发明内容

本发明的目的是提供一种改进的、通过优化车辆电能存储系统的可用范围和功率来控制电动推进系统的方法。该目的至少部分地通过根据权利要求1所述的方法来实现。

根据本发明的第一方面，提供了一种控制车辆电能存储系统的方法，该车辆电能存储系统具有多个电池单元，所述多个电池单元能够连接以形成电池单元组件，用于向车辆电动推进系统提供牵引动力。

该方法包括以下步骤：

-从所述多个电池单元中选择多个电池单元子集；

-针对所选择的所述多个电池单元子集中的每个子集，确定电能存储系统的替代运行功率(alternative operational power)；以及

-针对所选择的所述多个电池单元子集，识别所述多个电池单元子集中的用于向电动推进系统提供电力的具有最高替代运行功率的子集。

以这种方式，根据示例实施例的方法允许通过根据各个电池单元子集的状态识别提供适当水平的运行功率的电池单元集来优化车辆的里程(range)和功率。特别地，该方法允许通过识别由电能存储系统提供的当前运行功率的替代运行功率来优化该电动推进系统的电能存储系统的范围和功率。

本发明的示例实施例是基于如下观察：包括一个或多个具有临界低电功率水平的电池单元的电能存储系统可能对电能存储系统的总体性能有负面影响。因此，如果认为一个或多个电池单元向该系统提供电力的能力太低，则从车辆运行的角度来看，可能更好的是将所述一个或多个电池单元断开，并且在较少的电池单元被连接以向车辆提供运行功率的情况下继续该车辆的运行。

换言之，本发明是基于这样的见解：具有低运行功率的电池单元的运行状态通常会影响电能存储系统的总运行功率的状态。其原因之一可能是其中一个电池单元具有低荷电状态(SOC)和/或低功率状态(SOP)。另一个原因也可能是该电池单元具有低温度或过高温度。通过提供根据示例实施例的方法(其中，识别出提供最高运行功率(称为最高替代运行功率)的电池单元子集)，变得可以排除任何限制整个电能存储系统的功率的电池单元。

在此上下文中，车辆的可用运行功率可以指运行参数：例如，电池单元组件的荷电状态(SOC)或电池单元组件的功率状态(SOP)。举例而言，提供“针对所选择的多个电池单元子集的每个子集确定该电能存储系统的替代运行功率”意味着该方法被配置成估计几种不同的运行替代方案，以便在最坏的电池单元(就运行功率水平而言)被断开的情况下、在第二坏的电池单元被断开的情况下、在第三电池单元被断开的情况下对电能存储系统的后果(能力)进行估计。随后，该方法被配置成识别多个电池单元子集中的用于向电动推进系统提供电力的具有最高替代运行功率的子集，由此允许该方法确保仅在以下情况下才执行电池单元的断开：断开电池单元将对车辆的运行功率有积极影响。

因此，该方法的示例实施例提供了：估计由电池单元组件的各个子集提供的不同的运行功率替代方案，以及如果利用所包括的电池单元的数量少于电池单元组件的电池单元总数的电池单元子集来运行该电动推进系统，则确定所述能力(后果)。这样，变得可以优化至少部分电驱动车辆的里程和功率。

根据一个示例实施例，该方法的示例实施例允许估计电池单元的不同的断开替代方案，并确定在最坏的电池单元从该系统断开的情况下的所述能力(后果)。

此外，变得可以估计由电能存储系统提供的当前电功率是否足以在给定的时间内、为即将发生的事件或即将发生的充电活动提供牵引动力，例如直到下一个充电位置为止。

为此，该方法能够估计车辆是否应该继续使用电池单元组件的所有电池单元来向电动推进系统(例如，向电动机)提供电力，或者该电能存储系统是否应该使用电池单元组件的多个电池单元子集中的具有所识别出的最高估计替代运行功率的电池单元子集来向该系统提供电力。也就是说，该电动推进系统是否应该由与电池单元组件中的电池单元总数相比数量较少的电池单元来运行。

通常，尽管并非严格要求，但是迭代地执行针对所选择的多个电池单元子集中的每个子集确定电能存储系统的替代运行功率的步骤，直到识别出电池单元子集中的具有最高运行功率的电池单元子集为止。根据一个示例实施例，该方法的步骤依次执行。然而，该方法的至少一些步骤可以并行地执行。

换言之，识别多个电池单元子集中的用于向电动推进系统提供电力的具有最高替代运行功率的子集的步骤通常包括：将所确定的电池单元子集的替代运行功率相互比较。示例实施例的该步骤例如可以由控制单元执行。

当识别出用于向电动推进系统提供电力的最高替代运行功率时，该方法可以继续估计该车辆是否应该由电池单元组件的所有电池单元供电，或者该电动推进系统是否应该由向电动推进系统提供最高替代运行功率的电池单元子集供电。

例如，如果该电能存储系统的最高替代运行功率高于该电能存储系统的当前可用总运行功率(即，当所有电池单元都已连接并活动时)，则该方法可以判定由向电动推进系统提供最高替代运行功率的电池单元子集向电动推进系统供电，而不是利用电池单元组件的所有电池单元为电动推进系统供电。举例而言，可以通过断开或停用一个或多个电池单元来执行利用电池单元子集中的具有最高运行功率的子系统为电动推进系统供电的该步骤。以这种方式，该方法通常停用如下电池单元：这些电池单元不是与用于向电动推进系统提供电力的最高替代运行功率相关联的、所识别出的电池单元子集的一部分。

在本发明的上下文中，每个子集均包含至少一个独立电池单元，但少于车辆电能存储系统中的所述多个电池单元的电池单元总数。

根据一个示例实施例，所述多个电池单元子集中的每个子集均是离散的独立电池单元。根据一个示例实施例，所述多个电池单元子集中的每个子集均包括多个电池单元。

通常，尽管不是严格要求，但是可以预先确定对子集的选择，并且可以将与子集有关的信息存储在控制单元等中。然而，对子集的选择同样可以在车辆的运行期间(即，在驾驶期间)、在静止时或在静态充电位置处执行。对子集的选择还可以在车辆的运行期间、在静止时、在静态充电位置处或在该系统的维护场景中进行更新。

根据一个示例实施例，该方法进一步包括以下步骤：针对电池单元子集的所有组合，确定该电能存储系统的其它替代运行功率，并且，针对子集的组合，识别电池单元子集的多个组合中的用于向电动推进系统提供电力的具有最高替代运行功率的子集组合。通过估计电池单元子集的所有组合，变得可以在电池单元子集的所有可能组合中识别出最高替代运行功率。

根据一个示例实施例，该方法进一步包括以下步骤：确定电能存储系统的总运行功率(TOP)；以及将所述最高替代运行功率与所确定的电能存储系统的总运行功率进行比较。

在此上下文中，术语“总运行功率(TOP)”是指当电池单元组件的所有电池单元均连接(即，被激活)以向车辆提供电力时、由该电能存储系统提供的主要总运行功率。因此，作为示例，如果电能存储系统包括三个电池单元，则总运行功率是指当所有三个电池单元均连接并被激活以提供电力时、由该电能存储系统提供的可能功率。举例而言，当电池单元组件的所有电池单元在电能存储源中彼此连接时，能够从电能存储系统的功率状态(SOP)参数和荷电状态(SOC)参数中的任一个得出总运行功率。

因此，术语“替代运行功率”(AOP)是指针对所选择的多个电池单元子集的给定子集、电能存储系统的估计运行功率。也就是说，所述替代运行功率是指当这些电池单元子集被连接并激活以提供电力时、由该电池单元的子集提供的可能功率。因此，作为示例，如果电能存储系统包括三个电池单元，则所述替代运行功率是指当这三个电池单元的子集被连接并激活以提供电力时、由电能存储系统提供的可能功率。通常，针对多个电池单元的给定子集的替代运行功率对应于多个电池单元的给定子集中的电池单元数量乘以多个电池单元的所述给定子集中的具有最低运行功率的独立电池单元的功率。换言之，通过将多个电池单元的给定子集中的电池单元数量乘以与多个电池单元的所述给定子集中的最低运行功率相对应的独立电池单元的功率来确定针对多个电池单元的所述给定子集的替代运行功率。而且，应当注意，所述替代运行功率可以从功率状态(SOP)参数和荷电状态(SOC)参数中的任一个中得出。也就是说，术语“替代运行功率”指示了所估计的替代运行功率、所估计的功率状态(SOP)参数和所估计的荷电状态(SOC)参数中的任一个。

术语“所需的运行功率”是指车辆在当前状态下所需的运行功率。

举例而言，该方法包括以下步骤：当使用多个独立电池单元来实现牵引动力时，通过监测指示了电能存储系统的总运行功率的运行参数来确定该电能存储系统的总运行功率(TOP)。在此上下文中，术语“运行参数”指示功率状态(SOP)参数、荷电状态(SOC)参数和温度中的任一个。

根据一个示例实施例，该方法进一步包括以下步骤：确定电能存储系统的总运行功率是否为低的总运行功率水平。以此方式，该方法能够在一开始确定该电能存储系统的当前状态是否足以向车辆提供电力，即，确定所需的运行功率。如果为“否”，则该方法可以继续针对所选择的多个电池单元子集的每个子集确定该电能存储系统的替代运行功率，随后，针对所选择的多个电池单元子集，识别所述多个子集中的用于向电动推进系统提供电力的具有最高替代运行功率的子集。

举例而言，通过将当前的总运行功率与指示低的总运行功率水平的阈值进行比较来执行确定该电能存储系统的总运行功率是否为低的总运行功率水平的步骤。

根据一个示例实施例，该方法进一步包括以下步骤：监测多个电池单元子集中的每个子集的运行功率；识别所述多个电池单元子集中的具有最低运行功率的子集；以及，如果从电能存储系统停用所述具有最低运行功率的子集，则确定电能存储系统的替代运行功率。举例而言，通过确定所述多个电池单元子集中的每个子集的运行参数来监测运行功率，该运行参数指示了功率状态(SOP)参数、荷电状态(SOC)参数和温度(T)中的任一个。

当识别出用于向电动推进系统提供电力的最高替代运行功率时，该方法估计由电池单元组件的所有电池单元为车辆供电的选项以及由向电动推进系统提供最高替代运行功率的电池单元子集为车辆供电的选项。例如，如果电能存储系统的最高替代运行功率高于所确定的电能存储系统的总运行功率(TOP)，则该方法进一步包括以下步骤：由向电动推进系统提供最高替代运行功率的电池单元子集为该电动推进系统供电。举例而言，可以通过停用一个或多个电池单元来执行由向电动推进系统提供最高替代运行功率的电池单元子集为该电动推进系统供电的步骤。

根据一个示例实施例，该方法进一步包括以下步骤：基于识别所述多个子集中的用于向电动推进系统提供电力的具有最高替代运行功率的子集的步骤，从该电能存储系统中停用至少一个独立电池单元。根据一个示例实施例，该方法进一步包括以下步骤：停用并非是被识别为用于向电动推进系统提供电力的具有最高替代运行功率的电池单元子集的一部分的所有独立电池单元。

可以以几种不同的方式来执行电池单元(例如电池组或电池单体串)的停用。举例而言，可以通过控制电池组或电池单体串的接触器来执行电池单元(例如电池组或电池单体串)的停用。

通过断开如下电池单元来执行SOP优化：当总电能存储系统的功率随电池单元数量的减少而增大时，这些电池单元会将总电能存储系统的功率限制在低于所需性能功率的水平。原因之一是该电能存储系统的功率容量是电池总和乘以最低功率能力。如果总能力很低，则若不使用所有电池，总能力可能会增大。这种优化通常在被配置成控制电池单元组件的控制单元中执行的，如下文进一步提到的。当总电能存储系统的功率在电池单元数量减少的情况下仍然满足性能要求时，通过断开具有低SOC的电池单元来执行SOC优化。当总电能存储系统的功率在电池单元数量减少的情况下仍然满足性能要求时，通过断开具有低温或高温的电池单元来执行温度优化。未连接的电池单元则可以在连接之前被加热或冷却。

根据一个示例实施例，该方法进一步包括以下步骤：响应于电能存储系统的运行条件的变化而连接所停用的电池单元。

根据一个示例实施例，该方法进一步包括确定电能存储系统的未来运行条件的步骤。通常，该未来运行条件包括以下参数中的任一个：到充电事件的时间和充电事件的大小、到放电事件的时间和放电事件的大小、行驶周期的里程、所需的行驶里程、或它们的组合。

根据一个示例实施例，该方法进一步包括以下步骤：确定电能存储系统的替代总运行功率是否为低的总运行功率水平。举例而言，该方法被配置成将(当前或主要)总运行功率与指示低的总运行功率水平的阈值进行比较。该阈值可以是存储在控制单元中的预定值。换言之，该方法可以被配置成：在一开始确定电能存储系统的当前状态是否能够在给定的时间段内和/或根据即将发生的事件(例如，即将到来的上坡)提供足够高水平的电功率。

可以以几种不同的方式来执行根据示例实施例的方法。根据一个示例实施例，在电动推进系统使用该电能存储系统期间，由控制单元执行该方法的各步骤。

通常，本文中所用的术语“电动推进系统”通常是指车辆电气部件，这些车辆电气部件用于提供能量(例如牵引能量)并用于存储能量(输送和接收能量)。除了上述电气部件之外，电动推进系统还可以包括附加的部件(例如电能源)，包括电池单元组件、电缆、传感器、控制单元、电池管理单元等。该电动推进系统特别被配置成输送和接收用于向车辆提供推进力的能量，但是也用于执行车辆的各种车辆操作。

该电动推进系统的一个部件是电能存储系统。该电能存储系统具有多个电池单元，所述多个电池单元能够连接以形成电池单元组件。通常，所述多个电池单元中的电池单元是独立电池单元。

该电池单元可以是电池单体串，该电池单体串包括多个互连的单个电池单体，由此，该电池单元组件是用于车辆的电池组。在本示例实施例中，所述多个电池单元对应于多个独立电池串，这些电池串能够连接以形成电池组形式的电池单元组件。

替代地，该电池单元是包括多个电池单体串的电池组。在这种情况下，该电池单元组件包括形成电池组组件的多个电池组。因此，在该示例实施例中，所述多个电池单元对应于多个独立电池组，这些电池组能够连接以形成电池组组件。

应当注意，这些电池单体通常在电池组中串联连接，而这些电池组并联连接。然而，这些电池单体可以串联和并联连接成电池单体串的形式。因此，这些电池单元(电池组)通常在电池单元组件(电池组组件)中并联连接。然而，所述电池单体通常在电池单体串中串联连接，而电池单体串通常在电池组中并联连接。

应当注意，该电池单元组件可以指一个或多个电池组。此外，应当注意，该电池单元组件可以包括不同类型的电池。举例而言，电池单元组件中的任一个电池是锂离子电池或钠离子电池中的任一种。钠离子电池通常包括任何类型的钠铁电池或铁氧体钠电池。因此，该电池单元组件通常包括一组电池组。而且，应当注意，该电池组通常是所谓的高压电池组。在此上下文中，术语“高压”是指大约400至1000伏特(V)的电池组。

此外，如本文中所使用的，术语“功率”通常是指电功率。电功率是电压和电流的乘积。

在本发明的示例实施例的上下文中，如本文所使用的，术语“功率状态(SOP)”是指在电池单元组件的当前状态下的可用功率。特别地，SOP是指在电池单元组件的当前状态下、该电池单元组件的可用的可放电功率或可用的可充电功率。可以针对不同的时间段确定SOP。

在本发明的示例实施例的上下文中，如本文所使用的，术语“荷电状态(SOP)”是指在电池单元组件的当前状态下的可用容量。SOC还可以包括或表示一个电池单体、单个电池单元、单个电池组、该电能存储系统或其组合的荷电水平。SOC通常以可用容量与新电池单体的额定容量之间的百分比(％)或者以电池单体的当前容量来确定。

在包括电池组组件的电动车辆中，SOC具有几种不同的目的，例如，SOC可以在整个车辆能量管理中、在充电策略中用作其它电池管理功能(包括但不限于SOP、SOQ、SOR、SOE)的输入、作为寿命估算器的输入、作为老化时间估算器的输入、并且在分析故障情况时作为输入、或其组合。

通常，尽管不是严格要求，但是监测多个电池单元子集中的子集的运行功率的步骤由传感器单元执行，该传感器单元被配置成监测来自一个或多个电池单元的电功率。因此，如果该方法被配置成监测多个电池单元子集中的子集的运行功率，则该传感器单元被配置成在给定的时间点接收指示一个或多个电池单元的运行功率的信息。应当容易理解，监测多个电池单元子集中的子集的运行功率的步骤通常随着时间而执行。

举例而言，通过布置有测量传感器来执行监测多个电池单元子集中的子集的运行功率的步骤，该测量传感器被配置成测量构成电池单元组件的每一个电池单元的电功率。

根据一个示例实施例，该电动推进系统包括传感器单元。该传感器单元可以是能够监测多个电池单元的电池单元电功率的任何类型的传感器单元。这些类型的传感器单元通常是可用的，并且可以想到几种不同的选项。

如上所述，由控制单元执行该方法的示例实施例和该方法的序列(通常对应于该方法的步骤)。因此，根据一个示例实施例，在电动推进系统的使用期间，由控制单元执行该方法的各步骤。

只要该车辆在工作，该方法就可以持续运行，但也可以在车辆处于非工作状态时、在电池单元组件被使用的同时(例如在充电操作期间)持续运行。因此，短语“在电池单元组件的使用期间”可以指该电池单元组件的荷电状态，并且可以指在车辆的运行期间、例如在车辆行驶期间使用该电池单元组件的状态。

该方法的序列同样可以由其它类型的部件和通过其它技术来执行，只要该方法能够提供相关联的功能和效果即可。此外，可以同样地实施该方法以控制车辆电能存储系统的模型，该模型包括构成该车辆电能存储系统的电池单元的等效电路。常见类型的电池模型包括等效电路模型，通过该等效电路模型，可以针对模型电池获得电流-电压特性。

根据本发明的第二方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序包括程序代码组件，该程序代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行第一方面的任一示例实施例的步骤。本发明的第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一方面描述的那些效果和特征。

根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质携载计算机程序，该计算机程序包括程序代码组件，该程序代码组件用于当所述程序产品在计算机上运行时执行第一方面的任一实施例的步骤。本发明的第三方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一方面描述的那些效果和特征。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于车辆的电动推进系统。该电动推进系统包括：电动机，该电动机用于向车辆提供动力；电能存储系统，该电能存储系统连接到电动机以向电动机提供电力，该电能存储系统包括多个电池单元，所述多个电池单元能够连接以形成电池单元组件；以及控制单元，该控制单元被配置成：从多个电池组中选择多个电池组子集；针对所选择的多个电池组子集中的每个子集，确定电能存储系统的替代运行功率；以及针对所选择的多个电池组子集，识别所述多个子集中的用于向电动推进系统提供电力的具有最高替代运行功率的子集。

本发明的第四方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一方面描述的那些效果和特征。

可以以几种不同的方式来提供电动机。根据一个示例实施例，该电动机是永磁同步电机、无刷直流电机、异步电机、电磁同步电机、同步磁阻电机或开关磁阻电机中的任一种。通常，该电动机被构造成驱动至少一个地面接合构件。通常，该电动机被构造成驱动成对的地面接合构件。举例而言，该地面接合构件是车轮、履带等。该电动机可以以几种不同的方式联接到地面接合构件。在一个示例实施例中，该电动机通过变速器和离合器联接到成对的地面接合构件。该变速器通常包括多个档位(包括空档)。

该控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程设备。因此，该控制单元包括电子电路和连接以及处理电路，使得该控制单元可以与电动推进系统的不同部分通信，这些部分例如是电机、开关组件、电能源、双向DC/AC转换器和需要运行以提供这些示例实施例的功能的任何其它部分。通常，该控制单元还可以被配置成与车辆的其它部分通信，例如制动器、悬架、离合器、变速器和其它电气辅助装置(例如，空调系统)，以便至少部分地操作该巴士。该控制单元可以包括硬件或软件形式的模块或者部分地为硬件或软件的模块，并且使用诸如CAN总线和/或无线通信能力的已知传输总线进行通信。该处理电路可以是通用处理器或专用处理器。该控制单元通常包括非瞬态存储器，用于在其上存储计算机程序代码和数据。因此，该控制单元可以由许多不同的配置来实施。

换言之，该电动推进系统的示例实施例的控制功能可以使用现有的计算机处理器来实施、或者通过用于适当系统的专用计算机处理器(为此目的或其它目的而包含)来实施、或者通过硬线系统来实施。在本公开的范围内的实施例包括程序产品，该程序产品包括机器可读介质，该机器可读介质用于携载或其上存储有机器可执行指令或数据结构。这样的机器可读介质可以是能够被通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何可用介质。举例而言，此类计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其他磁存储设备、或者任何其它介质，其能被用来携载或存储呈机器执行指令或数据结构形式的期望程序代码并且能够被通用或专用计算机或者具有处理器的其它机器访问。当信息经由网络或其它通信连接(硬连线、无线、或者硬连线或无线的组合)被传输或提供给机器时，机器将该连接适当地视为机器可读介质。因此，任何这样的连接均适当地被称为机器可读介质。上述的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令例如包括使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某个功能或一组功能的指令和数据。尽管上述电动推进系统的示例实施例包括作为其一体部分的控制单元，但该控制单元也可以是车辆的单独部分，和/或被布置成远离该电动推进系统并与该电动推进系统通信。

该控制单元还可以包括一个电池单元或多个电池单元的模型，或其组合。因此，该电能存储系统通常包括控制单元，该控制单元被配置成控制电池单元组件的功能。换言之，该电能存储系统通常是车辆推进系统的一部分。该电能存储系统还可以包括所谓的电池管理单元，该电池管理单元可以是控制单元的一体部分，或者，是该系统的单独部分但与该控制单元通信。

该控制单元通常被配置成控制和监测电池组组件。通常，尽管并非严格要求，但是该控制单元包括电池管理单元，该电池管理单元被配置成监测电池单体特性，例如电池单体的荷电状态(SOC)和开路电压。该电池管理单元的其它功能可涉及安全功能(例如电源状态)和/或关闭接触器。

根据本发明的第五方面，提供了一种车辆，例如纯电动或混合动力车辆，该车辆包括根据上述示例实施例中的任一个示例实施例的电动推进系统。本发明的第五方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一方面描述的那些效果和特征。

该车辆可以是包括电动机的电动车辆、混合动力车辆或插电式混合动力车辆，其中，该电池单元组件向电动机提供电力，从而为所述电动车辆、混合动力车辆或插电式混合动力车辆提供推进力。应当注意，该车辆因此可以是部分电动或纯电动车辆。

当研究所附权利要求书和以下描述时，本发明的其它特征和优点将变得明显。本领域技术人员会意识到，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可以组合，以产生除了下文中描述的那些实施例以外的实施例。