用于優(yōu)化混合動(dòng)力車輛電池使用限制條件的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于優(yōu)化混合動(dòng)力車輛電池使用限制條件的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)串請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求享有2013年3月14日提交的、名稱為“用于優(yōu)化混合動(dòng)力車輛電池使用限制條件的系統(tǒng)和方法”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)61/782，275的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過引用一致地并入到本申請(qǐng)中。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明大體上涉及能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，且更為具體地涉及待結(jié)合到混合動(dòng)力電動(dòng)機(jī)動(dòng)車中以控制高壓能量的存儲(chǔ)和使用的能量存儲(chǔ)控制模塊。
[0004]在過去幾年中，由于二氧化碳水平的增加以及油料供應(yīng)的短缺，對(duì)全球氣候變化的關(guān)注日益增加。結(jié)果，汽車制造商和消費(fèi)者開始對(duì)具有低排放和較高燃料效率的汽車具有更大的興趣。一個(gè)可行的選擇是混合動(dòng)力電動(dòng)車(HEV)，其允許車輛由電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或二者的結(jié)合來驅(qū)動(dòng)。
[0005]盡管多個(gè)特征對(duì)于HEV的整體設(shè)計(jì)是重要的，但是存儲(chǔ)車輛能使用的能量的系統(tǒng)是關(guān)鍵部件。在HEV中提供能量存儲(chǔ)系統(tǒng)以存儲(chǔ)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量，從而混合動(dòng)力系統(tǒng)(hybrid system)能在隨后的一些時(shí)間使用這些能量。例如，所存儲(chǔ)的能量可用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)以獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)汽車或輔助內(nèi)燃機(jī)，因此降低汽油的消耗。
[0006]但是，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)面臨著多種設(shè)計(jì)問題，例如過熱、重量、復(fù)雜性、結(jié)合到車輛中的容易度、維護(hù)的容易度、使用壽命和成本，這里僅舉了幾個(gè)例子。此外，已知的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)使用特定和已知數(shù)量的電池組，并且進(jìn)行設(shè)計(jì)以滿足特定的HEV設(shè)計(jì)規(guī)格，包括設(shè)定的使用壽命。
[0007]已提出了很多混合動(dòng)力系統(tǒng)，它們均進(jìn)行靜態(tài)的設(shè)計(jì)以保護(hù)電池包的使用壽命。通常，那些混合動(dòng)力系統(tǒng)包括電池使用限制條件，其在生產(chǎn)時(shí)被程序化到混合動(dòng)力控制模塊(hybrid control module)中，以保持電池在特定的使用壽命(例如保修期或合同義務(wù)期)中處于良好的使用狀態(tài)。如果電池的操作溫度過高或者短期的安培數(shù)過大的話，那么混合動(dòng)力控制模塊則會(huì)約束或限制電池的使用。然而，這些系統(tǒng)在它們每次阻止電池被使用時(shí)均會(huì)犧牲車輛潛在的燃油經(jīng)濟(jì)性。這通常會(huì)不必要地發(fā)生，因?yàn)橹圃焐掏ǔ?huì)針對(duì)HEV的操作保守地假定最壞的情況，以確保所有的車輛均可達(dá)到它們?cè)O(shè)定的使用壽命目標(biāo)。隨著時(shí)間的推移，這些關(guān)于電池的使用的限制條件就會(huì)等同于HEV的效能的顯著降低。而這通常會(huì)導(dǎo)致電池的壽命顯著地超過其設(shè)定的使用壽命，考慮到通常可以較少的成本來更換電池，因此用延長(zhǎng)的壽命來交換更多的使用并最終提高燃料經(jīng)濟(jì)性則是優(yōu)選的。
[0008]為了確定電池的使用限制條件，通常很多實(shí)驗(yàn)室測(cè)試是基于電池在客戶應(yīng)用中預(yù)測(cè)的使用而進(jìn)行的。這些預(yù)測(cè)通常不是非常準(zhǔn)確的，因?yàn)闉榱朔乐乖诟鼮闃O端的操作環(huán)境中的故障，它們通常是非常保守的。然而，就電池壽命和車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性之間的最優(yōu)平衡而言，這導(dǎo)致了重大的犧牲。
[0009]因此，需要在此領(lǐng)域中進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明公開了用于操作具有電機(jī)和至少一個(gè)能量存儲(chǔ)模塊的使用混合動(dòng)力控制模塊的混合動(dòng)力電動(dòng)車，以為能量存儲(chǔ)模塊調(diào)節(jié)最高的操作溫度，以便實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的使用壽命目標(biāo)的方法。
[0011 ] 該方法提供了以選定的指標(biāo)建立預(yù)定的服務(wù)壽命目標(biāo)，并且為能量存儲(chǔ)模塊建立初始的最高操作溫度。通過混合動(dòng)力控制模塊來控制混合動(dòng)力電動(dòng)車的后續(xù)操作，使得能量存儲(chǔ)模塊的實(shí)際操作溫度不超過最高操作溫度。同時(shí)地，混合動(dòng)力控制模塊計(jì)算關(guān)于能量存儲(chǔ)模塊以往操作至預(yù)定的使用壽命目標(biāo)的進(jìn)度的第一指示符，其中基于多個(gè)實(shí)際觀測(cè)的使用參數(shù)來修改該指示符。
[0012]隨后，基于所計(jì)算的指示符，混合動(dòng)力控制模塊能夠修改能量存儲(chǔ)模塊的最高操作溫度，以擴(kuò)大或限制能量存儲(chǔ)模塊可被混合動(dòng)力電動(dòng)車?yán)玫那闆r。混合動(dòng)力控制模塊進(jìn)而操縱混合動(dòng)力電動(dòng)車的電機(jī)，使得能量存儲(chǔ)模塊的實(shí)際操作溫度不超過所修改的最高操作溫度。
[0013]通過詳細(xì)描述和隨之提供的附圖，本發(fā)明其他的形式、目的、特征、方面、好處、優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施方案將變清楚。
【附圖說明】
[0014]圖1是混合動(dòng)力系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0015]圖2是圖1的混合動(dòng)力系統(tǒng)中的電通信系統(tǒng)的總圖。
[0016]圖3是選定范圍的IRMS(短期平均電流)值對(duì)能量存儲(chǔ)模塊的實(shí)際壽命的影響的代表圖。
[0017]圖4是選定范圍的方向能量值對(duì)能量存儲(chǔ)模塊的實(shí)際壽命的影響的代表圖。
[0018]圖5是相對(duì)于的電荷理想狀態(tài)的偏移量(ΔS0C)對(duì)能量存儲(chǔ)模塊的實(shí)際壽命的影響的代表圖500。
[0019]圖6是操作溫度對(duì)能量存儲(chǔ)模塊的實(shí)際壽命的影響的代表圖。
[0020]圖7是顯示由根據(jù)所公開的混合動(dòng)力系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的混合動(dòng)力控制模塊執(zhí)行的或與其協(xié)同配合的步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]出于更好地理解本發(fā)明的原理的目的，現(xiàn)在將參照在附圖中所說明的實(shí)施方案并使用詳細(xì)的語言來對(duì)其進(jìn)行描述。然而需要理解的是，本發(fā)明的范圍并不因此而受到限制。如同與本發(fā)明相關(guān)的領(lǐng)域的技術(shù)人員所通常想到的那樣，可以構(gòu)思出對(duì)在此描述的實(shí)施方案的任何修改和進(jìn)一步的改進(jìn)，以及對(duì)此處所描述的本發(fā)明原理的進(jìn)一步應(yīng)用。這里非常詳細(xì)地顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，然而對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說很明顯，為了簡(jiǎn)要起見，一些與本發(fā)明無關(guān)的特征也許不會(huì)顯示出來。
[0022]在下面描述中的標(biāo)記數(shù)字用于幫助讀者快速識(shí)別出首次顯示了各種部件的附圖。特別是，首次出現(xiàn)了元件的附圖典型地由相應(yīng)的標(biāo)記數(shù)字的最左側(cè)的數(shù)字來表示。例如，由“100”系列標(biāo)記數(shù)字標(biāo)出的元件將首次出現(xiàn)在圖1中，由“200”系列標(biāo)記數(shù)字標(biāo)出的元件將首次出現(xiàn)在圖2中，以此類推。對(duì)于說明書、摘要和權(quán)利要求書來說，應(yīng)當(dāng)注意地是，單數(shù)形式“一”、“該”等也包括復(fù)數(shù)，除非另有明確說明。作為說明，關(guān)于“一個(gè)裝置”或“該裝置”包括一個(gè)或多個(gè)這種裝置或其等效物。
[0023]圖1顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的混合動(dòng)力系統(tǒng)100的示意圖。圖1中說明的混合動(dòng)力系統(tǒng)100適合用于商用卡車以及其他類型的車輛或運(yùn)輸系統(tǒng)，但是可以設(shè)想混合系統(tǒng)100的多個(gè)方面可結(jié)合到其他環(huán)境中。如所示，混合動(dòng)力系統(tǒng)100包括發(fā)動(dòng)機(jī)102、混合動(dòng)力模塊(hybrid module) 104、自動(dòng)變速箱106和用于將動(dòng)力從變速箱106傳遞到車輪110的傳動(dòng)系108?；旌蟿?dòng)力模塊104中結(jié)合入了通常稱之為電機(jī)112的電機(jī)器，以及使發(fā)動(dòng)機(jī)102與電機(jī)112和變速箱106操作性連接和脫開的離合器114。
[0024]混合動(dòng)力模塊104設(shè)計(jì)成操作為自立式單元，即其通常能夠獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)102和變速箱106而工作。特別是，其液壓、冷卻和潤滑不直接依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)102和變速箱106?；旌夏K104包括底槽116，所述底槽用于存儲(chǔ)和提供流體如燃油、潤滑劑或其他流體到混合動(dòng)力模塊104，以用于液壓、潤滑和冷卻的目的。雖然這里可互換地使用用語燃油或潤滑劑，但是這些用語以較寬的意義來使用，以包括不同類型的潤滑劑，例如天然油或合成油，以及具有不同性質(zhì)的潤滑劑。為了循環(huán)流體，混合動(dòng)力模塊104包括機(jī)械栗118和電動(dòng)(或電氣)栗120。通過機(jī)械栗118和電動(dòng)栗120兩者的這種結(jié)合，能減小栗的整體尺寸以及整體費(fèi)用。電動(dòng)栗120可補(bǔ)充機(jī)械栗118，以便當(dāng)需要時(shí)提供額外的栗排量。此外可以理解，流經(jīng)過電動(dòng)栗120的流體可用于檢測(cè)用于混合動(dòng)力模塊104的低流體情況。在一個(gè)實(shí)施例中，電動(dòng)栗120由加拿大安大略省奧羅拉的Magna Internat1nal Inc.制造(零件編號(hào)29550817)，但是可以理解，可以使用其他類型的栗。
[0025]混合動(dòng)力系統(tǒng)100還包括冷卻系統(tǒng)122，所述冷卻系統(tǒng)用于冷卻供給到混