專利名稱：用于基于雙蓄電池供電系統(tǒng)的汽車的起?？刂品椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車電子技術(shù)，特別涉及一種在利用多塊蓄電池供電的汽車中提高起停能力的方法。
背景技術(shù)：
汽車供電系統(tǒng)主要由儲(chǔ)能裝置(例如蓄電池或超級(jí)電容器)、能量轉(zhuǎn)換裝置(例如將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機(jī))、起動(dòng)機(jī)和控制單元組成。在汽車供電系統(tǒng)中，控制單元是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)根據(jù)用電負(fù)荷、蓄電池狀態(tài)和發(fā)電機(jī)狀態(tài)等工況確定和實(shí)施合適的電能管理策略。起動(dòng)機(jī)利用蓄電池的能量將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在所需的工作狀 態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并按汽車電氣系統(tǒng)的電壓要求向汽車的用電負(fù)載供電和向蓄電池充電。例如，在控制單元的控制下，如果汽車電氣系統(tǒng)的用電電流大于發(fā)電機(jī)的供電電流，則蓄電池就會(huì)放電，以彌補(bǔ)不足的電流，反之，如果汽車電氣系統(tǒng)的用電電流小于發(fā)電機(jī)的供電電流，則電流差的一部分作為蓄電池的充電電流而流入蓄電池。汽車的用電負(fù)載在電氣特性上往往具有較大的差異，例如起動(dòng)機(jī)工作時(shí)需要提供大安倍的瞬間電流，而照明、音響等設(shè)備需要提供較長(zhǎng)時(shí)間的小電流。為了同時(shí)滿足上述兩類負(fù)載的用電需求，可以在供電系統(tǒng)采用雙蓄電池架構(gòu)。公開(kāi)號(hào)為CN201317281Y的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種汽車電氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括啟動(dòng)機(jī)、蓄電池、發(fā)電機(jī)、電氣系統(tǒng)控制器以及汽車內(nèi)的各種用電器件，蓄電池包括啟動(dòng)型蓄電池和供電型蓄電池，前者與啟動(dòng)機(jī)并聯(lián)組成啟動(dòng)回路，后者與用電器件并聯(lián)組成供電回路，而電氣系統(tǒng)控制器連接在啟動(dòng)回路和供電回路之間。上述中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)的汽車電氣系統(tǒng)采用雙蓄電池配置使得蓄電池工作壽命的延長(zhǎng)成為可能。汽車在行駛過(guò)程中常常需要臨時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，然后在較短的時(shí)間內(nèi)重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，例如因?yàn)橛龅郊t色交通信號(hào)燈而不得不暫時(shí)停駛時(shí)。這種臨時(shí)性的發(fā)動(dòng)機(jī)起停如果比較頻繁時(shí)，將造成啟動(dòng)型蓄電池的啟動(dòng)電能不足，因此需要禁止發(fā)動(dòng)機(jī)的起停操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于基于雙蓄電池供電系統(tǒng)的汽車的起?？刂品椒?，其可以提聞起停能力。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于基于雙蓄電池供電系統(tǒng)的汽車的起?？刂品椒?，所述雙蓄電池供電系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)、與所述發(fā)電機(jī)并聯(lián)耦合以形成供電回路的第一蓄電池、與起動(dòng)機(jī)并聯(lián)耦合以形成啟動(dòng)回路的第二蓄電池以及可控地耦合在所述供電回路與所述啟動(dòng)回路之間并適于在所述第一和第二蓄電池之間提供直流-直流變換的控制單元，其中，包括如下步驟當(dāng)所述汽車的行駛速度持續(xù)地小于第一閾值時(shí)，所述控制單元判斷所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)是否小于第二閾值；如果判斷結(jié)果為真并且所述供電回路未處于滿負(fù)荷狀態(tài)，則所述控制單元使所述發(fā)電機(jī)向所述第二蓄電池充電直到所述發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉或所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)達(dá)到所述第二閾值；以及在所述發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉之后，如果所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)仍然小于所述第二閾值，則所述控制單元使所述第一蓄電池向所述第二蓄電池充電直到所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)達(dá)到所述第二閾值或所述汽車再次啟動(dòng)。優(yōu)選地，在上述方法中，如果所述行駛速度連續(xù)8秒小于18公里/小時(shí)，則被視為所述汽車的行駛速度持續(xù)地小于第一閾值，所述第二閾 值為80%。優(yōu)選地，在上述方法中，所述控制單元以直流-直流變換的方式使所述第一蓄電池向所述第二蓄電池充電。優(yōu)選地，在上述方法中，進(jìn)一步包括下列步驟在所述汽車再次啟動(dòng)時(shí)，如果所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)小于所述第二閾值，則所述控制單元使所述第一蓄電池接入啟動(dòng)回路以利用所述第一和第二蓄電池聯(lián)合向所述起動(dòng)機(jī)供電。優(yōu)選地，在上述方法中，進(jìn)一步包括下列步驟在所述汽車再次啟動(dòng)成功之后，所述控制單元以直流-直流變換的方式使所述第一蓄電池向所述第二蓄電池充電直到所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)達(dá)到所述第二閾值。優(yōu)選地，在上述方法中，所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)由所述控制單元按照下列方式獲得輸入所述蓄電池的工作電壓、工作電流和工作溫度；計(jì)算所述工作電壓在所述蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)工作電流下的工作電壓修正值；利用各自的隸屬函數(shù)確定所述工作電壓修正值和所述工作溫度的模糊值；利用模糊推理規(guī)則，根據(jù)所述工作電壓修正值和所述工作溫度的模糊值確定所述蓄電池的荷電狀態(tài)的模糊值；以及 利用反模糊算法，根據(jù)所述蓄電池的荷電狀態(tài)的模糊值計(jì)算所述蓄電池的荷電狀態(tài)。優(yōu)選地，在上述方法中，按照下式計(jì)算所述工作電壓在所述蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)工作電流下的工作電壓修正值Ulim:Uljm = U1+(I-I0) X λ (I)其中，U1為所述工作電流I下的所述工作電壓，Uljm為所述工作電壓U1的修正值，I為所述工作電流，Itl為所述標(biāo)準(zhǔn)工作電流，λ (I)為隨所述工作電流變化的數(shù)值。優(yōu)選地，在上述方法中，所述標(biāo)準(zhǔn)工作電流為下列中的一種所述蓄電池的各種工作狀況下的工作電流的算術(shù)平均值；所述蓄電池的各種工作狀態(tài)下的工作電流按照其對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)出現(xiàn)概率的加權(quán)平均值；所述蓄電池的工作電流在一段時(shí)間內(nèi)的平均值。優(yōu)選地，在上述方法中，所述λ (I)通過(guò)蓄電池在相同溫度下不同工作電流的放電曲線獲得。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種用于基于雙蓄電池供電系統(tǒng)的汽車的起停控制方法，所述雙蓄電池供電系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)、與所述發(fā)電機(jī)并聯(lián)耦合以形成供電回路的第一蓄電池、與起動(dòng)機(jī)并聯(lián)耦合以形成啟動(dòng)回路的第二蓄電池以及可控地耦合在所述供電回路與所述啟動(dòng)回路之間并適于在所述第一和第二蓄電池之間提供直流-直流變換的控制單元,其中,包括如下步驟當(dāng)所述汽車的行駛速度持續(xù)地小于第一閾值時(shí)，所述控制單元判斷所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)是否小于第二閾值；如果判斷結(jié)果為真并且所述供電回路處于滿負(fù)荷狀態(tài)，則所述控制單元使所述第一蓄電池向所述第二蓄電池充電直到所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)達(dá)到所述第二閾值。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可通過(guò)第一蓄電池和/發(fā)電機(jī)向第二蓄電池充電的方法確保汽車下次成功啟動(dòng)。再者，在另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)采用基于模糊邏輯的方法確定蓄
電池的荷電狀態(tài)，提高了判斷的可靠性和準(zhǔn)確度。從結(jié)合附圖的以下詳細(xì)說(shuō)明中，將會(huì)使本發(fā)明的上述和其它目的及優(yōu)點(diǎn)更加完全清楚。


圖I為按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙蓄電池供電系統(tǒng)的示意圖。圖2為圖I所示雙蓄電池供電系統(tǒng)中的控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的汽車起?？刂七^(guò)程的流程圖。圖4A和4B分別為圖3中的例程A和B的工作流程圖。圖5為蓄電池的一個(gè)物理模型的示意圖。圖6為按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的SOC計(jì)算方法的流程圖。圖7、8和9分別為圖6所示實(shí)施例中的蓄電池工作電壓修正值、工作溫度和SOC狀態(tài)的隸屬函數(shù)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)參考附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
來(lái)闡述本發(fā)明。但是需要理解的是，這些具體實(shí)施方式
僅僅是示例性的，對(duì)于本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍并無(wú)限制作用。在本說(shuō)明書(shū)中，“耦合”一詞應(yīng)當(dāng)理解為包括在兩個(gè)單元之間直接傳送能量或信號(hào)的情形，或者經(jīng)一個(gè)或多個(gè)第三單元間接傳送能量或信號(hào)的情形，而且這里所稱的信號(hào)包括但不限于以電、光和磁的形式存在的信號(hào)。另外，“包含”和“包括”之類的用語(yǔ)表示除了具有在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中有直接和明確表述的單元和步驟以外，本發(fā)明的技術(shù)方案也不排除具有未被直接或明確表述的其它單元和步驟的情形。再者，諸如“第一”、“第二”、“第三”和“第四”之類的用語(yǔ)并不表示單元或數(shù)值在時(shí)間、空間、大小等方面的順序而僅僅是作區(qū)分各單元或數(shù)值之用。另外，這里所述的蓄電池指的是能將化學(xué)能轉(zhuǎn)變化電能并產(chǎn)生直流電的裝置，其包括但不限于鉛酸蓄電池和鋰電池等。雙蓄電池供電系統(tǒng)圖I為按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙蓄電池供電系統(tǒng)的示意圖。參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例的雙蓄電池供電系統(tǒng)10包括控制單元110、發(fā)電機(jī)120、第一和第二蓄電池130A和130B和第一-第四開(kāi)關(guān)裝置K1-K4。在圖I中，粗實(shí)線表示功率或能量流，而細(xì)實(shí)線表示控制信號(hào)和測(cè)量信號(hào)流。值得指出的是，雖然在這里控制單元110與第一-第四開(kāi)關(guān)裝置K1-K4以及發(fā)電機(jī)120以總線方式相連，但是這并不意味著控制單元與被控制單元之間必須局限于這種連接方式，實(shí)際上它們之間也可以采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式。在圖I中，控制單元110是整個(gè)供電系統(tǒng)10的核心，其一方面負(fù)責(zé)根據(jù)用電狀況(例如用電負(fù)載30和40的用電需求)、蓄電池狀態(tài)(這里例如是第一和第二蓄電池130A和130B的工作電流、工作電壓、溫度、老化程度和荷電狀態(tài)(SOC)中的一種或多種)和發(fā)電機(jī)狀態(tài)(例如發(fā)電機(jī)當(dāng)前所能提供的工作電流)等確定合適的電能管理策略，另一方面，控制單元110還具有直流-直流轉(zhuǎn)換能力，以通過(guò)升壓和降壓操作向第一和第二蓄電池130A和130B提供合適的充電電壓。在下面將會(huì)進(jìn)一步描述控制單元110的上述功能。如圖I所示，第一蓄電池130A、發(fā)電機(jī)120和用電負(fù)載30并聯(lián)連接以形成供電回路?？刂茊卧狪io經(jīng)第一開(kāi)關(guān)裝置Kl接入該供電回路。與此同時(shí)，第一蓄電池130A還經(jīng)第二開(kāi)關(guān)裝置K4與第二蓄電池130B相連。另一方面，第二蓄電池130B、起動(dòng)機(jī)20和用電·負(fù)載40并聯(lián)連接以形成啟動(dòng)回路?？刂茊卧?10經(jīng)第二開(kāi)關(guān)裝置K2接入該啟動(dòng)回路。由此，在本實(shí)施例中，第一與第二蓄電池130AU30B之間包含兩條相連的通道，其中一條經(jīng)過(guò)控制單元110，而另一條則旁路控制單元110。值得指出的是，雖然這里的用電負(fù)載30和40是以兩個(gè)方框示出的，但是它們實(shí)際上指的是兩組用電負(fù)載，其中，用電負(fù)載30指的是汽車在與啟動(dòng)無(wú)關(guān)的汽車電器，包括但不限于車燈、鼓風(fēng)機(jī)、空調(diào)和音響等，而用電負(fù)載40指的是與汽車啟動(dòng)相關(guān)的電子設(shè)備，包括但不限于各種用于測(cè)量啟動(dòng)時(shí)狀態(tài)的傳感器和電子控制單元(ECU)等。在本實(shí)施例中，用電負(fù)載40主要由第二蓄電池130B供電，并且在第二蓄電池130B供電能力不足時(shí)，由第一和第二蓄電池130A和130B聯(lián)合向用電負(fù)載40供電。在圖I所示的實(shí)施例中，控制單元110利用第一-第四開(kāi)關(guān)裝置K1-K4來(lái)控制電路的接通和關(guān)斷以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的電能管理策略，其中，供電回路與控制單元110之間的通道的接通和關(guān)斷由第一開(kāi)關(guān)裝置Kl控制，啟動(dòng)回路與控制單元110之間的通道的接通和關(guān)斷由第二開(kāi)關(guān)裝置K2控制，第二蓄電池130B與用電負(fù)載40之間的通道的接通和關(guān)斷由第三開(kāi)關(guān)裝置K3控制，第一與第二蓄電池130A、130B之間直接相連的通道的接通和關(guān)斷由第四開(kāi)關(guān)裝置K4控制。上述第一-第四開(kāi)關(guān)裝置K1-K4的啟閉和斷開(kāi)都由控制單元110控制，它們例如可以由繼電器實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)施例中，汽車啟動(dòng)階段的供電(也即起動(dòng)機(jī)20和用電負(fù)載40的供電)主要由第二蓄電池130B負(fù)責(zé)提供。由于啟動(dòng)階段需要大的瞬間電流，因此可以將第二蓄電池130B設(shè)計(jì)為與第一蓄電池130A相比，具有較大的極板面積以利于提高輸出的電流強(qiáng)度。另夕卜，用電負(fù)載30主要由第一蓄電池130A和發(fā)電機(jī)120供電。由于用電負(fù)載的供電特點(diǎn)是需要提供長(zhǎng)時(shí)間的小電流，因此第一蓄電池130A可以設(shè)計(jì)為與第二蓄電池130B相比，在極板上形成更厚的活性物質(zhì)?？刂茊卧獔D2為圖I所示雙蓄電池供電系統(tǒng)中的控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，控制單元110包含電源管理控制裝置1101、直流-直流變換裝置1102和蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置1103。在圖2中，粗實(shí)線表示功率或能量流，而細(xì)實(shí)線表示控制信號(hào)和測(cè)量信號(hào)流。在本實(shí)施例中，電源管理控制裝置1101、直流-直流變換裝置1102和蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置1103之間通過(guò)單元內(nèi)部的LINK總線通信，并且電源管理控制裝置1101和蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置1103通過(guò)單元外部的CAN總線與外部設(shè)備(例如第一-第三開(kāi)關(guān)裝置K1-K4、用電負(fù)載30、發(fā)電機(jī)120等)通信。電源管理控制裝置1101根據(jù)用電狀況、蓄電池狀態(tài)和發(fā)電機(jī)狀態(tài)等確定合適的電能管理策略并生成相應(yīng)的控制命令。這些控制命令被提供至位于控制單元110內(nèi)部的直流-直流變換裝置1102和蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置1103以及位于控制單元110外部的第一-第四開(kāi)關(guān)裝置K1-K4。有關(guān)電能管理策略的確定方式將在下面作詳細(xì)描述。直流-直流變換裝置1102將來(lái)自發(fā)電機(jī)120、第一和第二蓄電池130A和130B的輸出電壓變換為所需的直流電壓。例如，直流-直流變換裝置1102可對(duì)發(fā)電機(jī)120的輸出作直流-直流轉(zhuǎn)換操作以使發(fā)電機(jī)120向第二蓄電池130B充電，或者可對(duì)第一蓄電池130A的輸出作直流-直流轉(zhuǎn)換操作以使第一蓄電池130A向第二蓄電池130B充電。又如，直流-直流變換裝置1102可對(duì)第二蓄電池130B的輸出作直流-直流轉(zhuǎn)換操作以使第二蓄 電池130B向第一蓄電池130A充電。蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置1103通過(guò)CAN總線與傳感器相連以監(jiān)測(cè)第一和第二蓄電池130A和130B的狀態(tài)參數(shù)(例如蓄電池的工作電壓、工作電流和溫度等)。測(cè)得的狀態(tài)參數(shù)被經(jīng)控制單元110內(nèi)部的LINK總線被送至電源管理控制裝置1101。蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置1103被配置為具有傳感器故障診斷功能。具體而言，可為第一和第二蓄電池130A和130B配備兩組性能一致或基本一致的傳感器組，并且將兩塊蓄電池的使用率控制得相似或相近(例如通過(guò)使第一和第二蓄電池130A和130B的SOC的差異始終保持在一個(gè)較小的范圍內(nèi))。蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置1103可以定期或不定期地監(jiān)測(cè)第一和第二蓄電池130A和130B的老化程度(例如通過(guò)測(cè)量?jī)蓧K蓄電池的內(nèi)阻)，并且如果它們的老化程度或內(nèi)阻相差較大(例如絕對(duì)差值超過(guò)一個(gè)預(yù)設(shè)的閾值)，則蓄電池狀態(tài)檢測(cè)裝置1103即可判斷傳感器組出現(xiàn)故障。起?？刂七^(guò)稈以下借助圖3和4A和4BC描述按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于基于雙蓄電池供電系統(tǒng)的汽車的充放電控制過(guò)程。為闡述方便，這里以圖I和2所示的雙蓄電池供電系統(tǒng)為例進(jìn)行描述。但是應(yīng)該理解的是，上述工作流程也可應(yīng)用于按本發(fā)明的其它實(shí)施例的雙蓄電池供電系統(tǒng)。參見(jiàn)圖3，在步驟310，控制單元110確定是否接收到汽車行駛速度持續(xù)地小于某一設(shè)定閾值的消息。如果接收到該消息，則進(jìn)入步驟320。該消息例如可以來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器檢測(cè)汽車行駛速度在一個(gè)時(shí)間段(例如8秒鐘)內(nèi)是否持續(xù)地低于某個(gè)速度閾值(例如18公里/小時(shí))，一旦檢測(cè)到這樣的事件發(fā)生即向控制單元110發(fā)送相應(yīng)的消息。在步驟320中，控制單元110的電源管理控制裝置1101經(jīng)LINK總線接收蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置1103測(cè)量得到的第二蓄電池130B的狀態(tài)參數(shù)(例如蓄電池的電壓、電流和溫度)并據(jù)此計(jì)算第二蓄電池130B的荷電狀態(tài)S0C。有關(guān)SOC的計(jì)算方式將在下面作進(jìn)一步的描述。隨后，在步驟330，電源管理控制裝置1101判斷第二蓄電池130B是否小于或等于一個(gè)預(yù)設(shè)的閾值Th (例如80% )。如果判斷結(jié)果為真，則進(jìn)入步驟340，否則返回步驟310。
在步驟340中，電源管理控制裝置1101判斷供電回路是否處于滿負(fù)荷狀態(tài)，也即，發(fā)電機(jī)120的供電能力是否超出用電負(fù)載30的用電負(fù)荷。如果判斷結(jié)果為真，則進(jìn)入例程A，否則進(jìn)入例程B。在優(yōu)選方式下，該閾值Th被設(shè)置為這樣的臨界值，第二蓄電池130B在該荷電狀態(tài)水平下，如果電能進(jìn)一步減少，則汽車下次啟動(dòng)失敗的風(fēng)險(xiǎn)明顯增大。該閾值例如可以是80%。值得指出的是，蓄電池的供電能力與環(huán)境溫度密切相關(guān)，在溫度較低(例如攝氏零下25度)時(shí)，汽車啟動(dòng)要求蓄電池具有更大的荷電狀態(tài)，而在溫度較高時(shí)，汽車啟動(dòng)要求的荷電狀態(tài)可以小一些，有鑒于此，在優(yōu)選實(shí)施方式下，上述閾值Th可根據(jù)環(huán)境溫度或地理區(qū)域的變化而動(dòng)態(tài)調(diào)整。例如在冬季或在高緯度地區(qū)，可以將閾值Th設(shè)定得大于例如80%以確保啟動(dòng)成功，而在夏季或在低緯度地區(qū)，將閾值Th設(shè)定得小于例如80%也可確保啟動(dòng)成功。圖4A所示的工作流程圖對(duì)應(yīng)于圖3中的例程A。參見(jiàn)圖4A，在步驟410A，電源管理控制裝置1101使第一和第二開(kāi)關(guān)裝置Kl和K2步驟410A，電源管理控制裝置1101使第 一和第二開(kāi)關(guān)裝置Kl和K2閉合而第三和第四開(kāi)關(guān)裝置K3和K4斷開(kāi)，并且借助直流-直流變換裝置1102升高第一蓄電池130A的電壓，從而實(shí)現(xiàn)第一蓄電池130A對(duì)第二蓄電池130B的充電。接著進(jìn)入步驟412A，電源管理控制裝置1101經(jīng)LINK總線接收蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置1103測(cè)量得到的第二蓄電池130B的狀態(tài)參數(shù)并據(jù)此計(jì)算第二蓄電池130B的荷電狀態(tài)SOC。隨后，在步驟414A中，電源管理控制裝置1101判斷第二蓄電池130B的荷電狀態(tài)是否小于或等于閾值Th，如果判斷結(jié)果為真，則進(jìn)入步驟416A，否則進(jìn)入步驟418A。在步驟416A中，電源管理控制裝置1101判斷是否從發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)接收到發(fā)動(dòng)機(jī)欲再次啟動(dòng)的消息，如果判斷結(jié)果為真，則進(jìn)入步驟420A，否則返回步驟412A。在步驟420A中，電源管理控制裝置1101使第一和第二開(kāi)關(guān)裝置Kl和K2斷開(kāi)而第三和第四開(kāi)關(guān)裝置K3和K4閉合，從而將第一蓄電池130A接入啟動(dòng)回路并使其與第二蓄電池130B聯(lián)合向起動(dòng)機(jī)20和用電負(fù)載40供電。作為步驟414A的另一個(gè)分支，在步驟418A中，電源管理控制裝置1101使第一和第二開(kāi)關(guān)裝置Kl和K2斷開(kāi)并退出例程A，充電過(guò)程由此被中止。圖4B所示的工作流程圖對(duì)應(yīng)于圖3中的例程B。參見(jiàn)圖4B，在步驟410B，在電源管理控制裝置1101的控制下，第一、第二和第三開(kāi)關(guān)裝置K1-K3斷開(kāi)并且第四開(kāi)關(guān)裝置K4閉合，由此使發(fā)電機(jī)120向第二蓄電池130B充電。接著進(jìn)入步驟412B，電源管理控制裝置1101經(jīng)LINK總線接收蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置1103測(cè)量得到的第二蓄電池130B的狀態(tài)參數(shù)并據(jù)此計(jì)算第二蓄電池130B的荷電狀態(tài)SOC。隨后，在步驟414B中，電源管理控制裝置1101判斷第二蓄電池130B的荷電狀態(tài)是否小于或等于閾值Th，如果判斷結(jié)果為真，則進(jìn)入步驟416B，否則進(jìn)入步驟418B。在步驟416B中，電源管理控制裝置1101根據(jù)從發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)接收到的消息判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否被關(guān)閉，如果判斷結(jié)果為真，則進(jìn)在步驟420B中，電源管理控制裝置1101判斷供電回路是否處于滿負(fù)荷狀態(tài)。如果判斷結(jié)果為真，則進(jìn)入例程A，否則返回步驟410B。作為步驟414B的另一個(gè)分支，在步驟418B中，電源管理控制裝置1101使第一和第二開(kāi)關(guān)裝置Kl和K2斷開(kāi)并退出例程B，充電過(guò)程由此被中止。SOC 計(jì)算以下描述蓄電池荷電狀態(tài)SOC的計(jì)算方法。常用的SOC計(jì)算方法主要有開(kāi)路電壓法和電流積分法(也稱為安時(shí)法)。開(kāi)路電壓法的基本思想是首先建立一個(gè)反映電池工作時(shí)端電壓、電流和電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系模型，然后根據(jù)測(cè)量得到的電壓和電流得到相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)以利用電動(dòng)勢(shì)與SOC之間的關(guān)系曲線確定S0C。該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，但是由于電池存在自恢復(fù)效應(yīng)和“平臺(tái)”現(xiàn) 象而使得估算出來(lái)的SOC與實(shí)際值有時(shí)相差較大。電流積分法將電池視為與外部進(jìn)行能量交換的“黑箱”，通過(guò)對(duì)進(jìn)出電池的電流在時(shí)間上的積分來(lái)記錄電池電量的累計(jì)變化量。該方法由于不必考慮電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及狀態(tài)的變化，因此較開(kāi)路電壓法的適應(yīng)性更強(qiáng)。但是不足之處是SOC初始值常常難以確定而且隨著時(shí)間推移累計(jì)誤差將不斷增大，從而導(dǎo)致SOC值的計(jì)算結(jié)果誤差變大。此外，在電流積分法計(jì)算SOC時(shí)需要對(duì)充放電系數(shù)有一個(gè)準(zhǔn)確的估算，當(dāng)電池工作環(huán)境變化較大時(shí)，充放電系數(shù)難以準(zhǔn)確、及時(shí)地確定，這也會(huì)導(dǎo)致最終計(jì)算得到SOC結(jié)果存在較大的誤差。本發(fā)明的發(fā)明人提出一種SOC計(jì)算方法，其引入模糊邏輯以使計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確，以下作詳細(xì)描述。就電量的角度而言，蓄電池的荷電狀態(tài)SOC可以定義如下SOC = -^— = -^-(I)
QN-Qa SQn其中，Q為電池當(dāng)前的剩余容量，Qn為蓄電池出廠時(shí)的額定容量，Qa為電池衰減容量，ε為衰減因子，是一個(gè)小于I的變量，^Qn表示表示蓄電池實(shí)際最多能放出的電量。由上可見(jiàn)SOC是一個(gè)取值范圍在0-1表示蓄電池實(shí)際最多能放出的電量。由上可見(jiàn)SOC是一個(gè)取值范圍在0-1范圍內(nèi)的變量。研究表明，影響電池剩余容量的因素包括充放電倍率(即充放電電流)、自放電和溫度等因素，其中，電流越大則能放出的電量越少。電池的自放電指的是是電池在存儲(chǔ)過(guò)程中剩余容量下降的現(xiàn)象，導(dǎo)致自放電的因素有電極的腐蝕、活性物質(zhì)的溶解、電極的歧化等。溫度對(duì)電池剩余容量產(chǎn)生的影響則是因?yàn)殡姌O材料的活性和電解液的電遷移率與溫度密切相關(guān)，一般情況下，電池高溫放電明顯大于低溫放電時(shí)的放電容量。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)深入研究之后發(fā)現(xiàn)，衰減因子ε隨時(shí)間和/或充放電次數(shù)而發(fā)生的變化將在蓄電池的外特性方面充分體現(xiàn)出來(lái)，因此可以將SOC簡(jiǎn)化為由一個(gè)蓄電池的工作電壓、工作電流和溫度決定的狀態(tài)量。另外，本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到難以在蓄電池的SOC與工作電壓、工作電流和溫度之間建立精確的數(shù)學(xué)模型，而且雖然衰減因子ε隨時(shí)間的變化非常復(fù)雜并且變化量可能較大，但是這種變化卻是一個(gè)大滯后的過(guò)程?；谏鲜稣J(rèn)識(shí)，本發(fā)明的發(fā)明人引入模糊邏輯來(lái)刻畫(huà)SOC與工作電壓、工作電流和溫度之間的關(guān)系。在基于模糊邏輯的模型中，模糊推理建立在表示為模糊規(guī)則的知識(shí)庫(kù)上，模糊規(guī)則的多少取決于輸入和輸出物理量的個(gè)數(shù)以及所需的控制精度。例如對(duì)于常用的二輸入、一輸出的模型，若每個(gè)輸入量劃分為5個(gè)等級(jí)，則需要25條規(guī)則覆蓋全部情況。隨著輸入和輸出變量的個(gè)數(shù)的增加，推理規(guī)則將非線性地增加，這將耗費(fèi)大量的計(jì)算資源，降低計(jì)算速度。本發(fā)明的發(fā)明人提出通過(guò)利用工作電流對(duì)工作電壓進(jìn)行修正，將SOC的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化為電壓和溫度兩個(gè)變量，由此減少了計(jì)算復(fù)雜性。以下對(duì)此作進(jìn)一步的描述。一般情況下，對(duì)于車載蓄電池來(lái)說(shuō)存在一個(gè)平均負(fù)載電流，它可以視為蓄電池的典型的工作電流或標(biāo)準(zhǔn)的工作電流。該標(biāo)準(zhǔn)的工作電流例如可以是1)各種工作狀況下的工作電流的算術(shù)平均值；或2)工作電流按照其對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)出現(xiàn)概率進(jìn)行加權(quán)的平均值；或3)實(shí)際測(cè)量得到的一段時(shí)間內(nèi)的工作電流的平均值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，依據(jù)測(cè)量得到的工作電流，將測(cè)量得到的工作電壓換算為標(biāo)準(zhǔn)工作電量下的工作電壓(以下也稱為工作電壓的修正值)。圖5為蓄電池的一個(gè)物理模型的示意圖。根據(jù)圖5可以得到下列方程(2):
U1 = E-IX(IHR1)(2)其中，E為蓄電池的電動(dòng)勢(shì)，I為測(cè)量得到的工作電流，U1為工作電流I下測(cè)量得到的工作電壓，R和R1分別為蓄電池以工作電流I放電時(shí)的歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻。上述工作電壓U1的修正值根據(jù)下列公式(3)計(jì)算得到Uljm = U^(I-I0) X λ (I) (3)其中，U1為工作電流I下測(cè)量得到的工作電壓，Uljm為工作電壓U1的修正值，I為測(cè)量得到的工作電流，Itl為標(biāo)準(zhǔn)工作電流，λ (I)為隨工作電流變化的數(shù)值，其可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。例如可以通過(guò)恒流放電實(shí)驗(yàn)測(cè)得的蓄電池在相同溫度下不同工作電流的放電曲線(也即蓄電池工作電壓與SOC的變化曲線或恒流放電曲線)，由下列公式(4)得到各種工作電流下相應(yīng)的λ⑴
TjSOC _ TjSOCλ{(lán) ) = —~-Tj~( 4 )其中，I0為標(biāo)準(zhǔn)工作電流，I為取其它值的工作電流，Usoc1為SOC取某一值時(shí)的工作電流I下的工作電壓，Usoc10為SOC取同一值時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)工作電流Itl下的工作電壓。值得指出的是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對(duì)于恒流放電曲線中的任意兩條曲線，在0-100 %的SOC范圍內(nèi)，它們的垂直距離(也即不同工作電流下的同一 SOC時(shí)的工作電壓之差)基本保持不變，可以認(rèn)為λ (I)與SOC不相關(guān)，因此在上式(4)中，可以選擇任一個(gè)SOC下的Usre1和us%來(lái)計(jì)算λ (I)。此外，由于λ⑴對(duì)于溫度的變化不敏感，因此在上面計(jì)算工作電壓的修正值時(shí)未考慮溫度因素。各種工作電流下的λ (I)可以以表格的方式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)，以在計(jì)算工作電壓的修正值時(shí)被調(diào)用。另一方面，也可以利用擬合算法，從多條恒流放電曲線獲得λ (I)與工作電流之間的經(jīng)驗(yàn)公式，這樣，在計(jì)算修正值時(shí)可以利用經(jīng)驗(yàn)公式得到λ (I)。圖6為按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的SOC計(jì)算方法的流程圖。參見(jiàn)圖6，在步驟611中，輸入蓄電池的工作電流I和在該工作電流下的工作電壓U1以及工作溫度Τ。工作電流I和工作電壓U1可以由測(cè)量電路獲得，工作溫度T可以由安裝在蓄電池附近或之上的溫度傳感器獲得。測(cè)量電路和傳感器可以連接入CAN總線，這樣用于計(jì)算SOC的裝置可以經(jīng)總線獲取上述工作狀態(tài)的測(cè)量值。
接著進(jìn)入步驟612，判斷工作電流是否等于標(biāo)準(zhǔn)的工作電流，或者判斷與標(biāo)準(zhǔn)的工作電流的差值是否在一個(gè)預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)，如果判斷結(jié)果為真，則進(jìn)入步驟613，否則，進(jìn)入步驟 614。在步驟614中，例如通過(guò)查表的方式獲得當(dāng)前工作電路I下的λ (I)。接著進(jìn)入步驟615中，例如利用上式(4)計(jì)算工作電壓U1在標(biāo)準(zhǔn)工作電流下的工作電壓修正值U1J0在完成步驟615之后進(jìn)入步驟613。在步驟613中，判斷工作電壓修正值Ulim和工作溫度T是否超出各自的預(yù)先確定的取值范圍，如果它們都位于各自的預(yù)先確定的取值范圍內(nèi)，則進(jìn)入步驟617，否則，則表明有異常情況出現(xiàn)，并因此進(jìn)入步驟616。在步驟616中，將生成警告消息，向用戶提示蓄電池可能出現(xiàn)異常工作狀況或者 測(cè)量電路和傳感器可能出現(xiàn)故障。在步驟617中，利用工作電壓修正值Ulim和工作溫度T各自的隸屬函數(shù)確定它們的模糊值。圖7、8和9分別為本實(shí)施例中的工作電壓修正值Ulim、工作溫度T和蓄電池SOC狀態(tài)的隸屬函數(shù)示意圖。如圖7-9所示，工作電壓修正值、工作溫度和SOC分別被劃分為3個(gè)、3個(gè)和3個(gè)模糊子集，并且隸屬函數(shù)都采用三角形隸屬函數(shù)的形式。但是應(yīng)該理解的是，所示的情形僅僅是示意性質(zhì)的，實(shí)際上還可以采用更多或更少數(shù)量的模糊子集，并且隸屬函數(shù)也可以采用其它的形式，例如包括但不限于梯形隸屬函數(shù)和高斯型隸屬函數(shù)。接著進(jìn)入步驟618中，利用模糊推理規(guī)則，根據(jù)上面步驟617中得到的工作電壓修正值Ulim和工作溫度T的模糊值確定SOC的模糊值。模糊推理的規(guī)則可以根據(jù)不同工作電流下SOC與電壓的關(guān)系以及溫度對(duì)放電曲線的影響制定，并且可以通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)反復(fù)進(jìn)行修改。例如可以采用下列推理規(guī)則(I)如果工作電壓的修正值的模糊值為L(zhǎng)，則SOC的模糊值為L(zhǎng) ；(2)如果工作電壓的修正值的模糊值為M并且工作溫度的模糊值為Cold，則SOC的模糊值為L(zhǎng) ；(3)如果工作電壓的修正值的模糊值為M并且工作溫度的模糊值為Warm，則SOC的模糊值為M ；(4)如果工作電壓的修正值的模糊值為M并且工作溫度的模糊值為Hot，則SOC的模糊值為M ；(5)如果工作電壓的修正值的模糊值為H并且工作溫度的模糊值為Cold，則SOC的模糊值為M ；(6)如果工作電壓的修正值的模糊值為H并且工作溫度的模糊值為Warm，則SOC的模糊值為H ；(7)如果工作電壓的修正值的模糊值為H并且工作溫度的模糊值為Hot，則SOC的模糊值為H。值得指出的是，上述推理規(guī)則僅僅是示意性質(zhì)的，為了獲得較好的SOC估算結(jié)果，需要根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)或?qū)嶋H實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化。隨后進(jìn)入步驟619，利用反模糊算法，根據(jù)上述步驟618中獲得的SOC的模糊值計(jì)算蓄電池的SOC的精確數(shù)值。
接著進(jìn)入步驟620，輸出利用反模糊化算法計(jì)算得到的SOC值。反模糊化算法有多種，包括但不限于最小最大法、最大最大法、重心法、二等分法和中間最大值法等。可以根據(jù)計(jì)算資源的可用程度以及要求的計(jì)算精度選擇合適的反模糊算法。
由于可以在不背離本發(fā)明基本特征的精神下，以各種形式實(shí)施本發(fā)明，因此本實(shí)施方式是說(shuō)明性的而不是限制性的，由于本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求定義，而不是由說(shuō)明書(shū)定義，因此落入權(quán)利要求的邊界和界限內(nèi)的所有變化，或這種權(quán)利要求邊界和界限的等同物因而被權(quán)利要求包涵。
權(quán)利要求
1.一種用于基于雙蓄電池供電系統(tǒng)的汽車的起?？刂品椒ǎ鲭p蓄電池供電系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)、與所述發(fā)電機(jī)并聯(lián)耦合以形成供電回路的第一蓄電池、與起動(dòng)機(jī)并聯(lián)耦合以形成啟動(dòng)回路的第二蓄電池以及可控地耦合在所述供電回路與所述啟動(dòng)回路之間并適于在所述第一和第二蓄電池之間提供直流-直流變換的控制單元，其中，包括如下步驟 當(dāng)所述汽車的行駛速度持續(xù)地小于第一閾值時(shí)，所述控制單元判斷所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)是否小于第二閾值； 如果判斷結(jié)果為真并且所述供電回路未處于滿負(fù)荷狀態(tài)，則所述控制單元使所述發(fā)電機(jī)向所述第二蓄電池充電直到所述發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉或所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)達(dá)到所述第二閾值；以及 在所述發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉之后，如果所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)仍然小于所述第二閾值，則所述控制單元使所述第一蓄電池向所述第二蓄電池充電直到所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)達(dá)到所述第二閾值或所述汽車再次啟動(dòng)。
2.如權(quán)利要求I所述的起停控制方法，其中，如果所述行駛速度連續(xù)8秒小于18公里/小時(shí)，則被視為所述汽車的行駛速度持續(xù)地小于第一閾值，所述第二閾值為80%。
3.如權(quán)利要求I所述的起?？刂品椒?，其中，所述控制單元以直流-直流變換的方式使所述第一蓄電池向所述第二蓄電池充電。
4.如權(quán)利要求I所述的起?？刂品椒?，進(jìn)一步包括下列步驟 在所述汽車再次啟動(dòng)時(shí)，如果所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)小于所述第二閾值，則所述控制單元使所述第一蓄電池接入啟動(dòng)回路以利用所述第一和第二蓄電池聯(lián)合向所述起動(dòng)機(jī)供電。
5.如權(quán)利要求4所述的起?？刂品椒?，進(jìn)一步包括下列步驟 在所述汽車再次啟動(dòng)成功之后，所述控制單元以直流-直流變換的方式使所述第一蓄電池向所述第二蓄電池充電直到所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)達(dá)到所述第二閾值。
6.如權(quán)利要求I所述的起停控制方法，其中，所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)由所述控制單元按照下列方式獲得 輸入所述蓄電池的工作電壓、工作電流和工作溫度； 計(jì)算所述工作電壓在所述蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)工作電流下的工作電壓修正值； 利用各自的隸屬函數(shù)確定所述工作電壓修正值和所述工作溫度的模糊值； 利用模糊推理規(guī)則，根據(jù)所述工作電壓修正值和所述工作溫度的模糊值確定所述蓄電池的荷電狀態(tài)的模糊值；以及 利用反模糊算法，根據(jù)所述蓄電池的荷電狀態(tài)的模糊值計(jì)算所述蓄電池的荷電狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的起?？刂品椒?，其中，按照下式計(jì)算所述工作電壓在所述蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)工作電流下的工作電壓修正值U1J Uliffl = U^(I-I0)XA (I) 其中，U1為所述工作電流I下的所述工作電壓，Uljm為所述工作電壓U1的修正值，I為所述工作電流，Itl為所述標(biāo)準(zhǔn)工作電流，λ (I)為隨所述工作電流變化的數(shù)值。
8.如權(quán)利要求7所述的起?？刂品椒ǎ渲?，所述標(biāo)準(zhǔn)工作電流為下列中的一種 所述蓄電池的各種工作狀況下的工作電流的算術(shù)平均值； 所述蓄電池的各種工作狀態(tài)下的工作電流按照其對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)出現(xiàn)概率的加權(quán)平均值； 所述蓄電池的工作電流在一段時(shí)間內(nèi)的平均值。
9.如權(quán)利要求7所述的起?？刂品椒ǎ渲?，所述λ⑴通過(guò)蓄電池在相同溫度下不同工作電流的放電曲線獲得。
10.一種用于基于雙蓄電池供電系統(tǒng)的汽車的起?？刂品椒?，所述雙蓄電池供電系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)、與所述發(fā)電機(jī)并聯(lián)耦合以形成供電回路的第一蓄電池、與起動(dòng)機(jī)并聯(lián)耦合以形成啟動(dòng)回路的第二蓄電池以及可控地耦合在所述供電回路與所述啟動(dòng)回路之間并適于在所述第一和第二蓄電池之間提供直流-直流變換的控制單元，其中，包括如下步驟 當(dāng)所述汽車的行駛速度持續(xù)地小于第一閾值時(shí)，所述控制單元判斷所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)是否小于第二閾值； 如果判斷結(jié)果為真并且所述供電回路處于滿負(fù)荷狀態(tài)，則所述控制單元使所述第一蓄電池向所述第二蓄電池充電直到所述第二蓄電池的荷電狀態(tài)達(dá)到所述第二閾值。
全文摘要
本發(fā)明涉及汽車電子技術(shù)，特別涉及一種利用多塊蓄電池作為儲(chǔ)能設(shè)備的汽車供電系統(tǒng)。按照本發(fā)明的雙蓄電池供電系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)；第一蓄電池，其與所述發(fā)電機(jī)并聯(lián)耦合以形成供電回路；第二蓄電池，其與起動(dòng)機(jī)并聯(lián)耦合以形成啟動(dòng)回路；以及控制單元，其可控地耦合在所述供電回路與所述啟動(dòng)回路之間并提供直流-直流變換，其中，所述控制單元對(duì)所述第一或第二蓄電池的輸出施行直流-直流變換操作以實(shí)現(xiàn)二者之間的充電，并對(duì)所述發(fā)電機(jī)的輸出施行直流-直流變換操作以實(shí)現(xiàn)所述發(fā)電機(jī)對(duì)所述第二蓄電池的充電。在一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)第一蓄電池和/發(fā)電機(jī)向第二蓄電池充電的方法確保汽車下次成功啟動(dòng)。
文檔編號(hào)B60L11/18GK102785580SQ20111012613
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者李軍, 鄧恒 申請(qǐng)人:上海汽車集團(tuán)股份有限公司