用于机动车辆中电流供应的管理的方法
【专利说明】用于机动车辆中电流供应的管理的方法
[0001] 说明书
[0002] 本发明涉及用于机动车辆中电流供应的管理的方法，机动车辆具有内燃发动机和 设计成以便实施该方法的装置。
[0003] 专利文献DE 10 2004 023 621 Al公开了用于确定储能装置的能量含量的方法和 装置。所述文献描述了用于确定车辆中的蓄电池的荷电状态的构思，但是没有提到用于校 正低荷电状态或用于提高电气系统或驱动机构的效率水平的策略。不断地估计荷电状态并 且荷电状态输出为精确的数字值。通过将蓄电池从电源电流解耦，可以校正荷电状态的估 计。校正可以周期性地应用，或者如果良好的驱动部分摆在前面，则其可以以偶发的方式安 排。通过测量蓄电池的空载电压实施校正。如果足够长的时间期间内蓄电池上没有任何负 载，则荷电状态是空载电压的函数。通过校正过程之间蓄电池电流的整合确定荷电状态。在 所述荷电状态已经校正之后（测量空载电压并且确定荷电状态），荷电状态用作整合过程 的初始值。
[0004] 专利文献US 6 646 419 Bl公开了用于确定车辆中铅酸蓄电池的荷电状态的方 法。这个方法也不断地估计荷电状态并且输出作为精确数字值的结果。而且，通过分别整 合充电电流或放电电流，确定荷电状态。计算但不储存以蓄电池的气体形态和加热方式参 与的二次蓄电池电流。总蓄电池电流和二次蓄电池电流之间的差值产生充电电流或放电电 流，充电电流或放电电流在确定荷电状态的情况下整合。同样，在蓄电池电流是零或低的情 况下的阶段之后，从蓄电池的空载电压确定荷电状态的初始值。如果车辆已经关闭很长一 段时间，则从空载电压计算新值以用于荷电状态的初始值。这个文献也描述了在驾驶操作 期间可以校正荷电状态的初始值。在蓄电池电流是零的情况下的长阶段之后，使用测量的 蓄电池电流估计蓄电池的空载电压。文献没有详细描述是否使用估计的端电压以便校正初 始荷电状态。
[0005] 专利文献US 8 159 188 B2公开了用于控制锂离子车辆蓄电池的荷电状态的方 法，以便达到最小放电电流值也总是可能的。方法确保在老化蓄电池中，所述蓄电池可以总 是传送足够的放电电流。蓄电池的荷电状态维持在最小和最大荷电状态之间的值。如果确 定不能达到所需的放电电流，则最小荷电状态在部分负载操作下增加。增加是所需电流和 供应电流之间的差值、蓄电池温度、荷电状态和其他蓄电池条件的函数。
[0006] 专利文献US 8 638 070 B2公开用于适应性地使蓄电池充电至所需值的方法。估 计荷电状态并且荷电状态输出为精确的数字值。通过主动控制蓄电池的端电压执行估计， 通过一系列的充电和放电脉冲主动控制蓄电池的端电压。脉冲具有预定义的电流分布，并 且使用脉冲的电压响应以便估计荷电状态。充电或放电脉冲各自必须生成在窄公差范围内 的电压响应。它们的确切形式不断地适应，以便响应保持在公差范围内。脉冲总是周期地实 施，更确切地说是独立于整个系统的操作状态。由于使用响应于预先确定的电流的电压以 便估计荷电状态的事实，使用蓄电池的等效电容和荷电状态之间的关系以便执行估计。这 个方法开发用于锂离子蓄电池并且其目的是它也可以用于比如Ni-MH(镍氢）这样的其他 蓄电池类型。然而，没有提到铅酸蓄电池。
[0007] 也就是说，检测和校正低荷电状态或通过较高的最小荷电状态来提高老化蓄电池 的电气鲁棒性是已知的。
[0008] 本发明的目的是提供用于具有内燃发动机的车辆中的电流供应的管理的方法，所 述方法用最小的费用不仅使检测和校正较低的蓄电池荷电状态以及因此实现电气鲁棒性 成为可能而且使提高燃料消耗和减少〇02排放成为可能。
[0009] 这个目的是凭借根据独立权利要求的方法和装置来实现。
[0010] 在从属权利要求中公开本发明的有利实施例。
[0011] 本发明提供用于机动车辆的发电机的操作策略，其可以使燃料消耗减到最小并且 确保电气鲁棒性。通过实施用于低荷电状态的离散识别的算法来确保电气鲁棒性。
[0012] 在本发明的范围内，荷电状态周期性地与预先确定值相比较或依赖具有预先确定 值的驾驶操作以便获得指示荷电状态是否低于预先确定的阈值的比特或标记形式的离散 以及尤其是二进制初始变量。如果电流源在比较过程期间是不饱和的，则假定荷电状态在 执行检查的时间点之间没有减少。在这种情况下，比特或标记的状态不改变。也就是说，根 据本发明的方法不输出关于荷电状态的数字值，并且也未直接确定或估计蓄电池的能量含 量。
[0013] 在本发明的优选实施例中，通过蓄电池的端电压的周期性的或偶发的减少，执行 荷电状态和预先确定值之间的比较。在时间窗口期间直接或间接地确定蓄电池电流，以便 确定荷电状态是否大于或小于是减少的电压的函数的值。
[0014] 根据本发明的方法使以简单的方式描述低荷电状态并且同时提高电流供应以及 因此车辆的整个驱动机构的效率水平成为可能。
[0015] 如果识别出低荷电状态，则设置相应的标记并且在预先确定的时间帧期间使用相 对高的电压使蓄电池充电。相对高的电压和预先确定的时间帧是必要的补偿电荷电压和补 偿电荷时间期间以便使蓄电池的所有单元均匀地充电至其容量的100%。在补偿电荷时间 期间结束时重复关于燃料消耗的最有利的充电操作。
[0016] 如上所述，通过周期性或偶发地减少蓄电池的端电压，执行荷电状态和预先确定 值之间的比较。如果以偶发的方式执行比较，依赖驾驶条件生成所述比较。如果马达在空 载状态，则在再生制动操作的阶段之后允许执行所有的比较是特别有利的。电压变化可以 突然发生或随着时间梯度发生。在减少过程期间，端电压、蓄电池电流或来自电流源（包括 变换器的发电机的电流源）的电流与零相比较。如果电流源的电流总是为零或识别为在 放电过程，则荷电状态识别为高于预先确定的阈值。在周期性或偶发放电过程期间的蓄电 池的 更确切地说电流源的 电流响应，判定荷电状态是否尚于或低于预先确定的阈 值。这个策略特别适合于铅酸蓄电池。由于锂离子蓄电池具有类似的等效转换模式，但是 策略也可以合理地用于这种类型的蓄电池。
[0017] 通过本发明实现的燃料消耗减少和CO2排放减少部分是由于在能量转换的情况下 在效率水平低的情况下的操作阶段中的前述电力生成。在这些操作阶段禁用发电机，并且 蓄电池自身放电。蓄电池放电的能力有助于效益，并且这个能力通常以比蓄电池的老化过 程低的速率恶化。
[0018] 以下提供参考附图的示例性实施例的描述。在附图中：
[0019] 图1说明具有蓄电池管理系统的发电机控制结构的概述；
[0020] 图2说明电压设置点对用于在不同的效率水平下操作传动系统的温度的依赖关 系；
[0021] 图3说明选择用于具有高效率水平和低效率水平的操作模式的电压设置点的程 序；
[0022] 图4说明选择用于具有高效率水平和低效率水平的操作模式以及还用于非点火 减速的电压设置点的程序；
[0023] 图5说明根据由奥托发动机驱动的传动系统的情况下的效率水平确定操作模式 的程序；
[0024] 图6a_c说明在用于具有高于和低于校准阈值的荷电状态的蓄电池的监控时间期 间的蓄电池端电压和蓄电池电流；
[0025] 图7说明在此描述的使用蓄电池监控传感器的最小电流供应管理策略的情况下 的标记LowSOCFlag (低荷电状态标记）的管理；以及
[0026] 图8说明用于完整最小电流供应管理策略的示例。
[0027] 在此描述的用于具有内燃发动机和再生制动系统的机动车辆中的电流供应的管 理的最小电流供应管理策略包含可选使用的两部分：一种策略是当转换能量时确定关于提 高燃料消耗和传动系统的效率水平的用于车载所需电流的发电机的电压设置点，并且一种 策略是监控蓄电池荷电状态并且在蓄电池荷电状态正识别为低的情况下在设置点使蓄电 池充电至较高电压。
[0028] 在此描述的电流供应管理策略称为"最小"，因为可以用最小费用执行所述策略， 其总是确保至少最小荷电状态并且此外有助于正在最小化的燃料消耗。
[0029] 术语"发电机"在这种情况下不仅包括操作为发电机的电动机，而且还包括从那里 生成直流电压且可以控制的逆变器以便供应所需的输出电压，以便发电机的输出电压可以 设置在具体极限范围内。
[0030] 总策略的监控蓄电池荷电状态并且通过延长充电过程且事实上尽可能接近其容 量的100 %来减轻低荷电状态的部分一一其在以下称为减轻一一可以称为用于电气鲁棒性 的策略。在低荷电状态发生时，这个策略取消电压设置点，该电压设置点可能通过策略确定 以用于提高能量转换效率水平并且因此代表在关于发电机的电压设置点的选择的分层中 的最尚优先级。
[0031] 在混合动力车辆和电动车辆中，经常通过供应有来自高电压网络的能量的直流电 压变换器提供低电压供应。在这种情况下，实施在这些车辆中也通过激活直流电压变换器 的合适的电压设置点来监控蓄电池荷电状态以便确保低电压供应的电气鲁棒性的本发明 的部分是可能的。
[0032] 图1说明具有蓄电池管理系统的发电机控制结构的概述，也就是说用于控制用于 确定发电机的电压设置点的策略的选择的结构，并且说明用于提高能量转换效率水平的策 略1以及使用用于结合控制结构中的电气鲁棒性的