104、逆 变器118和其它电力电子器件的递增影响。一般来说，发动机102的热损失对总发动机负 载的敏感度高于电动机104的热损失对总电动机负载的敏感度。此外，发动机102的热效 率改变的幅度通常是最显著的。虽然来自发动机102的热损失在低功率下趋向于更低，其 中发动机102可在较低的溫度下运行，但发动机102的热效率的递增增加在较高的功率电 平下更大，其中发动机102正在相对高的溫度下运行。因为置换燃料消耗率在发动机贡献 动力减少伴随着发动机102的热效率增加的条件下将最大化，所W置换燃料消耗率在发动 机102W相对高的溫度下运行的情况下将最大化。相反地，因为置换燃料消耗率是热效率 的函数，所W动力系统100的递增效率在置换燃料消耗率最大化时可增加。
[0034] 图2示出用于示例性混合动力系统100的、在动力系统100的运行范围内的递增 置换燃料消耗率的示例性等值线图。在图2中，作为参考，粗线表示典型的系统转矩曲线， 并且十字指示在典型的工作周期内的特定运行条件（即，速度和转矩需求）。每条等距线限 定置换燃料消耗率的区域，如图上所标记的。因此，每条等距线指示在给定分配给发动机的 对总系统转矩的贡献的情况下，针对发动机102的边际置换燃料消耗率。在一些方面，图2 可W被概念化为发动机效率图，例如在所述运行范围内的一个绘图的BSFC，其中共享的机 械损失（即，与电动机104共享的损失）已移除。针对每个运行条件，存在最大的置换燃料 消耗率，为此替代电动率节省了最大量的燃料。如图2指示的，当发动机102正在峰值转矩 附近运行（其中发动机102通常不是热效率最高的）时，在所述运行范围内置换燃料消耗 率最高。此外，当电动机104的转矩贡献增加并且置换发动机102的一大部分转矩贡献时， 边际置换燃料消耗率减小。继续用电动机动力替代发动机动力仅提供了递减的收益。也就 是说，针对用于抵消发动机动力的第一千瓦时的电动机动力，边际置换燃料消耗率是最大 的，并且在运一千瓦时的电动机动力在高转矩条件下被取代的情况下，绝对置换燃料消耗 率将是最大的。因此，与基于发动机102的BSFC效率图的常规动力分配控制方案相反，对 置换燃料消耗率的分析掲示了在较高的负载条件下至少动力系统100的递增热效率可W 最大化。
[0035] 图2指示用于在给定的运行条件下提供发动机102与电动机104之间的期望动力 分配，W实现期望的置换燃料消耗率的控制方案。例如，在给定具有1800转/分（rpm)的 传动速度和800牛顿米（N?m)的转矩的动力系统100的所要求运行条件的情况下，图2指 示边际置换燃料消耗率为约170g/kWh。如果动力分配确定分配500N，m的转矩待由发动机 102来提供，而留下300N?m待由电动机104来贡献，那么针对电动机104的任何额外贡献， 边际置换燃料消耗率将减小至160g/kWh。如前面的示例展示的，电动机104的期望动力贡 献可W通过W下方式确定：选择期望的边际置换燃料率等值线，使发动机102在所选等值 线处或下方运行，并且调整电动机104的动力贡献W满足剩余的总系统动力需求。
[0036] 在根据本公开的至少一个实施例中，由控制结构引导的用电动机贡献动力替代发 动机贡献动力可能受存储在电池110中的可用自由回收能量的约束，所述可用自由回收能 量取决于工作周期。在所存储的可用自由回收能量不足W满足在所选置换燃料消耗率下的 总系统动力需求的情况下，存储在电池110中的可用自由回收能量可限制电动机104的动 力贡献。在此类运行条件下，发动机102的动力贡献可递增地增加到处于电池110的所存 储可用自由回收能量内的、电动机贡献动力的可承受水平。
[0037] 因为相对效率低下，所W使用发动机102通过燃烧燃料来向电池110供应电荷是 不合期望的。因此，在至少一个实施例中，仅通过由动力系统100在运行工作循环的过程 中捕获的自由回收能量来对电池110进行充电。因此，为了能够确定期望的动力分配和电 动机104的潜在动力贡献，所述控制方案可W通过监测电池100的充电状态来监测可用自 由回收能量。此外，可W监测电池110的充电状态W确保电池充电不会下降到下限之下或 上升到上限之上。下限和上限限定了期望的充电范围，所述期望的充电范围取决于电池 110的特定组成和特性。因此，所述控制方案可W将代替发动机动力的电动机动力的使用 限制到电池110的期望充电状态或充电范围。在某些实施例中，期望的充电范围可W是约 60-80 %。在运种实施例中，所述控制结构可偏向于使用电池110和电动机104,直到充电状 态下降到下限的约60%之下。在下限之下，所述控制结构可偏向于使用发动机贡献动力，直 到充电状态超过下限。同样，当充电状态接近于上限的约80%时，所述控制结构可偏向于 使用电池110和电动机104,W确保充电容量可用于额外存储例如来自制动或滑行事件的 自由回收（目P，再生）能量。在某些实施例中，可W选择电池100的充电容量，W使得能够 存储由动力系统100的估计工作周期产生的自由回收能量。所述估计工作周期包括动力系 统100在特定运行条件下运行的估计时间段，包括再生事件（诸如制动和滑行时期）的估 计时间段。
[0038] 在根据本公开的至少一个实施例中，控制结构可包括同时受控的两个控制回路。 第一控制回路可W监测和控制电池充电状态，包括充电条件（例如电压、电流、速率等）、相 对于期望的充电范围的充电水平（例如60-80% )W及放电条件（例如电压、电流、速率 等）。第一控制回路可W包括在控制器114中所包括的电池控制模块122中。第二控制回 路可通过确定期望的动力分配并且控制来自发动机102和电动机104的对应输出动力来 响应动力需求。第二控制回路可W包括在控制器114的动力分配模块124中。第一控制 回路可W约束第二控制回路的命令，所述第二控制回路可W进一步向第一控制回路提供反 馈。在至少一个实施例中，动力分配模块124可W使用用于发动机102的、在速度和负载的 运行范围内的置换燃料消耗值的一个或多个参考表。动力分配模块124可W使用该参考表 来查询针对给定运行条件的目标边际置换燃料消耗值。一个或多个参考表不必包括在发动 机102的整个运行范围内的每个运行条件。在运些实施例中，控制器114可W从参考表内 插或外推期望的边际置换燃料消耗值。作为替代，可W根据限定发动机102、电动机104和 电池110的运行条件的参数之间的关系来计算期望的边际置换燃料消耗值。
[0039] 在包括同时受控的两个控制回路的至少一个实施例中，第一控制回路可W相对于 期望充电状态范围（例如60-80%)来监测和控制电池110的充电状态，并且优先考虑使用 自由回收能量W确保用于下一个再生事件的存储容量。第二控制回路管理对动力系统100 的总需求的动力分配，该动力分配受第一控制回路的电池充电状态极限的影响。在由第一 控制回路施加的约束条件内，第二控制回路进一步利用在较高负载下存在的增加的边际置 换燃料消耗率，并且选择在较高负载下更积极地消耗来自电池110的可用自由回收能量的 动力分配，从而定性地而非通过使用任何明确的置换燃料消耗率表或相关负载阔值来起作 用。在至少一个实施例中，在较高负载下对来自电池110的可用自由回收能量的积极使用 可W被量化为针对电池功率的消耗速率的一个乘法因子，所述乘法因子与动力系统100上 的总负载成比例地变化。例如，在运种实施例中，在电池110的充电状态在其目标范围内是 相对高的（指示用于下一个再生事件的有限存储容量）并且对动力系统100的需求是相对 高的情况下，动力分配模块124可W确定电池消耗因子并且应用该消耗因子来计算电动机 104的转矩贡献。该消耗因子可W用于在此类运行条件下定量地优先考虑使用电池功率而 非发动机动力。
[0040] 通过使用置换燃料消耗率作为动力系统100内的热效率平衡的一个度量标准，可 W实施各种动力分配控制结构。在根据本公开的至少一个实施例中，控制结构可W基于对 动力系统100的工作周期内的可用回收能量的分析，来选择边际置换燃料消耗率运行条 件。在运种实施例中，控制结构可W解释通过需求输入装置112发送的针对动力系统100 的动力需求。作为响应，该控制结构可W首先确定在估计工作周期内的预测的可用回收能 量。可W基于预期的应用，诸如动力系统100是否是被用于车辆中W及车辆的类型，来计算