CN101590817A - 用于混合动力车辆的电池控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于混合动力车辆电池控制方法，以及一种混合动力控制模块，其包括车辆负载模块和混合动力电池放电模块。该车辆负载模块基于输送至附件功率模块(APM)的功率而确定第一功率。该混合动力电池放电模块基于该第一功率而确定放电功率并在该混合动力电池的荷电状态低于第一界限值且高于第二界限值的时候基于该放电功率有选择地控制逆变器所消耗的功率。该逆变器和该APM有选择地从该混合动力电池处接收功率。

Description

用于混合动力车辆的电池控制方法

技术领域

[0001]本申请要求于2007年8月13日申请的、编号为No.60/955536的美国临时申请的权益。上述申请的公开通过引用整体地接合到本文中。

[0002]本发明涉及电池控制系统，且更具体地涉及混合动力车辆中的电池控制系统。

背景技术

[0003]此处所提供的背景描述的目的在于大致地展示本公开的背景。当前所署名的发明者的工作，在本背景部分所描述的程度上，以及在本发明的、不以其它的方式被视为递交申请时的现有技术的方面上，既不以明示的方式、也不以隐含的方式而被视为相对于本公开的现有技术。

[0004]现在参看图1，其中显示了车辆的混合动力传动系的功能框图。该混合动力传动系包括发动机102、电动机发电机单元(MGU)104、逆变器106、混合动力电池108和附件功率模块(APM)110。该APM典型地为DC到DC的转换器，其将来自混合动力电池108的功率转换成标准车辆电压，例如用于12V电池114和12V车辆负载116的12V标称电压。通过使用该APM 110，该12V电池114和12V车辆负载116无需经过重新设计就可与该混合动力电池108的较高电压协同工作。

[0005]典型地，该APM 110的功率转换效率大于85％。该发动机102以标准的方式联接到变速器(未示出)上。该变速器联接到车辆的车轮上。来自发动机102的正的转矩经由变速器和车轮而驱动该车辆向前。当该车辆减速时，该转矩传递路径反向而车轮反过来驱动该变速器，该变速器又反过来驱动该发动机102。

[0006]逆变器106在MGU 104和混合动力电池108的直流电压之间进行能量转换，该MGU 104可以是40V的三相交流电机，而该混合动力电池108的直流电压也可以为40V。该MGU 104的运行模式，即，或者作为电动机或者作为发电机，由对逆变器106的指令来设置。

[0007]发动机102和MGU 104可经由带子120而相联接，该带子120围绕着该发动机102和该MGU 104各自的滑轮122和滑轮124。通过逆变器106有选择地控制该MGU 104以输出正的转矩(消耗电能的电动机运行模式)或者负的转矩(产生电能的发电机运行模式)。发动机102和MGU 104的复合转矩会影响该车辆的速度和加速度。

[0008]当所需要的驱动转矩大于该发动机102当前所输出的转矩时，MGU 104可被用作电动机以提供附加的正的转矩。当MGU 104输出正的转矩时，该MGU 104和APM 110两者的能量都源自于该混合动力电池108。

[0009]在发动机102所输出的转矩多于所需求的转矩的时候，该MGU 104可作发电机运转，在逆变器106的输出端处提供直流功率。此外，在进行再生制动期间，该MGU 104也作发电机运转，使车辆减速的同时提供电能。当MGU 104输出负的转矩时，电能从该变频器106同时指向该APM 110和该混合动力电池108。该能量首先由APM 110消耗，而超过来自于该APM 110的负载的、额外的能量则储存在该混合动力电池108中。

发明内容

[0010]一种混合动力控制模块，其包括车辆负载模块和混合动力电池放电模块。该车辆负载模块基于被输送至附件功率模块(APM)的功率而确定第一功率。该混合动力电池放电模块基于该第一功率而确定放电功率，并在该混合动力电池的荷电状态低于第一界限值且高于第二界限值的时候基于该放电功率有选择地控制逆变器所消耗的功率。该逆变器和该APM有选择地从该混合动力电池处接收功率。

[0011]一种方法，其包括，基于被输送至附件功率模块(APM)的功率而确定第一功率；基于该第一功率而确定放电功率；且在混合动力电池的荷电状态低于第一界限值且高于第二界限值的时候，基于该放电功率而有选择地控制逆变器所消耗的功率。该逆变器和该APM有选择地从该混合动力电池处接收功率。

[0012]本公开的适用性的其它范围将根据下文所提供的详细说明而变得显而易见。应当理解，在显示本公开的优选实施例的时候，该详细说明和特定示例的目的仅在于进行说明，而并不试图限制本公开的范围。

附图说明

[0013]通过详细的说明及附图，可以更完整地理解本公开，其中：

[0014]图1是根据现有技术的车辆的混合动力传动系的功能框图；

[0015]图2是电动机发电机单元(MGU)的效率作为转矩的函数的示例性的图表；

[0016]图3是作为示例的混合动力传动系的功能框图，该混合动力传动系根据本公开的原理而将该MGU运行于高效运行区域内；

[0017]图4是图3中所示混合动力控制模块的、根据本公开的原理的示例性实施例的功能框图；

[0018]图5是流程图，该流程图描述了该混合动力传动系根据本公开原理确定该电池放电功率时所执行的示例性的步骤。

具体实施方式

[0019]下列说明本质上仅是示例性的，且不以任何方式试图限制本公开及其应用或使用。为保证清晰性，在图中使用相同的参考标号来标识相似的元件。在此处被使用时，短语“A、B和C中的至少一个”应被理解为使用了非排它性的“或”逻辑的逻辑(A或B或C)。应当理解，方法中的步骤可以不同的次序来执行而不违背本公开的原理。

[0020]在此处被使用时，术语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)、电路、处理器(公用的、专用的、或群组的)及用于执行一个或多个软件程序或固件程序的记忆存储器、组合式逻辑电路，和或提供所述功能的合适的元器件。

[0021]现在参看图2，其显示了将电动机发电机单元(MGU)效率作为转矩的函数的示例性图表200。正的转矩相应于该MGU作电动机运行，而负的转矩相应于该MGU作发电机运行。该图表200描述了多个MGU速度下与转矩相对应的效率。由于该MGU是联接到该发动机上的，因此该MGU的速度与该发动机的速度成比例。

[0022]正如从图表200中可看出的，当转矩接近于零时，该MGU的效率相对较低。不管该MGU是作电动机运行还是作发电机运行，这一点都是正确的。因此，为提高系统的效率，可减少该MGU的接近于零转矩处的运行。可以使该MGU空转，以取代该MGU在零转矩附近区域中的运行，空转时其既不作电动机运行也不作发电机运行。当该MGU空转时，增加了的传动系转矩需求可由增加的发动机102的转矩来满足。用电需求可由该混合动力电池108和该APM 110来满足，其与运行在零转矩附近的MGU相比具有更高的效率。

[0023]例如(仅仅作为示例)，该MGU可以不作电动机运行，直到其将以大于72％的效率输出转矩。例如，参考图2，在1000rpm下，该MGU可能只输出介于约4Nm和25Nm之间的转矩。在另一例子中，该MGU可以不输出电能直到其效率达到77％。例如，参考图2，在1500rpm下，在消耗的转矩达大于8Nm之前，该MGU可能都不输出电能。

[0024]现在参看图3，其中显示了将该MGU运行在高效运行区域的示例性的混合动力传动系的功能框图。该混合动力传动系包括混合动力控制模块302，该混合动力控制模块302经由逆变器106而控制该MGU 104。该混合动力控制模块302可以被包括在发动机控制模块(未示出)中，也可以是处于与该发动机控制模块(未示出)相通讯的状态。在一些实施例中，该逆变器106和该APM 110构成联合单元。该联合单元可接收来自于混合动力电池108的电能或向混合动力电池108提供电能，也可以接收来自于该MGU 104的电能或者向该MGU104提供电能。

[0025]荷电状态(SOC)模块304监视该混合动力电池108的荷电状态。从混合动力控制模块302到逆变器106的MGU功率信号高效地控制对于混合动力电池108的功率需求。该逆变器106控制该MGU104以消耗该MGU功率信号所规定的能量大小。当该信号为正时，该MGU 104作电动机运行，向发动机102提供正的转矩。当该信号为负时，该MGU作发电机运行，将旋转转矩转换成用于该逆变器106的电能。

[0026]附件功率模块(APM)的监视模块310对自该APM 110中输出的功率进行监视。该APM监视模块310可监视该APM 110输出端处的电压和自该APM中输出的电流。可选地，该APM监视模块310可假定该APM 110的输出电压是相对固定的，例如固定于12V。APM监视模块310可将该电压与该电流相乘以确定APM输出功率。

[0027]该APM 110、该逆变器106和该混合动力电池108共用相同的功率连接。因此，净功率流总和为零。当该MGU 104被设置成发电机时，该逆变器106向该混合动力电池108和该APM 110输出功率。若该APM 110消耗的功率小于自该逆变器106所输出的功率，则剩余的功率将被储存在该混合动力电池108中。若该APM 110消耗的功率大于自该逆变器106所输出的功率，则该差数由该混合动力电池108来提供。

[0028]当该MGU 104被设置成电动机时，该逆变器106消耗来自于混合动力电池108的功率。在该种设置中，该混合动力电池108同时向该APM 110和该逆变器106提供功率。

[0029]如图2中所示，当由该MGU 104所输出的转矩——正转矩或者负转矩——较小时，其效率较低。在这种时候，从该混合动力控制模块302到该逆变器106的MGU控制信号可能被设成零。因此，APM 110所需求的功率将由该混合动力电池108来提供。该MGU因此就可以空转，而不需低效率地产生正扭矩或低效率地生成电能。

[0030]换言之，通过避免在低效率点上使用该MGU 104而同时利用该APM 110固有的高效率，可以使得该混合动力传动系变得更高效。此外，当该混合动力电池108的荷电状态高于所需要的值时，该混合动力电池108的放电功率可以提高。

[0031]现在参看图4，其中显示了该混合动力控制模块302的示例性的实施例的功能框图。该混合动力控制模块302包括车辆负载模块402，其确定输送向APM 110的功率大小。该功率值被输出至限制模块406，该限制模块可能会对该功率值应用上限限值和下限限值。

[0032]该限制模块406向混合动力电池放电模块410输出该经限制过的功率值。该混合动力电池放电模块410输出放电功率信号至减法模块411。该减法模块411从该放电功率信号中减去该APM输入功率信号并将该差值提供给逆变器106作为MGU功率信号。该逆变器106控制该MGU 104的运行，以汲取由该MGU功率信号所指定的功率，这高效地控制了混合动力电池108的使用。可选地，若该混合动力电池108的放电的功率大小可直接被控制，则该放电功率信号可被用于控制该混合动力电池108的放电。

[0033]例如，在再生制动期间，该MGU 104作发电机运行，向该APM 110提供功率且，若所发出的功率大于来自于该APM 110的负载，则对该混合动力电池108充电。若由该MGU 104所发出的功率不足，则该混合动力电池108放电以向该APM 110提供不足部分的功率。在另一个例子中，若该混合动力电池108的SOC过高，该混合动力电池放电模块410可命令放电功率大于该APM 110的负载。这会使得该MGU 104运行于电动机状态。

[0034]该车辆负载模块402接收来自该APM监视模块310的APM输出功率信号。该车辆负载模块402可包括滤波器模块412，该滤波器模块412对该APM输出功率信号进行滤波。所进行的滤波可以为低通滤波，该低通滤波增强系统的稳定性并防止该混合动力电池108的放电速率过快地变动。

[0035]该滤波器模块412可包括延迟滤波器，其可描述如下：滤波器输出＝Out+(In-Out)x FC，其中，Out是该滤波器先前的输出，In是该滤波器当前的输入，而FC是滤波器系数。该滤波器系数可以是可校准的，且可以存储在非易失性存储器420中。仅仅作为示例，该滤波器系数可以为0.02，而该过滤模块412可每25毫秒计算一个新的输出值。

[0036]该车辆负载模块402可包括输入功率计算模块414，该输入功率计算模块414将经滤波的APM输出功率转换成代表着被供向该APM 110的功率大小的值。该输入功率计算模块可使用该APM 110的电效率来将该APM 110的输出功率换算成该APM 110的输入功率。该电效率可为可通过经验测试而确定的常数和或以该APM 110的输出功率为基础而变化。APM效率数据可被存储在非易失性存储器420中。

[0037]该APM输入功率的值被向该限制模块406输出。该限制模块406自SOC模块304处接收荷电状态(SOC)信号，该荷电状态(SOC)信号象征该混合动力电池108的荷电状态。该限制模块406使用APM输入功率作为所需要的混合动力电池放电功率。该限制模块406确定并应用该适用于该混合动力电池放电功率的最小限制和最大限制——正如图5中更详细地描述的那样。

[0038]该混合动力电池放电功率，经限制后，被输出至该混合动力电池放电模块410。根据该混合动力传动系当前的运行模式，该混合动力电池放电模块410命令该逆变器106从该混合动力电池108中汲取该混合动力电池放电功率。该混合动力电池放电模块410可以该SOC信号和/或其它的混合动力传动系运行参数为基础来确定当前的运行模式。

[0039]现在参看图5，其中显示了流程图，该流程图示描述了该混合动力传动系在确定电池放电功率时所实施的示例性的步骤。该控制开始于步骤502，该步骤确定该混合动力电池的荷电状态(SOC)是否大于第一界限值。如果是，则控制进入放电模式；否则，控制在步骤504中继续进行。

[0040]仅仅作为示例，在放电模式中，控制可指示该放电控制模块306以超过APM负载的方式放出预设数量的功率以重新回到所希望的SOC。此外，当处于放电模式时，可限制该MGU 104使其仅在再生制动期间输出电能。

[0041]在步骤504中，控制会确定该混合动力电池的SOC是否小于第二界限值。如果是，则控制进入充电模式，否则，控制步骤506中继续进行。仅仅作为示例，在该充电模式中，该MGU 104可输出该APM 110需求的所有电能。该MGU 104可生成额外的电能以对该混合动力电池108充电。该第一界限值和第二界限值可自该非易失性存储器420中取回。

[0042]在步骤506中，控制对该APM 110的输出电压和输出电流进行测量。在不同的实施例中，该APM 110的输出电压可被相对固定，并因此可被标定并存储在非易失性存储器420中。控制在步骤508中继续进行，在该步骤508中，对该APM 110的输出功率进行计算。仅仅作为示例，可通过将测得的输出电流和输出电压相乘而计算出该输出功率。

[0043]控制在步骤510中继续进行，在该步骤510中控制将确定该APM 110的电效率。作为示例，该电效率可以为常数或者为该输出功率的函数。控制在步骤512中继续进行，在该步骤512中，对该APM 110的输入功率进行计算。仅仅作为示例，可通过将APM输出功率除以该APM的电效率而计算出该输入功率。

[0044]控制在步骤514中继续进行，在该步骤514中，控制对算得的APM输入功率进行滤波。如上所述，该滤波器可包括低通滤波器和/或延迟滤波器。控制在步骤516中继续进行，在该步骤516中，将电池放电变量设置成等于经滤波过的APM输入功率。控制在步骤518中继续进行，在该步骤中，控制会确定该电池放电变量是否小于最小值。如果是，则控制跳转到步骤520，否则，控制在步骤522中继续进行。

[0045]该最小界限值可以是混合动力电池SOC的函数。该最小界限值也可以由测量较低电池输出电流的难度来确定。该最小界限值可按如下方式设定，即，确保所选择的电池放电功率会输出足够大以至能被可靠地测量的电池电流。仅仅作为示例，可以来自于非易失性存储器420中的查找表的SOC为基础，来确定该最小界限值。在步骤520中，控制将该电池放电变量设置为最小界限值且控制在步骤522中继续进行。

[0046]在一些实施例中，当该混合动力电池具有较高SOC时，该最小放电功率可超过所需求的APM功率，且该功率将允许该MGU对发动机进行辅助。将该混合动力电池放电可产生较大的SOC余量(margin)，该较大的SOC余量可保护该混合动力电池并可用于容纳再生制动所生成的能量。在不同的实施例中，步骤518及步骤520的次序可分别与步骤522及524相调换。

[0047]在步骤522中，控制会确定该电池放电变量是否大于最大界限值。如果是，则该控制跳转到步骤524，否则，控制跳转到步骤526。该最大界限值可作为车辆速度及加速踏板位置的函数而被确定。仅仅作为示例，该最大界限值信息可以查找表的形式存储在非易失性存储器420中，该查找表以车辆速度和加速踏板位置作为索引。

[0048]在较高的速度和(踩踏幅度)较大的踏板位置下，可由化学限制来确定该最大界限值，该化学限制指的是在不减少电池寿命的前提下该混合动力电池108能以多快的速率放出能量。在较低的速度和较小的踏板位置下，可通过运行特性方面的考虑来确定该最大界限值。例如，通过该MGU 104作发电机运行而在该发动机102上施加一个最小负载是较适宜的。通过对该混合动力电池108的放电功率加以限制，可由该MGU 104来提供电能，同时输出负的转矩并保持该发动机102处于更适宜的、高效的运行范围内。

[0049]在步骤524中，该电池放电变量被设置成相等于该最大界限值且控制在步骤526中继续进行。在步骤526中，控制从电池放电变量中减去估算得的APM输入功率。该差值，就是该MGU可以汲取的、并从而迫使该混合动力电池按照该电池放电变量所指定的功率大小进行放电的功率的大小。控制在步骤528中继续进行，在该步骤中，命令MGU经由逆变器而放出步骤528中所确定的差值。该差值可以是正的也可以是负的。然后，控制返回到步骤502。

[0050]现在，本领域技术人员能从前述描述中理解到，本发明的宽泛示范可被以各种不同的形式进行应用。因此，尽管本公开中包括了具体的例子，但本公开的真实范围不应受该限制，因为对本领与技术人员而言，通过对附图、说明书及下述权利要求的研究，其它的修改将会是显而易见的。

Claims (20)

1、一种混合动力控制模块，其包括：

车辆负载模块，其基于输送至附件功率模块(APM)的功率而确定第一功率；及

混合动力电池放电模块，其基于所述第一功率而确定放电功率，并在混合动力电池的荷电状态低于第一界限值且高于第二界限值的时候，基于所述放电功率有选择地控制逆变器所消耗的功率，其中，所述逆变器和所述APM有选择地从所述混合动力电池处接收功率。

2、一种混合动力传动系，其包括：

根据权利要求1所述的混合动力控制模块；

混合动力电池；及

APM，其中，所述APM将来自于所述混合动力电池的功率转换成被输出至车辆附件的功率。

3、根据权利要求2所述的混合动力传动系，其特征在于，所述混合动力传动系还包括电动机发电机单元(MGU)，所述电动机发电机单元(MGU)消耗来自于所述逆变器的功率，其中，所述逆变器所消耗的功率由所述MGU所消耗的功率控制。

4、根据权利要求3所述的混合动力传动系，其特征在于，当所述MGU的能量转换效率会低于预给的界限值时，所述混合动力电池放电模块将所述逆变器所消耗的功率设定成所述放电功率。

5、根据权利要求4所述的混合动力传动系，其特征在于，所述能量转换效率是以所述MGU的转速和所述MGU的转矩中的至少一个为基础而确定的。

6、根据权利要求1所述的混合动力控制模块，其特征在于，所述混合动力电池放电模块将所述逆变器所消耗的功率设定成所述放电功率与输送至APM的功率之间的差值。

7、根据权利要求1所述的混合动力控制模块，其特征在于，所述车辆负载模块以自所述APM中输出的功率为基础而确定输送至所述APM的功率。

8、根据权利要求7所述的混合动力控制模块，其特征在于，所述车辆负载模块以输出自所述APM的功率除以所述APM的电效率为基础，从而估算被输送至所述APM的功率。

9、根据权利要求1所述的混合动力控制模块，其特征在于，所述车辆负载模块通过对输送至所述APM的功率进行滤波而确定所述第一功率低通。

10、根据权利要求1所述的混合动力控制模块，其特征在于，所述车辆负载模块对所述第一功率应用上限限值和下限限值，其中，所述上限限值以车速和加速器位置中的至少一个为基础，而所述下限限值以所述混合动力电池的荷电状态为基础。

11、一种方法，其包括：

基于输送至附件功率模块(APM)的功率而确定第一功率；

基于所述第一功率而确定放电功率；并且

在混合动力电池的荷电状态低于第一界限值且高于第二界限值的时候，基于所述放电功率有选择地控制逆变器所消耗的功率，其中，所述逆变器和所述APM有选择地从所述混合动力电池处接收功率。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述APM将来自于所述混合动力电池的功率转换成被输出至车辆附件的功率。

13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，通过控制电动机发电机单元(MGU)所消耗的功率来控制所述逆变器所消耗的功率。

14、根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，当所述MGU的能量转换效率会低于预定的界限值时，将所述逆变器所消耗的功率设定成所述放电功率。

15、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，以所述MGU的转速和所述MGU的转矩中的至少一个为基础而确定所述能量转换效率。

16、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，将所述逆变器所消耗的功率设置成放电功率与输送至APM的功率之间的差值。

17、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，以自所述APM中所输出的功率为基础而确定输送至所述APM的功率。

18、根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，以输出自所述APM的功率除以所述APM的电效率为基础，从而估算输送至所述APM的功率。

19、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，通过对输送至所述APM的功率进行滤波而确定所述第一功率低通。

20、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，对所述第一功率应用上限限值和下限限值，其中，所述上限限值以车辆速度和加速器位置中的至少一个为基础，而所述下限限值以所述该混合动力电池的荷电状态为基础。

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