專利名稱：用來在有一改變系統(tǒng)負(fù)載的情況下建立發(fā)電機(jī)電流以保持一特定蓄電池充電狀態(tài)的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混合電氣系統(tǒng)，這些系統(tǒng)包括一受到電力供電的負(fù)載、一蓄電池和一可控電源，本發(fā)明尤其涉及帶有一些控制系統(tǒng)的混合電氣車輛，這些控制系統(tǒng)用來根據(jù)蓄電池的充電狀態(tài)控制從一旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)向蓄電池的充電。
在控制含一牽引電動(dòng)機(jī)、一牽引蓄電池(它可包括許多獨(dú)立的蓄電池元件)和一用來對該蓄電池充電的受發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)的混合電氣車輛時(shí)，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，響應(yīng)于蓄電池電壓的一個(gè)簡單蓄電池充電控制器無法將蓄電池保持在一受控的充電電平，因?yàn)樾铍姵卦诠ぷ髌陂g緩慢地放電，這歸因于在有一變化蓄電池或總線電壓的情況下，控制系統(tǒng)積分器動(dòng)作。而且，從能量的觀點(diǎn)來看，這樣一個(gè)簡單的控制器效率低，因?yàn)樾铍姵氐墓ぷ鼽c(diǎn)無法受控，也就是說，蓄電池的阻抗無法受控。
對于混合電氣車輛來說，希望有改進(jìn)的蓄電池充電控制方法。
已描述這樣一種方法，它用來將一混合電氣車輛蓄電池的充電狀態(tài)控制在一設(shè)定充電狀態(tài)周圍，該設(shè)定充電狀態(tài)低于滿充電狀態(tài)。通過控制一發(fā)電機(jī)來完成控制，該發(fā)電機(jī)可以是一發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)結(jié)合物、燃料電池、太陽能電池等等。該方法包括以下步驟估計(jì)蓄電池的充電狀態(tài)，由此產(chǎn)生一代表蓄電池現(xiàn)有(或現(xiàn)存或當(dāng)前)充電狀態(tài)的信號。產(chǎn)生一信號，該信號代表蓄電池的理想充電狀態(tài)，該理想充電狀態(tài)低于滿充電狀態(tài)。在代表現(xiàn)有充電狀態(tài)的信號與代表理想充電狀態(tài)的信號之間的取其差值，由此產(chǎn)生一充電狀態(tài)誤差信號。該充電狀態(tài)誤差信號至少受到積分處理，以產(chǎn)生一理想發(fā)電機(jī)電流信號，該理想發(fā)電機(jī)電流信號代表理想的發(fā)電機(jī)電流。該發(fā)電機(jī)電流受到檢測，以產(chǎn)生一現(xiàn)有發(fā)電機(jī)電流信號。在現(xiàn)有發(fā)電機(jī)電流信號與理想發(fā)電機(jī)電流信號之間取其差值，從而產(chǎn)生一發(fā)電機(jī)電流誤差信號。該發(fā)電機(jī)電流誤差信號至少受到積分處理，以產(chǎn)生一發(fā)電機(jī)輸出電流命令。發(fā)電機(jī)電流輸出量受到發(fā)電機(jī)輸出電流命令的控制。在根據(jù)本發(fā)明的另一等效方法中，蓄電池阻抗保持在一預(yù)定值，而不是充電狀態(tài)保持在預(yù)定值?？梢酝ㄟ^用蓄電池的放電電流除總線或蓄電池電壓求其商來確定蓄電池阻抗?？梢詫π铍姵仉妷汉头烹婋娏髑笃骄怠?br> 在根據(jù)本發(fā)明一特殊變型的方法中，控制電流輸出量的步驟包括以下步驟控制一燃料電池的電流輸出量；而在另一變型中，它包括以下步驟控制一旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度。
在本發(fā)明一特殊形式中，處理充電狀態(tài)誤差信號的步驟包括以下進(jìn)一步的步驟將積分后的充電狀態(tài)信號乘以車輛負(fù)載電流，產(chǎn)生一倍增積分后的充電狀態(tài)誤差信號。
在本發(fā)明一特殊實(shí)施例中，處理倍增積分后的充電狀態(tài)誤差信號的步驟包括以下進(jìn)一步的步驟產(chǎn)生一低蓄電池狀態(tài)信號；將該低蓄電池狀態(tài)信號加到倍增積分后的充電狀態(tài)誤差信號上。在該實(shí)施例一特殊變型中，產(chǎn)生一低蓄電池狀態(tài)信號的步驟包括以下步驟限制該充電狀態(tài)誤差信號，產(chǎn)生一有限的充電狀態(tài)誤差信號；將該有限的充電狀態(tài)誤差信號乘以一增益值。
在一變型中，估計(jì)蓄電池充電狀態(tài)的步驟包括以下步驟對現(xiàn)有發(fā)電機(jī)電流與負(fù)載電流之和求積分。
根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出電流命令控制發(fā)電機(jī)的電流輸出量的步驟可以包括以下步驟施加發(fā)電機(jī)輸出電流命令信號，以控制耦合到一旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)上的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速。
一種根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的設(shè)備控制一蓄電池的充電狀態(tài)，該蓄電池與一可控輔助電源和一負(fù)載有關(guān)。該設(shè)備包括該蓄電池和與該蓄電池有關(guān)的充電狀態(tài)估計(jì)器。一負(fù)載電流傳感器耦合到該負(fù)載上。該設(shè)備還包括一可控電源和一耦合到該可控電源上的電源電流傳感器，用以產(chǎn)生一電源電流信號，該信號代表該可控電源所產(chǎn)生的電流。一功率傳輸裝置耦合到蓄電池、負(fù)載和可控電源上，用以使功率從蓄電池、電源或蓄電池與電源這兩者流至負(fù)載。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一信號源產(chǎn)生一代表蓄電池理想充電狀態(tài)的信號。第一誤差信號發(fā)生器耦合到充電狀態(tài)估計(jì)器上，并且耦合到代表蓄電池理想充電狀態(tài)的信號源上，用以在諸信號之間取差值，由此產(chǎn)生一充電狀態(tài)誤差信號。第一處理裝置耦合到第一誤差信號發(fā)生器上，用以通過至少對該充電狀態(tài)誤差信號求積分來處理該充電狀態(tài)誤差信號，由此產(chǎn)生一理想電源信號，該理想電源信號代表要由可控電源產(chǎn)生的電流。第二誤差信號發(fā)生器耦合到第一處理裝置和電源電流傳感器上，用以在理想電源信號與電源電流信號之間取差值，由此產(chǎn)生一電源電流誤差信號。第二處理裝置耦合到第二誤差信號發(fā)生器上，用以至少通過積分來處理電源電流誤差信號，由此產(chǎn)生一可控電源控制信號。一耦合裝置耦合到第二處理裝置和可控電源上，用以將可控電源控制信號耦合到控制它的可控電源上。
根據(jù)本發(fā)明一更具體的實(shí)施例，第一處理裝置包括第一開關(guān)裝置。第一開關(guān)裝置包括一控制端口；第一和第二可開關(guān)端口；以及一公共端口，在施加到控制端口(320c)上一邏輯信號的控制下，第一和第二可開關(guān)端口接至該公共端口。第一通道耦合到第一誤差信號發(fā)生器和第一開關(guān)裝置的第一可開關(guān)端口上。第一通道包括第一積分器，第一積分器用第一常數(shù)所控制的速度對充電狀態(tài)誤差信號求積分，用以產(chǎn)生第一積分后的充電狀態(tài)信號。一恒定信號源耦合到第一開關(guān)裝置的第二可開關(guān)端口上。該恒定信號代表一個(gè)固定百分?jǐn)?shù)的負(fù)載電流。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該固定百分?jǐn)?shù)可以是100％的負(fù)載電流。一快速積分器耦合到第一誤差信號發(fā)生器上，該快速積分器用來至少用第二常數(shù)所控制的速度對充電狀態(tài)誤差信號求積分，第二常數(shù)大于第一積分器的第一常數(shù)，用以產(chǎn)生第二積分后的充電狀態(tài)信號。設(shè)置一信號源，它用來產(chǎn)生代表100％負(fù)載電流的信號。一加法電路包括一耦合到快速積分器上的反相輸入端口，還包括一耦合到代表100％負(fù)載電流信號源的同相輸入端口，該加法電路用來對施加到該加法電路上電話信號求和，由此產(chǎn)生一些信號，這些信號代表由蓄電池提供的負(fù)載電流的那部分。一信號比較裝置耦合到加法電路和負(fù)載電流傳感器上，該信號比較裝置用來對代表負(fù)載電流的信號和代表由蓄電池提供的負(fù)載電流那部分的信號進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生第一邏輯電平，當(dāng)負(fù)載電流為較大時(shí)，將第一邏輯電平耦合到第一開關(guān)裝置的控制輸入端口上，并且產(chǎn)生第二邏輯電平，當(dāng)代表由蓄電池提供的負(fù)載電流那部分的信號為較大時(shí)，將第二邏輯電平耦合到控制輸入端口，從而在負(fù)載電流為較大時(shí)使開關(guān)裝置將公共端口耦合到第一可開關(guān)端口上，而在代表由蓄電池提供的負(fù)載電流那部分的信號為較大時(shí)使開關(guān)裝置將公共端口耦合到第二可開關(guān)端口上。一求和裝置包括耦合到負(fù)載電流傳感器上的第一輸入端口，還包括第二輸入端口，該求和裝置用來把代表負(fù)載電流的信號和施加給該求和裝置第二輸入端口的信號相加，從而產(chǎn)生理想電源電流信號。一乘法裝置耦合到第一開關(guān)裝置的公共端口和求和裝置的第二輸入端口上，該乘法裝置用來乘以負(fù)載電流信號，這些信號是(a)積分后的充電狀態(tài)信號和(b)代表一固定百分?jǐn)?shù)的負(fù)載電流的信號中的一種，所述的固定百分?jǐn)?shù)的負(fù)載電流耦合到第一開關(guān)裝置的公共端口上。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，第一積分器是一狀態(tài)限制積分器。在另一具體實(shí)施例中，第一處理裝置還包括一限制器，該限制器耦合到求和裝置和第二誤差信號發(fā)生器的同相輸入端口上，該限制器用來限制施加到第二誤差信號發(fā)生器上的理想電源電流信號。在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，第一處理裝置還包括一代表從蓄電池中引出的最大電流的信號源，以及包括一耦合到加法電路與代表最大電流的信號源上的乘法器，用以使代表由蓄電池提供的負(fù)載電流那部分的信號乘以代表最大電流的信號。
根據(jù)本發(fā)明的裝置與方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于，可以使蓄電池恒定保持在一充電狀態(tài)，該充電狀態(tài)低于滿充電狀態(tài)。這也意味著把能量返還給蓄電池的再生制動(dòng)可以用在一電力驅(qū)動(dòng)車輛的大多數(shù)工作條件下，而不會因過度充電而損壞蓄電池。在大多數(shù)條件下使用再生制動(dòng)的能力也能產(chǎn)生高工作效率。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的系統(tǒng)簡化方框圖，該系統(tǒng)包括一蓄電池充電估計(jì)部分；圖2是圖1系統(tǒng)中蓄電池充電估計(jì)部分的簡化方框圖；圖3是圖1裝置中處理部分更詳細(xì)但仍為簡化的方框圖。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的系統(tǒng)簡化方框圖。圖1中，該系統(tǒng)可以是一混合電氣車輛10，該車輛10包括一發(fā)電機(jī)12。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)12可以是一旋轉(zhuǎn)內(nèi)燃機(jī)，該旋轉(zhuǎn)內(nèi)燃機(jī)耦合到一旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)上。經(jīng)一通道14將發(fā)電機(jī)12所產(chǎn)生的電流施加給一霍爾效應(yīng)發(fā)電機(jī)電流傳感器16，該傳感器16對發(fā)電機(jī)電流進(jìn)行采樣，在通道18上產(chǎn)生一代表瞬時(shí)發(fā)電機(jī)電流的信號。經(jīng)總線20將發(fā)電機(jī)電流從傳感器16施加給一牽引蓄電池，該牽引蓄電池由一蓄電池符號22表示，一負(fù)載電流傳感器23和一負(fù)載24的串聯(lián)結(jié)合物與牽引蓄電池22并聯(lián)連接，在本發(fā)明一具體實(shí)施例中，該串聯(lián)結(jié)合物是混合電氣車輛10的牽引電動(dòng)機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，設(shè)置一蓄電池充電狀態(tài)估計(jì)器，圖1中，將該蓄電池充電狀態(tài)估計(jì)器表示為位于與蓄電池22相關(guān)的虛線框26內(nèi)。充電狀態(tài)估計(jì)器26在一信號通道28上產(chǎn)生一信號，該信號代表蓄電池22的充電狀態(tài)估計(jì)值。把信號通道28上的信號施加給一處理裝置，該處理裝置示于一點(diǎn)劃線輪廓29之內(nèi)。一誤差信號發(fā)生器30在經(jīng)信號通道28接收到的充電狀態(tài)估計(jì)值與代表由方框32所產(chǎn)生的理想充電狀態(tài)的信號之間取差值，以在一信號通道34上產(chǎn)生一充電狀態(tài)誤差信號。在一方框36中至少通過積分來處理該充電狀態(tài)誤差信號，用以在一信號通道38上產(chǎn)生一信號，該信號代表將由發(fā)電機(jī)12產(chǎn)生的理想電流。
另一誤差信號發(fā)生器40從信號通道38上接收代表理想發(fā)電機(jī)電流的信號，并且從信號通道18接收代表發(fā)電機(jī)電流的信號，取這二者之間的差值，以便在一信號通道42上產(chǎn)生一發(fā)電機(jī)電流誤差信號。在一處理方框44中進(jìn)行進(jìn)一步的處理，包括至少進(jìn)行積分，以產(chǎn)生一發(fā)電機(jī)控制信號。經(jīng)一信號通道46施加該發(fā)電機(jī)控制信號，用以控制發(fā)電機(jī)12的電流輸出量。在發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的情況下，發(fā)電機(jī)控制信號控制發(fā)動(dòng)機(jī)速度。
如上所述，在一混合電氣車輛的情況下，發(fā)電機(jī)可以是一發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的結(jié)合物。在這種情況下，負(fù)載24是一用來驅(qū)動(dòng)車輛的牽引電動(dòng)機(jī)，而蓄電池是一牽引蓄電池。該牽引蓄電池可以提供或不提供輔助的車輛電力，例如空調(diào)、照明等等，這取決于有無起這些作用的輔助蓄電池。尤其應(yīng)指出的是，發(fā)電機(jī)方框12可以是一燃料電池，而不是一發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。
圖2是圖1中充電狀態(tài)估計(jì)器26的簡化方框圖。圖2中，與圖1中那些部件相對應(yīng)的部件由相同的參考數(shù)字指代。如圖2所示，一霍爾效應(yīng)電流傳感器210測量蓄電池電流，并且在一信號通道212上產(chǎn)生一代表蓄電池電流的信號。把該代表蓄電池電流的信號施加給一增益方框214，用來乘以一積分常數(shù)，然后在一狀態(tài)限制積分器216中對倍增后的蓄電池電流信號進(jìn)行積分(1/S)，以在信號通道28上產(chǎn)生充電狀態(tài)信號。
圖3是一簡化的方框圖，它代表圖1中的處理裝置方框29。出現(xiàn)在圖3中的圖1部件由類似的參考數(shù)字指代。圖3中，從圖中左側(cè)的端子3起，經(jīng)信號通道28將估計(jì)后的充電狀態(tài)(SOC)信號施加給加法電路30的反相(-)輸入端口。在方框32中產(chǎn)生理想的充電狀態(tài)信號，并將該信號施加給情況電路30的反相輸入端口。把由加法電路30所產(chǎn)生的充電狀態(tài)誤差信號施加給電流限制器316、乘法器314和乘法器310。乘法器310用一常數(shù)乘以該充電狀態(tài)誤差信號，該常數(shù)控制一狀態(tài)限制積分器312的積分速度。把在狀態(tài)限制積分器312的輸出端口產(chǎn)生的倍增狀態(tài)限制積分后SOC誤差信號施加給一單刀雙擲開關(guān)的第一觸頭320a，該單刀雙擲開關(guān)由一機(jī)械開關(guān)符號320表示，它由出現(xiàn)于其控制輸入端口320c的邏輯電平控制。本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員知道，對一控制系統(tǒng)來說，一開關(guān)的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)裝置是一固體開關(guān)，而不是一機(jī)械開關(guān)。
用一積分常數(shù)乘以乘法器方框314所接收到的充電狀態(tài)(SOC)誤差信號，該積分常數(shù)大于用于乘法器310中的常數(shù)，用以通過一狀態(tài)限制積分器318進(jìn)行更快的積分，該狀態(tài)限制積分器318將輸出值限制在零與一之間。把狀態(tài)限制積分器318的狀態(tài)限制積分輸出施加給一加法電路322的反相輸入端口。
圖3的加法電路322把狀態(tài)限制積分信號與一發(fā)生器324所產(chǎn)生的單個(gè)或一個(gè)值相加?？梢园延稍椿虬l(fā)生器324所產(chǎn)生的單個(gè)值視為代表整個(gè)的負(fù)載電流，而可以把來自狀態(tài)限制積分器318的狀態(tài)限制積分信號視為與(圖1中)發(fā)電機(jī)12要提供的電流量有關(guān)。由加法電路322所產(chǎn)生的和代表100％的負(fù)載電流減去狀態(tài)限制積分值所代表的固定百分?jǐn)?shù)負(fù)載電流，固定百分?jǐn)?shù)負(fù)載電流是蓄電池必須提供的負(fù)載電流。更具體地說，若積分器318輸出端口處的狀態(tài)限制積分值為0.6，則它將代表60％的源324所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)單個(gè)值，而加法電路322的最終輸出量將為0.4，代表要由蓄電池提供的40％負(fù)載電流。這樣，在加法電路322所產(chǎn)生的值代表要由蓄電池提供的負(fù)載電流百分?jǐn)?shù)或百分比。
把來自加法電路322的輸出信號施加給一乘法器324，在該乘法器324中，代表蓄電池提供的百分?jǐn)?shù)負(fù)載電流的信號乘以由一蓄電池電力閾值信號發(fā)生器326所產(chǎn)生的值，該值代表(圖1中)牽引蓄電池22所能提供的最大電力。這樣，作為由來自加法電路322的輸出信號所代表的蓄電池所供百分?jǐn)?shù)負(fù)載電流乘以一代表蓄電池所能提供最大電力的值，以在乘法器324的輸出端產(chǎn)生一倍增信號，該信號代表要由蓄電池所提供的電流。一比較器328耦合到來自乘法器324的倍增輸出量上，并且耦合到用來接收負(fù)載電流信號的信號通道25上，若來自乘法器324的倍增輸出量小于負(fù)載電流，則產(chǎn)生一邏輯高電平或1，反之則產(chǎn)生一邏輯零電平。施加最終的邏輯狀態(tài)，以控制開關(guān)320的狀態(tài)。更具體地說，若來自乘法器324的倍增輸出量小于通道25上的負(fù)載電流，則比較器328產(chǎn)生一“TRUE”(真)或邏輯高電平，如圖3所示，這會控制開關(guān)320將活動(dòng)部件320M接至上(T)觸頭。相應(yīng)地，若來自乘法器324的倍增輸出量值的大小大于信號通道25上信號所指代的負(fù)載電流，則比較器328產(chǎn)生一“FALSE”(假)或邏輯低電平，于是活動(dòng)部件320M接至F端而不接至T端，由此把發(fā)生器所產(chǎn)生的單個(gè)或一個(gè)信號耦合到信號通道332上。
由圖3中加法電路30所產(chǎn)生的充電狀態(tài)誤差信號在限制器316中受到限制，并且在一乘法器334中乘以一常數(shù)。乘法器334的輸出量代表一補(bǔ)償值，在電池處于一低充電狀態(tài)時(shí)，該補(bǔ)償值使電流命令增大。
圖3中一乘法器336經(jīng)信號通道332接收開關(guān)320所選的部分負(fù)載電流信號之一，還接收負(fù)載電流信號，并且使它們相乘，產(chǎn)生一代表要由發(fā)電機(jī)提供的負(fù)載電流量的信號。把來自乘法器336的信號施加給一加法電路338，在該加法電路338中，把代表要由發(fā)電機(jī)提供的負(fù)載電流量的信號與用來在蓄電池充電狀態(tài)為低時(shí)增大發(fā)電機(jī)電流的補(bǔ)償信號相加，從而產(chǎn)生一代表總發(fā)電機(jī)電流Itg的信號。
把總發(fā)電機(jī)電流Itg施加給一限制電路340，它代表最大的發(fā)電機(jī)電流極值。把限制后的總發(fā)電機(jī)電流信號從限制電路340施加給加法電路40的同相輸入端口，經(jīng)信號通道18把發(fā)電機(jī)電流代表信號施加給反相輸入端口。加法電路40在信號通道42上產(chǎn)生一誤差信號，該誤差信號代表理想發(fā)電機(jī)電流與實(shí)際發(fā)電機(jī)電流之差。
把由圖3中誤差信號發(fā)生器40所產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)電流誤差信號施加給串聯(lián)連接的方框44a和44b，它們一起分別代表狀態(tài)限制積分器的增益和狀態(tài)限制積分器本身。經(jīng)信號通道46把狀態(tài)限制積分器44b輸出端處的積分后的信號施加給端子4，用以控制圖1中發(fā)電機(jī)12的輸出電流。在一發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)結(jié)合物的情況下，該信號控制發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)結(jié)合物的發(fā)動(dòng)機(jī)速度。
盡管上述方法通過對輸入與輸出電流進(jìn)行積分來估計(jì)蓄電池的充電狀態(tài)，不過也可以通過測量蓄電池的阻抗或電阻來估計(jì)充電狀態(tài)，上述測量方法通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)測量蓄電池電壓或諸如總線電壓之類與蓄電池電壓有關(guān)的電壓，同時(shí)測量蓄電池放電電流，確定平均商值R=V1+V22i1+i22---(1)]]>其中V1和V2是蓄電池放電采樣時(shí)間間隔1與2期間與蓄電池有關(guān)的電壓；i1和i2分別是相應(yīng)采樣時(shí)間間隔1與2期間的相應(yīng)蓄電池放電電流。
對于本領(lǐng)域中那些普通技術(shù)人員來說，本發(fā)明的其他實(shí)施例將很明顯。例如，盡管已經(jīng)在一混合電氣車輛的情況下描述了本發(fā)明的控制系統(tǒng)，不過本發(fā)明的控制系統(tǒng)可以用于包括蓄電池、一負(fù)載和一用來對蓄電池再充電的電源的任何系統(tǒng)中。盡管所述實(shí)例中的負(fù)載是一直流負(fù)載，不過當(dāng)負(fù)載使用交流電時(shí)，可將一逆變器電連接在負(fù)載與總線之間。在本發(fā)明一實(shí)際實(shí)施例中，負(fù)載是一多相FOC感應(yīng)電機(jī)，但不必詳細(xì)描述該電機(jī)的驅(qū)動(dòng)來理解本發(fā)明。盡管根據(jù)本發(fā)明的方法可以通過專用硬件來進(jìn)行，不過該信號處理的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式是通過軟件；具體地說，開關(guān)320優(yōu)選為一軟件開關(guān)。盡管并未描述控制器的數(shù)字或模擬特生，不過數(shù)字處理方式優(yōu)選適于大多數(shù)應(yīng)用。盡管數(shù)字信號可以是串行或并行的，不過基于處理速度的考慮，并行處理更理想，但是該系統(tǒng)的某些部件可以限定為串行數(shù)據(jù)，在這種情況下，必須采取適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換措施。盡管已將電流傳感器描述為一霍爾效應(yīng)傳感器，不過也可以采用其他類型的傳感器。
這樣，把根據(jù)本發(fā)明的一種方法描述為用來把一混合電氣車輛(10)中蓄電池(22)的充電狀態(tài)控制在低于滿充電狀態(tài)的設(shè)定充電狀態(tài)周圍。該控制是通過控制電力發(fā)電機(jī)(12)來實(shí)現(xiàn)的，該電力發(fā)電機(jī)(12)可以是一發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)結(jié)合物、燃料電池、太陽能電池等等。該方法包括以下步驟估計(jì)蓄電池(22)的充電狀態(tài)，從而(在信號通道28上)產(chǎn)生一代表蓄電池(22)現(xiàn)有或當(dāng)前充電狀態(tài)的信號。一信號(由一方框32)生成，它代表蓄電池(22)的理想充電狀態(tài)，該狀態(tài)低于滿充電狀態(tài)。在代表現(xiàn)有充電狀態(tài)的信號與代表理想充電狀態(tài)的信號之間取差值，由此(在信號通道34上)生成一充電狀態(tài)誤差信號。該充電狀態(tài)誤差信號(在方框36中)至少受到積分處理，以(在一信號通道38上)產(chǎn)生一理想發(fā)電機(jī)(12)電流信號，該信號代表理想發(fā)電機(jī)(12)電流。該發(fā)電機(jī)(12)電流受到(傳感器16)檢測，(在信號通道18上)產(chǎn)生一現(xiàn)有發(fā)電機(jī)(12)電流信號。(于加法電路40中)在現(xiàn)有發(fā)電機(jī)(12)電流信號與理想發(fā)電機(jī)(12)電流信號之間取差值，從而(在信號通道42上)產(chǎn)生一發(fā)電機(jī)電流誤差信號。該發(fā)電機(jī)電流誤差信號(在方框44中)至少受到積分處理，以(在信號通道46上)產(chǎn)生一發(fā)電機(jī)(12)輸出電流命令。發(fā)電機(jī)(12)電流輸出量受到發(fā)電機(jī)(12)輸出電流命令的控制。
在根據(jù)本發(fā)明的具體變型中，控制電流輸出量的步驟包括以下步驟控制一燃料電池的電流量；而在另一變型中，它包括以下步驟控制一旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度。
在本發(fā)明一具體表現(xiàn)形式中，處理充電狀態(tài)誤差信號的步驟包括以下步驟使積分后的充電狀態(tài)信號乘以車輛(10)負(fù)載電流，以(在信號通道28上)產(chǎn)生一倍增積分后的充電狀態(tài)誤差信號。在本發(fā)明這種表現(xiàn)形式一具體變型中，處理倍增積分后的充電狀態(tài)誤差信號的步驟包括以下步驟生成一低蓄電池狀態(tài)信號，把該低蓄電池狀態(tài)信號加到倍增積分后的充電狀態(tài)誤差信號中。在該實(shí)施例一具體變型中，生成一低蓄電池狀態(tài)信號的步驟包括以下步驟限制充電狀態(tài)誤差信號，以產(chǎn)生一有限充電狀態(tài)誤差信號，并且使該有限充電狀態(tài)誤差信號乘以一增益值。
在一變型中，估計(jì)蓄電池(22)充電狀態(tài)的步驟包括以下步驟對現(xiàn)有發(fā)電機(jī)(12)電流與負(fù)載電流之和求積分。
響應(yīng)于發(fā)電機(jī)(12)輸出電流命令來控制發(fā)電機(jī)(12)電流輸出量的步驟可以包括以下步驟施加發(fā)電機(jī)(12)輸出電流命令信號，以控制耦合到一旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)上一內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速。
另外，一種根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的設(shè)備(10)控制與一可控輔助電源(12)和一負(fù)載(24)有關(guān)的蓄電池(22)的充電狀態(tài)。該設(shè)備(10)包括該蓄電池(22)和與該蓄電池(22)有關(guān)的充電狀態(tài)估計(jì)器(26)。一負(fù)載電流傳感器(23)耦合到負(fù)載(24)上。該設(shè)備(10)還包括一可控電源(12)和一耦合到該可控電源(12)上的電源電流傳感器(16)，用以生成一電源電流信號，該電源電流信號代表可控電源(12)所生成的電流。一功率傳輸器(conveyor)(20)耦合到蓄電池(22)、負(fù)載(24)和可控電源(12)上，用以使功率在負(fù)載(24)、蓄電池(22)和電源(12)中間流動(dòng)。一信號源(32)產(chǎn)生一代表蓄電池(22)理想充電狀態(tài)(低于滿充電狀態(tài))的信號。第一誤差信號發(fā)生器(30)耦合到充電狀態(tài)估計(jì)器(26)和代表蓄電池(22)理想充電狀態(tài)的信號源(32)上，用以在這些信號(充電狀態(tài)估計(jì)信號與理想充電狀態(tài)信號)之間取差值，由此生成一充電狀態(tài)誤差信號。第一處理器(36)耦合到第一誤差信號發(fā)生器(30)上，用來通過對充電狀態(tài)誤差信號至少進(jìn)行積分來處理該充電狀態(tài)誤差信號，由此產(chǎn)生一理想電源電流信號，該理想電源電流信號代表可控電源(12)所產(chǎn)生的電流。第二誤差信號發(fā)生器(40)耦合到第一處理器(36)和電源電流傳感器(16)上，用來在理想電源電流信號與該電源電流信號之間取差值，從而產(chǎn)生一電源電流誤差信號。第二處理器(44)耦合到第二誤差信號發(fā)生器(40)上，用來至少通過積分來處理該電源電流誤差信號，由此產(chǎn)生一可控電源(12)控制信號。一耦合裝置(46)耦合到第二處理器(44)和可控電源(12)上，用來把可控電源(12)控制信號耦合到可控電源(12)上，以控制該可控電源(12)。
根據(jù)本發(fā)明一更具體的實(shí)施例，第一處理裝置(36)包括第一開關(guān)裝置(320)。第一開關(guān)裝置包括一控制端口(320c)；第一可轉(zhuǎn)換端口(320a)和第二可轉(zhuǎn)換端口(320b)；和一公共端口(320M)，在一施加給控制端口(320c)的邏輯信號控制下，第一可轉(zhuǎn)換端口(320a)和第二可轉(zhuǎn)換端口(320b)之一接至該公共端口(320M)。第一通道(310,312)耦合到第一誤差信號發(fā)生器(30)，還耦合到第一開關(guān)裝置(320)的第一可轉(zhuǎn)換端口(320a)上。第一通道包括第一積分器(312)，第一積分器(312)用第一常數(shù)所控制的速度對充電狀態(tài)誤差信號進(jìn)行積分，以產(chǎn)生第一積分后的充電狀態(tài)信號。一恒定信號源(330)耦合到第一開關(guān)裝置(320)的第二可轉(zhuǎn)換端口(320b)。該恒定信號代表固定百分?jǐn)?shù)的負(fù)載電流。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該固定百分?jǐn)?shù)可以是100％的負(fù)載電流。一快速積分器(314,318)耦合到第一誤差信號發(fā)生器(30)上，用來至少用第二常數(shù)所控制的速度對充電狀態(tài)誤差信號行行積分，第二常數(shù)大于第一積分器的第一常數(shù)，以生成第二積分后的充電狀態(tài)信號。設(shè)置一信號源(324)，它用來產(chǎn)生代表100％負(fù)載電流的信號。一加法電路(322)包括一耦合至快速積分器(314,318)的反相輸入端口，還包括一耦合至代表100％負(fù)載電流的信號源(324)的同相輸入端口，該加法電路(322)用來對施加給其的信號求和，從而產(chǎn)生代表要由蓄電池提供的那部分負(fù)載電流的信號。一信號比較裝置(328)耦合至加法電路(322)和負(fù)載電流傳感器(23)，用來對代表負(fù)載電流的信號和代表要由蓄電池提供的那部分負(fù)載電流的信號進(jìn)行比較；還用來根據(jù)比較結(jié)果，產(chǎn)生第一邏輯電平，當(dāng)負(fù)載電流為較大時(shí)，把第一邏輯電平耦合到第一開關(guān)裝置(320)的控制輸入端口(320c)；還用來產(chǎn)生第二邏輯電平，當(dāng)代表要由蓄電池提供的那部分負(fù)載電流的信號為較大時(shí)，把第二邏輯電平耦合到控制輸入端口(320c)；由此當(dāng)負(fù)載電流為較大時(shí)，使得開關(guān)裝置(320)把公共端口(320M)耦合至第一可轉(zhuǎn)換端口(320a)，而當(dāng)代表要由蓄電池提供的那部分負(fù)載電流的信號為較大時(shí)，使得開關(guān)裝置(320)把公共端口(320M)耦合至第二可轉(zhuǎn)換端口(320b)。一求和裝置(338)包括耦合至負(fù)載電流傳感器(23)的第一輸入端口，還包括第二輸入端口，該裝置(338)用來把代表負(fù)載電流的信號和施加給該求和裝置(338)第二輸入端口的一個(gè)信號加在一起，由此產(chǎn)生理想電源電流信號。一乘法裝置(336)耦合至第一開關(guān)裝置(320)的公共端口(320M)，還耦合至求和裝置(338)的第二輸入端口，用來乘以負(fù)載電流信號，它們是(a)積分后的充電狀態(tài)信號與(b)代表耦合至第一開關(guān)裝置(320)公共端口(320M)的固定百分?jǐn)?shù)負(fù)載電流的信號之一。
在本發(fā)明一具體實(shí)施例中，第一積分器是一狀態(tài)限制積分器。在另一具體實(shí)施例中，第一處理裝置還包括一限制器(340)，該限制器(340)耦合至求和裝置(338)，還耦合至第二誤差信號發(fā)生器(40)的同相輸入端口，該限制器(340)用來限制施加給第二誤差信號發(fā)生器的理想電源電流信號(Itg)。在本發(fā)明又一具體實(shí)施例中，第一處理裝置還包括一信號源(326)，其信號代表從蓄電池(22)中引出的最大電流；一乘法器(324)，它耦合至加法電路(322)和代表最大電流的信號源，用來使代表要由蓄電池(22)提供的那部分負(fù)載電流的信號乘以代表最大電流的信號。
權(quán)利要求
1．一種通過控制一電力發(fā)電機(jī)來把一混合電氣車輛中蓄電池的充電狀態(tài)控制在低于滿充電狀態(tài)的設(shè)定充電狀態(tài)周圍的方法，所述方法包括以下步驟估計(jì)所述蓄電池的充電狀態(tài)，以生成代表所述蓄電池現(xiàn)有充電狀態(tài)的信號；生成代表所述蓄電池理想充電狀態(tài)的信號；在所述代表現(xiàn)有(當(dāng)前)充電狀態(tài)的信號與所述代表理想充電狀態(tài)的信號之間取差值，以生成充電狀態(tài)誤差信號；至少通過積分來處理所述充電狀態(tài)誤差信號，以產(chǎn)生理想發(fā)電機(jī)電流信號；檢測發(fā)電機(jī)電流，以產(chǎn)生現(xiàn)有發(fā)電機(jī)電流信號；在所述現(xiàn)有發(fā)電機(jī)電流信號與所述理想發(fā)電機(jī)電流信號之間取差值，以產(chǎn)生發(fā)電機(jī)電流誤差信號；至少通過積分來處理所述發(fā)電機(jī)電流誤差信號，以產(chǎn)生一發(fā)電機(jī)輸出電流命令；以及根據(jù)所述發(fā)電機(jī)輸出電流命令來控制所述發(fā)電機(jī)的電流輸出量。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述控制電流輸出量的步驟包括以下步驟控制一燃料電池的電流輸出量。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述控制電流輸出量的步驟包括以下步驟控制一發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述處理所述充電狀態(tài)誤差信號的步驟還包括以下步驟使所述積分后的充電狀態(tài)乘以車輛負(fù)載電流，以產(chǎn)生倍增積分后的充電狀態(tài)誤差信號。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述處理所述倍增積分后的充電狀態(tài)誤差信號的步驟包括以下步驟生成低蓄電池狀態(tài)信號，將所述低蓄電池狀態(tài)信號加到所述倍增積分后的充電狀態(tài)誤差信號上。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述生成低蓄電池狀態(tài)信號的步驟包括以下步驟限制所述充電狀態(tài)誤差信號，以產(chǎn)生有限充電狀態(tài)誤差信號，并且使所述有限充電狀態(tài)誤差信號乘以一增益值。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述估計(jì)所述蓄電池充電狀態(tài)的步驟包括以下步驟對所述現(xiàn)有發(fā)電機(jī)電流和所述負(fù)載電流之和求積分。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述估計(jì)所述蓄電池充電狀態(tài)的步驟包括以下步驟測量所述蓄電池的放電電流；在所述放電期間測量蓄電池電壓；用蓄電池電壓除以蓄電池電流的商來計(jì)算蓄電池阻抗。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述測量蓄電池放電電流和蓄電池電壓的步驟以一周期性發(fā)生的方式進(jìn)，由此產(chǎn)生一電流與電壓數(shù)據(jù)的時(shí)間量化流，所述計(jì)算步驟包括以下步驟對所述電流與電壓數(shù)據(jù)的時(shí)間量化流在一選定數(shù)目的時(shí)間量化發(fā)生范圍內(nèi)求平均值。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述根據(jù)所述發(fā)電機(jī)輸出電流命令控制所述發(fā)電機(jī)電流輸出量的步驟包括以下步驟施加所述發(fā)電機(jī)輸出電流命令信號，以控制耦合至一旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速。
11．一種通過控制一電力發(fā)電機(jī)來把一混合電氣車輛中蓄電池的阻抗控制在一設(shè)定阻抗周圍的方法，所述方法包括以下步驟估計(jì)所述蓄電池的阻抗，以生成代表所述蓄電池現(xiàn)有阻抗的信號；生成代表所述蓄電池理想阻抗的信號；在所述代表現(xiàn)有阻抗的信號與所述代表理想阻抗的信號之間取差值，以生成阻抗誤差信號；至少通過積分來處理所述阻抗誤差信號，以產(chǎn)生理想發(fā)電機(jī)電流信號；檢測發(fā)電機(jī)電流，以產(chǎn)生現(xiàn)有發(fā)電機(jī)電流信號；在所述現(xiàn)有發(fā)電機(jī)電流信號與所述理想發(fā)電機(jī)電流信號之間取差值，以產(chǎn)生發(fā)電機(jī)電流誤差信號；至少通過積分來處理所述發(fā)電機(jī)電流誤差信號，以產(chǎn)生一發(fā)電機(jī)速度命令；以及根據(jù)所述發(fā)電機(jī)速度命令來控制所述發(fā)電機(jī)的電流輸出量。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述估計(jì)所述蓄電池的阻抗的步驟包括以下步驟在第一時(shí)間點(diǎn)與第二時(shí)間點(diǎn)處測量蓄電池放電電流，以產(chǎn)生第一電流采樣值和第二電流采樣值；在第一時(shí)間點(diǎn)與第二時(shí)間點(diǎn)處測量與蓄電池電壓相關(guān)的電壓，由此產(chǎn)生第一蓄電池電壓采樣值和第二蓄電池電壓采樣值；對所述第一電流采樣值和第二電流采樣值求平均值，以產(chǎn)生平均蓄電池放電電流；對所述第一蓄電池電壓采樣值和第二蓄電池電壓采樣值求平均值，以產(chǎn)生平均蓄電池電壓；以及把蓄電池阻抗確定為所述平均蓄電池電壓除以所述平均蓄電池放電電流的商。
13．一種控制與一可控輔助電源和一負(fù)載相關(guān)的蓄電池充電狀態(tài)的設(shè)備，所述設(shè)備包括一充電狀態(tài)估計(jì)器，它與所述蓄電池相關(guān)；一負(fù)載；一負(fù)載電流傳感器，它耦合至所述負(fù)載；一可控電源；一電源電流傳感器，它耦合至所述可控電源，用來生成代表所述可控電源所生成電流的電源電流信號；功率傳輸裝置，它耦合至所述蓄電池、所述負(fù)載和所述可控電源，用來使功率能在所述負(fù)載、所述蓄電池和所述電源中間流動(dòng)；一代表蓄電池理想充電狀態(tài)的信號源；第一誤差信號發(fā)生器，它耦合至所述充電狀態(tài)估計(jì)器和所述代表蓄電池理想充電狀態(tài)的信號源，用來在其間取差值，以生成充電狀態(tài)誤差信號；第一處理裝置，它耦合至所述第一誤差信號發(fā)生器，用來至少通過對所述充電狀態(tài)誤差信號進(jìn)行積分來處理所述充電狀態(tài)誤差信號，從而產(chǎn)生理想電源電流信號，這些信號代表要由所述可控電源產(chǎn)生的電流；第二誤差信號發(fā)生裝置，它耦合至所述第一處理裝置，并且耦合至所述電源電流傳感器，用來在所述理想電源電流信號與所述電源電流信號之間取差值，從而生成電源電流誤差信號；第二處理裝置，它耦合至所述第二誤差信號發(fā)生裝置，用來至少通過積分來處理所述電源電流誤差信號，從而產(chǎn)生可控電源控制信號；和耦合裝置，它耦合至所述第二處理裝置，并且耦合至所述可控電源，用來把所述可控電源控制信號耦合到所述可控電源上，用以控制所述可控電源。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其中所述第一處理裝置包括第一開關(guān)裝置，它包括一控制端口、第一可轉(zhuǎn)換端口與第二可轉(zhuǎn)換端口以及一公共端口，在施加給所述控制端口的邏輯信號的控制下，所述第一可轉(zhuǎn)換端口一所述第二可轉(zhuǎn)換端口之一接至所述公共端口；第一通道，它耦合至所述第一誤差信號發(fā)生器，并且接至所述第一開關(guān)裝置的所述第一可轉(zhuǎn)換端口，所述第一通道包括第一積分器，第一積分器用來以第一常數(shù)所控制的速度對所述充電狀態(tài)誤差信號進(jìn)行積分，以產(chǎn)生第一積分后的充電狀態(tài)信號；一恒定信號源，它耦合至所述第一開關(guān)裝置的所述第二可轉(zhuǎn)換端口，所述恒定信號代表一固定百分?jǐn)?shù)的負(fù)載電流，它可以是100％的負(fù)載電流；一快速積分器，它耦合至所述第一誤差信號發(fā)生器，用來至少以第二常數(shù)所控制的速度對所述充電狀態(tài)誤差信號進(jìn)行積分，第二常數(shù)大于所述第一積分器的所述第一常數(shù)，以生成第二積分后的充電狀態(tài)信號；一代表100％負(fù)載電流的信號源；一加法電路，它包括一反相輸入端口和一同相輸入端口，所述反相輸入端口耦合至所述快速積分器，而同相輸入端口耦合至代表100％負(fù)載電流的所述信號源，該加法電路用來對施加于其上的信號求和，從而產(chǎn)生代表要由所述蓄電池提供的那部分負(fù)載電流的信號；信號比較裝置，它耦合到所述加法電路和所述負(fù)載電流傳感器上，用來對代表負(fù)載電流的信號和所述代表要由所述蓄電池提供的那部分負(fù)載電流的信號進(jìn)行比較，并且用來產(chǎn)生第一邏輯電平，當(dāng)所述負(fù)載電流為更大時(shí)，將所述第一邏輯電平耦合至所述第一開關(guān)裝置的所述控制輸入端口，還用來產(chǎn)生第二邏輯電平，當(dāng)所述代表要由所述蓄電池提供的那部分負(fù)載電流的信號為更大時(shí)，將所述第二邏輯電平耦合至所述控制輸入端口，從而使得所述開關(guān)裝置在所述負(fù)載電流為更大時(shí)把所述公共端口耦合至所述第一可轉(zhuǎn)換端口，而使得所述開關(guān)裝置在所述代表要由所述蓄電池提供的那部分負(fù)載電流的信號為更大時(shí)把所述公共端口耦合至所述第二可轉(zhuǎn)換端口；求和裝置，包括耦合至所述負(fù)載電流傳感器的第一輸入端口，還包括第二輸入端口，該求和裝置用來把所述代表負(fù)載電流的信號和施加給所述求和裝置的所述第二輸入端口的信號相加，從而產(chǎn)生所述理想電源電流信號；乘法裝置，它耦合至所述第一開關(guān)裝置的所述公共端口，并且耦合至所述求和裝置的所述第二輸入端口，用來使負(fù)載電流信號乘以所述積分后充電狀態(tài)信號與所述代表一固定百分?jǐn)?shù)負(fù)載電流的信號之一，該信號耦合至所述第一開關(guān)裝置的所述公共端口。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中所述第一積分器是一狀態(tài)限制積分器。
16．根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，還包括一限制器，它耦合至所述求和裝置，還耦合至所述第二誤差信號發(fā)生器的所述同相輸入端口，用來限制施加給所述第二誤差信號發(fā)生器的所述理想電源電流信號。
17．根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，還包括一代表能從所述蓄電池引出的最大電流的信號源；一乘法器，它耦合至所述加法電路，還耦合至所述代表最大電流的信號源，用來使所述代表要由所述蓄電池提供的那部分負(fù)載電流的信號乘以所述代表最大電流的信號。
全文摘要
一種用于諸如一混合電氣車輛之類混合電氣系統(tǒng)的控制器，它包括一負(fù)載、一蓄電池和一可控輔助電源。該蓄電池的充電狀態(tài)(SOC)受到估計(jì)，生成一誤差信號，該信號代表一理想SOC與一實(shí)際SOC之間的差值。該SOC誤差信號至少受到積分處理，以產(chǎn)生一代表理想輔助電源電流的電源信號。在來自輔助電源的實(shí)際電流與來自輔助電源的理想電流之間生成第二誤差信號。第二誤差信號至少受到積分處理，以產(chǎn)生一用來控制輔助信號源的控制信號。
文檔編號H02J7/00GK1238588SQ99107958
公開日1999年12月15日 申請日期1999年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月29日
發(fā)明者C·M·查戴, A·P·萊昂斯, T·M·格雷維 申請人:洛克希德馬丁公司