CN105691383A - 混合动力电动车辆中电池荷电状态的控制装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混合动力电动车辆中电池荷电状态的控制装置和方法，其能够在混合动力电动车辆中，在不提高电气设备或主电池的容量和性能的情况下，有效使用能量，最大化能量回收，并且提高燃料效率和可操作性。该装置包括收集设备，其收集关于坡度或道路类型的信息以及关于车辆速度的信息。控制器基于驾驶信息确定充电和放电模式，并且基于车辆正在行驶的路段的道路坡度或道路类型信息以及该路段中的车辆速度信息，确定充电上限和下限SOC。基于充电上限SOC和充电下限SOC输出充电或放电命令。

Description

混合动力电动车辆中电池荷电状态的控制装置和方法
技术领域
本发明涉及用于控制混合动力电动车辆中电池荷电状态(SOC)的方法。更具体地，本发明涉及如下用于控制混合动力电动车辆中电池荷电状态的方法，其能够在混合动力电动车辆中，在不用提高电气设备(驱动电动机、混合动力启动发电机(HSG)等)或主电池的容量和性能的情况下，有效使用能量，最大化由电动机进行的能量回收，并且提高燃料效率和可操作性。
背景技术
通常，使用矿物燃料(例如，汽油和柴油)的内燃机车辆具有各种限制，例如由发动机废气引起的环境污染、由二氧化碳引起的全球变暖，以及由臭氧形成引起的呼吸疾病。因此，正在开发由电力驱动的车辆，即环境友好型车辆，例如由电动机驱动的电动车辆(EV)和由发动机与电动机驱动的混合动力电动车辆(HEV)。特别地，电动车辆和混合动力电动车辆都配备有用作车辆行驶的驱动源的电动机、逆变器与电动机控制器(例如，电动机控制部件(MCU))、以及被配置为向电动机供给驱动力的电池(通常指‘主电池’或‘高压电池’)。
此外，电动车辆和混合动力电动车辆都配备有被配置为收集电池信息的电池控制器(例如，电池管理系统(BMS))。电池控制器被配置为收集关于电池的电压、电流、温度、荷电状态(SOC)(％)的信息，并且使用电池信息直接参与电池的充电与放电控制，或者向车辆内或车辆外的其他控制器提供电池信息，以允许其他控制器使用电池信息进行车辆控制或电池充电/放电控制。
此外，混合动力电动车辆配备有与电动机一起作为驱动源(以下称为‘驱动电动机’)的发动机、和混合动力启动发电机(HSG)，HSG以可传递动力的方式连接到发动机，从而使用从发动机传递的动力启动发动机或产生电力。用作驱动电动机的动力源的主电池(例如，高压电池)经由逆变器以可充电/可放电的方式连接到驱动电动机与HSG。逆变器被配置为将电池的直流电流转换成用于驱动电动机的驱动的三相交流电流(AC)，并且将三相交流电流施加到驱动电动机(例如，电池放电)。
这种混合动力车辆以电动车辆(EV)模式行驶，或者以混合动力电动车辆(HEV)模式行驶，EV模式是使用驱动电动机的驱动力的纯电动车辆模式，HEV模式使用发动机和驱动电动机两者的驱动力。此外，可以执行再生模式，再生模式在车辆制动或由惯性引起的车辆滑行期间，通过电动机的发电回收制动能量或惯性能量，并且将电力充入到电池中。HSG也通过发动机自己的动力作为发电机操作，或者在能量再生条件下通过发动机输送的动力作为发电机操作，从而对电池进行充电。
另一方面，在典型的环境友好型车辆中，电池的充电与放电是基于主电池的可用输出和当前行驶所需的要求输出来调整的，而不管车辆速度和行驶路径上的坡度信息。特别地，当车辆进入上坡道路或低速路段时或者当车辆进入市中心或拥堵路段时，如果电池荷电状态(以下称为‘SOC’(％))为低，则EV行驶减少，并且加速/减速时可用的电动机转矩被限制，从而产生过渡控制区间的增加，并且因此降低能量效率和可操作性(例如，空转时的充电量与无效率操作点增加)。
此外，当车辆进入下坡道路或中/高速路段时或者当车辆进入国道或高速公路时，如果电池SOC(％)为高，则再生制动和滑行再生时电池用于充电的可用空间不足，难以回收额外的再生能量，并且因此浪费再生能量。特别地，当存在将车辆维持在恒速的频繁再生制动时，或者当车辆行驶在长距离减速下或下坡道路(例如，高速公路的出口)时，再生能量不能被回收而被浪费。
在现有技术中，由于行驶道路的坡度是根据加速器(例如，加速踏板)位置传感器(APS)的信号、输出、车辆速度或G传感器(例如，加速度传感器)的信号预测以确定SOC控制策略的，或者由于SOC控制策略是基于APS信号、制动踏板位置传感器(BPS)或车辆速度来确定的，因此会增加过渡控制区间，导致燃料效率和可操作性降低，这是因为在控制区间确定期间，由于车辆行驶条件的变化(例如，道路载荷的改变、加速或加速情况的改变)而导致误确定或确定延迟。
在该背景部分中公开的上述信息仅仅是为了增强对本发明的背景的理解，因此它可能包含不构成对本领域技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供用于控制混合动力电动车辆中电池荷电状态(SOC)的方法，其能够在混合动力电动车辆中，在不用提高电气设备(例如，驱动电动机、混合动力启动发电机(HSG)等)或主电池的容量和性能的情况下，有效使用能量，最大化由电动机进行的能量回收，并且提高燃料效率和可操作性。
本发明还提供用于控制混合动力电动车辆中电池SOC的方法，其通过最大化车辆在下坡道路、国道或中/高速行驶路段的制动或滑行时由电动机回收的能量，可以提高燃料效率。本发明还提供用于控制混合动力电动车辆中电池SOC的方法，其通过确保车辆行驶在上坡道路或市中心时或行驶在低速或拥堵路段时的电动机输出，以此可以提高可操作性和燃料效率，由此确保在陡坡或快速加速时针对较大要求转矩的快速反应性能，并且增加EV行驶距离。
此外，本发明提供用于控制混合动力电动车辆中电池状态的方法，其通过预测前方坡度、道路类型和交通状况，并且因此基于车辆速度、道路类型或道路坡度的变化最小化过渡状态，以此可以防止可操作性和燃料效率降低。本发明还提供用于控制混合动力电动车辆中电池SOC的方法，其通过在主电池充电期间预测并限制超过预定充电和放电限制，以此提高主电池的耐久性并且防止车辆的不可用行驶状态。
一方面，本发明提供用于控制混合动力电动车辆中电池荷电状态(SOC)的装置，其可以包括：行驶信息或道路信息收集设备，其被配置为收集行驶信息或道路信息，包括关于道路的坡度或类型的信息以及关于车辆速度的信息；驾驶信息收集设备，其被配置为收集车辆的驾驶信息；和车辆控制器，其被配置为基于驾驶信息来确定充电模式和放电模式，并且基于车辆正在行驶的路段的道路坡度信息或道路类型信息以及该路段的车辆速度信息来确定充电上限SOC和充电下限SOC，从而基于在充电模式中电池充电停止的充电上限SOC和在放电模式中电池充电开始的充电下限SOC，输出针对驱动电动机和混合启动发电机(HSG)的充电命令或放电命令。
另一方面，本发明提供用于控制混合动力电动车辆中电池(SOC)的方法，其可以包括：根据从行驶信息或道路信息收集设备接收到的数据获取行驶信息或道路信息，包括关于道路的坡度或类型的信息以及关于车辆速度的信息；从驾驶信息收集设备获取车辆的驾驶信息；基于驾驶确定充电模式和放电模式；在充电模式中，基于车辆当前正在行驶的路段的道路坡度信息和道路类型信息以及该路段中的车辆速度信息，确定充电上限SOC；在放电模式中，基于该路段的道路坡度信息和道路类型信息以及该路段中的车辆速度信息，确定充电下限SOC；以及基于在充电模式中电池充电停止的充电上限SOC或在放电模式中电池充电开始的充电下限SOC，输出针对驱动电动机和混合动力启动发电机(HSG)的充电命令或放电命令。
附图说明
现在将参考附图示出的示例性实施例详细描述本发明以上特征和其他特征，附图在下文中仅以说明方式给出，因此并不限制本发明，且其中：
图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制电池荷电状态(SOC)系统的视图；
图2是示出根据本发明的示例性实施例的控制电池SOC过程的流程图；
图3是示出根据本发明的示例性实施例的控制电池SOC方法的视图；
图4是示出根据本发明的示例性实施例的在控制电池SOC的方法中基于作为行驶信息的道路坡度和车辆速度的控制状态的视图；
图5是示出根据本发明的另一个示例性实施例的控制电池SOC过程的流程图；
图6是示出根据本发明的另一个示例性实施例的控制电池SOC方法的视图；及
图7是示出根据本发明的另一个示例性实施例的在控制电池SOC的方法中基于作为行驶信息的道路坡度和车辆速度的控制状态的视图。
在附图中列出的标号包括对如以下进一步讨论的下面元素的引用：
1：外部交通信息提供系统
10：行驶信息或道路信息收集设备
11：GPS接收器
12：数据存储单元
13：信息接收器
14：照相机传感器
15：传感器控制器
20：电池控制器
21：电池
30：行驶信息收集设备
40：车辆控制器
50：电动机控制器
51：电气设备(驱动电动机和HSG)
60：发动机控制器
61：发动机
应当理解，附图未必按比例绘制，它们呈现本文所公开的本发明的各种示例性特征的某些简化表示。如本文公开的本发明的具体设计特征，包括例如具体尺寸、方向、位置和形状，将由特定用途和使用环境所确定。在附图中，相同的参考标号指代本发明的相同或者等同部件。
具体实施方式
虽然示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应当理解，示例性过程也可以由一个或复数个模块执行。此外，应当理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置为存储模块，并且处理器被具体配置为运行所述模块以执行下面进一步描述的一个或多个过程。
此外，本发明的控制逻辑可以被体现为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读媒介，其包含可执行程序指令，可执行程序指令由处理器、控制器/控制单元等执行。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在联网的计算机系统中，使得计算机可读媒介以分布式方式例如由远程信息处理服务器或者控制器局域网(CAN)存储和执行。
在此使用的术语只是出于描述特定实施例的目的，并非意图限制本发明。如在此使用的，单数形式“一”、“一个/一种”以及“该/所述”意在也包括复数形式，除非上下文清楚地指出。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所叙述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或其群组。如在此使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项目中的一个或多个的任何组合以及全部组合。
在下文中，将详细参考本发明的各种示例性实施例，本发明的示例在附图中示出且在下文中描述。尽管将结合示例性实施例描述本发明，但是应该理解，本说明书并不旨在将本发明限制到这些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施例，而且涵盖各种替换、修改、等同体和其他实施例，它们可以被包括在所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。
应当理解，在此使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似的术语包括一般机动车辆，例如客运汽车(包括运动型多功能车辆(SUV))、公共汽车、卡车、各种商用车辆、水运工具(包括各种艇和船)、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源得到的燃料)。如在此提到的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，既有汽油动力又有电动力的车辆。
以下，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例，以便本领域技术人员能够容易地执行本发明。
本发明提供一种用于控制混合动力电动车辆中电池荷电状态(以下，称为‘SOC’)的方法，其能够在混合动力电动车辆中，在不用提高电气设备或主电池的容量和性能的情况下，有效使用能量，最大化能量回收，并且提高燃料效率和可操作性。特别地，电气设备与混合动力电动车辆中的电池充电/放电有关，并且可以包括混合动力启动发电机(HSG)与驱动电动机，其被配置为在再生制动或滑行期间将车辆的制动能量和惯性能量转换成电能以对电池进行充电。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制电池SOC系统的视图。参考图1，该系统可以包括：行驶信息或道路信息收集设备10(例如，传感器)，其被配置为收集行驶信息或道路信息，包括关于行驶道路的信息；电池控制器20，其被配置为收集例如电池电压(例如，电池单元电压)、电流、温度和SOC(％)的电池信息；驾驶信息收集设备30(例如，传感器)，其被配置为收集车辆驾驶信息；和车辆控制器40，其被配置为基于行驶信息或道路信息、电池信息和驾驶信息，确定并输出电池充电/放电命令。
特别地，行驶信息或道路信息可以基于车辆的当前位置来收集，并且可以包括当前道路的坡度信息和交通速度(或限制速度)、前方道路的坡度信息以及距前方道路的剩余距离。当前道路的坡度信息可以是车辆正在行驶的当前路段的坡度信息，并且交通速度信息可以是基于车辆正在行驶的当前路段的实时交通量确定的平均车辆行驶速度。
被配置为收集行驶信息或道路信息的行驶信息或道路信息收集设备10可以包括被配置为接收GPS信号的全球定位系统(GPS)接收器11、被配置为存储地图信息的数据存储单元12以及被配置为接收来自车辆外部的交通信息提供系统1的交通信息的信息接收器13。特别地，地图信息可以提供三维(3D)地理信息，即包括在二维平面上的海拔的三维道路信息，并且特别地，可以是3D地图数据，其可以在车辆行驶时实时提供道路的坡度信息。
特别地，三维地图数据可以是安装在车辆内部的先进驾驶者辅助系统(ADAS)的地图数据库。GPS接收器11和数据存储单元12可以是安装在车辆内部的导航设备。当车辆控制器40根据从GPS接收器11接收到的GPS信号检测出车辆位置时，可以基于车辆位置从存储在数据存储单元12中的地图信息获得路段的道路坡度信息。
因此，当驾驶者在导航设备上设定终点且然后生成到目的地的行驶路径时，可以从3D地图数据获得行驶路径上的道路坡度信息。行驶路径上的道路可以被划分成不同路段，并且可以获取每个路段的道路坡度信息。在本示例性实施例中，可以获取并使用车辆当前行驶的路段的坡度信息(例如，与检测到的车辆位置对应的路段)和与当前路段邻近或接近的前方路段的坡度信息。
在本示例性实施例中，车辆控制器40可以被配置为获取并使用每个路段的平均坡度值作为车辆正在行驶的当前路段的坡度信息和前方路段的坡度信息。在下文中，当前路段的平均坡度值将被称为“当前平均有效道路坡度”，并且前方路段的平均坡度值将被称为“下一个平均有效道路坡度”。
当行驶信息或道路信息收集设备10收集车辆正在行驶的道路的交通速度信息，并且信息接收器13从外部交通信息提供系统(TPEG、ITS等)1接收交通信息时，车辆控制器40可以被配置为基于从GPS信号检测到的车辆位置，根据从信息接收器13接收到的交通信息，获取车辆正在行驶的道路的交通速度信息。
当基于区域限制，外部交通信息提供系统不能提供交通信息时，可以使用车辆当前行驶的道路上规定的限制速度。换句话说，可以优先使用基于道路交通的交通速度，即平均车辆行驶速度，并且其次使用车辆正在行驶的道路上规定的限制速度。当关于道路的交通速度信息被提供时，可以使用交通速度，而当交通速度信息没有被提供时，可以使用限制速度。
此外，即使行驶信息收集设备10提供交通信息和道路的限制速度，实际的当前行驶速度也可能与限制速度有某种程度的不同或更多的不同，或者可能有多条道路并且不能提供它们的所有交通信息和限制速度。因此，在这种情况下，可以使用来自检测车辆的当前速度的车辆速度检测器的对于特定时间的平均车辆速度。限制速度可以由车辆控制器40从车辆位置和地图信息获取，并且关于与车辆位置对应的道路上规定的限制速度的信息可以从地图信息中提取。
当在车辆行驶期间，成像设备(例如，照相机、摄影机等)传感器14捕获到标有限制速度的交通标志时，传感器控制器15可以被配置为使用字符识别从捕获的(例如，拍照的)图像提取关于限制速度的信息，并且由传感器控制器15提取的限制速度信息可以被传递给车辆控制器40以进行分析。
如上所述，可以使用为由外部交通信息提供系统1提供的行驶道路的平均车辆行驶速度的交通速度、行驶道路上规定的限制速度、以及来自车辆的车辆速度检测器的针对特定时间的平均车辆速度中的一个。在下文中，交通速度、限制速度和实际平均车辆速度在本公开中将被称为“平均有效车辆速度”。
此外，行驶信息或道路信息收集设备10可以被配置为向车辆控制器40提供关于从车辆当前位置到前方路段位置的剩余距离的信息，并且剩余距离信息可以从车辆的位置信息和地图信息获取。被配置为收集车辆驾驶信息的驾驶信息收集设备30可以包括被配置为感测加速踏板的操作(例如，接合程度、施加在踏板上的压力量等)的加速踏板位置传感器(APS)、被配置为感测制动踏板的操作(例如，接合程度、施加到制动踏板上的压力量等)的制动踏板位置传感器(BPS)、以及被配置为检测车辆的当前速度的车辆速度检测器。
电动机控制器50可以被配置为接收从车辆控制器40输出的充电/放电命令，并且可以被配置为基于命令，通过电压/电流调节，操作电气设备51(即，作为车辆内电动机和发电机的驱动电动机和HSG)进入行驶(电池放电)模式和再生(例如，发电和电池充电)模式。此外，电动机控制器50可以被配置为调节驱动电动机和HSG的驱动输出和发电输出。发动机控制器60可以被配置为基于发动机是开启还是关闭以及从车辆控制器40输出的输出命令，调节燃料和空气的量，并且因此可以被配置为调节发动机61的输出。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的控制电池SOC过程的流程图，并且图3是示出根据本发明的示例性实施例的控制电池SOC方法的视图。图4是示出根据本发明的示例性实施例的在控制电池SOC的方法中，基于作为行驶信息的道路坡度和车辆速度的控制状态的视图。
参考图2，为了描述根据本发明的示例性实施例的控制电池SOC的整个过程，车辆控制器40可以被配置为检测是否从行驶信息或道路信息收集设备10输入了有效数据(S11)，并且可以被配置为根据从行驶信息或道路信息收集设备10输入的数据获取道路坡度信息和交通信息(S12)。特别地，作为车辆正在行驶的当前路段的平均坡度值的当前平均有效道路坡度和作为车辆正在行驶的道路的交通速度或限制速度的平均有效车辆速度可以被确定为当前平均行驶信息或道路信息(S13和S14)。
此外，车辆控制器40可以被配置为从驾驶信息收集设备30接收APS信号、BPS信号和车辆速度信号以获取驾驶信息，并且被配置为从电池控制器20接收例如电池SOC的电池信息(S15)。控制器还可以被配置为使用驾驶信息和电池信息来确定车辆驾驶区域是否对应于主动充电区域(activechargingarea)(S16)。
在主动充电区域(其为正常充电/放电区域)中，可以执行由电气设备51使用发动机动力对电池进行充电的充电控制，或者可以执行由电气设备51对电池进行放电的放电控制，以在高效操作点下进行驱动，从而在发动机被驱动时维持发动机高效操作点，并且主动充电区域也是再生制动转矩和滑行再生转矩主动区域。
响应于确定出车辆驾驶区域不是在主动充电区域而是在被动充电区域(passivechargingarea)(S17)，可以通过再生制动转矩和滑行转矩控制执行通过驱动电动机增强电能回收的被动充电控制。在被动充电区域中，当强制充电被限制(例如，正常充电停止)时，可以使用面向放电控制和增强的再生制动与滑行转矩(可变控制)回收(确保)电能。替换地，响应于确定出车辆驾驶区域是强制充电区域(其为强制充电增强区域以确保用于确保EV驾驶和最大输出的SOC)而不是主动充电区域(S18)，可以基于预定控制逻辑执行强制充电控制。
当车辆在行驶时，车辆控制器40可以被配置为根据使用驾驶信息收集设备30获取的驾驶信息来确定行驶模式是充电模式还是放电模式(S19和S20)。当行驶模式是充电模式时，可以根据当前的行驶信息或道路信息计算面向放电的控制开始的主动充电上限SOC(S21)。当行驶模式是放电模式时，可以根据当前的平均有效道路坡度和平均有效车辆速度计算面向放电的控制开始的主动充电下限SOC(S22)。
此外，控制器可以被配置为确定是否生成到驾驶者使用车辆导航设备设定的目的地的行驶路径(S23)。当生成行驶路径时，可以根据从行驶信息或道路信息收集设备10输入的数据获取前方行驶信息或道路信息(S24)。
特别地，可以确定作为前方路段的平均坡度值的下一个平均有效道路坡度(S25)，并且可以根据下一个平均有效道路坡度和距前方路段的剩余距离计算用于校正主动充电上限(例如，正常充电停止)SOC或主动充电下限(例如，正常充电开始)SOC的校正因子。当确定了校正因子时，可以通过将充电上限SOC或充电下限SOC乘以校正因子来确定被校正的最终充电上限SOC和充电下限SOC(S26)。
当未生成行驶路径时，由于不能确定前方道路信息，因此在操作S21和S22中计算出的当前道路的充电上限SOC或充电下限SOC可以原样地应用到最终充电上限SOC或最终充电下限SOC，而不校正。因此，当确定了最终充电上限SOC和充电下限SOC时，可以基于与车辆行驶中的道路坡度和车辆速度对应的上限SOC和下限SOC，确定充电开始和充电停止，并且可以通过输出充电/放电命令，例如充电允许命令、充电允许SOC、充电系数、放电允许命令、放电允许SOC和放电系数，来调节电池SOC(S27)。
参考图3，详细示出了根据以下信息确定充电上限SOC和充电下限SOC的过程：驾驶信息，例如APS值、BPS值和车辆速度；当前行驶信息或道路信息，例如当前路段的道路坡度和交通速度(或限制速度)；以及前方行驶信息或道路信息，例如前方路段的道路坡度和距前方路段的剩余距离。
如图3所示，在根据道路坡度信息确定了当前平均有效道路坡度和前方平均有效道路坡度时，并且在根据交通信息(或地图信息和成像设备传感器信息)确定了平均有效车辆速度(交通速度和限制速度)时，可以使用地图，根据当前平均有效道路坡度和当前平均有效车辆速度来计算在主动充电区域中，在充电模式下停止充电的充电上限SOC和在放电模式下开始充电的充电下限SOC。
特别地，充电上限SOC可以是预定正常充电控制停止的SOC阈值，或者在充电模式下，为了维持高发动机效率的操作点或确保可操作性，执行(强制)面向放电的控制，并且充电下限SOC可以是正常放电控制停止的SOC阈值，并且在放电模式中，执行(强制)面向充电的控制。
在地图中，上坡道路的充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定为高于平路的相应值，并且下坡道路的充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定为低于平路的相应值。此外，随着在上坡道路上为正值的平均有效道路坡度(+％)增加，充电下限SOC可以被设定得更高。随着在下坡道路上为负值的平均有效道路坡度(-％)减小，充电上限SOC可以被设定得更低。此外，随着平路上的平均有效车辆速度减小，充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定得更高。
如图3所示，可以使用地图根据下一个平均有效道路坡度和剩余距离来计算校正因子。当计算出校正因子时，可以通过将根据当前平均有效道路坡度和平均有效车辆速度确定出的充电上限SOC乘以根据下一个平均有效道路坡度和剩余距离确定出的校正因子，计算最终充电上限SOC。替换地，可以通过将根据当前平均有效道路坡度和平均有效车辆速度确定出的充电下限SOC乘以根据下一个平均有效道路坡度和剩余距离确定出的校正因子相乘，计算最终充电下限SOC。
图4示出充电上限(例如，正常充电停止)SOC和充电下限(例如，正常充电开始)SOC根据作为行驶信息或道路信息的道路坡度和车辆速度(例如，交通速度或限制速度)变化。在该示例性实施例中，可以使用基于道路坡度和车辆速度进行的优化SOC控制来提高混合动力电动车辆的可操作性和燃料效率。
换句话说，可以通过分析并确定每个道路坡度的车辆速度和行驶信息，并且因此在所需转矩低且再生制动效率高的路段中，将充电上限SOC调节为低水平，以此提高能量回收率。可以通过在所需转矩显著变化且再生制动效率低的路段中，将充电下限SOC调节为高水平，以此提高可操作性和能量效率。
在图4中，示出了实际道路坡度，例如下坡路段、平路段和上坡路段。由于在每个路段中，应用到实际逻辑的平均有效道路坡度是平均坡度值，因此平均有效道路坡度可以被示为恒定值。下坡路段的平均有效道路坡度可以被确定为负值(-％)，并且平路段的平均有效道路坡度可以被确定为0。上坡路段的平均有效道路坡度可以被确定为正值(+％)。
此外，可以基于道路坡度和车辆速度，在充电限制与放电限制之间调节作为用于充电控制的电池SOC阈值的充电上限SOC和充电下限SOC。特别地，可以基于每个路段的道路坡度(例如，平均有效道路坡度)，在充电限制与放电限制之间调节被定义为充电上限SOC与充电下限SOC之间的区间的SOC带(band)。
首先，在下坡路段中，被定义为充电上限SOC与充电下限SOC之间的区间的SOC带可以被设定为比平路段的低，并且在上坡路段中，SOC带可以设定为比平路段的高。换句话说，在下坡路段中，充电上限SOC(例如，SOC带的最大值)与充电下限SOC(例如，SOC带的最小值)可以被设定为比平路段的低，从而当车辆行驶在下坡道路时，最大化基于驱动电动机进行的滑行和再生制动的能量回收，并且提高能量回收率和燃料效率。
此外，在上坡路段中，充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定为比平路段的高，从而当车辆行驶在上坡道路时，确保必要放电量，并且当放电不足时，通过基于HSG的强制充电额外地确保放电量。因此，可以提高燃料效率和可操作性。
而且，可以通过基于上坡道路、下坡道路和平路的所有路段的平均有效道路坡度和平均有效车辆速度来确定充电上限SOC和充电下限SOC，以此实现对充电/放电区域的优化，并且可以提高燃料效率和可操作性。特别地，在上坡路段中，随着为正值的平均有效道路坡度降低，充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定得更低。随着平均有效道路坡度增加，充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定得更高。
在平路段中，随着平均有效车辆速度减小，充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定得更高。随着平均有效车辆速度增加，充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定得更低。因此，可以通过基于平均有效车辆速度的改变来校正SOC带，以此实现对充电/放电区域的优化。
在下坡路段中，随着为负值的平均有效道路坡度降低，充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定得更低。随着平均有效道路坡度增加，充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定得更高。
此外，可以基于当前路段的剩余距离执行校正，使得在下坡道路与平路之间变化的过渡路段中以及在平路与上坡道路之间变化的过渡路段中，充电上限SOC和充电下限SOC逐渐增加或减少。如图4所示，在下坡路段中可以降低充电停止的电池SOC，从而扩大再生制动和滑行期间的能量回收区域，并且最大化能量回收量。此外，在上坡路段中可以增加充电开始的电池SOC，从而扩大EV行驶和最大输出放电确保区域。
在上坡和低速路段中，有效再生制动和滑行期间的能量回收量是低的，并且因此能量回收率是低的。由于EV行驶和加速/减速路段较多，需要较大转矩，因此平时可以维持高水平的电池SOC。因此，可以扩大主动充电区域，缩小被动充电区域，基于平均有效车辆速度和平均有效道路坡度的路段改变进行校正，提高充电模式期间的充电输出。
此外，在下坡和中/高速路段中，有效再生制动和滑行期间的能量回收量是高的，并且因此能量回收率是高的。由于加速/减速路段少，需要较小电动机转矩，因此为了确保再生制动量，平时可以维持低水平的电池SOC。因此，可以缩小主动充电区域，扩大被动充电区域，基于平均有效车辆速度和路段改变进行校正，增加再生制动，并且基于SOC增加电动机辅助转矩。
图5和图7是示出本发明的另一个示例性实施例的视图。在该示例性实施例中，可以使用道路类型信息代替道路坡度信息用作行驶信息或道路信息。道路类型可以被分类成为市中心道路、地方道路、高速公路以及国道中的至少两种类型。道路类型信息可以包括车辆正在行驶的当前路段的道路类型和前方路段的道路类型(例如，车辆正在行驶的前方的路段)。
在另一个作为行驶信息或道路信息的实施例中，可以根据从行驶信息或道路信息收集设备10传送到车辆控制器40的数据确定当前路段的道路类型和前方路段的道路类型。当车辆控制器40根据从GPS接收器11接收到的GPS信号检测车辆位置时，可以基于车辆位置，根据存储在数据存储单元12中的地图信息来确定路段的道路类型。
此外，当驾驶者在导航设备上设定目的地，并且接着生成到目的地的行驶路径时，可以根据3D地图数据获取行驶路径的道路类型信息。特别地，行驶路径的道路可以划分成不同路段，并且可以获取每个路段的道路类型信息。在本示例性实施例中，可以获取并使用车辆当前行驶的路段(例如，与检测到的车辆位置对应的路段)的道路类型信息和与当前路段邻近或接近的前方路段的道路类型信息。
在下文中，在本公开中，当前路段的道路类型将被称为“当前道路种类”，并且前方路段的道路类型将被称为“下一个道路种类”。
参考图5，为了描述根据本发明的另一个示例性实施例的控制电池SOC的整个过程，车辆控制器40可以被配置为确定是否从行驶信息或道路信息收集设备10输入了有效数据(S11)，并且被配置为根据从行驶信息或道路信息收集设备10输入的数据获取道路信息和交通信息(S12’)。特别地，可以通过使用行驶信息发送设备、GPS状态、目的地状态、行驶路径状态或系统误差，基于空载情况确定第一有效数据(例如，非行驶状态)，以此确定数据的有效性。然后，控制器可以被配置为通过比较或检测当前行驶信息是否在每个接收时段重复或对应信号对特定时段是否传输相同值，以此确定第二有效数据(例如，行驶状态)。
特别地，车辆正在行驶的当前道路种类可以被确定为市中心道路、地方道路、高速公路和国道中的一个(S13’)，并且可以确定平均有效车辆速度，其为车辆正在行驶的道路的交通速度或限制速度(S14)。此外，车辆控制器40可以被配置为从驾驶信息收集设备30接收APS信号、BPS信号和车辆速度信号以获取驾驶信息，并且可以被配置为从电池控制器20接收例如电池SOC的电池信息(S15)。此外，控制器可以被配置为使用驾驶信息和电池信息来确定车辆驾驶区域是否对应于主动充电区域(S16)。
在主动充电区域(其为正常充电/放电区域)中，可以执行由电气设备51使用发动机动力对电池进行充电的充电控制，或者可以执行由电气设备51对电池进行放电的放电控制，以在高效操作点下进行驱动，从而在发动机被驱动时维持发动机高效操作点，并且主动充电区域也是再生制动转矩和滑行再生转矩主动区域。
响应于确定出车辆驾驶区域不是在主动充电区域而是在被动充电区域(S17)，可以通过再生制动转矩和滑行转矩控制执行通过驱动电动机增强电能回收的被动充电控制。在被动充电区域中，当强制充电被限制(例如，正常充电停止)时，可以通过面向放电控制和增强的再生制动与滑行转矩回收电能。替换地，响应于确定出车辆驾驶区域是强制充电区域(其为强制充电增强区域以确保用于确保EV驾驶和最大输出的SOC)而不是主动充电区域(S18)，可以基于预定控制逻辑执行强制充电控制。
此外，当车辆在行驶时，车辆控制器40可以被配置为根据通过驾驶信息收集设备30获取的驾驶信息来确定行驶模式是充电模式还是放电模式(S19和S20)。当行驶模式是充电模式时，可以根据当前的行驶信息或道路信息计算面向放电的控制开始的主动充电上限SOC(S21)。当行驶模式是放电模式时，可以根据当前道路种类和平均有效车辆速度计算面向放电的控制开始的主动充电下限SOC(S22)。
控制器可以被配置为确定是否生成了到驾驶者使用车辆导航设备设定的目的地的行驶路径(S23)。当生成了行驶路径时，可以根据从行驶信息或道路信息收集设备10输入的数据获取前方行驶信息或道路信息(S24’)。
特别地，可以确定下一个道路种类(S25’)，并且可以根据下一个道路种类和距前方路段的剩余距离计算用于校正主动充电上限(正常充电停止)SOC或主动充电下限SOC的校正因子。当确定了校正因子时，可以通过将充电上限SOC或充电下限SOC乘以校正因子来确定被校正的最终充电上限SOC和充电下限SOC(S26)。当未生成行驶路径时，由于不能确定前方道路信息，因此在操作S21和S22中计算出的当前道路的充电上限SOC或充电下限SOC可以原样地应用到最终充电上限SOC或最终充电下限SOC，而不校正。
因此，当确定了最终充电上限SOC和充电下限SOC时，可以基于与车辆行驶中的道路种类和车辆速度对应的上限SOC和下限SOC，确定充电开始和充电停止。此外，可以通过输出充电/放电命令，例如充电允许命令、充电允许SOC、充电系数、放电允许命令、放电允许SOC和放电系数，来调节电池SOC(S27)。
参考图6，详细示出了根据以下信息确定充电上限SOC和充电下限SOC的过程：驾驶信息，例如APS值、BPS值和车辆速度；当前行驶信息或道路信息，例如当前路段的道路种类和交通速度；以及前方行驶信息或道路信息，例如前方路段的道路种类和距前方路段的剩余距离。
如图6所示，当根据道路信息确定了当前道路种类和前方道路种类，并且根据交通信息(或地图信息和成像设备传感器信息)确定了平均有效车辆速度时，可以使用作为设定信息的地图，根据当前道路种类和当前平均有效车辆速度计算在主动充电区域中充电停止的充电上限SOC和充电开始时的充电下限SOC。
特别地，充电上限SOC可以是预定正常充电控制停止的SOC阈值，并且在充电模式下为了维持高发动机效率的操作点或者为了确保可操作性，可以执行(强制)面向放电的控制。在地图中，充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定为按照市中心道路、地方道路、高速公路和国道的次序降低。随着地方道路的平均有效车辆速度降低，充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定得较高(例如，可以增加)。
如图6所示，可以使用地图，根据下一个道路种类和剩余距离计算校正因子。当计算出校正因子时，接着可以通过将根据当前道路种类和平均有效车辆速度确定出的充电上限SOC乘以根据下一个道路种类和剩余距离确定出的校正因子，计算最终充电上限SOC。替换地，可以通过将根据当前道路种类和平均有效车辆速度确定出的充电下限SOC乘以根据下一个道路种类和剩余距离确定出的校正因子，计算最终充电下限SOC。
图7示出充电上限SOC和充电下限SOC基于作为行驶信息或道路信息的道路种类和车辆速度而变化。在该示例性实施例中，使用根据道路种类和车辆速度进行的优化SOC控制，可以提高混合动力电动车辆的可操作性和燃料效率。
换句话说，可以通过分析并确定每个道路种类的车辆速度和行驶信息，并且因此在所需转矩为低且再生制动效率为高的路段中，将充电上限SOC调节为低水平，以此可以提高能量回收率。可以通过在所需转矩显著变化且再生制动效率为低的路段中，将充电下限SOC调节为高水平，以此可以提高可操作性和能量效率。
此外，作为用于充电控制的电池SOC阈值的充电上限SOC和充电下限SOC可以基于道路种类和车辆速度，在充电限制与放电限制之间进行调节。特别地，被定义为充电上限SOC与充电下限SOC之间的区间的SOC带可以基于每个路段的道路种类，在充电限制与放电限制之间进行调节。
首先，在高速公路路段中，被定义为充电上限SOC与充电下限SOC之间的区间的SOC带可以被设定为比地方道路路段的低，并且在市中心道路路段中，SOC带可以被设定为比地方道路路段的高。换句话说，在高速公路路段中，充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定为比地方道路路段的低，从而最大化车辆在高速公路上行驶时通过驱动电动机进行的基于滑行和再生制动的能量回收，并且提高能量回收率和燃料效率。
在市中心道路路段中，充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定为比地方道路的高，从而当车辆行驶在市中心道路上时，确保必要的放电量，并且当放电不足时，由HSG通过强制充电额外地确保放电量。因此，可以增加EV行驶，并且提高燃料效率和可操作性。通过基于地方道路路段的平均有效车辆速度来确定充电上限SOC和充电下限SOC(例如，根据平均有效车辆速度设定SOC带)，可以实现对充电/放电区域的优化，并且可以提高燃料效率和可操作性。
特别地，随着在地方道路路段中平均有效车辆速度降低，充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定得更高。随着平均有效车辆速度增加，充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定得更低。因此，通过基于平均有效车辆速度的变化来校正SOC带，可以实现对充电/放电区域的优化。
此外，充电上限SOC和充电下限SOC可以被设定为，在高速公路与地方道路之间变化的过渡路段中以及在地方道路与市中心道路之间变化的过渡路段中，逐渐增加或降低。换句话说，如图7所示，在高速公路路段中可以降低停止充电的电池SOC，从而扩展再生制动和滑行期间的能量回收区域，并且最大化能量回收量。
在上坡路段中，在车辆拥堵和车辆停止频繁的市中心道路路段中可以增加充电开始的电池SOC，从而扩大EV行驶和最大输出放电确保区域。在市中心和低速路段中，单个行驶路段的行驶距离是短的(例如，由于频繁停止而最小)，并且有效再生制动和滑行期间的能量回收量是低的且因此能量回收率是低的。由于EV行驶和加速/减速路段较多，需要较大要求转矩，因此在平时可以维持高水平的电池SOC。因此，可以实现主动充电区域的扩大、被动充电区域的缩小、基于平均有效车辆速度和道路种类路段的改变进行的校正、在充电模式期间的充电输出的提高。
在诸如国道和高速公路的中/高速路段中，单个行驶路段(例如，驾驶路段)的行驶距离是长的(例如，由于停止不频繁)，并且有效再生制动和滑行期间的能量回收量是高的且因此能量回收率是高的。由于加速/减速路段最少，需要较小的电动机要求转矩，因此为了确保再生制动量，在平时可以维持低水平的电池SOC。由此，可以缩小主动充电区域的缩小，扩大被动充电区域，基于平均有效车辆速度和路段的改变进行校正，增加再生制动，并且基于SOC增加电动机辅助转矩。
因此，本发明在混合动力电动车辆中，在不提高电气设备(例如，驱动电动机，混合动力启动发电机(HSG)等)的情况下，能够实现能量的高效使用，最大化电动机进行的能量回收，提高燃料效率和可操作性。本发明可以通过基于车辆在下坡道路、国道或中/高速行驶路段上的制动或滑行，最大化由电动机回收的能量，以此提高燃料效率。
此外，本发明可以通过充分确保车辆行驶在上坡道路或市中心，或者车辆行驶在低速和拥堵路段时的电动机输出，以此提高可操作性和燃料效率，由此在陡峭坡度或快速加速时针对较大的要求转矩确保快速反应性能，并且增加EV行驶距离。
此外，本发明通过预测前方坡度、道路类型和交通情况，并且因此基于车辆速度、道路类型或道路坡度的变化最小化过渡状态，以此可以防止可操作性和燃料效率的降低。此外，本发明通过在主电池充电期间预测并限制超过预定充电和放电限制，以此可以提高主电池的耐久性并防止车辆的不能行驶状态。
已经参考示例性实施例详细描述了本发明。然而，本领域技术人员将要明白，在不偏离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本发明的范围由权利要求及其等同体限定。

Claims (24)

1.一种用于控制混合动力电动车辆中电池荷电状态(SOC)的装置，包括：
行驶信息或道路信息收集设备，其被配置为检测行驶信息和道路信息，包括关于坡度或道路类型的信息以及关于车辆速度的信息；和
车辆控制器，其被配置为基于驾驶信息来确定充电模式和放电模式，并且基于车辆正在行驶的路段的道路坡度信息或道路类型信息以及该路段的车辆速度信息来确定充电上限SOC和充电下限SOC，从而基于在充电模式中电池充电停止的充电上限SOC和在放电模式中电池充电开始的充电下限SOC，输出针对驱动电动机和混合启动发电机(HSG)的充电命令或放电命令。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述行驶信息或道路信息收集设备包括：
被配置为接收全球定位系统(GPS)信号的GPS接收器；
被配置为存储地图信息的数据存储单元；以及
被配置为从外部交通信息提供系统接收交通信息的信息接收器，
其中所述车辆控制器被配置为：
根据由所述GPS接收器接收到的GPS信号，检测车辆位置；
基于从地图信息检测的车辆位置，获取关于车辆当前正在行驶的路段的道路坡度或道路类型的信息；以及
基于检测到的车辆位置，获取基于车辆当前正在行驶的路段的实时交通确定的交通速度，作为关于该路段的车辆速度的信息。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述车辆控制器被配置为，使用当前平均有效道路坡度作为道路坡度信息来计算充电上限SOC和充电下限SOC，所述当前平均有效道路坡度是车辆当前正在行驶的路段的平均坡度值。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述车辆控制器被配置为，使用每个路段的地图，根据该路段的道路坡度或道路类型以及该路段的车辆速度，确定充电上限SOC和充电下限SOC。
5.如权利要求4所述的装置，其中当没有从所述外部交通信息提供系统接收到交通信息时，所述车辆控制器被配置为，获取车辆当前正在行驶的路段的限制速度作为该路段的车辆速度。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述限制速度被获取为根据地图信息，对与车辆位置对应的道路设定的限制速度。
7.如权利要求5中所述的装置，其中所述行驶信息或道路信息收集设备还包括：
成像设备传感器，其被配置为在车辆正在行驶时拍摄标有限制速度的交通标志；以及
传感器控制器，其被配置为使用字符识别从所述成像设备传感器拍摄的图像中提取限制速度，
其中所述车辆控制器被配置为获取从所述传感器控制器传送的限制速度作为车辆速度信息。
8.如权利要求1所述的装置，其中当使用车辆中的导航设备生成了到目的地的行驶路径时，所述车辆控制器还被配置为：
通过所述行驶信息或道路信息收集设备获取关于与当前路段邻近的前方路段的道路坡度或道路类型的信息以及关于距前方路段的剩余距离的信息；
获取基于前方路段的道路坡度或道路类型以及剩余距离确定的校正因子；以及
使用通过使用所述校正因子校正充电上限SOC和充电下限SOC而得到的最终充电上限SOC和最终充电下限SOC。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述道路类型信息包括市中心道路、地方道路、高速公路和国道中的至少两种道路类型。
10.一种用于控制混合动力电动车辆中电池荷电状态(SOC)的方法，包括以下步骤：
由控制器根据从行驶信息或道路信息收集设备传送的数据获取行驶信息和道路信息，包括关于坡度或道路类型的信息以及关于车辆速度的信息；
由所述控制器基于驾驶信息确定充电模式和放电模式；
在充电模式中，由所述控制器基于车辆当前正在行驶的路段的道路坡度信息和道路类型信息以及该路段中的车辆速度信息，确定充电上限SOC；
在放电模式中，由所述控制器基于该路段的道路坡度信息和道路类型信息以及该路段中的车辆速度信息，确定充电下限SOC；以及
由所述控制器基于在充电模式中电池充电停止的充电上限SOC或在放电模式中电池充电开始的充电下限SOC，输出针对驱动电动机和混合动力启动发电机(HSG)的充电命令或放电命令。
11.如权利要求10所述的方法，其中获取行驶信息或道路信息的步骤包括：
由所述控制器根据由全球定位系统(GPS)接收器接收到的GPS信号检测车辆位置；
由所述控制器从外部交通信息提供系统接收交通信息；
由所述控制器基于从数据存储单元的地图信息中检测到的车辆位置，获取关于车辆当前正在行驶的路段的道路坡度或道路类型的信息；以及
由所述控制器基于从所述交通信息中检测到的车辆位置，获取基于车辆当前正在行驶的路段的实时交通确定的交通速度，作为关于该路段的车辆速度的信息。
12.如权利要求11所述的方法，其中使用当前平均有效道路坡度作为道路坡度信息来计算充电上限SOC和充电下限SOC，所述当前平均有效道路坡度是车辆当前正在行驶的路段的平均坡度值。
13.如权利要求12所述的方法，其中使用每个路段的地图，根据该路段的道路坡度或道路类型以及该路段的车辆速度，确定充电上限SOC和充电下限SOC。
14.如权利要求13所述的方法，其中当没有从所述外部交通信息提供系统接收到交通信息时，获取车辆当前正在行驶的路段的限制速度作为该路段中的车辆速度。
15.如权利要求14所述的方法，其中即使所述行驶信息收集设备提供道路的交通信息和限制速度，但是当实际的当前行驶速度与限制速度在某种程度上不同或更大地不同，或者不能提供所有交通信息和限制速度时，从被配置为检测车辆当前速度的车辆速度检测器获取特定时间内的平均车辆速度作为该路段中的车辆速度。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述限制速度被获取为对与从地图信息检测到的车辆位置对应的道路设定的限制速度。
17.如权利要求14所述的方法，其中当车辆行驶期间成像设备传感器拍摄到标有限制速度的交通标志时，所述限制速度被获取为使用字符识别从所述成像设备传感器拍摄的图像中提取的限制速度。
18.如权利要求10所述的方法，当使用车辆中的导航设备生成了到目的地的行驶路径时，所述方法还包括以下步骤：
由所述控制器通过所述行驶信息或道路信息收集设备获取关于与当前路段邻近的前方路段的道路坡度或道路类型的信息以及关于距前方路段的剩余距离的信息；
由所述控制器获取基于前方路段的道路坡度或道路类型以及剩余距离确定的校正因子；以及
由所述控制器使用通过使用所述校正因子校正充电上限SOC和充电下限SOC而得到的最终充电上限SOC和最终充电下限SOC。
19.如权利要求13所述的方法，其中上坡道路的充电上限SOC和充电下限SOC被设定为比平路的高，并且下坡道路的充电上限SOC和充电下限SOC被设定为比平路的低。
20.如权利要求19所述的方法，其中随着在上坡道路上为正值的平均有效道路坡度增加，充电下限SOC被设定得更高，并且随着在下坡道路上为负值的平均有效道路坡度降低，充电上限SOC被设定得更低。
21.如权利要求19所述的方法，其中随着平路段中的车辆速度降低，充电上限SOC和充电下限SOC被设定得更高。
22.如权利要求10所述的方法，其中所述道路类型信息包括市中心道路、地方道路、高速公路和国道中的至少两种道路类型。
23.如权利要求22所述的方法，其中充电上限SOC和充电下限SOC按市中心道路、地方道路、高速公路和国道的次序设定得更低。
24.如权利要求22所述的方法，其中随着地方道路路段上的车辆速度降低，充电上限SOC和充电下限SOC被设定得更高。
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