專利名稱:用于起動(dòng)混合動(dòng)力車的內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于起動(dòng)混合動(dòng)力車的內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)和方法。更具體地，本發(fā)明涉及這樣一種方法和系統(tǒng)，其中，無需可操作的高壓電池就能起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
典型地，串聯(lián)混合動(dòng)力車包括內(nèi)燃機(jī)(ICE)、發(fā)電機(jī)、高壓母線、高壓電池和電動(dòng)機(jī)。ICE連接到發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)接著連接到高壓母線。高壓母線進(jìn)一步連接到高壓電池和電動(dòng)機(jī)。當(dāng)ICE正在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生可以用來經(jīng)由高壓母線對高壓電池再充電的電流。而且，電動(dòng)機(jī)可以接收由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流以給機(jī)車提供推進(jìn)力。
另外，典型地，串聯(lián)混合動(dòng)力車包括經(jīng)由dc-dc變換器連接到高壓母線由此得以再充電的低壓電池。該低壓電池接著連接到低壓母線，由低壓電池提供的電流用來通過低壓母線為輔助設(shè)備供電。
并聯(lián)混合動(dòng)力車與上述的串聯(lián)混合動(dòng)力車十分相似，其顯著的區(qū)別為ICE可直接耦接到驅(qū)動(dòng)輪。
因?yàn)榛旌蟿?dòng)力車包括高壓電池，所以ICE并不必總是運(yùn)行。事實(shí)上，當(dāng)高壓電池包含充足電量時(shí)，其可以用來單獨(dú)為機(jī)車供電。
耦接到ICE上的發(fā)電機(jī)可以逆向操作，以起到電動(dòng)機(jī)的作用，因此，不需要單獨(dú)的起動(dòng)電機(jī)來起動(dòng)這種混合動(dòng)力車上的ICE，因?yàn)椋l(fā)電機(jī)可以用于這項(xiàng)作業(yè)。事實(shí)上，當(dāng)需要起動(dòng)ICE時(shí)，發(fā)電機(jī)被用作起動(dòng)器以轉(zhuǎn)動(dòng)(crank)ICE的軸，由此起動(dòng)ICE。
因此，由于在這種混合動(dòng)力車中沒有起動(dòng)器，所以如果高壓電池不可操作，則不能起動(dòng)ICE。然后，可能需要將機(jī)車拖至維修點(diǎn)，或需要通過外部裝置來對高壓電池再充電，以使得混合動(dòng)力車操作。這種情況是非常不希望的，因?yàn)槿绻鸌CE起動(dòng)的話，則ICE常?？梢酝ㄟ^發(fā)電機(jī)給電動(dòng)機(jī)或直接給車輪提供足夠的動(dòng)力以將混合動(dòng)力車移動(dòng)到維修點(diǎn)。
針對這種背景，工業(yè)上存在對提供一種用于起動(dòng)混合動(dòng)力車的ICE的新型系統(tǒng)和方法的需要。

發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于起動(dòng)混合動(dòng)力車的ICE的改進(jìn)系統(tǒng)和方法。
更具體地，根據(jù)本發(fā)明一方面，提供一種混合動(dòng)力車，其包括ICE；連接到ICE的發(fā)電機(jī)；連接到機(jī)車的至少一個(gè)車輪的牽引電動(dòng)機(jī)；低壓電池；和使低壓電池與發(fā)電機(jī)相互連接的可逆dc-dc變換器；其中，當(dāng)需要起動(dòng)所述ICE時(shí)，通過所述可逆dc-dc變換器將來自所述低壓電池的低電壓變換成高電壓，并將其供應(yīng)到用作電動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)動(dòng)ICE的所述發(fā)電機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于起動(dòng)混合動(dòng)力車的ICE的方法，該混合動(dòng)力車具有發(fā)電機(jī)和選擇性地連接ICE和發(fā)電機(jī)的離合器，所述起動(dòng)方法包括分離離合器，使得發(fā)電機(jī)和ICE能夠獨(dú)立操作；提高發(fā)電機(jī)的角速度；一旦角速度達(dá)到預(yù)定速度，就接合離合器；以及轉(zhuǎn)動(dòng)并起動(dòng)ICE。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于起動(dòng)混合動(dòng)力車的ICE的方法，該混合動(dòng)力車具有連接到ICE的發(fā)電機(jī)、高壓電池、低壓電池和在發(fā)電機(jī)和低壓電池之間提供的可逆dc-dc變換器，所述方法包括探測高壓電池的故障；一旦探測到電池故障，就經(jīng)由可逆dc-dc變換器向發(fā)電機(jī)提供來自低壓電池的能量；以及轉(zhuǎn)動(dòng)并起動(dòng)ICE。
需要注意的是，“電池故障”的表述在此及所附權(quán)利要求
中解釋為耗盡狀態(tài)的電池或以其它方式不能使用的電池。
在附圖中圖1是串聯(lián)混合動(dòng)力車的示意性方框圖；圖2圖解了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于起動(dòng)混合動(dòng)力車的ICE的方法；圖3是串聯(lián)-并聯(lián)混合動(dòng)力車的示意性方框圖；以及圖4圖解了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于起動(dòng)混合動(dòng)力車的ICE的方法。
具體實(shí)施方式圖1示意性示出串聯(lián)混合動(dòng)力車10的方框圖。圖1所示混合動(dòng)力車10為具有多個(gè)車輪的混合動(dòng)力汽車，這些車輪中的至少一個(gè)是推進(jìn)輪24。然而，本領(lǐng)域讀者容易理解，下面將描述的系統(tǒng)和方法同樣適用于其它類型的混合動(dòng)力車，如船、火車、摩托車、卡車和公共汽車。
混合動(dòng)力車10包括通過離合器11選擇性地連接到發(fā)電機(jī)14的轉(zhuǎn)子(未示出)的ICE 12。發(fā)電機(jī)14進(jìn)一步包括定子(未示出)。因此，ICE 12和發(fā)電機(jī)14可以相互連接或相互不連接。ICE 12可以是任何ICE，諸如燃?xì)鈾C(jī)、柴油機(jī)或渦輪機(jī)等。發(fā)電機(jī)14通過高壓母線18連接到高壓電池16上。該高壓母線18還連接到電力牽引電動(dòng)機(jī)20和dc-dc變換器22。該電力牽引電動(dòng)機(jī)20連接到車輪24，而dc-dc變換器22間接地連接到低壓電池26。低壓電池26向低壓母線28提供低壓電流，以給混合動(dòng)力車10的輔助設(shè)備30供電。
最后，能量管理控制器32連接到電動(dòng)機(jī)20、發(fā)電機(jī)14、離合器11、ICE12、高壓電池16、dc-dc變換器22和低壓母線28上。當(dāng)然能量管理控制器32可以是管理混合動(dòng)力車10操作的總控制器的一部分。
在特定實(shí)現(xiàn)示例中，低壓電池26和低壓母線28以12伏的電壓運(yùn)行。在該示例中，高壓母線18和高壓電池16以300伏的高電壓運(yùn)行。然而，這些值僅僅是示例，任何其它適合的低壓值和高壓值都能用于本發(fā)明。
應(yīng)該相信，ICE 12、發(fā)電機(jī)14、電控離合器17、電動(dòng)機(jī)20、dc-dc變換器22、車輪24、高壓母線18、高壓電池16、低壓電池26、低壓母線28和輔助設(shè)備30都是本領(lǐng)域公知的。因此，下面將不再詳細(xì)描述。然而，必須理解，ICE 12、發(fā)電機(jī)14、離合器17、電動(dòng)機(jī)20、dc-dc變換器22和高壓電池16有利地為“智能”裝置，其可以從控制器32接收命令和/或向控制器32提供數(shù)據(jù)。這些命令和數(shù)據(jù)的示例、及將它們傳送到控制器32或從控制器32接收它們的方式，將在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述。
當(dāng)需要使用發(fā)電機(jī)14產(chǎn)生電，以便例如對高壓電池16再充電時(shí)，接合離合器11且由發(fā)電機(jī)14起動(dòng)ICE 12，然后，ICE 12用作由高壓電池16通過高壓母線18供電的電動(dòng)機(jī)。然后，ICE 12運(yùn)行并為發(fā)電機(jī)14提供機(jī)械動(dòng)力，以旋轉(zhuǎn)其轉(zhuǎn)子。這促使發(fā)電機(jī)14給高壓母線18供電。當(dāng)發(fā)電機(jī)14正在給高壓母線18供電時(shí)，高壓電池16可以得以再充電，并且電力牽引電動(dòng)機(jī)20可以從高壓母線18獲得電力，以為車輪24提供推進(jìn)力。
dc-dc變換器22可以使用來自高壓母線18的高壓電流的一部分，并將其變換成能夠饋送給低壓電池26的低壓電流。低壓電池26可以通過低壓母線28給輔助設(shè)備30和控制器32供電。
控制器32管理混合動(dòng)力車10的上述操作。另外，控制器32執(zhí)行用于起動(dòng)混合動(dòng)力車10的方法。一般來說，該方法的一個(gè)實(shí)施例包括步驟分離離合器11使得發(fā)電機(jī)14和ICE 12可以獨(dú)立操作；提高發(fā)電機(jī)14轉(zhuǎn)子的角速度；當(dāng)角速度達(dá)到預(yù)定速度時(shí)，接合離合器11。該方法進(jìn)一步包括允許ICE轉(zhuǎn)動(dòng)的步驟及起動(dòng)ICE的步驟。該方法將在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述。
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的，控制器32包括處理單元、存儲器和將其連接到機(jī)車10的其它部分的多個(gè)輸入/輸出(I/O)端口。
存儲器包含要由處理單元執(zhí)行的實(shí)施用于起動(dòng)混合動(dòng)力車的方法的程序部分。為了實(shí)施該方法，處理單元可以通過各端口與混合動(dòng)力車10的部件交換表示數(shù)據(jù)和命令的各種信號。
應(yīng)當(dāng)注意，dc-dc變換器22是所謂的可逆dc-dc變換器。換句話說，控制器32可以發(fā)出指示dc-dc變換器22將來自高壓母線18的高壓電流變換成要饋送給低壓電池26的低壓電流的命令信號。可選擇地，dc-dc變換器22可以由控制器32來控制，以將來自低壓電池26的低壓電流變換成要供應(yīng)給高壓母線18的高壓電流。
還應(yīng)當(dāng)注意，可能需要在高壓電池16和高壓母線18之間提供選擇性的能量阻隔元件(未示出)，如二極管和接觸器，以防止從dc-dc變換器22供應(yīng)給高壓母線18的高電壓給高壓電池16再充電。
一旦高壓電池16故障，包含在存儲器中的程序部分實(shí)施用于起動(dòng)混合動(dòng)力車10的下述方法100。當(dāng)高壓電池16仍然起作用但處于低電量狀態(tài)時(shí)，也可以使用如圖2所示的該方法100。
方法100在步驟102時(shí)開始。在步驟102處，ICE 12并不運(yùn)行，需要運(yùn)行ICE 12以給發(fā)電機(jī)14提供機(jī)械動(dòng)力。
在步驟104處，控制器32探測高壓電池16的故障或低電量狀態(tài)。如果存儲在高壓電池16中的能量的量低于預(yù)定水平，則方法100分支到下文描述的步驟106。否則，在步驟108處執(zhí)行起動(dòng)ICE 12的標(biāo)準(zhǔn)方法，且該方法在步驟110處結(jié)束。認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)方法是公知的，并且其通常包括使用發(fā)電機(jī)4作為起動(dòng)電機(jī)。
在步驟106處，控制器32指示dc-dc變換器22切換到電壓提升狀態(tài)，其中dc-dc變換器22將來自低壓電池26的低壓電流變換成要提供給高壓母線18的高壓電流。
在步驟112處，分離離合器11。應(yīng)當(dāng)注意，步驟106和步驟112可以同時(shí)進(jìn)行或以任意順序進(jìn)行。
在步驟114處，控制發(fā)電機(jī)14作為電動(dòng)機(jī)，并且發(fā)電機(jī)14使用出現(xiàn)在高壓母線18上的高壓電流以旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)14的轉(zhuǎn)子。由于發(fā)電機(jī)14當(dāng)時(shí)并未連接到ICE 12，所以發(fā)電機(jī)14的轉(zhuǎn)子在無負(fù)載條件下開始旋轉(zhuǎn)。饋送給發(fā)電機(jī)14的高壓電流逐步提高發(fā)電機(jī)14的角速度。將角速度數(shù)據(jù)傳送到控制器32。
當(dāng)達(dá)到預(yù)定角速度時(shí)，通過接合離合器11，使用積累為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的旋轉(zhuǎn)能量來轉(zhuǎn)動(dòng)ICE 12(步驟116)。由控制器32將指示接合離合器11的命令發(fā)送到離合器11。離合器11可以快速接合或慢速接合。在第一種情況下，離合器11、發(fā)電機(jī)14和ICE 12必須足夠堅(jiān)固，以經(jīng)受離合器11的突然接合。在第二種情況下，離合器11的接合對ICE 12、離合器11和發(fā)電機(jī)14的機(jī)械強(qiáng)度要求較低。然而，典型地由于通過摩擦損失了一些能量，因此在離合器11接合前，發(fā)電機(jī)14需要以比第一種情況中更快的角速度旋轉(zhuǎn)。
在步驟118處，控制器32發(fā)送關(guān)于ICE 12起動(dòng)和點(diǎn)火的命令。因此，可以使用被積累在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中的能量來起動(dòng)ICE 12，方法100在步驟110處結(jié)束。
由于然后ICE 12運(yùn)行，所以可以移動(dòng)混合動(dòng)力車10，并且可以通過發(fā)電機(jī)14對高壓電池16再充電或?qū)⑵鋷е辆S修中心以能夠更換或修理高壓電池16。
換句話說，方法100使用積累在低壓電池26中的能量來旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，由此儲存動(dòng)能。接著該動(dòng)能被用來轉(zhuǎn)動(dòng)ICE 12。
應(yīng)當(dāng)注意，雖然如上所述，可以將角速度數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器32，但這并不是必需的。事實(shí)上，控制器可以被配置為，在接合離合器(步驟116)之前，給發(fā)電機(jī)供電一段預(yù)定時(shí)間(步驟114)。這樣就不需要角速度傳感器。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖的圖3，將簡要描述串-并聯(lián)混合動(dòng)力車200。應(yīng)當(dāng)注意，與圖1中機(jī)車10的部分類似的機(jī)車200的部分保持圖1的附圖標(biāo)記。還應(yīng)當(dāng)注意，機(jī)車200與機(jī)車10非常相似，將在下面僅描述兩種機(jī)車之間的區(qū)別。
機(jī)車200與機(jī)車10之間的主要區(qū)別是離合器11，其從ICE 12和發(fā)電機(jī)14之間的位置移動(dòng)到發(fā)電機(jī)14和牽引電動(dòng)機(jī)20之間的位置。相應(yīng)地，當(dāng)離合器11分離時(shí)，機(jī)車200為串聯(lián)混合模式，而當(dāng)離合器11接合時(shí)，機(jī)車200為并聯(lián)混合模式。事實(shí)上，當(dāng)離合器11接合時(shí)，ICE 12和牽引電動(dòng)機(jī)20都給車輪24提供轉(zhuǎn)矩。
機(jī)車10和機(jī)車200之間的其它區(qū)別是機(jī)車200的dc-dc變換器202和低壓電池204具有足夠能量，以將足夠高的電流電壓從低壓母線28供應(yīng)到高壓母線18，以允許發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)動(dòng)并起動(dòng)ICE 12。因此，在ICE 12和發(fā)電機(jī)14之間不需要離合器。
當(dāng)然，如果不是這種情況，則可以在ICE 12和發(fā)電機(jī)14之間安裝第二離合器(未示出)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖的圖4，將描述起動(dòng)ICE 12的對應(yīng)方法300。
方法300在步驟302處開始。在步驟302處，ICE 12并不運(yùn)行，需要運(yùn)行ICE 12以給發(fā)電機(jī)14和/或車輪24提供機(jī)械動(dòng)力。
在步驟304處，控制器32探測高壓電池16的故障或低電量狀態(tài)。如果存儲在高壓電池16中的能量的量低于預(yù)定水平，方法300分支到在下文描述的步驟306。否則，在步驟308處執(zhí)行用于起動(dòng)ICE 12的標(biāo)準(zhǔn)方法，且該方法在步驟310處結(jié)束。
在步驟306處，控制器32指示dc-dc變換器202切換到電壓提升狀態(tài)，其中dc-dc變換器202將來自低壓電池204的低壓電流變換成要提供給高壓母線18的高壓電流。
在步驟312處，分離離合器11并由此確保發(fā)電機(jī)14不給車輪24提供動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)注意，步驟306和步驟312可以同時(shí)進(jìn)行或以任意順序進(jìn)行。
在步驟314處，控制發(fā)電機(jī)14作為電動(dòng)機(jī)，并使用出現(xiàn)在高壓母線18上的高壓電流來旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)14的轉(zhuǎn)子。
最后，在步驟316處，控制器32發(fā)送關(guān)于ICE 12的起動(dòng)和點(diǎn)火的命令。
由于然后ICE 12運(yùn)行，可以移動(dòng)混合動(dòng)力車，并且可以通過發(fā)電機(jī)14對高壓電池16再充電或?qū)⑵鋷е辆S修中心，使得能夠更換或修理高壓電池16。
在不脫離本發(fā)明的情況下，可以將多種變化引入到上述混合動(dòng)力車和方法中。
在一種變化中，離合器11的接合和分離通過本領(lǐng)域公知的諸如通過液壓系統(tǒng)或磁場等的任何接合及分離離合器的方法來提供動(dòng)力。可選擇地，控制器32并不控制離合器11。在這種情況下，受控制器32控制的指示器向電動(dòng)機(jī)車的使用者指示離合器11需要使用者接合和/或分離。
在另一變化中，每次在ICE 12停止時(shí)，可選擇的離合器(未示出)被分離。這可以是有利的，因?yàn)榻酉聛砜梢詷?gòu)想出使得僅需要非常少量的能量來接合該可選擇離合器。例如，當(dāng)分離時(shí)，可選擇離合器可以諸如通過彈簧來存儲能量，然后可以被鎖定在分離狀態(tài)。通過隨后解鎖該可選擇離合器，可選擇離合器可以除了解鎖可選擇離合器所需的能量之外無需任何能量而得到接合。
此外，旋轉(zhuǎn)的預(yù)定速度可以用依據(jù)許多參數(shù)的變量來代替，這些參數(shù)諸如混合動(dòng)力車10所處環(huán)境的溫度、低壓電池26的電量和已經(jīng)嘗試上述方法而沒有成功的次數(shù)等。
盡管上面已經(jīng)通過本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是，在不脫離如所附權(quán)利要求
限定的本發(fā)明精神和本質(zhì)的情況下，可以對本發(fā)明進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種混合動(dòng)力車，包括ICE；連接到ICE的發(fā)電機(jī)；連接到所述機(jī)車的至少一個(gè)車輪的牽引電動(dòng)機(jī)；低壓電池；和使所述低壓電池與所述發(fā)電機(jī)相互連接的可逆dc-dc變換器；其中，當(dāng)所述ICE需要起動(dòng)時(shí)，由所述可逆dc-dc變換器將來自所述低壓電池的低電壓變換成高電壓，并將其供應(yīng)到用作電動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)動(dòng)ICE的所述發(fā)電機(jī)。
2.如權(quán)利要求
1所述的混合動(dòng)力車，其中所述發(fā)電機(jī)經(jīng)由離合器選擇性地連接到所述ICE。
3.如權(quán)利要求
1所述的混合動(dòng)力車，其中所述發(fā)電機(jī)經(jīng)由離合器連接到所述牽引電動(dòng)機(jī)。
4.一種用于起動(dòng)混合動(dòng)力車的ICE的方法，該混合動(dòng)力車具有發(fā)電機(jī)和選擇性地連接所述ICE和所述發(fā)電機(jī)的離合器，所述起動(dòng)方法包括分離所述離合器，使得所述發(fā)電機(jī)和所述ICE能夠獨(dú)立操作；提高所述發(fā)電機(jī)的角速度；一旦所述角速度達(dá)到預(yù)定速度，就接合所述離合器；以及轉(zhuǎn)動(dòng)并起動(dòng)所述ICE。
5.如權(quán)利要求
4所述的方法，其中所述角速度的提高包括向所述發(fā)電機(jī)提供高電壓。
6.如權(quán)利要求
5所述的方法，其中所述高電壓的提供包括經(jīng)由可逆dc-dc變換器將來自低壓電池的低電壓變換成高電壓。
7.一種用于起動(dòng)混合動(dòng)力車的ICE的方法，該混合動(dòng)力車具有連接到所述ICE的發(fā)電機(jī)、高壓電池、低壓電池和在所述發(fā)電機(jī)和所述低壓電池之間提供的可逆dc-dc變換器，所述方法包括探測所述高壓電池的故障；一旦探測到所述電池故障，經(jīng)由可逆dc-dc變換器向所述發(fā)電機(jī)提供來自所述低壓電池的能量；以及轉(zhuǎn)動(dòng)并起動(dòng)所述ICE。
8.如權(quán)利要求
7所述的方法，其中所述發(fā)電機(jī)經(jīng)由離合器選擇性地連接到所述ICE，且其中該方法進(jìn)一步包括當(dāng)探測到電池故障時(shí)分離所述離合器。
9.如權(quán)利要求
8所述的方法，進(jìn)一步包括感測所述發(fā)電機(jī)的角速度，并且一旦所述角速度達(dá)到預(yù)定速度，就在轉(zhuǎn)動(dòng)并起動(dòng)所述ICE之前接合所述離合器。
專利摘要
一種用于起動(dòng)混合動(dòng)力車的ICE的系統(tǒng)和方法，該混合動(dòng)力車具有帶有按角速度旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的發(fā)電機(jī)和在該ICE和該轉(zhuǎn)子之間提供的離合器。該方法包括以下步驟分離離合器，使得轉(zhuǎn)子和ICE能獨(dú)立操作；提高角速度；一旦角速度達(dá)到預(yù)定速度，就接合離合器；允許ICE轉(zhuǎn)動(dòng)；起動(dòng)ICE。
文檔編號B60K6/46GK1993547SQ200580014330
公開日2007年7月4日 申請日期2005年3月1日
發(fā)明者菲利普·諾埃爾, 吉斯萊恩·蘭伯特, 馬萊尼恩·埃爾雅庫比, 瓊－馬克·西爾, 馬丁·霍爾 申請人:Tm4股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan