)通常可以理解為是一種將交流電按要求轉(zhuǎn)換成直流電的設(shè)備，可以設(shè)置在充電站中或者也可以設(shè)置在汽車本身上。當(dāng)汽車電池需要充電時(shí)，這種充電系統(tǒng)將市用220v交流電按規(guī)格轉(zhuǎn)換成直流電，以對(duì)汽車的充電電池進(jìn)行充電。

通常，對(duì)電池的充電可以采用三種模式：恒電流模式、恒電壓模式(或稱恒功率模式)以及涓流模式。恒電流模式通常在對(duì)電池進(jìn)行充電的初期采用，恒電壓模式通常在已對(duì)電池充滿一定電量的情況下采用，涓流模式通常在即將充滿電池時(shí)采用。對(duì)電池充電時(shí)，這三種模式依需采用，以達(dá)到提高電池電芯一致性的目的。

但是，現(xiàn)有的這種充電方式的關(guān)注點(diǎn)主要是充電時(shí)間與充電電量之間的關(guān)系，充電效率可達(dá)90％。對(duì)于已知的非常高效的這種充電系統(tǒng)而言，充電效率最高可達(dá)93％。但是，由于充電系統(tǒng)內(nèi)部的相關(guān)電子元器件的發(fā)熱原因，即使充電效率提高，也還是會(huì)有至少6％的能量被熱消耗掉。同時(shí)，為了對(duì)充電系統(tǒng)降溫，又會(huì)需要更多的能量散熱，導(dǎo)致充電系統(tǒng)的整體充電效率不可能太高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提出一種新穎的電動(dòng)汽車充電方法和系統(tǒng)，所提出的方法和系統(tǒng)無需重新設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車可以直接在現(xiàn)有的電動(dòng)汽車基礎(chǔ)上 改造升級(jí)，實(shí)現(xiàn)起來簡單方便技術(shù)上可行性強(qiáng)；同時(shí)，可以顯著提高能量利用效率。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種利用充電系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)汽車、尤其純電動(dòng)汽車的充電電池的充電方法，其包括：

確定充電系統(tǒng)的最高效率功率，其中充電系統(tǒng)的最高效率功率定義為充電系統(tǒng)的輸出功率與輸入功率之比、即充電效率達(dá)到最高時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出功率，

最高效率功率的確定利用“試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)”過程來實(shí)現(xiàn)：在該“試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)”過程中，先將充電系統(tǒng)的輸出功率提高至最高功率，然后逐步降低輸出功率并測定充電系統(tǒng)的充電效率，如果本次測定的充電效率低于上次測定的充電效率，則將上次測定的充電效率所對(duì)應(yīng)的輸出功率確定為最高效率功率；替代性地，

最高效率功率利用在充電系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)的事先確定的溫度與功率值的關(guān)系數(shù)據(jù)庫來確定，依據(jù)充電系統(tǒng)的當(dāng)前溫度調(diào)取對(duì)應(yīng)的功率值作為最高效率功率；以及

以所確定的最高效率功率運(yùn)行充電系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)汽車、尤其純電動(dòng)汽車的充電電池進(jìn)行充電。

可選地，在最高效率功率的確定是以“試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)”過程實(shí)現(xiàn)的情況下，首先將充電系統(tǒng)的輸出功率提高至比最高功率小95％、90％或85％的功率，然后逐步降低輸出功率并測定充電系統(tǒng)的充電效率，如果充電效率提高，則繼續(xù)逐步降低輸出功率并返回重復(fù)上述過程，如果充電效率未提高，則逐步提高輸出功率并返回重復(fù)上述過程。

可選地，在最高效率功率的確定是以“試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)”過程實(shí)現(xiàn)的情況下，“試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)”過程執(zhí)行多次，輸出功率調(diào)整的步幅針對(duì)每個(gè)“試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)”過程不同，取多個(gè)“試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)”過程確定的最高效率功率的平均值作為充電系統(tǒng)的最高效率功率。

可選地，隔一段時(shí)間后重新確定充電系統(tǒng)的最高效率功率。

可選地，如果事先設(shè)定充電系統(tǒng)對(duì)充電電池進(jìn)行充電的時(shí)間，則依據(jù)該時(shí)間計(jì)算充電系統(tǒng)需要輸出的平均輸出功率；

如果該平均輸出功率大于充電系統(tǒng)的最高輸出功率，則以最高輸 出功率運(yùn)行充電系統(tǒng)；

如果該平均輸出功率小于充電系統(tǒng)的最高輸出功率，則確定充電系統(tǒng)的最高效率功率，僅當(dāng)最高效率功率大于或等于平均輸出功率時(shí)才以最高效率功率運(yùn)行充電系統(tǒng)。

可選地，在需要快速充電的情況下，以最高輸出功率運(yùn)行充電系統(tǒng)進(jìn)行充電。

可選地，在最高效率功率的確定是以“試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)”過程實(shí)現(xiàn)的情況下，實(shí)時(shí)地確定充電系統(tǒng)的最高效率功率。

可選地，所述充電電池是為汽車提供驅(qū)動(dòng)力的動(dòng)力電池和/或?yàn)槠嚨牡蛪河秒娖鞴╇姷牡蛪狠o助電池。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于電動(dòng)汽車、尤其純電動(dòng)汽車的充電電池的充電系統(tǒng)，所述充電系統(tǒng)包括：用于將輸入交流電轉(zhuǎn)換成輸出直流電的電流轉(zhuǎn)換模塊、用于檢測整個(gè)充電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況的檢測單元、用于對(duì)充電系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的控制單元、以及用于獲取外部用戶需求的外部需求輸入單元，所述控制單元依據(jù)權(quán)利要求1至8任一所述的充電方法調(diào)整所述充電系統(tǒng)的運(yùn)行以對(duì)充電電池充電。

可選地，所述檢測單元用于確定充電系統(tǒng)的溫度。

可選地，所述充電系統(tǒng)可以選擇性地采用傳統(tǒng)的充電模式對(duì)充電電池進(jìn)行充電。

附圖說明

從后述的詳細(xì)說明并結(jié)合下面的附圖將能更全面地理解本發(fā)明的前述及其它方面。需要指出的是，各附圖的比例出于清楚說明的目的有可能不一樣，但這并不會(huì)影響對(duì)本發(fā)明的理解。在附圖中：

圖1示意性示出了一個(gè)充電系統(tǒng)的充電效率與(輸入)功率的關(guān)系曲線圖；

圖2示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的充電系統(tǒng)的框圖；

圖3示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于實(shí)測充電系統(tǒng)的最高效率功率的流程圖；并且

圖4示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于對(duì)充電電池進(jìn)行充電的流程圖。

具體實(shí)施方式

在本申請(qǐng)的各附圖中，結(jié)構(gòu)相同或功能相似的特征由相同的附圖標(biāo)記表示。

在本發(fā)明的申請(qǐng)文件中，電動(dòng)汽車可以包括純電動(dòng)汽車或者混合動(dòng)力汽車中的電驅(qū)動(dòng)部分。電動(dòng)汽車的充電電池可以是提供汽車驅(qū)動(dòng)力的動(dòng)力電池，也可以是為汽車的其它低壓用電器供電的低壓輔助電池。

在本發(fā)明的申請(qǐng)文件中，為充電電池進(jìn)行充電的充電系統(tǒng)主要指的是一種用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的充電系統(tǒng)，其本身的具體構(gòu)造和相關(guān)組成元器件屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知或可從市場上購得，因此對(duì)于它們的介紹在本文中省略。

圖1示意性示出了用于對(duì)充電電池進(jìn)行充電的充電系統(tǒng)的充電效率與輸入功率之間的關(guān)系曲線圖。這里，充電系統(tǒng)例如可以包括交流電轉(zhuǎn)直流電的電子元器件、檢測所述充電系統(tǒng)的輸入和輸出功率的裝置、為所述電子元器件降溫的裝置和控制裝置等。本申請(qǐng)文件中提到的充電系統(tǒng)的充電效率指的是充電系統(tǒng)的輸出功率與輸入功率之比的百分?jǐn)?shù)，其是一種衡量充電系統(tǒng)整體效率的參數(shù)，也就是說能夠影響該充電效率的因素不只是電子元器件的能量轉(zhuǎn)換效率，還例如包括降溫裝置、控制裝置等的能量利用率。

在圖1中，橫坐標(biāo)為充電系統(tǒng)的輸入功率，縱坐標(biāo)為充電系統(tǒng)的輸出功率與輸入功率之比所得到的充電效率η?？梢钥闯觯潆娤到y(tǒng)的最高輸入功率點(diǎn)p最高處所對(duì)應(yīng)的充電效率η1小于達(dá)到該最高功率點(diǎn)之前的功率點(diǎn)p1處所對(duì)應(yīng)的充電效率η最高。由此可以看出，充電系統(tǒng)的最高充電效率點(diǎn)與最高功率點(diǎn)并不重合，最高充電效率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的功率通常位于最高功率點(diǎn)之前。此外，可以清楚在不同電壓、環(huán)境溫度的狀態(tài)下，最高功率點(diǎn)本身也可能會(huì)浮動(dòng)。需要指出的是，由于存在一定的線性關(guān)系，圖1中的橫坐標(biāo)也可以是輸出功率。

如果希望最高效地利用充電能量，應(yīng)當(dāng)將充電系統(tǒng)總是維持在其最高功率點(diǎn)附近?；诖它c(diǎn)認(rèn)知，本發(fā)明提出了一種新穎的電動(dòng)汽車充電方法和系統(tǒng)。

圖2示意性示出了采用本發(fā)明的方法的充電系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。充電系統(tǒng)包括用于將輸入交流電轉(zhuǎn)換成輸出直流電的電流轉(zhuǎn)換模塊1、用于檢測整個(gè)充電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況的檢測單元2、用于對(duì)充電系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的控制單元3、以及用于獲取外部用戶需求的外部需求輸入單元4。充電系統(tǒng)還可以包括降溫模塊7，例如冷卻風(fēng)扇，為整個(gè)系統(tǒng)(包括模塊1、單元2和3)提供降溫散熱。

需要指出的是，本發(fā)明并不涉及任何具體電子元器件的解釋說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員在了解本發(fā)明的原理后可以采用任何市場上有售的電子元器件來實(shí)現(xiàn)。具體在圖2所示的實(shí)施例中，該充電系統(tǒng)可以為任一款已知的能夠滿足功能需要的充電系統(tǒng)，本發(fā)明的特色在于可以采用已知的充電系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)地控制程序改變就可以實(shí)現(xiàn)，因此無需顯著增加額外的生產(chǎn)成本。

電流轉(zhuǎn)換模塊1的作用是將輸入的220v市電轉(zhuǎn)換成符合規(guī)格的輸出直流電。檢測單元2例如可以包括用于檢測外部環(huán)境溫度的傳感器、用于檢測系統(tǒng)內(nèi)部溫度的傳感器、用于檢測輸入/輸出功率/電流大小的傳感器以及其它相關(guān)元器件的狀態(tài)的傳感器等。控制單元3能夠依據(jù)需要對(duì)電流轉(zhuǎn)換模塊1中的電子元器件、冷卻風(fēng)扇等進(jìn)行調(diào)整，例如可以改變充電系統(tǒng)的輸出直流電的輸出功率/電流或者可以啟停冷卻風(fēng)扇或?qū)ζ湔{(diào)速。在檢測單元2與控制單元3之間設(shè)置通信纜線，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

以上的電流轉(zhuǎn)換模塊1、檢測單元2和控制單元3均可以直接采用現(xiàn)有技術(shù)的充電系統(tǒng)中的相關(guān)部件。根據(jù)本發(fā)明的外部需求輸入單元4為一個(gè)用戶輸入裝置，其作用是按照用戶的要求啟用對(duì)應(yīng)的充電模式，例如形式可以是一個(gè)開關(guān)或按鈕等。經(jīng)由該外部需求輸入單元4，用戶可以指令控制單元3控制充電系統(tǒng)是采用高效充電模式還是采用快速充電模式或任何其它模式，具體如后文所述。如圖2所述，充電系統(tǒng)輸出的直流電可以供給充電電池6充電。

為了以最高的能量利用效率輸出直流電，圖3示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于確定充電系統(tǒng)的最高效率功率的過程。

如圖3所示，首先，經(jīng)由控制單元3將充電系統(tǒng)的輸出功率提高到額定的最高功率之前的一個(gè)值，例如提高到最高功率的95％、90％或85％等。然后，以一定的步幅例如10w、20w、30w或者最高功率的1％、2％或3％等適當(dāng)?shù)闹到档统潆娤到y(tǒng)的輸出功率。每降低一次輸出功率，通過檢測單元2和控制單元3重新測量并確定充電系統(tǒng)的充電效率，即充電效率＝輸出功率/輸入功率。然后，控制單元3判斷當(dāng)前的充電效率是否高于前一次的充電效率。如果判斷結(jié)果為“否”，則控制單元3以所述步幅繼續(xù)提高充電系統(tǒng)的輸出功率，并返回重新判斷。如果判斷結(jié)果為“是”，則控制單元3以所述步幅繼續(xù)降低充電系統(tǒng)的輸出功率，同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行判斷。接著，如圖3所示，如果繼續(xù)判斷充電效率是否提高的結(jié)果為“是”，則控制單元3以所述步幅繼續(xù)降低充電系統(tǒng)的輸出功率，同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行判斷；當(dāng)繼續(xù)判斷充電效率是否提高的結(jié)果為“否”，則控制單元3可以將最后一次降低功率之前所確定的那個(gè)充電效率認(rèn)定為充電系統(tǒng)的實(shí)際最高充電效率，而將與之對(duì)應(yīng)的輸出功率定為最高效率功率。該過程的實(shí)質(zhì)是由充電系統(tǒng)本身采用“試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)”方法尋找如圖1所示的最高充電效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最高效率功率。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，圖3僅僅示意性說明了確定最高效率功率的一個(gè)示意性過程。實(shí)際上，該過程還可以改型為首先就將充電系統(tǒng)的輸出功率提高至最高功率，然后逐步微降輸出功率并判斷充電效率是否提高，直至判斷出最高效率功率。

此外，為了提高判斷精度，如圖3所示的過程也可以設(shè)計(jì)成執(zhí)行多次，每次執(zhí)行均采用不同的步幅。例如第一次以20w的步幅執(zhí)行如圖3所示的過程，而第二次以10w的步幅執(zhí)行如圖3所示的過程。各次確定的最高效率功率的平均值定為最終的最高效率功率。

采用如圖3所示的“試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)”方法可以最大程度地逼近充電系統(tǒng)的最高效率功率，同時(shí)這也是一種閉環(huán)的過程，受到外界的干擾小，針對(duì)每個(gè)單獨(dú)的充電系統(tǒng)可以較為精確地實(shí)時(shí)確定其最高效率功率。

這種“試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)”方法適合于具有較高精度的元器件的充電系統(tǒng)，通?？梢栽趦r(jià)格較為昂貴的高端充電系統(tǒng)中采用。但對(duì)于其它中低端充電系統(tǒng)，上述檢測精度可能不足以保證精確地確定最高效率功率。在這種情況下，本發(fā)明提出可以采用“事先標(biāo)定”的方法來確定最高功率效率。例如，在工廠生產(chǎn)好充電系統(tǒng)后，可以直接由相關(guān)試驗(yàn)儀器測定在不同的溫度下、不同的功率所對(duì)應(yīng)的充電效率，然后將不同的溫度所對(duì)應(yīng)的不同的最高效率功率作為表格存儲(chǔ)在控制單元3的數(shù)據(jù)庫內(nèi)。在充電系統(tǒng)的實(shí)際使用過程中，按照需要例如按照實(shí)測溫度的不同調(diào)用事先存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)輸出功率來運(yùn)行充電系統(tǒng)。這里，溫度可以指的是充電系統(tǒng)本身由于相關(guān)部件散熱導(dǎo)致的溫度、也可以是環(huán)境溫度。

圖4示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的充電方法的流程圖。

首先，控制單元3檢測外部需求輸入單元4是否有外部需求輸入。例如，用戶經(jīng)由外部需求輸入單元4輸入快速充電的要求。如果存在快速充電的需求，則控制單元3控制充電系統(tǒng)以最高輸出功率模式運(yùn)行，從而在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)充電電池6進(jìn)行充電。如果不存在快速充電需求，則控制單元3控制充電系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入最高效率充電模式。在該最高效率充電模式下，控制單元3能夠調(diào)用以“事先標(biāo)定”的方法存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的與溫度對(duì)應(yīng)的最高效率功率來運(yùn)行充電系統(tǒng)，或者替代性地也能夠以如圖3所示的“試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)”方法確定的最高效率功率來運(yùn)行充電系統(tǒng)，從而對(duì)充電電池6進(jìn)行充電。

需要指出的是，最高效率功率的確定應(yīng)當(dāng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。例如，對(duì)于散熱狀況較好的剛開機(jī)情況與運(yùn)行一段時(shí)間之后的情況、例如散熱模塊7開啟之后的情況，充電系統(tǒng)的最高效率功率應(yīng)當(dāng)是不一樣的。因此，充電系統(tǒng)可以設(shè)定成隔一段時(shí)間后由檢測單元2實(shí)測當(dāng)前的溫度狀況，并且控制單元3依據(jù)實(shí)測結(jié)果調(diào)用數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)的最高效率功率來運(yùn)行充電系統(tǒng)；或者替代性地由檢測單元2和控制單元3測量并確定當(dāng)前的最高效率功率來運(yùn)行充電系統(tǒng)。

在根據(jù)本發(fā)明的充電方法的一個(gè)改型例中，如圖4所示的外部需 求也可以是用戶需要對(duì)汽車進(jìn)行充電的時(shí)間需求，例如用戶在夜晚將汽車停在停車位充電直到第二天再次用車的預(yù)計(jì)時(shí)間段。在此情況下，本發(fā)明的充電方法可以設(shè)置成充電系統(tǒng)的控制單元3首先依據(jù)由外部需求輸入單元4輸入充電的時(shí)長計(jì)算充電系統(tǒng)的平均輸出功率。如果該計(jì)算后的平均輸出功率高于充電系統(tǒng)的最高輸出功率，則以最高輸出功率運(yùn)行充電系統(tǒng)。如果該計(jì)算的平均輸出功率低于充電系統(tǒng)的最高輸出功率，則按照如圖3所示類似的過程確定最高效率功率，在最高效率功率大于或等于平均輸出功率的情況下，采用最高效率功率運(yùn)行充電系統(tǒng)，否則，采用平均輸出功率運(yùn)行充電系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，根據(jù)該改型例的充電方法也可以適用于“事先標(biāo)定”的方法，例如將平均輸出功率與事先存儲(chǔ)的溫度與功率值的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，針對(duì)實(shí)測溫度調(diào)用對(duì)應(yīng)的輸出功率，如果所調(diào)用的輸出功率大于或等于平均輸出功率，則采用所調(diào)用的輸出功率運(yùn)行充電系統(tǒng)。

采用本發(fā)明的高效充電方法，可以無需重新設(shè)計(jì)現(xiàn)有的充電系統(tǒng)，而直接通過改變控制單元3的相應(yīng)的控制程序就可以實(shí)施，因此實(shí)施成本低，但由于考慮到了充電系統(tǒng)整體的充電效率，可以顯著提高充電系統(tǒng)整體的能量利用率。

盡管這里詳細(xì)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施方式，但它們僅僅是為了解釋的目的而給出的，而不應(yīng)認(rèn)為它們對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制。在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，各種替換、變更和改造可被構(gòu)想出來。