CN101546904A - 保护用于混合动力车的电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种保护用于混合动力车的电池的方法，在该方法中，在与诸如电动机控制器、电池控制器等的控制器有关的组件发生故障的情况下，如果确定有电池过充的危险，则通过限制发动机RPM来限定电动机的反电动势电压，从而保护电池免受过充危险并保证电池的安全性。

Description

保护用于混合动力车的电池的方法
技术领域
本发明涉及一种保护用于混合动力车的电池的方法。更具体地，本发明涉及一种在混合动力车中的电动机控制相关部件发生故障的情况下保护电池免受过充(overcharge)危险的方法。
背景技术
通常，混合动力车通过结合至少两种不同类型的动力源来驱动，并且其涉及由发动机和电动机驱动的混合电动车(HEV)。
为了满足当今社会对提高燃料效率和开发更为环境友好的产品的需求，对混合电动车的研究正在积极进行中。
混合动力车根据动力传动方法分类成串联式混合动力车、并联式混合动力车和串并联式混合动力车，另外还根据动力分配比分类成轻(soft)HEV、中(middle)HEV和全(hard)HEV。
串联式混合动力车的结构与常规电动车的结构类似，其中驱动力全部获自电动机，设置发动机的目的仅仅是发电，从而改善了电动车驱动距离短的缺点。
并联式混合动力车主要通过发动机驱动，并在以发动机效率低的低速行驶过程中或者在加速过程中由电动机来补充驱动力。
由于并联式混合动力车在发动机和电动机的有效工作范围内驱动，因此整体传动系统的效率得到提高。而且，在制动过程中，动力通过电动机回收，以提高燃料效率。
换言之，混合动力车分类成串联式混合动力车和并联式混合动力车，其中在串联式混合动力车中，发电机由发动机驱动，电动机由来自发电机的动力驱动，在并联式混合动力车中，发动机由电动机辅助，以降低发动机的负荷。
并联式混合动力车的驱动控制方法包括加速模式、定速模式和减速模式。在发动机起动过程中，通过发动机进行起动，且在加速模式中，使用电能来辅助驱动力。
在混合动力车中，设置有用于提供相对较高的电压，例如大约500V的高电压电池，以驱动车辆，并且设置有用于存储相对较低电压，例如大约24V的直流电的低电压电池用于车辆电气部件的运行。
在高电压电池中，充电(再生制动)和放电交替重复。
在此，如果高电压电池在发电和再生制动过程中输出可以放出的最大电流，并接受可以充入的最大电流，则车辆的整体效率和燃料效率均可以得到提高。
图1是显示混合动力车的传动系统的示意图。
如图1所示，传动系统包括发动机10、用于辅助发动机10的驱动电动机11和用于充放电的电池12。驱动电动机11和电池12通过电动机逆变器(inverter)13和主继电器14电连接。
因此，驱动电动机11和电池12通过电动机控制器15(电动机控制单元MCU)、电池控制器16(电池管理系统BMS)、发动机控制器17(发动机管理系统EMS)和车辆控制器18(混合动力控制单元HCU)的协同控制彼此结合运行，从而实现电池12的充放电操作。
但是，在混合动力车中与电动机11的控制相关的部件，例如电动机控制器15发生故障的情况下，发生因电池原因造成的安全性事故的可能性将会增加。
例如，如图2所示，由于系统电压的增加与电动机RPM的增加成正比，在电动机控制器发生故障的情况下，产生因反电动势造成的反电动势电压，因此可使电池发生过充。
在过充的情况下，电池控制器进行高电压继电器的OFF控制，以保护电池；但是，如果高电压继电器被熔断，则不会进行OFF控制，因而由于持续的过充存在燃烧和爆炸的危险。
以上在此背景技术部分公开的信息仅用于增强对本发明的背景的理解，因此其可以含有不形成该国家内的本领域普通技术人员已经公知的现有技术的信息。
发明内容
为了解决现有技术相关的上述问题而致力于本发明。
一方面，本发明提供了保护用于混合动力车的电池的方法，该方法包括：通过确定主继电器是否熔断，确定介于电池和电动机逆变器之间的主继电器是否发生故障；如果确定主继电器被熔断，则确定电动机逆变器是否发生故障；如果确定电动机逆变器发生故障，则通过确定是否有电池过充的危险而确定电池是否发生故障；和如果确定电池发生故障，则控制发动机转速上限，以将电动机反电动势电压保持在亚过充(sub-overcharge)电压，从而保护电池免受过充危险。
优选地，确定主继电器是否熔断可以包括：确定初始充电继电器是否处于OFF状态；如果确定初始充电继电器处于OFF状态，则对电池电压和逆变器电压进行比较；和如果电池电压和逆变器电压之间的差异是预定数值，则确定主继电器被熔断。在该情况下，例如，可以通过确定逆变器电压是否低于电池电压的0.9倍来进行电池电压和逆变器电压的比较。
适当地，可以通过确定电池组电池上是否有过压、电池组电池上是否有温度过高、或二者都有来进行过电压危险的确定。
另一方面，本发明提供了保护用于混合动力车的电池的方法，该方法包括：确定电动机控制器的通信处于ON状态还是OFF状态；如果确定电动机控制器的通信处于OFF状态，则确定电池控制器的通讯处于ON状态还是OFF状态；和如果确定电池控制器的通信处于OFF状态，则控制发动机转速上限，以限制电动机反电动势，以便将电动机反电动势电压保持在亚过充电压，从而保护电池免受过充危险。
要理解的是本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括下列的机动车：例如，包括多功能运动车(SUV)和公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种艇和船的船只，以及飞行器等等。
本发明的上述特征和优点从附图和下面的详细描述中将是显而易见的或者在附图和下面的详细描述中得以更加详细地阐明，附图合并入并且形成本说明书的一部分，附图和下面的具体描述一起用于通过实施例来解释本发明的原理。
附图说明
现在参考附图中图示的某些示范性实施方式对本发明的上述和其它特征进行详细说明，以下的附图仅通过图示给出，因此不是对本发明的限定，其中：
图1是显示混合动力汽车的传动系统的示意图；
图2是显示主继电器位置的示意图，以及显示混合动力车中发动机RPM和系统电压之间关系的图；
图3是显示在本发明优选实施方式中的保护用于混合动力汽车的电池的方法中主继电器的熔断状态的示意图；
图4的流程图显示了根据本发明的优选实施方式，在保护用于混合动力汽车的电池的方法中，确定主机电器是否熔断的控制进程；
图5的流程图显示了根据本发明的优选实施方式保护用于混合动力汽车的电池的方法的控制进程；
图6的图显示了根据本发明的优选实施方式的保护用于混合动力汽车的电池的方法中发动机RPM和反电动势电压之间的关系。
附图中所述的标记数字包括对下文进一步讨论的元件的参照标记。
10：发动机            11：驱动电动机
12：电池              13：电动机逆变器
14：主继电器
15：电动机控制器(电动机控制单元，MCU)
16：电池控制器(电池管理系统，BMS)
17：发动机控制器(发动机管理系统，EMS)
18：车辆控制器(混合动力控制单元，HCU)
19：初始充电继电器
应该理解附图没有必要按比例绘制，它们只是展示了图示说明本发明基本原理的各种优选特征的有些简化的表示方式。如本文公开的本发明的具体设计特征(包括，例如，具体尺寸、方向、位置以及形状)部分地将由特定目的应用以及使用环境来确定。
具体实施方式
现在将对本发明的优选实施方式详细地进行说明，其实施例图示在本文后面所附的附图中，其中类似的附图标记始终指类似的部件。下文通过参照附图来描述各实施方式以便解释本发明。
图3是显示在本发明优选实施方式中的保护用于混合动力汽车的电池的方法中主继电器熔断状态的示意图；
如图3所示，主继电器14的ON/OFF控制通过电池控制器16执行，在主继电器被熔断的情况下，通过电池控制器16进行OFF控制是不可能的。因此，在电动机或者电动机控制相关部件发生故障的情况下，依照发动机RPM产生了由电动机的反电动势所引起的反电动势电压，从而使电池可能过充。
因此，本发明提供了在主继电器14熔断的情况下保护电池免于过充和发生故障的方案。
附图标记11表示电动机，12表示高电压电池，13表示电动机逆变器，15表示电动机控制器，19表示初始充电继电器。
图4的流程图显示了根据本发明的优选实施方式，在保护用于混合动力汽车的电池的方法中，确定主继电器是否熔断的控制进程；
如图4所示，通过对来自电池的电压输出和来自电动机逆变器的电压输出进行比较确定主继电器的熔断。
即，基于电池电压和电动机逆变器电压之间的相对差异来确定主继电器的熔断。
首先，在初始充电继电器被关闭的状态下，通过电池控制器测量电池电压，通过电动机控制器测量电动机逆变器电压。
接下来，如果由此测得的电池电压和电动机逆变器电压之间没有显著差异，即，如果满足公式：逆变器电压<电池电压×0.9，则确定主继电器被熔断。
在此，数值0.9是指在感应钥匙(fast key)OFF/ON(大约300msec)的过程中逆变器DC电容器电压最低限度地降低的范围。考虑钥匙OFF后逆变器电容器的放电时间，可以确定和改变该数值。
图5的流程图显示了根据本发明的优选实施方式的保护用于混合动力汽车的电池的方法的控制进程。
如图5所示，在电动机控制器的CAN通讯处于正常状态的状态下，通过确定主继电器是否熔断来确定主继电器的故障。
如上所述，基于电池电压和电动机逆变器电压之间的相对差异来确定主继电器的熔断。
接下来，如果主继电器没有故障(熔断)，则不执行限制发动机RPM的控制，即，不设定发动机转速上限。另一方面，如果主继电器发生故障，则通过电动机控制器执行确定电动机逆变器是否发生故障的进程。
即，如果电动机控制器由于传感器失灵或逆变器的硬件元件失灵而不能控制电动机逆变器，则确定电动机逆变器发生故障。如果可以通过电动机控制器来控制电动机逆变器，也不执行限制发动机RPM的控制。
随后，在电动机逆变器发生故障的情况下，通过电池控制器确定是否有电池过充的危险，且在有过充危险的情况下，执行确定电池故障的进程。
通过检测电池组电池的压力或电池组电池的温度或者检测二者的方法可以确定电池的故障。
例如，确定电池组电池是否超过预定的电压，且在过电压的情况下，执行限制发动机RPM的控制。另一方面，确定电池组电池是否超过预定的温度，且在温度过高的情况下，执行设定发动机转速上限的控制。
这时，如果电池组电压没有处于过电压或温度过高的条件下，则不设定发动机转速上限。
另一方面，确定电池组电池是否有过电压，且如果没有过电压，则确定电池组电池上是否温度过高。如果检测到温度过高，则执行设定发动机转速上限的控制。
即使在这种情况下，如果电池组电压没有处在过电压或温度过高的条件下，也不设定发动机转速上限。
在此，如本领域已知的那样，设定电池组电池的适当电压和温度的方法可用于本发明。
如上，在电池发生故障的情况下，即，在过充的情况下，执行保护电池免于过充危险的进程，在该进程中，通过发动机控制器来控制发动机转速上限，以将电动机反电动势电压保持在过充电压以下。
即，如图6所示，通过发动机控制器来控制发动机，使其在过充故障-安全范围之内，其中电池电压在132至192V的范围内，且发动机RPM为250RPM或更低。
例如，如果有电池过充的危险，并且当前的发动机转速超过发动机转速上限，即，如果在过充故障-安全的范围以外，则通过切断对发动机的燃料供给来降低发动机的转速。
同时，即使在各个控制器之间的CAN通讯发生故障的情况下，本发明提供了保护电池免于过充危险的方法。
为这一目的，首先执行确定发动机控制器的CAN通讯是否有故障的进程。如果发动机控制器的CAN通讯处于正常状态(开启)，则通过上述控制逻辑执行控制进程。如果发动机控制器的CAN通讯无用(关闭)，则执行确定电池控制器的CAN通讯是否有故障的进程。
如果电池控制器的CAN控制处于正常状态(开启)，不设定发动机转速上限。另一方面，如果电池控制器的CAN控制无用(关闭)，则执行设定发动机转速上限的控制，以将电动机反电动势电压保持在过充电压以下，从而保护电池免于过充危险。
如上所述，根据本发明提供的保护用于混合动力车的电池的方法，在电动机控制相关部件发生故障的情况下，特别是当在电动机控制器发生故障的情况下主继电器熔断时，或者当在主继电器熔断的情况下通过电池控制器确定有电池过充危险时，限制最大发动机RPM，以将电动机反电动势电压保持在过充电压以下，从而保护电池免于过充危险。结果，可以防止在各种控制器例如电池控制器、电动机控制器和车辆控制器发生故障的情况下由于电池造成的安全事故。
本发明已经参考其优选实施方式进行了说明。但是，本领域技术人员将会认识到，可以在不偏离本发明原理和精神的前提下对这些实施方式进行多种变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同方式限定。

Claims (6)

1.一种保护用于混合动力车的电池的方法，所述方法包括：
通过确定主继电器是否熔断，确定介于电池和电动机逆变器之间的所述主继电器是否发生故障；
如果确定所述主继电器被熔断，则确定所述电动机逆变器是否发生故障；
如果确定所述电动机逆变器发生故障，则通过确定是否有电池过充的危险而确定所述电池是否发生故障；和
如果确定所述电池发生故障，则控制发动机转速上限，以将电动机反电动势电压保持在亚过充电压，从而保护所述电池免受过充危险。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述主继电器是否熔断包括：
确定初始充电继电器是否处于OFF状态；
如果确定所述初始充电继电器处于OFF状态，则对电池电压和逆变器电压进行比较；和
如果所述电池电压和所述逆变器电压之间的差异是预定数值，则确定所述主继电器被熔断。
3.根据权利要求2所述的方法，其中通过确定所述逆变器电压是否低于所述电池电压的0.9倍来进行所述电池电压和所述逆变器电压的比较。
4.根据权利要求1所述的方法，其中通过确定电池组电池上是否有过电压来进行所述过充危险的确定。
5.根据权利要求1所述的方法，其中通过确定电池组电池上是否温度过高来进行所述过充危险的确定。
6.一种保护用于混合动力车的电池的方法，所述方法包括：
确定电动机控制器的通信处于ON状态还是OFF状态；
如果确定所述电动机控制器的通信处于OFF状态，则确定电池控制器的通讯处于ON状态还是OFF状态；和
如果确定所述电池控制器的通信处于OFF状态，则控制发动机转速上限，以限制电动机反电动势，以便将电动机反电动势电压保持在亚过充电压，从而保护电池免受过充危险。
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