用于管理插入式混合动力车辆中的充电耗减的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于管理插入式混合动力车辆中的充电耗减的方法和设备。插入式混合动力车辆包括混合动力机构系统和能量存储装置。一种用于操作混合动力机构系统的方法包括最初在充电耗减模式中操作混合动力机构系统用以降低能量存储装置的充电状态(SOC)。在出行期间在达到与触发在充电维持模式中的操作相关联的最小SOC之前，响应于操作者请求，所述混合动力机构系统在机会充电模式中操作，用以对能量存储装置见机地充电，用以增加能量存储装置的SOC。
【专利说明】用于管理插入式混合动力车辆中的充电耗减的方法和设备
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于插入式混合动力车辆的控制系统。
【背景技术】
[0002]在该部分中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息。因此，这种陈述并不旨在构成对现有技术的承认。
[0003]用于车辆的动力机构构造包括混合动力机构系统，其采用包括内燃发动机和非燃烧扭矩机的多个扭矩生成装置，其直接地或经由变速器装置将机械扭矩传送至传动系以用作牵引扭矩。公知的内燃发动机也可生成扭矩，其可以被传送至扭矩机用以生成可作为势能存储在机载存储装置中的动力。机载存储装置可在车辆静止例如停驻时的时段中被联接至远程电源用于充电。构造有可联接至远程电源的机载存储装置的车辆通常被称为插入式混合动力车。
[0004]公知的内燃发动机包括多气缸热发动机，其将存储的燃料通过燃烧过程转化成机械动力。公知的非燃烧扭矩机包括多相电动机，其将电动力转变成机械动力。电能量存储装置例如电池存储直流电动力，其可使用逆变器装置被传输和转化成交流电动力，用以操作多相电机来生成机械动力来完成工作。与能量存储装置相关联的参数包括充电状态(SOC)和电池效率。
[0005]混合动力机构系统可在充电维持模式和充电耗减模式中操作。在出行期间，在充电维持模式中操作的混合动力机构系统响应于操作者扭矩请求生成从发动机和电机至车辆传动系的机械动力，同时将能量存储装置的SOC维持在预定窗口内，例如50%?60%的SOC内。因此，在每次出行期间，来自发动机和电机的动力输出被控制为响应于操作者扭矩请求，并对能量存储装置见机地(opportunistically)充电和放电。
[0006]在出行期间，在充电耗减模式中操作的混合动力机构系统响应于操作者扭矩请求生成从发动机和电机至车辆传动系的机械动力，并且同时将能量存储装置的SOC从初始SOC耗减至预定的最小S0C。当SOC在出行期间降低至预定的最小SOC时，混合动力机构系统开始在充电维持模式中进行操作，包括用以将SOC维持在最小SOC处或附近的操作。因此，在每次出行期间，来自发动机和电机的动力输出被控制为响应于操作者扭矩请求，同时对能量存储装置放电。作为插入式混合动力系统进行操作并在充电耗减模式中采用的混合动力机构系统优选在车辆不使用可获得的电动力例如来自电动力网的电动力进行操作时的时段中对能量存储装置充电。
【发明内容】
[0007]插入式混合动力车辆包括混合动力机构系统和能量存储装置。一种用于操作混合动力机构系统的方法包括最初在充电耗减模式中操作混合动力机构系统用以降低能量存储装置的充电状态(SOC)。在出行期间在达到与触发在充电维持模式中的操作相关联的最小SOC之前，响应于操作者请求，所述混合动力机构系统在机会充电模式中操作，用以对能量存储装置见机地充电，用以增加能量存储装置的SOC。
[0008]本发明还涉及以下技术方案:
1.一种用于操作插入式混合动力车辆中的混合动力机构系统的方法，包括:
最初在充电耗减模式中操作所述混合动力机构系统，用以降低能量存储装置的充电状态(SOC)；以及
在出行期间在达到与触发在充电维持模式中的操作相关联的最小SOC之前，响应于操作者请求，在机会充电模式中操作所述混合动力机构系统，用以对所述能量存储装置见机地充电，用以增加所述能量存储装置的S0C。
[0009]2.如技术方案I所述的方法，进一步包括:响应于所述操作者请求操作所述混合动力机构系统用以将所述能量存储装置的SOC维持在大于所述最小SOC的操作者所选的SOC水平处。
[0010]3.如技术方案2所述的方法，其中，响应于所述操作者请求操作所述混合动力机构系统用以将所述能量存储装置的SOC维持在大于所述最小SOC的操作者所选的SOC水平处包括在部分电动式电动车辆(EV)模式中操作所述混合动力机构系统。
[0011]4.如技术方案I所述的方法，其中，在机会充电模式中操作所述混合动力机构系统包括只在SOC小于最大阈值时操作所述混合动力机构系统用以对所述能量存储装置充电。
[0012]5.如技术方案4所述的方法，进一步包括:继在机会充电模式中操作所述混合动力机构之后，当SOC达到所述最大阈值时，在充电维持模式中操作所述混合动力机构系统。
[0013]6.如技术方案I所述的方法，其中，在机会充电模式中操作所述混合动力机构系统包括操作内燃发动机用以生成扭矩来对所述能量存储装置充电。
[0014]7.如技术方案I所述的方法，其中，在机会充电模式中操作所述混合动力机构系统包括只在没有诊断故障存在时操作所述混合动力机构系统用以对所述能量存储装置充电。
[0015]8.如技术方案I所述的方法，其中，在机会充电模式中操作所述混合动力机构系统包括只在车辆速度处于许容窗口内时操作所述混合动力机构系统用以对所述能量存储装置充电。
[0016]9.如技术方案I所述的方法，其中，在机会充电模式中操作所述混合动力机构系统包括只在输出扭矩请求处于许容窗口内时操作所述混合动力机构系统用以对所述能量存储装置充电。
[0017]10.如技术方案I所述的方法，其中，在机会充电模式中操作所述混合动力机构系统包括只在所述内燃发动机不在催化剂起燃模式中操作时操作所述混合动力机构系统用以对所述能量存储装置充电。
[0018]11.如技术方案I所述的方法，其中，在充电耗减模式中操作所述混合动力机构系统包括在全电动式电动车辆模式中操作所述混合动力机构系统。
[0019]12.如技术方案I所述的方法，其中，在充电耗减模式中操作所述混合动力机构系统包括在全电动式电动车辆模式和部分电动式电动车辆模式之一中操作所述动力机构系统。
[0020]13.如技术方案I所述的方法，进一步包括:继在机会充电模式中操作所述混合动力机构系统之后，响应于第二操作者请求，在充电耗减模式中操作所述混合动力机构系统。
[0021]14.一种用于操作插入式混合动力车辆用以生成牵引扭矩的方法，包括:
响应于操作者命令，中断在充电耗减模式中的操作，并操作发动机用以将能量存储装置的SOC维持成大于操作者所选的水平，并用以实现所述能量存储装置的机会充电，其中采用发动机来实现所述能量存储装置的机会充电只出现在发动机在峰值发动机操作效率处或附近进行操作时。
[0022]15.如技术方案14所述的方法，进一步包括:
继操作所述混合动力机构系统用以对所述能量存储装置见机地充电之后，响应于第二操作者请求，在充电耗减模式中进行操作。
[0023]16.如技术方案14所述的方法，进一步包括:当所述能量存储装置的SOC达到最大SOC阈值时，中断操作所述发动机来实现所述能量存储装置的机会充电。
[0024]17.如技术方案16所述的方法，进一步包括:继操作所述发动机用以实现机会充电之后，当SOC达到最大阈值时，在充电维持模式中进行操作。
[0025]18.如技术方案14所述的方法，其中，只在所述发动机在峰值发动机操作效率处或附近进行操作时以及在没有诊断故障存在时实现操作发动机用以实现所述能量存储装置的机会充电。
[0026]19.如技术方案14所述的方法，其中，只在所述发动机在峰值发动机操作效率处或附近进行操作时、在没有诊断故障存在时以及在所述发动机不在催化剂起燃模式中进行操作时实现操作发动机用以实现所述能量存储装置的机会充电。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]现在将参考附图通过示例方式来描述一个或多个实施例，附图中:
图1示出了依据本公开的插入式混合动力车辆(PHV)，其包括被联接至传动系并由控制系统控制的混合动力机构系统的实施例；
图2示出了依据本公开的用于控制PHV的操作的充电管理控制方案；
图3示出了依据本公开的用于允许H0LD+S0C策略的过程，其包括确定用以采用H0LD+S0C策略包括机会充电来增加SOC的条件是否被满足；并且
图4示出了依据本公开的依据图2和3的充电管理控制方案进行操作的PHV的多个电池放电曲线。
【具体实施方式】
[0028]现在参考附图，其中图示只是为了示出某些示例性实施例的目的而不是为了限制它们的目的，图1示意性地示出了插入式混合动力车辆(PHV) 5，其包括联接至传动系60并受控于控制系统10的混合动力机构系统20。本文中描述的PHV 5被构造为混合动力电动车辆，其采用内燃发动机(发动机)40以及分别的第一和第二电动供能的扭矩机35和36。本文中描述的PHV 5被提供来示出本公开的构思，其适用于被构造为具有可远程充电非燃烧车辆载置能量存储系统25的其它混合动力电动动力机构构造和其它混合动力系统，包括例如采用内燃发动机和气动供能扭矩机的混合动力气动车辆，以及采用内燃发动机和液压供能扭矩机的混合动力液压车辆。整个描述中相似的附图标记指代相似的元件。PHV 5可以被构造成用以在电动车辆(EV)模式和混合动力车辆(HV)模式中的一个中操作。在EV模式中操作PHV 5包括从由电动力驱动的扭矩机35、36中的一个或多个来生成所有牵引扭矩。在全电动EV模式中，电动力起源于能量存储系统25，例如车辆载置电能量存储系统25，并且发动机40处于停机状态。在部分电动EV模式中，电动力起源于车辆载置能量存储系统25以及来自发电机装置的电动力，所述发电机装置为例如机械地联接至发动机40并由发动机40驱动的第一和第二扭矩机35、36中的一个。在部分电动EV模式中的操作期间，发动机操作可以起动和停止。在HV模式中操作PHV 5包括从发动机40生成牵引扭矩的至少一部分。牵引扭矩的一部分可以由第一和第二扭矩机35、36中的一个生成。HV模式可以包括一个或多个操作状态，其中所有牵引扭矩由发动机40生成。
[0029]混合动力机构系统20采用通信路径55、机械动力路径57、和高电压电动力路径59。机械动力路径57机械地联接生成、使用和/或传输扭矩的元件，包括发动机40、第一和第二扭矩机35、36、混合动力变速器50和传动系60。高电压电动力路径59电连接生成、使用和/或传输高电压电动力的元件，包括能量存储系统25、逆变器模块30以及第一和第二扭矩机35、36。高电压电动力路径59包括高电压总线29。通信路径55包括高速数据传输线来实现PHV 5的各种元件之间的通信，并且可以包括直接连接、局部区域网络总线和串行外围接口总线中的一个或多个，并且包括高速通信总线18。
[0030]能量存储系统25可以是任何适当的能量存储系统。一个示例性能量存储系统25是从多个锂离子单元制造的高电压电池。应该理解的是:能量存储系统25可以包括多个电池单元、超级电容器和被构造成用以在车辆上存储电能量的其它适当装置。
[0031]发动机40优选是多气缸直接燃料喷射内燃发动机，其通过燃烧过程来将燃料转化成机械动力。发动机40配备有多个传感装置和致动器，其被构造成用以监测操作并输送燃料来形成燃烧充气来生成扭矩。在一个实施例中，发动机40被构造成用以作为火花点火发动机操作，其中燃烧和相关联发动机扭矩的正时(timing)通过提前或延迟火花点火正时来控制。在一个实施例中，发动机40被构造为火花点火直接喷射(SIDI)发动机，其在火花点火燃烧模式或受控自动点火(HCCI)燃烧模式中操作。替代地，发动机40被构造成用以作为压缩点火发动机操作，其中燃烧和相关联发动机扭矩的正时通过提前或延迟燃料喷射事件的正时来控制。发动机40被构造成用以在车辆系统5的正进行的操作期间执行自动起动和自动停止控制方案和燃料切断(FCO)控制方案。发动机40被认为在它不被供给燃料并且不回转时处于停机状态。发动机40被认为在它正在回转但是未被供给燃料时处于FCO状态。
[0032]第一和第二扭矩机35、36优选包括被电连接至逆变器模块30的多相电动机/发电机，其被构造成用以将存储的电能量转化成机械动力以及将机械动力转化成可以被存储在能量存储系统25中的电能量。第一和第二扭矩机35、36在呈最小和最大扭矩以及旋转速度形式的动力输出上具有极限。
[0033]逆变器模块30包括分别电连接至第一和第二扭矩机35、36的第一和第二逆变器32和33。第一和第二扭矩机35、36与相应的第一和第二逆变器32和33相互作用，来将存储的电能量转化成机械动力以及将机械动力转化成可以被存储在能量存储系统25中的电能量。第一和第二电动力逆变器32和33被操作用以将高电压直流电动力转变成高电压交流电动力，并且还被操作用以将高电压交流电动力转变成高电压直流电动力。起源于第一扭矩机35中的电动力可以经由逆变器模块30和高电压总线29被电传输至能量存储系统25，并经由逆变器模块30被电传输至第二扭矩机36。起源于第二扭矩机36中的电动力可以经由逆变器模块30和高电压总线29被电传输至能量存储系统25，并经由逆变器模块30和高电压总线29被电传输至第一扭矩机35。
[0034]混合动力变速器50优选包括一个或多个差动齿轮组和可控制离合器部件，来在发动机40、第一和第二扭矩机35、36、以及联接至传动系60的输出构件62间在一定范围的速度内实现扭矩传输。在一个实施例中，混合动力变速器50是双模式变速器装置，其可被构造成用以在输入分配(input-split)模式和复合分配(compound-split)模式中的一个中传输扭矩。起源于发动机40中的机械动力可以经由输入构件42被传输至第一扭矩机35，并经由混合动力变速器50被传输至输出构件62。起源于第一扭矩机35中的机械动力可以经由混合动力变速器50和输入构件42被传输至发动机40，并且可以经由混合动力变速器50被传输至输出构件62。起源于第二扭矩机36中的机械动力可以经由混合动力变速器50被传输至输出构件62。机械动力可以经由输出构件62在混合动力变速器50与传动系60之间被传输。与机械动力传输相关联的操作参数包括在发动机40与混合动力变速器50之间由输入扭矩Ti和输入速度Ni指示的动力，以及在混合动力变速器50与传动系60之间由牵引扭矩To和输出速度No指示的动力。传动系60可以包括械地联接至轮轴64或半轴的差动齿轮装置65，所述轮轴64或半轴在一个实施例中机械地联接至接地轮子66。差动齿轮装置65被联接至混合动力机构系统20的输出构件62，并在其间传输输出动力。传动系60在混合动力变速器50与路面之间传输牵引动力。
[0035]当能量存储系统25是高电压电池时，它存电势能并经由高电压总线29电连接至逆变器模块30，所述逆变器模块30连接至第一和第二扭矩机35、36用以在其间传输电动力。外部连接器26电连接至高电压电池25，并且可连接至外部交流电源，用以提供电动力来在车辆静态时段期间对高电压电池25充电。
[0036]与能量存储系统25相关联的参数包括充电状态(SOC)、温度、可获得电压和可获得电池动力，它们优选由控制系统10监测。可获得电池动力由电池动力极限表示,其包括在最小和最大许容电池动力之间的许容范围，如由最小SOC和最大SOC表示出的。应该理解的是:电池动力根据可以被定期监测的参数来被测量，例如SOC或另一适当的参数。许容电池动力极限优选被建立在阈值水平处，用以防止能量存储系统25的过充(overcharging)或过放(overdischarging),其可能导致降低能量存储系统25的使用寿命的损坏。
[0037]PHV 5可以采用电动力管理系统，其包括充电耗减模式和充电维持模式。术语“充电耗减”和“充电维持”限定并指示用于在出行期间使用和管理在混合动力车辆例如PHV 5中的存储电动力的操作模式。通过限定，出行包括由操作者在单个钥匙接通(key-on)循环期间进行的车辆操作。在每次出行期间，只要第一和第二扭矩机35、36能够生成足够的牵引扭矩来应对输出扭矩请求，则PHV 5在充电耗减模式中操作，用以通过扭矩机35、36专门使用来自高电压电池25的动力生成牵引扭矩，直到能量存储系统25的SOC小于最小阈值。当能量存储系统25的SOC达到最小阈值时，发动机40可被激活用以生成扭矩，用于牵引扭矩生成和电动力生成中的任一者或两者。PHV 5在充电维持模式中操作，用以使用发动机40和扭矩机35、36来生成牵引扭矩，目的是将能量存储系统25的SOC维持在最小阈值的预定范围内。本文中描述的阈值状态的量值被确定并对应于系统要求，包括能量存储系统25的SOC的最小和最大阈值。PHV 5还被构造成用以通过采用发动机来驱动第一和第二扭矩机35、36中的一个用以生成电动力从而实现能量存储装置的机会充电，优选是在发动机在峰值发动机操作效率处或附近进行操作时。在正进行的车辆操作期间进行充电的其它形式包括例如再生制动。
[0038]控制系统10包括控制模块12，其信号地连接至操作者接口 15。控制模块12包括低电压电源，用以提供向其提供受到调控的电动力。操作者接口 15包括多个人/机接口装置，通过它们，车辆操作者命令和控制PHV 5的操作，包括例如用以允许操作者经由钥匙接通事件开始车辆操作的点火开关、加速器踏板、制动踏板、变速器范围选择器即PRNDL、巡航控制和充电选择器致动器14。车辆操作者命令包括操作者扭矩请求，其指示对被输送至传动系60用以实现车辆加速的一定量值的牵引扭矩的操作者请求。车辆加速包括正和负加速事件。充电选择器致动器14可呈开关或另一适当装置的形式，通过它，车辆操作者指示优选的动力机构操作模式。优选的动力机构操作模式优选包括选择:充电耗减模式，其包括在EV模式中进行操作；和充电维持模式，其包括以HOLD SOC策略和H0LD+S0C策略中的一个进行操作，其包括操作混合动力机构系统，用以对能量存储装置见机地充电，用以增加能量存储装置的SOC。
[0039]尽管控制模块12和操作者接口 14被示出为单独的离散元件，但是这种图示是为了便于描述。应该理解的是:被描述为由控制模块12进行的功能可以被组合到一个或多个装置中，例如，被实施在软件、硬件和/或专用集成电路(ASIC)和辅助电路中，它们是分离于且不同于控制模块12。应该理解的是:向和从控制模块12的信息传输可以使用包括例如通信总线18在内的通信路径55来实现。控制模块12优选经由通信总线18信号地且操作地连接至混合动力机构系统20的单独的元件。控制模块12信号地连接至能量存储系统
25、逆变器模块30、第一和第二扭矩机35、36、发动机40和混合动力变速器50中的每个的传感装置，用以监测操作并确定其参数。
[0040]控制模块、模块、控制装置、控制器、控制单元、处理器和类似术语意指以下中的任一个或一个或多个的各种组合:专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序或例程的中央处理器(优选为微处理器)和相关联的内存和存储器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调节和缓存电路、以及用以提供所描述功能的其它部件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语意指包括校准(calibration)和查询表的任何控制器可执行指令组。控制模块具有被执行用以提供所需功能的一组控制例程。例程比如通过中央处理器被执行，并且是可操作的，用以监测来自传感装置和其它网络控制模块的输入，并执行控制和诊断例程，用以控制致动器的操作。可以以一定间隔来执行例程，例如在正进行的发动机和车辆操作期间每3.125,6.25、12.5、25和100毫秒。替代地，可以响应于事件的发生来执行例程。
[0041]发动机40的监测参数优选包括发动机速度、发动机扭矩或载荷、和温度，包括输入扭矩Ti和输入速度Ni。混合动力变速器50的监测参数优选包括:旋转速度，其包括牵引扭矩To和输出速度No ;以及多个位置处的液压压力，由此可以确定包括特定扭矩传输离合器的应用的参数。第一和第二扭矩机35、36的监测参数优选包括旋转速度和功率通量，例如电流通量，由此可以确定电动机扭矩。能量存储系统25的监测参数在一个实施例中可以包括电池动力、SOC和电池温度。
[0042]控制模块12操作地连接至包括第一和第二逆变器32和33的逆变器模块30的致动器、发动机40、和混合动力变速器50，用以依据以例程和校准的形式存储的所执行控制方案来控制其操作。应该理解的是:第一和第二逆变器32和33中的每个以适合于用第一和第二扭矩机35、36中的一者或两者来生成扭矩的方式转变电动力，并以适合于用第一和第二扭矩机35、36中的一者或两者来生成电动力的方式转变机械动力，取决于扭矩输入和操作条件。
[0043]控制模块12执行控制方案11，用以响应于操作者扭矩请求来控制发动机40协同第一和第二扭矩机35、36的操作来管理机械动力向传动系60的传输，同时控制逆变器模块30的操作来管理电功率通量。这种控制方案包括以与能量存储系统25相关联的许容动力极限进行的发动机40的平衡操作。这包括用以达到优选发动机速度/载荷操作点的发动机40的控制操作，其达到峰值或要不然优选的效率。
[0044]图2示出了用于控制PHV例如参考图1描述的PHV 5的操作的充电管理控制方案200。表1被提供为图2的关键，其中数字标记的框和对应的功能按如下方式给出。
[0045]表1
【权利要求】
1.一种用于操作插入式混合动力车辆中的混合动力机构系统的方法，包括: 最初在充电耗减模式中操作所述混合动力机构系统，用以降低能量存储装置的充电状态(SOC)；以及 在出行期间在达到与触发在充电维持模式中的操作相关联的最小SOC之前，响应于操作者请求，在机会充电模式中操作所述混合动力机构系统，用以对所述能量存储装置见机地充电，用以增加所述能量存储装置的S0C。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括:响应于所述操作者请求操作所述混合动力机构系统用以将所述能量存储装置的SOC维持在大于所述最小SOC的操作者所选的SOC水平处。
3.如权利要求2所述的方法，其中，响应于所述操作者请求操作所述混合动力机构系统用以将所述能量存储装置的SOC维持在大于所述最小SOC的操作者所选的SOC水平处包括在部分电动式电动车辆(EV)模式中操作所述混合动力机构系统。
4.如权利要求1所述的方法，其中，在机会充电模式中操作所述混合动力机构系统包括只在SOC小于最大阈值时操作所述混合动力机构系统用以对所述能量存储装置充电。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括:继在机会充电模式中操作所述混合动力机构之后，当SOC达到所述最大阈值时，在充电维持模式中操作所述混合动力机构系统。
6.如权利要求1所述的方法，其中，在机会充电模式中操作所述混合动力机构系统包括操作内燃发动机用以生成扭矩来对所述能量存储装置充电。
7.如权利要求1所述的方法，其中，在机会充电模式中操作所述混合动力机构系统包括只在没有诊断故障存在时操作所述混合动力机构系统用以对所述能量存储装置充电。
8.如权利要求1所述的方法，其中，在机会充电模式中操作所述混合动力机构系统包括只在车辆速度处于许容窗口内时操作所述混合动力机构系统用以对所述能量存储装置充电。
9.如权利要求1所述的方法，其中，在机会充电模式中操作所述混合动力机构系统包括只在输出扭矩请求处于许容窗口内时操作所述混合动力机构系统用以对所述能量存储装置充电。
10.一种用于操作插入式混合动力车辆用以生成牵引扭矩的方法，包括: 响应于操作者命令，中断在充电耗减模式中的操作，并操作发动机用以将能量存储装置的SOC维持成大于操作者所选的水平，并用以实现所述能量存储装置的机会充电，其中采用发动机来实现所述能量存储装置的机会充电只出现在发动机在峰值发动机操作效率处或附近进行操作时。
【文档编号】B60W10/06GK103863309SQ201310678060
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2012年12月14日
【发明者】B.N.鲁斯, L.王, W.D.王 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司