CN103249623A - 用于控制混合动力汽车的方法和适合于该方法的混合动力汽车 - Google Patents

Abstract

本方法用于控制装备有内燃机（2）和连接至能量存储系统（8）的电机（4）的混合动力汽车（T）。所述内燃机（2）和所述电机中的每一个都适合于向车辆（T）的动力传动系统（6）传递扭矩。本方法至少包括步骤：a）在车辆（T）的任务过程期间，估算在车辆（T）的下一个任务开始时能量存储系统（8）的温度；以及b）如果在步骤a）中估算的温度低于阈值，则在车辆（T）的当前任务结束之前，基于在步骤a）中估算的温度对能量存储系统（8）再充电。在步骤c）中，如果能量存储系统（8）在步骤b）中已经被再充电，则在车辆（T）的下一个操作周期开始时，对能量存储系统（8）深度地放电。通过本方法，当在下一个任务开始时再次启程时，电池迅速地达到期望的温度。

Description

用于控制混合动力汽车的方法和适合于该方法的混合动力汽车

技术领域

本发明涉及一种用于控制装备有内燃机和电机的混合动力汽车的方法。本发明还涉及一种适合于执行这样的方法的混合动力汽车。

背景技术

诸如货车的混合动力电动汽车装备有能量存储系统，在许多情况下该能量存储系统包括一个或多个电化学电池。这些电池的温度必需在预先限定的运行区间内以适当地工作。具有过低温度的电池由于增大的内阻而不能释放足够的电功率。在货车被停放在寒冷的地方几个小时之后需要移动的情况下，车辆可能缺少电能，或者更精确地说可能在车辆的操作周期开始时缺少释放足够的电功率的能力，这可能会影响电力牵引机器和/或诸如灯光或空调系统的电动辅助装备。

为了避免这样的问题，已知在移动车辆之前将电池加热，从而允许电池释放足够的电流。已知的电池加热技术使用辅助的加热设备，这导致了燃料过度消耗。

还从JP-2004/245190中已知在车辆的操作周期结束时执行电池的再充电步骤，从而使得其能够在下一个操作周期开始时起动内燃机。该技术的目的在于考虑到电池的自放电、确保电池具有足够的能量以起动引擎，但是不能保证电池已经达到足够高的温度，从而在引擎被再次起动时为车辆的电气装备馈送适量的电功率。

在混合动力汽车中，如果电池不能向电力牵引机器释放足够的电功率供应，则将会需要内燃机传递动力传动系统所需的更大比例的扭矩，以满足驾驶员的需求，这增大了燃料消耗。另外，如果来自电池的可用电功率有限，则可能影响车载的其它耗电系统。此外，如果电池是冷的，则还会影响，例如在车辆的再生制动期间，电池能够吸收的电功率。由此，车辆的摩擦制动器将会需要在给定的制动阶段期间耗散更多能量，这些能量是不能被回收的并且将会导致进一步增大的燃料消耗。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于控制混合动力汽车的新方法，该方法促使对车辆的能量存储系统加热而无需使用辅助加热设备，或者至少显著地降低对这样的设备的需要，因此允许尽可能迅速地为车辆提供最佳水平的可用电功率。

为此，本发明涉及一种用于控制混合动力汽车的方法，该混合动力汽车装备有内燃机和连接至能量存储系统的电机，所述内燃机和所述电机中的每一个都适合于向车辆的动力传动系统传递扭矩。该方法的特征在于其包括至少下列步骤：

a）在车辆的任务期间估算在车辆的下一个任务开始时能量存储系统的温度；

b）如果在步骤a）估算的温度低于阈值，则在车辆的当前任务结束之前，基于在步骤a）估算的温度对能量存储系统再充电；

c）如果能量存储系统在步骤b）已经被再充电，则在车辆的下一个操作周期开始时，对能量存储系统深度地放电。

由于本发明，可防止电池在稍后阶段适当地起作用的低温被预报，并且在车辆的任务结束之前在电池中存储一定量的电能。利用由于电池在较低温度下的增大的内阻的电池的自加热，在车辆的下一任务开始时，这个量的电能被用于通过由电池的深度放电而获得的焦耳效应来加热能量存储系统。这使得电池能够更迅速地达到它能够与车辆的电气系统、特别是与电机4交换更多电功率的温度。

根据本发明的有利的但不是必需的进一步方面，这样的方法可以包含一个或几个下列特征：

-如果在步骤a）估算的温度低于阈值，则能量存储系统在步骤b）以比在步骤a）估算的温度高于阈值时所使用的正常运行荷电状态目标高的荷电状态被再充电。

-在步骤c），能量存储系统通过降低由内燃机传递至动力传动系统的扭矩与由电机传递至动力传动系统的扭矩之间的比率而被放电。

-在步骤c）之后该方法进一步包括下列步骤：

d）测量或估算能量存储系统的温度。

e）如果在步骤d）测量或估算的温度高于阈值温度值，则将能量存储系统的荷电状态水平目标调整至正常值。

-在步骤b），通过逐渐增大能量存储系统的荷电状态SOC目标而执行能量存储系统的再充电。

-在步骤b），由内燃机传递至动力传动系统的扭矩与由电机传递至动力传动系统的扭矩之间的比率增大，而由内燃机传递的给定量的扭矩被电机转换成电能并存储在能量存储系统中。

-在步骤a），基于天气预报数据而进行估算。

-在步骤a），基于天气统计数据而进行估算。

-在步骤b）之前该方法进一步包括下列步骤：

f）确定车辆的任务是否即将结束。

-在步骤f），通过关于预定路程地理地定位车辆而进行确定。

-在步骤f），通过将当前任务期间被车辆途经的距离与车辆的先前任务期间所途经的距离的平均量相比较而进行确定。

-在步骤f），通过由车辆的驾驶员触发的设备来进行确定。

本发明还涉及一种混合动力汽车，其装备有内燃机和连接至能量存储系统的电机，所述内燃机和所述电机中的每一个都适合于向车辆的动力传动系统传递扭矩。该车辆的特征在于它包括：在车辆的任务期间估算在车辆的下一个任务开始时能量存储系统的温度的装置；在车辆的当前任务结束之前并且如果温度估算低于阈值，则基于温度估算对能量存储系统充电的装置；以及在车辆的下一个任务开始时对能量存储系统深度地放电的装置。

根据本发明的有利的但不是必需的进一步方面，这样的车辆可以包含一个或几个下列特征：

-该车辆包括适合于控制能量存储系统的荷电状态目标的电子控制单元。

-该电子控制单元适合于控制由内燃机传递至动力传动系统的扭矩与由电机传递至动力传动系统的扭矩之间的比率。

-该车辆包括适合于测量能量存储系统的温度的温度传感器。

-该车辆包括确定车辆的任务是否即将结束的装置。

附图说明

现在将与附图一致地解释本发明并将其作为说明性的例子，而不限制本发明的目的。在附图中：

图1是实施本发明的货车的原理图示；

图2是在图1的货车的能量存储系统中的温度的温度相对于时间的曲线图；

图3是表示根据本发明的方法的荷电状态相对于时间的曲线图。

具体实施方式

在图1中表示的是例如货车T的车辆，其包括内燃机2和电机4。内燃机2和电机4中的每一个都适合于向货车T的动力传动系统6传递扭矩。换句话说，该混合动力汽车是一种并行式混合动力电动汽车。动力传动系统可以对于内燃机2和电机4分离在两部分中，例如使用它们中的一个驱动第一轴，并且使用另一个驱动第二轴或轴组。

电机4被电连接至包括例如电化学电池8的能量存储系统。电机4能够是可逆的，在该情况下它也能够将机械扭矩转换成被存储在电池8中的电能，机械扭矩直接从内燃机2和/或从动力传动系统重新获得。

正如图所示，货车T包括电子控制单元10，其适合于分别使用电子信号S2和S4控制内燃机2和电机4。由于信号S2和S4，电子控制单元10适合于直接或间接地控制由内燃机2和电机4中的每一个传递或回收的扭矩量。由此电子控制单元10能够控制内燃机2的速度，并且还能够控制由电机4从电池8吸收或传递至电池8的电功率。在混合动力汽车领域中具有可以实施几个控制策略的控制单元10是非常普遍的。这些策略中的一些的重点在于试图将电池8的荷电状态SOC维持在荷电状态目标SOCT周围的预定窗口内。荷电状态目标或目标窗口能够取决于多个参数，包括车速、车重、电池健康状态等等。至少部分地修改策略的一个简单方式是改变荷电状态目标或目标窗口，和/或改变确定它的方式。例如，如果荷电状态目标由取决于一定量参数的公式限定，则通过对荷电状态目标或目标窗口给定固定的预定值，或者通过修改确定它的公式，能够获得策略的改变。在任何情况下，修改荷电状态目标或荷电状态目标窗口将是等同的。

电池8可以装备有一个或几个温度传感器82，其适合于使用电信号S82将与电池8的温度相关的信息发送至电子控制单元10。为了附图的理解，温度传感器82被表示为单个的。然而，几个温度传感器可以被安装在电池8的不同位置处或者围绕电池。电池8还可以包括几个电池单元，其中的每一个装备有专用的温度传感器。电池温度能够被估算，而不是被直接测量。

为了使电池8释放其标称性能，电池8的温度T8必需被包括在给定区间内，在该给定区间中可以发生有效的充电和放电。例如，35°C可以是电池8的最佳温度。

在货车T被停靠在非常冷的地方的情况下，温度T8可能变得低于温度阈值Ti，在该条件下电池8不能被正确地充电和放电。在这样的情况下，执行根据本发明的方法从而加热电池8，使得它的温度T8可以被提高，并且有希望超过温度阈值Ti。

如下地执行根据本发明的方法。假设货车被操作以用于给定的任务，对此能够确定任务的开始和任务的结束。在两个连续的任务之间的时期、即下文中的非任务时期是将车辆保留为不运行足够量的时间以使它的电池达到接近车辆外部的环境温度的温度的时期，而环境温度本身可能在此期间变化。非任务时期的最小持续时间可能会有很大的变化，特别是取决于在上一任务结束时的电池温度与环境温度之间的差异，取决于电池的热惯性，等等。非车辆任务的最小持续时间典型地是大约一个小时。因此，在任务期间，车辆的各种部件、并且特别是它的内燃机可能被停止和起动几次，但是每个非操作时期对于电池温度来说是过短的持续时间，以使得电池温度不能降低到给定阈值以下。对于长途货车，除了在非常冷的天气下，任务可以被认为是例如遍及驾驶员的整个工作日，包括驾驶员的短暂休息时期。对于运载车辆，任务可以被认为是遍及车辆从它离开基地到它返回该基地的整个行程。在任务期间，货车可以是运行的或非运行的，但是非操作周期不会持续过长以使得电池的温度降低到预定阈值以下。

在货车T的操作周期中，在任务期间，电池8通常被维持在荷电状态SOC或SOCTn下，其中荷电状态SOC在正常运行荷电状态目标周围变化，SOCTn可以例如等于电池8的标称容量的40%。正常荷电状态SOCTn在货车T的大部分操作周期中被维持。如上所述，正常荷电状态SOCTn可以取决于许多因素，包括可能在任务期间改变的因素，诸如车速或车重。

在任务期间，下一个任务开始时的温度T8被估算。这由适合于与电子控制单元10通过电子信号S12通信的电子估算设备12完成。在实施例中，估算设备12可以包括适合于接收天气相关信息的部件，并且预报涉及货车T在它的任务结束时将会位于的位置。估算设备12还可以基于历史数据而接收涉及与季节和时间相关的地理温度的统计数据。基于该信息，估算设备12估算电池8在下一个任务开始时的温度，并且将该温度信息发送至电子控制单元10。优选地，温度估算应该考虑可能影响电池温度的其他要素，诸如车辆通常被停靠在掩蔽地方的事实。

如果估算设备12预报低于阈值温度Ti的温度，则电池8必须在下一个任务开始时被加热。阈值温度Ti可以例如取决于电池的类型而变化，并且例如对于锂离子电池可以被设定在5°C和15°C之间。

作为怎样确定货车T接近其任务的结尾存在若干可能性。作为第一例子，货车可以装备有适合于地理地定位货车T的电子设备14，例如包括可以被耦合至导航系统的卫星定位系统，用于对应任务的货车的路程或者仅仅其任务的最终目的地已经被输入到该导航系统中。通过该地理定位，设备14能够确定货车T是否接近其目的地。在一些应用中，货车总是在任务结束时回到预定的位置，电子设备14足以检测货车T是否接近其通常停靠位置或车库。

电子设备14还能够测量货车T在任务期间已经途经的距离量。电子设备14能够适合于将该距离与由货车T在先前的任务中途经的平均距离相比较，并且大概地确定货车T的任务是否即将结束。

任务的即将来临的结尾也能够例如由驾驶员在操作周期实际结束之前的给定时刻处通过触发专用设备而告知。这样的设备例如可以是货车T的车舱中的仪表板上的按钮，要求驾驶员例如在任务结束之前15分钟时触发该按钮。

在一些应用中，任务能够被认为是一天的工作，使得可以认为任务即将在一天的某个时刻结束并且新的任务将会在次日开始。

优选地，任务的结尾的估算将包括结合几个判断标准以增强预报的可靠性。除了上述参数以外的其它参数可以包括从任务开始起经过的时间、关于由车辆搭载的货物或乘客的信息、等等。

在本发明的实施例中，如果任务结束即将发生，则电子设备14可以被编程以将电子信号S14发送至电子控制单元10。一旦电子控制单元10接收该信号，电池8的充电过程在时刻t1由电子控制单元10启动。值得一提的是，电子控制单元10和14的角色可以在包括多于两个物理单元的几个物理单元之间被拆分，或者可以被结合在一个单独的物理电子控制单元中。

为了对电池8再充电，电子控制单元10可以设定改进的荷电状态目标SOCTsup。为了防止可能引起货车T的一些电动设备缺少电能的在货车操作过程中的突变，电池8的充电优选地通过将荷电状态目标SOCT从正常水平SOCTn逐渐增大至改进水平SOCTsup而以渐进的方式完成。这由图3中的渐增的线性曲线示例。Soc目标增大可以通过几个步骤完成。电池8的该充电的目标是为了将电池的荷电状态从在SOCTn周围变化的水平增大至在更高的荷电状态目标SOCTsup周围变化的更高水平，该更高水平可以被包括在电池8的标称容量的65%和70%之间。荷电状态目标SOCTsup的水平可以基于许多参数而设定，例如包括由估算设备12进行的温度估算S12。它也可以是预定值。目标SOCTsup的水平优选地被设定为存储足够的能量以允许电池8在下一个任务开始时放电，导致足够的温度增加。

为了对电池8充电，可以由电子控制单元10选择其一地或结合地实施几个策略。例如，一个策略包括增大由内燃机2传递至动力传动系统6的扭矩与由电机4传递至动力传动系统6的扭矩之间的比率。由电机4传递至动力传动系统6的扭矩被减小从而使得从电池8回收更少的能量。根据另一个策略，能够使用由内燃机2传递的扭矩的一部分，通过由电机4将该扭矩转换成电能并将其存储到电池8中，能够对电池8充电。

在货车T的非任务周期中，这例如可以是在夜晚，温度T8可能降低至低于阈值温度Ti的低温T0。在货车T在非常冷的区域中运行的情况下，温度T8能够例如达到-20°C，在该温度下电池8的运行不是有效的。当货车T被启动时，电池8的荷电状态目标可以被设定至低水平SOCTinf，其优选地低于正常运行荷电状态目标，例如被包括在电池8的标称容量的30%和35%之间。低水平目标SOCTinf被设定从而促进电池8的深度放电，从而引起电池8的温度增大。术语“深度”和“深度地”表示该放电以优选地接近电池在瞬时运行条件下的最大可能放电率的放电率被促进的事实。例如，电子控制单元能够控制车辆使得如果可能的话放电率大于可用放电率的80%。应该理解在这里假设电池处于它的可用放电率、即它能够释放的功率与它的最大放电率或释放电动率的标称能力相比较被降低的状态下。实际上，车辆将被控制为使得它的牵引需求被传递至能够由电机4实现的最大程度。此外，由电池8供电的车载电力装备可以被运行以促进电池的快速放电。相反地，如果在该初始加热阶段，车辆需要被减速，则电机将被控制为将最大可能功率传递至电池，从而使得由电机传递车辆的最大制动功率。

如上所述，为了满足该低目标SOCTinf，一个控制策略可以包括降低分别由内燃机2和电机4传递至动力传动系统6的扭矩之间的比率。这意味着相对于机械能，更大比例的电能被提供给动力传动系统6以移动货车T。这引起电池8的荷电状态的深度降低，并且通过由于电池的内阻造成的焦耳效应而引起温度增大。

温度T8优选地在电池8的放电期间被连续地测量或估算。一旦电池在时刻t2达到荷电状态低目标SOCTinf，则目标例如被维持在低目标SOCTinf直至温度T8在时刻t3超过第一阈值Ti。

在时刻t3，荷电状态目标可以优选地逐渐地被增大至正常运行荷电状态目标SOCTn。在时刻t4，一旦电池8已经达到与电池8的最佳运行温度相对应的第二阈值Tsup，荷电状态目标回到正常值SOCTn。然后货车T的运行照常进行。

本领域技术人员将会看出根据本发明的方法能够被完全地实施在装备有执行所有上述步骤的装置的车辆上。另一方面，该方法也能够以该方法的至少一些步骤被车辆外部的系统执行的部分车外方式被实施。在这样的情况下，信息可以优选地通过现有技术中已知的无线远程通信装置而在外部系统和车辆之间被交换。作为例子，估算下一个任务开始时的温度的步骤可以由外部提供者执行，并且信息可能基于专用要求而例如通过经由GPRS电信系统操作车辆的公司的后台系统而被发送至车辆。相似地，确定车辆的任务结尾可以由这样的后台系统执行。

Claims (17)

1.用于控制混合动力汽车（T）的方法，所述混合动力汽车（T）装备有内燃机（2）和连接至能量存储系统（8）的电机（4），所述内燃机（2）和所述电机（4）中的每一个都适合于向车辆（T）的动力传动系统（6）传递扭矩，其中，所述方法包括至少下列步骤：

a）在车辆（T）的任务期间，估算在所述车辆（T）的下一个任务开始时所述能量存储系统（8）的温度（T8）；

b）如果在步骤a）估算的所述温度（S12）低于阈值（Ti），则在所述车辆（T）的当前任务结束之前，基于在步骤a）估算的所述温度（S12）对所述能量存储系统（8）再充电；

c）如果所述能量存储系统（8）在步骤b）已经被再充电，则在所述车辆（T）的下一个操作周期开始时，对所述能量存储系统（8）深度地放电。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果在步骤a）估算的所述温度（S12）低于阈值（Ti），则所述能量存储系统（8）在步骤b）以比在步骤a）估算的所述温度高于所述阈值（Ti）时所使用的正常运行荷电状态（SOCTn）高的荷电状态目标（SOCTsup）被再充电。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在步骤c），所述能量存储系统（8）通过降低由所述内燃机（2）传递至所述动力传动系统（6）的扭矩与由所述电机（4）传递至所述动力传动系统（6）的扭矩之间的比率而被放电。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在步骤c）之后进一步包括下列步骤：

d）测量或估算所述能量存储系统（8）的所述温度（T8）；

e）如果在步骤d）测量或估算的所述温度（T8）高于阈值温度值（Tsup），则将所述能量存储系统（8）的荷电状态目标（SOCT）调整至正常值（SOCTn）。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在步骤b），通过增大所述能量存储系统（8）的荷电状态目标（SOCT）而执行所述能量存储系统（8）的再充电。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在步骤b），由所述内燃机（2）传递的给定量的扭矩被所述电机（4）转换成电能并存储在所述能量存储系统（8）中。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在步骤a），基于天气预报数据来进行所述估算。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在步骤a），基于天气统计数据来进行所述估算。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在步骤b）之前进一步包括下列步骤：

f）确定所述车辆（T）的所述任务是否即将结束。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，在步骤f），通过关于预定路程地理地定位所述车辆（T）来进行所述确定。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，在步骤f），通过将在所述当前任务期间被所述车辆（T）途经的距离与在所述车辆的任务期间所途经的平均距离相比较来进行所述确定。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，在步骤f），通过由所述车辆（T）的驾驶员触发的设备来进行所述确定。

13.混合动力汽车（T），所述混合动力汽车（T）装备有内燃机（2）和连接至能量存储系统（8）的电机（4），所述内燃机（2）和所述电机（4）中的每一个都适合于向车辆（T）的动力传动系统（6）传递扭矩，其中，所述车辆包括：在车辆的任务期间估算在所述车辆（T）的下一个任务开始时所述能量存储系统（8）的温度（T8）的装置（12）；如果所述估算的温度低于阈值（Ti），则在所述车辆（T）的当前任务结束之前，基于温度估算对所述能量存储系统（8）充电的装置（10）；以及在所述车辆（T）的下一个任务开始时对所述能量存储系统（8）深度地放电的装置（10）。

14.根据权利要求13所述的混合动力汽车，其中，所述混合动力汽车包括适合于控制所述能量存储系统（8）的荷电状态目标（SOCT）的电子控制单元（10）。

15.根据权利要求14所述的混合动力汽车，其中，所述电子控制单元（10）适合于控制由所述内燃机（2）传递至所述动力传动系统（6）的扭矩与由所述电机（4）传递至所述动力传动系统（6）的扭矩之间的比率。

16.根据权利要求13至15中的任一项所述的混合动力汽车，其中，所述混合动力汽车包括适合于测量所述能量存储系统（8）的所述温度（T8）的温度传感器（82）。

17.根据权利要求13至16中的任一项所述的混合动力汽车，其中，所述混合动力汽车包括确定所述车辆（T）的所述任务是否即将结束的装置（14）。

Images