混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中電池荷電狀態(tài)的控制裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于控制混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中電池荷電狀態(tài)(SOC)的方法。更具體地，本發(fā)明涉及如下用于控制混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中電池荷電狀態(tài)的方法，其能夠在混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中，在不用提高電氣設(shè)備(驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、混合動(dòng)力啟動(dòng)發(fā)電機(jī)(HSG)等)或主電池的容量和性能的情況下，有效使用能量，最大化由電動(dòng)機(jī)進(jìn)行的能量回收，并且提高燃料效率和可操作性。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，使用礦物燃料(例如，汽油和柴油)的內(nèi)燃機(jī)車輛具有各種限制，例如由發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣引起的環(huán)境污染、由二氧化碳引起的全球變暖，以及由臭氧形成引起的呼吸疾病。因此，正在開發(fā)由電力驅(qū)動(dòng)的車輛，即環(huán)境友好型車輛，例如由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車輛(EV)和由發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)。特別地，電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力電動(dòng)車輛都配備有用作車輛行駛的驅(qū)動(dòng)源的電動(dòng)機(jī)、逆變器與電動(dòng)機(jī)控制器(例如，電動(dòng)機(jī)控制部件(MCU))、以及被配置為向電動(dòng)機(jī)供給驅(qū)動(dòng)力的電池(通常指‘主電池’或‘高壓電池’)。
[0003]此外，電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力電動(dòng)車輛都配備有被配置為收集電池信息的電池控制器(例如，電池管理系統(tǒng)(BMS))。電池控制器被配置為收集關(guān)于電池的電壓、電流、溫度、荷電狀態(tài)(SOC)( % )的信息，并且使用電池信息直接參與電池的充電與放電控制，或者向車輛內(nèi)或車輛外的其他控制器提供電池信息，以允許其他控制器使用電池信息進(jìn)行車輛控制或電池充電/放電控制。
[0004]此外，混合動(dòng)力電動(dòng)車輛配備有與電動(dòng)機(jī)一起作為驅(qū)動(dòng)源(以下稱為‘驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)’)的發(fā)動(dòng)機(jī)、和混合動(dòng)力啟動(dòng)發(fā)電機(jī)(HSG)，HSG以可傳遞動(dòng)力的方式連接到發(fā)動(dòng)機(jī)，從而使用從發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞的動(dòng)力啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或產(chǎn)生電力。用作驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源的主電池(例如，高壓電池)經(jīng)由逆變器以可充電/可放電的方式連接到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與HSG ο逆變器被配置為將電池的直流電流轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)的三相交流電流(AC)，并且將三相交流電流施加到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(例如，電池放電)。
[0005]這種混合動(dòng)力車輛以電動(dòng)車輛(EV)模式行駛，或者以混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)模式行駛，EV模式是使用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力的純電動(dòng)車輛模式，HEV模式使用發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)兩者的驅(qū)動(dòng)力。此外，可以執(zhí)行再生模式，再生模式在車輛制動(dòng)或由慣性引起的車輛滑行期間，通過電動(dòng)機(jī)的發(fā)電回收制動(dòng)能量或慣性能量，并且將電力充入到電池中。HSG也通過發(fā)動(dòng)機(jī)自己的動(dòng)力作為發(fā)電機(jī)操作，或者在能量再生條件下通過發(fā)動(dòng)機(jī)輸送的動(dòng)力作為發(fā)電機(jī)操作，從而對(duì)電池進(jìn)行充電。
[0006]另一方面，在典型的環(huán)境友好型車輛中，電池的充電與放電是基于主電池的可用輸出和當(dāng)前行駛所需的要求輸出來調(diào)整的，而不管車輛速度和行駛路徑上的坡度信息。特別地，當(dāng)車輛進(jìn)入上坡道路或低速路段時(shí)或者當(dāng)車輛進(jìn)入市中心或擁堵路段時(shí)，如果電池荷電狀態(tài)(以下稱為‘S0C’(％))為低，則EV行駛減少，并且加速/減速時(shí)可用的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩被限制，從而產(chǎn)生過渡控制區(qū)間的增加，并且因此降低能量效率和可操作性(例如，空轉(zhuǎn)時(shí)的充電量與無效率操作點(diǎn)增加)。
[0007]此外，當(dāng)車輛進(jìn)入下坡道路或中/高速路段時(shí)或者當(dāng)車輛進(jìn)入國(guó)道或高速公路時(shí)，如果電池S0C(%)為高，則再生制動(dòng)和滑行再生時(shí)電池用于充電的可用空間不足，難以回收額外的再生能量，并且因此浪費(fèi)再生能量。特別地，當(dāng)存在將車輛維持在恒速的頻繁再生制動(dòng)時(shí)，或者當(dāng)車輛行駛在長(zhǎng)距離減速下或下坡道路(例如，高速公路的出口)時(shí)，再生能量不能被回收而被浪費(fèi)。
[0008]在現(xiàn)有技術(shù)中，由于行駛道路的坡度是根據(jù)加速器(例如，加速踏板)位置傳感器(APS)的信號(hào)、輸出、車輛速度或G傳感器(例如，加速度傳感器)的信號(hào)預(yù)測(cè)以確定SOC控制策略的，或者由于SOC控制策略是基于APS信號(hào)、制動(dòng)踏板位置傳感器(BPS)或車輛速度來確定的，因此會(huì)增加過渡控制區(qū)間，導(dǎo)致燃料效率和可操作性降低，這是因?yàn)樵诳刂茀^(qū)間確定期間，由于車輛行駛條件的變化(例如，道路載荷的改變、加速或加速情況的改變)而導(dǎo)致誤確定或確定延遲。
[0009]在該背景部分中公開的上述信息僅僅是為了增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明的背景的理解，因此它可能包含不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明提供用于控制混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中電池荷電狀態(tài)(SOC)的方法，其能夠在混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中，在不用提高電氣設(shè)備(例如，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、混合動(dòng)力啟動(dòng)發(fā)電機(jī)(HSG)等)或主電池的容量和性能的情況下，有效使用能量，最大化由電動(dòng)機(jī)進(jìn)行的能量回收，并且提高燃料效率和可操作性。
[0011]本發(fā)明還提供用于控制混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中電池SOC的方法，其通過最大化車輛在下坡道路、國(guó)道或中/高速行駛路段的制動(dòng)或滑行時(shí)由電動(dòng)機(jī)回收的能量，可以提高燃料效率。本發(fā)明還提供用于控制混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中電池SOC的方法，其通過確保車輛行駛在上坡道路或市中心時(shí)或行駛在低速或擁堵路段時(shí)的電動(dòng)機(jī)輸出，以此可以提高可操作性和燃料效率，由此確保在陡坡或快速加速時(shí)針對(duì)較大要求轉(zhuǎn)矩的快速反應(yīng)性能，并且增加EV行駛距離。
[0012]此外，本發(fā)明提供用于控制混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中電池狀態(tài)的方法，其通過預(yù)測(cè)前方坡度、道路類型和交通狀況，并且因此基于車輛速度、道路類型或道路坡度的變化最小化過渡狀態(tài)，以此可以防止可操作性和燃料效率降低。本發(fā)明還提供用于控制混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中電池SOC的方法，其通過在主電池充電期間預(yù)測(cè)并限制超過預(yù)定充電和放電限制，以此提高主電池的耐久性并且防止車輛的不可用行駛狀態(tài)。
[0013]—方面，本發(fā)明提供用于控制混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中電池荷電狀態(tài)(SOC)的裝置，其可以包括:行駛信息或道路信息收集設(shè)備，其被配置為收集行駛信息或道路信息，包括關(guān)于道路的坡度或類型的信息以及關(guān)于車輛速度的信息；駕駛信息收集設(shè)備，其被配置為收集車輛的駕駛信息;和車輛控制器，其被配置為基于駕駛信息來確定充電模式和放電模式，并且基于車輛正在行駛的路段的道路坡度信息或道路類型信息以及該路段的車輛速度信息來確定充電上限SOC和充電下限S0C，從而基于在充電模式中電池充電停止的充電上限SOC和在放電模式中電池充電開始的充電下限SOC，輸出針對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和混合啟動(dòng)發(fā)電機(jī)(HSG)的充電命令或放電命令。
[0014]另一方面，本發(fā)明提供用于控制混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中電池(SOC)的方法，其可以包括:根據(jù)從行駛信息或道路信息收集設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)獲取行駛信息或道路信息，包括關(guān)于道路的坡度或類型的信息以及關(guān)于車輛速度的信息;從駕駛信息收集設(shè)備獲取車輛的駕駛信息;基于駕駛確定充電模式和放電模式;在充電模式中，基于車輛當(dāng)前正在行駛的路段的道路坡度信息和道路類型信息以及該路段中的車輛速度信息，確定充電上限S0C;在放電模式中，基于該路段的道路坡度信息和道路類型信息以及該路段中的車輛速度信息，確定充電下限S0C;以及基于在充電模式中電池充電停止的充電上限SOC或在放電模式中電池充電開始的充電下限SOC，輸出針對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和混合動(dòng)力啟動(dòng)發(fā)電機(jī)(HSG)的充電命令或放電命令。
【附圖說明】
[0015]現(xiàn)在將參考附圖示出的示例性實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明以上特征和其他特征，附圖在下文中僅以說明方式給出，因此并不限制本發(fā)明，且其中:
[0016]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于控制電池荷電狀態(tài)(SOC)系統(tǒng)的視圖；
[0017]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的控制電池SOC過程的流程圖；
[0018]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的控制電池SOC方法的視圖；
[0019]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的在控制電池SOC的方法中基于作為行駛信息的道路坡度和車輛速度的控制狀態(tài)的視圖；
[0020]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的控制電池SOC過程的流程圖；
[0021]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的控制電池SOC方法的視圖；及
[0022]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的在控制電池SOC的方法中基于作為行駛信息的道路坡度和車輛速度的控制狀態(tài)的視圖。
[0023]在附圖中列出的標(biāo)號(hào)包括對(duì)如以下進(jìn)一步討論的下面元素的引用:
[0024]I:外部交通信息提供系統(tǒng)
[0025]10:行駛信息或道路信息收集設(shè)備
[0026]11:GPS 接收器
[0027]12:數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元
[0028]13:信息接收器
[0029]14:照相機(jī)傳感器
[0030]15:傳感器控制器
[0031]20:電池控制器
[0032]21:電池
[0033]30:行駛信息收集設(shè)備
[0034]40:車輛控制器
[0035]50:電動(dòng)機(jī)控制器
[0036]51:電氣設(shè)備(驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和HSG)
[0037]60:發(fā)動(dòng)機(jī)控制器
[0038]61:發(fā)動(dòng)機(jī)
[0039]應(yīng)當(dāng)理解，附圖未必按比例繪制，它們呈現(xiàn)本文所公開的本發(fā)明的各種示例性特征的某些簡(jiǎn)化表示。如本文公開的本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)特征，包括例如具體尺寸、方向、位置和形狀，將由特定用途和使用環(huán)境所確定。在附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)指代本發(fā)明的相同或者等同部件。
【具體實(shí)施方式】
[0040]雖然示例性實(shí)施例被描述為使用多個(gè)單元來執(zhí)行示例性過程，但是應(yīng)當(dāng)理解，示例性過程也可以由一個(gè)或復(fù)數(shù)個(gè)模塊執(zhí)行。此外，應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語控制器/控制單元是指包括存儲(chǔ)器和處理器的硬件設(shè)備。存儲(chǔ)器被配置為存儲(chǔ)模塊，并且處理器被具體配置為運(yùn)行所述模塊以執(zhí)行下面進(jìn)一步描述的一個(gè)或多