專利名稱：交通工具電源管理系統(tǒng)的制作方法
交通工具電源管理系統(tǒng)相關申請的交叉引用不適用。關于聯(lián)邦贊助研究的聲明不適用。
背景技術：
本發(fā)明一般涉及交通工具電源管理系統(tǒng)，更具體地涉及控制從交通工具中的充電電源被施加到電池的再充電電壓。已經并將繼續(xù)開發(fā)用于管理機動交通工具中的電力的復雜控制。在這樣的系統(tǒng)中的電池再充電的方式影響交通工具性能的若干重要方面，包括電池壽命和容量、燃料經濟性和電器配件的正確操作。交通工具制造商已經投入很大精力來最優(yōu)化一個或多個性能方面，導致在交通工具操作的過程中基于大量檢測到的情況動態(tài)地控制電池充電的復雜系統(tǒng)。開發(fā)這些復雜系統(tǒng)的工作費時又費錢。同樣，所產生的系統(tǒng)需要處理大量數(shù)據(jù)的能力。 大量數(shù)據(jù)收集和處理硬件對于生產和安裝是相當昂貴的。復雜系統(tǒng)的另一個缺點是，不經大量修改，不容易在不同的交通工具型號上重復使用它們。由于任何特定的交通工具型號包括電器部件和系統(tǒng)的獨特組合，所以需要單獨的工作來設計和驗證用于各個交通工具的交通工具電源管理系統(tǒng)?；谟邢迶?shù)量的輸入情況，簡單、有效的再充電方法將是可期望的，以便提供容易適于并被驗證用于任何特定的交通工具型號的現(xiàn)貨供應的系統(tǒng)。發(fā)明概述在本發(fā)明的一個方面，交通工具電源管理系統(tǒng)(VPMS)被提供來控制交通工具中電池的充電電壓，其中交通工具包括提供選定電壓給電池的充電電源。電池監(jiān)測器耦合到電池，用于確定電池的充電狀態(tài)(SOC)、電池溫度和電池充電電流。VPMS控制器接收來自電池監(jiān)測器的周期性的消息，該周期性的消息包括來自電池監(jiān)測器的S0C、電池溫度和電池充電電流的測量結果，其中VPMS控制器評估來自電池監(jiān)測器的消息以確定充電模式。當SOC小于第一閾值時，VPMS控制器進入快速充電模式。在快速充電模式中，VPMS 控制器選擇目標快速充電電壓，關于電池溫度補償目標快速充電電壓，并傳輸經補償?shù)目焖俪潆婋妷旱匠潆婋娫?。在快速充電模式中，同樣，VPMS控制器使電池充電電流與過電流閾值相比較，并且如果電池充電電流超過過電流閾值，則VPMS控制器傳輸降低的充電電壓到充電電源。當SOC大于第一閾值并小于第二閾值時，VPMS控制器進入正常充電模式。在正常充電模式中，VPMS控制器選擇比目標快速充電電壓小的目標正常充電電壓，關于電池溫度補償目標正常充電電壓，并傳輸經補償?shù)恼３潆婋妷旱匠潆婋娫?。當SOC大于第二閾值時，VPMS控制器進入涓流充電模式。在涓流充電模式中，VPMS 控制器選擇比目標正常充電電壓小的目標涓流充電電壓，關于電池溫度補償目標涓流充電電壓，并傳輸經補償?shù)匿噶鞒潆婋妷旱匠潆婋娫础Ｔ谖茨軓碾姵乇O(jiān)測器接收S0C、電池溫度或電池充電電流的情況下，VPMS控制器也進入涓流充電模式。
附圖簡述

圖1是示出采用本發(fā)明的交通工具電力系統(tǒng)的一個實施方式的框圖。圖2是VPMS控制器的一個實施方式的輸入/輸出圖。圖3是示出本發(fā)明的一個實施方式中的充電模式的狀態(tài)圖。圖4是示出本發(fā)明的可選增強的流程圖。圖5是示出減載增強(load shedding enhancement)中負載的優(yōu)先級的圖。優(yōu)選實施方式的詳述 本發(fā)明的主要目標是確定目標充電電壓，然后目標充電電壓被傳達到用于輸送充電電壓和充電電流到電池的充電電源。用于管理交通工具電源的許多現(xiàn)有技術的算法已設法以最大化電池壽命和性能的方式給電池充電。本發(fā)明可以優(yōu)選地以代替最大化燃料效率的方式設置目標充電電壓。因此，目標充電電壓被選擇的范圍可允許在交通工具操作的某些情況的過程中對電池充電不足或過度充電。為了確保準確的充電控制，根據(jù)三個再充電模式將電池狀態(tài)分類，每個充電模式具有不同的預定目標充電電壓。關于電池溫度和已知的導線電阻補償選定的目標電壓。除了目標充電電壓的選擇，本發(fā)明可以提供可選增強特性，包括電池的健康狀態(tài)通知、電壓范圍監(jiān)測和低電池充電狀態(tài)時的減載?，F(xiàn)參考圖1，交通工具電力系統(tǒng)10包括電池11，其可以是常規(guī)的低電壓電池(例如，14伏)、常規(guī)的高電壓電池(例如，32伏)或任何其它期望的電壓。電力系統(tǒng)可隨常規(guī)內燃機或混合(氣-電)推進系統(tǒng)并入交通工具中。充電器/發(fā)電機系統(tǒng)12耦合到電池11，其中，機械能(例如，來自內燃機)被轉換為期望施加到電池11的電壓，作為再充電電壓。電池11的輸出也耦合到保險絲盒11，用于供應電能到交通工具中的各種負載。監(jiān)測器14連接到電池輸出并連接到位于電池11附近的電池溫度傳感器15。交通工具電源管理系統(tǒng)(VPMS)控制器16通過交通工具通信總線17 (如CAN總線)耦合到監(jiān)測器14，以從監(jiān)測器14接收周期性的消息，其包括由監(jiān)測器14確定的電池 11的充電狀態(tài)(SOC)、電池溫度和電池充電電流。VPMS控制器16也通過總線17耦合到充電器/發(fā)電機12，以傳輸目標充電電壓到充電器/發(fā)電機12。充電器/發(fā)電機12可優(yōu)選是包括DC/DC轉換器的調節(jié)系統(tǒng)，用于提供任何選定電壓給電池11。耦合到總線17的其它模塊包括動力系控制模塊(PCM) 20、氣候控制模塊21、遠程無鑰匙進入(RKE)模塊22和主體控制器模塊23。VPMS控制器16可發(fā)送命令到模塊20-23 和/或從模塊20-23接收數(shù)據(jù)消息，以實施本發(fā)明的可選功能，如下所述。圖2是關于VPMS控制器模塊M的輸入/輸出圖。如下是在VPMS控制器中使用的變量，其或者可以在來自于另一個模塊的消息中被接收，或者可以在VPMS控制器中被預先存儲或計算。VSC_Ke於tat具有兩個可能的值，其指示交通工具點火在斷開位置或運行位置。VSC_Ke於tat變量可以從交通工具系統(tǒng)控制器或其它模塊得到。名為PMS_ StateOfCharge的變量對應電池的實際充電狀態(tài)。充電狀態(tài)(SOC)可由電池監(jiān)測器模塊或由VPMS控制器基于從電池監(jiān)測器模塊接收的不同電池測量結果來確定。充電狀態(tài)可確定為例如共同受讓的美國專利6，876，174中所示的。名為PMS_ChargeCurrent的變量對應例如由電池監(jiān)測器所測量的測量充電電流， 其從充電電源輸送到電池。BMS_Btemp是由連接到電池監(jiān)測器的整體溫度傳感器測量的電池溫度。PMS_S0H_Input對應電池的健康狀態(tài)(SOH)，其也可使用美國專利6，876，174中所示的技術確定。名為PMS_C0mmL0StMatuS的變量識別VMPS控制器和電池監(jiān)測器或被用來供應有關數(shù)據(jù)給VPMS控制器的其它模塊之間的總線通信是否中斷。名為CFG_ChrgCurrent_THR的變量是可配置的充電電流閾值，其用來檢測充電電源上可干擾燃料效率的超載。變量CFG_PMS_SOC_MIN_THR是由VPMS控制器使用的可配置的最小充電狀態(tài)閾值，其與是最高閾值的變量CFG_PMS_SOC_MAX_THR —起來確定當前電池的SOC落入三個范圍中的哪個，以激活由本發(fā)明使用的三個充電模式之一。 變量CFG_TCV_NormalCharge是正常充電模式中使用的目標充電電壓。CFG_TCV_ RapidCharge是快速充電模式中使用的目標充電電壓。CFG_TCV_TrickleCharge是涓流充電模式中使用的目標充電電壓?；陔娏ο到y(tǒng)和期望性能的詳細說明，每個目標充電電壓被預先配置成用于每個特定的交通工具型號。名為CFGJTTargetOfTset的變量是為特定的交通工具型號配置的電壓目標偏移， 以識別和補償充電電源和電池之間的導線中的電阻，使得準確的充電電壓可被輸送到電池。圖2示出來自VPMS控制器模塊M的兩個輸出。第一輸出被稱為PMS_S0H_output， 其是來自交通工具電源管理系統(tǒng)的、指示電池的健康狀態(tài)是否超過臨界值的健康狀態(tài)標志。低于臨界值時，應向交通工具的駕駛員發(fā)出電池警告。第二輸出是PMS_TCVout，其是以下述方式計算的補償目標充電電壓。本發(fā)明的VPMS控制器優(yōu)選根據(jù)圖3所示的狀態(tài)圖操作。初始狀態(tài)25對應處于斷開狀況的交通工具的點火，如VSCJfeyMat信號所指示的。當點火接通時(如VSCJfeyMat 轉移到點火接通狀況所指示的)，VPMS控制器轉移到狀態(tài)沈，其中各種輸入通過來自諸如電池監(jiān)測器模塊或PCM模塊的其它模塊的消息收集。如果在狀態(tài)沈中通信中斷并且沒有在交通工具總線上得到期望的輸入信號或消息，則轉移到涓流充電模式34，其中只得到少量電池充電，如將在下面描述的。如果在狀態(tài)沈中得到所有輸入值，則轉移到用于評估電池的健康狀態(tài)(SOH)的狀態(tài)27。如果檢測到低S0H，那么轉移到狀態(tài)觀，其中向駕駛員發(fā)出警告信號，如指示燈的照明或警告消息在交通工具儀表板上的顯示。在狀態(tài)觀中發(fā)出警告后或者如果SOH在狀態(tài)27中不低，則轉移到用于評估交通工具電力系統(tǒng)的電壓范圍的狀態(tài)30。因此，電池監(jiān)測器可提供系統(tǒng)電壓測量給VPMS控制器，其使系統(tǒng)電壓與高電壓閾值和低電壓閾值比較，以檢測什么時候系統(tǒng)電壓不期望地高或低。當這樣的高或低系統(tǒng)電壓被檢測到時，轉移到狀態(tài)31，其中電力系統(tǒng)的某些行為被修改，如關于圖4將在下面解釋的。從狀態(tài)30或31，轉移到用于與最低和最高SOC閾值相比來評估電池的SOC的狀態(tài) 32?？蛇x地，當SOC值低于相應的閾值時，狀態(tài)32也可轉移到減載狀態(tài)33。狀態(tài)32基于 SOC確定應使用哪個充電模式并計算選定充電模式的目標充電電壓。更具體地，當SOC低于最低閾值時，VPMS控制器進入快速充電模式。當SOC大于最低閾值并小于最高閾值時， VPMS控制器進入正常充電模式。當SOC大于最高閾值時，VPMS控制器進入涓流充電模式。在每個模式中，VPMS控制器選擇相應的目標充電電壓，關于電池溫度和導線電阻補償目標充電電壓，并傳輸經補償?shù)哪繕顺潆婋妷旱匠潆婋娫?。在進入任何特定的充電模式后，VPMS 控制器等待預定的時間(例如，約20毫秒)，并然后返回到狀態(tài)沈以得到下一組輸入，并然后以同樣的方式評估它們。而在快速充電模式36中，VPMS控制器還檢查電池的過大充電電流(即，大于CFG_ ChrgCurrent_THR)，并在高電流被檢測到時，轉移到正常充電狀態(tài)37，其使用CFG_TCV_ NormalCharge設置目標充電電壓(關于電池溫度和導線電阻被補償)。VPMS控制器停留在正常充電狀態(tài)37中，直至點火被關閉，使得燃料效率不被快速充電目標電壓處的過度充電負面影響?，F(xiàn)將更詳細考慮涓流充電模式。當狀態(tài)32評估充電狀態(tài)并發(fā)現(xiàn)PMS_ StateOfCharge大于或等于CFG_PMS_SOC_MAX_THR時，則它轉移到用于涓流充電模式的狀態(tài)34。根據(jù)下列公式計算目標充電電壓PMS_TCVout
權利要求
1.一種交通工具電源管理系統(tǒng)(VPMS)，用于控制交通工具中電池的充電電壓，其中， 所述交通工具包括提供選定電壓給所述電池的充電電源，所述系統(tǒng)包括電池監(jiān)測器，其耦合到所述電池，用于確定所述電池的充電狀態(tài)(SOC)、電池溫度和電池充電電流；以及VPMS控制器，其從所述電池監(jiān)測器接收周期性消息，所述周期性消息包括來自所述電池監(jiān)測器的所述S0C、電池溫度和電池充電電流的測量結果，其中，所述VPMS控制器評估來自所述電池監(jiān)測器的所述消息以確定充電模式；其中，當所述SOC小于第一閾值時，所述VPMS控制器進入快速充電模式，其中，所述 VPMS控制器選擇目標快速充電電壓，關于所述電池溫度補償所述目標快速充電電壓，并傳輸經補償?shù)目焖俪潆婋妷旱剿龀潆婋娫?，并且其中，所述VPMS控制器將所述電池充電電流與過電流閾值相比較，且如果所述電池充電電流超過所述過電流閾值，則所述VPMS控制器傳輸降低的充電電壓到所述充電電源；其中，當所述SOC大于所述第一閾值并小于第二閾值時，所述VPMS控制器進入正常充電模式，其中，所述VPMS控制器選擇比所述目標快速充電電壓小的目標正常充電電壓，關于所述電池溫度補償所述目標正常充電電壓，并傳輸經補償?shù)恼３潆婋妷旱剿龀潆婋娫?；其中，當所述SOC大于所述第二閾值時，所述VPMS控制器進入涓流充電模式，其中，所述VPMS控制器選擇比所述目標正常充電電壓小的目標涓流充電電壓，關于所述電池溫度補償所述目標涓流充電電壓，并傳輸經補償?shù)匿噶鞒潆婋妷旱剿龀潆婋娫矗黄渲?，如果未能從所述電池監(jiān)測器接收所述S0C、電池溫度或電池充電電流，則所述 VPMS控制器進入所述涓流充電模式。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述VPMS控制器根據(jù)下式確定經補償?shù)碾妷?br> 3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述降低的充電電壓等于所述經補償?shù)恼３潆婋妷海⑶移渲?，所述降低的充電電壓被維持交通工具點火不被關閉的時間那么久。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述電池監(jiān)測器確定所述電池的健康狀態(tài)(SOH)， 并且其中，所述VPMS控制器將所述SOH與SOH閾值相比較，并且如果所述SOH小于所述SOH 閾值，則所述VPMS控制器生成駕駛員警告。
5.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述電池監(jiān)測器確定所述交通工具內的電力負載可用的系統(tǒng)電壓，其中，所述VPMS控制器響應于預定閾值而將所述系統(tǒng)電壓分級為低、正常或高，并且其中，所述VPMS控制器響應于低或高等級而將命令傳輸?shù)街辽僖恍╇娏ω撦d，以便修改相應的電力負載的行為。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，在低等級期間的經修改的行為包括禁止設置故障、 中止診斷程序和減少或消除由預定負載消耗的功率。
7.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，在高等級期間的經修改的行為包括禁止設置故障、中止診斷程序和停用預定負載。
8.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述VPMS控制器將所述SOC與減載閾值相比較，并且如果所述SOC小于所述減載閾值，則所述VPMS控制器進入減載模式，其中，所述減載模式包括停用具有第一優(yōu)先級的至少一個負載，其中，停用的負載只響應于人工行動而被重新激活；將所述SOC與負載返回閾值相比較；以及如果所述SOC大于所述負載返回閾值，則退出所述減載模式，否則停用具有比所述第一優(yōu)先級高的第二優(yōu)先級的至少一個負載。
9.一種控制交通工具中的電池的充電電壓的方法，其中，所述交通工具包括提供選定電壓給所述電池的充電電源，所述方法包括以下步驟周期性地確定所述電池的充電狀態(tài)(SOC)、電池溫度和電池充電電流； 將所述SOC與第一閾值和第二閾值相比較，其中，所述第二閾值大于所述第一閾值； 當所述SOC小于所述第一閾值時，進入快速充電模式，其中，所述快速充電模式包括選擇目標快速充電電壓、關于所述電池溫度補償所述目標快速充電電壓以及傳輸經補償?shù)目焖俪潆婋妷旱剿龀潆婋娫?，并且其中，所述快速充電模式包括將所述電池充電電流與過電流閾值相比較，并且如果所述電池充電電流超過所述過電流閾值，則傳輸降低的充電電壓到所述充電電源；當所述SOC大于所述第一閾值并小于所述第二閾值時，進入正常充電模式，其中，所述正常充電模式包括選擇比所述目標快速充電電壓小的目標正常充電電壓、關于所述電池溫度補償所述目標正常充電電壓以及傳輸經補償?shù)恼３潆婋妷旱剿龀潆婋娫?；當所述SOC大于所述第二閾值時，進入涓流充電模式，其中，所述涓流充電模式包括選擇比所述目標正常充電電壓小的目標涓流充電電壓、關于所述電池溫度補償所述目標涓流充電電壓以及傳輸經補償?shù)匿噶鞒潆婋妷旱剿龀潆婋娫矗灰约叭绻茨艽_定所述S0C、電池溫度或電池充電電流，則進入所述涓流充電模式。
10.如權利要求9所述的方法，其中，根據(jù)下式確定經補償?shù)碾妷?br> 11.如權利要求9所述的方法，其中，所述降低的充電電壓等于所述經補償?shù)恼３潆婋妷海⑶移渲?，所述降低的充電電壓被維持交通工具點火不被關閉的時間那么久。
12.如權利要求9所述的方法，還包括以下步驟 確定所述電池的健康狀態(tài)(SOH)；將所述SOH與SOH閾值相比較；以及如果所述SOH小于所述SOH閾值，則生成駕駛員警告。
13.如權利要求9所述的方法，還包括以下步驟 確定所述交通工具內的電力負載可用的系統(tǒng)電壓；響應于所述第一閾值和所述第二閾值而將所述系統(tǒng)電壓分級為低、正?；蚋?；以及響應于低或高等級而將命令傳輸?shù)街辽僖恍╇娏ω撦d，以便修改相應的電力負載的行為。
14.如權利要求13所述的方法，其中，在低等級期間的經修改的行為包括禁止設置故障、中止診斷程序和減少或消除由預定負載消耗的功率。
15.如權利要求13所述的方法，其中，在高等級期間的經修改的行為包括禁止設置故障、中止診斷程序和停用預定負載。
16.如權利要求9所述的方法，還包括以下步驟 將所述SOC與減載閾值相比較；以及如果所述SOC小于所述減載閾值，則進入減載模式，其中，所述減載模式包括停用具有第一優(yōu)先級的至少一個負載，其中，停用的負載只響應于人工行動而被重新激活；將所述SOC與負載返回閾值相比較；以及如果所述SOC大于所述負載返回閾值，則退出所述減載模式，否則停用具有比所述第一優(yōu)先級高的第二優(yōu)先級的至少一個負載。
全文摘要
本發(fā)明涉及交通工具電源管理系統(tǒng)(VPMS)，其控制交通工具中電池的充電電壓，其中VPMS控制器評估充電狀態(tài)(SOC)、電池溫度和電池充電電流，以確定充電模式。當SOC小于第一閾值時，使用快速充電模式，其中VPMS控制器選擇目標快速充電電壓，關于電池溫度補償該目標快速充電電壓，并傳輸該補償?shù)目焖俪潆婋妷旱匠潆婋娫?。當SOC大于第一閾值并小于第二閾值時，使用正常充電模式，其中，比目標快速充電電壓小的目標正常充電電壓被選定和補償。當SOC大于第二閾值時，使用涓流充電模式，其中，目標涓流充電電壓比目標正常充電電壓小。如果未能從電池監(jiān)測器接收SOC、電池溫度或電池充電電流，則VPMS控制器也進入涓流充電模式。
文檔編號H02J7/00GK102270866SQ201110151458
公開日2011年12月7日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權日2010年6月7日
發(fā)明者托馬斯·M·奧布萊恩, 詹森·G·鮑曼 申請人:李爾公司