用于控制混合动力电动车辆的驱动模式的装置和方法与流程

本发明涉及一种用于控制混合动力电动车辆(hev)的驱动模式的装置和方法，更具体涉及一种能够基于安装在hev中的电池(高压电池)的电池单元的电压变化，调节驱动模式(即，电动车辆(ev)模式或混合动力电动车辆(hev)模式)的切换时间点的装置和方法。
背景技术：
：一般来说，混合动力电动车辆(hev)是结合两种类型的动力源，例如发动机和电动机的车辆。通常，hev指的是使用通过燃烧燃料(诸如汽油的化石燃料)获得驱动力的发动机和由电池的电力驱动的电动机的车辆。通过采用发动机和电动机作为动力源，hev可具有各种结构。一种类型的hev，直接将发动机的机械动力传递给车轮，并且在必要时由电池驱动的电动机辅助，这种hev被称为并联式混合动力电动车辆。另一种类型的hev，通过发电机将发动机的机械动力转换成电力以驱动电动机或者对电池进行充电，这种hev被称为串联式混合动力电动车辆。一般来说，并联式混合动力电动车辆有利于高速驾驶或长途驾驶，串联式混合动力电动车辆有利于市区驾驶或短途驾驶。此外，已开发出插电式混合动力电动车辆(phev)，使得电池的容量通常大于现有hev的容量，并且从外部电源对电池充电。因此，插电式车辆在短距离驾驶中仅以ev模式行驶，并且在电池放电时以hev模式行驶。换句话说，由于phev与现有的hev类似，配备有由汽油驱动的发动机和由电池驱动的电动机，因此通过使用发动机和电动机中的一个或两个来驱动phev。然而，phev车辆配备有可用外部电力充电的大容量的高压电池。当驾驶员所需的功率大于电动机和电池的最大输出功率或者当电池的充电状态(soc)等于或小于参考值(例如，15％)时，phev通过驱动发动机以hev模式运行。另一方面，当驾驶员所需的功率在电动机和电池的输出功率范围内时，并且在电池放电之前电池从外部电源充电时，phev可在不驱动发动机的情况下以ev模式运行。hev内部的电池供电装置采用多电池单元。通过使用具有多个电池单元的电池而不是具有单个电池单元的电池，可施加更高的电压或者可增加容量。然而，由于每个电池单元具有固有的充电/放电特性，因此各个电池单元的电压随着时间的推移可能会不均衡。电池单元的这种不均衡会导致特定电池单元产生过放电，而这样会导致hev的输出受限。因此，可能无法提供驾驶员所需的加速度，并且驾驶员可能无法具有平稳的换挡感觉。因此，需要执行电池均衡步骤以均衡每个电池单元，从而防止特定电池单元产生过放电，并且使所有电池单元被均匀充电。安装在混合动力电动车辆上的电池管理系统(bms)，测量hev的电池电压/电流/温度以计算电池soc和电力，其可通过测量混合动力电动车辆的电池电压/电流/温度来实时地输出。具体地，可测量具有串联连接的电池的每个电池单元的电压，并且基于所测量的电压值执行电池单元间的均衡过程。然而，可仅在完成hev的驱动准备(即，hev停止)的状态下，执行这种电池间均衡过程。此外，也可能需要一周或更长的时间才能完成电池均衡过程。因此，可能无法防止在ev模式中因构成电池的电池单元之间的电压差所引起的特定电池单元的过放电。技术实现要素：本发明的一方面提供一种用于控制混合动力电动车辆的驱动模式的装置和方法，其能够通过基于安装在混合动力电动车辆中的电池(高压电池)的电池单元的电压变化，调节驱动模式(电动车辆(ev)模式或混合动力电动车辆(hev)模式)的切换时间点，来防止构成电池的特定电池单元产生过放电。本发明构思要解决的技术问题不限于上述问题，通过以下描述，本发明所属领域的技术人员将清楚地理解，本发明还要解决本文所未提及的其他技术问题。根据本发明的一方面，一种用于控制混合动力车辆的驱动模式的装置，包括：电池，其包括多个电池单元；电压传感器，其测量电池中的电池单元的电压；以及控制器，其基于由电压传感器测量的电池中的电池单元的电压，控制从电动车辆模式到混合动力电动车辆模式的切换时间点。在这种情况下，当由电压传感器测量的电池中的电池单元的电压的最大值和最小值之间的差值超过参考值时，控制器增大作为从电动车辆模式切换到混合动力电动车辆模式的参考的阈值。在这种情况下，控制器将阈值增大固定值，并且根据由电压传感器测量的电池中的电池单元的电压的最大值和最小值之间的差值超过参考值的程度，改变阈值。此外，在阈值增大之后，当由电压传感器测量的电池中的电池单元的电压的最大值和最小值之间的差值不超过参考值时，控制器使阈值返回。根据本发明，该装置还包括：存储装置，其被配置成存储阈值。此外，控制器基于电压的强度布置由电压传感器测量的电池中的电池单元的电压，将电池单元的电压分成高位组、中间组和低位组，并且当高位组的平均电压与低位组的平均电压之间的差值超过参考值时，增大作为从电动车辆模式切换到混合动力电动车辆模式的参考的阈值。在这种情况下，控制器可将阈值增大固定值，并且根据高位组的平均电压和低位组的平均电压之间的差值超过参考值的程度，改变阈值。此外，在阈值增大之后，当高位组的平均电压与低位组的平均电压之间的差值不超过参考值时，控制器使阈值返回。根据本发明的一个方面，一种用于控制混合动力车辆的驾驶模式的方法，可以包括以下步骤：由电压传感器测量电池中的电池单元的电压；以及控制器基于所测量的电池中的电池单元的电压，调节从电动车辆模式到混合动力电动车辆模式的切换时间点。在这种情况下，调节从电动车辆模式到混合动力电动车辆模式的切换时间点的步骤包括：当所测量的电池中的电池单元的电压的最大值和最小值之间的差值超过参考值时，增大作为从电动车辆模式切换到混合动力电动车辆模式的参考的阈值。在这种情况下，将阈值增大固定值，并且该阈值可根据所测量的电池中的电池单元的电压的最大值和最小值的差值超过参考值的程度而改变。此外，调节从电动车辆模式到混合动力电动车辆模式的切换时间点的步骤包括：在增大阈值的步骤之后，当由电压传感器测量的电池中的电池单元的电压的最大值和最小值之间的差值不超过参考值时，使阈值返回。根据本发明，该方法还包括存储阈值的步骤。此外，调节从电动车辆模式到混合动力电动车辆模式的切换时间点的步骤包括：基于电压的强度布置由电压传感器测量的电池中的电池单元的电压，然后将电池单元的电压分成高位组、中间组和低位组；以及当高位组的平均电压与低位组的平均电压之间的差值超过参考值时，增大作为从电动车辆模式切换到混合动力电动车辆模式的参考的阈值。在这种情况下，可将阈值增大固定值，并且该阈值可根据高位组的平均电压与低位组的平均电压之间的差值超过参考值的程度而改变。此外，调节从电动车辆模式到混合动力电动车辆模式的切换时间点的步骤进一步包括：在增大阈值的步骤之后，当高位组的平均电压与低位组的平均电压之间的差值不超过参考值时，使阈值返回。附图说明通过以下结合附图对实施例的详细说明，本发明的上述和其它目的、特征和优点将会更加显而易见，其中：图1是示出应用了本发明的hev的示意图；图2a和图2b是示出根据本发明的实施例的用于控制hev的驱动模式的装置防止特定电池单元被过放电的原理的曲线图；图3是示出根据本发明的实施例的用于控制混合动力电动车辆的驱动模式的装置的框图；图4是示出根据本发明的实施例的电压传感器的结构的视图；图5是示出根据本发明的实施例的用于控制混合动力电动车辆的驱动模式的方法的流程图；以及图6是示出根据本发明的实施例的执行用于控制hev的驱动模式的方法的计算系统的框图。具体实施方式应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其它相似术语包括一般的机动车辆，例如包括运动型多功能车(suv)、客车、货车、各种商用车辆在内的载客车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，以及航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其它替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两个或更多动力源的车辆，例如兼备汽油动力和电动力的车辆。在此使用的术语仅用于说明特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。除非上下文另外明确指明，否则如在本文使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等，也旨在包括复数形式。要进一步理解的是，当在本说明书中使用“包括”和/或“包含”时，是指陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。如在本文使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和全部的组合。在整个说明书中，除非有明确相反地描述，否则“包括”一词及其变化诸如“包括”或“包含”都将被理解为暗示包含所述的元件但不排除任何其他元件。此外，在说明书中描述的术语“单元”、“-机”、“-器”以及“模块”是指处理至少一个功能和操作的单元，并且可以通过硬件或软件及其组合来实现。此外，本发明的控制逻辑可以体现为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡以及光学数据存储装置。计算机可读介质还可以分布在网络连接的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布式方式存储和执行，例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(can)。在下文中，将参照附图详细说明本发明的一些实施例。在将附图标记添加到每个附图的元件时，应该注意，相同的附图标记始终用于表示相同或等同的元件，即使它们显示在其他附图上也是如此。此外，在描述本发明的实施例时，将排除对于公知的特征和功能的详细描述以免不必要地模糊本发明的要旨。诸如第一、第二、a、b、(a)和(b)等的术语可以用于说明本发明的示例性实施例中的元件。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件，并且这些元件的实质、顺序、次序或数量等不受这些术语的限制。除非另外定义，否则本文中使用的包括技术和科学术语的所有术语，具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。在通常使用的词典中定义的那些术语应被解释为具有与相关领域中的上下文含义相同的含义，并且不应被解释为具有理想或过于正式的含义，除非在本申请中明确定义。图1是示出应用了本发明的混合动力电动车辆的示意图。如图1所示，应用了本发明的混合动力电动车辆可包括发动机10、发动机离合器20、电动机30、变速器40，差动齿轮50、点火开关60、电池70、车轮80、混合动力控制单元(hcu)100、非易失性存储器110、发动机控制单元(ecu)200、电动机控制单元(mcu)300、变速器控制单元(tcu)400和bms500。发动机离合器20控制发动机10和电动机30之间的动力，点火开关60启动发动机10或者通过连接到电动机30的电池70启动电动机30。此外，电池70在ev模式下向电动机30供应电压。ecu200控制发动机10的整体操作，mcu300控制电动机30的整体操作，tcu400控制变速器40的整体操作。换句话说，ecu200响应于经由网络从hcu100提供的控制信号，控制发动机10的操作。mcu300响应于从hcu100提供给网络的控制信号，将电池70的dc电压转换为三相ac电压，并基于所需输出来控制电动机30的输出扭矩和速度。响应于hcu100的控制，mcu300通过电动机30转动发动机以启动发动机。mcu300包括具有多个电力切换元件的逆变器，并且电力切换元件可包括绝缘栅双极晶体管(igbt)、mosfet和晶体管中的任何一个。bms500通过检测电池70的操作区域内的每个电池单元的电流、电压或温度来管理soc，通过网络向hcu100提供关于电池70的信息，并控制电池70的充电/放电电压。特别地，当电池70的电压被过放电到等于或小于极限电压或过充电到等于或大于另一极限电压时，bms500可防止电池70的寿命减少。bms500测量电池的每个电池单元的电压，并基于测量的电压值执行电池间均衡过程。hcu100是控制混合动力电动车辆的整体操作的上级控制器，并且通过网络与各种控制器连接以相互发送/接收信息。此外，hcu100执行协作控制，以控制发动机10和电动机30的输出扭矩，并在保持运行的同时控制目标传动比。在这种情况下，非易失性存储器110是即使关闭电源也可保存存储的数据并允许用户擦除以及输入数据内容的记录介质。非易失性存储器110可安装在hcu100的内部或外部。非易失性存储器110可包括例如闪存、或者电可擦除可编程只读存储器(eeprom)。此外，hcu100可执行混合动力电动车辆的ev模式和hev模式之间的切换。在这种情况下，ev模式指的是车辆使用电动机的动力行驶的模式，hev模式指的是车辆使用发动机的动力行驶的模式。图2a和图2b是示出根据本发明的实施例的用于控制hev的驱动模式的装置防止特定电池单元过放电的原理的曲线图。图2a示出处于无负载状态的电池单元的电压。在图2a中，附图标记“210”表示电池单元的上限电压，附图标记“220”表示电池单元的下限电压，附图标记“a1”表示在特定soc部分270中具有最大电压的第一电池单元，而附图标记“a2”表示在特定soc部分270中具有最小电压的第二电池单元。从图2a中可以看出，第一电池单元a1和第二电池单元a2，由于其固有特性而具有彼此不同的电压。此外，可以知道，在5％的soc中的第一电池单元a1与第二电池单元a2之间的差分电压，大于10％的soc中的第一电池单元a1与第二电池单元a2之间的差分电压。换句话说，随着电池soc的下降，第一电池单元a1与第二电池单元a2之间的差分电压增大。图2b示出了当负载与电池连接时电池单元电压的下降程度。如图2b所示，当电池的soc为10％时，第一电池单元a1的电压未下降到下限电压220以下，但是第二电池单元a2的电压下降到下限电压200以下以被过放电。特定电池单元的过放电导致电池单元的功能劣化，这也是限制混合动力电动车辆的输出的原因，因此无法实现驾驶员预期的加速度。此外，驾驶员无法感受到平稳的换挡感觉。根据本发明的实施例，用于控制混合动力电动车辆的驱动模式的装置，基于上述问题控制驱动模式(ev模式和hev模式)的切换时间点。图3是示出根据本发明的实施例的用于控制混合动力电动车辆的驱动模式的装置的配置的框图。该装置可与hcu100分开设置，也可设置在hcu100的内部。如图3所示，根据本发明的实施例，用于控制混合动力电动车辆的驱动模式的装置310包括：存储装置31、电压传感器32和控制器33。同时，根据用于控制混合动力电动车辆的驱动模式的装置的复制方案，将各组件彼此接合，统一在一个组件中。此外，根据本发明的复制方案，还可省略某些组件。对于各个组件，存储装置31可存储基于混合电动车辆中设置的电池70的电池单元电压的变化，调节驱动模式(ev模式和hev模式)的切换时间点所需的各种逻辑、算法和程序。此外，存储装置31可存储电池的soc值(下文中，称为“第一阈值”)，其用作当电池70的电池单元中具有最大电压的第一电池单元a1与具有最小电压的第二电池单元a2之间的电压差不超过参考值时，从ev模式切换到hev模式的参考值；以及电池的soc值(下文中，称为“第二阈值”)，其用作当电池70的电池单元中具有最大电压的第一电池单元a1与具有最小电压的第二电池单元a2之间的电压差超过参考值时，从ev模式切换到hev模式的参考值。此外，存储装置31可实施为闪存型存储器、硬盘型存储器、微型存储器、卡型存储器(例如，安全数字(sd)卡或极端数字卡)、随机存取存储器(ram)、静态随机存取存储器(sram)、只读存储器(rom)、可编程只读存储器(prom)、电可擦除可编程rom(eeprom)、磁ram(mram)、磁盘和光盘型存储器中的至少一种存储介质。电压传感器32测量构成电池70的每个电池单元的电压。尽管在本发明中已经描述了单独实施电压传感器32的实施例，但是还可使用在bms500中实施的电压传感器(未示出)。在下文中，将参照图4详细描述电压传感器32的结构。图4是示出根据本发明的实施例的电压传感器的结构的视图。在图4中，附图标记“70”表示包括多个电池单元的电池，附图标记“41”表示用于测量电压的继电器。附图标记“42”表示用于电池均衡的继电器。电压传感器32利用测量电压的继电器42，测量电池70的每个电池单元的电压。在这种情况下，电池均衡用继电器41用于使电池70的电池单元均衡。接下来，控制器33执行整体控制，使得组件正常执行组件的固有功能。此外，控制器33可以以硬件或软件的形式实现，还可以以硬件和软件的组合形式存在。优选地，控制器33可以以微处理器的形式实现，但是本发明不限于此。此外，控制器33执行在基于混合动力电动车辆中设置的电池70的电池单元的电压差来调节驱动模式(ev模式和hev模式)的切换时间点的过程中所需的各种控制操作。此外，控制器33可执行以下过程中的控制操作，其中存储装置31存储电池的soc值(下文中称为“第一阈值”)，其用作当电池70的电池单元中具有最大电压的第一电池单元a1与具有最小电压的第二电池单元a2之间的电压差不超过参考值时从ev模式切换到hev模式的参考值；以及电池的soc值(下文中称为“第二阈值”)，其用作当电池70的电池单元中具有最大电压的第一电池单元a1与具有最小电压的第二电池单元a2之间的电压差超过参考值时，从ev模式切换到hev模式的参考值。此外，控制器33执行在电压传感器32测量构成电池70的每个电池单元的电压的过程中所需的控制操作。此外，控制器33基于由电压传感器32测量的电池70中的电池单元的电压，调节从ev模式到hev模式的切换时间点。此外，控制器33增加电池的soc值(阈值)，该soc值用作当由电压传感器32测量的电池70中的电池单元电压的最大值和最小值之间的差值超过参考值时，从ev模式切换到hev模式的参考值。换句话说，控制器33从第一阈值(例如，15％)变为第二阈值(例如，15％+α％)。在这种情况下，α值(增量)可以是固定值，也可根据电池70中的电池单元的电压的最大值和最小值之间的差值超过参考值的程度(超过量)而改变。例如，如下表1所示。表1超过量(v)增量(α)0.1以上且小于0.53％0.5以上且小于15％1以上7％因此，从ev模式到hev模式的切换时间点提前，从而防止电池70的电池单元中具有最小电压的电池单元被过放电。此外，当bms500执行完较长时间的电池单元均衡过程时，控制器33可从第二阈值返回到第一阈值，因此由电压传感器32测量的电池70的电池单元电压的最大值和最小值之间的差值不超过参考值。根据另一个实施例，控制器33基于电池单元电压的强度，布置由电压传感器32测量的电池70的电池单元的电压。将电池单元的电压分为高位组(uppergroup)、中间组和低位组(lowergroup)。当高位组的平均电压与低位组的平均电压之间的差值超过参考值时，控制器33可增加电池的soc值，该值用作从ev模式切换到hev模式的参考。例如，当电池70包括96个电池单元时，并且当电池单元基于电池单元的电压强度，从具有最大值的电池单元#1布置到具有最小值的电池单元#96时，高位组可包括电池单元#1到电池单元#3，中间组可包括电池单元#4到电池单元#93，而且低位组可包括电池单元#94到电池单元#96。在这种情况下，优选地，包含在高位组和低位组中的每一组中的电池单元的数量不超过5个。图5是示出根据本发明一个实施方式的用于控制混合动力电动车辆的驱动模式的方法的流程图。电压传感器32测量电池70中的电池单元的电压(501)。此后，控制器33基于由电压传感器32测量的电池70中的每个电池单元的电压，调节从ev模式到hev模式的切换时间点。图6是示出根据本发明的实施方式的用于执行控制hev的驱动模式的方法的计算系统的框图。参照图6，可以通过计算系统执行根据本发明的实施方式的用于控制混合动力电动车辆的驱动模式的方法。计算系统1000可包括：通过系统总线1200相互连接的处理器1100、存储器1300、用户界面输入装置1400、用户界面输出装置1500、存储装置1600和网络接口1700中的至少一个。处理器1100可以是中央处理单元(cpu)或者用于处理存储在存储器1300和/或存储装置1600中的指令的半导体设备。存储器1300和存储装置1600中的每一个可包括各种类型的易失性或非易失性存储介质。例如，存储器1300可包括只读存储器(rom)和随机存取存储器(ram)因此，结合本发明中公开的实施方式描述的方法或算法的操作，可直接利用由处理器1100执行的硬件模块、软件模块或其组合来实现。软件模块可驻留在例如ram、闪存、rom、可擦除可编程rom(eprom)、电eprom(eeprom)、寄存器、硬盘、固态硬盘(ssd)、可移动光盘或者光盘(cd-rom)等存储介质(即，存储器1300和/或存储装置1600)上。示例性的存储介质可耦合到处理器1100。处理器1100可从存储介质读出信息，并且可在存储介质中写入信息。可选地，存储介质可与处理器1100集成在一起。处理器和存储介质可驻留在专用集成电路(asic)中。asic可驻留在用户终端中。可选地，处理器和存储介质可作为单独组件驻留在用户终端中。根据本发明的实施方式，可通过基于安装在混合动力电动车辆中的电池(高压电池)的电池单元的电压变化，调节驱动模式(电动车辆(ev)模式或混合动力电动车辆(hev)模式)的切换时间点，防止构成电池(高压电池)的特定电池单元被过放电。在上文中，尽管已经参考示例性实施方式和附图描述了本发明，但本发明不限于此，在不脱离由所附权利要求中要求保护的本发明的精神和范围的情况下，还可以由本发明所属领域的技术人员进行各种修改和改变。因此，提供本发明的示例性实施例是为了解释本发明的精神和范围，而并非限制本发明，因此本发明的精神和范围不受这些实施例的限制。本发明的保护范围应由基于所附权利要求以及该范围内的所有技术构思来解释。当前第1页12