CN106329612B - 环保型车辆中控制电池充电和放电的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在装备有高电压电池的环保型车辆中控制电池充电和放电容量以优化电池充电和放电容量的装置和方法。更具体的，所述装置和方法使用电池充电状态(SOC)防止由于存储在电池的电流能量过度使用造成的电池低电压/超电压的局限。另外，相比于现有技术无需无需添加部件而使用现有的硬件能够通过确保额外的电动机输出，来改善燃料效率和功率性能。

Description

环保型车辆中控制电池充电和放电的装置和方法
技术领域
本公开涉及一种环保型车辆中控制电池充电和放电容量的装置和方法，且更具体地，涉及一种在装备有高电压电池的环保型车辆中用于最佳地控制电池充电和放电容量的装置和方法。
背景技术
通常地，比如使用电动机作为驱动源的混合动力电动车辆、插电式混合动力车辆和电动车辆的环保型车辆装备有用于供应电力到电动电动机的高电压电池。常规环保型车辆通过在驱动期间使用驱动电动机或发电机对高电压电池充电，或通过使用存储在高电压电池的电能实施最佳燃料效率的驱动。
然而，常规环保型车辆由于造成车辆重量和制造成本增加的结构局限(如，发动机室的有限安装空间)必然地使用有限容量的驱动电动机的，且由于这些***性的局限在通过最大化地利用电力源实现高燃料效率和功率性能具有困难。
如图4所示，混合动力控制单元(HCU：hybrid control unit)被配置成使用电池充电状态(SOC：state of charge)和从电池管理***(BMS：battery management system)输入的电池温度信息确定用于限制电池充电功率和电池放电功率的最大值的电池输出限值。另外，HCU被配置成比较所确定的电池输出限值(如，限制用于电池充电/放电的电池最大输出的值)与从BMS输入的电池输出限值，且从2个电池输出限值的较小一者减去特定裕量(particular margin)以确定电动机输出限值(如，在电池充电/放电期间限制电动机最大输出的值)。
因而，所确定的电动机输出限值具有电池输出限值和特定裕量，且电池输出限值和电动机输出限值间的裕量被固定为无关电池充电状态的特定值。具体地，当电池充电状态低时，电池电压与电池输出限值之差较大地输出，造成燃料效率和功率性能的降低。更具体地，HCU被配置成使用预先生成的第一表基于从BMS输入的电池SOC确定基于电池SOC水平的电池SOC状态，且使用预先生成的第二表为每个确定的SOC状态确定用于限制电池充电/放电功率的权重因子。
进一步，HCU可被配置成基于电池温度和从BMS输入的电池SOC信息使用预先生成的第三表确定基于电池温度和电池SOC的电池充电/放电功率。HCU被配置成通过所确定的电池充电/放电功率乘以权重因子计算作为限制值的电池输出限值，且然后比较计算的电池输出限值与从BMS输入的电池输出限值以通过从2个电池输出限值中的较小值减去一定裕量获得的值来确定电动机输出限值。
然而，在HCU中，仅电池温度和电池SOC被考虑为限制电动机输出的因子以计算电动机输出限值(或电动机充电/放电功率限制)，而没有考虑作为实质上影响电动机输出的主要因子的电池电压。因而，在鉴于电池的超电压和低电压条件设置的电池输出限值(限制电池最大输出的值)与实际上监测的电池电压间存在大的裕量。
例如，参阅图5，当电池SOC高时，监测的电池电压和设定的电池输出限值(电压限制值)间的控制限值是很小的。然而，当电池SOC低时，监测的电池电压和设定的电池输出限值(电压限制值)间的控制限值是显著高的。具体地，因用于电池充电的电动机最大输出无关电池SOC水平被电动机输出限值于特定值，即使能够进行附加再生制动，再生制动量也是有限的。另外，通过再生制动的电动机充电功率有限，且电池电压输出低。
换句话说，因电动机充电功率没有顾及基于电池SOC的电池电压(单电池电压)而被限制于特定值，再生制动量被限制。因而，超过电动机输出限值的电池充电是不可能的，且最大化地利用高电压电池输出的最佳控制也是不可能的(参见图6)。
在这部分公开的上面信息只是为了增强对本发明背景的理解，且因此它可包含不构成这个国家本领域技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供在环保型车辆车辆中控制电池充电和放电容量的装置和方法，其使用电池充电状态(SOC)可防止由于存储在电池的电流能量的过度使用造成的电池低电压/超电压的局限，且相比于现有技术无需添加部件而使用现有的硬件能够通过确保附加的电动机输出来改进燃料效率和功率性能。
在一方面，本发明提供环保型车辆中控制电池充电和放电容量的的装置，其可包括：电动机输出控制器，被配置成基于有关电池充电状态(SOC)和电池温度的信息确定主电动机输出限值，基于有关电池SOC和电池电压确定主电动机输出限值的权重因子，并使用权重因子通过校正主电动机输出限值来确定最终电动机输出限值。
具体地，电动机输出控制器可被配置成从BMS接收电池SOC、电池温度和电池电压的信息。在示范性实施例中，电动机输出控制器可被配置成基于电池电压信息计算电池电压梯度，且可被配置成基于电池SOC和考虑所计算的电池电压梯度校正的电池电压值来确定主电动机输出限值的权重因子。此外，电动机输出控制器可被配置成通过电池电压校正表确定基于电池电压梯度校正的电池电压值，且可被配置成通过权重因子表基于电池SOC和校正的电池电压值来确定主电动机输出限值的权重因子。电动机输出控制器可进一步被配置成从电池管理***(BMS)接收有关电池SOC、电池温度和电池电压的信息。
在另一方面，本发明提供在环保型车辆中控制电池充电和放电容量的方法，其可包括：基于电池充电状态(SOC)和电池温度确定主电动机输出限值；基于关于电池SOC和电池电压的信息确定主电动机输出限值的权重因子；和使用权重因子通过校正主电动机输出限值确定最终电动机输出限值。
附图说明
现将参考在下文由附图示出的示范性实施例详细描述本发明的上面和其它特征，这些附图仅以示例方式给出，因而不是对本发明的限制，其中：
图1是示出根据本发明的示范性实施例在环保型车辆中控制电池充电和放电容量的装置的视图。
图2是示出根据本发明示范性实施例在环保型车辆中控制电池充电和放电容量的方法的视图。
图3是示出根据本发明示范性实施例在环保型车辆中控制电池充电和放电容量方法的影响的视图。
图4是示出根据现有技术通常使用的在环保型车辆中控制电池充电和放电容量方法的视图。
图5和图6是示出根据现有技术通常使用的在环保型车辆中控制电池充电和放电容量方法的局限的视图。
在示图中示出的附图标记包括对如下进一步在下面讨论的元件的参考：
1：电池管理***(BMS)
2：混合动力控制单元(HCU)
应当理解附图不必要按比例绘制，其呈现的是说明本发明基本原理的各种特性的稍微简化的表示。如在此公开的本发明特定设计特征，例如，特定尺寸、方向、位置和形状将会由具体计划应用和使用环境部分地确定。在图中，贯穿附图中的多个图形，相同附图标记指本发明的相同或等同部件。
具体实施方式
现将如下详细参考本发明的各种示范性实施例，下面本发明的示范性实施例将以附图阐释和描述。虽然本发明将连同示范性实施例描述，但应理解本说明不限制本发明于那些示范性实施例中。相反，本发明旨在不仅涵盖示范性实施例，而且涵盖可包括在由附加权利要求定义的本发明的精神和范围内的各种替代、修改、等同物和其它实施例。
尽管示范性实施例描述为使用多个单元执行示范性的过程，但应理解示范性过程也可由一或多个模块执行。另外，应理解术语控制器/控制单元指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块且处理器被特定地配置以履行所述模块以执行一个或更多下面进一步描述的过程。
进一步，本发明的控制逻辑可体现在作为非暂时性计算机可读介质的包含由处理器、控制器、控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上。计算机可读介质包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-RAM，磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储装置。计算机可读介质也可分布在连接网络的计算机***上，以便计算机可读介质可以分布式地例如通过远程服务器或控制器局域网络(CAN)存储和执行。
在此使用的术语仅是为了描述具体实施例的目的，并非为本发明的限制。如在这里所用，除非上下文另行明确表示，单数形式“一个/种”和“该”也包含复数形式。应进一步理解当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括的”限定了所述特性、整数、步骤、工作、元件、和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特性、整数、步骤、工作、元件、部件和/或其集合的存在或添加。如这里所用，术语“和/或”包括相关列出项的一个或多个的任一和所有组合。
除非特地说明或在上下文明显，如这里所用，术语“约”理解为在本领域正常公差范围内，例如在平均值标准差的2倍内。“约”能理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另行由上下文明确，在此提供的所有数值都被术语“约”改进。
应理解术语“车辆”或“车辆的”或其它如在这里所用的类似术语包括通常的机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用车，包括各种船和舰的水运工具，航空器等，且包含混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其它替代燃料车辆(如衍生自非石油资源的燃料)。如在此所指，混合动力车辆是有2个或更多动力源的车辆，例如具有汽油动力和电动力两者的车辆。
通常地，环保型车辆装备有被配置成管理高电压电池的总体状态的电池管理***(BMS)。BMS可被配置成监测电池状态且为作为被配置成操作车辆内各种下级控制器的上级控制器的混合动力控制单元(HCU)提供用于保护电池的电池输出限值(如，限制电池最大输出的值)。BMS可被配置成监测当前电池状态，且当出现电池过热、电池超电压或低电压、和电池电力过度充电或过度放电(如，当超过最大输出条件持续一定时间或更长时间时)中的任一种时，BMS可被配置成向HCU输出请求以限制电动机充电/放电功率的最大值，以限制电池最大输出值。
以下，将参考附图详细描述本发明的示范性实施例，以便本领域技术人员能容易地实行本发明。在这示范性实施例中，使用有关电池温度、电池充电状态(SOC)和电池电压的信息通过可变地实时调整用于限制电池充电的电动机充电功率和用于限制电池放电的电动机放电功率的电动机输出限值，可确保附加的电动机输出(如，电动机充电/放电功率)和电池充电/放电容量，并同时可改善燃料效率和功率性能。
如图1所示，根据本发明示范性实施例的环保型车辆中控制电池充电/放电容量的装置可包括电池管理***(BMS)1和混合动力控制单元(HCU)2，它们已安装在车辆内。BMS 1可被配置成监测车辆高电压电池的总体状态，且为HCU 2提供关于电池SOC、电池温度和电池电压的信息。HCU 2(如，执行示范性实施例方法的控制器)可被配置基于从BMS接收的关于电池SOC、电池温度和电池电压的信息，可变地调整电动机输出限值，比如电动机充电功率限值和电动机放电功率限值。
更具体地，HCU 2可被配置成基于电池SOC和电池温度信息确定主电机输出限值，比如用于限制电动机充电功率最大值的电动机充电功率限值和用于限制电动机放电功率最大值的电动机放电功率限值，且可被配置通过基于电池SOC和电池电压信息确定主电动机输出限值的权重因子并校正主电动机输出限值，来确定最终电动机输出限值。具体地，当电池充电时电动机充电功率限值可以是电动机输出限值，且当电池放电时电动机放电功率限值可以是电动机输出限值。另外，HCU 2可以是被配置成可变地调整电动机输出的电动机输出控制器。安装在车辆内且能够调整电动机输出的各种控制器(如，电动机控制单元(MCU：Motor Control Unit)和发电机控制单元(GCU：Generator Control Unit))可采用为取代HCU 2的电动机输出控制器。
以下，根据本发明的示范性实施例环保型车辆中控制电池充电和放电的方法将参考图2描述。HCU 2可被配置成接收由BMS 1探测的关于电池SOC、电池温度和电池电压的信息、以及在电池充电/放电期间用于限制电池最大输出的电池输出限值。
进一步，HCU 2可被配置利用基于电池SOC预先产生的第一表，基于电池SOC水平来确定电池SOC状态，从而基于电池SOC信息确定在电池充电/放电期间的用于限制电池最大输出的权重因子，且可被配置成基于所确定的电池SOC状态利用预先产生的第二表来确定用于限制电池最大输出的权重因子(如，电池最大输出权重因子)。电池SOC水平可按一定区段划分而设置，且电池SOC状态可基于电池SOC水平逐段地划分电池充电(或放电)状态来设置。
第一表可经生成以基于电池SOC水平确定电池SOC状态，且可存储在HCU 2中。第二表可经生成以基于电池SOC状态确定电池最大输出权重因子，且可存储在HCU 2中。换句话说，第一表可以是基于电池SOC水平的用于确定电池SOC状态的命令表，且可建立以基于从BMS 1输入的电池SOC所对应的电池SOC水平来确定电池SOC状态。第二表可以是基于被分为至少2个的电池SOC状态确定电池最大输出权重因子的命令表，且可生成以基于由第一表确定的电池SOC状态确定电池最大输出权重因子。
另外，HCU 2可被配置成通过基于电池SOC和电池温度预先生成的第三表确定电池最大输出，以基于电池SOC和电池温度信息确定在电池充电和放电期间的电池最大输出。第三表可以是基于电池SOC和电池温度信息确定电池最大输出的命令表，且可生成以基于电池SOC和电池温度信息确定电池最大输出。
HCU 2可被配置成通过由第三表确定的电池最大输出乘以由第二表确定的电池最大输出权重因子来计算电池输出限值，且然后可被配置成比较电池输出限值与从BMS 1输入的电池输出限值以将通过从2个电池输出限值中的较小一者减去一定裕量获得的值确定为主电动机输出限值(如，基于电池电压信息校正前的电动机输出限值)。
进一步，HCU 2可被配置成基于从BMS 1输入的电池电压信息确定主电动机输出限值的权重因子(或电池充电/放电电压限制值)，且可被配置将最终电动机输出限值确定为使用所确定的权重因子校正主电动机输出限值获得的值。为确定主电动机输出限值的权重因子，电池电压梯度可基于由BMS 1监测和传输的电池电压信息来计算和确定，且基于计算和确定的电池电压梯度，可校正电池电压值。
为校正或调整电池电压值，可确定由基于电池电压梯度预先产生的电池电压校正表(或第四表)校正的电池电压值(如，由校正电池电压获得的结果值)。电池电压校正表可以是用于确定基于电池电压梯度校正的电池电压值的命令表，且可生成以确定基于电池电压梯度校正的电池电压值。电池电压校正表可存储在HCU 2中。
具体地，当电池电压梯度是上升时，最终电动机输出限值可被确定为电动机充电功率限值。当电池电压梯度是下降时，最终电动机输出限值可被确定为电动机放电功率限值。因而，主电动机输出限值的权重因子可基于电池SOC信息和基于电池电压梯度校正的电池电压值来确定。具体地，由第四表确定和校正的电池电压值可使用以约0％到100％比率过滤(filtered)的值。
此外，为确定主电动机输出限值的权重因子，基于校正的电池电压值和电池SOC信息确定和调整主电动机输出限值权重因子的权重因子表(第五表)可预先产生且存储在HCU2中。HCU 2可被配置成校正或调整主电动机输出限值并通过主电动机输出限值乘以由权重因子表确定的主电动机输出限值权重因子来确定最终电动机输出限值。
在这个示范性实施例中，可使用基于电池电压和电池SOC确定的主电动机输出限值权重因子可变地调整最终电动机输出限值。因而，如图3所示，当电池输出限值和电池电压间的控制裕量是相当大时(如，当电池SOC低时)，用于限制电动机最大输出的最终电动机输出限值可增加，由此增加了最大再生制动量，确保了附加的电动机输出并改善了燃料效率和功率性能。
具体地，对于应用安装有变速器的电动设备(TMED：transmission mountedelectric device)的环保型车辆，由于在发动机室中混合动力***的安装性和车辆的制造成本，造成电动机容量相比于电池电容相对处于弱势，因此优化电动机最大输出的燃料效率/驾驶性能控制是有困难的。然而，根据本发明的示范性实施例，因为可以使用用于车辆驱动的现有***来增加电动机输出，可以实现再生制动量的增加和加速性能的改善。另外，相比于现有技术，无需添加部件而使用现有硬件能够确保附加的电动机输出且同时改进燃料效率和功率性能。
本发明已参考示范性实施例进行了详细描述。然而，本领域技术人员要清楚，在没有偏离由所附权利要求及其等同配置中定义的本发明的原则和精神范围的情况下，可对这些示范性实施例中加以改变。

Claims (5)

1.一种在环保型车辆中用于控制电池充电和放电容量的装置，包括：
电动机输出控制器，其被配置成：
基于有关电池充电状态和电池温度的信息确定主电动机输出限值；
基于电池电压信息计算电池电压梯度；
基于所述电池充电状态和基于所计算的电池电压梯度校正的电池电压值，确定所述主电动机输出限值的权重因子；以及
使用所述权重因子通过校正所述主电动机输出限值确定最终电动机输出限值。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述电动机输出控制器被配置成：
基于电池电压梯度通过电池电压校正表确定校正的电池电压值；以及
通过权重因子表基于所述电池充电状态和所校正的电池电压值确定所述主电动机输出限值的权重因子。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述电动机输出控制器被配置成：
从电池管理***接收关于电池充电状态、电池温度和电池电压的信息。
4.一种在环保型车辆中用于控制电池充电和放电容量的方法，包括以下步骤：
由控制器基于有关电池充电状态和电池温度的信息确定主电动机输出限值；
由所述控制器基于电池电压信息计算电池电压梯度；
由所述控制器基于所述电池充电状态和基于所计算的电池电压梯度校正的电池电压值，确定所述主电动机输出限值的权重因子；以及
由所述控制器使用所述权重因子通过校正所述主电动机输出限值确定最终电动机输出限值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中确定所述权重因子的步骤包括：
由所述控制器通过电池电压校正表基于电池电压梯度确定校正的电池电压值；以及
由所述控制器通过权重因子表基于所述电池充电状态和所校正的电池电压值确定所述主电动机输出限值的权重因子。
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