基于車輛傾斜的電池荷電狀態(tài)的目標(biāo)的制作方法
【專利摘要】本公開涉及一種基于車輛傾斜的電池荷電狀態(tài)的目標(biāo)。一種混合動力車輛包括：牽引電池、連接到牽引電池的動力傳動系統(tǒng)和控制器或具有控制器的電池管理系統(tǒng)?？刂破鞅慌渲脼椋焊鶕?jù)與動力傳動系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的損耗以及車輛的傾斜角，來設(shè)置牽引電池的荷電狀態(tài)的目標(biāo)?？刂破鞅慌渲脼椋簩恳姵氐暮呻姞顟B(tài)和車輛的速度做出響應(yīng)。當(dāng)牽引電池的荷電狀態(tài)大于所述目標(biāo)并且車輛的速度大于閾值時，控制器被配置為：對牽引電池進行放電以實現(xiàn)所述目標(biāo)。
【專利說明】
基于車輛傾斜的電池荷電狀態(tài)的目標(biāo)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本申請總體上設(shè)及用于混合動力車輛的能量管理。
【背景技術(shù)】
[0002] 混合電動車輛包括由多個串聯(lián)和/或并聯(lián)的電池單元構(gòu)造的牽引電池。牽引電池 為車輛推進和輔助功能提供電力。在操作期間，牽引電池可基于操作狀況進行充電或放電， 所述操作狀況包括電池荷電狀態(tài)(SOC)、駕駛員需求和再生制動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] -種用于車輛的電池管理系統(tǒng)包括:電池和控制器。控制器被配置為:根據(jù)車輛的 傾斜角和車輛的速度來設(shè)置電池的荷電狀態(tài)的目標(biāo)?？刂破鞅慌渲脼椋喉憫?yīng)于電池的荷電 狀態(tài)大于所述目標(biāo)并且車輛的速度大于闊值，使電池放電W實現(xiàn)所述目標(biāo)。
[0004] -種操作具有牽引電池的混合動力車輛的方法包括:通過控制器，根據(jù)車輛的傾 斜角和車輛的速度來設(shè)置牽引電池的荷電狀態(tài)的目標(biāo)，并且，當(dāng)牽引電池的荷電狀態(tài)大于 所述目標(biāo)并且車輛的速度大于闊值時，使?fàn)恳姵胤烹奧實現(xiàn)所述目標(biāo)。
[0005] -種混合動力車輛包括:牽引電池、連接到牽引電池的動力傳動系統(tǒng)和控制器?？?制器被配置為:根據(jù)與動力傳動系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的損耗W及車輛的傾斜角，設(shè)置牽引電池的荷 電狀態(tài)的目標(biāo)?？刂破鞅慌渲脼?對牽引電池的荷電狀態(tài)和車輛的速度做出響應(yīng)。當(dāng)牽引電 池的荷電狀態(tài)大于所述目標(biāo)并且車輛的速度大于闊值時，控制器被配置為對牽引電池進行 放電W實現(xiàn)所述目標(biāo)。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種操作具有牽引電池的混合動力車輛的方法，所述方法包括： 由控制器根據(jù)車輛的傾斜角和車輛的速度來設(shè)置牽引電池的荷電狀態(tài)的目標(biāo)；由控制器響 應(yīng)于牽引電池的荷電狀態(tài)大于所述目標(biāo)并且車輛的速度大于闊值，使?fàn)恳姵胤烹奧實現(xiàn) 所述目標(biāo)。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述放電包括：關(guān)閉發(fā)動機，并且通過電力來操作車 輛。
[000引根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，車輛的傾斜角是基于車輪轉(zhuǎn)速傳感器的輸出和縱向加 速度計的輸出的，所述車輪轉(zhuǎn)速傳感器的輸出指示沿著車輛的縱向平面的加速度，所述縱 向加速度計的輸出沿著縱向平面的加速度。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述方法還包括:基于牽引電池的最大操作荷電狀態(tài) 與由車輛的速度和車輛的傾斜角引起的牽引電池的荷電狀態(tài)的變化之間的差，設(shè)置發(fā)動機 關(guān)閉的荷電狀態(tài)闊值。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述放電包括:激活至少一個預(yù)期在行駛周期期間被 操作的輔助負(fù)載。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中，所述至少一個輔助負(fù)載為電池冷卻風(fēng)扇、電動空 調(diào)單元、電池冷卻器、電動加熱器、冷卻累和冷卻風(fēng)扇中的至少一個。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種混合動力車輛，所述混合動力車輛包括:牽引電池;動力傳 動系統(tǒng)，被連接到牽引電池;控制器，被配置為:根據(jù)與動力傳動系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的損耗W及車 輛的傾斜角來設(shè)置牽引電池的荷電狀態(tài)的目標(biāo)，并且，響應(yīng)于牽引電池的荷電狀態(tài)大于所 述目標(biāo)并且車輛的速度大于闊值，對牽引電池進行放電W實現(xiàn)所述目標(biāo)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，車輛的傾斜角是基于車輪轉(zhuǎn)速傳感器的輸出和縱向加 速度計的輸出的，所述車輪轉(zhuǎn)速傳感器的輸出指示沿著車輛的縱向平面的車輛加速度，所 述縱向加速度計的輸出指示沿著縱向平面的加速度。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，車輛的傾斜角是基于車輪轉(zhuǎn)速傳感器的輸出和縱向加 速度計的輸出的，所述車輪轉(zhuǎn)速傳感器的輸出指示沿著車輛的縱向平面的車輛加速度，所 述縱向加速度計的輸出指示沿著地球水平面的加速度。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，車輛的傾斜角是基于車輪轉(zhuǎn)速傳感器的輸出和縱向加 速度計的輸出的，所述車輪轉(zhuǎn)速傳感器的輸出指示沿著車輛的縱向平面的車輛加速度，所 述縱向加速度計的輸出指示沿著垂直于地球水平面的平面的加速度。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述損耗是基于車輛的操作時間和環(huán)境溫度的。
【附圖說明】
[0017] 圖1是示出典型的動力傳動系統(tǒng)和能量存儲組件的混合動力車輛的示例性示圖；
[0018] 圖2是由電池能量控制模塊控制的電池組的示例性示圖；
[0019] 圖3是示出用于基于電力的車輛操作的目標(biāo)SOC計算的示例性流程圖；
[0020] 圖4A是示出電池荷電狀態(tài)、車輛速度和內(nèi)燃發(fā)動機運轉(zhuǎn)相對于時間的示例性曲線 圖；
[0021] 圖4B是示出電池荷電狀態(tài)、車輛速度和內(nèi)燃發(fā)動機運轉(zhuǎn)相對于時間使得內(nèi)燃發(fā)動 機運轉(zhuǎn)被調(diào)整為最大EV持續(xù)時間的示例性曲線圖；
[0022] 圖5A是示出內(nèi)燃發(fā)動機啟動點相對于駕駛員功率需求、電池荷電狀態(tài)和車輛速度 的示例性曲面圖；
[0023] 圖5B是示出內(nèi)燃發(fā)動機關(guān)閉點相對于駕駛員功率需求、電池荷電狀態(tài)和車輛速度 的示例性曲面圖；
[0024] 圖5C是示出內(nèi)燃發(fā)動機啟動點和關(guān)閉點之間的滯后相對于駕駛員功率需求、電池 荷電狀態(tài)和車輛速度的示例性曲面圖；
[0025] 圖5D是示出內(nèi)燃發(fā)動機關(guān)閉點相對于駕駛員功率需求、電池荷電狀態(tài)和車輛速度 使得發(fā)動機運轉(zhuǎn)時間被增加 W向電池提供更多的電荷的示例性曲面圖；
[0026] 圖6是示出用于基于可用再生能量的車輛操作的目標(biāo)SOC計算的示例性流程圖；
[0027] 圖7是示出內(nèi)燃發(fā)動機啟動點相對于駕駛員功率要求、電池荷電狀態(tài)和可用再生 能量的示例性曲面圖；
[0028] 圖8是示出用于車輛操作的基于坡度的目標(biāo)SOC計算的示例性流程圖；
[0029] 圖9A是示出電池荷電狀態(tài)和內(nèi)燃發(fā)動機運轉(zhuǎn)相對于時間并且進一步相對于車輛 速度或道路坡度的示例性曲線圖；
[0030] 圖9B是示出電池荷電狀態(tài)和內(nèi)燃發(fā)動機運轉(zhuǎn)相對于時間并且進一步相對于車輛 速度或道路坡度使得內(nèi)燃發(fā)動機運轉(zhuǎn)被最小化W捕獲可用再生能量的示例性曲線圖。
【具體實施方式】
[0031] 在此描述了本公開的實施例。然而，應(yīng)該理解的是，所公開的實施例僅僅是示例， 并且其它實施例可采用各種可替代形式。附圖無需按比例繪制；一些特征可被夸大或縮小 W示出特定組件的細節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)不應(yīng)被解釋為具有限制性， 而僅僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員W多種方式利用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。如本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員將理解的，參照任一附圖示出和描述的各個特征可與在一個或更多個其它附圖中 示出的特征組合，W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(yīng) 用的代表性實施例。然而，可期望將與本公開的教導(dǎo)一致的特征的各種組合和變型用于特 定的應(yīng)用或?qū)嵤┓绞健?br>[0032] 圖1描繪了具有動力傳動系統(tǒng)或動力裝置的典型的插電式混合動力電動車輛 (P皿V)，所述動力傳動系統(tǒng)或動力裝置包括產(chǎn)生動力并向路面?zhèn)魉蛣恿進行推進的主要 組件。典型的插電式混合動力電動車輛12可包括機械地連接到混合動力傳動裝置16的一個 或更多個電機14。電機14能夠作為馬達或發(fā)電機進行運轉(zhuǎn)。此外，混合動力傳動裝置16機械 地連接到內(nèi)燃發(fā)動機18(也被稱作ICE或發(fā)動機）?；旌蟿恿鲃友b置16還機械地連接到驅(qū) 動軸20,驅(qū)動軸20機械地連接到車輪22。電機14可在發(fā)動機18開啟或關(guān)閉時提供推進和減 速能力。電機14還用作發(fā)電機，并且能夠通過回收在摩擦制動系統(tǒng)中通常作為熱損失掉的 能量來提供燃料經(jīng)濟效益。在特定狀況下，通過允許發(fā)動機W更為有效的速度運轉(zhuǎn)并允許 混合動力電動車輛12在發(fā)動機18關(guān)閉的情況下W電動模式被運轉(zhuǎn)，電機14還可減少車輛排 放。動力傳動系統(tǒng)具有多種損耗，所述多種損耗可包括傳動裝置損耗、發(fā)動機損耗、電動轉(zhuǎn) 換損耗、電機損耗、電氣組件損耗和道路損耗。運些損耗可歸因于包括流體粘度、電阻抗、車 輛滾動阻力、環(huán)境溫度、組件溫度W及操作的持續(xù)時間的多個方面。
[0033] 牽引電池或電池組24存儲可由電機14使用的能量。車輛電池組24通常提供高電壓 DC輸出。牽引電池24電連接到一個或更多個電力電子模塊26。一個或更多個接觸器42可在 斷開時使?fàn)恳姵?4與其它組件隔離，并在閉合時使?fàn)恳姵?4連接到其它組件。電力電 子模塊26還電連接到電機14，并且在牽引電池24和電機14之間提供雙向傳輸能量的能力。 例如，典型的牽引電池24可提供DC電壓，而電機14可能使用S相AC電流來運轉(zhuǎn)。電力電子模 塊26可將DC電壓轉(zhuǎn)換為S相AC電流W供電機14使用。在再生模式下，電力電子模塊26可將 來自用作發(fā)電機的電機14的S相AC電流轉(zhuǎn)換為與牽引電池24兼容的DC電壓。在此的描述同 樣適用于純電動車輛。對于純電動車輛，混合動力傳動裝置16可W是連接到電機14的齒輪 箱，并且發(fā)動機18可W不存在。
[0034] 牽引電池24除了提供用于推進的能量之外，還可W為其它車輛電力系統(tǒng)提供能 量。典型的系統(tǒng)可包括DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28，DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28將牽引電池24的高電壓DC 輸出轉(zhuǎn)換為與其它車輛負(fù)載相兼容的低電壓DC供電。其它高電壓負(fù)載46(諸如，壓縮機和電 加熱器)可直接連接到高電壓，而不使用DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28。低電壓系統(tǒng)可電連接到輔助 電池30(例如，12V電池）。
[0035] 車輛12可W是可通過外部電源36對牽引電池24進行再充電的電動車輛或插電式 混合動力車輛。外部電源36可W是到接收公用電力的電插座的連接。外部電源36可電連接 到電動車輛供電設(shè)備化VSE)38dEVSE 38可提供用于對電源36和車輛12之間的能量傳輸進 行調(diào)節(jié)和管理的電路和控制。外部電源36可向EVSE 38提供DC電力或AC電力。EVSE 38可具 有用于插入到車輛12的充電端口 34的充電連接器40。充電端口 34可W是被構(gòu)造為將電力從 EVSE 38傳輸?shù)杰囕v12的任何類型的端口。充電端口 34可電連接到充電器或車載電力轉(zhuǎn)換 模塊32。電力轉(zhuǎn)換模塊32可對從EVSE 38供應(yīng)的電力進行調(diào)節(jié)，W向牽引電池24提供合適的 電壓水平和電流水平。電力轉(zhuǎn)換模塊32可與EVSE 38進行接口連接，W協(xié)調(diào)對車輛12的電力 傳輸。EVSE連接器40可具有與充電端口 34的相應(yīng)凹入緊密配合的插腳?？蛇x地，被描述為被 電連接的各種組件可使用無線感應(yīng)禪合來傳輸電力。
[0036] -個或更多個車輪制動器44可被提供用于使車輛12減速并阻止車輛12的運動。車 輪制動器44可W是液壓致動的、電氣致動的或它們的某種組合。車輪制動器44可W是制動 系統(tǒng)50的一部分。制動系統(tǒng)50可包括用于操作車輪制動器44的其它組件。為了簡潔，附圖描 繪了車輪制動器44中的一個與制動系統(tǒng)50和之間的單一連接。制動系統(tǒng)50和其它車輪制動 器44之間的連接是隱含的。制動系統(tǒng)50可包括用于監(jiān)測和協(xié)調(diào)制動系統(tǒng)50的控制器。制動 系統(tǒng)50可監(jiān)測制動組件，并控制用于車輛減速的車輪制動器44。制動系統(tǒng)50可對駕駛員功 率需求做出響應(yīng)，并還可W自主運行W實現(xiàn)諸如穩(wěn)定控制的功能。當(dāng)被另一控制器或子功 能請求時，制動系統(tǒng)50的控制器可實現(xiàn)施加被請求的制動力的方法。
[0037] 一個或更多個電力負(fù)載46或輔助電力負(fù)載可連接到高電壓總線。電力負(fù)載46可具 有適時地操作并控制電力負(fù)載46的關(guān)聯(lián)的控制器。輔助電力負(fù)載或電力負(fù)載46的示例包括 電池冷卻風(fēng)扇、電動空調(diào)單元、電池冷卻器、電加熱器、冷卻累、冷卻風(fēng)扇、車窗除霜單元、電 動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、AC電力逆變器和內(nèi)燃發(fā)動機水累。
[0038] 所討論的各種組件可具有一個或更多個關(guān)聯(lián)的控制器W控制并監(jiān)測所述組件的 操作。所述控制器可經(jīng)由串行總線（例如，控制器局域網(wǎng)（CAN)、W太網(wǎng)、Flexray)或經(jīng)由離 散導(dǎo)體進行通信?？商峁┫到y(tǒng)控制器48來協(xié)調(diào)各種組件的操作。
[0039] 牽引電池24可由各種化學(xué)配方構(gòu)成。典型的電池組化學(xué)成分可W是鉛酸、儀-金屬 氨化物(NIMH)或裡離子。圖2示出了由N個電池單元72的串聯(lián)配置的示例性牽引電池組24。 然而，其它的電池組24可W由任意數(shù)量的串聯(lián)、并聯(lián)或它們的某種組合的單獨的電池單元 組成。電池管理系統(tǒng)可具有一個或更多個控制器(諸如，監(jiān)測并控制牽引電池24的性能的電 池能量控制模塊(邸CM) 76)。肥CM 76可包括用于監(jiān)測若干個電池組水平特性(諸如，電池組 電流78、電池組電壓80和電池組溫度82)的傳感器和電路。BECM 76可具有非易失性存儲器， 使得數(shù)據(jù)可在BECM 76處于斷電狀況時被保存。所保存的數(shù)據(jù)可在下一個點火開關(guān)循環(huán)時 被使用。
[0040] 除了測量和監(jiān)測電池組的水平特性之外，還可測量和監(jiān)測電池單元的水平特性。 例如，可測量每個電池單元72的端電壓、電流和溫度。電池管理系統(tǒng)可使用傳感器模塊74來 測量電池單元的特性。根據(jù)容量，傳感器模塊74可包括用于測量電池單元72中的一個或多 個的特性的傳感器和電路。電池管理系統(tǒng)可利用多達Nc個傳感器模塊或電池監(jiān)測集成電路 (BMIC)74來測量所有電池單元72的特性。每個傳感器模塊74可將測量值傳送給邸CM 76W 作進一步的處理和協(xié)調(diào)。傳感器模塊74可將信號W模擬形式或數(shù)字形式傳送給BECM 76。在 一些實施例中，傳感器模塊74的功能可W被合并到邸CM 76內(nèi)部。也就是說，傳感器模塊的 硬件可作為BECM 76中的電路的一部分被集成，并且BECM 76可操作原始信號的處理。
[0041] 肥CM 76可包括用于與一個或更多個接觸器42進行接口連接的電路。牽引電池24 的正極端子和負(fù)極端子可被接觸器42保護。
[0042] 電池組荷電狀態(tài)（SOC)指示在電池單元72或電池組24中剩余多少電荷。與燃料表 類似，電池組SOC可被輸出W通知駕駛員在電池組24中剩余多少電荷。電池組SOC還可被用 于控制電動車輛或混合動力電動車輛12的操作。電池組SOC的計算可通過各種方法來實現(xiàn)。 計算電池SOC的一種可行的方法是執(zhí)行電池組電流對時間的積分。此方法在本領(lǐng)域中公知 為安培小時積分。
[0043] 電池SOC還可從基于模型的估計推導(dǎo)得到?；谀Ｐ偷墓烙嬁衫秒姵貑卧妷?測量值、電池組電流測量值W及電池單元和電池組溫度測量值來提供SOC估計。
[0044] 肥CM 76可一直具有可用的電力。邸CM 76可包括喚醒計時器，使得喚醒可被安排 在任何時間。喚醒計時器可喚醒BECM 76，使得預(yù)定的功能可被執(zhí)行。邸CM 76可包括非易失 性存儲器，使得數(shù)據(jù)可在BECM 76掉電或失去電力時被存儲。非易失性存儲器可包括電可擦 除可編程只讀存儲器化EPROM)或非易失性隨機存取存儲器(NVRAM)。非易失性存儲器可W 包括微控制器的閃速存儲器。
[0045] 當(dāng)操作車輛時，主動地修改管理電池SOC的方式可產(chǎn)生更高的燃料經(jīng)濟性或更長 的EV模式（電動推進)操作，或者兩者兼而有之。車輛控制器必須在高SOC和低SOC兩者處進 行運些修改。在低SOC處，控制器可檢查最近的操作數(shù)據(jù)，并判定通過機會性發(fā)動機充電 (opportunistic engine-charging)來提高S0C(機會性的意思是在發(fā)動機已經(jīng)正在運行的 情況下來提高S0C)。運樣做是為了在發(fā)動機關(guān)閉時提供更長時間的EV模式操作。相反，在高 SOC處，控制器可檢查最近的操作數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù)(位置、溫度等），W通過EV模式推進、減少 發(fā)動機輸出或輔助電力負(fù)載來降低S0C。運樣做是為了提供更高的電池容量，W使在預(yù)期再 生制動事件(諸如，高速減速或睹坡緩降)期間的能量捕獲最大化。
[0046] 圖3是示出當(dāng)電池具有低SO別寸修改電池管理參數(shù)的方法的示例性流程圖300。電 池管理上的改變可僅基于電力來增加車輛操作，或者提高發(fā)動機效率，或兩者都進行。該圖 示出了針對基于電力的車輛操作的目標(biāo)SOC計算。在方框302,輸入歷史數(shù)據(jù)，其中，所述歷 史數(shù)據(jù)包括最近的電池SOC或電池SOC直方圖、輔助電力負(fù)載、車輛速度、僅基于電力的最近 的車輛操作或駕駛員行為。輔助電力負(fù)載包括電池冷卻風(fēng)扇、電動空調(diào)單元、電池冷卻器、 電加熱器、冷卻累、冷卻風(fēng)扇、窗除霜單元、電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、AC電力逆變器和內(nèi)燃發(fā)動機水 累。另外，在方框304,輸入當(dāng)前數(shù)據(jù)和未來數(shù)據(jù)。當(dāng)前數(shù)據(jù)包括輔助電力負(fù)載和車輛速度。 未來數(shù)據(jù)包括僅基于電力的車輛操作的估計持續(xù)時間和道路坡度（也被稱為高程 (elevation)的斜率或變化）。與道路坡度相關(guān)的是傾斜角，所述傾斜角是車輛的縱向平面 與地球的水平面之間的角度。傾斜角可通過多種方法被確定，所述多種方法包括傾斜計的 輸出、或者車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸出（指示沿著車輛的縱向平面的加速度)和縱向加速度計輸出 (指示受到重力影響的沿著縱向平面的加速度)的組合。
[0047] 在方框304,計算僅基于電力的車輛操作的估計持續(xù)時間。在方框306,將在304中 計算的僅基于電力的車輛操作的估計持續(xù)時間和電池SOC與闊值進行比較。如果僅基于電 力的車輛操作的估計持續(xù)時間小于第一闊值且電池SOC小于第二闊值，則在方框308調(diào)整目 標(biāo)SOC或者調(diào)整電流限制。
[004引對目標(biāo)SOC的調(diào)整可包括提高目標(biāo)S0C，使得當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動機(ICE)正在運轉(zhuǎn)時，操作 時間可被增加或從ICE輸出的能量可被增加，或者兩者都可被增加。操作時間或輸出能量的 增加可用于支持電池充電，因而允許電池在車輛僅基于電力（即，EV模式)進行操作的時候 供應(yīng)電能持續(xù)更長的持續(xù)時間。另外，能量產(chǎn)生可基于ICE的制動燃料消耗率圖（brake specific化el consumption map)被優(yōu)化。運可能會在總的車輛行程期間導(dǎo)致更高的燃料 效率。
[0049] 圖4A是示出電池荷電狀態(tài)404、車輛速度402和內(nèi)燃發(fā)動機運轉(zhuǎn)406相對于時間408 的示例性曲線圖400。當(dāng)車輛從停止位置開始操作時，車輛加速可使用電池電力或來自內(nèi)燃 發(fā)動機(ICE)的動力或者兩者。在時間410期間示出了車輛加速的示例。車輛加速之后，車輛 獲得行駛速度。該示例中的行駛速度是車輛能夠僅由電力來推進的車輛速度。在該速度下， 通常，電池SOC將圍繞具有充電時間段412(在時間段412內(nèi)，ICE運轉(zhuǎn)W對電池進行充電）和 放電時間段414(在時間段414內(nèi)，ICE被關(guān)閉且車輛操作僅通過電池來進行）的目標(biāo)電池SOC 進行切換。對于消費者，運些短時間段的EV模式可能令駕駛員感到不滿意，因為很多混合動 力車輛的消費者期望長時間段的EV操作。
[0050] 圖4B是示出電池荷電狀態(tài)424、車輛速度422和內(nèi)燃發(fā)動機運轉(zhuǎn)426相對于時間428 的示例性曲線圖420,其中，內(nèi)燃發(fā)動機運轉(zhuǎn)426被調(diào)整為使EV持續(xù)時間最大化。運里，與圖 4A類似，車輛從停止被加速。但是，在達到行駛速度(車輛能夠僅由電力來推進的車輛速度） 之后，控制器提高SOC闊值，在所述SOC闊值處，發(fā)動機關(guān)閉使得發(fā)動機繼續(xù)對電池進行充電 并提高電池的荷電狀態(tài)424。車輛可運轉(zhuǎn)內(nèi)燃發(fā)動機（I CE)持續(xù)比時間412更長的時間430， 使得純電動車輛操作發(fā)生持續(xù)比時間414更長的時間432。另外，車輛可針對燃料消耗率W 使電力輸出最大化的速度、扭矩和燃料消耗率來操作發(fā)動機?？刂破骺苫趤碜灾苿尤剂?消耗率(BSFC)表中的數(shù)據(jù)來選擇發(fā)動機操作點，其中，發(fā)動機W比最小燃料消耗更大的燃 料消耗來運轉(zhuǎn)，從而增加從發(fā)電機流向電池的電流。運可能會增加發(fā)動機運轉(zhuǎn)滯后，發(fā)動機 運轉(zhuǎn)滯后也被稱為僅用于減輕典型發(fā)動機循環(huán)的滯后(典型發(fā)動機循環(huán)也被稱為圍繞示例 性電池SOC的操作范圍或設(shè)定點打開和關(guān)閉）。
[0051] 圖5A是示出內(nèi)燃發(fā)動機啟動闊值508相對于駕駛員功率需求506、電池荷電狀態(tài) 502和車輛速度504的示例性曲面圖500。針對給定的車輛速度和電池S0C，該曲面圖示出了 駕駛員所需求的功率的量，超過所述駕駛員要求的功率的量時發(fā)動機啟動將發(fā)生。例如，當(dāng) 電池SOC低且車輛速度低時，需要相對低的駕駛員所需求的功率的量來啟動發(fā)動機。當(dāng)發(fā)動 機正在運轉(zhuǎn)時，輸出功率可被用于驅(qū)動車輪、經(jīng)由到發(fā)電機的連接來產(chǎn)生電或者向其它輔 助組件提供輸出。
[0052] 圖5B是示出內(nèi)燃發(fā)動機關(guān)閉闊值510相對于駕駛員功率需求506、電池荷電狀態(tài) 502和車輛速度504的示例性曲面圖525。針對給定的車輛速度和電池S0C，該曲面圖示出了 駕駛員所需求的功率的量，低于所述駕駛員所需求的功率的量時發(fā)動機被關(guān)閉。例如，當(dāng) SOC高且車輛速度低時，相對高的駕駛員所需求的功率水平將允許發(fā)動機關(guān)閉。當(dāng)發(fā)動機關(guān) 閉時，車輛可使用摩擦和再生制動系統(tǒng)來進行電力推進或減速。
[0053] 圖5C是示出內(nèi)燃發(fā)動機啟動點508和關(guān)閉點510之間的滯后512相對于駕駛員功率 需求506、電池荷電狀態(tài)502和車輛速度504的示例性曲面圖530。
[0054] 圖5D是示出修改的內(nèi)燃發(fā)動機關(guān)閉闊值520相對于駕駛員功率需求506、電池荷電 狀態(tài)502和車輛速度504的示例性曲面圖535,修改的內(nèi)燃發(fā)動機關(guān)閉闊值520導(dǎo)致更長的發(fā) 動機操作，使得電池可在進入EV模式之前被充更多的電。
[0055] 與圖4和圖5中描述的電池控制方法相反，圖6是示出在高SOC處相對于車輛速度對 電池管理進行修改的方法的示例性流程圖600, W便確保有足夠的電池容量來使即將發(fā)生 的再生制動事件期間的能量捕獲最大化。該圖示出了針對基于可用再生能量的車輛操作的 目標(biāo)SOC計算。在方框602,基于歷史數(shù)據(jù)來計算道路負(fù)荷。在等式1中示出了示例性計算：
[0056] Floss'parasitic = ma-mgsin 目-(Fregen+F 打 iction) (1)
[0057] 其中，針對給定的時間點，m是車輛質(zhì)量，a是車輛的加速度/減速度，g是重力常數(shù)， Sin0是道路坡度因子，F(xiàn)regen是從再生制動系統(tǒng)施加給車輛減速的估計的力，F(xiàn)frietien是從摩 擦制動系統(tǒng)施加給車輛減速的估計的力。如本領(lǐng)域所已知的，針對車輛操作數(shù)據(jù)的給定集 合，作用在車輛上的寄生力(parasitic force)可通過回歸數(shù)據(jù)擬合或其它方法來估計。在 等式2中示出了等式1的替代形式：
[0058] Eloss, parasitic 二 Floss, paras it Icd = Ekinet ic-Egrade-(Eregen+Efr iction) ( 2 )
[0059] 其中，Eloss,parasitic是與距離d上的寄生力Floss,parasitic關(guān)聯(lián)的能量損耗，Ekinetic是在 該距離上的車輛的動能，Eregen是能夠在該距離上被捕獲的潛在的再生能量，EfrictiDn是在該 距離上施加的摩擦制動能量。等式2中的距離d可在未來路線上進行求值或者可選地可在時 間點上進行求值。當(dāng)在時間點上對等式2進行求值時，當(dāng)前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的使用可被利 用。例如,Ekinetic可W是基于當(dāng)自U車輛速度的，Egrade可W是基于當(dāng)自U車輛傾斜角的，而Eregen 和EfrictiDn兩者可W是基于歷史數(shù)據(jù)(諸如，車輛和環(huán)境溫度W及車輛當(dāng)前正在運轉(zhuǎn)的持續(xù) 時間和歷史行駛周期數(shù)據(jù)，所述歷史行駛周期數(shù)據(jù)包括道路坡度、車輛動能、電池電力、附 件負(fù)載曲線、駕駛員減速率和路線模式)的。
[0060] 再々[> -左驚本R才間占h -密化賄生_________而她要完電加!鋒井q所示出的.
[0061] )
[00創(chuàng)其中，F(xiàn)loss,parasitic,i是道路巧巧力，m是車輛巧量，Vi是車輛的速度，di是經(jīng)過持續(xù) 時間所行駛的距離，mgsin0是由于在該距離上進行求值的傾斜角而被施加到車輛的能量， 化regen + Efricticm)/di是在該距離上的再生能量和在該距離上施加的摩擦制動能量。 Floss, parasitic隨著車輛被挺作而動態(tài)地變化。另外,Floss,parasitic, i可由車輛枉制器進化聚集 和分析，W獲得描述速度相關(guān)的寄生力的函數(shù)。獲得的函數(shù)可W是基于多種方法(包括但不 限于回歸分析、線性內(nèi)插、曲線擬合等)的。
[0063] 動力傳動系統(tǒng)損耗基于溫度變化W及其它因素(包括路面、輪胎壓力和轉(zhuǎn)向角的 變化)而變化。在方框604,基于當(dāng)前數(shù)據(jù)和未來數(shù)據(jù)W及在方框602中計算的道路負(fù)荷力來 計算可用再生能量。在等式4中示出了用于計算針對給定時間段和道路坡度的可用再生能 量的示例性等式：
[0064] Eregen=mjv(dv)-mgjvsin目（化）斗1。33,。3,33：11；1。1￥(化）-巧打1加。。￥(化）（4)
[0065] 其中，Eregen是預(yù)期的或預(yù)測的再生能量，mjv(dv)是基于車輛速度和車輛質(zhì)量的動 能，mgjvsin目（化）是與傾斜角和車輛質(zhì)量相關(guān)聯(lián)的距離上的力，F(xiàn)lDss,parasitiGjv(dt)是在基 于最近計算的道路負(fù)荷損耗或動力傳動系統(tǒng)損耗的距離上的速度相關(guān)的寄生損耗或動力 傳動系統(tǒng)損耗jFfrKtiDnV(dt)是基于摩擦制動的預(yù)期的能量損耗。在方框606,基于來自等 式2的Eregen來確定電池SOC的估計的變化。在方框608,將電池SOC的估計的變化與最大電池 SOC減去當(dāng)前電池SOC所得的值進行比較。如果電池SOC的估計的變化大于最大電池SOC減去 當(dāng)前電池SOC所得的值，貝帷方框610調(diào)整目標(biāo)SOC或當(dāng)前電流限制。對目標(biāo)SOC的調(diào)整可W 是降低目標(biāo)S0C，使得電流從電池流出W降低電池S0C。運種電池SOC的降低使得電池的容量 可用于預(yù)期的再生制動能量。如果不降低目標(biāo)S0C，則可用再生能量將不會在電池系統(tǒng)中被 捕獲。
[0066] 圖7是示出由車輛控制器基于當(dāng)前SOC和預(yù)期的再生制動事件期間的預(yù)期能量捕 獲來降低電池SOC所使用的推薦的放電功率的示例性曲面圖700。例如，708示出了當(dāng)電池 SOC 702高且預(yù)期的再生能量704也高時，車輛控制器應(yīng)通過放電功率706來降低S0C。所述 放電可使用EV推進或輔助電力負(fù)載來執(zhí)行。
[0067] 與在圖6和圖7中描述的基于速度的方法類似，圖8是示出在高SOC處相對于道路坡 度修改電池管理W便確保有足夠的電池容量來使即將發(fā)生的再生制動事件期間的能量捕 獲最大化的方法的示例性流程圖800。該圖示出了針對車輛操作的基于坡度的目標(biāo)SOC計 算。在方框802,使用包括全球定位系統(tǒng)的計算系統(tǒng)來確定位置。路線可和所述位置一起由 所述計算系統(tǒng)或?qū)Ш较到y(tǒng)來產(chǎn)生。所述計算系統(tǒng)可包括高程數(shù)據(jù)(諸如，用于路線的地形數(shù) 據(jù)）。但是，由于道路的變化W及地圖和地形數(shù)據(jù)可能并不總是準(zhǔn)確的可能性，因此所述計 算系統(tǒng)還可利用其它源(包括GPS數(shù)據(jù)或來自其它車輛系統(tǒng)中的傳感器(包括車輪轉(zhuǎn)速傳感 器、轉(zhuǎn)向角傳感器和大氣壓力傳感器(MAP傳感器））的數(shù)據(jù))來確定高程數(shù)據(jù)。另外，數(shù)據(jù)可 包括未來數(shù)據(jù)(諸如，僅基于電力的車輛操作的估計的持續(xù)時間和道路坡度）。運里，道路坡 度可W是基于傾斜角的，所述傾斜角通過多種方法被進一步確定，所述多種方法包括傾斜 計的輸出、或車輪速度傳感器的輸出（指示沿車輛的縱向平面的車輛加速度)和車輛縱向加 速度計的輸出（指示受到重力影響的沿所述縱向平面的加速度)的組合。在方框804,計算可 能的軌跡。在方框806,執(zhí)行對沿著當(dāng)前路徑的道路坡度的評估。運種評估可使用與路線相 關(guān)聯(lián)的拓?fù)鋽?shù)據(jù)，或者，可選地，可使用與基于來自車輪轉(zhuǎn)速傳感器的輸出的速度的變化進 行比較的縱向加速度計的輸出。
[006引在方框808,計算潛在的或可用的再生能量。在方框810和方框812,確定車輛速度 和道路負(fù)荷。在方框814和方框816,確定所需的制動力和馬達再生能量。在方框818,基于包 括車輛速度、道路負(fù)荷、所需的制動力和馬達再生能量的因素來計算可用再生能量。在方框 820,基于可用再生能量來計算SOC的相應(yīng)變化。在方框822,調(diào)整目標(biāo)電池SOC的操作范圍或 設(shè)置點。在方框824,控制器通過使發(fā)動機在處于EV模式時保持關(guān)閉持續(xù)更長時間W將更多 的電池能量用于EV操作來對電池進行放電，或者在發(fā)動機正在運行的情況下通過減小發(fā)動 機的輸出功率和/或持續(xù)時間W將更多的電池能量用于組合的(混合動力)操作來對電池進 行放電。在方框826,將實際的再生能量與預(yù)期的再生能量進行比較，如果合適則修改請求。 例如，如果發(fā)動機正在運行但是控制器已經(jīng)基于預(yù)期的再生能量減少了發(fā)動機的輸出，貝U 可在收集到的再生能量比預(yù)期的再生能量少的情況下增加發(fā)動機的輸出，或者，可在收集 到的再生能量比預(yù)期的再生能量多的情況下減少發(fā)動機的輸出。類似地，如果車輛由于控 制器正在試圖更快地耗盡電池W適應(yīng)預(yù)期的再生能量的收集而處于EV模式，但是再生能量 比預(yù)期的再生能量少，則控制器可選擇啟動發(fā)動機W增加電池充電或補充電力負(fù)載。
[0069]圖9A是示出車輛高程902、電池荷電狀態(tài)904和內(nèi)燃發(fā)動機運轉(zhuǎn)906相對于時間的 示例性曲線圖900。在時間點910,內(nèi)燃發(fā)動機（ICE)正在運轉(zhuǎn)，W提供用于在平坦道路上W 一速度推進車輛的動力并且使?fàn)恳姵乇３衷谝浑姵睾呻姞顟B(tài)(SOC)。當(dāng)車輛行駛下坡時， 來自動力傳動系統(tǒng)的能量被轉(zhuǎn)換為電并流向牽引電池，從而提高電池SOC。在時間點912,電 池SOC越過觸發(fā)發(fā)動機關(guān)閉的發(fā)動機停機闊值。電池SOC可因為來自動力傳動系統(tǒng)的電流而 繼續(xù)升高，所述來自動力傳動系統(tǒng)的電流是由于再生制動而引起的。然而，一旦電池SOC達 到最大操作SOC，則在行駛向下的斜坡914時來自制動的額外的可用能量將不會被存儲在電 池中。在該示例性曲線圖中，元素902示出車輛高程，而元素902可被用于示出車輛速度或者 車輛速度和車輛高程的組合。觀察元素902的可選的方式是車輛的能量狀態(tài)的變化，諸如， 車輛動能或車輛勢能的變化。
[0070] 圖9B是示出車輛高程922、電池荷電狀態(tài)924和內(nèi)燃發(fā)動機運轉(zhuǎn)926相對于時間的 示例性曲線圖920。在時間點930,內(nèi)燃發(fā)動機（ICE)正在運轉(zhuǎn)，W提供用于在平坦道路上W 一速度推進車輛的動力并且使?fàn)恳姵乇３衷谝浑姵睾呻姞顟B(tài)(S0C)。作為圖9A的替代，車 輛或電池管理系統(tǒng)可降低目標(biāo)電池S0C，使得潛在的再生能量可被捕獲。運里，在等式3中用 當(dāng)前的動能和當(dāng)前的勢能表示潛在的再生能量。當(dāng)前的動能是基于車輛速度和車輛質(zhì)量 的，而當(dāng)前的勢能是基于與傾斜角相關(guān)聯(lián)的道路坡度的。潛在的再生能量還是基于由歷史 數(shù)據(jù)確定的動力傳動系統(tǒng)損耗的。結(jié)果將會是目標(biāo)SOC(或者，在一可選方式中，為發(fā)動機關(guān) 閉闊值S0C)可能被減去潛在的再生能量。此外，歷史行駛周期數(shù)據(jù)(包括歷史駕駛員制動、 歷史減速率、歷史輔助負(fù)載使用、電池壽命，或?qū)幽芎蛣菽苻D(zhuǎn)換成電能的效率)可被用于 調(diào)整潛在的再生能量。在該示例性曲線圖中，元素922示出車輛高程，但是元素922可被用于 示出車輛速度或者車輛速度和車輛高程的組合。觀察元素922的可選的方式是車輛的能量 狀態(tài)的變化(諸如，車輛的動能或車輛勢能的變化）。
[0071] 如果未來的信息（諸如，基于地形信息的未來路線、未來的高程變化、未來的輔助 負(fù)載的使用或未來的再充電事件)是已知的，則潛在的再生能量計算可包括運種信息。沿著 未來路線的未來速度和未來道路坡度的知識允許預(yù)測的動能和預(yù)測的勢能被確定。例如， 通常在點928被關(guān)閉的發(fā)動機可基于未來的向下的斜坡934的知識在點932被關(guān)閉。運可能 是由于發(fā)動機停機闊值的降低。一旦發(fā)動機在932被關(guān)閉，則車輛隨后僅由電力來操作，并 且電池SOC由于電流從電池流向車輛而降低。元素936示出了 SOC的降低。當(dāng)車輛通過下坡 934時，來自再生制動的能量允許車輛使電流流向電池，因而提高電池SOC 938。另外，基于 歷史駕駛員制動或歷史減速率，將動能和勢能轉(zhuǎn)換為電能的效率可被用于調(diào)整潛在的再生 能量。相對于坡度對車輛速度進行調(diào)整可能是有益的。例如，在睹峭的斜坡上，減小車輛速 度會是有益的。然而，在具有巡航控制模塊或自適應(yīng)巡航控制模塊或基于用戶的反饋的車 輛中，或基于用戶的反饋，W恒定的車速來操作可為操作者和乘客提供更好的駕駛體驗。因 此，可要求車輛針對恒定速度操作進行調(diào)整，或在自適應(yīng)巡航控制模塊的情況下，跟蹤車輛 的間隔距離可WW跟蹤車輛速度的預(yù)期變化被調(diào)整。
[0072] 在此公開的處理、方法或算法可被傳送到處理裝置、控制器或計算機/通過處理裝 置、控制器或計算機來實現(xiàn)，所述處理裝置、控制器或計算機可包括任何現(xiàn)有的可編程電子 控制單元或?qū)Ｓ玫碾娮涌刂茊卧?。類似地，所述處理、方法或算法可W W多種形式被存儲為 可被控制器或計算機執(zhí)行的數(shù)據(jù)和指令，所述多種形式包括但不限于永久存儲在非可寫存 儲介質(zhì)（諸如，ROM裝置)上的信息W及可變地存儲在可寫存儲介質(zhì)（諸如，軟盤、磁帶、CD、 RAM裝置和其它磁介質(zhì)和光介質(zhì)）上的信息。所述處理、方法或算法也可被實現(xiàn)為軟件可執(zhí) 行對象?？蛇x地，所述處理、方法或算法可W使用合適的硬件組件（諸如，專用集成電路 (ASIC)、現(xiàn)場可編程口陣列(FPGA)、狀態(tài)機、控制器或其它硬件組件或裝置），或硬件、軟件 和固件組件的組合被整體或部分實現(xiàn)。
[0073]雖然W上描述了示例性實施例，但運些實施例并不意在描述權(quán)利要求所包含的所 有可能形式。說明書中使用的詞語是描述性詞語而非限制性詞語，并且應(yīng)理解的是，可在不 脫離本公開的精神和范圍的情況下做出各種改變。如前所述，可將各種實施例的特征進行 組合W形成本發(fā)明的可能未被明確描述或示出的進一步的實施例。盡管針對一個或更多個 期望特性，各種實施例已經(jīng)被描述為提供在其它實施例或現(xiàn)有技術(shù)實施方式之上的優(yōu)點或 優(yōu)于其它實施例或現(xiàn)有技術(shù)實施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，根據(jù)特定應(yīng) 用和實施方式，一個或更多個特征或特性可被折衷W實現(xiàn)期望的整體系統(tǒng)屬性。運些屬性 可包括但不限于成本、強度、耐用性、生命周期成本、市場性、外觀、包裝、尺寸、可維護性、重 量、可制造性、裝配的容易性等。因此，被描述為在一個或更多個特性方面不如其它實施例 或現(xiàn)有技術(shù)的實施方式的實施例并不在本公開的范圍之外，并可被期望用于特定的應(yīng)用。
【主權(quán)項】
1. 一種用于車輛的電池管理系統(tǒng)，包括： 電池； 控制器，被配置為:根據(jù)車輛的傾斜角和車輛的速度來設(shè)置電池的荷電狀態(tài)的目標(biāo)，并 且響應(yīng)于電池的荷電狀態(tài)大于所述目標(biāo)且車輛的速度大于閾值，對電池進行放電以實現(xiàn)所 述目標(biāo)。2. 如權(quán)利要求1所述的用于車輛的電池管理系統(tǒng)，其中，控制器還被配置為:基于最大 操作荷電狀態(tài)與由車輛的傾斜角和車輛的速度引起的電池的荷電狀態(tài)的預(yù)期變化之間的 差，設(shè)置發(fā)動機關(guān)閉的閾值荷電狀態(tài)。3. 如權(quán)利要求1所述的用于車輛的電池管理系統(tǒng)，還包括動力傳動系統(tǒng)，其中，控制器 還被配置為:基于與動力傳動系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的損耗來改變所述目標(biāo)。4. 如權(quán)利要求3所述的用于車輛的電池管理系統(tǒng)，其中，所述損耗是基于車輛的操作時 間和環(huán)境溫度的。5. 如權(quán)利要求3所述的用于車輛的電池管理系統(tǒng)，其中，所述損耗是基于歷史行駛周期 數(shù)據(jù)的。6. 如權(quán)利要求5所述的用于車輛的電池管理系統(tǒng)，其中，歷史行駛周期數(shù)據(jù)包括:道路 坡度、車輛動能和電池功率。7. 如權(quán)利要求5所述的用于車輛的電池管理系統(tǒng)，其中，歷史行駛周期數(shù)據(jù)還包括:與 駕駛員相關(guān)聯(lián)的歷史減速率。8. 如權(quán)利要求5所述的用于車輛的電池管理系統(tǒng)，其中，歷史行駛周期數(shù)據(jù)還包括:與 車輛中的至少一個輔助電力負(fù)載相關(guān)聯(lián)的至少一個電流曲線。9. 如權(quán)利要求5所述的用于車輛的電池管理系統(tǒng)，其中，歷史行駛周期數(shù)據(jù)還包括:車 輛路線信息。10. 如權(quán)利要求5所述的用于車輛的電池管理系統(tǒng)，其中，歷史行駛周期數(shù)據(jù)還包括:基 于環(huán)境溫度和電池壽命的電池功率限制。11. 如權(quán)利要求1所述的用于車輛的電池管理系統(tǒng)，其中，車輛的傾斜角是基于車輪轉(zhuǎn) 速傳感器的輸出和縱向加速度計的輸出的，所述車輪轉(zhuǎn)速傳感器的輸出指示沿著車輛的縱 向平面的加速度，所述縱向加速度計的輸出指示沿著縱向平面的加速度。
【文檔編號】B60W10/08GK105905107SQ201610099125
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月23日
【發(fā)明人】肯尼思·詹姆士·米勒, 道格拉斯·雷蒙德·馬丁, 威廉·保羅·伯金斯, 沈立群
【申請人】福特全球技術(shù)公司