CN101909925A - 机动车中的能量管理方法 - Google Patents
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Abstract
一种机动车中能量管理的方法,该机动车包括由至少一个电池和补充电池的电源供电的电力牵引系统,该电源能够补充电池提供的电能以对电力牵引系统供电并具有相关的对所述电源供应燃料的燃料箱,所述方法包括,在补充电源激活时控制补充电源以使其供应根据计算的箱充满状态变化和电池充电状态变化之间的差的符号而从第一低功率(P1)和第二高功率(P2)唯一选择的电功率(P_RE),该第一和第二功率如此定义使得限制与通过补充电源将燃料转换为电能相关的能量损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种机动车中能量管理的方法,该机动车包括由至少一个电池和补充电源供电的电力牵引系统,该补充电源能够补充电池提供的能量以对电力牵引系统供电并具有相关的对所述电源供应燃料的燃料箱。
背景技术
现在帮助减少CO2排放并因此控制温室效应已经成为机动车行业的主要问题。这一点成为了电动车获得快速增长的背景。
和常规热内燃机车相比,当前的电池供电电动车范围较小。
因此,机动车行业集中开发“范围扩充”的电动车,这类电动车具有补充电池以及能够补充后者所提供电能的电源,从而扩大了电动车范围。
该补充电源可以为与交流电机耦合的内燃机、被直接供应氢的燃料电池、耦合至被供应化石燃料的重整系统的燃料电池、或者任何其它可产生电能的系统。
然后需要有效控制各种电源的分布以供应车辆所需要的电源同时使其范围最大化。
发明内容
带着这样的目标,作为本发明主题同时又与上面序言中所给出的一般定义一致的方法,必要地特征在于其包括确定补充电源的激活或者非激活,以及在激活时控制补充电源以使其供应电功率值,所述电功率值根据计算的箱充满状态(tank fullness)变化和电池充电状态变化之间的差的符号从第一低功率和第二高功率唯一地选出,该第一和第二功率值如此定义使得限制补充电源的和将燃料转换为电能相关的能量损失。
有利地,如果该差为负数则选择第一低功率值,如果所述差为正数则选择第二高功率值。
根据一个实施例,箱充满状态的变化包括确定在激活补充电源时当前箱充满状态和初始箱充满状态的第一比率,以及电池充电状态的变化包括确定在激活补充电源时当前电池充电状态和初始电池充电状态之间的第二比率。
优先,确定电池充电状态的变化考虑电池最小充电阈值。
有利地,如果所述补充电源供应的电功率值大于电力牵引系统所需要的电功率,则补充电源用于对电池再充电。
根据一个实施例,根据本发明的方法与机动车导航系统耦合并且确定激活补充电源和控制补充电源考虑机动车导航系统所提供的参数。
有利地,导航系统所提供的参数包括至少一个从机动车目的地获取的下面的参数:为机动车限定的路线、和识别沿着所述路线具有限制污染物排放的区域的信息。
根据各个实施例,补充电源包括和交流电机耦合的内燃机,或者被直接供应氢的燃料电池,或者耦合至重整系统的燃料电池。
有利地,电力牵引系统包括能够以电动机形式和发电机形式起作用的电机。
附图说明
在阅读下面的说明时将更清楚本发明的其它特征和优势,下面的说明通过解释性和非限制性实例给出并参考附图,其中:
图1为示出根据本发明的能量管理方法第一实施例的流程图;以及
图2为示出与机动车导航系统耦合的根据本发明的能量管理方法第二实施例的流程图。
具体实施方式
因此,本发明的目标在于提出一种方法,借助该方法可控制电动车补充电源的运行,还具有一种向机动车电力牵引系统供电的电池系统。机动车的电力牵引系统通常包括能够一方面在电动机模式下运行另一方面在发电机模式下运行的电机,然后被机动车的车轮驱动。
根据本发明的一个原理,机动车的补充电源适合于能够在两种不同的功率下运行,该两种功率分别为相对于彼此的第一低功率P1和第二高功率P2。
另外,该两种功率都对应补充电源的效率最优工作点。更特别地,通过使补充电源在该两个最优工作点即分别为P1和P2下工作,可尽量减小将供应补充电源的燃料转换为电能的损失。
根据本发明,补充电源被设计为仅仅在这两个工作点运行。换言之,其可被控制为供应唯一地选自第一低功率P1和第二高功率P2的电功率。
本发明还依赖于一种原理,根据该原理,当使用电池和使用供应补充电源的箱平均且成比例以同时清空可利用的燃料和电池时,将获得机动车的最大范围。
为实践该能量管理定律,有必要具有一个能够确定电池当前充电状态和对补充电源供应燃料的箱的当前充满状态的系统。该两个状态将表示为百分比。
因此:
R:供应补充电源的箱的当前充满状态,和
B:当前电池充电状态。
在启动补充电源时,还可测量即时的初始电池充电和箱充满状态。该两个状态也将表示为百分比,并且:
R0:当启动补充电源时供应补充电源的箱的初始充满状态,和
B0:当启动补充电源时的初始电池充电状态。
因此目标在于保持表示对补充电源供应燃料的箱的充满状态的变化的比率R/R0接近表示电池充电状态变化的比率B/B0。
对补充电源的两个效率优化工作功率P1和P2的一个或者另一个的选择然后将取决于计算的第一比率R/R0和第二比率B/B0之间的差的符号。
根据一个实施例,对于电池可靠性问题,期望在清空箱时充电状态不低于最小充电阈值例如30%。然后通过保持比率R/R0接近(B-X/100)/(B0-X/100),可提供考虑最小电池充电阈值的调节系统,X为最小电池充电阈值。
例如图1中的流程图精确示出了该情形。
因此,首先执行驱动器启动补充电源步骤10。驱动器有效地决定启动或者不启动机动车的补充电源。如果不启动所述电源,则机动车将仍然处于纯电动模式。如果另一方面其被启动,则利用根据本发明的自适应管理规则,使得可能决定补充电源将被启用的工作点P1和P2以最大化机动车的范围。
为此,执行步骤20,该步骤计算差EC=R/R0-(B-X/100)/(B0-X/100)。
然后进行确定该差的符号的步骤30。如果所述符号为正,则意味着电池消耗比向补充电源供应燃料的箱更快。在这种情形,将在步骤40选择使得补充电源以如下方式运行,即其供应对应于其效率优化的预定高功率P2的电功率P_RE。
如果EC为负,则意味着另一方面向补充电源供应燃料的箱消耗得比电池快以及后者因而不能足够地使用。因此在步骤50选择使得补充电源以如下方式运行,即其供应对应于效率优化的预定低功率P1的电功率P_RE。
优选对转变阈值P1和P2添加滞后以限制补充电源从一个工作级转变为另一个工作级。
在步骤60,然后比较机动车电力牵引系统输入所需要的电功率Pe与补充电源所供应的功率P_RE。
如果补充电源所供应的功率P_RE大于电力牵引系统输入所需要的电功率Pe(Pe-P_RE<0),则在步骤70中也采用补充电源以对电池充电。然后再次以功率P_RE-Pe对电池充电。
另外,如果补充电源所供应的电功率P_RE小于电力牵引系统输入所需要的电功率Pe(Pe-P_RE>0),则电池在步骤80必须供应功率P_Bat=Pe-P_RE。
然后重复前面所描述的步骤10至80直到到达机动车的最终目的地。
如刚刚所描述的根据本发明的方法的其中一个优势在于其阻止补充电源对电池过度再充电,从而限制将电能转换为化学能相关的损失。这一点使得当机动车的电力牵引系统在发电机模式下运行时可能最大化再生刹车效应的优势。
如图2的流程图所示,刚刚描述的方法还可结合机动车导航系统。因此,确定启动补充电源和控制补充电源可有利地考虑机动车导航系统所提供的参数。
根据图2所示的流程图,在启动前,在步骤100,驱动器经导航系统对目的地编程。然后,在步骤110,根据机动车的不同能源值和机动车在旅程中的消耗计算到达或者不到达所编程目的地的可能性。
在步骤120,如果不能到达目的地,则将经人机界面启动驱动器以在步骤130更改其目的地。或者,在步骤140,将启动驱动器以填充供应补充电源的箱和/或对电池再充电至某程度从而使得车辆能够到达目的地。
如果目的地计算为在步骤120可到达或者如果在步骤150实际进行了步骤140所请求的对电池再充电和/或对箱再充满以使目的地可到达,则在步骤160经导航系统向驱动器提出对于到达目的地合理的一些路线。
一旦在步骤170驱动器选择了路线,则步骤180提前计算机动车将需要的总能量以决定在所选择路线上将启动或者不启动补充电源的时刻以及其将根据在上面已经解释的原理运行的功率。
经导航系统对补充电源的启动或者不启动以及沿所选路线选择其功率的该计算也可考虑各种调节限制,例如沿着所选路径上某区域内的污染排放限制。
实际上,如果导航系统所计划的路线计划了进入具有限制污染物排放的区域,则能量管理定律将启动或者不启动补充电源以使得机动车能够到达其目的地同时注意该规定,其中通过使电池的充电状态使其能够通过该区域而以限制的污染物排放到达该区域。
对各种机动车能量源的使用的优化分配策略也可考虑电池老化特征。原则上,电池的寿命将根据其制造要求或多或少地改变。例如充电状态变化、再充电或者放电轮廓的参数将影响其寿命。这些参数可组合入能量管理定律从而可最大程度地考虑。例如,如果为尽量减小电池老化,建议将其以50%的充电程度存储以及用户以具有30%充电状态的电池停泊其车辆,将启动补充电源对电池再充电并因此限制其老化。根据另一个实例,如果为限制电池老化,电池必须在50和30%之间的的充电状态下运行,将控制补充电源从而电池通过仍然处于该工作范围内而运行。
Claims (9)
1.一种机动车中能量管理的方法,该机动车包括由至少一个电池和用于补充电池的电源供电的电力牵引系统,该电源能够补充电池提供的电能以对电力牵引系统供电并具有相关的对所述电源供应燃料的燃料箱,所述方法特征在于其包括,确定补充电源的激活(10)或者非激活,以及在激活时控制补充电源以使其供应根据计算的箱充满状态变化和电池充电状态变化之间的差的符号而从第一低功率(P1)和第二高功率(P2)唯一选择的电功率(P_RE),该第一和第二功率如此定义使得限制与通过补充电源将燃料转换为电能相关的能量损失。
2.根据权利要求1的方法,其特征在于如果所述差为负数则选择第一低功率,如果所述差为正数则选择第二高功率。
3.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,箱充满状态的变化包括确定在激活补充电源时当前箱充满状态和初始箱充满状态的第一比率,以及电池充电状态的变化包括确定在激活补充电源时当前电池充电状态和初始电池充电状态之间的第二比率。
4.根据权利要求3的方法,其特征在于确定电池充电状态的变化考虑电池最小充电阈值。
5.根据前述权利要求任一项的方法,其特征在于,如果所述补充电源供应的电功率(P_RE)大于电力牵引系统所需要的电功率(Pe),则使用所述补充电源对所述电池再充电。
6.根据前述权利要求任一项的方法,其特征在于,其与机动车导航系统结合,并且所述确定激活补充电源和所述控制补充电源考虑所述机动车导航系统提供的参数。
7.根据权利要求6的方法,其特征在于,所述导航系统提供的参数包括以下从机动车目的地获取的参数中的至少一个:为机动车限定的路线、和识别沿着所述路线具有限制污染物排放的区域的信息。
8.根据前述权利要求任一项的方法,其特征在于,所述补充电源包括和交流电机耦合的内燃机、或者被直接供应氢的燃料电池、或者耦合至重整系统的燃料电池。
9.根据前述权利要求任一项的方法,其特征在于,所述电力牵引系统包括能够以电动机形式和发电机形式起作用的电机。
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