專利名稱：管理電功率存儲裝置的功率流的方法和裝置的制作方法
管理電功^fi裝置的功率流的方法和裝置
駄領(lǐng)域
本公開通常涉及電功率存^^置(electrical power storage device)的功率流 (power flow)的管理。 背景獄
這部分內(nèi)容僅提供與本公開有關(guān)的背景信息，可能不構(gòu)^J見有技術(shù)。 現(xiàn)代，非常，于電功率產(chǎn)生和存儲系統(tǒng)的適當操作。在過去的二十年
里，電氣裝置的數(shù)量'I^I增長，這個趨勢還在加速。車輛電功率系統(tǒng)不僅需要 為諸如后窗除霧器、,死制動和穩(wěn)定性增強系統(tǒng)之類的安全相關(guān)系統(tǒng)提供足 夠的功率，也需要為諸如空調(diào)，座位加熱，音頻和視頻系統(tǒng)之類的舒適、便利 和娛樂特征提供足夠的功率。如線傳操控技術(shù)(X勿-wire)的新技術(shù)的出5艦 電池提出了額外的要求。來自于諸如電池的電功,儲裝置的持續(xù)功率自保 持適當?shù)能囕v運行至疑要。電池問題導致顧客的不滿意和服務(wù)問題。因此，
需要對電池在各種糊操條式和電、麟命中的供電能力進行監(jiān)觀卿控制。
汽車電池的一個必不可少的功能是在短的期間內(nèi)提供高功率，例如，在引 擎起動時提供高功率。現(xiàn)代車輛控制系統(tǒng)利用電功率管理系統(tǒng)來平衡 5運行 期間的功率需求和供應(yīng)，以及提供引擎發(fā)動功率。電池狀態(tài)是任何電功率管理 系統(tǒng)的基本元素。由于電池裝置的電化學特性，很多因素影響著電池的狀態(tài)， 因此確定電池的狀態(tài)很復(fù)雜。電池狀態(tài)由荷電狀態(tài)(SOC)和健康狀瘋SOH) SOC ^^存儲的可用功,肯遣，而SOH是功率能力(power capability) 和電池容量的指示。為了實現(xiàn)精確的功率管理，電池的SOC和SOH都需要考 慮。
一種已知的用于切斷負,oad shed)和閑置升壓(idle boost)的^電功率管 理方,基于電池荷電狀態(tài)的指標。其它功率管理系統(tǒng)和方法試圖基于電池的 起動電流或電壓來預(yù)測電池起動能力。這些系統(tǒng)需要大電流傳感器來測量在起 動期間的電池電流(例如，80(M000安培)。財卜，沒有方法確定起動電流或電 壓的閾1^于考慮電池SOC和SOH的功率管理。用于混合動力，上的功率
管理的至少一種方法是基于在正常的，操作期間識別的電池模型參數(shù)。但是， 在正常操作期間的實時電池模型參數(shù)識另腰求電池電壓和電流信號滿足,激
勵(persistency of excitation)的^[牛，而,常不適用于傳統(tǒng)，。此外，這種 方法的計算代價非常高，因為它需要以很高的釆樣率來采集數(shù)據(jù)和《信號。
因此，需要一種用于電功率存儲錢的節(jié)省成本的監(jiān)領(lǐng)御控制系統(tǒng)，以實 現(xiàn)精確和可靠的功率管理從而解決上述問題，該系統(tǒng)考慮了電池的荷電狀態(tài) (SOC)和健康狀態(tài)(SOH)兩者。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種用于管理電功率存儲裝置的功率流的方法，該電功率存儲^g 適于艦包含電機的電m^功率以起動內(nèi)微幾，駄雜括第一次起動引擎。 在這種起動之后，來自電功率存儲裝置以再次起動弓l擎的可用功率被^^賣地更 新。如果可用功率少于預(yù)定的功率閾值，調(diào)用(invoke)補救措施，該補鵬施 包括減少從電功率存^^置輸出的功率流和增加到電功率存儲裝置的功率流的 至少其中之一。


本發(fā)明在某些部分和部分設(shè)置中可釆用物理形式，其實施例在形成其一部 分的附圖中被詳細地描述和說明，其中 圖1為示范性電路的示意亂 圖2和3包括控制方案的示意圖； 圖4為表格形式的數(shù)據(jù)集；以及
圖5為圖形形式的數(shù)據(jù)集。
具體實施例方式
現(xiàn)在參見附圖，其中附圖是為了闡明實施例，圖1描繪了依據(jù)實施例構(gòu)造
的電路的示意圖。該電,括電功率存^g 10 (EPSD),其選擇性地電連接 至包含電機25的電路20，電機25經(jīng)由配線(wiringharness) M開關(guān)16的接 通(actuation)電連接至EPSD，以及其它電負載體。EPSD的特征在于內(nèi)部 電阻(Rb)，開路電壓或者電勢(Vocv)，以及端子12， 14間的包括電壓(VB^rr) 的功率流，以及電流(W)。電路20的特征在于包括電路電阻(Rc)的電阻抗。 在所描述的實施例中，EPSD包括傳統(tǒng)的電化學裝置如鉛酸電池，不過這樣的應(yīng) 用^例性的和非限制性的。ESPD選擇性地連接至包括起動電動機的電機25
并且可操作地向其提供電功率，戶;f^動電動m3S于在包括點火開關(guān)的開關(guān)16
接通時起動內(nèi)燃機5。點火開關(guān)可以由 操作者手動啟動，或者也可以響應(yīng)于 使用引擎關(guān)閉-起動策略的作為^W置一部分的引擎控偉鵬塊30所發(fā)出的指 令而啟動。EPSD電連接至各種負載裝置并且可操作地向其提供電功率(為詳細 示出)。當EPSD和電路20作為元件被包含在機動糊中時，有多個電力負載 驢40。電力負載裝置通常包括車體系統(tǒng)如HVAC，娛樂系統(tǒng)，儀表板，窗戶 除霧器，以及內(nèi)部和外部照明，與制動相關(guān)的底盤部件，轉(zhuǎn)向和穩(wěn)定性控制和 燃糾專送系統(tǒng)，以及諸如燃料噴射器的弓l擎附件。寄生負載，艮噥引擎關(guān)閉期 間排空(drain) EPSD的那些負載，包括用于包含存皿置和安全系統(tǒng)的控偉鵬 塊的?；罟β?keep"alive power)。
內(nèi)燃機5 ，地包括公知的多汽缸裝置，其可操作MI燒燃料以在曲軸處 產(chǎn)生轉(zhuǎn)動功率。引糊出il31^I器錢被傳送至懶出，例如車輪。魏器裝 置可以包括傳統(tǒng)的固定檔位魏器(fixed gear transmission)棘，可維結(jié) 合電功率和機械功率以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩輸出的某種形式的機電混^置。在所描述的
實施例中，包括電功率產(chǎn)生裝置(未示出)，比如交流發(fā)電機，其ffiMM31皮帶 傳動可旋轉(zhuǎn),接至引擎曲軸，以產(chǎn)生用于對EPSD充電的電功率?？蛇x地， 電機25可以包含受控的電動/發(fā)制/l^fi，其可操作以在特g作劍牛下起動引 擎以及在其，作割牛下產(chǎn)生充電電功率。
控帝鵬塊30imbtfc^TO數(shù)字計對幾，其通常包含微鵬器或中央處理單 元，包含非易失性存^S的存儲介質(zhì)，隨機存取存儲器(RAM)，高速時鐘， 模數(shù)(A/D)和數(shù)模(D/A)電路，以及輸A/輸出電路和裝置(I/O)和適當?shù)?信號調(diào)節(jié)以及緩沖電路，所述非易失性存儲體包含只讀存儲器(ROM)和電 可編程只讀存儲器(EPROM)?？刂颇K具有一組控制算法，包括存儲在存儲 器中并且可執(zhí)行以皿相應(yīng)的計算機功能的常駐禾聘指令和校正(calibration)。 控帝猴塊30可以通過局域網(wǎng)(LAN)與齡控制體系的其雄庫鵬塊以信號方 式(signally)相連。LAN可以傳送與操作者的功率請求相關(guān)的信息，以及與其 它車輛運行狀態(tài)的控制和操作相關(guān)的信息。
現(xiàn)在參考圖2，其公開了一種在電路中管理電功率使用的方法，該電路包含 EPSD和包括電路20的相關(guān)電路，其中電路20包括電機25和電力負載裝置40。 該方,括確定引擎起動事件時EPSD的初始狀態(tài)，和確定在引擎起動事件之
后的操作期間包括EPSD的電路的狀態(tài)?；谶@些狀態(tài)，為隨后的引擎起動事 fM古計EPSD所提供的最大起動功率。估計的最大起動功率同閾值相比較以確 保EPSD的起動能力?；诖?，在正在進行的操作期間選擇性地管理和控制來 自EPSD的電功率流，如所述的。3E，參照附圖3， 4和5對皿行更詳細的描 述。
ffl31啟動(actuate)開關(guān)16激活系統(tǒng)，以通過電路20將短持續(xù)時間、大電 流的電力負M加到EPSD，比如起動引擎以開始其運行。在所描述的實施例中， 控偉鵬塊30通常響應(yīng)于來自，操作者的輸A^者基于引擎關(guān)閉/起動例程啟 動開關(guān)16?？氐圳H 測31^子12, 14的功率流。
在引擎起動事件時確定EPSD的狀純括以下三#驟，如圖3所示。EPSD 的初始開路電壓(Vocv掘)，EPSD的旨(T嫩)，環(huán)境皿(T赫)，和EPSD 的最小起動腿(V*)魏動薪牛開始時被測量和記錄。附加地，用當前的環(huán) 境M更新在前N個弓l擎起動事件期間記錄的環(huán)境、皿，N例如可以包含5次 弓l魏動事件。第二通過預(yù)校正的查嫁由Vqcv-w^ T ^尋到EPSD的初始 荷電狀態(tài)(SOC她)。第三，j頓等式l計算EPSD的初始內(nèi)電阻(R^):
Rw*&= ^x初始—r,尺c(7^j [1]
其中Rc(T^)是基于環(huán)境溫度的起動電路的電阻。
起動電路電阻Rc包括電路20的電阻和電力負載^g40的電阻，其不包括 EPSD的內(nèi)電阻Rb。起動電路電阻Rc包括并包含所有的電路部件，包括配線電 纜，電機頓lj,和鵬動電動機25的其它部件，并且雌地在試生產(chǎn)糊校正
路電阻Rc通常被計算為^動期間產(chǎn)生的最小起動電壓除以最大電流(Uc)， 即Vn^。起動電路電阻Rc通常隨著可以由環(huán)境^J^確定的起動電路的溫度 而變化，并且描述為Rc(T^)。
引擎起動以股動事件之后的操作期間，基于初始荷電狀態(tài)SOC棚估計期 望在下一次起動事件中出現(xiàn)的EPSD參數(shù)。操作包括引擎操作，包括引擎操作 的車輛操作，和在切斷(key-off)期間車輛附件的操作，所有這些都導致M; EPSD的功率流。EPSD參數(shù)包括估計的荷電狀態(tài)(SOCm)，其包括當前的荷電 狀態(tài)(SOC織)減去在引擎關(guān)閉時由于EPSD上的寄生負載產(chǎn)生的經(jīng)校正的荷
電狀貌員失。當前的荷電狀態(tài)一般由等式2確定
SOC當ffipSOC [2] 容量
其中I f^流過EPSD的電流。寄生負載的估計,地從車輛開發(fā)期間預(yù)定 的^IE數(shù)據(jù)組獲得并且可恢復(fù)地存儲^i十算機存儲器中。
估計下一次引擎起動事件的環(huán)境鵬(TW)，其雌地包括就N7爐動 中的最低環(huán)境M，如前所述。雌地，基于最差情況的最低鵬情形估計下 一7爐動事件時的EPSD M，以與下一次引,動事件的環(huán)境鵬(T^)基 本上相等。下一次引擎起動事件的開路電壓的估計(Vocv))是基于下一次起 動事件時的SOC&和估計的EPSD M確定的，且^t&包括存儲在存儲器查 ,中的預(yù)^IE值，如上所述，下一次起動事件時的估計的EPSD旨^M 被估計為與下一次引擎起動事件的環(huán)境、溫叟(T改)基本上相等。
現(xiàn)在參見附圖4，以表格的形式繪出了包含在MJt狀態(tài)(T)和荷電狀態(tài) (SOC)范圍上EPSD的多，路腿狀態(tài)的示范性娜集，所述EPSD包含 示范性的標稱12伏電、^2。^^ 1在開發(fā)期間進行離線測試確定 集, 以產(chǎn)生數(shù)據(jù)來構(gòu)造^IE表用于存儲和隨后在控偉贖塊中供算制吏用的實施。
下一 爐動事件的EPSD的估計的內(nèi)電阻(R^)如下由等式3確定
R^IW *卩+ a (SOC敝SOCest)f e *(T旨D] [3]
其中a和P為在示范性的標稱12伏電池裝置的試生產(chǎn)實驗測試期間確定 的^IE值，其表征S0C變化和,變4W起動電阻的影響。
估計的最^動功率(P皿—《t)可基于如上估計的開路電壓和內(nèi)電阻由下面 的等式4決定，
<formula>formula see original document page 3</formula>
粉古計的最^動功率P皿一est同預(yù)定的閾^^動功率P自(Test)相比較， P皿(Test) 4驚在下一次引擎起動事件的估計環(huán)境鵬(TW)下起動引擎所需 的功率。
當所估計的最大起動功率P,—^小于閾離動功率Pmax 時，控鵬莫
±姊取補救措施，包括例如M^、來自EPSD的電功率流和/或增加至EPSD的充 電(功率流)。這包括增加引擎5的空,度以增加EPSD的荷電狀態(tài)，以皿
擇性地M^，中的電功率消耗以使荷電狀態(tài)的減少最小化。圖3實質(zhì)包含詳 細說明戰(zhàn)決策制定戰(zhàn)呈的算法瀨呈圖。
閾鵬動功率P皿(T改)包含關(guān)于下一次引擎起動事件的估計環(huán)境鵬(TW)
的經(jīng)校正的一維查找表。該査找表^mii皿行離線CT起動測試來校正。
EPSD的SOC可以連續(xù)地減少，直至鵬動時間超出了允許的特定最大時間赫 在特定的鵬1W下不肖跑動引擎。然后起動引擎所需的電功率P皿(Td)可以 被計算為起動期間的最小起動電壓(V*)乘以最大電流(Uc)，即V^Uc。
J贓參見附圖5,娜圖描繪了j柳7個EPSD的車載測試而產(chǎn)生的起動數(shù) 據(jù)，所述EPSD包括示范性的標淑12伏電、鵬置，該圖說明了上面描述的齢 的翻性。采用加速老化循環(huán)，7個EPSD在4柳年限上歸的至ljj頓絲結(jié)束。 在老^1程中周期'M^集起動數(shù)據(jù)。如上所述，EPSD所提供的最大功率隨著 老化而M^、。在測試的EPSD中結(jié)果是一致的，證明了采用實際^^起動娜
有效地確定預(yù)測估計的最煩動功率Pxna^和閾離動功率P皿(Te^)的能力。
本公開描述了某，選實施例及其修改。通過閱讀和理解本說明書，本領(lǐng) 域技術(shù)人員會想到其他修改和替代。因此，本公開不限于作為實現(xiàn)本公開的最 佳模式所公開的特定實施例，本公開包括落在所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有實 施例。
權(quán)利要求
1、管理電功率存儲裝置的電功率流的方法，該電功率存儲裝置適于通過包含電機的電路提供功率以起動內(nèi)燃機，該方法包括第一次起動引擎；在第一次起動引擎之后，基本上連續(xù)地更新來自電功率存儲裝置的用于再次起動引擎的可用功率；和如果可用功率小于預(yù)定功率閾值，采取補救措施，該補救措施包括減小從電功率存儲裝置輸出的功率流和增加到電功率存儲裝置的功率流的至少其中之一。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中基本上連續(xù)地更新來自電功率存^a的用于再7，動弓l擎的可用功率包括基于基本上與第一次起動弓摩同時更新的能量存儲裝置的內(nèi)電阻的初始估 計來估計可用功率。
3、 如權(quán)利要彩所述的方法，其中基本上驗地更新來自電功蹄^S 的用于再次起動弓l擎的可用功率包括基于在第一7爐動引擎之后基本上連續(xù)地更新的育遣存儲裝置的內(nèi)電阻的 當前估計來估計可用功率。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中能量存儲CT的內(nèi)電阻的初始估計是作為所述電路的電阻的函m^估計的。
5、 權(quán)利要求3所述的方法，其中能量存f^S的內(nèi)電阻的初始估計是作為 所述電路的電阻的函 估計的，并且能量存儲裝置的內(nèi)電阻的當前估計是作 為內(nèi)電阻的初始估計、電功率存儲裝置自第一次起動弓摩以來的荷電狀態(tài)的變 化，以及電功率存儲裝置自第一次起動引擎以來的溫度的變化的函數(shù)來估計的。
6、 管理電功率存儲裝置的電功率流的方法，包括 可操作地將電功率存儲裝置電耦合至包含適于起動弓l擎的電機的電路； 確定電功率存儲裝置在第一次弓1^起動事件時的初始狀態(tài)； 估計在第一次引擎起動事件之后的操作期間所述電路和電功率存儲裝置的將來狀態(tài)；基于電功率存儲裝置的初始狀態(tài)和估計的將來狀態(tài)以及電路的將來狀態(tài)，為 隨后的弓l擎起動事件預(yù)測電功率存儲裝置的最^動功率；比較預(yù)澳啲電功棘儲體的最大起動功率和予跪的閾值功率；以及， 基于所述比較，控制電功蹄鵬置的電功率流。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，其中確定電功 儲裝置在第一次引擎起動 事件時的初始狀態(tài)包含確定弓l擎起動事件開始時的初始開路電壓，初始溫度， 初始荷電狀態(tài)，和初始內(nèi)電阻。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括基于電路上的預(yù)觀啲寄生負載和 當前荷電狀態(tài)來估計電功 儲裝置在隨后起動事件的將來荷電狀態(tài)。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括估計電功 儲裝置在隨后起動 事件的將來溫度和基于在隨后起動事件的所述預(yù)測的將來荷電狀態(tài)和電功率存 儲^S在隨后起動事件的所述估計的將來,來確定電功率存儲裝置在隨后起 動*#的將來開路,。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括基于所述初始內(nèi)電阻，電功率 存儲裝置的所述初始荷電狀態(tài)和將來荷電狀態(tài)之間的差值，和電功*儲^ 的所述初始溫度和將來溫度之間的差皿估計電功率存儲裝置在隨后起動事件 的將來內(nèi)電阻。
11、 權(quán)利要求10臓的方法，其中為隨后的引擎起動事件預(yù)測電功辯儲 裝置的最大起動功率進一步基于所述電路在第一次引，動事件的初始狀態(tài)。
12、 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電路的初始禾鵬來狀態(tài)包含分別 基于估計的初始電路MJS和估計的將來電路^J^的所述電路的電阻。
13、 如權(quán)利要求6所述的方法，其中控制來自電功率存儲裝置的電功率流包括當所述預(yù)觀啲最大起動功率小于所述閾值功率時增加弓I擎空^I度以增加 電功 皿置的荷電狀態(tài)和減小電功率消耗。
14、 如權(quán)利要求6所述的方法，其中電功率闞值包括驅(qū)動電機以起動引擎 所需的電功率存儲裝置的功率流。
15、 如權(quán)利要求6所述的方法，進一步包括在隨后的引擎起動事件之鵬 制電功率存，置的電功率流。
全文摘要
本發(fā)明涉及管理電功率存儲裝置的功率流的方法和裝置。一種電功率存儲裝置提供功率以起動內(nèi)燃機。之后來自電功率存儲裝置以再次起動引擎的可用功率被連續(xù)更新。當可用功率少于預(yù)定功率閾值時采用補救措施。
文檔編號B60W10/06GK101380950SQ20081016113
公開日2009年3月11日 申請日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月14日
發(fā)明者D·W·沃爾特斯, M·A·薩爾曼, N·S·卡普索卡瓦蒂斯, X·唐, X·張 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司