Способ и устройство для регулирования процесса зарядки аккумулятора

Использование: в области электротехники. Технический результат – предотвращение повреждения аккумулятора зарядным током. Устройство (100) включает в себя вход для сигнального соединения (403, 301), через который устройству можно сигнализировать о предпочтительной для зарядки силе I_bev зарядного тока, и выход для дополнительного сигнального соединения (102), через который устройству (100) можно сигнализировать о запрошенной силе I_anf тока. Устройство (100) выполнено с возможностью получения сигнала через сигнальное соединение (403, 301) о принятой аккумулятором силе I_emf зарядного тока и использования принятой силы I_anf зарядного тока вместе с предпочтительной силой I_bev зарядного тока для определения запрошенной силы I_anf тока. Поскольку для определения запрошенной силы I_anf тока используется принятая сила I_emf зарядного тока вместе с предпочтительной силой I_bev зарядного тока, силу I_anf тока можно определить так, что потери силы тока между зарядным устройством и аккумулятором, которые могут быть обусловлены, например, параллельно включенными потребителями, могут компенсироваться без непосредственного знания причин потерь силы тока. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу и устройству для регулирования процесса зарядки аккумулятора, а также к системе с таким устройством.

Уровень техники

Повторно заряжаемые аккумуляторы, называемые также вторичными аккумуляторами, а далее – просто аккумуляторами, находят применение во многих областях техники. Примером является применение в трансмиссиях транспортных средств, по меньшей мере, с частичным электроприводом. Примером таких транспортных средств являются маршрутные транспортные средства с электроприводом. Электроприводы предпочтительны для маршрутных транспортных средств потому, что обычно время движения по маршруту ограничено и разделено периодами (перерывами), в которые можно зарядить аккумулятор.

При зарядке аккумуляторов, в частности, тогда, когда заряжаемый аккумулятор в начале процесса зарядки имеет состояние низкого заряда, может возникнуть большая сила тока.

При этом зарядная мощность определяется текущим напряжением аккумулятора и силой зарядного тока.

Чтобы предотвратить повреждение аккумулятора или другого компонента возникающим зарядным током, при так называемом способе зарядки CCCV (Constant Current Constant Voltage – постоянный ток, постоянное напряжение) процесс зарядки регулируется зарядным устройством, что на первом этапе создается зарядный ток постоянной силы. Это достигается тем, что на первом этапе ток соответственно регулируется.

Зарядное устройство может быть дополнительно или в качестве альтернативы конфигурировано для определения силы тока с использованием предпочтительной для аккумулятора силы I_bev зарядного тока и/или предпочтительного для аккумулятора зарядного напряжения U_bev.

Аккумулятор и/или система управления аккумулятором могут быть соответственно выполнены для того, чтобы определить предпочтительную силу зарядного тока и/или предпочтительное зарядное напряжение и сигнализировать об этом.

В US 5684382 А раскрыты устройство и способ в смысле ограничительных частей независимых пунктов формулы.

Раскрытие изобретения

Согласно изобретению, созданы устройство по п. 1 и способ по п. 11 формулы для регулирования процесса зарядки аккумулятора.

Устройство содержит вход для сигнального соединения, через который устройству можно сигнализировать о предпочтительной для зарядки силе I_bev зарядного тока, и выход для дополнительного сигнального соединения, через который устройству можно сигнализировать о запрошенной для зарядки силе I_anf тока.

Устройство выполнено таким образом, что оно получает сигнал через сигнальное соединение о принятой аккумулятором силе I_emf зарядного тока и использует принятую силу I_anf зарядного тока вместе с предпочтительной силой I_bev зарядного тока для определения запрошенной силы I_anf тока.

Способ содержит соответствующие этапы.

Поскольку принятая сила I_emf зарядного тока вместе с предпочтительной силой I_bev зарядного тока используется для определения запрошенной силы I_anf тока, силу I_anf тока можно определить так, что потери силы тока между зарядным устройством и аккумулятором, которые могут быть обусловлены, например, параллельно включенными потребителями, могут компенсироваться без непосредственного знания причин потерь силы тока.

Устройство выполнено так, что ему можно далее сигнализировать, по меньшей мере, о выработанной для зарядки аккумулятора силе I_ber тока. Тогда устройство может быть выполнено для определения запрошенной силы I_anf тока с использованием выработанной силы I_ber тока.

Таким образом, устройство способно учитывать при регулировании зарядки выработанную силу I_ber тока, благодаря чему обеспечивается еще более точное регулирование. В частности, тогда можно установить, соответствует ли принятая сила I_emf тока выработанной силе I_ber тока.

В одном предпочтительном варианте устройству можно сигнализировать далее о предпочтительном для зарядки аккумулятора зарядном напряжении U_bev, и устройство выполнено так, что оно сигнализирует зарядному устройству о запрошенном для зарядки аккумулятора зарядном напряжении U_anf.

Таким образом, устройство создает расширенные возможности регулирования, позволяющие еще лучше регулировать процесс зарядки.

В частности, запрошенное зарядное напряжение U_anf может быть равно предпочтительному зарядному напряжению U_bev.

Зарядное устройство может заряжать аккумулятор предпочтительным для него зарядным напряжением.

Устройство может быть выполнено так, что через еще одно сигнальное соединение можно сигнализировать, по меньшей мере, о выработанном для зарядки аккумулятора зарядном напряжении U_ber. Тогда устройство может быть выполнено для определения запрошенной силы I_anf тока с использованием выработанного зарядного напряжения U_ber.

Таким образом, устройство способно учитывать при регулировании зарядки выработанное зарядное напряжение U_ber, благодаря чему обеспечивается еще более точное регулирование.

Устройство может быть выполнено далее для определения выходного сигнала так, что запрошенная сила I_anf тока компенсирует разность между предпочтительной силой I_bev тока и принятой силой I_emf тока.

Так, потери силы тока между зарядным устройством и аккумулятором, которые могут быть обусловлены, например, параллельно включенными потребителями, компенсируются без непосредственного знания причин потерь силы тока.

Устройство может быть выполнено далее для определения выходного сигнала так, что запрошенная сила I_anf тока пропорциональна разности между двукратным значением предпочтительной силы I_bev тока и принятой силой I_emf тока: I_anf ~ 2*I_bev - I_emf.

Это – вид компенсации. В частности, может быть: I_anf = 2*I_bev - I_emf.

Согласно изобретению, представлена система по п. 8. Система включает в себя предложенное устройство и аккумулятор. Аккумулятор включает в себя, по меньшей мере, один вход напряжения, через который аккумулятор может заряжаться от зарядного устройства. Аккумулятор включает в себя далее, по меньшей мере, один выход для сигнального соединения.

В одном предпочтительном варианте система включает в себя далее зарядное устройство, причем зарядное устройство включает в себя соединенный с входом напряжения аккумулятора вход напряжения для вырабатывания зарядного тока для зарядки аккумулятора силой I_ber тока и вход для дополнительного сигнального соединения.

Система может быть выполнена так, что устройству можно далее сигнализировать о предпочтительном для зарядки аккумулятора зарядном напряжении U_bev, а устройство выполнено так, что оно сигнализирует зарядному устройству о запрошенном для зарядки аккумулятора зарядном напряжении U_anf, причем тогда зарядное устройство может быть выполнено для определения силы I_ber тока с использованием запрошенного зарядного напряжения U_anf и выработанного зарядного напряжения U_ber, с которым вырабатывается зарядный ток.

В одном предпочтительном варианте способ содержит определение требуемой для дальнейшей зарядки напряжения U_erf с использованием предпочтительной силы I_bev тока и передачу определенного требуемого напряжения U_erf на зарядное устройство.

Краткое описание чертежа

Описанные выше свойства, признаки и преимущества изобретения, а также то, как они достигаются, становятся более ясно и однозначно понятными в связи с нижеследующим описанием примера его осуществления со ссылкой на чертеж, на котором изображают:

на фиг. 1: систему с устройством 100 для регулирования процесса зарядки аккумулятора в соответствии с примером осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 изображена система с устройством 100 для регулирования процесса зарядки аккумулятора 400 в соответствии с примером осуществления изобретения. Система включает в себя далее зарядное устройство 200, например зарядную станцию высокой мощности HPCS (High Power Charging Station). Устройство 100 представляет собой, например, блок управления зарядкой (OnBoard Charging Control, ComBox, CICU, EVCC).

Зарядное устройство 200 через соединение 700 питающего напряжения для вырабатывания зарядного тока соединено с аккумулятором 400. Вдоль соединения 700 питающего напряжения параллельно включены, например, два потребителя 500, 600, например отопитель и вентилятор. Обратная связь осуществляется в данном примере через массовые контакты.

В нормальном режиме, когда аккумулятор 400 не заряжается зарядным устройством 200, потребители 500, 600 питаются током от аккумулятора 400. В режиме зарядки, аккумулятор 400 заряжается зарядным устройством 200, потребители 500, 600 питаются током от зарядного устройства 200.

Устройство 100 содержит логический или физический вход для сигнального соединения 403, 301, через которое аккумулятор 400 сигнализирует о предпочтительной для зарядки силе I_bev зарядного тока.

Устройство 100 содержит логический или физический выход для дополнительного сигнального соединения 102, через которое устройство 100 сигнализирует зарядному устройству 200 о силе I_anf тока, запрошенной для зарядки и, при необходимости, для питания вспомогательных систем 500, 600.

Устройство 100 включает дополнительный логический или физический вход для сигнального соединения 201, через которое зарядное устройство 200 сигнализирует устройству 200 о выработанной силе I_ber тока. Сигнальное соединение 201 является опциональным и включает в себя в другом варианте сигнализацию о выработанном напряжении U_ber.

Устройство 100 включает дополнительный логический или физический выход для дополнительного сигнального соединения 103, через которое устройство 100 сигнализирует аккумулятору 400 о выработанной силе I_ber зарядного тока. Сигнальное соединение 103 является опциональным и включает в себя в другом варианте сигнализацию о выработанном напряжении U_ber.

Сигнальные соединения 102, 201, 103, 301, 403 могут быть реализованы системой шин. Системой шин может быть реализовано также соединение 700 электропитания.

Устройству 100 через сигнальное соединение 403, 301 аккумулятором 400 сигнализируется также о принятой силе I_emf зарядного тока. Устройство 100 использует принятую силу I_emf зарядного тока вместе с предпочтительной силой I_bev зарядного тока для определения запрошенной силы I_anf тока. В другом варианте сигнальное соединение 403, 301 включает в себя сигнализацию о предпочтительном зарядном напряжении U_bev.

В данном примере сигнальное соединение 403, 301 включает систему 300 управления аккумулятором, которая через сигнальное соединение 403 получает от аккумулятора 400 сигнал о принятой силе I_emf зарядного тока и предпочтительной силе I_bev зарядного тока, а через сигнальное частичное соединение 301 сигнализирует устройству 100 о принятой силе I_emf зарядного тока и предпочтительной силе I_bev зарядного тока.

Устройство 100 выполнено также для определения выходного сигнала так, что запрошенная сила I_anf тока компенсирует разность между предпочтительной силой I_bev зарядного тока и принятой силой I_emf зарядного тока.

Так, потери силы тока между зарядным устройством 200 и аккумулятором 400, которые могут быть обусловлены параллельно включенными вдоль соединения 700 электропитания потребителями 500, 600, например отопителем и вентилятором, компенсируются без непосредственного знания причин потерь силы тока.

Компенсация может осуществляться по-разному. Целью компенсации является минимизация разности I_bev – I_emf для каждого момента, в частности так, чтобы разность I_bev – I_emf всегда была равна нулю.

В одном примере запрошенная сила I_anf тока пропорциональна разности между двукратным значением предпочтительного зарядного тока I_bev и принятой силой I_emf зарядного тока: I_anf ~ 2*I_bev - I_emf. В одном особом варианте этого примера I_anf = 2*I_bev - I_emf. Поскольку между I_bev и I_emf существует разность, она сразу же и полностью компенсируется за счет регулирования. Если же разность отсутствует, то I_anf = I_bev.

Устройство способно обеспечить также защиту аккумулятора от слишком высокой подачи питания при сбросе нагрузки, т.е. когда в процессе зарядки отключается параллельно включенный потребитель. Этого можно достичь, если устройство 100 выполнено так, что оно определяет дополнительно к запрошенной силе I_anf тока требуемое для вырабатывания предпочтительной силы I_bev тока напряжение U_erf и передает на зарядное устройство. Предпочтительной силе I_bev тока соответствует состояние заряда аккумулятора и, тем самым, требуемое для дальнейшей зарядки напряжение U_erf, которое ниже финишного напряжения U_fin, которым, в принципе, ограничен процесс зарядки и с которым должен быть заряжен почти полностью заряженный аккумулятор. При сбросе нагрузки ограничение напряжения требуемым напряжением U_erf вызывает то, что зарядное устройство дает только запрашиваемую после сброса нагрузки силу тока. В частности, самостоятельное ограничение напряжения до финишного напряжения U_fin становится излишним, поскольку требуемое напряжение U_erf асимптотически приближается к финишному напряжению U_fin по мере возрастания состояния заряда аккумулятора.

В одном примерном варианте предложенного способа процесс зарядки аккумулятора регулируется, причем процесс зарядки происходит за счет зарядного устройства в соответствии с переданной запрошенной силой I_anf тока. Для этого, например, аккумулятором или блоком управления принимается предпочтительная для зарядки аккумулятора сила I_bev тока. Дополнительно, например, аккумулятором или блоком управления принимается принятая аккумулятором сила I_bev тока. Затем определяется запрошенная сила I_anf тока с использованием принятой силы I_emf тока и предпочтительной силы I_bev тока. Наконец на зарядное устройство передается определенная запрошенная сила I_anf тока.

Изобретение может использоваться, например, для процессов зарядки транспортных средств, по меньшей мере, частично с электроприводом. При этом за счет компенсации достигается то, что аккумулятор достигает определенного состояния заряда в пределах определенного периода заряда независимо от того, включены ли или нет другие потребители. Это, в частности, предпочтительно для маршрутных транспортных средств с электро- или гибридным приводом с периодами заряда, ограниченными временем движения по маршруту.

Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано предпочтительным примером его осуществления, оно не ограничено им, и специалист может вывести другие варианты, не выходя за объем охраны изобретения.

1. Устройство (100) для регулирования процесса зарядки аккумулятора (400), содержащее вход для сигнального соединения (403, 301), через который устройству можно сигнализировать о предпочтительной для зарядки силе I_bev зарядного тока, и выход для дополнительного сигнального соединения (102), через который устройству (100) можно сигнализировать о запрошенной силе I_anf тока, причем устройство (100) выполнено с возможностью получения сигнала через сигнальное соединение (403, 301) о принятой аккумулятором силе I_emf зарядного тока и использования принятой силы I_anf зарядного тока вместе с предпочтительной силой I_bev зарядного тока для определения запрошенной силы I_anf тока, отличающееся тем, что устройство (100) выполнено с возможностью сигнализации ему, по меньшей мере, о выработанной для зарядки аккумулятора (400) силе I_ber тока и с возможностью определения запрошенной силы I_anf тока с использованием выработанной силы I_ber тока.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью сигнализации о предпочтительном для зарядки аккумулятора (400) зарядном напряжении U_bev, а также с возможностью сигнализации зарядному устройству (200) о запрошенном для зарядки аккумулятора (400) зарядном напряжении U_anf.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что запрошенное зарядное напряжение U_anf равно предпочтительному зарядному напряжению U_bev.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что устройству (100) можно сигнализировать через дополнительное сигнальное соединение (201), по меньшей мере, о выработанном для зарядки аккумулятора (400) зарядном напряжении U_ber, а устройство (100) выполнено с возможностью определения запрошенной силы I_anf тока с использованием выработанного зарядного напряжения U_ber.

5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью определения выходного сигнала так, что запрошенная сила I_anf тока компенсирует разность между предпочтительной силой I_bev тока и принятой силой I_emf зарядного тока.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью определения выходного сигнала так, что запрошенная сила I_anf тока пропорциональна разности между двукратным значением предпочтительного зарядного тока I_bev и принятой силой силой I_emf зарядного тока: I_anf ~ 2*I_bev - I_emf.

7. Система регулирования процесса зарядки аккумулятора, содержащая устройство (100) по любому из пп. 1-6 и аккумулятор (400), причем аккумулятор включает, по меньшей мере, один вход напряжения, через который аккумулятор (400) может заряжаться от зарядного устройства (200), а также аккумулятор (400) содержит, по меньшей мере, один выход для сигнального соединения (403, 301).

8. Система по п. 6 или 7, отличающаяся тем, что содержит зарядное устройство, причем зарядное устройство (200) включает в себя вход для дополнительного сигнального соединения (102) и соединенный с входом напряжения аккумулятора выход напряжения для вырабатывания зарядного тока для зарядки аккумулятор силой I_ber тока.

9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что устройство (100) выполнено по п. 2, а зарядное устройство (200) выполнено с возможностью определения силы I_ber тока с использованием запрошенного зарядного напряжения U_anf и зарядного напряжения U_ber, с которым вырабатывается зарядный ток.

10. Способ регулирования процесса зарядки аккумулятора (400), причем процесс зарядки осуществляют посредством зарядного устройства в соответствии с требуемой силой I_anf тока, отличающийся тем, что содержит следующие этапы: прием предпочтительной для зарядки аккумулятора силы тока I_bev, прием принятой аккумулятором силы I_emf тока, приём предоставленной для зарядки аккумулятора (400) силы I_ber тока, определение запрошенной силы I_anf тока с использованием принятой силы I_emf тока, предпочтительной силы I_bev тока и представленной силы I_ber тока и передачу определенной запрошенной силы I_anf тока на зарядное устройство.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что содержит определение требуемого для дальнейшей зарядки напряжения U_erf с использованием предпочтительной силы I_bev тока и передачу определенного запрошенного напряжения U_erf на зарядное устройство.