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CN107380157A - 混合动力电动车辆发动机起动 - Google Patents

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CN107380157A
CN107380157A CN201710356522.9A CN201710356522A CN107380157A CN 107380157 A CN107380157 A CN 107380157A CN 201710356522 A CN201710356522 A CN 201710356522A CN 107380157 A CN107380157 A CN 107380157A
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CN
China
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battery
engine
power
traction battery
vehicle
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Withdrawn
Application number
CN201710356522.9A
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English (en)
Inventor
杰瑞·摩尔
马克·J·弗尔勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

本公开涉及混合动力电动车辆发动机起动。一种用于车辆的系统包括：电机，被配置为在发动机与牵引电池之间传递功率；辅助电池，与所述牵引电池电连接并电隔离；以及控制器，被配置为：在接收发动机启动请求之后，响应于可用的牵引电池功率低于阈值而使用牵引电池和辅助电池来开始发动机启动，否则使用所述牵引电池但不使用所述辅助电池来开始所述发动机启动。

Description

混合动力电动车辆发动机起动
技术领域
本公开涉及在预定的工况下向车辆的发动机供应动力的系统和方法。
背景技术
混合动力电动车辆(HEV)的动力传动系统可包括内燃发动机。动力传动系统可具有在各种车辆工况下启动(或起动)发动机的发动机启动模式。发动机启动的质量指标(quality metrics)可包括但不限于快速性、平稳度、噪音声学范围、对其他车辆系统和部件的影响等。
低温可增大发动机润滑剂的摩擦并且在发动机温度或环境温度低于阈值的时候起动发动机可能会使用更多能量。在起动期间，被设计为具有用于减少噪声、振动和声振粗糙度(NVH)的可变气门正时的发动机比传统的发动机可具有更低的内部压力并可使用更多能量。
发明内容
一种用于车辆的系统包括：电机，被配置为在发动机与牵引电池之间传递功率；辅助电池，与所述牵引电池电连接并电隔离；以及控制器，被配置为：在接收到发动机启动请求之后，响应于可用的牵引电池功率低于阈值而使用所述牵引电池和辅助电池来开始发动机启动，否则使用所述牵引电池但不使用所述辅助电池来开始所述发动机启动。
根据本发明的一个实施例，使用所述牵引电池和辅助电池来开始发动机启动包括开始将辅助电池的功率传递至所述牵引电池。
根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为在所述车辆运行时获取所述可用的牵引电池功率。
一种用于车辆的方法包括：在接收到发动机启动请求之后，通过控制器响应于可用的牵引电池功率低于阈值而使用牵引电池和与所述牵引电池电连接且电隔离的辅助电池来开始发动机启动，否则使用所述牵引电池但不使用所述辅助电池来开始发动机启动。
根据本发明的一个实施例，使用牵引电池和辅助电池来开始发动机启动包括开始将辅助电池的功率传递至所述牵引电池。
根据本发明的一个实施例，在所述车辆运行时获取所述可用的牵引电池功率。
一种用于车辆的系统包括：电机，被配置为经由离合器选择性地结合到发动机；牵引电池和辅助电池，彼此电隔离；以及控制器，被配置为：响应于在可用的牵引电池功率低于阈值时接收到发动机启动请求，同时操作所述牵引电池和辅助电池来为所述电机供电，以启动所述发动机。
附图说明
图1是示出典型的动力传动系和能量存储部件的混合动力电动车辆(HEV)的框图；
图2是示出用于使用牵引电池来启动HEV的发动机的动力传动系统的框图；
图3是示出用于使用辅助电池来启动发动机的动力传动系统的框图；
图4是示出用于使用牵引电池和辅助电池来启动发动机的动力传动系统的框图；以及
图5是示出用于使用牵引电池和辅助电池来启动发动机的算法的流程图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为示例，其他实施例可采用各种可替代形式。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可以与在一个或更多个其他附图中示出的特征组合以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
现参照图1，示出了用于混合动力电动车辆(在下文中简称车辆)的示例性的动力传动系统10。动力传动系统10包括发动机12、诸如电动马达和发电机14(另称为“马达”)的一个或更多个电机、牵引电池16、分离离合器18、变矩器20以及多传动比自动变速器22。动力传动系统10还包括被配置为控制动力传动系统10的一个或更多个部件的运行的混合动力动力传动系控制器(未示出)。
发动机12和马达14是用于车辆的驱动源。发动机12通过分离离合器18经由诸如(例如)可连接到马达输入轴32的发动机输出轴30可连接到马达14，由此发动机12和马达14可串联连接。马达14连接到变矩器20。诸如(例如)当发动机12经由分离离合器18连接到马达14时，变矩器20经由马达14可连接到发动机12。在一个示例中，马达输出轴26可连接到变矩器20的泵轮。
变矩器20还连接到变速器22。在一个示例中，变矩器20的涡轮可连接到变速器输入轴28。变速器22经由变速器输出轴34连接到差速器36，而驱动轮24通过各自的车轴38连接到差速器36。由发动机12和/或马达14施加的驱动力通过变矩器20和变速器22传递至驱动轮24，从而推进车辆。
变速器22可包括具有多个摩擦元件的行星齿轮组，所述摩擦元件可选择性地接合以实现多个传动比。摩擦元件可以是通过换挡计划可控制的，换挡计划使行星齿轮组的某些元件连接和分离，以控制变速器输出扭矩与变速器输入扭矩之间的比。在一个示例中，变速器22可基于车辆的需求而从一个传动比自动地变换至另一个传动比。
在示例性布置中，发动机12可以是用于动力传动系统10的主要动力源。发动机12可以是诸如由汽油、柴油或天然气提供动力的发动机的内燃发动机。当发动机12和马达14经由分离离合器18连接时，发动机12产生的发动机扭矩被供应至马达14。为了使用发动机12来驱动车辆，发动机扭矩的至少一部分从发动机12通过分离离合器18传递至马达14并且然后从马达14通过变矩器20传递到变速器22。
在一些布置中，牵引电池16可以是用于动力传动系统10的次级动力源。牵引电池16可包括多个电池单元(未示出)，例如电连接至多个连接器和开关的电化学电池单元，连接器和开关启用和禁用向电池单元供应电能以及从电池单元吸走电能。多个连接器和开关可以是被配置为在一部分或更多部分牵引电池16与其他车辆部件之间选择性地建立电流、中断电流或使电流换向的电力操作的开关、继电器或其他的电力、电子或电磁部件。被配置为在HEV中运行的电控开关的示例是高电压接触器。
在一个示例中，牵引电池16可包括被配置为控制例如接触器的多个连接器和开关的电池控制器(未示出)。在这样的示例中，电池控制器可命令多个接触器中的一个或更多个断开或闭合，以使牵引电池16与其他车辆部件连接或分离。电池控制器可电连接至诸如(但不限于)车体控制器、气候控制控制器(climate control controller)、制动器控制器等的一个或更多个其他的车辆控制器并与其通信，并且电池控制器可响应于从其他车辆控制器接收信号而命令一个或更多个接触器断开或闭合。在示例中，电池控制器可与混合动力动力传动系控制器通信并且可响应于从混合动力动力传动系控制器接收信号而命令接触器断开或闭合。
电池控制器还可被配置为接收来自诸如(但不限于)电池电压传感器、电池电流传感器、电池温度传感器、环境温度传感器等的一个或更多个电池传感器和车辆传感器的信号。电池控制器可响应于接收来自所述一个或更多个电池传感器和车辆传感器的信号而命令一个或更多个接触器断开或闭合。虽然牵引电池16在这里被描述为包括电化学电池单元，但是也考虑诸如电容器的其他类型的能量储存装置的实施方式。
牵引电池16通过导线40电连接至马达14，从而马达14可使用储存在牵引电池16中的能量。在一个示例中，马达14可电连接至逆变器(未示出)，从而在马达14与牵引电池16之间提供双向能量传递。当马达14以马达模式运转时，逆变器可将牵引电池16提供的高电压直流(DC)输出转换为电机的合适功能可能所需的三相交变电流(AC)。当马达14以再生模式(regenerative mode)运转时，逆变器可将来自用作发电机的马达14的三相AC输出转换为牵引电池16所需的DC输入。
除了提供用于推进的能量之外，牵引电池16还可提供用于其他车辆电气系统的能量，诸如一个或更多个高电压负载，例如压缩机和电加热器。牵引电池16还可被配置为将能量提供至与其他车辆负载兼容的诸如辅助电池42的低电压DC电源。在一个示例中，辅助电池42可被配置为为电气附件、照明系统、点火系统等供电。
DC/DC转换器44在牵引电池16与辅助电池42之间诸如分别经由导线46和导线48进行电连接。DC/DC转换器44可以是被配置为对流到牵引电池16和辅助电池42的电力和从牵引电池16和辅助电池42的流出的电力进行转换的双向的降压-升压转换器。例如，在降压模式中，DC/DC转换器44可以将牵引电池16的高电压DC输出减小(“降压”)至辅助电池42所需的低电压DC输入。在另一示例中，以增压模式运行的DC/DC转换器44可以将辅助电池42的低电压DC输出增加(“升压”)至与牵引电池16兼容的高电压DC输入。
辅助电池42可(诸如)经由导线52电连接至辅助启动马达50并且被配置为向辅助启动马达50供电。辅助启动马达50可被配置为响应于来自一个或更多个车辆控制器和/或传感器的信号而(诸如)通过接合发动机飞轮来选择性地启动发动机12。在一个示例中，混合动力动力传动系控制器可被配置为响应于环境温度低于预定的温度阈值而命令辅助启动马达50启动发动机12，例如，冷启动。在另一示例中，混合动力动力传动系控制器可被配置为响应于可用的牵引电池功率低于阈值而命令辅助启动马达50启动发动机12。在又一示例中，混合动力动力传动系控制器可被配置为响应于可用的辅助电池功率高于预定的启动阈值PAB_STARTER(例如，当前工况下使用辅助启动马达50启动发动机12所使用的功率量)而命令辅助启动马达50启动发动机12。
当车辆正在例如怠速、移动或以附件点火模式运行时，诸如当辅助电池42正被用于为附件、照明以及其他车辆部件和/或系统供电时，可用的辅助电池功率可能会低于预定的启动阈值PAB_STARTER。在这种情况下，使用由辅助电池42供电的辅助启动马达50来启动发动机12可能会影响已经接收来自辅助电池42的电力的其他车辆部件和/或系统的运行。在一个示例中，当可用的辅助电池功率低于预定的启动阈值PAB_STARTER时，使用辅助启动马达50来启动发动机12可能会造成当前正在由辅助电池42供电的车辆照明系统暂时地改变亮度等。
在示例性布置中，变矩器20还可包括变矩器离合器，例如，旁通离合器。变矩器离合器可以是在接合位置(例如，锁定位置、应用位置等)与分离位置(例如，非锁定位置)之间的整个范围内可控的。在接合位置，变矩器离合器可机械地连接变矩器20的泵轮和涡轮，从而使这些部件之间的液力耦合大体上断开。在分离位置，变矩器离合器可允许变矩器20的泵轮与涡轮之间的液力耦合。
参照图2，示出了使用牵引电池16来启动发动机12的示例性功率流动图54。混合动力动力传动系控制器可被配置为接收来自一个或更多个其他车辆控制器和/或传感器的指示启动发动机12的请求的信号。例如，混合动力动力传动系控制器可接收来自一个或更多个其他车辆控制器和/或车辆传感器(例如，制动踏板位置传感器和/或加速踏板位置传感器、曲柄角度传感器等)的指示启动发动机12的请求的信号。
响应于请求，混合动力动力传动系控制器可基于一个或更多个车辆运行参数而确定发动机12可使用牵引电池16的能量来启动。在一个示例中，混合动力动力传动系控制器可响应于接收指示发动机温度、牵引电池温度和/或环境温度中的一个或更多个高于预定的温度阈值的信号而确定发动机12可使用牵引电池16的能量来启动。在另一示例中，混合动力动力传动系控制器可响应于接收指示可用的牵引电池功率高于阈值的信号而确定发动机12可使用牵引电池16的能量来启动。在又一示例中，混合动力动力传动系控制器可响应于接收指示可用的辅助电池功率低于预定的启动阈值PAB_STARTER的信号而确定发动机12可使用牵引电池16的能量来启动。
混合动力动力传动系控制器可响应于接收指示启动发动机12的请求的信号而启用从牵引电池16到发动机12的能量流。在一个示例中，电连接至电池控制器并与电池控制器通信的混合动力动力传动系控制器可向电池控制器传输指示允许来自牵引电池16的能量流的请求的信号。在这样的示例中，响应于该请求，电池控制器可命令牵引电池16的一个或更多个接触器或开关断开或闭合，以启用从牵引电池16经由马达14到发动机12的能量流(大体使用箭头56、58和60示出)。
参照图3，示出了使用辅助启动马达50来启动发动机12的示例性功率流动图62。响应于接收指示启动发动机12的请求的信号，混合动力动力传动系控制器可基于一个或更多个车辆运行参数而确定发动机12可使用由辅助电池42供电的辅助启动马达50的能量来启动。在一个示例中，混合动力动力传动系控制器可响应于接收指示发动机温度、牵引电池温度和/或环境温度中的一个或更多个低于预定的温度阈值的信号而确定发动机12可使用辅助启动马达50的能量来启动，例如，冷启动。在另一示例中，混合动力动力传动系控制器可响应于接收指示可用的牵引电池功率低于阈值的信号而确定发动机12可使用辅助启动马达50的能量来启动。在又一示例中，混合动力动力传动系控制器可响应于接收指示可用的辅助电池功率高于预定的启动阈值PAB_STARTER的信号而确定发动机12可使用辅助启动马达50的能量来启动。
混合动力动力传动系控制器可响应于确定发动机12可使用辅助启动马达50来启动而启用从辅助电池42经由辅助启动马达50到发动机12的能量流。在一个示例中，混合动力动力传动系控制器操作辅助电池42，以启用从辅助电池42经由辅助启动马达50到发动机12的能量流(大体使用箭头64来示出)。
参照图4，示出了分别使用牵引电池16和辅助电池42来启动发动机12的示例性功率流动图66。例如，响应于接收指示启动发动机12的请求的信号，混合动力动力传动系控制器可基于一个或更多个车辆运行参数而确定发动机12可使用牵引电池16和辅助电池42的能量来启动。在一个示例中，混合动力动力传动系控制器可响应于接收指示发动机温度、牵引电池温度和/或环境温度中的一个或更多个低于预定的温度阈值的信号而确定发动机12可使用牵引电池16和辅助电池42的能量来启动。在另一示例中，混合动力动力传动系控制器可响应于接收指示可用的牵引电池功率低于阈值的信号而确定发动机12可使用牵引电池16和辅助电池42的能量来启动。在又一示例中，混合动力动力传动系控制器可响应于接收指示可用的辅助电池功率高于预定的功率阈值PAB_POWER(例如，在当前工况下使用马达14来启动发动机12的功率量减去可用的牵引电池的功率量)的信号而确定发动机12可使用牵引电池16和辅助电池42的能量来启动。
当可用的辅助电池功率低于预定的启动阈值PAB_STARTER(诸如，在车辆正在例如怠速、移动或以附件点火模式运行时)时，使用辅助启动马达50来启动发动机12可能会影响已经接收来自辅助电池42的电力的其他车辆部件和/或系统的运行。在这样的示例中，混合动力动力传动系控制器可响应于接收指示可用的辅助电池功率高于预定的功率阈值PAB_POWER的信号而确定发动机12可使用牵引电池16和辅助电池42的能量来启动。
混合动力动力传动系控制器可响应于确定发动机12可使用牵引电池16和辅助电池42来启动而启用从牵引电池16和辅助电池42到发动机12的能量流。在一个示例中，混合动力动力传动系控制器可向电池控制器传输指示允许来自辅助电池42和牵引电池16的能量流的请求的信号。在这样的示例中，响应于该请求，电池控制器可操作牵引电池16的一个或更多个连接器或开关以断开或闭合，从而启用从辅助电池42经由牵引电池16到发动机12的能量流(大体使用箭头68、70、72、74和76来示出)。
参考图5，示出了使用牵引电池16和辅助电池42来启动发动机12的过程。过程78可在框80处开始，在框80处混合动力动力传动系控制器接收指示启动发动机12的请求的信号。例如，混合动力动力传动系控制器可接收来自一个或更多个其他车辆控制器和/或电池传感器和车辆传感器(例如，制动踏板位置传感器和/或加速踏板位置传感器、曲柄角度传感器、离合器位置传感器等)的指示启动发动机12的请求的信号。
在框82处，混合动力动力传动系控制器可确定可用的牵引电池功率是否高于阈值。在一个示例中，混合动力动力传动系控制器可基于可影响可用的牵引电池功率的一个或更多个车辆工况和/或运行参数而确定可用的牵引电池功率。所述一个或更多个车辆工况和/或运行参数可以是(但不限于)环境温度、牵引电池温度、发动机温度、发动机关闭时间等。在示例中，混合动力动力传动系控制器可基于在特定的工况下可用于启动发动机12的功率或能量的量而确定可用的牵引电池功率是否高于阈值。
在框84处，混合动力动力传动系控制器可响应于在框82处确定可用的电池功率高于阈值而开始使用牵引电池16的能量来启动发动机12。在一个示例中，混合动力动力传动系控制器可向电池控制器传输指示启用从牵引电池16经由马达14到发动机12的能量流的请求的信号。然后，过程78可终止。
在框86处，混合动力动力传动系控制器可响应于在框82处确定可用的电池功率低于阈值而开始使用牵引电池16和辅助电池42的能量来启动发动机12。如参照图4所描述的，混合动力动力传动系控制器可向电池控制器传输指示允许允许来自辅助电池42和牵引电池16的能量流的请求的信号。响应于该请求，电池控制器可进行操作，以使牵引电池16的一个或更多个连接器或开关断开或闭合，从而启用从辅助电池42经由牵引电池16到发动机12的能量流。然后，过程78可终止。在一些实施例中，过程78可响应于接收启动发动机12的请求或另一个请求而重复。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机，或者可通过所述处理装置、控制器或计算机来实现，其中，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以以多种形式被存储为通过控制器或计算机可执行的数据和指令，其中，所述多种形式包括但不限于永久存储在不可写的存储介质(诸如，ROM装置)中的信息以及可变地存储在可写的存储介质(诸如，软盘、磁带、CD、RAM装置以及其它磁介质和光学介质)中的信息。所述处理、方法或算法也可被实现为软件可执行对象。可选地，可使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置)或者硬件、软件和固件组件的组合来全部或部分地实现所述处理、方法或算法。
说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可做出各种改变。如前所述，可将各种实施例的特征组合以形成本发明可能没有明确描述或示出的进一步的实施例。尽管各种实施例可能被描述为在一个或更多个期望特性方面提供优点或者优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的总体系统属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、封装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并可被期望用于特定应用。

Claims (10)

1.一种用于车辆的系统，包括：
电机，被配置为在发动机和牵引电池之间传递功率；
辅助电池，与所述牵引电池电连接并与所述牵引电池电隔离；以及
控制器，被配置为：在接收到发动机启动请求之后，响应于可用的牵引电池功率低于阈值而使用牵引电池和辅助电池开始发动机启动，否则使用牵引电池但不使用辅助电池开始发动机启动。
2.一种用于车辆的系统，包括：
电机，被配置为经由离合器选择性地结合到发动机；
牵引电池和辅助电池，彼此电隔离；以及
控制器，被配置为：响应于在可用的牵引电池功率低于阈值时接收到发动机启动请求，同时操作所述牵引电池和辅助电池来为所述电机供电，以启动所述发动机。
3.如权利要求2所述的用于车辆的系统，其中，所述操作包括向所述牵引电池传递辅助电池的功率。
4.如权利要求2所述的用于车辆的系统，其中，所述控制器还被配置为：进一步响应于在环境温度低于温度阈值时接收到所述发动机启动请求，同时操作所述牵引电池和辅助电池来为所述电机供电，以启动所述发动机。
5.如权利要求2所述的用于车辆的系统，其中，所述控制器还被配置为：在所述车辆运行时获取所述可用的牵引电池功率。
6.如权利要求2所述的用于车辆的系统，其中，所述控制器还被配置为：进一步响应于可用的辅助电池功率高于功率阈值，同时操作所述牵引电池和辅助电池来为所述电机供电，以启动所述发动机。
7.如权利要求6所述的用于车辆的系统，其中，所述控制器还被配置为：进一步响应于可用的辅助电池功率低于启动阈值，同时操作所述牵引电池和辅助电池来为所述电机供电，以启动所述发动机。
8.如权利要求2所述的用于车辆的系统，其中，所述控制器还被配置为：响应于可用的辅助电池功率低于功率阈值，操作所述牵引电池但不操作辅助电池来为所述电机供电，以启动所述发动机。
9.如权利要求2所述的用于车辆的系统，其中，所述控制器还被配置为：响应于可用的牵引电池功率低于阈值并且可用的辅助电池功率高于启动阈值，操作所述辅助电池来为机械地连接到所述发动机的辅助启动马达供电，以启动所述发动机。
10.一种用于车辆的方法，包括：
在接收到发动机启动请求之后，通过控制器响应于可用的牵引电池功率低于阈值而使用牵引电池和与所述牵引电池电连接且电隔离的辅助电池来开始发动机启动，否则使用所述牵引电池但不使用所述辅助电池来开始发动机启动。
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