[发明专利]具有能量存储系统的车辆推进系统和控制其操作的优化方法

说明书

车辆推进系统包括：耦合于第一DC总线的第一双向DC‑DC转换器；能量存储系统，其包括耦合于该第一双向DC‑DC转换器的至少一个能量存储单元；耦合于第一DC总线的第一DC到AC逆变器；和耦合于第一DC到AC逆变器的第一机电设备。对控制器编程来确定第一机电设备的实时操作速度、将第一机电设备的实时操作速度与第一机电设备的调度速度比较以及选择性地控制第一双向DC‑DC转换器以基于比较来使第一DC总线的电压移位。

技术领域

本发明的实施例大体上涉及对于混合和电动车辆的电动驱动系统，并且更特定地涉及对于具有一个或多个能量存储设备和一个或多个机电设备的混合和电动车辆的车辆推进系统以及控制车辆推进系统的操作的优化方法。

背景技术

纯电动车辆使用存储的电能来向电动马达供电，其推进车辆并且还可运行辅助驱动器。纯电动车辆可使用一个或多个存储电能源。例如，第一存储电能源可用于提供更持久的能量而第二存储电能源可用于提供更高功率的能量用于例如加速，其中一个或两个第一和第二源能够通过再生制动而充电。

混合电动车辆可组合内燃机和由例如牵引蓄电池等能量存储设备供电来推进车辆的电动马达。这样的组合可通过使燃烧发动机和电动马达每个能够在相应增长的效率范围内运行来增加总燃料效率。例如电动马达从起步加速可以是高效的，而燃烧发动机在例如公路驾驶等恒定的发动机运行的持续时期期间可以是高效的。具有电动马达来提升初始加速度允许混合动力车辆中的燃烧发动机更小且更省油。

尽管已经开发对于纯电动车辆和混合电动车辆的推进系统配置以包括用于增加能量或功率密度的多个电能源，和用于实现期望推进输出的多个电力源，使这些能量存储和电力源并入推进系统使系统的总尺寸、重量和成本增加。例如，为了确保将在期望的车辆寿命期间维持最低性能水平，蓄电池通常尺寸过大而减少功率和循环应力。还实现过于激进的热管理控制来帮助减少蓄电池上的热应力。这两个方法都增加整体车辆尺寸、增加制造成本并且增加能量存储系统的操作成本。

通过对系统内的能量存储单元或蓄电池的退化速率有极少的控制来设计和实现对于混合和电动车辆的传统能量存储单元。已知的蓄电池寿命预知使用基于物理的模型离线进行来预测各种个体退化机制的速率。这些实验模型可考虑固体电解质界面（SEI）电阻增长和容量衰减、SEI增长的化学反应路径、由于高速率充电/放电引起的颗粒开裂的开始或对于蓄电池的单占空比的电化学状态。然而，迄今，已知模型未预测使实际容量衰减与实验数据相关所需要的起始后裂纹扩展并且缺乏对于任意蓄电池占空比的预测能力。

此外，蓄电池技术的离线寿命测试典型地采用使许多周期浓缩成比蓄电池在正常操作期间将经历的短得多的时段这一加速方式进行。如此，使用加速老化测试而开发的经验模型可未准确解释在实时现实世界应用中蓄电池的日历相关和循环相关响应之间的相互作用。

除操作能量存储单元外，混合和电动力系统的系统效率也受到驱动系统的DC链路电压的影响。用于确定DC链路电压的一个已知技术使用综合模型来计算DC总线电压，其使对于特定车辆推进系统配置的马达和逆变器损耗最小化。这样的综合模型的使用是时间密集型的并且导致昂贵的硬件部署。此外，这样的方法依靠模型的准确性并且不可避免地对于变化的系统部件和操作模式不是鲁棒的。用于确定DC链路电压的另一个技术使用马达系统效率图来搜索具有最小损耗的电压电平。因为该技术依靠直接查找表，所有输入上的噪声在输出电压命令上出现。此外，查找表是静态的并且未考虑系统动力学。从而，突然负载改变可由于电压命令的延迟而在马达转矩上引起不令人满意的响应性能。综合模型同样未能令人满意地对突然负载改变作出响应，典型地向电压命令添加预定裕度来适应任何动态不确定性。然而，这样的预定裕度通常产生不令人满意的响应；因为太大的裕度牺牲系统效率而太小的裕度将不满足请求的动态响应。

如上文概述的，用于配置混合或电动推进系统以用多个能量存储源和一个或多个电力源操作的已知技术依靠实验确定的模型和静态数据，其未解释实时、现实世界的系统动力学和操作条件。因此，除降低总系统效率外，这些已知技术的使用还降低推进系统的个体部件的操作效率和燃料经济性。