专利名称：用于混合动力车的变压控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于混合动力车的变压控制系统和方法，其可改善燃油效率。
背景技术：
总的来说，如图1所示，混合动力电动车(HEV)包括发动机、直接连接到发动机而 作为车辆的主驱动源的电动机、动力传动系的离合器和变速器、驱动发动机和电动机等的 逆变器、DC/DC转换器、以及高电压电池。它还进一步包括混合动力控制器、电动机控制器、 电池控制器、用于发动机控制的E⑶、以及用于变速器控制的TCU，它们彼此之间通过CAN通 讯进行连接。混合动力控制器是较高级别的控制器，当其与一个或多个较低级别的控制器直接 或间接通讯时，其通常控制混合动力车中的所有操作。例如，在以预定的方式与电动机控制 器进行通讯时，它可以控制电动机的扭矩、速度以及动力产生扭矩的量。在以预定的方式与 E⑶进行通讯时，它还可以执行延迟控制并检测与发动机起动相关的故障。此外，混合动力控制器可检测电池的温度、电压、电流和SOC (荷电状态)，在与电 池控制器通讯时，根据SOC来控制电动机的扭矩和速度，以及在与TCU通讯时，维持驾驶员 所期望的速度。此外，混合动力控制器可对DC/DC转换器的输出电压进行控制，以便根据车辆状 况有效地分配能量，同时监控驾驶员的需求信息(加速、制动)和控制器(MCU、BMS、E⑶、 TCU)的当前状况，从而使得DC/DC转换器可供应与车辆的电子装置负载(electric device load)相对应的电力并有效地对12V电池进行充电。高电压电池能够提供电力来驱动电动机和DC/DC转换器，并且电池控制器在监控 高电压电池的电压、电流、温度的同时，可对高电压电池的充电量进行调整。在DC/DC转换器的控制方面，ECU和TCU可接收加速踏板踏下的量和制动信号，并 向混合动力控制器提供信息以确定车辆的充电能量。采用上述配置，燃油效率能够增加，且排放性能能够得到改善。另一方面，混合动力车通常配有用于给电池充电的交流发电机。在现有技术中典 型的交流发电机起到根据周围温度和RPM来设定和输出参考电压的作用，以便维持高的、 恒定的电压来防止副电池的放电。当预定时间段内发生电压下降时，交流发电机通过增加 RPM来控制增大参考电压。此外，它通过产生与高的电子装置负载相应的特定信号来控制增 大RPM或发动机扭矩。在配备有这样的交流发电机的混合动力车中，由于在进入怠速停止的时间内只有 副电池来应付电子装置负载，所以在前灯或者雨刷器使用时，可能发生错误或故障。此外，交流发电机的效率在高RPM区域可能降低。另外，在加速过程中，燃油效率受到交流发电机 的负载的不利影响。此外，为了变压控制，还需要电池温度传感器和用于监控电压的装置， 这需要额外的费用。在此背景技术部分公开的信息只是为了加强对本发明的一般背景技术的了解，不 应该被认为是承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员公知的现有技术。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于混合动力车的变压控制系统和方法，其能控制 供应给车辆的电子装置的电压，同时防止副电池的放电，从而优化燃油效率。本发明一方面提供了一种用于混合动力车的变压控制系统。该系统包含主电池、 副电池、低电压DC/DC转换器(LDC)和电力控制器。主电池可存储被供给到车辆的电动机 的高电压电力。副电池可存储被供给到车辆的电子装置的低电压电力。LDC可将主电池的 高电压电力转换成供给到电子装置的低电压电力。电力控制器可控制主电池、LDC和副电 池。特别地，电力控制器可根据车辆的怠速停止状态、恒速行驶状态、加速状态和减速状态， 采用低电压、比低电压高的参考电压和比参考电压高的高电压来执行变压控制。本发明另一方面能够提供一种用于混合动力车的变压控制方法。在下文中将讨论本发明上述和其他特征。应该理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他相似术语包括通常意义 上的机动车辆，例如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的乘 用汽车，包括多种船和舰在内的船只、飞机等等，并且包括混合动力车、电动车辆、插入式 (plug-in)混合动力电动车、氢动力车辆以及其他替代燃料车辆(例如，从除石油之外的能 源中获取的燃料)。如本文所述，混合动力车是指具有两种或更多种动力源的车辆，例如，同 时具有汽油动力和电动力的车辆。
图1是通常的混合动力车的系统配置图。图2示出根据本发明的变压控制系统运行的例子。图3A示出当车辆处于怠速停止状态时，在低电压控制过程中，电子装置负载的能 量流以及车辆能量流。图3B示出当车辆处于怠速停止状态时，在参考电压控制过程中，电子装置负载的 能量流以及车辆能量流。图4A示出当车辆处于恒速行驶状态时，在低电压控制过程中，电子装置负载的能 量流以及车辆能量流。图4B示出当车辆处于恒速行驶状态时，在参考电压控制过程中，电子装置负载的 能量流以及车辆能量流。图5示出当车辆处于加速状态时，电子装置负载的能量流及车辆能量流。图6示出当车辆处于减速状态时，电子装置负载的能量流以及车辆能量流。图7A和7B是示出根据本发明实施方式的变压控制方法的框图。
具体实施例方式现在将详细参照本发明的各种实施方式，其实施例在附图中示出且在下面描述。 尽管本发明将结合代表性的实施方式进行描述，应该理解到这些描述并非要将本发明局限 于那些代表性的实施方式。相反，本发明不仅要涵盖该代表性的实施方式，还要涵盖各种替 换、变型、等价形式以及其他实施方式，它们可包括在所附权利要求所限定的发明的精神和 范围内。参看图2-7B，描述了根据本发明实施方式的用于混合动力车的变压控制系统和方 法。该方法和系统根据车辆的行驶状况对供给到车辆电子装置的电压进行控制。如图2所示，混合动力车的行驶状况可以划分为怠速/停止状态、加速状态、恒速 状态以及减速状态。怠速/停止状态指的是车辆停止且发动机也停止的状态。加速状态指 的是车辆速度增加的状态。恒速状态指的是车辆速度恒定不变的状态。减速状态指的是车 辆速度降低的状态。在与图2中的部分200对应的停止状态(怠速/停止状态)中，发动机不运行且 交流发电机也不运行。因此，由于用来操作前灯、车窗雨刷器及车辆其它电子装置的电力不 足，会发生错误或故障。根据本发明，在怠速/停止状态，进行控制使得主电池通过低电压DC/DC转换器 (LDC)向电子装置供给电力。为了防止车辆副电池的放电，在低电压下执行如下控制，其不 允许副电池放电。低电压可以是，例如12. 8V，但是本发明并不局限于此。在本发明中，该控 制在低电压和比低电压高的参考电压下交替执行。参考电压可以是，例如13. 9V，但是本发 明并不局限于此。由于即使在怠速/停止时电力也被控制从主电池供给，因此副电池不会 放电。此外，与只在参考电压下输出的相关技术相比，通过交替低电压和参考电压，能够改 善能量效率和燃油效率。另外，与输出恒定电压的相关技术相比，通过交替电压，充电效率 增加。在与图2中的部分205对应的加速状态中，执行LDC电力产生控制。当产生车 辆负载时，LDC电力产生(power generation)计算作为LDC的电力消耗量的产生负载 (generated load)，并利用与发动机相连的电动机产生电力。产生的能量不用于对主电池 进行充电，而是直接通过LDC供给到电子装置负载。由于省略了对主电池进行充电的过程， 能量损失有可能降低。LDC电力产生控制也可用于平衡主电池的S0C，并且当SOC高时，LDC 电力产生控制被关闭，且电子装置负载的电力损失只由主电池的能量来处理。同时，当使用LDC电力产生控制时，电力由电动机产生，因此燃油效率可能不是最 大的。根据本发明，通过关闭LDC电力产生控制可以消除在加速状态中能够降低燃油效率 的因素，且所需的电力通过主电池的能量获得。此外，主电池的能量利用通过在低电压(例 如，12.8V)下执行控制而最大程度地降低。然而，在大电子装置负载(例如，超过300W)的 情况中，只在低电压下执行控制是不够的。结果，如图2所示，当电子装置负载较低时，通 过主电池的能量在低电压(例如，12.8V)下执行控制，当电子装置负载增加时，在参考电压 (例如，13. 9V)下执行该控制。在与图2中的部分210对应的恒速状态中，在第一预定时间内在低电压下执行控 制以及在与第一预定时间可以相同或不同的第二预定时间内在参考电压下执行控制，使得 与只在参考电压下执行控制的车辆相比燃油效率有所改善。根据本发明，通过监控车辆的电子装置负载有可能产生和使用期望量的电力。有许多种监控电子装置负载的方法。例如， 当电子装置负载产生时，能够通过切断主电池的输出及测量供应到电子装置负载的电力来 监控电子装置负载。在与图2中的部分215相应的减速状态中，电力通过利用电动机使制动力回收而 产生。根据本发明，主电池和副电池都通过产生的电力进行充电，来自主电池和副电池的电 力被供给到电子装置负载。由此，执行高电压控制(例如，14. IV)。另一方面，有可能检查副电池的状况，为此，通过接收具有大电子装置负载的车辆 部件的信号，从事先计算出的电力消耗量的值来计算车辆的电力消耗量。同时，通过将其与 靠监控LDC目前的电力消耗量而获得的值进行比较，有可能检查副电池的状况。图2中的怠速/停止状态(220)与图2中的停止状态(200)相同，并且如果电池 需要充电，它能包含高电压控制(14. IV)。下面将参看图3-6对变压控制系统和方法进行更详细地描述。参看图3A和3B，在怠速/停止状态，由于发动机停止，不执行充电。因此，仅来自 副电池的能量不足以应付电子装置负载。根据本发明，为了补偿能量不足，主电池(高电压 电池)也通过LDC向电子装置负载提供能量。在这个操作中，在低电压下执行控制，其中副 电池不放电。通常，低电压可以是，例如12. 8V，但是本发明并不局限于此。如上面所讨论， 在低电压和比低电压高的参考电压，例如13. 9V，交替执行控制。在低电压控制过程中，副电 池和主电池都向车辆的电子装置负载供应能量。在参考电压控制过程中，通过主电池和副 电池向车辆的电子装置负载供应能量，且主电池(高电压电池)可被用于当副电池的剩余 电量很少时进行充电。可以以各种方式执行交替的电压控制。例如，可以通过靠DC/DC转 换器调整输出电压来执行低电压和参考电压的交替。又例如，其可以通过形成副电池的输 入/输出端的开关或回路来执行。优选地，可以通过独立的控制器来执行控制。还优选地， 其可以由BMS、E⑶或其他现有的控制器来执行。参看图4A和4B，在恒速行驶状态，低电压和参考电压被交替控制。在恒速行驶状 态可对主电池进行充电。因此，产生的用于对主电池充电的能量可以被直接供给到电子装 置负载。由此，由于省略了充电和放电过程，能够提高能量效率。如图4A中的低电压控制(12. 8V)图所示，当在恒速行驶状态下执行低电压控制 时，供给到电子装置负载的能量可以是由电动机产生的副电池的能量。此外，可以由高电压 电池供应能量。另一方面，如图4B中的参考电压控制(13.9V)图所示，当执行参考电压控制时，由 电动机产生的能量被供给到电子装置负载。在这个操作中，当剩余电量充足时，也可以对副 电池进行充电，或者能量可以从主电池或副电池供给到电子装置负载。参看图5，在加速状态，主电池的电力被用于对电动机加速。因此，为了尽可能多地 降低电力消耗，向车辆的电子装置负载供给低电压。即，主电池和副电池的能量以低电压供 给到电子装置负载。在如上所述的低电压控制中，通过降低主电池能量的使用能够降低整 个能量消耗。然而，当车辆的电子装置负载很大时(例如，300W或更高)，维持参考电压。参看图6，在减速状态，通过回收制动力在电动机中产生电力，通过其对主电池进 行充电。同时，产生的能量用于对主电池和副电池进行充电，且提供与车辆的电子装置负载 相应的能量。在这个操作中，通过高电压控制(例如14. IV)以高效率对副电池进行充电。
为了向车辆的电子装置供应电力，可以使用主电池或副电池的电力；直接使用 由电动机产生的电力，而不使用主电池或副电池；或者依据主电池的充电状况，直接使用在 回收制动力中产生的用来对主电池进行充电的电力。同时，当车辆的空调开启时，当档位处 于P档或N档时在参考电压下执行控制，并且当档位处于其他档时，当吹风量最大时在低电 压下执行控制，并且当吹风量并非最大时在低电压和参考电压下交替执行控制。因此，在整 个控制中，有可能适当地分配由低电压控制和参考电压控制所占据的部分的比例。此外，当至少打开一个前灯时，在参考电压下执行控制，以防止由于电压变化引起 的灯光亮度的变化。然而，当由电压变化引起的灯光亮度变化很小时，在某些情况也可以包 括低电压或高电压。此外，在操作至少一个窗户雨刷器的情况中，在参考电压下执行控制，以防止由于 电压变化引起的雨刷器运行的变化。然而，同前灯的情况相似，在某些情况可以包括低电压 或高电压。参照图7A和7B对根据本发明实施方式的变压控制方法进行描述。确定车辆是否处于怠速/停止状态(708)。如果确定车辆处于怠速/停止状态，那 么在低电压和参考电压下交替执行控制(710)。当确定车辆并非处于怠速/停止状态且车辆的空调关闭时，在参考电压下执行控 制(714)。另一方面，当车辆并非处于怠速/停止状态且空调开启时，确定车辆的档位状态 (716)。当确定档位处于P档或N档时，在参考电压下执行控制(718)。当处于行驶档位，例 如D档、R档及L档，且空调的吹风量最大时，在降低发动机负载的同时在低电压下执行控 制(722)。同时，当空调的吹风量并非最大时，在低电压和参考电压下交替执行控制，以提高 能量使用的效率(724)。确定车辆是否处于预定速度(例如10KPH)或更低(706)。当车辆处于预定速度或 更低(706)且加速踏板(accel)位置传感器(APS)、制动器、及怠速/停止关闭(726)时，确 定档位状态(754)。当档位处于P档或N档时，在参考电压下执行控制(756)。当处于行驶 档位，例如D档、R档及L档，且空调打开(758)并且吹风量最大(762)时，在低电压下执行 控制以降低发动机的负载(764)。如果即使空调打开，但吹风量并非最大，在低电压和参考 电压下交替执行控制(766)。同时，当空调关闭时，在参考电压下执行控制(760)。确定车辆是否处于恒速行驶状态(748)。当车辆处于恒速行驶状态且当车辆速度 变化率是参考值或更低，传动比是参考值或更低，车辆速度处于预定范围内，APS打开，且制 动关闭时，在低电压和参考电压下交替执行控制(752)。另一方面，如果制动打开，APS打开，或者车辆速度比预定值(例如10KPH)大 (725)，且当怠速/停止关(728)时，确定档位是否处于R档或L档(730)。如果确定档位 处于R档或L档，在参考电压下执行控制(732)。当档位处于其他档位时，确定电子装置负 载是否低于预定水平(例如300W) (734)。如果确定电子装置负载比预定水平低，则确定是 否是减速状况(736)。如果确定制动打开或APS关闭，则在参考电压下执行控制(732)，并 且如果确定APS打开且制动关闭，则在低电压下执行控制(738)。另一方面，如果确定电子 装置负载比预定水平高，则确定是否是减速状况(740)。当确定制动打开或确定制动关闭 且APS关闭时，在高电压下执行控制(742)。当确定制动关闭且APS打开(744)，并且确定 车辆不处于恒速行驶状态(748)时，在参考电压下执行控制(750)。
根据本发明的系统和方法能够提供各种优点。例如，通过改变电压同时防止副电 池放电能够改善燃油效率，并且获得在车辆驱动状态的各种阶段中变化的控制。此外，由于 在怠速/停止由副电池和主电池一起来应付电子装置负载，能够减少错误。本发明的具体代表性实施方式的上述描述是出于解释和说明的目的。他们并不是 要穷尽，或者要将本发明局限于所公开的精确形式，且很显然在上述教导的启示下可能有 许多修改和变型。选择和描述代表性实施方式是为了揭示本发明的某些原理及它们的实际 应用，从而使本领域技术人员能够获得和利用本发明的各种代表性实施方式、以及他们的 各种替换和修改。本发明的范围要由本申请所附的权利要求及其等价形式来限定。
权利要求
一种用于混合动力车的变压控制系统，所述系统包括用于存储供应给车辆电动机的高电压电力的主电池；用于存储供应给车辆电子装置的低电压电力的副电池；用于将所述主电池的高电压电力转换成供应给所述电子装置的低电压电力的低电压DC/DC转换器(LDC)；以及用于控制所述主电池、所述LDC和所述副电池的电力控制器，其中所述电力控制器根据车辆的怠速停止状态、恒速行驶状态、加速状态和减速状态，利用低电压、比所述低电压高的参考电压和比所述参考电压高的高电压来执行变压控制。
2.如权利要求1所述的系统，其中由所述电力控制器如下执行控制 当车辆处于所述怠速停止状态时，在所述低电压和所述参考电压下交替执行； 当车辆处于所述恒速行驶状态时，在所述低电压和所述参考电压下交替执行；当车辆处于所述加速状态时，交替控制的控制时间在所述低电压和所述参考电压下变 化，如果所述电子装置所需的电力不高于预定值则变化为所述低电压，如果所述电子装置 所需的电力高于所述预定值则变化为所述参考电压；并且 当车辆处于所述减速状态时，在所述高电压下执行。
3.如权利要求1所述的系统，其中当车辆的空调打开时，由所述电力控制器如下执行 控制当档位处于P档或N档时，在所述参考电压下执行；当档位处于其他档位且吹风量最大时，在所述低电压下执行；并且当档位处于其他档位且吹风量不是最大时，在所述低电压和所述参考电压下交替执行。
4.如权利要求1所述的系统，其中当车辆的至少一个前灯打开或车辆的至少一个雨刷 器工作时，由所述电力控制器在所述参考电压下执行控制。
5.如权利要求1所述的系统，其中，执行所述电力控制器的控制，使得依据所述主电池 的充电状态，来自于所述主电池或所述副电池的电力能够被供应到所述电子装置，在不使 用来自于所述主电池或所述副电池的电力的情况下，由所述电动机产生的电力能够被供应 到所述电子装置，或者用于对所述主电池充电的电力能够被供应到所述电子装置。
全文摘要
本发明提供一种对供给到混合动力车中的电子装置的电压进行控制的系统，其包括用于存储供应给车辆电动机的电力的主电池；用于存储供应给车辆电子装置的电力的副电池；用于将主电池的高电压转换成低电压并向副电池和电子装置供应低电压的低电压DC/DC转换器(LDC)；以及用于控制主电池、LDC和副电池的电力的电力控制器。电力控制器根据车辆的怠速停止状态、恒速行驶状态、加速状态和减速状态，用低电压、比低电压高的参考电压和比参考电压高的高电压来控制供给到电子装置的电压。
文档编号B60W10/30GK101987623SQ200910258418
公开日2011年3月23日 申请日期2009年11月30日 优先权日2009年7月30日
发明者崔溶珏, 崔锦林, 金成泰 申请人:起亚自动车株式会社;现代自动车株式会社