СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРА
METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING CHARGING OF AN ACCUMULATOR

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.
bev
bev
Зарядное устройство может быть дополнительно или в качестве альтернативы конфигурировано для определения силы тока с использованием предпочтительной для аккумулятора силы I зарядного тока и/или предпочтительного для аккумулятора зарядного напряжения U.
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.
bev
anf
Устройство содержит вход для сигнального соединения, через который устройству можно сигнализировать о предпочтительной для зарядки силе I зарядного тока, и выход для дополнительного сигнального соединения, через который устройству можно сигнализировать о запрошенной для зарядки силе I тока.
emf
anf
bev
anf
Устройство выполнено таким образом, что оно получает сигнал через сигнальное соединение о принятой аккумулятором силе I зарядного тока и использует принятую силу I зарядного тока вместе с предпочтительной силой I зарядного тока для определения запрошенной силы I тока.
Способ содержит соответствующие этапы.
emf
bev
anf
anf
Поскольку принятая сила I зарядного тока вместе с предпочтительной силой I зарядного тока используется для определения запрошенной силы I тока, силу I 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.
ber
anf
ber
Устройство выполнено так, что ему можно далее сигнализировать, по меньшей мере, о выработанной для зарядки аккумулятора силе I тока. Тогда устройство может быть выполнено для определения запрошенной силы I тока с использованием выработанной силы I тока.
ber
emf
ber
Таким образом, устройство способно учитывать при регулировании зарядки выработанную силу I тока, благодаря чему обеспечивается еще более точное регулирование. В частности, тогда можно установить, соответствует ли принятая сила I тока выработанной силе I тока.
bev
anf
В одном предпочтительном варианте устройству можно сигнализировать далее о предпочтительном для зарядки аккумулятора зарядном напряжении U, и устройство выполнено так, что оно сигнализирует зарядному устройству о запрошенном для зарядки аккумулятора зарядном напряжении U.
Таким образом, устройство создает расширенные возможности регулирования, позволяющие еще лучше регулировать процесс зарядки.
anf
bev
В частности, запрошенное зарядное напряжение U может быть равно предпочтительному зарядному напряжению U.
Зарядное устройство может заряжать аккумулятор предпочтительным для него зарядным напряжением.
ber
anf
ber
Устройство может быть выполнено так, что через еще одно сигнальное соединение можно сигнализировать, по меньшей мере, о выработанном для зарядки аккумулятора зарядном напряжении U. Тогда устройство может быть выполнено для определения запрошенной силы I тока с использованием выработанного зарядного напряжения U.
ber
Таким образом, устройство способно учитывать при регулировании зарядки выработанное зарядное напряжение U, благодаря чему обеспечивается еще более точное регулирование.
anf
bev
emf
Устройство может быть выполнено далее для определения выходного сигнала так, что запрошенная сила I тока компенсирует разность между предпочтительной силой I тока и принятой силой I 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.
anf
bev
emf
anf
bev
emf
Устройство может быть выполнено далее для определения выходного сигнала так, что запрошенная сила I тока пропорциональна разности между двукратным значением предпочтительной силы I тока и принятой силой I тока: I ~ 2*I - I.
anf
bev
emf
Это – вид компенсации. В частности, может быть: I = 2*I - I.
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.
ber
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 тока и вход для дополнительного сигнального соединения.
bev
anf
ber
anf
ber
Система может быть выполнена так, что устройству можно далее сигнализировать о предпочтительном для зарядки аккумулятора зарядном напряжении U, а устройство выполнено так, что оно сигнализирует зарядному устройству о запрошенном для зарядки аккумулятора зарядном напряжении U, причем тогда зарядное устройство может быть выполнено для определения силы I тока с использованием запрошенного зарядного напряжения U и выработанного зарядного напряжения U, с которым вырабатывается зарядный ток.
erf
bev
erf
В одном предпочтительном варианте способ содержит определение требуемой для дальнейшей зарядки напряжения U с использованием предпочтительной силы I тока и передачу определенного требуемого напряжения U 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.
bev
Устройство 100 содержит логический или физический вход для сигнального соединения 403, 301, через которое аккумулятор 400 сигнализирует о предпочтительной для зарядки силе I зарядного тока.
anf
Устройство 100 содержит логический или физический выход для дополнительного сигнального соединения 102, через которое устройство 100 сигнализирует зарядному устройству 200 о силе I тока, запрошенной для зарядки и, при необходимости, для питания вспомогательных систем 500, 600.
ber
ber
Устройство 100 включает дополнительный логический или физический вход для сигнального соединения 201, через которое зарядное устройство 200 сигнализирует устройству 200 о выработанной силе I тока. Сигнальное соединение 201 является опциональным и включает в себя в другом варианте сигнализацию о выработанном напряжении U.
ber
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 зарядного тока. Сигнальное соединение 103 является опциональным и включает в себя в другом варианте сигнализацию о выработанном напряжении U.
Сигнальные соединения 102, 201, 103, 301, 403 могут быть реализованы системой шин. Системой шин может быть реализовано также соединение 700 электропитания.
emf
emf
bev
anf
bev
Устройству 100 через сигнальное соединение 403, 301 аккумулятором 400 сигнализируется также о принятой силе I зарядного тока. Устройство 100 использует принятую силу I зарядного тока вместе с предпочтительной силой I зарядного тока для определения запрошенной силы I тока. В другом варианте сигнальное соединение 403, 301 включает в себя сигнализацию о предпочтительном зарядном напряжении U.
emf
bev
emf
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 зарядного тока и предпочтительной силе I зарядного тока, а через сигнальное частичное соединение 301 сигнализирует устройству 100 о принятой силе I зарядного тока и предпочтительной силе I зарядного тока.
anf
bev
emf
Устройство 100 выполнено также для определения выходного сигнала так, что запрошенная сила I тока компенсирует разность между предпочтительной силой I зарядного тока и принятой силой I 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.
bev
emf
bev
emf
Компенсация может осуществляться по-разному. Целью компенсации является минимизация разности I – I для каждого момента, в частности так, чтобы разность I – I всегда была равна нулю.
anf
bev
emf
anf
bev
emf
anf
bev
emf
bev
emf
anf
bev
В одном примере запрошенная сила I тока пропорциональна разности между двукратным значением предпочтительного зарядного тока I и принятой силой I зарядного тока: I ~ 2*I - I. В одном особом варианте этого примера I = 2*I - I. Поскольку между I и I существует разность, она сразу же и полностью компенсируется за счет регулирования. Если же разность отсутствует, то I = I.
anf
bev
erf
bev
erf
fin
erf
fin
erf
fin
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 тока требуемое для вырабатывания предпочтительной силы I тока напряжение U и передает на зарядное устройство. Предпочтительной силе I тока соответствует состояние заряда аккумулятора и, тем самым, требуемое для дальнейшей зарядки напряжение U, которое ниже финишного напряжения U, которым, в принципе, ограничен процесс зарядки и с которым должен быть заряжен почти полностью заряженный аккумулятор. При сбросе нагрузки ограничение напряжения требуемым напряжением U вызывает то, что зарядное устройство дает только запрашиваемую после сброса нагрузки силу тока. В частности, самостоятельное ограничение напряжения до финишного напряжения U становится излишним, поскольку требуемое напряжение U асимптотически приближается к финишному напряжению U по мере возрастания состояния заряда аккумулятора.
anf
bev
bev
anf
emf
bev
anf
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 тока. Для этого, например, аккумулятором или блоком управления принимается предпочтительная для зарядки аккумулятора сила I тока. Дополнительно, например, аккумулятором или блоком управления принимается принятая аккумулятором сила I тока. Затем определяется запрошенная сила I тока с использованием принятой силы I тока и предпочтительной силы I тока. Наконец на зарядное устройство передается определенная запрошенная сила I 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.