CN107000602A - 用于管理混合动力车辆的牵引电池的充电状态的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于管理电池的充电状态(SoC)的方法，所述方法包括激活所述电池的浮充阶段的步骤，其中，间歇性地对所述电池进行充电，以便维持其充电状态高于预定目标充电状态值(SOC_目标)，其特征在于，所述方法包括以下步骤：检测所述电池的可能避免充电状态被维持高于所述预定目标充电状态值(SOC_目标)的临界使用条件；以及在检测到所述电池的所述临界使用条件时，增大所述预定目标充电状态值(SOC_目标)，从而预期所述激活所述电池浮充阶段的步骤。

Description

用于管理混合动力车辆的牵引电池的充电状态的方法
技术领域
本发明涉及一种用于管理电池的充电状态的方法，所述方法包括激活所述电池的浮充阶段的步骤，其中，间歇性地对所述电池进行充电，以便维持所述电池的充电状态高于预定目标值。
背景技术
本发明优选地适用于配备有混合动力传动系统的混合动力车辆的牵引电池，所述混合动力车辆包括内燃机和至少一个电机用于同时地或者独立地确保将扭矩传送至车辆的驱动轮。本发明以非限制性方式适用于在混合动力传动系统结构中实现的牵引电池，所述混合动力传动系统结构要求：在车辆被设为启动阶段期间或者从停止开始并以车辆的低运动速度“起步”阶段期间，提供给车轮的功率仅由车辆的牵引电池供应。在通过设计使内燃机可以仅从预定阈值车速开始干涉车辆的推进的某些架构中，情况就是如此，使得传动系统仅具有存储在车辆的牵引用电池中的电能以进行启动并且将车辆移动直至内燃机可以进行干预所处的所述预定阈值车速。
在此“起飞”阶段，内燃机既不能参与牵引也不能对电池充电。因此，如果牵引电池的充电水平下降得太低(低于预定义阈值)，车辆将不得不(暂时)无法启动以在车辆停止的同时激活对牵引电池的充电模式。然而，在交通拥堵型驱动条件下或者在(雪中)低速登山时，可能会变得难以维持电池的充电状态高于允许其提供需要的最小功率水平的阈值。电气配件的贡献也将是可能加速牵引电池的放电的导致情况恶化的因素。最后，在温度影响了实际可用于牵引的电能的情况下，温度也是要考虑的因素。
因此，在一些使用情况下，由专用电池管理计算机应用的能量管理法则不允许电池维持在将允许所述电池确保需要的最小功率水平的条件下。然后，车辆潜在地面临暂时无法启动的问题，其中，牵引电池不能供应使车辆从停止开始以车辆的低行驶速度起步所需要的牵引功率。
以申请人的名义，专利文献FR2992274公开了一种控制对配备有具有如以上所阐述的限制的混合动力传动系统的混合动力车辆牵引电池进行充电的方法，这种方法假设：在车辆被强迫停止的情况下，内燃机驱动电机在发电机模式下运行以便在完全拒绝车辆启动的同时对电池进行充电(只要电池的充电状态没有返回到允许电池供应需要的最小功率水平的阈值之上)。
这种系统的缺点是，车辆无法启动直至牵引电池的性能特性恢复，换句话说，直至后者返回至允许牵引电池供应需要的最小功率水平的充电状态和温度条件。
因此，需要能够尽可能地限制发生车辆无法启动以在停止时对牵引电池进行再充电的情况。
发明内容
此目标通过一种用于管理电池的充电状态的方法来实现，所述方法包括激活所述电池的浮充阶段的步骤，其中，间歇性地对所述电池进行充电，以便维持所述电池的充电状态高于预定目标充电状态值，所述方法的特征在于其包括以下步骤：
-检测可能避免所述电池的充电状态被维持高于所述预定目标充电状态值的所述电池的临界使用条件；以及
-在检测到所述电池的所述临界使用条件时，增大所述预定目标充电状态值，从而预期所述激活所述电池浮充阶段的步骤。
所述电池为混合动力车辆的牵引电池，所述混合动力车辆包括内燃机和电机，检测所述电池的所述临界使用条件的所述步骤包括：
-在考虑到所述车辆的当前驱动条件以及由所述牵引电池供应的用于向所述车辆的车载低压电气系统供电的电能的情况下估算可能供应给所述电池的最大充电功率的步骤，以及
-比较所述估算的最大充电功率与所述电池的所述临界使用条件的预定义功率检测阈值。
有利的是，对可能供应给所述电池的所述最大充电功率的估算包括以下计算：
其中，P最在充电(t)对可能供应给所述电池的所述最大充电功率的所述估算，
是所述内燃机可以供应的最大机械功率；
Pbat最大是授权用于所述电池的最大充电功率；
Pdcdc(t)是DC/DC转换器消耗的功率，用于允许从在所述牵引电池上汲取的能量中为所述车辆的低压车载网络供电；
PGMT(t)是牵引所需要的机械功率；并且
ηME是所述电机的效率。
优选地，所述最大充电功率的所述估算从Pdcdc(t)和PGMT(t)的在滑动时间窗口上所获取的瞬时值集合的平均值中分别得出的平均值。
有利的是，所述滑动时间窗口具有大约300s的时长。
优选地，增大所述预定目标充电状态值的所述步骤可以包括：确定在所述车辆的全电模式下的目标自主值、估算确保所述车辆的所述当前使用条件下的目标自主性所需要的电能值以及通过使用转换因子将所需电能值转换成充电状态值，所述转换因子将所述电池的温度和老化考虑在内。
还提出了计算机程序产品，包括用于在由处理器运行此程序时执行以上所描述的方法的步骤的指令。
然后，以上所描述的方法可以由数字处理装置(比如微处理器、微控制器等等)来实施。
还提出了一种用于管理电池的充电状态的设备，所述设备包括用于激活电池充电装置的电池控制装置，所述电池充电装置被设计用于以间歇的方式对所述电池进行充电以维持所述电池的充电状态高于预定目标充电状态值，所述设备的特征在于所述控制装置能够检测可能避免所述电池的充电状态被维持高于所述预定目标充电值的所述电池的临界使用条件并且能够在检测到所述临界使用条件时命令所述预定目标充电状态值增大，从而预期所述电池的所述充电装置的激活。
还提出了一种混合动力机动车辆，包括牵引电池以及如以上所描述的管理设备。
附图说明
本发明的其他特征和优点在阅读本发明的特定实施例的以下参照单个附图作为非限制性指示给出的描述时将变得明显，所述单个附图针对车速随着时间推移的演变展示了可供电池用于确定临界使用条件的最大理论充电功率的估算的平均值的变化以及电池的充电状态(SOC)的变化。
具体实施方式
以下描述参照配备有混合动力传动系统的混合动力车辆给出，所述混合动力传动系统包括内燃机和至少一个电动机，其中，在车辆停止并处于低速(大约0至15km/h)的同时车辆的“起飞”阶段由电动机且通过来自牵引电池的电气功率来确保。为了能够确保电池的容量以供应牵引所需要的能量(具体地，在没有先前的用于停止时进行充电的不启动的情况下车辆起步所需要的能量)，本发明的方法提供用于检测不利于维持电池的充电状态的临界使用条件，以便能够如所需要的那样激活用于保存电池的电能的专用模式。
为了做到这一点，需要在车辆中早已可用的某些变量，包括：
-车速：v车辆(t)；
-DC/DC转换器消耗的功率：Pdcdc(t)(所述DC/DC转换器常规地用于使得可能从在牵引电池上汲取的能量中供应车辆的车载低压电气系统(14VDC)，在所述车载低压电气系统上，电气功率是可用的并且由被安装在车辆上并电连接至车载电气系统的各个电气负载所消耗)；
-由传动系统供应给车轮的功率，与由驱动器(借助于加速器)表述的扭矩需求与车轮转速的乘积相对应：PGMT(t)＝TGMT(t)×ω车轮(t).
-对可能供应给电池的最大充电功率的估算。此值计算如下：
具有以下约定：正电气功率为电池的负载功率。
是在最有利的转动比中所述内燃机可以供应的最大机械功率。通过计算所有现有比率上的发动机速度，可以估算其在每个比率上的最大扭矩，最大扭矩与速度的乘积给出了每个比率上发动机的最大功率，由在所有比率上获得的最高功率给出。
Pbat最大是授权用于电池和电机的最大充电功率，因此，此值是电机可以达到的性能水平与由BMS(Battery Management System，电池管理系统)所计算的电池限制的整合。
在表达式(1)中，我们从发动机可以供应的最大机械功率开始并且减去PGMT(t)，即牵引所需要的机械功率。借助于通过ηME给出的估算机器效率将剩下的机械功率(如果有的话)转换成电气功率。从所获得的电气功率中，我们减去Pdcdc(t)(DC/DC转换器所汲取的电气功率)。所产生的电气功率被减小Pbat最大(可以发送给电池的最大功率)。
以下将对车辆的两种不同的使用情况进行描述，以展示对用于估算可能供应给电池的最大充电功率的先前的计算的使用。
第一种使用情况涉及以50km/h的恒定速度驱动车辆的阶段。在这种情况下，PGMT(t)可以估算为低值(例如，10kW)。的值可以估算为高值。认为发动机的最大功率等于例如80kW，则可以估算为60kW。Pdcdc(t)被设置为处于平均值(例如，等于-500kW)，并且ηME被设置为80％。
在这些条件下，最大理论充电功率可以估算为(60-10)*0.8–0.5＝39.5kW。
然而，在实践中，授权用于电池的最大充电功率更低(例如，等于20kW)。因此，在这种使用情况下，可能供应给电池的最大充电功率P最大充电(t)最终估算为20kW。此结果反映了以下事实：如果希望的话，可以将20kW转移给电池。这并不意味着其为将要应用到车辆的命令。相比之下，考虑到可以转移给电池的功率水平，可以认为，如果车辆的整条路线在这些使用条件下发生，则不能够维持电池的充电状态的可能性为零。
现在，让我们检查涉及车辆的起步阶段的第二种使用情况(例如，以5km/h的速度)。在此情况下，PGMT(t)将取决于驱动器要求的加速度，但是其在直接起飞时可以达到例如15kW。然而，在这种使用情况下，由于如以上所解释的那样，内燃机不可以以此速度参与到牵引中，因此为零。Pdcdc(t)和ηME维持与针对第一种使用情况所设置的值相同的值，即，Pdcdc(t)＝-500W并且ηME＝80％。然而，在这种使用情况下，电机将在牵引中运行并且因此将消耗电能而不再产生所述电能，使得其实际产量反转为1/80％。
在这些条件下，最大理论充电功率可以估算为(0-15)*(1/0.8)-0.5＝-19.25kW。这里，最大充电功率是实际上与放电功率相对应的负数。这展示了以下事实：在这些使用条件下，并且无论任何对电池再充电的期望如何，电池被放电至-19.25kW是不可避免的。因此，可以想象沿着具有许多起步的路线，并且沿着速度很少超过15km/h(可以按照所述速度使用内燃机)的路线，有可能无法维持电池的充电状态。
根据实施例，为了“推断”用于表征对于维持电池的充电状态而言临界的条件的以上所描述的变量的瞬时值，在经过的时间窗口上使用滑动平均法。因此，对在滑动时间窗口中获得的变量的瞬时值取平均以确定来自其中的滤波信号。滑动时间窗口的长度为用于保存电池的充电状态的策略的校准参数，其数量级为例如300s。使用滑动平均的缺点是它需要将组成平均样本的所有元件保存在存储器中。例如，在1Hz的采样频率下获取使用的变量，使得对于300s的时间窗口而言，每个变量必须存储300个值。因此，在实施用于保存电池的充电状态的策略的计算机中适配RAM存储器需求。
因此，根据此实施例，从如以上所描述的那样获取的四个变量的瞬时值中减去其平均值：
-车辆的平均速度：
-DC/DC装换器消耗的平均功率：
-传动系统供应给车轮的平均功率
-最大平均充电功率：
最大平均充电功率是将用于判定使用条件对于维持电池的充电状态而言是否临界的变量。例如，如果通常在滑动瞬时窗口的时长期间(即，在根据以上给定的示例运行的最后300秒期间)，估算的最大平均充电功率为：
->>0，则在这些条件下，没有理由认为存在不能维持电池的充电状态的风险。
-接近0，则认为存在不能维持电池的充电状态的风险。
-＜0，则真实存在不能维持电池的充电状态的风险。
有利的是，用于的值的临界使用条件的功率检测阈值以及避免所述功率检测阈值的滞后是用于保存电池的充电状态的策略的校准参数。
如果使用条件不被认为临界，则能量管理法则所考虑的电池的目标充电状态值保持恒定(例如，大约20％)，以便提高可重复性。因此，在检测临界使用条件的情况下激活了用于保存充电状态的策略，并且实施了用于增大目标充电状态值的步骤。更确切地，增大的目标充电状态值计算如下：
首先，确定我们想要针对全电模式下的车辆保证的目标自主性(ZEV(“零排放车辆”)模式下的自主性)(记为自主性目标)，例如，大约5km。
在车辆的当前使用条件下估算确保此目标自主性所需要的能量：
其中：是牵引所需要的平均电气功率；是DC/DC转换器消耗的平均电气功率，并且商表示覆盖目标自主性所需要的时长。
然后，基于BMS提供的将电池的温度和老化考虑在内的转换因子，将表示为W/h的估算的目标能量转化为目标充电状态SOC_目标的百分比。最终，由此确定的目标充电状态值限制在固定的最小值与最大值之间。
应注意的是，在使用条件不被认为临界时，注意导致用于保存电池的充电状态的策略去激活的最大平均充电功率的增大，并且然后，目标充电状态值将返回至其初始恒定值。
单个附图示出了实施如以上所描述的用于保存电池的充电状态的策略的优点。图1示出了根据包括正常驱动的第一阶段(之后是有5％的下降和车辆电气配件的高消耗的第二交通拥堵阶段)的情景按照时间的车辆的速度曲线，并行地，如根据以上所概述的原理估算的最大平均充电功率的曲线以及电池的充电状态(SOC)的曲线。
在附图中被展示为示例的情景从额外城市条件下的常规驱动阶段开始，初始充电状态为65％，因此，车辆在ZEV模式下移动，并且不使用内燃机。如所展示的，在t＝1000s处，车辆进入下降的交通拥堵阶段。然后，电池充电电位的估算开始下降并且在t＝1200s处紧密地接近0，所述估算是基于在这些使用条件下可能供应给电池的最大充电功率通过用于保存充电状态的策略计算的。因此，对这些临界条件的检测触发了用于保存充电状态的策略的激活。根据以上所概述的原理，根据附图中的示例初始地设置为20％的电池的目标充电状态值SOC_目标从20％增大至35％。在t＝1800s处，电池的充电状态下降到目标充电状态值SOC_目标以下，车辆退出ZEV模式驱动并且策略命令开始维持电池的充电状态。因此，内燃机启动并且在它可以(车速＞15km/h)启动时驱动在再生模式下运行的电机以对电池充电。然而，如在附图中示出的，电池充电不足以确保关于增大的目标充电状态值而完美地维持电池的充电状态，并且电池的充电状态缓慢下降。然而，考虑到表示在不实施策略的情况下对电池的充电状态的变化的推断的虚线(即，如果目标充电状态值维持在其初始值20％处并且车辆不转换到浮充)，可以估算电池的充电状态在大约t＝3000s处已达到20％并且仅在此时电池的浮充已被激活。因此，此示例示出了由于在检测到对于维持电池的充电状态而言临界的条件时目标充电状态值的增大，根据本发明的策略使得可能按照大约1200s来预期电池的充电状态的维持的激活并且因此保存电池的充电状态。根据此示例，在t＝3000s处，在实施本发明的策略时电池的充电状态大于不使用策略的情况下电池会有的充电状态大约12％。如在以上引用的专利文献FR2992274中所讨论的，此余量将有利地允许延迟电池充电阶段的实施。
此外，在交通拥堵阶段结束时，最大充电功率将增大直至超过临界使用条件的预定义功率检测阈值，其中，根据示例目标充电状态值将返回至其初始值20％，并且其中，电气功率将再次被消耗。
由车载计算机(例如，被适配成用于控制作为整体的车辆的传动系统的计算机)来实施计算装置，所述计算装置被实施用于估算与针对用于保存电池的充电状态的策略的激活的临界使用条件下的预定义功率检测阈值进行比较的最大充电功率

Claims (8)

1.一种用于管理电池的充电状态(SOC)的方法，所述方法包括激活所述电池的浮充阶段的步骤，其中，间歇性地对所述电池进行充电，以便维持所述电池的充电状态高于预定目标充电状态值(SOC_目标)，所述方法的特征在于其包括以下步骤：
-检测可能避免所述电池的充电状态被维持高于所述预定目标充电状态值(SOC_目标)的所述电池的临界使用条件；以及
-在检测到所述电池的所述临界使用条件时，增大所述预定目标充电状态值(SOC_目标)，从而预期所述激活所述电池浮充阶段的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述电池为包括内燃机和电机的混合动力车辆的牵引电池，检测所述电池的所述临界使用条件的所述步骤包括：
-在考虑到所述车辆的当前驱动条件以及由所述牵引电池供应的用于向所述车辆的车载低压电气系统供电的电能的情况下估算可能供应给所述电池的最大充电功率的步骤，以及
-比较由此估算的所述最大充电功率与所述电池的所述临界使用条件的预定义功率检测阈值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对可能供应给所述电池的所述最大充电功率的所述估算包括以下计算：
其中，P最大充电(t)是对可能供应给所述电池的所述最大充电功率的所述估算，
是所述内燃机可以供应的最大机械功率；
Pbat最大是授权用于所述电池的最大充电功率；
Pdcdc(t)是DC/DC转换器消耗的功率，用于允许从在所述牵引电池上得到的能量中为所述车辆的所述低压车载电气系统供电；
PGMT(t)是牵引所需要的机械功率；并且
ηME是所述电机的效率。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述最大充电功率的所述估算为从Pdcdc(t)和PGMT(t)的在滑动时间窗口上所获取的瞬时值集合的平均值中得出的平均值
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述滑动时间窗口具有大约300s的时长。
6.如权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，增大所述预定目标充电状态值(SOC_目标)的所述步骤包括：确定在全电模式下所述车辆的目标自主值、估算确保在所述车辆的所述当前使用条件下的目标自主性所需要的电能值以及通过使用转换因子将所需的电能值转换成充电状态值，所述转换因子将所述电池的温度和老化考虑在内。
7.一种用于管理电池的充电状态(SOC)的设备，所述设备包括用于激活电池充电装置的电池控制装置，所述电池充电装置被设计用于以间歇的方式对所述电池进行充电以便维持所述电池的充电状态高于预定目标充电状态值(SOC_目标)，所述设备的特征在于所述控制装置能够检测可能避免所述电池的充电状态被维持高于所述预定目标充电值的所述电池的临界使用条件并且能够在检测到所述临界使用条件时命令所述预定目标充电状态值增大，从而预期所述电池充电装置的激活。
8.一种混合动力机动车辆，包括牵引电池以及如权利要求7所述的用于管理电池的充电状态的设备。
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