CN113103870A - 电动车辆电力分配的优先性 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“电动车辆电力分配的优先性”。一种用于车辆的电力管理系统，包括：高压电源，其被配置为向车辆子系统提供电力；以及至少一个控制模块，其可操作地联接到所述高压电源，并且被配置为从所述车辆子系统接收电力需求请求，并且基于与所接收的电力需求请求中的每个相关联的分配的优先级来对来自所述高压电源的电力的供应的优先级进行排序。所述分配的优先级可以基于车辆状态而变化。

Description

电动车辆电力分配的优先性

技术领域

示例实施例总体上涉及电动化车辆电力系统，并且更具体地，涉及用于对电动化车辆中的电力分配进行优先级排序的系统和方法。

背景技术

电动化车辆中的多个系统依赖于由高压电源(诸如电池)供应的电力。因此，这些车辆系统在某些条件下可能会争夺电力。

通常，车辆电池可以支持合理水平的瞬时电力需求，但是如果需要的话，应能够通过自身维持到电动马达的连续电力。这个问题在所谓的轻度HEV中可能更为明显，所述轻度HEV具有比完全混合动力电池更小的48V电池，因此轻度混合动力中的电池在某些条件下单独可能无法输送恒定的电力输出。因此，可能需要对电力分配的优先级进行排序的策略。

发明内容

根据示例实施例，提供了一种用于车辆的电力管理系统。电力管理系统可以包括：高压电源，其被配置为向车辆子系统提供电力；以及至少一个控制模块，其可操作地联接到高压电源并且被配置为从车辆子系统接收电力需求请求，并且基于与接收到的电力需求请求中的每个相关联的分配的优先级来对来自高压电源的电力的供应进行优先级排序。分配的优先级可以基于车辆状态而变化。

在另一个示例实施例中，提供了一种用于车辆的电力管理系统的控制模块。电力管理系统可以包括高压电源，所述高压电源被配置为向车辆子系统提供电力。控制模块可以包括处理电路，所述处理电路被配置为从车辆子系统中的相应车辆子系统接收电力需求请求，并且基于与接收到的电力需求请求中的每个相关联的分配的优先级来对来自高压电源的电力供应进行优先级排序。分配的优先级包括与至少一个闭环子系统、至少一个开环子系统、至少一个高压子系统和至少一个低压子系统相关联的优先级指定。

附图说明

已经如此概括地描述了本发明，现在将参考附图，所述附图不一定按比例绘制，并且在附图中：

图1示出了根据示例实施例的混合动力车辆的动力管理系统的框图；

图2示出了示出根据示例实施例的各种用例的电力需求的图表；并且

图3是示出根据示例实施例的用于优先化电力管理的控制模块的操作方法的框图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述一些示例实施例，在附图中示出了一些但不是所有的示例实施例。实际上，本文描述和描绘的示例不应被解释为对本公开的范围、适用性或配置的限制。相反，提供这些示例实施例，使得本公开将满足适用的法律要求。贯穿全文，相同的附图标记指代相同的元件。此外，如本文所使用的，术语“或”应被解译为逻辑运算符，每当所述逻辑运算符的操作数中的一个或多个为真时结果是真。如本文所使用的，可操作的联接应被理解为涉及直接或间接联接，在任一种情况下，都使得能够实现可操作地彼此联接的部件的功能互连。

本文描述的一些示例实施例提供一种用于管理混合动力车辆中的消费者需求的改进的系统。就这一点而言，示例实施例可以使车辆能够基于预定义的优先级智能地选择如何管理对电力的请求(即，需求)。优先性可以被配置为确保始终存在对关键车辆功能的支持。因此，尽管在需求超过最大能力的时间段内一些功能可能被禁止，但是这些操作被禁止的时段通常可以被最小化，并且在任何情况下，此类被禁止的功能将仅是非关键功能。下面将讨论可以用来实现示例实施例的部件和结构的一些示例。

图1示出了示例实施例的车辆100(例如，混合动力电动车辆)的框图。如图1所示，车辆100可以包括：电力管理系统105，其可以包括高压电源110，所述高压电源110可以包括电池单元和发电机；以及各种负载，其与连接到其上的相应子系统和/或部件相关联。高压电源110的电池单元可以例如具有在约100V到200V范围内的额定电压。然而，其他额定值和能力也是可能的。而且，在以下示例中，电池单元可以是48V电池。因此，在本公开的上下文中，术语“高压”应理解为包括大于12V(例如，24V、48V和100V以上)的电压。在典型情形下，负载/子系统可以经由相应的电力连接件和/或经由电力总线可操作地联接到高压电源110。然而，出于通信目的，负载/子系统还可以经由通信总线(诸如控制器局域网(CAN)总线120)可操作地联接到高压电源110。CAN总线120被配置为根据标准或协议操作，所述标准或协议使得各种系统、部件或子系统的微控制器或处理器能够在没有中央处理器(或主机)的情况下在车辆100内彼此通信。因此，控制模块130在图1中示出，并且可以可操作地联接到CAN总线120，以处理与对应于控制模块130的负载相关联地传送的电力请求。因此，应理解，控制模块130表示处理装置的一个示例，所述处理装置可以针对相应不同负载或子系统(包括下面描述的那些)被复制多次。在示例实施例中，控制模块130可以采用关于策略的采用的智能来对所接收的请求的履行进行优先级排序，其中所述策略通过如何对电力请求进行优先级排序和处理来体现。

考虑到在混合动力车辆上包括某些高电力负载或在混合动力车辆上支持外部高电力负载的功能的最新趋势，此类优先性可能特别有用。在这方面，终端消费者为48V的高压子系统是对更熟悉的12V低压子系统的相对新的添加。对这些不同子系统进行优先级排序的能力，特别是当一些子系统是开环并且其他子系统是闭环时，可以使工程师能够避免与过度设计电动车辆系统部件相关联的不必要的成本。

图1还示出了负载/子系统的示例，这些负载/子系统可以具有与其相关联的控制模块130中的一个或多个相应的实例，并且经由控制模块130的对应实例路由去往和来自这些负载/子系统的电力请求。在这方面，例如，12V关键负载140、第一高压负载(例如，电子催化器(eCAT)150)、12V非关键负载160、第二高压负载(例如，向箱供电(PttB)170)、混合动力功能180、第三高压负载190、以及各种其他负载可以经由CAN总线120可操作地联接到高压电源110。尽管还可以提供其他负载/子系统，但是CAN总线120上的大多数负载/子系统可以被分类为高压子系统(例如，48V负载)或低压子系统(例如，12V负载)。而且，负载/子系统还可以被分类为其中不需要(或使用)用户输入进行操作的开环，或者分类为其中需要用户输入的闭环。

eCAT 150例如可以是高压子系统(例如，48V负载)并且可以包括电子加热的催化器，所述电子加热的催化器在发动机运行时(例如，当发动机/后处理系统是冷的或者当高压电源110的电池单元缺乏足够的电量来给车辆100的马达供电时)操作以减少车辆排放。eCAT 150是用于使车辆100能够满足排放要求的重要部件。尽管为了减少排放，采用后喷射操作模式的系统是可能的，但是众所周知后喷射模式使油更快速地劣化。因此，eCAT 150可能不仅是重要的，而且是满足一些车辆的排放标准的优选方式。因此，在某些情况下，eCAT150可以被视为是至关重要的。eCAT 150也是闭环子系统或负载的示例。eCAT 150通常在发动机运行时操作，但是有时可能在运行周期的早期预热以增加有效性。

PttB 170可以是另一个高压子系统(例如，48V负载)，但是可以具有可由用户选择的低电力和高电力模式。此外，在一些情况下，完全启用PttB 170可能需要用户输入。因此，PttB 170可以被认为是开环子系统或负载。在示例实施例中，可以经由PttB 170对外部负载(诸如笔记本电脑、手机充电器、电动工具、露营装备、无人机充电器等)供电。PttB 170可以使用各种类型的插座(例如，USB、110V-60Hz等)向各种装置供电。因此，PttB 170可以包括DC到DC转换器、DC到AC转换器、AC到DC转换器等，以支持用于待被供电的插座的每个相应类型的此类功能。在一些情况下，可以经由PttB 170对移动办公室或相对较大的负载供电。

12V关键负载140可以包括动力转向、车辆操作相关的功能等。12V非关键负载160可以包括导航系统、加热座椅、电动座椅、收音机、媒体播放器和其他附件类型的负载或子系统。PttB 170是外部电力供应，其可以包括内部(即，舱内)电源插座或外部电源插座，所述外部电源插座为各种尺寸的外部负载供电。混合动力功能180可以包括与混合动力车辆相关联的具体功能。例如，混合动力功能180可以包括扭矩替代、再生制动等。

如上所述，12V关键负载140、eCAT 150、12V非关键负载160、PttB 170、混合动力功能180和各种其他负载中的任一者或全部都可在给定时间做出电力请求。这些请求中的每一个通常通过CAN总线120广播到控制模块130和与CAN总线120上的相应子系统或部件相关联的其他控制模块。基于从每个消费者或负载接收到的电力请求，控制模块130可以对请求应用优先性进行调度或排序，以便为每个请求分配优先级。然后，在达到请求履行能力的能力以前，可以按照优先级排序履行请求。请求履行能力和/或优先级(以及用于分配此类优先级的方法)可以根据车辆100的当前操作情况或工况而改变。

可以基于子系统按照优先级的排序来执行上文所描述的优先性调度或排序系统。在示例实施例中，可以为每个不同类别的负载或子系统限定分配的优先级。分配的优先级可以包括在CAN总线120上采用的协议中识别的优先级指定，使得来自相应子系统的请求包括与其类别相关联的优先级指定，并且可由控制模块130识别。在所述范例内，优先级较高的优先级指定在具有较低优先级指定的那些之前实现请求的履行。因此，然后可以基于按优先级的请求的等级次序来完成电力需求请求履行。

根据示例实施例，从最高等级到最低等级的主要优先性次序可以将12V关键负载140限定为具有最高优先级指定。eCAT 150可以具有下一个最高优先级指定，并且其后是12V非关键负载160。PttB 170可以具有下一个最高优先级指定，并且其后是可以具有最低优先级指定的混合动力功能180。所述主要优先性可以用作分配的优先级的默认或正常排序。

作为示例，在浸泡后的冷起动期间，用户可能希望立即使用PttB 170。然而，冷起动期间的12V关键负载140的需求可能是高的，并且可能需要eCAT 150来支持减少排放努力。因此，上面列出的由主要优先性所采用的策略可以是对12V关键负载140和eCAT 150的优先级排序为优先于PttB 170。因此，在来自12V关键负载140的需求减少，或者eCAT 150不再是活动的之前，PttB 170可被禁止。

然而，如果车辆100要保持驻车，使得PttB 170可以用于为移动办公室供电，则可能不需要在12V关键负载140中包括的与保持车辆操作相关联的其他关键功能。因此，在一些情况下，车辆100的操作状态可以用于改变或通知优先性。如上所述，PttB 170可以具有多种模式。在低电力模式下，PttB 170可以具有用于供应外部负载的最大能力，所述最大能力被设置为针对高电力模式提供的用于供应外部负载的能力的一部分(例如，1/2、1/3、2/3)。因此，在一些情况下，可以基于工况或车辆状态(例如，驾驶状态或驻车状态)限制高电力模式的实现。因此，例如，低电力模式(例如，用于为诸如笔记本电脑、蜂窝电话充电器等的较小装置供电)在选择PttB 170操作时，可能是默认模式，并且可能随时可用，但是处于较低的优先级。同时，高电力模式可以被限制为仅在车辆100起动之后的预定义时间段之后可用(例如，以避免与在车辆起动不久以重负载操作的其他大负载(例如，eCAT 150)冲突)。

替代地或另外地，高电力模式可以被限制为仅在车辆状态为驻车时操作。在这方面，当车辆100被驾驶时，可能不期望或不需要可以为移动办公室或多个大负载供电的高电力模式是操作的。然而，如果高电力模式仅在车辆100驻车时是可选择的，则可以假设经由PttB 170向外部负载提供电力对用户来说是重要的。因此，尽管系统可以默认为低电力模式(所述低电力模式在默认或主要优先性次序下具有低优先级)，但是当车辆100驻车时，PttB 170可在优先级上上升。这可能是其中所涉及的具体应用可以基于工况、应用或车辆状态具有改变的优先级的情形的一个示例。在这方面，代替利用上面限定的主要优先性次序，可以限定次级优先性次序，在所述次级优先性次序中PttB 170在排序结构内上升(具体地基于用户输入和车辆状态)，以便比本来在主要优先性次序中排序在PttB 170之前的子系统中的一个或多个排序更高。

而且，可以对优先性进行校准，使得随着时间的推移可以制定和调整策略，以针对给定的车辆应用或条件进行优化。例如，随着时间的推移，eCAT 150可能变脏或经历退化，这可能导致eCAT 150随着时间的流逝而汲取更高的负载。可以修改或调整优先性，以考虑随着时间推移而汲取的增加的负载。如上所述，优先级的一个示例列表可以如下：

1.如果荷电状态较低，则对关键12V和48V电池进行充电；

2.排放(例如，eCAT)；

3.外部电力供应(例如，PttB)；

4.方便12V负载；以及

5.混合动力功能(扭矩替代和/或瞬时扭矩补充)。

图2是示出了在各种用例中的电力需求的图表200。在这方面，在图表200上示出了电力规格线210，以及在某些条件下从各种子系统汲取的最大电力。如图2中可以看出，在冷起动和怠速(预计持续约300秒)条件220期间，来自eCAT和12V负载的最大需求由自身消耗了系统的全部能力。因此，在所述用例中不可能支持PttB。同时，在稳态驾驶条件230期间，还可以支持PttB。然而，当后处理(AT)温度控制在用例250中被eCAT采用时，由于相对较大的高压子系统(48V)需求，最坏情况下的电力消耗超过规格。通过采用如本文所描述的优先性策略，可以管理用例250的最坏情况情形之间的700W的差异。

图3是示出根据示例实施例的用于优先化电力管理的控制模块的操作方法的框图。在这方面，控制模块可以包括处理电路，所述处理电路被配置为至少执行下面的操作300和310。操作300可以包括从车辆子系统中的相应车辆子系统接收电力需求请求。操作310可以包括基于与接收到的电力需求请求中的每个相关联的分配的优先级来对来自高压电源的电力的供应进行优先级排序。分配的优先级包括与至少一个闭环子系统、至少一个开环子系统、至少一个高压子系统和至少一个低压子系统相关联的优先级指定。分配的优先级可基于车辆状态而改变。

因此，一些示例实施例可以提供用于混合动力车辆的电力管理系统。电力管理系统可以包括：高压电源，其被配置为向车辆子系统提供电力；以及至少一个控制模块，其可操作地联接到高压电源并且被配置为从车辆子系统接收电力需求请求，并且基于与接收到的电力需求请求中的每个相关联的分配的优先级来对来自高压电源的电力的供应进行优先级排序。分配的优先级可以基于车辆状态而改变，并且包括与闭环子系统、开环子系统、高压子系统和低压子系统中的至少一者相关联的优先级指定。

一些实施例的电力管理系统(或包括在控制模块中或以其他方式限定控制模块的处理电路)可以包括附加特征、修改、增强等，以实现进一步的目标或增强操作。附加特征、修改、增强等可以以彼此任意组合的方式添加。下面列出了各种附加特征、修改和增强，所述各种附加特征、修改和增强可以各自单独添加或以彼此任意组合的方式添加。例如，所述系统还可以包括：多个负载，其与车辆子系统中的相应车辆子系统相关联；以及通信总线，高压电源可操作地联接到所述通信总线，并且经由所述通信总线管理来自高压电源的电力请求。在一些情况下，分配的优先级可以包括从最高等级到最低等级的主要优先性次序，所述主要优先性次序包括：低压子系统关键负载、高压子系统排放控制负载、低压子系统非关键负载、高压子系统外部电源以及低压子系统混合动力功能。在示例实施例中，当车辆状态是驾驶状态时，可以分配主要优先性次序。在一些情况下，分配的优先级可以包括次级优先性次序，在所述次级优先性次序中高压子系统外部电源具有比低压子系统关键负载、高压子系统排放控制负载、低压子系统非关键负载中的一者或多者更高的等级。在示例实施例中，可以响应于对与高压子系统外部电源相关联的高电力模式的用户选择，采用次级优先性次序。在一些情况下，仅当车辆状态是驻车状态时，才启用对高电力模式的用户选择。在示例实施例中，在车辆预热期间或在车辆起动之后的预定时间内，对高电力模式的用户选择可能不可用。在一些情况下，高压子系统外部电源可以具有低电力模式和高电力模式。在高电力模式下做出的电力需求请求可能与在低电力模式下做出的电力需求请求具有不同的优先级。在实例实施例中，至少一个闭环子系统可以包括作为高压子系统的实例的电加热催化器(eCAT)，并且开环子系统可以包括作为高压子系统的另一个实例的向箱供电特征。在一些情况下，低压子系统可以包括或体现为12V关键负载、12V非关键负载和/或与混合动力功能相关联的负载。在示例实施例中，高压子系统可以是48V终端消费者，并且低压子系统可以是12V终端消费者。

受益于前述描述和相关联附图中呈现的教导，本发明所属领域的技术人员将会想到本文阐述的本发明的许多修改和其他实施例。因此，应理解，本发明不限于所公开的具体实施例，并且修改和其他实施例意图被包括在所附权利要求的范围内。而且，尽管前述描述和相关联附图在要素和/或功能的某些示例性组合的上下文中描述了示例性实施例，但是应理解，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可由替代实施例提供要素和/或功能的不同组合。在这方面，例如，如所附权利要求中的一些可能阐述的，还可以设想与上面明确描述的要素和/或功能不同的要素和/或功能的不同组合。在本文描述了优点、益处或问题的解决方案的情况下，应理解，这些优点、益处和/或解决方案可以适用于一些示例实施例，但不必适用于所有示例实施例。因此，本文描述的任何优点、益处或解决方案不应被认为是对所有实施例或本文要求保护的实施例都是关键的、必需的或必不可少的。尽管本文使用了特定的术语，但是它们仅用于一般且描述性意义，而不是为了限制的目的。

根据本发明，提供了一种用于车辆的电力管理系统，其具有：高压电源，其被配置为向车辆子系统提供电力；以及至少一个控制模块，其可操作地联接到高压电源，并且被配置为：从车辆子系统接收电力需求请求；并且基于与接收到的电力需求请求中的每个相关联的分配的优先级来对来自高压电源的电力的供应进行优先级排序，其中分配的优先级基于车辆状态而变化。

根据实施例，本发明的特征还在于：多个负载，其与车辆子系统中的相应的车辆子系统相关联；以及通信总线，高压电源可操作地联接到所述通信总线，并且经由所述通信总线管理来自高压电源的电力请求，其中所述分配的优先级包括与闭环子系统、开环子系统、高压子系统和低压子系统中的至少一者相关联的优先级指定，并且其中分配的优先级包括从最高等级到最低等级的主要优先性次序，所述主要优先性次序包括：低压子系统关键负载、高压子系统排放控制负载、低压子系统非关键负载、高压子系统外部电源以及低压子系统混合动力功能。

根据实施例，当车辆状态是驾驶状态时，分配主要优先性次序。

根据实施例，分配的优先级包括次级优先性次序，在所述次级优先性次序中高压子系统外部电源具有比低压子系统关键负载、高压子系统排放控制负载、低压子系统非关键负载中的一者或多者更高的等级。

根据实施例，响应于对与高压子系统外部电源相关联的高电力模式的用户选择，采用次级优先性次序。

根据实施例，仅当车辆状态是驻车状态时，才启用对高电力模式的用户选择。

根据实施例，在车辆预热期间或在车辆起动之后的预定时间内，对高电力模式的用户选择不可用。

根据实施例，高压子系统外部电源具有低电力模式和高电力模式，其中在高电力模式下做出的电力需求请求与在低电力模式下做出的电力需求请求具有不同的优先级。

根据实施例，闭环子系统包括也是高压子系统的实例的电子催化器，并且其中开环子系统包括作为高压子系统的另一个实例的向箱供电特征。

根据实施例，低压子系统包括：12V关键负载；12V非关键负载；以及混合动力功能。

根据实施例，高压子系统包括48V终端消费者，并且其中低压子系统包括12V终端消费者。

根据本发明，提供了一种用于混合动力车辆的电力管理系统的控制模块，所述控制模块具有：高压电源，其被配置为向车辆子系统提供电力，所述控制模块包括处理电路，所述处理电路被配置为：从车辆子系统中的相应车辆子系统接收电力需求请求；并且基于与接收到的电力需求请求中的每个相关联的分配的优先级来对来自高压电源的电力供应进行优先级排序；其中分配的优先级包括与闭环子系统、开环子系统、高压子系统和低压子系统中的至少一者相关联的优先级指定。

根据实施例，分配的优先级是可变的，并且包括从最高等级到最低等级的主要优先性次序，所述主要优先性次序包括：低压子系统关键负载、高压子系统排放控制负载、低压子系统非关键负载、高压子系统外部电源以及低压子系统混合动力功能。

根据实施例，当车辆状态是驾驶状态时，分配主要优先性次序。

根据实施例，分配的优先级包括次级优先性次序，在所述次级优先性次序中高压子系统外部电源具有比低压子系统关键负载、高压子系统排放控制负载、低压子系统非关键负载中的一者或多者更高的等级。

根据实施例，响应于对与高压子系统外部电源相关联的高电力模式的用户选择，采用次级优先性次序。

根据实施例，仅当车辆状态是驻车状态时，才启用对高电力模式的用户选择。

根据实施例，在车辆预热期间或在车辆起动之后的预定时间内，对高电力模式的用户选择不可用。

根据实施例，高压子系统外部电源具有低电力模式和高电力模式，其中在高电力模式下做出的电力需求请求与在低电力模式下做出的电力需求请求具有不同的优先级。

根据实施例，闭环子系统包括也是高压子系统的实例的电子加热催化器(eCAT)，其中开环子系统包括作为高压子系统的另一个实例的向箱供电特征，并且其中低压子系统包括：12V关键负载；12V非关键负载；以及混合动力功能。

Claims (10)

1.一种用于电动车辆的电力管理系统的控制模块，所述电力管理系统包括高压电源，所述高压电源被配置为向车辆子系统提供电力，所述控制模块包括处理电路，所述处理电路被配置为：

从所述车辆子系统中的相应车辆子系统接收电力需求请求；并且

基于与所接收的电力需求请求中的每个相关联的分配的优先级来对来自所述高压电源的电力的供应进行优先级排序，

其中所述分配的优先级包括与闭环子系统、开环子系统、高压子系统和低压子系统中的至少一者相关联的优先级指定。

2.如权利要求1所述的控制模块，其中所述分配的优先级是可变的，并且包括从最高等级到最低等级的主要优先性次序，所述主要优先性次序包括低压子系统关键负载、高压子系统排放控制负载、低压子系统非关键负载、高压子系统外部电源以及低压子系统混合动力功能。

3.如权利要求2所述的控制模块，其中当车辆状态是驾驶状态时，分配所述主要优先性次序。

4.如权利要求2所述的控制模块，其中所述分配的优先级包括次级优先性次序，在所述次级优先性次序中所述高压子系统外部电源具有比所述低压子系统关键负载、高压子系统排放控制负载、低压子系统非关键负载中的一者或多者更高的等级。

5.如权利要求4所述的控制模块，其中响应于对与所述高压子系统外部电源相关联的高电力模式的用户选择，采用所述次级优先性次序。

6.如权利要求5所述的控制模块，其中仅当所述车辆状态是驻车状态时，才启用对所述高电力模式的所述用户选择。

7.如权利要求5所述的控制模块，其中在车辆预热期间或在所述车辆起动之后的预定时间内，对所述高电力模式的所述用户选择不可用。

8.如任一前述权利要求所述的控制模块，其中所述高压子系统外部电源具有低电力模式和高电力模式，

其中在所述高电力模式下做出的电力需求请求与在所述低电力模式下做出的电力需求请求具有不同的优先级。

9.如任一前述权利要求所述的控制模块，其中所述闭环子系统包括也是所述高压子系统的实例的电加热催化器(eCAT)，

其中所述开环子系统包括作为所述高压子系统的另一个实例的向箱供电特征，并且

其中所述低压子系统包括：

12V关键负载；

12V非关键负载；以及

混合动力功能。

10.一种车辆，其包括如权利要求1至9中任一项所述的控制模块。

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