電池充電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及車輛的電池充電系統(tǒng)（1）。該系統(tǒng)包括適于將充電電壓輸送到至少一個(gè)電池（3）的電源（2），其中一個(gè)或多個(gè)引起電阻的單元（R、RL）連接到系統(tǒng)。系統(tǒng)（1）還包括調(diào)節(jié)器（4），其適于連續(xù)接收表示當(dāng)時(shí)期望的充電電壓（Vd）的值和表示至少一個(gè)電池（3）在當(dāng)時(shí)的電池電壓（Vbat）的值，并使用這些值作為對(duì)連續(xù)計(jì)算從電源（2）輸送且實(shí)現(xiàn)所述期望的充電電壓（Vd）所需的充電電壓（Vcalc）的基礎(chǔ)，所述調(diào)節(jié)器（4）適于產(chǎn)生控制信號(hào)（S），該控制信號(hào)（S）包含用于電源（2）來(lái)輸送所計(jì)算的充電電壓（Vcalc）的控制命令。本發(fā)明還涉及在所述電池充電系統(tǒng)（1）中的方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
【專利說(shuō)明】電池充電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分的車輛的電池充電系統(tǒng)、用于在所述電池充電系統(tǒng)中控制至少ー個(gè)電池的充電的方法以及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明特別可應(yīng)用于長(zhǎng)車輛，例如公共汽車。通常發(fā)動(dòng)機(jī)位于公共汽車的后部，且電池位于前部，以便優(yōu)化車輛的重量分布。這些分開(kāi)的位置意味著長(zhǎng)電纜必須在電源和電池之間延伸。在這些長(zhǎng)電纜中的電阻結(jié)合公共汽車中的大能量消耗単元(例如風(fēng)扇和空調(diào)単元)引起在橫越電纜和接地平面的電壓降。負(fù)載可連接在接地平面中的不同點(diǎn)處。當(dāng)大負(fù)載出現(xiàn)時(shí)，例如當(dāng)空調(diào)被開(kāi)啟時(shí)，高達(dá)ー伏或幾伏的電壓降可出現(xiàn)在公共汽車的發(fā)電機(jī)和電池之間。這意味著電池系統(tǒng)的充電電壓變得低于所需要的,從而導(dǎo)致電池?zé)o法如它們可以被有效充電的一樣來(lái)充電。低的電池充電電壓電平還導(dǎo)致電池的使用壽命的縮短。
[0003]能量消耗単元可連接在包括電源和電池的充電電路中的各個(gè)點(diǎn)處。電路還常常以不同的方式配置在不同的公共汽車中，因?yàn)檫@些單元連接在電路中的例如從空間要求方面來(lái)說(shuō)最合適的任何點(diǎn)處。取決于在特定的情況下它們?nèi)绾伪贿B接和接地平面如何被配置，由電路中的一個(gè)或多個(gè)能量消耗単元而導(dǎo)致的電阻將會(huì)發(fā)生改變。出現(xiàn)的電壓降將因此根據(jù)在特定的情況下(例如在特定的車輛中)哪些單元被連接和電路的配置來(lái)改變。
[0004]在該方面中的問(wèn)題是計(jì)算電路中的電阻，并且在電源和電池之間發(fā)生的電壓降是耗時(shí)的操作。電路的初步測(cè)量和基于所測(cè)量的值的電壓的調(diào)節(jié)是非常耗時(shí)的，這是因?yàn)殡娐分械碾娮韪鶕?jù)電路的配置并根據(jù)哪些單元當(dāng)時(shí)被連接而在車輛之間發(fā)生變化。
[0005]存在適于公共汽車和卡車并具有自適應(yīng)電池充電功能的當(dāng)前已知的系統(tǒng)，該自適應(yīng)電池充電功能使用所估計(jì)的電池溫度來(lái)決定在充電期間從電源要求的電壓是多高。然而該功能依賴于溫度傳感器。這個(gè)已知的自適應(yīng)電池充電功能無(wú)法處理由電路中變化的電阻或由車輛中電池和電源所分開(kāi)的位置而帶來(lái)的結(jié)果。
[0006]本發(fā)明人因此識(shí)別出對(duì)于能夠滿足并適于在充電電路中不同的公共汽車之間發(fā)生改變的電阻的自適應(yīng)電池充電功能的需要，而不必針對(duì)不同的情況進(jìn)行電路電阻的初歩測(cè)量。
[0007]下面公開(kāi)的專利和專利申請(qǐng)描述了在該領(lǐng)域內(nèi)的各種解決方案。
[0008]US2009051325描述了用于給車輛中的電池充電的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由此，在期望充電電壓的基礎(chǔ)上結(jié)合取決于輸送到電池的實(shí)際電流的偏移電壓來(lái)校正來(lái)自電源的輸出電壓。該系統(tǒng)包括用于監(jiān)測(cè)電源中的溫度的溫度傳感器。在電纜具有固定長(zhǎng)度的情況下，系統(tǒng)也可關(guān)于其電阻被校準(zhǔn)。
[0009]JP2307338描述了用于通過(guò)計(jì)算由于電纜長(zhǎng)度而導(dǎo)致的預(yù)期電壓降井隨后測(cè)量電流和電壓、并接著校正來(lái)自發(fā)電機(jī)的電壓來(lái)進(jìn)行電壓降補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)。
[0010]W02005060066描述了用于給車輛中串聯(lián)連接的多個(gè)電池充電的充電設(shè)備。該設(shè)備經(jīng)由第一線路連接到具有內(nèi)置充電調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)，并經(jīng)由第二線路連接到發(fā)電機(jī)輸出端。第一線路用于到充電調(diào)節(jié)器的反饋，以使得從發(fā)電機(jī)得到期望的輸出電壓。
[0011]US6404163描述了用于控制車輛中的電池的充電電壓的方法。電池的最佳充電電壓被計(jì)算并用作對(duì)發(fā)電機(jī)的輸入，以確保它將正確的充電電壓輸送到電池。
[0012]US5182510描述了使用整流調(diào)節(jié)器以發(fā)電機(jī)來(lái)給電池充電的系統(tǒng)。經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓補(bǔ)償在整流器和電池之間的電纜中出現(xiàn)的電壓降。
[0013]US2008100269描述了車輛中的發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由此，來(lái)自發(fā)電機(jī)的輸出電壓和電池電壓被測(cè)量并與目標(biāo)值相比較，以決定在電路中是否存在故障。
[0014]US2010127668描述了用于補(bǔ)償在電池和充電器之間的電纜中出現(xiàn)的電壓降的方法。該方法包括最初計(jì)算電纜中的電壓降井隨后使用所保存的值來(lái)校正充電電壓。
[0015]W09210019描述了給車輛中的電池充電的發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)器。通過(guò)基于發(fā)電機(jī)電流和電纜電阻計(jì)算電壓降來(lái)補(bǔ)償在電池和發(fā)電機(jī)之間的電壓降。
[0016]本發(fā)明的目的是通過(guò)補(bǔ)償出現(xiàn)在從電源到電池的路徑上的電壓降來(lái)將充電電壓保持在最佳電平。
[0017]另一目的是提出不依賴于另外的傳感器的自適應(yīng)電池充電功能。
[0018]另一目的是提出獨(dú)立于電路中的準(zhǔn)確電阻的自適應(yīng)電池充電功能，所述電阻根據(jù)負(fù)載的幅值及其相對(duì)于充電電路的連接而變化，從而導(dǎo)致不需要對(duì)電路進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0019]另ー目的是根據(jù)當(dāng)前常常用在公共汽車中的前述已知的自適應(yīng)電池充電系統(tǒng)將電池電壓保持在被計(jì)算為最佳的電平處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]利用獨(dú)立權(quán)利要求所限定的本發(fā)明來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的。
[0021]優(yōu)選實(shí)施例由從屬權(quán)利要求來(lái)限定。
[0022]本發(fā)明涉及基于當(dāng)時(shí)的電壓降來(lái)調(diào)節(jié)電池電壓電平的電池充電系統(tǒng)。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，不需要通過(guò)借助于較大和/或較多電導(dǎo)體(這將是昂貴的、增加重量且將不利地影響環(huán)境)來(lái)減小充電電路電阻，從而減小充電電壓降。
[0024]因?yàn)楸景l(fā)明涉及具有反饋的電池充電系統(tǒng)，因此不需要電纜變化以實(shí)現(xiàn)期望的電池充電電壓。該反饋對(duì)電壓降進(jìn)行補(bǔ)償，所以不需要延長(zhǎng)更大的電纜以降低電路中的電壓降，且不需要在電路中的其它點(diǎn)處連接能量消耗設(shè)備以便防止電壓降。
[0025]根據(jù)實(shí)施例，電池充電系統(tǒng)包括適于將充電電壓輸送到至少一個(gè)電池的電源，其中ー個(gè)或多個(gè)引起電阻(resistance-causing)的單元R1-R11和Ru_rl3連接到該系統(tǒng)。引起電阻的単元包括在電源、電池、能量消耗単元之間的具有線路電阻R1-R11的導(dǎo)體以及具有電阻Ru-Ru的能量消耗単元。導(dǎo)體可例如是電纜和/或框架結(jié)構(gòu)。能量消耗単元可例如包括空調(diào)、額外的加熱器、通風(fēng)設(shè)備、230V AC轉(zhuǎn)換器，但還可包括在車輛上的消耗能量的所有其它系統(tǒng)。該系統(tǒng)還包括調(diào)節(jié)器，其適于連續(xù)接收表示當(dāng)時(shí)期望的充電電壓Vd的值和表示電池系統(tǒng)在當(dāng)時(shí)的電池電壓Vbat的值，并適于使用這些值作為連續(xù)計(jì)算從電源輸送的、實(shí)現(xiàn)所述期望充電電壓Vd所需的充電電壓Vcalc的基礎(chǔ)，所述調(diào)節(jié)器適于產(chǎn)生控制信號(hào)S，該控制信號(hào)S包含用于電源來(lái)輸送所計(jì)算的充電電壓Vcalc的控制命令。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明涉及用于控制所述電池充電系統(tǒng)中的至少ー個(gè)電池的充電的方法。[0027]用于例如根據(jù)本發(fā)明來(lái)控制電池充電系統(tǒng)中的至少ー個(gè)電池的充電的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，它可被實(shí)現(xiàn)為車輛的現(xiàn)有控制単元中的軟件。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，調(diào)節(jié)器是PID調(diào)節(jié)器。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還涉及包括用于應(yīng)用該方法的程序步驟的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的車輛的電池充電系統(tǒng)。
[0031]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的連接有多個(gè)引起電阻的単元的電池充電系統(tǒng)的示意圖。
[0032]圖3示意性示出系統(tǒng)中的電源如何根據(jù)實(shí)施例被控制。
[0033]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池充電系統(tǒng)的運(yùn)行。
【具體實(shí)施方式】
[0034]現(xiàn)在將參考附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0035]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的電池充電系統(tǒng)。系統(tǒng)I包括適于將充電電壓輸送到至少ー個(gè)電池3的電源2，其中一個(gè)或多個(gè)引起電阻的單元連接到該系統(tǒng)。系統(tǒng)還包括調(diào)節(jié)器4，其適于連續(xù)接收表示當(dāng)時(shí)期望的充電電壓Vd的值和表示所述至少一個(gè)電池3在當(dāng)時(shí)的電池電壓Vbat的值，并適于使用這些值作為對(duì)連續(xù)計(jì)算從電源2輸送并實(shí)現(xiàn)所述期望的充電電壓Vd所需的充電電壓Vcalc的基礎(chǔ)，所述調(diào)節(jié)器4適于產(chǎn)生控制信號(hào)S，該控制信號(hào)S包含用于電源2來(lái)輸送所計(jì)算的充電電壓Vcalc的控制命令。
[0036]圖2是具有多個(gè)引起電阻的單元R1-R1P Rl1-Rl3的電池充電系統(tǒng)I的示意圖，該多個(gè)引起電阻的單元連接在電源2、所述至少一個(gè)電池3和調(diào)節(jié)器4之間，并以各種方式引起電阻。以導(dǎo)體形式的引起電阻的単元在這里被稱為R1-R1115導(dǎo)體可以是線路和/或車輛的接地平面(也被稱為底盤接地)。根據(jù)特定的配置，導(dǎo)體的電阻在數(shù)量上當(dāng)然可以多于或小于十一，且每個(gè)導(dǎo)體的相應(yīng)電阻R可根據(jù)其電阻率、長(zhǎng)度和橫截面積而變化。引起電阻的單元不僅包括導(dǎo)體電阻R，而且在這種情況下還包括三個(gè)連接的電流消耗単元Ru-Ru，例如空調(diào)單元。所連接的電流消耗単元も的數(shù)量當(dāng)然可根據(jù)特定的配置而變化。它們消耗的能量越多，經(jīng)過(guò)引起電阻的単元R1的電流就越大，且所產(chǎn)生的電壓降就越大。
[0037]在圖2中，調(diào)節(jié)器4位于控制単元5中。根據(jù)實(shí)施例，表示當(dāng)時(shí)電池電壓Vbat的值被計(jì)算?？刂茊卧?的電壓隨后用作表示至少ー個(gè)電池3在當(dāng)時(shí)的電池電壓Vbat的值。得到當(dāng)時(shí)電池電壓Vbat的可替換方法是在至少ー個(gè)電池的極上直接測(cè)量它，但這需要額外的電纜和導(dǎo)致更昂貴的系統(tǒng)。
[0038]圖3示意性示出系統(tǒng)中的電源2如何根據(jù)實(shí)施例來(lái)控制。電源的充電電壓在控制単元5中被計(jì)算出并轉(zhuǎn)換成百分比值。該百分比值被發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元6，其中脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)基于所接收的值而產(chǎn)生。
[0039]信號(hào)經(jīng)由車輛的通信網(wǎng)絡(luò)(CAN)在控制單元5與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元6之間傳遞。PWM信號(hào)被發(fā)送到電源2，其隨后產(chǎn)生充電電壓。
[0040]根據(jù)實(shí)施例，調(diào)制器4是PID調(diào)節(jié)器，但也可使用其它類型的合適調(diào)節(jié)器。PID調(diào)節(jié)器由與車輛有關(guān)的多個(gè)預(yù)定的固定參數(shù)來(lái)控制，即，固定參數(shù)被預(yù)先確定，以使得使用這些參數(shù)的PID調(diào)節(jié)器可通常用于例如公共汽車，而無(wú)需必須針對(duì)特定公共汽車中所連接的単元進(jìn)行調(diào)節(jié)的參數(shù)。PID調(diào)節(jié)器包括三個(gè)參數(shù)，即，比例元素、積分元素和微分元素。使PID調(diào)節(jié)器適于針對(duì)某種類型的車輛實(shí)現(xiàn)在其三個(gè)元素之間的最佳平衡，以便帶來(lái)其期望的行為。存在迭代地精調(diào)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果的各種系統(tǒng)化方法。內(nèi)部模型控制(IMC)方法是調(diào)節(jié)并識(shí)別調(diào)節(jié)器的參數(shù)的可適用方法。PID調(diào)節(jié)器可被串聯(lián)實(shí)現(xiàn)或并聯(lián)連接。并聯(lián)連接的優(yōu)點(diǎn)是，P、I和D元素可被単獨(dú)地實(shí)現(xiàn)井隨后被求和。這使得能夠更易于測(cè)試各種參數(shù)的不同值，而不影響調(diào)節(jié)器的除了當(dāng)時(shí)相關(guān)的參數(shù)以外的其它參數(shù)。
[0041]調(diào)節(jié)器可由下列公式來(lái)描述:
【權(quán)利要求】
1.一種車輛的電池充電系統(tǒng)(I),包括: 電源(2)，其適于將充電電壓輸送到至少ー個(gè)電池(3)，其中，一個(gè)或多個(gè)引起電阻的單元(R1-Rn、Ru-Ru)連接到所述系統(tǒng)(I)，以及 調(diào)節(jié)器(4)，其適于連續(xù)接收表示當(dāng)時(shí)期望的充電電壓(Vd)的值和表示所述至少ー個(gè)電池(3)在當(dāng)時(shí)的電池電壓(Vbat)的值，并適于使用這些值作為連續(xù)計(jì)算從所述電源(2)輸送的、實(shí)現(xiàn)所述期望的充電電壓(Vd)所需的充電電壓(VMl。)的基礎(chǔ)，所述調(diào)節(jié)器(4)適于產(chǎn)生控制信號(hào)(S)并位于控制單元(5)中，所述控制信號(hào)(S)包含用于所述電源(2)來(lái)輸送所計(jì)算的充電電壓(VMl。)的控制命令， 其特征在干， 表示所述至少一個(gè)電池(3)在當(dāng)時(shí)的電池電壓(Vbat)的所述值是基于所述控制單元(5)的電壓來(lái)計(jì)算的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池充電系統(tǒng)，其中所述調(diào)節(jié)器(4)是PID調(diào)節(jié)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中的任一項(xiàng)所述的電池充電系統(tǒng)，其中所述調(diào)節(jié)器(4)由與所述車輛有關(guān)的多個(gè)預(yù)定的固定參數(shù)來(lái)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的電池充電系統(tǒng)，其中所述電池充電系統(tǒng)(I)的采樣周期為大約2Hz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的電池充電系統(tǒng)，其中所連接的引起電阻的單元(R1-R11.Rl1-Rl3)采取導(dǎo)體(R1-R11)和/或所連接的電流消耗設(shè)備(Ru-Ru)形式的電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池充電系統(tǒng)，其中所連接的電流消耗設(shè)備(Ru-Ru)的數(shù)量隨著時(shí)間而變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的電池充電系統(tǒng)，其中所述電源(2)位于所述車輛的后部，且所述至少ー個(gè)電池(3)位于所述車輛的前部，或反之亦然。
8.ー種用于控制車輛的電池充電系統(tǒng)(I)中的至少ー個(gè)電池的充電的方法，所述系統(tǒng)包括適于將充電電壓輸送到至少ー個(gè)電池(3)的電源(2)，其中ー個(gè)或多個(gè)引起電阻的單元(R1-R11.Ru-Ru)連接到所述系統(tǒng)，所述方法包括下列步驟: -在調(diào)節(jié)器(4)中連續(xù)接收表示當(dāng)時(shí)期望的充電電壓(Vd)的值， -在所述調(diào)節(jié)器(4)中連續(xù)接收表示所述至少一個(gè)電池(3)在當(dāng)時(shí)的電池電壓(Vbat)的值， -基于當(dāng)時(shí)期望的充電電壓(Vd)和至少ー個(gè)電池(3)在當(dāng)時(shí)的電池電壓(Vbat),來(lái)連續(xù)計(jì)算從所述電源(2)輸送的、實(shí)現(xiàn)所述期望的充電電壓(Vd)所需的充電電壓(VMl。)，以及 -產(chǎn)生包含用于所述電源(2)來(lái)輸送所計(jì)算的充電電壓(VMl。)的控制命令的控制信號(hào)S，使得所述調(diào)節(jié)器(4)位于控制単元(5)中，且表示所述電池系統(tǒng)在當(dāng)時(shí)的電池電壓(Vbat)的值是基于所述控制單元(5)的電壓來(lái)計(jì)算的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)器(4)是PID調(diào)節(jié)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)器(4)由與所述車輛有關(guān)的多個(gè)預(yù)定的固定參數(shù)來(lái)控制。
11.ー種根據(jù)權(quán)利要求8-10中的任一項(xiàng)所述的電池充電系統(tǒng)中的方法，其中所述電池充電系統(tǒng)(I)的采樣周期為大約2Hz。
12.—種計(jì)算機(jī)程序，包括用于應(yīng)用根據(jù)權(quán)利要求8-11中的任一項(xiàng)所述的方法的程序步驟。
【文檔編號(hào)】H02J7/14GK103597706SQ201280027806
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月7日
【發(fā)明者】M·斯卡彭德, P·布洛梅加爾, T·謝爾達(dá)爾 申請(qǐng)人:斯堪尼亞商用車有限公司