车辆中的能量存储的充电系统和控制该充电系统的方法与流程

1.本发明涉及一种用于控制电动或混合动力车辆中的能量存储的充电的充电系统并且涉及一种用于控制这样的充电系统的方法。
2.本发明能够被应用在诸如卡车、公共汽车和施工设备的重型车辆中。尽管将关于卡车描述本发明，但是本发明不局限于此特定车辆，而是还可以被用在包括能量存储的其他应用中。


背景技术：

3.随着用于诸如卡车、公共汽车、施工设备等的重型车辆的电动和混合动力驱动系统的发展，对诸如与在汽车中相比具有更高容量的电池的能量存储提出了要求。特别地，高容量能量存储的充电可以过度使用汽车中使用的常规充电系统，并且车载充电配置可能需要适应重型车辆的高功率要求。
4.此外，对重型车辆来说减少车辆的停机时间甚至更为重要，因为卡车、公共汽车等常常需要在延长的时间段内操作并具有高可用性。因此，当与具有内燃发动机的常规车辆相比时，延长的充电时间将是竞争劣势。
5.因此，需要为重型车辆提供既能够改善诸如充电时间的充电特性又能够处理高充电功率的充电解决方案。


技术实现要素：

6.鉴于车辆用充电系统的前述期望特性，本发明的目的是提供一种充电系统以及一种用于控制充电系统以便对电动或混合动力车辆中的能量存储充电的方法。
7.根据本发明的第一方面，提供了一种用于车辆中的能量存储的充电系统。该充电系统包括：并联布置的多个充电开关单元，每个充电开关单元具有被配置成连接到公共充电端口的输入端子和被配置成连接到能量存储的输出端子，其中，每个充电开关单元包括被配置成控制从充电端口到能量存储的电流的流动的接触器；对于每个充电开关单元，测量设备和可变电阻器，该测量设备被配置成确定指示通过充电开关单元的电流路径中的电阻的参数，该可变电阻器被配置成控制电流路径中的电阻；以及充电控制单元，该充电控制单元连接到充电开关单元中的每一个并且被配置成，如果多个电流路径中的任何两个电流路径之间的估计的电阻差异高于预定差异阈值，则控制具有最低电阻的电流路径中的充电开关单元的可变电阻器以增加该电流路径的电阻。
8.在所描述的充电系统中，充电开关单元在充电端口与一个或多个能量存储之间提供多个并联充电路径，从而与如果将使用仅一个充电开关单元相比，允许向电池提供更高的功率。并联布置的充电开关单元有助于模块化系统，其中能够使用常规组件，并且其中能够通过调整并联布置的充电开关单元的数目容易地修改充电系统的总能力。公共充电端口是车辆的被配置成连接到外部充电基础设施如充电站的充电端口。
9.本发明基于如下认知：在包括充电端口与电池之间的并联电流路径的充电系统
中，需要处理电流路径中的不平衡。流经不同电流路径的电流的不平衡可以导致充电开关单元和/或充电系统中的其他组件的损坏，因此重要的是既检测又减轻此类电流不平衡。
10.能够通过观察指示通过充电开关单元的电流路径中的电阻的参数来检测潜在有害的不平衡。基于所观察到的参数，能够直接地通过计算电阻或间接地通过采用被测参数与电阻之间的已知关系来估计电流路径中的电阻。为了确定在系统中存在不平衡，检测多个电流路径中的任何两个电流路径之间的差异就足够了。因此，在实践中，通过所有充电开关单元的电流路径被监测并相互比较以确定在系统中是否存在不平衡。优选地基于整体系统配置并且基于充电开关单元的特性来设置预定差异阈值。
11.一旦检测到超过差异阈值的不平衡，就能够增加具有最低电阻即最高电流的电流路径的可变电阻器以使通过充电开关单元的电流平衡，从而防止充电系统的充电开关单元或其他组件的损坏。
12.根据本发明的一个实施例，被配置成确定指示电阻的参数的测量设备可以是电流表或电压表。测量设备还可以是被配置成确定充电开关单元的温度的温度传感器。电流表可以是用于所有电流路径的并且被配置成测量通过充电开关单元中的每一个的电流的常见布置的电流表，或者每个充电开关单元可以包括它自己的电流表和/或温度测量单元。温度测量单元可以是能够测量充电开关单元的温度的任何器件或单元，而不应该限于任何特定温度测量技术。还应该注意，电流表不必被如此布置在充电开关单元内，电流表被布置成测量给定充电开关单元的电流路径中的电流就足够了。
13.根据本发明的一个实施例，充电控制单元被进一步配置成控制可变电阻器以降低通过具有高于预定阈值温度的温度的任何充电开关单元的电流。因此，能够控制为充电开关单元均不高于阈值温度。
14.根据本发明的一个实施例，充电控制单元被进一步配置成只有当通过充电开关单元的电流高于预定电流阈值时才控制充电开关单元的可变电阻器。除非绝对电流水平达到某个水平，否则像这样通过充电开关单元的电流的不平衡不一定有害。换句话说，如果绝对电流水平足够低，则能够允许不平衡持续存在。因此，即使不平衡可以指示充电系统中需要系统维护的故障，像这样的不平衡也可以不是修改通过充电开关单元的电流路径的电阻的原因。一旦检测到超过电流阈值的不平衡，就能够采取措施来降低通过至少具有最高电流的充电开关单元的电流以防止充电开关单元的损坏。
15.根据本发明的一个实施例，充电控制单元被进一步配置成确定通过充电开关单元的每个电流路径的电阻，并且如果任何一个电流路径中的电阻与其他电流路径中的电阻偏离超过预定电阻阈值，则控制具有偏离电阻的一个或多个电流路径中的可变电阻器以使所有电流路径的电阻相等。通常，期望使每个电流路径的电阻最小化以使系统中的热损失最小化，意味着在正常工作条件下可变电阻器被设置在最小或零电阻。如果是这样的话，则平衡是通过视需要增加所选可变电阻器的电阻来实现的。然而，在一些应用中可以将可变电阻器设置在非零电阻值，在这种情况下能通过视需要降低一个或多个电流路径中的电阻来实现平衡。
16.根据本发明的一个实施例，充电控制单元可以被配置成选择一个电流路径的电阻作为参考电阻并且将其他电流路径中的电阻与参考电阻进行比较。参考电阻可以例如是具有最高或最低电阻的电流路径，从而确保能够确定两个电流路径之间的最大差异。
17.根据本发明的第二方面，提供了一种用于控制车辆中的充电系统的方法。该充电系统包括并联布置的多个充电开关单元，每个充电开关单元具有被配置成连接到公共充电端口的输入端子和被配置成连接到能量存储的输出端子，其中，每个充电开关单元包括被配置成控制从充电端口到能量存储的电流的流动的接触器以及被配置成控制通过充电开关单元的电流路径中的电阻的可变电阻器。该方法包括：确定每个电流路径的电阻；并且如果多个充电开关单元中的任何两个充电开关单元之间的估计的电阻差异高于预定差异阈值，则控制用于具有最低电阻的电流路径的充电开关单元的可变电阻器以增加该电流路径的电阻。
18.根据本发明的一个实施例，确定电阻包括确定通过充电开关单元的电流和充电开关单元上的电压，并且基于该电压和该电流计算电阻，和/或确定充电开关单元的温度并且基于充电开关单元的温度和电阻之间的已知关系来确定电阻。
19.根据本发明的一个实施例，该方法进一步包括控制可变电阻器以降低具有高于预定阈值温度的温度的任何充电开关单元中的电流。该方法还可以包括控制具有最低电阻的充电开关单元的可变电阻器只有当具有最低电阻的电流路径中的电流高于电流阈值时才增加该电流路径的电阻。
20.根据本发明的一个实施例，该方法进一步包括：确定通过充电开关单元的每个电流路径的电阻；以及如果任何一个电流路径中的电阻与其他电流路径中的电阻偏离超过预定阈值，则控制具有偏离电阻的一个或多个电流路径中的可变电阻器使所有电流路径的电阻相等。此外，该方法可以进一步包括选择一个电流路径的电阻作为参考电阻并且将其他电流路径中的电阻与参考电阻进行比较。
21.本发明的此第二方面的另外的效果和特征基本上类似于上面关于本发明的第一方面描述的效果和特征。
22.还提供了一种计算机程序和一种计算机可读介质，该计算机程序包括用于当在计算机上运行该程序时执行前述实施例中的任一个的步骤的程序代码手段，该计算机可读介质承载包括用于执行前述步骤的程序代码手段的计算机程序。
23.在以下描述中并在从属权利要求中公开本发明的另外的优点和有利特征。
附图说明
24.参考附图，下面接着的是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。
25.在附图中：
26.图1是根据本发明的实施例的充电系统的示意图示；
27.图2是根据本发明的实施例的充电系统的充电开关单元的示意图示；
28.图3是根据本发明的实施例的充电系统的充电开关单元的示意图示；
29.图4是概述根据本发明的实施例的方法的步骤的流程图；以及
30.图5是包括根据本发明的实施例的充电系统的车辆的示意图示。
具体实施方式
31.在本详细描述中，主要参考卡车中的充电系统讨论根据本发明的用于车辆中的能量存储的充电系统的各种实施例。然而应该注意，这绝不限制本发明的范围，因为所描述的
发明在诸如汽车、公共汽车和施工车辆的其他类型的车辆中同样适用。所描述的充电系统还可以被用在诸如船和舰的海洋应用中，并且用在需要以高功率水平充电的其他应用例如高容量电池中。
32.图1示意性地图示用于车辆中的能量存储102的充电系统100。能量存储102可以是卡车中的电池，并且由于给重型车辆供电所需要的高容量电池，可能需要提供能够传送高充电功率的充电系统。
33.因此，充电系统100包括多个并联布置的充电开关单元104a-d，每个充电开关单元具有被配置成连接到公共充电端口108的输入端子106a-d和被配置成连接到能量存储102的输出端子110a-d。在图2中更详细地图示了充电开关单元104，其中能够看到，充电开关单元104包括被配置成控制从充电端口108到能量存储102的电流流动的接触器200。能够将充电开关单元104a-d被认为是相同的，但是原则上可以使用具有不同特性的充电开关单元104a-d。然而，通过使用相同的充电开关单元104a-d，制造、系统组装和维护被简化，因为对具有不同功率传送能力的系统来说，系统中的独特组件的数目能够保持相同。
34.在图1中，能量存储102被图示成包括多个输入，每个充电开关单元104a-d各一个。然而，取决于能量存储的配置，经由相应的充电开关单元104a-d的不同电流路径可以同样好地连接到能量存储102的单个输入。原则上，到能量存储102的连接能够被配置成适合用于给定应用的特定能量存储102。
35.充电系统100还包括被配置成确定指示通过每个充电开关单元104a-d的电流路径中的电阻的参数的至少一个测量设备202。在图2中，测量设备202被图示为被布置成测量充电开关单元104的电阻的欧姆计202。然而，还可以通过测量诸如如由图3的电压表300、电流表302和温度感测单元304所图示的电流、电压和/或温度的参数来确定电阻。在本说明中，假定到和来自充电开关单元104的布线的电阻是大体上恒定的，并且电阻的显著变化是由于充电开关单元104的变化而导致的，并且特别是由于充电开关单元104的加热而导致的。
36.电压表300、电流表302和/或温度感测单元304可以被集成在充电开关单元104中，但是还可以与充电开关单元104分开地提供它们。只要可以测量通过充电开关单元104a-d的每个电流路径中的电流，就能将电流表202特别地定位在充电端口108与能量存储102之间的任何地方。如果充电开关单元104的温度与通过充电开关单元104的电流之间的关系是已知的，则测量每个充电开关单元104a-d中的温度就足够了。电流与温度之间的关系可以例如基于数学模型或者可以从基于经验数据的查找表等中获知。因此，可以有能够确定充电开关单元104的电阻的许多不同方式。
37.图2和图3进一步图示可变电阻器204，该可变电阻器204可以被集成在充电开关单元104中或者与充电开关单元104分开地布置在公共充电端口108与能量存储102之间的电流路径中的任何地方。可以以技术人员已知的许多不同方式实现可变电阻器。
38.此外，充电系统包括连接到充电开关单元104a-d中的每一个的充电控制单元116。控制单元116可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程器件。控制单元116还可以或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件或数字信号处理器。在控制单元116包括诸如上面提及的微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器的可编程器件的情况下，处理器还可以包括控制该可编程器件的操作的计算机可执行代码。控制单元的功能性也可以分布在多个控制单元或电子控制单元(ecu)
上。
39.充电控制单元116被配置成，如果多个电流路径中的任何两个电流路径之间的估计的电阻差异高于预定差异阈值，则控制具有最低电阻的电流路径中的充电开关单元104a-d的可变电阻器204增加该电流路径的电阻。电流路径在这里被描述为从公共充电端口108起通过一个充电开关单元104a-d到能量源的路径。应该注意，在具有不同系统配置的实现方式中，可以将电流路径描述为从充电开关单元104a-d的输入端口106到对应输出端口110a-d的路径。
40.图4是概述根据本发明的实施例的控制充电系统100的方法的实施例的一般步骤的流程图。该方法包括：确定400通过充电开关单元104a-d的每个电流路径的电阻；以及如果通过充电开关单元104a-d的多个电流路径中的任何两个电流路径之间的估计的电阻差异高于预定差异阈值，则控制402用于具有最低电阻的电流路径的充电开关单元104a-d的可变电阻器204增加该电流路径的电阻。该方法能够由充电系统100的控制单元116执行。
41.图5示意性地图示包括根据前述实施例中的任一个的充电系统100的卡车500。车辆500配备有外部可访问的充电端口108以用于将充电系统连接到充电站或能够对车辆电池充电的任何其他能源。
42.应当理解，本发明不限于上面描述和附图中图示的实施例；相反，技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内做出许多变化和修改。