車輛電池充電設定點控制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種車輛電池充電設定點控制。公開了一種可調(diào)節(jié)的車輛牽引電池充電設定點策略，所述車輛牽引電池充電設定點策略能夠調(diào)節(jié)用于從公用電網(wǎng)對電池充電的最大電池荷電狀態(tài)(SOC)設定點?；诩磳⒌絹淼穆肪€的知識和相關的駕駛行為，車輛計算小于最大電池SOC充電設定點的設定點，從而當車輛開始運行時，車輛可使用再生制動和歷史駕駛行為，以允許在行程期間將電池充電至最大值。
【專利說明】車輛電池充電設定點控制

【技術領域】
[0001] 本公開涉及基于來自再生事件的電池荷電狀態(tài)的預期增加量來調(diào)整車輛電池充 電設定點。

【背景技術】
[0002] 混合動力電動車輛或全電動車輛具有為車輛推進而儲存并提供能量的牽引電池。 為了提高性能和電池壽命，需要在特定的極限內(nèi)操作車輛。在極限之外操作電池會降低性 能或電池的壽命。當停車時可通過電網(wǎng)對電池充電，當車輛在運動時可通過經(jīng)由發(fā)送機驅 動的車載發(fā)電機或通過再生制動對電池充電。
[0003] 用于控制和操作電池組的重要的量是電池功率容量。電池功率容量指示電池能夠 提供（釋放）或接收（充電）多少電力，以滿足駕駛者和車輛需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 公開了一種可調(diào)節(jié)的車輛牽引電池充電設定點策略，所述車輛牽引電池充電設定 點策略能夠調(diào)節(jié)用于從公用電網(wǎng)對電池充電的最大電池荷電狀態(tài)（SOC)設定點。基于即 將到來的路線的知識和相關的駕駛行為，車輛可計算小于最大電池 SOC充電設定點的設定 點，從而當車輛開始運行時，車輛可使用再生制動和歷史駕駛行為，以允許在行程期間將電 池充電至最大值。
[0005] 根據(jù)本公開的一方面，一種車輛可包括：電池，具有荷電狀態(tài)（SOC)和最大SOC設 定點；至少一個控制器，被配置為：如果SOC小于SOC設定點，則將電池充電至所述SOC設定 點，其中，所述SOC設定點由所述最大SOC設定點與針對包括再生事件的預期的車輛路線而 預測的SOC的凈最大增加量之間的差限定，所述再生事件降低供應至電池的充電電流。
[0006] 所述至少一個控制器還可被配置為：如果SOC大于所述SOC設定點，則將電流供應 至與車輛電連接的電網(wǎng)，以將所述SOC降低到所述SOC設定點。
[0007] 所述再生事件可以是制動。
[0008] 所述再生事件可以是沿著所述路線的感應充電。
[0009] 所述再生事件可以是太陽能捕獲。
[0010] 所述車輛還可包括發(fā)動機，其中，所述再生事件由發(fā)動機操作導致的充電。根據(jù)本 公開的另一方面，一種用于控制車輛的電力系統(tǒng)的方法可包括：基于行程的預期的下一個 路線計算電池的最佳荷電狀態(tài)（SOC)，使得電池的最大SOC與最佳SOC之間的差近似等于針 對行程的預期的下一個路線的SOC的預計凈最大增加量；測量電池的當前SOC ;將最佳SOC 和當前SOC進行比較；當最佳SOC大于當前SOC時，將電池充電至最佳SOC ;當最佳SOC小 于當前SOC時，使得電池向與電池電連接的電網(wǎng)放電。
[0011] 所述預期的下一個路線可包括再生制動事件。
[0012] 所述預期的下一個路線可包括感應充電事件。
[0013] 所述預期的下一個路線可包括太陽能捕獲事件。
[0014] 所述預期的下一個路線可包括由發(fā)動機操作導致的充電事件。
[0015] 根據(jù)本公開的另一方面，一種混合動力電動車輛可包括：發(fā)電機；電池，具有荷電 狀態(tài)（SOC)和最大SOC設定點；至少一個控制器，被配置為：如果SOC小于SOC設定點，則將 電池充電至所述SOC設定點，其中，所述SOC設定點由所述最大SOC設定點與針對包括再生 事件的行程的期望的下一個路線而預測的SOC的凈最大增加量之間的差限定，所述再生事 件至少部分地由通過發(fā)電機將機械能轉換成電能儲存在電池中而限定以降低供應至電池 的充電電流。
[0016] 所述再生事件還可由感應充電限定。
[0017] 所述再生事件還可由太陽能捕獲限定。所述車輛還可包括發(fā)動機，其中，所述再生 事件還由因發(fā)動機的操作導致的充電而限定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1示出了具有電池組的示例性的混合動力電動車輛；
[0019] 圖2示出了包括電池單元以及電池單元監(jiān)視和控制系統(tǒng)的電池組布置；
[0020] 圖3是示出了針對典型的鋰離子電池單元的開路電壓（Voc)與電池荷電狀態(tài) (SOC)的關系的曲線圖；
[0021] 圖4是示例性的電池單元等效電路的示意圖；
[0022] 圖5是SOC貢獻和變化率關于路線的位直的不圖；
[0023] 圖6示出了在已經(jīng)為路線優(yōu)化電池充電設定點之后，SOC關于路線的位置；
[0024] 圖7示出了在還沒有為路線優(yōu)化電池充電設定點和已經(jīng)為路線優(yōu)化電池充電設 定點之后，SOC關于路線的位置的疊加；
[0025] 圖8示出了在單個電力循環(huán)結束時確定的故障檢測的流程圖。

【具體實施方式】
[0026] 在此描述了本公開的實施例。然而，應理解的是，所公開的實施例僅為示例，并且 其它實施例可以以多種和替代形式實施。附圖不一定按比例繪制；可放大或縮小一些特征 以示出特定組件的細節(jié)。因此，在此所公開的具體結構和功能性細節(jié)不應解釋為限制，而僅 為用于教導本領域技術人員多樣地采用本發(fā)明的代表性基礎。如本領域的普通技術人員將 理解的是，參照任一附圖示出和描述的多個特征可與一個或更多個其它附圖中示出的特征 相組合，以產(chǎn)生未明確示出或描述的實施例。示出的特征的組合提供用于典型應用的代表 性實施例。然而，與本公開的教導一致的特征的多種組合和修改可被期望用于特定應用或 實施方式。
[0027] 圖1描繪了示例性的插電式混合動力電動車輛。插電式混合動力電動車輛102可 包括機械地連接至混合動力傳動裝置106的一個或更多個電動機104。此外,混合動力傳 動裝置106機械地連接至發(fā)動機108。混合動力傳動裝置106還可被機械地連接至驅動軸 110,驅動軸110機械地連接至車輪112。當發(fā)動機108開啟時，電動機104能夠提供推進 力。當發(fā)動機108關閉時，電動機104能夠提供減速能力。電動機104可被構造為能夠將 機械能轉換成電能的發(fā)電機，并且可通過回收在摩擦制動系統(tǒng)中通常將作為熱損失掉的能 量而提供燃料經(jīng)濟性效益。由于混合動力電動車輛102可以在特定狀況下按照電動模式運 轉，因此，電動機104還可以減少污染物排放。
[0028] 牽引電池或電池組114儲存可以由電動機104使用的能量。車輛電池組114通 常提供高壓直流（DC)輸出。電池組114電連接至電力電子模塊（power electronics module) 116。電力電子模塊116還電連接至電動機104,并且提供在電池組114與電動機 104之間雙向傳輸能量的能力。例如，典型的電池組114可以提供DC電壓，而電動機104可 能需要三相交流（AC)電流來運轉。電力電子模塊116可以將DC電壓轉換為電動機104所 需要的三相AC電流。在再生模式下，電力電子模塊116將來自用作發(fā)電機的電動機104的 三相AC電流轉換為電池組114所需要的DC電壓。在此描述的方法同樣可應用于純電動車 輛或者使用電池組的任何其它裝置。
[0029] 電池組114除了提供用于推進的能量之外，還可以提供用于其它車輛電氣系統(tǒng)的 能量。典型的系統(tǒng)可包括將電池組114的高壓DC輸出轉換為與其它車輛負載兼容的低壓 DC電源的DC/DC轉換器模塊118。其它高壓負載（諸如壓縮機和電加熱器）可直接連接到 從電池組114引出的高壓總線。在典型的車輛中，低壓系統(tǒng)電連接至12V電池120。全電動 車輛可具有相似的結構，只是不具有發(fā)動機108。
[0030] 可以通過外部電源126對電池組114進行再充電。外部電源126可以通過經(jīng)由充 電端口 124進行電連接而向車輛102提供AC或DC電力。充電端口 124可以是被配置為從 外部電源126向車輛102傳輸電力的任何類型的端口。充電端口 124可以電連接至電力轉 換模塊122。電力轉換模塊122可以調(diào)節(jié)來自外部電源126的電力，以向電池組114提供 適合的電壓和電流水平。在一些應用中，外部電源126可被配置為向電池組114提供適合 的電壓和電流水平，并且電力轉換模塊122可以不是必需的。在一些應用中，電力轉換模塊 122的功能可以存在于外部電源126中。車輛發(fā)動機108、傳動裝置106、電動機104和電力 電子模塊116可以由動力傳動系控制模塊（PCM) 128控制。
[0031] 圖1除了示出了插電式混合動力電動車輛之外，如果將組件108移除，則圖1還可 示出電池電動車輛（BEV)。同樣地，如果將組件122、124和126移除，則圖1可示出傳統(tǒng)的 混合動力電動車輛（HEV)或者功率分流式混合動力電動車輛。
[0032] 可以從多種化學配方構建電池組內(nèi)的各個電池單元。典型的電池組的化學成分 可包括（但不限于）是鉛酸、鎳鎘（NiCd)、鎳金屬氫化物（NIMH)、鋰離子或鋰離子聚合物。 圖2示出了 N個電池單元模塊202簡單串聯(lián)配置的典型的電池組200。電池單元模塊202 可包括單個電池單元或者并聯(lián)電連接的多個電池單元。然而，電池組可由任何數(shù)量的單獨 的電池單元和電池單元模塊按照串聯(lián)或并聯(lián)或它們的特定組合連接而組成。典型的系統(tǒng) 可以具有一個或更多個控制器（諸如用于監(jiān)視并控制電池組200的性能的電池控制模塊 (BCM) 208)。BCM 208可以監(jiān)視多個電池組水平特性（諸如通過電流傳感器206測量的電池 組電流、電池組電壓210以及電池組溫度212)。在特定的布置中，對于建立可靠的電池監(jiān) 視系統(tǒng)而言，電流傳感器206的性能可能是至關重要的。電流傳感器的準確度對估計電池 荷電狀態(tài)和容量可能是有用的。電流傳感器可基于物理原理利用多種方法（包括霍爾效應 IC傳感器、變壓器或電流鉗位、電壓與流經(jīng)其的電流成正比的電阻器、利用干涉儀來測量由 磁場產(chǎn)生的光的相位改變的光纖或者羅哥夫斯基線圈（Rogowski coil))來檢測電流。
[0033] 除了測量和監(jiān)視電池組水平特性外，還需要測量和監(jiān)視電池單元水平特性。例如， 可以測量每個單元的路端電壓、電流和溫度。系統(tǒng)可使用傳感器模塊204來測量一個或更 多個電池單元模塊202的特性。所述特性可包括電池單元電壓、溫度、使用年限、充電/放 電循環(huán)的數(shù)目等。典型地，傳感器模塊將測量電池單元電壓。電池單元電壓可以是單個電 池的電壓或者并聯(lián)或串聯(lián)地電連接的一組電池的電壓。電池組200可利用多達Nc個傳感 器模塊204來測量所有電池單元202的特性。每個傳感器模塊204可將測量值傳輸至BCM 208,以進行進一步處理和協(xié)調(diào)。傳感器模塊204可將模擬形式或數(shù)字形式的信號傳輸至 BCM 208。
[0034] 對于典型的鋰離子電池單元來說，荷電狀態(tài)（SOC)與開路電壓（V。。）之間存在使得 V。。= f (SOC)的關系。圖3是示出了作為SOC的函數(shù)的開路電壓V。。的典型的曲線300?？?以從電池特性的分析或者從電池單元的測試來確定SOC與V。。之間的關系。所述函數(shù)可以 使得SOC可被計算為fHV。。）。可以通過查找表或等效方程式實現(xiàn)所述函數(shù)或反函數(shù)。曲線 300的精確形狀可基于鋰離子電池的精確的配方而變化。開路電壓V。。可隨著電池充電和 放電的結果而變化。
[0035] 存在確定電池 SOC的多種方法，所述方法包括開路電壓的測量、進入電池或從電 池出去的電荷的量的積累、用于電池電解質的比重計的使用、阻抗光譜分析（impedance spectroscopy)和量子磁性（quantum magnetism)。開路電壓的測量需要負載與電池斷開 并且電池端子"漂浮"。在進行所述測量之前，隨著端子"漂浮"，電池必須"休息"或者穩(wěn) 定（settle)。如果電池處于負載下（電流流入電池或者從電池流出），則當電池端子斷開 時，開路電壓將不是電池 SOC的準確表現(xiàn)，直到電荷穩(wěn)定為止。由于這一方面，所以當電池 在運行時，使用開路電壓不是確定電池 SOC的理想方式。當電池在運行時，使用庫侖計數(shù) (Coulomb counting)是優(yōu)選的方法。這一方法測量在給定的時間段期間進入到電池的電流 或從電池流出的電流。這一方法的一個問題是：如果電流傳感器出現(xiàn)故障,則電池 SOC的計 算將不準確。在混合動力車輛的運行期間，關鍵是要準確地確定電池 S0C，以便BCM 208可 以使用電池 SOC的整個操作范圍。
[0036] 圖4示出了一個可能的電池單元等效電路模型（ECM)。電池單元可被模擬為電壓 源（V。。) 402,電壓源（V。。) 402具有與其相關聯(lián)的電阻（404和406)和電容408。由于電池 單元阻抗，導致路端電壓Vt410通常不與開路電壓1。402相同。開路電壓1。402不容易被 測量，而只有電池單元的路端電壓410易于被測量。因為開路電壓入。402不容易被測量，因 此可以使用基于模型的方法來估計入。402的值。模型可需要已知的或估計的電阻和電容的 值。電池單元模型可取決于電池化學特性。對于所描述的方法來說，針對電池單元選擇的 精確1?型未必是關鍵的。
[0037] 等效電路模型的控制方程可如下書寫：
[0038]

【權利要求】
1. 一種車輛，包括： 電池，具有荷電狀態(tài)（SOC)和最大SOC設定點； 至少一個控制器，被配置為：如果SOC小于SOC設定點，則將電池充電至所述SOC設定 點，其中，所述SOC設定點由所述最大SOC設定點與針對包括再生事件的預期的車輛路線而 預測的SOC的凈最大增加量之間的差限定，所述再生事件降低供應至電池的充電電流。
2. 根據(jù)權利要求1所述的車輛，其中，所述至少一個控制器還被配置為：如果SOC大于 所述SOC設定點，則將電流供應至與車輛電連接的電網(wǎng)，以將所述SOC降低到所述SOC設定 點。
3. 根據(jù)權利要求1所述的車輛，其中，所述再生事件是制動。
4. 根據(jù)權利要求1所述的車輛，其中，所述再生事件是沿著所述路線的感應充電。
5. 根據(jù)權利要求1所述的車輛，其中，所述再生事件是太陽能捕獲。
6. 根據(jù)權利要求1所述的車輛，所述車輛還包括發(fā)動機，其中，所述再生事件是由發(fā)動 機操作導致的充電。
【文檔編號】B60L11/18GK104512265SQ201410525024
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年10月8日 優(yōu)先權日:2013年10月4日
【發(fā)明者】李勇華, 約翰內(nèi)斯·蓋爾·克里斯汀森, 曾福林 申請人:福特全球技術公司