混合动力电动车辆中电池荷电状态的控制装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于控制混合动力电动车辆中电池荷电状态(SOC)的方法。更具体地，本发明涉及如下用于控制混合动力电动车辆中电池荷电状态的方法，其能够在混合动力电动车辆中，在不用提高电气设备(驱动电动机、混合动力启动发电机(HSG)等)或主电池的容量和性能的情况下，有效使用能量，最大化由电动机进行的能量回收，并且提高燃料效率和可操作性。
【背景技术】
[0002]通常，使用矿物燃料(例如，汽油和柴油)的内燃机车辆具有各种限制，例如由发动机废气引起的环境污染、由二氧化碳引起的全球变暖，以及由臭氧形成引起的呼吸疾病。因此，正在开发由电力驱动的车辆，即环境友好型车辆，例如由电动机驱动的电动车辆(EV)和由发动机与电动机驱动的混合动力电动车辆(HEV)。特别地，电动车辆和混合动力电动车辆都配备有用作车辆行驶的驱动源的电动机、逆变器与电动机控制器(例如，电动机控制部件(MCU))、以及被配置为向电动机供给驱动力的电池(通常指‘主电池’或‘高压电池’)。
[0003]此外，电动车辆和混合动力电动车辆都配备有被配置为收集电池信息的电池控制器(例如，电池管理系统(BMS))。电池控制器被配置为收集关于电池的电压、电流、温度、荷电状态(SOC)( % )的信息，并且使用电池信息直接参与电池的充电与放电控制，或者向车辆内或车辆外的其他控制器提供电池信息，以允许其他控制器使用电池信息进行车辆控制或电池充电/放电控制。
[0004]此外，混合动力电动车辆配备有与电动机一起作为驱动源(以下称为‘驱动电动机’)的发动机、和混合动力启动发电机(HSG)，HSG以可传递动力的方式连接到发动机，从而使用从发动机传递的动力启动发动机或产生电力。用作驱动电动机的动力源的主电池(例如，高压电池)经由逆变器以可充电/可放电的方式连接到驱动电动机与HSG ο逆变器被配置为将电池的直流电流转换成用于驱动电动机的驱动的三相交流电流(AC)，并且将三相交流电流施加到驱动电动机(例如，电池放电)。
[0005]这种混合动力车辆以电动车辆(EV)模式行驶，或者以混合动力电动车辆(HEV)模式行驶，EV模式是使用驱动电动机的驱动力的纯电动车辆模式，HEV模式使用发动机和驱动电动机两者的驱动力。此外，可以执行再生模式，再生模式在车辆制动或由惯性引起的车辆滑行期间，通过电动机的发电回收制动能量或惯性能量，并且将电力充入到电池中。HSG也通过发动机自己的动力作为发电机操作，或者在能量再生条件下通过发动机输送的动力作为发电机操作，从而对电池进行充电。
[0006]另一方面，在典型的环境友好型车辆中，电池的充电与放电是基于主电池的可用输出和当前行驶所需的要求输出来调整的，而不管车辆速度和行驶路径上的坡度信息。特别地，当车辆进入上坡道路或低速路段时或者当车辆进入市中心或拥堵路段时，如果电池荷电状态(以下称为‘S0C’(％))为低，则EV行驶减少，并且加速/减速时可用的电动机转矩被限制，从而产生过渡控制区间的增加，并且因此降低能量效率和可操作性(例如，空转时的充电量与无效率操作点增加)。
[0007]此外，当车辆进入下坡道路或中/高速路段时或者当车辆进入国道或高速公路时，如果电池S0C(%)为高，则再生制动和滑行再生时电池用于充电的可用空间不足，难以回收额外的再生能量，并且因此浪费再生能量。特别地，当存在将车辆维持在恒速的频繁再生制动时，或者当车辆行驶在长距离减速下或下坡道路(例如，高速公路的出口)时，再生能量不能被回收而被浪费。
[0008]在现有技术中，由于行驶道路的坡度是根据加速器(例如，加速踏板)位置传感器(APS)的信号、输出、车辆速度或G传感器(例如，加速度传感器)的信号预测以确定SOC控制策略的，或者由于SOC控制策略是基于APS信号、制动踏板位置传感器(BPS)或车辆速度来确定的，因此会增加过渡控制区间，导致燃料效率和可操作性降低，这是因为在控制区间确定期间，由于车辆行驶条件的变化(例如，道路载荷的改变、加速或加速情况的改变)而导致误确定或确定延迟。
[0009]在该背景部分中公开的上述信息仅仅是为了增强对本发明的背景的理解，因此它可能包含不构成对本领域技术人员已知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0010]本发明提供用于控制混合动力电动车辆中电池荷电状态(SOC)的方法，其能够在混合动力电动车辆中，在不用提高电气设备(例如，驱动电动机、混合动力启动发电机(HSG)等)或主电池的容量和性能的情况下，有效使用能量，最大化由电动机进行的能量回收，并且提高燃料效率和可操作性。
[0011]本发明还提供用于控制混合动力电动车辆中电池SOC的方法，其通过最大化车辆在下坡道路、国道或中/高速行驶路段的制动或滑行时由电动机回收的能量，可以提高燃料效率。本发明还提供用于控制混合动力电动车辆中电池SOC的方法，其通过确保车辆行驶在上坡道路或市中心时或行驶在低速或拥堵路段时的电动机输出，以此可以提高可操作性和燃料效率，由此确保在陡坡或快速加速时针对较大要求转矩的快速反应性能，并且增加EV行驶距离。
[0012]此外，本发明提供用于控制混合动力电动车辆中电池状态的方法，其通过预测前方坡度、道路类型和交通状况，并且因此基于车辆速度、道路类型或道路坡度的变化最小化过渡状态，以此可以防止可操作性和燃料效率降低。本发明还提供用于控制混合动力电动车辆中电池SOC的方法，其通过在主电池充电期间预测并限制超过预定充电和放电限制，以此提高主电池的耐久性并且防止车辆的不可用行驶状态。
[0013]—方面，本发明提供用于控制混合动力电动车辆中电池荷电状态(SOC)的装置，其可以包括:行驶信息或道路信息收集设备，其被配置为收集行驶信息或道路信息，包括关于道路的坡度或类型的信息以及关于车辆速度的信息；驾驶信息收集设备，其被配置为收集车辆的驾驶信息;和车辆控制器，其被配置为基于驾驶信息来确定充电模式和放电模式，并且基于车辆正在行驶的路段的道路坡度信息或道路类型信息以及该路段的车辆速度信息来确定充电上限SOC和充电下限S0C，从而基于在充电模式中电池充电停止的充电上限SOC和在放电模式中电池充电开始的充电下限SOC，输出针对驱动电动机和混合启动发电机(HSG)的充电命令或放电命令。
[0014]另一方面，本发明提供用于控制混合动力电动车辆中电池(SOC)的方法，其可以包括:根据从行驶信息或道路信息收集设备接收到的数据获取行驶信息或道路信息，包括关于道路的坡度或类型的信息以及关于车辆速度的信息;从驾驶信息收集设备获取车辆的驾驶信息;基于驾驶确定充电模式和放电模式;在充电模式中，基于车辆当前正在行驶的路段的道路坡度信息和道路类型信息以及该路段中的车辆速度信息，确定充电上限S0C;在放电模式中，基于该路段的道路坡度信息和道路类型信息以及该路段中的车辆速度信息，确定充电下限S0C;以及基于在充电模式中电池充电停止的充电上限SOC或在放电模式中电池充电开始的充电下限SOC，输出针对驱动电动机和混合动力启动发电机(HSG)的充电命令或放电命令。
【附图说明】
[0015]现在将参考附图示出的示例性实施例详细描述本发明以上特征和其他特征，附图在下文中仅以说明方式给出，因此并不限制本发明，且其中:
[0016]图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制电池荷电状态(SOC)系统的视图；
[0017]图2是示出根据本发明的示例性实施例的控制电池SOC过程的流程图；
[0018]图3是示出根据本发明的示例性实施例的控制电池SOC方法的视图；
[0019]图4是示出根据本发明的示例性实施例的在控制电池SOC的方法中基于作为行驶信息的道路坡度和车辆速度的控制状态的视图；
[0020]图5是示出根据本发明的另一个示例性实施例的控制电池SOC过程的流程图；
[0021]图6是示出根据本发明的另一个示例性实施例的控制电池SOC方法的视图；及
[0022]图7是示出根据本发明的另一个示例性实施例的在控制电池SOC的方法中基于作为行驶信息的道路坡度和车辆速度的控制状态的视图。
[0023]在附图中列出的标号包括对如以下进一步讨论的下面元素的引用:
[0024]I:外部交通信息提供系统
[0025]10:行驶信息或道路信息收集设备
[0026]11:GPS 接收器
[0027]12:数据存储单元
[0028]13:信息接收器
[0029]14:照相机传感器
[0030]15:传感器控制器
[0031]20:电池控制器
[0032]21:电池
[0033]30:行驶信息收集设备
[0034]40:车辆控制器
[0035]50:电动机控制器
[0036]51:电气设备(驱动电动机和HSG)
[0037]60:发动机控制器
[0038]61:发动机
[0039]应当理解，附图未必按比例绘制，它们呈现本文所公开的本发明的各种示例性特征的某些简化表示。如本文公开的本发明的具体设计特征，包括例如具体尺寸、方向、位置和形状，将由特定用途和使用环境所确定。在附图中，相同的参考标号指代本发明的相同或者等同部件。
【具体实施方式】
[0040]虽然示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应当理解，示例性过程也可以由一个或复数个模块执行。此外，应当理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置为存储模块，并且处理器被具体配置为运行所述模块以执行下面进一步描述的一个或多