具体实施方式

本公开详述了一种给电动化车辆的牵引电池充电的方法以及相关联的充电系统。所述方法将牵引电池分隔成可单独充电的分区。可评估分区的特性以对分区的充电进行优先级排序。这可减少将牵引电池充电到期望的荷电状态(SOC)所花费的时间。

图1示意性地示出电动化车辆的动力传动系统10的所选择部分。尽管被描绘为混合动力电动化车辆(HEV)，但是应当理解，本文描述的概念不限于HEV并且可延伸到其他电动化车辆，包括但不限于插电式混合动力电动化车辆(PHEV)、燃料电池车辆(FCV)和电池电动化车辆(BEV)。

在一个实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的功率分流动力传动系统。第一驱动系统包括发动机12和发电机14(即，第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达16(即，第二电机)、发电机14和至少一个牵引电池18。在此示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统生成扭矩来驱动电动化车辆的一组或多组车辆驱动轮20。

在此示例中为内燃发动机的发动机12和发电机14可通过动力传递单元22连接。在一个非限制性实施例中，动力传递单元22是行星齿轮组，其包括环形齿轮24、中心齿轮26和齿轮架总成28。当然，包括其他齿轮组和变速器的其他类型的动力传递单元可用于将发动机12连接到发电机14。

发电机14可由发动机12通过动力传递单元22驱动，以将动能转化成电能。发电机14可替代地用作马达以将电能转化成动能，从而向连接到动力传递单元22的轴30输出扭矩。因为发电机14可操作地连接到发动机12，所以发动机12的速度可由发电机14控制。

动力传递单元22的环形齿轮24可连接到轴32，所述轴32通过第二动力传递单元34连接到车辆驱动轮20。第二动力传递单元34可包括具有多个齿轮36的齿轮组。其他动力传递单元也可以是合适的。齿轮36将扭矩从发动机12传递至差速器38，以最终向车辆驱动轮20提供牵引力。差速器38可包括多个齿轮，所述多个齿轮能够将扭矩传递到车辆驱动轮20。在此示例中，第二动力传递单元34通过差速器38机械地耦接到车桥40，以将扭矩分配到车辆驱动轮20。

马达16(即，第二电机)也可用于通过向也连接到第二动力传递单元34的轴42输出扭矩来驱动车辆驱动轮20。在一个实施例中，马达16和发电机14作为再生制动系统的一部分协作，其中马达16和发电机14两者都可用作马达以输出扭矩。例如，马达16和发电机14可各自向牵引电池18输出电功率。

牵引电池18具有能够输出电功率以操作马达16和发电机14的高压电池的形式。牵引电池18是牵引电池，因为牵引电池18可提供动力来驱动车辆驱动轮20。在示例性实施例中，牵引电池18包括在电池组内的多个电池阵列44。电池阵列44中的每一个包括多个单独的电池单元，例如从八个到十二个电池单元。

现在参考图2，牵引电池18设置在示意性地表示的电动化车辆60内。在示例性实施例中，牵引电池18包括第一电池阵列44a和第二电池阵列44b。在其他示例中，牵引电池18可包括其他数量的电池阵列。

车辆60包括第一充电端口64和第二充电端口68。第一充电端口64可以是例如DC充电端口。第二充电端口68可以是例如AC充电端口。为了清楚起见，第一充电端口64被示为是与第二充电端口68分开的端口。然而，这不是必需的。第一充电端口64和第二充电端口68可以是同一充电端口的不同区域。另外，尽管示出AC充电端口和DC充电端口，但这不是必需的。端口64和68可以是两个或更多个电荷输入端的任何组合。例如，可以是两个1级AC、1个1级AC和1个2级AC、两个2级AC、1个1级AC和1个CCS(DC快速充电)。

当期望给牵引电池18充电时，诸如充电器72的电动化车辆供电设备(EVSE)可电连接到第一充电端口64，以将电力的DC电源80电耦接到电动化车辆60。当期望给牵引电池18充电时，充电器76可代替或另外地电连接到第二充电端口68，以将电力的AC电源84电耦接到电动化车辆60。DC电源80可以是240伏特的2级充电站。AC电源84可以是120伏特的1级类型充电站。众所周知，利用DC电源80进行充电比利用AC电源84进行充电快。在一些示例中，DC电源80被认为是快速充电。

电动化车辆60包括具有充电控制模块88的充电系统，所述充电控制模块88可根据需要将第一阵列44a与第二阵列44b电解耦。可通过将第一阵列44a与第二阵列44b电解耦的充电控制模块88来转换电分配器(诸如一个或多个开关92)。将第一阵列44a与第二阵列44b电解耦将牵引电池18分隔成多个分区P1和P2。在此示例中，因为作为第一阵列44a的分区P1与作为第二阵列44b的分区P2电解耦，所以分区P1可被认为可与第二分区P2分开地进行充电_。在给分区P1和分区P2充电之后，开关92可转换回到将分区P1和分区P2电耦接在一起的状态。

在其他示例中，牵引电池18可以其他方式被分隔成可单独充电的分区。而且，牵引电池18可被分隔成两个以上的分区。

在示例性实施例中，充电器72和76电连接到相应的第一充电端口64和第二充电端口68以给牵引电池18充电。另外，充电控制模块88将开关92转换到将牵引电池18分隔成分区P1和分区P2的状态。

充电控制模块88可将来自DC电源80或AC电源84的电荷引导到分区P1。另外，充电控制模块88可将来自DC电源80或AC电源84的电荷引导到分区P2。充电控制模块88可包括接触器和隔离器，所述接触器和隔离器被利用来将来自DC电源80和AC电源84的电荷重新引导到分区P1或分区P2。受益于本公开的本领域技术人员可理解如何使用例如接触器和隔离器将电荷从电源重新引导到期望位置。

在进行分隔之后，充电控制模块88评估分区P1和P2的特性。特性可包括例如电压不平衡、SOC、温度和服务时间。

在示例性实施例中，所述评估包括将分区P1的电压不平衡与分区P2的电压不平衡进行比较。电压不平衡通常是指分区P1和P2内的各个电池单元的电压变化。在此示例中，分区P1具有第一电压不平衡，并且分区P2具有大于第一电压不平衡的第二电压不平衡。换句话说，与分区P1相比，分区P2在其各个电池单元之间具有更大的电压变化。

众所周知，电压不平衡可随着时间的推移而稳定(即，减小)。另外，电压不平衡可能致使SOC读数变化。例如，具有高电压不平衡的电池阵列可反映100％的SOC。然而，在经过一段时间并且电压不平衡已稳定之后，SOC可能改变为95％。如已知的，较低的电压不平衡可导致更准确的SOC读数。

在示例性实施例中，充电控制模块88响应于评估而将来自DC电源80的电力引导到分区P2，并且利用来自AC电源84的电力给分区P1充电。与分区P1相比较，将电荷从DC电源80引导到具有较低电压不平衡的分区P2，将对分区P2更快地充电。这给分区P1内的电压不平衡提供了另外的稳定时间。

充电控制模块88可包括微控制器单元(MCU)。充电控制模块88可包括单个控制器模块或多个不同控制器模块的所选择部分。结合以上实施例使用的充电控制模块88可以是例如电池充电控制模块(BCCM)、电池能量控制模块(BECM)或两者。

充电控制模块88除其他项外可包括处理器和存储器部分。处理器可被编程为执行存储在存储器部分中的程序。处理器可以是定制的或商购可获得的处理器、中央处理单元(CPU)、与充电控制模块88相关联的若干处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(呈微型芯片或芯片组的形式)，或者通常是用于执行软件指令的任何装置。

存储器部分可包括易失性存储器元件中的任一个或其组合。程序可作为软件代码存储在存储器部分中，并且用于发起例如开关92的转换，以使分区P1和P2电耦接和电解耦。程序可包括一个或多个另外的或单独的程序，所述程序中的每一个包括用于实现与分区P1和P2的充电和监测相关联的逻辑功能的可执行指令的有序列表。程序可从传感器或其他测量装置接收关于分区P1和P2的数据。可使用在充电控制模块88上执行的程序来分析所述数据，以评定电压不平衡、温度、SOC、服务时间和分区P1和P2的其他特性。

参考图3，由结合图2的实施例的充电系统利用的示例性方法100开始于步骤104，在步骤104中，将牵引电池18进行分隔以提供各自可单独充电的多个分区P1和P2。接下来，在步骤108处，方法100评估分区P1和P2的至少一个特性。然后，在步骤112处，方法100对分区P1和P2的充电进行优先级排序。

在示例性实施例中，基于分区P1和P2的电压不平衡来对分区P1和P2的充电进行优先级排序。具有较大电压不平衡的分区P1或P2使用比此处的AC电源84更慢的电源进行充电。

当评定如何对分区P1和P2的充电进行优先级排序时，充电控制模块可利用的其他示例性特性可包括分区P1和P2中的每一者的SOC。在这种示例中，具有较低SOC的分区P1或P2可利用DC电源80进行充电，所述DC电源80比AC电源84充电快。另一个分区可利用较慢的AC电源84来充电。评定分区P1和P2中的每一者的SOC可包括针对相应的分区P1或P2的开路电压测试。

充电控制模块88在评估期间可利用的又另一特性可包括分区P1和P2的温度。充电可使分区P1和P2的温度升高。与来自AC电源84的电荷相比，来自DC电源80的电荷可使分区P1和P2的温度更快地升高。基于评估，优先级排序可致使具有较高温度的分区P1或P2利用AC电源84进行充电。这可帮助避免因为分区P1或P2中的一者的温度已经超过阈值温度水平而停止充电。

在图2和图3的示例中，可利用两个电源80和84来同时给牵引电池18充电。在图4的示例性实施例中，利用单个电源96来给牵引电池18充电。充电控制模块88基于分区P1和P2的特性对从电源96给第一分区P1和第二分区P2进行的充电进行优先级排序。

参考图5，由结合图4的实施例的充电系统利用的示例性方法200开始于步骤204，在步骤204中，将牵引电池18进行分隔以提供各自可单独充电的多个分区P1和P2。接下来，在步骤208处，方法200评估分区P1和P2的至少一个特性。然后，在步骤212a–212k处，方法200对分区P1和P2的充电进行优先级排序。

在示例性实施例中，基于分区P1和P2的电压不平衡来对分区P1和P2的充电进行优先级排序。在步骤221a处，方法200评定分区P1的电压不平衡是否大于分区P2的电压不平衡。如果是，则方法200移动到步骤212b。如果否，则方法移动到步骤212c。

在步骤212b处，方法200给分区P2充电。然后，方法200移动到步骤212d，在步骤212d中，继续充电，直到分区P2的SOC被评定为100％SOC。

如果在步骤212d中SOC被评定为100％，则方法200移动到步骤212e。如果否，则继续给分区P2充电。当分区P2正在充电时，分区P1中的电压不平衡稳定。

在步骤212e处，方法200切换到给分区P1充电。当分区P1正在充电时，方法200可执行分区P2的开路电压评估以监测分区P2的SOC。这有效地重置了分区P2的SOC评定。随着时间的推移，分区P2的SOC可能由于电压不平衡稳定而改变。在一些示例中，由于当分区P1充电时电压不平衡稳定，因此SOC的读数可从100％SOC降低到95％。

方法200从步骤212e移动到步骤212f，在步骤212f中，继续给分区P1充电直到分区P1的SOC为100％。如果在步骤212f处，SOC被评定为100％，则方法200移动到步骤212g。如果否，则继续给分区P1充电。

在步骤212g处，如果需要，方法200转换回到给分区P2充电。此处如果需要，方法200将分区P2充满，直到SOC为100％。如果在给分区P1充电时，分区P2中的电压不平衡已经稳定并且致使分区P2的SOC下降，则可能需要再次给分区P2充电以将分区P2“充满”。

当方法200将分区P2的充电充满时，方法200可执行对分区P1的开路电压评估以监测分区P1的SOC。当分区P2被充满时，分区P1的SOC可能由于电压不平衡稳定而改变。

在给分区P2的充电充满之后，如果需要，方法200将分区P1的充电充满。

在步骤212c处，方法200给分区P1充电。然后，方法200移动到步骤212h，在步骤212h中，继续充电，直到分区P1的SOC为100％。当分区P1正在充电时，分区P2中的电压不平衡稳定。如果在步骤212h处，SOC为100％，则方法200移动到步骤212i。如果否，则继续给分区P2充电。

在步骤212i处，方法200给分区P2充电。然后，方法200移动到步骤212j，在步骤212j中，继续充电，直到分区P2的SOC为100％。如果在步骤212j处，SOC为100％，则方法200移动到步骤212k。如果否，则继续给分区P1充电。

在步骤212k处，方法200重新评定分区P1的SOC，并且如果需要，将分区P1充满，使得重新评定的SOC为100％。如果在给分区P2充电时，分区P1中的电压不平衡已稳定并使分区P1的SOC降低，则可能需要再次给分区P1充电以将分区P1“充满”。在将分区P1的充电充满之后，如果需要，方法200类似地将分区P2中的充电充满。

方法200结合电压不平衡进行描述。方法200可代替或另外基于其他特性来进行优先级排序。例如，可首先从电源给具有较低温度的分区P1或P2充电，从而给予具有较高温度的分区P1或P2一些时间来冷却。然后可根据需要使分区P1和P2的SOC是充满的。

在示例性方法200中，电源96是用于给分区P1和P2充电的唯一电源。如果另一电源(诸如可通过充电端口68给分区P1或P2充电的电源)可用，则可修改方法200。在这种示例中，充电控制器88可在电源之间交替，使得较慢的电源对具有较大电压不平衡、较高温度等的分区P1或P2充电。

所公开的实施例的特征包括一种给电动化车辆的牵引电池充电的方法和系统，所述方法和系统可减少牵引电池的充电时间并促进更完全充电。在一些示例中，这可增加电动化车辆的续驶里程并提高用户满意度。

尽管在本公开的附图中示出特定的部件关系，但图示并不意图限制本公开。换句话说，所示的各种部件的放置和取向可在本公开的范围内变化。此外，随附于本公开的各种附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的某些细节。

前文描述在本质上是示例性的而非限制性的。对所公开的示例作出的变化和修改对于本领域技术人员而言可能变得显而易见，所述变化和修改不一定脱离本公开的本质。因此，赋予本公开的法律保护范围只能通过研究所附权利要求来确定。