用于混合动力系统的动力分配方法
【技术领域】
[0001] 本公开总体设及用于混合动力系统的控制方法。
【背景技术】
[0002] 混合动力系统利用多于一个动力源来产生满足采用混合动力系统的应用的需求 所需的转矩和动力。混合动力系统可包括第一动力源（例如，内燃发动机）和第二动力源 (例如，电动机/发电机和相关联的电池组）。所述动力系统一般还包括接口连接硬件、电 子控制器、链接网络、电力电子器件、发动机厢、车辆主体、传动装置等。为了有效地供应动 力，混合动力系统需要：确定动力驱动应用的总转矩和/或动力要求、确定满足总转矩和/ 或动力要求将从可用动力源提供的贡献、并且最终控制单独动力源W满足所确定的单独贡 献。
[0003] 控制可用动力源的贡献是复杂的并且取决于混合动力系统的应用和所要求的工 作周期。常见的控制方案设及内燃发动机的效率与电动机/发电机的效率的比较。其它方 法包括试图将电功率量转换成等价的燃料量或某种其它种类的成本函数。从根本上说，运 些方法采用内燃发动机和电动机/发电机的效率图。然而，此类效率图可产生低于最佳的 结果，运是因为每一个均预期在低功率电平下的低效率。因此，在本技术领域中仍然存在对 进一步贡献的需求。
【发明内容】
[0004] 公开了一种用于控制具有发动机和电动机的混合动力系统中的动力分配的系统 和方法。根据本公开的至少一个方面，所述方法包括基于电池中的可用回收（reclaimed) 能量的量来选择用于发动机的置换（displaced)燃料消耗值，其中所述置换燃料消耗值偏 向于：在相对高的负载条件下使用所述可用回收能量的量；使发动机在基于所述置换燃料 消耗值的条件下运行W产生发动机动力，从而满足动力需求的至少一部分；并且使电动机 运行W产生足W供应发动机动力未满足的剩余动力需求的电动机动力。该系统包括被配置 用于执行所述方法的操作的控制器。
[0005]提供
【发明内容】
是为了引入对本文在说明性实施例中进一步描述的概念的选择。发 明内容既不旨在标识所要求保护主题的关键或本质特征，也不旨在用于帮助限制所要求保 护主题的范围。根据W下描述和附图，其它实施例、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变 得显而易见。
【附图说明】
[0006] 本文的说明参照附图，在附图中，相同的参考数字在若干附图中指代相同的部分， 并且在附图中：
[0007] 图1是根据本公开的混合动力系统的实施例的示意性框图；
[0008] 图2是根据本公开、在混合动力系统中的示例性发动机的运行范围（示出为转矩， WN?m为单位）内的边际置换燃料加注速率（Wg/kWh为单位）对发动机速度（Wrpm为单位）的等值线图；
[0009] 图3是根据本公开的用于控制混合动力系统中的动力分配的方法的示意性框图；
[0010] 图4是根据本公开的用于控制混合动力系统中的动力分配的方法的示意性框图；
[0011] 图5是根据本公开的用于控制混合动力系统中的动力分配的方法的示意性框图； W及
[0012] 图6是根据本公开的用于控制混合动力系统中的动力分配的方法的示意性框图。
【具体实施方式】
[0013] 为了促进对本发明原理的理解，现将参考附图中所示的实施例并且将使用特定的 语言来描述运些实施例。然而，应当理解的是，运些描述并不旨在因此而限制本发明的范 围，如本发明相关领域的技术人员通常会想到的那样，本文还涵盖所示实施例中的任何改 变和进一步修改W及如其中所示本发明原理的任何其它应用。
[0014] 本公开的一个方面描述了用于控制混合动力系统中所采用的动力源的单独动力 贡献的策略，所述动力源是电动机和发动机。用于确定可用动力源之间的期望分配的示例 性控制结构包括：在运行周期内监测电池中可用的自由回收能量、监测电池的充电水平、W 及在可能的情况下优先考虑使用可用的自由回收能量。该控制结构使用发动机相对效率的 度量（被称为置换燃料消耗率）来确定发动机动力对可用电动机动力的最佳贡献。置换燃 料消耗率可被定义为：在发动机贡献动力递增地减少并且通过电池由电动机提供的、递增 地增加的电功率取代的情况下可节省的燃料。置换燃料消耗率是发动机、电动机、电力电子 器件（例如逆变器）和电池的热效率而非机械效率的函数。因为发动机和电动机是联接 的，所W动力源的机械损失一般不受动力分配的递增改变的影响，并且不影响置换燃料消 耗率。因此，通过使用置换燃料消耗率，所有机械损失均被视为添加到动力系统的总负载需 求且不是动力分配确定的一部分的固定且不可避免的负载。因此，基于置换燃料消耗率，机 械损失在动力分配确定中不予考虑。
[0015] 置换燃料消耗率不同于制动燃料消耗率（"BSFC")，所述BSFC是内燃发动机的燃 料效率的一个常见度量。BSFC是燃料消耗率，是产生一单位动力所消耗的燃料质量的度量， 并且常常W克/千瓦时（g/kW-h)或磅/马力小时QbAp-h)的单位给出。从概念上讲， BSFC表示来自通过燃料产生的化学能量输入的加热功率的量除W来自发动机的机械功率 输出的量，所述机械功率输出的量包括机械损失和热损失。在进入空气无节流的情况下，发 动机在峰值转矩附近运行时通常表现出峰值BSFC，并且针对给定的发动机，在不同的速度 和负载运行条件下BSFC将发生变化。
[0016] 然而使用发动机的基于BSFC的效率图和电动机的可比效率图的控制方案可得出 低于最佳的结果，运是因为在通过此类度量进行分析时，发动机和电动机两者在低功率电 平下都表现出低效率。例如，在总动力输入减少至与机械和电损失相当的水平的低功率电 平下，电动机/发电机效率接近于零，并且对于内燃发动机，BSFC接近于无穷大。对于低的 总动力需求，因为每个单独的效率图都会提示应当利用其它动力源，所W常规方法在最佳 动力分配方面得到差的结果。本公开的控制结构和系统通过W下方式克服了运些不足：使 用置换燃料消耗率W将来自两个动力源的所有机械损失合并到对动力系统的总负载需求 中，从而从动力分配确定中去除机械损失。因为本公开的动力分配确定分析了发动机和电 动机的动力贡献的递增改变，所W置换燃料消耗率有时可更精确地被称为边际置换燃料消 耗。边际置换燃料消耗可W燃料的克/千瓦时电池电力（g/kWh)来量化。
[0017]根据本公开的至少一个实施方式，图1中示出了混合动力系统100。如图1中所 示，动力系统100可包括与电动机/发电机104 (在下文中称为"电动机104")联接的内燃 发动机102。电动机104可包括被构造用于通过转换电能来提供机械转矩并且进一步被构 造用于从机械转矩产生电能的任何装置。因此，替代地，电动机104在产生机械转矩时可运 行为电动机并且在从动力系统100的其它方面（包括发动机102)所供应的机械转矩产生 电能时可运行为发电机。如图1中所描绘，电动机104可W是单一电动机/发电机。作为 替代，电动机104可包括多个电动机、单独的电动机和发电机、或本领域中所理解的电转矩 产生装置的任何其它配置。发动机102可W是压缩点火发动机（例如柴油发动机）、火花 点火发动机（例如汽油或酒精发动机）、多燃料发动机、燃料电池或任何其它合适的非电转 矩提供装置。此外，动力系统100可W使用任何合适的动力源组合，包括而不限于内燃发动 机、液压电动机或液压累、电动机、燃料电池装置或任何其它动力源。
[001引在图1中，动力系统100是W并行配置示出，其中发动机102、电动机104或两者 可通过动力分配器106将转矩施加于联接到负载108的动力传动系统116。在运种实施例 中，发动机102和电动机104将转矩施加于同一个动力传动系统116,W使得它们的速度是 相似的并且它们的转矩是叠加的。作为替代，动力系统100可W串并联配置布置，其中包括 多于一个动力分配器106。负载108可取决于动力系统100的应用。作为非限制性实例， 在车辆应用中，负载108可包括由动力系统100推进的车辆的轮子。在动力产生应用中，负 载108可W是由动力系统100提供动力的机器，例如累或钻机。在某些实施例中，动力系统 100可W合适动力提供装置的任何合适布置来配置。
[0019]动力传动系统116可通过动力分配器106机械地联接到发动机102和