CN101890953B - 管理混合动力系统中的电池功率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及管理混合动力系统中的电池功率的方法，具体地，一种混合动力系统包括内燃机和扭矩机器，其中电能通过控制系统在电能存储装置与所述扭矩机器之间可控地传递。一种用于控制混合动力系统的方法包括监测所述电能存储装置的电压、电流和功率输出。执行电池功率控制方案，以控制与在所述电能存储装置与所述扭矩机器之间传递的电能相关联的所述电能存储装置的输出功率。在正在进行的运行期间，当所述控制系统丧失与在所述电能存储装置与所述扭矩机器之间传递的电能相关联的功率限制权时，禁用所述电池功率控制方案。当所述控制系统恢复所述功率限制权时，再次起用所述电池功率控制方案。

Description

管理混合动力系统中的电池功率的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年5月14日提交的美国临时申请No.61/178,182的权益，该申请的全部内容通过参考包含于此。
技术领域
本发明涉及混合动力系车辆中的电压和电流控制。
背景技术
本部分的内容仅仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
已知的动力系结构包括扭矩产生装置，所述装置包括内燃机和电动机/发电机，所述装置将扭矩通过变速器装置传递至输出构件。一个示例性动力系包括双模式复合分配式电-机械变速器，该变速器利用用于从优选为内燃机的原动机动力源接收推动扭矩的输入构件、和输出构件。输出构件可操作地连接至机动车辆的传动系以向其传递牵引扭矩。可操作为电动机或发电机的电扭矩机器产生输入到变速器的扭矩，其与从内燃机输入的扭矩独立。电扭矩机器可将通过车辆传动系传递的车辆动能转换为可存储在能量存储装置中的电能。控制系统监测来自车辆和操作员的各种输入，并提供动力系的操作控制，包括控制变速器运行状态和换档、控制扭矩产生装置、和调节能量存储装置与电扭矩机器之间的电功率交换，以管理变速器的输出，包括扭矩和转速。
发明内容
一种混合动力系统，包括内燃机和扭矩机器，其中电能通过控制系统在电能存储装置与所述扭矩设备之间可控地传递。一种用于控制混合动力系统的方法包括监测所述电能存储装置的电压、电流和功率输出。执行电池功率控制方案，以控制与在所述电能存储装置与所述扭矩设备之间所传递的电能相关联的所述电能存储装置的输出功率。在正在进行的运行期间，当所述控制系统丧失与在所述电能存储装置与所述扭矩机器之间所传递的电能相关联的功率限制权时，禁用所述电池功率控制方案。当所述控制系统恢复所述功率限制权时，再次起用所述电池功率控制方案。
本发明还提供下列解决方案：
方案1.用于控制包括内燃机和扭矩机器的混合动力系统的方法，其中电能通过控制系统在电能存储装置与所述扭矩设备之间可控地传递，所述方法包括：
监测所述电能存储装置的电压、电流和功率输出；
执行电池功率控制方案，以控制与在所述电能存储装置与所述扭矩机器之间所传递的电能相关联的所述电能存储装置的输出功率；
在正在进行的运行期间，当所述控制系统丧失与在所述电能存储装置与所述扭矩设备之间所传递的电能相关联的功率限制权时，禁用所述电池功率控制方案；以及
当所述控制系统恢复所述功率限制权时，再次起用所述电池功率控制方案。
方案2.如方案1所述的方法，其特征在于，当所述控制系统恢复所述功率限制权时再次起用所述电池功率控制方案包括将所述混合动力系的指令输出扭矩修改为最小扭矩。
方案3.如方案2所述的方法，其特征在于，将所述混合动力系的指令输出扭矩指令修改为最小扭矩包括限制所述指令输出扭矩指令以限制所述混合动力系统中所引起的重力的大小。
方案4.如方案1所述的方法，其特征在于，执行所述电池功率控制方案以控制所述电能存储装置的所述输出功率包括：
确定实际电池电压与优选电压极限之间的电压误差；以及
根据所述电压误差的比例微分函数确定电池功率限制的变化率。
方案5.如方案1所述的方法，其特征在于，在正在进行的运行期间与在所述电能存储装置与所述扭矩机器之间所传递的电能相关联的功率限制权的丧失包括丧失对输出扭矩的控制。
方案6.如方案1所述的方法，其特征在于，在正在进行的运行期间当所述控制系统丧失与在所述电能存储装置与所述扭矩机器之间所传递的电能相关联的功率限制权时禁用所述电池功率控制方案引起电池功率限制趋于最小电池功率限制。
方案7.如方案1所述的方法，其特征在于，当所述控制系统恢复功率控制权时所述再次起用所述电池功率控制方案包括修改电池功率限制以达到实际电池功率水平。
方案8.用于控制包括内燃机和扭矩机器的混合动力系系统的方法，其中电能通过控制系统在电能存储装置与所述扭矩机器之间可控地传递，所述方法包括：
监测所述电能存储装置的电压、电流和功率输出；
执行电池功率控制方案，以控制所述电能存储装置的所述输出功率，从而控制所述扭矩机器的扭矩输出；
在正在进行的运行期间，当所述控制系统丧失功率限制权时，禁用所述电池功率控制方案；
在正在进行的运行期间，当所述控制系统恢复所述功率限制权时，再次起用所述电池功率控制方案；以及
在所述再次起用所述电池功率控制方案期间，将指令扭矩输出修改为最小值以限制突然的扭矩输出。
方案9.如方案8所述的方法，其特征在于，执行所述电池功率控制方案以控制所述电能存储装置的所述输出功率包括：
确定实际电池电压与优选电压极限之间的电压误差；以及
根据所述电压误差的比例微分函数确定电池功率限制的变化率。
方案10.如方案8所述的方法，其特征在于，在正在进行的运行期间与在所述电能存储装置与所述扭矩机器之间所传递的电能相关联的功率限制权的丧失包括丧失对输出扭矩的控制。
方案11.如方案8所述的方法，其特征在于，在正在进行的运行期间当所述控制系统丧失与在所述电能存储装置与所述扭矩机器之间所传递的电能相关联的功率限制权时禁用所述电池功率控制方案引起电池功率限制趋于最小电池功率限制。
方案12.如方案8所述的方法，其特征在于，当所述控制系统恢复功率控制权时所述再次起用所述电池功率控制方案包括修改电池功率限制以达到实际电池功率水平。
方案13.用于控制包括内燃机和扭矩机器的混合动力系系统的方法，其中电能通过控制系统在电能存储装置与所述扭矩机器之间可控地传递，所述方法包括：
监测所述电能存储装置的电压、电流和功率输出；
执行电池功率控制方案，以控制所述电能存储装置的所述输出功率，从而控制所述扭矩机器的扭矩输出，包括
确定实际电池电压与优选电压极限之间的电压误差；
当所述实际电池电压越过所述优选电压极限时，根据所述电压误差的比例微分函数确定电池功率限制的变化率；以及
根据所述电池功率限制限制电池功率；
在正在进行的运行期间当所述控制系统丧失功率限制权时，禁用所述电池功率控制方案引起电池功率限制趋于最小电池功率限制；
在正在进行的运行期间当所述控制系统恢复功率限制权时，再次起用所述电池功率控制方案；以及
在所述再次起用所述电池功率控制方案期间，将指令扭矩输出修改为最小值以限制突然的扭矩输出。
附图说明
参考附图，现在以实例形式描述一个或多个实施例，其中：
图1为根据本发明的利用内燃机和(多个)电动机/发电机的混合动力系的示意图；
图2为根据本发明的用于控制混合动力系的分布式控制模块系统的示意图；
图3示出了根据本发明的运行中充电函数控制方案相关联的结果曲线，包括作为时间(秒)的函数的功率值(千瓦)，用于表示充电函数控制方案的输入和输出功率值；
图4示出了根据本发明的电压函数控制方案的曲线图，包括作为时间(秒)函数的电压值(伏)和功率值(千瓦)；以及
图5以曲线示出了根据本发明的与上述电池功率控制方案的运行相关联的参数的状态，包括实际电池电压、权限、电池功率、以及控制系统的为控制和限制电池功率的指令输出扭矩。
具体实施方式
现在参考附图，其中的描述仅仅是为了示出某些示例性实施例的目的，而不是用于限制这些实施例，图1为包括内燃机10和(多个)电动机/发电机12的混合动力系系统26的示意图。应当注意，所述混合动力系对本发明来说是示例性的，不应被考虑为是限制性的。发动机10可联接至变速器装置14以向车辆的传动系16传递牵引动力。传动系16包括差速齿轮装置18，在一个实施例中，该差速齿轮装置18机械地联接至(多个)车桥20或(多个)半轴，所述(多个)车桥20或(多个)半轴机械地联接至(多个)车轮22。差速齿轮装置18联接至混合动力系统26的输出构件24。传动系16通过(多个)车轮22在变速器14与路面之间传递牵引动力。
混合动力系系统26包括存储电能的能量存储装置(ESD)28，例如电池，所述ESD28电连接至一个或多个电动机/发电机12以在其之间传递功率。传递变速器功率逆变器控制模块(TPIM)30位于ESD28与电动机/发电机12之间，并且用于将电池功率从直流电转换为交流电和将交流电转换为直流电。电动机/发电机12将所存储的能量转换为机械功率，并且将机械功率转换为可存储在ESD28中的能量。发动机10将燃料转换为机械功率。
电动机/发电机12优选包括三相AC机器和(多个)分解器(旋转变压器resolver)32，每个AC机器包括定子和转子。电动机/发电机12的电机定子地接至变速器箱的外部，并包括定子芯，定子芯具有从其延伸的盘绕的电绕阻。电动机/发电机12的转子固定成通过变速器14向传动系16提供扭矩。
分解器32优选包括可变磁阻装置，该装置包括分解器定子和分解器转子。分解器32被恰当地定位和组装在电动机/发电机12上。分解器32的相应定子连接至电动机/发电机12的定子。分解器转子连接至电动机/发电机12的转子。分解器32信号联络并且可操作地连接至TPIM30，且感测和监测分解器转子相对于分解器定子的旋转位置，从而监测电动机/发电机12的旋转位置。另外，对来自分解器32的信号输出进行解释以提供电动机/发电机12的旋转速度。
发动机10的机械功率可被传递至变速器14。来自电动机/发电机12的机械功率可被传递至变速器14。来自传动系16的机械功率可经由输出构件24通过变速器14传递至发动机10和扭矩机器16。发动机10用于结合电动机/发电机12来向传动系16传递扭矩，从而提供通过车轮22的牵引扭矩。所传递的机械功率可以是用于车辆推进的牵引扭矩的形式，和用于与再生制动相关联的车辆制动的反作用扭矩的形式。如本领域技术人员所了解的，在不脱离本公开的范围的情况下，可使用其它混合动力构造，例如串联式混合动力驱动车辆、并联式混合动力驱动车辆、或复合式混合动力驱动车辆、或电驱动车辆。
由于从燃料或存储在ESD28中的电势能的能量转换，产生来自发动机10的输入扭矩和来自电动机/发电机12的电机扭矩。ESD28通过DC传递导线34高电压直流耦合至TPIM30。所述传递导线34提供ESD28与TPIM30之间的可转换电流流动。TPIM30通过传递导线36向电动机/发电机12传递电功率或从其传递电功率，以响应于电机扭矩请求满足扭矩指令。根据ESD28是在被充电还是在放电来向ESD28传递电流或从其传递电流。
TPIM30包括至少一个功率逆变器及相应的电机控制模块，其构造成接收扭矩指令并控制来自其的逆变器状态以便提供电机驱动和功率再生功能从而满足所指令的电机扭矩。功率逆变器包括已知的互补式三相功率电子装置，并包括多个绝缘栅双极晶体管(IGBT)，用于通过高频转换将来自ESD28的DC功率转换为AC功率以便驱动电动机/发电机12。绝缘栅双极晶体管形成配置为接收控制指令的开关模式功率源。通常每个三相电动机/发电机12的每个相位都具有一对绝缘栅双极晶体管。所述绝缘栅双极晶体管的状态被控制成提供电机驱动机械功率产生或电池功率再生功能。三相逆变器通过DC传递导线34接收或供给DC电池功率，并将其转换为三相AC功率或从三相AC功率转换为DC电池功率，三相AC功率通过传递导线36传导至电动机/发电机12以操作为电动机或从电动机/发电机12传导以操作为发电机。
图2为用于控制混合动力系的分布式控制模块系统的示意图。分布式控制模块系统综合相关信息和输入，并执行算法来控制各种致动器以满足控制目标，包括与燃料经济性、排放、性能、可驾驶性能、硬件(包括ESD28的电池和电动机/发电机12)保护相关的目标。分布式控制模块系统包括发动机控制模块(ECM)23、变速器控制模决(TCM)17、电池组控制模块(BPCM)21和TPIM30。混合动力控制模块(HCP)5提供ECM23、TCM17、BPCM21和TPIM30的监控和协调。用户接口13操作地连接至多个装置，车辆操作员通过所述多个装置控制或指示电-机械混合动力系的运行。所述装置包括加速踏板113、操作员制动踏板112、变速器档位选择器114和车速巡航控制。变速器档位选择器114可具有不连续的多个操作员可选择的位置，包括输出构件24的旋转方向，以能实现前进和倒车方向中的一个。
前述控制模块通过局域网(LAN)总线6与其它控制模块、传感器和致动器通信。LAN总线6允许各种控制模块之间的操作参数状态和致动器指令信号的结构化通信。所使用的具体通信协议是专用的。LAN总线6和恰当的协议在前述控制模块与提供包括如防抱死制动、牵引控制和车辆稳定性功能的其它控制模块之间提供了稳健的通讯及多控制模块的接口。可使用多通信总线来提高通信速度，并提供一定水平的信号冗余度和完整性。各单独的控制模块之间的通信还可使用直链例如串行外设接口(SPI)总线来实施。
HCP5提供混合动力系的监控，用于协调ECM23、TCM17、TPIM30和BPCM21的运行。基于来自用户接口13和混合动力系包括ESD28的各种输入信号，HCP5确定操作员扭矩请求、输出扭矩指令、发动机输入扭矩指令和电机扭矩。
ECM23操作地连接至发动机10，并且用于从传感器获取数据，并通过多个分立的线路(为简便起见，图示为一个总的双向接口电缆35)控制发动机10的致动器。ECM23从HCP5接收发动机输入扭矩指令。ECM23基于监测到的被传送给HCP5的发动机速度和负荷确定即时提供给变速器14的实际发动机输入扭矩TI。ECM23监测来自转速传感器的输入以确定至输入轴15的发动机输入速度，其转变为变速器输入速度。ECM23监测来自传感器的输入以确定其它发动机运行参数的状态，这些参数包括例如歧管压力、发动机冷却剂温度、环境空气温度和环境压力。例如，可从歧管压力，或者替代地，从监测对加速踏板113的操作员输入来确定发动机负荷。ECM23产生并发送指令信号以控制发动机致动器，致动器包括例如燃料喷射器、点火模块和节气门控制模块。
TCM17操作地连接至变速器14，并监测来自传感器的输入以确定变速器运行参数的状态。TCM17产生并发送指令信号以控制变速器14。TCM17监测来自压力开关的输入，并选择地致动液压回路的压力控制螺线管和换档螺线管以获得多种变速器运行范围状态。
BPCM21信号联络地连接至传感器以监测ESD28，包括电流和电压参数的状态，从而以向HCP5提供表示ESD28的电池的参数状态的信息。电池的参数状态优选包括电池荷电状态、实际电池电压、电池温度和可用电池功率(指的是最小电池功率至最大电池功率的范围)。然后HCP5可监测和控制充电函数(功能)控制方案392和电压函数控制方案394。
制动器控制模块(BrCM)19操作地连接至每个车轮上的摩擦制动器。BrCM19监测对制动踏板112的操作员输入并且产生控制信号以控制摩擦制动器，以及向HCP5发送控制信号以基于此操作电动机/发电机12。
控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器及类似的术语意味着下列项中的一个或多个的任意恰当的一种或各种组合：专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的中央处理单元(优选为微处理器)和相关联的存储器和储存器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、恰当的信号调节和缓冲电路、及提供所述功能的其它适当部件。控制模块可具有一组控制方案，包括被存储在存储器中并被执行以提供期望功能的驻留软件程序指令、算法、和标准。所述控制方案优选在预定循环周期期间执行。控制方案例如通过中央处理单元来执行，并可操作以监测来自感测装置及其它联网的控制模块的输入，且执行控制和诊断程序以控制致动器运行。在正在进行的发动机和车辆运行期间，循环周期可以规则的间隔执行，例如每3.125毫秒、6.25毫秒、12.5毫秒、25毫秒和100毫秒。可选地，控制方案可响应于事件的发生来执行。
响应于由用户接口13所捕获的通过加速踏板113和制动踏板112的操作员输入，HCP5及其它控制模块中的一个或多个确定扭矩指令，以控制包括发动机10和电动机/发电机12在内的扭矩产生装置，从而满足输出构件24处和被传递至传动系16的操作员扭矩请求。基于来自用户接口13和包括ESD28的混合动力系的输入信号，HCP5分别确定操作员扭矩请求、从变速器14至传动系90的指令输出扭矩、来自发动机10的输入扭矩、变速器14的恰当运行范围状态、以及电动机/发电机12的电机扭矩，下面将对此进行描述。
最终车辆加速度可受其它因素影响，这些因素包括，例如道路载荷、道路坡度、和车辆质量。变速器14的运行范围状态基于混合动力系26的多个运行特征来确定。这包括如前所述的通过加速踏板113和制动踏板112传送至用户接口13的操作员扭矩请求。所述运行范围状态可以根据为在电能产生模式或在扭矩产生模式下运行电动机/发电机12的指令所引起的混合动力系扭矩需求来预测。
所述操作范围状态可通过最优化算法或程序来确定，所述最优化算法或程序基于操作员功率需求、电池荷电状态、及发动机10和电动机/发电机12的能量效率来确定最优系统效率。控制系统基于所执行的最优化程序的结果来管理来自发动机10和电动机/发电机12的扭矩输入，并从而最优化系统效率，以管理燃料经济性和电池充电。另外，可基于部件或系统中的故障来确定运行。HCP5监测扭矩产生装置，并响应于在输出构件24处的期望输出扭矩确定所需要的来自变速器14的功率输出以满足操作员扭矩请求。从上面的描述应当清楚，ESD28和电动机/发电机12可电操作地联接以便其之间的功率流动。另外，发动机10、电动机/发电机12和电-机械变速器14可机械操作地联接以在其之间传递功率从而产生到输出构件24的功率流。
分布式控制模块系统控制和管理具有多个扭矩产生装置的动力系统中的扭矩和功率流，下面参照图1和2中示出的混合动力系系统来描述该分布式控制模块系统，且该模块系统以可执行算法和标准的形式存在于前述控制模块中。所述分布式控制模块系统可应用于具有多个扭矩产生装置的任何动力系统，包括，例如具有单个电机器的混合动力系统、具有多个电动机/发电机12的混合动力系统、和非混合动力系统。
所述分布式控制模块系统包括作为在混合动力控制模块5中所执行的一组控制方案的电池功率控制方案。电池功率控制方案确定一组策略式控制电池功率限制，包括最小策略式控制电池功率限制(412)和最大策略式控制电池功率限制(390)，将参考图4对此进行进一步地详细描述。所述分布式控制模块系统还包括充电函数控制方案392和电压函数控制方案394。
充电函数控制方案392基于指示由BPCM21监测到的ESD28的实际电池输出功率(428)、由功率限制确定函数所确定的并参考图3所描述的瞬时电池功率410、最小短期电池功率极限、最大短期电池功率极限、最小长期电池功率极限398、以及最大长期电池功率极限400的信号确定最小电池功率限制和最大电池功率限制。与充电函数控制方案392相关联的所有限制优选地同时执行以限制电池功率。所述瞬时电池功率410为基于操作员扭矩请求及限制方案364的其它输入在发动机10以瞬时发动机扭矩运行并且电动机/发电机12以优选的电机扭矩运行时所估计出的ESD28的电池输出功率。如这里所使用的，电池功率极限包括在ESD28与其它装置如电动机/发电机12之间的电功率流的极限。
图3示出了与运行中充电函数控制方案392相关联的曲线图，包括作为沿着横轴的时间(470)(单位为秒)的函数的沿着纵轴的功率值(460)(单位为千瓦)，用于表示充电函数控制方案392的输入和输出功率值。充电函数控制方案392监测ESD28的实际电池输出功率(428)。与最大值相关联的功率值指的是放电极限，并且通常为正(电机产生正输出扭矩引起ESD28放电)。与最小值相关联的功率值指的是充电极限，并且通常为负(电机产生电功率并给ESD28充电)。所述曲线示出了沿着纵轴在极限内的运行。
功率范围确定函数使用在充电函数控制方案392中以确定一组触发功率极限和一组优选电池功率极限，其中触发功率极限包括上触发功率极限(406)、下触发功率极限，优选电池功率极限包括上优选电池功率极限(408)和下优选电池功率极限。应当注意的是，上极限以图示的形式示出并且用于描述。
功率范围确定函数基于第一功率值设定上触发功率极限(406)，优选地低于最大短期电池功率极限(396)。另外，当ESD28的实际电池输出功率(428)低于上触发功率极限(406)时，功率范围确定函数基于第二功率值将上优选电池功率极限(408)设定为在最大短期电池功率极限(396)与上触发功率极限(406)之间的初始值。当ESD28的实际电池输出功率(428)越过(即，超过)上触发功率极限(406)时，如线462处所示，上优选电池功率极限(408)以预定比率从初始值增加，直到上优选电池功率极限(408)达到最大短期电池功率极限(396)为止。
类似地，功率范围确定函数基于超过最小短期电池功率极限的第一功率值设定下触发功率极限。另外，当ESD28的实际电池输出功率(428)大于下触发功率极限时，功率范围确定函数将下优选电池功率极限设定为在最小短期电池功率极限与下触发功率极限之间的初始值。当ESD28的实际电池输出功率(428)越过(即，降到低于)下触发功率极限时，下优选电池功率极限以预定比率从初始值降低至最小短期电池功率极限。
比例微分闭环控制函数使用在充电函数控制方案392中以确定极限变化率，当ESD28的实际电池输出功率(428)越过上优选电池功率极限(408)和下优选电池功率极限之一时，如线464处所示，可利用反馈控制通过所述极限变化率来修改最小电池功率限制(402)和最大电池功率限制(404)。所述变化率值基于ESD28的实际电池输出功率(428)与上优选电池功率极限(408)和下优选电池功率极限中被越过的那个优选电池功率极限之间的差来确定。只要ESD28的实际电池输出功率(428)停留在上优选电池功率极限(408)与下优选电池功率极限之间，那么就不通过充电函数控制方案392修改最大电池功率限制(404)和最小电池功率限制(402)。未被修改的最大电池功率限制(404)和未被修改的最小电池功率限制(402)优选地分别等于最大长期电池功率极限400和最小长期电池功率极限398。
功率限制确定函数为使用在混合动力控制模块5中的控制方案从而基于极限变化率值、根据策略式控制方案所确定出的能量存储装置的瞬时电池功率410、最小长期电池功率极限398、以及最大长期电池功率极限400确定最小电池功率限制(402)和最大电池功率限制(404)。
当电池功率限制因实际电池输出功率(428)越过优选电池功率极限之一的触发而未被修改时，功率限制确定函数将最大电池功率限制(404)和最小电池功率限制(402)分别设定为最大长期电池功率极限400和最小长期电池功率极限398。
当ESD28的实际电池输出功率(428)越过上优选电池功率极限(408)时，如线464处所示，比例微分闭环控制函数确定负变化率值，功率限制确定函数使用该负变化率值降低最大电池功率限制(404)和最小电池功率限制(402)，以控制ESD28的实际电池输出功率(428)停留在期望范围内。同样，当ESD28的实际电池输出功率(428)越过下优选电池功率极限时，比例微分闭环控制函数确定正变化率值，功率限制确定函数使用该正变化率值增加最大电池功率限制(404)和最小电池功率限制(402)，以控制ESD28的实际电池输出功率(428)。
当瞬时电池功率410低于最大电池功率限制(404)时，功率限制确定函数在基于变化率值修改最大电池功率限制(404)之前将最大电池功率限制(404)设定为瞬时电池功率410。这样，最大电池功率限制(404)的变化会快速地实现如由扭矩限制函数所确定的最大输入扭矩值，如在混合控制模块5中所确定，并且因此扭矩限制函数能够补偿在确定瞬时电池功率410时的误差，即，补偿ESD28的实际电池输出功率(428)与通过策略式控制方案所确定的瞬时电池功率410之间的差。当瞬时电池功率410大于最小电池功率限制(402)时，功率限制确定函数在基于变化率值修改最小电池功率限制(402)之前将最小电池功率限制(402)设定为瞬时电池功率410。这样，最小电池功率限制(402)的变化会快速地实现最小输入扭矩值。
当功率限制确定函数基于ESD28的实际电池输出功率(428)调节最大电池功率限制(404)和最小电池功率限制(402)之一时，功率限制确定函数以相同的量调节另一电池功率限制，使得最大电池功率限制(404)与最小电池功率限制(402)之间的差保持不变。
图4示出了电压函数控制方案394的曲线图，包括作为时间(470)(单位为秒)的函数的电压值(450)(单位为伏特)和功率值(460)(单位为千瓦)。电压函数控制方案394确定由BPCM21所监测到的ESD28的实际电池电压(426)、ESD28的最大基电压极限(420)、最大电池功率限制(404)和最小电池功率限制(402)。电压函数控制方案394还确定未显示在曲线图上的ESD28的最小电压极限和最小基电压极限。
最小和最大电池功率限制(402，404)为中间电池功率限制值，因为它们用于确定最终电池功率限制值，即，最小策略式控制电池功率限制(412)和最大策略式控制电池功率限制(390)。
最小基电压极限和最大基电压极限420限定了ESD28的电压的工作范围，并且可基于动力系统的参数包括例如ESD28的温度来确定。电压函数控制方案394确定并输出最小策略式控制电池功率限制(412)和最大策略式控制电池功率限制(390)。电压函数控制方案394包括优选电压范围确定函数、比例微分闭环控制函数和功率限制确定函数。
优选电压范围确定函数确定包括上触发电压极限(422)和下触发电压极限的一组触发电压极限和包括上优选电压极限(424)和下优选电压极限的一组优选电压极限。
电压范围确定函数基于低于最大基电压极限(420)的第一电压值设定上触发电压极限(422)。另外，当ESD28的实际电池电压(426)小于上触发电压极限(422)时，电压范围确定函数基于第二电压值将上优选电压极限(424)设定为在最大基电压极限(420)与上触发电压极限(422)之间的初始值。当ESD28的实际电池电压(426)在线502处越过上触发电压极限(422)时，上优选电压极限(424)以预定比率从所述初始值增加，直到上优选电压极限(424)达到最大基电压极限(420)为止。
同样，电压范围确定函数基于大于最小电压极限的第一电压值设定下触发电压极限，与上面的类似但未示出。另外，当ESD28的实际电池电压(426)大于下触发电压极限时，下优选电压极限被设定为在最小基电压极限与下触发电压极限之间的初始值。当ESD28的实际电池电压(426)越过下触发电压极限时，下优选电压极限以预定比率从初始值降低至最小电压极限。
比例微分闭环控制函数确定变化率，使用反馈控制通过该变化率修改最大或最小策略式控制电池功率限制(390，412)。所述变化率值对应于上优选电压极限(424)和下优选电压极限之一与ESD28的实际电池电压(426)之间的电压误差。
功率限制确定函数基于极限变化率值、由策略式控制方案确定的能量存储装置的瞬时电池功率410、最小电池功率限制(402)、和最大电池功率限制(404)确定最小和最大策略式控制电池功率限制(390，412)。
当电池功率限制因实际电池输出功率(428)越过优选电池功率极限之一的触发而未被改变时，功率限制确定函数将最大策略式控制电池功率限制(390)和最小策略式控制电池功率限制(412)分别设定为最大电池功率限制(404)和最小电池功率限制(402)。
当ESD28的实际电池电压(426)越过上优选电压极限(424)时，如线504处所示，比例微分闭环控制函数确定正变化率值，电压限制确定函数利用该正变化率值增加最小策略式控制电池功率限制(412)，以控制ESD28的实际电池电压(426)。同样，当ESD28的实际电池电压(426)越过下优选电压极限时，比例微分闭环控制函数确定负变化率值，电压限制确定函数利用该负变化率值减小最大策略式控制电池功率限制(390)，以控制ESD28的实际电池电压(426)。
当ESD28的实际电池电压(426)超过上优选电压极限(424)并且当由策略式控制方案所确定的瞬时电池功率410大于最小策略式控制电池功率限制(412)时，电压限制确定函数在基于变化率值修改最小策略式控制电池功率限制(412)之前将最小策略式控制电池功率限制(412)设定为瞬时电池功率410。当ESD28的实际电池电压(426)降到低于下优选电压极限并且当由策略式控制方案所确定的瞬时电池功率410小于最大策略式控制电池功率限制(390)时，电压限制确定函数在基于变化率值修改最大策略式控制电池功率限制(390)之前将最大策略式控制电池功率限制(390)设定为瞬时电池功率410。
与跟图3关联的功率限制确定函数不同，电压限制确定函数仅调节最小和最大策略式控制电池功率限制(412，390)中的一个，而不调节策略式控制电池功率限制(412，390)中的另一个，因此限制了电机的工作范围，并从而降低了用于发动机控制的所允许的扭矩范围。
普通转让的且未决的美国专利申请No.12/243,095中进一步详细描述了示例性电池功率控制方案，该专利的内容通过参考包含于本文。
图5以曲线示出了与上述电池功率控制方案的运行相关联的参数的状态，并且包括描述与电池电压(500)相关联的参数的曲线、描述功率限制权(510)的曲线、描述与电池功率(520)相关联的参数的曲线、以及描述控制系统的为控制和限制电池功率的指令输出扭矩(530)的曲线。控制电池功率是整体控制方案的一个要素，以控制系统功率并从而管理混合动力系统26的输出扭矩，连同控制电动机/发电机12的电机扭矩指令的最大和最小电机扭矩极限以及对变速器14的扭矩传递装置的扭矩容量的最大和最小限制。在系统操作期间，指令输出扭矩(436)初始接近于零或为负值，如图所示。但是，应当理解，指令输出扭矩(436)可大于零。操作条件可包括实际电池电压(426)的和实际电池输出功率(428)的降低(即，ESD28的电荷量的增加)。控制系统将实际电池电压(426)与上优选电压极限(424)作比较，以确定实际电池电压(426)是否越过线452示出的上触发电压极限(422)。这种情况会在发生牵引控制事件发生时、在变速器14换档至空档时、或者在发生会引起丧失对输出扭矩的控制的情形时发生。当实际电池电压越过上触发电压极限(422)时，上优选电压极限(424)开始增大，如上面参考图4所描述的。
在线454处，当实际电池电压(426)超过上优选电压极限(424)时，比例微分闭环控制函数确定变化率，使用反馈控制通过该变化率修改最小策略式控制电池功率限制(412)，其中包括初始阶梯函数(微分)增加。策略式控制电池功率限制(412)中的变化率值与上优选电压极限(424)与ESD28的实际电池电压(426)之间的电压误差(438)及该误差的导数成比例。实际电池输出功率(428)与该变化率值相对应地增加。
在线456，控制系统丧失功率限制权，即，控制或管理电池功率的能力。功率限制权的丧失可由于变速器14换档至空挡、牵引控制事件及其它运行情形例如当更高优先级的限制与电池功率极限相冲突时引起。丧失功率限制权的结果是，输出功率指令(436)变为零，如变速器14换档为空档时的实例中所示。控制系统丧失功率限制权的其它运行状态包括当发动机10被指令停机时和使用电动机/发电机12产生扭矩的离合器打滑矫正。本领域的技术人员应当理解，虽在本文中以示例性的形式使用，但输出扭矩指令(436)可以并不总是变为零。
当控制系统丧失功率限制权时，电池功率控制方案被禁用或以其它方式中断，例如在366处示出的周期期间。禁用电池功率控制方案是优选的，因为一旦丧失功率限制权，闭环控制函数如比例微分闭环控制函数就会以其它方式继续试图调节，以通过增加电池功率(430)来管理实际电池输出功率(428)，直到电池功率(430)饱和为止，如线456所示。如果最小策略式控制电池功率限制(412)保持电池功率控制方案，那么实际电池功率(430)将以其它方式接近和超过上优选功率极限(408)，从而显示电池功率的饱和。
但是，在禁用或以其它方式中断电池功率控制方案的示例性操作中，最小策略式控制电池功率限制(412)开始缓降(斜降)至最小电池功率限制(402)或其它默认功率极限。
在线458，控制系统恢复功率限制权，例如，变速器14换档至档位或牵引控制结束。最小策略式控制电池功率限制(412)增加至实际电池输出功率(428)，并且电池功率控制方案被再次起用。同样，输出扭矩指令(436)增加至最小扭矩值(440)，例如大于零的爬行扭矩，其根据扭矩安全控制方案限制输出扭矩指令(436)，以限制至传动系64的输出扭矩的变化，限制与所示出实施例中的突然高扭矩输出指令相关联的所引起的重力的大小。
为了比较，示出了不具有所公开的控制方案但在上述事件中保持电池功率控制方案的代表性输出扭矩指令(434)。通过由保持电池功率控制方案的最小策略式控制电池功率限制(412)所管理的电池功率控制方案输出扭矩指令(434)会被强制为至少最小输出扭矩(432)。输出扭矩指令(434)的突然升高会引起不期望的传动系断裂。输出扭矩指令(434)和最小输出扭矩(432)最终恢复并返回至可接受的输出扭矩指令，但(时间)远远晚于没有禁用电池功率控制方案的情形。
本公开已经描述了某些优选实施例及其修改。通过阅读和理解说明书，会有其它修改和变化。因此，本发明并不意在受限于为实施本发明所构思的最佳模式所公开的特定实施例，而是本发明包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (13)

1.用于控制包括内燃机和扭矩机器的混合动力系系统的方法，其中电能通过控制系统在电能存储装置与所述扭矩机器之间可控地传递，所述方法包括：
监测所述电能存储装置的电压、电流和功率输出；
执行电池功率控制方案，以控制与在所述电能存储装置与所述扭矩机器之间所传递的电能相关联的所述电能存储装置的输出功率；
在正在进行的运行期间，当所述控制系统丧失与在所述电能存储装置与所述扭矩机器之间所传递的电能相关联的功率限制权时，禁用所述电池功率控制方案；以及
当所述控制系统恢复所述功率限制权时，再次起用所述电池功率控制方案。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述控制系统恢复所述功率限制权时再次起用所述电池功率控制方案包括将所述混合动力系的指令输出扭矩修改为最小扭矩。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述混合动力系的指令输出扭矩修改为最小扭矩包括限制所述指令输出扭矩以限制所述混合动力系系统中所引起的重力的大小，其中所述所引起的重力与突然高扭矩输出指令相关联。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，执行所述电池功率控制方案以控制所述电能存储装置的所述输出功率包括：
确定实际电池电压与优选电压极限之间的电压误差；以及
根据所述电压误差的比例微分函数确定电池功率限制的变化率。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在正在进行的运行期间与在所述电能存储装置与所述扭矩机器之间所传递的电能相关联的功率限制权的丧失包括丧失对输出扭矩的控制。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在正在进行的运行期间当所述控制系统丧失与在所述电能存储装置与所述扭矩机器之间所传递的电能相关联的功率限制权时禁用所述电池功率控制方案引起电池功率限制趋于最小电池功率限制。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述控制系统恢复功率控制权时所述再次起用所述电池功率控制方案包括修改电池功率限制以达到实际电池功率水平。
8.用于控制包括内燃机和扭矩机器的混合动力系系统的方法，其中电能通过控制系统在电能存储装置与所述扭矩机器之间可控地传递，所述方法包括：
监测所述电能存储装置的电压、电流和功率输出；
执行电池功率控制方案，以控制所述电能存储装置的所述输出功率，从而控制所述扭矩机器的扭矩输出；
在正在进行的运行期间，当所述控制系统丧失功率限制权时，禁用所述电池功率控制方案；
在正在进行的运行期间，当所述控制系统恢复所述功率限制权时，再次起用所述电池功率控制方案；以及
在所述再次起用所述电池功率控制方案期间，将指令扭矩输出修改为最小值以限制突然的扭矩输出。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，执行所述电池功率控制方案以控制所述电能存储装置的所述输出功率包括：
确定实际电池电压与优选电压极限之间的电压误差；以及
根据所述电压误差的比例微分函数确定电池功率限制的变化率。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在正在进行的运行期间与在所述电能存储装置与所述扭矩机器之间所传递的电能相关联的功率限制权的丧失包括丧失对输出扭矩的控制。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在正在进行的运行期间当所述控制系统丧失与在所述电能存储装置与所述扭矩机器之间所传递的电能相关联的功率限制权时禁用所述电池功率控制方案引起电池功率限制趋于最小电池功率限制。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述控制系统恢复功率控制权时所述再次起用所述电池功率控制方案包括修改电池功率限制以达到实际电池功率水平。
13.用于控制包括内燃机和扭矩机器的混合动力系系统的方法，其中电能通过控制系统在电能存储装置与所述扭矩机器之间可控地传递，所述方法包括：
监测所述电能存储装置的电压、电流和功率输出；
执行电池功率控制方案，以控制所述电能存储装置的所述输出功率，从而控制所述扭矩机器的扭矩输出，包括
确定实际电池电压与优选电压极限之间的电压误差；
当所述实际电池电压越过所述优选电压极限时，根据所述电压误差的比例微分函数确定电池功率限制的变化率；以及
根据所述电池功率限制限制电池功率；
在正在进行的运行期间当所述控制系统丧失功率限制权时，禁用所述电池功率控制方案引起电池功率限制趋于最小电池功率限制；
在正在进行的运行期间当所述控制系统恢复功率限制权时，再次起用所述电池功率控制方案；以及
在所述再次起用所述电池功率控制方案期间，将指令扭矩输出修改为最小值以限制突然的扭矩输出。
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