CN104768791A - 用于微及轻度电动车辆的能量管理的优化模糊逻辑控制器 - Google Patents

Abstract

一种车辆的储能系统包括储能装置、联接于储能装置的调节装置、用于感测储能装置和/或其部件上的电流水平、电压水平、温度水平和/或压力水平的一个或多个感测装置以及配置成采用模糊逻辑方法动态地确定流入/流出储能装置的电力的控制单元。调节装置配置成调节储能装置的电压水平、电流水平及任何附加状态参数中的至少一者。

Description

用于微及轻度电动车辆的能量管理的优化模糊逻辑控制器

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2012年8月31日提交的第61/695,873号美国临时专利申请以及2013年3月15日提交的第61/800,241号美国临时专利申请的优先权，上述申请的内容以全文引用的方式并入本文。

背景技术

除本文另有说明外，本部分中所描述的内容并非相对于本申请中的权利要求的现有技术，并且并非由于包括在本部分中而就承认其是现有技术。

使用一个或多个电池系统支持推进、起动停止和/或再生制动功能的车辆可以被称为xEV，其中术语“xEV”在本文中定义为包括所有下述的电动车辆或者其任意变型或组合。

“起动-停止车辆”被定义为是这样的车辆，其可在车辆停止时停用燃烧发动机，并利用电池(储能)系统继续给车辆上的车载电消费产品(包括娱乐系统、导航装置、车灯或其它电子设备)供电，以及当期望推进时重新起动发动机。缺少制动再生或电力推进将“起动-停止车辆”与其它形式的xEV区别开来。

本领域技术人员将会理解到，混合动力电动车辆(HEV)将内燃机(ICE)推进系统和电池供电的电力推进系统(如48伏、130伏或300伏系统)相结合。术语HEV可包括混合动力电动车辆的任何变型，其中包括了诸如制动再生、电力推进和停止-起动之类的特征。

一种特定类型的xEV是微混合动力车辆(“mHEV”或“微HEV”)。微HEV车辆通常在限定于60V以下的低电压下运转。微HEV车辆通常提供起动停止，并且因其采用制动再生而将其本身与“起动-停止车辆”区别开来。制动再生功率可通常从2kW到峰值的12kW不等，虽然也会有其它的值。微HEV车辆也能对车辆提供一定程度的电力推进。即使可用的话，推进的量通常不足以对车辆提供充分的动力。

全混合动力系统(FHEV)和轻度混合动力系统(轻度HEV)可对使用一个或多个电动马达、仅使用ICE或同时使用这两者的车辆提供动力及其它电力。FHEV通常是高电压的(＞60V)，并且电压一般在200V与400V之间。轻度HEV通常在60V与200V之间运转。根据车辆的大小情况，轻度HEV可提供10-20kW之间的制动再生或推进，而FHEV提供的是15-100kW。轻度HEV系统还可以在加速期间应用一定程度的电力辅助(例如)以补充ICE，而FHEV常常可使用电动马达作为短时段的唯一推进源，并且一般地使用电动马达作为比轻度HEV所使用的更为有效的推进源。

此外，插电式电动车辆(PEV)是任何这样的车辆，其可由外部电力源(如壁插座)进行充电，并且储存在可再充电电池组中的能量驱动或有助于驱动车轮。PEV是xEV的子类，其包括全电动或电池电动车辆(BEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)以及混合动力电动车辆和常规ICE车辆的电动车辆转换形式。BEV完全由电力驱动，并且没有内燃机。PHEV具有内燃机和电动力源，且电动力能够提供所有或几乎所有的车辆推进需求。PHEV可利用纯电动模式(“EV模式”)、纯内燃模式及混合动力模式中的一种或多种。

与仅使用ICE和传统的电系统(通常为由铅酸电池供电的12伏系统)的更传统的以气体为动力的车辆相比，如上的xEV可提供许多优点。例如，与传统的车辆相比，xEV可产生较少的不利排放产物，并且可显示出较大的燃料效率，并且在一些情况下，这类xEV可完全不用使用汽油，如在某些类型的BEV的情况下。

随着xEV技术的不断发展，有必要提供用于这类车辆的改进型电源(例如，电池系统或模块)。例如，期望能延长这类车辆在无需对电池进行再充电的情况下所能行驶的距离。此外，还可能期望提高这类电池的性能并降低与电池系统相关的成本。

已发现常规的xEV在功能上受限于它们的电能系统，电能系统对它们的电动马达/发电机及车辆附属设备供电。通常地，电动马达由需要储存适于高功率放电以及适于通过各种驱动条件产生的电力需求的能量的能量源供电。

如上面所讨论的那样，除了环保意识之外，需要提高燃料经济性、增加电负荷以及更好地进行能量管理已经推动了大的OEM考虑其车辆中的附加燃料经济性特征，包括起动-停止、制动调节及电力推进(“助推”)。起动停止功能可减少停止期间的燃料消耗，而制动能量回收提供在无需附加燃料的情况下给电池再充电的能力。助推允许通过使用电能来部分地推动车辆而节省燃料，减少了燃烧发动机中的负荷。

由包括ICE、能量再生装置和一个或多个电池的系统获得高水平的燃料经济性需要在这些装置之间进行协调。因此，期望采用配置成最大程度地利用车载储能系统并提高车辆燃料经济性的能量管理策略。

发明内容

本文公开了用于微及轻度混合动力电动车辆中的能量管理的优化模糊逻辑控制器。

在一方面，车辆的储能系统的实施方案包括储能装置、联接于储能装置的调节装置、用于感测储能装置和/或其部件上的电流水平、电压水平、温度水平和/或压力水平的一个或多个感测装置以及配置成采用模糊逻辑方法动态地确定流入/流出储能装置的电力的控制单元。调节装置配置成调节储能装置的电压水平、电流水平及任何附加的状态参数中的至少一者。

在另一方面，微混合动力车辆包括用于确定微混合动力车辆的运转模式并产生对应于运转模式的控制信号的车辆控制单元、配置成接收控制信号的储能系统。储能系统包括：第一储能装置和第二储能装置；联接于第一储能装置和第二储能装置的调节装置，其中调节装置配置成调节第一储能装置和第二储能装置的电压水平、电流水平及任何附加的状态参数中的至少一者；用于感测到第一储能装置和第二储能装置和/或其部件中的至少一者的电流输入信号和电压输入信号的一个或多个感测装置；和配置成采用模糊逻辑方法基于当前车辆速度来动态地确定第一储能装置和第二储能装置中的每一者的目标荷电状态(SOC)的控制单元。

在又一方面，提供一种计算机执行的方法，用于控制混合动力车辆的储能系统的运转，储能系统具有车辆运转单元、控制单元和电压及电流调节器装置、第一储能装置和第二储能装置。方法包括确定混合动力车辆是否处于行驶模式并且当处于行驶模式时确定混合动力车辆的速度，基于混合动力车辆速度来确定第一储能装置和第二储能装置中的每一者的目标SOC，并且确定第一储能装置和第二储能装置中的每一者的当前SOC。方法进一步包括估计目标SOC与当前SOC之间的差异，并且采用模糊逻辑方法动态地确定可供再生、能量辅助和推进的电力量。

在适当的情况下参考附图，通过阅读以下具体实施方式，本领域的普通技术人员将显而易见这些以及其它方面、优点和替代方案。进一步地，应当理解的是，本节发明内容及本文件别处所提供的公开内容旨在仅通过举例而非限制的方式对实施方案进行讨论。

附图说明

参考附图阅读以下具体实施方式将会更好地理解本公开内容的这些及其它特征、方面和优点，其中在所有附图中同样的符号代表同样的部件，其中：

图1是根据本发明方法的实施方案的具有为车辆提供全部或一部分电力的电池系统的车辆(xEV)的立体图；

图2是根据本发明方法的实施方案的图1的xEV实施方案(形式为混合动力电动车辆(HEV))的剖切示意图；

图3是根据本发明方法的实施方案的图1的xEV的实施方案(形式为微混合动力电动车辆(微HEV))的剖切示意图；

图4是根据本发明方法的实施方案的图3的微HEV实施方案的示意图，示出了整个微HEV的电力分配；

图5是示出用于混合动力车辆的双储能系统的实施方案的示意方框图；

图6是示出以微HEV或轻度HEV进行的行驶循环的示例性实施方案的方框图；

图7是示出图5的双储能系统的控制逻辑单元的示例性实施方案的方框图；

图8是示出联接图5的双储能系统的各种部件/装置的通信线路的示意方框图；

图9是示出通过控制单元进行的采用模糊逻辑来控制混合动力车辆运转模式的方法的示例实施方案的流程图；

图10是示出执行微HEV或轻度HEV的不同运转模式的模糊逻辑管理的方法的示例实施方案的流程图；以及

图11是示出示例计算机程序产品的概念性局部视图的示意图。

具体实施方式

在以下具体实施方式中参考构成其一部分的附图。在图中，除上下文另有所指外，类似的符号通常标示类似的部件。具体实施方式、附图和权利要求书中描述的示例的实施方案并不意味着具有限制意义。在不偏离本文给出的主题内容的实质或范围的情况下可利用其它的实施方案以及可进行其它的变更。将容易理解的是，可以按多种不同的配置方式将本文中一般描述的以及附图中示出的本公开内容的各方面进行布置、替换、组合、分离及设计，本文中明确地设想了所有的这些方面。

如上面所讨论的那样，有若干种不同类型的xEV。虽然有些车辆制造商(如特斯拉)只生产xEV，并且因此可将车辆从头设计为xEV，但大多数车辆制造商主要生产传统的ICE。因此，当这些制造商中的一个还希望生产xEV时，其经常利用其传统车辆平台之一作为出发点。如可以理解的是，当最初已将车辆设计成使用由单一铅酸电池供电的传统电系统并仅利用ICE为动力时，将这种车辆转换成其HEV型式可能会带来许多包装问题。例如，FHEV不仅使用这些传统的部件，而且还必须增加一个或多个电动马达连同其它的相关部件。作为另一例子，微HEV也不仅使用这些传统的部件，而且还必须在车辆中设置较高电压的电池(例如，48V锂离子电池模块)以补充或更换12V铅酸电池连同其它的部件，如带式集成起动机-发电机，有时被称为带式交流发电起动机(BAS)，下文有进一步的详细描述。因此，如果可以将电池系统设计成减少这类包装问题，则将使传统车辆平台向xEV的转换成本更低并且更有效。如本文所用，BAS并不意在限于带驱动的交流发电起动机，也可以使用其它类型的装置。

本文描述的电池系统可用于对多种不同类型的xEV以及其它储能应用(例如，电网电力储存系统)提供电力。这类电池系统可包括一个或多个电池模块，每个电池模块具有许多电池单元(例如，锂离子电化学单元电池)，它们布置成提供适用于给例如xEV的一个或多个部件供电的特定电压和/或电流。本发明公开的实施方案包括能够提供不止一种电压的锂离子电池模块。特别是，某些公开的电池系统可提供例如用以给使用传统起动马达的燃烧发动机的点火装置供电和/或支持常规12V附属设备负荷的第一电压(例如，12V)，并且可提供例如用以给BAS供电和用以在燃烧发动机不运转时给一个或多个车辆附属设备供电的第二电压(例如，48V)，例如用在微混合动力系统中。实际上，在某些实施方案中，不仅单个电池系统可提供两种电压(例如，12V和48V)，而且其还可以由具有相当于传统铅酸12V电池的形状因子的包装来提供这两种电压，从而使包装及传统车辆到微HEV的转换更简单、成本更低并且更有效。

本发明实施方案还包括有利于提供所公开的具有所需形状因子(例如，对应于传统铅酸电池的尺寸)的电池模块及系统的物理电池模块特征、装配部件、制造及装配技术等等。进一步地，如下文详细阐述的那样，所公开的电池模块实施方案包括许多可用来在运转期间被动或主动地维持电池模块的一种或多种温度的传热装置(例如，散热器、液体冷却块、传热泡沫、相变材料(PCM)等等)。

考虑到上述内容，图1是根据本发明实施方案的具有电池系统20的汽车(例如，小汽车)形式的xEV 10的透视图，电池系统20为如上的车辆10提供全部或一部分的动力(例如，电力和/或动力)。虽然xEV 10可以是上述任何类型的xEV，但具体举例而言，xEV 10可以是包括配备微混合动力系统的ICE的微HEV，微混合动力系统包括起动-停止系统，起动-停止系统可利用电池系统(储能系统)20来给至少一个或多个附属设备(例如，AC、车灯、仪表盘等)供电以及在起动-停止循环期间给ICE的点火装置供电。

进一步地，虽然xEV 10在图1中所示为小汽车，但在其它实施方案中的车辆类型可以是不同的，所有这些都旨在属于本公开内容的范围之内。例如，xEV 10可以代表的车辆包括卡车、公交车、工业车辆、摩托车、休闲车辆、船或可受益于使用电力的任何其它类型的车辆。此外，虽然电池系统20在图1中所示为位于车辆的行李箱或后部，但根据其它实施方案，电池系统20的位置可有所不同。例如，可基于车辆内可利用的空间、车辆的所需重量平衡、与电池系统20一起使用的其它部件(例如，电池管理系统、排气孔或冷却装置等)的位置以及各种其它方面的考虑来选择电池系统20的位置。

图2示出图1的xEV 10的实施方案的剖切示意图，所提供的形式为具有包括一个或多个电池模块22的电池系统20的HEV。特别地，图2中所示的电池系统20是朝着车辆10的后部靠近燃料箱12设置的。在其它实施方案中，可以将电池系统20设置成紧邻燃料箱12、设置在车辆10后部的单独隔室(例如，行李箱)中或者设置在xEV 10中的别的合适位置处。进一步地，如图2中所示，针对当xEV 10利用汽油动力来推动车辆10的时候可以设置ICE 14。车辆10还包括电动马达16、电力分配装置17和作为驱动系统的一部分的发电机18。

图2中所示的xEV车辆10可单独由电池系统20、单独由燃烧发动机14或者由电池系统20和发动机14两者供电或驱动。应当指出的是，在本发明方法的其它实施方案中，可以利用其它类型的车辆及车辆驱动系统的配置，并且图2的示意图不应被视为限制本申请中描述的主题内容的范围。根据各种实施方案，电池系统20的尺寸、形状和位置、车辆的类型、xEV技术的类型以及电池化学(除了别的特征之外)可以不同于所示或描述的这些。

电池系统20通常可包括一个或多个电池模块22，其每个具有多个电池单元(例如，锂离子电化学单元电池)，这在下文有更详细的讨论。电池系统20可包括用于将多个电池模块22彼此连接和/或连接到车辆电系统的其它部件的功能元件或部件。例如，电池系统20可包括负责监测和控制一个或多个电池模块22的电性能及热性能的特征。

图3示出图1的xEV 10的另一实施方案的剖切示意图，所提供的形式为具有电池系统20的微HEV 10。如上面所讨论的那样，供微HEV 10的微混合动力系统使用的电池系统20可包括单个电池，其提供第一电压(例如12V)和第二电压(例如48V)并且基本上尺寸与用在传统ICE中的传统12V铅酸电池相当。因此，可以将这种电池系统20放入微HEV 10中本来是要在向微HEV转换之前安放传统电池的位置。例如，如图3中所示，微HEV 10可包括位置设置类似于典型燃烧发动机车辆的铅酸电池(例如，在车辆10的发动机罩下面)的电池系统20A。进一步举例而言，在某些实施方案中，微HEV 10可包括位置设置靠近微HEV 10的质量中心的电池系统20B，如在驾驶员或乘客座位下边。更进一步举例而言，在某些实施方案中，微HEV 10可包括位置设置在后座乘客座位下边或靠近车辆行李箱的电池系统20C。应当了解的是，在某些实施方案中，将电池系统20(例如，电池系统20B或20C)的位置设置在车辆的内部中或者在车辆的内部周围可以使得能够利用来自车辆内部的空气来冷却电池系统20(例如，采用散热器或强制空气冷却设计，如下文详细阐述的那样)。

图4是图3的微HEV 10的一个实施方案的示意图，该HEV 10具有设置在车辆10的发动机罩下面并且包括电池系统20的能量系统21的实施方案。如前面所指出并且如下文详细讨论的那样，电池系统20可进一步具有堪比典型铅酸电池的尺寸，从而限制或避免为适应电池系统20而对微HEV 10设计进行修改。进一步地，图4中所示的电池系统20是能够提供两种不同输出电压的三端子电池。例如，第一端子24可提供接地连接，第二端子26可提供12V输出，并且第三端子30可提供48V输出。如图所示，可将电池模块22的48V输出联接于BAS 29，后者可用于在起动-停止循环期间起动ICE 33，并且可以将电池模块22的12V输出联接于传统的点火系统(例如，起动马达28)，用以当BAS 29不用于起动ICE 33时，在此期间来起动ICE 33。还应当理解的是，BAS 29也可以从再生制动系统等(未显示)中获取能量以给电池模块22再充电。

应当了解的是，也可以将电池模块22的48V和12V输出提供给微HEV10的其它部件。根据本发明实施方案可利用48V输出的部件的例子包括散热器冷却风扇、气候控制风扇、电力转向系统、主动悬架系统、电空调系统、自动停车系统、冷却的座椅、电动油泵、电动超级/涡轮增压器、电动水泵、受热的座椅、受热的挡风玻璃/除霜器和发动机点火装置。根据本发明实施方案可利用12V输出的部件的例子包括车窗升降马达、摆饰灯、轮胎压力监测系统、天窗马达控制装置、电动座椅、报警系统、娱乐信息节目在线功能元件、导航功能元件、车道偏离警告系统、电停车制动装置和外部车灯。上面给出的例子不是详尽的，在所列出的例子之间可以有重叠。实际上，例如，在一些实施方案中，上面列出的与48V负荷相关联的功能元件可利用12V输出顶替，反之亦然。

在所示的实施方案中，电池模块22的48V输出可用于给微HEV 10的一个或多个附属设备供电。例如，如图4中所示，可以将电池模块22的48V输出联接于微HEV 10的加热、通风及空调(HVAC)系统32(例如，包括压缩机、加热盘管、风扇、泵，等等)，以使驾驶员在车辆运转期间能够控制微HEV 10的内部的温度。在当将ICE 33停止时的空转时段期间，这在微HEV 10中是特别重要的，并且因此不经由发动机充电提供任何电力。还如图4中所示，可以将电池模块22的48V输出联接于车辆仪表盘34，后者可包括娱乐系统(例如，收音机、CD/DVD播放器、观察屏等)、警示灯及指示器、用于运转微HEV 10的控制装置，等等。因此，应当了解的是，48V输出在某些情况下可提供用以运转微HEV 10的附属设备的更有效的电压(例如，与12V相比)，特别是当将ICE 33停止时(例如，在起动-停止循环期间)。还应当了解的是，在某些实施方案中，也可以将电池模块22的48V输出提供给微HEV 10的任何其它合适的部件和/或附属设备(例如，车灯、开关、门锁、车窗马达、挡风玻璃刮水器，等等)。

另外，图4中所示的微HEV 10包括车辆控制单元/模块(VCM)36，其可控制车辆10的各种部件的一个或多个运转参数，并且VCM 36可包括至少一个存储器和至少一个被编程以执行这类任务的处理器。如同微HEV 10的其它部件，可经由一条或多条通信线路38将电池模块22联接于VCM 36，使得VCM36可接收来自电池模块22的输入，并且更具体地是接收来自电池模块22的电池控制模块(BCM)(下文要详细讨论)的输入。例如，VCM 36可接收来自电池模块22的有关诸如荷电状态及温度之类的各种参数的输入，并且VCM 36可使用这些输入来确定何时给电池模块22充电和/或放电、何时停止给电池模块22充电、何时起动和停止微HEV 10的ICE 33、是否使用BAS 29或起动机28，等等。

根据本公开内容，能量系统21包括储能系统(ESS)，其具有两个电压水平，如48V和12V，或者具有双电压装置，或者具有用于在HEV、mHEV、MHEV和PHEV中应用的处于大致相同电压的多个储存装置。在一个实施方案中，ESS包括两个储能装置、电力流调节装置和用以控制调节装置的控制逻辑单元。双储能装置的例子可以是锂离子电池、铅酸电池、镍金属混合电池、镍锌电池、电容器等之间的组合。组合不同类型储能装置的一个目的是要提高ESS的循环寿命、电力特性和运转效率。这种混合ESS可利用高电力储存装置(如超级电容器)和高能量装置(如铅酸电池)。

在一个实施方案中，双储能装置之一配置成充当ESS中的高储能装置，而另一者可充当ESS中的高储电装置。调节装置配置成调节至少两个储能装置之间的电力流。如此的话，调节装置可控制电压(即，使双储能装置能具有不同的电压)，从而允许电流匹配电力需求。调节装置还可以控制电流，从而允许电压匹配电力需求。或者，调节装置可混合控制电压及电流两者。

由控制逻辑单元来控制可以是DC/DC转换单元(转换器)或任何其它类似装置的调节装置，控制逻辑单元针对两个储能装置之间的电力共享以及针对马达/发动机与用于主动助推和再生事件的电池之间的电力分配做出控制决定。调节装置可以是降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器、单端初级电感转换器(SEPIC)、CUK转换器或别的类型的转换器或调节器(全都未显示)。

储能系统(ESS)的示例性实施方案包括双储能装置并且被配置为应用在微混合动力车辆中，其具有诸如起动停止、再生制动和被动助推之类的功能。如图5中所示，ESS 100包括电池模块22，后者继而包括一对(双)储能装置(E1)102和(E2)104、调节两个或多个装置之间的电力流的电压/电流/能量流调节装置106、控制逻辑单元108和VCM 36。如图所示，储能装置102连接于电附属设备110，且储能装置104连接于起动机单元28和发电机/交流发电机单元29。或者，可以将起动机单元28和发电机/交流发电机单元29结合成提供起动机和发电机两种功能的集成起动机-发电机。进一步地，能量系统21可包括机电式马达(未显示)和/或可以是发电机、交流发电机、起动机和机电式马达中的一种或多种相结合的装置。

如图所示，起动机单元28联接于ICE 33，后者继而联接于发电机/交流发电机29并联接于驱动机构35。或者，可以将电附属设备110设置在储能装置102与调节装置106之间。此外，可以将电附属设备110和/或储能装置102设置于调节装置106的相对两侧上。储能装置102在ESS 100内的这些不同位置可支持储能装置102有不同的电压以满足电附属设备110的不同电力要求。此外，基于发电机/交流发电机单元29的电力需求，可以将储存装置102和104都连接于发电机/马达单元29，并且可通过调节装置106单独地控制其各自的电力流。在一个实施方案中，储能装置102、104或这两者可具有低电阻以使其适合于高电力条件下的高电流运转，如在起动和再生事件期间。

在一个实施方案中，储能装置102和104可都位于调节装置106的一侧。也就是说，储能装置102和104可位于电附属设备110与调节装置106之间或发电机/交流发电机单元29与调节装置106之间。

如上面所讨论的那样，可在微HEV和轻度HEV中执行的所建议的ESS可以是双电压电池系统，其配置成支持高电力负荷并提供电力冗余。使用这种建议的ESS，在微HEV及轻度HEV中执行新功能，如包括大约8-12千瓦(KW)马达发电机以捕集再生、支持发动机重新起动和较高的电力需求。在一个实施方案中，诸如调节装置106的电压桥接单元可将较低电压(例如12伏)系统联接于较高电压(例如，24至60V)系统。如上面所讨论的那样，较低电压系统可包括内部和外部车灯、音频娱乐装置、电子模块以及微HEV或轻度HEV的点火装置。如上面所讨论的那样，较高电压系统可包括空调系统(即，A/C压缩机)、主动底盘、再生系统和推进系统。如此，照这样装备的微HEV或轻度HEV由于高电力再生以及新负荷的起电原因而获得改变电负荷管理的可能性。

现在参考图6，所示为由微HEV或轻度HEV进行的行驶循环202的示例性实施方案200。行驶循环302包括六种运转模式，它们是重新起动发动机模式204、加速模式206、巡行模式208、减速模式210、关闭发动机模式212和车辆停止模式214。这些运转车辆模式204至212中的四种为ESS 100提供了执行模糊逻辑以优化管理所产生和储存的能量的机会。在一个实施方案中，在减速模式210期间，ESS 100配置成通过电力的再生来捕集制动能量以提高双储能装置102和104中的一个或多个的荷电状态(SOC)。在关闭发动机模式212期间，ESS 100配置成基于装置SOC可能的程度来支持车辆附属设备，如内部和外部车灯、娱乐信息节目系统、风扇和鼓风机以及电子产品。在加速模式206期间，ESS 100配置成使用带驱动式马达/发电机/交流发电机29提供助推电力。可基于气候控制需求、电池状况或其它要求来禁止关闭发动机模式212。因为在减速事件(即，制动事件)期间捕集到再生能量的原因，可以将ESS100配置成使得能进行电A/C的启动。

控制逻辑单元108配置成接收储能装置102和104的SOC、电压、电流、车辆运转模式及任选来自VCM 36的控制输入信号，并通过控制调节装置106来允许ESS 100在多种模式下运转。进一步地，控制逻辑单元108可控制调节装置106，使得ESS 100在再生和/或加速事件期间可按需提供最大电力，并为与车辆电附属设备相关联的负荷提供电压稳定性。此外，ESS 100包括电压及电流感测装置118，其配置为感测流向/流出储能装置102和104的电流的信号以及跨越储能装置102和104及任何其它合适的感测装置的电压的信号。进一步地，ESS 100可包括能用来将上述元件彼此断开连接/断开联接或者彼此连接/联接的切换单元(未显示)。

双储能装置102和104的例子可以是铅酸电池、镍金属混合电池、锂离子电池、高级锂电池、电容器等的结合。在一个实施方案中，储能装置104可充当ESS 100中的能量载体，而储能装置102可充当ESS 100中充电接受能力更好的高电力部件。如上所述，调节装置106可以是DC/DC转换器装置，其可以配置成允许储能装置102和104具有不同的电压，并且调节它们之间的电流和电力流。如此，调节装置106可提供储能装置102与104之间的无缝永久接口并可使之适应于它们之间的电压差，并且可提供在不同电压范围上的双向运转。在一个实施方案中，跨越能量车辆附属设备110(或与储能装置102相关联的电力网络)的电压可以是约十二(12)伏，且跨越发电机/交流发电机单元29和起动机单元28(或与储能装置104相关联的电力网络)的电压可以在12伏与六十(60)伏之间。或者，可以将任何其它合适的电压值施加于车辆附属设备110和发电机/交流发电机单元29。

此外，根据来自控制逻辑单元108的控制输入，调节装置106可基于车辆的各种运转模式将储能装置102和104彼此联接/断开联接。控制逻辑单元108和调节单元106的结合允许优化总的储能系统100，使得有可能以较小的储能装置102和104实现总体较高的充电接受能力。

在一个实施方案中，一旦ICE 33处于运行模式，则对ICE 33配置发电机/交流发电机29并产生用于车辆的电力。起动机单元28配置成将电能(电力)传递给储能装置104和/或储能装置102，以在已经起动ICE 33之后对它们进行充电并用于捕集来自车辆(如来自再生制动)的电力。如上所述，储能装置102连接于电附属设备110，且储能装置104连接于起动机单元28和发电机/交流发电机29。如此，即使当ICE 33不处于运行模式时，储能装置102也能对电附属设备110供电。进一步地，调节装置106可基于自控制逻辑单元108接收的控制信号在储能装置102与104之间传递能量。在这种情况下，基于车辆运转模式和/或内部电池信息，包括储能装置102和104的各自荷电状态值(下文称SOC)、阻抗或温度(以及其它数据)中的一者或多者，来确定控制信号。

除了对控制逻辑单元108提供电压、电流及运转模式信号外，VCM 36传达指示车辆运动状态(如行驶、停止、停车等......)的信号。进一步地，控制逻辑单元108配置成提供有关储能装置102和104的SOC及其它状态以及起动机单元28、发电机/交流发电机单元29、ICE 33、调节装置106和车辆附属设备110的运转状态的信息。

在一个示例性实施方案中，控制逻辑单元108配置成作为模糊逻辑控制单元运行。以计算机执行的控制算法或方法执行相应的模糊逻辑控制过程，计算机执行的控制算法或方法是基于由自VCM 36和/或调节装置106接收的输入产生的逻辑判定/输出的模糊推导。模糊逻辑控制配置成是动态可调节的，以结合来源于ESS 100的之前性能的控制方法，并将模糊逻辑与常规控制技术相结合。进一步地，控制逻辑单元108配置成控制调节装置106，以便针对任何客观的标准(如车辆燃料经济性)来优化储能装置102和104，并通过在处于具有挑战性或极端运转条件之下的期间解决其劣化而控制其各自的使用寿命。

在一个实施方案中，模糊逻辑控制过程可将模糊逻辑与其它机器学习算法相结合，从而基于训练将模糊逻辑的类人的方法与监督式和无监督式学习策略(算法)相结合。监督式算法的例子可包括人工神经网络(ANN)、判别方法、最近邻方法、支持向量机(SVM)、遗传算法、贝叶斯算法等。可基于自ESS 100在许多变化的行驶事件期间和在不同行驶循环的模拟期间的性能收集的数据来建立监督式学习策略。

关于控制技术，根据储能装置102和104的电力容量情况，调节装置106可启用储能装置102和104的以下运转状态。这些模式可通过一种或多种电流或电压调节技术得到执行。一种示例性技术为脉冲宽度调制。

示例性控制技术包括：

1.储能装置102和104都在其最大电力容量下运转，使得ESS 100的电力容量在其最大值下运转。

2.储能装置104可在其最大电力容量下运转，而储能装置102可在部分其最大电力容量下运转。

3.储能装置102可在其最大电力容量下运转，而储能装置104可在部分其最大电力容量下运转。

4.储能装置104可提供全电力要求，而储能装置102处于开路状态。

5.储能装置102可提供全电力要求，而储能装置104处于开路状态。

6.储能装置102可提供全电力要求，而储能装置104处于充电模式。

7.储能装置104可提供全电力要求，而储能装置102处于充电模式。

8.储能装置102和104都在部分其最大电力容量下运转。

此外，为在再生事件期间优化对储能装置102和104两者的电力分配，模糊逻辑控制可利用储能装置102和104的详细模型及储能劣化的建模，该模型包括像终端电压、SOC、内阻、热方面的变量。此外，如果可用的话，任选可以使用外部数据，无论是自车辆还是自其它来源传达的外部数据。

现在参考图7，在一个示例性实施方案中，控制逻辑单元108包括模糊逻辑模块或程序302、起动功能模块304、停止功能模块306和再生功能模块308。模糊逻辑模块302包括目标SOC和当前SOC功能或程序310、基于储能装置102和104的目标SOC和当前SOC的可用电力确定功能312以及调节装置106的调节/运转功能314，调节装置106配置成确定能量装置102与104之间的电力流。

根据一个实施方案，基于自VCM 36接收的输入信号，将控制逻辑单元108配置成产生对应于有关调节装置106的电压、电流和/或电力输出设定点的判定的输出信号。此外，控制逻辑单元108可控制调节装置106的开/关切换行为，包括PWM或任何其它调制方案所用的任何调制特性(如电源接通设定点、占空比和频率)。控制逻辑单元108进一步配置成确定进入储能装置102和104用于再生事件的再生电力和用于由发电机/交流发电机29主动助推的推进电力。提供给控制逻辑单元108的输入信号可包括但不限于储能装置102和104的电压及流过储能装置102和104的电流、储能装置102和104的SOC、车辆运转模式、发电机控制命令等。如上所述，对控制逻辑单元108的输入信号可包括来自VCM 36的信号。如此，控制逻辑单元108进一步采用模糊逻辑方法基于接收的输入信号来确定调节装置106的运转。因此，控制逻辑单元108可包括(但不要求)用以连接到车辆通信网络的接口，这在下文中将有进一步的详细描述。

如上面所讨论的那样，控制逻辑单元108配置成使用模糊逻辑来确定储能装置102和104每一者的目标SOC。在一个实施方案中，使用模糊逻辑，基于车辆的行驶状况确定目标SOC。例如，当车辆速度高于预定的速度阈值时，可以保持低的目标SOC值以为最后的再生事件提供充电余地。当车辆以高速行驶时，要求的电力较少，并且储能装置102和104之一可满足基于其SOC的全部电力需求。然而，在车辆的启动或加速事件期间需要更多的电力，并且可能需要储能装置102和104两者来提供所需电力。当车辆降速(即，减速)时，可使用再生制动电力对储能装置102和104中至少一者提供能量。因此，可通过考虑车辆状况(如车辆速度)来控制储能装置102和104每一者的SOC。可预先降低储能装置102和104中的至少一者的SOC以便当可预测有或预期有再生电力时接收更多的回收能量。类似地，当事先可预测有发动机重新起动或电力助推时可以将储能装置102和104中的至少一者的SOC保持为高的或者将其升高，以便当预期有放电电力时将电池充电到较高的程度(优选通过回收能量)。

由于无法精确地预测再生事件，因此可以给模糊逻辑提供路线数据，所述路线数据包括可预料的减速事件，如将车辆强制性地停在停车标志处以及可能停在与车辆驾驶员所选择的行驶路线相关联的停车灯处。此外，可以通过动态地更新行驶路线上的交通状况来强化路线数据。如此，除了适应于车辆的运转模式外，基于选定行驶路线的预料状况，模糊逻辑也可以是预测性的。因此，可基于储能装置102和104各自的SOC、车辆速度、车辆附属设备的能量需求及预料的行驶状况来启动储能装置102与104的不同运转状态之间的转换。

在一个实施方案中，由控制逻辑单元108接收的输入信号包括内部信号和ESS 100外部提供的信号，前者涉及储能装置102和104的电流、电压、温度、荷电状态、完好状态、调节装置106的运转状态，后者如通过车辆通信网络传达的信号。

在另一实施方案中，采用模糊逻辑，将控制逻辑单元108配置成确定储能装置102和104的当前SOC与其各自的目标SOC之间的差异或偏差，使用所述差异/偏差动态地确定可供主动助推的电力量。

如上所述，基于自VCM 36接收的输入信号，将控制逻辑单元108配置成通过对调节装置106、储能装置102和104、起动机单元28和发电机/交流发电机单元29提供相应的信号来执行起动、停止和再生功能。如上所述，起动功能信号对应于其中ICE 33正被起动的车辆状态。停止功能信号对应于车辆的完全停止状态。再生功能信号对应于其中在进行车辆制动事件的同时产生和储存电能的车辆状态。如此，在制动事件期间发电机/交流发电机单元29可产生电能，所述电能要被储存在储能装置104和/或储能装置102中，这取决于其各自的SOC。储能装置102和104都有其各自SOC的上限和下限或阈值。例如，储能装置102分别具有预设或预定的上限(最大)和下限(最小)阈值SOC1_max和SOC1_min。类似地，储能装置104分别具有预定的最大和最小阈值SOC2_max和SOC2_min。

现在参考图8，所示为联接ESS 100的各种部件/装置的通信线路400的示例性实施方案。如图所示，VCM 36连接于通信总线402，后者连接控制逻辑单元108、调节装置106、储能装置102和104、车辆附属设备110和感测装置118。如上所述，由VCM 36确定车辆运转的模式。如此，为执行ESS 100的相应运转方案，控制逻辑单元108经由通信总线402接收来自VCM 36的合适的输入信号和来自储能装置102及104的当前SOC信号，并基于车辆的当前速度来确定用于储能装置102和104的目标SOC的模糊逻辑方法的输出，并且使用模糊逻辑方法的另一输出通过脉冲宽度调制来控制调节装置106，或者以其它方式调节储能装置102与104之间的电力流。

如图8中所示，VCM 36包括起动模式模块或程序404、充电模式模块406、放电模式模块408、切断模块410、处理单元412和联接于处理单元412的存储器单元414。进一步地，如图所示，控制逻辑单元108包括模糊逻辑模块422、处理单元424和联接于处理单元424的存储器单元426。

处理单元412和424中的每一者的执行可在单个芯片、多个芯片或多个电气部件上进行。例如，可以采用各种体系结构，包括专用或嵌入式处理器或微处理器(μP)、单用途处理器、控制器或微控制器(μC)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)或其任意组合。在大多数情况下，处理单元412和424中的每一者连同操作系统一起进行操作以执行计算机代码并产生和使用数据。存储器单元414和426中的每一者可以是现在已知或以后开发的任何类型的存储器，包括但不限于易失性存储器(如RAM)、非易失性存储器(如ROM、闪存等)或其任意组合，其可储存例如可分别由处理单元412和424访问并执行的软件。

现在参考图9，流程图显示开始于步骤502的示例性方法500，用于执行由控制单元108确定的模糊逻辑方法以管理ESS 100的不同运转方案。在步骤504，将控制逻辑单元108配置成基于自VCM 36或其它数据源接收的指导性信号来确定车辆是否处于行驶模式。在肯定的情况下，控制逻辑单元108在步骤506确定车辆的当前速度。基于所确定的车辆速度，将控制逻辑单元108配置成在步骤508动态地确定储能装置102和104中的每一者的目标SOC值。基于自VCM 36和/或自储能装置102和104接收的数据，将控制逻辑单元108配置成在步骤510确定储能装置102和104中的每一者的当前SOC值。然后在步骤512，控制逻辑单元108确定出所确定的目标SOC值与当前SOC值之间的偏差/差异。基于所确定的偏差，将控制逻辑单元108配置成在步骤514动态地确定可供储能装置102和104的再生、可供附属设备110的电辅助和可供推进的电力/能量的量。此外，一旦车辆不再处于行驶模式，则将控制逻辑单元108配置成采用模糊逻辑来调节储能装置102与104之间的电力流。这可经由调节装置106采用PWM或其它手段控制电力输出来完成。

现在参考图10，流程图显示开始于602的示例性方法600，用于执行由控制单元108确定的微HEV或轻度HEV的不同运转模式的模糊逻辑管理。此示例性方法将用在装备电AC的车辆中。其它条件和车辆配置将导致不同的流程图。在步骤604，将控制逻辑单元108配置成基于自VCM 36接收的指导性信号来确定车辆是否处于关闭发动机模式。在肯定的情况下，控制逻辑单元108确定储能装置104的SOC的当前水平是否适合于启动车辆的电A/C，并且当确定是肯定时在步骤606进行启动。否则，将控制逻辑单元108配置成在步骤608确定车辆是否处于停止模式，并且在肯定的情况下在步骤610进行启动车辆的电A/C。否则，将控制逻辑单元108配置成在步骤612确定车辆是否处于发动机起动模式，并且在肯定的情况下在步骤614进行使用来自储能装置102以及根据需要来自储能装置104的能量提供起动电流。否则，将控制逻辑单元108配置成在步骤616确定车辆是否处于加速模式，并且在肯定的情况下在步骤618使用带驱动的发电机/交流发电机29进行启动电力助推。否则，将控制逻辑单元108配置成在步骤620确定车辆是否处于巡行模式，并且在肯定的情况下在步骤622和624开始进行应用图9的模糊逻辑方法。否则，将控制逻辑单元108配置成在步骤626确定车辆是否处于降速模式，并且在肯定的情况下在步骤628进行通过再生捕集制动能量以储存在至少储能装置104中。

在一些实施方案中，可以将所公开的方法以及替代方法执行为以机器可读格式编码在计算机可读存储媒体上的计算机程序指令。图11是示出示例计算机程序产品700的概念性局部视图的示意图，计算机程序产品700包括用于在根据本文给出的至少一些实施方案布置的计算装置上执行计算机过程的计算机程序。在一个实施方案中，使用信号承载媒体701提供示例计算机程序产品700。信号承载媒体701可包括当由处理单元执行时可提供上面针对图1至图10描述的功能或部分功能的一条或多条编程指令702。因此，例如，参考图9和10中所示的实施方案，可通过与信号承载媒体701相关联的一条或多条指令来实现方框504至514和604至634的一项或多项功能。

在一些实施例中，信号承载媒体701可包括非临时性计算机可读媒体703，如(但不限于)硬盘驱动器、存储器等。在一些实施方式中，信号承载媒体701可包括计算机可记录媒体704，如(但不限于)存储器、读/写(R/W)CD、R/W DVD等。在一些实施方式中，信号承载媒体501可包括通信媒体705，如(但不限于)数字和/或模拟通信媒体(例如，光纤电缆、波导、有线通信链路，如控制器区域网络或任意合适的车辆通信总线等)。

如本文所用的逻辑控制包括但不限于在机器/装置和/或各自的组合上执行中的硬件、固件、软件，用以实现(多项)功能或(多个)动作和/或用以引起来自另一逻辑控制、方法和/或系统的功能或动作。逻辑控制可包括软件控制的微处理器、离散逻辑(例如，ASIC)、模拟电路、数字电路、程序化逻辑装置、含有指令的存储器装置，等等。可使用一个或多个门、门的组合或其它电路元件来执行逻辑控制。在描述多个逻辑控制的情况下，有可能将它们合并成一个物理逻辑控制。类似地，在描述单个逻辑控制的情况下，有可能将其在多个物理逻辑控制之间进行分配。

一种或多种公开的实施方案可单独或组合地提供一种或多种在用于微HEV或轻度HEV中的能量管理的模糊逻辑控制中有用的技术效果。说明书中的技术效果和技术问题是示例性而非限制性的。应当注意的是，说明书中描述的实施方案可具有其它的技术效果，并且可解决其它的技术问题。

虽然仅示出和描述了本公开内容的某些特征和实施方案，但在不实质性地偏离权利要求中叙述的主旨的新颖教导和优点的情况下，本领域技术人员可以设想许多修改和变动(例如，改变各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数(例如，温度、压力等)的值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等)。可以根据替代实施方案来改变任何过程或方法步骤的次序或顺序或者进行重新排序。因此要理解的是，所附权利要求旨在涵盖属于本公开内容实质范围内的所有这类修改和变动。此外，为试图提供对示例性实施方案的简要描述，可能没有描述实际实施方式的所有特征(即，没有描述与目前设想的本发明最佳实施方式不相关的特征或与实现要求保护的发明不相关的特征)。应当了解的是，在任何这种实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，可以做出许多针对实施方式的决定。这种开发努力可能是复杂且耗时的，但是对受益于本公开内容的普通技术人员来说，这仍然是设计、制作和制造的例行任务，无需进行过多的实验。

Claims (26)

1.一种车辆的储能系统，包括：

储能装置；

联接于储能装置的调节装置，其中调节装置配置成调节储能装置的电压水平、电流水平以及任何附加的状态参数中的至少一者；

用于感测储能装置和/或其部件上的电流水平、电压水平、温度水平和/或压力水平的一个或多个感测装置；以及

配置成采用模糊逻辑方法动态地确定流入/流出储能装置的电力的控制单元。

2.根据权利要求1所述的储能系统，其中控制单元进一步配置成基于从储能装置收集的数据来确定储能装置的当前荷电状态(SOC)。

3.根据权利要求2所述的储能系统，其中控制单元进一步配置成基于当前车辆速度来确定储能装置的目标SOC。

4.根据权利要求3所述的储能系统，其中控制单元进一步配置成估计目标SOC与当前SOC之间的差异，以便确定可供能量辅助和推进的电力量。

5.根据权利要求1所述的储能系统，其中控制单元进一步配置成接通/断开调节装置，并从电压及电流调节装置来调节电压输出。

6.根据权利要求1所述的储能系统，其中控制单元进一步配置成基于自车辆控制单元接收的输入信号来执行模糊逻辑方法，其中输入信号涉及车辆速度、车辆加速度以及车辆的行驶路线中的至少一者。

7.根据权利要求6所述的储能系统，其中由控制逻辑单元接收的输入信号包括储能系统内部接收的信号和储能系统外部的信号，该储能系统内部接收的信号涉及储能装置的电流、电压、温度、荷电状态、完好状态，该储能系统外部的信号如通过车辆通信网络传达的信号。

8.根据权利要求1所述的储能系统，其中除了储能装置外，车辆还包括以约十二伏(12V)电压运转的电附属设备和在约12V至约60V的电压范围上运转的发电机。

9.根据权利要求1所述的储能系统，其中储能系统配置成用于混合动力电动车辆应用。

10.根据权利要求1所述的储能系统，其中将模糊逻辑方法与监督式学习方法相结合以基于当前车辆速度来动态地确定储能装置的目标SOC。

11.根据权利要求10所述的储能系统，其中监督式学习方法包括人工神经网络(ANN)、判别方法、最近邻方法、支持向量机(SVM)、遗传算法、贝叶斯算法或其它方法中的一种。

12.一种微混合动力车辆，包括：

用于确定微混合动力车辆的运转模式并产生对应于运转模式的控制信号的车辆控制单元；

储能系统，该储能系统配置成接收控制信号，并且包括：

第一储能装置和第二储能装置；

联接于第一储能装置和第二储能装置的调节装置，其中调节装置配置成调节第一储能装置和第二储能装置的电压水平、电流水平以及任何附加的状态参数中的至少一者；

一个或多个感测装置，这一个或多个感测装置用于感测第一储能装置和第二储能装置和/或其部件中的至少一者的电流输入信号和电压输入信号；以及

控制单元，该控制单元配置成采用模糊逻辑方法基于当前车辆速度来动态地确定第一储能装置和第二储能装置中的每一者的目标荷电状态(SOC)。

13.根据权利要求12所述的微混合动力车辆，还包括：

机电式马达、发电机、交流发电机和/或这些功能装置中的一种或多种的组合；以及

联接于第一储能装置的多个电附属设备。

14.根据权利要求12所述的微混合动力车辆，其中调节装置是DC/DC转换器。

15.根据权利要求12所述的微混合动力车辆，其中控制单元进一步配置成基于从第一储能装置和第二储能装置收集的数据来确定第一储能装置和第二储能装置的当前SOC。

16.根据权利要求15所述的微混合动力车辆，其中控制单元进一步配置成估计目标SOC与当前SOC之间的差异，以便确定可供能量辅助和推进的电力量。

17.根据权利要求12所述的微混合动力车辆，其中采用模糊逻辑方法，控制单元进一步配置成控制第一储能装置与第二储能装置之间的电力流、接通/断开调节装置并从调节装置来调节电力输出、电流输出和电压输出中的一者或多者。

18.根据权利要求12所述的微混合动力车辆，其中采用模糊逻辑方法，控制单元进一步配置成采用能够包括脉冲宽度调制的调制技术来控制调节装置。

19.根据权利要求12所述的微混合动力车辆，其中控制单元进一步配置成基于从车辆控制单元接收的输入信号来执行模糊逻辑方法。

20.根据权利要求19所述的微混合动力车辆，其中输入信号涉及车辆的速度、车辆的加速度和/或车辆的当前路线。

21.根据权利要求19所述的微混合动力车辆，其中由控制逻辑单元接收的输入信号包括储能系统内部接收的信号和储能系统外部的信号，该储能系统内部接收的信号涉及第一储能装置和第二储能装置的电流、电压、温度、荷电状态、完好状态，该储能系统外部的信号如通过车辆通信网络传达的信号。

22.根据权利要求12所述的微混合动力车辆，其中除了第一储能装置和第二储能装置外，车辆还包括以约十二伏(12V)电压运转的电附属设备和在约12V至约60V的电压范围上运转的电动马达/发电机。

23.根据权利要求12所述的微混合动力车辆，其中将储能系统配置为用于混合动力电动车辆应用。

24.一种计算机执行的方法，用于控制微混合动力车辆的储能系统的运转，储能系统具有车辆运转单元、控制单元和电压及电流调节器装置、第一储能装置和第二储能装置，该方法包括：

确定微混合动力车辆是否处于行驶模式，并且当处于行驶模式时确定微混合动力车辆的速度；

基于混合动力车辆速度来确定第一储能装置和第二储能装置中的每一者的目标SOC；

确定第一储能装置和第二储能装置中的每一者的当前SOC；

估计目标SOC与当前SOC之间的差异；以及

采用模糊逻辑方法动态地确定可供再生、能量辅助和推进的电力量。

25.根据权利要求24所述的计算机执行方法，其中采用模糊逻辑方法，控制单元进一步配置成控制第一储能装置与第二储能装置之间的电力流、接通/断开调节装置并从调节装置来调节电力输出、电流输出和电压输出中的一者或多者。

26.根据权利要求24所述的计算机执行方法，其中采用模糊逻辑方法，控制单元进一步配置成采用可包括脉冲宽度调制的调制技术来控制调节装置。