CN105667325B - 基于模式的充电规划 - Google Patents

Abstract

一种基于模式的充电规划系统及方法，根据本公开的示例性方面的方法，除其他方面以外，包括：根据已知的点火开关接通模式来规划对电动车辆的能量存储装置的充电。已知的点火开关接通模式通过递归地更新随后的点火开关接通事件可能在任何给定的时间和日期出现的概率而得出。

Description

基于模式的充电规划

技术领域

本公开涉及一种与电动车辆相关的车辆系统和方法。该车辆系统被配置为根据已知的点火开关接通模式来规划对电动车辆的能量存储装置的充电。

背景技术

对于减少车辆的燃料消耗和排放的需求是众所周知的。因此，正在开发减少或完全消除对内燃发动机的依赖的车辆。电动车辆正是为此目的当前正在开发的一种类型的车辆。通常，电动车辆与常规的机动车辆不同，不同之处在于电动车辆选择性地通过一个或多个电池供电的电机来驱动。相比之下，常规的机动车辆仅依靠内燃发动机驱动车辆。

电动车辆的动力传动系统典型地装配有高电压电池组，高电压电池组具有多个电池单元，该电池单元存储电力用于为电机供电。电池单元必须在车辆使用前进行充电。当车辆停驻时，一些电动车辆——诸如插电式混合动力电动车辆或纯电动车辆——可以连接到外部电源为电池单元再充电。典型地，外部电源一被连接到电池，充电就会开始。在持续很久的时间段上将电池维持在相对高的荷电状态可能会对电池单元的容量和寿命产生不利的影响(即，在充电/放电能力方面降低了整体容量和性能)。

发明内容

按照本公开的示例性方面的一种方法，除其他方面以外包括根据已知的点火开关接通模式来规划对电动车辆的能量存储装置的充电。已知的点火开关接通模式可以通过递归地更新随后的点火开关接通事件可能在任何给定的时间和日期出现的概率得出。

在前述方法的进一步非限定实施例中，该规划步骤包括规划对能量存储装置充电的充电起始时间和充电结束时间。

在前述任一方法的进一步非限定实施例中，该规划步骤包括估算即将到来的旅程的能量需求以及在预测的即将到来的点火开关接通事件之前将能量存储装置充电到足够满足能量需要的程度。

在前述任一方法的进一步非限定实施例中，根据已知的电动车辆的驾驶模式获悉该能量需要。

在前述任一方法的进一步非限定实施例中，以预先限定的学习频率来获悉已知的点火开关接通模式。

在前述任一方法的进一步非限定实施例中，预先限定的学习频率为至少100个点火开关接通事件。

在前述任一方法的进一步非限定实施例中，更新步骤包括对多个点火开关接通信号中的每个应用低通滤波器。

在前述任一方法的进一步非限定实施例中，一旦接收到点火开关接通信号，更新步骤就包括增加随后的点火开关接通事件将在与点火开关接通信号相同的日期和相同的时间出现的概率并且降低随后的点火开关接通事件将在与点火开关接通信号不同的日期和不同的时间出现的概率。

在前述任一方法的进一步非限定实施例中，更新步骤包括将一周的每天分成多个预先限定的段，以及每当另一点火开关接通事件出现时，更新随后的点火开关接通事件可能在相同的预先限定的段期间出现的概率。

在前述任一方法的进一步非限定实施例中，更新步骤包括增加随后的点火开关接通事件将在与每个点火开关接通信号出现相同的日期和相同的时间出现的概率以及降低随后的点火开关接通事件将在与出现的每个点火开关接通信号不同的日期和不同的时间出现的概率。

在前述任一方法的进一步非限定实施例中，该方法包括执行获悉点火开关接通模式的获悉过程。获悉过程包括识别与电动车辆相关的驾驶员操作者。

在前述任一方法的进一步非限定实施例中，获悉过程包括确认第一点火开关接通事件以及传输表明第一点火开关接通事件的第一点火开关接通信号。

在前述任一方法的进一步非限定实施例中，获悉过程包括访问与驾驶员操作者相关的点火开关接通概率信息。

在前述任一方法的进一步非限定实施例中，获悉过程包括通过增加或降低随后的点火开关接通事件将在与第一点火开关接通事件相同的时间和相同的日期出现的概率来修正点火开关接通概率信息。

在前述任一方法的进一步非限定实施例中，方法包括根据由已知的点火开关接通模式得出的充电规划来对能量存储装置进行充电。

根据本公开的另一示例性方面的车辆系统，除其他方面以外，包括电存储装置和控制模块，该控制模块被配置为根据已知的点火开关接通模式来规划对电存储装置的充电，已知的点火开关接通模式是通过递归地更新随后的点火开关接通事件可能在任何给定的时间和日期出现的概率得出的。

在前述车辆系统的进一步非限定实施例中，电力电子模块被配置为控制电存储装置的充电。

在前述任一车辆系统的进一步非限定实施例中，充电器被配置为将电力供应到电力电子模块。

在前述任一车辆系统的进一步非限定实施例中，控制模块包括处理单元和非易失性存储器，并且点火开关接通概率图被存储在非易失性存储器中。

在前述任一车辆系统的进一步非限定实施例中，控制模块被配置为估算即将到来的旅程的能量需求。

前述段落中的实施例、示例以及可选方案，权利要求书，或以下的说明书和附图，包括它们的各个方面或各自的单独特征的任何一个，可以单独地或任意组合地实施。与一个实施例相关进行描述的特征可以应用到所有的实施例，除非这些特征是相互矛盾的。

本公开的各种特征和优势在以下具体实施方式的基础上对本领域的技术人员是显而易见的。伴随具体实施方式的附图可以进行如下简要的描述。

附图说明

图1概要地说明了电动车辆的动力传动系统；

图2说明了电动车辆的车辆系统；

图3概要地说明了规划对电动车辆的能量存储装置的充电规划的控制策略；

图4概要地说明了与电动车辆的给定的驾驶员操作者相关的点火开关接通概率图；

图5概要地说明了规划对电动车辆的能量存储装置的充电的另一控制策略。

具体实施方式

本公开涉及一种规划对电动车辆的能量存储装置的充电的车辆系统和方法。在一些实施例中，能量存储装置的充电规划根据已知的与电动车辆相关的点火开关接通模式来确定。已知的点火开关接通模式可以使用预先限定的学习频率从电动车辆的每个点火开关接通信号的低通滤波器更新得出。在其他的实施例中，电池充电规划可以基于对即将到来的旅程的估算的能量需求。这些和其他的特征在该具体实施方式的以下段落中被更详细地讨论。

图1概要地说明了电动车辆12的动力传动系统10。在这个实施例中电动车辆12被描绘为插电式混合动力车辆(PHEV)；然而，应当理解的是，本公开的概念并非限定为PHEV以及可以延伸到其他的电动车辆，包括但不限于纯电动车辆(BEV)。

在一个非限定实施例中，动力传动系统10为使用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分配动力传动系统。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(即，第二电机)、发电机18、以及电池总成24。在这个示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一和第二驱动系统产生扭矩以驱动电动车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。

发动机14——其可以为内燃发动机——以及发电机18可以通过动力传输单元30——诸如行星齿轮组——进行连接。当然，其他类型的动力传输单元——包括其他的齿轮组和变速器——可以用于将发动机14连接到发电机18。在一个非限定实施例中，动力传输单元30为包括环形齿轮32、中心齿轮34以及托架总成36的行星齿轮组。

发电机18可以由发动机14通过动力传输单元30驱动以将动能转化为电能。发电机18可以可选择地作为马达起作用以将电能转化为动能，由此将扭矩输出给连接到动力传输单元30的轴38。由于发电机18可操作地连接到发动机14，所以发动机14的转速可以通过发电机18控制。

动力传输单元30的环形齿轮32可以被连接到轴40，轴40通过第二动力传输单元44被连接到车辆驱动轮28。第二动力传输单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他的动力传输单元也可以是适当的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48以最终向车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括多个齿轮，多个齿轮使扭矩能够向车辆驱动轮28传递。在一个实施例中，第二动力传输单元44通过差速器48被机械地连接到车轴50以将扭矩分配给车辆驱动轮28。

马达22还可以被用来通过向轴52输出扭矩而驱动车辆驱动轮，轴52还被连接到第二动力传输单元44。在一个实施例中，马达22和发电机18共同作为再生制动系统的一部分部件，在再生制动系统中，马达22和发电机18可以一起作为马达以输出扭矩。举例来说，马达22和发电机18可以各自将电力输出到电池总成24。

电池总成24为示例类型的电动车辆电池总成。电池总成24可以包括高电压电池组，高电压电池组能够输出电力以操作马达22和发电机18。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可以用来为电动车辆12供应电力。

在电动车辆12的非限定PHEV实施例中，电池总成24可以使用充电适配器54进行再充电或部分再充电，充电适配器54被连接到由外部电源——诸如输电网络、太阳能电池板或其类似物——供电的充电站。

在一个非限定实施例中，电动车辆12具有至少两个基本运行模式。电动车辆12可以以电动车辆(EV)模式运行，在此模式下马达22被用于车辆的推进(通常不需要来自发动机14的辅助)，从而在某些驾驶模式/周期下将电池总成24的荷电状态消耗到其最大可允许放电率。该EV模式为电动车辆12的运行的电荷消耗模式的示例。在采用EV模式的过程中，电池总成24的荷电状态在一些环境下可以增加，举例来说由于一段时间的再生制动。发动机14通常不被允许在默认的EV模式下运行，但根据车辆系统状态或通过操作者的允许而根据需要可以被运行。

电动车辆12可以附加地在混合动力(HEV)模式下被操作，在此模式下发动机14和马达22都用于车辆的推进。HEV模式为用于电动车辆12的运行的电荷持续模式的示例。在采用HEV模式的过程中，电动车辆12可以减少马达22的推进使用以便于通过增加发动机14的推进使用来将电池总成24的荷电状态维持在恒定的或近似恒定的水平上。电动车辆12可以在除了EV和HEV模式之外的其他运行模式下被操作。

图2为车辆系统56的高度概括的描述，车辆系统56可以被包含到诸如图1的电动车辆12这样的车辆中。车辆系统56适于根据已知的与电动车辆相关的点火开关接通模式来规划对能量存储装置58的充电。在一个非限定实施例中，示例性的车辆系统56包括能量存储装置58、充电器60、外部电源62、电力电子模块64以及控制模块66。

能量存储装置58可以包括一个或多个电池单元和/或电容器。能量存储装置58存储可以供应给以车载的方式存在于车辆中的电力负载61的电能。电力负载61可以包括高电压电力负载(例如，电机等)或低电压电力负载(例如，照明系统、低电压电池、逻辑电路等)。

充电器60选择性地供应为能量存储装置58充电所需要的能量。充电器60连接在能量存储装置58和外部电源62之间。在一个实施例中，充电器60的插头插入到外部电源62中以接收电能并且将电能传送到能量存储装置58。

电力电子模块64可以控制是否将来自外部电源62的电能传输给能量存储装置58用来充电。在一个实施例中，电力电子模块64包括多个开关单元，诸如集成栅双极型晶体管或其类似物，开关单元在车辆系统56中支持双向的功率流，包括朝向能量存储装置58和来自能量存储装置58的功率流。在其他实施例中，电力电子模块64包括逆变器系统和/或转换器系统，其中逆变器系统用于在交流电(AC)和直流电(DC)之间的转换，转换器系统用于修正电信号的电压。

来自外部电源62的电力可以根据充电规划来周期性地供应给能量存储装置58。在一个实施例中，电力电子模块64根据由控制模块66控制的充电规划来控制能量存储装置58的充电率。举例来说，控制模块66可以将规划表明充电起始时间和充电结束时间以及其他信息的充电规划信号S1传输至电力电子模块64。作为对接收充电规划信号S1的响应，电力电子模块64被配置允许电力被分配给能量存储装置58用于在表明的充电起始时间进行充电，以及被配置在充电结束时间之后停止将电功率分配给能量存储装置58。

控制模块66可以为整个车辆控制单元的一部分——诸如车辆系统控制器(VSC)，或可以可选择地为与VSC分离的独立的控制单元。在一个实施例中，控制模块66包括用于配合并且操作车辆系统56的各种部件——包括但不限于电力电子模块64和能量存储装置58——的可执行的指令。控制模块66可以包括用于与车辆系统56的各种部件配合的多个输入端68和输出端70。在另一实施例中，控制模块66包括用于执行车辆系统56的各种控制策略和模式的处理单元72和非易失性存储器74。

每当装配有车辆系统56的车辆通过驾驶员操作者将点火开关接通时，控制模块66可以在输入端68的一个处监控并且接收点火开关接通信号76。点火开关接通信号76可以使用通用协议(例如，CAN(控制器局域网络))向控制模块66通信以反映每个点火开关接通事件。在一个实施例中，控制模块66适于根据已知的点火开关接通模式来规划对能量存储装置58的充电，已知的点火开关接通模式可以通过分析点火开关接通信号76得出。举例来说，根据已知的对于给定的时间和日期的点火开关接通模式，控制模块66可以将充电规划信号S1传输至电力电子模块64。能量存储装置58接着可以被充电到与下一个预测的(例如，即将到来的)点火开关接通事件尽可能接近的所需的荷电状态。以这样的方式，能量存储装置58不再在持续很久的时间段内被维持在较高的荷电状态。与获悉驾驶员操作者的点火开关接通模式的控制策略相关的细节将参考图3在以下提供。

在另一实施例中，车辆系统56包括用于将信息传输至驾驶员操作者的用户界面59。举例来说，充电规划可以在用户界面59上被呈现用于驾驶员的查阅。用户界面59还可以用于确认、修正或更新充电规划。在其他实施例中，用户界面59可以被配置为将与预测的即将到来的点火开关接通事件相关的提醒传输给驾驶员操作者，可以安排与即将到来的预期的旅程相关的车辆预处理，以及还可以以预测的点火开关接通模式进行预充。

在继续参考图1-2的情况下，图3概要地说明了用于控制上述车辆系统56的控制策略100。控制策略100可以被执行以根据已知的与电动车辆12相关的点火开关接通模式来规划对电动车辆12的能量存储装置58的充电。控制模块66可以以适于执行控制策略100或任何其他控制策略的一个或多个算法编程。在一个非限定实施例中，控制策略100可以在控制模块66的非易失性存储器74中被存储为可执行指令。在另一实施例中，已知的点火开关接通概率可以通过多个行驶周期被获悉并且存储在非易失性存储器74中的一个或多个查找表中。

如图3中所示，控制策略100在框102开始。控制策略100接下来可以经历一获悉过程80以获悉与电动车辆12相关的对于给定的驾驶员操作者的点火开关接通模式。在一个实施例中，获悉过程80为递归的、迭代的过程，该过程响应被传输给控制模块66的每个点火开关接通信号76进行更新。

获悉过程80通过识别驾驶员操作者在框104开始。在一个非限定实施例中，驾驶员操作者可以通过使用福特汽车公司的技术被识别。其他的识别方法在本公开的范围内也可以被预期。

接下来，在获悉过程80的框106，车辆点火开关接通事件可以被确认。点火开关接通事件表明驾驶员操作者已经表达了启动车辆运行的意图。一旦被确认，点火开关接通信号76就可以被传输到控制模块66。虽然在此处被称为“点火开关接通”事件，但应该领会的是驾驶员操作者可以在使用或不使用真实的钥匙的情况下表明操作车辆的意图。举例来说，车辆运行可以通过将钥匙(主动钥匙)插入到点火槽中并且将槽移动到“开启”位置来启动。作为一种选择，当钥匙(被动钥匙)被定位在车辆的阈值距离中时(例如，在车辆中)，车辆运行可以被启动。在另一实施例中，车辆运行可以在操作者压下点火按钮至“打开(ON)”位置时启动。处于本公开的范围内的其他的方法也可以被驾驶员操作者使用以表明操作车辆的意图。如果车辆的点火开关接通事件在预先限定的一段时间之后没有被确认，则控制策略100可以在框108结束。

一旦确认了点火开关接通事件，获悉过程80就可以通过访问与在框104预先识别的驾驶员操作者相关的点火开关接通概率图90(见图4)来继续进行到框110。点火开关接通概率图90可以被存储在控制模块66的非易失性存储器74中。点火开关接通概率图90描绘了在概率图90的纵轴上示出的一周全部七天(周日到周六)被识别出的驾驶员操作者的点火开关接通行为信息。这周的每天的二十四个小时描绘在横轴上。同样地，点火开关接通概率图90提供了与驾驶员操作者可能在这周的任何给定的时间和任何给定的日期点火开关接通以启动车辆的可能性相关的信息。

这周的每天可以被分成多个预先限定的段。因此，点火开关接通概率图90说明了对于每个段，在该预先限定的段期间随后的点火开关接通事件可能出现的概率。在一个非限定实施例中，预先限定的段被分成十五分钟的时间段(在图4的横轴上以0到96示出)。然而，应当领会的是，预先限定的段可以被分成任何时间增量。将这周的每天分成更小的段改进了获悉过程80的准确性。

通过非限定说明的方式，假定驾驶员操作者具有在上午7:30点火开关接通并在上午8:30点火开关关断的旅程矢量并且车辆在其目的地停车三小时三十分钟。利用这个信息，距离上午7:30最近的时间段将接收随着增加的点火开关接通概率值的正更新，以及一直到晚上12:00的时间段将接收随着它们的降低的点火开关接通概率值的负更新。所有不是旅程的一部分的其他时间段将根据这个旅程矢量而不接收更新。这个过程将随着每个新旅程的完成而继续，从中获得且更新了反映车辆的驾驶员操作者的最近使用的点火开关接通概率模式。

对于每个经确认的点火开关接通事件，与驾驶员操作者相关的点火开关接通模式在框112的递归过程中将被更新或调整。这个步骤可以包括对点火开关接通概率图90进行调整以增加或降低随后的点火开关接通事件将在与经确认的点火开关接通事件相同的时间和相同的日期出现的概率。在一个实施例中，可以由控制模块66执行的低通滤波器被应用于每个点火开关接通信号76。正增量(即，概率的增加)被分配给与每个点火开关接通信号76的时间和日期相匹配的预先限定的段，而负增量(即，概率的降低)被分配给与每个点火开关接通信号的时间和日期不匹配的所有其他的预先限定的段。

在另一实施例中，获悉过程80可以使用预先限定的学习频率实施。预先限定的学习频率代表了在已知的点火开关接通模式以及因此点火开关接通概率图90中反映的点火开关接通事件的量，以及可以表示获悉过程80被多快地实施。在一个非限定实施例中，预先限定的学习频率为至少100个点火开关接通事件(即，至少100个点火开关接通信号76(或0.01的学习频率)被过滤、分析并且反映在点火开关接通概率图90中)。然而，预先限定的学习频率为设计特有的并且可以以任何频率进行设定。

基于已知的点火开关接通模式，为能量存储装置58充电的充电规划可以在框114建立。在一个实施例中，基于已知的点火开关接通模式，控制模块66可以将充电规划信号S1传输给电力电子模块64以准备为能量存储装置58充电。充电规划信号S1可以包括与充电规划相关的细节，包括充电起始时间和充电结束时间。最终，在框116，根据充电规划对能量存储装置58进行充电。

在另一实施例中，作为充电规划的一部分，有关随后的点火开关接通事件的预测信息可以在车辆的用户界面上被传输给驾驶员。部分或全部的充电规划可以根据已知的点火开关接通模式被自动地预填入到用户界面。在又一实施例中，当提醒驾驶员操作者插入充电器60时，用于下一个可能的点火开关接通事件的预测信息可以被显示在用户界面上。驾驶员操作者可以具备按照需求修正这个信息的能力。

图5概要地说明了车辆系统56的能量存储装置58的充电规划的另一控制策略200。控制策略200可以被执行以最小化为能量存储装置58充电的成本。

控制策略200在框202开始。在框204，已知的与车辆的驾驶员操作者相关的点火开关接通模式可以被建立。已知的点火开关接通模式可以使用以上描述的并且在图3中示出的获悉过程80得出。

用于即将到来的旅程的能量需求在框206被建立。能量需求估算值可以代表在即将到来的旅程期间或多个即将到来的旅程期间为电动车辆供能所需要的能量的数量。能量需求可以根据一个或多个频繁的旅程时间模式、惯常的概率模式、基于路线的统计配置文件、以及环境属性配置文件，在多个在先的车辆行驶周期内被获悉。驾驶员操作者的驾驶行为的其他的统计配置文件和方面将附加地或作为选择地被使用。

在一个非限定的实施例中，能量需求的估算值可以在多个车辆行驶周期内被获悉并且存储在控制模块66的非易失性存储器74中的一个或多个查找表中。控制模块66可以获悉包括每个点火开关接通事件的时间和地理位置这样的初始特征。举例来说，基于来自车辆导航系统(例如，GPS装置)的信息，控制模块66可以确定初始特征。时间可以包括一天中当车辆正在行驶时的时刻、旅程的日期、车辆行驶在一周的哪一天等。以这个方式，控制模块66可以确定在开始旅程之前车辆停在一地点(例如，起始点)的时间量。控制模块66还可以获悉与车辆旅程路线相关的细节，包括所行驶的路段。这可以包括计划的行驶路段、实际的行驶路段、以及计划的和实际的行驶路段之间的差别。举例来说，这些细节可以根据来自车辆导航系统的信息被获悉。

在又一实施例中，控制模块66可以获悉车辆旅程的运行状况。举例来说，这些可以包括制动和加速器踏板施加的频率、制动和加速器踏板松开的频率、变速器挡位变化频率、与发动机模式相比在电动模式下运行的持续时间、道路和交通状况、车辆速度和发动机速度的变化等。

在又一实施例中，控制模块66可以获悉包括从起始点到目的地的旅程的时间、目的地的位置、到达目的地花费的时间、到达目的地的时间(包括一天中的时刻、日期、星期几以及其他细节)。控制模块66还可以获悉目的地特征和起点特征之间的关系以使与操作者驾驶模式相关的表可以被填写并且上传以便估算即将到来的旅程的能量需求。

最后，在框208，能量存储装置58可以被充电到足以满足先前在框206计算出的能量需求的程度。在一个实施例中，能量存储装置58被充电到足以满足恰好在预测的即将到来的点火开关接通事件之前的时间点的能量需求的荷电状态。预测的即将到来的点火开关接通事件可以从由框204获取的已知的点火开关接通模式中估算。

举例来说，如果驾驶员在周日晚上的9:00将充电器60(如图2)插入到电动车辆中以及接下来可能的点火开关接通事件被预测将在周一上午的7:30出现，则能量存储装置58的充电可以被规划为在上午7:30之前的某一时间点结束。充电还可以被延迟，于是充电直到晚上9:00至上午7:30之前的一些时间点才会开始。以这样的方式规划充电将允许能量存储装置58使用非峰值电价进行充电，从而降低充电成本。

虽然具有特定的部件或步骤的不同的非限定实施例在此处被阐释，但是本公开的实施例并非被限定为那些特定的组合。使用来自任何的非限定实施例的一些部件或特征与来自任何其他的非限定实施例的特征或部件的组合是可行的。

应当理解的是相似的附图标记在多个附图中用于识别对应的或相似的元件。应当理解的是虽然特定的部件设置在这些示例性实施例中被公开并且被阐释，但是其他的设置也可以从本公开的教导中受益。

前述说明书应当被看作示例性的而非任何的限定。本领域的普通技术人员可以理解某些改进可以处于本公开的范围内。由于这些原因，以下权利要求书将被学习以确定本公开的真正的范围和内容。

Claims (5)

1.一种车辆系统，包含：

电存储装置；以及

控制模块，所述控制模块被配置为根据已知的点火开关接通模式来规划对所述电存储装置的充电，所述已知的点火开关接通模式通过分析点火开关接通事件得出，所述分析包括递归地更新随后的点火开关接通事件可能在任何给定的时间和日期出现的概率。

2.如权利要求1所述的车辆系统，包含电力电子模块，所述电力电子模块被配置为控制所述电存储装置的充电。

3.如权利要求2所述的车辆系统，包含充电器，所述充电器被配置为向所述电力电子模块供应电力。

4.如权利要求1所述的车辆系统，其中所述控制模块包括处理单元和非易失性存储器，并且点火开关接通概率图被存储在所述非易失性存储器中。

5.如权利要求1所述的车辆系统，其中所述控制模块被配置为估算即将到来的旅程的能量需求。