專利名稱：用于控制混合動力車用12v輔助電池的充電電壓的方法
技術領域：
本發明總的來說涉及一種用于控制輔助電池、特別是混合動力車用12V輔助電池 的充電電壓的方法。本發明更特別涉及一種根據外部空氣溫度、輔助電池的充電狀態，以及 電力負載的功率消耗等因素來控制DC-DC轉換器的功率轉換的方法。
背景技術：
混合動力車是在利用汽油發動機的同時還利用電動機作為輔助動力源以減少廢 氣并提高燃料效率的未來車輛。當發動機以低效率狀態工作時，通過電池電源驅動電動機以提高混合動力系統的 效率(負載水平)。在減速過程中，利用再生制動對電池充電，其中在制動系統中通常以摩 擦熱的形式被消耗掉的動能通過電動機的發電被轉換為電能。因此提高了燃料電池的效率。根據電動機是否被連接并驅動在輸電系統中，可將混合動力車分為軟型(soft type)混合動力車和硬型(hard type)混合動力車。圖5示出用于現有的硬型混合動力車的電動機驅動系統。如圖5所示，電動機驅 動系統包括第一和第二電動機Ml和M2，用于驅動車輛；第一和第二逆變器10和12，用于分 別驅動第一和第二電動機Ml和M2 ；DC高壓電池2，將用于驅動第一和第二電動機Ml和M2 的DC電壓供應給第一和第二逆變器10和12 ；電壓轉換器14，用于增大電池2的DC電壓并 將增大后的電壓供應給第一和第二逆變器10和12，以及用于減小來自第一和第二逆變器 10和12的DC電壓并將減小后的電壓供應給電池2 ；以及連接于電池2的DC-DC轉換器1， 用于轉換DC電源的電壓。圖1示出用于為混合動力車的12V輔助電池充電并將電力供應給電力負載的系 統。如圖所示，高壓電池2通過主開關3與DC-DC轉換器1連接。DC-DC轉換器1的輸出端 連接于12V輔助電池8和由12V輔助電池8的電力驅動的12V電力負載4 (例如各種控制 器，前大燈，水泵，散熱器冷卻風扇等)。如進一步所示，接線盒6連接于DC-DC轉換器1與 電力負載4之間以及12V輔助電池8與電力負載4之間。在輔助電池側面的配線(寄生) 電阻 被布置在DC-DC轉換器1與12V輔助電池8之間，以及12V輔助電池8和接線盒6 之間。在電力負載4與接線盒6之間還布置有配線(寄生)電阻5。在圖1中，Vdc表示DC-DC轉換器1的輸出電壓，、表示當電力負載4中的電流低 時應用到電力負載4的接線盒6的電壓，而Vb表示12V輔助電池8的充電電壓。電壓的大 小順序為Vdc > Vjj >> Vb。混合動力車的起動順序通常包括駕駛員開啟點火開關(IG)的步驟，利用12V輔助 電池8的電力開啟各控制器和主開關3的步驟(在開啟主開關3之前DC-DC轉換器1不工 作)，以及在起動完成后DC-DC轉換器1開始工作以便對輔助電池8進行充電并將電力供應 給電力負載4的步驟。在具有上述結構和操作的混合動力車(例如燃料電池車輛，插電式混合動力車，以及電動車輛)中，如果DC-DC轉換器1的電壓保持在較低水平，則電力負載的功率損耗會 被減小，因此提高燃料效率。然而，輔助電池中充電后的電能總量會減少，而這將降低充電 效率，從而導致冷起動失敗。特別地，混合動力車中的DC-DC轉換器起到對12V輔助電池進 行充電并將電力供應給車輛電力負載的作用。為了提高燃料效率，有必要將供應給電力負 載的電壓保持在較低水平。在允許范圍內增大充電電壓以提高輔助電池的充電效率也是有 利的。然而，如果輔助電池充電較低，那么車輛因電池電壓的降低而有可能在冷起動過程中 無法起動，這可能會降低車輛的品質。具體地，如圖1所示，如果DC-DC轉換器1和電力負載 4之間的距離較短，且如果DC-DC轉換器1和輔助電池8之間的距離較長，則將增大DC-DC 轉換器1的輸出電壓的范圍，這會進一步減小功率轉換的效率。為解決該問題而可能增大DC-DC轉換器與輔助電池之間的電力電纜的直徑時，會 增大車輛重量、提高生產成本，并減小電纜布置的自由度。可選地，為解決該問題，可以在將 DC-DC轉換器和輔助電池彼此相鄰布置的同時將電力負載彼此遠離布置，然而，這也會降低 車輛設計的自由度，并且因DC-DC轉換器等的冷卻等各種限制將會降低車輛的品質。如上所述，DC-DC轉換器1在起動完成后開始工作以便對輔助電池8進行充電并 將電源供應給電力負載4。此時，如果輔助電池的電壓低于9V，則主開關3通常不會被開啟 (然而，應該注意到各控制器的正常工作電壓高于6V)，因此DC-DC轉換器不會與高壓電池 2導通。因此，輔助電池不會被充電，并且在冷起動過程中輔助電池的電壓可能會被進一步 降低。本背景技術部分中公開的上述信息只是為了增強對本發明背景的理解，因此可能 包含不構成在該國對本領域普通技術人員而言已知的現有技術信息。
發明內容
本發明提供一種用于控制輔助電池的充電電壓的方法。具體地，特別是在外部空 氣溫度較低時的冷起動過程中，通過增大DC-DC轉換器的輸出電壓，來提高輔助電池的充 電效率。應注意到，盡管本方法具體參考12V輔助電池來描述，然而該方法可做適當地修改 并可應用到不同電壓的電池上。根據本發明的一方面，根據輔助電池的充電狀態來增大或減小DC-DC轉換器的輸 出功率，以及在多個電力負載被開啟時DC-DC轉換器的輸出電壓被增大。因此提高輔助電 池的充電效率。本發明的另一方面，DC-DC轉換器被配置成以提供連續的電源以便對輔助電池進 行充電。具體地，主開關布置在高壓電池和DC-DC轉換器之間，即使在輔助電池的電壓下降 到下限值以下時，例如在12V輔助電池的情況下是9V，也能基于DC-DC轉換器的反向功率轉 換操作來開啟該開關。在一個典型實施方式中，本發明提供一種用于控制混合動力車用12V輔助電池的 充電電壓的方法，該方法包括將外部空氣溫度與車輛起動后的邊界溫度進行比較；如果 外部空氣溫度低于邊界溫度，則測量12V輔助電池的電壓；以及如果12V輔助電池的電壓在 預定參考電壓范圍之外，則增大DC-DC轉換器的輸出電壓。在另一個方面中，本發明提供一種用于控制混合動力車用12V輔助電池的充電電 壓的方法，該方法包括將12V電力負載的當前量與車輛起動后的參考負載值進行比較；如果12V電力負載的量小于參考負載值，則增大DC-DC轉換器的輸出電壓以提高12V輔助電 池的充電效率；如果12V電力負載的量大于參考負載值，則確定12V輔助電池的充電狀態； 以及如果12V輔助電池的充電狀態低于充電邊界值，則提高12V輔助電池的充電速度。在又一個方面中，本發明提供一種用于控制混合動力車用12V輔助電池的充電電 壓的方法，該方法包括將12V輔助電池的電壓與車輛起動后用于操作主開關(其將高壓電 池連接到DC-DC轉換器)和各控制器的下限值進行比較；如果12V輔助電池的電壓下降到 下限值以下，則允許DC-DC轉換器進行反向功率轉換；允許將電能從12V輔助電池轉移到高 壓電容器以存儲；允許DC-DC轉換器在預定的短時段內進行正向功率轉換；以及允許將高 壓電容器的高壓能量通過DC-DC轉換器供應給12V輔助電池。應當理解此處使用的術語“車輛”或“車輛的”或其它類似的術語包括，諸如包括 運動用途車輛(SUV)、公共汽車、卡車、多種商用車輛的載客汽車的機動車輛，包括各種船和 艇的水運工具，航行器等，并且包括混合動力車、電動車輛、插入式混合電動車輛、氫動力車 輛和其它可選的燃料車輛(例如從除了石油以外的資源中獲得的燃料)。參照此處所述，混 合動力車為具有兩個或更多個動力源的車輛，例如既有汽油動力又有電動力的車輛。以下討論本發明上述和其它的特征。
現參照示例性說明在下面僅以示例方式給出的附圖的特定典型實施方式來詳細 說明本發明的以上和其它特征，由此，這些特征不限制本發明，其中圖1是用于對混合動力車用12V輔助電池進行充電并將電力供應給電力負載的系 統的示意圖；圖2是示出根據本發明一典型實施方式用于控制混合動力車用12V輔助電池的充 電電壓的方法的流程圖；圖3是示出根據本發明另一典型實施方式用于控制混合動力車用12V輔助電池的 充電電壓的方法的流程圖；圖4是示出根據本發明又一典型實施方式用于控制混合動力車用12V輔助電池的 充電電壓的方法的流程圖；圖5是混合動力車用電動機驅動系統的示意圖。附圖中涉及的附圖標記包括后面將進一步討論的下列部件1:DC_DC轉換器 2:高壓電池3:主開關4:電力負載6 接線盒誠7 寄生電阻8 :12V輔助電池 10&12:逆變器14 電壓轉換器 16 直流連接電容器應該理解到的是，附圖不必按比例繪制，而只是表示用于說明本發明的基本原理 的各種優選特征的簡化表示。包括例如特定尺寸、方向、位置和形狀的本文所公開的本發明 的特定設計特征，將通過特定施加和使用環境被部分地確定。在所有附圖中，相同的附圖標記表示本發明中相同或者等同的部件。
具體實施例方式下文將詳細參照本發明的各個實施方式，在附圖中示出并在下文中描述其實施 例。盡管將結合示例性實施方式說明本發明，然而應該理解的是，本說明書不是要將本發明 限制到這些典型的實施方式。相反地，本發明不僅要涵蓋這些典型的實施方式，還涵蓋包含 在所附權利要求所限定的本發明的思想和范圍內的各種替代、修改、等效物及其它實施方 式。如上面結合附圖1所述，在用于對12V輔助電池進行充電并將電力供應給電力負 載4的系統中，高壓電池2通過主開關3與DC-DC轉換器1連接，而DC-DC轉換器1的輸出 端與12V輔助電池8和12V電力負載4連接。此外，如圖5所示，在混合動力車用電動機驅 動系統中，用于驅動電動機Ml和M2的第一和第二逆變器10和12通過電壓轉換器14和直 流連接電容器(DC-link capacitor) 16連接到DC-DC轉換器1的輸入端。本發明提供用于控制混合動力車用12V輔助電池的充電電壓的方法，根據外部空 氣溫度、輔助電池的充電狀態，以及電力負載的功率消耗來控制DC-DC轉換器的功率轉換。下面參考圖2描述本發明的典型實施方式，圖2中示出用于控制混合動力車用12V 輔助電池的充電電壓的方法。該方法可防止輔助電池電壓在低溫時被減小，以及因而在冷 起動過程中使充電效率降低。在DC-DC轉換器工作過程中，如果車輛的環境溫度較低(例 如0°C以下)，則本方法增大DC-DC轉換器的輸出電壓，同時增大DC-DC轉換器供應給輔助 電池的電壓，而不考慮燃料效率的降低。因此，提高輔助電池的充電速度。在優選的實施方式中，在車輛起動之后，確定外部空氣溫度Tx是否低于邊界溫度 Txl0如果外部空氣溫度高于邊界溫度，則控制DC-DC轉換器以正常模式工作。另一方面，如果確定出外部空氣溫度低于邊界溫度(例如0°C以下)，則測量DC-DC 轉換器輸出端的電壓或12V輔助電池的電壓Vb。如果DC-DC轉換器輸出端的電壓或12V輔 助電池的電壓Vb低于預定參考電壓V2，則控制DC-DC轉換器以快速充電模式工作以便顯著 增大其輸出電壓。如果DC-DC轉換器輸出端的電壓或12V輔助電池的電壓Vb高于預定參 考電壓V2，則控制DC-DC轉換器以涓流充電模式工作以便輕微增大其輸出電壓。因而，如果外部空氣溫度下降到邊界溫度以下，則本方法增大DC-DC轉換器的輸 出電壓以便于對12V輔助電池進行充電。因而，在12V輔助電池的充電狀態低的情況下，可 以防止在冷起動過程中因輔助電池電壓降低而引起車輛不能起動的情形。接著，測量充電到12V輔助電池或者從12V輔助電池放電的電流。如果充電或放 電電流的累積絕對值IB_SUM高于邊界值II，則控制DC-DC轉換器以正常模式工作。如果其 低于邊界值II，則控制DC-DC轉換器以其輸出電壓被顯著或輕微地增大的模式工作。下面將參考圖3說明本發明另一典型實施方式，圖3中示出用于控制混合動力車 用12V輔助電池的充電電壓的方法。在該實施方式中，由于輔助電池的電壓是根據輔助電 池的充電狀態來確定的，因此通過根據輔助電池的充電狀態來增大或減小DC-DC轉換器的 輸出電壓，從而提高輔助電池的充電效率。具體地，如果輔助電池的充電狀態較高，則減小 DC-DC轉換器的輸出電壓以提高燃料效率。另一方面，如果輔助電池的充電狀態較低，則增 大DC-DC轉換器的輸出電壓而不考慮燃料效率的降低，因而提高輔助電池的充電速度。根據該實施方式，當電力負載當前被操作的量低時，控制DC-DC轉換器以提高輔 助電池充電速度的模式工作。在此情況下，即使DC-DC轉換器的電壓被增大，增加的電力負載的功率消耗也很小。另一方面，電力負載當前被操作的量較大時，控制DC-DC轉換器以提 高燃料效率的模式工作，在該模式中，DC-DC轉換器的輸出電壓被減小。在優選的實施方式中，在車輛起動之后，確定12V電力負載當前被操作的量，并且 將12V電力負載當前被操作的量與參考負載值Ll進行比較。如果12V電力負載當前被操作的量低于參考負載值Li，則增大DC-DC轉換器的 輸出電壓以便于對12V輔助電池進行充電。換言之，執行為提高輔助電池的充電速度的模 式。在此情況下，即在12V電力負載當前被操作的量低于參考負載值Ll的情況下，即使增大 DC-DC轉換器的輸出電壓，電力負載的量的增加也相對較小，并且電力負載的量與電壓成比 例。因此，有利地對12V輔助電池充電。另一方面，如果12V電力負載當前被操作的量高于參考負載值Li，則確定12V輔助 電池的充電狀態S0C_A。如果12V輔助電池的充電狀態S0C_Am于充電邊界值Si，則該方法 前進到用于提高輔助電池充電速度的模式。另一方面，如果12V輔助電池的充電狀態S0C_ A高于充電邊界值Si，則該方法前進到用于提高燃料效率的模式，在該模式中，DC-DC轉換 器的輸出電壓被減小。具體地，如果12V電力負載的量高于參考負載值Li，則意味著大量電 力負載被操作。因而，通過減小DC-DC轉換器的輸出電壓，可以降低電力負載的功率消耗。下面參考圖4說明本發明的另一典型實施方式，圖4中示出用于控制混合動力車 用12V輔助電池的充電電壓的方法。在該實施方式中，如圖所示以及結合圖1所述，如果12V 輔助電池的電壓下降到低于9V，則主開關3不開啟，因此DC-DC轉換器1不使用高壓電池2 的電力。因此，在該實施方式中，通過將瞬間高壓施加給輔助電池對輔助電池進行充電，使 得輔助電池能夠將高于9V的電壓施加給主開關。具體地，DC-DC轉換器執行從輔助電池到 高壓電容器(即連接于被連接到高壓電池的電壓轉換器與逆變器之間的直流連接電容器) 的反向功率轉換，使得輔助電池的電能被充入到高壓電容器中。在足夠的額外電能被存儲 到高壓電容器之后，DC-DC轉換器在短時段內執行從高壓電容器到輔助電池的正向功率轉 換，使得來自高壓電容器的高壓(例如大約14V)被供應給輔助電池。因此，輔助電池將高 于9V的電壓施加給主開關。在一個典型實施方式中，在車輛起動之后，將12V輔助電池的電壓Vb與用于操作 主開關(即繼電器)和各控制器的下限電壓值Vi進行比較，其中主開關將高壓電池連接 到DC-DC轉換器。如果12V輔助電池的電壓Vb下降到下限值Vl以下(例如，如果12V輔 助電池的電壓下降到9V以下)，則執行DC-DC轉換器的反向功率轉換操作。基于DC-DC轉 換器的反向功率轉換操作，電能從12V輔助電池被轉移到高壓電容器(例如，直流連接電容 器或位于DC-DC轉換器輸入端的電容器)。因此，更多的電能被存儲在高壓電容器中。接 著，DC-DC轉換器在預定的短時段內執行正向功率轉換，使得高壓電容器的高壓(例如大約 14V)通過DC-DC轉換器供應給12V輔助電池并往其中充電。因而，根據電能在較長時段內沿反向被充入輔助電池中然后在短時段內沿正向被 轉移的原理，增大電壓。對12V輔助電池進行瞬間常規充電，因此，12V輔助電池將高于9V 的電壓施加給各控制器和主開關，借此開啟主開關。一旦主開關被開啟，則DC-DC轉換器通 過高壓電池的電力被正常驅動，因此提供用于對12V輔助電池進行充電的穩定電壓。本發明因此提供用于提高輔助電池充電效率的方法，以及即使外部空氣溫度較低 時也能通過增加DC-DC轉換器的輸出電壓來改善冷起動性能的方法。此外，如果輔助電池的充電狀態高，則通過減小DC-DC轉換器的輸出電壓來提高燃料效率。另一方面，如果輔助 電池的充電狀態低，則通過增大DC-DC轉換器的輸出電壓來提高輔助電池的充電效率。此 外，如果電力負載當前被操作的量較小，則通過增大DC-DC轉換器的輸出電壓來提高輔助 電池的充電效率。另一方面，如果電力負載當前被操作的量較大，則通過減小DC-DC轉換器 的輸出電壓來提高燃料效率。更進一步地，即使在輔助電池的電壓下降到9V以下的情況 下，根據本發明，也能基于DC-DC轉換器的反向功率轉換操作來開啟置于高壓電池與DC-DC 轉換器之間的主開關，使得DC-DC轉換器正常工作以便借此連續地對輔助電池進行充電。
上面已參考本發明的優選實施方式對本發明進行詳細說明。然而，可以理解，本領 域技術人員在不偏離本發明的實質精神和范圍的情況下可以對本發明進行變型，本發明的 范圍由所附的權利要求及其等價形式限定。
權利要求
1.一種用于控制混合動力車用12V輔助電池的充電電壓的方法，所述方法包括 將外部空氣溫度與車輛起動后的邊界溫度進行比較；如果外部空氣溫度低于所述邊界溫度，則測量12V輔助電池的電壓；以及 如果所述12V輔助電池的電壓在預定參考電壓范圍之外，則增大DC-DC轉換器的輸出 電壓。
2.根據權利要求1所述的方法，其中如果所述12V輔助電池的電壓低于所述預定參考 電壓，則所述DC-DC轉換器以輸出電壓被顯著增大的快速充電模式工作。
3.根據權利要求1所述的方法，其中如果所述12V輔助電池的電壓高于所述預定參考 電壓，則所述DC-DC轉換器以輸出電壓被輕微增大的涓流充電模式工作。
4.根據權利要求1所述的方法，其中如果外部空氣溫度高于邊界溫度，則所述DC-DC轉 換器以正常模式工作。
5.根據權利要求1所述的方法，還包括測量充電到所述12V輔助電池或從所述12V輔助電池中放電的電流； 如果充電或放電電流的累積絕對值高于邊界值，則控制所述DC-DC轉換器以正常模式 工作；以及如果充電或放電電流的累積絕對值低于所述邊界值，則控制所述DC-DC轉換器以其輸 出電壓被顯著或輕微增大的模式工作。
6.一種用于控制混合動力車用12V輔助電池的充電電壓的方法，所述方法包括 將12V電力負載的當前量與車輛起動后的參考負載值進行比較；如果所述12V電力負載量小于所述參考負載值，則增大DC-DC轉換器的輸出電壓以便 執行用于提高12V輔助電池的充電效率的模式；如果所述12V電力負載量大于所述參考負載值，則確定所述12V輔助電池的充電狀態；以及如果所述12V輔助電池的充電狀態低于充電邊界值，則進入用于提高所述12V輔助電 池的充電速度的模式。
7.根據權利要求6所述的方法，還包括如果所述12V輔助電池的充電狀態高于充電邊 界值，則進入提高燃料效率的模式，在該模式中，通過減小所述DC-DC轉換器的輸出電壓來 節約所述DC-DC轉換器的輸出電壓。
8.一種用于控制混合動力車用12V輔助電池的充電電壓的方法，所述方法包括將12V輔助電池的電壓與車輛起動后用于操作將高壓電池與DC-DC轉換器連接的主開 關以及各種控制器的下限值進行比較；如果所述12V輔助電池的電壓下降到所述下限值以下，則允許所述DC-DC轉換器進行 反向功率轉換；允許將電能從所述12V輔助電池轉移到高壓電容器并存儲到所述高壓電容器中； 允許所述DC-DC轉換器在預定的短時段內進行正向功率轉換；以及 允許將所述高壓電容器的高壓能量通過所述DC-DC轉換器供應給所述12V輔助電池。
9.根據權利要求8所述的方法，還包括允許大于下限值電壓的電壓從所述12V輔助電池施加到所述主開關和所述控制器以 開啟所述主開關；以及允許因開啟所述主開關而通過所述高壓電池的電力來正常驅動所述DC-DC轉換器。
全文摘要
本發明提供一種用于控制混合動力車用12V輔助電池的充電電壓的方法，其可以(1)通過在外部空氣較低時的冷起動過程中增大DC-DC轉換器的輸出電壓來提高輔助電池的充電效率；(2)通過根據輔助電池的充電狀態來增大或減小DC-DC轉換器的輸出電壓，以及通過增大多個電力負載被開啟時DC-DC轉換器的輸出電壓，來提高輔助電池的充電效率；以及(3)即使在輔助電池的電壓下降到9V以下的情況下，仍然通過基于DC-DC轉換器的反向功率轉換操作來開啟置于高壓電池和DC-DC轉換器之間的主開關，使DC-DC轉換器提供連續的電源以便對輔助電池進行充電。
文檔編號H02J7/00GK102088197SQ20101054654
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月11日 優先權日2009年12月4日
發明者宋泓錫 申請人:現代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社