CN105826621A - 使用均方根电流的电池控制的***和方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的示例性方面的一种方法，除了别的以外包括，监测一时间窗口内部件的均方根(RMS)电流，和调整针对电池的电流流动以使RMS电流的斜率随RMS电流接近该时间窗口内RMS电流极限而逐渐地接近零。

Description

使用均方根电流的电池控制的***和方法

背景技术

电动车辆——比如混合动力电动车辆(HEV)——使用电机代替内燃发动机，或除了内燃发动机之外使用电机。电动车辆通常装备有包含存储为电机供电的电力的多个电池单元的电池组。在发动机的操作过程中，电池单元产生热量。因此，一些电池组包括使用流体——比如液体或空气——来冷却单元的热管理***。电池组还包括产生热量的其它部件，比如线束、连接器和缆线(作为示例)。然而，这些部件通常不被冷却。

发明内容

根据本发明的示例性方面的一种方法，除了别的以外包括，监测一时间窗口内部件的均方根(RMS)电流，和调整针对电池的电流流动以使RMS电流的斜率随RMS电流接近该时间窗口内RMS电流极限而逐渐地接近零。

在前述方法的又一实施例中，控制相对于电池流动的电流的量，使得通过已确定的衰减线来限制与RMS电流相关的RMS电流的斜率。

在前述方法的又一实施例中，衰减线最初具有渐增地负斜率。

在前述方法的又一实施例中，在RMS电流达到RMS电流极限之前，衰减线具有拐点。

在前述方法的又一实施例中，衰减线的斜率随衰减线收敛于在RMS电流极限处具有零平均RMS电流斜率值的点而逐渐地接近零。

在前述方法的又一实施例中，时间窗口内RMS电流极限是已确定的值。

在前述方法的又一实施例中，方法进一步包括监测多个时间窗口内部件的RMS电流，多个时间窗口中的每个具有RMS电流极限。

在前述方法的又一实施例中，多个时间窗口包括五个时间窗口。

在前述方法的又一实施例中，五个时间窗口是300、600、1200、1800、和3600秒。

在前述方法的又一实施例中，方法包括使用RMS电流估算部件的温度。

在前述方法的又一实施例中，RMS电流极限对应于部件的不能接受地高的操作温度。

在前述方法的又一实施例中，RMS电流极限根据环境温度来调整。

在前述方法的又一实施例中，其中监测RMS电流的步骤包括对计算出的RMS电流应用滤波器以使计算出的RMS电流平滑。

根据本发明的另一个示例性方面的一种方法，除了别的以外包括，监测多个时间窗口内部件的均方根(RMS)电流。每个时间窗口具有RMS电流极限。进一步地，方法包括当任意一个时间窗口内RMS电流接近各自的RMS电流极限时调整针对电池的电流流动。

在前述方法的又一实施例中，多个时间窗口包括至少五个时间窗口。

在前述方法的又一实施例中，调整针对电池的电流流动以使特定时间窗口内RMS电流的斜率随RMS电流接近RMS电流极限中的各自的一个而逐渐地接近零。

根据本发明的示例性方面的一种***，除了别的以外包括，电池、与电池相关联的部件、和控制***。控制***配置为监测一时间窗口内部件的均方根(RMS)电流。控制***进一步配置为调整针对电池的电流流动以使RMS电流的斜率随RMS电流接近该时间窗口内RMS电流极限而逐渐地接近零。

在前述***的又一实施例中，控制针对电池的电流流动量以使RMS电流的斜率相对于RMS电流的当前值通过已确定的衰减线来限制。

在前述***的又一实施例中，衰减线的斜率随衰减线收敛于在RMS电流极限处具有零平均RMS电流斜率值的点而逐渐地接近零。

在前述***的又一实施例中，控制***监测多个时间窗口内部件的RMS电流，多个时间窗口中的每个具有已确定的RMS电流极限。

前述段落、权利要求、或下面的附图和说明书中的实施例、示例和替代物，包括任何它们的各种方面或各自单独的特征，可以独立地或以任何组合使用。与一个实施例结合描述的特征适用于所有实施例，除非这些特征是不相容的。

附图说明

附图可以简要描述如下：

图1示意性地说明了车辆的动力传动***；

图2说明了根据本发明的示例方法；

图3以图形方式表示了使用300秒时间窗口的部件的RMS电流对时间的图；

图4以图形方式表示了与图3中相同的部件和时间窗口的平均RMS斜率对RMS值的图；

图5是图4的圆圈区域的近视图；

图6是使用300、600、1200、1800和3600秒的五个单独的时间窗口的部件的RMS电流对时间的图；

图7以图形方式表示了图6的300、600、1200、1800和3600秒时间窗口内平均RMS斜率对RMS值的图。

具体实施方式

本发明涉及一种使用一个或多个电气部件的RMS(均方根)电流的电池控制的***和方法。示例部件例如包括线束、连接器和高压缆线。这些部件的RMS电流被使用(在一些示例中连同环境、外部车辆温度)来估算部件的温度。随RMS电流接近特定极限，从电池吸取或输入电池的电力或电流被减少以维持或降低部件的温度。

图1示意性地示出了车辆12——其在本示例中是电动车辆——的动力传动***。尽管描述为混合动力电动车辆(HEV)的动力传动***，但应当理解的是，本文描述的概念不局限于混合动力电动车辆，且可以扩展到其它车辆，包括但不限制于，插电式混合动力电动车辆(PHEV)、纯电动车辆(BEV)、和模块化混合动力变速器车辆。此外，本发明扩展到其它类型的电池总成并且不限制于与车辆相关联的那些。

在一个实施例中，动力传动***10是采用第一驱动***和第二驱动***的功率分流动力传动***。第一驱动***包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动***至少包括马达22(即，第二电机)、发电机18、和电池24。在本实施例中，第二驱动***被认为是动力传动***10的电力驱动***。第一和第二驱动***产生扭矩来驱动一组或多组车辆12的车辆驱动轮28。

发动机14——其在本示例中是内燃发动机(ICE)——从燃料箱16接收燃料，比如汽油。根据车辆的类型，可以使用除了汽油以外的燃料。发动机14和发电机18可以通过动力传输单元30——其在本示例中是混合动力变速器齿轮***，比如行星齿轮组——连接。当然，其他类型的动力传输单元——包括其他齿轮组和变速器——也可以用来将发动机14连接到发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传输单元30是包括环形齿轮、中心齿轮、和托架总成的行星齿轮组。

发电机18可以通过动力传输单元30被发动机14驱动来将动能转换成电能。发电机18可以选择地作为马达运行来将电能转换成动能，从而输出扭矩到连接到动力传输单元30的轴38。因为发电机18可操作地连接到发动机14，所以发动机14的速度可以通过发电机18控制。

动力传输单元30可以连接到轴40上，轴40通过第二动力传输单元44——其在本示例中是驱动齿轮***——连接到车辆驱动轮28。第二动力传输单元44可以包括具有多个齿轮的齿轮组。其它动力传输单元也可以是合适的。第二动力传输单元44将扭矩从发动机14传递到差速器48来最终提供牵引力给车辆驱动轮28。差速器48可以包括使扭矩能够传递到车辆驱动轮28的多个齿轮。在本实施例中，第二动力传输单元44通过差速器48机械地连接到车桥50以将扭矩分配到车辆驱动轮28。

马达22(即，第二电机)也可以通过输出扭矩到也连接到第二动力传输单元44的轴52用来驱动车辆驱动轮28。在一个实施例中，马达22和发电机18合作作为再生制动***的一部分，其中马达22和发电机18可以用作马达来输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自输出电力到电池24。

电池24是一个示例性类型的电动车辆电池总成并且可以采用能够输出电力来操作马达22和发电机18的高电压电池的形式。电池24可以包括根据应用并联或串联连接的一个或多个电池模块。电池24可以进一步包括多个部件C，例如线束、电连接器、和高压缆线。其它类型的能量存储装置和/或输出装置也可以用来在车辆12内供应电力。

动力传动***10可以额外地包括用于监测和/或控制车辆12的各个方面的控制***58(或，“控制器”)。例如，控制***58可以与电池24通信，并且可操作为调整针对电池24流动的电流量。换句话说，控制***58可以可操作为控制马达22从电池24吸取和输入电池24的电力和/或电流。此外，控制***58可操作为同时监测多个时间窗口内相对于RMS极限的RMS电流，如将在下面更详细的解释。

控制***58包括电子器件、软件、或两者，以执行操作车辆12的必要的控制功能。在一个非限制性实施例中，控制***58是组合式车辆***控制器和动力传动***控制模块(VSC/PCM)。尽管它被示为单一的硬件装置，但是控制***58可以包括以多个硬件装置的形式，或在一个或多个硬件装置内的多个软件控制器的形式的多个控制器。控制器局域网(CAN)62允许控制***58与车辆12的各种部件通信。

图2说明了根据本发明的示例方法64。在方法64中，在66，监测一个或多个时间窗口内电池24的部件C的RMS电流。本发明可以在多个时间窗口内一次监测多个部件C。如上所述，被监测的部件C可以包括例如线束、电连接器、和高压缆线。本发明扩展到在电池24的操作过程中通过电流流动产生热量的其它类型的部件。

RMS电流是表示已经在过去的时间窗口内从当前时间流过部件的电流的值。部件的RMS电流可以由控制***58计算如下：

$I_{RMS}=\sqrt{{\left(I^2\right)}_{avg}}$

在上述等式中的“avg”下标表示在特定时间窗口内随时间变化的电流的平方的平均值。在本发明中，一个示例时间窗口是300秒。因此，在特定时间点使用300秒的时间窗口计算出的部件的RMS电流是表示在先前的300秒中流过部件的电流的值。

图3以图形方式说明了RMS电流对时间的图。纵轴是RMS电流，以安培为单位，且横轴是时间，单位为秒。线68是使用300秒时间窗口计算的特定部件的RMS电流对时间的图。

如上所述，本发明使用RMS电流作为用于估算部件的温度的基础。在特定的时间窗口内，每个部件具有已知的RMS极限，其可以取决于或可以不取决于环境温度(例如，对于较高的环境温度，部件散热更困难，所以给定的RMS电流可以导致较高的部件温度)。在方法64中，在67，随部件的RMS电流接近RMS极限，控制***58开始调整以在69从电池24吸取电力或电流或将电力或电流输入电池24。

在本示例中，在300秒时间窗口内，与图3相同的部件具有约130安培的RMS极限。在70，图4中说明了RMS极限。在该RMS极限70之上，部件的温度可以超过部件的最大操作温度。在这个温度之上，部件可能发生故障或以不合格的水平操作。

图4是平均RMS斜率(例如，变化率)对RMS值的图形。可选择地，“平均RMS斜率”也可以被称作“平滑的”RMS斜率。在一些示例中使用平均斜率因为原始RMS值太不稳定而不能评估。可以使用平均或另一个滤波过程使RMS值是“平滑的”。例如，滤波器可以是应用到计算出的RMS电流信号以过滤掉信号的斜率的迅速变化的基于软件的滤波器，这允许RMS电流的斜率的更好的评估。在本申请中术语“平均”的使用包含其它类型的滤波过程。

线A是线68的平滑斜率相对于RMS值的图。控制***58将线A与已经为图3中线68的相同的部件和时间窗口确定的阈值线72进行比较。当部件的RMS电流表明可能存在温度问题时，阈值线72用来控制从电池24吸取或输入电池24的电力或电流的水平。

在图4中，在阈值线72之上的区域表示操作的不可接受范围(例如，当在阈值线72之上操作时，部件的温度可以在最大额定操作温度之上)。

阈值线72包括从零RMS电流到衰减阈值76的恒定段74。在零RMS电流和衰减阈值76之间，在本示例中恒定段在约0.8A/s。超过衰减阈值76，阈值线72开始遵循衰减线78。

在本示例中，衰减线78随RMS电流值接近RMS极限70而平滑地和逐渐地接近零平均RMS斜率。在本示例中，衰减线具有第一部分80，该第一部分80具有类似于二次多项式(例如，–x²)的斜率的渐增地负斜率。然而，在达到零平均RMS斜率之前的点，衰减线78包括拐点82，以使衰减线78的斜率随衰减线78收敛于在RMS极限70处具有零平均RMS斜率值的点84而接近零。连同拐点82，衰减线78有点类似三次多项式(例如，–x³)。通常，衰减线78可以类似“平滑紧凑的”衰减函数(例如，其中k是常数，L是RMS电流极限(例如，图4中附图标记70)，并且x是衰减线开始的RMS电流(例如，图4中附图标记76))。

通过限定衰减线78，以使它随衰减线78收敛于点84而平滑地且逐渐地接近于零斜率，可以避免不期望的车辆行为，比如影响噪声和振动的发动机操作的迅速变化。本质上，衰减线78允许远离满电池容量平滑过渡而没有将对驾驶员或乘客值得注意的任何明显的干扰。

如所提到的，图4包括线A，其表示RMS斜率对图3中线68的RMS值的图。在这种情况下，线A不接近阈值线72。然而，如果接近，则针对电池24的电流流动(例如，从电池24吸取或输入电池24的电力或电流)将通过控制***58降低，这相应地将降低部件的RMS电流，并最终降低部件的温度。

尽管图3和4说明了使用300秒时间窗口计算出的特定部件的RMS电流，但是可以使用额外的窗口，并且实际上，可以对提供流过特定部件的电流更完整的描述有用。此外，300秒窗口仅仅考虑来自特定时间点的先前的300秒。这种相对短的窗口提供在短期内流过部件的电流的准确描述。然而，在长期内监测流过部件的电流也可以是有益的。因此，在本发明的一个示例中，平行考虑多个时间窗口。

在一个示例中，对于给定的部件，平行监测与五个单独的窗口相关的RMS电流。如图6中所示，线68是与图3相同的线68，其表示使用300秒时间窗口的特定部件的RMS电流对时间的图。线90、92、94、和96是使用600、1200、1800、和3600秒窗口计算出的相同的部件的RMS电流对时间的图。尽管五个窗口在此具体地讨论，但是本发明扩展到不同数量的时间窗口。此外，尽管300、600、1200、1800、和3600秒窗口在此被监测，但是本发明扩展到其它持续时间窗口。

如图7中所示，存在分别与这些600、1200、1800、和3600秒窗口相关的已确定的RMS极限98、100、102、104。相对于300秒窗口的RMS极限70，与较长窗口相关的极限98、100、102、104相继地变小。这是由于部件在短时间内处理相对大的电流的能力，而当在长时间内经历时被相对较低的电流激烈地影响。

每个窗口进一步分别与600、1200、1800、3600秒窗口的阈值线106、108、110、和112相关。这些阈值线106、108、110、112与相对于图4所讨论的阈值线72在外形上是相同的，尽管它们本质上按比例缩小。例如，阈值线106、108、110、112的恒定段相继地变小(例如，降低平均RMS斜率的值)，且每个比恒定段74更小。每个阈值线106、108、110、112包括衰减线，该衰减线随各自的阈值线收敛于在各自RMS极限处具有零平均RMS斜率值的点而平滑地且逐渐地接近零斜率(以针对衰减线78如上所述的相同的方式)。

然而图4中的线A不接近阈值线72，图7说明了使用3600秒时间窗口计算出的线B。如图7中所示，在点114，线B已接近阈值线112的衰减线116部分。因此，在67，控制***58调整从电池24吸取，或输入电池24的电力或电流，以确保与部件相关的RMS电流不超出阈值线112。此外，在本示例中，在点118，控制***58已指示马达22不再完全地从电池24吸取任何电力，或发送任何电力给电池24。这样做可以避免超过与3600秒窗口相关的RMS极限104。

当做出这样的调整时，与其它时间窗口(例如，300、600、1200、和1800秒)相关的RMS电流可以不表明任何温度问题。因此，在本示例中，问题只能够通过平行考虑多个时间窗口来识别。

本发明提供了相对容易地实现——并且实际上可以使用现有部件来实现——的***。特别地，本发明也是有利的，因为被监测的部件的温度使用温度传感器不容易检测。此外，本发明避免了可能由突然电池断电或在电池容量迅速减少导致的不良车辆行为。相反地，平滑的、逐渐的衰减线允许大体上不间断的驾驶，同时保护车辆的电气部件。

尽管不同的示例具有图中所示的特定部件，但是本发明的实施例并不限于那些特定的组合。使用与来自示例的另一个的特征或部件结合的来自示例的一个的一些部件或特征是可能的。例如，尽管本发明已特别地引用车辆的电池24作为一个特定应用，但是本发明可以在其它电气***，比如空调***中使用。本发明不限制于电池24和它的部件。

本领域的普通技术人员将理解上述实施例是示例性的和非限制性的。也就是说，本发明的修改将落入权利要求的范围之内。因此，应该研究下面的权利要求来确定它们的真实范围和内容。

Claims (13)

1.一种方法，包含：

监测一时间窗口内部件的均方根(RMS)电流；以及

调整针对电池的电流流动以使所述RMS电流的斜率随所述RMS电流接近所述时间窗口内RMS电流极限而逐渐地接近零。

2.如权利要求1中所述的方法，其中控制相对于所述电池流动的电流的量，使得通过已确定的衰减线来限制与所述RMS电流相关的所述RMS电流的所述斜率。

3.如权利要求2中所述的方法，其中所述衰减线最初具有渐增地负斜率。

4.如权利要求3中所述的方法，其中在所述RMS电流达到所述RMS电流极限之前，所述衰减线具有拐点。

5.如权利要求4中所述的方法，其中所述衰减线的所述斜率随所述衰减线收敛于在所述RMS电流极限处具有零平均RMS电流斜率值的点而逐渐地接近零。

6.如权利要求1中所述的方法，其中所述时间窗口内所述RMS电流极限是已确定的值。

7.如权利要求1中所述的方法，进一步包含：

监测多个时间窗口内所述部件的RMS电流，所述多个时间窗口中的每个具有RMS电流极限。

8.如权利要求7中所述的方法，其中所述多个时间窗口包括五个时间窗口。

9.如权利要求8中所述的方法，其中所述五个时间窗口是300、600、1200、1800、和3600秒。

10.如权利要求1中所述的方法，进一步包含：

使用所述RMS电流估算所述部件的所述温度。

11.如权利要求10中所述的方法，其中所述RMS电流极限对应于所述部件的不可接受地高的操作温度。

12.如权利要求11中所述的方法，其中所述RMS电流极限根据环境温度来调整。

13.如权利要求1中所述的方法，其中所述监测所述RMS电流的步骤包括对计算出的RMS电流应用滤波器以使所述计算出的RMS电流平滑。