CN107054104B - 调整电动车辆操作以使电网平衡 - Google Patents

Abstract

根据本发明的示例性方面的一种用于使电网生产与电网需求平衡的方法，除了别的以外包括，在驱动事件期间调整电动车辆的发动机的操作以响应于电网的第一电网条件而保存电池组的荷电状态或响应于电网的第二电网条件而消耗电池组的荷电状态。

Description

调整电动车辆操作以使电网平衡

技术领域

本发明涉及一种用于电动车辆的车辆系统和方法。该车辆系统适于以有助于使电网的能量生产与来自电网的能量需求平衡的方式调整电动车辆的操作。

背景技术

降低机动车燃料消耗和排放的需要是众所周知的。因此，正在开发减少对内燃发动机的依赖的车辆。电动车辆是为此目的目前正在开发的一种类型的车辆。通常，电动车辆不同于传统的机动车辆，因为电动车辆通过一个或多个电池供电的电机选择性地驱动并且具有附加动力源，比如内燃发动机。相比之下，传统的机动车辆完全依赖内燃发动机来驱动车辆。

高电压电池组通常给电动车辆的电机和其他电力负载供电。电池组包括必须周期性地再充电的多个电池单元。对给电池单元再充电所需的能量通常来源电网。电网包括发电站(煤、天然气、核、化学、水力、太阳能、风等)的互联网络、需求中心和产生并且输送电力给消费者的输电线。电网的能量生产必须与来自消费者的能量需求不断地保持平衡。

发明内容

根据本发明的示例性方面的一种用于使电网生产与电网需求平衡的方法，除了别的以外包括，在驱动事件期间调整电动车辆的发动机的操作以响应于电网的第一电网条件而保存或增加电池组的荷电状态或响应于电网的第二电网条件而消耗电池组的荷电状态。

在前述方法的又一非限制性实施例中，第一电网条件是电网的能量不足，并且第二电网条件是电网的能量过剩。

在任一前述方法的又一非限制性实施例中，该方法包括在电网具有能量不足的情况下，在下一个接插头事件将电力从电池组增加到电网。

在任意前述方法的又一非限制性实施例中，该方法包括在电网具有能量过剩的情况下，在下一个接插头事件接受来自电网的电力以给电池组充电。

在任意前述方法的又一非限制性实施例中，该方法包括在调整步骤之前将车辆数据传送到电网，第一电网条件和第二电网条件至少部分地基于车辆数据来确定。

在任意前述方法的又一非限制性实施例中，第一电网条件和第二电网条件另外至少基于天气预报来确定。

在任意前述方法的又一非限制性实施例中，该方法包括确认无线电网信号是否已从电网被电动车辆接收。

在任意前述方法的又一非限制性实施例中，该方法包括确定无线电网信号是表示能量不足还是能量过剩。

在任意前述方法的又一非限制性实施例中，在无线电网信号表示能量不足的情况下，该调整步骤包括在驱动事件期间增加发动机的功率输出或增加发动机的运行时间。

在任意前述方法的又一非限制性实施例中，该方法包括在下一个接插头事件将能量从电池组增加到电网以解决能量不足。

在任意前述方法的又一非限制性实施例中，在无线电网信号表示能量过剩的情况下，该调整步骤包括在驱动事件期间减少发动机的功率输出或减少发动机的运行时间。

在任意前述方法的又一非限制性实施例中，该方法包括在下一个接插头事件使用来自电网的能量给电池组充电。

在任意前述方法的又一非限制性实施例中，该方法包括响应于电网的能量不足条件而在驱动事件期间启动发动机。

在任意前述方法的又一非限制性实施例中，该方法包括响应于电网的能量过剩条件而在驱动事件期间减少发动机的功率输出或减少发动机的运行时间。

在任意前述方法的又一非限制性实施例中，电动车辆是插电式混合动力电动车辆。

根据本发明的另一示例性方面的一种电动车辆，除了别的以外包括，一组驱动轮、被配置为选择性地给驱动轮供电的电池组、被配置为选择性地给驱动轮提供动力的发动机和被配置有用于以使电网平衡的方式在驱动事件期间调整发动机的操作的指令的控制系统。

在前述电动车辆的又一非限制性实施例中，该控制系统被配置为接收来自电网的无线电网信号，该无线电网信号包括指令。

在任一前述电动车辆的又一非限制性实施例中，充电系统被配置为将电池组连接到电网。

在任意前述电动车辆的又一非限制性实施例中，该控制系统被配置为在电网的能量不足条件期间运行发动机，并且在电网的能量过剩条件期间限制发动机的操作。

在任意前述电动车辆的又一非限制性实施例中，该控制系统包括被配置为通过云与电网通信的收发器。

前述段落、权利要求或以下说明书和附图的实施例、示例和可选方案，包括任何它们的各种方面或各自单独特征，可以独立地或以任何组合来采用。与一个实施例有关描述的特征可应用于所有实施例，除非这些特征是不兼容的。

从具体实施方式，对于本领域的技术人员而言，所公开的示例的各种特征和优点将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可以简要描述如下。

附图说明

图1示意性地示出了电动车辆的动力传动系统；

图2示出了电动车辆的车辆系统；

图3示意性地示出了以有助于使电网平衡的方式控制电动车辆的控制策略；

图4和5示意性地示出了图3所示的控制策略的示例性实施方式。

具体实施方式

本发明描述了一种用于控制电动车辆以使电网平衡的车辆系统。示例性控制策略包括在驱动事件期间以保存电池组的荷电状态(SOC)或消耗电池组的SOC的方式调整电动车辆的发动机的操作。在一些实施例中，如果电网具有能量不足，则电动车辆的发动机更频繁地启动，或者增加发动机功率大于在驱动事件期间所需的驱动功率。因此，在驱动事件期间，电池组的SOC被保存或增加，用于在随后的接插头事件期间将能量增加到电网。在其他实施例中，如果电网具有能量过剩，则在驱动事件期间限制电动车辆的发动机的操作。因此，电池组的SOC在驱动事件期间消耗，并且可以在随后的接插头事件期间通过接受来自电网的能量来补充。这些和其它特征在下面的该具体实施方式的段落中更详细地讨论。

图1示意性地示出了电动车辆12的动力传动系统10。在一个非限制性实施例中，电动车辆12是插电式混合动力电动车辆(PHEV)。然而，其他电动车辆也可以受益于本发明的教导。

在一个非限制性实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分配动力传动系统。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(即，第二电机)和电池组24。在该示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一和第二驱动系统产生扭矩以驱动电动车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管示出了动力分配结构，但是本发明扩展到包括完全混合动力、并联混合动力、串联混合动力、轻度混合动力或微混合动力的任何混合动力或电动车辆。

发动机14——其在一个实施例中是内燃发动机——和发电机18可以通过动力传输单元30(比如行星齿轮组)连接。当然，其他类型的动力传输单元——包括其他齿轮组和变速器——可以用来将发动机14连接到发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传输单元30是包括环形齿轮32、中心齿轮34和行星齿轮架总成36的行星齿轮组。

发电机18可以通过动力传输单元30被发动机14驱动以将动能转换成电能。发电机18可以供选择地作为马达运行来将电能转换成动能，从而输出扭矩到连接到动力传输单元30的轴38。因为发电机18可操作地连接到发动机14，所以发动机14的转速可以由发电机18控制。

动力传输单元30的环形齿轮32可以连接到轴40，轴40通过第二动力传输单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传输单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其它动力传输单元也可以是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48以最终提供牵引力给车辆驱动轮28。差速器48可以包括使扭矩能够传递到车辆驱动轮28的多个齿轮。在一个实施例中，第二动力传输单元44通过差速器48机械地连接到车桥50以将扭矩分配到车辆驱动轮28。在一个实施例中，动力传输单元30、44是电动车辆12的驱动桥20的一部分。

马达22也可以通过输出扭矩到也连接到第二动力传输单元44的轴52用来选择性地驱动车辆驱动轮28。在一个实施例中，马达22是再生制动系统的一部分。例如，马达22可以各自输出电力到电池组24。

电池组24是示例性电动车辆电池。电池组24可以是高电压牵引电池组，其包括能够输出电力以操作电动车辆12的马达22、发电机18和/或其他电力负载的多个电池总成25(即，电池阵列或电池单元的组群)。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可以用来给电动车辆12电力地供电。

在一个非限制性实施例中，电动车辆12具有两种基本操作模式。电动车辆12可以在电动车辆(EV)模式下操作，其中使用马达22(通常在没有来自发动机14的帮助)用于车辆推进，从而消耗电池组24的荷电状态直到在某些驾驶模式/周期下的其最大允许放电率。EV模式是电动车辆12的电荷消耗操作模式的示例。在EV模式期间，在一些情况下，例如由于一段时间的再生制动，电池组24的荷电状态可以增加。发动机14在默认EV模式下通常是关闭的，但是可以基于车辆系统状态根据需要或者如操作者所允许的那样进行操作。

电动车辆12可以额外地以混合动力(HEV)模式操作，其中发动机14和马达22都用于车辆推进。HEV模式是电动车辆12的电荷保持操作模式的示例。在HEV模式期间，电动车辆12可以减少马达22的推进使用，以便通过增加发动机14的推进来将电池组24的荷电状态保持在恒定或近似恒定的水平。除了在本发明的范围内的EV和HEV模式之外，电动车辆12可以在其它操作模式下操作。

电动车辆12还可以包括用于给电池组24的能量存储装置(例如，电池单元)充电的充电系统16。充电系统16可以连接到外部电源(未示出)，用于在整个车辆上接收且分配电力。充电系统16还可以配备有用来将从外部电源接收的交流(AC)电力转换为用于给电池组24的能量存储装置充电的直流(DC)电力的电力电子设备。充电系统16还可以容纳来自外部电源的一个或多个常规电压源(例如110伏、220伏等)。

图1所示的动力传动系统10是高度示意性的，并且不旨在限制本发明。在本发明的范围内，各种附加部件可以供选择地或另外被动力传动系统10采用。

图2是可以在电动车辆(比如图1的电动车辆12)内采用的车辆系统56的高度示意性描述。车辆系统56的各种部件被示意性地示出以更好地说明本发明的特征。然而，这些部件不一定在它们将在实际车辆中找到的确切位置中描述。

车辆系统56适于以有利于电网58的方式控制电动车辆12。例如，使电网58的能量生产与消费者对电网58所需的能量平衡是期望的。在一个非限制性实施例中，如下面进一步详细所描述的，可以在驱动事件期间以在随后的接插头事件期间影响电网58的方式选择性地控制电动车辆12的发动机14的操作。

在一个非限制性实施例中，示例性车辆系统56包括发动机14、高电压电池组24、感应充电系统16和控制系统60。发动机14可以是内燃发动机或任何其他发动机。电池组24可以包括一个或多个电池总成，每个电池总成具有多个电池单元或其他能量存储装置。电池组24的能量存储装置存储选择性地供应以给驻留在电动车辆12上的各种电力负载供电的电能。这些电力负载可以包括各种高电压负载(例如，电机等)或各种低电压负载(例如，照明系统、低压电池、逻辑电路等)。电池组24的能量存储装置被配置为接受来自电网58的能量或者将能量增加到电网58，如下面进一步所描述的。

充电系统16包括连接在车辆连接器65的充电端口64(位于电动车辆12上)和接收来自电网58电力的电源插座69之间的电源线62。电源插座69位于充电位置L1。示例性充电位置包括但不限于沿着行驶路线、驾驶员家或停车库定位的公共充电站。来自电网58的电力可以通过电源线62在电动车辆12和电源插座69之间选择性地传送。

充电系统16可以配备有电力电子设备，其被配置为将从电网58接收的AC电力转换为DC电力以给电池组24的能量存储装置充电，或者用于将从电池组24接收的DC电力转换为用于将能量增加到电网58的AC电力。充电系统16还可以被配置为容纳来自电源插座69的一个或多个常规电压源。在其他实施例中，充电系统16可以是无线充电系统或DC充电系统。

在某些条件期间，车辆系统56的控制系统60可以控制发动机14的操作以使电网58平衡。例如，如下面进一步所讨论的，控制系统60可以调整发动机14的操作，以根据电网58的状态在驱动事件期间保存电池组24的荷电状态(SOC)或消耗电池组24的SOC。如果电网58具有能量不足，则电动车辆12的发动机14可以被命令接通(例如，发动机功率输出可以被增加或者发动机运行时间可以被增加)。因此在驱动事件期间电池组24的SOC被保存，用于在随后的接插头事件期间(即，当电源线62被插入到电源插座69中或充电系统16以其他方式连接到电网58时)将能量增加到电网。如果电网58具有能量过剩，则发动机14的操作可以供选择地被限制(例如，发动机功率输出被减少或发动机运行时间被减少)。因此，电池组24的SOC在驱动事件期间被消耗，并且可以在随后的接插头事件期间通过接受来自电网58的能量来补充。控制系统60可以另外控制电动车辆12的各种其它操作方面。

控制系统60可以是整个车辆控制系统的一部分或者可以是与车辆控制系统通信的单独的控制系统。控制系统60可以包括配备有用于与车辆系统56的各种部件交互且命令车辆系统56的各种部件的操作的可执行指令的一个或多个控制模块78。例如，在一个非限制性实施例中，发动机14、电池组24和充电系统16中的每个包括控制模块，并且这些控制模块可以通过控制器局域网(CAN)彼此通信以控制电动车辆12。在另一个非限制性实施例中，控制系统60的每个控制模块78包括用于执行车辆系统56的各种控制策略和模式的处理单元72和非易失性存储器74。下面参照图3进一步讨论一个示例性控制策略。

电动车辆12的控制系统60可以通过云80(即，互联网)与电网58通信。一经授权请求，无线电网信号82就可以被传送到控制系统60。无线电网信号82包括用于控制电动车辆12以便使电网58平衡的指令。这些指令可以至少部分地基于电网58在下一个预期接插头事件是可能经历能量不足还是能量过剩。在一个非限制性实施例中，无线电网信号82指示控制系统60在驱动事件期间调整发动机14的操作，以保存/增加电池组24的SOC(例如，如果能量不足条件在下一个接插头事件被预期)或消耗电池组24的SOC(例如，如果能量过剩条件在下一个接插头事件被预期)。

无线电网信号82可以通过蜂窝塔84或一些其它已知的通信技术来传送。控制系统60包括用于与蜂窝塔84双向通信的收发器86。例如，收发器86可以从电网58接收无线电网信号82，或者可以通过蜂窝塔84将数据传送回电网58。尽管在该高度示意性实施例中未必示出或描述，但是许多其他部件可以实现电动车辆12和电网58之间的双向通信。

继续参照图1和图2，图3示意性地示出了用于控制电动车辆12的车辆系统56的控制策略100。例如，可以执行控制策略100来以有助于使电网58平衡的方式控制电动车辆12的操作。在一个非限制性实施例中，车辆系统56的控制系统60用适于执行示例性控制策略100或任何其它控制策略的一个或多个算法编程。在另一个非限制性实施例中，控制策略100作为可执行指令存储在控制系统60的控制模块78的非易失性存储器74中。

控制策略100在框102开始。在框104，与电动车辆12相关联的车辆数据由控制系统60收集，并且可以被传送到电网58。车辆数据可以包括电动车辆12的预期行驶路线、电池组24的当前和预期SOC和任何其他车辆信息。预期驾驶路线可以基于与给定日期、星期的日和时间相关联的历史路线数据来推断。驾驶路线可以供选择地基于来自用户的指令(比如通过用户手动地将特定驾驶路线输入到导航系统中)来确定。车辆数据可以可选地由电网58使用。车辆数据通过云80从电动车辆12传送到电网58。

在框106，电动车辆12的控制系统60确定是否已经从电网58接收到无线电网信号82。电网58可以预测在任何给定日期、日和时间是可能具有能量不足还是能量过剩。这些预测可以基于可能基于条件(比如影响家庭A/C使用的需求的天气)波动的预期能量需求；并与来自可再生能源的预期能量生产相比较，以确定优化与车辆电池相关的可再生能源的使用和存储的机会。可再生生产来源可以基于太阳和风的预测而变化。此外，将可再生和化石燃料的总能量生产与需求相比较，以确定存储或使用的更多的车辆电池是否可用于平衡瞬时电网不平衡，而不是点火附加低效率气体发生器。无线电网信号82基于这些预测，并且包括用于控制电动车辆12以使电网58平衡的指令。

接下来，在框108，无线电网信号82通过控制系统60分析，以确定在电动车辆12的下一个预期接插头事件电网58预期能量不足还是能量过剩。如果预期能量不足，则控制策略100进行到框110，并且启动发动机14以使发动机14给车辆驱动轮28而不是电池组24提供动力。这可以包括增加发动机功率输出和/或增加发动机运行时间。以这种方式，在驱动事件期间保存电池组24的SOC。在另一个非限制性实施例中，在框110期间可以控制发动机14的功率输出以产生比在某些电网条件(比如极度电网不足)期间推进驱动轮28以将电池组24充电到更大的SOC所需的更大量的功率。在框111再次确认电力不足之后，可以在下一个接插头事件期间(即，下一次电动车辆12被插电或无线连接到电网)在框112将电池组24的保存的能量增加到电网以解决能量不足。

供选择地，如果在框108预期能量过剩，则控制策略100进行到框114，并且在驱动事件期间使发动机14的操作最小化，以使电池组24主要给车辆驱动轮28供电。以这种方式，在驱动事件期间，电池组24的SOC被消耗。在框115再次确认电力过剩之后，电池组24然后可以用来自电网58的电力充电，以在框116在下一个接插头事件期间解决能量过剩。

图4和图5图形地示出了图3所描述的控制策略100的示例性实施方式。提供这些示例仅用于说明性的目的，并且因此，这些附图中表示的具体值和参数不旨在以任何方式限制本发明。

图4示出了其中在电动车辆12的下一个预期接插头事件的时间T1处预期电网不足的第一电网条件(见图(a))。为了解决这种不足，在标记驱动事件D1的开始的时间T0处，命令电动车辆的发动机14接通(见图(c))，以在驱动事件D1期间保存电池组24的SOC。在驱动事件D1期间，电池组24的SOC保持相对一致(见图(b))。因此，在时间T1和时间T2之间的一段时间期间，电网58能够从电池组24吸引电力，以有助于使电网58平衡(见图(b))。

图5示出了其中在电动车辆12的下一个预期接插头事件的时间T1处预期电网过剩的第二电网条件(见图(a))。为了解决这种过剩，在驱动事件D1期间限制电动车辆12的发动机14的操作，并且禁止发动机14启动命令(见图(c))，以在驱动事件D1期间使电池组24的使用最大化。在驱动事件D1期间，电池组24的SOC被消耗(见图(b))。因此，在时间T1和T2之间的一段时间期间，电网58能够发送用于补充电池组24的SOC的所需电力以有助于使电网58平衡(见图(b))。

尽管不同的非限制性实施例被示为具有特定部件或步骤，但是本发明的实施例不限于那些特定组合。使用与来自任何其它非限制性实施例的特征或部件结合的来自任何非限制性实施例的一些部件或特征是可能的。

应当理解的是，贯穿若干附图，相同的附图标记识别对应的或相似的元件。应当理解的是，尽管在这些示例性实施例中公开且示出了特定部件设置，但是其它设置也可以受益于本发明的教导。

前述描述应被解释为说明性的并且不具有任何限制性意义。本领域普通技术人员应当理解的是，某些修改可以在本发明的范围内。由于这些原因，所以应当研究以下权利要求来确定本发明的真实范围和内容。

Claims (18)

1.一种用于使电网生产与电网需求平衡的方法，包含：

所述电网通过无线电网信号控制电动车辆使得在驱动事件期间调整所述电动车辆的发动机的操作以响应于电网的第一电网条件而保存或增加电池组的荷电状态或响应于所述电网的第二电网条件而消耗所述电池组的所述荷电状态；

在所述调整步骤之前将车辆数据传送到所述电网，所述第一电网条件和所述第二电网条件至少部分地基于所述车辆数据来确定。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一电网条件是所述电网的能量不足，并且所述第二电网条件是所述电网的能量过剩。

3.如权利要求2所述的方法，包含在所述电网具有所述能量不足的情况下，在下一个接插头事件将电力从所述电池组增加到所述电网。

4.如权利要求2所述的方法，包含在所述电网具有所述能量过剩的情况下，在下一个接插头事件接受来自所述电网的电力以给所述电池组充电。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一电网条件和所述第二电网条件另外至少基于天气预报来确定。

6.如权利要求1所述的方法，包含：

确认所述无线电网信号是否已从所述电网被所述电动车辆接收到。

7.如权利要求6所述的方法，包含：

确定所述无线电网信号是表示能量不足还是能量过剩。

8.如权利要求7所述的方法，其中，在所述无线电网信号表示能量不足的情况下，所述调整步骤包括：

在所述驱动事件期间增加所述发动机的功率输出或增加所述发动机的运行时间。

9.如权利要求8所述的方法，包含：

在下一个接插头事件将能量从所述电池组增加到所述电网以解决所述能量不足。

10.如权利要求7所述的方法，其中，在所述无线电网信号表示能量过剩的情况下，所述调整步骤包括：

在所述驱动事件期间减少所述发动机的功率输出或减少所述发动机的运行时间。

11.如权利要求10所述的方法，包含：

在下一个接插头事件使用来自所述电网的能量给所述电池组充电。

12.如权利要求1所述的方法，包含：

响应于所述电网的能量不足条件而在所述驱动事件期间启动所述发动机。

13.如权利要求1所述的方法，包含：

响应于所述电网的能量过剩条件而在所述驱动事件期间减少所述发动机的功率输出或减少所述发动机的运行时间。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述电动车辆是插电式混合动力电动车辆。

15.一种电动车辆，包含：

一组驱动轮；

电池组，所述电池组被配置为选择性地给所述驱动轮供电；

发动机，所述发动机被配置为选择性地给所述驱动轮提供动力；以及

控制系统，所述控制系统被配置有用于以使电网平衡的方式在驱动事件期间调整所述发动机的操作的指令以响应于电网的第一电网条件而保存或增加电池组的荷电状态或响应于所述电网的第二电网条件而消耗所述电池组的所述荷电状态，其中所述控制系统被配置为接收来自所述电网的无线电网信号，所述无线电网信号包括所述指令；

在所述调整步骤之前将车辆数据传送到所述电网，所述第一电网条件和所述第二电网条件至少部分地基于所述车辆数据来确定。

16.如权利要求15所述的电动车辆，包含充电系统，所述充电系统被配置为将所述电池组连接到所述电网。

17.如权利要求15所述的电动车辆，其中所述控制系统被配置为在所述电网的能量不足条件期间运行所述发动机，并且在所述电网的能量过剩条件期间限制所述发动机的操作。

18.如权利要求15所述的电动车辆，其中所述控制系统包括收发器，所述收发器被配置为通过云与所述电网通信。

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