专利名称：电荷储存方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于市区行驶类型和郊区行驶类型等至少两种行驶类型并包括蓄电 装置和电机的混合动力汽车系统中电荷的控制方法。本发明还涉及安排来实现储存系统控 制方法用的储存系统和储存系统规格的确定方法。
背景技术：
在混合动力汽车中，蓄电装置的电荷用来使电机参与汽车的牵引。为了使蓄电装 置可用而没有使蓄电装置恶化的危险，电荷应该处于可用值的范围内。该范围的低值一般 对应于保证向附属设备供电的最小电荷量，而不是将蓄电装置完全放空，而使其失去作用。 该范围的高值一般对应于避免蓄电装置过充电危险的安全值，过冲电会使之过早老化，甚 至使蓄电装置破坏。在汽车处于运行状态期间，一般控制电荷使之不降到该范围的低值以下，而且不 超过高值。电荷量随着汽车运行在该低值和该高值之间变化。具体地说，当电荷量降低时 蓄电装置可以靠热力发动机或为汽车的动能再充电。当汽车停止时，蓄电装置的电荷随着附属设备的消耗而减少。在电荷量控制技术的领域内，文献W02002/058209公开了一种方法，其中周期的 频率与电池组的规格和其他参数相联系。该方法基于通过增大电池组的规格来增强其强健 性。文献US7173396公开了一种带有电池组控制装置的混合动力汽车，它按照运行的 操作条件确定允许充电和放电。文献US2005/0228553公开了一种混合动力汽车能量管理系统，它借助于对预定 路线上的行驶类型进行预测的装置，力求纠正汽车从一种行驶类型过渡到另一种行驶类型 时行为的差异。该在先技术力求通过诸如郊区行驶类型对回收电能有利的行驶类型尽可能回收 最多的能量，希望为诸如在市区行驶类型等最消耗电能的行驶类型提供大量储存的能量。 这个方法趋向于使用大容量的能量蓄电装置，这造成了重量和外廓尺寸大的问题，这在动 能的反响方面不利于市区行驶类型。在郊区行驶类型可回收的能量事实上只在市区行驶类 型开始时是可用的，相应地郊区行驶的能量基本上在离开使电池组卸空的市区行驶类型时 才可回收。在市区行驶类型上汽车变化的行为，很长时间才进入这种行驶类型或从其中出 来，就会出现强健性问题。
发明内容
本发明的目的在于，使行驶的供给(prestation)变得强健，而且使每种行驶类型 的消耗彼此独立。本发明的目的还在于，把蓄电装置有用能量减到最小。为了纠正先有技术的问题，本发明的目标是提出一种用于包括市区行驶类型和郊
3区行驶类型等至少两种行驶类型并包括蓄电装置和电机的混合动力汽车系统中控制电荷 的方法。该方法包括 第一步，当达到低阈值时，允许该蓄电装置充电并阻止该蓄电装置放电；和 第二步，当达到高阈值时，允许该蓄电装置放电并阻止该蓄电装置充电；使得 该低阈值和该高阈值限定了一个汽车所有行驶类型用的蓄电装置的有效利用 范围，该有效范围的幅度是在保证持续性市区行驶类型的条件下确定的。该低阈值和该高阈值最好与当前的行驶类型无关。本发明的目标还在于，提出一种用于包括市区行驶类型和郊区行驶类型等至少两 种行驶类型并包括蓄电装置和电机的混合动力汽车中的电荷储存系统。值得注意的是，该 系统包括一个模块，安排用来接收蓄电装置电荷水平，以便当达到低阈值时，允许该蓄电装 置充电并阻止该蓄电装置放电，而当达到高阈值时，允许该蓄电装置放电并阻止该蓄电装 置充电，而且其中所述低阈值和所述高阈值限定了一个汽车所有行驶类型用的蓄电装置的 有效利用范围，所述有效范围的幅度是在保证持续性市区行驶类型的条件下确定的。该蓄电装置的规格最好确定得使存储的最大电荷量等于高阈值与最小安全余量 之和。本发明的目标还在于，提出一种用于包括市区行驶类型和郊区行驶类型等至少两 种行驶类型并包括蓄电装置和电机的混合动力汽车中电荷储存系统规格的确定方法。该方 法包括 第一步，确定蓄电装置用于汽车用电机构供电的安全电荷量，以便确定一个低 阈值，达到该低阈值时，允许该电机向该蓄电装置充电并阻止该蓄电装置向该电机放电； 第二步，确定一个保证持续性市区行驶类型用的蓄电装置的第一有效利用范 围； 第三步，从所述第一有效范围出发确定高阈值，当达到该高阈值时，允许该蓄电 装置向电机放电并阻止该电机向该蓄电装置充电。任选地，该方法包括第四步，确定蓄电装置的一个保证持续性郊区行驶类型的第 二有效利用范围，以便从所述第二有效范围出发确定所述高阈值。
参照附图阅读以下的描述将能更好地理解本发明。这些附图只是为了举例说明才 给出的，决不限制本发明。附图中 图1 示意地描绘实现本发明的混合动力汽车的主要要素； 图2 按照电荷水平控制蓄电装置电荷的曲线图； 图3 通常电荷水平随着行驶类型而演变的方案； 图4 按照本发明确定蓄电装置规格的方法； 图5 按照本发明电荷水平随着行驶类型而演变的方案。在不同的附图中，同一引用号标示同一要素。
具体实施例方式参见图1，混合动力汽车包括由大容量电池组构成的蓄电装置11或能够可逆地存储电能的所有其他元件。诸如汽车的大灯、加热元件和空气调节、减速箱的控制机构等不同 的用电设备21连接到蓄电装置11的端子上，并适时地消耗电能。电能逆变器50在寿命的 不同情况下消耗蓄电装置提供的电能转变为机械能量。若汽车不用热力发动机(未示出) 工作，则只由该蓄电装置提供牵引所需要的能量。当汽车用热力发动机工作时，该蓄电装置 有时提供补充的能量，例如，以改善性能。该逆变器50向蓄电装置提供能量，特别是当汽车 减速或下斜坡时，但这不一定足以保证能量的零平衡。逆变器50同样应该在热力发动机工 作的其他时刻提供电能以便使蓄电装置11再充电。逆变器50包括连接到蓄电装置11正电极的端子51和连接到蓄电装置11负电极 端子52。在端子51和52之间，例如，逆变器50包括电机53，当逆变器50受信号元件41 控制时在电动机模式下该电机提供机械能，并当逆变器50受信号元件42控制时处于发电 机模式下吸收机械能对蓄电装置11进行充电。信号元件41和42由一般为电子的模块40 产生。模块40根据要由电机53提供或吸收的力矩整定值，建立信号元件41和42的值。 为此，该模块40接收，例如，制动单元、或汽车加速单元产生的不同的命令。模块40还接收 一般电子模块30特定的命令。模块30安排用来通过传感器31接收蓄电装置11的电荷水 平，用已知的方法，测量蓄电装置11端子的电压，并从流过蓄电装置11的电流出发估计其 阻抗。根据蓄电装置11的可以从0至100%演变的电荷水平，该模块30向模块40发出充 电和放电的控制信号，例如，如图2所示。参见图2，步骤500表示初始状态或监听状态，例如，在未示出的模块30的处理器 不同的时钟有效。从步骤500出发，当检测蓄电装置11电荷量达到低阈值Sb时，该模块30使过渡 501有效，而当蓄电装置的电荷量达到高阈值Si时使过渡502有效。过渡501的有效使步骤503起作用，其中允许向该蓄电装置充电，禁止为驱动汽车 而使蓄电装置放电。在该步骤中，只有其他调节元件试图向蓄电装置再充电，诸如电力制动 或提高热力发动机的状态以便向蓄电装置再充电。决定这些动作的元件在本发明的范围以 外。过渡502有效，步骤504便有效，其中禁止蓄电装置充电，并允许为了驱动汽车而 使蓄电装置放电。在这个步骤中，只有其他调节元件想要蓄电装置放电的动作，诸如控制向 电动机供电以提供牵引力矩。决定该动作的元件在本发明的范围以外。参见图3，分成三种行驶类型，市区行驶，速度一般小于50km/h ；在公路或高速公 路上的郊区行驶，速度较高和不同行驶(类型)的交替。横坐标轴是时间t，而纵坐标轴是蓄电装置的电荷量。低阈值Sb和高阈值证限定 一个有用的范围Plu，其中人们注意到，通过举例说明在市区行驶的起点随后进行放电，并 在郊区行驶开始时随后充电。该方案的区域表示蓄电装置电荷量的演变，它可以代表市区行驶。该方案的区 域&表示蓄电装置电荷量的演变，可以代表郊区行驶。区域左部是郊区行驶过渡到市 区行驶交替的典型。区域&的左部是市区行驶过渡到郊区行驶交替的典型。连续地只进行市区行驶的实现表明，为了将其实现，有用的能量不超过几百kj。连 续的郊区行驶也一样。反之，采用所有已知的策略，当郊区行驶紧接着市区行驶时，蓄电装置的电荷水平显著增大。反之亦然，当市区行驶跟随郊区行驶时，蓄电装置的电荷量电荷水平下降。事实 上，消耗的能量允许比电池组零平衡实现更多的市区电力行驶，电池组平衡是连续进行市 区行驶的中间情况。这样进行就可以在从郊区行驶的能量向市区行驶转移上实现补充的消 耗增益，在这里热力发动机可以停止。只有该蓄电装置在操作中没有达到饱和，该增益才有 效。已经证实，市区的消耗和电力行驶取决于此前的行驶类型。欧洲认可 (homologation)的周期是这种现象一个杰出的示例。该周期的前780秒是市区类型，而且 所有混合动力汽车都让蓄电装置放电，在这些汽车以超过50km/h行驶的随后400s期间再 次充电。只构成前780秒类型的连续行驶的一次行驶，导致比homologation时更高的消耗 和更低的电力行驶。反之亦然，只由最后400秒类型的行驶系列构成的行驶导致更低的消 耗，因为热力发动机没有必要再那么多地向蓄电装置充电。本发明提出一个策略，亦即只把彼此独立地实现每一种行驶类型所需要的能量设 置为有用能量。这样，汽车的行为变得几乎与以前的行驶类型无关，而不针对给定的行驶类型改 变消耗和电力行驶。图4表示为了实现本发明而确定电能储存系统规格的方法步骤。在步骤601中，确定蓄电装置电荷量的低阈值Sb，低于该低阈值时蓄电装置的电 荷不能再用来牵引汽车。这个措施有助于保护汽车其他机构或汽车运行供电有用的安全电 荷。该低阈值是从除牵引外汽车不同的耗电量的知识出发确定的。在步骤602中，确定市区周期蓄电装置电荷量状态的有效范围Plu (cU)。该有效范 围可以通过这样的计算确定，该计算是在已知其幅度与汽车减速至限定速度时可回收动能 密切相关的，而且在市区环境下避免过多的使用热力发动机的条件下进行的。同样可以试 验在市区环境下采用本发明之前确定规格的蓄电装置，并记录电荷量的演变，其包络线给 出有效范围Plu(cU)。在步骤603中，确定在郊区周期蓄电装置电荷量状态的有效范围Plu(cS)。该有效 范围可以通过这样的计算确定，该计算是在已知其幅度与汽车减速至高速可回收的动能密 切相关的，而且是郊区环境的条件下进行的，可以容易地设置用热力发动机来进行电荷量 的补充。同样可以试验在公路和高速公路上采用规格定得过大的蓄电装置试验汽车，并记 录电荷量的演变，其包络线给出有效范围Plu(cS)。在步骤604中，把高阈值确定为等于该有效范围的上限。可以满足于市区行驶 的有效范围，特别是对于更多地面向市区使用的汽车，而且在这种情况下不需要执行步骤 603。可以满足于郊区行驶的有效范围，特别是对于更多地面向郊区使用的汽车，并在这种 情况下不需要执行步骤602。最后可以考虑两种类型的有效范围，最后在幅度上使彼此足够 地接近。参见图5，这时有效范围的幅度较低，因为原来比市区行驶的有效范围高的郊区行 驶有效范围的低的平均值，导致比电荷量低阈值还低的值。这可以通过把电荷量高阈值Si 降低到市区行驶的有效范围的上限或市区行驶有效范围的包络线获得。
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可能注意到，这种类型的策略表现为在认可方面消耗损失更大，其中行驶类型之 间的耦合作用被放大。反之，有用能量，就其本身而言，显著地减少，直至在所试验的实现达到3倍。例 如，这允许利用一个容量较低的蓄电装置，并因而重量较轻。已经证实，相继进行这些行驶类型时，该汽车赢得行为的强健性和只是消耗略微 提高。要提醒，当对于相同的条件相似地重复时，行为是强健的。
权利要求
1.用于包括市区行驶类型和郊区行驶类型等至少两种行驶类型、并包括蓄电装置和电 机的混合动力汽车系统中电荷控制方法，包括 第一步(503)，当达到低阈值(Sb)时，允许蓄电装置充电并阻止蓄电装置放电； 第二步骤(504)，当达到高阈值(Sh)时，允许该蓄电装置放电并阻止该蓄电装置充电； 其中所述低阈值和所述高阈值限定一个蓄电装置针对汽车所有行驶类型的有效利 用范围(Plu)，所述有用范围的幅度是在保证持续市区行驶类型的条件下确定的，其特征在于，所述低阈值和所述高阈值与行驶类型无关。
2.用于包括市区行驶类型和郊区行驶类型等至少两种行驶类型、并包括蓄电装置 (11)和电机(53)的混合动力汽车中电荷储存系统，包括 模块(30)，安排用来接收蓄电装置(11)的电荷水平，用以当达到低阈值时，允许对 该蓄电装置充电和阻止该蓄电装置放电，并用来当达到高阈值时，允许该蓄电装置放电并 阻止该蓄电装置充电，而且其中所述低阈值和所述高阈值限定蓄电装置一个针对汽车的所 有行驶类型的有效利用范围，所述有效范围的幅度是针对保证持续性市区行驶类型而确定 的。
3.按照权利要求2的系统，其特征在于，所述低阈值和所述高阈值与行驶类型无关。
4.按照权利要求2或3的系统，其特征在于，该蓄电装置(11)的规格是按照存储最大 的电荷值等于高阈值与最小安全余量之和确定的。
5.用于包括市区行驶类型和郊区行驶类型等至少两种行驶类型并包括蓄电装置和电 机的混合动力汽车中，确定电荷储存系统规格的方法，包括 第一步(601)，确定汽车用电机构供电用的蓄电装置的安全电荷，以确定一个低阈值 (Sb)，当达到该低阈值(Sb)时允许该电机对该蓄电装置充电并阻止该蓄电装置向该电机 放电； 第二步(602)，为该蓄电装置确定一个保证持续性市区行驶类型的第一有效利用范 围(Plu (cU))； 第三步(604)，从所述第一有效范围出发确定高阈值(证)，使得当达到该高阈值 (Sh)时，允许该蓄电装置向电机放电并阻止该电机向该蓄电装置充电。
6.按照权利要求5的确定规格的方法，包括 第四步(603)，确定一个保证持续性郊区行驶类型的蓄电装置的第二有效利用范围 (Plu(cS))，以便从所述第二有效范围出发确定所述高阈值。
全文摘要
在用于包括市区行驶类型和郊区行驶类型等至少两种行驶类型并包括蓄电装置(11)和电机(53)的混合动力汽车系统中，控制电荷的方法包括当达到低阈值时允许向蓄电装置(11)充电并阻止该蓄电装置(11)放电的第一步和达到高阈值时允许蓄电装置(11)放电并阻止蓄电装置(11)充电的第二步。在该方法中，低阈值和高阈值限定汽车所有行驶类型用的蓄电装置(11)的有效利用范围(Plu)，该有效范围的幅度以保证持续的市区行驶类型来确定。
文档编号B60W10/26GK102076515SQ200980125270
公开日2011年5月25日 申请日期2009年7月3日 优先权日2008年7月3日
发明者F·梅西耶-卡尔瓦伊拉克, M·米戈, N·多兰热, N·罗巴尔 申请人:标致·雪铁龙汽车公司