用于管理混合動力車輛的能量的方法和裝置與流程
更確切地，本發明涉及用于對包括一個熱力發動機和一個或多個牽引電動機的混合動力車輛的能量進行管理的方法和裝置。
用于具有混合式推進或驅動裝置的車輛的動力傳動系包括一個熱力發動機和由車載安裝在該車輛上的至少一個牽引電池提供動力的一個或多個電動機。這個或這些電動機的動力供應是由一個或多個高壓電池確保的，而該車輛的通用電氣構架(起動機、裝置、空調等)是由低壓車載電池供以動力的。
該車輛受益于若干個用于確保所述車輛的運動的元件。其能量管理裝置具有一定的自由度來提供駕駛員所要求的扭矩，也就是熱力發動機與電動機之間的動力分配。能量流的管理優化可以滿足不同的目標，例如車輛的動態性能、燃料消耗量的最小化或二氧化碳或污染顆粒排放的限制。用于選擇最佳工作點而應用的原則可包括使以每單位時間克數(g/h)表示的燃料消耗量的標準最小化，該標準等于發動機的消耗量“Conso Mth(g/h)”和電耗量的總和，在以下等式類型中用加權或當量系數K對電力來源P電池(W)的能量進行加權：標準(g/h)＝Conso Mth(g/h)+K.P電池(W)。該當量系數表示在電池中儲存的電能的耗用。能以用各種方式對其進行控制，具體地是基于該電池能量的當前狀態(該電池的充電越低，該電池能量的當前狀態越高)，并且基于車輛的行駛狀況，例如根據公開號FR 2 988 674的教導。
通過使用駕駛員請求的扭矩T駕駛、電力提供的扭矩TSG和熱力提供的扭矩TCE，兩種驅動源之間的扭矩分布可寫為T駕駛＝TSG+TCE。以燃料表示，在工作點PT處的能耗標準C寫為燃料消耗量Q燃料(取決于扭矩TCE和速度ωCE)和轉變成消耗的燃料當量的電耗量的總和：C＝Q燃料(TCE·ωCE)+K.Pbat。電池Pbat的電平衡則是電驅動動力ωSG.TSG，和電動機以及逆變器向所述電機提供AC電壓的電池的電損耗P損耗的總和：Pbat＝ωSG.TSG+P損耗(ωSG.TSG)。
如在圖1中所總結的，基于駕駛員請求的扭矩T駕駛、熱力發動機的速度ωCE以及高壓電池的當量系數K進行的計算使其能夠在任何時刻確定最佳電扭矩TSG的值。然而，因為電動機的速度和熱力發動機的速度在每個傳動比都是成比例的，允許PT的能量優化的唯一自由度是電力提供的扭矩TSG。
本發明的目的是通過在最佳消耗量計算中引入附加的自由度來提高混合式PT的總體能量優化。
以此目標，本發明考慮了當對車輛的能量進行管理時在低壓電池中包含的能量。
為此目的，本發明使用可逆變壓器，使其能夠使用車載車輛電池中的能量儲備，以便不會在牽引電池的充電水平極低時從牽引電池吸取能量。
所提出的方法是基于工作點的選擇的，響應于駕駛員的扭矩請求，涉及熱力發動機中的最低燃料消耗量。通過熱力發動機的消耗量、牽引電池中消耗的功率以及車載電池中消耗的功率，通過迫使電動機提供使總燃料消耗量的標準最小化的扭矩來確定這個工作點。
使用車載車輛電池中儲存的能量，其通常在混合動力車輛的能量流中是不考慮的。所提出的措施利用了車載車輛電池在能量流管理中的潛能，具體地是以便使能量消耗標準最小化、并且對由車輛配件消耗的功率的管理進行優化。通過考慮這種能量儲備、并且通過優化其使用，因而能夠降低車輛的總體能耗。牽引電池的能量存儲能力越低,則這種策略的益處越大。
參照附圖，本發明的進一步的特征和優點從其非限制性實施例的以下描述中變得更清楚，在附圖中：
-圖1是位于混合式PT的計算機中的優化算法，
-圖2是混合動力車輛的電氣構架的簡圖，
-圖3是包括附加的自由度的新的優化算法，
-圖4示出了具有已充電的14V電池的驅動方案中的電力流，
-圖5示出了用已充電的14V電池進行再充電的過程中的電力流，
-圖6示出了具有兩個已充電的電池的驅動方案中的電力流，
-圖7示出了在14V電池具有非常低的充電水平的驅動方案中的電力流，并且
-圖8示出了在用具有非常低的充電水平的14V電池進行再充電的過程中的電力流。
總之，圖1示出了混合動力車輛中的能量優化的基本原則，其導致在電動機上施加扭矩選點TSG，使其能夠在以下等式中對以每小時(h)的燃料克當量(g)表示的燃料消耗量的標準進行優化：標準(g/h)＝Conso Mth(g/h)+K.P電池(W)。討論中的車輛包括熱力發動機1。該車輛可以包括一個或多個牽引電動機2、至少一個高壓牽引電池4和用于該車輛的配件8的低壓車載電池6。電流逆變器3將由牽引電池2和車載電池6提供的直流電轉變成用于電動機2的交流電。電流變壓器7將牽引電池4的高壓電流轉變成車載電池6的低壓電流。在這個優化計算中，輸入變量是基于駕駛員在加速器踏板上的動作而解讀的所請求的發動機扭矩T駕駛、熱力發動機的速度ωCE、以及考慮了電池充電狀態(SOC)的當量系數K。與當量系數K有關的電扭矩TSG是用于確定PT的工作點的唯一自由度。
新的優化技術在這類計算中使用附加的自由度。能量仍然是在電動機動力與熱力發動機動力之間進行分配的，然而，本發明考慮低壓網絡的電池中可用的能量緩沖，用以計算電力提供的扭矩。
圖2示意性地示出了用于管理討論中的混合動力車輛的能量的裝置。這種裝置包括熱力發動機1、一個或多個牽引電動機2、至少一個高壓牽引電池4、以及用于該車輛的配件8的低壓車載電池6。該車輛的熱力發動機1通過該變速器機械地連接至電動機2，其傳遞電力提供的牽引扭矩TSG。逆變器3確保將由牽引電池4和車載電池6提供的直流電轉變成用于電動機2的交流電。根據本發明，變壓器7具有可逆操作，使其能夠使用低壓電池6中可用的能量儲備，以便不會在高壓電池的充電水平(SOC)極低時從高壓電池4吸取能量。從現在開始，通過在電動機2上施加扭矩TSG來確定涉及熱力發動機中的最低燃料消耗量的混合動力車輛的工作點，其通過熱力發動機的消耗ConsoMth(g/h)、牽引電池中消耗的功率PbatHT、還有車載電池中消耗的功率PbatBT來使總燃料消耗量的標準最小化。在PT的每個工作點，確定電力提供的扭矩TSG的值和變壓器的功率PDC/DC的值，因而使其能夠使總燃料消耗量的標準(ConsoMth(g/h))最小化。
這種新的調節是由以下等式控制的(其中，按照慣例在再充電模式中假定負功率)：
其中，PHTbat是高壓電池4中消耗的功率，并且PBTbat是在低壓電池6中消耗的功率。變壓器7中消耗的功率是PDC/DC。高壓電池中消耗的功率PbatHT是向車輛的車輪提供的電力牽引能量ωSG.TSG、電動機2和逆變器3的電損耗P損耗、以及變流器7中消耗的功率PDC/DC的總和。低壓電池6中消耗的功率PbatBT等于配件8中消耗的功率Pacc和變流器7提供的功率-PDC/DC的總和。
如果高壓電池4是一個48V(48伏)電池、并且低壓電池6是一個14V(14伏)電池，在此實例中，消耗的標準使其能夠找到具有最低燃料消耗量的工作點：
標準(g/h)＝Conso Mth(g/h)+K.P電池_48V(W)+K’.P電池_14V(W)
在這個等式中，牽引電池中消耗的功率PbatHT(P電池_48V)和車載電池中消耗的功率PbatBT(P電池_14V)是在總消耗的標準(ConsoMth(g/h))中通過當量系數K、K’進行調節的，考慮到所述電池各自的充電水平。低壓電池的功率是通過其自身當量系數K’來調節的。因而對于PT的每個工作點獲得了一對值(TSG，Pdc/dc)，這使其能夠使燃料消耗量最小化。再次計算的自由度現在是電力提供的扭矩和變壓器的功率Pdc/dc，這是從兩個當量系數K和K’的狀態中得到的。
在圖3中展示了用于計算最低消耗量的新算法。14V電池的當量系數K’已經被加入到圖1的框中的三個計算輸入中，并且取決于所述電池的充電水平(SOE)。
另外，就目前情況，本發明提出了在兩個電池之間分配電荷，而不是通過熱力發動機(發電機模式下)僅對電池48V進行再充電。由作為發電機進行操作的電動機2提供的電荷在牽引電池4和車載電池6之間進行分配。因為14V電池是定期再充電的，可以避免伴有產量損失的從48V電池向14V電池轉移能量而用以為配件提供動力。為此，現在該控制不僅涉及電力提供的扭矩TSG，還涉及變壓器7的功率Pdc/dc。
例如，如果14V電池是高度充電的，其當量系數K’是低的。48V電池放電。其自身的當量系數K是高的(見圖4)。在駕駛場景中，最小化的新標準旨在提高低電壓的分量、損失向車輪提供電能的高壓電池的分量。因為必須為電動機提供動力，所以對向低電壓Pdc/dc轉移的電池動力進行調整。其下降，以便配件電源中的14V電池的分量增加、而48V電池的分量降低。根據圖4，48V電池則可以僅僅向電動機2提供動力，而14V電池單獨向這些配件8提供動力。
在再充電模式中(見圖5)，熱力發動機的消耗量是零，從而該能量標準的最小化僅取決于要被分配的電能在14V電池與48V電池之間的分配。因為該牽引電池(48V)的當量系數K是高的，該作用使P電池_48V最小化。因為該車載電池的當量系數K’較低，其使P電池_14V升高。Pdc/dc趨于0，則僅僅從電動發動機向牽引電池進行再充電，而14V電池則自發地向配件8提供動力。
在駕駛模式中，兩個電池已經高度充電了(見圖6)，則兩個當量系數K和K’是非常低的。最小化作用趨于使用兩個電池，因此也由于K’較低而降低了Pdc/dc。14V電池只對配件提供動力，并且48V電池向電力傳動裝置貢獻其全部能量。在此情景中，沒有消耗燃料。
在14V電池實際上放電、48V電池已充電的駕駛模式中(見圖7)，48V電池向14V電池和電動機兩者傳遞能量。
在14V電池實際上放電、48V電池已充電的再充電模式中(見圖8)，電池14V的再充電是有利的。如果再充電扭矩足夠強，其能夠同時對48V電池進行再充電。
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