СПОСОБ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БАТАРЕЕЙ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2019 года по МПК H02J7/14 B60L58/12 

Область техники

Изобретение относится к способу энергетического управления автотранспортным средством, который включает в себя, в частности, способ оценки тока его батареи и состояния зарядки батареи. Изобретение относится также к системе и к программе, осуществляющим этот способ, а также к автотранспортному средству, содержащему такую систему.

Уровень техники

Чтобы уменьшить вредные выбросы, в частности, выбросы двуокиси углерода, автотранспортные средства все чаще оборудуют следующими системами:

- так называемой системой «микро-гибридизации», которая предназначена для получения выигрыша в расходе топлива транспортного средства и для сокращения загрязняющих выбросов за счет разгрузки генератора переменного тока автотранспортного средства в фазе движения, в частности, когда двигатель еще не показывает хороший КПД, и за счет повышения напряжения генератора во время торможений с целью рекуперации механической мощности и подзарядки батареи, и

- системой, известной под названием "stop-and-start" ("стоп-старт"), которая обеспечивает автоматическое выключение двигателя внутреннего сгорания, когда транспортное средство стоит на месте.

Такие системы требуют все большего потребления электрической энергии, например, для повторного запуска транспортного средства после его остановки при помощи системы "stop-and-start". Таким образом, чтобы добиться оптимального уменьшения загрязняющих выбросов и одновременно обеспечивать нормальную работу автотранспортного средства, необходимо соответствующим образом управлять электрической энергией и, следовательно, батареей автотранспортного средства. Для этого автотранспортные средства оборудуют системами управления энергией, часто называемыми сокращенно BMS от "Battery Management System" (система управления батареей). Система BMS содержит программные и аппаратные средства, в частности, вычислительное устройство, установленное внутри автотранспортного средства, которое получает данные об энергетическом состоянии транспортного средства и выдает на выходе команды управления автотранспортным средством, в частности, команды управления системами микро-гибридизации и "stop-and-start". Следует отметить, что система BMS выполняет существенную функцию, так как ее выход из строя может привести к поломке автотранспортного средства. Например, если система BMS разрешает системе "stop-and-start" выключить двигатель и если батарея не заряжена в достаточной степени, транспортное средство не сможет опять запуститься.

Согласно первому известному техническому решению, система BMS связана с различными датчиками, как правило, с датчиками тока, напряжения и температуры, которые измеряют параметры состояния батареи. При этом энергетическое управление транспортным средством определяют на основании состояния батареи, в частности, состояния ее зарядки, которое выводят при помощи записанных в памяти таблиц и посредством вычисления измерений, поступающих от этих датчиков. Это решение обеспечивает высокую надежность, так как оно основано на реальных измерениях батареи, производимых датчиками. С другой стороны, оно имеет высокую стоимость, так как эти датчики являются дорогими, в частности, датчик тока.

Для устранения этого недостатка другие решения предусматривают исключение некоторых датчиков, вместо которых осуществляют оценку на основании более далеких величин. Однако эти решения приводят к существенному снижению надежности и, как следствие, к плохому контролю загрязняющих выбросов и даже к неисправностям, выводящим из эксплуатации автотранспортные средства.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение призвано предложить решение управления батареей автотранспортного средства, которое позволяет устранить недостатки известных технических решений.

Изобретение призвано предложить решение управления батареей автотранспортного средства, которое позволяет оптимизировать уменьшение загрязняющих выбросов и одновременно обеспечивает его надежную работу.

В частности, первой задачей изобретения является оценка состояния зарядки батареи автотранспортного средства при минимальных расходах.

Второй задачей изобретения является оптимизация работы системы типа "stop-and-start" с целью сведения к минимуму загрязняющих выбросов автотранспортного средства.

В связи с этим объектом изобретения является способ оценки тока на клеммах батареи автотранспортного средства, отличающийся тем, что содержит следующие этапы:

- этап регулирования напряжения генератора автотранспортного средства, в ходе которого напряжение Ub регулирования генератора стабилизируют в течение определенного периода в значении напряжения, близком к равновесному напряжению батареи, в результате чего ток ICha батареи стремится к нулю,

- вычисление сопротивления R электрических компонентов транспортного средства при помощи отношения R=Ub/ICarb, где ICarb является током, потребляемым транспортным средством и равным току, выдаваемому генератором, в течение этого регулирования напряжения генератора в значении напряжения, близкого к равновесному напряжению батареи,

- изменение значения регулирования напряжения генератора на более высокое значение Uh и вычисление тока IChah зарядки батареи при помощи отношения IChah=IAlth-Uh/R, где IAlth является током, выдаваемым генератором.

Способ оценки тока может содержать предварительный этап калибровки, который включает в себя сохранение в электронной памяти данных, относящихся к изменению тока зарядки на клеммах батареи в зависимости от напряжения регулирования генератора, затем этап использования этих сохраненных данных и вычисленного тока UChah на клеммах батареи для оценки тока на клеммах батареи при любом напряжении регулирования генератора.

Способ оценки тока может содержать повторение этапов вычисления тока IChah зарядки батареи для обновления оценки тока батареи.

Способ оценки тока может содержать применение напряжения регулирования на клеммах генератора в виде зубца между низким напряжением Ub, близким к равновесному напряжению батареи, которое заставляет ток ICha батареи стремиться к нулю, и более высоким напряжением Uh, при котором осуществляют вычисление тока IChah зарядки батареи.

Объектом изобретения является также способ оценки состояния зарядки батареи, который включает в себя осуществление описанного выше способа оценки тока на клеммах батареи, затем определение количества заряда, соответствующего этому оценочному току, для изменения показаний указателя, оценивающего состояние зарядки батареи.

Способ оценки состояния зарядки батареи может содержать все или часть следующих этапов:

- этап измерения напряжения батареи при разомкнутой цепи во время длительной стоянки автотранспортного средства, этап оценки состояния зарядки батареи на основании этого измерения напряжения при разомкнутой цепи и этап повторной инициализации указателя состояния зарядки на основании этой оценки;

- во время фазы движения с осуществлением зарядки батареи от генератора, к которому приложено постоянное напряжение регулирования, - оценка тока ICha зарядки батареи, затем вычисление количества заряда, переданного на батарею, для инкрементации указателя на это значение при помощи следующей формулы:

(ICha × время (с) / 3600 × CNom) × 100,

где время является продолжительностью в секундах этой фазы движения и зарядки батареи,

CNom является номинальной емкостью батареи, выраженной в ампер-часах;

- во время фазы выключения двигателя транспортного средства по команде системы "stop-and-start" и/или фазы разгрузки в фазе движения транспортного средства по команде системы микро-гибридизации, указатель состояния зарядки батареи декрементируют на количество заряда, выданное батареей, вычисляемое по следующей формуле:

(ICar × время (с) / 3600 × CNom) × 100,

где время является продолжительностью в секундах этой фазы разрядки батареи,

ICar является силой тока, потребляемого автотранспортным средством.

Изобретение относится также к способу энергетического управления автотранспортным средством, оборудованным системой "stop-and-start" и/или системой микро-гибридизации, отличающийся тем, что включает в себя осуществление описанного выше способа оценки состояния зарядки его батареи для обновления указателя состояния зарядки и этап управления работой системы "stop-and-start" и/или системы микрогибридизации и/или определения напряжения регулирования генератора транспортного средства на основании показаний этого указателя состояния зарядки батареи.

Способ энергетического управления может содержать следующие этапы:

- предварительный этап, на котором сохраняют в памяти данные, относящиеся к изменению напряжения на клеммах батареи в случае выключения двигателя транспортного средства системой "stop-and-start", причем этим сохраненные данные установлены для определенного порогового состояния зарядки батареи автотранспортного средства, выше которого считается, что существует риск поломки транспортного средства, и

• во время фазы движения автотранспортного средства система "stop-and-start" запускает этап выключения двигателя транспортного средства, только если показатель состояния батареи превышает или равен заранее определенному пороговому значению; затем

• этап измерений напряжения на клеммах батареи во время такого выключения двигателя, и

• этап сравнения измерений напряжения с данными, сохраненными в памяти на предварительном этапе, и этап блокировки системы "stop-and-start", если одно или несколько измерений меньше или равно одной или нескольким соответствующим сохраненным данным;

и/или

• во время фазы движения система микро-гибридизации запускает этап разгрузки генератора транспортного средства, только если показания указателя состояния зарядки батареи превышают или равны заранее определенному пороговому значению; затем

• этап измерений напряжения на клеммах батареи во время такой разгрузки, если напряжение батареи превышает минимальное допустимое напряжение для бортовой электрической сети транспортного средства, и

• этап сравнения измерений напряжения с данными, сохраненными в памяти во время предварительного этапа, и этап блокировки системы микро-гибридизации, если одно или несколько измерений меньше или равно одной или нескольким соответствующим сохраненным данным.

Предварительный этап, на котором сохраняют в памяти данные, отображающие изменение напряжения на клеммах батареи в случае выключения двигателя транспортного средства системой "stop-and-start", осуществляют следующим образом:

- сохранение в памяти нескольких измерений напряжения на клеммах батареи в зависимости от времени в случае выключения двигателя транспортного средства системой "stop-and-start" на основании выбранного порогового состояния зарядки батареи или сохранение в памяти нескольких измерений напряжения на клеммах батареи в зависимости от времени для нескольких значений температуры батареи в случае выключения двигателя транспортного средства системой "stop-and-start" на основании выбранного порогового состояния зарядки батареи; и

- экстраполяция измерений напряжения на клеммах батареи для получения непрерывного изменения напряжения на клеммах батареи в зависимости от времени в случае выключения двигателя транспортного средства системой "stop-and-start".

Способ энергетического управления автотранспортным средством может содержать следующие этапы:

- предварительный этап калибровки, который позволяет сохранить в памяти ток, полученный на уровне генератора транспортного средства во время осуществления фазы разгрузки системой микро-гибридизации в случае батареи, заряженной до порогового состояния зарядки, в зависимости от общего тока, потребляемого транспортным средством, от температуры батареи или от CCA (Cold Cranking Ampere - ток холодной прокрутки); и

- если напряжение батареи по существу равно минимальному допустимому значению для электрической сети транспортного средства в фазе движения и когда система микро-гибридизации осуществляет фазу разгрузки:

• поддержание напряжения регулирования генератора в этом минимальном значения напряжения и отслеживание изменения тока генератора, и

• если ток генератора превышает сохраненное значение при этих же условиях потребления общего тока транспортным средством, температуры батареи и ССА, осуществляют блокировку системы микро-гибридизации.

Это описанное выше решение дает ответ на техническую проблему обеспечения надежности работы автотранспортного средства и может быть в варианте применено для любого другого транспортного средства, содержащего любую другую систему оценки или измерения состояния зарядки его батареи.

Способ энергетического управления автотранспортным средством может содержать этап регулирования напряжения генератора по высокому значению, обеспечивающему подзарядку батареи в случае блокировки системы "stop-and-start" и/или микро-гибридизации.

Объектом изобретения является также система управления автотранспортным средством, оборудованного системой "stop-and-start" и/или системой микро-гибридизации, отличающаяся тем, что содержит аппаратные и/или программные средства, включающие в себя блок управления, обеспечивающий управление регулированием напряжения генератора автотранспортного средства и системой "stop-and-start" и/или микро-гибридизации посредством осуществления описанного выше способа энергетического управления автотранспортным средством.

Объектом изобретения является также автотранспортное средство, оборудованное батареей и системой "stop-and-start" и/или системой микро-гибридизации, отличающееся тем, что содержит описанную выше систему управления.

Объектом изобретения является также носитель записи данных, считываемый блоком управления автотранспортного средства, на котором записана компьютерная программа, содержащая кодовые средства компьютерной программы для осуществления этапов описанного выше способа.

Объектом изобретения является также компьютерная программа, содержащая кодовые средства компьютерной программы, предназначенные для осуществления этапов описанного выше способа, когда программу исполняет блок управления автотранспортного средства.

Краткое описание чертежей

Другие преимущества и отличительные признаки будут более очевидны из нижеследующего описания частных вариантов осуществления изобретения, представленных в качестве не ограничительных примеров со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - изменение напряжения регулирования генератора согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 2 - увеличенный вид импульса напряжения, применяемого согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 3 - кривые изменения тока зарядки батареи в зависимости от напряжения регулирования генератора в различных условиях.

Фиг. 4 - кривые изменения напряжения регулирования генератора и тока батареи, оцениваемого в соответствии со сценарием и согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 5 - изменение во времени напряжения на клеммах батареи в случае выключения двигателя транспортного средства системой "stop-and-start".

Фиг. 6 - кривые изменения во времени напряжения на клеммах батареи в пороговом состоянии зарядки для нескольких температур в случае выключения двигателя системой "stop-and-start".

Фиг. 7 и 8 - соответственно два разных сценария, иллюстрирующих работу способа энергетического управления автотранспортным средством согласно варианту осуществления изобретения в случае выключения двигателя системой "stop-and-start".

Фиг. 9 и 10 - соответственно два разных сценария, иллюстрирующих работу способа энергетического управления автотранспортным средством согласно варианту осуществления изобретения в случае работы системы микро-гибридизации.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Изобретение основано на использовании блока управления энергией автотранспортного средства (BMS), который выполняет следующие функции во время фазы нормальной работы транспортного средства:

- адаптирует напряжение генератора при помощи устройства регулирования этого напряжения, чтобы удовлетворять потребности компонентов-потребителей автотранспортного средства. Например, в фазе торможения автотранспортного средства напряжение регулирования генератора повышается (например, до 15 В), что способствует передаче энергии на батарею;

- распределяет фазы подачи энергии на автотранспортное средство между батареей и генератором: в фазе зарядки батареи генератор обеспечивает энергию для этой зарядки и для питания компонентов-потребителей, а в фазе разгрузки батарея обеспечивает эту электрическую энергию;

- когда это возможно, во время остановок транспортного средства выключает двигатель для сокращения загрязняющих выбросов;

- в фазе движения гарантирует наличие минимального напряжения (например, 12 В) для обеспечения некоторых функций, таких как усиление рулевого управления.

Как вытекает из вышеупомянутых функциональных возможностей, блок BMS транспортного средства управляет его работой для оптимального уменьшения загрязняющих выбросов и расхода топлива, одновременно обеспечивая его надежную и безопасную работу. Для этого он осуществляет способ оценки состояния зарядки батареи автотранспортного средства, часто называемого сокращенно SOC от англо-саксонского "State Of Charge". Действительно, знание этого состояния зарядки в виде показаний указателя является существенным и позволяет блоку BMS обеспечивать следующие уровни функциональности:

- он в первую очередь обеспечивает надежность транспортного средства, избегая неисправности, к которой могло бы привести слишком низкое состояние зарядки батареи, и поддерживает для этого состояние зарядки батареи в допустимом рабочем диапазоне;

- когда батарея находится в этом допустимом рабочем диапазоне, он управляет работой транспортного средства таким образом, чтобы минимизировать загрязняющие выбросы (в частности, CO2), одновременно поддерживая батарею в состоянии, соответствующем этому допустимому рабочему диапазону, при помощи показаний указателя состояния зарядки.

Согласно варианту осуществления изобретения, способ оценки состояния зарядки батареи осуществляют без использования датчика тока, что позволяет сократить расходы, связанные со стоимостью этого датчика. Вместе с тем, учет силы тока на клеммах батареи необходим для оценки состояния зарядки батареи. С другой стороны, в рамках способа используют напряжение на клеммах батареи и, согласно факультативному варианту, ее температуру. Напряжение можно измерять, например, через питание вычислительного устройства, содержащего блок BMS. Температуру можно легко оценить путем вычисления. Следовательно, согласно изобретению, этот блок BMS может работать без какого-либо датчика.

Таким образом, способ содержит этап оценки тока батареи, на котором учитывают прежде всего следующее отношение:

IAlt=ICar+ICha

где IAlt является током, выдаваемым генератором, который известен и который, как правило, вычисляют на основании крутящего момента, выходного напряжения и режима генератора,

ICha является током, предназначенным для зарядки батареи,

ICar является током, потребляемым всеми компонентами-потребителями транспортного средства, кроме батареи, который в дальнейшем будет просто называться током, потребляемым автотранспортным средством.

Рассматриваемое транспортное средство оснащено устройством регулирования напряжения на клеммах генератора. Способ включает в себя специальную фазу, во время которой напряжение регулирования генератора стабилизируется в течение определенного времени на значении напряжения, близком к равновесному напряжению батареи, что заставляет ток ICha батареи стремиться к нулю, независимо от состояния ее зарядки и от ее температуры. Таким образом, во время этого специального периода предыдущее отношение принимает следующий вид:

IAlt=ICar

Этот специальный период позволяет определить ток потребления транспортного средства при конкретном заданном напряжении, например, 12,9 В.

На фиг. 1 показана кривая 1 изменения напряжения регулирования генератора, которая содержит импульс 2, более детально показанный на фиг. 2, при котором напряжение изменяется между двумя горизонтальными участками: верхним горизонтальным участком высокого напряжения Uh, например, 15 В, между двумя периодами напряжения с нижними горизонтальными участками Ub, например, 12,9 В. Наклон изменения напряжения между этими двумя напряжениями Uh, Ub выбирают таким образом, чтобы обеспечивать комфорт пассажиров транспортного средства.

Как было указано выше, нижний горизонтальный участок выбирают таким образом, чтобы получить нулевой ток батареи, что позволяет получить значение тока ICarb, потребляемого транспортным средством. Поскольку электрические компоненты автотранспортного средства являются компонентами резистивного типа, можно вывести общее сопротивление этих компонентов, называемое просто сопротивлением R транспортного средства, при помощи соотношения:

R=Ub/ICarb

Для верхнего горизонтального участка напряжения Uh используют следующие отношения:

Uh=R.ICarh

IAlth=ICarh+IChah

следовательно:

IChah=IAlth-ICarh=IAlth-Uh/R

где IChah является током батареи при высоком напряжении Uh, IAlth является током генератора при высоком напряжении, который известен, ICarh является током, потребляемым транспортным средством при высоком напряжении и равным Uh/R.

Отсюда следует, что предыдущий специальный период позволяет вычислить значение тока IChah на клеммах батареи. Это значение вычисляют на основании реальных значений, и, следовательно, оно является точным. Его используют впоследствии для оценки тока батареи при любом другом значении регулирования напряжения генератора.

Для этого способ включает в себя предварительный этап калибровки, который позволяет сохранить в памяти данные в виде кривой изменения этого тока зарядки батареи в зависимости от напряжения регулирования генератора. Эти данные получены, например, в ходе лабораторных измерений, которые производят один раз и навсегда. На основании этих данных знание всего лишь одного значения тока IChah на уровне верхнего горизонтального участка позволяет построить всю кривую изменения тока, например, такую как кривые 4 и 5 на фиг. 3. Это построение возможно, в частности, осуществить от одной точки, так как эти кривые имеют специальную форму. В варианте можно получить несколько значений тока в соответствии с описанным выше способом, чтобы произвести более точное построение. Этот подход позволяет, используя реальное измерение, определить все значения тока, связанные с другими значениями напряжения регулирования, с высокой точностью. Отталкиваясь от реального значения в данный момент, можно опосредованно учитывать изменение поведения батареи в ходе ее старения (например, проблемы сульфатации), недавнюю работу батареи и ее температуру, даже ее не измеряя. Действительно, кривые 4, 5 включают в себя все эти параметры.

Таким образом, способ оценки состояния зарядки батареи прежде всего включает в себя способ оценки тока зарядки батареи, который содержит следующие этапы:

- вычисление электрического сопротивления электрических компонентов автотранспортного средства;

- вычисление значения тока батареи на основании этого сопротивления, знания высокого напряжения регулирования генератора и соответствующего тока на клеммах генератора;

- оценка тока батареи в зависимости от любого напряжения регулирования генератора на основании данных, сохраненных в памяти блока BMS, например, данных калибровки.

Электрическое сопротивление R электрических компонентов-потребителей автотранспортного средства было вычислено в соответствующий момент в рамках описанного способа.

На фиг. 4 в качестве примера показана кривая 7 изменения напряжения регулирования на клеммах генератора, затем кривая 8 (прерывистая) соответствующего изменения тока зарядки батареи в зависимости от времени, причем этот ток был вычислен в рамках описанного выше способа. Как можно отметить, для каждого изменения значений напряжения регулирования получают новое значение тока. Таким образом, вычисление тока производят для каждого изменения напряжения регулирования генератора. Следует также отметить, что кривая 7 напряжения регулирования генератора содержит два описанных выше импульса 9, единственной функцией которых является обеспечение осуществления реального измерения тока зарядки IChah 6 батареи, тогда как для других моментов это напряжение регулирования отвечает другим требованиям энергетической оптимизации транспортного средства, в частности, его электрическим потребностям.

Следует отметить, что этот способ оценки тока зарядки батареи периодически повторяют, чтобы при каждой новой итерации обновить оценку тока, что на фигуре проиллюстрировано в виде повторения импульсов.

Таким образом, этот способ оценки тока зарядки батареи заменяет собой датчик тока с достаточной точностью, чтобы получить на входе данные для способа оценки состояния зарядки батареи, который управляет указателем состояния зарядки батареи. Этот способ оценки состояния зарядки батареи содержит этап вычисления заряда, передаваемого в батарею, на основании известного тока зарядки, полученного путем вычисления, как было описано выше.

Преимуществом этого подхода является то, что он позволяет корректировать оценку тока в течение времени, что обеспечивает надежную оценку, независимо от температуры батареи и ее состояния старения.

Способ оценки состояния зарядки батареи дополнительно использует другие фазы автотранспортного средства, которые соответствуют другим состояниям автотранспортного средства.

Прежде всего, когда транспортное средство находится на длительной стоянке, можно точно оценить состояние зарядки батареи. Для этого вычислительное устройство блока BMS периодически включается, например, каждые два часа, чтобы измерить и зарегистрировать ее напряжение питания. Поскольку ток в сети является очень слабым, это напряжение питания по существу соответствует напряжению при разомкнутой цепи батареи, часто называемому сокращенно OCV "Open Circuit Voltage". Однако, как известно, существует отношение между этим напряжением OCV и состоянием зарядки SOC батареи. Таким образом, эта продолжительная стоянка позволяет получить точное значение состояния зарядки батареи транспортного средства, которое используют для калибровки указателя состояния зарядки и его повторной инициализации перед следующим использованием автотранспортного средства.

Таким образом, указатель состояния зарядки позволяет постоянно определять точное значение при помощи совокупности следующих измерений и оценок:

- его инициализируют во время продолжительной стоянки, как было указано выше. Следует отметить, что если стоянка не является достаточной долгой, его значение остается равным его последней оценке;

- во время обычных фаз движения с использованием зарядки батареи от генератора, блок BMS вычисляет ток ICha зарядки батареи, как было описано выше, затем на его основании выводит значение количества заряда, переданное в батарею, чтобы увеличить указатель на это значение. Это количество заряда можно выразить в виде следующей формулы:

((ICha × время (с) / 3600 / CNom) × 100

где время обозначает продолжительность в секундах этой рассматриваемой фазы зарядки, CNom обозначает номинальную емкость батареи, выраженную в Ампер-часах.;

- во время фаз выключения двигателя системой "stop-and-start" и фаз разгрузки при движении, запускаемых системой микро-гибридизации, батарея питает транспортное средство электрической энергией, подавая на него ток ICar, и разряжается. Указатель уменьшают на количество выдаваемого заряда, которое можно вычислить по следующей формуле:

((ICar × время (с) / 3600 / CNom) × 100

где время обозначает продолжительность в секундах этой фазы разрядки.

Эта оценка состояния зарядки батареи дает хорошие результаты и обеспечивает очень удовлетворительную оптимизацию работы автотранспортного средства. Вместе с тем.; погрешность в этой оценке может иметь серьезные последствия в двух следующих ситуациях:

- во время выключения двигателя системой "stop-and-start", если реальное состояние зарядки батареи является слишком низким, то есть ниже, чем рекомендованное на указателе, повторный запуск автотранспортного средства становится невозможным;

- во время разгрузки системой микро-гибридизации, если напряжение электрической сети понижается ниже порогового значения, как правило, 12 В, перестают обеспечиваться некоторые важные функции, такие как усиление рулевого управления.

На практике, чтобы избежать этих двух ситуаций, эти системы микрогибридизации и "stop-and-start" активируют, только когда состояние зарядки батареи превышает или равно порогу SOC, например, установленному в значении 70% на основании показаний указателя состояния зарядки, как было указано выше. Однако в варианте осуществления изобретения применяют дополнительные решения обеспечения надежности, которые позволяют устранить возможную погрешность в оценке состояния зарядки батареи автотранспортного средства в соответствии с описанным выше способом и избежать поломки транспортного средства, оснащенного функцией "stop-and-start" и/или «микро-гибридизации».

Первое решение обеспечения надежности применяют в случае выключения двигателя автотранспортного средства системой "stop-and-start". В этой ситуации батарея самостоятельно питает все электрические компоненты транспортного средства. На фиг. 5 показана кривая 10 изменения во времени напряжения на клеммах батареи в такой ситуации при разрядке батареи с постоянным током. Эта кривая зависит от состояния зарядки батареи: чем ниже это состояние зарядки, тем ниже эта кривая или, говоря другими словами, эта кривая смещается вниз, если первоначальное состояние зарядки батареи снижается.

Следует отметить, что эту кривую 10 строят заранее в фазе калибровки способа, которая состоит в сохранении в памяти цифровых данных, необходимых для описанных выше способов. Для построения этой кривой 10 осуществляют несколько испытаний разрядки батареи, во время которых получают несколько измерений напряжения в зависимости от времени. Экстраполяция этих измерений позволяет получить непрерывную кривую изменения в зависимости от времени.

Таким образом, способ предусматривает отслеживание изменения напряжения на клеммах батареи в течение времени при помощи первого этапа его измерения или его периодической оценки, например, каждые пять секунд, начиная с момента выключения двигателя. На втором этапе это значение напряжения сравнивают с кривой, ранее сохраненной в памяти, например, на этапе калибровки, для порогового состояния зарядки SOC батареи (например, 70%, как было указано выше). Пока это напряжение остается выше этой кривой, блок BMS продолжает управление при нормальной работе транспортного средства на основании показаний указателя состояния зарядки, как было указано выше. Если это напряжение переходит на уровень ниже этой кривой, запускают двигатель и блокируют функции микро-гибридизации и "stop-and-start", пока указатель состояния зарядки не поднимется до безопасного значения, перейдя верхний порог безопасности над упомянутым выше порогом SOC, например, до 80%. В дальнейшем блок BMS возвращается к своему нормальному режиму работы и к управлению на основании показаний указателя состояния зарядки.

Необходимо отметить, что, поскольку эта кривая изменения напряжения зависит от температуры, предварительный этап калибровки позволяет построить несколько кривых 10а, 10b, 10с для разных постоянных значений температуры, как показано на фиг. 6. Эти разные кривые сохраняются в виде цифровых данных в соответствующей электронной памяти блока BMS. После этого способ предусматривает измерение или оценку температуры, чтобы выбрать соответствующую кривую для осуществления описанных выше этапов.

На фиг. 7 и 8 соответственно в качестве примеров представлены два разных сценария, иллюстрирующих описанный выше способ энергетического управления автотранспортным средством. В обоих случаях транспортное средство сначала находится в первом периоде Т1 движения, в течение которого напряжение на клеммах батареи, показанное кривыми 11, остается постоянным. Во время этого периода управление транспортным средством осуществляет блок BMS на основании показаний указателя состояния зарядки. В момент t2 остановки транспортного средства система "stop-and-start" подает команду на выключение двигателя транспортного средства. При этом во время второго периода Т2 кривая опускается в двух случаях по-разному, так как она зависит, в частности, от состояния зарядки батареи, от потребляемого тока, от температуры и т.д. Эту кривую 11 сравнивают с соответствующей кривой 12, предварительно построенной, как было указано выше, во время всего периода Т2.

В первом сценарии кривая 11 все время остается над кривой 12, и блок BMS продолжает нормальное управление системой "stop-and-start" до повторного запуска двигателя в момент t3. В третьем периоде Т3 генератор подзаряжает батарею, и кривая 11 поднимается.

Во втором сценарии кривая 11 переходит под кривую 12 в момент ti, что свидетельствует о небезопасной ситуации. При этом блок BMS блокирует систему "stop-and-start" и управление при помощи указателя и контролирует ситуацию на основании сравнения двух кривых 11, 12. Таким образом, описанное решение обеспечения надежности позволяет блоку BMS предпринять меры, необходимые в такой ситуации. Блок BMS подает команду на повторный запуск двигателя и блокирует любое выключение, пока новое измерение состояния зарядки не покажет удовлетворительный результат.

Второй сценарий обеспечения надежности предназначен для фазы применения системы микро-гибридизации автотранспортного средства. В данном случае преследуется цель гарантировать, чтобы напряжение электрической сети оставалось выше минимального допустимого напряжения Umin, как было указано выше.

Когда напряжение батареи превышает это минимальное значение Umin, управление системой "stop-and-start" является таким же, как и при выключении двигателя системой "stop-and-start", так как в этой фазе батарея самостоятельно обеспечивает питание транспортного средства, и ее напряжение понижается, как было указано выше. Осуществление способа согласно первому решению обеспечения надежности гарантирует, что состояние зарядки батареи не опустится ниже порогового состояния зарядки. Если значение напряжения батареи опускается ниже контрольной кривой, функция микро-гибридизации блокируется, и генератор подзаряжает батарею путем применения повышенного напряжения регулирования.

Если напряжение батареи равно значению Umin, первое решение обеспечения надежности больше не приемлемо, так как нельзя допускать, чтобы напряжение батареи понижалось. В этом случае второе решение обеспечения надежности основано на изменении тока при сохранении постоянного напряжения регулирования транспортного средства в минимальном значении Umin.

Действительно, в такой ситуации, чтобы соблюдать это значение напряжения регулирования Umin, ток Ibat батареи со временем будет уменьшаться, причем уменьшение будет компенсировано увеличением тока IAlt, поступающего от генератора, при этом считается, что ток ICar, потребляемый транспортным средством, является постоянным.

Таким образом, на фиг. 9 и 10 представлены два других сценария. На этих фигурах кривая 14 в середине показывает изменение напряжения регулирования генератора, которое понижается до значения Umin. Кривая 13 вверху показывает изменение тока, поступающего от батареи, которая опускается ниже значения Icar. Кривая 16 внизу показывает изменение тока Alt, выдаваемого генератором, который увеличивается таким образом, чтобы сумма токов батареи и генератора IBat+IAlt оставалась постоянной и равной току ICar, потребляемому автотранспортным средством. Это последнее значение можно оценить, как было указано выше, а ток генератора известен. После этого кривые 15, 16 стабилизируются на определенном значении, которое зависит, в частности, от состояния зарядки батареи.

Предусмотрен этап калибровки, который позволяет узнать ток IAltsocs, получаемый на уровне генератора во время применения второго решения обеспечения надежности в случае батареи, заряженной до порогового состояния зарядки SOCs, в зависимости от общего тока, потребляемого транспортным средством, от температуры батареи и от ССА, что является сокращением от "Cold Cranking Ampere" (ток холодного пучка), которое характеризует мощность батареи в А. Во втором сценарии, показанном на фиг. 10, ток генератора становится ниже этого тока IAltsocs в момент ti, то есть в этом случае состояние зарядки батареи становится ниже порога SOCs. Для обеспечения надежности функции микро-гибридизации и "stop-and-start" блокируются, пока указатель состояния зарядки опять не достигнет высокого значения над порогом состояния зарядки.

Изобретение относится также к способу энергетического управления автотранспортным средством, который объединяет в себе все описанные выше механизмы, в частности, способ оценки состояния зарядки батареи автотранспортного средства без использования датчика тока и способ дополнительного обеспечения надежности, чтобы избежать двух вышеупомянутых потенциальных поломок во время применения систем регулирования и микро-гибридизации.

Изобретение относится также к носителю записи данных, считываемому блоком управления, на котором записана компьютерная программа, содержащая кодовые средства компьютерной программы для осуществления этапов описанных выше способов. Этот носитель может быть установлен внутри блока BMS автотранспортного средства.

Оно относится также к компьютерной программе, содержащей кодовые средства компьютерной программы, предназначенные для осуществления этапов способов, когда программу исполняет блок управления.

Предпочтительно изобретение находит свое применение в области автомобилестроения, в частности, в рамках автотранспортного средства, оборудованного системой микро-гибридизации и/или "stop-and-start". Оно предназначено, в частности, для транспортного средства с батареей, работающей со свинцовыми аккумуляторами, но его можно адаптировать и для других видов батарей, например, таких как батареи, основанные на соединении "Двухслойный конденсатор / Свинцовая батарея" или на технологиях с использованием щелочных или литиевых аккумуляторов.

Кроме уже указанных выше преимуществ, решение имеет также следующие преимущества:

- оно не использует датчик тока или в факультативном варианте датчик температуры и/или напряжения;

- оно является универсальным, и закономерности управления, применяемые в рамках описанных выше способов, можно использовать в вычислительном устройстве любого автотранспортного средства;

- оно автоматически учитывает изменения поведения батареи по мере ее старения: действительно, снижение КПД батареи автоматически приводит к все более частым блокировкам системы микро-гибридизации и система "stop-and-start" ("стоп-старт"), а также к более частой подзарядке батареи;

- если на транспортном средстве установлена менее мощная батарея, происходит автоматическая адаптация закономерностей управления к более низкой энергии, выдаваемой на уровне батареи, чтобы гарантировать нормальную работу транспортного средства.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в оптимизации оценки заряда батареи автотранспортного средства. Согласно способу оценки тока на клеммах батареи автотранспортного средства регулируют напряжения генератора автотранспортного средства, в ходе которого напряжение Ub регулирования генератора стабилизируют в течение определенного периода на значении напряжения, близком к равновесному напряжению батареи, в результате чего ток ICha батареи стремится к нулю, вычисляют сопротивления R электрических компонентов транспортного средства при помощи отношения R=Ub/ICarb, где ICarb является током, потребляемым транспортным средством и равным току, выдаваемому генератором, в течение указанного регулирования напряжения генератора при значении напряжения, близком к равновесному напряжению батареи, изменяют значения регулирования напряжения генератора на более высокое значение Uh и вычисляют ток IChah зарядки батареи при помощи соотношения IChah=IAlth-Uh/R, где IAlth является током, выдаваемым генератором. 6 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ оценки тока на клеммах батареи автотранспортного средства, содержащий следующие этапы:

- этап регулирования напряжения генератора автотранспортного средства, в ходе которого напряжение Ub регулирования генератора стабилизируют в течение определенного периода на значении напряжения, близком к равновесному напряжению батареи, в результате чего ток ICha батареи стремится к нулю,

- вычисление сопротивления R электрических компонентов транспортного средства при помощи отношения R = Ub/IСarb, где IСarb является током, потребляемым транспортным средством и равным току, выдаваемому генератором в течение этого периода, когда напряжение генератора регулируют в значение напряжения, близкое к равновесному напряжению батареи,

- изменение значения напряжения регулирования генератора на более высокое значение Uh и вычисление тока IChah зарядки батареи при помощи соотношения IChah = IAlth - Uh/R, где IAlth является током, выдаваемым генератором.

2. Способ оценки тока по п.1, отличающийся тем, что содержит предварительный этап калибровки, который включает в себя сохранение в электронной памяти данных, относящихся к изменению тока зарядки на клеммах батареи в зависимости от напряжения регулирования генератора, затем этап использования этих сохраненных данных и вычисленного тока UChah на клеммах батареи для оценки тока на клеммах батареи при любом напряжении регулирования генератора.

3. Способ оценки тока по п. 1, отличающийся тем, что содержит повторение этапов вычисления тока IChah зарядки батареи для обновления оценки тока батареи.

4. Способ оценки тока по п. 1, отличающийся тем, что содержит применение напряжения регулирования на клеммах генератора в виде прямоугольного импульса между низким напряжением Ub, близким к равновесному напряжению батареи, которое заставляет ток ICha батареи стремиться к нулю, и более высоким напряжением Uh, при котором осуществляют вычисление тока IChah зарядки батареи.

5. Способ оценки состояния зарядки батареи автотранспортного средства, включающий в себя осуществление способа оценки тока на клеммах батареи по п. 1, затем определение количества заряда, соответствующего этому оценочному току, для изменения показаний указателя, оценивающего состояние зарядки батареи.

6. Способ оценки состояния зарядки батареи автотранспортного средства по п.5, отличающийся тем, что содержит все или часть следующих этапов:

- этап измерения напряжения батареи при разомкнутой цепи во время длительной стоянки автотранспортного средства, этап оценки состояния зарядки батареи на основании этого измерения напряжения при разомкнутой цепи и этап повторной инициализации указателя состояния зарядки на основании этой оценки;

- во время фазы движения с осуществлением зарядки батареи от генератора, к которому приложено постоянное напряжение регулирования, - оценка тока ICha зарядки батареи, затем вычисление количества заряда, переданного на батарею, для увеличения указателя уровня на это значение при помощи следующей формулы:

(ICha x время (с)/3600 x CNom) x 100,

где время является продолжительностью в секундах этой фазы движения и зарядки батареи,

CNom является номинальной емкостью батареи, выраженной в ампер-часах;

- во время фазы выключения двигателя транспортного средства по команде системы “стоп-старт ” и/или фазы разгрузки во время фазы движения транспортного средства по команде системы микрогибридизации, указатель состояния зарядки батареи уменьшают на количество заряда, выданное батареей, вычисляемое по следующей формуле:

(ICar x время (с) / 3600 x CNom) x 100,

где время является продолжительностью в секундах этой фазы разрядки батареи,

ICar является силой тока, потребляемого автотранспортным средством.

7. Способ энергетического управления автотранспортным средством, оборудованным системой “стоп-старт” и/или системой микрогибридизации, включающий в себя осуществление способа оценки состояния зарядки батареи по п. 5 для обновления указателя состояния зарядки и этап управления работой системы “стоп-старт ” и/или системы микрогибридизации транспортного средства и/или определения напряжения регулирования генератора транспортного средства на основании показаний этого указателя состояния зарядки батареи.

8. Способ энергетического управления автотранспортным средством по п.7, отличающийся тем, что содержит следующие этапы:

- предварительный этап, на котором сохраняют в памяти данные, относящиеся к изменению напряжения на клеммах батареи в случае выключения двигателя транспортного средства системой “стоп-старт”, причем указанные сохраненные данные устанавливают для определенного порогового состояния зарядки батареи автотранспортного средства, ниже которого считается, что существует риск поломки транспортного средства, и

• во время фазы движения автотранспортного средства система “стоп-старт” запускает этап выключения двигателя транспортного средства, только если показание указателя состояния батареи превышает или равно заранее определенному пороговому значению; затем

• этап измерения напряжения на клеммах батареи во время такого выключения двигателя, и

• этап сравнения измерений напряжения с данными, сохраненными в памяти на предварительном этапе, и этап блокировки системы “стоп-старт”, если одно или несколько измерений меньше или равно одной или нескольким соответствующим сохраненным величинам данных, и/или

• во время фазы движения система микрогибридизации запускает этап разгрузки генератора транспортного средства, только если показания указателя состояния зарядки батареи превышают или равны заранее определенному пороговому значению; затем

• этап измерений напряжения на клеммах батареи во время такого этапа разгрузки, если напряжение батареи превышает минимальное допустимое напряжение для бортовой электрической сети транспортного средства, и

• этап сравнения измерений напряжения с данными, сохраненными в памяти во время предварительного этапа, и этап блокировки системы микрогибридизации, если одно или несколько измерений меньше или равно одной или нескольким соответствующим величинам сохраненных данных.

9. Способ энергетического управления автотранспортным средством по п.8, отличающийся тем, что предварительный этап, на котором сохраняют в памяти данные, отображающие изменение напряжения на клеммах батареи в случае выключения двигателя транспортного средства системой “стоп-старт”, выполняют следующим образом:

- сохраняют в памяти несколько измерений напряжения на клеммах батареи в зависимости от времени в случае выключения двигателя транспортного средства системой “стоп-старт” на основании выбранного порогового состояния зарядки батареи или сохраняют в памяти несколько измерений напряжения на клеммах батареи в зависимости от времени для нескольких значений температуры батареи в случае выключения двигателя транспортного средства системой “стоп-старт” на основании выбранного порогового состояния зарядки батареи, и

- экстраполируют измерения напряжения на клеммах батареи для получения непрерывного изменения напряжения на клеммах батареи в зависимости от времени в случае выключения двигателя транспортного средства системой “стоп-старт”.

10. Способ энергетического управления автотранспортным средством по п.9, содержащий следующие этапы:

- предварительный этап калибровки, на котором сохраняют в памяти ток, полученный на уровне генератора транспортного средства во время осуществления фазы разгрузки системой микрогибридизации в случае батареи, заряженной до порогового состояния зарядки, в зависимости от общего тока, потребляемого транспортным средством, от температуры батареи или от тока холодного пучка (ССА); и

- если напряжение батареи по существу равно минимальному допустимому значению для электрической сети транспортного средства в фазе движения и система микрогибридизации осуществляет фазу разгрузки:

• поддерживают напряжение регулирования генератора на указанном минимальном значении напряжения и отслеживают изменение тока генератора, и

• если ток генератора превышает сохраненное значение для таких же условий потребления общего тока транспортным средством, температуры батареи и ССА, осуществляют блокировку системы микрогибридизации.

11. Способ энергетического управления автотранспортным средством по одному из пп. 7-10, отличающийся тем, что содержит этап регулирования напряжения генератора по высокому значению, обеспечивающему подзарядку батареи в случае блокировки системы “стоп-старт” и/или микрогибридизации.

12. Система управления автотранспортным средством, оборудованным системой “стоп-старт” и/или системой микрогибридизации, содержащая аппаратные и/или программные средства, включающие в себя блок управления, обеспечивающий управление регулированием напряжения генератора автотранспортного средства и системой “стоп-старт” и/или системой микрогибридизации посредством осуществления способа энергетического управления автотранспортным средством по любому из пп. 7-11.

13. Автотранспортное средство, оборудованное батареей и системой “стоп-старт” и/или системой микрогибридизации, содержащее систему управления по п.12.

14. Носитель записи данных, считываемый блоком управления автотранспортного средства, на котором записана программа обработки данных, содержащая кодовые средства программы обработки данных для осуществления этапов способа по любому из пп. 1-11.