带能量存储系统的车辆推进系统及控制其操作的优化方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例通常涉及用于混合动力汽车和电动汽车的电驱动系统，并且更具体地，涉及用于具有一个或多个能量存储装置以及一个或多个机电装置的混合动力汽车和电动汽车的车辆推进系统，以及所述车辆推进系统的控制操作的优化方法。
【背景技术】
[0002]纯电动汽车使用存储的电能来驱动电机，能推动车辆并且还可操作辅助驱动装置。纯电动汽车可使用一个或多个存储电源。例如，第一存储电源可用于提供更持久的电能，而第二存储电源可用于提供更高功率的电能，用于，例如加速，第一和第二电源中的一个或全部能够通过再生制动进行充电。
[0003]混合动力汽车可组合内燃机与由能量存储装置，如动力电池，驱动的电机来推动车辆。这种组合可通过使内燃机和电机分别在相应的提升效率范围内运行，以提升整体燃油效率。例如，电机开始加速时可能比较高效，而内燃机在恒定发动机运转的持续时间内，例如在高速公路驾驶中可能比较高效。具有提高初始加速度的电机允许混合动力汽车中的内燃机更小，更省油。
[0004]虽然已经开发了用于纯电动汽车和混合动力电动汽车的推进系统配置，以包括多个能量存储源来增加能量或功率密度，以及多个功率电源来获得所期望的推进输出，但是将这些能量存储源和电源集成到推进系统中增加了整体尺寸、重量以及该系统的成本。例如，为了确保能在车辆的期望寿命内维持性能的最低水平，电池往往尺寸过大，以减少功率和循环应力。此外，实施过度的热量管理控制措施，以帮助减少对电池的热应力。这两种方法都增加了车辆的整体尺寸，提高了制造成本，并增加了能量存储系统的运行成本。
[0005]传统的用于混合动力汽车和电动汽车的能量存储单元的设计和实施，对系统中的能量存储单元或电池的降级速率几乎没有控制。已知电池寿命的预测是离线执行使用基于物理学的模型来预测各种单独的降级机制。这些实验模型可考虑到固体电解质中间相(SEI)抗性增长和容量衰减，SEI增长的化学反应路径，由于高速充电/放电而发生的粒子断裂，或单个电池工作周期的电化学状态。然而，迄今为止，已知的模型并不预测将实际容量衰减与实验数据相关联所需的启动后裂纹扩展，并缺少预测任意电池工作周期的能力。
[0006]此外，电池的离线寿命测试技术通常是以加速方式执行，其中将多次循环压缩到比电池正常运行期间所经历的更短时间周期内。因此，使用加速老化测试开发的经验模型可能不能准确地说明电池在实时、实际应用中的时间相关响应和循环相关响应之间的相互作用。
[0007]除了能量存储单元的运行，混合动力和电力系统的系统效率也受驱动系统的DC链路电压的影响。一种用于确定DC链路电压的已知技术，使用综合模型计算DC链路电压，对于特定的车辆推进系统配置减少了电机和逆变器的损耗。使用这种综合模型耗费时间，并且导致硬件开发昂贵。而且，这种方法依赖于模型的准确度，且对于不同系统组件和运行模式难免不够鲁棒。另一种用于确定DC链路电压的技术，使用电机系统效率图搜索最小损耗的电压电平。由于这种技术依赖于直接查表，所以所有输入噪声都会出现在输出电压命令上。此外，查表是静态的且没有将系统动态特性考虑在内。因此，由于电压命令的延迟，突然负载变化可引起电机转矩的无法令人满意的响应性能。综合模型同样未能作出令人满意的响应，通常使电压命令增加预定裕量以适应任何不确定的变化。然而，这种预定裕量经常产生无法令人满意的响应；因为过大的裕量会牺牲系统的效率，而过小的裕量将不能满足所需的动态响应。
[0008]如上所述，用于配置混合动力或电动推进系统以使用多个能量存储源以及一个或多个功率电源运行的已知技术依赖于实验确定的模型和不考虑实时、实际系统动态性与运行条件的静态数据。因此，这些已知技术的使用降低了推进系统单个组件的运行效率和燃油经济性，除此之外，还降低了系统的整体效率。
[0009]因此，人们希望提供一种电动和/或混合动力推进系统，该系统提高了系统的整体效率并优化了能量存储单元的运行和寿命，同时允许推进系统能够以较低的成本进行制造。
【发明内容】
[0010]根据本发明的一个方面，公开了一种用于控制车辆推进系统的能量存储系统向DC总线供应功率的控制系统。该控制系统包括控制器，对其进行编程以监测能量存储系统的多个能量存储单元的实时运行参数，获取用于多个能量存储单元的降级模型，并在车辆推进系统的实时运行过程中，基于所述降级模型优化多个能量存储单元的使用。
[0011]根据本发明的另一个方面，一种用于向车辆推进系统的DC总线供应功率的方法包括，在第一时间内监测能量存储系统的多个能量存储单元的运行参数，和在第二时间内获取用于所述多个能量存储单元的降级模型，以及基于第一用户输入和预定车辆工作周期中的至少一个来确定车辆推进系统的第一未来功率需求。该方法还包括基于所述第一未来功率需求、在第一时间被监测的实时运行参数，以及降级模型来限定位于多个能量存储单元之间的第一功率分配，降级模型基于第二用户输入和预定车辆工作周期中的至少一个来确定车辆推进系统的第二未来功率需求，并基于第二未来功率需求、在第二时间被监测的实时运行参数以及降级模型来限定多个能量存储单元之间的第二功率分配，其中所述第二功率分配不同于第一功率分配。
[0012]根据本发明又一个实施例，车辆推进系统包括耦合到DC总线的第一双向转换器和包括第一能量存储单元和第二能量存储单元的能量存储系统，其中第一能量存储单元耦合到第一双向转换器组件。车辆推进系统还包括经编程以确定车辆推进系统的未来功率需求的控制器，基于所述第一和第二能量存储单元的实时运行参数及第一和第二能量存储单元的降级模型确定能量存储系统的多个功率分配，并且控制所述第一双向转换器基于所述多个功率分配的相应功率分配从第一能量存储装置向DC总线传送功率。多个功率分配在车辆推进系统的实时运行过程中，基于未来功率需求和降级模型优化第一和第二能量存储单元的使用。
[0013]各种其它特征和优点将从以下详细描述和附图中变得显而易见。
[0014]技术方案1:一种用于控制从能量存储系统向车辆推进系统的DC总线供应功率的控制系统，所述控制系统包括控制器，所述控制器编程为:监测所述能量存储系统的多个能量存储单元的实时运行参数;获得所述多个能量存储单元的降级模型；以及在所述车辆推进系统的实时运行期间，基于所述降级模型优化所述多个能量存储单元的使用。
[0015]技术方案2:如技术方案1所述的控制系统，其中所述控制器被编程为:基于用户输入和预定车辆工作周期中的至少一个确定车辆推进系统的未来功率需求;并且在车辆推进系统的实时运行期间，基于所述未来功率需求和降级模型优化所述多个能量存储单元的使用。
[0016]技术方案3:如技术方案2所述的控制系统，其中经编程以优化所述多个能量存储单元使用的控制器，编程为:限定所述多个能量存储单元之间的功率分流，所述功率分流包括车辆推进系统在多个能量存储单元之间的未来功率需求分配;并且实时迭代调整功率分流以使车辆推进系统的性能和多个能量存储单元的运行寿命中的至少一个最大化。
[0017]技术方案4:如技术方案3所述的控制系统，其中经编程以优化所述多个能量存储单元使用的控制器，被编程为运行功率分流算法，其限定了多个能量存储单元的每个能量存储单元的功率分流系数。
[0018]技术方案5:如技术方案3所述的控制系统，其中所述控制器还被编程为选择性地运行双向DC-DC转换器，以使所述多个能量存储单元的第一能量存储单元根据调整的功率分流向DC总线供应功率，所述双向DC-DC转换器在第一能量存储单元和所述DC总线之间耦入口 ο
[0019]技术方案6:如技术方案3所述的控制系统，其中所述控制器还被编程为:监测所述多个能量存储单元的实时充电状态(S0C);监测所述多个能量存储单元的实时健康状态(S0H);并且确定多个能量存储单元的实时最大功率可用。
[0020]技术方案7:如技术方案6所述的控制系统，其中所述控制器还被编程为:确定按照功率分流运行是否违反至少一个系统约束;并且如果按照功率分流运行会违反至少一个系统约束，则修改所述功率分流；以及如果按照功率分流运行不会违反至少一个系统约束，则预测由运行于功率分流处导致的多个能量存储单元的S0C变化和S0H变化。
[0021]技术方案8:如技术方案7所述的控制系统，其中所述控制器还被编程为运行多目标优化算法，其基于预测的S0C变化和预测的S0H变化生成多个能量存储单元的调整功率分流。
[0022]技术方案9: 一种用于向车辆推进系统的DC总线供应功率的方法，该方法包括:在第一时间和在第二时间监测能量存储系统的多个能量存储单元的运行参数;获取多个能量存储单元的降级模型;基于第一用户输入和预定车辆工作周期中的至少一个来确定车辆推进系统的第一未来功率需求;基于第一未来功率需求、在第一时间被监测的实时运行参数和降级模型来限定多个能量存储单元之间的第一功率分配;基于第二用户输入和预定车辆工作周期中的至少一个来确定车辆推进系统的第二未来功率需求；以及基于第二未来功率需求、在第二时间被监测的实时运行参数和降级模型来限定多个能量存储单元之间的第二功率分配，其中所述第二功率分配不同于第一功率分配。
[0023]技术方案10:如技术方案9所述的方法还包括:在第一时间确定所述多个能量存储单元的实时充电状态(S0C)和实时健康状态(S0C);以及基于多个能量存储单元的实时S0C、多个能量存储单元的实时S0H以及多个能量存储单元的降级模型限定第一功率分配。
[0024]技术方案11:如技术方案9所述的方法还包括:确定由第一功率分配导致的多个能量存储单元的SOC变化和SOH变化；以及将SOC变化和SOH变化输入到系统约束函数中；并且如果S0C变化和S0H变化违反系统约束函数则修改所述第一功率分配。
[0025]技术方案12:如技术方案9所述的方法还包括，使用多目标优化算法限定第一功率分配和第二功率分配;其中，多目标优化算法限定了用于第一功率分配的多个能量存储单元的第一组功率分流系数;且其中多目标优化算法限定了用于第二功率分配的多个能量存储单元的第二组功率分流系数。
[0026]技术方案13:如技术方案9所述的方法还包括控制至少一个双向DC-DC电压转换器组件，以使所述多个能量存储单元按照第一和第二功率分配向DC总线供应功率。
[0027]技术方案14:如技术方案9所述的方法还包括:访问数据库，其上存储有车辆推进系统的预定工作周期;并从预定工作周期确定所述第一未来功率需求和第二未来功率需求中的至少一个。
[0028]技术方案15:如技术方案9所述的方法还包括从用户输入确定所述第一未来功率需求和第二未来功率需求中的至少一个。
[0029]技术方案16:如技术方案9所述的方法还包括:确定