用于混合動力電動車再生模式期間能量管理的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于混合動力電動車再生模式期間能量管理的系統(tǒng)和方法
[0001] 相關申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求享有2013年3月14日提交的美國臨時申請61/782103的優(yōu)先權，該 申請的全部內容通過引用并入本文中。
【背景技術】
[0003] 混合動力車輛通常在車輛減速期間收集能量，這為降低燃料消耗提供了方便且容 易的有效方式。因此，對于混合動力車輛而言，確定怎樣在減速期間將車輛動能最佳地轉換 成電能是有用的?？刂齐妱訖C/發(fā)電機捕獲過多的能量會造成能量存儲系統(tǒng)中額外的高的 熱量損耗。控制電動機/發(fā)電機捕獲過少的能量會增加損失在寄生的車輛能量損耗中的總 能量。在任何一種情況下，均產(chǎn)生了不必要的浪費，其可通過確定針對給定的減速事件的最 優(yōu)能量傳遞的比較接近的近似值來避免。然而，確定針對給定的減速事件的最優(yōu)轉移能量 是困難的，因為其依賴于相互關聯(lián)的變量的復雜網(wǎng)絡，并且不仔細考慮對其他變量的影響 而調整一個變量會造成可否定整個再生能量回收的益處的意外后果。

【發(fā)明內容】

[0004] 公開了用于在混合動力電動車的再生模式期間，例如在車輛減速期間管理能量 (power)的系統(tǒng)和方法。采用了等式和程序，這考慮了由車輛能量損耗的多個方面（例如風 阻力、轉動阻力、變速箱轉動和摩擦損耗）以及發(fā)動機中的壓縮和摩擦力產(chǎn)生的預期的動 能變化造成的一組細致入微的寄生的車輛能量損耗。也考慮了能量存儲系統(tǒng)中的阻力和再 生電壓，以及電動機/發(fā)電機在發(fā)電模式下操作的估計效率。
[0005] 這些因素在變速箱/混合動力車輛控制模塊中進行處理，變速箱/混合動力車輛 控制模塊執(zhí)行所公開的等式的至少一個實施例以確定混合動力系統(tǒng)（hybrid system)在減 速事件開始時、例如當使用者抬起加速器踏板且沒有踩下制動器時可期望回收的預計的最 大電能。所公開的變速箱/混合動力控制模塊（transmission/hybrid control module) 進而會向電動機/發(fā)電機或"電機"發(fā)動信號以回收預計的最大電能水平，該預計的最大電 能水平可以小于其在任何給定時刻可以回收的最大電能水平。
[0006] 通過詳細描述和隨之提供的附圖，本發(fā)明其他的形式、目的、特征、方面、好處、優(yōu) 點和實施方案將變清楚。
【附圖說明】
[0007] 圖1顯示了混合動力系統(tǒng)的一個實施例的示意圖。
[0008] 圖2顯示了圖1中的混合動力系統(tǒng)中的電氣通信系統(tǒng)的總圖。
[0009] 圖3顯示了在車輛減速期間用于圖1中的混合動力系統(tǒng)產(chǎn)生最優(yōu)的能量回收率的 一系列操作的一個實施方案。
【具體實施方式】
[0010] 出于更好地理解本發(fā)明原理的目的，現(xiàn)在將參照在附圖中說明的實施方案，并且 使用詳細的語言來對其進行描述。然而需要理解的是，本發(fā)明的范圍并不因此而受到限制。 如同與本發(fā)明相關的領域的技術人員所通常想到的那樣，可以構思出對在此描述的實施方 案的任何修改和進一步的改進，以及對此處所描述的本發(fā)明原理的進一步應用。這里非常 詳細地顯示了本發(fā)明的一個實施方案，然而對于本領域的技術人員來說很明顯，為了簡要 起見，一些與本發(fā)明無關的特征也許不會顯示出來。
[0011] 在下面描述中的標記數(shù)字用于幫助讀者快速識別出首次顯示了各種部件的附圖。 特別是，首次出現(xiàn)了元件的附圖典型地由相應的標記數(shù)字的最左側的數(shù)字來表示。例如，由 "100"系列標記數(shù)字標出的元件將首次出現(xiàn)在圖1中，由"200"系列標記數(shù)字標出的元件將 首次出現(xiàn)在圖2中，以此類推。對于說明書、摘要和權利要求書來說，應當注意地是，單數(shù)形 式"一"、"該"等也包括復數(shù)，除非另有明確說明。作為說明，關于"一個裝置"或"該裝置" 包括一個或多個這種裝置或其等效物。
[0012] 圖1顯示了根據(jù)一個實施方案的混合系統(tǒng)100的示意圖。圖1中說明的混合動 力系統(tǒng)100適合用于商用卡車以及其他類型的車輛或運輸系統(tǒng)，但是可以設想混合動力系 統(tǒng)100的多個方面可結合到其他環(huán)境中。如圖所示，混合動力系統(tǒng)100包括發(fā)動機102、混 合動力模塊（hybrid module) 104、自動變速箱106和用于將能量從變速箱106傳遞到車輪 110的傳動系108?；旌夏K104中結合了通常稱之為電機112的電動機/發(fā)電機或電機 器，和使發(fā)動機102與電機112和變速箱106操作性連接和斷開的離合器114。
[0013] 混合動力系統(tǒng)100結合了多個用于控制多種部件的操作的控制系統(tǒng)。例如，發(fā)動 機102具有發(fā)動機控制模塊146,其用于控制發(fā)動機102的多種操作特征，例如燃料噴射等。 變速箱/混合動力控制模塊（TCM/HCM或"控制器"）148取代了傳統(tǒng)的變速箱控制模塊，并 且設計為控制變速箱106以及混合模塊104兩者的操作。變速箱/混合控制模塊148和發(fā) 動機控制模塊146連同逆變器132和能量存儲系統(tǒng)134 -起沿著如圖1描述的通信線路通 ?目。
[0014] 在總體功能方面，變速箱/混合動力控制模塊148接收來自能量存儲系統(tǒng)134和 其中的多個能量存儲模塊136的功率限值、電容、有效電流、電壓、溫度、荷電狀態(tài)、狀態(tài)和 風扇速度信息。在所描述的實施例中，能量存儲系統(tǒng)134包括連接在一起、例如并聯(lián)式連接 在一起的三個能量存儲模塊136,以向逆變器132提供高壓能量。變速箱/混合動力控制模 塊148又發(fā)出用于連接多個能量存儲模塊136的指令，以向逆變器132提供電壓或由逆變 器提供電壓。變速箱/混合動力控制模塊148從逆變器132接收多個輸入，例如發(fā)動機/發(fā) 電機的有效扭矩、扭矩限值、逆變器的電壓電流和實際的扭矩速度。變速箱/混合動力控制 模塊148也會從逆變器132接收高電壓總線功率和消耗信息。變速箱/混合動力控制模塊 148也監(jiān)測輸入電壓和電流以及輸出電壓和電流。變速箱/混合動力控制模塊148也與發(fā) 動機控制模塊146通信和接收來自其的信息，并且作為響應而通過發(fā)動機控制模塊146控 制發(fā)動機102的扭矩和速度。
[0015] 在一個典型的實施方案中，變速箱/混合動力控制模塊148和發(fā)動機控制模塊146 分別包括具有處理器、存儲器和輸入/輸出連接器的計算機。此外，逆變器132、能量存儲系 統(tǒng)134、DC-DC轉換系統(tǒng)140以及其他的車輛子系統(tǒng)也可包含具有類似的處理器、存儲器和 輸入/輸出連接器的計算機。
[0016] 圖2顯示了可用于混合動力系統(tǒng)100中的通信系統(tǒng)200的一個實施例的圖。雖然 顯示了一個實施例，但是應當理解地是，在其他實施方案中通信系統(tǒng)200可構造為與所顯 示的不同。通信系統(tǒng)200構造為最小地影響車輛的控制系統(tǒng)和電系統(tǒng)。為了便于對現(xiàn)有的 車輛設計進行改裝，通信系統(tǒng)200包括混合數(shù)據(jù)線路202,混合動力系統(tǒng)100的大多數(shù)各種 部件通過所述混合數(shù)據(jù)線路進行通信。特別是，混合數(shù)據(jù)線路202方便了在變速箱/混合動 力控制模塊148和逆變器132、能量存儲系統(tǒng)134之間的通信。在能量存儲系統(tǒng)134中，能 量存儲模塊數(shù)據(jù)線路204方便了在多種能量存儲模塊136之間的通信。混合動力系統(tǒng)100 的多個部件及其功能在2012年6月20日遞交的美國專利申請NO. 13/527,953以及2011 年9月9日遞交的公開號為W02012/034031A2的國際申請NO. PCT/US/2011/051018中進行 了更加詳細的討論，它們的內容通過引用并入本文中。
[0017] 在另一方面，混合動力系統(tǒng)100還構造成在車輛減速期間控制電機112的操作，以 通過計算使電池中存儲的能量最大化的再生能量水平來使總回收能量最大化。作為進行這 些計算的起點，應當注意的是，在小的固定速度變化（即固定動能變化）期間，混合動力系 統(tǒng)100中導致減速的各種能量損耗可被視為能量恒定，并且該能量變化可通過下面所示的 等式1來表達：
[0018]
[0019] 等式 1
[0020] 其中Λ E是指在時間變化Λ t期間的能量總的變化，Psatt代表一個或更