專利名稱：用于管理車輛中的電力負載的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種用于管理車輛中的電力負載的系統和方法。
背景技術：
隨著電池技術從例如鎳金屬氫化物化學(nickel metal hydride chemistry)到 鋰離子化學的改變，電池的操作范圍擴大。這樣的電池可用于高電壓應用，例如，混合電動 車輛或者電動車輛。在車輛應用中，高電壓電池可不僅僅將電力提供到高電壓負載，而且在 例如通過DC/DC變換器減小電壓之后還將電力提供到低電壓負載。
除了高電壓電池之外，混合電動車輛或者電動車輛還可具有低電壓電池，所述低 電壓電池可被用于向車輛照明、引擎冷卻風扇、加熱型座椅和/或其他的低電壓負載供電。 如果在車輛中的電力負載達到一定水平，則高電壓電池不太可能提供所有的電力，低電壓 電池可能需要增加由高電壓電池供應的電力。這是可能發生的，例如，在高電壓負載太大的 情況下，或者由于DC/DC變換器的限制。在這樣的情況下，可需要在低電壓電池中保持最低 水平的電荷，以確保存在例如用于點亮前照燈的足夠電力。如果低電壓電池放電到很低，則 需要自動關閉某些電力負載，以保持低電壓電池內的最小電荷。當采用該電力負載管理的 “反應的”方法時，電力可能如此低以至于需要以對車輛擁有者來說非常明顯的方式來關閉 系統。例如，如果低電壓電池的電荷達到一定水平，則可需要關閉空調系統，這對于乘客舒 適會是很明顯的和不期望的。
因此，需要存在一種對于車輛擁有者來說非常明顯的用于車輛的電力負載管理的 系統和方法。發明內容
本發明的實施例包括一種用于管理車輛中的電力負載的系統。高電壓電源能夠向 至少一個高電壓負載提供電力，電學變換器可被操作為從高電壓電源接收高電壓電力的輸 入并向多個低電壓負載提供低電壓電力的輸出。在這種方式下，高電壓電源將電力提供到 至少一些低電壓負載。系統的實施例還包括控制系統，控制系統包括至少一個控制器。控 制系統與變換器通信，控制系統被配置為從變換器接收與變換器輸出相關的信號。控制系 統還被配置為在從變換器接收到的信號表明高電壓電源不能向低電壓負載提供滿電力時 切斷對至少一個低電壓負載的供電。
本發明的實施例包括一種用于管理車輛中的電力負載的系統，所述系統包括高 電壓電源和電學變換器，電學變換器能被操作為從電高壓電源接收高電壓電力并向至少一 個低電壓負載提供低電壓電力。該系統還包括控制器，控制器被配置為在高電壓電源不能 向全部所述至少一個低電壓負載提供滿電力時切斷對所述至少一個低電壓負載中的至少 一個的供電。
本發明的實施例還包括一種用于管理車輛中的電力負載的方法，所述車輛具有能 夠向至少一個高電壓負載和多個低電壓負載提供電力的高電壓電源。車輛還包括電學變換器，電學變換器能被操作為從高電壓電源接收高電壓電力的輸入并向所述多個低電壓負載 提供低電壓電力的輸出。車輛還具有控制系統，控制系統包括至少一個控制器，控制系統被 配置為接收來自變換器的輸入并控制所述多個低電壓負載。所述方法的步驟可包括監控 變換器的活動，在變換器的活動表明高電壓電源不能向所述多個低電壓負載提供滿電力時 切斷對所述多個低電壓負載中的至少一個的供電。
本發明的實施例包括一種用于管理車輛中的電力負載的方法，所述車輛具有高電 壓電源和能被操作為從高電壓電源接收輸入并提供低電壓輸出的變換器。所述方法的步驟 包括監控變換器的活動，監控低電壓負載的活動，在高電壓電源不能向低電壓負載提供滿 電力且存在至少一個低電壓負載時減小低電壓負載的活動。


圖1示出了根據本發明的實施例的系統的示意圖2示出了曲線，該曲線示出作為本發明的系統的一部分的變換器的電壓輸入與 電壓輸出之間的關系；
圖3示出了流程圖，該流程圖示出了根據本發明的實施例的步驟。
具體實施方式
根據需要，在這里公開本發明的具體實施例，然而，應當理解，所公開的實施例僅 僅是本發明的可以以各種各樣的和可選擇的形式來實現的示例。附圖不一定是按比例繪 制；可能夸大或最小化一些特征，以示出具體組件的細節。因此，這里公開的特定的結構的 和功能的細節不是被解釋為限制，而是僅僅作為用于教導本領域技術人員以各種方式采用 本發明的代表性基礎。
圖1示出了根據本發明的實施例的用于管理車輛12中的電力負載的系統10。在 該實施例中，作為高電壓電池的高電壓電源14包括高電壓電池陣列16和電池控制器18。 電池控制器18經由控制器局域網(CAN)連接到包括主體控制模塊(BCM) 20的控制系統。 除了與電池14通信之外，BCM 20還與車輛12中的其他控制器和系統(如其他CAN節點22 所示意性地表示)通信。BCM 20還與被配置為從高電壓電池14接收高電壓輸入的DC/DC 變換器24通信。變換器24輸出低電壓電力，所述低電壓電力被傳送到低電壓電力分配盒 或熔斷器26。如圖1中所示，低電壓車輛負載27連接到熔斷器26。同樣連接到熔斷器26 的是低電壓電池28，如果需要，低電壓電池28可將電力供應到熔斷器和低電壓負載27。虛 線30被示出為將低電壓電池28連接到BCM 20，且虛線30表示它們之間的通信，這可以是 根據本發明的實施例的方法的一部分。除了通過變換器24將低電壓電力供應到低電壓負 載27之外，高電壓電池14還將高電壓電力提供到高電壓負載32，高電壓負載32可以是例 如在電動車輛或者混合電動車輛中的牽引電機。
圖2示出了曲線34，曲線34示出了輸入到變換器24的高電壓電力與輸出的低電 壓電力之間的關系。如這里所使用的，高電壓電力與低電壓電力之間的區別是在低電壓電 力的等于或小于50伏的范圍內的電壓與在高電壓電力的等于或大于100伏的范圍內的電 壓之間的差別。曲線34示出了三個不同的電流電平145、165和195安(A)。在被示出的 示例中，針對低電壓負載27的滿電力輸出被認為是14. 5伏(V)。如圖2中所清楚地示出的，當輸入到變換器24中的高電壓電力是至少210V時，14. 5V對于所有的三個電流電平是 可獲得的。在2IOV之下，可獲得的輸出電壓降低最初僅僅是195A的電流電平的輸出電壓降 低，但是當高電壓電力輸入降低到200V以下時，其他兩個電流電平的輸出電壓也降低。如 下面所解釋的，了解輸入和輸出電壓之間的關系以及低電壓負載27的滿電力的需求對于 根據本發明的控制策略方法是有利的。
為了前瞻地控制車輛12中的低電壓負載27，DC/DC變換器24的活動被例如BCM 20監控。這在圖3中示出的流程圖36中被示出，具體在步驟38。步驟40還可用在低電壓 活動被監控的情況下，這是由圖1中示出的通信線30所示出的。如在上下文中所使用的， “監控”低電壓負載27的活動或者變換器24可以簡單地為接收與輸入、輸出或者提供期望 的信息的一些其他的參數相關的一個信號或多個信號。基于其接收的信息，BCM 20確定高 電壓電池14是否可向低電壓負載27提供滿電力。
如果在判定塊42確定高電壓電池14能夠向低電壓負載27提供滿電力，則方法回 到監控變換器活動的步驟38。然而，如果高電壓電池14不能向低電壓負載27提供滿電力， 則本發明的方法減少低電壓負載活動-參見步驟44。
本發明的實施例被配置為在諸如電池14的高電壓電源不能向低電壓負載27提供 滿電力時切斷對一個或多個低電壓負載27的供電。該控制策略可通過諸如BCM 20的控制 器單獨或者結合例如通過CAN連接的其他控制器來實施。由于本發明的實施例基于變換器 (例如，變換器24)的活動來做決定，因此在諸如電池28的低電壓電源用于增加從高電壓電 源接收的電力之前可切斷對一個或多個低電壓負載27的供電。這允許以對于車輛操作者 來說實質上明顯的方式切斷對低電壓負載27的供電。例如，當控制策略首先確定高電壓電 源不能將滿電力提供到低電壓負載27時，可采用第一“負載分離(shedding)策略”，藉此， 選擇的低電壓負載27終止。這些可包括例如停止對車輛中的一個或多個加熱座椅的供電 和/或減小加熱器風扇的速度。第一負載分離策略可以以某些低電壓負載27停止或減小 的方式執行，從而高電壓電源可將滿電力提供到所有剩余的低電壓負載27。然后，一旦高電 壓電源例如通過再生制動接收到額外的電荷并再次能夠將滿電力提供到所有的低電壓負 載27，則先前停止或減小的一個負載或多個負載可以恢復到滿電力。
如上面所提到的，當期望負載分離時判定的一部分包括監控電學變換器(例如， 圖1中示出的變換器24)的活動。實現它的一種方式在于監控低電壓輸出，了解為了使所 有的低電壓負載27接收滿電力必須滿足的需要的最低電平。然而，本發明的實施例采用另 一策略，該策略是被輸入到變換器24的高電壓被分析。這是可行的，因為如圖2中的曲線 34中所示，在輸出電壓與輸入電壓之間存在已知的關系。利用來自圖1和圖2的示例，BCM 20可在輸入到變換器24的高電壓等于或低于210V時執行第一負載分離策略。如果已知 在高電壓電池上流過的電流小于195A(例如，145A或165A)，則在執行第一負載分離策略之 前，BCM可等待直到高電壓輸入等于或低于200V。在這種方式下，在需要來自低電壓電池的 幫助和對于車輛擁有者來說明顯的附件的不期望的減少之前，本發明的實施例可在分離低 電壓負載27中尤其具有前瞻性。
本發明的實施例還可包括一些特征，以進一步改進負載分離策略。例如，諸如圖1 中示出的電池14的高電壓電源可經受使得其暫時不能向所有的低電壓負載27提供滿電力 的電力的短暫減小。如果由BCM 20快速實施負載分離策略，則如果高電壓電池非常快地返回到電力的更高電平，低電壓負載27會被不必要地分離。如上面所提到的，第一負載分離 策略關注那些通常沒有被車輛擁有者所注意到的負載，因此該短暫的響應沒有降低該策略 的效力。然而，如果期望減小高電壓電源的短暫電力波動的影響，則還可以執行延遲負載分 離策略的啟動的步驟，直到控制系統接收表明高電壓電池中的電力低的信號達到某一預定 時段。在這樣的情況下，預定時段將相對地短，以確保控制策略仍具有前瞻性且低電壓負載 27不會變成吸收來自低電壓電源的電力的負擔。
如上面關于圖1所討論的，低電壓電源(諸如低電壓電池28)可與控制系統(例 如，BCM 20)通信。在這樣的情況下，BCM 20可通過測量低電壓電池28的一個或多個參數 來監控低電壓負載活動。因此，可通過BCM 20從變換器24接收的信號來指示負載分離策 略，但是不執行負載分離策略，除非存在表明正經受第一負載分離策略的低電壓負載27。在 一些情況下，可能不會存在任何可以停止或減小的低電壓負載27，在其他情況下，可存在可 用的低電壓負載，但是這些沒有包括在第一負載分離策略中。例如，如果空調系統是活動的 且高電壓電池14不能向空調系統提供滿電力，考慮到小于滿電力的電力對于一個或多個 組件(諸如壓縮機)可能是有害的，則可需要執行第二負載分離策略。這是因為空調系統 可能不是第一負載分離策略的一部分，因為停止該負載對于車輛擁有者來說很可能是明顯 的。在這種情況下，可以執行第二負載分離策略，藉此，BCM 20首先向車輛操作者提供這樣 的指示，所述指示表明有必要停止一些車輛負載。然后，BCM 20可停止對空調系統的供電， 車輛操作者將預料到這件事，且不會認為它是一個系統故障。可在沒有負載經受第一負載 分離策略的情況下執行第二負載分離策略，或者可在所有的負載已經根據第一負載分離策 略停止或減小、但高電壓電池仍不能將滿電力提供到其余的低電壓負載27之后，可實施第 二負載分離策略。
雖然上面描述了示例性實施例，但是這些實施例意圖描述本發明的所有可能的形 式。相反，說明書中使用的詞語是描述性的詞語，而非限制性的詞語，應當理解，在不脫離本 發明的精神和范圍的情況下，可以做出各種改變。另外，可以組合各種實施例的特征，以形 成本發明的另外的實施例。
權利要求
1.一種用于管理車輛中的電カ負載的系統，包括 第一電源； 電學變換器，電學變換器能被操作為從第一電源接收第一電カ并向至少ー個第二負載提供第二電力，其中第二電カ的電壓比第一電カ的電壓低； 控制器，被配置為在從電學變換器接收到的信號表明第一電源不能向全部所述至少一個第二負載提供滿電カ時切斷對所述至少ー個第二負載中的至少ー個的供電。
2.根據權利要求1所述的系統，其中， 控制器被配置為切斷對所述至少ー個第二負載中的所述至少ー個的供電，以使第一電源能夠向所述至少ー個第二負載中的其余負載提供滿電力。
3.根據權利要求1所述的系統，還包括 第二電源，第二電源能夠向所述至少ー個第二負載提供電カ且第二電源的電壓比第一電源的電壓低，其中，控制器在第二電源將電カ輸出到所述至少ー個第二負載之前切斷對所述至少ー個第二負載中的至少ー個的供電。
4.根據權利要求1所述的系統，其中， 控制器還被配置為在所述至少ー個第二負載中的所述至少一個的電力被切斷之后，當從電學變換器接收到的信號表明來自電學變換器的輸出能夠向所述至少ー個第二負載提供滿電カ時，允許向所述至少ー個第二負載中的所述至少ー個供電。
5.根據權利要求1所述的系統,其中， 控制器還被配置為延遲切斷對所述至少ー個第二負載中的所述至少一個的供電的步驟，直到從電學變換器接收的表明第一電源不能向全部所述至少ー個第二負載提供滿電カ的所述信號已經被接收達到預定時間。
6.根據權利要求1所述的系統，其中， 在電學變換器輸入與電學變換器輸出之間存在已知的關系，由控制器從電學變換器接收的與電學變換器輸出相關的信號是指示來自第一電源的電學變換器輸入的信號。
7.根據權利要求1所述的系統,其中， 控制器還被配置為在已經切斷對所述至少ー個第二負載的所述至少ー個的供電且第一電源不能向所述至少ー個第二負載的其余負載提供滿電カ之后，向車輛操作者提供指示
8.一種用于管理車輛中的電カ負載的方法，所述車輛具有第一電源，能夠向至少ー個第一負載和多個第二負載提供電カ；電學變換器，電學變換器能被操作為從第一電源接收第一電カ的輸入并向所述多個第二負載提供第二電カ的輸出；控制系統，包括至少ー個控制器，控制系統被配置為接收來自電學變換器的輸入并控制所述多個第二負載，所述方法包括 監控電學變換器的活動； 在電學變換器的活動表明第一電源不能向所述多個第二負載提供滿電カ時切斷對所述多個第二負載中的至少ー個的供電。
9.根據權利要求8所述的方法,其中，電學變換器輸出與電學變換器輸入有關，監控電學變換器的活動的步驟包括監控向電學變換器的輸入，以確定來自電學變換器的輸出在什么時候對于第一電源向所述多個第二負載提供滿電カ來說不夠。
10.根據權利要求9所述的方法，還包括 在所述多個第二負載中的所述至少ー個的電カ被切斷之后，當從第一電源到電學變換器的輸入增加從而來自電學變換器的輸出大到足夠向所述多個第二負載提供滿電カ吋，向所述多個第二負載中的所述至少ー個提供電力。
全文摘要
一種用于管理車輛中的電力負載的系統和方法，包括能夠向至少一個高電壓負載提供電力的高電壓電源。電學變換器可被操作為從高電壓電源接收高電壓電力的輸入，并向一個或多個低電壓負載提供低電壓電力的輸出。控制系統與所述變換器通信，控制系統被配置為從所述變換器接收與所述變換器輸出相關的信號，并在從所述變換器接收到的信號表明高電壓電源不能向所述低電壓負載提供滿電力時切斷對所述低電壓負載中的至少一個的供電。
文檔編號G05B19/418GK103034181SQ20121036125
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月25日 優先權日2011年9月29日
發明者戴比·凱利扣特, M·R·德島納, 馬克·J·弗爾勒 申請人:福特全球技術公司