CN111688702A - 用于控制车辆的装置和方法以及车辆系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于控制车辆的装置，其包括能量预测器，该能量预测器使用基于电池充电期间的充电能量的电池能量以及基于电池的健康状态(SOH)的学习值的电池能量来预测可用能量；距离计算器，其使用预测的可用能量和先前学习的燃油效率来计算行驶距离；以及控制器，其用于更新所计算的行驶距离的信息。

Description

用于控制车辆的装置和方法以及车辆系统

技术领域

本发明涉及一种用于控制车辆的装置和方法以及车辆系统。

背景技术

对于诸如电动车辆之类的通过电池获得驱动力的车辆而言，重要的是将电池电量保持在特定水平以上。为此，传统的电动车辆基于电池的剩余容量、学习的燃料效率、健康状态(state of health,SOH)、电池温度、以及外部空气的温度来计算行驶距离，并将行驶距离发送给驾驶者。

一般而言，车辆在充电或放电期间测量电池的SOH。特别是，车辆可在在慢速充电部分(in tapering sections)中测量电池的SOH。

然而，在未测量SOH的情况下即使对电池充电，由于缺少当前获知的SOH，因此可以使用先前或初始阶段获知的SOH信息来测量行驶距离。

在这种情况下，即使电池的SOH实际是20％或更高，车辆也会错误地将SOH识别为0％。如果根据错误识别的SOH来计算行驶距离，则可能会产生20％的误差。

因此，由于车辆告知的行驶距离的信息的可靠性降低，因此驾驶体验可能并不令人满意。

发明内容

本发明的一方面提供了一种用于控制车辆的装置和方法以及车辆系统，其能够通过基于预测的电池能量来计算行驶距离，从而无论电池何时充电，在未学习SOH的情况下能够精确地测量电池的健康状态(SOH)，从而提高了行驶距离信息的可靠性。

本发明构思要解决的技术问题不限于上述问题，本发明所属领域的技术人员从以下描述中将清楚地理解本文未提及的任何其他技术问题。

根据本发明的一方面，一种用于控制车辆的装置，所述装置包括：能量预测器，其配置为使用基于电池充电期间的充电能量的电池能量以及基于电池的健康状态(SOH)的学习值的电池能量来预测可用能量；距离计算器，其配置为使用预测的可用能量和先前学习的燃料效率来计算行驶距离；以及控制器，其配置为更新所计算的行驶距离的信息。

能量预测器使用电池充电期间的充电能量和充电状态(SOC)的变化预测电池能量。

通过将电池充电期间的SOH的学习值应用于电池的初始容量，能量预测器基于SOH的学习值预测电池能量。

在电池初始充电时，能量预测器使用基于充电能量的电池能量和基于SOH的学习值的电池能量的平均值预测可用能量。

能量预测器使用基于电池充电期间的充电能量的电池能量、基于SOH的学习值的电池能量以及先前电池充电期间的可用能量的平均值预测可用能量。

当缺少SOH的学习值时，能量预测器使用基于电池充电期间的充电能量的电池能量和先前电池充电期间的可用能量的平均值预测可用能量。

控制器配置为：将所计算的行驶距离的更新信息发送并输出到显示器。

该装置进一步包括：信息采集器，其配置为采集电池充电期间的充电能量以及充电状态(SOC)变化的信息。

根据本发明的另一方面，一种用于控制车辆的方法包括：使用基于电池充电期间的充电能量的电池能量和基于电池的健康状态(SOH)的学习值的电池能量来预测可用能量；使用预测的可用能量和先前学习的燃料效率来计算行驶距离；以及更新所计算的行驶距离的信息。

预测可用能量的步骤包括：根据电池充电期间的充电能量和充电状态(SOC)的变化预测电池能量。

预测可用能量的步骤包括：通过将电池充电期间的SOH的学习值应用于电池的初始容量，基于SOH的学习值预测电池能量。

预测可用能量的步骤包括：在对电池初始充电时，使用基于充电能量的电池能量和基于SOH的学习值的电池能量的平均值来预测可用能量。

预测可用能量的步骤包括：使用基于电池充电期间的充电能量的电池能量、基于SOH的学习值的电池能量以及先前电池充电期间的可用能量的平均值来预测可用能量。

预测可用能量的步骤包括：当缺少SOH的学习值时，使用基于电池充电期间的充电能量的电池能量和先前电池充电期间的可用能量的平均值预测可用能量。

该方法进一步包括：将行驶距离的更新信息发送并输出到显示器。

该方法进一步包括：在预测可用能量之前，采集电池充电期间的充电能量以及充电状态(SOC)的变化。

根基本发明的另一方面，一种车辆系统包括：电池管理系统；车辆控制装置，其配置为：在电池充电期间从电池管理系统采集充电信息；使用基于充电能量的电池能量和基于电池健康状态(SOH)的学习值的电池能量来预测可用能量；使用预测的可用能量和先前学习的燃料效率来计算行驶距离，以及更新行驶距离；以及显示器，其配置为输出更新的行驶距离。

附图说明

通过以下结合附图对实施例的详细说明，本发明的上述和其它目的、特征和优点将会更加明显可见：

图1是示出根据本发明的实施例的车辆系统的结构的框图；

图2是示出根据本发明的实施例的用于控制车辆的装置的结构的框图；

图3A和图3B是示出根据本发明的实施例的关于解释计算用于控制车辆的装置的可用能量的操作的视图；

图4是示出根据本发明的实施例的用于控制车辆的方法的操作的流程图；以及

图5是示出根据本发明的实施例的执行该方法的计算系统的框图。

具体实施方式

应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其它相似术语包括一般的机动车辆，例如包括运动型多功能车(SUV)、客车、货车、各种商用车辆在内的载客车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，以及航空器等等，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、氢动力车辆和其它替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两个或更多动力源的车辆，例如兼备汽油动力和电动力的车辆。

在此使用的术语仅用于说明特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。如在本文使用的，单数形式“一”、“一”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指明。要进一步理解的是，当在本说明书中使用“包括”和/或“包含”时，是指陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。如在本文使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和全部的组合。在整个说明书中，除非有明确相反地描述，否则“包括”一词及其变化诸如“包括”或“包含”都将被理解为暗示包含所述的元件但不排除任何其他元件。此外，在说明书中描述的术语“单元”、“-机”、“-器”以及“模块”是指处理至少一个功能和操作的单元，并且可以通过硬件或软件及其组合来实现。

此外，本发明的控制逻辑可以体现为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。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、智能卡以及光学数据存储设备。计算机可读介质还可以分布在网络连接的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布式方式存储和执行，例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)。

在下文中，将参照附图详细说明本发明的一些实施例。在将附图标记添加到每个附图的元件时，应该注意，相同的附图标记始终用于表示相同或等同的元件，即使它们显示在其他附图上也是如此。此外，在描述本发明的实施例时，将排除对于公知的特征和功能的详细描述以免不必要地模糊本发明的要旨。

诸如第一、第二、A、B、(a)和(b)等的术语可以用于说明本发明的实施例中的元件。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件，并且这些构成元件的实质、顺序或次序不受这些术语的限制。此外，除非另外定义，否则本文中使用的包括技术和科学术语的所有术语，具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。在通常使用的词典中定义的那些术语应被解释为具有与相关领域中的上下文含义相同的含义，并且不应被解释为具有理想或过于正式的含义，除非在本申请中明确定义。

本发明涉及一种用于控制车辆的装置和方法以及车辆系统。应用于本发明的车辆可包括例如电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)、插电式混合动力车辆(PHEV)等的车辆，以使用电池能量驱动电机。

图1是示出根据本发明的实施例的车辆系统的结构的框图。

参照图1，车辆系统可包括用于控制车辆的装置(以下称为“车辆控制装置”)100、电池管理系统(BMS)200和显示器300。

车辆控制装置100控制车辆的整体操作。

特别地，车辆控制装置100基于电池充电期间的充电能量和健康状态(SOH)的学习值来预测可用能量，基于预测的可用能量来计算行驶距离，并更新现有的行驶距离。

在这种情况下，车辆控制装置100可将更新后的行驶距离发送到显示器300，并告知用户行驶距离。

在这种情况下，车辆控制装置100可由车辆内部的车辆控制单元(VCU)来实现。

BMS 200执行与电池的性能有关的操作、稳定操作以及有效操作。BMS 200可向车辆控制装置100提供与电池的充电有关的信息，例如，电池的充电状态(SOC)的变化或充电能量。

显示器300输出由车辆控制装置100提供的具体信息。例如，显示器300可显示关于车辆的行驶距离的信息。在这种情况下，显示器300可包括仪表群(CLU)或音频、视频、导航装置(AVN)。

在这种情况下，当包括诸如触摸膜、触摸片或触摸板之类的触摸传感器时，显示器300可用作触摸屏，并且可以以输入装置和输出装置的整体形式来实施。

在这种情况下，显示器300可实施为液晶显示器(LCD)、薄膜晶体管-液晶显示器(TFT LCD)、有机发光二极管(OLED)、柔性显示器、场发射显示器(FED)、以及三维显示器(3D显示)中的至少一种。

根据本发明，车辆控制装置100可实施在车辆内部。在这种情况下，车辆控制装置100可与车辆的内部控制单元形成为一体。可选地，车辆控制装置100可与车辆的内部控制单元分开地实施，并且可通过附加连接单元与车辆的内部控制单元连接。

图2是示出根据本发明的实施例的用于控制车辆的装置的结构的框图。

参照图2，车辆控制装置100可包括控制器110、通信装置130、存储器140、信息采集器150、能量预测器160和距离计算器170。在这种情况下，根据本实施例，控制器110、通信装置130、存储器140、信息采集器150、能量预测器160和距离计算器170，可由至少一个处理器来实现。

控制器110可处理在车辆控制装置100的组件之间传输的信号。

通信装置130可包括用于与车辆中设置的电子部件和/或控制单元通信的通信模块。例如，通信模块可与BMS 200通信，并且可接收与电池相关的信息。此外，通信模块可与诸如仪表群或AVN之类的显示器300通信，并且可将在最后阶段确定的行驶距离的信息发送到显示器300。

在这种情况下，车辆网络通信技术可包括控制器局域网(CAN)通信技术、本地互连网络(LIN)通信技术、或FlexRay通信技术。

在这种情况下，通信装置130可进一步包括用于无线因特网接入的模块，或者用于短距离通信的模块。

存储器140可存储车辆控制装置100操作所需的数据和/或算法。

例如，存储器140可存储通过通信装置130接收到的电池的充电信息。此外，存储器140可存储预先获知的关于SOH的信息和/或先前计算的可用能量信息。

此外，存储器140可存储使得车辆控制装置100使用预测的电池能量和/或SOH的学习值来预测电池能量并计算可用能量的命令和/或算法。

在这种情况下，存储器140可包括诸如随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程读取存储器等的存储介质。

信息采集器150可采集诸如SOC信息或充电能量信息等电池信息、SOH的学习值和/或先前计算的可用能量信息。

能量预测器160可基于由信息采集器150采集的电池信息来预测电池能量。例如，能量预测器160首先根据SOC的变化，使用充电能量来预测电池能量。在这种情况下，能量预测器160可通过将充电能量除以SOC的变化而获得的值，作为基于充电能量的预测的第一电池能量。

此外，能量预测器160基于由信息采集器150采集的健康状态(SOH)的学习值，来预测第二电池能量。例如，能量预测器160可基于SOH的学习值，从电池的初始能量中减去衰减能量而获得的值预测为第二电池能量。

能量预测器160可使用上述预测的基于充电能量的第一电池能量和基于SOH的学习值的第二电池能量，来确定可用能量。

例如，当对电池初始充电时，能量预测器160可基于等式1获得初始可用能量E0。

等式1：

可用能量(E0)＝(基于充电能量的电池能量+基于SOH的学习值的电池能量)/2

如等式1，初始可用能量E0可为基于充电能量的第一电池能量和基于SOH的学习值的第二电池能量的平均值。

当在初始充电后进行充电时，当存在先前学习的SOH的学习值时，能量预测器160可基于等式2获得第一可用能量E1。

等式2：

可用能量(E1)＝(先前可用能量+基于充电能量的电池能量+基于SOH的学习值的电池能量)/3

如等式2，第一可用能量E1可作为先前充电中计算的可用能量、基于充电能量的第一电池能量、以及基于SOH的学习值的第二电池能量的平均值来获得。

在这种情况下，由于第一可用能量是通过以1：1：1的比率反映先前的可用能量和基于充电能量的电池能量以及基于SOH的学习值的电池能量来获得，因此可以更准确地预测可用能量。

同时，当在初始充电后进行充电时，在缺少先前学习的SOH的学习值的情况下，能量预测器160可以基于以下等式3获得第二可用能量。

等式3：

可用能量(E2)＝(先前可用能量+基于充电能量的电池能量)/2

如等式3，第二可用能量E2可作为先前充电的计算的可用能量和基于充电能量的第一电池能量的平均值来获得。

在这种情况下，即使在不学习SOH的情况下，也可以通过反映基于移动平均值的最新值来更准确地预测可用能量。

因此，将参照图3A和图3B描述预测每种情况的可用能量的实施例。

图3A示出具有在电池充电时与电池相关联的设定的信息的表。图3A所示的表格包含以下信息定义：SOC的变化率(％)、充电能量(kWH)、基于充电能量的电池能量、以及每个充电日期的SOH学习值。其中，用附图标记311表示SOH的学习值。

参照图3A，当3月9日对电池进行初次充电时，SOC的变化率为43％，充电能量为8.8kWH，基于充电能量预测的电池能量为20.465kWH，并且电池充电中SOH的学习值是100％(0％；劣化)。

在6月5日SOH的学习值为83％(17％；劣化)，如附图标记324所示，在8月4日为75％(25％；劣化)，参见附图标记325。

而在4月8日和5月6日，缺少SOH的学习值，参见附图标记322和323。

在图3B中示出基于图3A的表格的可用能量的预测结果。在图3B的表格中，项目A表示根据本发明的可用能量的预测值，项目B表示根据传统方案的可用能量的预测值。

附图标记332和333表示缺少SOH的学习值的4月8日和5月6日的可用能量的预测值。

根据传统方案，由于电池的SOH没有反映在4月8日和5月6日(没有SOH的学习值)的可用能量预测值中，因此，4月8日和5月6日的可用能量预测值与附图标记331表示的初始可用能量相同。

而根据本发明，由于没有SOH的学习值的4月8日和5月6日的可用能量的预测值，是使用如等式3中的基于先前的可用能量和充电能量的第一电池能量来预测的，因此，与传统方案相比，可获得更精确的值。

附图标记334和335表示6月6日和8月4日的具有SOH的学习值的可用能量的预测值。

根据传统方案，在具有SOH的学习值的6月6日和8月4日的可用能量的预测值，是通过反映初始电池容量中的SOH的学习值而获得。

而根据本发明，具有SOH的学习值的6月6日和8月4日的可用能量的预测值，由于是通过以1：1：1的比率反映先前的可用能量、基于充电的第一电池能量、以及基于SOH的学习值的第二电池能量而获得，因此，与常规方案相比，可获得更精确的值。

距离计算器170基于能量预测器160预测的可用能量，计算行驶距离。

在这种情况下，距离计算器170可通过将学习的燃料效率应用到初始可用能量E0、第一可用能量E1和第二可用能量E2中的任何一个来计算行驶距离。

距离计算器170将有关行驶距离的信息存储在存储器140中。在这种情况下，当存在关于先前计算的行驶距离的信息时，距离计算器170使用新计算的行驶距离的信息，更新先前存储的信息。

当更新了关于行驶距离的信息时，控制器110通过通信装置130将关于行驶距离的信息发送到显示器300。因此，显示器300将通过通信装置130接收的行驶距离信息输出到屏幕，以通知用户行驶距离信息。

此外，控制器110可通过利用行驶距离信息，将更新的行驶距离信息发送到用于控制车辆的操作的系统。

根据本实施例，如上所述操作的车辆系统的每个装置，可以包括存储器和处理器的独立硬件装置的形式来实施以处理每个操作，并且可以包括在诸如微处理器或通用计算机系统的另一硬件装置中的形式来运行。

下面将描述根据本发明的装置的操作的流程图。

图4是示出根据本发明的实施例的用于控制车辆的方法的操作的流程图。

参照图4，当电池开始充电时(S110)，车辆控制装置100采集充电信息(S120)。在这种情况下，所采集的充电信息可包括电池SOC和关于充电能量的信息。

车辆控制装置100基于在步骤S120中采集的充电能量，来预测电池能量(S130)。在这种情况下，车辆控制装置100可基于通过将充电能量除以SOC的变化量而获得的值，预测电池能量。

此后，车辆控制装置100使用在S130中预测的电池能量来预测可用能量。在这种情况下，车辆控制装置100确定是否存在先前学习的SOH的学习值(S140)。如果存在SOH的学习值，则如等式2所示，使用先前的可用能量、基于当前充电能量的第一电池能量和基于SOH的学习值的第二电池能量来预测可用能量(S150)。如果没有SOH的学习值，则根据如等式3所示的使用先前的可用能量和基于当前的充电能量的第一电池能量来预测可用能量(S160)。

此外，在初始充电的情况下，可以基于除先前可用能量以外的值来预测可用能量。

当获得可用能量的预测值时，车辆控制装置100基于可用能量来计算行驶距离(S170)并且更新在S170中计算的行驶距离的信息(S180)。

图5是示出根据本发明的实施例的执行该方法的计算系统的框图。

参照图5，计算系统1000可包括至少一个处理器1100、存储器1300、用户界面输入设备1400、用户界面输出设备1500、存储设备1600和网络接口1700，它们经由系统总线1200彼此连接。

处理器1100可以是用于处理存储在存储器1300和/或存储设备1600中的指令的中央处理单元(CPU)或半导体装置。存储器1300和存储设备1600中的每一个可包括各种类型的易失性或非易失性存储介质。例如，存储器1300可包括只读存储器(ROM；参见1310)和随机存取存储器(RAM；参见1320)。

因此，结合本发明中公开的实施例描述的方法或算法的操作可直接利用由处理器1100执行的硬件模块、软件模块或其组合来实现。软件模块可驻留在例如RAM、闪存、ROM、可擦除可编程ROM(EPROM)、电EPROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动光盘或光盘(CD-ROM)的存储介质(即，存储器1300和/或存储设备1600)上。示例性存储介质可耦合到处理器1100。处理器1100可从存储介质读出信息并且可在存储介质中写入信息。可替代地，存储介质可与处理器1100集成。处理器和存储介质可驻留在专用集成电路(ASIC)中。ASIC可驻留在用户终端中。可替代地，处理器和存储介质可作为单独组件驻留在用户终端中。

如上所述，根据本发明，无论电池何时充电，在未获知SOH的情况下能够通过基于预测的电池能量来计算行驶距离以精确地测量电池的SOH，从而提高行驶距离的信息的可靠性。

在上文中，尽管已经参考示例性实施例和附图描述了本发明，但本发明不限于此，而是可以在不脱离由以下权利要求中要求保护的本发明的精神和范围的情况下，由本发明所属领域的技术人员进行各种修改和改变。

因此，本发明的实施例并非旨在限制本发明的技术思想，而是仅出于示例性目的而提供。本发明的保护范围应由所附权利要求来解释，并且其所有等同形式应被解释为包括在本发明的范围内。

Claims (17)

1.一种用于控制车辆的装置，所述装置包括：

能量预测器，其配置为使用基于电池充电期间的充电能量的电池能量和基于电池的健康状态SOH的学习值的电池能量，来预测可用能量；

距离计算器，其配置为使用所预测的可用能量和先前学习的燃料效率，来计算行驶距离；以及

控制器，其配置为更新关于计算出的所述行驶距离的信息。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述能量预测器使用电池充电期间的所述充电能量和充电状态(SOC)的变化，来预测所述电池能量。

3.如权利要求1所述的装置，所述能量预测器通过将电池充电期间的SOH的学习值应用于所述电池的初始容量，基于所述SOH的学习值来预测所述电池能量。

4.如权利要求1所述的装置，其中，在所述电池初始充电时，所述能量预测器使用所述基于充电能量的电池能量与所述基于SOH的学习值的电池能量的平均值，来预测所述可用能量。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述能量预测器使用所述基于电池充电期间的充电能量的电池能量、所述基于SOH的学习值的电池能量与先前电池充电期间的可用能量的平均值，来预测所述可用能量。

6.如权利要求1所述的装置，其中，当缺少所述SOH的学习值时，所述能量预测器使用所述基于电池充电期间的充电能量的电池能量与先前电池充电期间的可用能量的平均值，来预测所述可用能量。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述控制器配置为：

将计算出的行驶距离的更新信息发送并输出到显示器。

8.如权利要求1所述的装置，进一步包括：

信息采集器，其配置为采集所述电池充电期间的充电能量以及充电状态SOC变化的信息。

9.一种用于控制车辆的方法，所述方法包括以下步骤：

通过能量预测器，使用基于电池充电期间的充电能量的电池能量和基于电池的健康状态SOH的学习值的电池能量，来预测可用能量；

通过距离计算器，使用所预测的可用能量和先前学习的燃料效率，来计算行驶距离；以及

通过控制器，更新计算出的行驶距离的信息。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述预测可用能量的步骤包括：

基于电池充电期间的充电能量和充电状态SOC的变化来预测所述电池能量。

11.如权利要求9所述的方法，其中，所述预测可用能量的步骤包括：

通过将电池充电期间的SOH的学习值应用于电池的初始容量，基于SOH的学习值来预测电池能量。

12.如权利要求9所述的方法，其中，所述预测可用能量的步骤包括：

在对所述电池初始充电时，使用所述基于充电能量的电池能量和所述基于SOH的学习值的电池能量的平均值，来预测所述可用能量。

13.如权利要求9所述的方法，其中，所述预测可用能量的步骤包括：

使用所述基于电池充电期间的充电能量的电池能量、所述基于SOH的学习值的电池能量与先前电池充电期间的可用能量的平均值，来预测所述可用能量。

14.如权利要求9所述的方法，其中，所述预测可用能量的步骤包括：

当缺少所述SOH的学习值时，使用所述基于电池充电期间的充电能量的电池能量与先前电池充电期间的可用能量的平均值，来预测所述可用能量。

15.如权利要求9所述的方法，进一步包括：

将所述行驶距离的更新信息发送并输出到显示器。

16.如权利要求9所述的方法，进一步包括：

在所述预测可用能量的步骤之前，采集电池充电期间的所述充电能量以及充电状态SOC的变化。

17.一种车辆系统，包括：

电池管理系统；

车辆控制装置，其配置为：

在电池充电过程中，从所述电池管理系统采集充电信息；

使用基于充电能量的电池能量和基于电池健康状态SOH的学习值的电池能量来预测可用能量；

使用所预测的可用能量和先前学习的燃料效率来计算行驶距离，和

更新行驶距离；以及

显示器，其配置为输出更新的行驶距离。

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