專利名稱：高電壓電池故障狀態(tài)期間的起動(dòng)機(jī)-交流發(fā)電機(jī)控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及混合動(dòng)力電動(dòng)車輛上的電功率流控制，更具體地，涉及在閾值 高電壓電力故障狀態(tài)期間，在輕度混合動(dòng)力電動(dòng)車輛上持續(xù)輔助發(fā)電的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
混合動(dòng)力電動(dòng)車輛或HEV能夠根據(jù)需要選擇性地利用不同能源從而獲得最佳燃 料效率。具有全混合動(dòng)力系的HEV能夠選擇性地使用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)與用于HEV的電力推進(jìn)的 高電壓電池模塊或儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)中的一個(gè)或兩個(gè)。也就是說，具有全混合動(dòng)力系的典型 HEV能夠通過純電動(dòng)方式推進(jìn)，通常在起動(dòng)HEV并且加速到閾值速度時(shí)，一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)發(fā) 電機(jī)單元(MGU)根據(jù)需要交替地從ESS汲取功率和向ESS輸送功率。在閾值速度以上，發(fā) 動(dòng)機(jī)能夠提供全部必需推進(jìn)轉(zhuǎn)矩。對(duì)比來看，具有輕度混合動(dòng)力系的HEV缺少純電動(dòng)推進(jìn) 的方式，然而保留了全混合動(dòng)力設(shè)計(jì)的某些節(jié)約燃料的設(shè)計(jì)特征，例如用于經(jīng)由MGU對(duì)ESS 再充電的再生制動(dòng)能力以及在自動(dòng)停車事件期間選擇性地使空轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉或切斷功率。HEV的自動(dòng)使發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉或切斷功率的能力或自動(dòng)停車功能，能夠用別的方式使 浪費(fèi)的燃料在某些空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間得以保存。在具有自動(dòng)停車功能的輕度HEV中，高電壓MGU 能用作皮帶傳動(dòng)交流發(fā)電機(jī)起動(dòng)機(jī)(BAS)系統(tǒng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交流發(fā)電機(jī)。當(dāng)駕駛員在自動(dòng) 停車事件之后發(fā)出重新行進(jìn)的意向信號(hào)時(shí)，BAS向發(fā)動(dòng)機(jī)的蛇形皮帶施加轉(zhuǎn)矩。來自MGU的 轉(zhuǎn)矩能使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)短暫的一段時(shí)間，直到恢復(fù)了來自車輛燃料供給的燃料流。在發(fā)動(dòng)機(jī) 的冷起動(dòng)期間，傳統(tǒng)的安裝在曲軸上的輔助設(shè)備或12伏起動(dòng)電動(dòng)機(jī)能夠提供需要的起動(dòng) 轉(zhuǎn)矩量。在輕度HEV上，向HEV的電力系統(tǒng)內(nèi)的電壓倒相器供給高電壓電功率的高電壓電 池或儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)會(huì)變得暫時(shí)斷開或者以其他的方式變得不可用。這會(huì)引起場激勵(lì)的損 失或不足，尤其是對(duì)基于異步電機(jī)的MGU，這轉(zhuǎn)而會(huì)引起HEV上的持續(xù)輔助發(fā)電的損失。傳 統(tǒng)的功率流控制器和控制方法會(huì)以劣于最佳的方式響應(yīng)這種高電壓電力故障狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，為具有適合于用作皮帶傳動(dòng)交流發(fā)電機(jī)起動(dòng)機(jī)(BAS)系統(tǒng)的高電壓電動(dòng)發(fā) 電機(jī)單元或MGU的輕度混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)提供一種方法。該方法在檢測到不管是由 于電力故障、系統(tǒng)安裝問題或是其它方面引起的高電壓(HV)電力故障狀態(tài)時(shí)持續(xù)HEV上的 輔助發(fā)電，例如在HV電池或ESS實(shí)際上斷開或脫機(jī)的時(shí)候。開關(guān)或接觸器能夠響應(yīng)于這種 故障而自動(dòng)打開，從而使ESS實(shí)際上從電路中移除，斷開的接觸器是診斷斷開的ESS的一種 方式。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行/關(guān)閉運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在出現(xiàn)HV電力故障時(shí)，自動(dòng)地執(zhí)行一對(duì)跛行回 家(limp-home)模式中的一個(gè)以便給HEV提供最佳功能。具體地，如果HV電力故障出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)仍在運(yùn)行的時(shí)候，電子控制單元或控制器 自動(dòng)默認(rèn)成第一跛行回家模式，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)提供需要的推進(jìn)功率，控制器把需要的增益和 采樣時(shí)間設(shè)置成比在ESS保持可用和聯(lián)機(jī)時(shí)所用的更適當(dāng)?shù)闹?。如本文所述，?jīng)由通過輔助功率模塊(APM)的雙向功率流來維持輔助電池充電。如果HV電力故障出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)停 止的時(shí)候，例如在自動(dòng)停車事件期間，控制器就自動(dòng)地默認(rèn)成第二跛行回家模式，其中，控 制器通過一系列步驟或子模式轉(zhuǎn)換，包括經(jīng)由輔助起動(dòng)電動(dòng)機(jī)重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)以及提供經(jīng) 過APM以及HEV電力系統(tǒng)的各種其它部件之間的雙向功率傳輸能力。在第二跛行回家模式的第一步驟中，APM自動(dòng)地設(shè)成在"升壓模式"下工作，其適 于快速地對(duì)HEV的高電壓(HV)總線電路內(nèi)的一組直流鏈電容器充電。然后通過使用輔助 起動(dòng)電動(dòng)機(jī)來起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、從LV輔助電池汲取功率以及一旦發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)起動(dòng)就經(jīng)由發(fā)動(dòng) 機(jī)驅(qū)動(dòng)MGU來使MGU趕上速度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到預(yù)定速度時(shí)，執(zhí)行第二跛行回家模式的第二 步驟，在這期間，會(huì)自動(dòng)啟用功率變換器模塊或PIM。PIM調(diào)節(jié)HV總線電壓，同時(shí)MGU繼續(xù) 操作為發(fā)電機(jī)。當(dāng)HV總線電壓穩(wěn)定在標(biāo)定設(shè)定點(diǎn)的容許界限或范圍內(nèi)時(shí)，就執(zhí)行第二跛行 回家模式的第三步驟。在第三步驟中，APM切換到"降壓模式(buck mode)“，也就是，允許 從HEV上的HV總線向LV輔助電池充電的模式。然后，在第二跛行回家模式使ESS不可用 期間，輔助電池向HEV上的一個(gè)或多個(gè)輔助系統(tǒng)供能。具體地，該方法包括檢測HEV上的預(yù)定HV電力故障狀態(tài)、確定發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 以及自動(dòng)執(zhí)行一對(duì)默認(rèn)跛行回家模式中的一個(gè)由此持續(xù)輔助發(fā)電，其中具體的跛行回家模 式基于檢測到HV電力故障時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)選擇。輕度混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)包括發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)發(fā)電機(jī)單元(MGU)，該電動(dòng)發(fā)電 機(jī)單元連接到發(fā)動(dòng)機(jī)并且適合于用作皮帶傳動(dòng)交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(BAS)，其用于在自動(dòng)停車 事件之后選擇性地重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。HEV還包括高電壓(HV)總線和低電壓(LV)總線、電連 接到HV總線的HV儲(chǔ)電系統(tǒng)(ESS)、起動(dòng)電動(dòng)機(jī)、低電壓(LV)輔助電池、電連接到HV總線的 一組直流鏈電容器，以及輔助功率模塊(APM)。APM配置成選擇性地在HV總線與LV總線之 間傳遞功率，并且選擇性地對(duì)HV總線上的該組電容器充電到閾值電壓水平。控制器檢測預(yù) 定HV電力故障狀態(tài)，并且在預(yù)定HV電力故障狀態(tài)期間持續(xù)輔助發(fā)電，用于經(jīng)由APM把輔助 電池再充電到閾值電壓水平。使用算法，響應(yīng)于預(yù)定HV電力故障狀態(tài)執(zhí)行一對(duì)默認(rèn)跛行回 家模式中的一個(gè)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉默認(rèn)跛行回家模式，其中，經(jīng)過APM的雙向功率流控制對(duì) 一組電容器充電來向MGU提供初始激勵(lì)電流，同時(shí)，起動(dòng)電動(dòng)機(jī)重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，由此允許 MGU用作發(fā)電機(jī)。然后可以通過APM從HV總線對(duì)輔助電池再充電，其由MGU經(jīng)由功率變換 器模塊(PIM)持續(xù)。技術(shù)方案1 本發(fā)明提供一種方法，用于在輕度混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)上持續(xù)輔 助發(fā)電，所述車輛具有發(fā)動(dòng)機(jī)、低電壓(LV)輔助電池、高電壓(HV)儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)和由所 述LV輔助電池提供功率的至少一個(gè)輔助系統(tǒng)，所述方法包括檢測所述HEV上的預(yù)定高電壓(HV)電力故障狀態(tài)；確定所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；以及響應(yīng)于所述HV電力故障狀態(tài)自動(dòng)執(zhí)行一對(duì)默認(rèn)跛行回家模式中的一個(gè)；其中，這對(duì)默認(rèn)跛行回家模式中的每一個(gè)都對(duì)應(yīng)于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的不同運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)， 并且其中，每個(gè)默認(rèn)跛行回家模式還適于持續(xù)輔助發(fā)電從而在預(yù)定HV電力故障狀態(tài)期間 連續(xù)地對(duì)至少一個(gè)輔助系統(tǒng)通電。技術(shù)方案2 如技術(shù)方案1所述的方法，其中，第一和第二跛行回家模式中的每一 個(gè)都至少部分地通過對(duì)所述LV輔助電池再充電來持續(xù)輔助發(fā)電。
技術(shù)方案3 如技術(shù)方案2所述的方法，其中，所述HEV包括輔助功率模塊(APM)和 位于所述HEV的HV總線電路內(nèi)的一組電容器，并且其中，執(zhí)行所述第二跛行回家模式包括 選擇性地控制通過APM的電功率流從而把這組電容器充電到閾值電壓水平。技術(shù)方案4 如技術(shù)方案3所述的方法，其中，所述HEV包括功率變換器模塊(PIM) 和具有定子繞組的高電壓電動(dòng)發(fā)電機(jī)單元(MGU)，并且其中執(zhí)行所述第二跛行回家模式包 括選擇性地控制從APM通過PIM的電功率流從而為所述MGU的一組定子繞組提供磁化電流 的來源。技術(shù)方案5 如技術(shù)方案4所述的方法，包括輔助起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，所述方法還包括使 用所述輔助起動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)，直到所述MGU的轉(zhuǎn)子部分達(dá)到閾值速度。技術(shù)方案6 如技術(shù)方案5所述的方法，包括自動(dòng)啟用所述PIM來調(diào)節(jié)所述HEV上 的HV總線電路的HV電壓水平，同時(shí)，所述MGU操作為發(fā)電機(jī)。技術(shù)方案7 如技術(shù)方案6所述的方法，包括允許所述HV總線電路的HV電壓水平 穩(wěn)定在標(biāo)定設(shè)定點(diǎn)的預(yù)定范圍內(nèi)，然后把電功率流引導(dǎo)經(jīng)過所述APM從而對(duì)所述LV輔助電 池再充電到閾值輔助電壓水平。技術(shù)方案8 本發(fā)明還提供一種方法，用于輕度混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)上的持續(xù) 輔助發(fā)電，所述車輛具有發(fā)動(dòng)機(jī)、低電壓(LV)輔助電池、高電壓(HV)儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)、高電 壓電動(dòng)發(fā)電機(jī)單元(MGU)和由所述LV輔助電池供能的至少一個(gè)輔助系統(tǒng)，所述方法包括檢測斷開的ESS;當(dāng)在檢測到斷開的ESS的時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，執(zhí)行第一默認(rèn)跛行回家模式，從 而以一種方式對(duì)所述LV輔助電池充電；以及當(dāng)在檢測到斷開的ESS的時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)沒在運(yùn)轉(zhuǎn)或MGU沒在發(fā)電時(shí)，執(zhí)行第二默認(rèn) 跛行回家模式，從而在ESS斷開的同時(shí)以另一種方式對(duì)所述LV輔助電池充電。技術(shù)方案9 如技術(shù)方案8所述的方法，還包括在第一和第二跛行回家模式的每 一個(gè)期間，限制所述發(fā)動(dòng)機(jī)的速度小于閾值速度。技術(shù)方案10 如技術(shù)方案9所述的方法，其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)的閾值速度小于約 4000RPM。技術(shù)方案11 如技術(shù)方案9所述的方法，其中，執(zhí)行所述第二默認(rèn)跛行回家模式包 括下列中的每一個(gè)通過控制從所述LV輔助電池通過所述APM的電功率流，使所述HEV的HV總線電 路中的一組電容器充電到閾值電容器電壓；使用輔助起動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)從而使所述MGU的轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)動(dòng)；控制所述PIM從而調(diào)節(jié)通過所述PIM的來自MGU和至MGU的電功率流；以及一旦達(dá)到閾值電容器電壓，通過控制通過所述APM的電功率流，對(duì)所述LV輔助電 池充電。技術(shù)方案12 如技術(shù)方案11所述的方法，還包括只在所述發(fā)動(dòng)機(jī)超過標(biāo)定閾值 速度時(shí)啟用從所述PIM出來的電功率流。技術(shù)方案13 如技術(shù)方案10所述的方法，其中，所述閾值電容器電壓大于約70V。技術(shù)方案14 本發(fā)明還提供一種輕度混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)；
電動(dòng)發(fā)電機(jī)單元(MGU)，其操作性地連接到所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述MGU適于用作 皮帶傳動(dòng)交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(BAS)，其可操作成在自動(dòng)停車事件之后選擇性地重新起動(dòng)所述 發(fā)動(dòng)機(jī)；高電壓(HV)總線；電連接到所述HV總線的HV儲(chǔ)電系統(tǒng)(ESS)；低電壓(LV)總線；輔助起動(dòng)電動(dòng)機(jī)；經(jīng)由所述LV總線電連接到所述輔助起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輔助電池；電連接到所述HV總線的一組電容器；輔助功率模塊(APM)，其配置成選擇性地在所述HV總線與所述LV總線之間傳遞電 功率，并且選擇性地對(duì)這組電容器充電到閾值電壓水平；以及控制器，其具有算法，所述算法用于檢測預(yù)定HV電力故障并且用于在HV電力故障 期間持續(xù)所述HEV上的輔助發(fā)電；其中，所述算法適于控制所述APM的功率輸出，從而響應(yīng)于預(yù)定HV電力故障狀態(tài) 自動(dòng)執(zhí)行一對(duì)默認(rèn)跛行回家模式中的一個(gè)，所述模式包括的至少一個(gè)默認(rèn)跛行回家模式 中，所述APM對(duì)所述LV輔助電池再充電，并且包括的至少一個(gè)默認(rèn)跛行回家模式中，所述 APM經(jīng)由這組電容器向所述MGU提供初始激勵(lì)電流，同時(shí)在自動(dòng)停車事件之后，所述輔助起 動(dòng)電動(dòng)機(jī)重新起動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)。技術(shù)方案15 如技術(shù)方案14所述的HEV，還包括功率變換器模塊(PIM)，其中，所 述控制器還適于在所述MGU操作為發(fā)電機(jī)時(shí)，啟用所述PIM來調(diào)節(jié)HV總線的電壓。技術(shù)方案16 如技術(shù)方案14所述的HEV，其中，所述控制器適于在這對(duì)跛行回家模 式的每一個(gè)期間都限制所述發(fā)動(dòng)機(jī)的速度。技術(shù)方案17 如技術(shù)方案14所述的HEV，其中，所述MGU是異步電機(jī)。本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，將通過參照附圖對(duì)實(shí)施本發(fā)明的最 佳模式的下列詳細(xì)描述而變得更明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有自動(dòng)停車能力和一對(duì)默認(rèn)跛行回家模式的輕度混合動(dòng) 力電動(dòng)車輛(HEV)的示意圖；圖2是圖1所示HEV的示意電路圖；圖2A是描述圖1所示HEV的默認(rèn)跛行回家模式期間的功率流的表格；以及圖3是圖形流程圖，描述了用于持續(xù)圖1所示HEV上的輔助發(fā)電的方法。
具體實(shí)施例方式參照附圖，其中，在全部附圖中，相同的附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)于相同或相似的部件，從圖1 看起，輕度混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)IO包括內(nèi)燃機(jī)(E) 12，其具有輔助起動(dòng)電動(dòng)機(jī)(M)ll，該 輔助起動(dòng)電動(dòng)機(jī)(M) 11通常通過齒輪組(未示出)連接到發(fā)動(dòng)機(jī)12的曲軸13。起動(dòng)電動(dòng) 機(jī)11可操作成根據(jù)需要從低電壓(LV)輔助電池(AUX)41汲取電功率用于發(fā)動(dòng)并起動(dòng)發(fā)動(dòng) 機(jī)12，例如冷起動(dòng)期間的HEV 10的初次啟動(dòng)過程中，以及在如下說明的預(yù)定高電壓(HV)電力故障狀態(tài)期間。HEV 10還包括輸出構(gòu)件20和具有輸入構(gòu)件22的變速器⑴14。經(jīng)由轉(zhuǎn)矩傳遞機(jī) 構(gòu)或離合裝置18、液力變矩器或其它合適裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)12的輸出構(gòu)件20可以選擇性地連接 到變速器14的輸入構(gòu)件22上。變速器14可以是電力可變變速器或EVT或能夠把推進(jìn)轉(zhuǎn) 矩經(jīng)由變速器輸出構(gòu)件24傳遞到一組車輪16的任何其它合適的變速器設(shè)計(jì)。HEV 10包括HV電動(dòng)發(fā)電機(jī)單元(MGU) 26，其經(jīng)由HV直流總線29、電壓倒相器或 功率變換器模塊(PIM)27和HV交流總線29A電連接到HV電池或儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS) 25。MGU 26能夠適于用在上述皮帶傳動(dòng)交流發(fā)電機(jī)起動(dòng)機(jī)(BAS)系統(tǒng)中。當(dāng)以這種方式配置并且在 HEV 10的正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間，MGU 26可以選擇性地使發(fā)動(dòng)機(jī)12的蛇形皮帶23或其它合適的部 分轉(zhuǎn)動(dòng)，由此在自動(dòng)停車事件之后根據(jù)需要起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)12。當(dāng)MGU 26以其電容工作為發(fā)電 機(jī)時(shí)，ESS 25可以經(jīng)由MGU 26選擇性地進(jìn)行再充電，例如通過在再生制動(dòng)事件期間收集能 量。HEV 10還包括輔助功率模塊或APM 28，其經(jīng)由HV直流總線29電連接到ESS 25。 APM 28還經(jīng)由LV總線19電連接到輔助電池41。輔助電池41是較低電壓儲(chǔ)能裝置，例如 12伏電池，并且適合于向起動(dòng)電動(dòng)機(jī)11和HEV10上的一個(gè)或多個(gè)附件或輔助系統(tǒng)45供能， 該附件或輔助系統(tǒng)例如前燈和/或內(nèi)部照明燈46、無線電或音頻系統(tǒng)48、電動(dòng)座椅50和電 動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)52，等等。APM 28配置成直流-直流功率變換器，其適于把直流電源的高電壓水平變換成低 電壓水平，反之亦然，由電子控制單元或控制器(C)37確定。也就是說，APM 28可操作成根 據(jù)需要把來自ESS 25的較高水平電壓變換成適于對(duì)輔助電池41充電和/或直接向一個(gè)或 多個(gè)輔助系統(tǒng)45供能的低電壓水平?？刂破?7控制HEV 10上的來自ESS 25和輔助電池 41的功率流從而提供需要的電功能。仍參照?qǐng)D1，控制器37經(jīng)由虛線所示的控制通道51電連接到或否則以硬接線或無 線通信的方式連接到發(fā)動(dòng)機(jī)12、起動(dòng)電動(dòng)機(jī)11、MGU 26、ESS25、APM 28、PIM 27和輔助電 池41中的每一個(gè)，這些虛線代表著傳遞導(dǎo)線，例如，適于發(fā)送和接收HEV 10上的正確功率 流控制或協(xié)調(diào)所需的必要電控制信號(hào)的硬接線或無線控制鏈接或路徑。控制器37可以配 置成分布式或中央控制模塊，其所具有的這種控制模塊和能力可為以所需方式執(zhí)行HEV 10 上的所有需要的功率流控制功能所必需的。另外，控制器37可以配置成通用數(shù)字計(jì)算機(jī)，其通常包括微處理器或中央處理單 元、只讀存儲(chǔ)器(ROM)，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，電可編程只讀存儲(chǔ)器(EPR0M)、高速時(shí)鐘、模 擬-數(shù)字(A/D)和數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換電路，以及輸入/輸出電路和裝置(1/0)，還有適 當(dāng)?shù)男盘?hào)調(diào)節(jié)和緩沖電路?？刂破?7中的常駐或由其可得到的任何算法，包括如下所述的 根據(jù)本發(fā)明的功率流控制算法100，可以存儲(chǔ)在ROM中并且執(zhí)行以提供相應(yīng)的功能。本文所用的術(shù)語"自動(dòng)停車"指的是，只要HEV 10處于空轉(zhuǎn)或靜止?fàn)顟B(tài)，HEV 10 就選擇性地使發(fā)動(dòng)機(jī)12關(guān)閉或切斷功率的能力，例如在十字路口、交通堵塞中的等待或控 制器37所確定的其它時(shí)候。這樣，HEV 10能夠使空轉(zhuǎn)燃料消耗量最小化。在自動(dòng)停車事 件之后，是MGU 26而不是起動(dòng)電動(dòng)機(jī)11用于快速地重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)12?？梢员O(jiān)控APM 28 的功率輸出來確定HEV上的各種電功率流需求。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，控制器37包括上文簡述的算法100或能得到它，下面參照?qǐng)D3對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說明。部分地通過以下述的雙向方式控制經(jīng)過APM 28的電功率流，控制器 37利用算法100，在檢測到或確定出預(yù)定HV電力故障狀態(tài)時(shí)提供HEV 10中的持續(xù)功率流， 例如，在ESS 25處于脫機(jī)、斷開或以其它方式不可用的時(shí)候。參照?qǐng)D2，圖1所示HEV 10的電路30包括輔助電池(AUX) 41，輔助電池41經(jīng)由LV 總線19電連接到APM 28。APM 28轉(zhuǎn)而經(jīng)由HV直流總線29電連接到PIM 27。包括定子 141和轉(zhuǎn)子43的MGU 26電連接到PIM 27上，如圖所示。定子141的線圈或繞組85周圍產(chǎn) 生的磁場最終感生出轉(zhuǎn)子43的線圈或繞組47中的相反磁場，由此使轉(zhuǎn)子43按圖2所示的 箭頭A轉(zhuǎn)動(dòng)。一組直流鏈電容器17定位在HV直流總線29上，高電壓開關(guān)、繼電器或接觸 器40，例如為圖2所示的單極形式，放置成使ESS 25的一個(gè)或兩個(gè)引線與HV直流總線29 的相應(yīng)引線斷開，為了清楚起見，在圖2中，HV直流總線29的相應(yīng)引線標(biāo)有HV+和HV-。使用下面參照?qǐng)D3描述的算法100的圖1控制器37配置成響應(yīng)于圖1的HEV 10 上的HV電力故障狀態(tài)而選擇性地工作。也就是說，控制器37為HEV 10提供兩種不同的默 認(rèn)跛行回家模式中的一種，這些模式提供經(jīng)由PIM 27的對(duì)HV總線電壓的穩(wěn)定控制，提供經(jīng) 由APM 28的使輔助電池41再充電的降壓模式，這些模式中的一個(gè)為在HV直流總線29上 的一個(gè)或多個(gè)高電壓直流鏈電容器17的充電提供升壓模式，用于在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)激勵(lì)MGU 26，現(xiàn)在將參照?qǐng)D2A描述每個(gè)模式。結(jié)合圖2的電路30 —起參照?qǐng)D2A，各種功率流箭頭60、61、63、70、71、72和73描 述了在一對(duì)默認(rèn)跛行回家模式即跛行回家I和II期間圖2的電路30中的電功率流的方 向。當(dāng)圖IWHEV 10上出現(xiàn)閾值HV電力故障狀態(tài)時(shí)，可以進(jìn)入默認(rèn)跛行回家模式。在本 文的一個(gè)實(shí)施例中，閾值故障狀態(tài)舉例為斷開的或以其它方式不可用或脫機(jī)的ESS 25，如 圖2中的符號(hào)"！“和斷開的接觸器40所示。也就是說，響應(yīng)于檢測到的HV故障狀態(tài)，接 觸器40自動(dòng)斷開從而有效地使ESS 25從電路30中移除。然后在檢測到這種HV電力故障 的時(shí)候，由控制器37根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)12和MGU 26的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)確定默認(rèn)跛行回家模式。如果在發(fā)生HV電力故障狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)12在運(yùn)轉(zhuǎn)并且MGU 26在發(fā)電，就執(zhí)行第 一默認(rèn)跛行回家模式-跛行回家I，在這期間，發(fā)動(dòng)機(jī)12向MGU 26提供機(jī)械功率，允許MGU 26操作為發(fā)電機(jī)。因此由MGU 26生成并且供給到PIM 27的電功率，在變換之后，作為直 流電功率供給到APM28，如相應(yīng)的功率流方向箭頭60和70所示。在發(fā)動(dòng)機(jī)12推進(jìn)HEV 10 的情況下，向輔助電池41提供功率流，這允許圖1的輔助系統(tǒng)45保持通電。然而，如果在發(fā)生HV電力故障狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)12沒在運(yùn)轉(zhuǎn)或MGU 26沒在發(fā)電，就 執(zhí)行第二默認(rèn)跛行回家模式(跛行回家II)?？梢园匆幌盗胁襟E執(zhí)行第二默認(rèn)跛行回家模 式。在步驟一，如果發(fā)動(dòng)機(jī)還沒有運(yùn)轉(zhuǎn)，控制器37必須經(jīng)由輔助電池41使用起動(dòng)電動(dòng)機(jī)11 來使發(fā)動(dòng)機(jī)12的曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)從而起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)12。在下一步驟，或升壓模式，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)12 運(yùn)轉(zhuǎn)了之后，控制器37就給APM 28發(fā)信號(hào)使來自輔助電池41的電流通過APM28，如圖2A 的電功率流箭頭61的方向所示，由此使直流鏈電容器17充電到預(yù)定電壓(下文所述圖3 的V。)。發(fā)動(dòng)機(jī)12提供轉(zhuǎn)動(dòng)MGU 26的轉(zhuǎn)子43所必需的轉(zhuǎn)矩。在升壓模式中，PIM 27還為 基于異步電機(jī)的MGU所需的磁化電流提供來源，其從APM 28到定子141的繞組85，如功率 流箭頭71的方向所示。在步驟三，即調(diào)節(jié)模式中，PIM 27控制MGU 26從而使MGU 26操作為發(fā)電機(jī)，其中直流電壓比升壓模式中APM 28所提供的電壓更高。PIM27使用電容器17提供磁化電流(功率流箭頭72A)到定子141，并且有助于使用來自MGU 26的轉(zhuǎn)矩持續(xù)對(duì)電容器17的充 電(功率流箭頭72B)。在調(diào)節(jié)模式中，一旦電容器17的電壓超過標(biāo)定的設(shè)定點(diǎn)，例如，在一 個(gè)示例性實(shí)施例中約為70V或更多，APM 28停止向電容器17供能。在步驟四或降 壓模式中，MGU 26繼續(xù)操作為發(fā)電機(jī)，從而持續(xù)對(duì)電容器17的充 電，如功率流箭頭73所示。不再對(duì)電容器17充電的APM 28切換成對(duì)輔助電池41充電，如 圖2A的功率流箭頭63所示。在每種模式期間，發(fā)動(dòng)機(jī)12的速度可以被限制為小于預(yù)定水 平，例如在一個(gè)實(shí)施例中約為4000RPM或更小，從而提供對(duì)HV直流總線29的電壓水平的更 緊密或更優(yōu)化的控制。參照?qǐng)D3，算法100從步驟101開始，在這里，確定是否存在預(yù)定高電壓(HV)電力 故障狀態(tài)，這會(huì)引起ESS 25的斷開。不論是單獨(dú)獲得或結(jié)合算法100—起獲得，HV電力故 障狀態(tài)的檢測使圖2的接觸器40斷開，并由此接觸器40的位置，和/或?yàn)榱藬嚅_接觸器40 所感測到的任何值可用在步驟101來確定存在還是不存在預(yù)定HV電力故障狀態(tài)。如果存 在引起接觸器40斷開的預(yù)定HV電力故障狀態(tài)，算法100就前進(jìn)到步驟102，否則就結(jié)束算 法 100。在步驟102，確定發(fā)動(dòng)機(jī)12是否已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)。如果在預(yù)定HV電力故障狀態(tài)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī) 12在運(yùn)轉(zhuǎn)，算法就前進(jìn)到步驟103。如果在那個(gè)時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)12沒在運(yùn)轉(zhuǎn)，算法就前進(jìn)到步 驟 104。在步驟103，算法100確定MGU 26是否在主動(dòng)發(fā)電。如果是，算法100就前進(jìn)到步 驟105。否則，算法100就前進(jìn)到步驟106。在步驟104，已經(jīng)在步驟102確定在預(yù)定HV電力故障期間發(fā)動(dòng)機(jī)12沒在運(yùn)轉(zhuǎn)，APM 28就設(shè)成以第二跛行回家模式的"升壓模式"工作，即圖2A的跛行回家II，其中，連接在 HV直流總線29上的一個(gè)或多個(gè)電容器17快速地充電到預(yù)定電壓水平，即VT。這個(gè)值是標(biāo) 定的，并且可隨著HEV 10的設(shè)計(jì)而變化。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，閾值電壓Vt約為75-80 伏或更多，但是在不脫離本發(fā)明指定范圍的情況下可以選擇其它值。在對(duì)(一個(gè)或多個(gè)) 電容器17充電之后，算法100就前進(jìn)到步驟107。在步驟105，算法100執(zhí)行第一"跛行回家"控制模式，即圖2A的跛行回家I，其 中，各種增益和采樣時(shí)間將被設(shè)定成比ESS 25可用時(shí)所用的更合適的值。在第一跛行回家 模式中，發(fā)動(dòng)機(jī)12向用作發(fā)電機(jī)的MGU 26供能，PIM 27提供對(duì)HV直流總線29的電壓的 穩(wěn)定控制，直到ESS 25再次聯(lián)機(jī)。在跛行回家I中，提供上述降壓模式的功能，跛行回家I 不同于跛行回家II之處在于缺少升壓模式和調(diào)節(jié)模式，由于發(fā)動(dòng)機(jī)12和MGU 26的運(yùn)行狀 態(tài)，這些模式是不需要的。然后結(jié)束算法100。在步驟106，已經(jīng)在步驟103確定發(fā)動(dòng)機(jī)12在運(yùn)轉(zhuǎn)而MGU 26沒在發(fā)電，就相對(duì)預(yù) 定閾值Vt檢查直流總線電容器電壓V。。如果V。< Vt，APM 28就設(shè)置成以第二跛行回家模 式的升壓模式工作，即圖2A的跛行回家II，并且算法100前進(jìn)到步驟109。如果\ > Vt, 算法100就直接前進(jìn)到步驟110。在步驟107，使用輔助電池41經(jīng)由起動(dòng)電動(dòng)機(jī)11轉(zhuǎn)動(dòng)并起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)12，MGU 26經(jīng) 由存儲(chǔ)在電容器17中的電壓(Vc)而通電。MGU 26的速度增大。在速度增大的時(shí)候，算法 前進(jìn)到步驟108。在步驟108，算法把縮寫為ERPM的發(fā)動(dòng)機(jī)12的當(dāng)前速度與標(biāo)定速度閾值作比較。算法100以回路形式重復(fù)步驟108和107，直到發(fā)動(dòng)機(jī)速度ERPM的值達(dá)到或大于標(biāo)定閾值， 在這時(shí)，算法100前進(jìn)到步驟110。在步驟109，連接在HV直流總線29上的一個(gè)或多個(gè)電容器17經(jīng)由APM 28快速地 充電到預(yù)定電壓水平，即VT。這個(gè)值是標(biāo)定的，并且會(huì)隨著HEV 10的設(shè)計(jì)而變化。在一個(gè) 示例性實(shí)施例中，閾值電壓Vt約為75-80伏或更多，但是在不脫離本發(fā)明指定范圍的情況 下可以選擇其它值。在對(duì)(一個(gè)或多個(gè))電容器17充電之后，算法100就前進(jìn)到步驟110。 在步驟110，控制器37進(jìn)入上文參照?qǐng)D2A描述的調(diào)節(jié)模式或步驟，其中，控制器 37啟用PIM 27來調(diào)節(jié)HV直流總線29的電壓，MGU 26操作為發(fā)電機(jī)。在PIM 27調(diào)節(jié)此電 壓的時(shí)候，算法100前進(jìn)到步驟112。在步驟112，算法100確定HV直流總線29的電壓是否已經(jīng)穩(wěn)定在標(biāo)定設(shè)定點(diǎn)的 預(yù)定界限或范圍內(nèi)。步驟112以回路形式與步驟110重復(fù)，直到算法100確定HV直流總線 29的電壓穩(wěn)定了，然后前進(jìn)到步驟114。在步驟114，算法100切換到降壓模式，即第二跛行回家模式的(跛行回家II)步 驟三，其中，APM 28直接向輔助電池41供能，由此對(duì)輔助電池41再充電。利用上文結(jié)合圖1的HEV 10所述的算法100，為具有高電壓BAS系統(tǒng)的HEV提供 改善的跛行回家能力。當(dāng)高電壓電池或ESS 25斷開或以其它方式不可用時(shí)，功率流持續(xù)供 給某些車載輔助電力系統(tǒng)，例如電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPS)、上面例舉的輔助系統(tǒng)45和/或其它輔 助裝置。盡管詳細(xì)描述了實(shí)施本發(fā)明的最佳方式，但熟悉本發(fā)明所涉及領(lǐng)域領(lǐng)域的技術(shù)人 員將看出多種替換方案和實(shí)施例，用于在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
一種方法，用于在輕度混合動(dòng)力電動(dòng)車輛HEV上持續(xù)輔助發(fā)電，所述車輛具有發(fā)動(dòng)機(jī)、低電壓LV輔助電池、高電壓HV儲(chǔ)能系統(tǒng)ESS和由所述LV輔助電池提供功率的至少一個(gè)輔助系統(tǒng)，所述方法包括檢測所述HEV上的預(yù)定高電壓電力故障狀態(tài)；確定所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；以及響應(yīng)于所述HV電力故障狀態(tài)自動(dòng)執(zhí)行一對(duì)默認(rèn)跛行回家模式中的一個(gè)；其中，這對(duì)默認(rèn)跛行回家模式中的每一個(gè)都對(duì)應(yīng)于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的不同運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且其中，每個(gè)默認(rèn)跛行回家模式還適于持續(xù)輔助發(fā)電從而在預(yù)定HV電力故障狀態(tài)期間連續(xù)地對(duì)至少一個(gè)輔助系統(tǒng)通電。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一和第二跛行回家模式中的每一個(gè)都至少部分 地通過對(duì)所述LV輔助電池再充電來持續(xù)輔助發(fā)電。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述HEV包括輔助功率模塊APM和位于所述HEV的 HV總線電路內(nèi)的一組電容器，并且其中，執(zhí)行所述第二跛行回家模式包括選擇性地控制通 過APM的電功率流從而把這組電容器充電到閾值電壓水平。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述HEV包括功率變換器模塊PIM和具有定子繞組 的高電壓電動(dòng)發(fā)電機(jī)單元MGU，并且其中執(zhí)行所述第二跛行回家模式包括選擇性地控制從 APM通過PIM的電功率流從而為所述MGU的一組定子繞組提供磁化電流的來源。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，包括輔助起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，所述方法還包括使用所述輔助起 動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)，直到所述MGU的轉(zhuǎn)子部分達(dá)到閾值速度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，包括自動(dòng)啟用所述PIM來調(diào)節(jié)所述HEV上的HV總線電路 的HV電壓水平，同時(shí)，所述MGU操作為發(fā)電機(jī)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，包括允許所述HV總線電路的HV電壓水平穩(wěn)定在標(biāo)定設(shè) 定點(diǎn)的預(yù)定范圍內(nèi)，然后把電功率流引導(dǎo)經(jīng)過所述APM從而對(duì)所述LV輔助電池再充電到閾 值輔助電壓水平。
8.一種方法，用于輕度混合動(dòng)力電動(dòng)車輛HEV上的持續(xù)輔助發(fā)電，所述車輛具有發(fā)動(dòng) 機(jī)、低電壓LV輔助電池、高電壓HV儲(chǔ)能系統(tǒng)ESS、高電壓電動(dòng)發(fā)電機(jī)單元MGU和由所述LV 輔助電池供能的至少一個(gè)輔助系統(tǒng)，所述方法包括檢測斷開的ESS;當(dāng)在檢測到斷開的ESS的時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，執(zhí)行第一默認(rèn)跛行回家模式，從而以 一種方式對(duì)所述LV輔助電池充電；以及當(dāng)在檢測到斷開的ESS的時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)沒在運(yùn)轉(zhuǎn)或MGU沒在發(fā)電時(shí)，執(zhí)行第二默認(rèn)跛行 回家模式，從而在ESS斷開的同時(shí)以另一種方式對(duì)所述LV輔助電池充電。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括在第一和第二跛行回家模式的每一個(gè)期間，限制 所述發(fā)動(dòng)機(jī)的速度小于閾值速度。
10.一種輕度混合動(dòng)力電動(dòng)車輛HEV，包括發(fā)動(dòng)機(jī)；電動(dòng)發(fā)電機(jī)單元MGU，其操作性地連接到所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述MGU適于用作皮帶傳 動(dòng)交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)BAS，其可操作成在自動(dòng)停車事件之后選擇性地重新起動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)；高電壓HV總線；電連接到所述HV總線的HV儲(chǔ)電系統(tǒng)ESS ； 低電壓LV總線； 輔助起動(dòng)電動(dòng)機(jī)；經(jīng)由所述LV總線電連接到所述輔助起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輔助電池； 電連接到所述HV總線的一組電容器；輔助功率模塊APM,其配置成選擇性地在所述HV總線與所述LV總線之間傳遞電功率，并且選擇性地對(duì)這組電容器充電到閾值電壓水平；以及控制器，其具有算法，所述算法用于檢測預(yù)定HV電力故障并且用于在HV電力故障期間 持續(xù)所述HEV上的輔助發(fā)電；其中，所述算法適于控制所述APM的功率輸出，從而響應(yīng)于預(yù)定HV電力故障狀態(tài)自動(dòng) 執(zhí)行一對(duì)默認(rèn)跛行回家模式中的一個(gè)，所述模式包括的至少一個(gè)默認(rèn)跛行回家模式中，所 述APM對(duì)所述LV輔助電池再充電，并且包括的至少一個(gè)默認(rèn)跛行回家模式中，所述APM經(jīng) 由這組電容器向所述MGU提供初始激勵(lì)電流，同時(shí)在自動(dòng)停車事件之后，所述輔助起動(dòng)電 動(dòng)機(jī)重新起動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及高電壓電池故障狀態(tài)期間的起動(dòng)機(jī)-交流發(fā)電機(jī)控制。具體地，提供了一種方法，其響應(yīng)于高電壓(HV)電力故障狀態(tài)在輕度混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)上持續(xù)輔助發(fā)電，并且根據(jù)故障時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)執(zhí)行一對(duì)默認(rèn)跛行回家模式中的一個(gè)。每個(gè)跛行回家模式都在故障期間持續(xù)輔助發(fā)電，并且至少一個(gè)模式是對(duì)HV總線電路中的電容器充電從而向電動(dòng)發(fā)電機(jī)單元(MGU)提供磁化電流。HEV包括控制器和用于在上述故障狀態(tài)期間持續(xù)輔助發(fā)電的算法，該算法適于控制輔助功率模塊(APM)的輸出并且執(zhí)行一對(duì)默認(rèn)跛行回家模式中的一個(gè)，在包括的模式中，在輔助電動(dòng)機(jī)重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)之后，APM對(duì)電容器充電從而啟用功率變換器模塊(PIM)來向MGU提供初始激勵(lì)電流。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101841185SQ20101013941
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者C·S·納穆杜里, K·D·范馬寧, S·E·格利森, S·V·維博 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司