[发明专利]用于对多个能量存储装置充电的方法和设备

说明书

技术领域

本发明的实施例一般涉及包括混合电动车辆和电动车辆的电驱动系统，更具体地来说，涉及使用多端口能量管理系统对电动车辆的能量存储装置充电。

背景技术

混合电动车辆可以将内燃机与能量存储装置（如牵引用电池）供电的电动机组合以推动车辆。此类组合可以通过使内燃机和电动机能够各在相应提高的效率范围中操作来提高总体燃料效率。例如，电动机可能在从静止发车加速时有效率，而内燃机（ICE）可能在恒定引擎操作（如高速公路行驶）的持续期间有效率。使电动机提升初始加速允许混合动力车辆中的内燃机更小且更具燃料效率。

纯电动车辆使用存储的电能以向电动机供电，这样推动车辆，并且还可以操作附属驱动。纯电动车辆可以使用一个或多个存储的电能源。例如，可以使用第一存储的电能源提供较长持续能量，如低电压电池（通称为“能量电池”），而第二存储的电能源可以用于使用高电压电池（通称为“功率电池”）提供较高功率能量，例如用于车辆加速。公知的能量存储装置还可以包括超级电容器，其往往具有更快速的充电和放电能力并提供长时间的操作。

插电式电动车辆，无论是混合电动型还是纯电动型，典型地配置成使用来自外部源的电能来对能量存储装置再充电。此类车辆可以包括例如公路用车和非公路用车、高尔夫车、社区电动车、叉车和通用货车。公知的充电装置包括多端口能量存储管理系统（ESMS），用于兼有地对电动车辆的低电压能量存储系统和高电压能量存储系统充电。典型地，ESMS包括降低-提升转换器，这些降低-提升转换器能够彼此结合来使用以便灵活地向具有不同充电电压需求的多种装置施加充电电压。ESMS还典型地包括高电压侧和低电压侧。在一种具有四个端口的公知ESMS装置中，其中两个端口位于装置的高电压侧以及其中两个端口位于装置的低电压侧。高电压侧典型地用于从公用设施电网或可再生能源（位于高电压侧的一个端口）充电以及将充电功率提供到功率电池（位于高电压侧的另一个端口）。低电压侧典型地用于对电动车辆的低电压装置（如能量电池和超级电容）（位于低电压侧的端口）充电，并且在一些实施例中还可以包括低电压端口之一中对低电压充电源的适应性。

顺便来说，典型地包括功率电池是为了提供用于车辆加速的高功率突发，并因此期望作为高电压装置操作，相对于能量电池来说，典型地包括能量电池是为了对车辆提供长距离巡航能量。因此，由于功率电池的高功率需求，高电压能量存储装置（例如，功率电池）典型地在400 V或更多的高电压操作下操作；而低电压能量存储装置（例如，能量电池）典型地提供高能量存储并在低得多的标称电压（例如，120 V或更低）处操作。超级电容器可以用在高电压或低电压应用中，并因此可以将其包括在ESMS充电装置的高侧或低侧，具体取决于其使用类型（功率的高突发对用于巡航的能量储存）。

因为ESMS中降低-提升转换器的原因，可以利用能量存储装置和电源的多个布置来对能量存储装置充电。即，公知的ESMS可灵活地配置，因为可以在高电压侧首先降低充电电压，然后将其提升到期望的充电电压。并且，由于该降低操作和后续提升操作，高电压侧的充电可高于或低于外部提供的充电电压。相似地，还可以将充电电压降低到低电压侧的更低电压。并且，由于EMS中多个降低-提升转换器的原因，可以同时提供充电电压以对高侧的高电压装置以及低侧的一个或多个低电压装置充电。即，可以将单个高电压供给分离（split）以同时例如向高侧装置和低侧装置或向两个低侧提供能量。

分离功率以用于对多个能量存储装置充电的公知装置典型地仅基于正在充电的装置的状况来进行优化。即，公知充电或ESMS装置典型地使其分离的功率基于如装置的充电状态和/或每个相应充电端口处的电压的因素。虽然此类优化常常足以对正在充电的装置组合提供最大总体充电速率，但是此类充电规划未将如对正在充电的装置本身的寿命的总体影响，温度极限等的附加因素纳入考虑。即，虽然能量存储装置可能物理上能够接收高充电速率以减少所有装置的充电时间，但是如果对于一个或多个装置的长期代价是寿命的下降，则不会期望如此。

换言之，使用寿命的代价和最终需要更换如功率电池、能量电池和超级电容器的能量存储装置可能不值得充电仅基于充电状态时充电时间上的边际减少。实际上，因为公知充电装置在未将装置本身的特定情况纳入考虑的情况下（而是仅基于充电端处的充电状态或电压）确定功率分离和充电速率，这些装置不仅存在长时间使用寿命的风险，而且存在超过装置能够处理的速率进行充电的情况下导致灾难性故障的风险。

因此，期望提供一种设备和控制方案来优化EV的多个能量存储装置的总体再充电时间，同时将充电规划的寿命影响纳入考虑。