专利名称：管理电功率存储装置的功率流的方法和装置的制作方法
管理电功^fi装置的功率流的方法和装置
駄领域
本公开通常涉及电功率存^^置(electrical power storage device)的功率流 (power flow)的管理。 背景狱
这部分内容仅提供与本公开有关的背景信息，可能不构^J见有技术。 现代，非常，于电功率产生和存储系统的适当操作。在过去的二十年
里，电气装置的数量'I^I增长，这个趋势还在加速。车辆电功率系统不仅需要 为诸如后窗除雾器、,死制动和稳定性增强系统之类的安全相关系统提供足 够的功率，也需要为诸如空调，座位加热，音频和视频系统之类的舒适、便利 和娱乐特征提供足够的功率。如线传操控技术(X勿-wire)的新技术的出5舰 电池提出了额外的要求。来自于诸如电池的电功,储装置的持续功率自保 持适当的车辆运行至疑要。电池问题导致顾客的不满意和服务问题。因此，
需要对电池在各种糊操條式和电、麟命中的供电能力进行监观卿控制。
汽车电池的一个必不可少的功能是在短的期间内提供高功率，例如，在引 擎起动时提供高功率。现代车辆控制系统利用电功率管理系统来平衡 5运行 期间的功率需求和供应，以及提供引擎发动功率。电池状态是任何电功率管理 系统的基本元素。由于电池装置的电化学特性，很多因素影响着电池的状态， 因此确定电池的状态很复杂。电池状态由荷电状态(SOC)和健康状疯SOH) SOC ^^存储的可用功,肯遣，而SOH是功率能力(power capability) 和电池容量的指示。为了实现精确的功率管理，电池的SOC和SOH都需要考 虑。
一种已知的用于切断负,oad shed)和闲置升压(idle boost)的^电功率管 理方,基于电池荷电状态的指标。其它功率管理系统和方法试图基于电池的 起动电流或电压来预测电池起动能力。这些系统需要大电流传感器来测量在起 动期间的电池电流(例如，80(M000安培)。财卜，没有方法确定起动电流或电 压的阈1^于考虑电池SOC和SOH的功率管理。用于混合动力，上的功率
管理的至少一种方法是基于在正常的，操作期间识别的电池模型参数。但是， 在正常操作期间的实时电池模型参数识另腰求电池电压和电流信号满足,激
励(persistency of excitation)的^[牛，而,常不适用于传统，。此外，这种 方法的计算代价非常高，因为它需要以很高的釆样率来采集数据和《信号。
因此，需要一种用于电功率存储錢的节省成本的监领御控制系统，以实 现精确和可靠的功率管理从而解决上述问题，该系统考虑了电池的荷电状态 (SOC)和健康状态(SOH)两者。
发明内容
提供了一种用于管理电功率存储装置的功率流的方法，该电功率存储^g 适于舰包含电机的电m^功率以起动内微几，駄雜括第一次起动引擎。 在这种起动之后，来自电功率存储装置以再次起动弓l擎的可用功率被^^卖地更 新。如果可用功率少于预定的功率阈值，调用(invoke)补救措施，该补鹏施 包括减少从电功率存^^置输出的功率流和增加到电功率存储装置的功率流的 至少其中之一。
本发明在某些部分和部分设置中可釆用物理形式，其实施例在形成其一部 分的附图中被详细地描述和说明，其中 图1为示范性电路的示意亂 图2和3包括控制方案的示意图； 图4为表格形式的数据集；以及
图5为图形形式的数据集。
具体实施例方式
现在参见附图，其中附图是为了阐明实施例，图1描绘了依据实施例构造
的电路的示意图。该电,括电功率存^g 10 (EPSD),其选择性地电连接 至包含电机25的电路20，电机25经由配线(wiringharness) M开关16的接 通(actuation)电连接至EPSD，以及其它电负载體。EPSD的特征在于内部 电阻(Rb)，开路电压或者电势(Vocv)，以及端子12， 14间的包括电压(VB^rr) 的功率流，以及电流(W)。电路20的特征在于包括电路电阻(Rc)的电阻抗。 在所描述的实施例中，EPSD包括传统的电化学装置如铅酸电池，不过这样的应 用^例性的和非限制性的。ESPD选择性地连接至包括起动电动机的电机25
并且可操作地向其提供电功率，戶;f^动电动m3S于在包括点火开关的开关16
接通时起动内燃机5。点火开关可以由 操作者手动启动，或者也可以响应于 使用引擎关闭-起动策略的作为^W置一部分的引擎控伟鹏块30所发出的指 令而启动。EPSD电连接至各种负载装置并且可操作地向其提供电功率(为详细 示出)。当EPSD和电路20作为元件被包含在机动糊中时，有多个电力负载 驢40。电力负载装置通常包括车体系统如HVAC，娱乐系统，仪表板，窗户 除雾器，以及内部和外部照明，与制动相关的底盘部件，转向和稳定性控制和 燃糾专送系统，以及诸如燃料喷射器的弓l擎附件。寄生负载，艮哝引擎关闭期 间排空(drain) EPSD的那些负载，包括用于包含存皿置和安全系统的控伟鹏 块的保活功率(keep"alive power)。
内燃机5 ，地包括公知的多汽缸装置，其可操作MI烧燃料以在曲轴处 产生转动功率。引糊出il31^I器錢被传送至懒出，例如车轮。魏器装 置可以包括传统的固定档位魏器(fixed gear transmission)棘，可維结 合电功率和机械功率以产生转矩输出的某种形式的机电混^置。在所描述的
实施例中，包括电功率产生装置(未示出)，比如交流发电机，其ffiMM31皮带 传动可旋转,接至引擎曲轴，以产生用于对EPSD充电的电功率。可选地， 电机25可以包含受控的电动/发制/l^fi，其可操作以在特g作劍牛下起动引 擎以及在其，作割牛下产生充电电功率。
控帝鹏块30imbtfc^TO数字计對几，其通常包含微鹏器或中央处理单 元，包含非易失性存^S的存储介质，随机存取存储器(RAM)，高速时钟， 模数(A/D)和数模(D/A)电路，以及输A/输出电路和装置(I/O)和适当的 信号调节以及缓冲电路，所述非易失性存储體包含只读存储器(ROM)和电 可编程只读存储器(EPROM)。控制模块具有一组控制算法，包括存储在存储 器中并且可执行以皿相应的计算机功能的常驻禾聘指令和校正(calibration)。 控帝猴块30可以通过局域网(LAN)与齡控制体系的其雄库鹏块以信号方 式(signally)相连。LAN可以传送与操作者的功率请求相关的信息，以及与其 它车辆运行状态的控制和操作相关的信息。
现在参考图2，其公开了一种在电路中管理电功率使用的方法，该电路包含 EPSD和包括电路20的相关电路，其中电路20包括电机25和电力负载装置40。 该方,括确定引擎起动事件时EPSD的初始状态，和确定在引擎起动事件之
后的操作期间包括EPSD的电路的状态。基于这些状态，为随后的引擎起动事 fM古计EPSD所提供的最大起动功率。估计的最大起动功率同阈值相比较以确 保EPSD的起动能力。基于此，在正在进行的操作期间选择性地管理和控制来 自EPSD的电功率流，如所述的。3E，参照附图3， 4和5对皿行更详细的描 述。
ffl31启动(actuate)开关16激活系统，以通过电路20将短持续时间、大电 流的电力负M加到EPSD，比如起动引擎以开始其运行。在所描述的实施例中， 控伟鹏块30通常响应于来自，操作者的输A^者基于引擎关闭/起动例程启 动开关16。控帝赎 测31^子12, 14的功率流。
在引擎起动事件时确定EPSD的状純括以下三#骤，如图3所示。EPSD 的初始开路电压(Vocv掘)，EPSD的旨(T嫩)，环境皿(T赫)，和EPSD 的最小起动腿(V*)魏动薪牛开始时被测量和记录。附加地，用当前的环 境M更新在前N个弓l擎起动事件期间记录的环境、皿，N例如可以包含5次 弓l魏动事件。第二通过预校正的查嫁由Vqcv-w^ T ^寻到EPSD的初始 荷电状态(SOC她)。第三，j顿等式l计算EPSD的初始内电阻(R^):
Rw*&= ^x初始—r,尺c(7^j [1]
其中Rc(T^)是基于环境温度的起动电路的电阻。
起动电路电阻Rc包括电路20的电阻和电力负载^g40的电阻，其不包括 EPSD的内电阻Rb。起动电路电阻Rc包括并包含所有的电路部件，包括配线电 缆，电机顿lj,和鹏动电动机25的其它部件，并且雌地在试生产糊校正
路电阻Rc通常被计算为^动期间产生的最小起动电压除以最大电流(Uc)， 即Vn^。起动电路电阻Rc通常随着可以由环境^J^确定的起动电路的温度 而变化，并且描述为Rc(T^)。
引擎起动以股动事件之后的操作期间，基于初始荷电状态SOC棚估计期 望在下一次起动事件中出现的EPSD参数。操作包括引擎操作，包括引擎操作 的车辆操作，和在切断(key-off)期间车辆附件的操作，所有这些都导致M; EPSD的功率流。EPSD参数包括估计的荷电状态(SOCm)，其包括当前的荷电 状态(SOC織)减去在引擎关闭时由于EPSD上的寄生负载产生的经校正的荷
电状貌员失。当前的荷电状态一般由等式2确定
SOC当ffipSOC [2] 容量
其中I f^流过EPSD的电流。寄生负载的估计,地从车辆开发期间预定 的^IE数据组获得并且可恢复地存储^i十算机存储器中。
估计下一次引擎起动事件的环境鹏(TW)，其雌地包括就N7爐动 中的最低环境M，如前所述。雌地，基于最差情况的最低鹏情形估计下 一7爐动事件时的EPSD M，以与下一次引,动事件的环境鹏(T^)基 本上相等。下一次引擎起动事件的开路电压的估计(Vocv))是基于下一次起 动事件时的SOC&和估计的EPSD M确定的，且^t&包括存储在存储器查 ,中的预^IE值，如上所述，下一次起动事件时的估计的EPSD旨^M 被估计为与下一次引擎起动事件的环境、温叟(T改)基本上相等。
现在参见附图4，以表格的形式绘出了包含在MJt状态(T)和荷电状态 (SOC)范围上EPSD的多，路腿状态的示范性娜集，所述EPSD包含 示范性的标称12伏电、^2。^^ 1在开发期间进行离线测试确定 集, 以产生数据来构造^IE表用于存储和随后在控伟赎块中供算制吏用的实施。
下一 爐动事件的EPSD的估计的内电阻(R^)如下由等式3确定
R^IW *卩+ a (SOC敝SOCest)f e *(T旨D] [3]
其中a和P为在示范性的标称12伏电池装置的试生产实验测试期间确定 的^IE值，其表征S0C变化和,变4W起动电阻的影响。
估计的最^动功率(P皿—《t)可基于如上估计的开路电压和内电阻由下面 的等式4决定，
<formula>formula see original document page 3</formula>
粉古计的最^动功率P皿一est同预定的阈^^动功率P自(Test)相比较， P皿(Test) 4惊在下一次引擎起动事件的估计环境鹏(TW)下起动引擎所需 的功率。
当所估计的最大起动功率P,—^小于阈離动功率Pmax 时，控鹏莫
±姊取补救措施，包括例如M^、来自EPSD的电功率流和/或增加至EPSD的充 电(功率流)。这包括增加引擎5的空,度以增加EPSD的荷电状态，以皿
择性地M^，中的电功率消耗以使荷电状态的减少最小化。图3实质包含详 细说明战决策制定战呈的算法濑呈图。
阈鹏动功率P皿(T改)包含关于下一次引擎起动事件的估计环境鹏(TW)
的经校正的一维查找表。该査找表^mii皿行离线CT起动测试来校正。
EPSD的SOC可以连续地减少，直至鹏动时间超出了允许的特定最大时间赫 在特定的鹏1W下不肖跑动引擎。然后起动引擎所需的电功率P皿(Td)可以 被计算为起动期间的最小起动电压(V*)乘以最大电流(Uc)，即V^Uc。
J赃参见附图5,娜图描绘了j柳7个EPSD的车载测试而产生的起动数 据，所述EPSD包括示范性的标淑12伏电、鹏置，该图说明了上面描述的齢 的翻性。采用加速老化循环，7个EPSD在4柳年限上歸的至ljj顿絲结束。 在老^1程中周期'M^集起动数据。如上所述，EPSD所提供的最大功率随着 老化而M^、。在测试的EPSD中结果是一致的，证明了采用实际^^起动娜
有效地确定预测估计的最烦动功率Pxna^和阈離动功率P皿(Te^)的能力。
本公开描述了某，选实施例及其修改。通过阅读和理解本说明书，本领 域技术人员会想到其他修改和替代。因此，本公开不限于作为实现本公开的最 佳模式所公开的特定实施例，本公开包括落在所附权利要求书范围内的所有实 施例。
权利要求
1、管理电功率存储装置的电功率流的方法，该电功率存储装置适于通过包含电机的电路提供功率以起动内燃机，该方法包括第一次起动引擎；在第一次起动引擎之后，基本上连续地更新来自电功率存储装置的用于再次起动引擎的可用功率；和如果可用功率小于预定功率阈值，采取补救措施，该补救措施包括减小从电功率存储装置输出的功率流和增加到电功率存储装置的功率流的至少其中之一。
2、 如权利要求l所述的方法，其中基本上连续地更新来自电功率存^a的用于再7，动弓l擎的可用功率包括基于基本上与第一次起动弓摩同时更新的能量存储装置的内电阻的初始估 计来估计可用功率。
3、 如权利要彩所述的方法，其中基本上驗地更新来自电功蹄^S 的用于再次起动弓l擎的可用功率包括基于在第一7爐动引擎之后基本上连续地更新的育遣存储装置的内电阻的 当前估计来估计可用功率。
4、 如权利要求3所述的方法，其中能量存储CT的内电阻的初始估计是作为所述电路的电阻的函m^估计的。
5、 权利要求3所述的方法，其中能量存f^S的内电阻的初始估计是作为 所述电路的电阻的函 估计的，并且能量存储装置的内电阻的当前估计是作 为内电阻的初始估计、电功率存储装置自第一次起动弓摩以来的荷电状态的变 化，以及电功率存储装置自第一次起动引擎以来的温度的变化的函数来估计的。
6、 管理电功率存储装置的电功率流的方法，包括 可操作地将电功率存储装置电耦合至包含适于起动弓l擎的电机的电路； 确定电功率存储装置在第一次弓1^起动事件时的初始状态； 估计在第一次引擎起动事件之后的操作期间所述电路和电功率存储装置的将来状态；基于电功率存储装置的初始状态和估计的将来状态以及电路的将来状态，为 随后的弓l擎起动事件预测电功率存储装置的最^动功率；比较预澳啲电功棘储體的最大起动功率和予跪的阈值功率；以及， 基于所述比较，控制电功蹄鹏置的电功率流。
7、 如权利要求6所述的方法，其中确定电功 储装置在第一次引擎起动 事件时的初始状态包含确定弓l擎起动事件开始时的初始开路电压，初始温度， 初始荷电状态，和初始内电阻。
8、 如权利要求7所述的方法，进一步包括基于电路上的预观啲寄生负载和 当前荷电状态来估计电功 储装置在随后起动事件的将来荷电状态。
9、 如权利要求8所述的方法，进一步包括估计电功 储装置在随后起动 事件的将来温度和基于在随后起动事件的所述预测的将来荷电状态和电功率存 储^S在随后起动事件的所述估计的将来,来确定电功率存储装置在随后起 动*#的将来开路,。
10、 如权利要求9所述的方法，进一步包括基于所述初始内电阻，电功率 存储装置的所述初始荷电状态和将来荷电状态之间的差值，和电功*储^ 的所述初始温度和将来温度之间的差皿估计电功率存储装置在随后起动事件 的将来内电阻。
11、 权利要求10臓的方法，其中为随后的引擎起动事件预测电功辩储 装置的最大起动功率进一步基于所述电路在第一次引，动事件的初始状态。
12、 如权利要求10所述的方法，其中所述电路的初始禾鹏来状态包含分别 基于估计的初始电路MJS和估计的将来电路^J^的所述电路的电阻。
13、 如权利要求6所述的方法，其中控制来自电功率存储装置的电功率流包括当所述预观啲最大起动功率小于所述阈值功率时增加弓I擎空^I度以增加 电功 皿置的荷电状态和减小电功率消耗。
14、 如权利要求6所述的方法，其中电功率阚值包括驱动电机以起动引擎 所需的电功率存储装置的功率流。
15、 如权利要求6所述的方法，进一步包括在随后的引擎起动事件之鹏 制电功率存，置的电功率流。
全文摘要
本发明涉及管理电功率存储装置的功率流的方法和装置。一种电功率存储装置提供功率以起动内燃机。之后来自电功率存储装置以再次起动引擎的可用功率被连续更新。当可用功率少于预定功率阈值时采用补救措施。
文档编号B60W10/06GK101380950SQ20081016113
公开日2009年3月11日 申请日期2008年8月14日 优先权日2007年8月14日
发明者D·W·沃尔特斯, M·A·萨尔曼, N·S·卡普索卡瓦蒂斯, X·唐, X·张 申请人:通用汽车环球科技运作公司