СИСТЕМА ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ ДЛЯ ГИБРИДНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2015 года по МПК B60L11/18 B60K6/46 B60W10/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе зарядки аккумуляторных батарей, которая подходит для использования в гибридном электрическом транспортном средстве (ГЭТС).

Настоящее изобретение также относится к компьютерной программе, программному продукту и к носителю данных для компьютера, которые предназначены для использования с компьютером для осуществления такого способа.

Уровень техники

ГЭТС, получившие практическое применение за последние годы, содержат генератор для производства электрической энергии с приводом от двигателя, высоковольтную батарею (также называемую тяговой батареей транспортного средства), тяговый двигатель транспортного средства и др. ГЭТС можно разделить на три типа: (1) ГЭТС параллельного типа, в которых ведущие колеса приводятся во вращение совместно двигательной установкой и тяговым двигателем транспортного средства; (2) ГЭТС последовательного типа, в которых ведущие колеса приводятся во вращение тяговым двигателем транспортного средства, работающим на электрической энергии, вырабатываемой генератором, приводимым двигательной установкой; и (3) ГЭТС комбинированного типа (различные комбинации двух первых типов).

Кроме высоковольтной батареи с достаточно высоким напряжением (например, 600 В), на ГЭТС также устанавливают низковольтную батарею (батарею для электрооборудования) для хранения электроэнергии постоянного напряжения сравнительно низкой величины (например, 24 В). Эта низковольтная батарея используется для обеспечения работы электрооборудования, установленного на транспортном средстве, к которому относятся: световое оборудование (передние фары, стоп-сигналы и т.п.), кондиционирующее оборудование (компрессор кондиционера, конденсаторы и т.п.), звуковая аппаратура (например, стереоустановка), оборудование управления (различные контроллеры, вакуум-насос тормозов и т.п.) и другие устройства.

На фиг.1 представлен пример известной электрической схемы блока источника питания электрооборудования традиционного гибридного электрического транспортного средства последовательного типа. Как показано на фиг.1, тяговый двигатель 110 соединен с ведущими колесами 111, так что мощность может передаваться на колеса для обеспечения движения транспортного средства. Двигатель 110 транспортного средства соединяется с высоковольтной батареей 103 через инвертор 109. Мощность, передаваемая на ведущие колеса, регулируется контроллером 108 тягового двигателя.

Генератор 102, соединенный с двигательной установкой 101, может вырабатывать электроэнергию, и управление его работой осуществляет контроллер 107 генератора. Генератор 102 соединяется с высоковольтной батареей 103 через инвертор 109, так что вырабатываемая электрическая энергия подается в эту батарею 103.

К высоковольтной батарее 103 через преобразователь 104 (преобразователь постоянного напряжения) подсоединена низковольтная батарея 106, обеспечивающая питание электрооборудования 105.

Таким образом, если электрическая мощность высоковольтной батареи 103 передается в тяговый двигатель 110 транспортного средства через инвертор 109, то вращение вала тягового двигателя 110 передается на ведущие колеса 111, соединенные с валом, в результате чего обеспечивается движение транспортного средства. Когда уровень электрической энергии, накопленной в высоковольтной батарее 103, снижается, запускается двигательная установка 101 и работа генератора 102 регулируется контроллером 107. Электрическая энергия, вырабатываемая генератором 102, накапливается и хранится в высоковольтной батарее 103.

Электроэнергия, аккумулируемая в высоковольтной батарее 103, преобразуется преобразователем 104 в электроэнергию постоянного напряжения низкой величины и аккумулируется в низковольтной батарее 106. Питание электрооборудования 105, установленного на транспортном средстве, осуществляется от низковольтной батареи 106.

Традиционная схема вспомогательного источника питания, показанная на фиг. 1, содержит приводимый двигательной установкой 101 зарядный генератор 112 переменного тока, вырабатывающий электроэнергию. Зарядный генератор 112 соединен с низковольтной батареей 106 параллельно с преобразователем 104 напряжения. При таком устройстве электроэнергия подается в низковольтную батарею 106 двумя системами (зарядным генератором 112 и преобразователем 104 напряжения). Такая схема описывается, например, в документе US2006/0232238 и в выложенной японской публикации №10-174201.

Выходные напряжения преобразователя 104 напряжения и зарядного генератора 112 практически постоянны, однако напряжения их зарядных схем изменяются в зависимости от величины нагрузки, создаваемой электрооборудованием, и от состояния низковольтной батареи 106.

Источник, обеспечивающий электроэнергией низковольтную батарею 106, может передавать энергию по двум каналам: (1) в первом канале низковольтная батарея 106 заряжается через преобразователь 104 электроэнергией, поступающей от генератора 102, и (2) во втором канале зарядка батареи 106 осуществляется от зарядного генератора 112, приводимого двигательной установкой 101.

Проблема схемы, приведенной на фиг. 1, заключается в том, что, когда в ГЭТС слишком большие величины энергии (мощности) поступают в высоковольтную батарею и/или передаются из нее, срок службы батареи уменьшается. Срок службы высоковольтной батареи также снижается в результате глубокой разрядки.

Раскрытие изобретения

Таким образом, основной целью настоящего изобретения является снижение влияния вышеуказанной проблемы и создание улучшенной системы зарядки аккумуляторных батарей для гибридных электрических транспортных средств. Это обеспечивается с помощью вышеупомянутого устройства, характеристики которого указаны в п.1 формулы изобретения. Цель изобретения также обеспечивается с использованием вышеупомянутого способа, характеристики которого указаны в независимом п.6 формулы изобретения.

Зависимые пункты формулы изобретения описывают предпочтительные варианты системы зарядки аккумуляторных батарей.

Система зарядки аккумуляторных батарей для ГЭТС содержит (в ее состав могут входить и другие компоненты): высоковольтную батарею для обеспечения электроэнергией тягового двигателя транспортного средства; генератор для зарядки высоковольтной батареи; преобразователь напряжения для преобразования высокого напряжения постоянного тока в низкое напряжение постоянного тока; низковольтную батарею, которая заряжается током низкого напряжения через преобразователь напряжения; и зарядный генератор, который приводится двигателем и подсоединен к низковольтной батарее параллельно с преобразователем напряжения. Изобретение отличается тем, что в системе используется блок управления, выполненный с возможностью измерения по меньшей мере одного из следующих параметров:

- состояния заряда высоковольтной батареи,

- потока энергии от генератора в высоковольтную батарею или от этой батареи в тяговый двигатель транспортного средства,

причем блок управления предназначен для регулирования величины низкого напряжения в зависимости от измеряемых параметров.

Достоинством системы, предлагаемой в настоящем изобретении, является возможность увеличения срока службы высоковольтной батареи без ухудшения характеристик движения транспортного средства. Предлагаемое техническое решение экономически эффективно и его легко реализовать.

В другом варианте системы зарядки аккумуляторных батарей по настоящему изобретению блок управления выполняется с возможностью регулирования низкого напряжения преобразователя таким образом, чтобы оно было выше напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором, при высоком уровне заряда высоковольтной батареи.

В другом варианте системы зарядки аккумуляторных батарей по настоящему изобретению блок управления выполняется с возможностью регулирования низкого напряжения преобразователя таким образом, чтобы оно было выше напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором, когда измерение указывает на поступление энергии в высоковольтную батарею.

В другом варианте системы зарядки аккумуляторных батарей по настоящему изобретению блок управления выполняется с возможностью регулирования низкого напряжения преобразователя таким образом, чтобы оно было ниже напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором, при низком уровне заряда высоковольтной батареи.

В другом варианте системы зарядки аккумуляторных батарей по настоящему изобретению блок управления выполняется с возможностью регулирования низкого напряжения преобразователя таким образом, чтобы оно было ниже напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором, когда измерение указывает на отдачу энергии из высоковольтной батареи.

Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения следуют из зависимых пунктов формулы, подчиненных п.1.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет рассмотрено ниже более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых в качестве примеров иллюстрируются другие предпочтительные варианты осуществления изобретения и предшествующий уровень техники, и на чертежах показано:

на фиг. 1 - схема электрических цепей блока источника питания электрооборудования ГЭТС;

на фиг. 2 - блок-схема алгоритма одного из вариантов осуществления изобретения;

на фиг. 3 - блок-схема вычислительного устройства.

Осуществление изобретения

В соответствии с изобретением в системе зарядки аккумуляторных батарей может использоваться блок управления (не показан), предназначенный для измерения некоторого параметра, в качестве которого может быть выбран по меньшей мере один из следующих параметров:

- состояние заряда (SOC - от англ. State of Charge) высоковольтной батареи,

- поток энергии от генератора в высоковольтную батарею или от этой батареи в тяговый двигатель транспортного средства,

причем блок управления предназначен для регулирования величины низкого напряжения в зависимости от измеряемого параметра.

Эти параметры могут измеряться непрерывно в процессе движения транспортного средства.

В другом варианте блок управления может быть запрограммирован с возможностью регулирования низкого напряжения преобразователя таким образом, чтобы оно было выше напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором, при высоком уровне заряда высоковольтной батареи. Аналогичным образом блок управления может быть запрограммирован с возможностью регулирования низкого напряжения преобразователя таким образом, чтобы оно было выше напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором, когда измерения указывают на поступление энергии в высоковольтную батарею. Блок управления также может быть запрограммирован с возможностью регулирования низкого напряжения преобразователя таким образом, чтобы оно было ниже напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором, при низком уровне заряда высоковольтной батареи. И в том случае, когда измерения указывают на то, что высоковольтная батарея отдает энергию, блок управления может быть выполнен с возможностью регулирования низкого напряжения преобразователя таким образом, чтобы оно было ниже напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором.

На фиг. 2 представлена блок-схема алгоритма осуществления предлагаемого в изобретении способа. На первой стадии 21 блок управления начинает свою работу. На стадии 22 блок управления осуществляет измерение вышеуказанных параметров. На стадии 23 измеренная величина (состояние заряда и/или приток энергии) параметра(ов) сравнивается с заданным значением (SOC_Refl и/или Е_Refl соответственно). Если на стадии 23 определяется, что измеренная величина превышает заданное значение (то есть уровень SOC высокий и/или величина поступающей энергии выше заданного значения), то низкое напряжение U_L преобразователя регулируется на стадии 24 таким образом, чтобы оно превышало напряжение U_A зарядного генератора. После выполнения стадии 24 процесс заканчивается (стадия 25). Если на стадии 23 определяется, что измеренная(ые) величина(ы) ниже заданных значений, то процесс заканчивается без изменения низкого напряжения U_L.

Аналогично, блок управления может быть запрограммирован таким образом, чтобы он осуществлял сравнение на стадии 26 измеренной величины указанного(ых) параметра(ов) со вторым заданным значением (SOC_Ref2 и/или Е_Ref2 соответственно). Если на стадии 26 определяется, что измеренная величина SOC меньше указанного второго заданного значения SOC_Ref2, то на стадии 27 низкое напряжение U_L преобразователя изменяется таким образом, чтобы оно было ниже напряжения U_A, обеспечиваемого зарядным генератором. Если на стадии 26 определяется, что измеренная величина отдаваемой энергии меньше указанного второго заданного значения Е_Ref2, то на стадии 27 низкое напряжение U_L преобразователя изменяется таким образом, чтобы оно было ниже напряжения U_A, обеспечиваемого зарядным генератором.

После выполнения стадии 27 процесс заканчивается (стадия 25). Если на стадии 23 определяется, что измеренная(ые) величина(ы) выше заданных значений, то процесс заканчивается на стадии 25 без изменения низкого напряжения UL. Аналогично, если измеренные величины на стадии 26 не требуют изменения низкого напряжения UL преобразователя, то процесс заканчивается на стадии 25 и регулировка низкого напряжения не выполняется.

В варианте, схема которого представлена на фиг. 2, заданные значения могут отличаться, а именно SOC_Ref1>SOC_Ref2 и E_Ref1 > или < E_Ref2, или же они могут быть одинаковыми, а именно SOC_Ref1=SOC_Ref2 и Е_Ref1=Е_Ref2. Выбор этих заданных значений может изменяться для обеспечения разных характеристик системы зарядки аккумуляторных батарей.

В процессе движения указанная последовательность действий может выполняться непрерывно для регулирования уровня низкого напряжения UL преобразователя.

Оба упомянутых параметра влияют на срок службы высоковольтной батареи и путем измерения преобладающего уровня одного или обоих параметров может осуществляться соответствующее регулирование низкого напряжения для смягчения негативного влияния на срок службы батареи.

Вышеуказанные варианты предлагаемой в изобретении системы зарядки аккумуляторных батарей могут быть также применены в ГЭТС параллельного и других типов, содержащих соответствующую высоковольтную батарею, генератор, преобразователь, низковольтную батарею, которая заряжается от преобразователя постоянного напряжения и от зарядного генератора, приводимого двигателем и подсоединенного к низковольтной батарее параллельно с преобразователем.

На фигуре 3 приведена блок-схема устройства 500 по одному из вариантов осуществления изобретения, содержащего постоянное запоминающее устройство 520, процессор 510 и оперативное запоминающее устройство 560. Запоминающее устройство 520 содержит первый раздел 530, в котором записана компьютерная программа для управления работой устройства 500. Компьютерная программа в разделе 530, осуществляющая управление устройством 500, может быть операционной системой.

Устройство 500 может входить, например, в состав вышеописанного блока управления. Процессор 510 может, например, содержать микрокомпьютер.

Запоминающее устройство 520 также содержит второй раздел 540, в котором записана программа управления выбором передачи в соответствии с изобретением. В альтернативном варианте программа управления выбором передачи может быть записана на отдельном энергонезависимом носителе 550 данных, таком как, например, как компакт-диск или сменное полупроводниковое запоминающее устройство. Программа может быть записана в форме, в которой она может сразу выполняться, или в упакованной форме.

Когда выше указывается, что процессор 510 обеспечивает выполнение определенной функции, необходимо понимать, что процессор 510 выполняет определенную часть программы, записанную в запоминающем устройстве 540, или определенную часть программы, записанную на энергонезависимом носителе 550 данных.

Процессор 510 выполнен с возможностью обмена данными с энергонезависимым носителем 550 по шине 514 данных. Процессор 510 выполнен также с возможностью обмена данными с запоминающим устройством 520 по шине 512 данных. Кроме того, процессор 510 выполнен также с возможностью обмена данными с запоминающим устройством 560 по шине 511 данных. Процессор 510 выполнен также с возможностью обмена данными с портом 590 по шине 515 данных.

Предлагаемый в настоящем изобретении способ может быть выполнен процессором 510, который выполняет программу, записанную в запоминающем устройстве 540, или программу, записанную на энергонезависимом носителе 550 данных.

Изобретение не должно считаться ограниченным вышеописанными вариантами его осуществления и, более того, в пределах объема изобретения, определяемых прилагаемой формулой, могут быть реализованы и различные другие варианты.

Изобретение относится к зарядке аккумуляторных батарей гибридных автомобилей. Система зарядки аккумуляторных батарей для гибридного электрического транспортного средства содержит высоковольтную батарею; генератор; преобразователь напряжения; низковольтную батарею и зарядный генератор с приводом от двигательной установки. В системе используется блок управления, который измеряет: состояния заряда высоковольтной батареи; поток энергии от генератора в высоковольтную батарею или от высоковольтной батареи в тяговый двигатель. Блок управления регулирует низкое напряжение преобразователя напряжения так, чтобы оно было выше напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором, при высоком уровне заряда высоковольтной батареи или когда энергия поступает в высоковольтную батарею. Также блок управления регулирует низкое напряжение преобразователя напряжения так, чтобы оно было ниже напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором, при низком уровне заряда высоковольтной батареи или когда энергия отдается из высоковольтной батареи. Повышается срок службы высоковольтной батареи. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система зарядки аккумуляторных батарей для гибридного электрического транспортного средства, содержащая: высоковольтную батарею (103) для обеспечения электроэнергией тягового двигателя (110) транспортного средства; генератор (102) для зарядки высоковольтной батареи; преобразователь (104) напряжения для преобразования высокого напряжения постоянного тока в низкое напряжение постоянного тока; низковольтную батарею (106), которая заряжается током низкого напряжения через преобразователь напряжения; и зарядный генератор (112) с приводом от двигательной установки (101), подсоединенный к низковольтной батарее параллельно с преобразователем напряжения, отличающаяся тем, что в ней используется блок управления, в котором обеспечивается возможность измерения по меньшей мере одного из следующих параметров:
состояния заряда высоковольтной батареи;
потока энергии от генератора в высоковольтную батарею и/или от высоковольтной батареи в тяговый двигатель транспортного средства,
причем блок управления выполнен с возможностью регулирования низкого напряжения преобразователя напряжения так, чтобы оно было выше напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором, при высоком уровне заряда высоковольтной батареи или когда зафиксировано поступление энергии в высоковольтную батарею, и блок управления выполнен с возможностью регулирования низкого напряжения преобразователя напряжения так, чтобы оно было ниже напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором, при низком уровне заряда высоковольтной батареи или когда зафиксирована отдача энергии из высоковольтной батареи.

2. Способ регулирования напряжения постоянного тока в гибридном электрическом транспортном средстве, содержащем: высоковольтную батарею (103) для обеспечения электроэнергией тягового двигателя (110) транспортного средства; генератор (102) для зарядки высоковольтной батареи; преобразователь (104) напряжения для преобразования высокого напряжения постоянного тока в низкое напряжение постоянного тока; низковольтную батарею (106), которая заряжается током низкого напряжения через преобразователь напряжения; и зарядный генератор (112) с приводом от двигательной установки (101), подсоединенный к низковольтной батарее параллельно с преобразователем напряжения, отличающийся тем, что он включает:
измерение по меньшей мере одного из следующих параметров: состояния заряда высоковольтной батареи и потока энергии от генератора в высоковольтную батарею и/или от высоковольтной батареи в тяговый двигатель транспортного средства;
регулирование низкого напряжения преобразователя напряжения так, чтобы оно было выше напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором, при высоком уровне заряда высоковольтной батареи или когда зафиксировано поступление энергии в высоковольтную батарею;
регулирование низкого напряжения преобразователя напряжения так, чтобы оно было ниже напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором, при низком уровне заряда высоковольтной батареи или когда зафиксирована отдача энергии из высоковольтной батареи.