CN109072797B - 用于确定电能供应***的能量状态的方法 - Google Patents

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Abstract

用于确定电能供应***的能量状态的方法，该电能供应***连接到内燃机(4)、耗电设备(3)并且包括电机(2)和电能储存器(1)，其中确定储存器(1)的当前充电水平，其特征在于，该方法还包括以下步骤：‑确定电机(2)的当前电能生产能力，‑如果储存器(1)的当前充电水平高于针对其判断储存器(1)具有足够的储备的已确定的充电水平则确定电能供应***处于称为标称当前能量状态的当前能量状态并且电机(2)的当前电能生产能力是否低于针对其电机(2)仅能确保供应电能的已确定的阈值。

Description

用于确定电能供应***的能量状态的方法
技术领域
本发明涉及汽车领域，尤其涉及车辆内燃机的转速管理和电能生产管理。
车辆的发动机转速影响其排放和其耗油量，但也影响其生产各种耗电设备的运转所必需的电能的能力。
背景技术
智能地降低并操控车辆的发动机转速使得能够降低其污染排放、以及其燃料消耗，这代表了汽车行业中的主要挑战。
然而，降低发动机转速以便降低排放和耗油量还具有降低车辆可生产的最大电能的量的后果，这在车辆上的活动中的耗电设备具有较高需求的情况下可能产生问题。
从文献EP2138711知晓了一种用于自动地停止并重启车辆内燃机的***，其将电池的充电状态纳入考虑以判定停止或重启车辆的内燃机。然而，仅考虑电池的充电状态不足以知道车辆是否处于供应足以满足各种活动中的耗电设备的需要的电能的状态。
发明内容
因此，本发明的目的是每时每刻都预测车辆是否处于供应足以满足各种活动中的耗电设备的需要的电能的状态，尤其是在车辆的发动机转速万一要被降低的情况下。
为了实现该目的，根据本发明提供一种用于确定连接到内燃机和耗电设备的电能供应***的能量状态的方法，该***包括：
-电机，其能够抽取内燃机的机械能以生产电能，
-电能储存器，
该方法包括确定储存器的当前充电水平的步骤，以及以下步骤：
-确定电机的当前电能生产能力，该能力表示电机的电能生产相对于其最大能力的当前分数，
-如果储存器的当前充电水平高于已确定的充电水平，则确定电能供应***处于称为标称当前能量状态的当前能量状态，所述标称能量状态保证以标称方式向活动中的耗电设备供应电能，所述已确定的充电水平是针对其判断储存器具有足以缓解耗电设备的载荷增大的储备并且确定电机的当前电能生产能力是否低于针对其电机仅能确保以标称方式向活动中的耗电设备供应电能的已确定的阈值。
可以单独或组合地提供各种附加特征：
在一个变型中，该方法还包括以下步骤：
-确定目标发动机转速，
-确定电机在目标发动机转速下可以生产的最大电能，
-如果活动中的耗电设备所消耗的电能低于已确定的最大电能，则判定***处于称为标称预测运转状态的预测运转状态，所述标称预测运转状态针对所述目标发动机转速保证以标称方式向活动中的耗电设备供应电能，
-如果***没有处于标称当前运转状态和/或没有处于标称预测运转状态，则判定***处于称为临界电力匮乏状态的电力匮乏状态。
本发明还涉及一种控制车辆的方法，所述车辆包括连接到内燃机和耗电设备的电能供应***，所述方法包括前述方法，并且其中如果判定了***没有处于称为临界电力匮乏状态的电力匮乏状态，则允许在已确定的目标发动机转速下操控内燃机。
在一个变型中，如果在预定的确认时间窗期间连续判定***没有处于称为临界电力匮乏状态的电力匮乏状态，则允许在已确定的目标发动机转速下操控内燃机。
有利地，确认时间窗的持续时间在1到10秒之间。
在其中车辆可以以自由轮模式移动的变型中，所述目标发动机转速是与以自由轮模式的车辆的移动相关联的空转发动机转速。
在其中车辆处于自由轮模式期间的另一变型中，
-探测电机的当前电能生产能力，
-如果达到了空转发动机转速下电机的最大电能生产能力，则将与以自由轮模式的车辆的移动相关联的空转发动机转速增大已确定的值。
有利地，与以自由轮模式的车辆的移动相关联的空转发动机转速的增大值在100至150转/分钟之间。
本发明还涉及一种电子计算机，其特征在于，其包括采集装置，通过存储在存储器中的软件指令的处理装置和实现本发明的方法所需的控制装置。
本发明还涉及一种车辆，其包括连接到内燃机和耗电设备的电能供应***，该***包括：
-电机，其能够抽取所述发动机的机械能以生产电能，
-电能储存器，
所述车辆还包括具有上述特征的电子计算机。
附图说明
通过阅读下文的对特定实施例的描述，其他特征和优点将显而易见，所述实施例并非是对本发明的限制，所述描述是参考附图做出的，在附图中：
-图1是配备有内燃机的车辆的电气构造的示意性表示，可以针对该电气构造实现本发明。
-图2是本发明的电能匮乏预测器的示意性表示。
-图3是将本发明的电能匮乏预测器适配至以自由轮模式的车辆行驶的示意性表示。
具体实施方式
图1示出了车辆的电气构造，包括电能储存器1，如例如电池，例如电化学电池；电机，如交流发电机2；车辆的车载网络3，其聚集了作为电能消耗设备的车辆的装置，这些电能消耗设备可以根据需要而各自是活动中或非活动中的。电能储存器1电连接到电机和车载网络并且具有接地M。车载网络3电连接到电机2和电接地M。
电机2机械连接到内燃机4，使得它可以采集内燃机4的机械能以生产电能。由电机2和电能储存器1组成的组件形成车辆的车载网络4的电能供应***。因此，电能供应***使得能够基于预先存储在电能储存器1中的电能、或者通过借助于电机2将由内燃机4生产的机械能转换成电能来向耗电设备供电。
本发明可以主要分解为图2中描述的三个模块：
第一模块20具有计算当前能量状态的功能，也就是说在车辆运转的此时刻的能量状态。
当满足以下这两个条件时，电能供应***被认为处于“标称”状态：
-存储在储存器1中的电能高于预先定义的阈值。例如，该预定阈值可以是储存器1的充电水平高于80％。
-电能供应***能够仅通过将机械能转换成电能来保证向各种活动中的耗电设备供应电能。
在相反情况下，也就是说在以下情况下，电能供应***被认为处于“降级”状态：
-所存储的电能低于预先定义的阈值，或者该***不能仅通过将机械能转换成电能来保证向各种活动中的耗电设备供应电能。
第一模块20使用以下信息作为输入：
-表示车辆电能储存器1的当前充电水平的信息20a。该信息可以是储存器1的充电状态，通常指示为SOC(英语表达“State Of Charge(充电状态)”的首字母缩写)。
-表示电机2的当前电能生产能力及其饱和度的信息20b。当前能力表示电机2的电能生产相对于其最大能力的当前分数。在电机2是交流发电机的情况下，该信息可以是该交流发电机的激励电路的开路占空比(RCO)。该信息使得能够确定交流发电机的当前生产能力及其饱和度(例如70％的RCO指示交流发电机的当前电能生产能力为其最大值的70％，因此仍需储备30％才达到其100％的饱和)。
该第一模块20判定表示电能供应***的当前能量状态的信息20c，并供应该信息20c作为输出，例如以布尔的形式，以将状态转译为“标称”或“降级”。在表示车辆的电能储存器1的当前充电水平的信息20a是车辆电池的充电状态SOC并且表示电机2的当前电能生产能力和其饱和度的信息20b是开路占空比RCO的情况下，该模块20因此不断验证：
-储存器1的当前充电状态高于预先定义的充电状态水平SOC_lim。该充电状态阈值SOC_lim——例如为80％——是针对其来判断电池具有足以缓解耗电设备的意料之外的载荷增大(例如，打开了新的耗电设备)的电力储备的阈值。
-车辆的电机2能够仅通过将机械能转换成电能来保证向各种耗电设备供应电能。如果当前占空比RCO低于阈值RCO_alt_lim，则验证这一点，针对阈值RCO_alt_lim，电机2能够确保仅向活动中的耗电设备供应标称电能，也就是说，在不求助于存储在储存器1中的能量的情况下。该阈值可以是100％的饱和阈值，或者更好的是考虑到安全裕度，并且因此在这种情况下可以是80％。
如果满足了这两个条件，那么车辆的电能供应***将被认为处于称为“标称”能量状态的当前能量状态(如前文已经定义的)，否则其将称为处于当前“降级”状态。
第二模块21具有针对目标发动机转速——亦即从降低CO2排放和/或降低燃料消耗的角度来看想要使车辆的发动机以此转速来运转——来计算电能供应***的能量状态的功能。该模块旨在预测在该目标发动机转速下电能供应***是否仍然能够仅通过将机械能转换成由电机供应的电能来向活动中的耗电设备供电，而无需求助于存储在电力储存器1中的能量。
该第二模块21的目的是确定在转换到其特征为可用于转换成电能的机械能的最大潜力降低的阶段的情况下，车辆的电能供应***是否能够满足电能上的其各种需要。该阶段表现为车辆的发动机转速降低，这意味着电机2(例如交流发电机)能够抽取的最大机械能降低。
该第二模块21在每个时刻处计算在计算这一刻时向车辆上的活动中的各种耗电设备供电所需的当前电能。
该第二模块21还针对低于车辆的当前发动机转速的给定的目标发动机转速预测车辆的电能供应***可以提供的最大电能。
比较这两个电能值以便裁定车辆的电能供应***的可能性：在车辆的发动机转速朝向期望的目标发动机转速降低的情况下是否仍然能够仅通过将可用机械能转换成电能来保证向耗电设备供应电能。
该第二模块21使用以下信息作为输入：
-表示想要针对其来预测能够生产的最大电能的目标发动机转速的信息21a。
-表示向车辆上的各种活动中的耗电设备供电所需的当前电能的信息。可以基于电机2的输出电压信息21b和电机2提供的电流强度信息21c来获得该信息。
该第二模块21判定表示针对想要使车辆的发动机以此转速来运转的未来目标发动机转速的电能供应***的能量状态预测的信息21d并提供此信息作为输出。
当车辆的电能供应***在期望的目标发动机转速下能够提供的最大电能高于向在计算这一刻时活动中的各种耗电设备供电所需的电能时，预测能量状态称为“标称”预测能量状态。
当车辆的电能供应***在期望的发动机转速下能够提供的最大电能低于向在计算这一刻时活动中的各种耗电设备供电所需的电能时，预测能量状态称为“降级”预测能量状态。
该信息21c可以例如以布尔形式表示，以将状态转译为“标称”或“降级”。
在基于电机2的输出电压信息21b和电机2提供的电流强度信息21c来获得表示向车辆上的各种活动中的耗电设备供电所需的当前电能的信息的情况下，这第二模块确定：
-各种活动中的耗电设备所消耗的当前电功率，Pelec_conso：
Pelec_conso＝|u_Prod＊i_Prod|＊facteur_correction_P_conso
其中：
u_Prod：电机2的输出电压，
i_Prod：电机2提供的电流强度，
factor_correction_P_conso：考虑到u_Prod和i_Prod的不确定性的调整因子。该因子可以是为了补偿最大不确定性而选择的常数，或者可通过绘图来确定和校准。
-在想要将车辆的发动机改为的目标发动机转速下电机2能够向电能供应***提供的最大电功率，Pelec_Max_dispo：
Pelec_Max_dispo＝|Rend_Alt_débit_Max＊Couple_Alt_débit_Max＊2π/60＊Rapport_Demul_Alt＊N_mot_cible|＊facteur_correction_P_max
其中：
N_mot_cible：想要以其来运转车辆的目标发动机转速，换句话说，信息21a，
Rend_Alt_débit_Max：与在给定的目标转速N_mot_cible下能够提供的最大电流相关联的电机2的产率，
Couple_Alt_débit_Max：与在给定的目标转速N_mot_cible下能够提供的最大电流相关联的电机2所抽取的扭矩，
Report_Demul_Alt：使得能够根据给定的目标转速N_mot_cible来计算电机2的转速的减速比，
factor_correction_P_max：考虑到上述参数的不确定性的计算调整因子。该因子可以是为了补偿最大不确定性而选择的常数，或者可通过绘图来确定和校准。
对于该步骤，可以提供使用电机2的运转绘图，其中根据发动机转速来给出电流强度、扭矩及其产率。
然后比较这两个电功率值，并且如果有下式则针对所考虑的目标转速，电能供应***的预测能量状态将称为“标称”预测能量状态：
Pelec_conso≤Pelec_Max_dispo
在相反情况下，针对所考虑的目标转速，电能供应***的预测能量状态将称为“降级”预测能量状态。
在期望操控车辆的发动机转速、特别是降低车辆的发动机转速以便尤其是降低车辆的消耗和CO2排放的情况下，有必要预想该转速降低对车辆的电能生产***的能力的影响，以始终生产足以向活动中的各种耗电设备供电的电能。
因此，第三模块22具有确定电能供应***的电力匮乏风险是否可能的功能。该第三模块22为此使用分别由第一和第二模块20和21提供的信息20c和21d作为输入。
该第三模块22判定并提供以下作为输出：
-表示车辆的电能供应***的电能匮乏的发生的信息22a。该信息是其在车辆的目前发动机转速下以及在期望车辆以其来运转的未来目标发动机转速下保证向耗电设备供应电能的能力的映像。
如果针对当前的发动机转速和/或希望将车辆改为其的目标发动机转速车辆的电能供应***不能满足活动中的耗电设备的需要，或者说如果电能供应***处于称为“降级”的当前运转状态和/或处于称为“降级”的预测运转状态，则则发生的电能匮乏将称为“临界”。
在相反情况下，如果电能供应***处于称为“标称”的当前运转状态并且处于称为“标称”的预测运转状态，亦即如果针对当前的发动机转速以及希望将车辆改为其的目标发动机转速车辆的电能供应***能够满足活动中的耗电设备的需要，则发生的电能匮乏将称为“非临界”。
该信息22a例如可以是以布尔形式呈现，以将状态转译为“临界”或“非临界”。
然后可以使用实时确定的该信息22a来在降低CO2排放和降低车辆燃料消耗的决策方面做出关于发动机转速操控的判定。
例如，在以自由轮方式行驶的阶段期间，车辆的离合器打开，这使得能够使内燃机与车轮分离，并且期望将内燃机维持在空转转速下，例如对于机动车辆而言在800至900tr/min左右。这具有使得能够更好地利用车辆的动能并降低其燃料消耗的效果。实际上，在该阶段期间，车辆仅消耗很少的燃料，因为发动机处于空转状态并且至此为止其仅是用累积的动能而前进的。这由于使发动机/车轮分离而受到青睐，这降低了与车辆的运动相反的发动机阻力。
然而，在这样的转速下行驶意味着电机2生产电能的能力降低，如果消耗比此发动机转速下的车辆能够提供的更多能量的耗电设备处于活动中——尤其是连接到车辆的防护装置的耗电设备——则可能产生问题。此外，电能生产的下降可能导致电池充电水平的降低，这将影响如内燃机停机和自动重启等的功能的可用性。
为此，图3呈现了图2中所示模块的补充。该补充呈现了两个附加模块。
第四模块30具有确定允许车辆以自由轮方式行驶的功能，这保证在以自由轮方式行驶的阶段之前和期间的恒定电力消耗下，活动中的耗电设备将始终被适当地供电。
该第四模块30使用以下信息作为输入：
-表示车辆的电能供应***的电能匮乏的发生的信息22a。
该第四模块30判定并提供以下作为输出：
-例如以布尔形式的信息30a，用于转译成是否允许车辆以自由轮方式行驶。
因此，该允许是基于表示车辆的电能供应***的电能匮乏的发生的信息22a，该信息22a是针对与以自由轮方式行驶相关联的发动机转速计算的。该目标转速一般对应于发动机空转转速。
因此，针对与以自由轮方式行驶车辆相关联的目标发动机转速，计算表示车辆的电能供应***的电能匮乏的发生的信息22a，并且可以取得已经解释过的状态中的一个或另一个：“临界”或“非临界”。
然后，第三模块30在确认时间窗期间验证信息22a是否连续处于“非临界”状态。该确认窗的持续时间有利地在1到10秒之间。选择最小持续时间以便过滤瞬态的“非临界”状态，以便确保在当前状态下，也就是说在计算这一刻的发动机转速下，车辆能够向活动中的耗电设备提供足够的电能。选择确认时间窗的最大持续时间以便其高于该方法所使用的参数的相应瞬态阶段的持续时间。
如果信息22a在整个确认时间窗持续时间内保持“非临界”状态，则第三模块30经由信息30a向车辆提供能够进入在相关联的目标发动机转速下的以自由轮方式行驶的阶段的允许。只要信息22a保持“非临界”状态，该允许就保持有效。
如果信息22a在确认时间窗的持续时间结束之前转为“临界”状态，则第三模块30不会经由信息30a向车辆提供能够进入以自由轮方式行驶的阶段的允许。
在获得允许的情况下，发动机通过齿轮箱与车轮分离，从而降低了与发动机连接的车轮上的摩擦阻力。这降低了车辆的燃料消耗和污染物排放。
当车辆处于以自由轮方式行驶的过程中时，发动机转速也降低到与该阶段相关联的目标发动机转速(空转转速)。仅由驾驶员的意愿来宣告该阶段的结束，例如，加速意愿或减速意愿。
这意味着一旦给予车辆以自由轮方式行驶的允许并且车辆实际上处于以自由轮方式行驶的状态，则不可能直接使该阶段结束。
然后可能出现的问题就是在允许以自由轮方式行驶之后改变耗电设备的电能消耗的问题。例如，在允许以自由轮方式行驶之后，驾驶员可以激活新的耗电设备，从而有可能影响整体能量平衡(恒定生产/更高的电力需求)。
第五模块31具有当车辆处于以自由轮方式行驶模式时确定是否需要提供与该行驶模式相关联的发动机转速增大的功能。
该第五模块31使用以下信息作为输入：
-表示电机2的当前电能生产能力及其饱和度的信息20b。在电机2是交流发电机的情况下，该信息可以是该交流发电机的激励电路的开路占空比(RCO)。
该第五模块31判定并提供以下作为输出：
-表示需要或不需要增大与车辆以自由轮方式行驶的模式相关联的内燃机转速的信息31a。
在表示电机2的当前电能生产能力及其饱和度的信息20b是开路占空比RCO的情况下，该模块31针对内燃机4在以自由轮方式行驶期间以其来运转的发动机转速(空转转速)来探测电机2是否变得饱和，亦即RCO＝100％。
在以自由轮方式行驶阶段期间检测到电机2的饱和的情况下，由于耗电设备的电能需求的增大(例如，新的耗电设备被激活)，这意味着车辆不再能够向各种活动中的耗电设备提供足够的电能。第五模块31经由信息31a来发送内燃机4的空转转速的增大值，以便在保持以自由轮方式行驶的阶段的同时增大电机2的电能生产。与以自由轮模式的车辆移动相关联的内燃机4的空转转速的该增大值优选地在100和150tr/min之间，这限制了被驾驶员感觉到。
本发明的所有模块可以容纳在一个电子计算器中，该电子计算器包括采集装置，通过存储在存储器中的软件指令的处理装置和实现本发明所需的控制装置。
本发明使得能够根据发动机转速来预测当车辆将降低其发动机转速时车辆的电能生产是否将使得能够保证向所有活动中的耗电设备供电。它一方面依赖于车辆的当前能量状态，该当前能量状态取决于其在每个时刻提供耗电设备所需的电能的能力，并且另一方面依赖于要针对新的目标发动机转速所实现的该能量状态的演变的预测。
本发明使得能够确定在期望降低其发动机转速的情况下，例如出于降低CO2排放的考虑，车辆是否暴露于电能匮乏的状态。
因此，从电能供应的观点来看，本发明使得能够智能地操控车辆的发动机转速，以便安全地降低其消耗和其排放。

Claims (10)

1.一种用于确定连接到内燃机(4)和耗电设备(3)的电能供应***的能量状态的方法，该***包括：
-电机(2)，其能够抽取内燃机(4)的机械能以生产电能，
-电能储存器(1)，
所述方法包括确定所述储存器(1)的当前充电水平(20a)的步骤，
其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
-确定所述电机(2)的当前电能生产能力，该能力表示所述电机(2)的电能生产相对于其最大能力的当前分数，
-如果所述储存器(1)的所述当前充电水平(20a)高于已确定的充电水平，则确定(20)所述电能供应***处于称为标称当前能量状态的当前能量状态，所述标称当前能量状态保证以标称方式向活动中的耗电设备供应电能，所述已确定的充电水平判断所述储存器(1)具有足以缓解所述耗电设备的载荷增大的储备并且所述电机(2)的所述当前电能生产能力低于针对所述电机(2)仅能确保以标称方式向活动中的耗电设备供应电能的已确定的阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
-确定目标发动机转速(21a)，
-确定所述电机(2)在所述目标发动机转速(21a)下能够生产的最大电能(21b、21c)，
-如果活动中的耗电设备所消耗的电能低于已确定的最大电能，则判定(21)所述***处于称为标称预测运转状态的预测运转状态，所述标称预测运转状态针对所述目标发动机转速保证以标称方式向活动中的耗电设备供应电能，
-如果所述***没有处于标称当前运转状态和/或没有处于标称预测运转状态，则判定(22)所述***处于称为临界电力匮乏状态的电力匮乏状态。
3.一种控制车辆的方法，所述车辆包括连接到内燃机(4)和耗电设备(3)的电能供应***，其特征在于，所述方法包括根据权利要求2所述的方法，并且其中如果判定了所述***没有处于称为临界电力匮乏状态的电力匮乏状态，则允许(30)在已确定的目标发动机转速(21a)下操控所述内燃机(4)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果在预定的确认时间窗期间连续判定所述***没有处于称为临界电力匮乏状态的电力匮乏状态，则允许在已确定的目标发动机转速(21a)下操控所述内燃机(4)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确认时间窗的持续时间在1到10秒之间。
6.根据权利要求3至5中的一项所述的方法，其特征在于，所述车辆能够以自由轮模式移动，所述目标发动机转速是与以自由轮模式的车辆的移动相关联的空转发动机转速。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述车辆处于自由轮模式期间，
-探测所述电机(2)的当前电能生产能力，
-如果达到了空转发动机转速下所述电机(2)的所述最大电能，则将与以自由轮模式的车辆的移动相关联的空转发动机转速增大已确定的值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，与以自由轮模式的车辆的移动相关联的空转发动机转速的增大值在100至150转/分钟之间。
9.一种电子计算机，其特征在于，其包括采集装置，通过存储在存储器中的软件指令的处理装置和实现根据前述权利要求中的一项所述的方法所需的控制装置。
10.一种车辆，其包括连接到内燃机(4)和耗电设备(3)的电能供应***，该***包括：
-电机(2)，其能够抽取所述内燃机的机械能以生产电能，
-电能储存器(1)，
所述车辆还包括根据前一权利要求所述的电子计算机。
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