Способ зарядки стартерной аккумуляторной батареи транспортного средства
Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в сокращении времени зарядки стартерной батареи. Согласно способу зарядки стартерной аккумуляторной батареи транспортного средства с двигателем и тяговой аккумуляторной батареей от источника напряжения зарядку стартерной аккумуляторной батареи осуществляют посредством контроллера транспортного средства после зарядки тяговой аккумуляторной батареи до первого значения, если заряд стартерной аккумуляторной батареи ниже второго значения, пока выполняется по меньшей мере одно из условий: (1) время зарядки стартерной аккумуляторной батареи не превышает первое пороговое значение и (2) время зарядки тяговой аккумуляторной батареи не превышает второе пороговое значение. При этом контролируют состояние заряда стартерной аккумуляторной батареи контроллером и прекращают зарядку стартерной аккумуляторной батареи в ответ на превышение состоянием заряда стартерной аккумуляторной батареи предельного значения. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к способу зарядки стартерной аккумуляторной батареи транспортного средства от источника напряжения, в котором зарядка стартерной аккумуляторной батареи осуществляется уже после зарядки тяговой аккумуляторной батареи транспортного средства до заданного максимально значения.
Стартерная аккумуляторная батарея транспортного средства является аккумулятором, который поставляет электрический ток для стартера двигателя внутреннего сгорания. В противоположность этому, батарея электрического транспортного средства, которая служит для привода транспортного средства, называется тяговой аккумуляторной батареей. Дополнительно к ней электрические транспортные средства или гибридные транспортные средства могут иметь также стартерную аккумуляторную батарею. В качестве батарей могут использоваться, например, свинцовые аккумуляторы, которые, однако, в последующем могут называться также свинцовыми батареями.
При этом стартерные аккумуляторные батареи обычно заряжаются во время движения от генератора. При этом рабочее состояние транспортного средства можно учитывать при выборе стратегии зарядки, с целью увеличения, в частности, срока службы стартерной аккумуляторной батареи. В US 4937528, например, в одном варианте выполнения предусмотрено, что генератор подключается или отключается в зависимости от состояния зарядки батареи и рабочего состояния транспортного средства. Генератор можно отсоединять, когда состояние зарядки батареи достигает определенного значения и пока еще снова не принизило более низкое пороговое значение. Однако когда транспортное средство находится в ситуации повышенного электропотребления, то может быть предусмотрено, что генератор остается подключенным, также когда состояние зарядки батареи снова достигло определенного порогового значения. Эти ситуации могут возникать, например, ночью, зимой или при работе кондиционера.
В противоположность этому заряжаемое от розетки гибридное транспортное средство или электрическое транспортное средство заряжаются обычно от сети до полной зарядки тяговой аккумуляторной батареи. После этого зарядная система транспортного средства автоматически выключается. Однако если распознается низкий уровень зарядки стартерной аккумуляторной батареи, то стратегия может быть продолжена для зарядки от сети также стартерной аккумуляторной батареи. Зарядная система транспортного средства в этом случае не выключается после полной зарядки тяговой аккумуляторной батареи, а продолжает уравнительную зарядку стартерной аккумуляторной батареи.
В принципе стартерная аккумуляторная батарея должна быть заряжена достаточно для того, чтобы обеспечивать запуск транспортного средства при следующей потребности и снабжение транспортного средства током низкого напряжения (12 В) с минимальным уровнем напряжения во время переходных процессов с высоким током. Полная зарядка батареи может занимать целый день, при этом, однако, такое длительное время зарядки может вызывать недовольство клиентов. Это обуславливается, с одной стороны, высокой стоимостью тока, но также и необычным поведением транспортного средства на основании того, что оно не отключается в пределах обычного промежутка времени. Дополнительно к этому в старой или неисправной батареи, если она продолжительный отрезок времени заряжается от сети, может осуществляться значительное выделение газов, и она нагревается. При этом следует учитывать, что зарядка от сети обычно осуществляется без контроля в закрытом гараже. Это приводит к проблемам с безопасностью и тем самым также к недовольству клиентов. Проблемы с зарядкой свинцовых батарей от сети усугубляются тем, что при старении батареи теряют емкость.
Поэтому задачей изобретения является создание способа зарядки стартерной аккумуляторной батареи транспортного средства, который решает указанные проблемы. В частности, при этом должна обеспечиваться работоспособность батареи, но одновременно время зарядки батареи должно быть по возможности малым.
Эта задача решена, согласно изобретению, с помощью способа, согласно независимому пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения следуют из зависимых пунктов 2-7 формулы изобретения.
Следует отметить, что указанные в отдельных пунктах формулы изобретения признаки могут комбинироваться друг с другом любым технически приемлемым образом и представлять другие варианты выполнения изобретения. Описание характеризует и специфицирует изобретение, в частности, во взаимосвязи с чертежами.
В способе, согласно изобретению, зарядки стартерной аккумуляторной батареи транспортного средства от источника напряжения зарядка стартерной аккумуляторной батареи осуществляется после зарядки тяговой аккумуляторной батареи транспортного средства до заданного максимального значения. Это максимальное значение может определять полную зарядку тяговой аккумуляторной батареи, однако также состояния зарядки ниже полной зарядки. Источником напряжения является, например, локальная электрическая сеть, к которой временно подключается транспортное средство.
Согласно изобретению, стартерная аккумуляторная батарея может заряжаться тогда, когда определяется состояние зарядки стартерной аккумуляторной батареи, которое лежит ниже заданного порогового значения. Таким образом, если состояние зарядки стартерной аккумуляторной батареи не достаточно для обеспечения электрических функций транспортного средства, то осуществляется зарядка стартерной аккумуляторной батареи. При этом стартерная аккумуляторная батарея заряжается так долго, пока не будут выполнены одно или несколько условий прекращения зарядки, к которым, по меньшей мере относится, что
- общее время зарядки с момента обнаружения низкого уровня зарядки стартерной аккумуляторной батареи превышает заданное пороговое значение,
- общее время зарядки тяговой аккумуляторной батареи и стартерной аккумуляторной батареи от источника напряжения превышает заданное пороговое значение.
Таким образом, зарядка стартерной аккумуляторной батареи должна быть ограничена во времени, с целью повышения, в частности, удовлетворенности клиентов. Однако тем самым можно также исключать длительные фазы неконтролируемой зарядки, что повышает безопасность. При этом, однако, временные пороговые значения целесообразно выбраны так, что обеспечивается электрическая функциональность по меньшей мере для следующей поездки. Таким образом, время не должно быть достаточным для полной зарядки стартерной аккумуляторной батареи. Поэтому в одном варианте выполнения изобретения условия прекращения зарядки определяют состояние зарядки, которое лежит ниже полной зарядки. При этом предполагается, что во время следующей поездки и последующих фаз зарядки от сети, состояние зарядки батареи может быть дополнительно улучшено. Таким образом, способ, согласно изобретению, обеспечивает компромисс между требованиями к электрической стабильности и удовлетворенностью клиента и аспектами безопасности посредством выполнения системы управления.
При этом предпочтительно непрерывно определяется состояние зарядки стартерной аккумуляторной батареи, и к условиям прекращения зарядки может дополнительно относиться превышение измеряемым состоянием зарядки стартерной аккумуляторной батареи заданного порогового значения. При этом также в этом случае это пороговое значение не должно задавать полную зарядку стартерной аккумуляторной батареи, а лишь состояние зарядки, которое обеспечивает электрическую функциональность по меньшей мере для следующей поездки.
Кроме того, условия прекращения зарядки могут быть дополнены тем, что стартерная аккумуляторная батарея заряжается, пока
- зарядка батареи после обнаружения низкого состояния зарядки стартерной аккумуляторной батареи превысит заданное пороговое значение, и/или
- зарядка батареи после подключения транспортного средства к источнику напряжения превысит заданное пороговое значение.
При этом стартерная аккумуляторная батарея предпочтительно заряжается с номинальным значением напряжения, которое вызывает уравнительную зарядку стартерной аккумуляторной батареи.
Кроме того, возможно, что тяговая аккумуляторная батарея была полностью заряжена от сети, однако стартерная аккумуляторная батарея во время продолжающейся стоянки транспортного средства на основании нагрузок теряет заряд. Это обусловлено тем, что управляющие устройства заряжаемых от сети транспортных средств обычно содержат меры по выключению транспортного средства, когда оно подключено к сети, однако тяговая аккумуляторная батарея уже полностью заряжена. Таким образом, ограничивается потребление электрического тока. Однако когда транспортное средство находится в течение длительного времени подключенным к сети, стартерная аккумуляторная батарея может быть разряжена до состояния, в котором она больше не может обеспечивать запуск транспортного средства. Для решения этой проблемы в одном варианте выполнения изобретения предусмотрена стратегия периодического включения электроснабжения транспортного средства во время длительных промежутков времени подключения к сети, с целью контролирования стартерной аккумуляторной батареи. Если при этом периодическом контролировании будет установлено, что состояние зарядки стартерной аккумуляторной батареи является слишком низким, то может быть инициирована указанная выше стратегия устранения.
Поэтому в одном варианте выполнения способа, согласно изобретению, предусмотрено, что электроснабжение транспортного средства по истечении заданного интервала времени, в котором транспортное средство соединено с источником напряжения, выключается, и электроснабжение периодически снова активируется и определяется состояние зарядки стартерной аккумуляторной батареи.
Состояние зарядки батареи можно контролировать с помощью обычного полюсного датчика или с помощью других средств. Это можно осуществлять, например, посредством определения напряжения холостого хода во время длительных фаз подключения к сети или фаз деактивации транспортного средства.
Способ, согласно изобретению, можно использовать, в частности, для управления напряжением в распределительной сети тока низкого напряжения (11-16 В) подключаемого электрического транспортного средства или подключаемого гибридного транспортного средства. Однако его можно использовать также в распределительных сетях тока низкого напряжения воздушных транспортных средств и водных транспортных средств, если они имеют аналогичную электрическую архитектуру с системами аккумуляторных батарей, которые заряжаются, когда они находятся, например, в ангаре или в доке.
Другие преимущества, особенности и целесообразные модификации изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения и приведенного ниже описания предпочтительных примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - пример выполнения стратегии устранения при низком состоянии зарядки стартерной аккумуляторной батареи во время зарядки от сети;
фиг. 2 - пример выполнения стратегии управления для контролирования состояния зарядки стартерной аккумуляторной батареи во время длительных фаз подключения к сети;
фиг. 3 - пример выполнения алгоритма с контролированием напряжения холостого хода стартерной аккумуляторной батареи;
фиг. 4 - пример выполнения стратегии зарядки во время длительных фаз подключения к сети.
Изобретение содержит стратегии контролирования и устранения для состояний зарядки свинцовых батарей, или соответственно, стартерных аккумуляторных батарей. Их можно называть также батареями SLI, поскольку они поставляют ток для запуска, освещения и зажигания (Starting-Lighting-Ignition). В качестве примера приводится пояснение стратегий контролирования и устранения, которые могут применяться в трех рабочих режимах, когда транспортное средство подключено к источнику напряжения, такому как электрическая сеть. Сюда относится зарядка тяговой аккумуляторной батареи от сети, периодическое контролирование состояния зарядки стартерной аккумуляторной батареи во время длительных фаз подключения к сети и устранение длительных состояний с низким уровнем зарядки батареи (SOC - состояния зарядки).
Например, низкое состояние зарядки стартерной аккумуляторной батареи можно устранять в режиме, при котором зарядка тяговой аккумуляторной батареи осуществляется от сети. При этом зарядка стартерной аккумуляторной батареи выполняется после зарядки тяговой аккумуляторной батареи. Когда состояние зарядки стартерной аккумуляторной батареи определяется как достаточное, то режим автоматически завершается, когда тяговая аккумуляторная батарея полностью заряжена. В противном случае режим может быть продолжен для зарядки стартерной аккумуляторной батареи.
Возможная длительная стоянка с подключением к сети осуществляется после автоматического окончания зарядки тяговой аккумуляторной батареи и стартерной аккумуляторной батареи, однако транспортное средство остается все еще подключенным к сети. При этом может быть предусмотрена стратегия управления для планирования во времени периодического контролирования и устранения состояния низкой зарядки стартерной аккумуляторной батареи во время длительной стоянки с подключением к сети. Кроме того, предпочтительно предусмотрен алгоритм контролирования, с помощью которого идентифицируется состояние низкой зарядки в этих условиях.
Если распознается состояние низкой зарядки стартерной аккумуляторной батареи во время длительной стоянки с подключением к сети, или если низкое состояние зарядки сохраняется от предыдущего рабочего режима и все еще имеет место, когда наступает событие контролирования и устранения, то может начинаться фаза устранения. При этом стратегии контролирования и устранения для низкого состояния зарядки могут быть связаны с существующими стратегиями управления электроснабжением.
Когда транспортное средство находится в движении или подключено к сети, то стартерную аккумуляторную батарею можно контролировать с помощью обычного полюсного датчика или с помощью других средств. Если при этом распознается низкое состояние зарядки стартерной аккумуляторной батареи, то наилучшей мерой является ее зарядка с достаточно высоким напряжением, которое обеспечивает возможность зарядки каждой ячейки до ее максимального потенциала. Такая стратегия зарядки называется также уравнительной зарядкой. При уравнительной зарядке применяется номинальное значение напряжения, которое облегчает полную зарядку всех ячеек в свинцовом аккумуляторе. Номинальное значение напряжения обычно зависит от температуры и часто определяется так, что скорость образования газов лежит ниже максимального значения в середине заданного диапазона температуры. Кривая z, которая определяет уравнительную зарядку, можно получать от изготовителя батареи или она задается изготовителем транспортного средства, с целью обеспечения хорошей работы в транспортном средстве с прогнозируемым профилем использования. При этом кривая z задает напряжение на соединительных клеммах батареи.
В противоположность этому, компенсационная зарядка является стратегией управления для номинального значения напряжения электроснабжения транспортного средства, которое минимизирует ток батареи и поддерживает состояние зарядки батареи на или около постоянного значения. Компенсационную зарядку можно выполнять в одном из двух видов: в виде зависимого от температуры напряжения или в виде стратегии управления током, при которой управление номинальным значением напряжения электроснабжения (преобразователя DCDC или генератора) осуществляется так, что ток батареи остается нулевым. Последний вариант выполнения можно называть управлением нулевым током, поскольку управление номинальным значением напряжения выполняется так, что ток батареи равен нулю.
С помощью стратегий зарядки батареи можно подавать в стартерную аккумуляторную батарею номинальное значение напряжения для уравнительной зарядки во время движения транспортного средства или зарядки тяговой аккумуляторной батареи от сети, без различения между этими двумя состояниями. Однако можно также применять стратегии, при которых в зависимости от рабочего режима транспортного средства (подключения к сети, движения с отключением от сети и т. д.) или в зависимости от основанного на таймере плана используются номинальные значения напряжения уравнительной зарядки или более низкие номинальные значения напряжения компенсационной зарядки.
Кроме того, стратегии устранения для низких состояний зарядки батареи могут быть интегрированы в существующие стратегии управления электроснабжением. При этом номинальное значение напряжения уравнительной зарядки, например, при движущемся транспортном средстве и во время зарядки, может сохраняться до устранения слишком низкого состояния зарядки.
Низкое состояние зарядки можно рассматривать как устраненное, когда выполняются одно или несколько условий прекращения зарядки. К этому могут относиться по меньшей мере:
1. общее время зарядки после установления низкого состояния зарядки стартерной аккумуляторной батареи превышает заданное пороговое значение,
2. общее время зарядки тяговой аккумуляторной батареи и стартерной аккумуляторной батареи от источника напряжения превышает заданное пороговое значение, и/или
3. непрерывно измеряемое состояние зарядки стартерной аккумуляторной батареи превышает заданное пороговое значение.
При этом следует учитывать, что устранение низкого состояния зарядки стартерной аккумуляторной батареи может длиться больше нескольких фаз движения и фаз зарядки от сети. Поэтому информация об условиях состояния зарядки после первоначального распознавания низкого состояния зарядки должна также присутствовать в последующих рабочих фазах. Для выполнения этого можно записывать соответствующее указание (флаг) в энергонезависимое запоминающее устройство. Это указание удаляется лишь тогда, когда выполняются условия прекращения, которые определяют устранение низкого состояния зарядки.
Когда распознается низкое состояние зарядки стартерной аккумуляторной батареи во время зарядки от сети, или когда в стартерную аккумуляторную батарею в начале зарядки от сети передается прежнее указание о низком состоянии зарядки, то батарея предпочтительно заряжается с напряжением уравнительной зарядки. Это осуществляется так долго, пока не будет выполнено одно или комбинация из нескольких условий прерывания, соответственно, прекращения для стратегии устранения. В этом случае к указанным выше условиям 1-3 добавляются условия, что
4. зарядка батареи после установления низкого состояния зарядки стартерной аккумуляторной батареи превышает заданное пороговое значение, и/или
5. зарядка батареи после подключения транспортного средства к источнику напряжения превышает заданное пороговое значение.
Условия 1, 3 и 4 представляют условия для полного устранения низкого состояния зарядки. Как показано на фиг. 1, выполнение одного или нескольких этих условий устраняет низкое состояние зарядки и приводит к тому, что соответствующий флаг, который занесен в энергонезависимую память, устраняется.
Условия 2 и 5 представляют минимальные условия для автоматического окончания зарядки батареи, при которых обеспечивается электрическая функциональность транспортного средства. Сюда относится способность повторного запуска и поддержки переходных процессов нагрузки большим током. Предельные, соответственно, пороговые значения, которые определяют эти условия, предпочтительно калиброваны так, что заряд, который подается в батарею во время фазы зарядки от сети, является достаточным для сохранения состояния зарядки, которое обеспечивает электрическую функциональность при заданных максимальных нагрузках во время стоянки с подключением к сети. Когда условия 2 и 5 или их комбинация применяются вместе с другими условиями для определения условий прерывания зарядки, то зарядка батареи от сети может длиться больше времени зарядки тяговой аккумуляторной батареи. Это происходит в зависимости от калибровки пороговых значений, которые применяются для определения условий прерывания зарядки. После выполнения условий прерывания и полной зарядки тяговой аккумуляторной батареи может автоматически заканчиваться зарядка от сети. Кроме того, транспортное средство автоматически отключается. Однако соответствующий флаг для низкого состояния зарядки убирается лишь тогда, когда к этому моменту времени выполнены условия 1, 3 и/или 4.
Стратегия устранения для распознанного или принятого низкого состояния зарядки во время зарядки тяговой аккумуляторной батареи показана на фиг. 1. Как уже указывалось выше, для идентификации условий полного устранения или прекращения зарядки можно выбирать любую комбинацию условий. Это включает также то, что в каждом блоке принятия решений требуется лишь одно условие, и когда имеется больше, чем одно условие, их можно подвергать операциям И или ИЛИ.
В условиях для принятия решения на фиг. 1 «глобальное» время уравнительной зарядки означает общее время, в течение которого происходит уравнительная зарядка от распознавания низкого состояния зарядки. Это содержит время подключения к сети и время в режиме движения транспортного средства. Если применяется таймер для перехода в планируемые интервалы между уравнительной зарядкой и компенсационной зарядкой, то он сбрасывается, когда распознается низкое состояние зарядки. Глобальное время уравнительной зарядки сравнивается с пороговым значением EqChargePeriod, с целью определения, устранено ли низкое состояние зарядки. Аналогичным образом «глобальная» интегральная зарядка обозначает общий заряд, который подается в батарею после распознавания низкого состояния зарядки. Он сравнивается с калиброванным пороговым значением GlobalChargeThresh, с целью определения, может ли быть устранено низкое состояние зарядки.
С другой стороны, время уравнительной зарядки от сети обозначает общее время фактической фазы зарядки от сети, в которой применяется уравнительная зарядка с момента распознавания низкого состояния зарядки. В случае принятого указания о низком состоянии зарядки, то это время включает общее время от начала зарядки от сети. Время уравнительной зарядки от сети сравнивается с калиброванным пороговым значением OPEqChargePeriod, с целью определения, может ли быть закончена стратегия устранения низкого состояния зарядки, без окончания условия SOC. Кроме того, интегральная зарядка от сети обозначает общую зарядку во время фактической фазы зарядки от сети, которая выполняется для батареи с момента распознавания низкого состояния зарядки. Она сравнивается с калиброванным пороговым значением OnPlugChargeThresh, с целью определения, может ли быть закончена стратегия устранения.
Для работы от сети, а также при отсоединении от сети (глобальное время) интегральный ток вычисляется следующим образом:
Интегральный ток 
. (1)
Когда имеется принятое низкое состояние зарядки и во время зарядки тяговой аккумуляторной батареи от сети ни в один момент времени не распознается низкое состояние зарядки стартерной аккумуляторной батареи, то активируется номинальная (нормальная) стратегия управления для зарядки стартерной аккумуляторной батареи от сети.
А именно, на фиг. 1 показано, что после включения зарядки тяговой аккумуляторной батареи от сети на этапе 1.1, выполняется проверка, должно ли применяться уже ранее созданное указание (флаг) о низком состоянии зарядки батареи (1.2). Если это так, то осуществляется переход на этап 1.10. Если это не так, то флаг LowSOCFlag устанавливается лишь на этапе 1.4, когда на этапе 1.4 обнаруживается низкое состояние зарядки. В этом случае также осуществляется переход на этап 1.10. Однако пока не обнаружено низкое состояние зарядки батареи, выполняется нормальная стратегия электроснабжения (1.5). Как только тяговая аккумуляторная батарея полностью заряжена (1.6), заканчивается зарядка от сети (1.7), и транспортное средство на этапе 1.8 автоматически отключается.
На этапе 1.10 схемы на фиг. 1 предусмотрено применение номинального значения напряжения для уравнительной зарядки. На этапе 1.11 активируется «глобальный» таймер для уравнительной зарядки, и на этапе 1.12 таймер для уравнительной зарядки. Кроме того, на этапе 1.13 активируется «глобальный» интегратор для зарядки батареи от сети.
Для определения, устранено ли низкое состояние зарядки стартерной аккумуляторной батареи, на этапе 1.15 проверяются следующие условия:
- «глобальное» время уравнительной зарядки больше переменной EqChargePeriod, и/или
- SOC > LowSOCThresh,
и/или
- ток батареи IBatt, интегрированный во времени, больше переменной GlobalChargeThresh.
Если выполняется по меньшей мере одно из этих условий, то на этапе 1.9 снимается указание LowSOCFlag. Если не выполняется ни одно из условий, то на этапе 1.16 проверяется, выполняется ли одно из следующих условий:
- время уравнительной зарядки от сети больше переменной OPEqChargePeriod,
и/или
- ток батареи IBatt, интегрированный во времени, больше переменной GlobalChargeThresh.
Если выполняется одно из этих условий прекращения зарядки, то на этапе 1.17 проверяется, полностью ли заряжена тяговая аккумуляторная батарея. Если это так, то зарядка может быть снова закончена (1.21), и транспортное средство автоматически отключается (1.22). Однако пока тяговая аккумуляторная батарея заряжена не полностью, то на этапе 1.18 применяется номинальное значение напряжения для уравнительной зарядки, на этапе 1.19 активируется «глобальный» таймер для уравнительной зарядки, и на этапе 1.12 таймер для уравнительной зарядки, и на этапе 1.20 активируется «глобальный» интегратор для тока батареи.
На этапе 1.23 снова проверяются следующие условия для устранения низкого состояния зарядки:
- «глобальное» время уравнительной зарядки больше переменной EqChargePeriod,
и/или
- SOC > LowSOCThresh,
и/или
- ток батареи IBatt, интегрированный во времени, больше переменной GlobalChargeThresh.
Лишь когда выполняется одно из этих условий, то на этапе 1.9 сбрасывается указание LowSOCFlag.
Может также выполняться контролирование состояние батареи во время длительной стоянки с подключением к сети. Длительная стоянка с подключением к сети начинается, когда тяговая аккумуляторная батарея полностью заряжена и электроснабжение транспортного средства автоматически выключено. Транспортное средство может стоять подключенным к сети в течение нескольких дней и недель, однако при этом необходимо периодически контролировать стартерную аккумуляторную батарею, с целью определения, снизилось ли состояние зарядки ниже минимального уровня, при котором не может быть больше обеспечена электрическая функциональность. Для этого в одном варианте выполнения изобретения предусмотрена стратегия для планирования во времени и выполнения периодического контролирования стартерной аккумуляторной батареи. Кроме того, предусмотрен особый алгоритм для определения состояния зарядки батареи во время этого периодического контролирования.
Когда начинается длительная стоянка с подключением к сети, т. е. когда тяговая аккумуляторная батарея полностью заряжена и электроснабжение транспортного средства автоматически отключено, то может быть установлена отметка времени LongTermTimeStamp и занесена в энергонезависимую память. Контролирование низкого состояния зарядки и стратегии устранения для этого могут выполняться с помощью ЕСМ. При этом ЕСМ обозначает электронный управляющий модуль транспортного средства (Electronic Control Modul). ЕСМ может периодически включаться другими системами транспортного средства, или же он может быть запрограммирован для этого, с целью обеспечения возможности выполнения стратегий контролирования и устранения. Когда с помощью ЕСМ осуществляется контролирование, то в нем может сравниваться фактическое время с отметкой времени LongTermTimeStamp, которая устанавливается в начале длительной фазы стоянки. Когда калиброванный промежуток времени LongTermTimeStamp после занесения в память этой отметки времени завершается, то необходимо контролировать состояние зарядки стартерной аккумуляторной батареи. Это можно осуществлять посредством применения обычного полюсного датчика для контролирования батареи или с применением специального алгоритма.
Если затем распознается низкое состояние зарядки, то переменная LowSOCFlag устанавливается на значение, которое указывает, что распознано не устраненное низкое состояние зарядки стартерной аккумуляторной батареи. Эта переменная снова заносится в энергонезависимую память. После этого активируется стратегия устранения во время длительной стоянки с подключением к сети. Однако когда после длительного контролирования распознается достаточно высокое состояние зарядки, то предпочтительно в энергонезависимую память может быть введена новая отметка времени LongTermTimeStamp, и может быть снова отключено электроснабжение транспортного средства.
На фиг. 2 показана во времени стратегия для контролирования состояния зарядки батареи во время длительных фаз подключения к сети, которая интегрирована в стратегию устранения. На стадии 2.1 активируется модуль ЕСМ и на этапе 2.2 проверяется, подключено ли транспортное средство к сети и не происходит зарядка тяговой аккумуляторной батареи. Лишь когда выполняются оба условия, то на этапе 2.3 проверяется, является ли разница между фактическим временем и отметкой времени LongTermTimeStamp больше калиброванного промежутка времени LongTermMonPeriod. Если это так, то начинается контролирование состояние зарядки батареи (2.4). Если на этапе 2.5 обнаруживается слишком низкое состояние зарядки, то устанавливается указание переменной LowSOCFlag (2.7). Кроме того, инициируется стратегия устранения низкого состояния зарядки. Однако, если низкое состояние зарядки не обнаруживается, то устанавливается отметка времени LongTermTimeStamp для фактического времени t (2.6).
Как уже указывалось выше, можно использовать для идентификации низких состояний зарядки во время длительной стоянки специальный алгоритм контролирования. Таким образом, можно, в частности, сэкономить стоимость датчика контролирования батареи. Модуль ЕСМ обычно снабжен аналого-цифровым преобразователем, при этом он используется для оценки напряжения батареи, когда токи батареи малы.
Напряжение холостого хода батареи можно применять для точной оценки состояния зарядки, когда батарея без значительных токов зарядки или разрядки не использовалась в течение длительного времени, и когда ток батареи во время измерения является небольшим (порядка 100 мА или меньше). Эти условия могут быть выполнены, когда нагрузки транспортного средства находятся в пределах приемлемых значений, что обычно обеспечивается. Кроме того, предпочтительно должна задерживаться активация преобразователя DCDC, или не происходят длительные, периодические события контролирования SOC во время подключения к сети. Кроме того, потребление тока из батареи во время этих событий должно быть небольшим.
События контролирования SOC могут быть синхронизированы с другими событиями автоматического контролирования или технического обслуживания, которые выполняются в транспортном средстве и содержат и без того приведение в действие модуля ЕСМ. В этом случае активация преобразователя DCDC и других функций может осуществляться с задержкой, когда модуль ЕСМ в сети подключен к сети и запланировано во времени событие контролирования, с целью измерения напряжения батареи, без ее значительной зарядки или разрядки.
На фиг. 3 показана стратегия управления, которая осуществляет это. Сначала на этапе 3.1 снова активируется модуль ЕСМ и на этапе 3.1 проверяется, находится ли транспортное средство в сети и не происходит зарядка тяговой аккумуляторной батареи. Лишь когда выполняются оба условия, то на этапе 3.3 проверяется, является ли разница между фактическим временем и отметкой времени LongTermTimeStamp больше калиброванного промежутка времени LongTermMonPeriod. Если это так, то измеряется напряжение батареи (3.4) и по нему на этапе 3.5 оценивается состояние зарядки SOC батареи. Эта оценка состояния зарядки батареи из измеренного напряжения можно осуществлять с помощью таблицы, в которой напряжение служит в качестве входной величины. Если на этапе 3.6 обнаруживается слишком низкое состояние зарядки, то устанавливается указание переменной LowSOCFlag и активируется преобразователь DCDC (3.8). Однако если низкое состояние зарядки не обнаруживается, то отметка времени LongTermTimeStamp устанавливается на фактическое время t (3.9), и также на этапе 3.8 активируется преобразователь DCDC. После этого на этапе 3.10 может осуществляться дальнейшее контролирование и устранение низкого состояния зарядки батареи.
Период времени контролирования, в течение которого периодически контролируется состояние зарядки свинцовой батареи во время длительной стоянки с подключением к сети, может составлять обычно 24 часа. Когда во время этого периодического контролирования с подключением к сети обнаруживается низкое состояние зарядки, или на основании указания LowSOCFlag принимается условие низкого состояния зарядки, то предпочтительно активируется преобразователь DCDC, с целью зарядки батареи с применением номинального значения напряжения для уравнительной зарядки. Эта зарядка может предпочтительно продолжаться, пока не будет выполнено одно или комбинация из уже поясненных условий прекращения зарядки.
Также в этом случае условия 1, 3 и 4 представляют условия для полного устранения низкого состояния зарядки. Как показано на фиг. 4, выполнение одного или нескольких этих условий приводит к устранению низкого состояния зарядки. За счет этого обеспечивается снятие соответствующего флага SOC. Кроме того, заканчивается зарядка батареи от сети. В противоположность этому, условия 2 и 5 снова представляют минимальные условия для автоматического окончания зарядки стартерной аккумуляторной батареи, так что гарантируется выполнение ею электрических функций. Пороговые значения, которые определяют эти условия, должны быть калиброваны так, что заряд, который получает батарея во время фазы зарядки от сети, является достаточно высоким для сохранения состояния зарядки, которое обеспечивает выполнение электрических функций при заданных максимальных нагрузках во время стоянки с подключением к сети.
После выполнения условий прекращения зарядки, зарядка от сети автоматически заканчивается, и транспортное средство может автоматически отключаться. Однако когда условия 2 или 5 приводят к окончанию устранения, то низкое состояние зарядки не заканчивается. При этом соответствующий флаг остается в энергонезависимой памяти. Когда зарядка от сети заканчивается на основании выполнение одного или нескольких условий прекращения зарядки, или когда транспортное средство отсоединяется водителем от сети (обычно в ходе подготовки к поездке), то в энергонезависимую память должна предпочтительно вводиться новая отметка времени LongTermTimeStamp.
Возможное выполнение стратегии устранения при длительной стоянке с подключением к сети показано на фиг. 4. Оно начинается, когда активируется модуль ЕСМ (4.1) и транспортное средство подключается к сети, однако при этом не происходит зарядка тяговой аккумуляторной батареи (4.2). Когда эти начальные условия выполняются, то подразумевается, что контролируется состояние зарядки батареи. Когда после калиброванного промежутка времени BattMonitorTime не распознается низкое состояние зарядки, или когда имелось принятое низкое состояние зарядки, то в энергонезависимой памяти может запоминаться новая отметка времени LongTermTimeStamp. Тем самым можно задавать, когда начинается следующий период времени контролирования. После этого можно отключать транспортное средство, если не выполняются другие работы по техническому обслуживанию. Однако когда в течение калиброванного промежутка времени BattMonitorTime распознается низкое состояние зарядки, или уже сначала имелось низкое состояние зарядки, то начинается устранение посредством применения номинального значения напряжения для уравнительной зарядки.
А именно, на фиг. 4 показано, что после уже поясненных этапов 4.1 и 4.2, на этапе 4.3 устанавливается отметка времени на фактическое время t. Если проверка на стадии 4.4 показывает, что разница между фактическим временем и этой отметкой времени больше калиброванного промежутка времени BattMonitorTime, то отметка времени LongTermTimeStamp устанавливается на фактическое время (4.13), зарядка от сети заканчивается (4.14), и транспортное средство автоматически отключается (4.15). Однако, когда разница между фактическим временем и отметкой времени не больше калиброванного промежутка времени BattMonitorTime, то на этапе 4.5 проверяется, принимается ли ранее установленное низкое состояние зарядки или обнаружено новое низкое состояние зарядки. Если это так, то в схеме на фиг. 1 предусмотрено, что на этапе 4.6 применяется номинальное значение напряжения для уравнительной зарядки. На стадии 4.7 включается «глобальный» таймер для уравнительной зарядки, и на стадии 4.8 включается таймер для уравнительной зарядки от сети. Кроме того, на этапе 4.9 включается «глобальный» интегратор для тока батареи, и на этапе 4.10 включается интегратор для зарядки батареи от сети.
Для определения, устранено ли низкое состояние зарядки, на этапе 4.11 проверяются следующие условия:
- «глобальное» время уравнительной зарядки больше переменной EqChargePeriod,
и/или
- SOC > LowSOCThresh,
и/или
- ток батареи IBatt, интегрированный во времени, больше переменной GlobalChargeThresh.
Если выполняется по меньшей мере одно из этих условий, то на этапе 4.16 снимается указание LowSOCFlag. Если не выполняется ни одно из условий, то на этапе 4.12 проверяется, выполняется ли одно из следующих условий прекращения зарядки:
- время уравнительной зарядки от сети больше переменной OPEqChargePeriod,
и/или
- ток батареи IBatt, интегрированный во времени, больше переменной GlobalChargeThresh.
Если выполняется одно из этих условий, то осуществляется также переход на этап 4.13, 4.14 и 4.15, с целью окончания зарядки от сети и отключения транспортного средства.
Стратегии для устранения низких состояний зарядки батарей от сети могут быть интегрированы в существующие стратегии управления электроснабжением низкого напряжения. При этом управление электроснабжением низкого напряжения электрических транспортных средств с батареями и гибридных транспортных средств обычно предусматривает зарядку стартерной аккумуляторной батареи с напряжением уравнительной зарядки. Поскольку это является предпочтительным также для зарядки батареи с низким состоянием зарядки, то для таких стратегий не требуется изменения управления номинальным значением.
Кроме того, можно использовать также более сложные стратегии, в которых применяются номинальные значения напряжения как для уравнительной зарядки, так и для компенсационной зарядки. В такой стратегии может быть предусмотрено, что сохраненный в энергонезависимой памяти флаг для низкого состояния зарядки используется для слежения за не устраненными низкими состояниями зарядки батареи. В этом случае компенсационная зарядка не выполняется, когда установлен этот флаг. Такую стратегию управления можно объединять со стратегией устранения при зарядке от сети. Когда стратегия управления для движения при отсоединении от сети обеспечивает возможность использования напряжения компенсационной зарядки или более низкого напряжения, чем напряжение, используемое для полной зарядки батареи, то может быть предусмотрено, что напряжение заменяется напряжением уравнительной зарядки до устранения низкого состояния зарядки.
1. Способ зарядки стартерной аккумуляторной батареи транспортного средства с двигателем и тяговой аккумуляторной батареей от источника напряжения, включающий:
зарядку стартерной аккумуляторной батареи посредством контроллера транспортного средства после зарядки тяговой аккумуляторной батареи до первого значения, если заряд стартерной аккумуляторной батареи ниже второго значения, пока выполняется по меньшей мере одно из условий: (1) время зарядки стартерной аккумуляторной батареи не превышает первое пороговое значение и (2) время зарядки тяговой аккумуляторной батареи не превышает второе пороговое значение;
контролирование состояния заряда стартерной аккумуляторной батареи контроллером; и
прекращение зарядки стартерной аккумуляторной батареи в ответ на превышение состоянием заряда стартерной аккумуляторной батареи предельного значения.
2. Способ по п. 1, в котором упомянутое предельное значение соответствует состоянию заряда стартерной аккумуляторной батареи, которое ниже полностью заряженного состояния.
3. Способ по п. 1, дополнительно включающий:
прекращение зарядки стартерной аккумуляторной батареи в ответ на превышение зарядом, поданным на стартерную аккумуляторную батарею, порогового значения заряда.
4. Способ по п. 1, дополнительно включающий
прекращение зарядки стартерной аккумуляторной батареи в ответ на превышение зарядом, поданным на стартерную аккумуляторную батарею после подключения транспортного средства к источнику напряжения, порогового значения заряда.
5. Способ по п. 4, в котором стартерную аккумуляторную батарею заряжают с желательным значением напряжения, которое инициирует процесс уравнительной зарядки стартерной аккумуляторной батареи.
6. Способ по п. 1, в котором контроллер
отключает электроснабжение транспортного средства по истечении заданного интервала времени, на котором транспортное средство подключено к источнику напряжения; и
периодически снова включает электроснабжение и контролирует состояние заряда стартерной аккумуляторной батареи.
7. Способ по п. 1, в котором источник напряжения является локальной электрической сетью, к которой временно подключают транспортное средство.
8. Способ, включающий:
зарядку стартерной аккумуляторной батареи транспортного средства посредством контроллера транспортного средства в ответ на заряд тяговой аккумуляторной батареи транспортного средства, превышающий первое значение, и заряд стартерной аккумуляторной батареи, находящийся ниже второго значения, пока время зарядки стартерной аккумуляторной батареи не превышает первое пороговое значение или время зарядки тяговой аккумуляторной батареи не превышает второе пороговое значение, и прекращение зарядки в ответ на заряд стартерной аккумуляторной батареи, превышающий предельное значение, меньшее полностью заряженного состояния.
9. Способ по п. 8, в котором контроллер дополнительно выполнен с возможностью
останавливать зарядку стартерной аккумуляторной батареи в ответ на превышение зарядом, поданным на стартерную аккумуляторную батарею после подключения транспортного средства к источнику напряжения, соответствующего порогового значения заряда.
10. Способ по п. 8, в котором контроллер дополнительно выполнен с возможностью
отключать электроснабжение транспортного средства по истечении заданного интервала времени, на котором транспортное средство подключено к источнику напряжения; и
периодически снова включать электроснабжение транспортного средства и контролировать состояние заряда стартерной аккумуляторной батареи.
11. Способ зарядки стартерной аккумуляторной батареи транспортного средства, включающий:
управление зарядкой стартерной аккумуляторной батареи контроллером транспортного средства с началом зарядки в ответ на уровень заряда тяговой аккумуляторной батареи, превышающий первое значение, и уровень заряда стартерной аккумуляторной батареи, находящийся ниже второго значения, с остановкой зарядки в ответ на время зарядки стартерной аккумуляторной батареи, превышающее первое пороговое значение, или время зарядки тяговой аккумуляторной батареи, превышающее второе пороговое значение, и с прекращением зарядки в ответ на заряд, поданный на стартерную аккумуляторную батарею после подключения транспортного средства к источнику напряжения, превышающий пороговое значение заряда.
12. Способ по п. 11, дополнительно включающий осуществляемые контроллером транспортного средства:
отключение электроснабжения транспортного средства от источника напряжения, внешнего относительно транспортного средства, после того как транспортное средство было подключено к этому источнику напряжения в течение заданного периода времени; и
периодическое повторное включение электроснабжения транспортного средства и контролирование состояния заряда стартерной аккумуляторной батареи.
