電池充電系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于為車輛的高壓電池充電的系統(tǒng)和方法，并且更加具體地，涉及可 以通過使用最佳功率轉(zhuǎn)換效率為電池充電來增加燃料效率的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在使用具有全橋或半橋結(jié)構(gòu)的隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器的拓?fù)渲?，必須使用最大占?t匕。安裝在車輛上的慢充電器的功率因數(shù)校正（PFC)轉(zhuǎn)換器處的輸出電壓被控制為保持在 恒定值。然而，當(dāng)電池的充電電壓低時(shí)，在隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器中不能使用最大占空比。因 此，由于續(xù)流電流導(dǎo)致出現(xiàn)顯著的傳導(dǎo)損耗。這個(gè)問題使得慢充電器的總效率顯著劣化，導(dǎo) 致充電時(shí)間的增加。
[0003] 具體地，當(dāng)慢充電器的PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓被控制為保持在預(yù)定恒定值時(shí)，連 接至慢充電器的DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出端子的電池的電壓取決于充電狀態(tài)（S0C)。因?yàn)楫?dāng) 電池充電時(shí)電池的電壓在很大的范圍內(nèi)波動(dòng)，所以如果PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓保持在恒定 值，那么效率降低。慢充電器的降低的平均充電效率導(dǎo)致汽油等效的英里/加侖（MPGe)的 減少以及充電時(shí)間的增加。
[0004] 圖1(現(xiàn)有技術(shù)）示出了根據(jù)常規(guī)技術(shù)的電池充電系統(tǒng)。參照?qǐng)D1，電池充電系統(tǒng) 100包括交流輸入電源100、PFC轉(zhuǎn)換器120、DC-DC轉(zhuǎn)換器130、高壓電池140以及控制器 150?？刂破?50將電壓固定命令傳送到PFC轉(zhuǎn)換器120使得PFC轉(zhuǎn)換器120的輸出電壓 可以被固定。
[0005] 上述內(nèi)容僅旨在幫助對(duì)本發(fā)明的【背景技術(shù)】進(jìn)行理解，而并非旨在表示本發(fā)明落入 已為本領(lǐng)域中技術(shù)人員所知的現(xiàn)有技術(shù)的范圍內(nèi)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 因此，本發(fā)明的目標(biāo)是用于為電池充電的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法可使用最佳 功率轉(zhuǎn)換效率為電池充電。
[0007] 根據(jù)一個(gè)方面，提供一種電池充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：PFC轉(zhuǎn)換器，將從電源輸入 的交流輸入電壓轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓；DC-DC轉(zhuǎn)換器，改變PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓；電池， 由DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電流充電；以及控制器，利用第一時(shí)段，基于輸入電壓、輸入電流、電 池的充電電壓以及電池充電電流計(jì)算功率轉(zhuǎn)換效率，并且根據(jù)計(jì)算出的功率轉(zhuǎn)換效率更新 PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。
[0008] 控制器可利用第二時(shí)段根據(jù)輸入電壓設(shè)定PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的下限值和上 限值，并且設(shè)定的下限值可高于輸入電壓的峰值。
[0009] 當(dāng)PFC轉(zhuǎn)換器的更新的輸出電壓與前一時(shí)段獲得的輸出電壓相同時(shí)，控制器可確 定是否改變根據(jù)輸入電壓設(shè)定的上限值和下限值。
[0010] 當(dāng)上限值和下限值改變時(shí)，控制器可將PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓設(shè)定為改變后的上 限值。
[0011] 當(dāng)上限值和下限值不改變時(shí)，控制器可將PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓設(shè)定為前一時(shí)段 中設(shè)定的輸出電壓。
[0012] 控制器可基于當(dāng)PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓被設(shè)定為改變后的上限值時(shí)獲得的輸入 電壓和輸入電流并且基于電池充電電壓和電池充電電流計(jì)算功率轉(zhuǎn)換效率。
[0013] 控制器可利用第一時(shí)段將當(dāng)前時(shí)段中計(jì)算出的功率轉(zhuǎn)換效率與前一時(shí)段中計(jì)算 出的功率轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行比較，并且更新PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。
[0014] 根據(jù)另一方面，提供一種電池充電方法，該方法包括以下步驟：用預(yù)先設(shè)定的第一 時(shí)段，利用從電源輸入的交流電的輸入電流和輸入電壓，以及分別與所述輸入電流和所述 輸入電壓相對(duì)應(yīng)的電池的充電電流和充電電壓，計(jì)算功率轉(zhuǎn)換效率；以及根據(jù)計(jì)算出的功 率轉(zhuǎn)換效率更新將交流電的輸入電流和輸入電壓轉(zhuǎn)換為直流電的輸出電壓的PFC轉(zhuǎn)換器 的輸出電壓。
[0015] 電池充電方法可進(jìn)一步包括用第二時(shí)段根據(jù)輸入到PFC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓設(shè)置 PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的上限值和下限值，上限值和下限值的設(shè)定在計(jì)算功率轉(zhuǎn)換效率之 前執(zhí)行。
[0016] 電池充電方法可進(jìn)一步包括確定當(dāng)前設(shè)定的上限值和下限值是否是由前一時(shí)段 中設(shè)定的上限值和下限值變化來的。
[0017] 電池充電方法可進(jìn)一步包括當(dāng)上限值和下限值改變時(shí)，將PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓 設(shè)定為上限值。
[0018] 上限值和下限值的更新可包括：當(dāng)上限值和下限值不變時(shí)，將PFC轉(zhuǎn)換器的輸出 電壓設(shè)定為與前一時(shí)段中使用的相同的輸出電壓。
[0019] 功率轉(zhuǎn)換效率的計(jì)算可包括：使用當(dāng)PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓被設(shè)定為上限值時(shí)的 輸入電壓和輸入電流，以及電池的充電電壓和充電電流計(jì)算功率轉(zhuǎn)換效率。
[0020] 電池充電方法可進(jìn)一步包括將當(dāng)前時(shí)段計(jì)算出的功率轉(zhuǎn)換效率與前一時(shí)段計(jì)算 出的功率轉(zhuǎn)換效率相比較。
[0021] 當(dāng)當(dāng)前時(shí)段計(jì)算出的功率轉(zhuǎn)換效率高于前一時(shí)段計(jì)算出的功率轉(zhuǎn)換效率時(shí)，更新 可包括改變PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，并且根據(jù)改變后的輸出電壓和下限值之間的比較結(jié)果 更新PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。
[0022] 當(dāng)改變后的輸出電壓大于下限值時(shí)，更新可包括使用PFC轉(zhuǎn)換器的改變后的輸出 電壓更新PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。
[0023] 當(dāng)改變的輸出電壓小于下限值時(shí)，更新可包括將PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓設(shè)定為與 前一時(shí)段使用的相同的輸出電壓。
[0024] 當(dāng)計(jì)算出的功率轉(zhuǎn)換效率低于前一時(shí)段計(jì)算出的功率轉(zhuǎn)換效率時(shí)，更新可包括將 PFC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓設(shè)定為與前一時(shí)段使用的相同的輸出電壓。
【附圖說明】
[0025] 結(jié)合附圖，通過下面的詳細(xì)描述，將更為清晰地理解本發(fā)明的上述以及其他目標(biāo)、 特性和其他優(yōu)點(diǎn)，其中：
[0026] 圖1(現(xiàn)有技術(shù)）是示出了根據(jù)常規(guī)技術(shù)的電池充電系統(tǒng)的示意圖；
[0027] 圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的電池充電系統(tǒng)的示意圖；以及
[0028] 圖3和圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的電池充電方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 本文所公開的本發(fā)明實(shí)施方式的特定結(jié)構(gòu)和功能的說明僅用于本發(fā)明實(shí)施方式 的說明性目的。在不背離本發(fā)明的精神和顯著特征的情況下，本發(fā)明可以以很多不同的形 式來實(shí)施。因此，所公開的本發(fā)明的實(shí)施方式僅用于說明性目的，并不應(yīng)被解釋為對(duì)本發(fā)明 的限制。
[0030] 由于本發(fā)明的實(shí)施方式可以以多種不同的形式進(jìn)行各種修改，所以以下將詳細(xì)地 作出本發(fā)明的各種實(shí)施方式的參考，其各種實(shí)施方式的具體實(shí)例在附圖中示出并在下面進(jìn) 行描述。盡管將結(jié)合其示例性實(shí)施方式描述本發(fā)明，但應(yīng)理解，本說明書不旨在將本發(fā)明限 定于那些示例性實(shí)施方式。相反，本發(fā)明旨在不僅覆蓋示例性實(shí)施方式，而且覆蓋可包括在 由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種替代、變形、等價(jià)物以及其他實(shí)施方 式。
[0031] 應(yīng)當(dāng)理解，盡管本文中可以使用術(shù)語"第一"、"第二"等來于描述各種元件，但是這 些元件并不受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用于將一個(gè)元件與另一個(gè)區(qū)分開。例如，在不 背離本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，以下討論的第一元件可以被稱為第二元件。類似地，第二元件 也可被稱為第一元件。
[0032] 應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)元件被稱為被"耦接"或"連接"至另一個(gè)元件時(shí)，其可以直接耦接或 連接至另一個(gè)元件或者在其間可以存在中間元件。相反，應(yīng)理解，當(dāng)元件被稱為被"直接耦 接"或"直接連接"至另一元件時(shí)，則不存在中間元件。解釋元件之間的關(guān)系的其他表述，諸 如"在…之間"、"直接在…之間"、"相鄰"或"直接相鄰"應(yīng)當(dāng)以相同的方式解釋。
[0033] 本文所用的措辭僅是為了描述特定實(shí)施方式的目的，而不旨在限制。除非上下文 另有明確說明，否則如本文所用的單數(shù)形式"一（a)"、"一（an)"和"該"旨在也包括復(fù)數(shù)形 式。應(yīng)進(jìn)一步理解，當(dāng)在本說明書中使用的術(shù)語"包括"和/或"包含"、"具有"等指定所述 特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在時(shí)，并不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、 整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在或附加。如本發(fā)明中使用的，術(shù)語"和/或" 包括一種或者多種關(guān)聯(lián)列出項(xiàng)的任何和所有組合。
[0034] 應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的術(shù)語"車輛（vehicle) "或者"車輛的（vehicular) "或者 其他的類似術(shù)語包括廣義的機(jī)動(dòng)車輛，諸如包括運(yùn)動(dòng)型多用途車輛（SUV)、公共汽車、卡車、 各種商用車輛的載客車輛，包括各種小船（boat)和船舶（ship)的水運(yùn)工具（watercraft), 航天器等，并且包括混合動(dòng)力車輛、電動(dòng)車輛、插入式混合電動(dòng)車輛、氫動(dòng)力車輛、及其他代 用燃料車輛（例如從除石油以外的資源獲得的燃料）。如本文中提及，混合車輛是具有兩個(gè) 或更多個(gè)動(dòng)力源的車輛，例如，汽油動(dòng)力和電動(dòng)式車輛。
[0035] 此外，本發(fā)明的控制邏輯可以包括包含有由處理器、控制器等執(zhí)行的可執(zhí)行編程 指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的非易失性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的實(shí)例包括，但不 限于ROM、RAM、光盤（CD)-ROM、磁帶、軟盤、閃存盤、智能卡以及光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。該計(jì)算 機(jī)可讀介質(zhì)也可以被分布在耦接網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使得該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)以分布的方式 存儲(chǔ)和執(zhí)行，例如，通過遠(yuǎn)程信息處理服務(wù)器或控制器局域網(wǎng)（CAN)。
[0036] 除非另外有定義，包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語等本文使用的所