CN114269591A - 用于优化车辆的电力推进系统的能量管理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于优化车辆的电力推进系统的能量管理的方法，其中，车辆的电力推进系统包括能量储存系统和电机。电力推进系统还包括至少一个电力部件，其中，电力部件具有空闲状态和操作状态。该方法包括以下步骤：a)确定处于操作状态的电力部件的至少一个参数；b)将参数输入电力部件的热模型中；c)实时预测车辆上处于操作状态的电力部件的温度Tp；d)将预测温度值Tp与预定阈值Tmax进行比较，以及e)如果预测温度值Tp超过预定阈值Tmax，则自动将通过电力部件的电流的大小降低到安全水平。

Description

用于优化车辆的电力推进系统的能量管理的方法
技术领域
本发明涉及一种用于优化车辆的电力推进系统的能量管理的方法，其中，车辆的电力推进系统包括能量储存系统和电机，其中，电力推进系统还包括至少一个电力部件，其中，电力部件具有空闲状态和操作状态。本发明还涉及一种用于优化车辆的电力推进系统的能量管理的装置，以及包括这种装置的车辆。
本发明可以应用于任何类型的电动或混合动力车辆，诸如卡车、公共汽车、轿车和建筑设备。
背景技术
鉴于由于全球变暖导致的环境问题日益增加，世界各地的汽车行业一直关注于最小化甚至消除来自车辆的排放。作为这项关注的研究的结果，汽车行业目前正处于颠覆的边缘，其中，电动汽车即将发挥主导作用。
鉴于此，电力推进系统必须经历不断的发展，以满足在效率和安全方面的要求。用于车辆的电力推进系统中存在高电流需要使用能够处理这种电流的部件，以避免过热造成的损坏。
众所周知，在电机和其它耗电负载的操作期间，会产生能量损失。这种所谓的功耗PDiss会转化成热量，并且在大多数情况下会导致相应部件的温度T的不期望的升高。
机动车辆能量管理系统是已知的。德国专利文件号DE 103 41 904 B4公开了一种系统，该系统将机动车辆中可用的能量与单个耗电负载所需的能量进行比较。与安全无关的部件首先以基于规则的方式关闭或以延迟或节流的方式供应能量。在能量仍然不足的情况下，能量管理系统切换到紧急程序。
然而，与电力系统的能量管理相关的有限状态自动化的使用具有许多缺点。操作所需的控制系统的准备(例如以逻辑表的形式)是复杂的。如果系统中存在大量耗电负载，或者如果耗电负载的行为难以预测(例如，因为它们可能具有宽的功耗范围)，则尤其如此。此外，有限状态自动化仅提供离散的切换状态。当期望处于两个离散切换状态之间的状态时，有限状态自动化必须相应地模拟这些状态，这使得它更加复杂。
另一个基本缺点在于，在频繁切换电力消耗者的情况下，这种系统本身会频繁激活，因此优先的耗电负载在短时间间隔内被关闭和再次开启。因此，会出现极限循环，其在短期会导致电力系统的流畅运行受到损害，而在长期可能会导致系统的部件的损坏。
解决电力部件中不期望的温度升高问题的另一种方式是使电力推进系统中的电线和部件(诸如继电器和开关)的尺寸过大，使得它们可以处理意外的高电流。这种尺寸过大导致不必要的高成本和系统重量的增加。
本发明的目的是克服上述问题并使用成本较低的正常尺寸或尺寸较小的电缆和部件。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于优化车辆的电力推进系统的能量管理的方法。本发明的目的通过下文描述的方法实现。根据本发明的车辆包括电力推进系统，其中，电力推进系统进而包括能量储存系统和电机。电力推进系统还包括至少一个电力部件，其中，电力部件具有空闲状态和操作状态。根据本发明的方法包括以下步骤：
a)确定处于操作状态的电力部件的至少一个参数；
b)将参数输入电力部件的热模型中；
c)实时预测车辆上处于操作状态的电力部件的温度Tp；
d)将预测温度值Tp与预定阈值Tmax进行比较，
e)如果预测温度值Tp超过预定阈值Tmax，则自动将通过电力部件的电流的大小降低到安全水平。
在本发明的上下文中的电力推进系统通常包括用于向车辆提供动力的电机/电马达和连接到电机/电马达以向电机/电马达提供动力的电能储存系统。这样，本发明的示例实施例包括电机以允许车辆在所有速度范围下推进。可以以几种不同的方式提供电马达。根据一个示例实施例，电马达是永磁同步电机、无刷直流电机、异步电机、电磁同步电机、同步磁阻电机或开关磁阻电机中的任一种。通常，电马达被配置成驱动至少一个地面接合构件。通常，电机被配置成驱动一对地面接合构件。举例来说，地面接合构件是车轮、履带等。电马达可以以几种不同的方式耦接到地面接合构件。在一个示例实施例中，电马达借助于齿轮箱组件、离合器和差速器耦接到一对地面接合构件，如推进系统领域中公知的。
术语“能量储存系统(ESS)”在下文和整个说明书中应被解释为一种电能储存系统，其包括至少一个带有多个可再充电电池单体的电池组，该电池组与电子控制单元(ECU)一起形成可以用于车辆的电力推进和/或用于向辅助负载(诸如空调系统、气动装置等)提供电力的系统。ESS的电压可以是400-1000V。
众所周知，电池经历电力传输。在本上下文中，电力传输应被解释为电池的充电或放电循环。充电和放电也可以称为电池的电力输入或输出。现有技术提供了几种可以对电池充电的方式，诸如OppCharge、CCS、CHAdeMO等。当电池的能量水平低时，电池需要电力输入以恢复其能量水平。通常，电池接收来自外部电源(诸如电网)的电力输入。当车辆处于静止状态时，诸如在专门指定的充电站点，或者在使用布置在地面或架空线上的电力道路系统(ERS)行驶期间，可能会发生充电事件。
如上文提及的，外部电源可以是电网。可替代地，外部电源可以是便携式充电站，诸如另一车辆。车辆与外部电源的连接可以通过插入式触点、受电弓或ERS来实现。此外，可以感应地实现车辆与外部电源的连接。
术语“空闲状态”是指电力部件的状态，其中，没有电流流经该部件，并且其中，该部件不执行任何操作。
术语“操作状态”是指电力部件的状态，其中，电流流经该部件，并且其中，该部件执行操作。
在本发明的上下文中的电力部件的示例可以是电缆、电线、开关、继电器、汇流条等。
根据本发明的方法的步骤a)，确定处于操作状态的电力部件的至少一个参数。这样的参数可以是流经电力部件的电流的大小。
在下一步骤b)中，将以上确定的电力部件的参数用作电力部件的热模型的输入。根据本发明的热模型可以是电力部件的计算机模型。这样的计算机模型将根据本发明的方法的步骤c)实时预测车辆上处于操作状态的电力部件的温度Tp。因此，在不使用温度传感器的情况下，相对于电流和可能的其它参数对电力部件的温度进行建模。
在下一步骤d)中，将预测温度值Tp与预定阈值Tmax进行比较。预定阈值Tmax被设定为电力部件能够承受而不会损坏的温度值。对于车辆的电力推进系统内的不同电力部件，预定阈值Tmax可能不同。如果预测温度值Tp超过预定阈值Tmax，则通过电力部件的电流的大小自动降低到步骤e)中限定的安全水平。通过这种方式，电力部件将不会因过热而损坏。
在本发明的上下文中的术语“安全水平”是指不会导致电力部件的温度进一步升高的电流的大小。
根据本发明的术语“降低”或“减少”是指电流的大小减少。然而，在步骤e)之后，通过电力部件的电流的大小始终在零以上。换言之，电力部件在步骤e)期间不会自动进入空闲状态。
如上文提及的，步骤a)中的电力部件的参数可以是通过电力部件的电流。
以上步骤a)中提及的所述至少一个参数还可以是电力部件已经处于操作状态所持续的时间、电力部件附近的环境温度和/或在电力部件的当前操作状态之前的最近空闲状态时段的持续时间。换言之，该方法可以考虑在操作状态之前已经处于空闲状态的电力部件的冷却速率。用于评估冷却速率的变量可以是空闲状态时段的持续时间、电力部件附近的环境温度以及当前操作状态时段的持续时间。
根据本发明的方法，可以通过限制充电电流或到电机的电流来降低在步骤e)中通过电力部件的电流的大小。
本发明的方法可以包括基于预测温度Tp计算为能量储存系统充满电所需的时间的步骤f)。该信息可以用于安排充电事件，或者可以通信给驾驶员使得他可计划下一次充电事件。当安排或计划这种充电事件时，可以考虑电网的容量以避免电网过载并在时间和效率方面优化充电。
根据本发明的方法还可以包括通知车辆的驾驶员预测温度值Tp超过预定阈值Tmax的步骤g)。在接收到这样的通知时，驾驶员可以选择停止车辆，使得具有超过预定阈值Tmax的预测温度值Tp的电力部件进入空闲状态，从而导致电力部件的冷却。可替代地，驾驶员可以中断正在进行的充电事件，使得电力部件进入空闲状态并开始冷却。此外，驾驶员可以选择推迟充电事件直到电力部件已冷却，使得预测温度值Tp低于预定阈值Tmax，这进而导致即将到来的充电事件的持续时间减少。
本发明的方法还可以包括当预测温度值Tp达到低于预定阈值Tmax的值时通知车辆的驾驶员的步骤h)。当接收到这样的信息时，驾驶员可以再次启动车辆，或者开始充电事件。
应该记住，步骤g)和h)是完全可选的。换言之，车辆的驾驶员不必执行任何动作以避免电力部件过热。本发明的方法因此通过使用电力部件的热模型提供电力部件免于过热的自动保护，而无需将电力部件置于空闲状态，从而消除对连接到电力部件的温度传感器的需要。
当本发明的方法应用于包括至少两个车辆的车队时，该方法特别有利。车队中的每个车辆可以与远程控制单元通信。远程控制单元可以由车队管理者或电子控制单元(ECU)操作。
可以根据步骤i)将车队中的每个车辆的能量储存系统充满电所需的时间通信到远程控制单元。远程控制单元进而可以根据步骤j)分配用于车辆充电的时隙和/或位置。通过将本发明的方法用于车队，可以在每次充电事件的持续时间和车队内的每个车辆的能量储存系统的改进寿命方面优化车队内的车辆的充电。
应当注意，可以以连续的方式执行上文描述方法的步骤。然而，该方法的一些步骤可以同时执行。特别地，步骤e)、f)和g)可以同时执行。此外，步骤g)可以在步骤f)之前执行，并且步骤i)和j)可以在步骤g)之前执行。
本发明还涉及一种用于优化车辆的电力推进系统的能量管理的装置，其中，电力推进系统进而包括能量储存系统和电机，其中，电力推进系统包括至少一个电力部件，其中，电力部件具有空闲状态和操作状态。
本发明的装置还包括至少一个测量单元，以用于确定电力部件的所述至少一个参数，诸如流经电力部件的电流的大小、电力部件已经处于操作状态所持续的时间、电力部件附近的环境温度和/或在电力部件的当前操作状态之前的最近空闲状态时段的持续时间。
本发明的装置包括控制单元，以用于实时预测车辆上处于操作状态的电力部件的温度Tp、用于将预测温度值Tp与预定阈值Tmax进行比较，并用于如果预测温度值Tp超过预定阈值Tmax，则自动将通过电力部件的电流的大小降低到安全水平。
如上文提及的，电力部件可以是电能的传送元件，诸如电线、电缆、继电器、汇流条或耗电负载。
根据本发明，该装置还可以包括用于与车辆的驾驶员进行通信的装置和/或用于与远程控制单元进行通信的装置。
本发明涉及一种包括上文描述的装置的车辆。车辆可以是车队的一部分。
最后，本发明涉及一种包括程序代码装置的计算机程序，该程序代码装置用于当该程序在计算机上运行时执行上文描述的方法的步骤，并且本发明涉及一种携载这种计算机程序的计算机可读介质。
附图说明
参考附图，下面是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。
在附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的方法的步骤的流程图；
图2是根据本发明的另一实施例的方法的步骤的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实现并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性。本领域技术人员将认识到在所附权利要求书的范围内可以做出许多改变和修改。
图1描绘了本发明的方法的步骤a)-e)的流程图。
根据本发明的方法的步骤a)，确定处于操作状态的电力部件的至少一个参数。通常，这样的参数可以是流经电力部件的电流的大小。
在下一步骤b)中，以上确定的电力部件的参数用作电力部件的热模型的输入。根据本发明的热模型可以是电力部件的计算机模型。这样的计算机模型将根据本发明的方法的步骤c)实时预测车辆上处于操作状态的电力部件的温度Tp。
在下一步骤d)中，将预测温度值Tp与预定阈值Tmax进行比较。如果预测温度值Tp超过预定阈值Tmax，则通过电力部件的电流的大小自动降低到步骤e)中限定的安全水平。如上文提及的，电流的大小始终保持在零以上，即，电力部件永远不会自动进入空闲状态。
图2示出了本发明的方法的另一实施例。当管理车队时可以使用图2所示的实施例。
根据图2中描绘的实施例的方法包括如上文公开的步骤a)-e)。一旦电流的大小降低到安全水平，预测温度值Tp可以用于根据步骤f)基于所述预测温度Tp计算对能量储存系统充满电所需的时间。由此计算的时间(可能与能量储存系统的充电状态(SOC)值一起)通信到远程控制单元(步骤i)。然后，远程控制单元基于上述参数分配用于车辆充电的时隙和/或位置，从而优化整个车队的能量管理(步骤j)。
本公开的控制功能可以使用现有的计算机处理器来实现，或者通过用于适当系统的专用计算机处理器(为了这个或另一目的而结合)来实现，或者通过硬连线系统来实现。本公开范围内的实施例包括程序产品，该程序产品包括机器可读介质，以用于携载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构。这种机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何可用介质。举例来说，这种机器可读介质可包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁存储设备，或者可以用于以机器可执行指令或数据结构的形式携载或存储期望程序代码并且可以由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何其它介质。当信息通过网络或其它通信连接(硬连线、无线或者硬连线或无线的组合)传输或提供到机器时，机器恰当地将连接视为机器可读介质。因此，任何这种连接都被恰当地称为机器可读介质。上述的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行特定功能或功能组的指令和数据。
尽管附图可以示出顺序，但步骤的顺序可以与所描绘的不同。也可以同时或部分同时执行两个或更多个步骤。这种变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这些变化都在本公开的范围内。同样，软件实现方式可以用标准编程技术来完成，其具有基于规则的逻辑和其它逻辑，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。此外，即使本发明已经参考其特定示例性实施例进行了描述，许多不同的改变、修改等对于本领域技术人员来说将变得显而易见。
应当理解，本发明不限于上文描述和附图所示的实施例；相反，技术人员将认识到在所附权利要求书的范围内可以做出许多改变和修改。

Claims (17)

1.一种用于优化车辆的电力推进系统的能量管理的方法，其中，所述车辆的所述电力推进系统包括能量储存系统和电机，其中，所述电力推进系统还包括至少一个电力部件，其中，所述电力部件具有空闲状态和操作状态，所述方法包括以下步骤：
a)确定处于所述操作状态的所述电力部件的至少一个参数；
b)将所述参数输入所述电力部件的热模型中；
c)实时预测所述车辆上处于操作状态的所述电力部件的温度Tp；
d)将预测温度值Tp与预定阈值Tmax进行比较，以及，
e)如果所述预测温度值Tp超过所述预定阈值Tmax，则自动将通过所述电力部件的电流的大小降低到安全水平。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述至少一个参数是通过所述电力部件的电流。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个参数是所述电力部件已经处于操作状态所持续的时间、所述电力部件附近的环境温度和/或在所述电力部件的当前操作状态之前的最近空闲状态时段的持续时间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过限制充电电流或到电机的电流来降低在步骤e)中通过所述电力部件的电流的大小。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：
f)基于所述预测温度Tp计算为所述能量储存系统充满电所需的时间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：
g)通知所述车辆的驾驶员所述预测温度值Tp超过所述预定阈值Tmax。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：
h)当所述预测温度值Tp达到低于所述预定阈值Tmax的值时通知所述车辆的驾驶员。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：
i)将所述能量储存系统充满电所需的所述时间通信到远程控制单元；
j)由所述远程控制单元分配用于所述车辆充电的时隙和/或位置。
9.一种用于优化车辆的电力推进系统的能量管理的装置，其中，所述车辆的所述电力推进系统包括能量储存系统和电机，其中，所述电力推进系统还包括至少一个电力部件，其中，所述电力部件具有空闲状态和操作状态，其中，所述装置还包括：
至少一个测量单元，所述至少一个测量单元用于确定所述电力部件的至少一个参数，
控制单元，所述控制单元用于实时预测所述车辆上处于操作状态的所述电力部件的温度Tp，其中，基于作为所述电力部件的热模型的输入的所述至少一个参数，使用所述电力部件的所述热模型来执行所述预测；所述控制单元用于将预测温度值Tp与预定阈值Tmax进行比较；并且所述控制单元用于如果所述预测温度值Tp超过所述预定阈值Tmax则自动将通过所述电力部件的电流的大小降低到安全水平。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述至少一个电力部件是电能的传送元件。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述控制单元基于所述预测温度Tp来计算将所述能量储存系统充满电所需的时间。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的装置，其中，所述装置还包括用于与所述车辆的驾驶员进行通信的装置。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的装置，其中，所述装置还包括用于与远程控制单元进行通信的装置。
14.一种车辆，包括根据权利要求9至13中任一项所述的装置。
15.根据权利要求14所述的车辆，其中，所述车辆是车队的一部分。
16.一种计算机程序，所述计算机程序包括程序代码装置，所述程序代码装置用于当所述程序在计算机上运行时执行权利要求1至8中任一项所述的步骤。
17.一种携载计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括程序代码装置，所述程序代码装置用于当所述程序产品在计算机上运行时执行权利要求1至8中任一项所述的步骤。
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