专利名称：用于加热混合电动车辆中电池的方法
技术领域：
本发明通常涉及混合动力车辆的操作，尤其涉及混合动力车辆中电池系统的操作。
背景技术：
混合电动车辆使用内燃机和电池作为车辆推进的动力源。一般而言，电池在低温时的性能很差。特别地，低温会影响电池的化学性质并且增大电池内部的电阻。因此，电池的充电峰值就受到限制并且峰值电池放电能力也有所降低。当电池功率用于推动车辆时，糟糕的电池性能会降低传递到车轮的转矩并且增大了对内燃机的依赖。对内燃机的更大的依赖会增大车辆排放物并降低燃料经济性。另外，糟糕的低温电池性能也会造成需要向混合电动车辆添加外部或辅助电池加热设备。
低温也会增加电池的极化电阻电压的影响，它在足够高的水平时能够防止电池充电或放电。极化电阻电压可以通过将电池的极性反向而被临时地降低，例如通过从对电池放电切换到充电，反之亦然。降低极化电阻电压能够使更多的电流在电池中循环。在电池中循环的电流与电池内阻(即I2R损失)相互影响，从而导致低温时电池温度的升高和电池性能的改善。然而，电池电流极性的反向可能会被车辆驾驶者察觉出来。例如，极性反向可能会表现出噪音、间歇性的发动机反转以及车辆加速中的停顿，尤其是在以稳定速度行驶时更可能会被察觉到。
因此，就需要一种用于加热混合电动车辆的电池以改善电池性能的方法并且以一种不会引起驾驶员反对的方式实现这一点。上文指出的与现有技术相关的问题及其它问题可以通过本申请人的发明解决，本发明的总结如下。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于加热混合电动车辆中电池的方法。混合电动车辆包括发动机、电池、由发动机或电池提供动力并用于驱动车轮的电动机—发电机，还包括一个用于监视和控制混合电动车辆的控制模块。本方法包括以下步骤测定电池温度是否低于一个预定值，测定触发事件是否已经发生，如果电池温度低于一个预定值并且触发事件已经发生，就将电池电流的极性反向。触发事件可能是“tip-in”事件、“tip-out”事件或端电压事件。如果电池温度低于一个预定值并且已经发生tip-in事件、tip-out事件或端电压事件，电池电流的极性就会反向。
测定是否发生tip-in事件的步骤可能包括测量电池电压，如果电池电压较低就不将电池的极性反向。测定是否已经发生tip-out事件的步骤可能会包括测量电池电压，如果电池电压较高就不将电池电流的极性反向。
在针对tip-in事件和tip-out事件而将电池电流的极性反向时，可能会使用第一转换速度。在针对端电压事件而将电池电流的极性反向时，可能会使用第二转换速度。第一转换速度可能比第二转换速度更快。
测定电池温度的步骤可能会包括将预定值与来自电池温度传感器的测量值进行比较。测定tip-in事件是否已经发生的步骤可能会基于油门踏板位置传感器的位置变化。测定tip-out事件是否已经发生的步骤可能会基于制动踏板位置传感器或油门踏板位置传感器的位置变化。测定端电压是否已经发生的步骤可能会包括将端电压值与指示电池的极化电阻电压的极限值进行比较。
根据本发明的另一个方面，该方法测定电池的温度是否低于一个预定值并且测定前一个极性反向是否已经完成。该方法还测定tip-in事件、tip-out事件或端电压事件是否已经发生，并且如果电池温度低于预定值、前一个极性反向是否已经完成并且tip-in事件、tip-out事件或端电压事件已经发生，则将电池电流的极性反向。对于tip-in事件或tip-out事件，电池电流的极性的反向可能会以第一转换速度发生，而针对端电压事件，可能会以第二转换速度出现。
测定前一个极性反向是否已经完成的步骤可能包括，在测定前一个极性反向是否完成之后测定电池是否正在充电或是放电。将电池电流的极性反向的步骤可能会包括计算功率目标级并且将电池的极性反向到该功率目标级。测定端电压事件是否已经发生的步骤可能会包括如果电池正在放电，则测定端电压值是否大于第一极限值，如果电池正在充电，则测定端电压值是否小于第二极限值。
根据本发明的另一方面，该方法包括以下步骤测定电池的温度是否低于一个预定值，测定前一个极性反向是否完成并且在前一个极性反向完成之前阻止执行后续极性反向，测定电池是否正在充电或放电，并且测定是否已经发生端电压事件、tip-in事件或tip-out事件。如果端电压事件已经发生，则以第一转换速度将电池电流的极性反向。如果tip-in事件或tip-out事件已经发生，那么就以第二转换速度对电池电流的极性进行反向。
图1是混合电动车辆的示意图；图2是用于加热混合电动车辆中电池的方法的流程图；图3是用于加热混合电动车辆中电池的方法的第二个实施例；图4是用于加热混合电动车辆中电池的方法的第三个实施例；以及图5是描述电池在用于加热混合电动车辆中电池的方法下操作的标绘图。
具体实施例方式
参见图1，其中显示了混合电动车辆10的示意图。混合电动车辆10可以具有不同的动力传动系统配置，包括本领域技术人员公知的串联混合驱动、并联混合驱动或分开的混合驱动。另外，混合电动车辆10可能配备有能量恢复设备，例如再生制动系统。
混合电动车辆10包括发动机12和电池14做为动力源。电池14可能是单个电池或一个包含多个通过电互相连接的电池的电池组。来自发动机12或电池14的动力提供向电动机—发电机16。电动机—发电机16用于驱动车辆牵引轮。特别地，电动机—发电机16连接至差动器18，差动器连接到一对轴20，每个轴又连接至一个车轮22。
控制模块24被用于监视和控制混合电动车辆10的多个方面。例如，控制模块24连接到发动机12和电动机—发电机16上以监视和控制它们的操作和性能。控制模块24也可以对输入进行处理以确定是否应该加热电池14。这些输入可以包括电池温度和电压。电池温度是由位于电池14上的温度传感器26提供的。或者，也可以使用多个温度传感器。电压传感器28读取电池14的端电压。也可以选择使用多个电压传感器。控制模块24还连接至油门踏板位置传感器30和制动踏板位置传感器32，其中油门踏板位置传感器30检测驾驶者希望增大或减小车辆速度的时刻，制动踏板位置传感器32检测驾驶者的制动输入。
参见图2，其中显示了一种用于加热混合电动车辆中电池的方法的流程图。在60处，流程图以测定电池的温度是否低而开始。如果电池温度低于一个温度阀值，则电池的温度就低。温度阀值可能是一个预定的常数，它基于电池的规格并且编程到控制模块的存储器中。如果电池温度低于该温度阀值，就需要进行辅助的加热以改善电池性能。如果电池温度不低于该温度阀值，就不需要进行附加的工作来增高电池温度。
接下来在62处确定“tip-in”事件是否已经发生。tip-in事件指示驾驶者要求附加的功率或要求车辆加速。tip-in事件可以通过检测油门踏板已被迅速按下来指示。如果tip-in事件已经发生，就可以使用在64处估定以确定是否可以得到充足的电池电压以提供所需的附加功率。如果电池电压较低，则不会提供附加的功率并且步骤返回块60。如果电池电压不低，那么就在块66中将电池电流的极性反向，从而降低了极化电阻电压并且加热电池。
类似地，在68处测定“tip-out”事件是否已经发生。tip-out事件指示驾驶者要求较低的功率或要求车辆减速。tip-out事件可能会由制动车辆、掀起油门踏板或制动和/或掀起油门踏板的组合进行指示。如果tip-out事件已经发生，则在70处评估电池电压以确定是否使用由再生制动或其它能量恢复系统所恢复的能量对电池充电。如果电池电压较高，则电池不会存储附加的能量并且步骤返回块60。如果电池电压并不是非常高，那么就在块66中将电池的极性反向，从而降低了电池的极化电阻电压并且增大了电池加热率。
从72处开始，如果没有发生tip-in或tip-out事件，步骤就估定电池的端电压是否达到极限值。该极限值是以极化电阻电压为基础的。如果端电压为极限值，那么就在块66中将电池的极性反向以临时地消除电池的极化电阻电压并且增大电池的加热率。如果端电压不是极限值，那么步骤返回至块60。
参见图3，其中显示了本发明的另一个实施例的流程图。除了电池的极性以两个不同的速度反向之外，该实施例与图2中所示实施例一致。更具体地，如果在82处发生tip-in事件并且在84处电池电压不低，那么就在86处迅速地或以一个较高的转换速度将电池的极性反向。同样，如果在88处发生tip-out事件并且90处的电池电压不是过高，那么也在86处迅速地将极性反向。然而，在92处，如果端电压处于极限值，那么就在块94处以较慢的转换速度将极性反向。也可以选择使用另外的极性反向转换速度。例如，可以将第一转换速度用于tip-in事件，将第二转换速度用于tip-out事件，并且将第三转换速度用于端电压事件。或者，可以将相等或不相等的转换速度用于每个类型的事件。
较高的转换速度可以使极性反向不容易被车辆驾驶者觉察，因为反向可以在发动机加速或减速时完成。特别地，在tip-in或tip-out事件期间，会由于极性反向过程而造成较高的环境噪声级。驾驶者也可能会希望发动机能够在tip-in或tip-out事件期间加速转动或减速转动。例如，当发生tip-in事件时，会要求从电池和内燃机中获得更多的能量，这就会导致发动机运转更厉害并且增大了车辆内部的噪声级别。当极性反向不是驾驶者预期并启动时，可能会使用较低的转换速度。例如，当达到端电压极限时可能会使用较低的转换速度，因为不会出现与发动机加速或减速相伴而生的增大的环境噪声级。较低的转换速度降低了由于端电压极限极性反向所导致的发动机速度或噪声的变化的可感知性。因此，通过使用多个转换速度配置，该方法可以有助于解决乘客对噪音灵敏的问题。
参见图4，其中显示了本发明的另一个实施例的流程图。该实施例向图3所示的实施例添加了更多的步骤以使极性反向更不容易被车辆驾驶者察觉到并且改善车辆的驾驶性能。
在100处，流程图以前面所述的测定电池的温度是否低而开始。如果电池温度不低，那么就不需要附加的加热。如果电池的温度较低，则步骤在102处继续。
当前一个极性反向尚未完成或当极化电阻电压过高或过低时，块102、104、106和108共同起作用以阻止基于tip-in或tip-out事件的极性反向。这些步骤的目的是确保在后续极性反向请求前极化电阻电压被降低并且实现更有效的电池加热。
如果电池的状态标志设置为“充电”，则块102阻止响应tip-in事件而进行由充电向放电的极性反向。在图4中以“标志”标识的电池状态标志指示所需的充电方向。例如，如果电池状态标志被设置为“充电”，则电流的方向就由放电变为充电。如果电池状态标志被设置为“放电”，则电流的方向就由充电变为放电。类似地，如果电池的状态标志被设置为“放电”，则块104阻止响应tip-out事件而进行的由放电向充电的极性反向。禁止极性反向会降低发生超过电池充电极限或招致与车辆道路上停驶(quit on road)相关的事件的可能性，并且有助于实现较高的电流和更有效的电池加热。
如果块102和104都防止极性反向，则步骤返回块100。如果块102或块104允许极性反向，则分别在块106和108中将称为禁用Tip-in或禁用Tip-in的两个标志之一将设置为“假”。特别地，如果实际或测量的电池状态值指示电池正在充电，那么沿放电方向生成的极化电阻电压就被克服并且允许从充电到放电的极性反向(例如，由于tip-in事件)。因此，在106处禁用Tip-in标志被设置成“假”以允许基于tip-in事件的此类极性反向。类似地，如果实际或测量的电池状态值指示电池正在放电，那么沿充电方向生成的极化电阻电压就被克服并且允许从放电到充电的极性反向(例如，由于tip-out事件)。因此，108处的禁用Tip-Out标志被设置成“假”以允许基于tip-Out事件的此类极性反向。
接下来在110处确定电池状态标志被设置成“充电”还是“放电”。如果电池状态标志被设置为“放电”，则步骤在块112处继续并且测定电池电压是否低。如果电池电压较低，则步骤在114处继续。在114处，计算所需充电功率目标级，指示电流方向是否由充电转化为放电的电池状态标志被设置为“充电”，禁用Tip-In标志被设置为等于“真”，并且以较低的转换速度将电池电流的极性反向。
可以使用对照表中的预先编程值或者使用算法确定所需功率目标级。例如，电池的物理充电极限和驾驶者对于附加动力的请求可以是输入。因为驾驶者对于附加功率的请求可能是决定功率目标级的输入，所以电池的加热率可能会响应驾驶者对于性能和增强车辆驾驶性能的要求而进行调整。第一功率极限可能基于电池的物理限制，第二功率极限可能基于驾驶者启动的功率请求。可能会对第一和第二功率极限进行比较以选择最低的值做为所需功率目标级。
在116处，如果电池电压不低，则确定是否存在tip-in事件。如果存在tip-in事件，则计算新的放电功率目标级并且步骤在118处以较快的转换速度将电池的利用调整到该功率目标。
如果在块116处未发生tip-in事件，在步骤在120处开始，确定是否存在tip-out事件。如果存在tip-out事件，则在122处测试禁用Tip-Out的值。如果禁用Tip-Out为“假”，则允许将极性反向为充电。在124处计算新的充电功率目标，电池状态标志被设置成“充电”，并且迅速将极性反向。如果在120处不存在过tip-out事件或者禁用Tip-Out为“真”，则不执行极性反向并且步骤返回以画上圆圈的字母A标识的开始位置。
返回至110，如果电池充电，则过程步骤类似于当电池放电时所使用的步骤。在132处，步骤测定电池电压是否较高。如果电池电压较高，则步骤在134处继续。在134处计算所需的放电功率目标级，电池状态标志被设置成“放电”，禁用Tip-Out标志被设置为“真”，并且缓慢地将极性反向。
在块136处，步骤确定是否存在tip-out事件。如果存在tip-out事件，则计算新的充电功率目标并且步骤在138处以较快的转换速度将电池的利用调整到该功率目标。
如果在块136处未发生tip-out事件，则在步骤在140处开始，确定是否存在tip-in事件。如果存在tip-in事件，则在142处测试禁用Tip-In的值。如果禁用Tip-In为“假”，则允许将极性反向为放电。在144处计算新的放电功率目标，电池状态标志被设置成“放电”，并且迅速将极性反向。如果在140处不存在过tip-in事件或如果禁用Tip-In为“真”，则不执行极性反向并且步骤返回以画上圆圈的字母A标识的开始位置。
参见图5，其中显示了方法如何适应对电池的功率要求的标绘图。在该标绘图中，水平轴表示时间，垂直轴表示电池功率目标级。在零功率线上方时，电池放电，在低于零功率线时，电池充电。标记为“极限”的水平线指示了电池的物理充电和放电极限。
从A点开始，由左向右，电池在点A和点B之间充电。在点B处，端电压到达极化电阻电压极限值，如果不首先将电池极性反向，电池就不需要补充充电。电池电流从点B到点C以较低的转换速度进行反向。极性在经过将充电与放电区域分开的零线时反向。
电池从点C到点D进行放电。在点D处到达了电池的极化电阻电压极限，并且极性必须再次反向。电池电流的极性从点D到点E以较低的转换速度进行反向。
电池从点E到点F进行充电。在点F处达到极化电阻电压极限。电池电流的极性从点F到点G以较低的转换速度进行反向。电池在点G和点H之间放电。在点H处将发生一个tip-out事件。电池电流的极性在点H和点I之间以较快的转换速度进行反向。
电池从点I到点J进行充电。在点J处达到极化电阻电压极限。当极性在点J和点K之间反向的时候，会发生另一个tip-out事件。在点K处，电池电流已经改变了方向(即，点K和点J位于零线的相对侧)，这意味着极性电阻电压已经被克服。因此，允许进行返回充电区域的极性反向。
电池从点L到点M进行充电。在点M处到达了极化电阻电压极限，并且从点M到点N，极性进行反向。电池从点N到点O进行放电。在O点达到极化电压极限，并且电池电流极性在点O和点P之间以较低的转换速度反向。
电池从点P到点Q进行充电。在点Q处将发生一个tip-in事件。电池电流的极性从点Q到点R以较高的转换速度进行反向。
电池从点R到点S进行放电。在点S处达到极化电阻电压。从点S到点T，极性反向。当极性反向时，在点T处发生一个tip-in事件。因为点T具有的极性与点S的极性不同，所以允许向放电的极性反向并且极性以较高的速度反向至点U。
电池从点U到点V进行放电。在点V处另一个tip-in事件发生。在点W处计算并建立了一个新的放电功率。从点W到点X，电池继续放电。在X点达到极化电压极限，并且电池电流极性以较低的转换速度反向直至点Y。
从点Y到点Z，电池充电。在点Z处发生一个tip-in事件。计算并以较高的转换速度建立了一个新的放电功率目标级AA。从点AA到点BB，电池放电。在点BB处，另一个tip-in事件发生。计算并以较高的转换速度建立了一个新的放电功率目标CC。基于电池状态和驾驶者输入的变化而继续极性反向和建立功率目标级的过程。
尽管已经详细描述了执行本发明的几个实施例，但是本发明所涉及领域中的技术人员可以想到如下面的权利要求所定义的实现本发明的其它设计和实施例。
权利要求
1.一种用于加热混合电动车辆中电池的方法，混合电动车辆包括发动机、电池、由发动机或电池提供动力并用于驱动车轮的电动机—发电机，还包括用于监视和控制混合电动车辆的控制模块，该方法包括以下步骤测定电池的温度是否低于一个预定值；测定触发事件是否已经发生；以及如果电池的温度低于预定值并且触发事件已经发生，则将电池电流的极性反向。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，测定触发事件是否已经发生的步骤包括测定tip-in事件、tip-out事件或端电压事件是否已经发生。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，测定tip-in事件是否已经发生的步骤包括测量电池电压并且如果电池电压较低则不将电池电流的极性反向。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，测定tip-out事件是否已经发生的步骤包括测量电池电压并且如果电池电压较高则不将电池电流的极性反向。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，针对tip-in事件和tip-out事件以第一转换速度将电池的极性反向，针对端电压事件以第二转换速度将电池的极性反向。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第一转换速度比第二转换速度更快。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，测定电池温度的步骤包括将预定值与来自电池温度传感器的测量值进行比较。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，测定tip-in事件是否已经发生是建立在油门踏板位置传感器的位置变化的基础上的。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，测定tip-out事件是否已经发生是建立在制动踏板位置传感器或油门踏板位置传感器的位置变化的基础上的。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，测定端电压事件是否发生的步骤包括将端电压值与指示电池极化电阻电压的极限值进行比较。
11.一种用于加热混合电动车辆中电池的方法，混合电动车辆包括发动机、电池、由发动机或电池提供动力并用于驱动车轮的电动机—发电机，还包括用于监视和控制混合电动车辆的控制模块，该方法包括以下步骤测定电池的温度是否低于一个预定值；测定前一个极性反向是否已经完成；测定tip-in事件是否已经发生；测定tip-out事件是否已经发生；测定端电压事件是否已经发生；以及如果电池温度低于预定值并且前一个极性反向已经完成且tip-in事件、tip-out事件或端电压事件已经发生，则将电池电流的极性反向。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，针对tip-in事件和tip-out事件以第一转换速度将电池电流的极性反向，针对端电压事件以第二转换速度将电池电流的极性反向。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，测定前一个极性反向是否已经完成的步骤还包括，在测定前一个极性反向是否完成之后测定电池是正在充电还是正在放电。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，测定端电压事件是否发生的步骤还包括将测量的端电压值与指示电池极化电阻电压的极限值进行比较。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，测定端电压事件是否已经发生的步骤还包括在电池放电时测定端电压值是否大于第一极限值。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，测定端电压事件是否已经发生的步骤还包括如果电池充电时测定端电压值是否小于第二极限值。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将电池的极性反向的步骤还包括计算功率目标级并将电池电流的极性反向至该功率目标级。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，测定tip-in事件是否已经发生的步骤是建立在油门踏板位置传感器的位置变化的基础上的。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，测定tip-out事件是否已经发生的步骤是建立在制动踏板位置传感器或油门踏板位置传感器的位置变化的基础上的。
20.一种用于加热混合电动车辆中电池的方法，混合电动车辆包括发动机、电池、由发动机或电池提供动力并用于驱动车轮的电动机—发电机，还包括用于监视和控制混合电动车辆的控制模块，该方法包括以下步骤测定电池的温度是否低于一个预定值；测定前一个极性反向是否已经完成并且在前一个极性反向完成之前阻止执行后续极性反向；测定电池是否正在充电还是正在放电；测定端电压事件是否已经发生，如果端电压事件已经发生则以第一转换速度将电池电流的极性反向；测定tip-in事件是否已经发生，如果tip-in事件已经发生则以第二转换速度将电池电流的极性反向；以及测定tip-out事件是否已经发生，如果tip-out事件已经发生则以第二转换速度将电池电流的极性反向。
全文摘要
一种用于加热混合电动车辆中电池的方法。混合电动车辆包括发动机、电池、由发动机或电池提供动力的电动机－发电机以及控制模块。该方法包括测定电池温度和测定tip－in事件、tip－out事件或端电压事件是否已经发生的步骤。如果电池温度低于一个预定值并且如果tip－in事件、tip－out事件或端电压事件已经发生，则将电池的极性反向。
文档编号B60K6/48GK1599125SQ20041007865
公开日2005年3月23日 申请日期2004年9月17日 优先权日2003年9月19日
发明者穆昆达·V·普雷玛, 沙伊莱什·S·科佐赖卡尔, 克里斯托弗·A·奥乔奇恩斯基, 罗伯特·K·达纳格, 樊尚·弗赖尔穆特, 道格拉斯·茹 申请人:福特环球技术公司