基于电池荷电状态分配的扭矩辅助的制作方法
【专利摘要】本公开涉及基于电池荷电状态分配的扭矩辅助。一种混合动力车辆包括牵引电池、内燃发动机、被配置为向所述发动机提供扭矩辅助的电机以及控制器或具有控制器的动力传动系统控制系统。控制器被配置为对针对扭矩辅助而分配的荷电状态(SOC)的百分比做出响应。针对扭矩辅助的分配为所述电池的荷电状态的变化，其中，所述电池的荷电状态的变化是因针对扭矩辅助的流向电机的电流而引起的。当因所述电流而引起的荷电状态的变化大于预定的变化时，控制器将中止流向电机的电流，以停止扭矩辅助。
【专利说明】
基于电池荷电状态分配的扭矩辅助
技术领域
[0001 ]本申请总体上涉及针对混合动力车辆的能量管理。
【背景技术】
[0002]混合动力电动车辆包括牵引电池、内燃发动机和电机。发动机可被运转为提供用于车辆推进和辅助功能的动力。在运转期间，牵引电池可基于运转状况进行充电或放电，其中，运转状况包括电池的荷电状态(SOC)、驾驶员需求和再生制动。
【发明内容】
[0003]—种动力传动系统控制系统包括牵引电池、电机和控制器。电机被电连接到所述电池并且被配置为提供发动机扭矩辅助。控制器被配置为对所述电池的荷电状态(SOC)的变化大于预定的变化做出响应，其中，所述电池的荷电状态的变化是因在发动机扭矩辅助期间电流流向电机而造成的。控制器的响应为中止所述电流，以停止发动机扭矩辅助。
[0004]—种操作具有牵引电池和电机的车辆的方法包括:中止流向电机的扭矩辅助电流。所述中止为对所述电池的荷电状态(SOC)的变化等于针对发动机的扭矩辅助而分配的荷电状态的预定的变化的响应，其中，所述电池的荷电状态的变化是因所述扭矩辅助电流而引起的。
[0005]根据本发明，提供一种操作具有牵引电池和电机的车辆的方法，包括:响应于所述电池的荷电状态(SOC)的变化等于针对发动机的扭矩辅助而分配的荷电状态的预定的变化，中止流向电机的扭矩辅助电流，其中，所述电池的荷电状态的变化是因所述扭矩辅助电流而引起的。
[0006]根据本发明的一个实施例，所述方法还包括:响应于表示能量的量等于与所述预定的变化相关联的能量的电池再充电电流，基于踏板需求来重新启动流向电机的扭矩辅助电流。
[0007]根据本发明的一个实施例，所述方法还包括:针对每个行驶周期设置所述预定的变化。
[0008]根据本发明的一个实施例，所述方法还包括:针对每个踏板需求事件设置所述预定的变化。
[0009]根据本发明的一个实施例，所述方法还包括:根据从经济模式、普通模式和运动模式中选择的模式来运转发动机，并且基于所选择的模式来设置所述预定的变化的量，其中，普通模式下的所述量大于经济模式下的所述量，运动模式下的所述量大于普通模式下的所述量，模式选择是对动力传动系统运转模式开关的激活的响应。
[0010]根据本发明的一个实施例，所述预定的变化为所述荷电状态的百分比。
[0011]—种车辆动力传动系统控制系统包括牵引电池、电机和控制器。电机被连接至所述电池，并且被配置为向发动机提供扭矩辅助。控制器被配置为对流向电机的电流大于预定的电荷做出响应。控制器的响应为中止流向电机的电流，以停止扭矩辅助。
[0012]根据本发明，提供一种车辆动力传动系统的控制系统，包括:牵引电池；电机，被电连接至所述电池，并且被配置为向发动机提供扭矩辅助;控制器，被配置为:响应于流向电机的电流大于预定的电荷，中止流向电机的电流，以停止扭矩辅助。
[0013]根据本发明的一个实施例，控制器还被配置为:响应于表示能量的量等于与所述预定的电荷相关联的能量的电池再充电电流，基于踏板需求来重新启动流向电机的电流。
[0014]根据本发明的一个实施例，控制器还被配置为:针对每个行驶周期设置所述预定的电荷。
[0015]根据本发明的一个实施例，控制器还被配置为:针对每个踏板需求事件设置所述预定的电荷。
[0016]根据本发明的一个实施例，控制器还被配置为:根据从经济模式、普通模式和运动模式中选择的模式来运转发动机，基于所选择的模式来设置所述预定的电荷的量，其中，普通模式下的所述量大于经济模式下的所述量，运动模式下的所述量大于普通模式下的所述量，并且模式选择是对动力传动系统运转模式开关的激活的响应。
[0017]根据本发明的一个实施例，所述预定的电荷为所述电池的电荷容量的百分比。
【附图说明】
[0018]图1是示出典型的动力传动系统和能量存储组件的混合动力车辆的示例图；
[0019]图2是由电池能量控制模块控制的电池组的示例图；
[0020]图3是示出电池的荷电状态和扭矩辅助分配关于时间的示例性曲线图。
【具体实施方式】
[0021]在此描述了本公开的实施例。然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是示例，并且其它实施例可以采用各种替代形式。附图无需按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种方式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可以与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，可期望将与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型用于特定的应用或实施方式。
[0022]图1描绘了具有动力传动系统或动力装置的典型的插电式混合动力电动车辆(PHEV)，其中，动力传动系统或动力装置包括产生动力并将动力传递至道路路面以进行推进的主要组件。典型的插电式混合动力电动车辆12可包括机械地连接到混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。电机14能够作为马达或发电机来运转。此外，混合动力传动装置16机械地连接到内燃发动机18 (也被称作ICE或发动机)ο混合动力传动装置16还机械地连接到驱动轴20，其中，驱动轴20机械地连接到车轮22。电机14可在发动机18开启或关闭时提供推进和减速能力。电机14还用作发电机，并且能够通过回收在摩擦制动系统中通常作为热损失掉的能量来提供燃料经济效益。在特定状况下，通过允许发动机18以更为有效的速度运转以及允许混合动力电动车辆12在发动机18关闭的情况下以电动模式运转，电机14还可减少车辆排放。动力传动系统具有损耗，该损耗可包括传动装置损耗、发动机损耗、电动转换损耗、电机损耗、电组件损耗和道路损耗。这些损耗可归因于多个方面，包括流体粘度、电阻抗、车辆滚动阻力、环境温度、组件的温度以及运行的持续时间。
[0023]牵引电池或电池组24存储可由电机14使用的能量。车辆电池组24通常提供高电压DC输出。牵引电池24电连接到一个或更多个电力电子模块26。一个或更多个接触器42可在断开时使牵引电池24与其它组件隔离，并可在闭合时使牵引电池24连接到其它组件。电力电子模块26还电连接到电机14，并且在牵引电池24和电机14之间提供双向传输能量的能力。例如，典型的牵引电池24可提供DC电压，而电机14可使用三相AC电来运转。电力电子模块26可将DC电压转换为三相AC电以供电机14使用。在再生模式下，电力电子模块26可将来自用作发电机的电机14的三相AC电转换为与牵引电池24兼容的DC电压。在此的描述同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆，混合动力传动装置16可以是连接到电机14的齿轮箱，并且发动机18可不存在。
[0024]牵引电池24除提供用于推进的能量之外，还可以为其它车辆电力系统提供能量。典型的系统可包括DC/DC转换器模块28，其中，DC/DC转换器模块28将牵引电池24的高电压DC输出转换为与其它车辆负载相兼容的低电压DC供应。其它高电压负载46(诸如，压缩机和电加热器)可直接连接到高电压而不使用DC/DC转换器模块28。低电压系统可电连接到辅助电池30(例如，12V电池)。
[0025]车辆12可以是可通过外部电源36给牵引电池24再充电的电动车辆或插电式混合动力车辆。外部电源36可连接到接收公用电力的电插座。外部电源36可电连接到电动车辆供电设备(EVSE，electric vehicle supply equipment)380EVSE 38可提供用于对电源36和车辆12之间的能量传输进行调节和管理的电路和控制。外部电源36可向EVSE 38提供DC电力或AC电力。EVSE38可具有用于插入到车辆12的充电端口 34中的充电连接器40。充电端口34可以是被构造为将电力从EVSE 38传输到车辆12的任何类型的端口。充电端口34可电连接到充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可对从EVSE 38供应的电力进行调节，以向牵引电池24提供合适的电压电平和电流电平。电力转换模块32可与EVSE 38进行接口连接，以协调对车辆12的电力传输。EVSE连接器40可具有与充电端口 34的相应凹入匹配的插脚。可选地，被描述为被电连接的各种组件可使用无线感应耦合来传输电力。
[0026]可提供一个或更多个车轮制动器44，以使车辆12减速并阻碍车辆12的运动。车轮制动器44可被液压致动、电气致动或以它们的某种组合致动。车轮制动器44可以是制动系统50的一部分。制动系统50可包括用于操作车轮制动器44的其它组件。为了简洁，附图描绘了制动系统50和车轮制动器44中的一个之间的单个连接。隐含了制动系统50和另一车轮制动器44之间的连接。制动系统50可包括用于监测和协调制动系统50的控制器。制动系统50可监测制动组件，并控制车轮制动器44以使车辆减速。制动系统50可以对驾驶员命令做出响应，并且还可自主地运转以实现诸如稳定性控制的功能。制动系统50的控制器可实现在被另一控制器或子功能请求时施加所请求的制动力的方法。
[0027]一个或更多个电力负载46或辅助电动负载可连接到高电压总线。电力负载46可具有关联的控制器，所述关联的控制器适时操作并控制电力负载46。辅助电动负载或电力负载46的示例包括电池冷却风扇、电动空调单元、电池冷却器、电加热器、冷却栗、冷却风扇、车窗除霜单元、电动助力转向系统、AC功率逆变器和内燃发动机水栗。
[0028]所讨论的各种组件可具有一个或更多个关联的控制器以控制并监测所述组件的操作。所述控制器可经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN)、以太网、Flexray)或经由离散的导体进行通信。可存在系统控制器48来协调所述各种组件的操作。
[0029]牵引电池24可由各种化学配方构成。典型的电池组化学成分可以是铅酸、镍-金属氢化物(NHffl)或锂离子。图2示出了N个电池单元72串联构造的典型的牵引电池组24。然而，其它的电池组24可以由按照串联或并联或它们的某种组合的方式连接的任意数量的单个电池单元组成。电池管理系统可具有一个或更多个控制器，诸如，监测并控制牵引电池24的性能的电池能量控制模块(BECM) 76。BECM 76可包括用于监测若干个电池组水平特性(诸如，电池组电流78、电池组电压80和电池组温度82)的传感器和电路。BECM 76可具有非易失性存储器，使得数据可在BECM 76处于关闭状况时被保留。所保留的数据可在下一个点火开关循环(key cycle)时被使用。
[0030]除电池组的水平特性之外，还可测量和监测电池单元的水平特性。例如，可测量每个电池单元72的端电压、电流和温度。电池管理系统可使用传感器模块74来测量电池单元的特性。根据容量，传感器模块74可包括用于测量一个或多个电池单元72的特性的传感器和电路。电池管理系统可利用多达N。个传感器模块或电池监控集成电路(BMIC)74来测量所有电池单元72的特性。每个传感器模块74可将测量值传送给BECM 76以作进一步的处理和协调。传感器模块74可将信号以模拟形式或数字形式传送给BECM 76。在一些实施例中，传感器模块74的功能可以被合并到BECM 76的内部。也就是说，传感器模块的硬件可作为BECM76中的电路的一部分而被集成，并且BECM 76可负责原始信号的处理。
[0031]BECM 76可包括用于与一个或更多个接触器42进行接口连接的电路。接触器42可保护牵引电池24的正极端子和负极端子。
[0032]电池组的荷电状态(SOC)给出了在电池单元72或电池组24中剩余多少电荷的指示。与燃料量表类似，电池组的SOC可被输出以通知驾驶员在电池组24中剩余多少电荷。电池组的SOC还可被用于控制电动车辆或混合动力电动车辆12的操作。电池组的SOC的计算可通过各种方法来实现。计算电池SOC的一种可行的方法是对电池组的电流在时间上进行积分。此方法在本领域中公知为安培小时积分。
[0033]电池SOC还可从基于模型的估计推导得到。基于模型的估计可利用电池单元的电压测量值、电池组的电流测量值以及电池单元和电池组的温度测量值来提供SOC估计。
[0034]BECM 76可具有始终可用的电力。BECM 76可包括唤醒计时器，使得唤醒可被安排在任何时候。唤醒计时器可唤醒BECM 76，使得预定的功能可被执行。BECM 76可包括非易失性存储器，使得数据可在BECM 76断电或失去电力时被存储。非易失性存储器可包括电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或非易失性随机存取存储器(NVRAM)。非易失性存储器可以包括微控制器的闪速存储器。
[0035]当操作车辆时，主动地修改管理电池SOC的方式可产生更高的燃料经济性或更长的EV模式(电动推进)操作，或者两者兼而有之。车辆控制器必须在高SOC和低SOC两者时进行这些修改。在低SOC时，控制器可检查最近的操作数据，并判定通过伺机性(opportunistic)发动机充电来增加S0C(伺机性指的是在发动机已经在运行的情况下才这样做)。这样做是为了在发动机关闭时提供更长的EV模式操作。反之，在高SOC时，控制器可检查最近的操作数据和其它数据(位置、温度等)以通过EV模式推进、减少的发动机输出或辅助电力负载来减少S0C。这样做是为了提供更高的电池容量以使在预期的再生制动事件(诸如，高速减速或陡坡缓降)期间的能量捕获最大化。
[0036]图3是示出电池的荷电状态和扭矩辅助分配关于时间的示例性曲线图300。该曲线图示出了牵引电池的荷电状态(S0C)302连同电池的充放电循环304与时间306的关系。牵引电池的SOC由线308来表示，并且牵引电池的SOC的分配水平或电池SOC的配给量由线310来表示。这里，分配水平310专门针对扭矩辅助。当车辆由内燃发动机来推进并且驾驶员功率需求或驾驶员需求超过发动机的功率容量时，连接到驱动车轮的电机可被用于提供扭矩以辅助由发动机施加的扭矩。在此示例性曲线图中，扭矩辅助被示出为是总的电池SOC的10%。然而，该百分比可基于车辆的特性而发生改变，其中，车辆的特性包括电池容量、车辆质量、期望的性能概况(profile)。另外，车辆可配备有动力传动系统运转模式开关。动力传动系统运转模式开关可被用于从包括经济、普通、拖曳、追逐、运动或性能的多个操作模式中选择操作模式。操作模式可具有相应的百分比，例如，用于经济模式操作的分配的百分比可以小于10%，用于普通模式的百分比可以是10%至20%，用于运动模式或性能模式的百分比可以多达40%。并且，针对用于紧急车辆的追逐模式的百分比可以是80%。
[0037]SOC分配310具有相关联的扭矩辅助状态或变量，其具有两个状态(启用和禁用)。该状态可以用硬件(诸如触发器或组合逻辑)来实现，或者，该状态可以用软件来实现，其中，控制器或处理器被配置为切换状态，并且基于该状态，控制器或处理器可激活功能。在此示例中，当由于再充电电流而使得SOC分配310等于10%S0C时，状态从禁用切换到启用。并且，当由于电流流向电机以向发动机提供扭矩辅助而使得SOC分配310等于0%S0C时，状态从启用切换到禁用。可调整这种滞后，使得启用和禁用切换点不依赖于10%的总的SOC分配。例如，虽然保持10%的SOC分配，但是扭矩辅助的启用可被设定在5%，使得一旦SOC分配等于5%，则状态将基于踏板需求事件而切换至启用，并且扭矩辅助将可用。踏板需求事件包括在行驶周期期间来自驾驶员对功率(诸如推进功率)变化的请求。例如，驾驶员移动脚踏板可构成对功率变化的请求。这样的好处在于，这可以在特定的时走时停交通(Stop andgo traffic)期间允许扭矩辅助，在特定的时走时停交通中，当滞后要求完整的分配时，扭矩辅助被禁用。
[0038]电池的充电和放电312基于来自电机的电流的方向。由电机产生的电流由等于充电水平的高指示来表示，流动到电机中的电流由等于放电水平的低指示来表示。这里，车辆首先使用扭矩辅助被推进，这消耗了 SOC 308，S0C308大约从80 %降低至70%。SOC的这种降低使得分配给扭矩辅助的SOC相应地降低。一般说来，来自电机的扭矩辅助可需要踏板需求事件，在踏板需求事件中，与踏板需求相关联的功率请求超过来自内燃发动机的可用功率。另外，扭矩辅助可要求电池SOC大于阈值(诸如最小S0C)或者电池SOC的分配大于SOC阈值。在此示例性曲线图中，针对扭矩辅助的SOC分配310从10%降低到0%，此时，所述分配等于更低的SOC分配，并且在时间314处通过切换TA_disable而禁用扭矩辅助。由于从点314到点316电池被再充电，所以针对扭矩辅助的SOC分配310按相同的百分比增加。在点316与点318之间的SOC放电期间，由于SOC的下降不是由扭矩辅助引起的，所以针对扭矩辅助的SOC分配310被保持恒定。与扭矩辅助相关联的SOC分配310基于电池的充电而继续增加，直到SOC分配310等于阈值为止。在此示例中，该阈值为10% (其等于分配给扭矩辅助的总的S0C)。当在点320处SOC分配310等于10%时，扭矩辅助被再次启用，然而，由于没有大于发动机功率的来自踏板需求事件的功率请求，所以电流不会流向电机而提供扭矩辅助。然而，在点322处，当来自踏板需求事件的功率请求大于发动机功率并且SOC分配状态被启用时，电流将流向电机以提供扭矩辅助。流向电机的电流持续，直到扭矩辅助在点324处由于SOC分配310降低至ijo%而被禁用为止。
[0039]在此公开的处理、方法或算法可以交付给/通过处理装置、控制器或计算机来实现，其中，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用的电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以以多种形式被存储为通过控制器或计算机可执行的数据和指令，其中，所述多种形式包括但不限于永久地存储在非可写存储介质(诸如，ROM装置)上的信息以及可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、⑶、RAM装置和其它磁和光介质)上的信息。所述处理、方法或算法也可以被实现为软件可执行对象。可选地，所述处理、方法或算法可以使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置)或硬件、软件和固件组件的组合被整体或部分地实现。
[0040]虽然以上描述了示例性实施例，但这些实施例并不意在描述了权利要求所涵盖的所有可能的形式。说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可将各种实施例的特征进行组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管针对一个或更多个期望的特性，各种实施例已经被描述为提供在其它实施例或现有技术实施方式之上的优点或优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员应认识到，根据特定应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、装配的容易性等。如此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术实施方式满足期望的实施例并非在本公开的范围之外，并可被期望用于特定应用。
【主权项】
1.一种动力传动系统控制系统，包括: 牵引电池； 电机，被电连接至所述电池，并且被配置为提供发动机扭矩辅助； 控制器，被配置为:响应于因在发动机扭矩辅助期间流向电机的电流而引起的所述电池的荷电状态(SOC)的变化大于预定的变化，中止所述电流，以停止发动机扭矩辅助。2.如权利要求1所述的动力传动系统控制系统，其中，控制器还被配置为:响应于表示能量的量等于与所述预定的变化相关联的能量的电池再充电电流，基于踏板需求来重新启动流向电机的电流。3.如权利要求1所述的动力传动系统控制系统，其中，控制器还被配置为:针对每个行驶周期设置所述预定的变化。4.如权利要求1所述的动力传动系统控制系统，其中，控制器还被配置为:针对每个踏板需求事件设置所述预定的变化。5.如权利要求1所述的动力传动系统控制系统，其中，控制器还被配置为:根据从经济模式、普通模式和运动模式中选择的模式来运转发动机，并且基于所选择的模式来设置所述预定的变化的量，其中，普通模式下的所述量大于经济模式下的所述量，并且运动模式下的所述量大于普通模式下的所述量，并且模式选择是对动力传动系统运转模式开关的激活的响应。6.如权利要求1所述的动力传动系统控制系统，其中，所述预定的变化的量为所述荷电状态的百分比。
【文档编号】B60W10/26GK106004858SQ201610181870
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】李民久, 弗朗西斯·托马斯·康诺利
【申请人】福特全球技术公司