混合动力车辆的电力管理的制作方法

混合动力车辆的电力管理
1.政府支持条款
2.本发明是在由能源部授予的授予编号de-ac02-06ch11357下由受政府支持做出的。政府在本发明中具有特定权利。
技术领域
3.本公开总体上涉及混合动力车辆。更具体地，本公开涉及通过动态荷电状态(state-of-charge，soc)参考来管理插电式串联混合动力车辆(plug-in series hybrid electric vehicle)的电池soc和平均发动机功率(average engine power，aep)以进行更好的排放控制。


背景技术：

4.近来，对具有混合动力总成(hybrid powertrain)的车辆(即，具有多种形式的原动力的混合动力车辆)的需求不断增加，以满足诸如提高燃料经济性和减少排放的标准，始终为用户维持最优性能。这种配备有包括电动机/发电机(motor/generator，mg)和发动机的动力总成的混合动力车辆通常包括用于确定从可用车载动力源中的哪一个车载动力源向动力总成供应动力的控件(controls)。例如，该控件可以选择电池和/或发动机作为动力总成的动力源，并且该控件可以选择要从各个能量源提供的能量的量。这些控件可以使用电池的目标或参考荷电状态(soc)分布曲线(profile)，来管理该功率分配(包括开始和结束soc、以及轨迹)以及关于如何和何时运行发动机的目标或决定。用于动力总成的参考可以对诸如燃料经济性、性能、排放以及组件寿命的因素具有显著影响。
5.然而，本领域中目前已知的控件对于给定车辆的许多或所有用例来说，使用的是全局性地选择的单个校准或参考集。也就是说，该控件预设有预定规则集，该规则集被用于该控件确定将所述动力源中的哪个动力源用于获得能量，以及要从各个动力源获得多少能量。因为存在影响车辆的前述因素的许多不同要素，所以该控件难以作出关于以下项中的所有项是最佳的决定：不同场景(诸如不同的驱动循环或环境状况)下的燃料经济性、性能、排放以及组件寿命。
6.鉴于上述，需要这样的一种控制系统，即，其能够更灵活且动态地控制混合动力车辆中的混合动力总成，使得电动机和发动机的运行是以优化该混合动力车辆的燃料经济性、性能、排放、以及组件寿命的方式来控制的。


技术实现要素：

7.在一个实施方式中，本公开提供了一种插电式串联混合动力车辆，该插电式串联混合动力车辆包括：发动机；联接至发动机的电动机/发电机(mg)；联接至mg并且被配置成推动车辆的牵引电动机；联接至mg的储能装置；以及控制器，该控制器被联接至发动机和mg，以控制该发动机和mg的运行，使得储能装置的荷电状态(soc)在行程期间跟踪动态参考soc分布曲线，并且使平均发动机功率(aep)维持在阈值之上。
8.在该实施方式的一个方面，动态参考soc分布曲线包括包含混合模式的区段。在该实施方式的另一方面，动态参考soc分布曲线包括包含混合模式和纯ev模式的一个或更多个区段。在又一方面，动态参考soc分布曲线包括包含纯ev模式和电量维持模式的一个或更多个区段。在又一方面，动态参考soc分布曲线包括包含纯ev模式和电池再充电模式的一个或更多个区段。在又一方面，动态参考soc分布曲线包括包含纯ev模式、电池再充电模式、以及电池维持模式的一个或更多个区段。在又一方面，动态参考soc分布曲线包括包含纯ev模式、电池再充电模式、以及混合模式的一个或更多个区段。
9.在该实施方式的一个方面，发动机是火花点火式的，并且储能装置是高压电池。在另一方面，储能装置的soc是在行程结束时的最小允许soc。在另一方面，阈值是使用车速、风速、环境气温、以及后处理温度中的至少一者来确定的。
10.在又一方面，该控制器包括：被配置成启用或禁用纯电模式的电动车辆(ev)启用器、被配置成测量储能装置的soc的电池管理系统(bms)、以及被配置成动态地生成soc参考的动态soc参考(dsr)模块。
11.在该方面的变型例中，包括ev启用器的控制器被配置成基于每英里能量(epm)估计、实时车辆位置、行程距离、以及预测(look-ahead)信息来计算ev里程(range)。在该实施方式的一个方面，预测信息包括交通、速度、车队信息、以及天气。
12.在该方面的变型例中，该控制器包括：被配置成计算发动机的启动/停止频率的频率计数器、以及被配置成计算发动机功率限制的发动机功率模块。
13.在该方面的变型例中，控制器被配置成接收启动/停止频率并且更新启动/停止计数器，以使发动机启动/停止次数维持在阈值内。在该实施方式的一个方面，发动机功率限制基于驾驶员需求功率、牵引电动机效率、逆变器效率、以及电池功率限制中的至少一者。在另一方面，发动机功率模块包括一个或更多个传感器，以检测以下项中的至少一者：催化剂温度、涡轮出口温度、车速、环境温度、电池内阻、电池开路电压、电池满能量、发动机冷却剂温度、空气-燃料比。
14.在一个实施方式中，本公开提供了一种控制插电式串联混合动力车辆的方法。所述方法包括以下步骤：在行程期间控制动力总成的运行，使得储能装置的荷电状态(soc)跟踪动态soc参考分布曲线；以及控制动力总成的运行，以使平均发动机功率(aep)在发动机的运行期间维持在阈值之上。在该实施方式的一个方面，阈值是使用车速、风速、环境气温、以及后处理温度中的至少一者来确定的。
15.在该实施方式的一个方面，动态参考soc分布曲线包括包含混合模式的区段。在该实施方式的另一方面，动态参考soc分布曲线包括包含混合模式和纯ev模式的一个或更多个区段。在又一方面，动态参考soc分布曲线包括包含纯ev模式和电量维持模式的一个或更多个区段。在又一方面，动态参考soc分布曲线包括包含纯ev模式和电池再充电模式的一个或更多个区段。在又一方面，动态参考soc分布曲线包括包含纯ev模式、电池再充电模式、以及电池维持模式的一个或更多个区段。在又一方面，动态参考soc分布曲线包括包含纯ev模式、电池再充电模式、以及混合模式的一个或更多个区段。
16.在该实施方式的一个方面，所述方法还包括以下步骤：针对行程估计所需要的来自发动机的总能量。在该方面的变型例中，估计所需要的来自发动机的总能量的步骤包括：确定行程的持续时间以及估计在该行程期间车辆的每英里能量(epm)。
17.在另一方面，所述方法还包括以下步骤：动态地生成储能装置的参考soc。在另一方面，储能装置的soc是在行程结束时的最小允许soc。
18.在该实施方式的一个方面，所述方法还包括以下步骤：计算启动/停止频率；以及更新启动/停止计数器，以使发动机启动/停止次数维持在阈值内。
19.在另一方面，所述方法还包括以下步骤：计算发动机功率限制。在该方面的变型例中，基于驾驶员需求功率、牵引电动机效率、逆变器效率、以及电池限制中的至少一者，计算发动机功率限制。
20.在一个实施方式中，本公开提供了一种插电式串联混合动力车辆的电力管理系统。该电力管理系统包括：包括存储器的控制器/处理器，其中，该存储器包括指令，其中，该控制器/处理器被配置成执行指令以在行程期间控制由储能装置供电的电动机/发电机(mg)的运行，使得该储能装置的荷电状态(soc)跟踪动态soc参考分布曲线；并且其中，该控制器/处理器被配置成执行指令以控制发动机的运行，以使平均发动机功率(aep)在发动机的运行期间维持在阈值之上。
21.在该实施方式的一个方面，行程的长度是在该行程开始时获知的。
22.虽然公开了多个实施方式，但是根据下面示出并描述本公开的例示性实施方式的详细描述，本公开的其它实施方式对于本领域技术人员将变得显而易见。因此，附图和详细的描述本质上将被视为例示性的而非限制性的。
附图说明
23.通过参照下面结合附图对本公开的实施方式的描述，本公开的上述和其它特征以及获得它们的方式将变得更清楚并且本公开本身将得到更好理解，其中：
24.图1是根据本公开的某些实施方式的插电式串联混合动力车辆(未示出)的动力总成的示例的框图；
25.图2是根据本公开的某些实施方式的电力管理(pm)系统的示例的框图；
26.图3a至图3f示出了根据本公开的某些实施方式的、随着车辆行进一定距离而在不同场景下由动态soc参考(dsr)模块生成的储能装置的动态参考soc分布曲线的视图；以及
27.图4是示出根据本公开的某些实施方式的用于控制插电式串联混合动力车辆的方法的流程图。
28.虽然本公开容许各种修改和另选形式，但具体实施方式已经在附图中通过示例示出，并且下面进行详细描述。然而，目的不是将本公开限制于所述特定实施方式。与此相反，本公开旨在覆盖落入如所附权利要求所限定的本公开的范围内的所有修改例、等同物以及另选例。
具体实施方式
29.除非另外表明，否则在说明书和权利要求中使用的对特征尺寸、量以及物理特性进行表达的所有数字均应被理解为在所有情况下均通过术语“约”来加以修饰。因此，除非有相反的指示，否则前述说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是近似值，这些近似值可以根据由本领域技术人员利用本文所公开的教导内容来寻求获得的希望特性而改变。通过端点使用的数字范围包括该范围内的所有数字(例如，1到5包括：1、1.5、2、2.75、3、3.80、
104来发电以向储能装置116或牵引电动机112供电的目的。与动力总成相关联的发动机可以利用柴油、汽油、丙烷、天然气、或太阳能来提供动力。在一些实施方式中，动力总成100使用燃料电池(fuel cell)，该燃料电池通过氧化还原反应将燃料和氧化剂的化学能转换成电，其中，燃料通常是氢，并且氧化剂通常是氧。
36.如上所示，发动机102可以是任何类型的内燃机，诸如由汽油提供动力的火花点火式发动机或者由柴油提供动力的压缩点火发动机。mg 104可以是能够在电能与机械能之间转换的任何合适的电动式mg，包括ac无刷电动机、dc电刷电动机、dc无刷电动机、直接驱动式旋转电动机、线性电动机等。
37.由驱动mg 104的发动机102产生的动力首先经由mg 104从机械能转换成电能，然后经由mg逆变器106从ac转换成dc，并且流过hv-dc接线盒108。在一些情况下，所述电力中的一些电力经由牵引电动机逆变器110从dc转换回ac，并且向牵引电动机112供电。在一些情况下，所述电力中的一些电力从hv-dc接线盒108流向储能装置116并且被储存在储能装置116中。在一些实施方式中，发动机102、mg 104、mg逆变器106、hv-dc接线盒108、牵引电动机逆变器110、牵引电动机112、以及储能装置116均被联接至控制器118，并且由控制器118进行控制。
38.牵引电动机112被机械地连接至车辆的车轮114以推动/加速车辆。牵引电动机112是由控制器118进行控制并由储能装置116来供电的。在一些实现中，储能装置116是高压电池。
39.控制器118联接至发动机102和mg 104，以在行程期间控制发动机102和mg 104的运行，使得储能装置116的荷电状态(soc)跟踪动态目标或参考soc分布曲线，并且使平均发动机功率(aep)维持在阈值之上。在一些情况下，储能装置116的soc是在行程结束时的最小允许soc。术语“目标soc分布曲线”和“参考soc分布曲线”在本技术中将可互换地使用，并且应被理解为相同的术语。在一些实施方式中，控制器118被配置成接收发动机启动/停止频率并且更新启动/停止计数器，以使发动机启动/停止次数维持在阈值内。在如下将进一步详细讨论的一些实施方式中，控制器118被配置成基于每英里能量估计在行程期间动态地生成soc参考分布曲线，并且控制动力总成100中的所述一个或更多个组件，以使储能装置116的soc跟踪所生成的soc参考分布曲线。
40.图2是根据本公开的某些实施方式的电力管理(pm)系统200的示例的框图。本文所公开的pm系统200具有许多好处。其解决了插电式串联混合动力车辆的关键性能度量：燃料经济性、排放、发动机启动/停止次数，以及满足从电池管理系统广播的电池功率限制。这些度量影响关于车辆的燃料经济性、满足排放规定、以及保护动力总成组件(例如，发动机和电池)的客户认可。pm系统200还通过允许将最大发动机功率限制设定为车速的函数来确保当车辆处于低速时发动机不以高功率/速度运行，从而解决与发动机噪声相关联的驾驶员感知。通过利用实时和/或从预测信息获知的可用驱动循环的度量，pm系统200提供用于满足使用中的排放要求的手段。pm系统200还使发动机冷启动次数最小化。发动机冷启动不仅从排放的观点来看是一个问题，而且它还对应于深热循环，深热循环影响各种发动机和后处理组件的预期寿命。
41.pm系统200可以包括：电池管理系统(bms)202、发动机控制单元(ecu)204、以及pm模块206。bms 202可以包括一个或更多个传感器或者与一个或更多个传感器进行通信，以
测量储能装置的电力限制和soc，并且被配置成将所测得的数据传递至pm模块206。ecu 204可以包括一个或更多个传感器或者与一个或更多个传感器和云进行通信，以测量一个或更多个参数(例如，车速、风速、后处理温度、油温、来自车辆驾驶员的功率需求等)，并且被配置成将所述一个或更多个参数传递至pm模块206。联接至bms 202和ecu 204的所述一个或更多个传感器可以包括不同的物理或虚拟传感器，包括用于soc、催化剂温度、涡轮出口温度、车速、风速、电池内阻、电池开路电压、电池满能量(即，电池在被完全充电时可以提供的总能量)、环境气温、发动机冷却剂温度、空气-燃料比等的传感器。
42.pm模块206包括发动机功率模块208，并且被配置成执行pm策略210。在一些实施方式中，发动机功率模块208包括发动机功率限制计算器，该发动机功率限制计数器被配置成计算发动机功率限制(即，最大和最小发动机功率)，以保证电池功率处于由bms 202实时广播的限制内。为了计算发动机功率限制，发动机功率模块208考虑车速、驾驶员需求功率、牵引电动机效率、发电机组效率、逆变器效率、电池功率限制(p
batt_limits
)、牵引电动机功率(p
mg1
)、以及前一时间步的发动机功率(p
engine
(k-1))。由于电池功率是发动机功率和牵引电动机功率的代数和，因此发动机功率需要处于限制内以使电池功率处于限制内。将p
engine
(k-1)用于对发动机功率比施加限制，基于该限制可以计算经允许的最大和最小发动机功率。
43.发动机功率模块208还可以考虑发动机状态(例如，启动期间的油温、最小发动机开/关持续时间、冷启动超驰(override)、发动机启动要求等)、发动机功率比限制、以及车辆的驾驶性能。通过对火花点火式发动机的发动机功率比施加限制，使暂态水平降低，这又对空气-燃料比控制的性能产生影响，从而改善系统外排放。
44.在一些实现中，发动机功率模块208经由本领域已知的多种基于规则的策略中的任一策略来计算发动机功率。在一些实现中，发动机功率模块208根据最佳控制策略的解决方案来计算发动机功率，诸如利用庞特里亚金(pontryagin)最小原理(pmp)：hamiltonian＝f(p
eng_vect
)，其中，p
eng_vect
大于或等于p
eng_min
(t)，并且p
eng_vect
小于或等于p
eng_max
(t)。p
eng_min
(t)和p
eng_max
(t)是由发动机功率模块208来计算并进行实时更新的。pmp考虑电池soc动态特性、催化剂温度动态特性、基于发动机外排放图和催化剂转化效率模型的系统外排放、发动机燃料消耗图、发电机/逆变器效率图、和/或牵引电动机/逆变器效率图。
45.pm策略210在系统外排放和发动机启动/停止的约束下确定优化燃料经济性的发动机功率，同时在考虑车辆驾驶性能的情况下满足电池功率限制，并且在行程结束时实现目标电池soc。在一些情况下，行程的长度是在行程开始时获知的。
46.pm系统200还可以包括：动态soc参考(dsr)模块212、电动车辆(ev)启用器214、以及启动/停止频率计数器216。dsr模块212被配置成针对pm模块206动态地生成soc参考值，并且ev启用器214被配置成基于每英里能量(epm)估计、实时车辆位置、行程距离、以及预测信息来计算ev里程。在一些情况下，ev启用器被配置成启用或禁用纯电模式(也被称为“纯ev模式”)，如将关于图3a至图3c进一步详细地描述的。
47.启动/停止频率计数器216被配置成计算发动机的启动/停止频率。如果发动机启动/停止的频率超过阈值，则pm模块在考虑soc与soc参考的偏差以及后处理温度的情况下，修改解决方案以保证发动机启动/停止次数仍维持在限制内。起动/停止频率计数器216是在发动机被设计成具有起动/停止限制时保护发动机组件(例如，轴承、起动系统等)的机
构。在pm系统200中包括启动/停止频率计数器216有助于解决诸如发动机老化或使用中排放的问题。
48.pm系统200还可以包括ev里程和每英里能量(epm)估计模块218。ev里程和epm估计模块218被配置成基于储能装置116的soc和车辆位置来实时估计剩下的ev里程。在一些情况下，模块218可以基于预测信息(例如，交通、速度、天气、地图、车队信息等)来为dsr模块212和ev启用器214计算ev里程和epm估计，以相应地进行计算/决策。例如，已经经过给定区域的车队的车辆的所计算的epm可以被用于增强计划进入该给定区域的车辆的epm估计。
49.在一些实施方式中，pm系统200基于pm模块206的计算(例如，发动机功率限制等)，来确定最终发电机组功率命令220。在一些情况下，pm模块206基于发动机的启动/停止频率来操作发电机组控制器222，以使启动/停止频率计数器维持在发动机的限制内。
50.在一些实施方式中，pm系统200确定要向牵引电动机逆变器控制器226传递的转矩命令224。该转矩命令224是pm系统200希望牵引电动机(图1中被示为112)递送的最终转矩命令。在被发送至逆变器控制器226之后，逆变器控制器226将操作逆变器以实现尽可能接近转矩命令224的电动机转矩。
51.图3a至图3f示出了根据本公开的某些实施方式的、随着车辆行进一定距离而在不同场景下由动态soc参考(dsr)模块212生成的储能装置116的动态参考soc分布曲线的视图。动力总成100(例如，发动机102、mg 104、储能装置116、以及牵引电动机112)可以以多种不同的模式运行。在混合模式下，储能装置116的soc可以发生波动但平均起来降低了。在电池再充电模式下，储能装置116的soc可以发生波动但平均起来增加了。在电量维持模式下，储能装置116的soc可以发生波动但平均起来仍维持不变。在纯ev模式下，储能装置的soc降低；向牵引电动机112提供的能量仅来自储能装置116。在混合模式、电池再充电模式、或电量维持模式下，如果pm系统200决定开启发动机102，则向牵引电动机112提供的能量可以来自储能装置116，也可以来自发动机102。
52.根据不同的场景，诸如不同的驱动循环或不同的环境状况(例如，环境气温)，pm系统200可以相应地生成soc参考分布曲线，以保证在发动机116正运行的区段期间，具体地在混合模式(被示为区段306、312b)、电量维持模式(被示为区段312c、319f)、或电池再充电模式(被示为区段320d、320e、或320f)期间，车辆(包括电池、牵引电动机、以及附件)所需的aep高于阈值，以使后处理系统在混合、电池再充电、或电量维持模式期间不变冷。冷后处理温度导致车辆的更高尾气排放。
53.贯穿图3a至图3f的讨论，对车辆在各个区段期间如何运行进行说明。应理解，附图是由控制器118(或者更具体地，dsr模块212)生成的参考soc分布曲线的示例，并且控制器118被配置成控制动力总成100的各种组件，以使储能装置116的soc实时地跟踪所生成的参考soc分布曲线。soc参考分布曲线是由dsr模块212动态地生成的。
54.如图3a所示，数据点302a是行程开始时的初始参考soc(0,soc
init
)，数据点304a是距离为d的行程结束时的最终参考soc(d,soc
final
)。在描绘混合模式soc分布曲线的示例的图3a中，车辆在整个行程持续期间以混合模式运行，其中，储能装置116的soc相对于车辆位置线性耗尽(如区段306所示)，以在行程结束时达到最终soc。在一些实施方式中(图3a中未示出)，在区段306期间，车辆可以以混合模式运行，其中，储能装置116的soc是经由时变斜率降低的。
55.如图3b所示，数据点302b和304b分别是(0,soc
init
)和(d,soc
final
)。数据点308b(d
switch_b
,soc
switch
)限定了参考soc分布曲线中的在纯ev模式与混合模式之间的切换。在由点302b和308b限定的区段310b期间，车辆以纯ev模式运行。在由点308b和304b限定的区段312b期间，车辆以混合模式运行，其中，储能装置116的soc线性地耗尽，以在行程结束时达到最终soc。在一些实施方式中(图3b中未示出)，在区段312b期间，车辆可以以混合模式运行，其中，储能装置116的soc是经由时变斜率降低的。
56.如图3c所示，数据点302c和304c分别是(0,soc
init
)和(d,soc
final
)。数据点308c(d
switch_c
,soc
final
)限定了纯ev模式与电量维持模式之间的切换。在由点302c和308c限定的区段310c期间，车辆以纯ev模式运行。在由点308c和304c限定的区段312c期间，车辆以电量维持模式运行。如上面所讨论的，在电量维持模式下，soc可以发生波动但平均起来维持在某一水平。在图3c中，电量维持模式下的soc水平是soc
final
。在一些实施方式中(图3c中未示出)，在区段312c期间，车辆可以经由时变斜率以电量维持模式运行。
57.如图3d所示，数据点302d和304d分别是(0,soc
init
)和(d,soc
final
)。数据点314d和316d是(d
1d
,soc
1d
)和(d
1d
+d2d,soc
2d
)，其中，d＝d
1d
+d
2d
+d
3d
。在由点302d和314d限定的区段318d期间，车辆以纯ev模式运行。在由点314d和316d限定的区段320d期间，车辆以电池再充电模式运行。如上面所讨论的，在电池再充电模式下，soc可以发生波动但平均起来是增加的。在图3d中，soc相对于车辆位置线性地增加。在由点316d和304d限定的区段322d期间，车辆被切换回以纯ev模式运行，直到行程结束。
58.如图3e所示，数据点302e和304e分别是(0,soc
init
)和(d,soc
final
)。数据点314e和316e是(d
1e
,soc
1e
)和(d
1e
+d
2e
,soc
2e
)，其中，d＝d
1e
+d
2e
+d
3e
。在由点302e和314e限定的区段318e期间，车辆以纯ev模式运行。在由点314e和316e以及这两个点之间的轨迹限定的区段320e期间，车辆以电池再充电模式运行，其中，soc不一定相对于车辆位置线性地增加(即，经由恒定斜率)，而是可以相对于车辆位置非线性地增加(即，经由时变斜率)。在由点316e和304e限定的区段322e期间，车辆被切换回以纯ev模式运行，直到行程结束。如图所示，区段320e具有时变斜率，这不同于具有恒定斜率的320d。在图3d中，在发动机在点314d处被开启之前确定区段320d的恒定斜率，而在图3c中，斜率在区段320c期间基于实时epm估计而改变。恒定斜率需要一些余量，以使aep高于所需的阈值，以解决314d之前的过去估计与未来(例如，区段320d)之间的变化。
59.如图3f所示，数据点302f和304f分别是(0,soc
init
)和(d,soc
final
)。数据点314f、316f以及317f是(d
1f
,soc
1f
)、(d
1f
+d
2f
,soc
2f
)以及(d
1f
+d
2f
+d
3f
,soc
3f
)，其中，d＝d
1f
+d
2f
+d
3f
+d
4f
。在由点302f和314f限定的区段318f期间，车辆以纯ev模式运行。在由点314f、316f以及这两个点之间的轨迹限定的区段320f期间，车辆以电池再充电模式运行，其中，soc不一定相对于车辆位置线性地增加(即，经由恒定斜率)，而是可以相对于车辆位置非线性地增加(即，经由时变斜率)。在由点316f、317f以及这两个点之间的轨迹限定的区段319f期间，车辆经由时变斜率以电量维持模式运行。在由点317f和304f限定的区段322f期间，车辆被切换回以纯ev模式运行，直到行程结束。
60.在一些实施方式中(图3f中未示出)，在区段319f期间，车辆可以以混合模式运行，其中，储能装置116的soc是经由时变斜率降低的。在一些实施方式中(图3f中未示出)，在区段319f期间，车辆可以以混合模式运行，其中，储能装置116的soc是经由恒定斜率降低的。
在一些实施方式中(图3f中未示出)，在区段320f期间，车辆可以以电池再充电模式运行，其中，储能装置116的soc是经由恒定斜率增加的。
61.dsr模块212在生成soc目标或参考分布曲线时保证以下要求。
62.1)除了在行程期间允许的第一发动机启动之外，aep高于在混合模式(即，区段306、312b)、电量维持模式(即，区段312c)、电池再充电模式(即，区段320d、320e、以及320f)、以及电量维持模式或者混合模式(即，区段319f)期间不具有冷启动的阈值；
63.2)点314具有不低于储能装置的最小允许soc的soc；
64.3)点316和点317f具有不高于储能装置的最大允许soc的soc；以及
65.4)区段d
1d
+d
2d
+d
3d
的距离的总和、d
1e
+d
2e
+d
3e
的距离的总和、以及d
1f
+d
2f
+d
3f
+d
3f
的距离的总和等于行程的距离。
66.应注意，图3d是根据行程的距离以及在计算中所涉及的其它变量可以变为图3a或图3b的一般情况。例如，如果点314d＝302d并且点316d＝304d，则图3d变为图3a的等效图。类似地，如果点316d＝304d，则图3d变为图3b的等效图。类似地，如果soc
switch
＝soc
final
，则图3b可以变为图3c。如果dsr模块212实时计算，并且确定区段320e期间的斜率维持恒定，则图3e可以变为图3d的等效图。如果距离d
3f
＝0(即，316f＝317f)，则图3f可以变为图3e的等效图，并因此使d
4f
变为图3e中的d
3e
的等效距离。只要满足这四个要求，pm系统200就可以确定使用哪个soc目标/参考分布曲线。举例来说，如果在图3a中的混合模式306期间aep高于阈值，那么可以使用图3a中的soc目标/参考分布曲线，这是因为图3a满足其它要求。
67.如果pm系统200决定开启发动机102，则dsr模块212和ev启用器214允许发动机运行。在行程中的发动机正运行时的区段期间，dsr模块212旨在使平均发动机功率(aep)维持在阈值以上，以实现或维持由后处理温度管理引起的高排放减少。如果aep低于阈值，则来自后处理中的反应的排气焓和放热量(exotherm)不足以维持足够高的后处理温度。由于发动机能量取决于驱动循环和soc参考，因此可以基于实时epm(即，牵引电动机和其它负载(例如，附件)推动车辆一英里所需的能量)估计而动态地生成soc参考。如上面所讨论的，epm估计模块218可以实时地基于预测信息来估计epm。
68.dsr模块212和ev启用器214被配置成计算距离d1和d2(对应于图3d中的d
1d
和d
2d
、图3e中的d
1e
和d
2e
、以及图3f中的d
1f
和d
2f
)。例如，随着soc
final
≤soc1≤soc
max
、soc
final
≤soc2≤soc
max
、soe
final
≤soe1≤soe
max
、以及soe
final
≤soe2≤soe
max
，可以使用下式来确定距离d1和d2，其中，cap
batt
是电池满能量(kwh)，soe是电池能量状态—电池剩余能量与最大可用能量的能量比，以及energy
eng
是发动机能量，其是发动机102在行程期间为车辆提供的能量。
69.1)epm*d1＝cap
batt
*(soe
init
–
soe1)
70.2)epm*d2+cap
batt
*(soe2–
soe1)＝energy
eng
71.3)epm*d3＝cap
batt
*(soe2–
soe
final
)
72.4)epm*d＝cap
batt
*(soe
init
–
soe
final
)+energy
eng
73.为了使发动机向催化剂递送足够的能量以用于排放控制，在如上所讨论的发动机运转区段期间，aep需要被维持在特定阈值以上。
[0074][0075]
其中，t2是车辆行进距离d2的持续时间，以及是距离d2期间的平均车速。虽然这些能量守恒方程利用的是soe，但是目标/参考分布曲线dsr模块212生成的是soc。因此，可以使用基于soe的soc的某一近似。最简单的近似是soe＝soc，并且在校准中提供某一余量以在实践中实现高于阈值的aep。该近似方程变为
[0076][0077]
如上式所示，在发动机运转期间的soc变化率r必须高于取决于epm的数。如果epm在r期间低，则soc变化率高。如果epm足够高，则soc2可以小于soc1。在基于速率限制r计算d2之后，保证soc2具有上限(soc
max
)，并且在发动机运转持续时间期间，电池不会被充电到soc
max
以上。在一些情况下，可以利用等式soc1＝soc
max-rd2来计算soc1。当r变大时，rd2也变大，这可以导致soc1低于soc
min
。因此，r受上限限制，以使soc
max-rd2≥soc
min
。在一些情况下，这意味着soc
max-rd2≥soc
final
。
[0078]
在一些情况下，根据行程的距离，可能发生多于一次的冷启动(诸如在图3d至图3f中)，从而增加排放。为了减少具有多于一次冷启动的机会，可以使用任何可接受的策略来降低区段320d和320e的部分或全部距离(距离d
2d
和d
2e
)中的aep阈值，这些策略诸如为延迟火花点火式发动机的火花正时，使废气门打开最大化，soc1与soc2之间较少/没有发动机停机，若允许的话使其它车辆负载消耗(例如，附件)最大化(有意地增加epm)，从而延长距离d2(在图3d和图3e中分别示出为d
2d
和d
2e
)。通过使距离d2更长，发动机以较低的燃料经济性运行，但是随时间的平均排气焓足以使尾气排放更低。
[0079]
在一些实施方式中，为了避免多于一次的冷启动，可以使用如图3f中的soc目标/参考分布曲线。如图所示，区段320f和319f都具有时变斜率。使用图3f中的区段319f是因为在317f之前，电池没有足够的能量来完成纯ev模式下的其余行程，而电池具有最大允许soc，并且当该电池达到最大允许soc时，soc不能如区段320f中那样随着斜率维持增加。
[0080]
在区段319f中，发动机以特殊方式运行，诸如通过延迟火花点火式发动机的火花正时，使废气门打开最大化，在区段319f中较少/没有发动机停机(启动/停止)，若允许的话
使其它车辆负载消耗(例如，附件)最大化(有意地增加epm)。因此，在区段319f中，与区段320f相比，soc目标/参考分布曲线平均起来可以具有不太陡的斜率，但是仍然维持后处理温度以避免第二次冷启动。这通过在一些特殊的发动机运行中具有较高的epm和/或较低的发动机所需aep阈值来实现。如图所示，区段320f具有时变斜率。在一些实施方式中，区段320f可以具有恒定斜率。在一些实施方式中，区段319f也可以具有恒定斜率。
[0081]
在一些实施方式中，发动机的aep阈值不是常数，而是取决于各种条件的函数，这些条件包括但不限于车速、风速、环境气温、以及后处理温度，所有这些条件均可以影响来自后处理系统的热传递。aep是影响后处理温度的因素之一，该后处理温度取决于来自发动机的排气焓、排气流种类、以及到环境的热损失。虚拟体(bulk)热传递传感器和到环境的体热传递系数可以被用于估计到环境的热传递速率。经调节的aep阈值可以被计算为其中，是在标称条件下从后处理系统到周围环境的估计体热传递速率，是在标称条件下被校准/获得的，以便在混合/电池再充电/电量维持段(诸如306、312、320、或319f)期间不具有第二次冷启动，以及是在现实状况下从后处理系统到周围环境的估计体热传递速率。
[0082]
图4是描述根据本公开的某些实施方式的用于控制插电式串联混合动力车辆的方法400的流程图。在框410中，估计行程的epm。在框420中，计算行程的ev里程。如果行程的长度短于ev里程，则车辆可以仅以ev运行而不开启发动机。如上所述，ev里程和epm估计是由pm系统200来计算的，具体地是由ev里程和epm估计模块218来计算的。ev里程和epm估计模块218被配置成基于储能装置的soc、实时车辆位置、以及预测信息(例如，交通、速度、天气、地图等)，来估计剩下的ev里程。
[0083]
在框430中，epm估计和ev里程计算被用于生成dsr值。如上面所讨论的，dsr值是由dsr模块212生成的，该dsr模块212旨在使平均发动机功率(aep)维持在阈值以上以减少排放。dsr模块212被配置成基于实时epm估计来动态地生成soc参考。
[0084]
在框440中，确定发动机功率限制。如上面所讨论的，发动机功率限制(即，最大和最小发动机功率)是由发动机功率模块208来计算的，以保证电池功率仍维持在由bms 202从静态观点提供的限制内。为了计算发动机功率限制，发动机功率模块208考虑车速、驾驶员需求功率、牵引电动机效率、发电机组效率、逆变器效率、发动机功率比限制、后处理条件、以及电池功率限制(p
batt_limits
)。
[0085]
在框450中，发动机102和mg 104(被统称为发动机/mg)运行在行程期间由控制器进行控制，以使储能装置的soc跟踪动态soc参考分布曲线。发动机运行在行程期间由控制器进行控制，以使用dsr值来继续维持在发动机功率限制内，并且使aep维持在阈值以上。
[0086]
除非指定，否则图4中列出的步骤不应被解释为暗示在本文所公开的各种步骤当中或之间的任何要求或特定次序。方法400的一个或更多个步骤是可选的和/或可以通过本文所描述的其它实施方式的一个或更多个步骤进行修改。另外，可以将本文所描述的其它实施方式的一个或更多个步骤添加至方法400。例如，该方法400可以包括以下步骤：计算启动/停止频率并且更新启动/停止计数器，以使发动机启动/停止次数维持在阈值内。
[0087]
1.一种插电式串联混合动力车辆，所述插电式串联混合动力车辆包括：
[0088]
发动机；
[0089]
电动机/发电机mg，所述mg联接至所述发动机；
[0090]
牵引电动机，所述牵引电动机联接至所述mg并且被配置成推动所述车辆；
[0091]
储能装置，所述储能装置联接至所述mg；以及
[0092]
控制器，所述控制器联接至所述发动机和所述mg，以控制所述发动机和所述mg的运行，使得所述储能装置的荷电状态soc在行程期间跟踪动态参考soc分布曲线，并且使平均发动机功率aep维持在阈值之上。
[0093]
2.根据项目1所述的车辆，其中，所述发动机是火花点火式的，并且所述储能装置是高压电池。
[0094]
3.根据项目1所述的车辆，其中，所述储能装置的所述soc是在所述行程结束时的最小允许soc。
[0095]
4.根据项目1所述的车辆，其中，所述阈值是使用车速、风速、环境气温以及后处理温度中的至少一者来确定的。
[0096]
5.根据项目1所述的车辆，其中，所述动态参考soc分布曲线包括包含混合模式的区段。
[0097]
6.根据项目1所述的车辆，其中，所述动态参考soc分布曲线包括包含混合模式和纯ev模式的一个或更多个区段。
[0098]
7.根据项目1所述的车辆，其中，所述动态参考soc分布曲线包括包含纯ev模式和电量维持模式的一个或更多个区段。
[0099]
8.根据项目1所述的车辆，其中，所述动态参考soc分布曲线包括包含纯ev模式和电池再充电模式的一个或更多个区段。
[0100]
9.根据项目1所述的车辆，其中，所述动态参考soc分布曲线包括包含纯ev模式、电池再充电模式以及电池维持模式的一个或更多个区段。
[0101]
10.根据项目1所述的车辆，其中，所述动态参考soc分布曲线包括包含纯ev模式、电池再充电模式以及混合模式的一个或更多个区段。
[0102]
11.根据项目1至10中的任一项所述的车辆，其中，所述控制器包括：
[0103]
电动车辆ev启用器，所述ev启用器被配置成启用或禁用纯电模式；
[0104]
电池管理系统bms，所述bms被配置成测量所述储能装置的所述soc；以及
[0105]
动态soc参考dsr模块，所述dsr模块被配置成动态地生成soc参考。
[0106]
12.根据项目11所述的车辆，其中，包括所述ev启用器的所述控制器被配置成基于每英里能量epm估计、实时车辆位置、行程距离以及预测信息来计算ev里程。
[0107]
13.根据项目12所述的车辆，其中，所述预测信息包括交通、速度、车队信息以及天气。
[0108]
14.根据项目11所述的车辆，其中，所述控制器还包括：
[0109]
频率计数器，所述频率计数器被配置成计算发动机的启动/停止频率；以及发动机功率模块，所述发动机功率模块被配置成计算发动机功率限制。
[0110]
15.根据项目14所述的车辆，其中，所述控制器被配置成接收所述启动/停止频率并且更新启动/停止计数器，以使发动机启动/停止次数维持在阈值内。
[0111]
16.根据项目14所述的车辆，其中，所述发动机功率限制基于驾驶员需求功率、牵引电动机效率、逆变器效率以及电池功率限制中的至少一者。
[0112]
17.根据项目14所述的车辆，其中，所述发动机功率模块包括一个或更多个传感器，以检测以下项中的至少一者：催化剂温度、涡轮出口温度、车速、环境温度、电池内阻、电池开路电压、电池满能量、发动机冷却剂温度、空气-燃料比。
[0113]
18.一种控制插电式串联混合动力车辆的方法，所述方法包括以下步骤：
[0114]
在行程期间控制动力总成的运行，使得储能装置的荷电状态soc跟踪动态soc参考分布曲线；以及
[0115]
控制所述动力总成的运行，以使平均发动机功率aep在所述发动机的运行期间维持在阈值之上。
[0116]
19.根据项目18所述的方法，其中，所述储能装置的所述soc是在所述行程结束时的最小允许soc。
[0117]
20.根据项目18所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
[0118]
计算启动/停止频率；以及
[0119]
更新启动/停止计数器，以使发动机启动/停止次数维持在阈值内。
[0120]
21.根据项目18所述的方法，其中，所述阈值是使用车速、风速、环境气温以及后处理温度中的至少一者来确定的。
[0121]
22.根据项目18至21中的任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤:估计行程所需要的来自所述发动机的总能量。
[0122]
23.根据项目22所述的方法，其中，估计所需要的来自所述发动机的总能量的步骤包括：确定所述行程的持续时间以及估计在所述行程期间车辆的每英里能量(epm)。
[0123]
24.根据项目22所述的方法，所述方法还包括以下步骤：动态地生成所述储能装置的参考soc。
[0124]
25.根据项目22所述的方法，所述方法还包括以下步骤：计算发动机功率限制。
[0125]
26.根据项目25所述的方法，其中，基于驾驶员需求功率、牵引电动机效率、逆变器效率以及电池限制中的至少一者，计算所述发动机功率限制。
[0126]
27.一种插电式串联混合动力车辆的电力管理系统，所述电力管理系统包括：
[0127]
控制器/处理器，所述控制器/处理器包括存储器；
[0128]
其中，所述存储器包括指令；
[0129]
其中，所述控制器/处理器被配置成执行所述指令以在行程期间控制由储能装置供电的电动机/发电机mg的运行，使得所述储能装置的荷电状态soc跟踪动态soc参考分布曲线；以及
[0130]
其中，所述控制器/处理器被配置成执行所述指令以控制发动机的运行，以使平均发动机功率aep在所述发动机的运行期间维持在阈值之上。
[0131]
28.根据项目27所述的电力管理系统，其中，所述行程的长度在所述行程开始时被获知。
[0132]
上面仅通过示例的方式，参照附图，对本公开的实施方式进行了描述。此外，先前的描述本质上仅仅是例示性的，而决非旨在限制本公开、本公开的应用或用途。如本文所使用的，术语“单元”或“模块”是指执行一个或更多个软件或固件程序的专用集成电路(asic)、电子电路、处理器或微处理器(共享、专用、或组)和/或存储器(共享、专用、或组)、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它合适组件，作为这些项的一部分或者包括这些项。
因此，虽然本公开包括所述单元的特定示例和排布结构，但本系统的范围并不因而受限，因为其它修改例对于本领域技术人员而言将变得显而易见。