環保型車輛中控制電池充電和放電的裝置和方法與流程

本公開涉及一種環保型車輛中控制電池充電和放電容量的裝置和方法，且更具體地，涉及一種在裝備有高電壓電池的環保型車輛中用于最佳地控制電池充電和放電容量的裝置和方法。

背景技術：

通常地，比如使用電動機作為驅動源的混合動力電動車輛、插電式混合動力車輛和電動車輛的環保型車輛裝備有用于供應電力到電動電動機的高電壓電池。常規環保型車輛通過在驅動期間使用驅動電動機或發電機對高電壓電池充電，或通過使用存儲在高電壓電池的電能實施最佳燃料效率的驅動。

然而，常規環保型車輛由于造成車輛重量和制造成本增加的結構局限(如，發動機室的有限安裝空間)必然地使用有限容量的驅動電動機的，且由于這些系統性的局限在通過最大化地利用電力源實現高燃料效率和功率性能具有困難。

如圖4所示，混合動力控制單元(HCU：hybrid control unit)被配置成使用電池充電狀態(SOC：state of charge)和從電池管理系統(BMS：battery management system)輸入的電池溫度信息確定用于限制電池充電功率和電池放電功率的最大值的電池輸出限值。另外，HCU被配置成比較所確定的電池輸出限值(如，限制用于電池充電/放電的電池最大輸出的值)與從BMS輸入的電池輸出限值，且從2個電池輸出限值的較小一者減去特定裕量(particular margin)以確定電動機輸出限值(如，在電池充電/放電期間限制電動機最大輸出的值)。

因而，所確定的電動機輸出限值具有電池輸出限值和特定裕量，且電池輸出限值和電動機輸出限值間的裕量被固定為無關電池充電狀態的特定值。具體地，當電池充電狀態低時，電池電壓與電池輸出限 值之差較大地輸出，造成燃料效率和功率性能的降低。更具體地，HCU被配置成使用預先生成的第一表基于從BMS輸入的電池SOC確定基于電池SOC水平的電池SOC狀態，且使用預先生成的第二表為每個確定的SOC狀態確定用于限制電池充電/放電功率的權重因子。

進一步，HCU可被配置成基于電池溫度和從BMS輸入的電池SOC信息使用預先生成的第三表確定基于電池溫度和電池SOC的電池充電/放電功率。HCU被配置成通過所確定的電池充電/放電功率乘以權重因子計算作為限制值的電池輸出限值，且然后比較計算的電池輸出限值與從BMS輸入的電池輸出限值以通過從2個電池輸出限值中的較小值減去一定裕量獲得的值來確定電動機輸出限值。

然而，在HCU中，僅電池溫度和電池SOC被考慮為限制電動機輸出的因子以計算電動機輸出限值(或電動機充電/放電功率限制)，而沒有考慮作為實質上影響電動機輸出的主要因子的電池電壓。因而，在鑒于電池的超電壓和低電壓條件設置的電池輸出限值(限制電池最大輸出的值)與實際上監測的電池電壓間存在大的裕量。

例如，參閱圖5，當電池SOC高時，監測的電池電壓和設定的電池輸出限值(電壓限制值)間的控制限值是很小的。然而，當電池SOC低時，監測的電池電壓和設定的電池輸出限值(電壓限制值)間的控制限值是顯著高的。具體地，因用于電池充電的電動機最大輸出無關電池SOC水平被電動機輸出限值于特定值，即使能夠進行附加再生制動，再生制動量也是有限的。另外，通過再生制動的電動機充電功率有限，且電池電壓輸出低。

換句話說，因電動機充電功率沒有顧及基于電池SOC的電池電壓(單電池電壓)而被限制于特定值，再生制動量被限制。因而，超過電動機輸出限值的電池充電是不可能的，且最大化地利用高電壓電池輸出的最佳控制也是不可能的(參見圖6)。

在這部分公開的上面信息只是為了增強對本發明背景的理解，且因此它可包含不構成這個國家本領域技術人員已知的現有技術的信息。

技術實現要素：

本發明提供在環保型車輛車輛中控制電池充電和放電容量的裝置和方法，其使用電池充電狀態(SOC)可防止由于存儲在電池的電流能量的過度使用造成的電池低電壓/超電壓的局限，且相比于現有技術無需添加部件而使用現有的硬件能夠通過確保附加的電動機輸出來改進燃料效率和功率性能。

在一方面，本發明提供環保型車輛中控制電池充電和放電容量的的裝置，其可包括：電動機輸出控制器，被配置成基于有關電池充電狀態(SOC)和電池溫度的信息確定主電動機輸出限值，基于有關電池SOC和電池電壓確定主電動機輸出限值的權重因子，并使用權重因子通過校正主電動機輸出限值來確定最終電動機輸出限值。

具體地，電動機輸出控制器可被配置成從BMS接收電池SOC、電池溫度和電池電壓的信息。在示范性實施例中，電動機輸出控制器可被配置成基于電池電壓信息計算電池電壓梯度，且可被配置成基于電池SOC和考慮所計算的電池電壓梯度校正的電池電壓值來確定主電動機輸出限值的權重因子。此外，電動機輸出控制器可被配置成通過電池電壓校正表確定基于電池電壓梯度校正的電池電壓值，且可被配置成通過權重因子表基于電池SOC和校正的電池電壓值來確定主電動機輸出限值的權重因子。電動機輸出控制器可進一步被配置成從電池管理系統(BMS)接收有關電池SOC、電池溫度和電池電壓的信息。

在另一方面，本發明提供在環保型車輛中控制電池充電和放電容量的方法，其可包括：基于電池充電狀態(SOC)和電池溫度確定主電動機輸出限值；基于關于電池SOC和電池電壓的信息確定主電動機輸出限值的權重因子；和使用權重因子通過校正主電動機輸出限值確定最終電動機輸出限值。

附圖說明

現將參考在下文由附圖示出的示范性實施例詳細描述本發明的上面和其它特征，這些附圖僅以示例方式給出，因而不是對本發明的限制，其中：

圖1是示出根據本發明的示范性實施例在環保型車輛中控制電池 充電和放電容量的裝置的視圖。

圖2是示出根據本發明示范性實施例在環保型車輛中控制電池充電和放電容量的方法的視圖。

圖3是示出根據本發明示范性實施例在環保型車輛中控制電池充電和放電容量方法的影響的視圖。

圖4是示出根據現有技術通常使用的在環保型車輛中控制電池充電和放電容量方法的視圖。

圖5和圖6是示出根據現有技術通常使用的在環保型車輛中控制電池充電和放電容量方法的局限的視圖。

在示圖中示出的附圖標記包括對如下進一步在下面討論的元件的參考：

1：電池管理系統(BMS)

2：混合動力控制單元(HCU)

應當理解附圖不必要按比例繪制，其呈現的是說明本發明基本原理的各種特性的稍微簡化的表示。如在此公開的本發明特定設計特征，例如，特定尺寸、方向、位置和形狀將會由具體計劃應用和使用環境部分地確定。在圖中，貫穿附圖中的多個圖形，相同附圖標記指本發明的相同或等同部件。

具體實施方式

現將如下詳細參考本發明的各種示范性實施例，下面本發明的示范性實施例將以附圖闡釋和描述。雖然本發明將連同示范性實施例描述，但應理解本說明不限制本發明于那些示范性實施例中。相反，本發明旨在不僅涵蓋示范性實施例，而且涵蓋可包括在由附加權利要求定義的本發明的精神和范圍內的各種替代、修改、等同物和其它實施例。

盡管示范性實施例描述為使用多個單元執行示范性的過程，但應理解示范性過程也可由一或多個模塊執行。另外，應理解術語控制器/控制單元指包括存儲器和處理器的硬件設備。存儲器被配置成存儲模塊且處理器被特定地配置以履行所述模塊以執行一個或更多下面進一步描述的過程。

進一步，本發明的控制邏輯可體現在作為非暫時性計算機可讀介質的包含由處理器、控制器、控制單元等執行的可執行程序指令的計算機可讀介質上。計算機可讀介質包括但不限于ROM、RAM、光盤(CD)-RAM，磁帶、軟盤、閃存驅動器、智能卡和光數據存儲裝置。計算機可讀介質也可分布在連接網絡的計算機系統上，以便計算機可讀介質可以分布式地例如通過遠程服務器或控制器局域網絡(CAN)存儲和執行。

在此使用的術語僅是為了描述具體實施例的目的，并非為本發明的限制。如在這里所用，除非上下文另行明確表示，單數形式“一個/種”和“該”也包含復數形式。應進一步理解當在本說明書中使用時，術語“包括”和/或“包括的”限定了所述特性、整數、步驟、工作、元件、和/或部件的存在，但不排除一個或多個其它特性、整數、步驟、工作、元件、部件和/或其集合的存在或添加。如這里所用，術語“和/或”包括相關列出項的一個或多個的任一和所有組合。

除非特地說明或在上下文明顯，如這里所用，術語“約”理解為在本領域正常公差范圍內，例如在平均值標準差的2倍內。“約”能理解為在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％內。除非另行由上下文明確，在此提供的所有數值都被術語“約”改進。

應理解術語“車輛”或“車輛的”或其它如在這里所用的類似術語包括通常的機動車輛，例如包括運動型多用途車輛(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛的乘用車，包括各種船和艦的水運工具，航空器等，且包含混合動力車輛、電動車輛、插電式混合電動車輛、氫動力車輛和其它替代燃料車輛(如衍生自非石油資源的燃料)。如在此所指，混合動力車輛是有2個或更多動力源的車輛，例如具有汽油動力和電動力兩者的車輛。

通常地，環保型車輛裝備有被配置成管理高電壓電池的總體狀態的電池管理系統(BMS)。BMS可被配置成監測電池狀態且為作為被配置成操作車輛內各種下級控制器的上級控制器的混合動力控制單元(HCU)提供用于保護電池的電池輸出限值(如，限制電池最大輸出的值)。BMS可被配置成監測當前電池狀態，且當出現電池過熱、電 池超電壓或低電壓、和電池電力過度充電或過度放電(如，當超過最大輸出條件持續一定時間或更長時間時)中的任一種時，BMS可被配置成向HCU輸出請求以限制電動機充電/放電功率的最大值，以限制電池最大輸出值。

以下，將參考附圖詳細描述本發明的示范性實施例，以便本領域技術人員能容易地實行本發明。在這示范性實施例中，使用有關電池溫度、電池充電狀態(SOC)和電池電壓的信息通過可變地實時調整用于限制電池充電的電動機充電功率和用于限制電池放電的電動機放電功率的電動機輸出限值，可確保附加的電動機輸出(如，電動機充電/放電功率)和電池充電/放電容量，并同時可改善燃料效率和功率性能。

如圖1所示，根據本發明示范性實施例的環保型車輛中控制電池充電/放電容量的裝置可包括電池管理系統(BMS)1和混合動力控制單元(HCU)2，它們已安裝在車輛內。BMS 1可被配置成監測車輛高電壓電池的總體狀態，且為HCU 2提供關于電池SOC、電池溫度和電池電壓的信息。HCU 2(如，執行示范性實施例方法的控制器)可被配置基于從BMS接收的關于電池SOC、電池溫度和電池電壓的信息，可變地調整電動機輸出限值，比如電動機充電功率限值和電動機放電功率限值。

更具體地，HCU 2可被配置成基于電池SOC和電池溫度信息確定主電機輸出限值，比如用于限制電動機充電功率最大值的電動機充電功率限值和用于限制電動機放電功率最大值的電動機放電功率限值，且可被配置通過基于電池SOC和電池電壓信息確定主電動機輸出限值的權重因子并校正主電動機輸出限值，來確定最終電動機輸出限值。具體地，當電池充電時電動機充電功率限值可以是電動機輸出限值，且當電池放電時電動機放電功率限值可以是電動機輸出限值。另外，HCU 2可以是被配置成可變地調整電動機輸出的電動機輸出控制器。安裝在車輛內且能夠調整電動機輸出的各種控制器(如，電動機控制單元(MCU：Motor Control Unit)和發電機控制單元(GCU：Generator Control Unit))可采用為取代HCU 2的電動機輸出控制器。

以下，根據本發明的示范性實施例環保型車輛中控制電池充電和 放電的方法將參考圖2描述。HCU 2可被配置成接收由BMS 1探測的關于電池SOC、電池溫度和電池電壓的信息、以及在電池充電/放電期間用于限制電池最大輸出的電池輸出限值。

進一步，HCU 2可被配置利用基于電池SOC預先產生的第一表，基于電池SOC水平來確定電池SOC狀態，從而基于電池SOC信息確定在電池充電/放電期間的用于限制電池最大輸出的權重因子，且可被配置成基于所確定的電池SOC狀態利用預先產生的第二表來確定用于限制電池最大輸出的權重因子(如，電池最大輸出權重因子)。電池SOC水平可按一定區段劃分而設置，且電池SOC狀態可基于電池SOC水平逐段地劃分電池充電(或放電)狀態來設置。

第一表可經生成以基于電池SOC水平確定電池SOC狀態，且可存儲在HCU 2中。第二表可經生成以基于電池SOC狀態確定電池最大輸出權重因子，且可存儲在HCU 2中。換句話說，第一表可以是基于電池SOC水平的用于確定電池SOC狀態的命令表，且可建立以基于從BMS 1輸入的電池SOC所對應的電池SOC水平來確定電池SOC狀態。第二表可以是基于被分為至少2個的電池SOC狀態確定電池最大輸出權重因子的命令表，且可生成以基于由第一表確定的電池SOC狀態確定電池最大輸出權重因子。

另外，HCU 2可被配置成通過基于電池SOC和電池溫度預先生成的第三表確定電池最大輸出，以基于電池SOC和電池溫度信息確定在電池充電和放電期間的電池最大輸出。第三表可以是基于電池SOC和電池溫度信息確定電池最大輸出的命令表，且可生成以基于電池SOC和電池溫度信息確定電池最大輸出。

HCU 2可被配置成通過由第三表確定的電池最大輸出乘以由第二表確定的電池最大輸出權重因子來計算電池輸出限值，且然后可被配置成比較電池輸出限值與從BMS 1輸入的電池輸出限值以將通過從2個電池輸出限值中的較小一者減去一定裕量獲得的值確定為主電動機輸出限值(如，基于電池電壓信息校正前的電動機輸出限值)。

進一步，HCU 2可被配置成基于從BMS 1輸入的電池電壓信息確定主電動機輸出限值的權重因子(或電池充電/放電電壓限制值)，且可被配置將最終電動機輸出限值確定為使用所確定的權重因子校正主 電動機輸出限值獲得的值。為確定主電動機輸出限值的權重因子，電池電壓梯度可基于由BMS 1監測和傳輸的電池電壓信息來計算和確定，且基于計算和確定的電池電壓梯度，可校正電池電壓值。

為校正或調整電池電壓值，可確定由基于電池電壓梯度預先產生的電池電壓校正表(或第四表)校正的電池電壓值(如，由校正電池電壓獲得的結果值)。電池電壓校正表可以是用于確定基于電池電壓梯度校正的電池電壓值的命令表，且可生成以確定基于電池電壓梯度校正的電池電壓值。電池電壓校正表可存儲在HCU 2中。

具體地，當電池電壓梯度是上升時，最終電動機輸出限值可被確定為電動機充電功率限值。當電池電壓梯度是下降時，最終電動機輸出限值可被確定為電動機放電功率限值。因而，主電動機輸出限值的權重因子可基于電池SOC信息和基于電池電壓梯度校正的電池電壓值來確定。具體地，由第四表確定和校正的電池電壓值可使用以約0％到100％比率過濾(filtered)的值。

此外，為確定主電動機輸出限值的權重因子，基于校正的電池電壓值和電池SOC信息確定和調整主電動機輸出限值權重因子的權重因子表(第五表)可預先產生且存儲在HCU 2中。HCU 2可被配置成校正或調整主電動機輸出限值并通過主電動機輸出限值乘以由權重因子表確定的主電動機輸出限值權重因子來確定最終電動機輸出限值。

在這個示范性實施例中，可使用基于電池電壓和電池SOC確定的主電動機輸出限值權重因子可變地調整最終電動機輸出限值。因而，如圖3所示，當電池輸出限值和電池電壓間的控制裕量是相當大時(如，當電池SOC低時)，用于限制電動機最大輸出的最終電動機輸出限值可增加，由此增加了最大再生制動量，確保了附加的電動機輸出并改善了燃料效率和功率性能。

具體地，對于應用安裝有變速器的電動設備(TMED：transmission mounted electric device)的環保型車輛，由于在發動機室中混合動力系統的安裝性和車輛的制造成本，造成電動機容量相比于電池電容相對處于弱勢，因此優化電動機最大輸出的燃料效率/駕駛性能控制是有困難的。然而，根據本發明的示范性實施例，因為可以使用用于車輛驅動的現有系統來增加電動機輸出，可以實現再生制動量的增加和 加速性能的改善。另外，相比于現有技術，無需添加部件而使用現有硬件能夠確保附加的電動機輸出且同時改進燃料效率和功率性能。

本發明已參考示范性實施例進行了詳細描述。然而，本領域技術人員要清楚，在沒有偏離由所附權利要求及其等同配置中定義的本發明的原則和精神范圍的情況下，可對這些示范性實施例中加以改變。