車輛電池充電設(shè)定點(diǎn)控制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種車輛電池充電設(shè)定點(diǎn)控制。公開了一種可調(diào)節(jié)的車輛牽引電池充電設(shè)定點(diǎn)策略，所述車輛牽引電池充電設(shè)定點(diǎn)策略能夠調(diào)節(jié)用于從公用電網(wǎng)對電池充電的最大電池荷電狀態(tài)(SOC)設(shè)定點(diǎn)。基于即將到來的路線的知識和相關(guān)的駕駛行為，車輛計(jì)算小于最大電池SOC充電設(shè)定點(diǎn)的設(shè)定點(diǎn)，從而當(dāng)車輛開始運(yùn)行時(shí)，車輛可使用再生制動(dòng)和歷史駕駛行為，以允許在行程期間將電池充電至最大值。
【專利說明】車輛電池充電設(shè)定點(diǎn)控制

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及基于來自再生事件的電池荷電狀態(tài)的預(yù)期增加量來調(diào)整車輛電池充 電設(shè)定點(diǎn)。

【背景技術(shù)】
[0002] 混合動(dòng)力電動(dòng)車輛或全電動(dòng)車輛具有為車輛推進(jìn)而儲(chǔ)存并提供能量的牽引電池。 為了提高性能和電池壽命，需要在特定的極限內(nèi)操作車輛。在極限之外操作電池會(huì)降低性 能或電池的壽命。當(dāng)停車時(shí)可通過電網(wǎng)對電池充電，當(dāng)車輛在運(yùn)動(dòng)時(shí)可通過經(jīng)由發(fā)送機(jī)驅(qū) 動(dòng)的車載發(fā)電機(jī)或通過再生制動(dòng)對電池充電。
[0003] 用于控制和操作電池組的重要的量是電池功率容量。電池功率容量指示電池能夠 提供（釋放）或接收（充電）多少電力，以滿足駕駛者和車輛需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 公開了一種可調(diào)節(jié)的車輛牽引電池充電設(shè)定點(diǎn)策略，所述車輛牽引電池充電設(shè)定 點(diǎn)策略能夠調(diào)節(jié)用于從公用電網(wǎng)對電池充電的最大電池荷電狀態(tài)（SOC)設(shè)定點(diǎn)?；诩?將到來的路線的知識和相關(guān)的駕駛行為，車輛可計(jì)算小于最大電池 SOC充電設(shè)定點(diǎn)的設(shè)定 點(diǎn)，從而當(dāng)車輛開始運(yùn)行時(shí)，車輛可使用再生制動(dòng)和歷史駕駛行為，以允許在行程期間將電 池充電至最大值。
[0005] 根據(jù)本公開的一方面，一種車輛可包括：電池，具有荷電狀態(tài)（SOC)和最大SOC設(shè) 定點(diǎn)；至少一個(gè)控制器，被配置為：如果SOC小于SOC設(shè)定點(diǎn)，則將電池充電至所述SOC設(shè)定 點(diǎn)，其中，所述SOC設(shè)定點(diǎn)由所述最大SOC設(shè)定點(diǎn)與針對包括再生事件的預(yù)期的車輛路線而 預(yù)測的SOC的凈最大增加量之間的差限定，所述再生事件降低供應(yīng)至電池的充電電流。
[0006] 所述至少一個(gè)控制器還可被配置為：如果SOC大于所述SOC設(shè)定點(diǎn)，則將電流供應(yīng) 至與車輛電連接的電網(wǎng)，以將所述SOC降低到所述SOC設(shè)定點(diǎn)。
[0007] 所述再生事件可以是制動(dòng)。
[0008] 所述再生事件可以是沿著所述路線的感應(yīng)充電。
[0009] 所述再生事件可以是太陽能捕獲。
[0010] 所述車輛還可包括發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述再生事件由發(fā)動(dòng)機(jī)操作導(dǎo)致的充電。根據(jù)本 公開的另一方面，一種用于控制車輛的電力系統(tǒng)的方法可包括：基于行程的預(yù)期的下一個(gè) 路線計(jì)算電池的最佳荷電狀態(tài)（SOC)，使得電池的最大SOC與最佳SOC之間的差近似等于針 對行程的預(yù)期的下一個(gè)路線的SOC的預(yù)計(jì)凈最大增加量；測量電池的當(dāng)前SOC ;將最佳SOC 和當(dāng)前SOC進(jìn)行比較；當(dāng)最佳SOC大于當(dāng)前SOC時(shí)，將電池充電至最佳SOC ;當(dāng)最佳SOC小 于當(dāng)前SOC時(shí)，使得電池向與電池電連接的電網(wǎng)放電。
[0011] 所述預(yù)期的下一個(gè)路線可包括再生制動(dòng)事件。
[0012] 所述預(yù)期的下一個(gè)路線可包括感應(yīng)充電事件。
[0013] 所述預(yù)期的下一個(gè)路線可包括太陽能捕獲事件。
[0014] 所述預(yù)期的下一個(gè)路線可包括由發(fā)動(dòng)機(jī)操作導(dǎo)致的充電事件。
[0015] 根據(jù)本公開的另一方面，一種混合動(dòng)力電動(dòng)車輛可包括：發(fā)電機(jī)；電池，具有荷電 狀態(tài)（SOC)和最大SOC設(shè)定點(diǎn)；至少一個(gè)控制器，被配置為：如果SOC小于SOC設(shè)定點(diǎn)，則將 電池充電至所述SOC設(shè)定點(diǎn)，其中，所述SOC設(shè)定點(diǎn)由所述最大SOC設(shè)定點(diǎn)與針對包括再生 事件的行程的期望的下一個(gè)路線而預(yù)測的SOC的凈最大增加量之間的差限定，所述再生事 件至少部分地由通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存在電池中而限定以降低供應(yīng)至電池 的充電電流。
[0016] 所述再生事件還可由感應(yīng)充電限定。
[0017] 所述再生事件還可由太陽能捕獲限定。所述車輛還可包括發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述再生 事件還由因發(fā)動(dòng)機(jī)的操作導(dǎo)致的充電而限定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1示出了具有電池組的示例性的混合動(dòng)力電動(dòng)車輛；
[0019] 圖2示出了包括電池單元以及電池單元監(jiān)視和控制系統(tǒng)的電池組布置；
[0020] 圖3是示出了針對典型的鋰離子電池單元的開路電壓（Voc)與電池荷電狀態(tài) (SOC)的關(guān)系的曲線圖；
[0021] 圖4是示例性的電池單元等效電路的示意圖；
[0022] 圖5是SOC貢獻(xiàn)和變化率關(guān)于路線的位直的不圖；
[0023] 圖6示出了在已經(jīng)為路線優(yōu)化電池充電設(shè)定點(diǎn)之后，SOC關(guān)于路線的位置；
[0024] 圖7示出了在還沒有為路線優(yōu)化電池充電設(shè)定點(diǎn)和已經(jīng)為路線優(yōu)化電池充電設(shè) 定點(diǎn)之后，SOC關(guān)于路線的位置的疊加；
[0025] 圖8示出了在單個(gè)電力循環(huán)結(jié)束時(shí)確定的故障檢測的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 在此描述了本公開的實(shí)施例。然而，應(yīng)理解的是，所公開的實(shí)施例僅為示例，并且 其它實(shí)施例可以以多種和替代形式實(shí)施。附圖不一定按比例繪制；可放大或縮小一些特征 以示出特定組件的細(xì)節(jié)。因此，在此所公開的具體結(jié)構(gòu)和功能性細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限制，而僅 為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員多樣地采用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將 理解的是，參照任一附圖示出和描述的多個(gè)特征可與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖中示出的特征 相組合，以產(chǎn)生未明確示出或描述的實(shí)施例。示出的特征的組合提供用于典型應(yīng)用的代表 性實(shí)施例。然而，與本公開的教導(dǎo)一致的特征的多種組合和修改可被期望用于特定應(yīng)用或 實(shí)施方式。
[0027] 圖1描繪了示例性的插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛。插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛102可 包括機(jī)械地連接至混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置106的一個(gè)或更多個(gè)電動(dòng)機(jī)104。此外,混合動(dòng)力傳 動(dòng)裝置106機(jī)械地連接至發(fā)動(dòng)機(jī)108?；旌蟿?dòng)力傳動(dòng)裝置106還可被機(jī)械地連接至驅(qū)動(dòng)軸 110,驅(qū)動(dòng)軸110機(jī)械地連接至車輪112。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)108開啟時(shí)，電動(dòng)機(jī)104能夠提供推進(jìn) 力。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)108關(guān)閉時(shí)，電動(dòng)機(jī)104能夠提供減速能力。電動(dòng)機(jī)104可被構(gòu)造為能夠?qū)?機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機(jī)，并且可通過回收在摩擦制動(dòng)系統(tǒng)中通常將作為熱損失掉的能 量而提供燃料經(jīng)濟(jì)性效益。由于混合動(dòng)力電動(dòng)車輛102可以在特定狀況下按照電動(dòng)模式運(yùn) 轉(zhuǎn)，因此，電動(dòng)機(jī)104還可以減少污染物排放。
[0028] 牽引電池或電池組114儲(chǔ)存可以由電動(dòng)機(jī)104使用的能量。車輛電池組114通 常提供高壓直流（DC)輸出。電池組114電連接至電力電子模塊（power electronics module) 116。電力電子模塊116還電連接至電動(dòng)機(jī)104,并且提供在電池組114與電動(dòng)機(jī) 104之間雙向傳輸能量的能力。例如，典型的電池組114可以提供DC電壓，而電動(dòng)機(jī)104可 能需要三相交流（AC)電流來運(yùn)轉(zhuǎn)。電力電子模塊116可以將DC電壓轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)104所 需要的三相AC電流。在再生模式下，電力電子模塊116將來自用作發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)104的 三相AC電流轉(zhuǎn)換為電池組114所需要的DC電壓。在此描述的方法同樣可應(yīng)用于純電動(dòng)車 輛或者使用電池組的任何其它裝置。
[0029] 電池組114除了提供用于推進(jìn)的能量之外，還可以提供用于其它車輛電氣系統(tǒng)的 能量。典型的系統(tǒng)可包括將電池組114的高壓DC輸出轉(zhuǎn)換為與其它車輛負(fù)載兼容的低壓 DC電源的DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊118。其它高壓負(fù)載（諸如壓縮機(jī)和電加熱器）可直接連接到 從電池組114引出的高壓總線。在典型的車輛中，低壓系統(tǒng)電連接至12V電池120。全電動(dòng) 車輛可具有相似的結(jié)構(gòu)，只是不具有發(fā)動(dòng)機(jī)108。
[0030] 可以通過外部電源126對電池組114進(jìn)行再充電。外部電源126可以通過經(jīng)由充 電端口 124進(jìn)行電連接而向車輛102提供AC或DC電力。充電端口 124可以是被配置為從 外部電源126向車輛102傳輸電力的任何類型的端口。充電端口 124可以電連接至電力轉(zhuǎn) 換模塊122。電力轉(zhuǎn)換模塊122可以調(diào)節(jié)來自外部電源126的電力，以向電池組114提供 適合的電壓和電流水平。在一些應(yīng)用中，外部電源126可被配置為向電池組114提供適合 的電壓和電流水平，并且電力轉(zhuǎn)換模塊122可以不是必需的。在一些應(yīng)用中，電力轉(zhuǎn)換模塊 122的功能可以存在于外部電源126中。車輛發(fā)動(dòng)機(jī)108、傳動(dòng)裝置106、電動(dòng)機(jī)104和電力 電子模塊116可以由動(dòng)力傳動(dòng)系控制模塊（PCM) 128控制。
[0031] 圖1除了示出了插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛之外，如果將組件108移除，則圖1還可 示出電池電動(dòng)車輛（BEV)。同樣地，如果將組件122、124和126移除，則圖1可示出傳統(tǒng)的 混合動(dòng)力電動(dòng)車輛（HEV)或者功率分流式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛。
[0032] 可以從多種化學(xué)配方構(gòu)建電池組內(nèi)的各個(gè)電池單元。典型的電池組的化學(xué)成分 可包括（但不限于）是鉛酸、鎳鎘（NiCd)、鎳金屬氫化物（NIMH)、鋰離子或鋰離子聚合物。 圖2示出了 N個(gè)電池單元模塊202簡單串聯(lián)配置的典型的電池組200。電池單元模塊202 可包括單個(gè)電池單元或者并聯(lián)電連接的多個(gè)電池單元。然而，電池組可由任何數(shù)量的單獨(dú) 的電池單元和電池單元模塊按照串聯(lián)或并聯(lián)或它們的特定組合連接而組成。典型的系統(tǒng) 可以具有一個(gè)或更多個(gè)控制器（諸如用于監(jiān)視并控制電池組200的性能的電池控制模塊 (BCM) 208)。BCM 208可以監(jiān)視多個(gè)電池組水平特性（諸如通過電流傳感器206測量的電池 組電流、電池組電壓210以及電池組溫度212)。在特定的布置中，對于建立可靠的電池監(jiān) 視系統(tǒng)而言，電流傳感器206的性能可能是至關(guān)重要的。電流傳感器的準(zhǔn)確度對估計(jì)電池 荷電狀態(tài)和容量可能是有用的。電流傳感器可基于物理原理利用多種方法（包括霍爾效應(yīng) IC傳感器、變壓器或電流鉗位、電壓與流經(jīng)其的電流成正比的電阻器、利用干涉儀來測量由 磁場產(chǎn)生的光的相位改變的光纖或者羅哥夫斯基線圈（Rogowski coil))來檢測電流。
[0033] 除了測量和監(jiān)視電池組水平特性外，還需要測量和監(jiān)視電池單元水平特性。例如， 可以測量每個(gè)單元的路端電壓、電流和溫度。系統(tǒng)可使用傳感器模塊204來測量一個(gè)或更 多個(gè)電池單元模塊202的特性。所述特性可包括電池單元電壓、溫度、使用年限、充電/放 電循環(huán)的數(shù)目等。典型地，傳感器模塊將測量電池單元電壓。電池單元電壓可以是單個(gè)電 池的電壓或者并聯(lián)或串聯(lián)地電連接的一組電池的電壓。電池組200可利用多達(dá)Nc個(gè)傳感 器模塊204來測量所有電池單元202的特性。每個(gè)傳感器模塊204可將測量值傳輸至BCM 208,以進(jìn)行進(jìn)一步處理和協(xié)調(diào)。傳感器模塊204可將模擬形式或數(shù)字形式的信號傳輸至 BCM 208。
[0034] 對于典型的鋰離子電池單元來說，荷電狀態(tài)（SOC)與開路電壓（V。。）之間存在使得 V。。= f (SOC)的關(guān)系。圖3是示出了作為SOC的函數(shù)的開路電壓V。。的典型的曲線300。可 以從電池特性的分析或者從電池單元的測試來確定SOC與V。。之間的關(guān)系。所述函數(shù)可以 使得SOC可被計(jì)算為fHV。。）?？梢酝ㄟ^查找表或等效方程式實(shí)現(xiàn)所述函數(shù)或反函數(shù)。曲線 300的精確形狀可基于鋰離子電池的精確的配方而變化。開路電壓V。?？呻S著電池充電和 放電的結(jié)果而變化。
[0035] 存在確定電池 SOC的多種方法，所述方法包括開路電壓的測量、進(jìn)入電池或從電 池出去的電荷的量的積累、用于電池電解質(zhì)的比重計(jì)的使用、阻抗光譜分析（impedance spectroscopy)和量子磁性（quantum magnetism)。開路電壓的測量需要負(fù)載與電池?cái)嚅_ 并且電池端子"漂浮"。在進(jìn)行所述測量之前，隨著端子"漂浮"，電池必須"休息"或者穩(wěn) 定（settle)。如果電池處于負(fù)載下（電流流入電池或者從電池流出），則當(dāng)電池端子斷開 時(shí)，開路電壓將不是電池 SOC的準(zhǔn)確表現(xiàn)，直到電荷穩(wěn)定為止。由于這一方面，所以當(dāng)電池 在運(yùn)行時(shí)，使用開路電壓不是確定電池 SOC的理想方式。當(dāng)電池在運(yùn)行時(shí)，使用庫侖計(jì)數(shù) (Coulomb counting)是優(yōu)選的方法。這一方法測量在給定的時(shí)間段期間進(jìn)入到電池的電流 或從電池流出的電流。這一方法的一個(gè)問題是：如果電流傳感器出現(xiàn)故障,則電池 SOC的計(jì) 算將不準(zhǔn)確。在混合動(dòng)力車輛的運(yùn)行期間，關(guān)鍵是要準(zhǔn)確地確定電池 S0C，以便BCM 208可 以使用電池 SOC的整個(gè)操作范圍。
[0036] 圖4示出了一個(gè)可能的電池單元等效電路模型（ECM)。電池單元可被模擬為電壓 源（V。。) 402,電壓源（V。。) 402具有與其相關(guān)聯(lián)的電阻（404和406)和電容408。由于電池 單元阻抗，導(dǎo)致路端電壓Vt410通常不與開路電壓1。402相同。開路電壓1。402不容易被 測量，而只有電池單元的路端電壓410易于被測量。因?yàn)殚_路電壓入。402不容易被測量，因 此可以使用基于模型的方法來估計(jì)入。402的值。模型可需要已知的或估計(jì)的電阻和電容的 值。電池單元模型可取決于電池化學(xué)特性。對于所描述的方法來說，針對電池單元選擇的 精確1?型未必是關(guān)鍵的。
[0037] 等效電路模型的控制方程可如下書寫：
[0038]

【權(quán)利要求】
1. 一種車輛，包括： 電池，具有荷電狀態(tài)（SOC)和最大SOC設(shè)定點(diǎn)； 至少一個(gè)控制器，被配置為：如果SOC小于SOC設(shè)定點(diǎn)，則將電池充電至所述SOC設(shè)定 點(diǎn)，其中，所述SOC設(shè)定點(diǎn)由所述最大SOC設(shè)定點(diǎn)與針對包括再生事件的預(yù)期的車輛路線而 預(yù)測的SOC的凈最大增加量之間的差限定，所述再生事件降低供應(yīng)至電池的充電電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述至少一個(gè)控制器還被配置為：如果SOC大于 所述SOC設(shè)定點(diǎn)，則將電流供應(yīng)至與車輛電連接的電網(wǎng)，以將所述SOC降低到所述SOC設(shè)定 點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述再生事件是制動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述再生事件是沿著所述路線的感應(yīng)充電。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述再生事件是太陽能捕獲。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，所述車輛還包括發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述再生事件是由發(fā)動(dòng) 機(jī)操作導(dǎo)致的充電。
【文檔編號】B60L11/18GK104512265SQ201410525024
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月4日
【發(fā)明者】李勇華, 約翰內(nèi)斯·蓋爾·克里斯汀森, 曾福林 申請人:福特全球技術(shù)公司