使用均方根電流的電池控制的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的一種方法，除了別的以外包括，監(jiān)測一時間窗口內(nèi)部件的均方根(RMS)電流，和調(diào)整針對電池的電流流動以使RMS電流的斜率隨RMS電流接近該時間窗口內(nèi)RMS電流極限而逐漸地接近零。
【專利說明】使用均方根電流的電池控制的系統(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001 ]電動車輛--比如混合動力電動車輛化EV)--使用電機代替內(nèi)燃發(fā)動機，或除 了內(nèi)燃發(fā)動機之外使用電機。電動車輛通常裝備有包含存儲為電機供電的電力的多個電池 單元的電池組。在發(fā)動機的操作過程中，電池單元產(chǎn)生熱量。因此，一些電池組包括使用流 體一一比如液體或空氣一一來冷卻單元的熱管理系統(tǒng)。電池組還包括產(chǎn)生熱量的其它部 件，比如線束、連接器和纜線(作為示例）。然而，運些部件通常不被冷卻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的一種方法，除了別的W外包括，監(jiān)測一時間窗口內(nèi)部 件的均方根(RMS)電流，和調(diào)整針對電池的電流流動W使RMS電流的斜率隨RMS電流接近該 時間窗口內(nèi)RMS電流極限而逐漸地接近零。
[0003] 在前述方法的又一實施例中，控制相對于電池流動的電流的量，使得通過已確定 的衰減線剌良制與RM視流相關(guān)的RM視流的斜率。
[0004] 在前述方法的又一實施例中，衰減線最初具有漸增地負斜率。
[0005] 在前述方法的又一實施例中，在RMS電流達到RMS電流極限之前，衰減線具有拐點。
[0006] 在前述方法的又一實施例中，衰減線的斜率隨衰減線收斂于在RMS電流極限處具 有零平均RMS電流斜率值的點而逐漸地接近零。
[0007] 在前述方法的又一實施例中，時間窗口內(nèi)RMS電流極限是已確定的值。
[000引在前述方法的又一實施例中，方法進一步包括監(jiān)測多個時間窗口內(nèi)部件的RMS電 流，多個時間窗口中的每個具有RMS電流極限。
[0009] 在前述方法的又一實施例中，多個時間窗口包括五個時間窗口。
[0010] 在前述方法的又一實施例中，五個時間窗口是300、600、1200、1800、和3600秒。
[0011] 在前述方法的又一實施例中，方法包括使用RMS電流估算部件的溫度。
[0012] 在前述方法的又一實施例中，RMS電流極限對應(yīng)于部件的不能接受地高的操作溫 度。
[0013] 在前述方法的又一實施例中，MS電流極限根據(jù)環(huán)境溫度來調(diào)整。
[0014] 在前述方法的又一實施例中，其中監(jiān)測RMS電流的步驟包括對計算出的RMS電流應(yīng) 用濾波器W使計算出的RMS電流平滑。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面的一種方法，除了別的W外包括，監(jiān)測多個時間 窗口內(nèi)部件的均方根(RMS)電流。每個時間窗口具有RMS電流極限。進一步地，方法包括當(dāng)任 意一個時間窗口內(nèi)RMS電流接近各自的RMS電流極限時調(diào)整針對電池的電流流動。
[0016] 在前述方法的又一實施例中，多個時間窗口包括至少五個時間窗口。
[0017] 在前述方法的又一實施例中，調(diào)整針對電池的電流流動W使特定時間窗口內(nèi)RMS 電流的斜率隨RMS電流接近RMS電流極限中的各自的一個而逐漸地接近零。
[001引根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的一種系統(tǒng)，除了別的W外包括，電池、與電池相關(guān)聯(lián)的 部件、和控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)配置為監(jiān)測一時間窗口內(nèi)部件的均方根(RMS)電流。控制系統(tǒng) 進一步配置為調(diào)整針對電池的電流流動W使RMS電流的斜率隨RMS電流接近該時間窗口內(nèi) RMS電流極限而逐漸地接近零。
[0019] 在前述系統(tǒng)的又一實施例中，控制針對電池的電流流動量W使RMS電流的斜率相 對于RMS電流的當(dāng)前值通過已確定的衰減線來限制。
[0020] 在前述系統(tǒng)的又一實施例中，衰減線的斜率隨衰減線收斂于在RMS電流極限處具 有零平均RMS電流斜率值的點而逐漸地接近零。
[0021] 在前述系統(tǒng)的又一實施例中，控制系統(tǒng)監(jiān)測多個時間窗口內(nèi)部件的RMS電流，多個 時間窗口中的每個具有已確定的RMS電流極限。
[0022] 前述段落、權(quán)利要求、或下面的附圖和說明書中的實施例、示例和替代物，包括任 何它們的各種方面或各自單獨的特征，可W獨立地或W任何組合使用。與一個實施例結(jié)合 描述的特征適用于所有實施例，除非運些特征是不相容的。
【附圖說明】
[0023] 附圖可W簡要描述如下：
[0024] 圖1示意性地說明了車輛的動力傳動系統(tǒng)；
[0025] 圖2說明了根據(jù)本發(fā)明的示例方法；
[0026] 圖3W圖形方式表示了使用300秒時間窗口的部件的RMS電流對時間的圖；
[0027] 圖4W圖形方式表示了與圖3中相同的部件和時間窗口的平均RMS斜率對RMS值的 圖；
[002引圖5是圖4的圓圈區(qū)域的近視圖；
[00巧]圖6是使用300、600、1200、1800和3600秒的五個單獨的時間窗口的部件的RMS電流 對時間的圖；
[0030] 圖7 W圖形方式表示了圖6的300、600、1200、1800和3600秒時間窗口內(nèi)平均RMS斜 率對RMS值的圖。
【具體實施方式】
[0031] 本發(fā)明設(shè)及一種使用一個或多個電氣部件的RMS(均方根)電流的電池控制的系統(tǒng) 和方法。示例部件例如包括線束、連接器和高壓纜線。運些部件的MS電流被使用(在一些示 例中連同環(huán)境、外部車輛溫度)來估算部件的溫度。隨RMS電流接近特定極限，從電池吸取或 輸入電池的電力或電流被減少W維持或降低部件的溫度。
[0032] 圖1示意性地示出了車輛12-一其在本示例中是電動車輛一一的動力傳動系統(tǒng)。 盡管描述為混合動力電動車輛化EV)的動力傳動系統(tǒng)，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本文描述的概念不 局限于混合動力電動車輛，且可W擴展到其它車輛，包括但不限制于，插電式混合動力電動 車輛(P肥V )、純電動車輛(BEV )、和模塊化混合動力變速器車輛。此外，本發(fā)明擴展到其它類 型的電池總成并且不限制于與車輛相關(guān)聯(lián)的那些。
[0033] 在一個實施例中，動力傳動系統(tǒng)10是采用第一驅(qū)動系統(tǒng)和第二驅(qū)動系統(tǒng)的功率分 流動力傳動系統(tǒng)。第一驅(qū)動系統(tǒng)包括發(fā)動機14和發(fā)電機18(即，第一電機)的組合。第二驅(qū)動 系統(tǒng)至少包括馬達22(即，第二電機）、發(fā)電機18、和電池24。在本實施例中，第二驅(qū)動系統(tǒng)被 認為是動力傳動系統(tǒng)10的電力驅(qū)動系統(tǒng)。第一和第二驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生扭矩來驅(qū)動一組或多組 車輛12的車輛驅(qū)動輪28。
[0034] 發(fā)動機14一一其在本示例中是內(nèi)燃發(fā)動機（ICE)-一從燃料箱16接收燃料，比如 汽油。根據(jù)車輛的類型，可W使用除了汽油W外的燃料。發(fā)動機14和發(fā)電機18可W通過動力 傳輸單元30-一其在本示例中是混合動力變速器齒輪系統(tǒng)，比如行星齒輪組一一連接。當(dāng) 然，其他類型的動力傳輸單元一一包括其他齒輪組和變速器一一也可W用來將發(fā)動機14連 接到發(fā)電機18。在一個非限制性實施例中，動力傳輸單元30是包括環(huán)形齒輪、中屯、齒輪、和 托架總成的行星齒輪組。
[0035] 發(fā)電機18可W通過動力傳輸單元30被發(fā)動機14驅(qū)動來將動能轉(zhuǎn)換成電能。發(fā)電機 18可W選擇地作為馬達運行來將電能轉(zhuǎn)換成動能，從而輸出扭矩到連接到動力傳輸單元30 的軸38。因為發(fā)電機18可操作地連接到發(fā)動機14,所W發(fā)動機14的速度可W通過發(fā)電機18 控制。
[0036] 動力傳輸單元30可W連接到軸40上，軸40通過第二動力傳輸單元44--其在本示 例中是驅(qū)動齒輪系統(tǒng)一一連接到車輛驅(qū)動輪28。第二動力傳輸單元44可W包括具有多個齒 輪的齒輪組。其它動力傳輸單元也可W是合適的。第二動力傳輸單元44將扭矩從發(fā)動機14 傳遞到差速器48來最終提供牽引力給車輛驅(qū)動輪28。差速器48可W包括使扭矩能夠傳遞到 車輛驅(qū)動輪28的多個齒輪。在本實施例中，第二動力傳輸單元44通過差速器48機械地連接 到車橋50W將扭矩分配到車輛驅(qū)動輪28。
[0037] 馬達22(即，第二電機)也可W通過輸出扭矩到也連接到第二動力傳輸單元44的軸 52用來驅(qū)動車輛驅(qū)動輪28。在一個實施例中，馬達22和發(fā)電機18合作作為再生制動系統(tǒng)的 一部分，其中馬達22和發(fā)電機18可W用作馬達來輸出扭矩。例如，馬達22和發(fā)電機18可W各 自輸出電力到電池24。
[0038] 電池24是一個示例性類型的電動車輛電池總成并且可W采用能夠輸出電力來操 作馬達22和發(fā)電機18的高電壓電池的形式。電池24可W包括根據(jù)應(yīng)用并聯(lián)或串聯(lián)連接的一 個或多個電池模塊。電池24可W進一步包括多個部件C，例如線束、電連接器、和高壓纜線。 其它類型的能量存儲裝置和/或輸出裝置也可W用來在車輛12內(nèi)供應(yīng)電力。
[0039] 動力傳動系統(tǒng)10可W額外地包括用于監(jiān)測和/或控制車輛12的各個方面的控制系 統(tǒng)58(或，"控制器"）。例如，控制系統(tǒng)58可W與電池24通信，并且可操作為調(diào)整針對電池24 流動的電流量。換句話說，控制系統(tǒng)58可W可操作為控制馬達22從電池24吸取和輸入電池 24的電力和/或電流。此外，控制系統(tǒng)58可操作為同時監(jiān)測多個時間窗口內(nèi)相對于RMS極限 的RMS電流，如將在下面更詳細的解釋。
[0040] 控制系統(tǒng)58包括電子器件、軟件、或兩者，W執(zhí)行操作車輛12的必要的控制功能。 在一個非限制性實施例中，控制系統(tǒng)58是組合式車輛系統(tǒng)控制器和動力傳動系統(tǒng)控制模塊 (VSC/PCM)。盡管它被示為單一的硬件裝置，但是控制系統(tǒng)58可W包括W多個硬件裝置的形 式，或在一個或多個硬件裝置內(nèi)的多個軟件控制器的形式的多個控制器。控制器局域網(wǎng) (CAN)62允許控制系統(tǒng)58與車輛12的各種部件通信。
[0041] 圖2說明了根據(jù)本發(fā)明的示例方法64。在方法64中，在66,監(jiān)測一個或多個時間窗 口內(nèi)電池24的部件C的RMS電流。本發(fā)明可W在多個時間窗口內(nèi)一次監(jiān)測多個部件C。如上所 述，被監(jiān)測的部件C可W包括例如線束、電連接器、和高壓纜線。本發(fā)明擴展到在電池24的操 作過程中通過電流流動產(chǎn)生熱量的其它類型的部件。
[0042] RMS電流是表示已經(jīng)在過去的時間窗口內(nèi)從當(dāng)前時間流過部件的電流的值。部件 的RMS電流可W由控制系統(tǒng)58計算如下：
[0043]
[0044] 在上述等式中的"avg"下標表示在特定時間窗口內(nèi)隨時間變化的電流的平方的平 均值。在本發(fā)明中，一個示例時間窗口是300秒。因此，在特定時間點使用300秒的時間窗口 計算出的部件的RMS電流是表示在先前的300秒中流過部件的電流的值。
[0045] 圖3W圖形方式說明了RMS電流對時間的圖?？v軸是RMS電流，W安培為單位，且橫 軸是時間，單位為秒。線68是使用300秒時間窗口計算的特定部件的RMS電流對時間的圖。
[0046] 如上所述，本發(fā)明使用RMS電流作為用于估算部件的溫度的基礎(chǔ)。在特定的時間窗 口內(nèi)，每個部件具有已知的MS極限，其可W取決于或可W不取決于環(huán)境溫度(例如，對于較 高的環(huán)境溫度，部件散熱更困難，所W給定的RMS電流可W導(dǎo)致較高的部件溫度）。在方法64 中，在67,隨部件的RMS電流接近RMS極限，控制系統(tǒng)58開始調(diào)整W在69從電池24吸取電力或 電流或?qū)㈦娏螂娏鬏斎腚姵?4。
[0047] 在本示例中，在300秒時間窗口內(nèi)，與圖3相同的部件具有約130安培的RMS極限。在 70,圖4中說明了RMS極限。在該RMS極限70之上，部件的溫度可W超過部件的最大操作溫度。 在運個溫度之上，部件可能發(fā)生故障或W不合格的水平操作。
[004引圖4是平均RMS斜率(例如，變化率)對RMS值的圖形?？蛇x擇地/平均RMS斜率'也可 W被稱作"平滑腳'MS斜率。在一些示例中使用平均斜率因為原始RMS值太不穩(wěn)定而不能評 估?？蒞使用平均或另一個濾波過程使RMS值是"平滑的"。例如，濾波器可W是應(yīng)用到計算 出的MS電流信號W過濾掉信號的斜率的迅速變化的基于軟件的濾波器，運允許RMS電流的 斜率的更好的評估。在本申請中術(shù)語"平均"的使用包含其它類型的濾波過程。
[00例線A是線68的平滑斜率相對于RMS值的圖。控制系統(tǒng)5則尋線A與已經(jīng)為圖3中線68的 相同的部件和時間窗口確定的闊值線72進行比較。當(dāng)部件的RMS電流表明可能存在溫度問 題時，闊值線72用來控制從電池24吸取或輸入電池24的電力或電流的水平。
[0050]在圖4中，在闊值線72之上的區(qū)域表示操作的不可接受范圍（例如，當(dāng)在闊值線72 之上操作時，部件的溫度可W在最大額定操作溫度之上）。
[0051 ]闊值線72包括從零RMS電流到衰減闊值76的恒定段74。在零RMS電流和衰減闊值76 之間，在本示例中恒定段在約0.8A/S。超過衰減闊值76,闊值線72開始遵循衰減線78。
[0052] 在本示例中，衰減線78隨RMS電流值接近RMS極限70而平滑地和逐漸地接近零平均 RMS斜率。在本示例中，衰減線具有第一部分80,該第一部分80具有類似于二次多項式（例 如，-X 2)的斜率的漸增地負斜率。然而，在達到零平均RMS斜率之前的點，衰減線78包括拐點 82, W使衰減線78的斜率隨衰減線78收斂于在RMS極限70處具有零平均RMS斜率值的點84而 接近零。連同拐點82,衰減線78有點類似=次多項式（例如，-X 3)。通常，衰減線78可W類似 "平滑緊湊的"衰減函數(shù)(例如，
庚中k是常數(shù)，L是RMS電流極限（例如，圖4中附 圖標記7 0 )，并且X是衰減線開始的RMS電流(例如，圖4中附圖標記7 6))。
[0053] 通過限定衰減線78, W使它隨衰減線78收斂于點84而平滑地且逐漸地接近于零斜 率，可W避免不期望的車輛行為，比如影響噪聲和振動的發(fā)動機操作的迅速變化。本質(zhì)上， 衰減線78允許遠離滿電池容量平滑過渡而沒有將對駕駛員或乘客值得注意的任何明顯的 干擾。
[0054] 如所提到的，圖4包括線A，其表示RMS斜率對圖3中線68的RMS值的圖。在運種情況 下，線A不接近闊值線72。然而，如果接近，則針對電池24的電流流動(例如，從電池24吸取或 輸入電池24的電力或電流)將通過控制系統(tǒng)58降低，運相應(yīng)地將降低部件的RMS電流，并最 終降低部件的溫度。
[0055] 盡管圖3和4說明了使用300秒時間窗口計算出的特定部件的RMS電流，但是可W使 用額外的窗口，并且實際上，可W對提供流過特定部件的電流更完整的描述有用。此外，300 秒窗口僅僅考慮來自特定時間點的先前的300秒。運種相對短的窗口提供在短期內(nèi)流過部 件的電流的準確描述。然而，在長期內(nèi)監(jiān)測流過部件的電流也可W是有益的。因此，在本發(fā) 明的一個示例中，平行考慮多個時間窗口。
[0056] 在一個示例中，對于給定的部件，平行監(jiān)測與五個單獨的窗口相關(guān)的RMS電流。如 圖6中所示，線68是與圖3相同的線68,其表示使用300秒時間窗口的特定部件的RMS電流對 時間的圖。線90、92、94、和96是使用600、1200、1800、和3600秒窗口計算出的相同的部件的 RMS電流對時間的圖。盡管五個窗口在此具體地討論，但是本發(fā)明擴展到不同數(shù)量的時間窗 口。此外，盡管300、600、1200、1800、和3600秒窗口在此被監(jiān)測，但是本發(fā)明擴展到其它持續(xù) 時間窗口。
[0化7] 如圖7中所示，存在分別與運些600、1200、1800、和3600秒窗口相關(guān)的已確定的RMS 極限98、100、102、104。相對于300秒窗口的1?15極限70，與較長窗口相關(guān)的極限98、100、102、 104相繼地變小。運是由于部件在短時間內(nèi)處理相對大的電流的能力，而當(dāng)在長時間內(nèi)經(jīng)歷 時被相對較低的電流激烈地影響。
[005引每個窗口進一步分別與600、1200、1800、3600秒窗口的闊值線106、108、110、和112 相關(guān)。運些闊值線106、108、110、112與相對于圖4所討論的闊值線72在外形上是相同的，盡 管它們本質(zhì)上按比例縮小。例如，闊值線106、108、110、112的恒定段相繼地變小(例如，降低 平均RMS斜率的值），且每個比恒定段74更小。每個闊值線106、108、110、112包括衰減線，該 衰減線隨各自的闊值線收斂于在各自RMS極限處具有零平均RMS斜率值的點而平滑地且逐 漸地接近零斜率(W針對衰減線78如上所述的相同的方式）。
[0059] 然而圖4中的線A不接近闊值線72,圖7說明了使用3600秒時間窗口計算出的線B。 如圖7中所示，在點114,線B已接近闊值線112的衰減線116部分。因此，在67,控制系統(tǒng)58調(diào) 整從電池24吸取，或輸入電池24的電力或電流，W確保與部件相關(guān)的RMS電流不超出闊值線 112。此外，在本示例中，在點118,控制系統(tǒng)58已指示馬達22不再完全地從電池24吸取任何 電力，或發(fā)送任何電力給電池24。運樣做可W避免超過與3600秒窗口相關(guān)的RMS極限104。
[0060] 當(dāng)做出運樣的調(diào)整時，與其它時間窗口（例如，300、600、1200、和1800秒）相關(guān)的 RMS電流可W不表明任何溫度問題。因此，在本示例中，問題只能夠通過平行考慮多個時間 窗口來識別。
[0061] 本發(fā)明提供了相對容易地實現(xiàn)一-并且實際上可W使用現(xiàn)有部件來實現(xiàn)一-的 系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明也是有利的，因為被監(jiān)測的部件的溫度使用溫度傳感器不容易檢測。 此外，本發(fā)明避免了可能由突然電池斷電或在電池容量迅速減少導(dǎo)致的不良車輛行為。相 反地，平滑的、逐漸的衰減線允許大體上不間斷的駕駛，同時保護車輛的電氣部件。
[0062] 盡管不同的示例具有圖中所示的特定部件，但是本發(fā)明的實施例并不限于那些特 定的組合。使用與來自示例的另一個的特征或部件結(jié)合的來自示例的一個的一些部件或特 征是可能的。例如，盡管本發(fā)明已特別地引用車輛的電池24作為一個特定應(yīng)用，但是本發(fā)明 可W在其它電氣系統(tǒng)，比如空調(diào)系統(tǒng)中使用。本發(fā)明不限制于電池24和它的部件。
[0063] 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解上述實施例是示例性的和非限制性的。也就是說， 本發(fā)明的修改將落入權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。因此，應(yīng)該研究下面的權(quán)利要求來確定它們的 真實范圍和內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1. 一種方法，包含： 監(jiān)測一時間窗口內(nèi)部件的均方根(RMS)電流；以及 調(diào)整針對電池的電流流動以使所述RMS電流的斜率隨所述RMS電流接近所述時間窗口 內(nèi)RMS電流極限而逐漸地接近零。2. 如權(quán)利要求1中所述的方法，其中控制相對于所述電池流動的電流的量，使得通過已 確定的衰減線來限制與所述RMS電流相關(guān)的所述RMS電流的所述斜率。3. 如權(quán)利要求2中所述的方法，其中所述衰減線最初具有漸增地負斜率。4. 如權(quán)利要求3中所述的方法，其中在所述RMS電流達到所述RMS電流極限之前，所述衰 減線具有拐點。5. 如權(quán)利要求4中所述的方法，其中所述衰減線的所述斜率隨所述衰減線收斂于在所 述RMS電流極限處具有零平均RMS電流斜率值的點而逐漸地接近零。6. 如權(quán)利要求1中所述的方法，其中所述時間窗口內(nèi)所述RMS電流極限是已確定的值。7. 如權(quán)利要求1中所述的方法，進一步包含： 監(jiān)測多個時間窗口內(nèi)所述部件的RMS電流，所述多個時間窗口中的每個具有RMS電流極 限。8. 如權(quán)利要求7中所述的方法，其中所述多個時間窗口包括五個時間窗口。9. 如權(quán)利要求8中所述的方法，其中所述五個時間窗口是300、600、1200、1800、和3600 秒。10. 如權(quán)利要求1中所述的方法，進一步包含： 使用所述RMS電流估算所述部件的所述溫度。11. 如權(quán)利要求10中所述的方法，其中所述RMS電流極限對應(yīng)于所述部件的不可接受地 高的操作溫度。12. 如權(quán)利要求11中所述的方法，其中所述RMS電流極限根據(jù)環(huán)境溫度來調(diào)整。13. 如權(quán)利要求1中所述的方法，其中所述監(jiān)測所述RMS電流的步驟包括對計算出的RMS 電流應(yīng)用濾波器以使所述計算出的RMS電流平滑。
【文檔編號】H01M10/42GK105826621SQ201610037233
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月20日
【發(fā)明人】保羅·珀金斯
【申請人】福特全球技術(shù)公司