专利名称：混合动力车辆的电池控制系统和控制混合动力车辆电池的方法
技术领域：
本发明大体涉及混合动力机动车辆，更具体地，涉及用于控制混合动力车辆电池电荷状态的电池控制系统。
背景技术：
机动车辆制造商积极致力于开发可选择的动力系系统，努力减少配置内燃机的常规动力系排放到空气中的污染物水平。重要的开发计划导向电动车辆和燃料电池车辆。遗憾的是，这些可选择动力系系统存在若干劣势，实际上仍处于开发阶段。但是，配置内燃机和牵引电动机的“混合动力”车辆在传统内燃机驱动车辆和纯电力驱动车辆之间提供折衷，牵引电动机可独立工作或者结合内燃机工作，从而为车辆提供原动功率。
混合动力车辆通常配置相对高压的混合动力系电池，例如，340V电池，其为牵引电动机提供电功率。许多混合动力车辆还配置电压电池，例如，12V电池，其为各种车辆附件提供动力，例如车辆收音机、车灯和其它不由混合动力系电池驱动的电动设备。根据已知的指标电池电荷状态(the battery State of Charge)或者SOC监视车辆电池的电荷水平。SOC定义为电池中保留的剩余电荷数量相对于它的全电荷容量的比值。目前，使用两种测量方法的组合测量电池的SOC利用充电(或放电)时SOC与电池电压-电流特性之间相互关系的测量方法和利用充电量和放电量的累加的测量方法。
在许多混合动力车辆中，电池控制系统基于SOC控制电池充电(或放电)。许多混合动力电池控制系统的局限在于它们不能管理低压电池的电荷水平，因为低压电池向车辆附件提供动力，尤其是当内燃机关闭时。不能管理电压电池导致电池耗尽。因此，存在需要一种用于混合动力车辆的改进电池控制系统，其监视和控制低压车辆附件电池的电荷状态，以防止电池耗尽。
发明内容
本发明包括一种电池控制系统，其用于控制混合动力系系统，以便其中维持车辆附件电池中电荷的预定水平。在本发明的实施例中，电池控制系统包括混合动力系电池、车辆附件电池、和适合于为车辆附件电池充电的原动机驱动发电机。电池控制系统还包括构造为监视车辆附件电池的电荷状态的检测装置。控制器构造为响应于低于第一预定水平的车辆附件电池电荷状态，激活原动机驱动发电机和为车辆附件电池充电，或者响应于低于第二预定水平的车辆附件电池电荷状态，将来自混合动力系电池的电功率传递到车辆附件电池。本发明还包括用于控制混合动力车辆动力系系统的方法。
现在参考附图，通过示例描述本发明的实施例，其中 图1是示意性阐述混合动力车辆动力系总体结构的方框图，该混合动力车辆动力系包括根据本发明实施例的电池控制系统； 图2是示意性阐述根据本发明实施例的电池控制系统总体结构的方框图；和 图3是示意性阐述根据本发明另一个实施例的电池控制系统总体结构的方框图。
具体实施例方式图1是示意性阐述混合动力车辆动力系10总体结构的方框图，该动力系10适合与根据本发明实施例的电池控制系统一起使用。在所述实施例中，混合动力车辆动力系系统包括第一原动机12，例如柴油或汽油驱动的内燃机，以及第二原动机14，例如牵引电动机。当第二原动机14作为牵引电动机运行时，例如，混合动力车辆动力系10还包括混合动力系电池16，例如340V镍金属氢(NiMH)电池等。当第一原动机12作为内燃机运行时，例如，动力系系统10包括用于起动发动机的起动电动机18。在所示实施例中，起动电动机18由车辆附件电池20驱动，例如12V铅酸电池。为了维持电池20内足够的电荷水平，混合动力车辆动力系10还包括第一原动机驱动发电机22，例如交流发电机，其设置为与车辆附件电池20电连通。
参考图2，显示了根据本发明实施例的电池控制系统24。在所示实施例中，电池控制系统24包括车辆附件电池20和第一原动机驱动发电机22，该发电机22适合于为车辆附件电池20充电。如图2所示，电池控制系统24还包括检测装置26，其构造为监视车辆附件电池的电荷状态(SOC)。在实施例中，检测装置26包括电池控制单元(BCU)27，例如电子控制单元。电压传感器28测量电池20中的电压，使用电流传感器30测量与电池10有关的充电和放电电流。电压和电流测量结果提供到BCU 27，BCU 27累加与电池20有关的充电或放电电压和电流测量结果，以便确定电池20SOC。
在实施例中，BCU 27向混合动力车辆控制单元(HVCU)32输出确定的SOC，例如电子控制单元。基于来自BCU 27的SOC输入，HVCU 32构造为控制其中第一原动机24的操作，以驱动发电机22和响应于低于预定水平的车辆附件电池的SOC产生为电池20充电所需的电能。例如，当车辆附件电池的SOC过低以至不能支持车辆附件负载时，HVCU 32命令内燃机起动，内燃机操作发电机22为电池20充电和为车辆附件负载提供动力。在电池20已经充电达到预定水平之后，HVCU 32会关闭内燃机。
参考图3，显示了根据本发明另一个实施例的电池控制系统124。电池控制系统124大致类似于上述电池控制系统24，具有至少一个增加物，即，电压转换器140和混合动力系电池116。与电池控制系统24中一样，BCU 127用于监视车辆附件电池的SOC和将确定的SOC输出到混合动力车辆控制单元(HVCU)132。基于来自BCU127的SOC输入，HVCU 132构造为控制其中电压转换器140的操作，以响应于低于预定水平的车辆附件电池的SOC将来自混合动力系电池116的电功率传递到车辆附件电池120。
电压转换器140将混合动力系电池116中的电压水平转换为车辆附件电池120中的电压水平。如图3所示，例如，电压转换器140用于将340V混合动力系电池总线中的电压逐步降低到12V车辆附件电池总线中的电压。
在特殊工作模式中，例如当车辆附件电池的SOC过低以至不能支持车辆附件负载时，HVCU 132会命令电压转换器140传递来自混合动力系电池116的电功率，以便为电池120充电和为车辆附件负载提供动力。如果需要，HVCU 132还操作第一原动机112驱动牵引电动机(图1)作为发电机，以便为混合动力系电池116充电，和通过电压转换器140提供为电池120充电和/或操作车辆附件的功率。在车辆附件电池120已经充电达到预定水平之后，HVCU 132会结束混合动力系电池116和车辆附件电池120之间的功率传递，以及结束第一原动机112的工作(如果需要)。
在另一个工作模式中，当车辆附件电池的SOC过低以至不能支持车辆附件负载时，HVCU 132命令电压转换器140传递来自混合动力系电池116的电功率，以便为电池120充电和为车辆附件负载提供动力。可选地，HVCU 132还命令内燃机同时操作发电机122，以便为电池120充电和为车辆附件负载提供动力。另外，如果需要，HVCU 132还操作第一原动机112驱动牵引电动机(图1)作为发电机，以便为混合动力系电池116充电，和通过电压转换器140提供为电池120充电和/或操作车辆附件的功率。在车辆附件电池120已经充电达到预定水平之后，HVCU 132会结束混合动力系电池116和车辆附件电池120之间的功率传递，以及结束第一原动机112的工作(如果需要)。
在上述工作模式中，电池120中激活充电过程的预定SOC水平可以同于或者不同于激活发电机122或电压转换器140的SOC水平。例如，低于15％的SOC水平可导致HVCU 132操作发电机122为电池120充电，低于10％的SOC水平可导致HVCU 132操作电压转换器140为电池120充电。
参考上述实施例已经特别显示和描述了本发明，上述实施例仅是阐述实施本发明的最佳方式。熟悉本技术领域的人员应明白在不脱离下面权利要求书限定的本发明精神和范围的情况下，实践本发明时可采用此文所述本发明实施例的各种选择方案。认为下面的权利要求书限定了本发明的范围，因而覆盖了这些权利要求书范围内的方法和装置以及它们的等同物。本发明的这种描述应理解为包括此文所述元件的所有新颖和非显而易见的组合，该申请或随后申请中的权利要求书显示了这些元件的任何新颖和非显而易见的组合。而且，上述实施例是解释性的，没有单个特征或元件对该申请或随后申请中所要求保护的所有可能组合是必需的。
权利要求
1.一种用于混合动力车辆的电池控制系统(10)，包括混合动力系电池(16)；车辆附件电池(20)；适合于为车辆附件电池(20)充电的原动机驱动发电机(22)；构造为监视车辆附件电池的电荷状态的检测装置(26)；和控制器(32)，其构造为响应于低于第一预定水平的车辆附件电池电荷状态，激活原动机(12)驱动发电机(22)和为车辆附件电池(20)充电，或者响应于低于第二预定水平的车辆附件电池电荷状态，将来自混合动力系电池(16)的电功率传递到车辆附件电池(20)。
2.如权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于，检测装置(26)包括电池控制单元(27)。
3.如权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于，检测装置(26)包括电压或电流测量传感器(28)或(30)。
4.如权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于，原动机驱动发电机(22)是交流发电机。
5.如权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于，原动机驱动发电机(22)是混合电动机/发电机。
6.如权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于，控制器(32)包括混合动力系系统控制器。
7.如权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于，控制器(32)包括电压转换器。
8.如权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于，控制器(32)构造为同时响应于低于第一预定水平的车辆附件电池电荷状态，操作原动机(12)驱动发电机(22)和为车辆附件电池(20)充电，和响应于低于第二预定水平的车辆附件电池电荷状态，将来自混合动力系电池(16)的电功率传递到车辆附件电池(20)。
9.如权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于，第一预定水平大致类似于第二预定水平。
10.一种用于混合动力车辆的电池控制系统，包括混合动力系电池(16)；车辆附件电池(20)；用于为车辆附件电池(20)充电的发电装置(22)；用于监视车辆附件电池的电荷状态的检测装置(26)；和控制装置(32)，其用于响应于低于第一预定水平的车辆附件电池电荷状态，激活发电装置(22)为车辆附件电池(20)充电，或者响应于低于第二预定水平的车辆附件电池电荷状态，将来自混合动力系电池(16)的电功率传递到车辆附件电池(20)。
11.如权利要求10所述的电池控制系统，其特征在于，检测装置(26)包括电池控制单元(27)。
12.如权利要求10所述的电池控制系统，其特征在于，检测装置(26)包括电压或电流测量传感器(28)或(30)。
13.如权利要求10所述的电池控制系统，其特征在于，发电装置(22)是交流发电机。
14.如权利要求10所述的电池控制系统，其特征在于，发电装置(22)是混合电动机/发电机。
15.如权利要求10所述的电池控制系统，其特征在于，控制装置(32)包括混合动力系系统控制器。
16.如权利要求10所述的电池控制系统，其特征在于，控制装置(32)包括电压转换器。
17.如权利要求10所述的电池控制系统，其特征在于，控制装置构造为同时响应于低于第一预定水平的车辆附件电池电荷状态，操作发电装置(22)为车辆附件电池(20)充电，和响应于低于第二预定水平的车辆附件电池电荷状态，将来自混合动力系电池(16)的电功率传递到车辆附件电池(20)。
18.如权利要求10所述的电池控制系统，其特征在于，第一预定水平大致类似于第二预定水平。
19.一种用于控制混合动力车辆动力系系统(10)的方法，包括以下步骤提供混合动力系电池(16)、车辆附件电池(20)、和适合于为车辆附件电池(20)充电的原动机驱动发电机(22)；监视车辆附件电池的电荷状态；和响应于低于第一预定水平的车辆附件电池电荷状态，激活原动机(12)驱动发电机(22)和为车辆附件电池(20)充电，或者响应于低于第二预定水平的车辆附件电池电荷状态，将来自混合动力系电池(16)的电功率传递到车辆附件电池(20)。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，监视步骤包括利用电池控制单元(27)监视车辆附件电池的电荷状态。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，监视步骤包括利用电压或电流测量传感器(28)或(30)监视车辆附件电池的电荷状态。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，原动机驱动发电机(22)是交流发电机。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，原动机驱动发电机(22)是混合电动机/发电机。
24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，将来自混合动力系电池(16)的电功率传递到车辆附件电池(20)的步骤包括转换混合动力系电池提供的电压。
25.如权利要求19所述的方法，其特征在于，激活和转换步骤实质上同时执行。
26.如权利要求19所述的方法，其特征在于，第一预定水平大致类似于第二预定水平。
全文摘要
一种混合动力车辆的电池控制系统(10)包括混合动力系电池(16)、车辆附件电池(20)和适合于为车辆附件电池(20)充电的原动机驱动发电机(22)。检测装置(26)构造为监视车辆附件电池的电荷状态。控制器(32)构造为响应于低于第一预定水平的车辆附件电池电荷状态激活原动机(12)驱动发电机(22)和为车辆附件电池(20)充电，或者响应于低于第二预定水平的车辆附件电池电荷状态将来自混合动力系电池(16)的电功率传递到车辆附件电池(20)。本发明还包括用于控制混合动力车辆动力系系统(10)的方法。
文档编号H02J7/00GK101052544SQ200580037968
公开日2007年10月10日 申请日期2005年9月7日 优先权日2004年9月8日
发明者M·E·霍普, T·R·博克尔曼, Z·邹, X·康 申请人:易通公司