[发明专利]混合动力电动车辆中使用插入式充电器的电池均衡

说明书

技术领域

本发明的优选实施例总体上涉及一种用于对混合动力电动车辆的蓄电池充电的电力供应系统和方法。

背景技术

混合动力电动车辆的动力传动系统包括多个动力源，主要在公路速度不变时使用的内燃机(internal combustion engine，ICE)；用于给蓄电池充电的电动机；以及用于起动车辆，即用于使车辆从停止状态加速的牵引电机。

通常，当使用密封铅酸电池时，恒压充电法是为蓄电池组电池充电的优选方法。在恒压方式下，电流受到电池内阻的限制。当电池在低电荷状态并且内阻小时，突入电流(in-rush current)会很大并且能量可以很快地充入电池。当电池充好电时，会到达一个转变点，此时电池内阻突然升高，并且在恒压下，电池将接受的电流越来越少。这种自我调节作用能防止电池过度充电，从而延长寿命。这种恒压充电方式在均衡电压下进行，该均衡电压是能使电池处于高充电状态(state of charge，SOC)的推荐电压。

转换之后，需要低电流均衡充电使电池达到饱和，并确保将电池组的各电池单元带入接近相等的充电状态。

电池的多数充电和放电过程是在低于转换点的大部分区域完成的。

传统的混合动力电动车辆的动力传动系统利用由内燃机驱动的电机作为电池充电器进行电池均衡。控制均衡的过程是困难的，原因是电机-内燃机联合器的额定功率与精确执行蓄电池过度充电/均衡所需的电池功率之间的不匹配。

行业中需要这样的系统和方法，其在混合动力电动系统中利用除车载能源外的能源为蓄电池提供均衡充电。需要这样的系统和方法，其利用混合动力电动动力传动系统中定制的电池电力的限制，用插入式充电器为车辆提高电池均衡。

发明内容

一种在混合动力电动车辆中储蓄和供应电力的供电系统，包括：置于车上的电动-发电机，其可驱动地连接至车轮并产生交流电力；储能装置，用来交替储存和释放电力；连接至电动-发电机和储能装置的转换器，其用于将电动-发电机产生的交流电流转换成传输到储能装置的直流电流，以及将储能装置中储存的直流电流转换成传输到电动发电机的交流电流；置于车外的交流电源，以及连接至上述电源和储能装置的充电器，其用于从上述交流电源向储能装置供应直流电力。

插入式装置和系统的优点包括：有效的电池组精确均衡；内燃机或公用电力系统能源的可选择性；以及对混合动力结构的设计更加灵活，包括充电器的大小、充电集成和电池充电布局。

由该系统充电的蓄电池组电池很少均衡，可能每三到四个月。而储电系统仅使用一个蓄电池，不需要第二个电动蓄电池，从而避免不必要的增加系统和机车的重量，除非在蓄电池充电时需要。车外的第二蓄电池将会增加成本，减弱系统充电的效率，以及使均衡问题加倍，原因是它必须定期地充电。

储能装置具有既可以用内燃机来补充能源，也可以由车外的能源、比如公用电力资源提供能源的灵活性。

内燃机可以持续工作并提供能量将负荷驱动到一定的充电状态，然后由公用电力系统为蓄电池充电。

利用可定制的电池电力的限制，可以用电动机械/内燃机将电池包带至高(约90％)充电状态，然后可以用插入式充电器实现精确的过度充电和均衡。独立或组合交替使用电动机械和内燃机以及外部能源的动力源，提供每种能源的费用优化方面控制的灵活性。例如，当燃料的价格与外部能源交流电流的电量费用相比相对较低时，将使用内燃机对储能装置进行大电流充电(bulk charge)，即，将电池包充电至高充电状态，而且将利用外部能源和充电器进行均衡充电，即由高充电状态变为最大(约100％)充电状态。当燃料价格相对公用能源费用较高时，将使用内燃机对成比例地低于高充电状态的储能装置提供大电流充电，外部能源和充电器将用于对成比例地高于低(约10％)充电状态均衡充电。

优选实施例的适用范围可从以下详细说明、权利要求书和附图中变得显而易见。应该理解，说明书和特定的示例尽管说明了本发明的优选实施例，但其仅作为示例给出。对所属技术领域的技术人员来说，所述实施例和示例的各种变化和改变是显而易见的。

附图说明

对所属技术领域的技术人员来说，结合附图考虑时，上述以及其它优点从以下对优选实施例的详细说明中将会变得显而易见，其中：

图1为混合动力电动车辆电池动力控制系统的示意图；

图2为图1关于电池充电状态和电池电力请求的转换函数；以及

图3为一示意图，表示混合动力燃料电池/储能装备系统。

具体实施方式