用于微及輕度電動車輛的能量管理的優化模糊邏輯控制器的制造方法
【專利說明】用于微及輕度電動車輛的能量管理的優化模糊邏輯控制器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請根據35U.S.C.§ 119(e)要求2012年8月31日提交的第61/695，873號美國臨時專利申請以及2013年3月15日提交的第61/800，241號美國臨時專利申請的優先權，上述申請的內容以全文引用的方式并入本文。
【背景技術】
[0003]除本文另有說明外，本部分中所描述的內容并非相對于本申請中的權利要求的現有技術，并且并非由于包括在本部分中而就承認其是現有技術。
[0004]使用一個或多個電池系統支持推進、起動停止和/或再生制動功能的車輛可以被稱為xEV，其中術語“xEV”在本文中定義為包括所有下述的電動車輛或者其任意變型或組入口 ο
[0005]“起動-停止車輛”被定義為是這樣的車輛，其可在車輛停止時停用燃燒發動機，并利用電池(儲能)系統繼續給車輛上的車載電消費產品(包括娛樂系統、導航裝置、車燈或其它電子設備)供電，以及當期望推進時重新起動發動機。缺少制動再生或電力推進將“起動-停止車輛”與其它形式的xEV區別開來。
[0006]本領域技術人員將會理解到，混合動力電動車輛(HEV)將內燃機(ICE)推進系統和電池供電的電力推進系統(如48伏、130伏或300伏系統)相結合。術語HEV可包括混合動力電動車輛的任何變型，其中包括了諸如制動再生、電力推進和停止-起動之類的特征。
[0007]一種特定類型的xEV是微混合動力車輛(“mHEV”或“微HEV”)。微HEV車輛通常在限定于60V以下的低電壓下運轉。微HEV車輛通常提供起動停止，并且因其采用制動再生而將其本身與“起動-停止車輛”區別開來。制動再生功率可通常從2kW到峰值的12kW不等，雖然也會有其它的值。微HEV車輛也能對車輛提供一定程度的電力推進。即使可用的話，推進的量通常不足以對車輛提供充分的動力。
[0008]全混合動力系統(FHEV)和輕度混合動力系統(輕度HEV)可對使用一個或多個電動馬達、僅使用ICE或同時使用這兩者的車輛提供動力及其它電力。FHEV通常是高電壓的(> 60V)，并且電壓一般在200V與400V之間。輕度HEV通常在60V與200V之間運轉。根據車輛的大小情況，輕度HEV可提供10-20kW之間的制動再生或推進，而FHEV提供的是15-100kW。輕度HEV系統還可以在加速期間應用一定程度的電力輔助(例如)以補充ICE，而FHEV常常可使用電動馬達作為短時段的唯一推進源，并且一般地使用電動馬達作為比輕度HEV所使用的更為有效的推進源。
[0009]此外，插電式電動車輛(PEV)是任何這樣的車輛，其可由外部電力源(如壁插座)進行充電，并且儲存在可再充電電池組中的能量驅動或有助于驅動車輪。PEV是xEV的子類，其包括全電動或電池電動車輛(BEV)、插電式混合動力電動車輛(PHEV)以及混合動力電動車輛和常規ICE車輛的電動車輛轉換形式。BEV完全由電力驅動，并且沒有內燃機。PHEV具有內燃機和電動力源，且電動力能夠提供所有或幾乎所有的車輛推進需求。PHEV可利用純電動模式(“EV模式”)、純內燃模式及混合動力模式中的一種或多種。
[0010]與僅使用ICE和傳統的電系統(通常為由鉛酸電池供電的12伏系統)的更傳統的以氣體為動力的車輛相比，如上的xEV可提供許多優點。例如，與傳統的車輛相比，xEV可產生較少的不利排放產物，并且可顯示出較大的燃料效率，并且在一些情況下，這類xEV可完全不用使用汽油，如在某些類型的BEV的情況下。
[0011]隨著xEV技術的不斷發展，有必要提供用于這類車輛的改進型電源(例如，電池系統或模塊)。例如，期望能延長這類車輛在無需對電池進行再充電的情況下所能行駛的距離。此外，還可能期望提高這類電池的性能并降低與電池系統相關的成本。
[0012]已發現常規的xEV在功能上受限于它們的電能系統，電能系統對它們的電動馬達/發電機及車輛附屬設備供電。通常地，電動馬達由需要儲存適于高功率放電以及適于通過各種驅動條件產生的電力需求的能量的能量源供電。
[0013]如上面所討論的那樣，除了環保意識之外，需要提高燃料經濟性、增加電負荷以及更好地進行能量管理已經推動了大的OEM考慮其車輛中的附加燃料經濟性特征，包括起動-停止、制動調節及電力推進(“助推”)。起動停止功能可減少停止期間的燃料消耗，而制動能量回收提供在無需附加燃料的情況下給電池再充電的能力。助推允許通過使用電能來部分地推動車輛而節省燃料，減少了燃燒發動機中的負荷。
[0014]由包括ICE、能量再生裝置和一個或多個電池的系統獲得高水平的燃料經濟性需要在這些裝置之間進行協調。因此，期望采用配置成最大程度地利用車載儲能系統并提高車輛燃料經濟性的能量管理策略。

【發明內容】

[0015]本文公開了用于微及輕度混合動力電動車輛中的能量管理的優化模糊邏輯控制器。
[0016]在一方面，車輛的儲能系統的實施方案包括儲能裝置、聯接于儲能裝置的調節裝置、用于感測儲能裝置和/或其部件上的電流水平、電壓水平、溫度水平和/或壓力水平的一個或多個感測裝置以及配置成采用模糊邏輯方法動態地確定流入/流出儲能裝置的電力的控制單元。調節裝置配置成調節儲能裝置的電壓水平、電流水平及任何附加的狀態參數中的至少一者。
[0017]在另一方面，微混合動力車輛包括用于確定微混合動力車輛的運轉模式并產生對應于運轉模式的控制信號的車輛控制單元、配置成接收控制信號的儲能系統。儲能系統包括:第一儲能裝置和第二儲能裝置；聯接于第一儲能裝置和第二儲能裝置的調節裝置，其中調節裝置配置成調節第一儲能裝置和第二儲能裝置的電壓水平、電流水平及任何附加的狀態參數中的至少一者；用于感測到第一儲能裝置和第二儲能裝置和/或其部件中的至少一者的電流輸入信號和電壓輸入信號的一個或多個感測裝置；和配置成采用模糊邏輯方法基于當前車輛速度來動態地確定第一儲能裝置和第二儲能裝置中的每一者的目標荷電狀態(SOC)的控制單元。
[0018]在又一方面，提供一種計算機執行的方法，用于控制混合動力車輛的儲能系統的運轉，儲能系統具有車輛運轉單元、控制單元和電壓及電流調節器裝置、第一儲能裝置和第二儲能裝置。方法包括確定混合動力車輛是否處于行駛模式并且當處于行駛模式時確定混合動力車輛的速度，基于混合動力車輛速度來確定第一儲能裝置和第二儲能裝置中的每一者的目標SOC，并且確定第一儲能裝置和第二儲能裝置中的每一者的當前SOC。方法進一步包括估計目標SOC與當前SOC之間的差異，并且采用模糊邏輯方法動態地確定可供再生、能量輔助和推進的電力量。
[0019]在適當的情況下參考附圖，通過閱讀以下【具體實施方式】，本領域的普通技術人員將顯而易見這些以及其它方面、優點和替代方案。進一步地，應當理解的是，本節
【發明內容】
及本文件別處所提供的公開內容旨在僅通過舉例而非限制的方式對實施方案進行討論。
【附圖說明】
[0020]參考附圖閱讀以下【具體實施方式】將會更好地理解本公開內容的這些及其它特征、方面和優點，其中在所有附圖中同樣的符號代表同樣的部件，其中:
[0021]圖1是根據本發明方法的實施方案的具有為車輛提供全部或一部分電力的電池系統的車輛(xEV)的立體圖；
[0022]圖2是根據本發明方法的實施方案的圖1的xEV實施方案(形式為混合動力電動車輛(HEV))的剖切示意圖；
[0023]圖3是根據本發明方法的實施方案的圖1的xEV的實施方案(形式為微混合動力電動車輛(微HEV))的剖切示意圖；
[0024]圖4是根據本發明方法的實施方案的圖3的微HEV實施方案的示意圖，示出了整個微HEV的電力分配；
[0025]圖5是示出用于混合動力車輛的雙儲能系統的實施方案的示意方框圖；
[0026]圖6是示出以微HEV或輕度HEV進行的行駛循環的示例性實施方案的方框圖；
[0027]圖7是示出圖5的雙儲能系統的控制邏輯單元的示例性實施方案的方框圖；
[0028]圖8是示出聯接圖5的雙儲能系統的各種部件/裝置的通信線路的示意方框圖；
[0029]圖9是示出通過控制單元進行的采用模糊邏輯來控制混合動力車輛運轉模式的方法的示例實施方案的流程圖；
[0030]圖10是示出執行微HEV或輕度HEV的不同運轉模式的模糊邏輯管理的方法的示例實施方案的流程圖；以及
[0031]圖11是示出示例計算機程序產品的概念性局部視圖的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]在以下【具體實施方式】中參考構成其一部分的附圖。在圖中，除上下文另有所指外，類似的符號通常標示類似的部件。【具體實施方式】、附圖和權利要求書中描述的示例的實施方案并不意味著具有限制意義。在不偏離本文給出的主題內容的實質或范圍的情況下可利用其它的實施方案以及可進行其它的變更。將容易理解的是，可以按多種不同的配置方式將本文中一般描述的以及附圖中示出的本公開內容的各方面進行布置、替換、組合、分離及設計，本文中明確地設想了所有的這些方面。
[0033]如上面所討論的那樣，有若干種不同類型的xEV。雖然有些車輛制造商(如特斯拉)只生產xEV，并且因此可將車輛從頭設計為xEV，但大多數車輛制造商主要生產傳統的ICE。因此，當這些制造商中的一個還希望生產xEV時，其經常利用其傳統車輛平臺之一作為出發點。如可以理解的是，當最初已將車輛設計成使用由單一鉛酸電池供電的傳統電系統并僅利用ICE為動力時，將這種車輛轉換成其HEV型式可能會帶來許多包裝問題。例如，FHEV不僅使用這些傳統的部件，而且還必須增加一個或多個電動馬達連同其它的相關部件。作為另一例子，微HEV也不僅使用這些傳統的部件，而且還必須在車輛中設置較高電壓的電池(例如，48V鋰離子電池模塊)以補充或更換12V鉛酸電池連同其它的部件，如帶式集成起動機-發電機，有時被稱為帶式交流發電起動機(BAS)，下文有進一步的詳細描述