CN103832287A - 用于控制混合动力车充电和放电的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制混合动力车充电和放电的方法和系统，其可在根据电池的充电状态（SOC）来操作集成起动发电机（ISG）时，消耗混合动力车在滑行时由电动机通过再生制动收集的再生电力。上述用于控制混合动力车充电和放电的方法，其中该混合动力车包括由电池电力操作的电动机和被配置成起动发动机或者利用发动机的扭矩产生电力的ISG，该方法包括：在混合动力车滑行时，将混合动力车的运行模式转换成再生制动模式；控制电动机从而在再生制动模式中产生电力；确定电池的SOC是否为充电限制状态；以及在电池的SOC为充电限制状态时，利用电动机产生的电力来操作ISG。

Description

用于控制混合动力车充电和放电的方法和系统
技术领域
本发明总地来说涉及一种用于控制混合动力车充电和放电的方法和系统，更具体涉及这样一种用于控制混合动力车充电和放电的方法和系统，该混合动力车在根据电池的充电状态（SOC）操作集成起动发电机（ISG）时，可消耗由电动机在混合动力车滑行期间通过再生制动收集的再生电力。
背景技术
混合动力车通过利用内燃机的功率和电池的功率工作。特别地，混合动力车被设计成有效地结合和使用内燃机和电动机的功率。例如，如图1所示，混合动力车包括：发动机10、电动机20、控制发动机10和电动机20之间功率连接的发动机离合器30、传动装置40、差速齿轮单元50、电池60、启动发动机10或通过发动机10的输出产生电力的集成起动发电机（ISG）70、以及车轮80。
如进一步所示，混合动力车包括：用于控制混合动力车整体操作的混合动力控制单元（HCU）200、用于控制发动机10的操作的发动机控制单元（ECU）110、用于控制电动机20的操作的电动机控制单元（MCU）120、用于控制传动装置40的操作的传动控制单元（TCU）140、以及用于管理和控制电池60的电池控制单元（BCU）160。BCU160也可以被称为电池管理系统（BMS）。ISG70也可以被称为起动/发电电动机或混合起动-发电机（HSG）。
混合电动车可以行驶模式运行，如仅使用电动机20的功率的纯电动车模式的电动车（EV）模式、使用发动机10的扭矩作为主功率和电动机20扭矩作为辅助功率的混合电动车（HEV）模式、以及在刹车或车辆以惯性运行时通过电动机20的发电收集制动和惯性能以便对电池60充电的再生制动（RB）模式。在再生制动RB模式中，混合动力车的电动机20通常用作发电机以便收集惯性能。通过混合动力车的惯性能行驶可称为滑行。
如图2所示，通过在滑行时为电动机设置负扭矩，惯性能可被收集作为再生电力。当电动机作为发电机工作时，再生电力通常为混合动力车的电池充电。然而，当电池处于充满电状态时，充电受到限制，或处于温度过高的状态时，电动机20的再生电力不能对电池进行充电。
在滑行过程中，当电池处于充满电状态时，现有技术中已知的常规方法执行燃油切断控制，而不是再生制动，以便利用发动机的摩擦扭矩（负扭矩），如图3所示。因为在燃料切断时发动机的扭矩通过发动机离合器被传输到轴，因此可以实现由电动机与再生制动过程相同的驾驶性能。然而，不能改变摩擦扭矩，当变速器的变速齿轮改变时，驾驶性能可能会迅速恶化。
另外，在现有技术中已知的另一传统方法中，在滑行过程中，当电池处于充满电状态时，通过再生制动产生的电动机的再生电力被空调机或加热器90消耗。然而，由于空调机或加热器的非预期的操作，混合动力车中的温度可能会发生改变。
技术背景中公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可含有不构成我国普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于提供一种用于控制混合动力车充电和放电的方法和系统，其能够在根据电池的充电状态（SOC）来操作集成起动发电机（integrated starter-generator,ISG）时，通过消耗在滑行过程中由电动机通过再生制动收集的再生电力，来保护电池并改善驾驶性能。
本发明的示例性实施例提供一种控制混合动力车充电和放电的方法，其中，该混合动力车包括由电池电力操作的电动机和被配置成起动发动机或者利用发动机的扭矩产生电力的集成起动发电机（ISG），该方法包括：在混合动力车滑行时，将混合动力车的运行模式转换成再生制动模式；控制电动机从而在再生制动模式中产生电力；确定电池的充电状态（SOC）是否为充电限制状态；以及在电池的SOC为充电限制状态时，通过控制单元利用电动机产生的电力来操作ISG。
该方法还包括：在电池的SOC不处于充电限制状态时，通过控制单元利用由电动机产生的电力对电池进行充电，直到达到充电限制状态，然后在电池的SOC处于充电限制状态时，利用通过电动机产生的电力操作ISG。利用由电动机产生的电力来操作ISG的步骤，包括：基于发动机的速度以及与发动机的操作相关的预定摩擦扭矩图（friction torque）来设定ISG的速度。
本发明的另一个示例性实施方式提供一种用于控制混合动力车充电和放电的系统，该系统包括：电动机，被配置成利用电池的电力来工作；集成起动发电机（ISG），被配置成起动发动机或者通过发动机的扭矩产生电力；发动机离合器，被配置成控制发动机与电动机之间的动力传输；以及控制单元，被配置成在混合动力车滑行且电池处于充电限制状态时，利用电动机在再生制动模式中产生的电力操作ISG。
该控制单元包括：滑行确定单元，其被配置成基于根据加速踏板和制动踏板的操纵而产生的信号，确定混合动力车是否处于滑行状态；再生制动模式转换单元，其被配置成在混合动力车处于滑行状态时，将运行模式转换成再生制动模式；充电状态（SOC）确定单元，其被配置成确定电池的SOC；ISG速度控制单元，其被配置成基于发动机的速度和与发动机的操作相关的预定摩擦扭矩图来控制ISG的速度；以及充电/放电控制单元，其被配置成在混合动力车处于滑行时，基于来自滑行确定单元、再生制动模式转换单元、SOC确定单元、以及ISG速度控制单元的信号来控制充电和放电。
如上所述，根据本发明的示例性实施例，可以通过在根据电池的SOC来操作ISG时，通过消耗在滑行中由电动机通过再生制动收集的再生电力，来保护电池并改善驾驶性能。
附图说明
通过以下的详细说明，并结合附图，本发明的前述和其他目的、特征、方面和优点将更加显而易见，其中：
图1是示出典型混合动力车结构的示例性方框图；
图2是示出与混合动力车的滑行扭矩相对应的电动机负扭矩的示例性曲线图；
图3是示出与混合动力车的滑行扭矩相对应的发动机的负转矩的示例性曲线图；
图4是根据现有技术已知的常规系统的用于控制混合动力车在滑行时的充电和放电的系统的示例性配置图；
图5是根据本发明示例性实施例的用于控制混合动力车在滑行时的充电和放电的系统的示例性配置图；
图6是根据本发明的示例性实施例的示例性方框图，其详细示出图5所示的充电/放电控制单元；
图7是根据本发明的示例性实施例的示例性流程图，其示出用于控制混合动力车在滑行时的充电和放电的方法。
所有附图中标识号表示相同或等效部件。但应当理解，附图不必按比例绘制，而是提供说明本发明基本原理的各种优选特征的简化表示。本发明的具体设计特征包括，例如，具体的尺寸，取向，位置和形状，都部分由特定的应用和使用环境确定。
附图标记说明
10：发动机        20：电动机
30：发动机离合器  60：电池
70：集成起动发电机（ISG）
300：控制单元
320：滑行确定单元
330：再生制动模式转换单元
340：SOC确定单元
350：ISG速度控制单元。
具体实施方式
下面参照附图更完整地描述本发明的内容，附图中示出本发明的示例性实施例。如本领域技术人员将认识到的那样，所描述的实施例可以以不同的方式修改，所有这些都不脱离本发明的精神或保护范围。
本文所使用的术语仅仅是为了描述特定实施例，且不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一”、“一个”、“该”也旨在包括复数形式。应该进一步地理解，术语“包含”当用于本说明书时，指定存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件，和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他的特征、整体、步骤、操作、元件、组件，和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关列出的术语中的一个或多个术语的任何和全部组合。
应该理解本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似的术语一般是说明机动车辆例如客运汽车包括运动型多功能车（SUV）、公共汽车、卡车、各种商用车辆，船舶包括各种轮船和船只，飞机，等等，并包括混合驱动车辆、电动车辆、燃烧、插电式混合动力车、氢动力车辆以及其他的选择性燃料车辆（例如，源自除石油以外的能源的燃料）。
此外，应该理解，下面的方法是由至少一个控制单元中执行的。术语“控制单元”指硬件设备，其包括存储器和处理器。存储器经配置存储程序指令，且处理器经特别配置执行所述程序指令从而执行一个或多个下面进一步说明的过程。
本发明的不同控制单元可实施为在包含由处理器、控制器等等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非短暂性计算机可读介质。计算机可短介质的示例包括，但不局限于，ROM、RAM、压缩盘（CD）-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡以及光学数据存储设备。还可将计算机可读记录介质分布在与计算机系统连接的网络中，使得计算机可读介质以分布式方式存储和执行，例如，通过远程信息处理服务器或控制器区域网络（CAN）。
图1是典型混合动力车的示意图，其示出可应用根据本发明示例性实施例的用于在滑行时控制充电和放电的系统。如图1所示，混合动力车通常包括：发动机10、电动机20、发动机离合器30、变速器40、差动齿轮单元50、电池60、以及集成起动发电机70。发动机离合器30控制发动机10与电动机20之间的动力传输，集成起动发电机70启动发动机10或者通过发动机10的输出来产生电力。
可应用根据本发明示例性实施例的用于在滑行时控制充电和放电的系统的混合动力车，还可包括混合动力控制单元（HCU）200，其被配置成控制混合动力车的整体操作；发动机控制单元（ECU）110，其被配置成控制发动机10的操作；电动机控制单元（MCU）120，其被配置成控制电动机20的操作；传动控制单元（TCU）140，其被配置成控制传动装置40的操作；以及电池控制单元（BCU）160，其被配置成管理和控制电池60。
图5是根据本发明示例性实施例的用于控制混合动力车在滑行时的充电和放电的系统的示例性配置图。在操作上，该系统消耗在根据电池的SOC来操作ISG时，由电动机通过混合动力车在滑行时的再生制动收集的再生电力。
如图所示，该系统可以包括电动机20、集成起动发电机（ISG）70、发动机离合器30、和控制单元300。电动机20利用电池60的电力工作，ISG70启动发动机10或者通过发动机10的扭矩产生电力，且发动机离合器30控制发动机10和电动机20之间的连接。控制单元300控制ISG70，以使ISG70在混合动力车滑行且电池60的SOC处于充电限制状态时，根据电池的SOC，由电动机20在再生制动模式下产生的电力工作。发动机10、电动机20、发动机离合器30、电池60、和集成起动发电机70都是通常包含在混合动力车中的组件，因此在本说明书中省略对它们的详细描述。
控制单元300可以由包括一系列命令的程序操作的一个或多个处理器或微处理器和/或硬件组成，这些命令用于执行根据本发明示例性实施例的用于控制混合动力车在滑行时的充电和放电的方法，这将在下面描述。在本发明的示例性实施例中，控制单元300可包括被配置成控制发动机10的操作的发动机控制单元（ECU）、被配置成控制电动机20的操作的电动机控制单元（MCU）、被配置成管理和控制电池60的电池控制单元（BCU）、以及被配置成控制包括ISG70的操作的混合电动车的整体操作的混合控制单元（HCU）。
在下面说明的根据本发明示例性实施例的用于控制混合动力车滑行时的充电和放电方法中，某些处理可以由ECU执行，其他处理可以由MCU执行，还有一些处理可以由BCU或HCU执行。然而，应该理解，本发明的保护范围并不限于所描述的示例性实施例。控制单元可以以本发明的示例性实施例描述的不同组合方式来实施。因此，ECU、MCU、BCU、和HCU可执行本发明示例性实施例所述的不同处理的组合。
如图6所示，控制单元300可以由具体的构成元件构成。图6中所示的具体的构成元件可配置有实施为硬件和/或软件的一个或多个模块。硬件可包括电气/电子元件和/或微处理器和/或微型计算机等。
如图所示，控制单元300可包括：滑行确定单元320、再生制动模式转换单元330、SOC确定单元340、ISG速度控制单元350、和充电/放电控制单元310。滑行确定单元320基于根据加速踏板和制动踏板操纵而产生的信号，来确定混合动力车是否处于滑行状态。再生制动模式转换单元330在混合动力车处于滑行状态下转换为再生制动模式。SOC确定单元340确定电池60的SOC，且ISG速度控制单元350基于与发动机10的操作相关的发动机10的速度和预定的摩擦扭矩图，控制ISG的速度。充电/放电控制单元310在混合动力车滑行时，基于来自滑行确定单元320、再生制动模式转换单元330、SOC确定单元340、以及ISG速度控制单元350的信号来控制充电和放电。
在本发明的示例性实施例中，例如，滑行确定单元320可确定何时加速踏板和制动踏板都不被驾驶员操纵，从而得出结论，车辆处于滑行，但应该理解的是，本发明并不局限于此。如果混合动力车基本上靠惯性运行，则本发明的技术精神适用于此。
下面参考附图，详细描述根据本发明示例性实施例的控制混合动力车在滑行时的充电和放电的方法。
在这点上，图7是根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车在滑行时的充电和放电方法的示例性流程图。如图7所示，控制单元300的滑行确定单元320确定混合动力车是否处于滑行状态（S110）。滑行，例如可以是加速踏板和制动踏板都未被驾驶员操纵的时候。当加速踏板和制动踏板都未被驾驶员操纵时，可能不会产生根据加速踏板和制动踏板操纵的信号。在步骤S110中，当混合动力车处于滑行状态时，控制单元300的再生制动模式转换单元330将运行模式转换成再生制动模式（S120）。
在转换成再生制动模式之后，控制单元300可控制发动机离合器30使其处于断开状态，因此可适当地执行再生制动。在步骤S130中，在转换成再生制动模式之后，电动机20开始根据再生制动模式发电（S130）。
随后，控制单元300在利用电动机产生的电力对电池60充电之前，确定电池60的SOC是否处于充电限制状态（S140）。充电限制状态，例如，可以是当电池60的SOC为90％或以上时。一般地，100％的SOC是指电池完全充电，0％的SOC是指电池完全放电。确定电池60的SOC是否为充电限制状态的步骤取决于这样的处理，其中，BCU160根据相关现有技术确定电池的SOC是否为充电限制状态。
在步骤S140中，当电池60的SOC不处于限制电池60充电的状态时，控制单元300利用电动机20产生的电力为电池60充电（S150）。当控制单元300利用电动机20产生的电力为电池60充电时，控制单元300连续监测，并确定电池60的SOC是否达到充电限制状态。
当电池60的SOC已经达到充电限制状态时，控制单元300的充电/放电控制单元310利用电动机20产生的电力工作并控制ISG70，因此电动机20产生的电力在ISG70中被消耗（S160）。当充电/放电控制单元310操作和控制ISG70时，控制单元300的ISG速度控制单元350控制ISG70的速度和/或扭矩，使得由电动机20产生的电力可以完全消耗在ISG70中。
ISG速度控制单元350可以基于存储在ECU110中的发动机10的速度和预定的摩擦扭矩图来控制ISG70的速度。例如，当电池60的SOC处于充电限制状态，且电动机20产生的电力为5kW时，ISG速度控制单元350控制ISG70的速度，使得5kW完全消耗在ISG70中。
因此，根据本发明示例性实施例的方法可以在根据电池的SOC来操作ISG时，消耗由电动机在滑行时通过再生制动收集的再生电力。
虽然已经结合当前被认为是示例性实施例的内容对本发明进行了说明，然而应该理解的是，本发明并不局限于所公开的内容，而是相反地，本发明是为了涵盖包括在本发明权利要求所限定的精神和保护范围内的不同修改和等效结构。

Claims (11)

1.一种控制混合动力车充电和放电的方法，其中所述混合动力车包括由电池电力操作的电动机和被配置成起动发动机或者利用发动机的扭矩产生电力的集成起动发电机（ISG），所述方法包括：
在所述混合动力车滑行时，通过控制单元将所述混合动力车的运行模式转换成再生制动模式；
通过所述控制单元控制所述电动机从而在所述再生制动模式中产生电力；
通过所述控制单元确定电池的充电状态（SOC）是否为充电限制状态；以及
在所述电池的SOC为充电限制状态时，通过所述控制单元利用所述电动机产生的电力来操作所述ISG。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
在所述电池的SOC不处于充电限制状态时，通过所述控制单元利用由所述电动机产生的电力对所述电池进行充电，直到达到充电限制状态，然后在所述电池的SOC处于充电限制状态时，利用通过所述电动机产生的电力操作所述ISG。
3.如权利要求2所述的方法，其中利用由所述电动机产生的电力来操作所述ISG的步骤，包括：基于所述发动机的速度以及与所述发动机的操作相关的预定摩擦扭矩图来设定所述ISG的速度。
4.如权利要求2所述的方法，其中在操作所述ISG时，被配置成控制所述发动机与所述电动机之间的动力传输的发动机离合器处于断开状态。
5.一种控制混合动力车充电和放电的方法，其中所述混合动力车包括由电池电力操作的电动机和被配置成起动发动机或者利用发动机扭矩产生电力的集成起动发电机（ISG），所述方法包括：
在所述混合动力车滑行时，通过控制单元将所述混合动力车的运行模式转换成再生制动模式；
通过所述控制单元控制所述电动机在所述再生制动模式中产生电力；以及
通过所述控制单元利用通过所述电动机产生的电力来操作所述ISG。
6.一种用于控制混合动力车充电和放电的系统，所述系统包括：
电动机，被配置成利用电池的电力来工作；
集成起动发电机（ISG），被配置成起动发动机或者通过所述发动机的扭矩产生电力；
发动机离合器，被配置成控制所述发动机与所述电动机之间的动力传输；以及
控制单元，被配置成在所述混合动力车滑行且所述电池处于充电限制状态时，利用所述电动机在再生制动模式中产生的电力操作所述ISG。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述控制单元包括：
滑行确定单元，其被配置成基于根据加速踏板和制动踏板的操纵而产生的信号，确定所述混合动力车是否处于滑行状态；
再生制动模式转换单元，其被配置成在所述混合动力车处于滑行状态时，将运行模式转换成再生制动模式；
充电状态（SOC）确定单元，其被配置成确定所述电池的SOC；
ISG速度控制单元，其被配置成基于所述发动机的速度和与所述发动机的操作相关的预定摩擦扭矩图来控制所述ISG的速度；以及
充电/放电控制单元，其被配置成在所述混合动力车处于滑行时，基于来自所述滑行确定单元、所述再生制动模式转换单元、所述SOC确定单元、以及所述ISG速度控制单元的信号来控制充电和放电。
8.一种非短暂计算机可读介质，包含用于控制混合动力车充电和放电的程序指令，其中所述混合动力车包括由电池电力操作的电动机和被配置成起动发动机或者利用发动机的扭矩产生电力的集成起动发电机（ISG），所述计算机可读介质包括：
在所述混合动力车滑行时将所述混合动力车的运行模式转换成再生制动模式的程序指令；
控制所述电动机在所述再生制动模式中产生电力的程序指令；
确定所述电池的充电状态（SOC）是否处于充电限制状态的程序指令；以及
在所述电池的SOC处于充电限制状态时利用通过所述电动机产生的电力操作所述ISG的程序指令。
9.如权利要求8所述的计算机可读介质，还包括：
在所述电池的SOC不处于充电限制状态时，利用通过所述电动机产生的电力对所述电池进行充电，直到达到充电限制状态，然后在所述电池的SOC处于充电限制状态时，利用通过所述电动机产生的电力操作所述ISG的程序指令。
10.如权利要求9所述的计算机可读介质，其中利用所述电动机产生的电力操作所述ISG的程序指令包括：基于所述发动机的速度和与所述发动机的操作相关的预定摩擦扭矩图来设定所述ISG的速度的程序指令。
11.如权利要求9所述的计算机可读介质，其中当操作所述ISG时，被配置成控制所述发动机和所述电动机之间的动力传输的发动机离合器处于断开状态。
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