УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРОГРЕВОМ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2014 года по МПК B60L1/02 B60L1/08 B60W10/24 B60W10/30 B60W20/00 

Перекрестная ссылка на родственную заявку

Данная заявка притязает на приоритет заявки на патент (Япония) №2011-132272, поданной 14 июня 2011 года, раскрытие сущности которой, включающее в себя подробное описание, чертежи и формулу изобретения, полностью содержится в данном документе по ссылке.

Область техники, к которой относится изобретение

[0001]

Настоящее изобретение относится к устройству управления прогревом для транспортного средства, оснащенного батареей, которая может быть заряжена от внешнего источника питания.

Уровень техники

[0002]

На сегодняшний день создаются электромобили или гибридные транспортные средства, которые оснащаются батареей для движения, которая заряжается электричеством, подаваемым из внешнего источника питания. Такое транспортное средство может быть легко заряжено электричеством посредством соединения бортового зарядного устройства и розетки внешнего источника питания через кабель зарядки батареи. Предполагается, что внешние источники питания для зарядки доступны, например, из стандартных бытовых розеток и зарядных станций, которые соответствуют газозаправочным станциям для транспортных средств, работающих на газе.

[0003]

Известно, что рабочие характеристики батарей меняются в зависимости от температур среды эксплуатации. Например, электроэнергия, сформированная посредством батареи, имеющей температуру ниже точки замерзания, меньше электроэнергии от батареи, имеющей обычную температуру. Это также применяется к свойству зарядки. Высокий ток зарядки таким образом не может быть получен при низкой температуре батареи. Соответственно, предложены различные технологии, в которых предоставляется электрообогреватель для прогрева батареи в транспортном средстве, и электрообогреватель работает в соответствии с температурой батареи.

[0004]

Например, выложенная заявка на патент (Япония) №2009-224256 раскрывает систему прогрева батареи, которая прогревает батарею посредством приведения в действие электрообогревателя из системы кондиционирования воздуха, в то время как батарея заряжается от внешнего источника питания. Эта технология подает ток в электрообогреватель в соответствии с температурой батареи и заставляет охлаждающую воду, которая нагрета посредством электрообогревателя, проходить через теплообменник, размещенный смежно с батареей, тем самым увеличивая температуру батареи.

[0006]

К сожалению, известные системы прогрева батареи не управляют надлежащим образом величиной тепловой энергии, сформированной посредством операции прогрева. Это затрудняет эффективное использование электричества, подаваемого из внешнего источника питания. Например, технология, раскрытая в вышеуказанной заявке на патент, формирует постоянное количество тепла посредством предоставления возможности электрообогревателю работать независимо от температуры при условии, что температура батареи равна или меньше предварительно определенной температуры. Соответственно, эта технология не позволяет демонстрировать надлежащую эффективность прогрева в чрезвычайно низкотемпературных окружениях, например, при температуре батареи гораздо ниже предварительно определенной температуры. Как результат, период зарядки или прогрева может быть длительным. По этой причине, известные технологии не могут в достаточной степени повышать эффективность энергосбережения.

Сущность изобретения

Технические задачи

[0007]

Цель настоящего изобретения, которое задумано с учетом вышеуказанных недостатков, состоит в том, чтобы предоставлять устройство управления прогревом для транспортного средства, которое повышает эффективность энергосбережения посредством эффективного использования энергии, сформированной относительно зарядок от внешнего источника питания и операций прогрева.

Следует отметить, что в дополнение к этой цели, признаки и преимущества, которые, как описано ниже, вводят конфигурации, описанные в вариантах осуществления настоящего изобретения и которые известные технологии не могут формировать, включаются в другие цели настоящего изобретения.

Решение задач

[0008]

(1) Устройство управления прогревом для транспортного средства, раскрытого в данном документе, включает в себя: батарею, подающую электричество в электромотор, который приводит в движение транспортное средство, причем батарея допускает зарядку с помощью тока, подаваемого извне транспортного средства; и обогреватель, вырабатывающий тепло посредством тока, подаваемого извне транспортного средства, причем тепло прогревает транспортное средство. Кроме того, устройство управления прогревом включает в себя блок получения температуры, получающий температуру батареи; и блок управления распределением тока, распределяющий ток, подаваемый извне транспортного средства, в батарею и обогреватель, при этом блок управления распределением тока увеличивает ток питания обогревателя, подаваемый в обогреватель, по мере того, как температура батареи снижается.

Тепло, вырабатываемое посредством обогревателя, используется для того, чтобы прогревать транспортное средство, в частности, увеличивать температуру энергоустановки транспортного средства. Например, это тепло может быть использовано для того, чтобы увеличивать температуру батареи или электромотора, работающего на электричестве из батареи. Помимо этого, это тепло может быть использовано для того, чтобы увеличивать температуру, например, двигателя, охлаждающей воды для двигателя и моторного масла, если транспортное средство оснащается двигателем.

(2) Предпочтительно, блок управления распределением тока задает ток питания батареи, подаваемый в батарею, равным или меньше тока зарядки батареи, определенного на основе температурного свойства батареи.

[0009]

(3) Предпочтительно, устройство управления прогревом дополнительно включает в себя блок обнаружения тока, который обнаруживает внешний ток, подаваемый извне транспортного средства, и блок управления распределением тока задает ток питания батареи, подаваемый в батарею, равным или меньше внешнего тока. В этом случае, предпочтительно блок управления распределением тока задает максимальный ток питания обогревателя равным разности между током питания батареи и внешним током. Следует отметить, что блок управления распределением тока предпочтительно снижает ток питания батареи по мере того, как температура батареи снижается.

[0010]

(4) Предпочтительно, блок управления распределением тока задает ток питания батареи, подаваемый в батарею, равным или меньше верхнего предельного тока, который меньше внешнего тока.

(5) Предпочтительно, блок управления распределением тока задает значение, полученное посредством вычитания минимального тока прогрева из внешнего тока, равным верхнему предельному току, причем минимальный ток прогрева соответствует минимальному току питания обогревателя.

(6) Предпочтительно, транспортное средство является гибридным транспортным средством, оснащенным электромотором и двигателем, обогреватель включает в себя первый обогреватель, увеличивающий температуру батареи, и второй обогреватель, увеличивающий температуру двигателя. Помимо этого, предпочтительно блок управления распределением тока регулирует соответствующие токи, подаваемые в первый обогреватель и второй обогреватель, на основе температуры батареи.

[0011]

(7) Предпочтительно, устройство управления прогревом дополнительно включает в себя: реле, расположенное на линии электропитания, соединяющей транспортное средство и источник внешнего тока, который подает ток в транспортное средство; и блок релейного управления, устанавливающий соединение реле во время режима зарядки батареи или рабочего режима обогревателя и разрывающий соединение реле во время режима с отсутствием зарядки батареи, и режима с отсутствием работы обогревателя.

[0012]

(8) Предпочтительно, устройство управления прогревом дополнительно включает в себя: сигнальные линии, соединенные с блоком релейного управления и переносящие сигнал тока, указывающий ток, полученный из электричества, подаваемого извне транспортного средства; переключатель разрешения зарядки, соединенный с сигнальными линиями и предоставляющий в блок релейного управления сигнал, указывающий зарядку батареи, в соответствии с работой переключателя разрешения зарядки; и переключатель обогревателя для прогрева, соединенный с сигнальными линиями параллельно с переключателем разрешения зарядки и предоставляющий в блок релейного управления сигнал, указывающий подачу электричества в обогреватель.

Преимущества изобретения

[0013]

Устройство управления прогревом для транспортного средства, раскрытое в данном документе, может увеличивать ток, подаваемый в обогреватель, по мере того, как температура батареи снижается, чтобы преодолевать невыгодное свойство батареи, т.е. низкую эффективность зарядки при низкой температуре батареи. Оно может эффективно использовать ток, подаваемый извне транспортного средства, и сокращать время прогрева. Кроме того, устройство управления прогревом заставляет обогреватель формировать большее количество тепла по мере того, как температура батареи снижается, тем самым надлежащим образом повышая емкость зарядки батареи и сокращая время зарядки.

Краткое описание чертежей

Характер этого изобретения, а также его другие цели и преимущества поясняются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные ссылки с номерами обозначают идентичные или аналогичные части на всех чертежах и на которых:

[0018]

Фиг.1 является видом сбоку, иллюстрирующим транспортное средство, включающее в себя устройство управления прогревом для транспортного средства согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 является схематичным видом, иллюстрирующим блок-схему и схему устройства управления прогревом, показанного на фиг.1.

Фиг.3 является графиком для пояснения процесса управления, выполняемого посредством устройства управления прогревом, показанного на фиг.1.

Фиг.4 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей процесс управления, выполняемый посредством пилотного контроллера, показанного на фиг.2.

Фиг.5 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей процесс управления, выполняемый посредством бортового контроллера, показанного на фиг.2.

Фиг.6A-6C являются графиками для пояснения процесса управления, выполняемого посредством устройства управления прогревом согласно разновидности варианта осуществления.

Подробное описание вариантов осуществления

[0015]

Устройство управления прогревом согласно варианту осуществления настоящего изобретения описывается со ссылкой на прилагаемые чертежи. Следует отметить, что следующий вариант осуществления является просто примером и не имеет намерение исключать различные варьирования и варианты применения технологий, которые не описываются в нем явно. Помимо этого, отдельные конфигурации, описанные в варианте осуществления, могут избирательно использоваться по мере необходимости, комбинироваться надлежащим образом или варьироваться и реализовываться различными способами без отступления от сущности варианта осуществления.

[0016]

1. Конфигурация устройства

Устройство управления прогревом для транспортного средства согласно этому варианту осуществления устанавливается в транспортном средстве 10, как показано на фиг.1. Это транспортное средство 10 является электромобилем, который работает на электричестве, накапливаемом в батарее 6. Эта батарея 6 является устройством накопления, которое может быть заряжено электричеством, регенерируемым во время движения, и электричеством, подаваемым из внешнего источника в любой момент времени.

[0017]

Транспортное средство 10 содержит бортовой контроллер 1 и бортовое зарядное устройство 8 для зарядки батареи 6 от внешнего источника питания. Бортовое зарядное устройство 8 является зарядным устройством батареи для преобразования переменного тока, подаваемого из внешнего источника питания, в постоянный ток и зарядки батареи 6 с помощью этого постоянного тока. Следует отметить, что это преобразование переменного тока является необязательным, если используется внешний источник питания постоянного тока. Гнездо 15 (порт получения электричества) предоставляется на одной стороне транспортного средства 10 для соединения транспортного средства 10 и кабеля 11 зарядки батареи, так что батарея 6 заряжается от внешнего источника питания.

[0018]

Обогреватель 7 предоставляется около батареи 6. Обогреватель 7 формирует тепло для прогрева транспортного средства 10 посредством тока, подаваемого из батареи 6 и внешнего источника питания. В данном документе, термин "тепло для прогрева" означает общее тепло для прогрева энергоустановки (силовой установки) после пуска в холодном состоянии, и это тепло используется для увеличения температуры, например, батареи 6 или электромотора для движения. Помимо этого, тепло также может использоваться для прогрева, например, двигателя, моторного масла и охлаждающей воды для двигателя, если транспортное средство 10 является гибридным транспортным средством со штепсельным соединением, оснащенным еще одним двигателем в дополнение к электромотору. Этот вариант осуществления иллюстрирует использование обогревателя 7, чтобы увеличивать температуру батареи 6.

[0019]

Как показано на фиг.1, конец кабеля 11 зарядки батареи содержит зарядный пистолет 12, который содержит, сверху, разъем 12a, который должен соединяться с гнездом 15 транспортного средства 10. Другой конец кабеля 11 зарядки батареи содержит штепсельную вилку 14, которая должна быть соединена, например, с бытовой электрической розеткой 16. Эта электрическая розетка 16 соединяется с внешним источником питания (сети общего пользования) через электропроводку (не показана). Следует отметить, что этот вариант осуществления рассматривает случай, в котором внешний источник питания является однофазным источником питания переменного тока (или однофазным трехпроводным источником питания переменного тока на 100 или 200 В).

[0020]

Модуль 13 управления, который размещает пилотный контроллер 9 и реле 19, располагается в середине маршрута электропитания от штепсельной вилки 14 до зарядного пистолета 12 на кабеле 11 зарядки батареи. Реле 19 является электрическим реле, и его соединение управляется посредством пилотного контроллера 9 (блока релейного управления). Помимо этого, реле 19 переключается между соединенным состоянием, в котором ток подается из внешнего источника питания в транспортное средство 10, и разъединенным состоянием, в котором электропитание прерывается.

[0021]

Переключатель 17 разрешения зарядки и переключатель 18 обогревателя прогрева компонуются в любых данных местоположениях в транспортном средстве 10. Переключатель 17 разрешения зарядки включен, когда батарея 6 заряжается от внешнего источника питания, и выключен в противном случае. Кроме того, переключатель 18 обогревателя прогрева является переключателем, который включен, когда транспортное средство 10 прогревается, и выключен в противном случае.

[0022]

Каждый из переключателя 17 разрешения зарядки и переключателя 18 обогревателя прогрева может переключаться между включением и выключением его соединения посредством ручной операции пользователя или автоматически в соответствии с управлением бортовым контроллером 1 при предварительно определенном условии. Переключатель 17 разрешения зарядки и переключатель 18 обогревателя прогрева, которые используются в этом варианте осуществления, могут переключаться между включением и выключением посредством ручной операции или автоматически в соответствии с управлением бортовым контроллером 1, когда предварительно определенное условие устанавливается.

[0023]

2. Схемная конфигурация

2-1. Кабель

Как показано на фиг.2, две линии L1 и L1 электропитания и линия L2 заземления, соединенная с землей, проходят между штепсельной вилкой 14 и модулем 13 управления на кабеле 11 зарядки батареи. В дополнение к этим линиям L1 и L1 электропитания и линии L2 заземления, сигнальная линия L3 проходит между модулем 13 управления и разъемом 12a зарядного пистолета 12. Эта сигнальная линия L3 согласует обмен информацией между бортовым контроллером 1 и пилотным контроллером 9.

[0024]

Реле 19 предоставляется для обеих линий L1 и L1 электропитания в модуле 13 управления. Т.е. реле 19 доступно для обеих линий L1 и L1 электропитания. Пилотный контроллер 9 соединяется с линиями приема мощности, которые ответвлены от соответствующих линий L1 и L1 электропитания между штепсельной вилкой 14 и реле 19. Пилотный контроллер 9 активируется сразу после того, как штепсельная вилка 14 соединяется с внешним источником питания. Кроме того, в пилотном контроллере 9, предоставляется схема D1 обнаружения утечки для обнаружения электрической утечки линий L1 и L1 электропитания между разъемом 12a и реле 19. Этот пилотный контроллер 9 передает в транспортное средство 10 через сигнальную линию L3 информацию по току, доступному из внешнего источника питания (или сигнал нагрузки).

[0025]

Сигнальная линия L3 содержит резистивный элемент R1 и линию D2 обнаружения сигнального напряжения. Эта линия D2 обнаружения сигнального напряжения ответвлена от сигнальной линии L3 между разъемом 12a и резистивным элементом R1. Линия D2 обнаружения сигнального напряжения обнаруживает напряжение в точке между разъемом 12a и резистивным элементом R1 и передает обнаруженное напряжение в пилотный контроллер 9, в качестве сигнального напряжения. Следует отметить, что сигнальное напряжение, обнаруженное посредством линии D2 обнаружения сигнального напряжения, меняется в зависимости от значения сопротивления сигнальной линии L6 в транспортном средстве 10, соединенном с сигнальной линией L3. Соответственно, пилотный контроллер 9 отслеживает это сигнальное напряжение, чтобы определять соединенное состояние разъема 12a и рабочие режимы переключателей в транспортном средстве 10.

[0026]

2-2. Транспортное средство

Линии L4 и L4 электропитания, линия L5 заземления и сигнальная линия L6 прокладываются согласно линиям L1 и L1 электропитания, линии L2 заземления и сигнальной линии L3, соответственно, от разъема 12a в транспортном средстве 10. Как показано на фиг.2, обогреватель 7 и бортовое зарядное устройство 8 соединяются с линиями L4 и L4 электропитания параллельно друг с другом. Помимо этого, батарея 6 соединяется с бортовым зарядным устройством 8 через линии L7 и L7 зарядки. Бортовой контроллер 1 управляет величиной электричества, с помощью которой бортовое зарядное устройство 8 заряжает батарею 6 и которую обогреватель 7 преобразует в тепло.

[0027]

Выпрямитель располагается на сигнальной линии L6 для предоставления возможности току протекать только из гнезда 15 в бортовой контроллер 1. Помимо этого, сигнальная линия L6 соединяется с бортовым контроллером 1 на конце, удаленном от гнезда 15. Бортовой контроллер 1 может обнаруживать информацию по току, доступному из внешнего источника питания, который переносится из пилотного контроллера 9 по линиям L1 и L1 электропитания. Затем, бортовой контроллер 1 управляет обогревателем 7 и бортовым зарядным устройством 8 на основе обнаруженной информации.

[0028]

Первая-третья схемы 21-23 сопротивления предоставляются между линией L5 заземления и сигнальной линией L6 для их соединения в многозвенной структуре. Через эти схемы 21-23 сопротивления, бортовой контроллер 1 и пилотный контроллер 9 обнаруживают, например, соединенное состояние разъема 12a и гнезда 15 и рабочие режимы переключателя 17 разрешения зарядки и переключателя 18 обогревателя прогрева. Следует отметить, что фиг.2 иллюстрирует пример, в котором два резистивных элемента R2 и R3 компонуются в электрической схеме.

[0029]

Первая схема 21 сопротивления состоит из резистивного элемента R3. После того, как разъем 12a и гнездо 15 соединяются друг с другом, сигнальная линия L3 составляет замкнутую схему вместе с линиями L2 и L5 заземления. Как результат, предварительно определенный потенциал напряжения, соответствующий полному сопротивлению резистивных элементов R1 и R2, формируется на линии D2 обнаружения сигнального напряжения.

[0030]

Вторая схема 22 сопротивления состоит из резистивного элемента R2 и переключателя 17 разрешения зарядки. Когда переключатель 17 разрешения зарядки включается, предварительно определенный потенциал напряжения, соответствующий полному сопротивлению резистивных элементов R1, R2 и R3, формируется на линии D2 обнаружения сигнального напряжения. Пилотный контроллер 9 определяет то, включен или выключен переключатель 17 разрешения зарядки, на основе сигнального напряжения на линии D2 обнаружения сигнального напряжения. Поскольку это сигнальное напряжение также предоставляется в бортовой контроллер 1, бортовой контроллер 1 также может определять соединенное состояние переключателя 17 разрешения зарядки.

[0031]

Третья схема 23 сопротивления состоит из переключателя 18 обогревателя прогрева на схеме, ответвленной от второй схемы 22 сопротивления в узле между резистивным элементом R2 и переключателем 17 разрешения зарядки. Когда по меньшей мере один из переключателя 17 разрешения зарядки и переключателя 18 обогревателя прогрева включается, предварительно определенный потенциал напряжения, соответствующий полному сопротивлению резистивных элементов R1, R2 и R3, формируется на линии D2 обнаружения сигнального напряжения. Пилотный контроллер 9 определяет рабочие режимы переключателя 17 разрешения зарядки и переключателя 18 обогревателя прогрева на основе сигнального напряжения на линии D2 обнаружения сигнального напряжения.

[0032]

При управлении реле 19, пилотный контроллер 9 не должен различать соответствующие рабочие режимы переключателя 17 разрешения зарядки и переключателя 18 обогревателя прогрева. Тем не менее, пилотный контроллер 9 может содержать, например, схему обнаружения (не показана) для различения этих рабочих режимов. Аналогично, бортовой контроллер 1 также может независимо отслеживать рабочие режимы переключателя 17 разрешения зарядки и переключателя 18 обогревателя прогрева с помощью схемы обнаружения (не показана).

[0033]

3. Конфигурация управления

3-1. Структура управления

Каждый из вышеуказанного бортового контроллера 1 и пилотного контроллера 9 является устройством на LSI (больших интегральных схемах) или встроенным электрическим устройством, сформированным посредством интеграции, например, известного микропроцессора, ROM (постоянного запоминающего устройства) и RAM (оперативного запоминающего устройства). Как бортовой контроллер 1, так и пилотный контроллер 9 управляют зарядкой и прогревом в транспортном средстве 10.

[0034]

Пилотный контроллер 9 (блок релейного управления) переключается между соединением и отключением реле 19 и переносит, в бортовой контроллер 1, информацию по току, доступному из внешнего источника питания. Пример условия, при котором устанавливается соединение реле 19, заключается в том, что по меньшей мере один из переключателя 17 разрешения зарядки и переключателя 18 обогревателя прогрева включается, в то время как зарядный пистолет 12 соединяется с транспортным средством 10. Т.е. пилотный контроллер 9 устанавливает соединение реле 19 во время режима зарядки батареи 6 или рабочего режима обогревателя 7. Пилотный контроллер 9 разрывает соединение реле 19 во время режима, с отсутствием зарядки батареи 6, и режима с отсутствием работы обогревателя 7. Когда такое условие удовлетворяется, пилотный контроллер 9 устанавливает соединение реле 19. Кроме того, пилотный контроллер 9 преобразует информацию по току, доступному из внешнего источника питания, в пилотный сигнал с коэффициентом заполнения, соответствующим этой информации. Затем, пилотный контроллер 9 выводит этот пилотный сигнал в сигнальную линию L3.

[0035]

Бортовой контроллер 1 заряжает батарею 6, когда переключатель 17 разрешения зарядки включается, и дает возможность обогревателю 7 работать, когда переключатель 18 обогревателя прогрева включается. Во время зарядки батареи 6, бортовой контроллер 1 управляет током зарядки на основе пилотного сигнала, переносимого из пилотного контроллера 9. Помимо этого, бортовой контроллер 1 задает ток прогрева, подаваемый в обогреватель 7, на основе тока зарядки и тока, доступного из внешнего источника питания.

[0036]

3-2. Конфигурация блока управления

Бортовой контроллер 1 включает в себя блок 2 получения температуры, блок 3 обнаружения тока и блок 4 распределения тока, в форме программного обеспечения или аппаратного обеспечения для реализации вышеуказанного управления.

[0037]

Блок 2 получения температуры получает температуру батареи 6. Например, блок 2 получения температуры получает информацию относительно температуры T батареи, обнаруженной посредством температурного датчика (не показан), предоставляемого в батарее 6. Альтернативно, блок 2 получения температуры может оценивать температуру T батареи, на основе, например, информации относительно температуры окружающей среды, обнаруженной посредством датчика температуры окружающей среды (не показан), информации, касающейся рабочего состояния транспортного средства 10, и информации относительно истекшего времени с момента остановки транспортного средства 10. Температура T батареи, получаемая таким образом, передается в блок 4 распределения тока.

[0038]

Блок 3 обнаружения тока обнаруживает, в качестве внешнего тока I₀, ток, доступный из внешнего источника питания, на основе коэффициента заполнения пилотного сигнала, переносимого из пилотного контроллера 9. Ток, который разрешено подавать внешнему источнику питания, зависит от типа внешнего источника питания и также варьируется в зависимости от других электрических установок, соединенных с внешним источником питания, и их схемных конфигураций. В этом случае, информация по обнаруженному внешнему току I₀ переносится в блок 4 распределения тока.

[0039]

Блок 4 распределения тока (блок управления распределением тока) распределяет внешний ток I₀, который подан извне транспортного средства 10, на ток для зарядки батареи 6 и ток, который должен подаваться в обогреватель 7, и управляет обоими токами. Этот блок 4 распределения тока содержит блок 4a управления зарядкой и блок 4b управления прогревом: Блок 4a управления зарядкой, главным образом, управляет зарядкой в транспортном средстве 10; и блок 4b управления прогревом, главным образом, осуществляет управление прогревом в транспортном средстве 10. Эти блок 4a управления зарядкой и блок 4b управления прогревом задают соответствующие токи, чтобы распределять внешний ток I₀ на ток для зарядки батареи 6 и ток, который должен быть подан в обогреватель 7, надлежащим образом.

[0040]

Блок 4a управления зарядкой управляет зарядкой батареи 6, когда переключатель 17 разрешения зарядки включается. Помимо этого, блок 4a управления зарядкой регулирует постоянный ток, в который бортовое зарядное устройство 8 преобразует переменный ток, тем самым управляя током для зарядки батареи 6. После этого, ток, подаваемый в бортовое зарядное устройство 8 через линии L4 и L4 электропитания, упоминается как "ток I_CH зарядки" (или "ток питания батареи ").

[0041]

Блок 4a управления зарядкой задает, в качестве тока I_CH зарядки, меньшее из тока I_MAX зарядки батареи, который определяется на основе температурного свойства батареи 6, и внешнего тока I₀, который обнаруживается посредством блока 3 обнаружения тока (I_CH≤I₀ и I_CH≤I_MAX). Этот ток I_MAX зарядки батареи задается как функция температуры T батареи, например, как показано посредством сплошной линии на фиг.3. В частности, взаимосвязь между температурой T батареи и током I_MAX зарядки батареи задается так, что ток I_MAX зарядки батареи снижается по мере того, как температура T батареи снижается.

[0042]

Кроме того, блок 4a управления зарядкой завершает управление зарядкой, когда предварительно определенное условие завершения зарядки удовлетворяется. Затем, блок 4a управления зарядкой выводит управляющий сигнал для выключения переключателя 17 разрешения зарядки. Считается, что конкретный пример условия завершения зарядки состоит в том, что батарея 6 заряжается электричеством на предварительно определенную величину или более (или SOC (состояние зарядки) батареи 6 становится равным предварительно определенному проценту или более), либо истекшее время, затрачиваемое на управление зарядкой, достигает или превышает предварительно определенный период. Следует отметить, что блок 4a управления зарядкой также завершает управление зарядкой, когда переключатель 17 разрешения зарядки выключается вручную.

[0043]

Блок 4b управления прогревом выполняет управление прогревом, когда переключатель 18 обогревателя прогрева включается. В частности, блок 4b управления прогревом управляет величиной вырабатываемого тепла для прогрева посредством регулирования тока, подаваемого в обогреватель 7. После этого, ток, который подается в обогреватель 7 через линии L4 и L4 электропитания, упоминается как "ток I_HE прогрева" (или "ток питания обогревателя").

Этот блок 4b управления прогревом задает, в качестве тока I_HE прогрева, ток, полученный посредством вычитания тока I_CH зарядки из внешнего тока I₀, в то время как батарея 6 заряжается (I_HE=I₀-I_CH). В частности, оставшаяся величина, которая получается посредством вычитания тока для зарядки из тока, подаваемого из внешнего источника питания, выделяется току I_HE прогрева. Между тем, блок 4b управления прогревом задает внешний ток I₀ в качестве тока I_HE прогрева как есть, когда батарея 6 не заряжается.

[0044]

Кроме того, блок 4b управления прогревом завершает управление прогревом, когда предварительно определенное условие завершения прогрева удовлетворяется. Затем, блок 4b управления прогревом выводит управляющий сигнал для выключения переключателя 18 обогревателя прогрева. Считается, что конкретный пример условия завершения прогрева состоит в том, что температура T батареи становится равной предварительно определенной температуре или более, либо истекшее время, затрачиваемое на управление прогревом, достигает или превышает предварительно определенный период. Кроме того, управление прогревом может быть начато или остановлено вручную, аналогичное управлению зарядкой. Соответственно, блок 4b управления прогревом также завершает управление прогревом, когда переключатель 18 обогревателя прогрева выключается вручную.

[0045]

4. Блок-схема последовательности операций 4-1.

Пилотный контроллер

Фиг.4 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей этапы процесса управления, выполняемые посредством пилотного контроллера 9. Пилотный контроллер 9 включается сразу после того, как штепсельная вилка 14 соединяется с электрической розеткой 16 внешнего источника питания. Затем, пилотный контроллер 9 многократно управляет соединением (соединенным и разъединенным состоянием) реле 19 и выводом пилотного сигнала с предварительно определенными интервалами (например, с интервалами в несколько микросекунд).

[0046]

На этапе A10, пилотный контроллер 9 определяет соединенное состояние разъема 12a зарядного пистолета 12 с гнездом 15 транспортного средства 10. В этом варианте осуществления, соединенное состояние между транспортным средством 10 и кабелем 11 зарядки батареи различается на основе сигнального напряжения из линии D2 обнаружения сигнального напряжения. Если разъем 12a соединяется с гнездом 15 ("Да" на этапе A10), процесс управления переходит к этапу A20; в противном случае ("Нет" на этапе A10), процесс управления переходит к этапу A50.

[0047]

На этапе A20, пилотный контроллер 9 формирует пилотный сигнал, который имеет коэффициент заполнения, соответствующий току, доступному из внешнего источника питания и, затем выводит сформированный сигнал в сигнальную линию L3. Например, коэффициент заполнения соответствует RMS (корню из квадрата среднего) переменного тока, подаваемого из внешнего источника вывода. Пилотный сигнал всегда переносится в бортовой контроллер 1 через сигнальную линию L3 во время подачи электричества.

[0048]

На этапе A30, пилотный контроллер 9 определяет отключенное состояние и переключателя 17 разрешения зарядки, и переключателя 18 обогревателя прогрева в транспортном средстве 10. Рабочие режимы переключателей 17 и 18 также отличаются по сигнальному напряжению, переносимому из линии D2 обнаружения. В этом случае, если и переключатель 17 разрешения зарядки, и переключатель 18 обогревателя прогрева выключены ("Да" на этапе A30), процесс управления переходит к этапу A50; в противном случае, если по меньшей мере один из переключателей 17 и 18 включен ("Нет" на этапе A30), процесс управления переходит к этапу A40.

[0049]

На этапе A40, пилотный контроллер 9 выводит управляющий сигнал в реле 19, чтобы устанавливать его соединение. Следовательно, электричество подается из внешнего источника питания и в обогреватель 7, и в бортовое зарядное устройство 8 через линии L1, L1, L4 и L4 электропитания.

[0050]

После того как процесс управления переходит к этапу A50, пилотный контроллер 9 выводит управляющий сигнал, отличный от управляющего сигнала на этапе A40, чтобы разрывать соединение реле 19. Следовательно, электричество, подаваемое из электрической розетки 16, прерывается. Например, если разъем 12a отсоединяется из гнезда 15, или если и переключатель 17 разрешения зарядки, и переключатель 18 обогревателя прогрева выключаются во время подачи внешнего электричества, подача электричества, подаваемого из реле 19 в разъем 12a, останавливается.

[0051]

4-2. Бортовой контроллер

Фиг.5 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей этапы управления, выполняемые посредством бортового контроллера 1. Бортовой контроллер 1 работает на электричестве, подаваемом из бортовой батареи (не показана), и многократно управляет работой обогревателя 7 и бортового зарядного устройства 8 с предварительно определенными интервалами (например, с интервалами в несколько микросекунд).

[0052]

На этапе B10, бортовой контроллер 1 определяет то, принял или нет блок 3 обнаружения тока пилотный сигнал из пилотного контроллера 9. Если пилотный сигнал не принят ("Нет" на этапе B10), процесс управления переходит к этапу B150, и ни одно из управления зарядкой или управления прогревом не выполняется. Это обусловлено тем, что во внешнем источнике питания возникает какая-то проблема, либо разъем 12a отсоединен из гнезда 15. Если пилотный сигнал принят ("Да" на этапе B10), процесс управления переходит к этапу B20.

[0053]

На этапе B20, блок 3 обнаружения тока обнаруживает внешний ток I₀ на основе коэффициента заполнения пилотного сигнала. Этот внешний ток I₀ соответствует максимальному току, который должен быть подан в транспортное средство 10 из внешнего источника питания. На этапе B30, блок 2 получения температуры получает температуру T батареи. Температура T батареи является параметром для оценки емкости зарядки батареи 6.

[0054]

На этапе B40, блок 4a управления зарядкой задает ток I_MAX зарядки батареи на основе температуры T батареи. На этапе B50, бортовой контроллер 1 затем определяет состояние активации переключателя 17 разрешения зарядки. Если переключатель 17 разрешения зарядки включен ("Да" на этапе B50), процесс управления переходит к этапу B60; в противном случае, ("Нет" на этапе B50), процесс управления переходит к этапу B70.

[0055]

На этапе B60, блок 4a управления зарядкой задает ток I_CH зарядки. В этом случае, заданный ток I_CH зарядки является меньшим из тока I_MAX зарядки батареи и внешнего тока I₀. Затем, на этапе B80, бортовой контроллер 1 определяет состояние активации переключателя 18 обогревателя прогрева. Если переключатель 18 обогревателя прогрева включен ("Да" на этапе B80), процесс управления переходит к этапу B90; в противном случае ("Нет" на этапе B80), процесс управления переходит к этапу B110.

[0056]

На этапе B90, блок 4b управления прогревом задает ток I_HE прогрева. В этом случае, поскольку переключатель 17 разрешения зарядки и переключатель 18 обогревателя прогрева включены, ток I_HE прогрева получается посредством вычитания тока I_CH зарядки из внешнего тока I₀. На этапе B100, бортовой контроллер 1 далее одновременно выполняет управление зарядкой и прогревом. В частности, блок 4a управления зарядкой выводит управляющий сигнал в бортовое зарядное устройство 8, и ток I_CH зарядки подается в бортовое зарядное устройство 8 через линии L4 и L4 электропитания. Кроме того, блок 4b управления прогревом выводит управляющий сигнал в обогреватель 7, и ток I_HE прогрева подается в обогреватель 7 через линии L4 и L4 электропитания.

[0057]

Если процесс управления переходит от этапа B80 к этапу B110, поскольку переключатель 17 разрешения зарядки включен, а переключатель 18 обогревателя прогрева выключен, бортовой контроллер 1 обнуляет ток I_HE прогрева на этапе B110 (I_HE=0). В этом случае, выполняется только управление зарядкой на этапе B120.

[0058]

Если процесс управления переходит от этапа B50 к этапу B70, поскольку переключатель 17 разрешения зарядки выключен, и переключатель 18 обогревателя прогрева включен, бортовой контроллер 1 обнуляет ток I_CH зарядки на этапе B70 (I_CH=0). Бортовой контроллер 1 затем задает ток I_HE прогрева равным внешнему току I₀ на этапе B130 (I_HE=I₀). В этом случае, выполняется только управление прогревом на этапе B140.

[0059]

5. Преимущественный эффект

Вышеописанное устройство управления прогревом изменяет распределение внешнего электричества (или отношение тока I_CH зарядки к току I_HE прогрева) в зависимости от температуры T батареи при одновременном выполнении управления зарядкой и прогревом. Как показано на фиг.3, например, отношение тока I_CH зарядки к току I_HE прогрева снижается по мере того, как температура T батареи снижается. Другими словами, отношение увеличивается по мере того, как температура T батареи увеличивается. В частности, в окружении зарядки, в котором батарея 6 демонстрирует низкую емкость зарядки, устройство управления прогревом выполняет управление прогревом с приоритетом относительно управления зарядкой. Соответственно, энергия из внешнего источника питания потребляется, чтобы увеличивать температуру батареи 6.

[0060]

На графике, показанном на фиг.3, общее внешнее электричество выделяется зарядке при температуре T батареи, равной или превышающей температуру T₀ пересечения на пересечении между кривой тока I_MAX зарядки батареи и кривой внешнего тока I₀. В частности, когда температура батареи 6 увеличивается до достаточного уровня, устройство управления прогревом выполняет управление зарядкой с приоритетом относительно управления прогревом, и энергия из внешнего источника питания накапливается в батарее 6.

[0061]

Как описано выше, устройство управления прогревом увеличивает ток I_HE прогрева, который должен быть подан в обогреватель 7, по мере того, как температура T батареи снижается. Оно может эффективно использовать энергию, подаваемую из внешнего источника питания, для прогрева и зарядки. Как результат, время прогрева сокращается по мере того, как температура окружающей среды снижается. Кроме того, обогреватель 7 формирует большее количество тепла по мере того, как температура T батареи снижается. Это надлежащим образом повышает эффективность зарядки батареи 6 и сокращает время зарядки, тем самым предотвращая ухудшение характеристик батареи 6.

[0062]

Ток I_HE прогрева задается равным значению, полученному посредством вычитания тока I_CH зарядки из внешнего тока I₀ во время управления прогревом. Таким образом, полный ток, подаваемый в транспортное средство 10, равен внешнему току I₀. Это не допускает подачу избыточного тока из внешнего источника питания в транспортное средство 10, тем самым эффективно выполняя прогрев и зарядку без приведения в действие прерывателя, предоставляемого во внешнем источнике питания. Даже если внешний ток I₀ варьируется, коэффициент распределения тока I_CH зарядки к току I_HE прогрева также варьируется в ответ на это варьирование. Это оптимизирует время зарядки и время прогрева в соответствии с состоянием питания от внешнего электричества.

[0063]

Кроме того, реле 19, размещенное в модуле 13 управления устройства управления прогревом, устанавливает соединение линий L1 и L1 электропитания во время операции управления прогревом помимо операции управления зарядкой. Даже после того, как зарядка завершена, обогреватель 7 по-прежнему может работать на электричестве из внешнего источника питания. Это обеспечивает выполнение прогрева при сохранении электричества в батарее 6. Если только управление зарядкой выполняется, соединение линий L1 и L1 электропитания прекращается сразу после того, как зарядка завершается. Это экономит внешнее электричество.

[0064]

Устройство управления прогревом содержит переключатель 18 обогревателя прогрева, который работает во время управления прогревом, в дополнение к переключателю 17 разрешения зарядки, который работает во время управления зарядкой. Переключатель 17 разрешения зарядки и переключатель 18 обогревателя прогрева соединяются с сигнальной линией L6 параллельно друг другу. Эта компоновка схем предоставляет преимущество управления готовностью соединения линий L1 и L1 электропитания через операции отдельных переключателей по мере необходимости. В частности, даже если кабель 11 зарядки батареи имеет известный тип без функции прогрева, соединение реле 19 может быть установлено только во время операции зарядки или прогрева.

[0065]

Как описано выше, устройство управления прогревом, раскрытое в данном документе, может эффективно использовать энергию из внешнего источника питания для зарядки и прогрева. Следовательно, устройство управления прогревом имеет большую эффективность энергосбережения.

[0066]

6. Модификации

Что касается задания тока для зарядки или прогрева в варианте осуществления, описанном выше, меньший из тока I_MAX зарядки батареи и внешнего тока I₀, задается как ток I_CH зарядки. Задание тока I_CH зарядки, тем не менее, не ограничивается таким образом. Минимальное требование состоит в том, что меньший из тока I_MAX зарядки батареи и внешнего тока I₀ задается как максимальный предел тока I_CH зарядки.

[0067]

Как указано посредством кривой с жирной линией на фиг.6A, например, взаимосвязь между током I_CH зарядки и температурой T батареи может быть определена так, что ток I_CH зарядки меньше тока I_MAX зарядки батареи при любой температуре T батареи. В этом случае, по мере того, как температура T батареи снижается, устройство управления прогревом дополнительно концентрируется на управлении прогревом по сравнению с вышеописанным вариантом осуществления, тем самым быстро восстанавливая емкость зарядки батареи 6. Это дополнительно сокращает время зарядки, тем самым эффективнее предотвращая ухудшение характеристик батареи 6.

[0068]

В вышеописанном варианте осуществления, устройство управления прогревом управляет общим внешним электричеством, которое должно быть распределено для зарядки при температуре T батареи, равной или превышающей температуру T₀. В качестве альтернативы, управление прогревом всегда может быть выполнено во время управления зарядкой. Как показано на фиг.6B, например, минимум тока I_HE прогрева может быть задан как минимальный ток прогрева I_MIN (I_HE=I_MIN).

[0069]

В этом случае, меньшее задается как ток I_CH зарядки из тока I_MAX зарядки батареи и предварительно определенного верхнего предельного тока I_CAP, который получается посредством вычитания минимального тока прогрева I_MIN из внешнего тока I₀ (если I_CAP=I₀-I_MIN, то I_CH≤I_CAP и I_CH≤I_MAX). Как описано выше, ток зарядки задается ниже тока I_MAX зарядки батареи. Соответственно, устройство управления прогревом может сохранять минимальный ток прогрева I_MIN и продолжать управление прогревом даже после того, как температура T батареи достигает или превышает температуру T₀. Это задание является предпочтительным, в частности, когда устройство управления прогревом выполняет управление зарядкой и прогревом в чрезвычайно холодной области.

[0070]

Вышеописанный вариант осуществления иллюстрирует электромобиль, который оснащается обогревателем 7 для увеличения температуры батареи 6. Тем не менее, тепло, вырабатываемое посредством обогревателя 7, может быть подано в любой компонент, отличный от батареи 6. В частности, гибридное транспортное средство со штепсельным соединением, оснащенное еще одним двигателем в дополнение к электромотору, может содержать первый обогреватель для нагрева электромотора и батареи для движения и второй обогреватель для нагрева двигателя, моторного масла, охлаждающей воды для двигателя и других компонентов. В этом случае, устройство управления прогревом может регулировать отдельные токи так, что сумма токов, подаваемых в первый и второй обогреватели, равна току I_HE прогрева.

[0071]

В качестве альтернативы, устройство управления прогревом может регулировать отдельные токи, подаваемые в первый и второй обогреватели, в соответствии с температурой T батареи. Как показано на фиг.6C, например, при относительно низкой температуре T батареи устройство управления прогревом обеспечивает приоритетную работу первого обогревателя относительно второго обогревателя, чтобы быстро увеличивать температуру батареи. Напротив, при относительно высокой температуре T батареи устройство управления прогревом определяет то, что батарея прогревается в достаточной степени, и таким образом, обеспечивает приоритетную работу второго обогревателя относительно первого обогревателя, чтобы прогревать двигатель.

[0072]

Как описано выше, устройство управления прогревом регулирует токи, подаваемые в обогреватели, в соответствии с температурой T батареи, тем самым увеличивая температуру двигателя при повышении эффективности зарядки батареи. Это значительно улучшает эффективность пуска гибридного транспортного средства.

Список номеров ссылок

[0073]

1 - бортовой контроллер

2 - блок получения температуры

3 - блок обнаружения тока

4 - блок распределения тока (блок управления распределением тока)

4a - блок управления зарядкой

4b - блок управления прогревом

6 - батарея

7 - обогреватель

8 - бортовое зарядное устройство

9 - пилотный контроллер (блок релейного управления)

17 - переключатель разрешения зарядки

18 - переключатель обогревателя прогрева

19 - реле

L3 и L6 - сигнальные линии

Таким образом, из описанного изобретения должно быть очевидным, что оно может варьироваться разными способами. Эти вариации не должны трактоваться как отступление от сущности и объема изобретения, и специалистам в данной области техники должно быть очевидным то, что все эти модификации имеют намерение быть включенными в объем прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для управления прогревом транспортного средства, оснащенного батареей, заряжаемой от внешнего источника питания. Техническим результатом является повышение эффективности энергоснабжения. Устройство управления прогревом для транспортного средства включает в себя батарею (6), подающую электричество в электромотор, который приводит в движение транспортное средство, и может заряжаться с помощью тока, подаваемого извне транспортного средства, и обогреватель (7), вырабатывающий тепло, которое прогревает транспортное средство посредством вышеуказанного тока. Устройство управления прогревом дополнительно включает в себя блок (2) получения температуры, получающий температуру батареи (6), и блок (4) управления распределением тока, увеличивающий ток (I_HE) питания обогревателя, подаваемый в обогреватель (7) по мере того, как температура батареи (6) снижается. Оно может эффективно использовать энергию из внешнего источника питания для зарядки и прогрева. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство управления прогревом для транспортного средства, содержащее:
- батарею (6), подающую электричество в электромотор, который приводит в движение транспортное средство, причем батарея допускает зарядку с помощью тока, подаваемого извне транспортного средства;
- обогреватель (7), вырабатывающий тепло посредством тока, подаваемого извне транспортного средства, причем тепло прогревает транспортное средство;
- блок (2) получения температуры, получающий температуру батареи (6); и
- блок (4) управления распределением тока, распределяющий ток, подаваемый извне транспортного средства, в батарею (6) и обогреватель (7),
- при этом блок (4) управления распределением тока увеличивает ток (I_HE) питания обогревателя, подаваемый в обогреватель (7), по мере того, как температура батареи (6) снижается.

2. Устройство управления прогревом для транспортного средства по п.1,
- в котором блок (4) управления распределением тока задает ток (I_CH) питания батареи, подаваемый в батарею (6), равным или меньше тока (I_MAX) зарядки батареи, определенного на основе температурного свойства батареи.

3. Устройство управления прогревом для транспортного средства по п.2, дополнительно содержащее:
- блок (3) обнаружения тока, который обнаруживает внешний ток (I₀), подаваемый извне транспортного средства,
- в котором блок (4) управления распределением тока задает ток (I_CH) питания батареи, подаваемый в батарею (6), равным или меньше внешнего тока (I₀), и задает максимальный ток (I_HE) питания обогревателя как разность между током (I_CH) питания батареи и внешним током (I₀).

4. Устройство управления прогревом по п.2,
- в котором блок (4) управления распределением тока задает ток (I_CH) питания батареи, подаваемый в батарею (6), равным или меньше верхнего предельного тока (I_CAP), который меньше внешнего тока (I₀), с тем чтобы поддерживать ток (I_HE) питания обогревателя.

5. Устройство управления прогревом для транспортного средства по п.4,
- в котором блок (4) управления распределением тока задает значение, полученное посредством вычитания минимального тока (I_MIN) прогрева из внешнего тока (I₀), равным верхнему предельному току (I_CAP), причем минимальный ток (I_MIN) прогрева соответствует минимальному току (I_HE) питания обогревателя.

6. Устройство управления прогревом для транспортного средства по п.3,
- в котором транспортное средство является гибридным транспортным средством, оснащенным электромотором и двигателем,
- в котором обогреватель (7) включает в себя первый обогреватель, увеличивающий температуру батареи (6), и второй обогреватель, увеличивающий температуру двигателя, и
- в котором блок (4) управления распределением тока регулирует соответствующие токи, подаваемые в первый обогреватель и второй обогреватель, на основе температуры батареи (6).

7. Устройство управления прогревом для транспортного средства по п.1, дополнительно содержащее:
- реле (19), расположенное на линии электропитания, соединяющей транспортное средство и источник внешнего тока, который подает ток в транспортное средство; и
- блок (9) релейного управления, устанавливающий соединение реле (19) во время режима зарядки батареи (6) или рабочего режима обогревателя (7) и разрывающий соединение реле (19) во время режима с отсутствием зарядки батареи (6) и режима с отсутствием работы обогревателя (7).

8. Устройство управления прогревом для транспортного средства по п.7, дополнительно содержащее:
- сигнальные линии (L3, L6), соединенные с блоком (9) релейного управления и переносящие сигнал тока, указывающий ток, полученный из электричества, подаваемого извне транспортного средства;
- переключатель (17) разрешения зарядки, соединенный с сигнальными линиями (L3, L6) и предоставляющий в блок (9) релейного управления сигнал, указывающий зарядку батареи (6), в соответствии с работой переключателя (17) разрешения зарядки; и
- переключатель (18) обогревателя прогрева, соединенный с сигнальными линиями (L3, L6) параллельно с переключателем (17) разрешения зарядки и предоставляющий в блок (9) релейного управления сигнал, указывающий подачу электричества в обогреватель (7).