CN101112897A - 改进混合动力车辆的燃料经济性的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于混合动力车辆的燃料经济性的控制方法，包括：估计电池的温度，测量电池的电流，以及测量电池的电压。根据电池的充电状态(SOC)和所估计温度来确定标称的最佳充电电压。如果该SOC超过了预定水平，且电流处于预定的范围内，则将该标称的最佳充电电压减小到燃料经济性最小的充电电压。然后利用DC/DC转换器以所述燃料经济性的最小值为所述电池充电。

Description

改进混合动力车辆的燃料经济性的方法
技术领域
本发明涉及给混合动力车辆再充电的非推进电池，更加特别地，涉及一种用于改进混合动力车辆的电池寿命、前灯寿命以及燃料经济性的电池再充电方法和设备。
背景技术
常规的非推进车辆电池是一个电化学装置，其包括一个或多个将化学能转化成电能的电池。目前，非推进的车辆电池是“12伏”直流(DC)电池，它可提供大约12.6伏特。常规的12伏电池通常包括六个串联连接的电池，每个电池产生大约2.1伏特。混合动力车辆包括一个或多个附加的推进电池，其可提供功率驱动和/或重启车辆。推进电池通常是大功率的，例如，是“300伏”的直流(DC)电池。除非另有说明，术语“电池”在下文中指的是非推进式12伏直流电池。
当驾驶员起动混合动力车辆的发动机时，起动装置从电池提取电流并减小电池上的电荷。混合动力车辆的充电系统可为电池再充电，该充电系统通常包括具有稳压器的DC/DC转换器，和可选择的充电指示器。该DC/DC转换器将推进电池的输出转换成电压降低的电功率以便为12伏非推进电池充电。DC/DC转换器中的稳压器可调节由DC/DC转换器产生的输出电压和电流电平。充电指示器可提供充电系统和/或电池的工作状态的视觉指示。
当发动机在运行时，充电系统为电池充电，以及给与车辆相联的其它电气系统和负载提供功率。车辆的一些电力负载例如包括供暖通风和空气调节(HVAC)风扇、空气调节(AC)压缩机离合器、加热的座位、加热的反射镜、车窗除雾器、窗上刮水器、门控车室照明灯、车厢灯、发动机冷却风扇等等。
DC/DC转换器中的稳压器使DC/DC转换器的输出电压保持在一定的电压范围内，如13至16伏。当电压处于该电压范围内时，DC/DC转换器可执行几种功能。DC/DC转换器能够为电池充电，以及向其它车辆电气系统和负载提供功率。还可以防止与电池的充电不足或过度充电相关的问题。如果电池充电不足，那么电池就不能够转动曲柄和起动发动机。如果电池被过度充电，那么电池可能会过热和/或进行“放气”(在电池中形成酸性气体)并被永久性损坏。
DC/DC转换器中的稳压器可根据电池的温度和电池的充电状态(SOC)调节输出电压。然而，常规的温度和SOC监视器较为昂贵和不够准确。常规的温度和SOC监视器还需要大量的附加配线和附加的电子元件。
授权给Kapsokavathis等的共同转让的美国专利US6809501公开了一种改进燃料经济性的方法。由Kapsokavathis等人的专利公开的燃料经济性控制方法包括估计电池的温度、测量车辆电池的电流以及测量电池的电压。之后，根据电池的充电状态(SOC)和所估计温度来确定标称的最佳充电电压。然后，如果SOC超过了预定水平，且电流处于预定的范围内，则Kapsokavathis等人的专利将标称的最佳充电电压减小到燃料经济性最小的充电电压。
发明内容
本发明提供一种控制方法，该方法改进了混合动力车辆的燃料经济性。根据该方法，确定电池的充电状态(SOC)。确定电池的标称的最佳充电电压。如果SOC超过了预定水平，且电流处于预定的范围内，则将标称的最佳充电电压减小到燃料经济性最小的充电电压。然后，利用DC/DC转换器以燃料经济性的最小值为电池充电。
根据本发明的一个方面，预定的水平大约为80％，预定的范围介于-8A和15A之间。
根据本发明的另一个方面，如果外部空气温度处于第一温度范围内，车辆速度小于预定速度，且附属设备被关闭，则将标称的最佳充电电压减小到燃料经济性最小的充电电压。
根据本发明的另一个方面，该标称的最佳充电电压以SOC为基础。
根据本发明的另一个方面，该方法还包括估计电池的温度；测量电池的电压，其中SOC以温度、电压和电流为基础。
根据本发明的另一个方面，确定标称的最佳充电电压包括确定电池的运行SOC；和根据运行的SOC和温度对标称的最佳充电电压值进行插值。
根据本发明的另一个方面，对标称的最佳充电电压值进行插值是以多个校准常数为基础的。
本发明还提供一种用于防止混合动力车辆的电池硫酸化的方法。根据该方法，根据电池的充电状态(SOC)来确定标称的最佳充电电压。然后，将该标称的最佳充电电压与阈值进行比较。如果在第一预定时间周期中该标称的最佳充电电压低于阈值，则增大该标称的最佳充电电压使其超过阈值，并利用DC/DC转换器以增大的标称的最佳充电电压为电池充电。
当在下文结合随附的附图详细描述实施本发明的最佳方式时，本发明上面的特征和优点以及其它特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明用于调节被传递给电池的充电电压的系统的功能框图；
图2是示出了图1中所述系统的主体控制模块(BCM)、电流传感器以及电池的电路示意图；
图3是示出了本发明的电池充电状态(BCS)算法的步骤的流程图；
图4是示出了本发明的估计电池温度算法的步骤的流程图；
图5是示出了本发明的调节电压控制(RVC)算法的步骤的流程图；
图6是示出了本发明的燃料经济性(FE)算法的步骤的流程图；
图7是示出了本发明的误差校正算法的步骤的流程图；以及
图8是示出了根据本发明与脉宽调制(PWM)的工作循环成函数关系的DC/DC转换器输出电压的曲线图。
具体实施方式
下面对优选实施例的描述仅仅是示例性的，而不是为了以任何方式限制本发明、应用或用途。为了清楚起见，在附图中使用相同的参考数字来表示相同的元件。
除了使输出电压保持在一定的电压范围内，DC/DC转换器中的稳压器在电压范围内改变输出电压，以适应在各种工作条件下的变化。当这样做时，系统可保持电池寿命，并改进混合动力车辆的燃料经济性。首先，稳压器给DC/DC转换器发信号，当起动发动机时产生接近电压范围的最高值的输出电压。如果发动机短暂地运转，则在发动机停机之前为电池再充电。
当在发动机运行的同时使电池完全再充电时，稳压器使DC/DC转换器的输出电压减小到电压范围的下限附近。当适当操作时，稳压器可防止电池的过度充电和放气。稳压器还可以保持电池寿命，并增大车辆部件如前灯的寿命。
如果车辆在慢交通量中处于怠速，同时高的电力负载使电池放电，则稳压器将DC/DC转换器的输出电压设置在电压范围的上限附近。一旦电池被再充电，稳压器就将使DC/DC转换器的输出电压减小到电压范围的下限附近。
为了如上所述地操作稳压器，一控制器周期性地轮询电池温度和“充电状态”(SOC)。在一个实施例中，通过感测电池内电解质溶液的温度来测量电池温度。如果电池温度较低，则电池需要比更高电池温度所需的还要高的再充电电压。控制器估计电池温度，并控制稳压器以提供合适的DC/DC转换器的输出电压。
控制器还确定电池的SOC。控制器控制稳压器的输出电压，以将电池再充电至合适的SOC和/或在没有对电池充电不足或过度充电的情况下操作电气系统。如果SOC较高，则控制器控制稳压器的输出电压以减小电池电压和/或在没有对电池充电不足或过度充电的情况下以较低的电压操作电气系统。
现在参考图1，系统10可利用发动机和推进电池调节传递给混合动力车辆中的电池的充电电压。在共同转让的美国专利US6809501中描述了一种类似的系统，在此将其全文引入作为参考。该系统10包括DC/DC转换器12、点火(IGN)系统14、发动机控制模块(ECM)16、主体控制模块(BCM)18、串行数据链路(SDL)20、电池21以及电流传感器22。该DC/DC转换器12可操作地与串行数据链路20连接。该DC/DC转换器12的输出端子32通过接线盒(JB)36与电池21的正极端子34连接。电池21的负极端子38与底盘接地(chassisground)连接。该DC/DC转换器12将最佳充电电压传递给电池21以为电池21再充电。
点火系统14通过JB36与ECM16和BCM18电气连接。该点火系统14使驾驶员能够选择“接通”或“切断”模式。当点火开关处于“接通”模式时，发动机被起动，电信号从点火系统14传递到ECM16和BCM18。当点火开关转到“切断”模式时，发动机被停机，并且电信号通常不再被传递。
ECM16与发动机冷却液温度(ECT)传感器42、进入空气温度(IAT)传感器、发动机转速(ES)传感器46、怠速致动器48以及电池21通信。该ECT传感器42可向ECM16提供冷却液温度信号。如果冷却液温度超过了冷却液阈值，则ECM16起动发动机冷却风扇。该IAT传感器44测量进入空气的温度，其用来估计电池21的温度。IAT温度传感器44包括布置在发动机进气歧管处对温度敏感的热敏电阻。该ES传感器46测量每分钟的发动机转速(rpm′s)。ES传感器46例如可以布置在曲轴或凸轮轴附近。
怠速致动器48由ECM16用来增大或减小发动机的怠速。该怠速致动器48例如包括电机和齿轮机构，该齿轮机构使风门杆保持在期望的位置。ECM16通过IB36与电池21连接。ECM16通过JB36由电池21提供功率。
BCM18是向ECM16和DC/DC转换器12发送指令的主处理器，该DC/DC转换器12调节传递给电池21的充电电压。优选地，BCM18包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可擦除只读存储器(EEPROM)、闪速存储器、和/或任何其它合适的电子存储器。BCM18周期性地感测电池21的电压电平和温度，并估计电池21的充电状态(SOC)。当系统10处于切断模式中时，BCM18周期性地感测电池21的电压电平。ECM16、BCM18和DC/DC转换器12还可以通过串行数据链路(SDL)20传递和共享信息。
电流传感器22可以是霍耳效应型电流传感器，它感测一个电池引线中的电流。这种类型的电流传感器可提供抗噪声信号，并消耗非常小的功率。电流传感器22可感测电池21的负极引线中的电流。电流传感器22包括磁芯、或换能器、以及磁场测量和信号调节装置、或霍尔效应集成电路(HEIC)。该换能器可集中由流过电池引线的电流产生的磁场。还包括一连接器或电气配线，用于连接电流传感器22和BCM18。该连接器包括电源引线、接地引线和输出信号引线。
具有HEIC的换能器响应于电池电流(Ip)产生的磁通量(B)而提供电信号。通过下面的方程式该HEIC可将感测到的磁通量(B)转换成霍尔电压(VH)：
VH＝b×Ip
其中数值b是预编程的常数。该霍尔电压(VH)被放大，然后作为PWM信号通过连接器发送给BCM18。
多个主体控制器(BCs)60也与SDL连接。这些BC60与多个车辆的电力负载通信并对其进行控制。在图1中，电力负载包括HVAC鼓风机、AC压缩机的离合器、加热的座位、加热的反射镜、车窗除雾器(除霜器)、窗上刮水器、门控车室照明灯、车厢灯、发动机冷却风扇和前灯。HVAC鼓风机、AC压缩机的离合器、加热的座位、加热的反射镜、车窗除雾器、窗上刮水器、发动机冷却风扇通过JB36和点火系统14由DC/DC转换器12或电池21提供功率。这些电力负载一般只在系统10处于接通模式中时工作。相反地，前灯、门控车室照明灯以及车厢灯可在接通模式或切断模式中工作。
驾驶员信息中心(DIC)也与SDL20连接。优选地，该DIC64是具有数字显示器和/或扬声器的安装在仪表盘上的键盘，驾驶员或乘客可以从该键盘请求并获得操作信息和相关的数据。DIC64还包括故障指示灯(MIL)。善于观察的驾驶员可以通过DIC64获得从多个传感器导出的操作信息和相关数据。此外，除了数字显示器，DIC64中的扬声器也可以提供声响指示器，其可向车辆所有者传递操作信息。
最后，数据链路连接器(DLC)62可与SDL20通信。该DLC62有时称为“诊断连接器”或者甚至是装配线诊断链路(ALDL)，它是一个多插头连接器，维护专家将该连接器连接到扫描工具(或者诊断读出工具)，从而通过SDL20取得由ECM16和/或BCM18存储在存储器中的诊断故障代码。
在图2中，示出了BCM18、点火系统14、JB36、电池21以及电流传感器22之间的电连接。BCM18包括数模(A/D)转换器(ADC)80和直流基准电源82。BCM18可利用ADC80通过JB36周期性地感测电池21的电压电平而使BCM18能够估计电池21的SOC。该ADC80由直流基准电源82提供功率。从DC/DC转换器12或电池21的输出电压导出由直流基准电源82提供给ADC80的电压。电流传感器22通过电源引线、接地引线和连接器的输出信号引线连接并由BCM18提供功率。更加具体地，电源引线与BCM18的直流基准电源82连接，接地引线通过BCM18的接地引线与底盘接地连接，以及输出信息引线与BCM18连接。
应该理解，为了清楚起见，稍微简化了在图1至3中示出的系统。这样，系统10旨在更易于适当地理解本发明的操作和优点。此外，应该理解，附加的或者较小的电力负载可以合并到不同于在此描述的系统10中。
图3和4示出了本发明的电池充电状态(BCS)算法。该BCS算法和附加的算法结合运用，该附加的算法将在下文进一步详细描述。从起始步骤开始，在步骤100中，控制确定系统10是在切断模式工作还是在接通模式工作。如果系统10工作在切断模式，则控制前进到步骤102，在步骤102中识别特定切断模式。该切断模式包括：切断、切断-休眠、切断-唤醒，以及辅助模式，但是也可以利用附加的或更少的模式。如果系统10在接通模式工作，则控制前进到步骤104，在步骤104中识别接通模式。该接通模式包括：运行、发动机运转的运行、曲柄、遥控起动、以及断开-遥控起动，但是也可以利用附加的或更少的模式。一旦在步骤104中确定了特定的接通模式，控制就在步骤106中确定BCS。该BCS受多个因素限制，包括将在下文中描述的电池电压、电池电流以及电池温度。
电池电压可从模数转换器(ADC)80直接读出，然后对线路压降、生产差异以及ADC差异进行补偿。然后对补偿的电压进行滤波，以提供电池电压。在步骤108，ADC80读出电池电压，并将电压值作为Battery VoltageSense存储。在步骤110，利用下面的方程式确定总的补偿电池电压(TCBV)：
TCBV＝BatteryVoltageSense+LDNorm+(RDStatus)(LDk1)+(FanSpeed)(LDk2)+(LowBeam)(LDk3)+ADC_Error+TEMP_Error+V_Error
其中：
LDNorm＝电池的标称线路压降(mV)
RDStatus＝如果后除雾器开则为1，如果关则为0
FanSpeed＝百分比(％)
LowBeam＝如果车头短焦距光打开则为1，如果关闭则为0
LDK1＝校准因子(mV)
LDK2＝校准因子(mV)
LDK3＝校准因子(mV)
ADC_Error＝ADC生产差异(mV)
TEMP_Error＝ADC温度差异(mV)
V_Error＝ADC电压差异(mV)
从BCM18生产之后获得的测量结果可确定ADC_Error，并将其存储在非易失性存储器中。该因子用于抵销生产差异。TEMP_Error涉及ADC80对温度变化的灵敏度。将该温度灵敏度作为一个或多个常数存储在非易失性存储器中。最后，V_Error说明ADC80对电压范围的灵敏度，并被存储在非易失性存储器中。
在步骤112中对TCBV进行滤波，以获得平均电压Filt_VBat_RVC。这可以通过用每一新的TCBV样本更新移动平均值来实现。该平均电压值由下面的方程式确定：
Filt_VBat_RVC＝Filt_VBat_RVC+(TCBV-Filt_VBat_RVC)×(RFCVolt/256)
根据表1由RFCVolt校准和确定滤波器的时间常数(T)。
表1
  tsample(s)   0.5     0.5     0.5     0.5     0.5     0.5     0.5     0.5
  T(s)FCVolt   1100     339     524     1012     216     324     642     1281
RFCVolt可由下面的方程式提供：
RFCVolt＝256×(1-exp(-tsample/T))
根据消除电池线路上的瞬变现象所需的期望滤波程度和响应于电压变化的期望时间延迟而对RFCVolt进行校准。典型的T值介于1s和5s之间。
在步骤114中，电池电流由电流传感器22测量。脉宽调制(PWM)信号(125Hz±20Hz)由电流传感器22产生，并输出给BCM18。为了使作用于BCM18上的影响最小，PWM信号的上升和下降时间(trise，tfall)是10μs±50％。通过计算125Hz循环的正数部分与循环的负数(接地)部分的比率，BCM18确定PWM信号的百分比工作循环(％DC)。通过下面的方程式将得到的值转换成电池电流(I)：
I＝[(％DC-50％)/40％]×60A
每50ms由输入捕获计时器读出电池电流(I)。在步骤116，将十个(10)样本的平均值作为IBat_Sense存储在存储器中。用一阶滤波器对IBat_Sense进行滤波，从而获得平均电流Filt_IBat。这可以通过使用下面的公式用每一个新的电流样本更新移动平均值(每0.5s)来实现：
Filt_IBat＝Filt_IBat+(IBat_Sense-Filt_IBat)×(FCAmp/256)如上面参考表1所描述地那样，可类似于RFCVolt来确定FCAmp，
在步骤120估计电池温度。将参考图4描述该电池估计算法。优选地，每1s地估计电池温度。在步骤121，通过监控接通和切断模式之间的转变来确定时间终止值(TimeOff)。该TimeOff指出了系统10处于切断模式的时间长度。当系统10在以前从接通模式转变到切断模式时，将在此刻计算的估计电池温度作为EstBattTempPrev存储在非易失性存储器中。转变发生的时间保存为TimeKeyOff。当车辆从切断模式转变到接通模式时，将TimeOff确定为当前时间和TimeKeyOff之间的差，该当前时间由BCM18的计时器指出。在步骤122，电池21的位置可用信号表示为车箱内、车身内或者在引擎罩下方。电池21的位置被预置和存储在BCM18的非易失性存储器中。
如果电池21位于引擎罩下方，则在步骤123在TimeOff和冷却时间范围之间进行比较。该冷却时间(例如四个小时)和最小冷却时间(例如15分钟)被预置和存储在存储器中。如果TimeOff小于最小冷却时间，则在步骤124将初始估计的电池温度(EstBattTemp)设置成等于EstBattTempPrev。在步骤125，将TimeOff与冷却时间进行比较，将EstBattTempPrev与当前的发动机进气温度(Tintake)进行比较，该进气温度由IAT传感器测量。如果TimeOff小于或等于冷却时间，以及如果EstBattTempPrev小于或等于当前的发动机进气温度，则在步骤126将EstBattTemp设置为：
EstBattTemp＝EstBattTempPrev+EBk1
如在步骤128所确定的，如果TimeOff小于冷却时间，以及如果EstBattTempPrev大于当前的发动机进气温度，则在步骤130将初始EstBattTemp设置为：
EstBattTemp＝EstBattTempPrev-(EBk2×TimeOff)
否则，在步骤132将EstBattTemp设置为：
EstBattTemp＝Tintake+EBk3
对于上面描述的方程式，数值EBk1、EBk2和EBk3是校准常数，分别用℃、℃/小时、和℃量度。每一个常数都预置和存储在非易失性存储器中。
确定了初始的EstBattTemp(即，在从切断模式转变到接通模式之后的电池温度)之后，在步骤133根据下面的方程式周期性地确定运行的EstBattTemp：
EstBattTemp＝EstBattTemp+(Tintake-EstBattTemp)×(1/TC)
TC是从所测量的电解质温度数据导出的热常数。EstBattTemp由最小和最大温度值确定上下限(cap)。如果EstBattTemp大于最大值，则将其设置成等于最大值。如果EstBattTemp小于最小值，则将其设置成等于最小值。
如果电池21位于车厢或车身中，则在TimeOff和冷却时间范围之间进行比较。在步骤134，如果TimeOff小于最小冷却时间，则在步骤135将初始估计的电池温度(EstBattTemp)设置成等于EstBattTempPrev。在步骤136，将TimeOff与冷却时间进行比较，以及将EstBattTempPrev与当前的外部空气温度(Toutside)进行比较。该Toutside由外部温度传感器(未示出)测量，该外部温度传感器与BCM18通信。如果TimeOff小于或等于冷却时间，以及如果EstBattTempPrev小于或等于当前的外部空气温度，则在步骤126将初始估计的电池温度(EstBattTemp)设置为：
EstBattTemp＝EstBattTempPrev+EBk1
在步骤138，如果TimeOff小于冷却时间，以及如果EstBattTempPrev大于当前的外部空气温度，则在步骤130将初始的EstBattTemp设置为：
EstBattTemp＝EstBattTempPrev-(EBk2×TimeOff)
否则，在步骤140将初始的EstBattTemp设置为：
EstBattTemp＝Toutside+EBk3
确定了初始的EstBattTemp(即，在从切断模式转变到接通模式之后的电池温度)之后，在步骤133根据下面的方程式周期性地确定运行的EstBattTemp：
EstBattTemp＝EstBattTemp+(RunTime×TempSlope)
RunTime是自从转变到接通模式所经过的时间，如用BCM18所监控的。TempSlope是每20分钟在1℃处设置的常数。该EstBattTemp由最小和最大温度值确定上下限。如果EstBattTemp大于最大值，则将其设置成等于最大值。如果EstBattTemp小于最小值，则将其设置成等于最小值。
确定了Filt_VBat_RVC、Filt_IBat和EstBattTemp之后，确定电池24的运行SOC(RunSOC)。RunSOC作为百分比(％)提供，并由下面的方程式确定：
RunSOC＝StartUpSOC+(100％×AdjAmpHrs)/BatteryCapacity
RunSOC的值由最小(0％)和最大(100％)值确定上下限。如果RunSOC大于100％，将其设置成等于100％，如果RunSOC小于0％，将其设置成等于0％。
当从切断模式转变到接通模式时，StartUpSOC是电池21的SOC。StartUpSOC取决于TimeOff值。BCM18将TimeOff与预编程的静止时间比较。如果TimeOff等于或大于静止时间，则StartUpSOC的估计值是EstBattTemp(℃)和开路电池电压(VBat_OCV)(伏特)的函数，如从查询表所获得的，该查询表例如是：
表2
    StartUpSOC(％)  EstBattTemp(℃.)
 -29  -18  0  25  52
    1009080706050403020100  12.76012.57012.38012.28712.19312.10012.00711.91311.82011.72711.633  12.76012.57012.38012.28712.19312.10012.00711.91311.82011.72711.633  12.89412.72012.54612.43812.33012.22212.11412.00611.89811.79011.682  12.83012.75512.68012.57012.46012.35012.24012.13012.02011.91011.800  12.89012.77012.65012.53712.42312.31012.19712.08311.97011.85711.743  VBat_OCV(Volts)
从表2中提供的数据来对StartUpSOC的精确值进行插值。应该理解，表2的数值仅仅是示例性的，其将根据特定的车辆电池系统而变化。
然而，如果TimeOff小于预定的静止时间，则将StartUpSOC的值设置成等于在最后的接通模式中估计的最后值(SOC_Prev)。该SOC_Prev在从接通模式转变到切断模式之前立即保持在非易失性存储器中。
利用Filt_IBat确定AdjAmpHrs，该Filt_IBat以在上面详细描述的IBat_Sense为基础。更加具体地，对Filt_IBat进行积分，以提供流入电池21的净AdjAmpHrs的值。一般地，由于SOC会在诸如空闲的周期中减小，因此电池21会被放电并削弱电力。在该周期中，AdjAmpHrs的值会相应地减小。当从切断模式转变到接通模式时，将AdjAmpHrs的值初始化为0。在简短的初始化周期后，根据下面的方程式计算AdjAmpHrs的值：
AdjAmpHrs＝AdjAmpHrsPREV+(Filt_IBat×TIMEINT)/3600
AdjAmpHrs表示最后计算的AdjAmpHrs的值。时间间隔TIMEINT表示样本执行率。AdjAmpHrs的值由最小值和最大值确定上下限。如果AdjAmpHrs大于最大值，则将其设置成等于最大值。如果AdjAmpHrs小于最小值，则将其设置成等于最小值。
BatteryCapacity是表示电池21的固有功率容量的校准变量。该校准变量是存储在非易失性存储器中的预定常数。电池容量例如以25℃下进行的20小时电池放电试验为基础。
BCM18可执行三种主算法：调节电压控制(RVC)、燃料经济性(FE)以及电池硫酸化保护(BSP)。特别地参考图5，RVC算法包括两个主要子例程，电池电流电压降低(BCVR)和前灯电压降低(HVR)。RVC算法给DC/DC转换器12的稳压器的操作发信号，以便将电池21充电到特定电平。根据高放电电压的需要或前灯(即，高电流引出附件)是否打开来给稳压器发信号。
RVC算法可根据电池21的SOC的估计值和电池电解质的温度来确定最佳的放电电压。该最佳的放电电压被限定为导致最大电池寿命的电池充电电压，同时保持用于发动机起动(即，转动曲柄)、用于怠速时的放电以及用于寄生负载的能量存储。将最佳的放电电压转换成脉宽调制(PWM％)的工作循环指令(参见图7)，该指令通过SDL20发送给ECM16和DC/DC转换器12。该DC/DC转换器12将根据PWM％的工作循环指令调整被调节电压的设定点。
如上面详细描述的，BCM18测量电池电压，和调整被调节电压，以补偿DC/DC转换器12和电池21之间的线路压降。当发动机运行时，RVC算法由BCM18以大约3至5秒的额定比率执行，其表示为RVCUpDate。附加地，BCM18读出DC/DC转换器12的可利用功率，以确定DC/DC转换器12是否在全部充电容量下工作。如果DC/DC转换器12在全部充电容量下工作，那么BCM18就不会执行误差补偿子例程，这将在下文详细描述。
在步骤150，在初始起动之后，通过控制命令DC/DC转换器12在增大的PWM％的工作循环(Gen_StartUp_DC)下工作预定的时间(Gen_StartUp_Time)，来恢复在转动曲柄过程中电池荷电的损失。在DC/DC转换器12在Gen_StartUp_DC下给电池21充电Gen_StartUp_Time时间之后，控制调整PWM％的工作循环指令，从而以标称的最佳电压(Nom_OptBatVolt)给电池充电或者将电池电压减小到由FE模式所确定的电平。
在步骤150根据RunSOC来确定Nom_OptBatVolt。更加特别地，可利用四个方程式来确定该Nom_OptBatVolt，这四个方程式取决于RunSOC和EstBattTemp的值。下表3描述了四个方程式。
表3
EstBatt Temp(℃.)   Nom_OptBatVolt
上限RunSOC＜70％     标称值RunSOC＝80％     浮动限制1RunSOC＝90％    浮动限制2RunSOC＝100％
   52250-18-30   16.1415.3414.5914.5914.59     15.1714.7414.3514.3514.35     14.3314.3114.2914.2914.29    12.9713.1613.313.313.3
应该理解，表3中的值仅仅是示例性的，其可根据特定的车辆电池系统而变化。控制线性地相对EstBattTemp和RunSOC进行插值，从而确定Nom_OptBatVolt。表3范围之外的数据按照最后出现的数据被确定上下限。
如果RunSOC小于或等于70％，则由下面的方程式计算Nom_OptBatVolt：
Nom_OptBatVolt＝[(EstBattTemp-EBT_K1)×RVCk5+RVCk6]其中
EstBattTemp≥EBT_K1
Nom_OptBatVolt＝RVCk6其中EstBattTemp＜EBT_K1
如果RunSOC等于80％，则由下面的方程式计算Nom_OptBatVolt：
Nom_OptBatVolt＝[(EstBattTemp-EBT_K2)×RVCk1+RVCk2]其中EstBattTemp≥EBT_K2
Nom_OptBatVolt＝RVCk2其中EstBattTemp＜EBT_K2
如果RunSOC等于90％，则由下面的方程式计算Nom_OptBatVolt：
Nom_OptBatVolt＝[(EstBattTemp-EBT_K3)×RVCk3+RVCk4]其中EstBattTemp≥EBT_K3
Nom_OptBatVolt＝RVCk4其中EstBattTemp＜EBT_K3
如果RunSOC等于100％，则由下面的方程式计算Nom_OptBatVolt：
Nom_OptBatVolt＝[(EstBattTemp-EBT_K4)×RVCk7+RVCk8]其中
EstBattTemp≥EBT_K4
Nom_OptBatVolt＝RVCk8其中EstBattTemp＜EBT_K4
对于上面的方程式，变量RVCk1至RVCk8以及EBT_K1至EBT_K4是校准参数。这些变量的典型值如表4所示。
表4
    变量     校准值     单位
    RVCk1RVCk2RVCk3RVCk4RVCk5RVCk6RVCk7RVCk8EBT_K1EBT_K2EBT_K3EBT_K4     0.015814.3490.000814.290.029814.592-0.006413.3060153425     Volts/℃.VoltsVolts/℃.VoltsVolts/℃.VoltsVolts/℃.Volts℃.℃.℃.℃.
应该理解，在表4中给出的值仅仅是示例性的，其可以根据特定车辆电池系统而变化。
在步骤152运行FE子例程。该FE子例程将在下文参考图6进一步地详细描述。在步骤153，控制确定是否已经设置了FE模式标记。如果已经设置了FE模式标记，则控制前进到步骤157。如果没有设置，则控制前进到步骤154。
在步骤154中，控制确定电池充电电流是否低于预定的值(即较低)，RunSOC是否大于80％，以及EstBattTemp是否大于0摄氏度。如果这些条件中的任何一个不是真的，则指令DC/DC转换器12根据步骤155中的Nom_OptBatVolt进行操作。如果这些条件都是真的，则电池21就不需要高的充电电压。在这种情况下，在步骤156，控制启动BCVR子例程，以指令较低的充电电压。在步骤156确定更低的充电电压OptBatVolt。OptBatVolt以Nom_OptBatVolt为基础，其可由下面的方程式给出：
OptBatVolt＝Nom_OptBatVolt×VR_Factor
VR_Factor是电压降低因子，其通常等于1.0，除了当检测到以下条件时：Filt_IBat小于2安培且大于-7安培，EstBattTemp大于0℃，以及DC/DC转换器12的可用功率小于99％。如果检测到这些条件中的每一个，则BCVR子例程启动第一延迟(VR_Delay1)，例如1分钟。在VR_Delay1期满时，BCVR子例程缓慢地将Nom_optBatVolt降低到大约87％。换句话说，VR_Factor从1.0逐渐减小到0.87。校准因子VR_K1限定了Nom_OptBatVolt的减小水平，校准因子VR_K2限定了VR_Factor的变化速度。VR_K2优选地设置为0.05830％/s，或者8.45mV/s。如果在比第二延迟(VR_Delay2)如1分钟更长的周期中上述条件中的任何一个是假的，则VR_Factor逐渐增大回到1.0。增大速度与如上所述的减小速度相同。
在步骤157中，定义为GenDesVolt的DC/DC转换器12的指令电压被设置成等于OptBatVolt。在步骤158，控制确定前灯是否打开。如果前灯没有打开，则控制前进到步骤162。如果前灯是打开的，则控制前进到步骤160。在步骤160，控制可确定GenDesVolt的上下限，使其小于或等于前灯电压(Headlamp_Volt)，且大于或等于最小前灯电压(Headlamp_Volt_Min)。
在步骤162，控制实施闭环电流控制(CLCC)子例程，该子例程确定DC/DC转换器12的实际工作循环(ActDutyCycle)。下文将参考图7详细地描述CLEC子例程。在步骤164，指示DC/DC转换器12在ActDutyCycle下工作，并且控制结束。
现在参考图6，详细地描述FE子例程。在步骤170，控制确定是否设置了FE描述标记。如果没有设置，则控制前进到步骤172。如果设置了标记，则控制前进到步骤174。在步骤172，控制确定是否满足某些先决条件以便进  FE模式。示例性的先决条件包括：
RunSOC＞80％
40℃.＞Toutside0℃
车辆速度＜70mph
电流传感器是起作用的
FE_BC1≤Filt_Ibat≤FE_BC2
FE_Low Volt＝0
前灯关闭
应该理解，先决条件的值仅仅是示例性的，其可根据电池类型和特定的车辆特征而变化。
如果不满足这些先决条件，则控制前进到步骤176，将OptBatVolt设置成等于Nom_OptBatVolt，并退出FE子例程。如果满足了这些先决条件，则控制前进到步骤178，确定初始延迟时间是否已经期满。如果初始延迟时间还未期满，则控制前进到步骤176。否则，控制前进到步骤180，设置FE模式标记。在设置了FE模式标记之后，控制前进到步骤174。
在步骤174中，将OptBatVolt设置成等于FEM_Min_Bat_Volt。降低的变化速度由校准值FEM_VR_K1限定，其通常是12秒每0.6V。控制前进到步骤182，确定Filt_Vbat_RVC是否小于FEM_Min_Bat_Volt，以及确定前灯是否关闭。如果两个都是真的，则控制前进到步骤184。否则，控制前进到步骤188。在步骤184，控制设置闭环电流控制(CLCC)标记。在步骤185，控制确定Filt_Vbat是否大于12.6V，以及确定是否RunSOC＞90％。如果两个都是真的，则在步骤186，控制将当前的控制因子(CCR_K1)设置成等于-3A。否则，在步骤187，控制将CCR_K1设置成等于0A，应该理解，这些值仅仅是示例性的，其可根据电池类型和特定的车辆特性而变化。
在步骤188中，控制检查FE模式退出条件是否满足。如果没有满足下面条件中的任何一个，则控制退出FE模式子例程：
RunSOC≤80％
40℃＜Toutside≤0℃
车辆速度＞70mph
电流传感器是不起作用的
FE_BC2＜Filt_Ibat＜FE_BC_1
Fi1t_VBat＜Batt_Volt_CLCC_Min
前灯关闭
如果满足了这些条件，则控制前进到步骤188，确定退出延迟时间是否期满。如果该延迟时间还未期满，则控制退出FE模式子例程。如果延迟时间已经期满，则在步骤190控制清除FE模式和CLCC标记，并退出FE模式子例程。
现在参考图7，CLCC子例程可利用积分项来校正电压或电流误差。当从切断模式转变到接通模式时，该积分项清零。根据DC/DC转换器12的可获得功率，该积分项受下面的运算限制：
a)如果在DC/DC转换器12中可获得的功率≥99％，则积分项稳定在当前水平。
b)如果在DC/DC转换器12中可获得的功率≥99％，则运算积分项以减小Volt_Error。
c)如果报告故障，则使用Filt_VBat_RVC来确定在DC/DC转换器12中可获得的功率。如果Filt_VBat_RVC＜12.8V，则假定在DC/DC转换器12中可获得的功率≥99％。否则，假定在DC/DC转换器12中可获得的功率＜99％。
定义为GenDesVolt的DC/DC转换器12的期望电压由下面的方程式确定：
GenDesVolt＝OptBatVolt+Gen_Bat_Linedrop
Gen_Bat_Linedrop是在DC/DC转换器12和电池21之间连接的电压线路压降，它是预定义的校准常数，其优选具有0.1V的校准值。GenDesVolt在被发送给ECM16和DC/DC转换器12之前由BCM18转换成工作循环。
在步骤200中，控制确定是否设置CLCC标记。如果设置了标记，则控制前进到步骤202。如果没有设置，则控制前进到步骤204。积分项运算成缓慢地校正被发送给稳压器的工作循环。在步骤202，电流误差(Curr_Error)可确定为：
Curr_Error＝CCR_K1-Filt_IBat
在步骤206，控制确定Curr_Error是否小于零。如果小于零，则在步骤208使积分项加1。如果不小于零，则在步骤210使积分项减1。
在步骤204中，电压误差(Volt_Error)确定为：
Volt_Error＝GenDesVolt-Filt_VBat-RVC
在步骤212中，控制确定Curr_Error是否小于零。如果小于零，则在步骤208使积分项加1。如果不小于零，则在步骤210使积分项减1。
在步骤216中，GenDesVolt在被发送给ECM16之前由BCM18转换成工作循环。下面的线性方程式定义了工作循环的转换：
NomDutyCycle＝Opk1×GenDesVolt-Opk2
Opk1和Opk2是预定义的校准常数，其优选地分别具有17.76％/V和185.6的值。
在步骤218中，控制根据下面的方程式计算ActDutyCycle：
ActDutyCycle＝NomDutyCycle+(积分项×比例因子)
比例因子是预定义的校准常数，其优选地具有0.392％/计数的值。然后控制退出CLCC子例程。如上所述，ActDutyCycle通过SDL20从BCM18发送到ECM16。接着，该ECM16给DC/DC转换器12中的稳压器发送信号，或者DC/DC转换器12可以接收直接离开SDL10的消息。ActDutyCycle被限制在示例性的最小值的36％。如果ECM16识别出ActDutyCycle小于36％，则ECM16给稳压器发信号到100％工作循环，直到ActDutyCycle大于36％的阈值。在SDL20损耗的情况下，ECM16给稳压器发信号到100％工作循环，或者DC/DC转换器12接收直接离开SDL20的消息。
BSP算法保护电池21以免潜在的硫酸化，当电池处于开路(即自放电)中或者处于放电状态下一段延长的时间周期时，会发生该化学反应。BSP算法可不断地检查电池电压(OpBatVolt)，以确定其是否小于13.2V。如果小于的话，则初始化30分钟的计时器。在30分钟的时间周期中，如果电池电压被增大超过13.2V，则将计时器重置为零。然而，如果在30分钟的时间周期的期满时电池电压小于13.2V，则BSP算法缓慢地使电池电压增大到Nom_OptBatVolt。在BCM能够实施任何其它算法如BCVR或FE之前，电池电压保持在Nom_OptBatVolt三分钟。如在上面详细描述地，达到Nom_OptBatVolt的电池电压的变化速度由FEM_VR_K1限定。
本发明在较高的充电效率点附近使电池工作，该效率点在任何可行的时候都对应于较低的SOC电平(即，用80％代替了在其它电力管理策略中所用的90+％)。此外，本发明在不再需要时停止给电池充电。这样可减小DC/DC转换器必需的平均电力产生。在电源上电力负载的降低使发动机的燃料消耗较小和使车辆的燃料经济性更好。
本领域技术人员能够从前面的描述中理解，本发明的广泛教导可以通过多种形式实施。因此，尽管已经结合了本发明的特定实例描述了本发明，但是本发明的真实范围不应该因此而受到限制，因为当研究了附图、说明书和下面的权利要求时，其它修改对本领域技术人员来说将变得明显。
尽管已经详细地描述了实施本发明的最佳模式，但是对本发明所涉及领域熟悉的技术人员将认识到，实施本发明的各种可替换设计和实施例都落入随附权利要求的范围中。

Claims (20)

1.一种用于混合动力车辆的燃料经济性的控制方法，包括：
确定电池的充电状态(SOC)；
确定所述电池的标称的最佳充电电压；
如果所述SOC超过了预定水平，且所述电流处于预定的范围内，则将所述标称的最佳充电电压减小到燃料经济性最小的充电电压；以及
利用DC/DC转换器以所述燃料经济性的最小值为所述电池充电。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述预定的水平大约为80％。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述预定的范围介于-8A和15A之间。
4.如权利要求1所述的方法，其中如果外部空气温度处于第一温度范围内，车辆速度小于预定速度，且附属设备被关闭，则执行所述减小的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述标称的最佳充电电压以所述SOC为基础。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
估计所述电池的温度；以及
测量所述电池的电压，其中所述SOC以所述温度、所述电压和所述电流为基础。
7.如权利要求1所述的方法，其中确定所述标称的最佳充电电压包括：
确定所述电池的运行SOC；和
根据所述运行的SOC和所述温度对所述标称的最佳充电电压值进行插值。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述插值是以多个校准常数为基础的。
9.一种用于混合动力车辆的燃料经济性的控制方法，包括：
估计电池的温度；
测量由所述电池提供的电流；
确定所述电池的充电状态(SOC)；
确定所述电池的标称的最佳充电电压；
如果所述SOC超过了预定水平，且所述电流处于预定的范围内，则将所述标称的最佳充电电压减小到燃料经济性最小的充电电压；以及
利用DC/DC转换器以所述燃料经济性的最小值为所述电池充电。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述预定的水平为80％.
11.如权利要求9所述的方法，其中所述预定的范围介于-8A和15A之间。
12.如权利要求9所述的方法，其中如果外部空气温度处于第一温度范围内，车辆速度小于预定速度，且附属设备被关闭，则执行所述减小的步骤。
13.如权利要求9所述的方法，其中所述标称的最佳充电电压以所述SOC为基础。
14.如权利要求9所述的方法，其中确定所述标称的最佳充电电压包括：
确定所述电池的运行SOC；和
根据所述运行的SOC和所述温度对所述标称的最佳充电电压值进行插值。
15.一种用于防止电池硫酸化的方法；包括：
根据电池的充电状态(SOC)来确定标称的最佳充电电压；
将该标称的最佳充电电压与阈值进行比较；以及
如果在第一预定时间周期中所述标称的最佳充电电压低于所述阈值，则增大所述标称的最佳充电电压使其超过所述阈值，并利用DC/DC转换器以所述增大的标称的最佳充电电压为所述电池充电。
16.如权利要求15所述的方法，还包括估计电池的温度。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述标称的最佳充电电压以所述电池温度的估计为基础。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述阈值是13.2伏。
19.如权利要求15所述的方法，其中所述第一预定周期是30分钟。
20.如权利要求15所述的方法，还包括将所述标称的最佳充电电压保持在所述阈值之上至少第二预定的时间周期。
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