开放模块化电气动力系和控制架构的制作方法

专利名称：开放模块化电气动力系和控制架构的制作方法
技术领域：
本公开涉及利用电能来推动的动力系。
背景技术：
本部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并可能不构成现有技木。很多种能量源能够提供功率给动カ系的扭矩产生装置。电功率可以从能量存储装置提供并且电功率可用于通过扭矩产生装置将原动或推动扭矩提供给动カ系。动カ系能够使用多于ー个的功率源。例如,混合动カ驱动动カ系能够通过ー个或多个马达使用电功率并且通过汽油或柴油内燃发动机使用石油能。已知其它能量源包括燃 料电池和生物柴油燃料或E85燃料。通过车辆的操作，例如，通过再生制动，可以回收电功率。另外，通过利用发动机直接驱动马达或驱动交流发电机，例如，作为皮带驱动装置，可以产生电功率并且能量被存储在能量存储装置中。另外，可以通过插入连接到基础设施电网而对能量存储装置充电。

发明内容
一种控制动カ系的系统，该系统包括能量管理层，该能量管理层监测多个潜在能量存储装置并且确定潜在能量存储装置的每ー个的基准可用功率。该系统还包括功率管理层，该功率管理层监测潜在能量存储装置的基准可用功率、动カ系需求的功率、和潜在能量存储装置的电功率约束，并且基于监测到的潜在能量存储装置的基准可用功率、动カ系需求的功率、和潜在能量存储装置的电功率约束来确定功率分流。该系统还包括扭矩控制层，该扭矩控制层基于所确定的功率分流来控制扭矩的产生。此外，本发明还涉及以下技术方案。I. 一种用于控制动力系的系统,所述系统包括
能量管理层，所述能量管理层
监测多个潜在的能量存储装置；以及 确定每个潜在的能量存储装置的基准可用功率；
功率管理层，所述功率管理层
监测每个潜在能量存储装置的基准可用功率、所述动カ系需求的功率、所述潜在能量存储装置的电功率约束；以及
基于所监测的每个潜在能量存储装置的基准可用功率、所述动カ系需求的功率、所述潜在能量存储装置的电功率约束来确定功率分流；以及
扭矩控制层，所述扭矩控制层基于所确定的功率分流来控制扭矩的产生。2.如技术方案I所述的系统，其中，所述多个潜在能量存储装置包括第一替代性能量存储装置和第二替代性能量存储装置。3.如技术方案2所述的系统，其中，所述第一替代性能量存储装置和所述第二替代性能量存储装置是操作员可更换的，并且根据通用协议与所述能量管理层相互作用。
4.如技术方案I所述的系统，其中，所述多个潜在能量存储装置包括主能量存储装置和模块化的辅助能量存储装置。5.如技术方案I所述的系统，其中，所述多个潜在能量存储装置包括具有第一化学成分的第一电池装置和具有第二化学成分的第二电池装置。6.如技术方案I所述的系统，其中，所述多个潜在能量存储装置包括超级电容装置。7.如技术方案I所述的系统，其中，所述多个潜在能量存储装置同时地可用于所述动カ系；并且
还包括开放能量存储模块，所述开放能量存储模块管理同时可用于所述动カ系的所述多个潜在能量存储装置。
8.如技术方案7所述的系统，其中，所述能量管理层还管理替代性能量源，并且所述系统还包括物理通信层，所述物理通信层在所述开放能量存储模块、管理所述替代性能量源的控制器、以及所述功率管理层之间通信。9.如技术方案7所述的系统，其中，所述能量管理层还包括
管理马达发电机装置的马达发电机控制器；
管理内燃发动机的机械控制器；以及 管理摩擦功率装置的摩擦控制器；并且
还包括物理通信层，所述物理通信层在所述开放能量存储模块、所述马达发电机控制器、所述机械控制器、所述摩擦控制器、和所述功率管理层之间通信。10.如技术方案7所述的系统，其中，同时地可用于所述动カ系的所述多个潜在能量存储装置电连接到高压DC总线。11.如技术方案7所述的系统，其中，所述开放能量存储模块包括
电子控制层，所述电子控制层控制DC/DC变换器，所述DC/DC变换器调节同时地可用于所述动カ系的所述多个潜在能量存储装置中的每ー个的电压和电流；以及
模块控制器単元，所述模块控制器単元对同时地可用于所述动カ系的所述多个潜在能量存储装置中的每ー个平衡电流并且执行诊断和预测。12.如技术方案I所述的系统，其中，所述功率管理层包括动カ系控制模块，所述系统还包括物理通信层，在所述物理通信层中，利用功率总线通用协议使信号流在所述动力系控制模块和所述多个潜在能量存储装置之间传递。13. 一种用于控制动力系的系统,所述系统包括
能量存储装置控制器，所述能量存储装置控制器管理多个潜在能量存储装置；
管理马达发电机装置的马达发电机控制器；
管理内燃发动机的机械控制器；以及 管理摩擦功率装置的摩擦控制器；
能量管理层，所述能量管理层
监测所述能量存储装置控制器、所述马达发电机控制器、所述机械控制器、和所述摩擦控制器；以及
确定所述能量存储装置控制器、所述马达发电机控制器、所述机械控制器、和所述摩擦控制器的每ー个的基准可用功率；功率管理层，所述功率管理层
监测所述能量存储装置控制器、所述马达发电机控制器、所述机械控制器和所述摩擦控制器中每ー个的基准可用功率、所述动カ系需求的功率、和所述能量存储装置控制器、所述马达发电机控制器、所述机械控制器和所述摩擦控制器中每ー个的电功率约束；以及基于所监测的所述能量存储装置控制器、所述马达发电机控制器、所述机械控制器和所述摩擦控制器中每ー个的基准可用功率、所述动カ系需求的功率、和所述能量存储装置控制器、所述马达发电机控制器、所述机械控制器和所述摩擦控制器中每ー个的电功率约束来确定功率分流；以及
扭矩控制层，所述扭矩控制层基于功率分流命令来控制扭矩的产生。14.如技术方案13所述的系统，其中，所述多个潜在能量存储装置包括具有第一化学成分的电池和具有第二化学成分的电池。15.如技术方案13所述的系统，其中，所述多个潜在能量存储装置包括电池和超 级电容装置。16.如技术方案13所述的系统，其中，所述马达发电机装置包括轮边马达。17.如技术方案13所述的系统，其中，所述内燃发动机包括辅助功率単元。18. 一种用于控制动力系的方法，所述方法包括
通过物理通信层连接能量存储装置控制器、马达发电机控制器、机械控制器、摩擦控制器和能量与功率管理控制器；
在所述能量存储装置控制器、所述马达发电机控制器、所述机械控制器、和所述摩擦控制器的每ー个中，产生至所述物理通信层的基准可用功率信号；
在所述能量与功率管理控制器中，基于来自所述能量存储装置控制器、所述马达发电机控制器、所述机械控制器和所述摩擦控制器的每ー个的基准可用功率信号以及所述动カ系需求的功率来确定功率分流命令；以及
使用所述功率分流命令来命令所述动カ系内的扭矩产生。19. 一种用于控制动力系的系统,所述系统包括
能量管理层，所述能量管理层包括
机械模块；
马达发电机模块；
摩擦模块；和 能量存储模块；以及
能量与功率管理控制器，所述能量及功率管理控制器
通过功率总线通用协议与所述能量管理层通信；以及 输出控制所述动カ系的操作的功率分流命令。20.如技术方案19所述的系统，其中，所述机械模块、所述马达发电机模块、所述摩擦模块和所述能量存储模块中的每ー个包括単独的控制器。


现在參考附图，通过示例描述ー个或多个实施例，其中
图I示出了根据本公开的示例性混合动カ驱动动カ系，其包括发动机、变速器、传动系、控制系统和液压控制回路；
图2显示了根据本公开的控制动カ系的示例性系统，包括监测潜在能量源的能量管理层，基于基准可用功率、功率约束和功率需求来确定功率分流命令的功率管理层，以及将功率分流命令转换为给扭矩产生装置的命令的扭矩管理层。图3示出了根据本公开的图2的系统的示例性实施例；
图4示出了根据本公开的图2的系统的另一示例性实施例；
图5示出了根据本公开的操作带有多个潜在的能量存储装置的动カ系的示例性过程；图6示出了根据本公开的基于同一化功率的控制结构，能够实现动カ系的模块化操作；以及 图7示出了根据本公开的采用扭矩产生装置的模块化操作的示例性动カ系。
具体实施例方式现在參考附图，附图中显示的内容仅用于图示某些示例性实施例，而不是为了对其限制，图I图示了包括发动机14、变速器10、传动系90、控制系统和液压控制回路的示例性混合动カ驱动动カ系。这种示例性混合动カ驱动动カ系包括可操作在功率分流模式的多个扭矩产生装置，其中，各种扭矩产生装置能够选择性地并且协作地给予动力系扭矩。变速器10包括优选由内燃发动机14驱动的具有输入速度N1的输入轴12，以及具有输出旋转速度N。的输出轴64。输出轴64的旋转速度优选利用感测系统84来监测。示例性发动机14包括多缸内燃发动机，其可选择性地操作在数个状态以通过轴12传送扭矩到变速器，并且可以是火花点火或压缩点火发动机。发动机14具有可操作地连接到变速器输入轴12的曲轴，该曲轴具有特征速度Ne。当扭矩管理装置置于发动机和变速器之间时，由速度Ne和输出扭矩Te量化的发动机的输出可以与变速器输入速度N1和发动机输入扭矩T1不同。变速器10使用三个行星齿轮组24、26和28以及四个扭矩传递装置，即离合器Cl70、C2 62、C3 73和C4 75。优选地由变速器控制模块(TCM) 17控制的电动液压控制系统42可操作以控制离合器的致动和去致动。离合器C2和C4优选地包括液压致动的旋转摩擦离合器。离合器Cl和C3优选地包括固接于变速器壳体68的液压致动的固定装置。每个离合器优选是液压致动的，利用电动液压控制回路从泵接收加压后的液压液体。称为MG-A的第一电机56和称为MG-B的第二电机72通过行星齿轮操作地连接到变速器。每个电机包括定子、转子、和解算器组件80、82。每个电机的定子固接到外变速器壳体68，并且包括定子芯，其中盘绕电气绕组从所述定子芯延伸。MG-A 56的转子被支撑在毂板齿轮上，所述毂板齿轮通过托架26可操作地附接到输出轴60。MG-B 72的转子附接到套筒轴毂66。解算器组件80、82被适当地定位和组装到MG-A 56和MG-B 72。每个解算器组件80、82包括已知的可变磁阻装置，该可变磁阻装置包括可操作地连接到每个电机的定子上的解算器定子、以及可操作地连接到每个电机的转子上的解算器转子。每个解算器80、82包括感测装置，该感测装置适于感测解算器定子相对于解算器转子的旋转位置，并且识别旋转位置。从解算器输出的信号被解读以提供MG-A 56和MG-B 72的旋转速度，称为Na和Nb。变速器输出轴64可操作地连接到车辆传动系90以便将原动输出扭矩Tq提供给车辆轮。传动系90包括具有已知的车轴比的分动箱96,该分动箱96将扭矩传递给车辆驱动轮。车辆的姆个轮(包括驱动轮和从动轮)具有轮速度感测系统94,该系统94包括ー个或多个速度感测装置，该ー个或多个速度感测装置安装在轮上并且适于測量各个轮(包括右前(RF)、右后(RR)、左前(LF)和左后(LR)轮)的旋转速度。每个轮速度感测系统94的输出由制动控制模块监測。变速器10接收来自扭矩产生装置(包括发动机14和MG-A 56和MG-B 72)的输入扭矩，分别称为Ua和TB，这些输入扭矩是从燃料或存储在电能存储装置(ESD) 74中的电势进行能量转换产生的。ESD 74经由DC传输导体27高压DC联接到变速器功率逆变器模块(TPM) 19。TPM19是控制系统的元件。TPM 19通过传输导体29传递电能至MG-A 56并从其接收电能，TPIM 19类似地通过传输导体31传递电能至MG-B 72并从其接收电能。根据ESD 74是在被充电还是在放电来向ESD 74传递电流或从其传递电流。TPM 19包括成对的功率逆变器和相应的马达控制模块，它们构造成接收马达控制命令井根据该命令控制逆变器状态，从而提供马达驱动或再生功能。优选地，MG-A 56和MG-B 72是三相AC电机，各具有转子，该转子可操作成在安装到变速器壳体的定子内旋转。逆变器包括已知的补充性的三相功率电子装置。 图I的示例性混合动カ驱动动カ系可以采用发动机14和马达56和72的各种组合来为动カ系提供扭矩。示例性的混合动カ驱动动カ系可以被描述为两模式的混合动力，其中，可以进行两种电可变档位状态(EVT1和EVT2)。EVTl和EVT2利用变速器10以及相关联的行星齿轮组24、26和/或28的操作以及相关联的离合器和马达56和72的选择性的操作来获得N1与Ntj的可变比。EVTl的实施例包括使用马达56和72中的ー个来为动カ系提供扭矩以驱动输出轴64，而发动机14可以被独立地使用来驱动另一个马达作为发电机并且将电能提供给能量存储装置74。EVTl的另ー个实施例包括使用马达56和72中的一个来为输出轴64提供输出扭矩，而发动机关闭并且不动。EVT2的实施例包括利用发动机14和马达56和72中的全部来同时地为输出轴64提供扭矩。EVT2的另ー个示例性实施例包括使用马达56和72中的一个或两个来为输出轴64提供扭矩，而发动机14关闭并且允许发动机自由旋转。在一些实施例中，发动机14可以被操作以打开所有相关联的排气阀和进气阀，以降低当发动机被关闭时与使发动机旋转相关联的泵送损失。EVT2的另ー个示例性实施例包括使用马达56和72同时地为输出轴64提供扭矩，同时主动地維持发动机速度等于零或接近零。混合动カ驱动动カ系可以采取多种实施例，可以获得多种控制策略和产生的扭矩构造，本公开不限于本文提供的示例性实施例。控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器及类似的术语意味着下列项中的ー个或多个的任意恰当的一种或各种组合专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行ー种或多种软件或固件程序的中央处理单元(优选为微处理器)和相关联的存储器和储存器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、恰当的信号调节和缓冲电路、及提供所述功能的其它适当部件。控制模块具有一组控制算法，包括存储在存储器中并被执行以提供期望功能的驻留软件程序指令和校准。算法优选地在预设循环周期期间执行。可以通过例如中央处理单元来执行算法，并且该算法可操作以监测来自传感装置和其他联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程从而控制致动器的操作。循环周期可以规则的时间间隔执行，例如在进行着的发动机和车辆操作期间每3. 125,6. 25、12. 5、25和100毫秒。可替代地，算法可以响应事件的发生而执行。
根据例如由操作员踏板位置确定的请求的输出扭矩(Ioeq)来控制构造成为输出轴提供扭矩的动カ系。动カ系的输出可以描述为功率等于输出扭矩乘以输出的速度。基于TQ—REQ，可以确定动カ系需求的功率或功率需求。混合动カ驱动动カ系能够包括多个扭矩产生装置。可以确定功率分流命令，命令来自多个扭矩产生装置中每ー个的需要的功率需求的一部分。在一个实施例中，可以监测ー些或全部扭矩产生装置的基准可用功率，并且可以基于扭矩产生装置的基准可用功率和动カ系的功率需求来确定功率分流命令。ー些扭矩产生装置可以具有多个能量源。例如，电动马达可以连接到多个能量存储装置并从多个能量存储装置接收电功率。在一个实施例中，电动马达可以连接到电功率供应总线，并且来自多个能量存储装置的功率可以单独地或协作地被供应到电动马达。系统可以监测多个能量源中的每ー个的基准可用功率，并且确定功率分流，包括从每个能量存储装置提供多少功率。诸如电池装置的能量存储装置具有其能够输送的一定量的电能。例如，具有高电 荷状态(SOC)的能量存储装置可以为动力系输送大量的电能，而具有低SOC的能量存储装置可以为动力系输送仅有限量的电能。能量存储装置的基准可用功率可以基于其能够输送的电能的量来确定。此外，能量存储装置在其每单位时间能够输送给动カ系的电功率或电能的量方面有约束。例如，能量存储装置的峰值电功率可以源自装置的物理限制。能量存储装置能够输送的电功率的限制可以被描述为电功率约束。通过监测来自每个扭矩产生装置的基准可用功率信号和/或来自每个能量存储装置能够为扭矩产生装置输送的功率，可以确定功率分流命令，以管理扭矩的产生，以满足动カ系的功率需求。图2显示了用于控制动カ系的动カ系控制器的示例性实施例，包括监测潜在能量源的能量管理层，基于基准可用功率、功率约束和功率需求来确定功率分流命令的功率管理层，以及将功率分流命令转换为给扭矩产生装置的命令的扭矩管理层。构造100包括能量管理层110、功率管理层120和扭矩管理层130。能量管理层110监测将功率提供给动カ系的可用能量源，并且将每个可用能量源的基准可用功率115输出给功率管理层120。功率管理层120监测基准可用功率115、功率输出的请求、以及对每个可用能量源的功率产生的约束，并且将功率分流命令125输出给扭矩管理层130。根据ー个实施例，功率管理层包括输出功率分流命令125的动カ系控制模块。扭矩管理层130监测功率分流命令，并且相应地确定给扭矩产生装置的命令132。扭矩管理层可以另外接收来自扭矩产生装置的反馈134。构造100采用基准可用功率115来确定用于控制动カ系的功率分流命令125。根据ー个实施例，构造100可以用作开放模块化电气动カ系控制，允许动カ系的功率源和扭矩产生装置随着配置而改变，该配置基于可用装置的基准功率可用值和基于可用的扭矩产生装置而变化。图3更详细地示出了用于控制动カ系的图2的系统的示例性实施例，其包括与模块化的电气动力系通信的物理通信层。构造200包括驾驶员界面装置210、车辆控制器220、车辆通信局域网络(CAN) 216、中央动カ系控制模块225、物理通信层227、和模块232、234、236以及238。动カ系控制模块225通过物理通信层227与摩擦模块232、机械模块234、马达发电机模块236和能量存储模块238通信。模块232、234、236和238中的每ー个监测不同类型的能量源或功率源，这些不同类型的能量源或功率源能够用于满足功率需求并且能够包括可以选择性地添加到动カ系或从动カ系移除的模块化的能量源。本领域技术人员将认识到，其它类型的能量源可以被类似地管理并且可用于满足所有的或一部分功率需求。物理通信层227可以是高速控制局域网(CAN)或类似的有利于高速通信的装置。摩擦模块232管理动力学功率或摩擦功率。摩擦模块232包括摩擦控制器240、前摩擦单元242、和后摩擦单元244。摩擦单元242和244包括能够将动力学能量转换为功率的装置，例如，包括利用轮的运动来产生电功率的再生制动单元。摩擦控制器240通过物理通信层227将摩擦単元242和244的基准可用功率提供给中央动カ系控制模块225，并且还基于来自动カ系控制模块225的功率分流命令实现对摩擦単元242和244的命令。机械模块234管理机械功率。机械模块234包括机械控制器250、前机械功率単元252、后机械功率単元254、中间或辅助功率単元(APU)机械功率単元256。机械功率単元252、254和256包括基于机械过程(诸如通过发动机内的燃烧)而产生机械或电功率的装置。机械控制器250通过物理通信层227将机械単元252、254和256的基准可用功率提供给中央动カ系控制模块225，并且还基于来自动カ系控制模块225的功率分流命令实现对机械单元252、254和256的命令。马达发电机模块236管理马达/发电机単元内的电功率。马达发电机模块236包括马达发电机、控制器260、前马达发电机单元262、后马达发电机单元264、和专用发电机单元266。马达发电机単元262和264包括能够将电功率转换为扭矩和/或将扭矩转换为电功率的装置。马达发电机单元266是例如连接到发动机并且在需求下提供电功率的专用发电机单元。马达发电机控制器260通过物理通信层227将马达发电机单元262、264和266的基准可用功率提供给中央动カ系控制模块225，并且还基于来自动カ系控制模块225的功率分流命令实现对马达发电机单元262、264和266的命令。能量存储模块238管理存储的电功率。能量存储模块238包括能量存储装置控制器270、第一能量存储装置74A、第二能量存储装置74B、和第三能量存储装置74C。能量存储装置可以包括能够存储并最终释放电能的任何装置。能量存储装置控制器270通过物理通信层227将能量存储装置74A、74B和74C的基准可用功率提供给中央动カ系控制模块225，并且还基于来自动カ系控制模块225的功率分流命令实现对能量存储装置74A、74B和74C或控制能量存储装置的充电和放电的装置的命令。模块232、234、236和238中的每ー个被示出为具有潜在的装置，其可以用于构造200，但不是必然存在。例如，机械模块234包括机械功率单元252、254和256。构造200能够以任何或全部的机械单元252、254和256来操作，但这些単元可以按照需要而模块化地添加或移除。通过使模块232、234、236和238中的每ー个配备有控制器，每个模块中的功率产生可以被单独地调节，而通过每个控制器与中央动カ系控制模块225的通信可以实现模块的模块化操作。构造200作为开放模块化的电气动力系控制器操作。模块232、234、236和238作为能量管理层，将基准可用功率提供给动カ系控制模块225。动カ系控制模块225作为功率管理层，监测每个模块的基准可用功率并且确定功率分流命令。模块232、234、236和238作为扭矩管理层，接收功率分流命令并且基于功率分流命令而输送必要的功率至一个或多个扭矩产生装置。图6示出了基于同一化功率的控制结构，能够实现动カ系的模块化操作。摩擦模块232包括摩擦控制器240、前摩擦单元242、和后摩擦单元244。机械模块234包括机械控制器250、前机械功率单元252、后机械功率单元254、和APU机械功率单元256。马达发电机模块236包括马达发电机控制器260、前马达发电机单兀262、后马达发电机单兀264、和专用发电机单元266。能量 存储模块238包括能量存储装置控制器270、第一能量存储装置74A、第二能量存储装置74B、和第三能量存储装置74C。能量和功率管理控制器230通过功率总线214与模块232、234、236和238通信。功率总线214是通用协议，基于物理通信层限定中央动カ系控制器225、动カ系控制模块240、250、260和能量存储控制器270之间的信号流。功率总线214能够实现用于模块化电气动カ系的基于功率的控制架构，并且标准化能量管理层110和功率管理层120处的动カ系控制器和能量存储控制器之间的通信。功率总线通用协议能够在物理通信层上在动カ系控制器和包括多个能量存储装置的各种能量源的控制器之间通信。基准可用能量和功率信号和功率分流命令可以通过功率总线214来传递。通过利用功率总线214同一化通信，由于可用能量和可用功率以及功率命令被提供给动カ系，可以通过同一化实现的标准化的控制来模块化地操作装置和整个模块。在一个实施例中，能量和功率管理控制器230实现为能量管理层110，控制器230以及控制器240、250、260和270实现为功率管理层120。管理多个能量存储装置的能量存储模块238能够采用的一个非限制性实施例包括开放能量存储模块。图4示出了开放能量存储模块的示例性实施例。构成300包括能量管理层112、功率管理层122和电子控制层135，其中，能量管理层112包括多个能量管理控制器310A、310B和310C，功率管理层122包括多个功率管理控制器315A、315B和315C，电子控制层135包括多个电压/电流调节器320A、320B和320C。能量管理层112和功率管理层122与能量管理层110和功率管理层120类似地操作，其中，层112和122在开放能量存储模块内局部地发挥作用。根据ー个实施例，控制器310A、310B和310C以及控制器315A、315B和315C与中央动カ系控制模块共享功率总线通信结构，电压电流调节器320A、320B和320C局部地定位在各个单独的能量存储装置中。在采用开放能量存储模块的实施例中，能量管理层和功率管理层能够在开放能量存储模块和动力系控制模块之间共享。电子控制层135集中式地控制输送到高压DC总线330的电功率，该高压DC总线330将功率输送到一个或多个扭矩产生装置。电压/电流调节器320A、320B和320C输出功率分流命令给DC/DC变换器模块340A、340B和340C，这些命令实现为分担额命令，命令来自每ー个能量存储装置74A、74B和74C的一部分的要求的功率。DC/DC变换器模块340A、340B和340C分别使用来自电压/电流调节器320A、320B和320C的分担额命令，以便分别调节流到能量存储装置74A、74B和74C的电功率以及来自能量存储装置74A、74B和74C的电功率。每个能量存储装置由模块控制器単元270A、270B和270C分别附加地控制，包括电流平衡和执行诊断和/或预测。在构成300中实现的开放能量存储模块可以用作构成200中的能量存储模块238。根据ー个实施例，能够管理多个能量存储装置(这些多个能量存储装置共同地作为功能上単独的能量源)的开放能量存储模块以及管理另一能量源(例如，通过发动机可用的机械功率)的另ー模块和控制器能够一起操作。通过物理通信层，开放能量存储模块、管理另一能量源的控制器、以及功率管理层能够如本文所公开地通信。能量管理层110监测或评估能量存储装置74并且输出用于每个能量存储装置的基准可用功率，这些基准可用功率能够潜在地用于为动力系或潜在的能量存储装置提供功率。这些潜在的能量存储装置能够是固定的装置，在动カ系的寿命内保持相对于动カ系不变。在另ー实施例中，系统能够适应性地监测可用的潜在能量存储装置、扭矩产生装置、以及其它对于系统可用的源，并且基于监测到的要素来适应性地确定功率分流命令。动カ系可以构造成可选地接受多种潜在的能量存储装置。示例性的动カ系可以原始配备有单个电池，但包括用于额外装置的电连接件，这些额外装置可以单独购买以扩展动力系的范围。例如，能够添加和使用不同化学成分的电池或电池的混合以及超级电容。另外，例如在微涡轮装置或燃料电池装置内可以添加和使用采用不同或替代性的能量源(诸如汽油、柴油、E85、CNG或LPG)的替代性的装置，产生用于动カ系的电。或者，原始电池可以被移除并且以新的能量存储装置来替代。这种添加、移除或替代能量存储装置的能力可以被称为潜在的能量存储装置的模块化操作。模块化操作允许安装例如替代性能量源的第一模块化能量存储装置和/或替代性能量源的第二模块化能量存储装置。能够通过限定通用协议来实现模块化操作，潜在的能量存储装置必须遵守该通用协议以便可以用于该动カ系。这种通用协议能够支配相符的装置如何与能量管理层、功率管理层或电子控制层相互作用。以这种方式，操作员可以基于动カ系的要求的用途或可获 得性来选择来自众多制造商的能量存储装置。在一个实施例中，操作员可以采用操作员可更换的模块化能量存储装置，其中一个单元被插上电源并充电，另ー个被用在车辆中。在另一实施例中，模块化能量存储装置可以在再充电站被交換，例如，再充电站从车辆移除耗尽的能量存储装置，代替以兼容的完全充满的能量存储装置，并且对所移除的耗尽的能量存储装置进行再充电，以用于另ー车辆。将多个能量存储装置用于动カ系可以包括基于测量的或估计的SOC和/或不同能量源的优选操作范围而并联使用两个或多个能量存储装置并且同时地可用于动カ系，不同的能量源被协作地或有选择性使用。例如，具有第一化学成分的能量存储装置和具有第二化学成分的能量存储装置可以并联使用，并可以基于每个能量存储装置在不同操作范围中的性质来最优地使用每个能量存储装置。在另ー示例中，能够储存电荷的超级电容装置可以与电池装置结合使用，并且可以基于每个装置在不同操作范围中的性质而最优地使用每个装置。在替代性实施例中，ー个能量存储装置可以被认定为是主能量存储装置，并且第二能量存储装置可以被认定为是模块化的辅助能量存储装置，例如，由操作员添加并且当主能量存储装置的SOC达到最小阈值水平时被使用。在另ー实施例中，多个能量存储装置可以ー起用在能量存储系统中，多个能量存储装置协作作为单个系统，以便为动カ系提供单个的能量源。能量存储系统可以由能量管理层作为单个系统来监测，或者各个能量存储装置可以被单独地监测。另外，本文公开的模块化电气动力系控制架构允许扭矩产生装置和动カ系的其它源的模块化操作。例如，车辆能够原始地配备为带有马达、能量存储装置和插电连接的电驱动动カ系。如果动カ系位于操作在例如山地区域的范围中的车辆中，其中，动カ系需要增加的输出扭矩，则额外的马达和能量存储装置可以添加到车辆，并且所公开的系统将监测额外的能量存储装置并且在两个马达之间发送功率分流命令。在另ー示例中，其中，一贯地需要扩展的范围，则作为APU操作的发动机可以添加到示例性电驱动动カ系。多个模块化装置可以用于所公开的系统，并且该公开不应限制于本文所提供的特定示例性实施例。图7示出了采用扭矩产生装置的模块化操作的示例性动カ系。动カ系600包括发动机610、变速器620、离合器630、传动系640、分别具有轮边马达660A和660B的轮650A和650B、马达发电机670、和所结合的起动器发电机615。动カ系600可以原始地包括扭矩产生装置610、615、660A、660B和670的多个组合的任意ー个。基于动カ系的期望操作(包括输出扭矩、范围和其它考虑)，能够基于所描述的模块化电气动カ系控制架构的使用而按照需要地添加或移除扭矩产生装置中的任ー个。图5示出了操作带有多个潜在的能量存储装置的动カ系的示例性过程。表I提供作为图5所示的过程的要点。表I
权利要求
1.一种用于控制动力系的系统，所述系统包括 能量管理层，所述能量管理层 监测多个潜在的能量存储装置；以及 确定每个潜在的能量存储装置的基准可用功率； 功率管理层，所述功率管理层 监测所述潜在能量存储装置的基准可用功率、所述动力系需求的功率、所述潜在能量存储装置的电功率约束；以及 基于所监测的所述潜在能量存储装置的基准可用功率、所述动力系需求的功率、所述潜在能量存储装置的电功率约束来确定功率分流；以及 扭矩控制层，所述扭矩控制层基于所确定的功率分流来控制扭矩的产生。
2.如权利要求I所述的系统，其中，所述多个潜在能量存储装置包括第一替代性能量存储装置和第二替代性能量存储装置。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述第一替代性能量存储装置和所述第二替代性能量存储装置是操作员可更换的，并且根据通用协议与所述能量管理层相互作用。
4.如权利要求I所述的系统，其中，所述多个潜在能量存储装置包括主能量存储装置和模块化的辅助能量存储装置。
5.如权利要求I所述的系统，其中，所述多个潜在能量存储装置包括具有第一化学成分的第一电池装置和具有第二化学成分的第二电池装置。
6.如权利要求I所述的系统，其中，所述多个潜在能量存储装置包括超级电容装置。
7.如权利要求I所述的系统，其中，所述多个潜在能量存储装置同时地可用于所述动力系；并且 还包括开放能量存储模块，所述开放能量存储模块管理同时可用于所述动力系的所述多个潜在能量存储装置。
8.一种用于控制动力系的系统，所述系统包括 能量存储装置控制器，所述能量存储装置控制器管理多个潜在能量存储装置； 管理马达发电机装置的马达发电机控制器； 管理内燃发动机的机械控制器；以及 管理摩擦功率装置的摩擦控制器； 能量管理层，所述能量管理层 监测所述能量存储装置控制器、所述马达发电机控制器、所述机械控制器、和所述摩擦控制器；以及 确定所述能量存储装置控制器、所述马达发电机控制器、所述机械控制器、和所述摩擦控制器的每一个的基准可用功率； 功率管理层，所述功率管理层监测所述能量存储装置控制器、所述马达发电机控制器、所述机械控制器和所述摩擦控制器中每一个的基准可用功率、所述动力系需求的功率、和所述能量存储装置控制器、所述马达发电机控制器、所述机械控制器和所述摩擦控制器中每一个的电功率约束；以及基于所监测的所述能量存储装置控制器、所述马达发电机控制器、所述机械控制器和所述摩擦控制器中每一个的基准可用功率、所述动力系需求的功率、和所述能量存储装置控制器、所述马达发电机控制器、所述机械控制器和所述摩擦控制器中每ー个的电功率约束来确定功率分流；以及 扭矩控制层，所述扭矩控制层基于功率分流命令来控制扭矩的产生。
9.一种用于控制动力系的方法，所述方法包括 通过物理通信层连接能量存储装置控制器、马达发电机控制器、机械控制器、摩擦控制器和能量与功率管理控制器； 在所述能量存储装置控制器、所述马达发电机控制器、所述机械控制器、和所述摩擦控制器的每ー个中，产生至所述物理通信层的基准可用功率信号； 在所述能量与功率管理控制器中，基于来自所述能量存储装置控制器、所述马达发电 机控制器、所述机械控制器和所述摩擦控制器的每ー个的基准可用功率信号以及所述动カ系需求的功率来确定功率分流命令；以及 使用所述功率分流命令来命令所述动カ系内的扭矩产生。
10.一种用于控制动力系的系统，所述系统包括 能量管理层，所述能量管理层包括 机械模块； 马达发电机模块； 摩擦模块；和 能量存储模块；以及 能量与功率管理控制器，所述能量及功率管理控制器 通过功率总线通用协议与所述能量管理层通信；以及 输出控制所述动カ系的操作的功率分流命令。
全文摘要
本发明提供一种控制动力系的系统，该系统包括能量管理层，该能量管理层监测多个潜在能量存储装置并且确定潜在能量存储装置的每一个的基准可用功率。该系统还包括功率管理层，该功率管理层监测潜在能量存储装置的基准可用功率、动力系需求的功率、和潜在能量存储装置的电功率约束，并且基于监测到的潜在能量存储装置的基准可用功率、动力系需求的功率、和潜在能量存储装置的电功率约束来确定功率分流。该系统还包括扭矩控制层，该扭矩控制层基于所确定的功率分流来控制扭矩的产生。
文档编号B60W20/00GK102729990SQ20121009695
公开日2012年10月17日 申请日期2012年4月5日 优先权日2011年4月6日
发明者H.杨, N.K.巴克诺尔 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司