混合动力电动车辆中的电池组管理策略

摘要

软件算法(图3)确定控制器(34)将用于管理混合动力电动车辆中的电池组(32)的充电状态(SOC)的策略，但始终给予驾驶员替代地做出他/她自己的选择的机会。该算法使所选择的两个策略之一每当点火开关从“关闭”位置被操作至“开启”位置时被选择。该算法执行的方式取决于可校准参数的值，该可校准参数在车辆在工厂中制造时被编程到该具体车辆的控制器中。

说明书

发明领域

本发明涉及混合动力电动车辆，具体涉及用于管理此类车辆中的高电压电池组的充电状态(SOC)的策略。

背景技术

混合动力电动车辆与仅通过内燃机推进的相应车辆相比，明显能更大程度地节约燃料。节约燃料达30％或更高并非罕见。像柴油燃料这样的碳氢化合物燃料的成本已促使一些商用卡车用户探索混合电动车辆可能为其特定的生意提供的潜在的好处。

例如，诸如需要操作远程工作现场处的电动工具之类的电动设备的电力公司的企业可能考虑购买能输送可输出AC(交流)功率的混合动力电动车辆。诸如冷冻或冷藏食品运输公司的不同企业可能考虑购买带有制冷系统的主体的混合动力电动车辆，其中在车辆被驱动的同时，冷藏系统通过压缩机使用车载AC功率来操作。这样的车辆相比于采用冷板技术的冷藏卡车能在扩大的运输区域上工作，在采用冷板技术的冷藏卡车中，冷藏系统置于卡车主体中，但仅当车辆停放且冷藏系统被插入电插座时——通常在晚上才工作。后一种卡车的运输路线时间受冷板能将冷冻或冷藏食物保持于适当温度的时长限制。

外接充电式混合动力电动汽车(PHEV)提供允许所有者/操作者将该车辆的电气系统插入公共电网以对高电压混合电池组充电的能力。这通常在夜间、当电网上存在过量AC电力且每千瓦-小时的价格通常最低时完成。为使PHEV最高效，它应当具有比非外接充电式混合动力电动汽车大的电池储能容量。

发明内容

在本申请人已知的范围内，现有的混合动力电动汽车被制造成仅具有一种电池管理策略。这样的单策略不允许操作者(驾驶员)在具体某一天选择可能更适合该车辆的预期用途的不同策略。

本发明人认为在不同驱动循环的不同时刻以不同方式被驱动的PHEV的所有者应当能选择如何和何时消耗在车辆停运时重新充入PHEV电池组中的电能。如果该车辆以作为要描述的本发明的特征的“保持对工作现场充电”策略工作，则高电压控制模块将允许对发动机/发电机的一些限制使用以供驱动时的推进和发电，同时争取将电池SOC保持于75-95％之间的某个水平——该水平取决于具体电池容量和电池化学性质。保持该相对高水平SOC允许在车辆制动时收回动能，同时节省大部分电池能量以便用于工作现场或车载设备工作。另一方面，如果车辆以作为要描述的本发明的另一特征的“最大化燃料节约”电池组管理策略被操作，则高电压控制模块将允许电机/发电机提供更高比例的车辆推进能量，且电池组SOC将被保持于较低水平——可能为25-65％，该水平也取决于具体电池容量和电池化学性质。

本发明利用软件算法来确定控制器管理电池组SOC的具体策略，但一直给予驾驶员作出他/她自己的选择的机会。每当车辆点火开关从“关闭”位置被操作至“开启”位置时，该算法就使“最大化燃料节约”或“保持对工作现场充电”的两个策略之一被自动选择。

然而，该算法执行的方式取决于可校准参数的值，该可校准参数在车辆在工厂中制造时被编程到该具体车辆的控制模块中。该可校准参数确定每当点火开关从“关闭”转到“开启”时将执行的该算法的特定分支。

当在每个驱动循环中该点火开关被从“关闭”操作至“开启”时，驾驶员被给予在具有在显示旁边的暂时触摸开关的仪表板模块的显示部分上选择“最大化燃料节约”或“保持对工作现场的充电”(也可替代地使用其他术语)的机会。然后驾驶员能通过按压显示旁边的暂时触摸开关来改变自动选择(即默认选择)，如果他/她选择这么做。因此，当车辆的点火开关从“关闭”被操作至“开启”时，不论控制器已被编程为选择什么策略，本发明都给予PHEV的所有者/操作者选择将如何使用所储存的电池组能量的能力，如果他/她希望这么做。

通过一种算法给驾驶员机会让其有效地忽略默认电池管理策略选择，这就提供了如下两者之一的选择：要么将所储存的能量的绝大部分用于车辆推进；要么保存所储存的能量的绝大部分使其用于工作现场或车载设备(诸如制冷压缩机)的操作。例如，当“保持对工作现场的充电”策略是点火开关被从“关闭”操作至“截止”之后的默认工作模式时，操作者可在返回总部之前选择“最大化燃料节约”以使车辆以更好地节约燃料工作。提供选择电池组SOC管理策略的灵活性使车辆所有者/操作者能以他/她认为最佳的方式使用所储存能量。

该可校准参数的一个值将使该算法以将电池管理策略设置为该车辆上一次关闭时有效的策略的方式来执行。然而，驾驶员仍能作出他/她自己的选择。

校准参数的另一值将使该算法以下方式执行：在电池组已接收到最大外接充电(SOCPlug-in＞KWHMin，该算法中的预定值)之后，或如果“保持对工作现场充电”策略在上一次将点火开关从“开启”切换至“关闭”之前已经有效，则将电池管理策略设置为“保持对工作现场的充电”。驾驶员仍能作出他/她自己的选择。

例如，如果车辆频繁行驶至使用电动工具的工作现场，且正常工作模式将整夜对电池组重新充电，则操作者一般不会无视该算法设置的策略，以在到达工作现场时保持高SOC。另一方面，如果操作者在给定的一天不去需要可导出电源的工作现场，则通过手动选择“最大化燃料节约”可最优化燃料效率。

电池充电算法的细节取决于任何给定车辆中的特定电池化学性质(NiMH，锂离子等)和电池容量(KW-Hr)。

本发明的一个一般方面涉及一种混合动力电动车辆，该车辆包括：底盘，该底盘包括车辆在其上行驶的车轮；动力系，该动力系耦合以驱动数个车轮。该动力系包括内燃机，该内燃机具有耦合至电机/发电机的旋转输出，该电机/发电机具有耦合至驱动轮的输出。该车辆还具有点火开关，该点火开关在被操作至“开启”位置时使动力系能推进车辆，且在被操作至“关闭”位置时关闭动力系。

电池组通过控制器耦合至该电机/发电机，该控制器用于在电池组的管理策略允许此类操作时选择性地使该电机/发电机作为从电池组中提取电力以向动力系添加扭矩的电机工作，且作为向电池组输送电力以从动力系减去扭矩的发电机工作。

该控制器可经由算法被选择性地操作成用于管理电池组的多种策略中的任一种，当点火开关从“关闭”被操作至“开启”时，该算法用于根据针对该车辆设置成多个值中的一个特定值的可校准参数来选择特定电池组管理策略。

可校准参数值中的第一个可有效使该算法将电池组管理策略设置成当点火开关上一次从“开启”被操作至“关闭”时有效的同一电池组管理策略。可校准参数值中的第二个可有效使该算法将电池组管理策略设置成由从车辆外部源对电池组重新充电以来点火开关从“关闭”被操作至“开启”的次数确定的策略。

本发明的另一一般方面涉及一种如上所述地操作车辆的方法。当点火开关从“关闭”位置被操作至“开启”位置时，算法根据已针对该车辆被设置为多个值中的特定值的可校准参数选择用于管理电池组的策略，可校准参数值中的第一个可有效使该算法将电池组管理策略设置成当点火开关上一次从“开启”被操作至“关闭”时有效的同一电池组管理策略，可校准参数值中的第二个可有效使该算法将电池组管理策略设置成由从车辆外部源对电池组重新充电以来点火开关从“关闭”被操作至“开启”的次数确定的策略。

又一一般方面涉及一种混合动力电动车辆，该车辆包括：底盘，该底盘包括车辆在其上行驶的车轮；动力系，该动力系耦合以驱动数个车轮；以及点火开关，该点火开关在被操作至“开启”位置时使动力系推进该车辆，且在被操作至“关闭”位置时关闭该动力系。该动力系包括内燃机，该内燃机具有耦合至电机/发电机的旋转输出，该电机/发电机具有耦合至驱动轮的输出。

电池组通过控制器耦合至该电机/发电机，该控制器用于在电池组的管理策略允许此类操作时选择性地使该电机/发电机作为从电池组中提取电力以向动力系添加扭矩的电机工作，且作为向电池组输送电力以从动力系减去扭矩的发电机工作。

该控制器可经由算法被选择性地操作成多种电池组管理策略中的任一种，当点火开关从“关闭”位置被操作至“开启”位置时，该算法用于使电池组管理策略默认至电池组管理策略之一。

当点火开关从“关闭”位置被操作至“开启”位置时，对控制器的选择输入允许人员代替算法选择与算法所确定的默认策略不同的电池组管理策略以供控制器使用。

本发明的上述以及以下特征和优点将在本发明的优选实施例的以下公开内容中可见，该优选实施例描述此时被认为用于实现本发明的最佳模式。本说明书包括附图，简述如下。

附图简述

图1是与理解本发明的原理相关的混合动力电动车辆的诸部分的一般示意图。

图2更详细地示出与图1的一部分相关的含显示器的模块。

图3示出用于设置电池组管理策略的算法。

图4示出图2的模块，但该显示器呈现与图2中不同的信息。

图5示出图2的模块，但该显示器呈现与图2或图4中不同的信息。

优选实施例的描述

图1示出与理解本发明的原理相关的混合动力电动车辆10的一部分。该特定车辆是PHEV。

作为示例，PHEV 10被示为后轮驱动型车辆，该车辆包括动力系12，其中内燃机14的曲轴经由旋转DC(直流)电机(即电机/发电机)耦合至变速器18的输入端。变速器18的输出端经由传动轴20耦合至后轴24的差速器22，后轴24具有附连至相应轴的外端的车轮26。本发明的原理可适用于除后轮驱动结构之外的各种车辆传动系结构。

发动机控制模块28与发动机14相关联，用于基于对模块28的各种输入来控制发动机操作的各个方面。未特别示出这些输入。

PHEV 10还包括基于12和/或24VDC电源的低电压电气系统。PHEV10进一步包括基于300VDC到600VDC的DC电压的高电压电气系统。

该低电压系统包括DC电池组30，该电池组30包括一个或多个DC储能电池。该高电压系统包括DC电池组32，该电池组32包括一个或多个电池。

高电压和低电压系统一起满足车辆中的各种电气附件和设备的电能需求。

高电压系统进一步包括高电压控制模块34，高电压控制模块34的主要目的是通过接口连接电池组32和电机/发电机16，以提供电池组在适合使用所存储的电能的时候操作电机/发电机16以完全或部分地经由动力系12推进PHEV 10。模块34还具有分别与发动机控制模块28和电池组30通信的相应通信信道36、38。

在PHEV 10的乘员舱内部的仪表板上有在图4和5中更详细示出的模块40，模块40包括按钮操作的开关42和电子显示器44。

图1示出插头46，该插头46可插入诸如来自商业电力公司的电网上的提供AC电压的插座。当插头46连接至电网时，从电网提取的交流电可通过模块34中常规的AC到DC转换被转换成直流电以对电池组32进行重新充电。

PHEV 10还具有高电压功率逆变器48，该高电压功率逆变器48能将电池组32中所储存的电能转换成一个或多个AC电压，诸如图1中所示的代表性电压。这些电压可用于操作工作现场的各种电动工具和设备。逆变器48通过模块34与电池组32连接，模块34提供正确的控制和功能，以当使用此类工具和设备时使逆变器48能通过来自电池组的电流工作。在图1中未示出DC-DC转换器，该DC-DC转换器可作为逆变器48的附加或替代，用于将电池组32的高电压DC转换成较低DC电压或多个DC电压以供基于DC而不是AC电能的其他电动工具和设备使用。这样的转换器也可通过模块34与电池组连接。

当点火开关从“关闭”被旋转至“开启”时，高电压电池组管理策略被自动置于两个策略之一，即“最大化燃料节约”策略或“保持对工作现场充电”策略之一。该车辆被认为在该算法或驾驶员已选择“保持对工作现场的充电”策略时工作于“保持对工作现场的充电”模式，而在该算法或驾驶员已选择“最大化燃料节约”策略时工作于“最大化燃料节约”模式。所使用的该具体策略显示在显示器44上。在图2中，就位的策略在显示器44上被示为“最大化燃料节约”。

开关42允许PHEV 10的操作者通过按压其按钮执行器来改变策略。图4示出该策略已被改变成“保持对工作现场的充电”策略。

当点火开关从“关闭”转至“开启”时，所设置的电池组管理策略是在制造PHEV时被编程到模块34中的可校准参数的函数。该可校准参数可采取若干不同值中的任一个，这里作为示例给出“1”和“2”。

如果可校准参数已被设置为“1”，则管理策略采取点火开关上一次关闭时就位的策略，不论电池组是否已经或没有接收外接充电。

如果可校准参数已被设置为“2”，则如果这是电池组已接收外接充电之后点火开关第一次从“关闭”被操作至“开启”，则该算法自动选择即默认为“保持对工作现场的充电”策略。如果这不是外接充电之后点火开关第一次从“关闭”被操作至“开启”，则该算法选择点火开关上一次被关闭时有效的策略作为默认策略。

“最大化燃料节约”策略优选包括用于根据PHEV 10实际如何被驱动来调整“最大化燃料节约”的“自适应学习特征”。模块34的处理器中的自适应学习算法监测诸如电池组32的SOC、流逝的车辆工作时间、通过发电的制动电池再充电的电池组再充电量、以及行驶距离的多个参数以动态地更新电池组再充电策略。

例如，如果PHEV 10当前的运行方式是大部分时间内速度较低且启动和停止(加速和减速)很频繁，则自适应学习算法允许相对较多的电池放电(通过SOC测得)，以使来自电池组的更多再生的电能被用于加速，从而使燃料效率最大化。另一方面，如果PHEV在大部分时间内以高速公路巡航速度运行且只是偶尔减速，则该算法使电池组SOC保持在已建立的相对较高SOC处，该较高SOC允许电池组在偶尔减速期间恢复能量，而当电池SOC达到已建立的相对较高的限值时提供电能以供推进。

图3示出一种使用可校准参数特征的算法50。该算法在点火开关从“关闭”被操作至“开启”时执行。

如果该可校准参数被设置为“1”，则电池组管理策略默认为点火开关被关闭时的任何先前策略，如步骤52所示。车辆操作者可在显示器44上得知默认策略。操作者在任何时候都具有通过操作开关42来选择另一策略以改变该策略的机会。步骤54监测此类改变。

如果未选择改变，则步骤56保持当前策略。如果选择了改变，则步骤58使新选择的策略来管理该电池组。

在任一步骤56或58出现之后，步骤60检查点火开关的状态。只要点火开关保持开启，该算法就继续返回至步骤54。从一个策略到另一策略来回切换是可能的，只要点火开关保持开启。

当步骤60监测到点火开关已经关闭时，此时使用的策略成为点火开关下次开启时的默认。当点火开关关闭时，算法的执行终止。

如果可校准参数被设置为“2”，则该算法在点火开关被开启时执行步骤62。步骤62的目的是确定这是否是点火开关在电池组32已从电网重新充电之后(即在外接重新充电之后)第一次被开启。如果这是第一次，则电池组管理策略默认至步骤64所示的“保持对工作现场的充电”策略，即在附图中另外命名为“为工作现场或车载设备保持电池SOC”。

驾驶员被允许以如当可校准参数被设置为“1”时相同的方式通过与步骤54、56、58、60相对应的一系列步骤68、70、72、74来改变策略。

然而，如果步骤62确定这不是点火开关自从上一次外接重新充电以来第一次被开启，则执行步骤65以确定当点火开关上一次被关闭时有效的策略是否是“保持对工作现场的充电”策略。

如果它是，则同一策略继续，同时步骤68、70、72以及74允许驾驶员在任何时候改变它。

如果它不是，则步骤66使电池管理策略默认至“最大化燃料节约”策略，且步骤68、70、72以及74仍允许驾驶员在任何时候改变至“保持对工作现场的充电”策略。以此方式，该策略默认至当点火开关上一次关闭时有效的策略，除非存在插入的外接再充电，在该情况下该策略默认至“保持对工作现场的充电”策略。

一旦通过步骤64或步骤66设置了该策略，操作者始终可按照如当可校准参数被设置为“1”时相同的方式改变该策略。

如果显示器44上的特定策略在一定时间量内未被驾驶员改变，则显示器默认至诸如以图5中所示的图形方式呈现电池组SOC信息的屏幕，其中该水平由最小与最大之间的高亮量来表示。如果驾驶员按压开关42的执行器，则显示器返回至显示当前策略的屏幕。当该屏幕显示时按压开关执行器将改变该策略，同时如果未按压执行器，则该策略将保持不变。在一定时间量内未按压该执行器将导致屏幕返回至图5所示的屏幕。

虽然已经示出和描述了本发明的优选实施例，但应当理解本发明的原理适用于落在所附权利要求的范围内的所有实施例。