用于平衡混合动力车辆中的能量存储模块的荷电状态的系统及方法
【专利说明】用于平衡混合动力车辆中的能量存储模块的荷电状态的系统及方法
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本申请要求享有2013年3月15日提交的美国临时专利申请61/789526的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
【背景技术】
[0003]本发明大体上涉及用于混合动力电动车的能量存储系统，且特别涉及用于平衡混合动力电动车中的能量存储系统的荷电状态的系统及方法。
[0004]在过去几年中，由于二氧化碳水平的增加以及油料供应的短缺，对全球气候变化的关注日益增加。结果，一些汽车制造商和消费者开始对具有低排放和较高燃料效率的汽车具有更大的兴趣。一个可行的选择是混合动力电动车(HEV)，其允许车辆由电动机、内燃机或二者的结合来驱动。
[0005]尽管多个特征对于HEV的整体设计是重要的，但是存储车辆能使用的能量的系统是一项关键部件。在HEV中提供能量存储系统以存储发电机产生的能量，以便混合动力系统能在随后的一些时间使用这些能量。例如，所存储的能量可用于驱动电动机以独立地驱动汽车或辅助内燃机，因此降低汽油的消耗。
[0006]但是，能量存储系统面临着许多设计难题。其中，在操作过程中的一个主要问题是:针对多组能量存储系统中的单个电池包的荷电状态(SOC)，保持电池包之间适合的平衡。重要的是，容差单个电池包相对于彼此要保持在一定容差范围内的S0C。如果电池包之间的SOC的差值超过容差，那么车辆的电子部件就可能会遭到破坏。
[0007]迄今为止，现有技术中的系统已经通过复杂的硬件和电路实现了电池包或电池单元平衡，但它具有多个缺点，例如缺乏效率、增加成本和增加故障的风险。另外，现有的系统关注于电池包之间的电荷传递，这导致了因传递过程缺乏效率而产生的能量损失。
[0008]因此，需要在本领域中进行改进。
【发明内容】
[0009]这里所描述的系统及方法解决了在上文中提及的多个问题和其他问题。根据一个方面，本发明提出了一种用于平衡混合动力车辆的多个能量存储模块的荷电状态的方法，其包括确定所述多个能量存储模块中的单个能量存储模块的荷电状态，该能量存储模块操作性地连接到混合动力电动车中的动力上，以及在能量存储模块的子集的荷电状态处于相对于所述多个能量存储模块的其余能量存储模块而言的容差之外时，使用多个能量存储模块的子集来操作混合动力车辆。本发明还提出了用于实施该方法的系统。
[0010]通过详细描述和随之提供的附图，本发明的其他形式、目的、特征、方面、好处、优点和实施方案将变得清楚。
【附图说明】
[0011]图1显示了用于平衡根据一个实施方案的混合动力车辆中的电池包的系统的一个实施例的示意图。
[0012]图2显示了用于平衡使用图1的系统的混合动力车辆中的电池包的过程流程图。
[0013]图3显示了根据一个实施方案的能量存储模块与逆变器之间的高压连接以及能量存储模块与混合动力控制器之间的控制连接的示意框图。
[0014]图4显示了用于平衡使用图1的系统的混合动力车辆中的电池包的过程流程图。
【具体实施方式】
[0015]出于更好地理解本发明的原理的目的，下面将参照在附图中所示的实施方案，并且使用详细的语言来对其进行描述。然而需要理解的是，本发明的范围并不因此而受到限制。如同与本发明相关的领域的技术人员所通常想到的那样，可以构思出对在此描述的实施方案的任何修改和进一步的改进，以及对此处所描述的本发明原理的进一步应用。这里非常详细地显示了本发明的一个实施方案，然而对于本领域的技术人员来说明显的是，为了简要起见，一些与本发明无关的特征可不显示出来。
[0016]图1显示了根据一个实施方案的混合动力系统(hybrid system) 100的示意图。图1中说明的混合动力系统100适合用于商用卡车以及其他类型的车辆或运输系统，但是可以设想混合动力系统100的多个方面可结合到其他环境中。如所示，混合动力系统100包括发动机102、混合动力模块(hybrid module) 104、自动变速箱106和用于将动力从变速箱106传递到车轮110的传动系108。混合模块104中结合了通常称之为电机112的电机器，以及使发动机102与电机112及变速箱106操作性连接和断开的离合器114。
[0017]混合动力模块104设计成操作为自立式单元，即其通常能够独立于发动机102和变速箱106而工作。混合动力模块104包括底槽116，所述底槽用于存储和提供流体(例如燃油、润滑剂或其他流体)到混合动力模块104，以用于液压、润滑和冷却的目的。为了使流体循环，混合动力模块104包括机械栗118和电子(或电动)栗120。
[0018]混合动力模块104内的电机112根据操作模式有时用作发电机，而在其他时候用作马达。当用作马达时，电机112使用交流电(AC)。当用作发电机时，电机112产生AC。逆变器132转换来自电机112的AC并将其提供给能量存储系统134。在一个实施例中，电机112为由美国印第安纳州彭德尔顿的Remy Internat1nal, Inc.生产的HVH410系列电机，但是可以设想的是，也可使用其他类型的电机。在所说明的实施例中，能量存储系统134存储能量，并且将其作为直流电(DC)再提供出去。当混合动力模块104中的电机112用作马达时，逆变器132将DC电转换成AC，其又提供给电机112。
[0019]在所说明的实施例中，能量存储系统134包括三个连接在一起(优选地为并联)的能量存储模块136，以向逆变器132提供高压电能。实质上，能量存储模块136为用于存储由电机112产生的能量和将能量快速提供回电机112的电化学电池。能量存储模块136、逆变器132和电机112通过图1所示的线示出的高压线及通过图3中的线350和线352进一步详细地示出的高压线而操作性地耦合在一起。虽然所说明的实施例显示了包括三个能量存储模块136的能量存储系统134，但应当理解地是，能量存储系统134可包括比所示的更多或更少的能量存储模块136。此外可以设想，能量存储系统134可包括任何用于存储势能的系统，例如通过化学方式、气动蓄能器、液压蓄能器、弹簧、储热系统、飞轮、重力装置和电容器，这里仅举了几个例子。
[0020]高压线将能量存储系统134连接到高压抽头138上。高压抽头138将高电压提供给连接于车辆的多种部件。包括一个或多个DC-DC转换器模块142的DC-DC转换系统140将由能量存储系统134提供的高压电能转换成较低压的电能，所述较低压的电能又提供给要求低电压的多种系统和附件144。如图1所示，低压线将DC-DC转换器模块142连接于低压系统和附件144。
[0021]混合系统100结合了多个用于控制多种部件的操作的控制系统。例如，发动机102具有发动机控制模块146，用于控制发动机102的多种操作特征，例如燃料喷射等。变速箱/混合动力控制模块(TCM/HCM) 148取代了传统的变速箱控制模块，并且设计为控制变速箱106以及混合动力模块104的操作。变速箱/混合控制模块148和发动机控制模块146连同逆变器132、能量存储系统134和DC-DC转换系统140 —起沿着如图1中描述的通信线路通信。能量存储模块136可包括用于与变速箱/混合动力控制模块148通信的能量存储模块控制器380 (如图3所示)。在一个典型的实施方案中，变速箱/混合动力控制模块(transmiss1n/hybrid control module) 148和发动机控制模块146分别包括具有处理器、存储器和输入/输出连接器的计算机。此外，逆变器132、能量存储系统134、DC-DC转换器系统140和其他车辆子系统也可包括具有类似的处理器、存储器和输入/输出连接器的计算机。
[0022]为了控制和监测混合动力系统100的操作，混合动力系统100包括界面150。界面150包括用于选择车辆是否处于驾驶、空挡、倒车等状态中的换档选择器152，以及包括混合动力系统100的操作状态的多种指示器156 (如检查变速箱、制动压力和空气压力的指示器，这里仅举了几个例子)的仪表板154。
[0023]图2显示了可用于混合动力系统100中的通信系统200的一个实施例的图。虽然显示了一个实施例，但是应当理解地是，在其他实施方案中