优化混合和插电式车辆的能量消耗的方法和实现该方法的混合和插电式车辆

摘要

本发明涉及用于优化包括两种驱动模式的混合和插电式车辆(1)的能量消耗的方法，这两种驱动模式分别是电力驱动模式(3)和热力驱动模式(4)，其中，确定车辆(1)在电源上的两次连续再充电之间行驶的距离；确定在时刻“t”在电能存储器(2)中可用的电能，以及根据车辆(1)在电源上的两次连续再充电之间行驶的距离和存储器(2)中可用的电能来确定参数“mu”。

说明书

本发明涉及用于优化混合和插电式车的能量消耗的方法。本发明还 涉及实现这样的方法的混合和插电式车。本发明目的尤其在于提出利用 混合和插电式车的电能以优化在使用中的车的能量消耗的策略。

本发明适用于借助于几种不同的能量源来移动的任何混合和插电型 机动车。

混合和插电式车指的是电能存储器由电源或电网再充电的混合车。 在下文中，使用术语“混合”来代替“混合和插电式”以简化描述。

在本发明的范围内，混合车包括两个不同的能量储蓄器。事实上， 它包括第一可逆能量储蓄器和第二不可逆能量储蓄器。第一可逆能量储 蓄器是储存电能的电化学存储源。该电化学存储源用电能给可逆电力发 动机供电，电力发动机将该电能转换成机械能。存储源可以是锂离子 (Li-ion)、镍氢(NiMH)、镍锌(Ni-Zn)等类型的电池。它还采用超电 容器的形式。在下文中，术语“存储器”将用于简化描述。第二能量储 蓄器是碳氢燃料储蓄器。该碳氢燃料储蓄器允许给内燃机供电。内燃机 将来源于碳氢燃料的燃烧的热能转换成机械能。第一和第二能量储蓄器 因此构成被转换成机械能以确保车的驱动的能量源。在储蓄器之间的功 率的关系是可逆的，且于是可能利用包含在存储器中的电能以使车加速， 或在减速期间利用车的动能，以便填充存储器。

然而，当前的混合车具有根据车所进行的行驶的类型而变化的能量 消耗。换句话说，如果车在城郊区行驶，则车速低于在城郊区之外的道 路或高速公路上行驶的同一辆车的速度。车的电动化通常用于在切换到 热力发动机之前启动或确保车的运动，或用于在大的加速期间对热力发 动机所传送的力偶提供补充力偶。

此外，碳氢燃料的价格总是逐年增加，尤其是由于世界碳氢化合物 资源的减少。碳氢燃料的价格增加的显著结果是当选择新车的时间到来 时考虑能量转换效率的事实。事实上，具有以升/100km为单位的最弱的 消耗率和最弱的年消耗估计的车是允许新车的买主逐年节约尽可能多的 碳氢燃料的车。

本发明通过提出一种方法来解决这个问题，该方法通过支持电力发 动机的利用胜过热力发动机的利用来优化在使用中的混合车的能量消耗 以确保车的驱动。

本发明考虑，就车在出发点和到达点之间跑过的路线来说，在存储 器中可用的全部电能被消耗。为此，根据该方法的重要特征，当车配备 有允许实现车的地理定位的启动的车载导航系统时，确定在110-220V电 网上存储器的下一次再充电之前车有待跑过的距离。这个确定通过待跑 过的路程的距离的确定、在该路程期间行驶类型的确定、电能存储器的 充电状态和在其储蓄器中的碳氢燃料的水平的确定而是可能的。

本发明此外考虑，当车配备有未启动的车载导航系统时，确定在 110-220V网络上存储器的下一次再充电之前车有待跑过的距离。一方面 通过确定车在其路程期间行驶的类型(艰难的交通、流畅的交通、在道 路上的行驶、在高速公路上的行驶)，通过分析平均车速和停车的次数， 且另一方面根据来自统计研究并在构思期间预先存储在车的信息系统中 的数据，来实现这个距离的确定。这些统计数据可以例如是平均车速和 平均停车时间对通常遵循的一种类型的路程的百分比。

本发明允许就车在电源上的两次连续的再充电之间所跑过的距离来 说，在存储器中可用的全部电能被消耗，以便耗尽尽可能少的碳氢燃料， 以确保车的驱动。

本发明因此目的在于优化包括两种驱动模式的混合和插电式车辆的 能量消耗的方法，这两种驱动模式分别是电力和热力驱动模式，其中，

-确定车在电源上的两次连续再充电之间跑过的距离，

-确定在时刻“t”在电能存储器中可用的电能，以及

-根据车在电源上的两次连续再充电之间跑过的距离和存储器中可 用的电能来确定参数“mu”。

本发明包括下列特征的任一个：

-当导航系统被启动时，为了确定车在电源上的两次连续再充电之间 跑过的距离，根据出发点和到达点来确定车将跑过的路程的距离，并确 定在该路程期间车的行驶类型；

-当导航系统未启动时，为了确定车在电源上的两次连续再充电之间 跑过的距离，从统计数据根据平均车速来确定行驶类型，并确定平均停 车时间对通常遵循的一种类型的路程的百分比；

-当参数“mu”在所确定的值之下时，利用电力发动机来驱动车；

-当参数“mu”在所确定的值之上时，利用热力发动机和电力发动 机的组合来驱动车；

-在屏幕上显示表示车的电能的消耗的优化的指示符；

-当存储器的充电状态在车的路程末之前为零时，于是利用热力发动 机来对路程的其余部分确保车的驱动，并在屏幕上显示指示使用该电能 跑过的距离的指示符；

-在屏幕上显示指示在给存储器再充电之前跑过的距离的指示符。

本发明目的还在于实现前面定义的这种方法的混合和插电式车。

在阅读随后的描述和检查附图时将更好地理解本发明。附图仅以本 发明的示例性而绝不是限制性的方式示出。附图示出：

-图1是根据本发明的车的示意图；

-图2是示出根据本发明的车所跑过的距离的电能存储器的充电状 态的发展的曲线；

-图3是示出根据所述车的平均速度的在电能存储器的再充电之前 根据本发明的车的停车距离的曲线；

-图4是示出根据在电能存储器的再充电之前车的停车距离的根据 本发明的车的能量消耗的费用的曲线；

-图5是根据本发明的方法的方框图。

图1是示出很多现代概念车的配备的混合驱动链的示意图。对于大 部分车不需要任何更改，而对于小部分车只需要最少的更改。事实上， 由车的控制设备执行的程序应只适合于考虑将在下文描述的根据本发明 的方法的特性。

车1配备有电能存储器2。存储器2给电力发动机3提供电能，以便 补偿或代替热力发动机4，以通过传动装置T确保车1的驱动。

在图1中，数据或功率的电链接将车的不同设备连接起来。电力发 动机3和热力发动机4通过机械连接被连接。功率和数据的这些机械连 接以及电力发动机3和热力发动机4的功能与现有技术没什么不同，这 里因此无需更详细地描述。将只解释表示本发明的装置的特征的特点。

为了控制车1的全部设备，尤其是电力发动机3和热力发动机4，车 1包括信息系统5。该信息系统5可以是计算机，它也可由几个计算机构 成。信息系统5一方面控制电力发动机3的控制单元6，另一方面控制热 力发动机4的控制单元7。控制单元6通过由存储器2供电的换流器8来 控制电力发动机3。

车1还包括与显示设备例如屏幕10相关的导航系统9。导航系统9 配备有地理定位装置11，例如GPS。

信息系统5管理并测量存储器2的充电状态。车1是混合式的，它 拥有允许给存储器2再充电的装置。第一再充电装置包括允许将存储器2 直接连接到快速再充电端子13的适当配置的插头12，快速再充电端子 13在某些停车场中存在。第二可能的再充电装置包括配备有插头15的车 载充电器14，插头15允许将存储器2连接到110-220V家用电网或电源 16。

在这两种情况下，存储器2的充电命令由信息系统5产生并传输到 插头13或车载充电器14。

车1还包括用于以碳氢燃料给热力发动机4供能的能量储蓄器(未 示出)。

不过，车1的实际功能产生以能量成本的增加为特征的明显的能量 消耗。

为了解决这个问题，本发明提出了通过消耗存储器2中可用的全部 电能来优化车1的能量消耗，以便就车1的路程来说，存储器2是完全 空的。

为此，车1包括两个运行阶段，存储器2被排空以便消耗电能的第 一阶段和相应于传统“全混合”运行的、存储器2的能量平衡为零的第 二阶段。

图2示出车1的这两个运行阶段。它示出说明根据车1所行驶的距 离的函数的存储器的充电状态的发展的曲线。在这里考虑，初始充电状 态在存储器2再充电之后最大。可看到，对于车1所跑过的距离，存储 器2的充电状态根据车1的速度的变化或多或少地减小。还注意，第一 运行阶段相应于车1为了排空存储器2跑过的距离，被标注为Dvb。在 第一运行阶段和第二运行阶段之间跑过的距离相应于在存储器2的两次 再充电之间跑过的距离，被标注为De2r。由此推断出在第二阶段期间跑 过的距离相应于De2r-Dvb。因此注意到，为了优化车的能量消耗，应得 到Dvb＝De2r，换句话说，存储器2的电能可在车1的全部路程期间被利 用。

为了达到优化车的能量消耗的这个目的，根据本发明的方法包括两 个步骤。

在第一步骤中，当车载导航系统9被启动时，确定车1的行驶类型， 换句话说，车1是在城市中、在道路还是高速公路上行驶。为了确定行 驶类型，导航系统9利用地理定位装置11以根据或不根据交通的可能减 速缓行来确定车1的地理位置、出发和到达点、车1有待跑过的理论距 离、有待跑过的估计时间。从通过地理定位装置11获得的所有这些数据 中，导航系统9确定车1是在道路上、在城市中还是在高速公路上行驶。 导航系统9因此确定车1在存储器2的再充电执行之前应跑过的距离。 为了获得最佳能量消耗Dvb＝De2r，因此必须适应车的能量消耗策略，以 便存储器在其到达点处达到空。

在第二步骤中，当车载导航系统9未启动时，地理定位装置11因此 不是可用的，于是通过来自统计研究的数据确定车1的行驶类型(缓慢 的城市、通畅的城市、道路、高速公路)，如图4的曲线所示。这个统计 研究从平均速度和平均停车时间对车1通常遵循的一种类型的路程的百 分比来实现。因此，根据在与车1的平均速度相关的道路上的驾驶员的 行为，因而可能确定在市电电源上给存储器2再充电之前有待跑过的距 离。从这些统计中，能够知道例如在国家公路上的50％的行驶距离大于 50km。因此，在电源上给存储器2再充电之前有待跑过的距离于是为 50km。

在给存储器2再充电之前车1有待跑过的距离De2r被确定时，在有 或没有导航系统9的情况下，可能根据图4所示的曲线确定车1的能量 消耗增益。能量消耗增益相反可由对能量消耗估计的费用、车所跑过的 100km的距离表现。该消耗增益根据在给存储器2再充电之前有待跑过 的停车距离、在存储器2中可用的电能以及将下文中定义的参数“mu” 来得到。对每种行驶类型定义能量消耗增益曲线。从该曲线中，根据预 定的存储器2的两次再充电之间的距离和期望最大消耗增益，由此推断 出最佳参数mu。参数mu是优化车1的能量的策略的映像。换句话说， 当mu低时，快速地消耗能量，而当mu高时，有用于给电能存储器再充 电的时间。在该曲线上必然存在一参数值mu，对该参数值可获得为零的 存储器2的平衡，也就是说，确切地消耗在存储器2中有的能量。

参数mu于是将根据在两次再充电De2r之间的停车距离、在存储器 2中可用的电能和行驶类型来变化，在图5的例子中，只要待跑过的距离 De2r低于10Km，就应选择等于10的参数mu(mu10)。对于在10和25Km 之间的距离，应选择等于50的参数mu(mu50)。

为了实现本发明，信息系统5包括经由通信总线23连接到微处理器 22的程序存储器20和数据存储器21。信息系统5通过另一通信总线24 连接到下面描述的车1的不同设备。信息系统5包括允许连接总线23和 24的输入/输出接口25。

由信息系统5管理的行动由微处理器22控制。微处理器22通过回 答记录在程序存储器20中的指令代码来产生用于车1的不同设备的命 令。

程序存储器20为此包括分别相应于一系列操作的几个存储区。第一 操作相应于根据电驱动以及车1的速率或速度来确定车1可能跑过的距 离。第二操作相应于确定车1的存储器的充电状态。

图5是根据本发明的方法的方框图的例子。包括所有子程序30到40 的一般程序根据下面的方式组织与子程序一样多的一系列步骤。

该图示出预备步骤30，其中确定车1的运行模式。换句话说，车是 停止还是在行驶模式中。当车1在行驶模式中时，于是执行步骤31，否 则，重复步骤30。

在步骤31期间，确定装在车1中的导航系统9是否被启动。当车1 的导航系统9被启动时，于是执行步骤32，否则，执行步骤33。

在步骤32期间，根据通过地理定位装置11获得的数据确定车1将 实现的路程的理论距离。这些数据可以是车1的路程的出发点和到达点， 以及车1有可能遇到的道路交通状况。当路程的理论距离被确定时，于 是执行步骤34。

在步骤34期间，确定车1在路程期间将利用的行驶类型，换句话说， 车是通过城市、道路还是高速公路。当行驶类型被确定时，于是执行步 骤35。

在步骤35期间，确定在存储器2中可用的电能。当存储器2的充电 状态被确定时，于是执行步骤36。

在步骤36期间，确定在给存储器2再充电之前有待跑过的距离。当 这个距离被确定时，于是执行步骤38。

当导航系统9在步骤33期间没有被启动时，于是根据车的平均速度 确定车的行驶类型。当行驶类型被确定时，于是执行步骤37。

在步骤37期间，根据车的平均速度确定在给存储器2充电之前有待 跑过的距离。当这个距离被确定时，于是执行步骤38。

在步骤38期间，根据在步骤36或37确定的距离来确定相应于车的 能量优化策略的系数“mu”。当系数mu被确定时，执行步骤39。

在步骤39期间，确定系数mu是否是小的，换句话说，是否mu低 于预定的值。当系数mu小时，于是执行步骤40，否则执行步骤41。

在步骤40期间，利用电力发动机3来确保车的驱动。当步骤40被 执行时，执行步骤42。

在步骤41期间，利用热力发动机4和电力发动机3的组合来确保车 1的驱动。当步骤41被执行时，于是执行步骤44。

在步骤42期间，确定存储器2是否是空的。当存储器是空的时，执 行步骤43，否则重复步骤40。

在步骤43期间，确定车1的路程是否终止。当车的路程没有终止时， 于是执行步骤44，否则重复步骤30。

在步骤44期间，确定车的路程是否终止。当车的路程终止时，于是 重复步骤30，否则重复步骤41。