CN108068625A - 电池通信丢失期间的电力电子的操作 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及电池通信丢失期间的电力电子的操作。一种车辆包括电池控制模块和控制器。所述电池控制模块可被配置为：以定期间隔发出指示电池的荷电状态的消息。所述控制器可被配置为：在处于点火开关接通状态并且存在扭矩需求时在所述定期间隔未接收到所述消息的情况下，将电池与电动动力传动系统之间的功率流约束为基于预测的荷电状态的限制，以提供受限的推进力。

Description

电池通信丢失期间的电力电子的操作
技术领域
本申请总体上涉及一种电力电子模块，所述电力电子模块被配置为在牵引电池控制器与所述电力电子模块之间的通信丢失事件期间进行操作。
背景技术
电气化车辆(包括混合动力电动车辆(HEV)和电池电动车辆(BEV))依靠牵引电池向用于推进的牵引马达提供电力，并且依靠牵引电池和牵引马达之间的电力逆变器将直流(DC)电力转换为交流(AC)电力。典型的AC牵引马达是可由3个正弦信号供电的3相马达，所述3个正弦信号中的每个以120度的相位分离驱动。牵引电池被配置为在特定电压范围内操作，并且提供最大电流。可选地，牵引电池被称作高电压电池，其中，典型的牵引电池的端电压超过100伏特DC。然而，电机的改善的性能可通过在不同的电压范围内进行操作来实现，所述电压范围通常高于牵引电池的端电压。同理，用于驱动车辆电机的电流需求通常被称作高电流。
此外，很多电气化车辆包括DC-DC转换器(还被称作可变电压转换器(VVC))，以将牵引电池的电压转换为电机的操作电压水平。电机(可包括牵引马达和发电机)可能需要高电压和高电流。由于电压需求和电流需求，电池模块和电力电子模块通常持续进行通信。电池模块为车辆控制算法提供重要信息，所述重要信息包括电池电压、电池电流以及电池荷电状态(SOC)。
发明内容
一种车辆包括电池控制模块和控制器。所述电池控制模块可被配置为：以定期间隔发出指示电池的荷电状态的消息。所述控制器可被配置为：在处于点火开关接通状态并且存在扭矩需求时在所述定期间隔未接收到所述消息的情况下，将电池与电动动力传动系统之间的功率流约束为基于预测的荷电状态的限制，以提供受限的推进力。
一种控制电动动力传动系统的方法包括：响应于缺少由电池模块在周期间隔广播的电池的荷电状态值，限制电动动力传动系统的净功率流并且在辅助高电压负载与电动动力传动系统之间转移功率。限制电动动力传动系统的净功率流是用于将所述荷电状态值保持在预定范围内，所述预定范围是基于电池的预测的荷电状态值的。在辅助高电压负载与电动动力传动系统之间转移功率使得功率流的改变被最小化。
一种动力传动系统模块包括控制器，所述控制器可被配置为：在处于点火开关接通状态并且存在驾驶员扭矩需求时在定期间隔未接收到指示电池的荷电状态的消息的情况下，输出用于将功率从辅助高电压负载转移到电机的命令，使得电池的功率流的改变被最小化。
附图说明
图1是示出在电池控制器与电力电子模块之间的通信丢失事件期间的操作的混合动力车辆的示图。
图2是示出典型的动力传动系统和能量储存组件且包括可变电压转换器和电力电子模块的混合动力车辆的示图。
图3是电力电子模块的电力转换器的示意图。
图4是响应于诸如电池控制模块的通信丢失事件的特定失败模式而使用的车辆电力控制算法的流程图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可采用各种和替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的是，参考任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或双极型晶体管(BJT)的固态器件(SSD)在汽车和工业应用(诸如，电动马达驱动、电力逆变器、DC-DC转换器以及电力模块)中被广泛使用。IGBT和MOSFET的操作是电压控制的，其中，所述操作是基于施加到IGBT或MOSFET的栅极上的电压的，而BJT的操作是电流控制的，其中，所述操作是基于施加到BJT的基极的电流的。这里，SSD或高电力继电器的使用可被用于控制、改变或调节车辆的电池与电机之间的电流。
图1描绘了示出被配置为在电池电气控制模块(BECM)与其它车辆模块(诸如，动力传动系统控制模块(PCM)、逆变器控制模块(ICM)、可变电压转换器(VVC)或其它模块)之间通信丢失的情况下进行操作的内部电动动力传动系统组件的混合动力电动车辆。这里，牵引电池2与BECM 4连接且受BECM4控制。BECM 4通常经由数据总线与VVC 6、电力逆变器(INV)8、动力传动系统控制模块(PCM)14以及其它车辆模块进行通信。数据总线可以是控制器局域网(CAN)总线、Flexray总线、以太网总线或其它通用总线系统。此外，电池2与VVC 6、逆变器8和电机10连接，并且被配置为向车辆提供推进力。一般而言，诸如VVC 6、逆变器8和PCM 14的电子模块经由通过通信总线发送和接收消息来保持与BECM 4的通信。消息的发送和接收以定期间隔发生。定期间隔可以是周期的、半周期的或者在指定时间帧内的。例如，模块可被配置为以2毫秒的控制循环进行操作，BECM可被配置为发送电池特征(诸如，电池2的荷电状态(SOC)、电池2的温度、电池2的电压、流出电池2的电流、电池2已经经过的周期数、电池2的存在时间以及其它特征)。通常，响应于BECM 4在通信总线上发送电池特征，其它模块通过发送它们各自模块的操作特征来对消息做出响应。例如，VVC 6可发送输入电压、输出电压、输入电流、输出电流、工作频率或其它特征。在通信丢失的情况下，BECM 4可根据车辆状况断开主接触器或者不断开主接触器。断开电池主接触器会使电池2与VVC 6、逆变器8以及电机10断开连接，从而允许车辆在车辆由通过PCM 14控制的发动机12进行推进的模式下进行操作。此外，VVC 6可通过断开包括高侧通路开关和低侧充电开关的内部开关而关闭，从而使电池电压总线与被用于驱动逆变器8的高电压DC总线断开连接。一般而言，通信消息可以在同步总线或异步总线上，通信丢失可包括通信总线上的数据的全部丢失、通信总线上的数据的部分丢失或通信总线上的数据错误。例如，在同步总线(例如，Flexray、以太网时间敏感网络“以太网TSN”)的情况下，消息可被分配指定时隙，通信丢失可以是在时隙期间的空帧。
图2描绘了可被称作插电式混合动力电动车辆(PHEV)的电气化车辆112。插电式混合动力电动车辆112可包括机械地连接至混合动力传动装置116的一个或更多个电机114。电机114能够作为马达或发电机运转。此外，混合动力传动装置116机械地连接至发动机118。混合动力传动装置116还机械地连接至驱动轴120，驱动轴120机械地连接至车轮122。电机114可在发动机118启动或关闭时提供推进和减速能力。电机114还可用作发电机，并且能够通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热损失掉的能量来提供燃料经济性效益。电机114还可通过允许发动机118以更高效的转速运转并允许混合动力电动车辆112在特定状况下以发动机118关闭的电动模式运转而减少车辆排放。可应用于本公开的其它类型的电气化车辆112包括具有辅助动力源的其它车辆(包括燃料电池车辆)。在其它配置中，电气化车辆112可以是没有插电能力的全混合动力电动车辆(FHEV)。
牵引电池或电池组124储存可被电机114使用的能量。车辆电池组124可提供高电压直流(DC)输出。牵引电池124可电连接至一个或更多个电力电子模块126。一个或更多个接触器142可在断开时将牵引电池124与其它组件隔离，并且可在闭合时将牵引电池124连接至其它组件。示出的经由接触器142连接牵引电池的线可表示带有正电压和负电压的两个导体。主接触器142可以是包括正接触器和负接触器的两个接触器，在一些实施例中，主接触器142包括三个接触器(正接触器、负接触器和预充电接触器)。牵引电池的电压被称作总线电压，并且被示出为连接至包括可变电压转换器152、电力转换模块132和高电压DC电负载146的模块。电力电子模块126还电连接至电机114，并提供在牵引电池124与电机114之间双向传输能量的能力。例如，牵引电池124可提供DC电压而电机114可使用三相交流电(AC)来运转。电力电子模块126可将DC电压转换为三相AC电流来运转电机114。在再生模式下，电力电子模块126可将来自用作发电机的电机114的三相AC电流转换为与牵引电池124兼容的DC电压。
车辆112可包括电连接在牵引电池124和电力电子模块126之间的可变电压转换器(VVC)152。VVC 152可被配置为测量VVC 152的输入处的总线电压。VVC 152可以是被配置为增大或升高由牵引电池124提供的电压的DC/DC升压转换器。通过增大电压，电流需求可被降低，从而导致电力电子模块126和电机114的布线尺寸减小。此外，电机114可以以较高的效率和较低的损耗运转。
牵引电池124除了提供用于推进的能量以外，还可为其它车辆电力系统提供能量。车辆112可包括DC/DC转换器模块128，DC/DC转换器模块128将牵引电池124的高电压DC输出转换为与低电压车辆负载兼容的低电压DC供应。DC/DC转换器模块128的输出可电连接至辅助电池130(例如，12V电池)以用于给辅助电池130充电。低电压系统可电连接至辅助电池130。一个或更多个低电压电负载(未示出)可连接至辅助电池130。一个或更多个高电压电负载146可连接至高电压总线。电负载146可具有适时地操作和控制电负载146的关联的控制器。电负载146的示例是乘客热控制系统，所述乘客热控制系统可包括高电压风扇、高电压电加热元件和/或高电压空调压缩机。
电气化车辆112可被配置为通过外部电源136对牵引电池124进行再充电。外部电源136可连接至电插座。外部电源136可电连接至充电器或电动车辆供电设备(EVSE)138。外部电源136可以是由公共电力公司提供的配电网或电网。EVSE 138可提供电路和控制，以调节和管理电源136与车辆112之间的能量传输。外部电源136可向EVSE 138提供DC电力或AC电力。EVSE 138可具有用于插入到车辆112的充电端口134中的充电连接器140。充电端口134可以是被配置为从EVSE 138向车辆112传输电力的任意类型的端口。充电端口134可电连接至充电器或车载电力转换模块132。电力转换模块132可对从EVSE 138供应的电力进行调节，以向牵引电池124提供合适的电压水平和电流水平。电力转换模块132可与EVSE 138进行接口连接，以协调对车辆112的电力传输。EVSE连接器140可具有与充电端口134的相应凹入紧密配合的引脚。可选地，被描述为电耦合或电连接的各种组件可使用无线感应耦合来传输电力。
可提供一个或更多个车轮制动器144，以使车辆112减速并阻止车辆112移动。车轮制动器144可以是液压致动的、电致动的或者它们的某种组合。车轮制动器144可以是制动系统150的一部分。制动系统150可包括用于操作车轮制动器144的其它组件。为简单起见，附图描绘了制动系统150与车轮制动器144中的一个之间的单一连接。制动系统150和其它车轮制动器144之间的连接被隐含。制动系统150可包括控制器以监测和协调制动系统150。制动系统150可监测制动组件并控制车轮制动器144以进行车辆减速。制动系统150可对驾驶员命令做出响应，并且还可自主运转以实现诸如稳定性控制的功能。制动系统150的控制器可在被另一控制器或子功能请求时实现施加被请求的制动力的方法。
车辆112中的电子模块可经由一个或更多个车辆网络进行通信。车辆网络可包括用于通信的多个信道。车辆网络的一个信道可以是诸如控制器局域网(CAN)的串行总线。车辆网络的信道中的一个可包括由电气与电子工程师协会(IEEE)802标准族定义的以太网。车辆网络的其它信道可包括模块之间的离散连接，并且可包括来自辅助电池130的电力信号。不同的信号可通过车辆网络的不同信道进行传输。例如，视频信号可通过高速信道(例如，以太网)进行传输，而控制信号可通过CAN或离散信号进行传输。车辆网络可包括协助在模块之间传输信号和数据的任何硬件组件和软件组件。车辆网络未在图1中被示出，但是可隐含了车辆网络可连接至在车辆112中存在的任何电子模块。可存在车辆系统控制器(VSC)148来协调各个组件的操作。
VVC 152通常被配置为升压转换器。VVC 152可包括可通过接触器142连接至牵引电池124的端子的输入端子。VVC 152可包括连接至电力电子模块126的端子的输出端子。VVC 152可被操作为使得输出端子处的电压高于输入端子处的电压。车辆112可包括监测和控制VVC 152内的多个位置处的电参数(例如，电压和电流)的VVC控制器。在一些配置中，VVC控制器可被包括为VVC 152的一部分。VVC控制器可确定输出电压基准VVC控制器可基于电参数和电压基准确定足以使VVC 152实现期望的输出电压的控制信号。在一些配置中，控制信号可被实现为脉冲宽度调制(PWM)信号，其中，PWM信号的占空比是变化的。控制信号可在预定开关频率下操作。VVC控制器可使用控制信号命令VVC 152提供期望的输出电压。操作VVC 152的特定控制信号可与由VVC 152提供的电压升高量直接相关。
参照图2，VVC 152可升高或“提高”(step up)由牵引电池124提供的电力的电压电势。牵引电池124可提供高电压(HV)DC电力。在一些配置中，牵引电池124可提供150伏特和400伏特之间的电压。接触器142可串联电连接在牵引电池124和VVC 152之间。当接触器142闭合时，HV DC电力可从牵引电池124被传输到VVC 152。输入电容器可与牵引电池124并联电连接。输入电容器可稳定总线电压并减小任何电压纹波和电流纹波。VVC 152可接收HVDC电力，并根据占空比升高或“提高”输入电压的电压电势。输出电容器通常电连接至VVC152的输出端子与电力电子模块126的输入处之间，以稳定总线电压并且减小VVC 152的输出处的电压纹波和电流纹波。
参照图3，系统300被提供用于控制电力电子模块(PEM)126。图3的PEM 126被示出为包括多个开关302(例如，IGBT)，所述多个开关302被配置为共同操作为具有第一相臂(phase leg)316、第二相臂318和第三相臂320的逆变器。尽管逆变器被示出为三相转换器，但是逆变器可包括额外的相臂。例如，逆变器可以是四相转换器、五相转换器、六相转换器等。此外，PEM 126可包括多个转换器，PEM 126中的每个逆变器包括三个或更多个相臂。例如，系统300可控制PEM 126中的两个或更多个逆变器。PEM 126还可包括具有高功率开关(例如，IGBT)的DC至DC转换器，以经由升压、降压或它们的组合将电力电子模块输入电压转换为电力电子模块输出电压。
如图3所示，逆变器可以是DC至AC转换器。在操作中，DC至AC转换器通过DC总线304(包括DC总线304A和304B)从DC电力链路(power link)306接收DC电力，并将DC电力转换为AC电力。AC电力经由相电流ia、ib和ic传输，以驱动AC电机，所述AC电机也被称作电机114(诸如图3中描绘的三相永磁同步马达(PMSM))。在这样的示例中，DC电力链路306可包括DC蓄电池，以向DC总线304提供DC电力。在另一示例中，逆变器可操作为将来自AC电机114(例如，发电机)的AC电力转换为DC电力的AC至DC转换器，其中，DC总线304可将DC电力提供至DC电力链路306。此外，系统300可控制其它电力电子拓扑结构的PEM 126。
继续参照图3，逆变器中的相臂316、318和320中的每个均包括电力开关302，电力开关302可由多种类型的可控开关来实现。在一个实施例中，每个电力开关302可包括二极管和晶体管(例如，IGBT)。图3中的二极管被标记为Da1、Da2、Db1、Db2、Dc1和Dc2，而图3中的IGBT分别被标记为Sa1、Sa2、Sb1、Sb2、Sc1和Sc2。电力开关Sa1、Sa2、Da1和Da2是三相转换器的相臂A的一部分，其在图3中被标记为第一相臂A 316。类似地，电力开关Sb1、Sb2、Db1和Db2是三相转换器的相臂B 318的一部分，电力开关Sc1、Sc2、Dc1和Dc2是三相转换器的相臂C 320的一部分。逆变器可根据逆变器的特定构造而包括任意数量的电力开关302或电路元件。二极管(Dxx)与IGBT(Sxx)并联连接，然而，由于为了适当的操作，极性是相反的，因此该构造通常被称作反向并联。这种反向并联构造中的二极管也被称作续流二极管。
如图3所示，设置电流传感器CSa、CSb和CSc以分别感测相臂316、318和320中的电流。图3示出了与PEM 126分离的电流传感器CSa、CSb和CSc。然而，根据PEM 126的构造，电流传感器CSa、CSb和CSc可被集成为PEM 126的一部分。图3中的电流传感器CSa、CSb和CSc被安装成分别与相臂A、B和C(即，图3中的相臂316、318和320)串联，并分别提供用于系统300的反馈信号ias、ibs和ics(也在图3中示出)。反馈信号ias、ibs和ics可以是由逻辑器件(LD)310处理的原始电流信号，或者可被嵌入关于分别流过相臂316、318和320的电流的数据或信息，或者可利用所述数据或信息被编码。此外，电力开关302(例如，IGBT)可包括电流感测能力。电流感测能力可包括被配置有可提供表示ias、ibs和ics的数据或信号的电流镜像输出。所述数据或信号可指示分别流过相臂A、B和C的电流的方向、幅值或者方向和幅值两者。
再次参照图3，系统300包括逻辑器件(LD)或控制器310。控制器或LD 310可由多种类型的电子装置和/或基于微处理器的计算机或控制器或者它们的组合来实现。为了实现控制PEM 126的方法，控制器310可执行被嵌入有所述方法或利用所述方法编码并且被存储在易失性存储器312和/或永久性存储器312中的计算机程序或算法。可选地，逻辑可被编码到离散逻辑、微处理器、微控制器或存储在一个或更多个集成电路芯片上的逻辑或门阵列中。如图3中的实施例所示，控制器310接收并处理反馈信号ias、ibs和ics以控制相电流ia、ib和ic，使得相电流ia、ib和ic根据多种电流模式或电压模式流过相臂316、318和320并进入电机114的对应的绕组。例如，电流模式可包括相电流ia、ib和ic流进和流出DC总线304或DC总线电容器308的模式。图3中的DC总线电容器308被示出为与PEM 126分离。然而，DC总线电容器308可被集成为PEM 126的一部分。
如图3所示，诸如计算机可读存储器的存储介质312(以下称为“存储器”)可存储被嵌入有所述方法或利用所述方法编码的计算机程序或算法。此外，存储器312可存储关于PEM 126中的各种操作状况或组件的数据或信息。例如，存储器312可存储关于流过各个相臂316、318和320的电流的数据或信息。如图3所示，存储器312可以是控制器310的一部分。然而，存储器312可被设置在控制器310可访问的任何合适的位置。
如图3所示，控制器310向电力转换器系统126发送至少一个控制信号236。电力转换器系统126接收控制信号236以控制逆变器的开关配置，从而控制流过各个相臂316、318和320的电流。所述开关配置是逆变器中的电力开关302的开关状态的集合。一般而言，逆变器的开关配置确定逆变器如何转换DC电力链路306和电机114之间的电力。
为了控制逆变器的开关配置，逆变器基于控制信号236将逆变器中的每个电力开关302的开关状态改变为闭合状态或断开状态。在示出的实施例中，为了将电力开关302切换到闭合状态或断开状态，控制器或LD 310向每个电力开关302提供栅极电压(Vg)，从而驱动每个电力开关302的开关状态。栅极电压Vga1、Vga2、Vgb1、Vgb2、Vgc1和Vgc2(在图3中被示出)控制各个电力开关302的开关状态和特性。虽然逆变器在图3中被示出为电压驱动的器件，但是逆变器可以是电流驱动的器件，或者可由将电力开关302在闭合状态和断开状态之间进行切换的其它策略来控制。控制器310可基于电机114的转速、镜像电流或IGBT开关的温度来改变每个IGBT的栅极驱动。栅极驱动的变化可根据多个栅极驱动电流被选择，在所述多个栅极驱动电流中，栅极驱动电流的变化与IGBT开关速度的变化成比例。
还如图3所示，相臂316、318和320中的每个包括两个开关302。然而，在相臂316、318和320中的每个中仅有一个开关可处于闭合状态而不会使DC电力链路306短路。因此，在每个相臂中，下方开关的开关状态通常与对应的上方开关的开关状态相反。上方开关通常被称作高侧开关(即，302A、302B、302C)，并且下方开关通常被称作低侧开关(即，302D、302E、302F)。因此，相臂的高状态指的是相臂中的上方开关处于闭合状态并且下方开关处于断开状态。同样地，相臂的低状态指的是相臂的上方开关处于断开状态并且下方开关处于闭合状态。因此，具有电流镜像能力的IGBT可以是所有IGBT、IGBT的子集(例如，Sa1、Sb1、Sc1)或单个IGBT。
在图3中示出的三相转换器示例的激活状态期间会出现两种情况：(1)两个相臂处于高状态，而第三个相臂处于低状态；或者(2)一个相臂处于高状态，而另外两个相臂处于低状态。因此，三相转换器中的一个相臂(可被定义为逆变器的特定激活状态的“参考”相)处于与另外两个具有相同状态的相臂(或者“非参考”相)的状态相反的状态。因此，非参考相在逆变器的激活状态期间均处于高状态或者均处于低状态。
图4是车辆功率控制算法的流程图400。在操作402，车辆系统控制器基于与电池电气控制模块(BECM)的通信进行分支。如果控制器以定期间隔从BECM接收消息，则控制器分支到操作404。在操作404，控制器基于车辆配置和操作状况(例如，周围环境温度、电池的当前SOC、功率需求以及导航数据)将功率限制设置为正常操作功率限制。如上所述，定期间隔包括周期的或半周期的消息接收。此外，定期间隔包括在指定时间范围内的接收。例如，控制器可被配置为至少在20毫秒内接收消息，从而如果在最后接收的消息之后经过超过20毫秒，则控制器将以通信丢失模式进行操作。在进入通信丢失模式之后接收到消息的情况下，控制器将恢复回正常操作。
如果控制器在定期间隔未接收到来自BECM的消息，则控制器分支到操作406。在操作406，控制器将基于预测的特征(包括用于预测电池的SOC的预定义总线电压相对于高电压电池荷电状态的关系以及电池的预测温度)来约束功率限制。预测的特征可由车辆系统控制器从电池特征的最后接收的值或一组最后接收的值、与最后接收的值关联的时间以及由模块测量或计算的功率使用推导出来。例如，车辆系统控制器可能已在定期时间间隔t1接收到来自BECM的消息，在此之后，车辆系统控制器在下一个定期时间间隔t2未接收到来自BECM的另一消息。车辆系统控制器随后可基于在时间t1最后接收的消息、当前时间t3以及由模块使用的功率来预测电池特征。在一个实施例中，可在时间段t1至t3上对由逆变器或VVC从牵引电池接收的功率执行时间积分。由于功率等于电压乘以电流(P＝V·I)，其单位是焦耳每秒(J/秒)，所以功率的时间积分是能量，并且由模块使用的能量的变化可被用于提供电池SOC从在起始点t1的值开始的变化。对功率限制的约束可包括减小可用于电机的推进力或关闭包括空调(A/C)压缩机控制模块(ACCM)或其它正温度控制(PTC)电车舱加热器的其它高电压系统。在完成操作406之后，控制器进行到操作408。一般而言，总线电压的测量在对VVC 152的输入处被执行，然而，在其它实施例中，可在对高电压电负载146的高电压输入处测量总线电压。例如，包括A/C压缩机、电动助力转向和电力转换模块132的高电压电负载146可被用于测量总线电压。总线电压还可被称作牵引电池电压并且被输入至VVC152，升压电压是VVC 152的输出和逆变器或PEM126的输入。
在操作408，控制器测量高电压总线的电压。高电压总线是与被用于驱动电机的电力逆变器连接的总线。一旦诸如PCM或逆变器模块的车辆模块进入通信丢失模式，则模块可更加频繁地监测高电压总线或者可保持高电压总线被监测的频率，并且进行到操作410。
在操作410，控制器基于高电压总线的电压进行分支。如果高电压总线的电压大于上限阈值(诸如，基于最后已知的电池温度和最大可允许电池组电压的百分比的预定值)，则控制器分支到操作412。如果高电压总线的电压小于上限阈值，则控制器将分支到操作414。
在操作412，车辆系统控制器将改变系统操作以降低高电压总线上的功率。高电压总线功率可以以多种方式被降低，所述多种方式包括但不限于减少由电机(发电机)产生的电能的量、开始利用电机(马达和/或发电机)消耗来自HV总线的电能、或者增加诸如空调压缩机或12V DC-DC转换器的辅助高电压负载。所有这些动作将导致电池的平稳放电，这将最终使得总线电压下降到预定上限阈值以下。所述预定上限阈值被计算以确保电池的长期(超过几个小时、小于连续的一整天)使用将不会导致电池荷电状态达到会对电池单元造成损害的水平并且不会导致需要在行驶时将电池与车辆断开连接的情况。在行驶时断开电池的连接可具有多种不良影响，所述不良影响包括12V DC-DC转换器的中断以及车辆功能的中断，12V DC-DC转换器的中断将导致12V电池的最终耗尽。在操作414，控制器基于高电压总线的电压进行分支。如果高电压总线的电压小于下限阈值(诸如，基于最后已知的电池温度和最小可允许电池组电压的预定值)，则控制器分支到操作416。如果高电压总线的电压大于下限阈值，则控制器将分支到操作418。
在操作416，车辆系统控制器将改变系统操作以增大高电压总线的功率。高电压总线功率可以以多种方式被增大，所述多种方式包括但不限于增加由电机(发电机)产生的电能的量、禁止利用电机(马达和/或发电机)消耗来自HV总线的电能、或者减少/禁用诸如空调压缩机或12V DC-DC转换器的辅助高电压负载。所有这些动作将导致电池的平稳充电，这将最终使得总线电压增大到预定下限阈值以上。所述预定下限阈值被计算以确保电池的使用将不会导致电池荷电状态达到会对电池单元造成损害的水平并且不会导致需要在行驶时将电池与车辆断开连接的情况。
在操作418，车辆系统控制器将基于预测的电池特征(包括预测的SOC、预测的电池温度以及车辆推进系统和高电压附件(诸如DC/DC转换器)的功率需求)来控制车辆系统以保持高电压总线的电压。车辆控制系统将高电压总线的能量使用限制为尽可能地接近随着时间的净零(net-zero)改变。存在可被用于影响该“电荷中性(charge neutral)”行为的多种策略，所述多种策略可包括连续运行发动机以允许充分利用电机产生或消耗电功率的能力。一旦实现了电机的充分利用，则对电机的扭矩命令可被简单地确定为产生足够的电力以满足高电压附件负载和其它寄生损耗的扭矩命令。高电压附件可提供对它们的当前功耗的估计，这可被用于估计功率需求。在电机本身和高电压布线上也存在损耗，所述损耗被称为寄生损耗。这些损耗可使用算法或与它们的操作状态相对的查找表被估计，并且可被添加到被命令产生的功率中。这样做的结果应该是净零电池电流消耗，同时允许对系统中的不同功率的估计存在一些误差。
系统还可将最大可允许电池充电或放电功率限制为比在类似非故障状况下更小的大小，确保电池功率估计的任何误差保持较小。以这种方式，电池的SOC应被有效地保持在与操作410的上限电压阈值和操作414的下限电压阈值对应的值的范围内。由于对小误差在长时间段(例如几个小时)上的自然积分，因此，预计的是，即使车辆系统控制器尝试在使用高电压电池时保持能量中性，电池的真实能量使用也会明显浮动。当这种情况最终发生时，总线电压将自然地随时间上升或下降，导致周期的逻辑采用分支412或416，但大多数情况采用分支418。电池SOC和电压的特征关系(其特定于所使用的电池化学成分)允许该策略通过测量电池组电压来估计电池SOC。
与图4中表示的逻辑并行，如同车辆系统控制器检测到与BECM的通信丢失一样，BECM将检测到与车辆系统控制器的通信丢失，。BECM是具有对高电压接触器(例如，那些将电池连接到高电压总线的剩余部分的机械开关)的最终控制以及用于保护电池硬件不被车辆控制系统误使用的最终权利的控制模块。如果接触器在发生通信丢失时是断开的，则BECM可被配置为使接触器无限期地保持断开，除非通信恢复。如果接触器在发生通信丢失时是闭合的，则BECM可被配置为保持接触器闭合持续车辆驾驶周期的持续时间(直到点火开关断开)，假设BECM可检测车辆断电事件(点火开关断开事件)或者一些其它机构被用于在车辆断电时断开HV接触器。对于车辆控制系统来说能够在一些(由于网络通信的丢失)无法传送到BECM的紧急事件的情况下迫使电池接触器断开也是令人满意的能力。因此，如果BECM可检测车辆断电事件并且可在紧急情况下通过车辆控制系统断开其接触器，则BECM可在通信丢失的情况下继续保持其接触器闭合，而不会因为这样做给车辆带来附加风险。这种保持接触器闭合并且保持HV电池连接到车辆的能力允许车辆功能继续持续不确定的时间量。在一些混合动力传动系统架构中，无法保持接触器闭合会显著减弱车辆功能。特别地，保持12V电池被充电的能力对于保持车辆操作而言是非常重要的。该流程图提供针对电动动力传动系统的架构，所述架构用于限制系统的功率产生和功率消耗以将电池的SOC值保持在预定范围内。此外，电池的净功率流是基于通过电动动力传动系统的功率产生和/或功率消耗的。
由控制器执行的控制逻辑或功能可由在一个或更多个附图中的流程图或类似示图来表示。这些附图提供代表性控制策略和/或逻辑，所述代表性控制策略和/或逻辑可使用一个或更多个处理策略(诸如，事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)来实现。同理，示出的各个步骤或功能可按照示出的顺序被执行、并行地执行或者在一些情况下被省略。虽然未总是被明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到的是，示出的一个或更多个步骤或功能可根据使用的特定处理策略而被重复执行。类似地，处理的顺序不一定需要实现在此描述的功能和优点，而是被提供以便于示出和描述。控制逻辑可主要以由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动系统控制器(诸如，控制器)执行的软件的形式被实现。当然，控制逻辑可根据特定应用以一个或更多个控制器中的软件、硬件或者软件和硬件的组合的形式被实现。当以软件形式被实现时，控制逻辑可在已经存储表示由控制器执行以控制车辆或其子系统的代码或指令的数据的一个或更多个计算机可读存储装置或介质中被实现。计算机可读存储装置或介质可包括多个已知物理装置中的一个或更多个，所述多个已知物理装置利用电存储器、磁存储器和/或光学存储器来保存可执行指令和关联的校准信息、操作变量等。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机，或者通过所述处理装置、控制器或计算机实现，其中，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用的电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以多种形式被存储为可由控制器或计算机执行的数据或指令，其中，所述多种形式包括但不限于信息被永久地存储在非可写存储介质(诸如，只读存储器(ROM)装置)中以及信息被可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、致密盘(CD)、随机存取存储器(RAM)装置以及其它磁介质和光学介质)中。所述处理、方法或算法也可在软件可执行对象中被实现。可选地，可使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或者其它硬件组件或装置)或者硬件组件、软件组件和固件组件的组合来整体或部分地实现所述处理、方法或算法。
虽然以上描述了示例性实施例，但是并不意在这些实施例描述权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可将各个实施例的特征进行组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管针对一个或更多个期望特性，各个实施例可能已经被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应认识到，根据具体的应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、装配的容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式的实施例并非在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (20)

1.一种车辆，包括：
电池控制模块，被配置为以定期间隔发出指示电池的荷电状态的消息；
控制器，被配置为：在处于点火开关接通状态并且存在扭矩需求时在所述定期间隔未接收到所述消息的情况下，将电池与电动动力传动系统之间的功率流约束为基于预测的荷电状态的限制，以提供受限的推进力。
2.如权利要求1所述的车辆，其中，所述定期间隔包括周期间隔和半周期间隔。
3.如权利要求1所述的车辆，还包括连接在电池与电动动力传动系统之间的接触器，并且其中，所述控制器还被配置为：在车辆未移动并且推进系统停止时未接收到所述消息的情况下，禁止闭合主接触器以隔离电池。
4.如权利要求3所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：在主接触器闭合、车辆正在移动或者推进系统处于行驶模式时未接收到所述消息的情况下，禁止断开主接触器以保持对电动动力传动系统供应功率。
5.如权利要求1所述的车辆，其中，通过所述控制器约束电池与电机之间的功率流的操作包括：将功率从辅助高电压负载转移到电机，使得电池的功率流的改变被最小化。
6.如权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：当在未接收到所述消息之后接收到消息时，恢复电池与电机之间的功率流。
7.如权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：禁用高电压乘客热控制系统或者减少12V DC-DC转换器的功耗。
8.如权利要求1所述的车辆，其中，电池的所述预测的荷电状态是基于最后接收的消息、从最后接收的消息开始到当前时间的时间段以及电池与电机之间的高电压总线的功率在所述时间段上的时间积分的。
9.如权利要求1所述的车辆，其中，电池的所述预测的荷电状态是基于由高电压电负载测量的总线电压和总线电流的。
10.一种控制电动动力传动系统的方法，包括：
响应于缺少由电池模块在周期间隔广播的电池的荷电状态值，执行以下操作：
限制电动动力传动系统的净功率流，以将所述荷电状态值保持在预定范围内，其中，所述预定范围是基于电池的预测的荷电状态值的；
在辅助高电压负载与电动动力传动系统之间转移功率，使得功率流的改变被最小化。
11.如权利要求10所述的方法，还包括：将电动动力传动系统在一角速度下的发电机扭矩命令为等于电动动力传动系统的推进需求与寄生损耗之和的功率，以减小净电池功率的改变。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述预测的荷电状态值是基于最后接收的消息、从最后接收的消息开始到当前时间的时间段以及电池与电机之间的高电压总线的功率在所述时间段上的时间积分的。
13.如权利要求10所述的方法，其中，在辅助高电压负载与电动动力传动系统之间转移功率是实现以下操作：响应于电动动力传动系统的功率需求的增加，将功率从辅助高电压负载转移到电动动力传动系统，使得功率流的改变被最小化。
14.如权利要求10所述的方法，其中，限制电机的扭矩包括限制来自电机的可用的推进力。
15.一种动力传动系统模块，包括：
控制器，被配置为：在处于点火开关接通状态并且存在驾驶员扭矩需求时在定期间隔未接收到指示电池的荷电状态的消息的情况下，输出用于将功率从辅助高电压负载转移到电机的命令，使得电池的功率流的改变被最小化。
16.如权利要求15所述的动力传动系统模块，其中，所述控制器还被配置为：当在未接收到所述消息之后接收到消息时，输出用于恢复对辅助高电压负载供应功率的命令。
17.如权利要求15所述的动力传动系统模块，其中，所述控制器还被配置为：在未接收到所述消息的情况下，将电池与电机之间的功率流约束为基于预测的荷电状态的限制，以提供受限的推进力。
18.如权利要求17所述的动力传动系统模块，其中，所述控制器还被配置为：当在未接收到所述消息之后接收到消息时，输出用于恢复电池与电机之间的功率流的命令。
19.如权利要求17所述的动力传动系统模块，其中，通过所述控制器约束电池与电机之间的功率流包括：将功率从辅助高电压负载转移到电机，使得电池的功率流的改变被最小化。
20.如权利要求17所述的动力传动系统模块，其中，电池的所述预测的荷电状态是基于由电力逆变器测量的总线电压和总线电流的。
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