CN1314181C - 重新设置混合动力电动车蓄电池充电状态的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种重新设置混合动力电动车蓄电池充电状态的方法，该方法包括：确定蓄电池的放电电流是否大于预定的放电电流；如果蓄电池的放电电流大于预定的放电电流，那么确定最小电压模块是否已变化；如果最小电压模块已变化了，那么确定理论放电电压是否大于最小电压模块的电压；如果理论放电电压大于最小电压模块的电压，那么确定在一预定的时段是否保持了理论放电电压大于最小电压模块电压的状态；并且如果在一预定的时段保持了理论放电电压大于最小电压模块电压的状态，那么将蓄电池的充电状态保持25%以下的状态设置为非常低的状态。

Description

重新设置混合动力电动车蓄电池充电状态的方法
技术领域
本发明涉及一种混合动力电动车，尤其是涉及一种重新设置混合动力电动车蓄电池充电状态的方法以便减小用作混合动力电动车电源的蓄电池的充电状态(state of charge，SOC)的累积误差。
背景技术
单纯的电动车辆使用蓄电池作为电源，并且发动机混合动力电动车和燃料电池混合动力电动车使用蓄电池作为能源缓冲器。在这样的电动车辆中，蓄电池是决定车辆功率的重要元件。
蓄电池管理系统(BMS)管理蓄电池的全部状态，并控制蓄电池在最佳条件下操作以使蓄电池的使用寿命最大化。蓄电池管理系统通过将SOC信息提供给车辆控制器来支持电动车辆的发电控制和驱动控制，该车辆控制器对电动车辆执行全部的控制。
蓄电池管理系统的主要功能是估算蓄电池的充电状态、对完全充电进行检测、保持蓄电池单格电池模块间的电压均衡、根据蓄电池的充电状态(SOC)来控制最大充电电压和最大放电电压、并执行安全管理和冷却控制。
为了计算蓄电池的当前充电状态，通常是对充电电流量和放电电流量进行测量。为了此计算，由电流传感器所检测的模拟信号必须被转换成数字信号，且在该程序中出现了电流量的累积误差。
因此，为了减少累积误差，必须使用较好的A/D转换器以增加电流传感器的精确度，因此系统成本就会增加。
另外，由于蓄电池的内阻抗和蓄电池的温度效率所引起的自身放电也会发生SOC的误差。
在利用标准化充电方法并使用蓄电池作为能源的单纯电动车辆中，在蓄电池的完全充电结束之后，将SOC重新设置为100％，因此累积误差变小了，即使在完全充电之后还出现了误差。
然而，在利用蓄电池作为能源缓冲器的机械混合动力电动车和燃料电池混合动力电动车中，在某一周期上没有对蓄电池完全充电，且蓄电池必须在SOC的特定范围内连续操作。因此，如果没有对累积误差进行补偿，那么蓄电池会在SOC的操作范围之外操作，因此可能会减小蓄电池的使用寿命并降低蓄电池的能源利用率，且蓄电池的电压也变得比系统的工作电压大了。
也就是说，在利用蓄电池作为能源缓冲器的机械混合动力电动车和燃料电池混合动力电动车中，由根据各种条件而变化的各种参数来确定蓄电池的SOC。从而，很难估计蓄电池的SOC，并且随着蓄电池的操作周期的增加，累积误差也增加了。因此，降低了车辆效率并可能过早地损害蓄电池。
申请号为10-2000-82936的韩国实用新型公开了一方法由蓄电池充电/放电端电压来估计充电状态，通过根据充电状态使用具有固有内阻的电池。然而，因为双动力型系统具有一动态的充电/放电周期，因此很难利用其内阻对蓄电池的SOC进行估计。
在该发明背景部分所公开的内容仅仅是为了加强对本发明背景的理解，并不认可或做任何形式的假定，认为对该内容形成了本领域普通技术人员所公知的现有技术。
发明内容
在本发明的优选实施例中，重新设置混合动力电动车蓄电池充电状态的方法包括：确定蓄电池的放电电流是否大于预定的放电电流；如果蓄电池的放电电流大于预定的放电电流，那么确定最小电压模块编号是否已变化；如果最小电压模块编号没有变化，那么确定理论放电电压是否大于最小电压模块的电压；如果理论放电电压大于最小电压模块的电压，那么确定在一预定的时段是否保持了理论放电电压大于最小电压模块电压的状态；以及，如果在一预定的时段保持了理论放电电压大于最小电压模块电压的状态，那么将蓄电池的充电状态保持25％以下的状态设置为非常低的状态。
最好是该方法进一步包括：如果理论放电电压不大于最小电压模块的电压，那么确定理论放电电压是否大于蓄电池多个模块的平均电压；如果理论放电电压大于平均电压，那么确定在一预定的时段是否保持了理论放电电压大于平均电压的状态；并且如果在一预定的时段保持了理论放电电压大于平均电压的状态，那么将蓄电池的充电状态保持在25％与40％之间的状态设置为低SOC状态。
最好是根据由内阻和空载电压所产生的电压来计算理论放电电压。
在本发明另一个优选实施例中，重新设置混合动力电动车蓄电池充电状态的方法包括：确定蓄电池的充电电流是否大于预定的充电电流；如果蓄电池的充电电流大于预定的充电电流，那么确定最大电压模块编号是否已变化；如果最大电压模块编号没有变化，那么确定理论充电电压是否小于最大电压模块的电压；如果理论充电电压小于最大电压模块的电压，那么确定在一预定的时段是否保持了理论充电电压小于最大电压模块电压的状态；以及，如果在一预定的时段保持了理论上的充电电压小于最大电压模块电压的状态，那么将蓄电池的充电状态保持在80％以上的状态设置为非常高的状态。
最好是该方法进一步包括：如果理论充电电压不小于最大电压模块的电压，那么确定理论充电电压是否小于蓄电池多个模块的平均电压；如果理论充电电压小于平均电压，那么确定在一预定的时段是否保持了理论充电电压小于平均电压的状态；以及，如果在一预定的时段保持了理论充电电压小于平均电压的状态，那么将蓄电池的充电状态保持在65％与80％之间的状态设置为高SOC状态。
最好是根据由内阻和空载电压所产生的电压来计算理论充电电压。
附图说明
包含在说明书中并构成说明书一部分的附图以及阐明本发明原理的说明部分用于对本发明的实施例进行了说明。
图1示出了一般的串联型混合动力电动车的发电系统的方框图；
图2示出了一方法的流程图，该方法对本发明优选实施例的重新设置混合动力电动车的蓄电池充电模式上的蓄电池充电状态；
图3示出了一方法的流程图，该方法对本发明优选实施例的重新设置混合动力电动车的蓄电池放电模式上的蓄电池充电状态；
图4示出了在本发明优选实施例的混合动力电动车中的蓄电池充电状态的一实例；以及
图5示出了在根据本发明优选实施例的混合动力电动车中的进行SOC状态转换的示意图。
具体实施方式
在下文中，根据附图对本发明的优选实施例进行详细的说明。
如图1所示，一般的串联型(series-type)的混合动力电动车的发电系统包括一发动机10、一发电机20、一蓄电池30、一蓄电池管理系统(BMS)40、一DC/AC转换器50、一换流器60以及一电动机70。发动机10通过燃烧燃料而产生电力，并由发动机10驱动发电机20以产生预定电压电平的电力。
蓄电池30存储从发电机20输出的过多电源，并当从发电机20电力输出小于电动机70所需要的扭矩时将电力提供给电动机70。
蓄电池管理系统40在蓄电池30的操作范围内检测电流、电压以及温度，并控制以保持一适当的充电状态并管理蓄电池30的SOC。
换流器60与发动机控制单元的进行CAN通信联络，并根据发动机控制单元的控制通过脉宽调制控制对IGBT进行转换而将蓄电池30的电源提供给电动机70，以使电动机70工作。
DC/AC转换器50将提供给电动机70的DC电压电平转换成预定的电压电平。
通常，将蓄电池30的充电状态(SOC)定义为剩余电容量与完全充电的电容量的比率。然而，在本发明中，SOC被定义为现有的可用电容量与总的可用容量的比率，因此它包含了良好状态(state-of-health)(SOH)的意思，该状态通常被定义为执行特定任务的能力。蓄电池的SOH反映了蓄电池的各种因素，例如温度变化，高速放电率，以及由于蓄电池损坏所造成的蓄电池容量的减小。
如图4所示，为了管理蓄电池30的SOC，当蓄电池30的SOC维持在80％以上时，那么将SOC状态设置为非常高的状态，当蓄电池30的SOC保持在65％-80％的范围内时，则将SOC状态设置为高状态，当蓄电池30的SOC保持在40％-65％的范围内时，则将SOC状态设置为正常状态，当蓄电池30的SOC保持在25％-40％的范围内则将SOC状态设置为低状态，当蓄电池30的SOC保持在25％以下则将SOC状态设置为非常低的状态。
蓄电池30在稳态具有一内阻，并且用由内阻和空载电压所形成的电压和来定义在稳态时蓄电池的端电压。在下文中将该蓄电池电压称作蓄电池理论电压。
考虑到发动机效率和车辆的操作条件，最好是蓄电池管理系统40控制发电量以将SOC调节到一预定的水平(例如，55％)。举例来说，SOC的重新设置点被设置为25％、40％、65％以及80％。
如图2所示，在对根据本发明优选实施例的混合动力电动车的蓄电池放电模式上的蓄电池SOC进行重新设置的方法中，当启动发动机10时，蓄电池管理系统初始化所有的系统参数以管理蓄电池30；接收诸如放电电流信息、放电电压信息、温度信息之类的蓄电池信息；并通过预定的算法来计算控制参数(步骤S201～S204)。
系统参数包括各种标志符和时间标记(times)以用于执行根据本发明优选实施例的方法。
控制参数包括蓄电池理论电压以及根据蓄电池信息所计算的蓄电池的SOC。根据内阻和空载电压来计算蓄电池理论电压。在下文中，在蓄电池放电期间的蓄电池理论电压被称为蓄电池理论放电电压。
在步骤S205蓄电池管理系统40确定当前的放电电流是否大于预定的放电电流。举例来说，预定的放电电流可以是12A。
如果在步骤S205确定出当前的放电电流不大于预定的放电电流，那么程序返回至初始步骤。
如果在步骤S205确定出当前的放电电流大于预定的放电电流，那么在步骤S206蓄电池管理系统40确定最小电压模块的编号是否已变化。
蓄电池由多个模块组成，并且电压最小的模块是最小电压模块。因此，如果最小电压模块从一个变为另一个，那么最小电压模块的编号也就变化了。
如果在步骤S206确定出最小电压模块的编号已变化，那么蓄电池管理系统40在步骤S207将低SOC误差计数器LowErrorSOCTimer(低误差SOC时间标记)清零，并在步骤S208将非常低的SOC误差计数器LowErrorSOCTimer清零。
如果在步骤S206确定出最小电压模块的编号没有变化，那么蓄电池管理系统40在步骤S209确定理论放电电压是否大于所测量的最小电压模块的放电电压，理论放电电压是根据内阻和空载电压来计算的。
所测量的最小放电电压是最小电压模块的电压，该最小电压模块是组成蓄电池的所有模块中电压最低的模块。
如果在步骤S209确定出理论放电电压大于最小放电电压，那么在步骤S210确定时段理论放电电压大于最小放电电压的状态是否保持了预定的时段。举例来说，预定的时段可以被设置为3秒。
如果确定出在一预定的时段没有保持理论放电电压大于最小放电电压的状态，那么程序返回至步骤S203。
如果确定出在一预定的时段保持了理论放电电压大于最小放电电压的状态，那么蓄电池管理系统40在步骤S211至S213将非常低SOC的误差计数器清零并将SOC重新设置为非常低的SOC状态(SOC＝SOCLLOW)。
如果在步骤S209确定出理论放电电压不大于最小放电电压，那么蓄电池管理系统40将非常低的SOC LLowErrorSOCTimer的误差计数器清零(步骤S214和S215)。
蓄电池管理系统40于是在步骤S216确定理论放电电压是否大于蓄电池模块的平均值。
如果在步骤S216确定出理论放电电压不大于平均值，那么蓄电池管理系统40将低SOC LLowErrorSOCTimer的误差计数器清零(步骤S221和S222)。
如果在步骤S216确定出理论放电电压大于平均值，那么蓄电池管理系统40在步骤S217确定在一预定的时段是否保持了理论放电电压大于平均放电电压的状态。举例来说，预定的时段可以被设置为3秒。
如果在步骤S217确定出在一预定的时段没有保持理论放电电压大于平均放电电压的状态，那么程序返回至步骤S203。
如果在步骤S217确定出在一预定的时段保持了理论放电电压大于平均放电电压的状态，那么蓄电池管理系统40在步骤S218至S220将SOC重新设置为低SOC(SOC＝SOCLLOW)。
如图3所示，在对根据本发明优选实施例的混合动力电动车的蓄电池充电模式上的蓄电池充电状态进行重新设置的方法中，BMS40初始化管理蓄电池30所有的系统参数；接收诸如充电电流信息、充电电压信息、温度信息之类的蓄电池信息；并通过预定的算法来计算控制温度(步骤S301～S304)。
系统参数包括各种标志符和时间标记以执行根据本发明优选实施例的方法。
控制参数包括理论IR电压以及利用蓄电池信息所计算的蓄电池充电状态值。根据内阻和空载电压可计算出IR电压。在下文中，在蓄电池充电期间的IR电压被称为蓄电池理论充电电压。
在步骤S305蓄电池管理系统40确定当前的充电电流是否大于预定的充电电流。举例来说，预定的充电电流可以是12A。
如果在步骤S305确定出当前的充电电流不大于预定的充电电流，那么程序返回至初始步骤。
如果在步骤S305确定出当前的充电电流大于预定的充电电流，那么在步骤S306蓄电池管理系统40确定最大电压模块的编号是否已变化。
蓄电池由多个模块组成，并且电压最大的模块是最大电压模块。因此，如果最大电压模块从一个变为另一个，那么最大电压模块的编号就会变化。
如果在步骤S306确定出最大电压模块的编号已变化，那么蓄电池管理系统40在步骤S307将低SOC误差计数器HighErrorSOCTimer(高误差SOC时间标记)清零，并在步骤S308将非常高的SOC误差计数器HHighErrorSOCTimer清零。
如果在步骤S306确定出最大电压模块的编号没有变化，那么蓄电池管理系统40在步骤S309确定理论充电电压是否小于所测量的最大电压模块的充电电压，理论充电电压是根据内阻和空载电压来计算的。
所测量的最大充电电压是组成蓄电池的所有模块中电压最高的模块的电压。
如果在步骤S309确定出理论充电电压大于最小充电电压，那么在步骤S310确定在一预定的时段是否保持了理论充电电压小于最大充电电压的状态。举例来说，预定的时段可以被设置为3秒。
如果确定出在一预定的时段没有保持理论充电电压小于最大充电电压的状态，那么程序返回至步骤S203。
如果确定出在一预定的时段保持了理论充电电压小于最大充电电压的状态，那么蓄电池管理系统40在步骤S311至S313将非常高SOC的误差计数器清零并将SOC重新设置为非常高的SOC状态(SOC＝SOCHHIGH)。
如果在步骤S309确定出理论充电电压不小于最大充电电压，那么蓄电池管理系统40将非常高的SOC HHighErrorSOCTimer的误差计数器清零(步骤S314和S315)。
于是，蓄电池管理系统40在步骤S316确定理论充电电压是否小于蓄电池模块的平均值。
如果在步骤S316确定出理论充电电压不小于平均充电电压，那么蓄电池管理系统40将高SOC HighErrorSOCTimer的误差计数器清零(步骤S321和S322)。
如果在步骤S316确定出理论充电电压小于平均值，那么蓄电池管理系统40在步骤S317确定在一预定的时段是否保持了理论充电电压小于平均充电电压的状态。举例来说，预定的时段可以被设置为3秒。
如果在步骤S317确定出在一预定的时段没有保持理论充电电压小于平均充电电压的状态，那么程序返回至步骤S303。
如果在步骤S317确定出在一预定的时段保持了理论充电电压小于平均充电电压的状态，那么蓄电池管理系统40在步骤S318至S320将SOC重新设置为高SOC(SOC＝SOCHIGH)。
如果在放电期间蓄电池有效电压小于内阻电压并且当蓄电池电压接近重新设置的SOC的边界值时蓄电池电压逐步降低了，那么可确定蓄电池处于稳态。然而，如果蓄电池电压增加了几秒，那么可确定蓄电池处于非稳定状态。
在充电期间，如果蓄电池有效电压大于内阻电压并且逐步增加时，那么可确定蓄电池处于稳态。然而，如果蓄电池电压逐步减少，那么可确定蓄电池处于非稳定状态。
如图5所示，当蓄电池放电电压状态从正常状态变为高状态或从非常高的状态变为低状态时将SOC重新设置为40％，而当蓄电池充电状态从低状态变为非常低的状态时将其重新设置为25％。
因此，如果与当前SOC状态相对应的内阻电压小于与低SOC状态或与非常低的SOC状态相对应的内阻电压并且蓄电池处于稳态，那么蓄电池管理系统重新设置蓄电池的SOC状态并将重新设置的SOC状态存储到存储器。
如上所述，当蓄电池电压经过预定的SOC点时，根据蓄电池电压和蓄电池电流来设置SOC状态，以便减少SOC的累积误差，因此可降低由SOC误差所引起的蓄电池的损坏并可增加能源利用率。
尽管在上文中对本发明的优选实施例进行了详细的说明，但是应该清楚的知道对这里所公开的本发明的基本原理作出的各种修改和/或改进(这对于本领域普通人员来说是显而易见的)仍落入所附权利要求所定义的本发明的精神和范围内。
贯穿该说明书和所附的权利要求，应该理解的是词“包括”，除非有明确的相反说明，表示包含所述元件但不排除其他元件。

Claims (6)

1、一种重新设置混合动力电动车蓄电池充电状态的方法，其特征在于，包括：
确定蓄电池的放电电流是否大于预定的放电电流；
如果蓄电池的放电电流大于预定的放电电流，那么确定最小电压模块编号是否已变化；
如果最小电压模块编号没有变化，那么确定理论放电电压是否大于最小电压模块的电压；
如果理论放电电压大于最小电压模块的电压，那么确定在一预定的时段是否保持了理论放电电压大于最小电压模块电压的状态；
并且如果在一预定的时段保持了理论放电电压大于最小电压模块电压的状态，那么将蓄电池的充电状态保持25％以下的状态设置为非常低的状态。
2、如权利要求1的方法，其特征在于，进一步包括：
如果理论放电电压不大于最小电压模块的电压，那么确定理论放电电压是否大于蓄电池多个模块的平均电压；
如果理论放电电压大于该平均电压，那么确定在一预定的时段是否保持了理论放电电压大于平均电压的状态；以及
如果在一预定的时段保持了理论放电电压大于平均电压的状态，那么将蓄电池的充电状态保持在25％与40％之间的状态设置为低充电状态。
3、如权利要求1的方法，其特征在于，根据由内阻和空载电压所产生的电压来计算理论放电电压。
4、一种重新设置混合动力电动车蓄电池充电状态的方法，其特征在于，包括：
确定蓄电池的充电电流是否大于预定的充电电流；
如果蓄电池的充电电流大于预定的充电电流，那么确定最大电压模块编号是否已变化；
如果最大电压模块编号没有变化，那么确定理论充电电压是否小于最大电压模块的电压；
如果理论充电电压小于最大电压模块的电压，那么确定在一预定的时段是否保持了理论充电电压小于最大电压模块电压的状态；以及
如果在一预定的时段保持了理论上的充电电电压小于最大电压模块电压的状态，那么将蓄电池的充电状态保持在80％以上的状态设置为非常高的状态。
5、如权利要求4的方法，其特征在于，进一步包括：
如果理论充电电压不小于最大电压模块的电压，那么确定理论充电电压是否小于蓄电池多个模块的平均电压；
如果理论充电电压小于平均电压，那么确定在一预定的时段是否保持了理论充电电压小于平均电压的状态；以及
如果在一预定的时段保持了理论充电电压小于平均电压的状态，那么将蓄电池的充电状态保持在65％与80％之间的状态设置为高充电状态。
6、如权利要求4的方法，其特征在于，根据由内阻和空载电压所产生的电压来计算理论充电电压。
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