CN105307896A - 用于对电动或混合动力车辆的蓄电池温度进行管理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对电动或混合动力车辆的蓄电池温度进行管理的方法，该方法包括记录触发蓄电池的冷却或加热的温度值(Ts)。该方法的本质特征在于其包括：对于充电状态的预定顺序的两个连续值(SOC(i)，SOC(i-x))：对蓄电池的温度实际梯度((dT/dSOC)_实际)与参考梯度((dT/dSOC)_目标)进行比较的步骤；以及根据该比较修改触发温度(Ts)的数值或用于蓄电池的冷却或加热的功率输出的数值；并且还包括将修改的触发温度(Ts)或输出功率用在以下预定顺序的蓄电池充电状态的两个连续值(SOC(i-x)，SOC(i-2x))中。

Description

用于对电动或混合动力车辆的蓄电池温度进行管理的方法

技术领域

本发明涉及机动车辆的、具体地是可再充电的电动或混合动力车辆(插入式混合动力电动车辆的PHEV)的蓄电池的热调节领域，其蓄电池可通过钩挂在通常与传统的电网络相连接的不同类型的充电点处的外部能源上进行充电。

背景技术

对于这种类型的车辆，蓄电池性能对其使用温度非常敏感。蓄电池的使用温度取决于外部温度，但是还取决于其他参数，例如像驾驶员的驾驶。

在低温下，蓄电池是不耐用的。换言之，在充电阶段中，所述蓄电池的充电时间较长，并且充电能量较少；在放电阶段，蓄电池的自主性小，并且所述蓄电池的性能下降(在这种情况下，蓄电池在再生制动的情况下的功率吸收能力尤其低)。

在高温下，与在低温下相比蓄电池表现出性能改善(充电时间改善、储能更多、能量回收改善)，但是在损害其使用寿命方面是降低的。

因此重要的是管理热传递，换言之，是蓄电池的热学性质，以便能够在其最佳操作区使用所述蓄电池。

为了管理蓄电池的热学性质，当前的现有技术方案是使用温度阈值，这些温度阈值对于冷却/加热的触发和停止是随时间变化保持不变。例如，可在蓄电池温度高于28℃的基础上触发冷却，并且这种冷却可在蓄电池温度达到15℃时立即停止。

还已知文件US6624615，披露了一种用于对电动车辆的蓄电池温度进行管理的方法，其中这些温度阈值使其可能确定是否有必要对蓄电池随其充电状态的不同而进行冷却或加热。此方案的缺点是，这些阈值是随时间保持不变的，即不依赖于驾驶方式。因此，其可在驾驶员采取温和的驾驶方式时导致过量消耗，并且可在驾驶员采取粗暴驾驶方式时导致过热。

发明内容

更确切地说，本发明首先涉及一种用于对电动或混合动力车辆的蓄电池温度进行管理的方法，

该方法包括：

-在存储器中记录触发蓄电池的冷却或加热的温度值(Ts)的步骤。

该方法的实质特征在于，对于预定顺序的蓄电池的充电状态的两个连续值(SOC(i)，SOC(i-x))，该方法包括：

-将蓄电池温度的实际梯度值((dT/dSOC)_实际)与蓄电池温度的参考梯度((dT/dSOC)_目标)进行比较的步骤；以及

-根据比较步骤的结果进行修改的步骤，

o触发该蓄电池的冷却或加热的温度值(Ts)；或

o用于蓄电池的冷却或加热的输出功率值；

并且在于，该方法包括一个步骤，该步骤包括

-将修改的触发温度值(Ts)或修改的输出功率值用于以下预定顺序的蓄电池充电状态的两个连续值(SOC(i-x)，SOC(i-2x))。

在一个实施例中，还提供了一个初始化步骤，其中，初始参考梯度(dT/dSOC)_目标的数值是预先储存在车辆上安装的地图中的，或是如下确定的：

其中

-T_{降额之前最大值}，与放电或再生制动功率的容许极限相对应的最大使用蓄电池温度，超过该最大使用蓄电池温度则可用功率下降；

-T_初始，在初始化步骤实施时的蓄电池温度；

-SOC_初始，在初始化步骤实施时的蓄电池充电状态；以及

-SOC_放电结束，与放电结束或蓄电池可用的最小充电状态相对应的蓄电池充电状态。

在一个实施例中，提供一个步骤，该步骤包括对于以下等式给出的充电状态值(SOC(i))的参考梯度值(dT/dSOC)(i)_目标进行限定：

其中

-T_{降额之前最大值}，与放电或再生制动功率的容许极限相对应的最大使用蓄电池温度，超过该最大使用蓄电池温度则可用功率下降；

-T_SOC(i)，在充电状态SOC(i)测量的蓄电池温度的数值；

-SOC_放电结束，与放电结束或蓄电池可用的最小充电状态相对应的蓄电池充电状态。

在一个实施例中，该比较步骤包括计算预定顺序的蓄电池充电状态的所述连续值(SOC(i)，SOC(i-x))之间的梯度(dT/dSOC)_实际与参考梯度(dT/dSOC)_目标之间的差值E的绝对值。

在一个实施例中，提供了包括确定驾驶员的驾驶类型或驾驶方式的步骤。

在一个实施例中

-如果E>0，认为驾驶类型是粗暴的；并且

-如果E<0，认为驾驶类型是正常的或温和的。

在一个实施例中，当认为驾驶类型粗暴时，提供一个步骤，该步骤包括

减少为预定顺序的蓄电池充电状态的两个连续值(SOC(i)，SOC(i-x))所记录的触发阈值温度(Ts)的数值，以及

将减小的触发温度(Ts)值用于在以下预定顺序的蓄电池充电状态的两个连续值(SOC(i-x)，SOC(i-2x))中。

在一个实施例中，根据以下等式计算减小的触发温度值(T_{新用户触发阈值})：

项Kp是一个常数项；并且

T_{旧用户触发阈值}，触发温度值还没有下降。

在一个实施例中，提供一个步骤，该步骤包括增加所记录的阈值温度的值T_{旧触发阈值}，以便之后触发蓄电池的冷却。

本发明还涉及一个计算机程序，该计算机程序包括当所述程序在计算机上执行时用于执行根据本发明的方法的这些步骤的多个程序代码指令。

附图说明

通过阅读以非限定性的说明性实例的方式提供的以下说明并参见单张附图，本发明的其他特征和优点将变得更加清楚，在附图中：

图1示出了蓄电池温度的发展以及还有根据蓄电池充电状态的目标梯度和实际梯度的实例。

具体实施方式

简言之，术语“机动车辆”是指任何电动或混合动力机动车辆。

各机动车辆包括至少一个蓄电池，在此是“一个(a)”或“该(the)”蓄电池。

各机动车辆包括用于冷却或加热蓄电池的装置，在此是“热力系统”。

蓄电池的充电状态SOC典型地是以充电百分比来表示的，100％对应的是蓄电池充电至其最大容量，0％对应的是放完电的蓄电池。

在此呈现的机动车辆的蓄电池温度的管理中，其目的在于调节：

-触发该热力系统冷却或加热蓄电池的温度Ts；或

-该热力系统输出的功率，例如经由通风气流或温度。

在存储器中记录触发阈值温度Ts。当实际蓄电池温度越过此阈值温度Ts时，触发该蓄电池的冷却或可能的加热。

为了优化这些触发温度值Ts或输出功率值、并且由此优化蓄电池的操作和使用寿命，提供了在此所述的这些步骤，其中，参照参考梯度或目标梯度(dT/dSOC)_目标，这个值是可变的，并且被记录在存储器中，优选地是车载的存储器，其中

T是蓄电池的温度，

dT是蓄电池的温度的发展，

SOC是蓄电池的充电状态，并且

dSOC是蓄电池充电状态的发展。

初始化

在方法的初始化的时候，例如当车辆发动时，可将参考梯度值(dT/dSOC)_目标预先载入车辆作为地图。其数值可取决于不同参数，例如外部温度、车辆使用的国家、地形、在初始化的时候的蓄电池温度和充电状态等。

还能以下列方式在初始化的时候确定初始参考梯度(dT/dSOC)_目标：

其中

-T_{降额之前最大值}，与放电(和/或再生制动)的容许极限相对应的最大使用蓄电池温度，超过该最大使用蓄电池温度则可用功率下降；

-T_初始，在初始化步骤实施时的蓄电池温度；

-SOC_初始，在初始化步骤实施时的蓄电池充电状态；

-SOC_放电结束，与放电结束(蓄电池可用的最小充电状态)相对应的蓄电池充电状态

在图1中，初始目标梯度是连接初始温度T初始测量点与最大温度T_{降 额之前最大值}的线。

操作

在操作过程中，测量蓄电池的温度T，基于其充电状态的发展dSOC确定蓄电池温度的发展dT。然后确定实际梯度(dT/dSOC)_实际。

典型地通过至少一个传感器与蓄电池整合的组件测量蓄电池温度。蓄电池的充电状态SOC对于本领域的技术人员总是已知的。

也许是，在检测到实际梯度大于参考梯度时对蓄电池进行冷却。

还也许是，进行一个中间步骤，其中对触发温度值或由加热/冷却装置输出的功率值进行如下所述的修改。

限定充电状态值SOC的预定顺序：SOC(i)，SOC(i-x)，SOC(i-2x)，…，SOC(i-Nx)；x限定了一个步进值，该值优选地是不变的，并且N限定了一个自然数。

例如，步进值x是在5％和15％之间，在这种情况下是10％。以预定顺序或连续地在各步骤的最小值处测量蓄电池温度，即各值SOC(i)。

在初始化的时候，见上述等式(1)：

SOC(i)＝SOC_初始小于或等于100％，在图1的情况下是50％。

在最大值处，选择数值N，以便

SOC(i-Nx)＝SOC_放电结束，例如0％。

在操作过程中，在存储器中记录给定充电状态值SOC(i)的蓄电池温度的数值T(i)，至少用于以下顺序的各值：SOC(i)，SOC(i-x)，SOC(i-2x)，…，SOC(i-Nx)。

步进值x两个紧挨着的连续充电状态值：[SOC(i)；SOC(i-x)]，[SOC(i-x)；SOC(i-2x)]等限定了一个循环C。

对于SOC(i)和SOC(i-x)之间的给定循环C(i；i-x)，则有可能

来计算实际温度差

dT_实际＝T(i-x)-T(i)；

并且计算实际充电状态差值

dSOC_实际＝SOC(i-x)-SOC(i)。

然后可通过计算机计算实际梯度(dT/dSOC)_实际＝dT_实际/dSOC_实际。

多亏有了计算机，则有可能将梯度(dT/dSOC)_实际与参考梯度(dT/dSOC)_目标进行比较，用以确定驾驶类型，如下所述。

对于充电状态SOC(i)的给定值，则可通过索引(i)对参考梯度值(dT/dSOC)_目标进行索引并且可以写成(dT/dSOC)(i)_目标，其数值是参照等式(1)通过以下等式而给定的：

可在SOC(i)和SOC(i-x)之间的给定循环C(i；i-x)的任何时刻计算参考梯度(dT/dSOC)(i)_目标的数值，优选地是在循环开始时。

参考梯度(dT/dSOC)(i)_目标的值是可变的，并且用各循环进行计算，其有可能确定最接近实际情况的驾驶类型。

在图1中，实际梯度“实际梯度[40％；50％]”展示为测得的温度是初始温度T_初始的充电状态50％与测得的温度是温度T_40％的充电状态40％之间的虚线。

同样地，实际梯度“实际梯度[30％；40％]”展示为测得的温度是初始温度T_30％的充电状态30％与测得的温度是温度T_40％的充电状态40％之间的虚线。

目标梯度“目标梯度[30％；40％]”展示为连接初始温度T_40％的测量点与最大温度T_{降额之前最大值}的线。

确定驾驶类型

提供一个学习步骤，该步骤包括确定驾驶员的驾驶类型或驾驶方式，优选地是采用各循环，初始化后的第一个循环可能除外。

在初始化之后，对至少一个循环(优选地是对各循环)进行相同循环的梯度(dT/dSOC)_实际与参考梯度(dT/dSOC)_目标之间的比较步骤。

在目前情况下，该比较步骤包括计算相同循环的梯度(dT/dSOC)_实际与参考梯度(dT/dSOC)_目标之间的差值E的绝对值。为了提高可读性，因而忽略指标(i)，并且可将差值E写成：

E＝ABS[(dT/dSOC)_实际]–ABS[(dT/dSOC)_目标]

ABS是绝对值。

取决于数学符号E，有可能确定驾驶员的驾驶类型或驾驶方式。在目前情况下

-如果E>0，认为驾驶类型是粗暴的；并且

-如果E<0，认为驾驶类型是正常的或温和的。

粗暴驾驶

在粗暴驾驶的情况下，可提供以下两种配置中的至少一个配置。

在第一配置中，对用于冷却蓄电池的装置的功率进行调节。在这个第一配置中，这种调节器可以是PID。

在第二配置中，对触发蓄电池的加热/冷却的阈值温度进行调节。

在这个第二配置中，触发阈值温度的数值典型地被降低以用于以下循环，以便更早地触发蓄电池的冷却。

例如，对于给定的循环C(i；i-x)，所记录的触发阈值温度的数值降低了在1℃与5℃之间的一个值，典型地降低了2℃或3℃，由此得到一个新的触发阈值温度值，该数值被记录并用于下面的循环C(i-x；i-2x)。触发阈值温度值被降低的数值可以被记录在存储器中，阈值温度值被降低的数值可以是不变的或可变的，并取决于一定数量的参数。

在这个第二配置中，可按以下来操作调节器：

控制目标蓄电池温度的发展的等式如以下所限定：

其中

-T_目标是与目标梯度相对应的目标蓄电池温度；即用于给定的循环C(i；i-x)，目标梯度的温度T(i-x)的数值，见图1；

-Φ_外部指定蓄电池与环境空气之间交换的功率；

-hS(T_冷却液-T_目标)指定与冷却系统相关联的对流项。当蓄电池温度T_目标低于触发冷却的阈值温度时，即当蓄电池的冷却无效时，此项为零；

-T_冷却液指定冷却系统的冷却流体的温度；

-RI² _理论指定用于在蓄电池内产生理论热量的项；并且

-MCp指定蓄电池的惯性项。

在实际条件下，控制蓄电池温度的等式如下：

其中，对于等式(1)：

-T_实际，测得的温度；以及

-RI² _实际用于在蓄电池内产生实际热量的项。

假设项ΔRI²RI² _实际-RI² _理论(对应于与目标行为相比的驾驶员的过于严重的行为)是由项hS(T_{旧触发阈值}–T_{新触发阈值})进行补偿的，其可能结合了等式(1)和(2)并如下所示

其中

-T_{新用户触发阈值}用于给定循环的阈值温度Ts的数值；以及

-T_{旧触发阈值}前面循环的阈值温度Ts的数值。

通过将前述的限定的E项引入等式(3)，可推导

假定触发阈值温度Ts的调节不会改变冷却流量，有可能认为对流h的系数是不变的。在这些条件下，等式(4)是如下所写的：

该项Kp指定了可能调整该调节器的常数项。

在图1中，目标温度“T目标_30％”展示了充电状态为30％的目标梯度“目标梯度[30％；40％]”的数值。同样地，目标温度“T目标_40％”是目标梯度“目标梯度[40％；50％]”的数值，在这种情况下，“初始目标梯度”用于充电状态40％。

温和驾驶

在正常的或温和驾驶的情况下，提供了用于对触发蓄电池冷却的阈值温度T_{旧触发阈值}进行调节的一致的配置。

在这个配置中，所记录的阈值温度T_{旧触发阈值}的数值增加，以便之后触发蓄电池的冷却。例如，阈值温度的数值增加了从1℃与5℃之间的一个值，典型地增加2℃，由此得到一个新的阈值温度T_{新用户触发阈值}。由此修改的阈值温度的数值T_{新用户触发阈值}被用于以下循环。

一旦确定了驾驶类型，有可能对一个调节器进行控制或调节：

-触发蓄电池的冷却或加热的温度；或

-例如经由通风气流或温度输出的用于蓄电池的冷却或加热的功率。

在下面的循环C(i-x；i-2x)中使用由给定循环C(i；i-x)确定的触发温度Ts或输出功率的数值。

可反复以各循环进行该学习步骤，而机动车辆在运转，直到所述车辆的发动机停止。

因为以各循环计算参考梯度(dT/dSOC)_目标，机动车辆的蓄电池温度的管理适于各驾驶员，并且适于所述驾驶员的驾驶条件。

由于本发明，有可能修改触发蓄电池冷却的阈值，由此适于驾驶员的实际驾驶行为。

应注意，等式(1)和(2)参照最大值T_{降额之前最大值}。可替代地，有可能选择一个温度作为最大温度Tmax，该温度超过其并且其数值是预先确定的并对于T_{降额之前最大值}是不变的，

例如Tmax＝T_{降额之前最大值}-T_安全，

其中T_安全＝1℃或2℃。

最后，应注意，可省略再生制动系统。

Claims (10)

1.一种用于对电动或混合动力车辆的蓄电池温度进行管理的方法，

该方法包括：

-在一个存储器中记录触发蓄电池的冷却或加热的温度值(Ts)的步骤；

其特征在于，对于预定顺序的蓄电池的充电状态的两个连续值(SOC(i)，SOC(i-x))，所述方法包括：

-将蓄电池温度的实际梯度值((dT/dSOC)_实际)与蓄电池温度的参考梯度((dT/dSOC)_目标)进行比较的步骤；以及

-根据比较步骤的结果进行修改的步骤，

o触发蓄电池的冷却或加热的温度值(Ts)；或

o用于蓄电池的冷却或加热的输出功率的值；

并且在于，该方法包括一个步骤，该步骤包括

-将修改的触发温度值(Ts)或修改的输出功率值用于以下预定顺序的蓄电池充电状态的两个连续值(SOC(i-x)，SOC(i-2x))。

2.如权利要求1所述的方法，该方法还包括一个初始化步骤，其中，初始参考梯度(dT/dSOC)_目标的数值是预先储存在车辆上安装的地图中的，或是如下确定的：

其中

-T_{降额之前最大值}，与放电或再生制动功率的容许极限相对应的最大使用蓄电池温度，超过该最大使用蓄电池温度则可用功率下降；

-T_初始，在初始化步骤实施时的蓄电池温度；

-SOC_初始，在初始化步骤实施时的蓄电池充电状态；以及

-SOC_放电结束，与放电结束或蓄电池可用的最小充电状态相对应的蓄电池充电状态。

3.如以上权利要求中的任一项所述的方法，该方法包括一个步骤，该步骤包括对于以下等式给出的充电状态值(SOC(i))的参考梯度值(dT/dSOC)(i)_目标进行限定：

其中

-T_{降额之前最大值}，与放电或再生制动功率的容许极限相对应的最大使用蓄电池温度，超过该最大使用蓄电池温度则可用功率下降；

-T_SOC(i)，在充电状态SOC(i)测量的蓄电池温度的数值；

-SOC_放电结束，与放电结束或蓄电池可用的最小充电状态相对应的蓄电池充电状态。

4.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其中，该比较步骤包括计算预定顺序的蓄电池充电状态的所述连续值(SOC(i)，SOC(i-x))之间的梯度(dT/dSOC)_实际与参考梯度(dT/dSOC)_目标之间的差值E的绝对值。

5.如以上权利要求中的任一项所述的方法，该方法包括一个步骤，该步骤包括确定该驾驶员的驾驶类型或驾驶方式。

6.如权利要求4和5所述的方法，其中

-如果E>0，认为驾驶类型是粗暴的；并且

-如果E<0，认为驾驶类型是正常的或温和的。

7.如权利要求6所述的方法，该方法包括一个步骤，该步骤包括：当该驾驶类型是粗暴的：

减少为预定顺序的蓄电池充电状态的两个连续值(SOC(i)，SOC(i-x))所记录的触发温度(Ts)的数值，以及

将减小的触发温度值(Ts)用于在以下预定顺序的蓄电池充电状态的两个连续值(SOC(i-x)，SOC(i-2x))中。

8.如权利要求7所述的方法，其中根据以下等式计算减小的触发温度值(T_{新用户触发阈值})：

项Kp是一个常数项；并且

T_{旧用户触发阈值}，触发温度值还没有下降。

9.如权利要求4至8中的任一项所述的方法，该方法包括一个步骤，该步骤包括增加所记录的阈值温度的值T_{旧触发阈值}，以便之后触发蓄电池的冷却。

10.一种计算机程序，包括当所述程序在计算机上执行时用于执行如以上权利要求中任一项所述的方法的这些步骤的多个程序代码指令。