基于车辆倾斜的电池荷电状态的目标的制作方法

基于车辆倾斜的电池荷电状态的目标的制作方法
【专利摘要】本公开涉及一种基于车辆倾斜的电池荷电状态的目标。一种混合动力车辆包括：牵引电池、连接到牵引电池的动力传动系统和控制器或具有控制器的电池管理系统。控制器被配置为：根据与动力传动系统相关联的损耗以及车辆的倾斜角，来设置牵引电池的荷电状态的目标。控制器被配置为：对牵引电池的荷电状态和车辆的速度做出响应。当牵引电池的荷电状态大于所述目标并且车辆的速度大于阈值时，控制器被配置为：对牵引电池进行放电以实现所述目标。
【专利说明】
基于车辆倾斜的电池荷电状态的目标
技术领域
[0001] 本申请总体上设及用于混合动力车辆的能量管理。
【背景技术】
[0002] 混合电动车辆包括由多个串联和/或并联的电池单元构造的牵引电池。牵引电池 为车辆推进和辅助功能提供电力。在操作期间，牵引电池可基于操作状况进行充电或放电， 所述操作状况包括电池荷电状态(SOC)、驾驶员需求和再生制动。

【发明内容】

[0003] -种用于车辆的电池管理系统包括:电池和控制器。控制器被配置为:根据车辆的 倾斜角和车辆的速度来设置电池的荷电状态的目标。控制器被配置为：响应于电池的荷电 状态大于所述目标并且车辆的速度大于阔值，使电池放电W实现所述目标。
[0004] -种操作具有牵引电池的混合动力车辆的方法包括:通过控制器，根据车辆的倾 斜角和车辆的速度来设置牵引电池的荷电状态的目标，并且，当牵引电池的荷电状态大于 所述目标并且车辆的速度大于阔值时，使牵引电池放电W实现所述目标。
[0005] -种混合动力车辆包括:牵引电池、连接到牵引电池的动力传动系统和控制器。控 制器被配置为:根据与动力传动系统相关联的损耗W及车辆的倾斜角，设置牵引电池的荷 电状态的目标。控制器被配置为:对牵引电池的荷电状态和车辆的速度做出响应。当牵引电 池的荷电状态大于所述目标并且车辆的速度大于阔值时，控制器被配置为对牵引电池进行 放电W实现所述目标。
[0006] 根据本发明，提供一种操作具有牵引电池的混合动力车辆的方法，所述方法包括： 由控制器根据车辆的倾斜角和车辆的速度来设置牵引电池的荷电状态的目标；由控制器响 应于牵引电池的荷电状态大于所述目标并且车辆的速度大于阔值，使牵引电池放电W实现 所述目标。
[0007] 根据本发明的一个实施例，所述放电包括：关闭发动机，并且通过电力来操作车 辆。
[000引根据本发明的一个实施例，车辆的倾斜角是基于车轮转速传感器的输出和纵向加 速度计的输出的，所述车轮转速传感器的输出指示沿着车辆的纵向平面的加速度，所述纵 向加速度计的输出沿着纵向平面的加速度。
[0009] 根据本发明的一个实施例，所述方法还包括:基于牵引电池的最大操作荷电状态 与由车辆的速度和车辆的倾斜角引起的牵引电池的荷电状态的变化之间的差，设置发动机 关闭的荷电状态阔值。
[0010] 根据本发明的一个实施例，所述放电包括:激活至少一个预期在行驶周期期间被 操作的辅助负载。
[0011] 根据本发明的一个实施例，其中，所述至少一个辅助负载为电池冷却风扇、电动空 调单元、电池冷却器、电动加热器、冷却累和冷却风扇中的至少一个。
[0012] 根据本发明，提供一种混合动力车辆，所述混合动力车辆包括:牵引电池;动力传 动系统，被连接到牵引电池;控制器，被配置为:根据与动力传动系统相关联的损耗W及车 辆的倾斜角来设置牵引电池的荷电状态的目标，并且，响应于牵引电池的荷电状态大于所 述目标并且车辆的速度大于阔值，对牵引电池进行放电W实现所述目标。
[0013] 根据本发明的一个实施例，车辆的倾斜角是基于车轮转速传感器的输出和纵向加 速度计的输出的，所述车轮转速传感器的输出指示沿着车辆的纵向平面的车辆加速度，所 述纵向加速度计的输出指示沿着纵向平面的加速度。
[0014] 根据本发明的一个实施例，车辆的倾斜角是基于车轮转速传感器的输出和纵向加 速度计的输出的，所述车轮转速传感器的输出指示沿着车辆的纵向平面的车辆加速度，所 述纵向加速度计的输出指示沿着地球水平面的加速度。
[0015] 根据本发明的一个实施例，车辆的倾斜角是基于车轮转速传感器的输出和纵向加 速度计的输出的，所述车轮转速传感器的输出指示沿着车辆的纵向平面的车辆加速度，所 述纵向加速度计的输出指示沿着垂直于地球水平面的平面的加速度。
[0016] 根据本发明的一个实施例，所述损耗是基于车辆的操作时间和环境溫度的。
【附图说明】
[0017] 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性示图；
[0018] 图2是由电池能量控制模块控制的电池组的示例性示图；
[0019] 图3是示出用于基于电力的车辆操作的目标SOC计算的示例性流程图；
[0020] 图4A是示出电池荷电状态、车辆速度和内燃发动机运转相对于时间的示例性曲线 图；
[0021] 图4B是示出电池荷电状态、车辆速度和内燃发动机运转相对于时间使得内燃发动 机运转被调整为最大EV持续时间的示例性曲线图；
[0022] 图5A是示出内燃发动机启动点相对于驾驶员功率需求、电池荷电状态和车辆速度 的示例性曲面图；
[0023] 图5B是示出内燃发动机关闭点相对于驾驶员功率需求、电池荷电状态和车辆速度 的示例性曲面图；
[0024] 图5C是示出内燃发动机启动点和关闭点之间的滞后相对于驾驶员功率需求、电池 荷电状态和车辆速度的示例性曲面图；
[0025] 图5D是示出内燃发动机关闭点相对于驾驶员功率需求、电池荷电状态和车辆速度 使得发动机运转时间被增加 W向电池提供更多的电荷的示例性曲面图；
[0026] 图6是示出用于基于可用再生能量的车辆操作的目标SOC计算的示例性流程图；
[0027] 图7是示出内燃发动机启动点相对于驾驶员功率要求、电池荷电状态和可用再生 能量的示例性曲面图；
[0028] 图8是示出用于车辆操作的基于坡度的目标SOC计算的示例性流程图；
[0029] 图9A是示出电池荷电状态和内燃发动机运转相对于时间并且进一步相对于车辆 速度或道路坡度的示例性曲线图；
[0030] 图9B是示出电池荷电状态和内燃发动机运转相对于时间并且进一步相对于车辆 速度或道路坡度使得内燃发动机运转被最小化W捕获可用再生能量的示例性曲线图。
【具体实施方式】
[0031] 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， 并且其它实施例可采用各种可替代形式。附图无需按比例绘制；一些特征可被夸大或缩小 W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W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，参照任一附图示出和描述的各个特征可与在一个或更多个其它附图中 示出的特征组合，W产生未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。
[0032] 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 (P皿V)，所述动力传动系统或动力装置包括产生动力并向路面传送动力W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进行运转。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）。混合动力传动装置16还机械地连接到驱 动轴20,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W更为有效的速度运转并允许 混合动力电动车辆12在发动机18关闭的情况下W电动模式被运转，电机14还可减少车辆排 放。动力传动系统具有多种损耗，所述多种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、电气组件损耗和道路损耗。运些损耗可归因于包括流体粘度、电阻抗、车 辆滚动阻力、环境溫度、组件溫度W及操作的持续时间的多个方面。
[0033] 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可能使用S相AC电流来运转。电力电子模 块26可将DC电压转换为S相AC电流W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S相AC电流转换为与牵引电池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W是连接到电机14的齿轮 箱，并且发动机18可W不存在。
[0034] 牵引电池24除了提供用于推进的能量之外，还可W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，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供电。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）。
[0035] 车辆12可W是可通过外部电源36对牵引电池24进行再充电的电动车辆或插电式 混合动力车辆。外部电源36可W是到接收公用电力的电插座的连接。外部电源36可电连接 到电动车辆供电设备化VSE)38dEVSE 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。EVSE 38可具 有用于插入到车辆12的充电端口 34的充电连接器40。充电端口 34可W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，W向牵引电池24提供合适的 电压水平和电流水平。电力转换模块32可与EVSE 38进行接口连接，W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的相应凹入紧密配合的插脚。可选地，被描述为被 电连接的各种组件可使用无线感应禪合来传输电力。
[0036] -个或更多个车轮制动器44可被提供用于使车辆12减速并阻止车辆12的运动。车 轮制动器44可W是液压致动的、电气致动的或它们的某种组合。车轮制动器44可W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 绘了车轮制动器44中的一个与制动系统50和之间的单一连接。制动系统50和其它车轮制动 器44之间的连接是隐含的。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，并控制用于车辆减速的车轮制动器44。制动系统50可对驾驶员功 率需求做出响应，并还可W自主运行W实现诸如稳定控制的功能。当被另一控制器或子功 能请求时，制动系统50的控制器可实现施加被请求的制动力的方法。
[0037] 一个或更多个电力负载46或辅助电力负载可连接到高电压总线。电力负载46可具 有适时地操作并控制电力负载46的关联的控制器。辅助电力负载或电力负载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、冷却累、冷却风扇、车窗除霜单元、电 动转向系统、AC电力逆变器和内燃发动机水累。
[0038] 所讨论的各种组件可具有一个或更多个关联的控制器W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)、W太网、Flexray)或经由离 散导体进行通信。可提供系统控制器48来协调各种组件的操作。
[0039] 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W是铅酸、儀-金属 氨化物(NIMH)或裡离子。图2示出了由N个电池单元72的串联配置的示例性牵引电池组24。 然而，其它的电池组24可W由任意数量的串联、并联或它们的某种组合的单独的电池单元 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(邸CM) 76)。肥CM 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和电池组溫度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处于断电状况时被保存。所保存的数据可在下一个点火开关循环时 被使用。
[0040] 除了测量和监测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、电流和溫度。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可包括用于测量电池单元72中的一个或多 个的特性的传感器和电路。电池管理系统可利用多达Nc个传感器模块或电池监测集成电路 (BMIC)74来测量所有电池单元72的特性。每个传感器模块74可将测量值传送给邸CM 76W 作进一步的处理和协调。传感器模块74可将信号W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W被合并到邸CM 76内部。也就是说，传感器模块的 硬件可作为BECM 76中的电路的一部分被集成，并且BECM 76可操作原始信号的处理。
[0041] 肥CM 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。牵引电池24 的正极端子和负极端子可被接触器42保护。
[0042] 电池组荷电状态（SOC)指示在电池单元72或电池组24中剩余多少电荷。与燃料表 类似，电池组SOC可被输出W通知驾驶员在电池组24中剩余多少电荷。电池组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执行电池组电流对时间的积分。此方法在本领域中公知 为安培小时积分。
[0043] 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电压 测量值、电池组电流测量值W及电池单元和电池组溫度测量值来提供SOC估计。
[0044] 肥CM 76可一直具有可用的电力。邸CM 76可包括唤醒计时器，使得唤醒可被安排 在任何时间。唤醒计时器可唤醒BECM 76，使得预定的功能可被执行。邸CM 76可包括非易失 性存储器，使得数据可在BECM 76掉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化EPROM)或非易失性随机存取存储器(NVRAM)。非易失性存储器可W 包括微控制器的闪速存储器。
[0045] 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两者处进 行运些修改。在低SOC处，控制器可检查最近的操作数据，并判定通过机会性发动机充电 (opportunistic engine-charging)来提高S0C(机会性的意思是在发动机已经正在运行的 情况下来提高S0C)。运样做是为了在发动机关闭时提供更长时间的EV模式操作。相反，在高 SOC处，控制器可检查最近的操作数据和其它数据(位置、溫度等），W通过EV模式推进、减少 发动机输出或辅助电力负载来降低S0C。运样做是为了提供更高的电池容量，W使在预期再 生制动事件(诸如，高速减速或睹坡缓降)期间的能量捕获最大化。
[0046] 图3是示出当电池具有低SO別寸修改电池管理参数的方法的示例性流程图300。电 池管理上的改变可仅基于电力来增加车辆操作，或者提高发动机效率，或两者都进行。该图 示出了针对基于电力的车辆操作的目标SOC计算。在方框302,输入历史数据，其中，所述历 史数据包括最近的电池SOC或电池SOC直方图、辅助电力负载、车辆速度、仅基于电力的最近 的车辆操作或驾驶员行为。辅助电力负载包括电池冷却风扇、电动空调单元、电池冷却器、 电加热器、冷却累、冷却风扇、窗除霜单元、电动转向系统、AC电力逆变器和内燃发动机水 累。另外，在方框304,输入当前数据和未来数据。当前数据包括辅助电力负载和车辆速度。 未来数据包括仅基于电力的车辆操作的估计持续时间和道路坡度（也被称为高程 (elevation)的斜率或变化）。与道路坡度相关的是倾斜角，所述倾斜角是车辆的纵向平面 与地球的水平面之间的角度。倾斜角可通过多种方法被确定，所述多种方法包括倾斜计的 输出、或者车轮转速传感器输出（指示沿着车辆的纵向平面的加速度)和纵向加速度计输出 (指示受到重力影响的沿着纵向平面的加速度)的组合。
[0047] 在方框304,计算仅基于电力的车辆操作的估计持续时间。在方框306,将在304中 计算的仅基于电力的车辆操作的估计持续时间和电池SOC与阔值进行比较。如果仅基于电 力的车辆操作的估计持续时间小于第一阔值且电池SOC小于第二阔值，则在方框308调整目 标SOC或者调整电流限制。
[004引对目标SOC的调整可包括提高目标S0C，使得当内燃发动机(ICE)正在运转时，操作 时间可被增加或从ICE输出的能量可被增加，或者两者都可被增加。操作时间或输出能量的 增加可用于支持电池充电，因而允许电池在车辆仅基于电力（即，EV模式)进行操作的时候 供应电能持续更长的持续时间。另外，能量产生可基于ICE的制动燃料消耗率图（brake specific化el consumption map)被优化。运可能会在总的车辆行程期间导致更高的燃料 效率。
[0049] 图4A是示出电池荷电状态404、车辆速度402和内燃发动机运转406相对于时间408 的示例性曲线图400。当车辆从停止位置开始操作时，车辆加速可使用电池电力或来自内燃 发动机(ICE)的动力或者两者。在时间410期间示出了车辆加速的示例。车辆加速之后，车辆 获得行驶速度。该示例中的行驶速度是车辆能够仅由电力来推进的车辆速度。在该速度下， 通常，电池SOC将围绕具有充电时间段412(在时间段412内，ICE运转W对电池进行充电）和 放电时间段414(在时间段414内，ICE被关闭且车辆操作仅通过电池来进行）的目标电池SOC 进行切换。对于消费者，运些短时间段的EV模式可能令驾驶员感到不满意，因为很多混合动 力车辆的消费者期望长时间段的EV操作。
[0050] 图4B是示出电池荷电状态424、车辆速度422和内燃发动机运转426相对于时间428 的示例性曲线图420,其中，内燃发动机运转426被调整为使EV持续时间最大化。运里，与图 4A类似，车辆从停止被加速。但是，在达到行驶速度(车辆能够仅由电力来推进的车辆速度） 之后，控制器提高SOC阔值，在所述SOC阔值处，发动机关闭使得发动机继续对电池进行充电 并提高电池的荷电状态424。车辆可运转内燃发动机（I CE)持续比时间412更长的时间430， 使得纯电动车辆操作发生持续比时间414更长的时间432。另外，车辆可针对燃料消耗率W 使电力输出最大化的速度、扭矩和燃料消耗率来操作发动机。控制器可基于来自制动燃料 消耗率(BSFC)表中的数据来选择发动机操作点，其中，发动机W比最小燃料消耗更大的燃 料消耗来运转，从而增加从发电机流向电池的电流。运可能会增加发动机运转滞后，发动机 运转滞后也被称为仅用于减轻典型发动机循环的滞后(典型发动机循环也被称为围绕示例 性电池SOC的操作范围或设定点打开和关闭）。
[0051] 图5A是示出内燃发动机启动阔值508相对于驾驶员功率需求506、电池荷电状态 502和车辆速度504的示例性曲面图500。针对给定的车辆速度和电池S0C，该曲面图示出了 驾驶员所需求的功率的量，超过所述驾驶员要求的功率的量时发动机启动将发生。例如，当 电池SOC低且车辆速度低时，需要相对低的驾驶员所需求的功率的量来启动发动机。当发动 机正在运转时，输出功率可被用于驱动车轮、经由到发电机的连接来产生电或者向其它辅 助组件提供输出。
[0052] 图5B是示出内燃发动机关闭阔值510相对于驾驶员功率需求506、电池荷电状态 502和车辆速度504的示例性曲面图525。针对给定的车辆速度和电池S0C，该曲面图示出了 驾驶员所需求的功率的量，低于所述驾驶员所需求的功率的量时发动机被关闭。例如，当 SOC高且车辆速度低时，相对高的驾驶员所需求的功率水平将允许发动机关闭。当发动机关 闭时，车辆可使用摩擦和再生制动系统来进行电力推进或减速。
[0053] 图5C是示出内燃发动机启动点508和关闭点510之间的滞后512相对于驾驶员功率 需求506、电池荷电状态502和车辆速度504的示例性曲面图530。
[0054] 图5D是示出修改的内燃发动机关闭阔值520相对于驾驶员功率需求506、电池荷电 状态502和车辆速度504的示例性曲面图535,修改的内燃发动机关闭阔值520导致更长的发 动机操作，使得电池可在进入EV模式之前被充更多的电。
[0055] 与图4和图5中描述的电池控制方法相反，图6是示出在高SOC处相对于车辆速度对 电池管理进行修改的方法的示例性流程图600, W便确保有足够的电池容量来使即将发生 的再生制动事件期间的能量捕获最大化。该图示出了针对基于可用再生能量的车辆操作的 目标SOC计算。在方框602,基于历史数据来计算道路负荷。在等式1中示出了示例性计算：
[0056] Floss'parasitic = ma-mgsin 目-(Fregen+F 打 iction) (1)
[0057] 其中，针对给定的时间点，m是车辆质量，a是车辆的加速度/减速度，g是重力常数， Sin0是道路坡度因子，Fregen是从再生制动系统施加给车辆减速的估计的力，Ffrietien是从摩 擦制动系统施加给车辆减速的估计的力。如本领域所已知的，针对车辆操作数据的给定集 合，作用在车辆上的寄生力(parasitic force)可通过回归数据拟合或其它方法来估计。在 等式2中示出了等式1的替代形式：
[0058] Eloss, parasitic 二 Floss, paras it Icd = Ekinet ic-Egrade-(Eregen+Efr iction) ( 2 )
[0059] 其中，Eloss,parasitic是与距离d上的寄生力Floss,parasitic关联的能量损耗，Ekinetic是在 该距离上的车辆的动能，Eregen是能够在该距离上被捕获的潜在的再生能量，EfrictiDn是在该 距离上施加的摩擦制动能量。等式2中的距离d可在未来路线上进行求值或者可选地可在时 间点上进行求值。当在时间点上对等式2进行求值时，当前数据和历史数据的使用可被利 用。例如,Ekinetic可W是基于当自U车辆速度的，Egrade可W是基于当自U车辆倾斜角的，而Eregen 和EfrictiDn两者可W是基于历史数据(诸如，车辆和环境溫度W及车辆当前正在运转的持续 时间和历史行驶周期数据，所述历史行驶周期数据包括道路坡度、车辆动能、电池电力、附 件负载曲线、驾驶员减速率和路线模式)的。
[0060] 再々[> -左惊本R才间占h -密化賄生_________而她要完电加!锋井q所示出的.
[0061] )
[00创其中，Floss,parasitic,i是道路巧巧力，m是车辆巧量，Vi是车辆的速度，di是经过持续 时间所行驶的距离，mgsin0是由于在该距离上进行求值的倾斜角而被施加到车辆的能量， 化regen + Efricticm)/di是在该距离上的再生能量和在该距离上施加的摩擦制动能量。 Floss, parasitic随着车辆被挺作而动态地变化。另外,Floss,parasitic, i可由车辆枉制器进化聚集 和分析，W获得描述速度相关的寄生力的函数。获得的函数可W是基于多种方法(包括但不 限于回归分析、线性内插、曲线拟合等)的。
[0063] 动力传动系统损耗基于溫度变化W及其它因素(包括路面、轮胎压力和转向角的 变化)而变化。在方框604,基于当前数据和未来数据W及在方框602中计算的道路负荷力来 计算可用再生能量。在等式4中示出了用于计算针对给定时间段和道路坡度的可用再生能 量的示例性等式：
[0064] Eregen=mjv(dv)-mgjvsin目（化）斗1。33,。3,33：11；1。1￥(化）-巧打1加。。￥(化）（4)
[0065] 其中，Eregen是预期的或预测的再生能量，mjv(dv)是基于车辆速度和车辆质量的动 能，mgjvsin目（化）是与倾斜角和车辆质量相关联的距离上的力，FlDss,parasitiGjv(dt)是在基 于最近计算的道路负荷损耗或动力传动系统损耗的距离上的速度相关的寄生损耗或动力 传动系统损耗jFfrKtiDnV(dt)是基于摩擦制动的预期的能量损耗。在方框606,基于来自等 式2的Eregen来确定电池SOC的估计的变化。在方框608,将电池SOC的估计的变化与最大电池 SOC减去当前电池SOC所得的值进行比较。如果电池SOC的估计的变化大于最大电池SOC减去 当前电池SOC所得的值，贝帷方框610调整目标SOC或当前电流限制。对目标SOC的调整可W 是降低目标S0C，使得电流从电池流出W降低电池S0C。运种电池SOC的降低使得电池的容量 可用于预期的再生制动能量。如果不降低目标S0C，则可用再生能量将不会在电池系统中被 捕获。
[0066] 图7是示出由车辆控制器基于当前SOC和预期的再生制动事件期间的预期能量捕 获来降低电池SOC所使用的推荐的放电功率的示例性曲面图700。例如，708示出了当电池 SOC 702高且预期的再生能量704也高时，车辆控制器应通过放电功率706来降低S0C。所述 放电可使用EV推进或辅助电力负载来执行。
[0067] 与在图6和图7中描述的基于速度的方法类似，图8是示出在高SOC处相对于道路坡 度修改电池管理W便确保有足够的电池容量来使即将发生的再生制动事件期间的能量捕 获最大化的方法的示例性流程图800。该图示出了针对车辆操作的基于坡度的目标SOC计 算。在方框802,使用包括全球定位系统的计算系统来确定位置。路线可和所述位置一起由 所述计算系统或导航系统来产生。所述计算系统可包括高程数据(诸如，用于路线的地形数 据）。但是，由于道路的变化W及地图和地形数据可能并不总是准确的可能性，因此所述计 算系统还可利用其它源(包括GPS数据或来自其它车辆系统中的传感器(包括车轮转速传感 器、转向角传感器和大气压力传感器(MAP传感器））的数据)来确定高程数据。另外，数据可 包括未来数据(诸如，仅基于电力的车辆操作的估计的持续时间和道路坡度）。运里，道路坡 度可W是基于倾斜角的，所述倾斜角通过多种方法被进一步确定，所述多种方法包括倾斜 计的输出、或车轮速度传感器的输出（指示沿车辆的纵向平面的车辆加速度)和车辆纵向加 速度计的输出（指示受到重力影响的沿所述纵向平面的加速度)的组合。在方框804,计算可 能的轨迹。在方框806,执行对沿着当前路径的道路坡度的评估。运种评估可使用与路线相 关联的拓扑数据，或者，可选地，可使用与基于来自车轮转速传感器的输出的速度的变化进 行比较的纵向加速度计的输出。
[006引在方框808,计算潜在的或可用的再生能量。在方框810和方框812,确定车辆速度 和道路负荷。在方框814和方框816,确定所需的制动力和马达再生能量。在方框818,基于包 括车辆速度、道路负荷、所需的制动力和马达再生能量的因素来计算可用再生能量。在方框 820,基于可用再生能量来计算SOC的相应变化。在方框822,调整目标电池SOC的操作范围或 设置点。在方框824,控制器通过使发动机在处于EV模式时保持关闭持续更长时间W将更多 的电池能量用于EV操作来对电池进行放电，或者在发动机正在运行的情况下通过减小发动 机的输出功率和/或持续时间W将更多的电池能量用于组合的(混合动力)操作来对电池进 行放电。在方框826,将实际的再生能量与预期的再生能量进行比较，如果合适则修改请求。 例如，如果发动机正在运行但是控制器已经基于预期的再生能量减少了发动机的输出，贝U 可在收集到的再生能量比预期的再生能量少的情况下增加发动机的输出，或者，可在收集 到的再生能量比预期的再生能量多的情况下减少发动机的输出。类似地，如果车辆由于控 制器正在试图更快地耗尽电池W适应预期的再生能量的收集而处于EV模式，但是再生能量 比预期的再生能量少，则控制器可选择启动发动机W增加电池充电或补充电力负载。
[0069]图9A是示出车辆高程902、电池荷电状态904和内燃发动机运转906相对于时间的 示例性曲线图900。在时间点910,内燃发动机（ICE)正在运转，W提供用于在平坦道路上W 一速度推进车辆的动力并且使牵引电池保持在一电池荷电状态(SOC)。当车辆行驶下坡时， 来自动力传动系统的能量被转换为电并流向牵引电池，从而提高电池SOC。在时间点912,电 池SOC越过触发发动机关闭的发动机停机阔值。电池SOC可因为来自动力传动系统的电流而 继续升高，所述来自动力传动系统的电流是由于再生制动而引起的。然而，一旦电池SOC达 到最大操作SOC，则在行驶向下的斜坡914时来自制动的额外的可用能量将不会被存储在电 池中。在该示例性曲线图中，元素902示出车辆高程，而元素902可被用于示出车辆速度或者 车辆速度和车辆高程的组合。观察元素902的可选的方式是车辆的能量状态的变化，诸如， 车辆动能或车辆势能的变化。
[0070] 图9B是示出车辆高程922、电池荷电状态924和内燃发动机运转926相对于时间的 示例性曲线图920。在时间点930,内燃发动机（ICE)正在运转，W提供用于在平坦道路上W 一速度推进车辆的动力并且使牵引电池保持在一电池荷电状态(S0C)。作为图9A的替代，车 辆或电池管理系统可降低目标电池S0C，使得潜在的再生能量可被捕获。运里，在等式3中用 当前的动能和当前的势能表示潜在的再生能量。当前的动能是基于车辆速度和车辆质量 的，而当前的势能是基于与倾斜角相关联的道路坡度的。潜在的再生能量还是基于由历史 数据确定的动力传动系统损耗的。结果将会是目标SOC(或者，在一可选方式中，为发动机关 闭阔值S0C)可能被减去潜在的再生能量。此外，历史行驶周期数据(包括历史驾驶员制动、 历史减速率、历史辅助负载使用、电池寿命，或将动能和势能转换成电能的效率)可被用于 调整潜在的再生能量。在该示例性曲线图中，元素922示出车辆高程，但是元素922可被用于 示出车辆速度或者车辆速度和车辆高程的组合。观察元素922的可选的方式是车辆的能量 状态的变化(诸如，车辆的动能或车辆势能的变化）。
[0071] 如果未来的信息（诸如，基于地形信息的未来路线、未来的高程变化、未来的辅助 负载的使用或未来的再充电事件)是已知的，则潜在的再生能量计算可包括运种信息。沿着 未来路线的未来速度和未来道路坡度的知识允许预测的动能和预测的势能被确定。例如， 通常在点928被关闭的发动机可基于未来的向下的斜坡934的知识在点932被关闭。运可能 是由于发动机停机阔值的降低。一旦发动机在932被关闭，则车辆随后仅由电力来操作，并 且电池SOC由于电流从电池流向车辆而降低。元素936示出了 SOC的降低。当车辆通过下坡 934时，来自再生制动的能量允许车辆使电流流向电池，因而提高电池SOC 938。另外，基于 历史驾驶员制动或历史减速率，将动能和势能转换为电能的效率可被用于调整潜在的再生 能量。相对于坡度对车辆速度进行调整可能是有益的。例如，在睹峭的斜坡上，减小车辆速 度会是有益的。然而，在具有巡航控制模块或自适应巡航控制模块或基于用户的反馈的车 辆中，或基于用户的反馈，W恒定的车速来操作可为操作者和乘客提供更好的驾驶体验。因 此，可要求车辆针对恒定速度操作进行调整，或在自适应巡航控制模块的情况下，跟踪车辆 的间隔距离可WW跟踪车辆速度的预期变化被调整。
[0072] 在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机/通过处理装 置、控制器或计算机来实现，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W W多种形式被存储为 可被控制器或计算机执行的数据和指令，所述多种形式包括但不限于永久存储在非可写存 储介质（诸如，ROM装置)上的信息W及可变地存储在可写存储介质（诸如，软盘、磁带、CD、 RAM装置和其它磁介质和光介质）上的信息。所述处理、方法或算法也可被实现为软件可执 行对象。可选地，所述处理、方法或算法可W使用合适的硬件组件（诸如，专用集成电路 (ASIC)、现场可编程口阵列(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实现。
[0073]虽然W上描述了示例性实施例，但运些实施例并不意在描述权利要求所包含的所 有可能形式。说明书中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W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W实现期望的整体系统属性。运些属性 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。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例 或现有技术的实施方式的实施例并不在本公开的范围之外，并可被期望用于特定的应用。
【主权项】
1. 一种用于车辆的电池管理系统，包括： 电池； 控制器，被配置为:根据车辆的倾斜角和车辆的速度来设置电池的荷电状态的目标，并 且响应于电池的荷电状态大于所述目标且车辆的速度大于阈值，对电池进行放电以实现所 述目标。2. 如权利要求1所述的用于车辆的电池管理系统，其中，控制器还被配置为:基于最大 操作荷电状态与由车辆的倾斜角和车辆的速度引起的电池的荷电状态的预期变化之间的 差，设置发动机关闭的阈值荷电状态。3. 如权利要求1所述的用于车辆的电池管理系统，还包括动力传动系统，其中，控制器 还被配置为:基于与动力传动系统相关联的损耗来改变所述目标。4. 如权利要求3所述的用于车辆的电池管理系统，其中，所述损耗是基于车辆的操作时 间和环境温度的。5. 如权利要求3所述的用于车辆的电池管理系统，其中，所述损耗是基于历史行驶周期 数据的。6. 如权利要求5所述的用于车辆的电池管理系统，其中，历史行驶周期数据包括:道路 坡度、车辆动能和电池功率。7. 如权利要求5所述的用于车辆的电池管理系统，其中，历史行驶周期数据还包括:与 驾驶员相关联的历史减速率。8. 如权利要求5所述的用于车辆的电池管理系统，其中，历史行驶周期数据还包括:与 车辆中的至少一个辅助电力负载相关联的至少一个电流曲线。9. 如权利要求5所述的用于车辆的电池管理系统，其中，历史行驶周期数据还包括:车 辆路线信息。10. 如权利要求5所述的用于车辆的电池管理系统，其中，历史行驶周期数据还包括:基 于环境温度和电池寿命的电池功率限制。11. 如权利要求1所述的用于车辆的电池管理系统，其中，车辆的倾斜角是基于车轮转 速传感器的输出和纵向加速度计的输出的，所述车轮转速传感器的输出指示沿着车辆的纵 向平面的加速度，所述纵向加速度计的输出指示沿着纵向平面的加速度。
【文档编号】B60W10/08GK105905107SQ201610099125
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月23日
【发明人】肯尼思·詹姆士·米勒, 道格拉斯·雷蒙德·马丁, 威廉·保罗·伯金斯, 沈立群
【申请人】福特全球技术公司