混合動力電動車輛中電池荷電狀態的控制裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于控制混合動力電動車輛中電池荷電狀態(SOC)的方法。更具體地，本發明涉及如下用于控制混合動力電動車輛中電池荷電狀態的方法，其能夠在混合動力電動車輛中，在不用提高電氣設備(驅動電動機、混合動力啟動發電機(HSG)等)或主電池的容量和性能的情況下，有效使用能量，最大化由電動機進行的能量回收，并且提高燃料效率和可操作性。
【背景技術】
[0002]通常，使用礦物燃料(例如，汽油和柴油)的內燃機車輛具有各種限制，例如由發動機廢氣引起的環境污染、由二氧化碳引起的全球變暖，以及由臭氧形成引起的呼吸疾病。因此，正在開發由電力驅動的車輛，即環境友好型車輛，例如由電動機驅動的電動車輛(EV)和由發動機與電動機驅動的混合動力電動車輛(HEV)。特別地，電動車輛和混合動力電動車輛都配備有用作車輛行駛的驅動源的電動機、逆變器與電動機控制器(例如，電動機控制部件(MCU))、以及被配置為向電動機供給驅動力的電池(通常指‘主電池’或‘高壓電池’)。
[0003]此外，電動車輛和混合動力電動車輛都配備有被配置為收集電池信息的電池控制器(例如，電池管理系統(BMS))。電池控制器被配置為收集關于電池的電壓、電流、溫度、荷電狀態(SOC)( % )的信息，并且使用電池信息直接參與電池的充電與放電控制，或者向車輛內或車輛外的其他控制器提供電池信息，以允許其他控制器使用電池信息進行車輛控制或電池充電/放電控制。
[0004]此外，混合動力電動車輛配備有與電動機一起作為驅動源(以下稱為‘驅動電動機’)的發動機、和混合動力啟動發電機(HSG)，HSG以可傳遞動力的方式連接到發動機，從而使用從發動機傳遞的動力啟動發動機或產生電力。用作驅動電動機的動力源的主電池(例如，高壓電池)經由逆變器以可充電/可放電的方式連接到驅動電動機與HSG ο逆變器被配置為將電池的直流電流轉換成用于驅動電動機的驅動的三相交流電流(AC)，并且將三相交流電流施加到驅動電動機(例如，電池放電)。
[0005]這種混合動力車輛以電動車輛(EV)模式行駛，或者以混合動力電動車輛(HEV)模式行駛，EV模式是使用驅動電動機的驅動力的純電動車輛模式，HEV模式使用發動機和驅動電動機兩者的驅動力。此外，可以執行再生模式，再生模式在車輛制動或由慣性引起的車輛滑行期間，通過電動機的發電回收制動能量或慣性能量，并且將電力充入到電池中。HSG也通過發動機自己的動力作為發電機操作，或者在能量再生條件下通過發動機輸送的動力作為發電機操作，從而對電池進行充電。
[0006]另一方面，在典型的環境友好型車輛中，電池的充電與放電是基于主電池的可用輸出和當前行駛所需的要求輸出來調整的，而不管車輛速度和行駛路徑上的坡度信息。特別地，當車輛進入上坡道路或低速路段時或者當車輛進入市中心或擁堵路段時，如果電池荷電狀態(以下稱為‘S0C’(％))為低，則EV行駛減少，并且加速/減速時可用的電動機轉矩被限制，從而產生過渡控制區間的增加，并且因此降低能量效率和可操作性(例如，空轉時的充電量與無效率操作點增加)。
[0007]此外，當車輛進入下坡道路或中/高速路段時或者當車輛進入國道或高速公路時，如果電池S0C(%)為高，則再生制動和滑行再生時電池用于充電的可用空間不足，難以回收額外的再生能量，并且因此浪費再生能量。特別地，當存在將車輛維持在恒速的頻繁再生制動時，或者當車輛行駛在長距離減速下或下坡道路(例如，高速公路的出口)時，再生能量不能被回收而被浪費。
[0008]在現有技術中，由于行駛道路的坡度是根據加速器(例如，加速踏板)位置傳感器(APS)的信號、輸出、車輛速度或G傳感器(例如，加速度傳感器)的信號預測以確定SOC控制策略的，或者由于SOC控制策略是基于APS信號、制動踏板位置傳感器(BPS)或車輛速度來確定的，因此會增加過渡控制區間，導致燃料效率和可操作性降低，這是因為在控制區間確定期間，由于車輛行駛條件的變化(例如，道路載荷的改變、加速或加速情況的改變)而導致誤確定或確定延遲。
[0009]在該背景部分中公開的上述信息僅僅是為了增強對本發明的背景的理解，因此它可能包含不構成對本領域技術人員已知的現有技術的信息。

【發明內容】

[0010]本發明提供用于控制混合動力電動車輛中電池荷電狀態(SOC)的方法，其能夠在混合動力電動車輛中，在不用提高電氣設備(例如，驅動電動機、混合動力啟動發電機(HSG)等)或主電池的容量和性能的情況下，有效使用能量，最大化由電動機進行的能量回收，并且提高燃料效率和可操作性。
[0011]本發明還提供用于控制混合動力電動車輛中電池SOC的方法，其通過最大化車輛在下坡道路、國道或中/高速行駛路段的制動或滑行時由電動機回收的能量，可以提高燃料效率。本發明還提供用于控制混合動力電動車輛中電池SOC的方法，其通過確保車輛行駛在上坡道路或市中心時或行駛在低速或擁堵路段時的電動機輸出，以此可以提高可操作性和燃料效率，由此確保在陡坡或快速加速時針對較大要求轉矩的快速反應性能，并且增加EV行駛距離。
[0012]此外，本發明提供用于控制混合動力電動車輛中電池狀態的方法，其通過預測前方坡度、道路類型和交通狀況，并且因此基于車輛速度、道路類型或道路坡度的變化最小化過渡狀態，以此可以防止可操作性和燃料效率降低。本發明還提供用于控制混合動力電動車輛中電池SOC的方法，其通過在主電池充電期間預測并限制超過預定充電和放電限制，以此提高主電池的耐久性并且防止車輛的不可用行駛狀態。
[0013]—方面，本發明提供用于控制混合動力電動車輛中電池荷電狀態(SOC)的裝置，其可以包括:行駛信息或道路信息收集設備，其被配置為收集行駛信息或道路信息，包括關于道路的坡度或類型的信息以及關于車輛速度的信息；駕駛信息收集設備，其被配置為收集車輛的駕駛信息;和車輛控制器，其被配置為基于駕駛信息來確定充電模式和放電模式，并且基于車輛正在行駛的路段的道路坡度信息或道路類型信息以及該路段的車輛速度信息來確定充電上限SOC和充電下限S0C，從而基于在充電模式中電池充電停止的充電上限SOC和在放電模式中電池充電開始的充電下限SOC，輸出針對驅動電動機和混合啟動發電機(HSG)的充電命令或放電命令。
[0014]另一方面，本發明提供用于控制混合動力電動車輛中電池(SOC)的方法，其可以包括:根據從行駛信息或道路信息收集設備接收到的數據獲取行駛信息或道路信息，包括關于道路的坡度或類型的信息以及關于車輛速度的信息;從駕駛信息收集設備獲取車輛的駕駛信息;基于駕駛確定充電模式和放電模式;在充電模式中，基于車輛當前正在行駛的路段的道路坡度信息和道路類型信息以及該路段中的車輛速度信息，確定充電上限S0C;在放電模式中，基于該路段的道路坡度信息和道路類型信息以及該路段中的車輛速度信息，確定充電下限S0C;以及基于在充電模式中電池充電停止的充電上限SOC或在放電模式中電池充電開始的充電下限SOC，輸出針對驅動電動機和混合動力啟動發電機(HSG)的充電命令或放電命令。
【附圖說明】
[0015]現在將參考附圖示出的示例性實施例詳細描述本發明以上特征和其他特征，附圖在下文中僅以說明方式給出，因此并不限制本發明，且其中:
[0016]圖1是示出根據本發明的示例性實施例的用于控制電池荷電狀態(SOC)系統的視圖；
[0017]圖2是示出根據本發明的示例性實施例的控制電池SOC過程的流程圖；
[0018]圖3是示出根據本發明的示例性實施例的控制電池SOC方法的視圖；
[0019]圖4是示出根據本發明的示例性實施例的在控制電池SOC的方法中基于作為行駛信息的道路坡度和車輛速度的控制狀態的視圖；
[0020]圖5是示出根據本發明的另一個示例性實施例的控制電池SOC過程的流程圖；
[0021]圖6是示出根據本發明的另一個示例性實施例的控制電池SOC方法的視圖；及
[0022]圖7是示出根據本發明的另一個示例性實施例的在控制電池SOC的方法中基于作為行駛信息的道路坡度和車輛速度的控制狀態的視圖。
[0023]在附圖中列出的標號包括對如以下進一步討論的下面元素的引用:
[0024]I:外部交通信息提供系統
[0025]10:行駛信息或道路信息收集設備
[0026]11:GPS 接收器
[0027]12:數據存儲單元
[0028]13:信息接收器
[0029]14:照相機傳感器
[0030]15:傳感器控制器
[0031]20:電池控制器
[0032]21:電池
[0033]30:行駛信息收集設備
[0034]40:車輛控制器
[0035]50:電動機控制器
[0036]51:電氣設備(驅動電動機和HSG)
[0037]60:發動機控制器
[0038]61:發動機
[0039]應當理解，附圖未必按比例繪制，它們呈現本文所公開的本發明的各種示例性特征的某些簡化表示。如本文公開的本發明的具體設計特征，包括例如具體尺寸、方向、位置和形狀，將由特定用途和使用環境所確定。在附圖中，相同的參考標號指代本發明的相同或者等同部件。
【具體實施方式】
[0040]雖然示例性實施例被描述為使用多個單元來執行示例性過程，但是應當理解，示例性過程也可以由一個或復數個模塊執行。此外，應當理解，術語控制器/控制單元是指包括存儲器和處理器的硬件設備。存儲器被配置為存儲模塊，并且處理器被具體配置為運行所述模塊以執行下面進一步描述的一個或多