[发明专利]电池充电过程中的动态功率限制调整

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在电池充电过程中动态调整功率限制的方法和系统。

背景技术

电气动力总成通常包括一个或多个高压电机。每个电机由高压电池包或其他合适的直流(DC)设备驱动。在一些配置中，功率逆变器从电池包接收DC输出电压，并生成适于对电机的相绕组通电的交流(AC)电压。通过经由电缆将充电耦合器连接到墙壁插座、充电站或其他可用的非车载电源，可以根据需要对电池包再充电。

AC-DC转换器用于将AC充电电压变换成适合于存储在电池包的各个单元中的DC输出电压。或者，可以使用DC快速充电系统(也称为DC快速充电器(DCQC))加快充电过程。在该配置中，AC-DC转换器被去除，有利于具有高电压继电器的接线盒，该接线盒在充电期间关闭，以使充电电流从充电耦合器传送到电池包。在充电站/充电基础设施与任何电气系统方面充电设备之间的通信经由充电协议来实现，例如在示例性电动车辆充电操作中的SAE J1772。

车辆和其他系统中的高压充电架构通常包括许多功率电子部件，例如充电耦合器、插座、电连接器、接触器、继电器、保险丝和电压母线。如本领域众所周知的，这些部件通常由制造商限流或限压到特定的基于温度的水平。对于每个部件，对应的稳态充电电流可以无限期地保持在给定的部件温度下。在电池充电过程中实施的功率限制通常被控制到电气系统的各个部件的最低稳态限制。

发明内容

本文公开了用于改善电气系统(例如，车辆、机器人或其他移动平台的电动动力总成)中或固定系统(例如发电厂、家电或其他电池供电的电子设备)中的电池包或其他可再充电的储能系统的充电速度的方法和相关系统。本发明的方法可与任何非车载电源一起使用，不论是体现为交流(AC)充电站还是如上总体描述的类型的直流(DC)快速充电器(DCQC)。本文描述的方法利用整个电气系统中的任何未使用的电势来动态地增加电池充电过程的早期的功率限制，且总体目标是相对于常规的充电方法减少充电时间。

如上所述，高压电气系统中的电池充电过程通常被限制到电气系统中使用的各个部件的最低稳态充电电流。然而，作为本发明的一部分，可以认识到这些部件可以在短时间内处理更高的充电电流。因此，不总是需要将电池充电过程控制到最低稳态部件的功率限制。因此可以实现如本文公开的较高临时功率限制的选择性启用，而总是保持在电气系统中使用的功率电子部件的校准的耐久性等级内。

作为本方法的一部分，经由功率电子部件传送的功率通过车载控制器被密切监控。当达到临时执行的较高功率限制(例如，如在阈值电流密度、时间和/或部件温度方面所确定的)时，来自非车载电源的所请求的充电电流自动降低。充电电流的降低可以以一个或多个不连续的阶段或以校准的斜坡速率发生，并且继续到更低的水平，例如部件的最大限制的稳态限制。如本文所限定的，最大限制部件是对于给定的部件温度具有允许的最小充电电流的特定部件。反之，这允许电池包以更快的相对速率临时充电，特别是在充电会话的开始或早期，由此相对于常规稳态电池充电过程进一步减少充电时间。

在示例实施方式中，电气系统包括电池包、充电耦合器、功率电子部件、一个或多个温度传感器以及控制器。充电耦合器经由电缆连接到非车载充电站，以允许将请求的充电电流从非车载充电站传送到电池包的电池。

包括最大限制部件的功率电子部件被电连接到电池包。控制器用基于温度的操作性能信息对系统的每个部件程控，其中该信息描述了在多个不同时间间隔内允许的最大充电电流、电压或功率。最大限制部件在对应的一个时间间隔内具有允许的最小充电电流。控制器使用测量的温度来确定部件温度，然后请求在至少一个时间间隔内来自外部电源的临时增加的充电电流，以提供在临时较高水平下等于由最大限制部件允许的最大电流的充电电流。

还公开了一种在电池充电过程中可电连接到非车载充电站的车辆。该车辆包括：可操作用于将扭矩输送到足以推动车辆的可旋转输出构件的电机，以及上述电气系统。

还公开了一种方法，在示例性实施方式中，该方法包括使用对应的第一温度传感器和第二温度传感器测量环境温度和充电耦合器的温度，其中充电耦合器经由一段电缆将电气系统连接到非车载充电站。该方法包括使用测量的温度来确定电气系统的多个功率电子部件中的每一者的对应部件温度。