[發明專利]帶能量存儲系統的車輛推進系統及控制其操作的優化方法

有效

• 申請號: 201510764915.4
• 申請日: 2015-08-19
• 公開（公告）號: CN105437992B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: Z·周;R·D·金;J·周;F·孫;李志浩
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B60L50/16
• 分類號: B60L50/16;B60L50/30;B60L50/40;B60L50/51;B60L50/90;B60L58/12;B60L58/16;B60L58/18;B60L58/20;B60L58/21;B60L7/14;B60L15/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐予紅;姜甜

本發明題為“帶能量存儲系統的車輛推進系統及控制其操作的優化方法”。本文公開了一種用于控制從車輛推進系統的能量存儲系統向DC總線供應功率的控制系統。該控制系統包括控制器，對其進行編程以監測能量存儲系統的多個能量存儲單元的實時運行參數，獲取多個能量存儲單元的降級模型，并在車輛推進系統的實時運行過程中，基于所述降級模型優化多個能量存儲單元的使用。

技術領域

本發明的實施例通常涉及用于混合動力汽車和電動汽車的電驅動系統，并且更具體地，涉及用于具有一個或多個能量存儲裝置以及一個或多個機電裝置的混合動力汽車和電動汽車的車輛推進系統，以及所述車輛推進系統的控制操作的優化方法。

背景技術

純電動汽車使用存儲的電能來驅動電機，能推動車輛并且還可操作輔助驅動裝置。純電動汽車可使用一個或多個存儲電源。例如，第一存儲電源可用于提供更持久的電能，而第二存儲電源可用于提供更高功率的電能，用于，例如加速，第一和第二電源中的一個或全部能夠通過再生制動進行充電。

混合動力汽車可組合內燃機與由能量存儲裝置，如動力電池，驅動的電機來推動車輛。這種組合可通過使內燃機和電機分別在相應的提升效率范圍內運行，以提升整體燃油效率。例如，電機開始加速時可能比較高效，而內燃機在恒定發動機運轉的持續時間內，例如在高速公路駕駛中可能比較高效。具有提高初始加速度的電機允許混合動力汽車中的內燃機更小，更省油。

雖然已經開發了用于純電動汽車和混合動力電動汽車的推進系統配置，以包括多個能量存儲源來增加能量或功率密度，以及多個功率電源來獲得所期望的推進輸出，但是將這些能量存儲源和電源集成到推進系統中增加了整體尺寸、重量以及該系統的成本。例如，為了確保能在車輛的期望壽命內維持性能的最低水平，電池往往尺寸過大，以減少功率和循環應力。此外，實施過度的熱量管理控制措施，以幫助減少對電池的熱應力。這兩種方法都增加了車輛的整體尺寸，提高了制造成本，并增加了能量存儲系統的運行成本。

傳統的用于混合動力汽車和電動汽車的能量存儲單元的設計和實施，對系統中的能量存儲單元或電池的降級速率幾乎沒有控制。已知電池壽命的預測是離線執行使用基于物理學的模型來預測各種單獨的降級機制。這些實驗模型可考慮到固體電解質中間相(SEI)抗性增長和容量衰減，SEI增長的化學反應路徑，由于高速充電/放電而發生的粒子斷裂，或單個電池工作周期的電化學狀態。然而，迄今為止，已知的模型并不預測將實際容量衰減與實驗數據相關聯所需的啟動后裂紋擴展，并缺少預測任意電池工作周期的能力。

此外，電池的離線壽命測試技術通常是以加速方式執行，其中將多次循環壓縮到比電池正常運行期間所經歷的更短時間周期內。因此，使用加速老化測試開發的經驗模型可能不能準確地說明電池在實時、實際應用中的時間相關響應和循環相關響應之間的相互作用。

除了能量存儲單元的運行，混合動力和電力系統的系統效率也受驅動系統的DC鏈路電壓的影響。一種用于確定DC鏈路電壓的已知技術，使用綜合模型計算DC鏈路電壓，對于特定的車輛推進系統配置減少了電機和逆變器的損耗。使用這種綜合模型耗費時間，并且導致硬件開發昂貴。而且，這種方法依賴于模型的準確度，且對于不同系統組件和運行模式難免不夠魯棒。另一種用于確定DC鏈路電壓的技術，使用電機系統效率圖搜索最小損耗的電壓電平。由于這種技術依賴于直接查表，所以所有輸入噪聲都會出現在輸出電壓命令上。此外，查表是靜態的且沒有將系統動態特性考慮在內。因此，由于電壓命令的延遲，突然負載變化可引起電機轉矩的無法令人滿意的響應性能。綜合模型同樣未能作出令人滿意的響應，通常使電壓命令增加預定裕量以適應任何不確定的變化。然而，這種預定裕量經常產生無法令人滿意的響應；因為過大的裕量會犧牲系統的效率，而過小的裕量將不能滿足所需的動態響應。

如上所述，用于配置混合動力或電動推進系統以使用多個能量存儲源以及一個或多個功率電源運行的已知技術依賴于實驗確定的模型和不考慮實時、實際系統動態性與運行條件的靜態數據。因此，這些已知技術的使用降低了推進系統單個組件的運行效率和燃油經濟性，除此之外，還降低了系統的整體效率。