CN101202367A - 控制混合电动车的电池充电水平的方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制混合电动车的电池充电水平的方法包括：监控基于电池充电/放电电流值累积预定时间的电流量；计算再生充电降额常数；基于累积的电流量和电池充电状态计算校正系数；将再生充电降额常数乘以校正系数以计算最终的再生充电降额常数；以及将最终的再生充电降额常数乘以充电功率以计算最终充电功率，并且基于最终充电功率选择性地限制电池充电水平。

Description

控制混合电动车的电池充电水平的方法
相关申请的交叉引用
本申请在35 U.S.C.§119(a)下请求于2006年12月11日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2006-0125253号的优先权，其全部内容结合在本文中作为参考。
技术领域
本发明涉及控制混合电动车的电池充电水平(charge level)的方法。更具体地，本发明涉及可选择性地限制电池充电水平以防止电池温度过度增加的方法。
背景技术
术语“混合动力车”在其最广泛的意义下，指使用至少两种不同动力源的车辆。通常，该术语指使用燃料和由电池驱动的电动机的车辆，此种车辆更准确地称为混合电动车(HEV)。
混合电动车可采用许多不同的结构。多数混合电动车为并联式或串联式。
并联式混合电动车被配置成使得发动机对电池充电并且还与电动机一同直接驱动车辆。这种并联式混合电动车具有的缺点在于其结构和控制逻辑与串联式相比相对较为复杂。然而，由于这种并联式混合电动车在同时使用发动机的机械能和电池的电能方面是有效的，所以其在客车等中被广泛采用。
发明内容
一种控制混合电动车的电池充电水平的方法包括：监控基于电池充电/放电电流值累积预定时间的电流量；计算再生充电降额常数(derating constant)；基于累积的电流量和电池充电状态计算校正系数；将再生充电降额常数乘以校正系数以计算最终的再生充电降额常数；以及将最终的再生充电降额常数乘以充电功率以计算最终充电功率，并且基于最终充电功率选择性地限制电池充电水平。
计算校正系数可包括在与快速充电条件相对应的累积电流量区域中将校正系数设置为小于1的值，和在与快速充电条件不相对应的累积电流量区域中将校正系数设置为1。
替换性的方法包括：监控电池充电/放电电流值；基于充电电流和通过在一定时间间隔内累积所监控的电池充电/放电电流值而计算的累积电流量，确定是否满足连续充电模式进入条件；如果确定满足连续充电模式进入条件则进入连续充电模式，并且计算再生充电降额常数，其根据变速器齿轮的位置和电池充电状态系数被设置为小于“1”的值；将降额常数乘以充电功率以计算最终充电功率，并且基于最终充电功率限制电池充电水平。
确定是否满足连续充电模式进入条件可包括如果第一条件和第二条件均被满足则确定满足连续充电模式进入条件，第一条件为其中累积给定时间的电流量小于预定值的条件，并且第二条件为其中在对于给定时间的负充电电流低于预定负值时，递增计数，并且在每一确定时段计数值超过预定计数值的条件。
如果当前电池温度低于预定温度，则连续充电模式进入可被禁止。
连续充电模式可被保持直到在连续充电模式后出现连续充电模式解除条件。
在对于给定时间的负充电电流低于预定负值时，可递增计数，并且确定在每个确定时段计数值是否小于预定计数值。如果计数值小于预定计数值的情况持续多于条件出现的预定频率，则连续充电模式可被解除。
附图说明
通过以下结合附图对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得显而易见，其中：
图1为示出根据现有技术的电池的充电/放电控制的曲线图；
图2为示出根据本发明的第一实施例、在控制混合电动车的电池充电水平的方法中获得再生充电降额常数的处理的流程图；
图3为示出根据本发明用于执行电池充电水平限制的逻辑结构的示意图；
图4为示出根据本发明的第二实施例、在控制混合电动车的电池充电水平的方法中操作模式转换为连续充电模式的情况实例的时序图表；
图5为示出根据本发明的第二实施例、在控制混合电动车的电池充电水平的方法中解除连续充电模式的情况实例的时序图表；
图6为示出根据本发明的第二实施例、在控制混合电动车的电池充电水平的方法中的再生充电降额常数计算图的实例的曲线图；以及
图7为示出根据本发明的第二实施例、在控制混合电动车的电池充电水平的方法中的电池充电水平的限制效果的曲线图。
具体实施方式
典型的混合电动车配备有用于控制车辆的整体运行的混合控制单元(HCU)。例如，HCU包括发动机控制单元(ECU)、电动机控制单元(MCU)、变速器控制单元(TCU)、电池管理系统(BMS)、用于控制车辆的内部温度的全自动温度控制器(FATC)等。
这些控制单元经过高速CAN通信线路与作为上位控制器的混合控制单元互连，使得它们可相互传输并接收信息。
另外，混合电动车包括用于提供电动机的驱动功率的高电压电池或主电池。高电压电池提供在驾驶过程中连续充电和放电时所需要的功率。
高电压电池在电机辅助运行过程中提供电能(放电)，并且在再生制动或发动机驱动过程中存储电能(充电)。电池管理系统(BMS)将电池的充电状态(SOC)，可用充电功率、可用放电功率等传输到HCU/MCU以执行电池的安全和寿命管理。
通常，根据电池SOC和车辆速度的再生充电降额常数分别在充电模式和放电模式的基础上进行计算，然后最终乘以充电功率以便限制电池充电水平。
而且，BMS考虑电池温度、电池SOC等实时计算可充电/可放电功率。根据各个变量的功率减小控制的一些实例如下所述(参见图1)。
1.根据电池温度的功率减小控制：如果电池温度上升，则BMS执行减小电池的可充电/可放电功率的控制。
2A.根据电池SOC的功率减小控制：如果电池SOC增加，则BMS执行减小电池的可充电功率的控制。
2B.根据电池SOC的功率减小控制：如果电池SOC减少，则BMS执行减小电池的可放电功率的控制。
然而，根据现有技术的混合电动车的电池充电水平的控制遇到以下问题。
首先，通常情况下，仅考虑电池SOC和车辆速度作为得到降额常数的因数，使得在电池充电过程中，以安培小时(Ah)测量的大量电荷引起的电池化学反应使电池温度上升。
通常情况下，这种温度上升未被适当地校正，并且如果电池冷却风扇不工作，例如当车辆在下坡行驶(被充以大量电荷)后停靠时，则电池温度到达危险水平，使得混合功能(电机辅助，电机启动等)不能正常执行。
特别是车辆在山地下坡行驶过程中电池以高功率连续充电后停靠时，由于在停靠过程中的电池潜热而使电池温度过度上升。
现将详细参照本发明的优选实施例，以下附图中示出其实例，其中在各处相同的附图标记指示相同元件。以下说明实施例以便参照附图解释本发明。
在图2和3中所示的第一实施例中，高电压电池(主电池)的充电功率的限制根据累积电流量进行控制，以防止由于电池的快速充电而产生的电池温度的过度上升。
也就是，监控累积预定时间的电流量(即，以安培-小时[Ah]测量的、电荷量随时间的积分值)。在积分值低于预定水平的快速充电进行过程中，将根据累积电流量的校正系数应用到最终再生充电降额常数计算端以限制充电功率。以此方式，根据按照车辆行驶情况的累积电流量限制充电功率，从而防止由于电池的快速充电而产生的电池温度的过度上升和由于电池温度的过度上升而产生的混合功能的中断。
此处，术语“电流量”指在电池充电/放电时由电流传感器检测到的瞬时电流值，并且累积电流量在车辆上坡行驶时为正(+)，而在车辆下坡行驶时为负(-)。
在第一实施例中，在充电模式中计算根据电池SOC和车辆速度的再生充电降额常数。这可以任何公知的方式进行。随后，将根据累积电流量的校正系数附加地应用于所计算的降额常数，以得到用于计算充电功率的最终再生充电降额常数。
将由单独逻辑计算的充电功率乘以最终再生充电降额常数(小于1的值)以由此限制电池充电水平。在本发明的第一实施例中，将由单独逻辑计算的充电功率乘以由附加地应用累积电流量而获得的最终再生充电降额常数，由此计算最终充电功率，并且限制电池充电水平，即，将计算的最终充电功率应用于电池充电。
以下将详细说明根据本发明的第一实施例的控制混合电动车的电池充电水平的处理。
首先，由从电流传感器输入的电池充电/放电电流值计算并监控累积预定时间(例如，1秒)的电流量。此时，监控电池SOC和车辆速度。
此外，在驾驶过程中，在充电模式中(输入充电模式标志值“1”)根据电池SOC和车辆速度从充电模式降额常数计算图得到再生充电降额常数，而在放电模式中根据电池SOC和车辆速度从分开的放电模式降额常数计算图得到再生充电降额常数。
同样，在本发明中，将在上述步骤中得到的再生充电降额常数乘以根据监控的累积电流和电池SOC由校正系数计算图计算的校正系数(小于1的值)，以计算最终再生充电降额常数。
校正系数计算图校正快速充电条件下的降额常数。在校正系数计算图中，在与快速充电条件相对应的累积电流量区域中校正系数小于1，而在与快速充电条件不相对应的累积电流量区域中校正系数等于1。
这样，将在上述步骤中得到的再生充电降额常数乘以在与快速充电条件相对应的累积电流量区域中的小于“1”的校正系数，以便将小于从降额常数计算图得到的再生充电降额常数的再生充电降额常数确定为最终的再生充电降额常数。另一方面，当再生充电降额常数在与快速充电条件不相对应的累积电流量区域中时，将从降额常数计算图得到的再生充电降额常数确定为最终的再生充电降额常数。
如此，在累积电流量落入快速充电条件中时，将由校正系数校正的最终再生充电降额常数乘以由单独逻辑计算的充电功率以由此计算最终充电功率。
结果，在计算出最终充电功率时，基于计算的最终充电功率限制车辆的电池充电水平。车辆的电池充电水平的限制防止了由于电池的快速充电而产生的电池温度的过度上升。
现在将在以下详细说明根据本发明的第二实施例的控制混合电动车的电池充电水平的处理。
在本发明的第二实施例中，监控从电流传感器输入的电池充电/放电电流值。随后，基于电池充电/放电电流值确定车辆是否处于连续下坡。如果确定满足连续下坡条件，则限制电池充电水平。
更具体地，首先，在车辆行驶过程中监控由电流传感器检测的充电/放电电流(Ah)并且监控变速器齿轮的位置和电池OSC。
同样，如果满足连续充电模式进入条件，则可确定车辆处于连续下坡路段。连续充电模式进入条件可为如下条件：
连续充电模式进入条件
1.连续充电模式进入的第一条件：
首先，对每个确定时间间隔累积监控的电池充电/放电电流值(Ah)并且计算累积电流量。如果累积给定时间的电流量小于预定值，则程序确定电池处于连续充电模式。
也就是说，在典型的电池充电/放电过程中，从电流传感器检测的瞬时电流值在充电情况下表示负(-)值而在放电情况下表示正(+)值。对每一确定时间间隔(例如，一分钟)累积此电流值，并计算累积电流量。如图4中所示，如果累积给定时间(例如，两分钟)的电流量小于预定值(例如，-0.26A)(累积电流量＜-0.26A)，则满足连续充电模式进入的第一条件。
2.连续充电模式进入的第二条件
如果在对于给定时间的充电电流低于预定值时，递增计数，并且每一确定时段的计数值超过预定计数值，则程序确定电池处于连续充电模式。在由发动机驱动力充电而非再生充电的情况下，不递增计数。另一方面，如果在再生充电过程中的再生充电电流大于预定值，则递增计数。
也就是说，如果在对于给定时间(例如，100ms)的再生充电电流小于预定值(例如，-7A)(再生充电电流≤-7A)时，递增计数，并且如图4中所示，每一确定时段(例如，一分钟)的计数值超过预定计数值(例如，330)(计数值＞330)，则满足连续充电模式进入的第二条件。
如图4中所示，仅在连续充电模式进入的上述两个条件被满足时，程序进入连续充电模式，并且确定车辆处于连续下坡。
在此情况下，作为连续充电模式进入禁止条件，如果当前电池温度低于预定温度(例如，35℃)，则连续充电模式进入被禁止。
另外，在程序进入连续充电模式后，保持连续充电模式直到出现将随后说明的连续充电模式解除条件。
如图6中所示，连续充电模式进入条件得以满足，从再生充电降额常数计算图计算再生充电降额常数。
参照图6，在普通驾驶过程中，将再生充电降额常数设置为“1”使得车辆的电池充电水平不受限制。但是如果确定连续充电模式进入条件得以满足，则程序进入连续充电模式，并且计算再生充电降额常数，其根据变速器齿轮的当前位置(“D”，“L”)和电池OSC系数(根据当前电池SOC的值)被设置为小于“1”的值。
同样，将由单独逻辑计算的充电功率乘以最终再生充电降额常数以由此计算最终充电功率，随后计算的最终充电功率限制电池充电水平。因此，在这种连续充电模式下，电池充电水平的限制可防止电池温度的过度增加。
连续充电模式解除条件
在连续充电模式解除条件中，在对于给定时间的充电电流低于预定值时，递增计数，并且确定每一确定时段的计数值是否小于预定计数值。如果计数值小于预定计数值的条件连续出现的频率高于条件出现的预定频率，则连续充电模式被解除。
也就是说，如果对于给定时间(例如，100ms)的再生充电电流小于预定值(例如，-7A)(再生充电电流≤-7A)，则递增计数，并且如图5中所示，确定每一确定时段(例如，一分钟)的计数值是否小于预定计数值(例如，220)(计数值＜220)。如果计数值小于预定计数值的条件(计数值＜220)连续出现的频率大于条件出现的预定频率(例如，三次)，则连续充电模式被解除。
如此，在满足连续充电模式解除条件时，如在普通驾驶中，车辆的电池充电水平不受限制。
在车辆沿连续下坡行驶路段行驶使得以高功率执行连续充电的情况下，充电受到限制以由此防止在车辆停靠的过程中电池温度的过度增加。
通过对电池充电水平的限制效果的测试所确定的结果示于以下表1中。在表1中，将不应用电池充电水平限制逻辑的情况和应用电池充电水平限制逻辑的情况进行相互比较。
从以下表1中可以看出，在应用限制逻辑时，在切断操作后防止了电池温度的过度增加。表1中的所有测试均在35℃环境温度下进行。
表1
就在切断前的温度(℃)     切断后的温度(℃)
 10min  30min  60min  130min
不应用限制逻辑 47  57  65  71  76
应用限制逻辑 模型测试结果 44  46  50  53  58
现场测试结果 39  39  42  42  50
如上所述，根据本发明的实施例的控制混合电动车的电池充电水平的方法具有以下有益效果。
首先，对基于电池充电/放电电流值的电池充电/放电电流值进行监控，并且在积分值低于预定水平的快速充电进行过程中，将根据累积电流量的校正系数应用于最终再生充电降额常数计算端以限制充电功率，从而防止由于电池的快速充电而产生的电池温度的过度上升和由于电池温度的过度上升而产生的混合功能的中断。
第二，监控电池充电/放电电流值，并且基于监控的电池充电/放电电流值确定车辆是否处于连续下坡路段。如果确定满足连续下坡条件，则限制电池充电水平以防止电池温度的过度上升。
已经参照其优选实施例对本发明进行了详细说明。然而，本领域的技术人员将会认识到，可在这些实施例中进行改变而不偏离本发明的原理和实质，在所附权利要求及其等效物中定义了本发明的范围。

Claims (7)

1.一种控制混合电动车的电池充电水平的方法，所述方法包括：
监控基于电池充电/放电电流值累积预定时间的电流量；
计算再生充电降额常数；
基于累积的所述电流量和电池充电状态计算校正系数；
将所述再生充电降额常数乘以所述校正系数以计算最终的再生充电降额常数；和
将所述最终的再生充电降额常数乘以充电功率以计算最终充电功率，并且基于所述最终充电功率选择性地限制所述电池充电水平。
2.如权利要求1所述的方法，其中计算所述校正系数包括在与快速充电条件相对应的累积电流量区域中将所述校正系数设置为小于1的值，而在与所述快速充电条件不相对应的累积电流量区域中将所述校正系数设置为1。
3.一种控制混合电动车的电池充电水平的方法，所述方法包括：
监控电池充电/放电电流值；
基于充电电流和通过在一定时间间隔内累积所述监控的电池充电/放电电流值而计算的累积电流量确定是否满足连续充电模式进入条件；
如果确定满足所述连续充电模式进入条件则进入连续充电模式，并且计算再生充电降额常数，根据变速器齿轮的位置和电池充电状态系数将所述再生充电降额常数设置为小于“1”的值；
将所述降额常数乘以充电功率以计算最终充电功率，并且基于所述最终充电功率限制所述电池充电水平。
4.如权利要求3所述的方法，其中确定是否满足连续充电模式进入条件的步骤包括如果第一条件和第二条件均被满足则确定满足所述连续充电模式进入条件，所述第一条件为累积给定时间的所述电流量小于预定值的条件，并且所述第二条件为在对于给定时间的负充电电流低于预定负值时，递增计数，并且在每一确定时段计数值超过预定计数值的条件。
5.如权利要求3所述的方法，其中如果当前电池温度低于预定温度，则所述连续充电模式进入被禁止。
6.如权利要求3所述的方法，其中所述连续充电模式被保持直到在所述连续充电模式后连续充电模式解除条件出现。
7.如权利要求3所述的方法，其中在对于给定时间的负充电电流低于预定负值时，递增计数，并且确定在每一确定时段计数值是否小于预定计数值，而且如果所述计数值小于所述预定计数值的情况连续多于预定的条件出现频率，则所述连续充电模式被解除。
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