车辆的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种车辆。调整附件负荷指令使得辅助电池输出放电电流至附件负载。放电电流除了包括用于驱动附件负载的电流分量外还包括使辅助电池的温度增加的交流（AC）分量。
【专利说明】车辆
【技术领域】
[0001]本发明涉及加热车辆的辅助电池(auxiliary battery)。
【背景技术】
[0002]本说明书中的术语“电动车辆”包括混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、纯电池电动车辆(BEV)以及类似的车辆。电动车辆具有安装在车辆的牵引电池和驱动轴之间的马达，其中，马达连接至车辆传动系。马达可以使用来自牵引电池的能量而产生扭矩至车轮以推进车辆。
[0003]很多电动车辆具有用于提供能量至附件负荷(比如循环风机、加热器、泵等)的低压辅助电池。考虑用先进的电池技术扩大或代替辅助电池。一个担忧是当先进的电池单元处于低温时，即使它们保持提供基本的能量的量的能力，它们也不接受快速再充电。在自动启动/停止的车辆中，这在一系列的自动启动/停止事件之后导致电池耗尽或在延长的时间段之后导致不能够提供自动启动/停止功能。克服该问题的一种方法是循环能量进出电池以努力使电池加热。然而，低温时几乎没有能量可以输送进电池，从而降低电池循环的效果O
【发明内容】
[0004]本发明的一个实施例公开的方法包括调整指令使得辅助电池将具有除用于驱动附件负载的电流分量(component)之外还具有使辅助电池的温度升高的交流(AC)分量的放电电流输出至附件负荷。
[0005]用于驱动附件负载的电流可以是直流(DC)分量。AC分量比用于驱动附件负载的电流分量使辅助电池的温度增加更快。AC分量可以具有OHz和300Hz之间的频率。
[0006]所述方法可进一步包括随着辅助电池的温度增加而修改指令以减小AC分量。类似地，所述方法可进一步包括当辅助电池的温度还没有足够地增加时修改指令以增加AC分量。
[0007]本发明的一个实施例提供了一种车辆，该车辆具有附件负载、与附件负载电连接的辅助电池以及控制器。控制器配置用于调整用于附件负载的指令使得辅助电池将具有除用于驱动附件负载的电流分量之外还具有使辅助电池的温度增加的交流(AC)分量的放电电流输出至附件负载。
[0008]本发明的一个实施例提供了一种车辆，该车辆具有附件负载和辅助电池。响应于调整的指令，辅助电池配置用于输出放电电流至附件负载。响应于放电电流，驱动附件负载。基于调整的指令，放电电流除了包括用于驱动附件负载的电流分量之外，还包括使辅助电池的温度增加的交流(AC)分量。
[0009]本发明的一个实施例提供了一种用于加热车辆的辅助电池的方法，所述方法包括调整用于附件负荷的指令使得辅助电池向附件负载输出的放电电流除包括用于驱动所述附件负载的电流分量之外还包括使所述辅助电池的温度增加的交流(AC)分量。[0010]根据本发明的一个实施例，用于驱动附件负载的电流分量是直流(DC)分量。
[0011]根据本发明的一个实施例，输出AC分量比输出用于驱动附件负载的电流分量而没有输出AC分量使辅助电池的温度增加更快。
[0012]根据本发明的一个实施例，AC分量具有OHz到300Hz之间的频率。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述方法进一步包括随着辅助电池的温度增加而修改指令以减少AC分量。
[0014]根据本发明的一个实施例，所述进一步包括:修改指令以随时间增加AC分量。
[0015]根据本发明的一个实施例提供一种车辆，所述车辆包括:附件负载；配置用于响应于调整的指令而输出放电电流至所述附件负载的辅助电池，其中，响应于所述放电电流，所述附件负载被驱动，并且其中，基于所述调整的指令，所述放电电流除包括用于驱动所述附件负载的电流分量之外还包括使所述辅助电池的温度增加的交流(AC)分量。
[0016]根据本发明的一个实施例，用于驱动所述附件负载的所述电流分量是直流(DC)分量。
[0017]根据本发明的一个实施例，AC分量具有OHz和300Hz之间的频率。
[0018]根据本发明的一个实施例，所述车辆进一步包括:控制器，配置用于产生用于附件负载的指令使得辅助电池输出放电电流。
[0019]根据本发明的一个实施例，输出AC分量比输出用于驱动附件负载的电流分量而没有输出AC分量使辅助电池的温度增加更快。
[0020]根据本发明的一个实施例，所述车辆是混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆和纯电池电动车辆中的一者。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1说明了根据本发明的实施例的示例混合动力车辆的动力传动系统的框图；
[0022]图2说明了描述了根据本发明的实施例的修改用于附件负载的辅助电池的放电电流以包括使辅助电池加热的AC分量的方法和系统的流程图。
【具体实施方式】
[0023]本说明书中公开了本发明具体的实施例；但是，应理解公开的实施例仅为本发明的示例，其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能性细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。
[0024]现在参照图1，显示了根据本发明的实施例的用于混合动力电动车辆(HEV)的示例动力传动系统10的框图。动力传动系统10包括发动机12、电机(比如电机/发电机14(“马达”))、牵引电池16以及变速器18。
[0025]发动机12和马达14是用于车辆的驱动源。发动机12通过分离离合器20可连接地串联至马达14。发动机12具有可通过分离离合器20连接至马达14的输入轴24的发动机轴22。马达14连接至变速器18的输入侧。例如，马达14可通过变矩器连接至变速器18。马达14具有连接至变速器18的输入侧的输出轴26。当发动机12通过分离离合器20连接至马达14时，变速器18与发动机12和马达14两者串联连接。这种情况下，变速器18连接至马达14，同时还通过马达14连接至发动机。
[0026]在输出侧，变速器18连接至车辆的驱动轮28。来自发动机12和/或马达14的驱动力通过变速器18传输至驱动轮28从而推进车辆。变速器18的输出侧包括连接至差速器32的输出轴30。驱动轮28通过各自的轴34连接至差速器32。像这样设置，变速器18传输动力传动系统输出扭矩36至驱动轮28。
[0027]发动机12是用于动力传动系统10的一种动力源。发动机12产生具有发动机扭矩38的发动机动力，当发动机12通过分离离合器20连接至马达14时，该扭矩供应至变速器18。发动机动力对应于发动机扭矩38和发动机12的发动机转速的乘积。为了通过发动机12驱动车辆，来自发动机12的至少一部分发动机扭矩38通过分离离合器20传输至马达14并从马达14至变速器18。
[0028]牵引电池16是用于动力传动系统10的另一种动力源。马达14通过电线40连接至牵引电池16。取决于车辆的特定运转模式，马达14将存储在牵引电池16中的电能转换成具有马达扭矩42的马达动力或者当作为发电机运转时发送对应量的电力至牵引电池16。马达动力对应于马达扭矩42和马达14的马达转速的乘积。为了通过马达14驱动车辆，马达扭矩42从马达14传输至变速器18。当产生电力以存储在牵引电池16中时，马达14从处于驱动模式的发动机12或者当以再生制动模式运转时马达14充当制动器时从车辆的惯性中获取电力。
[0029]如描述的，发动机12、马达14和变速器18按图1中说明的顺序串联连接。这样，动力传动系统10代表发动机12通过分离离合器20连接至马达14而马达14连接至变速器18的模块化混合动力传动装置(“MHT”)。
[0030]分离离合器20处于接合或分离的状态或模式确定输入扭矩38和42中的哪者传输至变速器18。例如，如果分离离合器20是分离的，那么仅马达扭矩42供应至变速器18。如果分离离合器20是接合的，那么发动机扭矩38和马达扭矩42都供应至变速器18。当然，如果马达14没有通电，那么仅发动机扭矩38供应至变速器18。
[0031]变速器18包括离合器、传动带、齿轮等，并且可以包括通过选择性接合摩擦元件而选择性产生不同的离散传动比的一个或多个行星齿轮组以建立扭矩流动路径并提供对应的希望的多个阶梯传动比(st印-ratio)。通过连接和分离行星齿轮组的特定部件以控制变速器输入和变速器输出之间的传动比的换挡计划，摩擦元件是可控的。变速器18基于车辆的需要而自动地从一个传动比换为另一个。变速器18然后提供动力传动系统输出扭矩36至最终驱动驱动轮28的输出轴30。变速器18的动力细节(kinetic detail)可通过宽范围的变速器设置来建立。
[0032]动力传动系统10进一步包括车辆系统控制器50。控制器50可以是一个或多个控制器并且配置用于控制动力传动系统10 (包括本说明书描述的其它车辆部件)的部件的运转。动力传动系统10进一步包括都与控制器50通信的加速器踏板52和制动器踏板54。
[0033]车辆的驾驶员压下加速器踏板52以推进车辆。基于加速器踏板52的位置的行驶指令提供至控制器50。控制器50在提供至变速器18以推进车辆的发动机动力和马达动力之间分配行驶指令。具体地，控制器50在(i)发动机扭矩信号56 (其代表从以对应的发动机转速运转的发动机12提供的发动机扭矩38的量)和(ii)马达扭矩信号58 (其代表从以对应的马达转速运转的马达14提供的马达扭矩42的量)之间分配行驶指令。从而，发动机12产生具有发动机扭矩38的发动机动力而马达14产生具有马达扭矩42的马达动力。发动机扭矩38和马达扭矩42都供应至变速器18 (假设发动机12通过分离离合器20连接至马达14)使得车辆被推进。这种情况下，动力传动系统输出扭矩36对应于发动机扭矩38和马达扭矩42的总和。
[0034]马达14接收来自牵引电池16的放电电流以产生马达扭矩42。用于产生马达扭矩42的放电电流是牵引电池16的直流(DC)负荷。马达14将该放电电流转换为机械扭矩(即马达扭矩42)。来自牵引电池16的放电电流的量对应于将要产生马达扭矩42的量。当然，当牵引电池16的电压(V)固定时来自牵引电池16的放电电流与马达功率成比例(即V*I=功率)而马达功率是马达扭矩42和马达14的转速的乘积。如上所述，将要产生的马达扭矩42的量是基于来自控制器50的马达扭矩信号58。从而，通过从牵引电池16获取对应的不同的放电电流，控制器50能控制马达14产生不同的马达扭矩42。这样，控制器50通过指令对应的不同的马达扭矩信号58至马达14而控制马达14产生不同的马达扭矩42。
[0035]车辆的驾驶员压下制动器踏板54来减速或制动车辆。基于制动器踏板54位置的制动指令提供至控制器50。控制器50在(i)通过发动机12和/或马达14提供至变速器18的动力传动系统制动动力和(ii)通过摩擦制动器60在驱动轮28上施加的摩擦制动动力之间分配制动指令。动力传动系统制动动力代表将要提供的“负的”动力传动系统动力的量。控制器50在(i)发动机扭矩信号(其代表从以对应的发动机转速运转的发动机12提供的负的发动机扭矩38的量)和(ii)马达扭矩信号58 (其代表从以对应的马达转速运转的马达14提供的负的马达扭矩42的量)之间分配动力传动系统制动动力。发动机12产生具有负的发动机扭矩38的发动机动力而马达14产生具有负的马达扭矩42的马达动力。发动机扭矩38和马达扭矩42供应至变速器18 (假设发动机12通过分离离合器20连接至马达14)以制动车辆。控制器50进一步产生摩擦制动扭矩信号62 (其代表通过摩擦制动器60获取的扭矩的量)。摩擦制动器60将摩擦制动扭矩施加在驱动轮28上以制动车辆。
[0036]动力传动系统10进一步包括辅助电池64和一个或多个附件负载66。辅助电池64和附件负载66通过电压总线68彼此电连接。辅助电池64通过电压总线68提供电能至附件负载66用于它们的运转。附件负载66包括低压(LV)车辆附件，比如冷却泵、风机、电动泵、加热器、动力转向等。
[0037]牵引电池16和辅助电池64通过接口 70彼此电连接。接口 70可以是转换器的形式，比如DC/DC (直流/直流)转换器。转换器70可以是降压升压(buck boost)转换器，该转换器的功能为以双向的方式将例如12V (例如辅助电池64的典型电压)的低压阶梯升高(step up)为例如400V (例如牵引电池16的典型压力)的高压或者将高压阶梯下降(st印down)为低压。
[0038]如描述的，动力传动系统10包括高压和低压电子系统。高压(HV)电子系统(其包括牵引电池16)提供电能用于车辆推进。低压(LV)电子系统(其包括辅助电池64)提供电能用于车辆附件(即附件负载66)。高压和低压电子系统通过转换器70交互。作为示例，牵弓I电池16包括适配于满足车辆推进的电能的一个或多个电池和/或电容器，而辅助电池64是适配于满足车辆附件的电能需要的“12V”类型的电池。作为示例，辅助电池64采用锂离子技术。
[0039]控制器50与附件负载66通信并且配置用于分别控制附件负载66的运转。通过电压总线68接收来自辅助电池64的放电电流而驱动附件负载66以产生输出。用于驱动附件负载66的放电电流是辅助电池64的直流(DC)负荷。来自辅助电池64的放电电流的量通常对应于驱动附件负载66的程度。控制器50产生代表驱动附件负载66程度的附件负荷指令信号72。因此，附件负荷指令信号72指示从辅助电池64提供放电电流至附件负荷66。这样，控制器50通过从辅助电池64接收对应的不同的放电电流能控制附件负载66被区别地驱动。因此，控制器50通过对应地命令不同的附件负荷指令信号72至附件负载66而控制附件负载66产生不同的输出。
[0040]随着辅助电池64的温度下降到冰点以下，辅助电池64的再充电(即充电/放电/充电)能力变得受限。根据本发明的实施例的控制策略向辅助电池64的放电电流负荷添加交流(AC)分量以加热辅助电池。即，这些控制策略修改辅助电池64的放电电流负荷为包括用于加热辅助电池64的AC分量。例如，辅助电池64的单元被加热。在一个实施例中，控制器50添加AC扰动至附件负荷指令信号72以添加AC分量至辅助电池64的放电电流负荷。在一个实施例中，AC分量是阶数(order)为OHz到300Hz的低频率AC分量。
[0041]作为添加AC分量至辅助电池64的放电电流的示例，考虑在辅助电池64上汲取十安培的直流(DC)电流。如果将汲取的十安培的正负峰间(peak-to-peak)的AC电流添加至DC电流，那么辅助电池64将不经历充电电流。然而，在该示例中，平均汲取电流将保持在十安培而电池功率损耗(I2*R)有12%的增加。
[0042]现在参照图2，显示了描述根据本发明的实施例的修改用于辅助负载66的辅助电池64的放电电流以包括AC分量使辅助电池加热的方法和系统的运转的流程图100。该运转开始于控制器50产生附件负荷指令信号72以驱动附件负载66。控制器50产生具有添加的AC分量扰动的附件负荷指令信号72。这样，附件负荷指令信号72包括用于驱动附件负载66的分量以及指示AC电流负荷的分量。用于驱动附件负载66的分量可以是DC电流负荷。用于驱动附件负载66的分量对应于将要驱动附件负载66的程度。AC分量对应于用于加热辅助电池64的添加的AC扰动。没有添加的AC分量扰动，附件负荷指令信号72将会是完全指示附件负载66接收的用于驱动附件负载66的DC电流负荷的典型的附件负荷指令信号。如框102显示的，用于驱动附件负载66的附件负荷指令信号72与用于辅助电池加热的添加的AC扰动被指令至附件负载66。
[0043]响应于附件负荷指令信号72从控制器50指令至附件负载66，如框104显示的辅助电池64释放电流至附件负载66。放电电流包括用于驱动附件负载66的电流分量和对应于用于加热辅助电池64的添加的AC扰动的AC分量。如框106显示的，附件负载66根据指令的附件负荷信号72产生输出。
[0044]由于辅助电池64变热可以随时间减少AC分量使得一旦辅助电池64的温度已经增加至足够的阈值则来自辅助电池64的放电电流没有或基本没有AC分量。相反，可以随时间增加来自辅助电池64的放电电流的AC分量来解决辅助电池64在足够的时间内没有变热。
[0045]如描述的，本发明的实施例通过给附件负荷引入额外的低频率AC纹波电流(current ripple)而提供辅助电池加热。本发明的实施例适用于锂离子辅助电池。本发明的实施例利用了在低AC频率(例如在OHz到300Hz之间)处锂离子辅助电池的温度增加明显快于简单地通过DC电流负荷或相对较高的AC频率放电辅助电池64的特性。因为电池在这些低AC频率处电阻最高，由于存在低AC频率可明显更快地增加辅助电池64的温度。于是，向辅助电池64汲取的DC电流添加频率为OHz到300Hz的AC分量能有效地减小电池变暖的时间量。所以，辅助电池64充电/放电/充电的能力增强了。如本说明书描述的，可通过添加扰动至用于辅助部件的电流控制器而实现添加这种频率分量(或多种频率分量)至汲取自辅助电池64的DC电流。
[0046]如描述的，通过引入低频率AC扰动至一个或多个附件负载66而添加AC分量至辅助电池64的放电电流可以克服辅助电池64有效循环的损失。通过来自一个或多个附件负载66的添加的低频率扰动，辅助电池64达到允许实施完全运转的电池功能的温度的时间减小了。如描述的，添加低频率(或多种频率)分量至汲取自辅助电池64的DC电流的方法可通过添加扰动至用于驱动系统的电流控制器而实现。这可通过本【技术领域】技术人员已知的多种方式实现。其一个示例描述在IEEE车辆动力和推进会议(VPPC)中，中国哈尔滨，2008年9月3-5日，978-1-4244-1849-7/082008，IEEE的通过随机信号的直接喷射的新颖的矢量控制驱动的设计和实施(IEEE Design&Implementation of a Novel Vector-ControlledDrive by Direct Injection of Random Signa, A.Zabihinejad and J.S.MoghaniX
[0047]如本说明书描述的，动力传动系统10是用于与本发明的实施例使用的动力传动系统的示例。动力传动系统10代表并联的混合动力电动车辆配置。本发明的实施例还可以使用其它的混合动力电动车辆动力传动系统。类似地，本发明的实施例可以使用插电式混合动力电动车辆动力传动系统和纯电池电动车辆动力传动系统。总之，本发明的实施例可以使用具有用于驱动附件负载的电池的任何车辆。
[0048]尽管上文描述了示例性实施例，并非意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，并且应理解可作出各种改变而不脱离本发明的精神和范围。此外，可组合各种执行实施例的特征以形成本发明进一步的实施例。
【权利要求】
1.一种车辆,包括: 附件负载； 电连接至所述附件负载的辅助电池；以及 控制器，配置用于调整用于所述附件负载的指令，使得所述辅助电池向所述附件负载输出的放电电流除具有用于驱动所述附件负载的电流分量外还具有使所述辅助电池的温度增加的交流分量。
2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于， 用于驱动所述附件负载的所述电流分量是直流分量。
3.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于， 输出所述交流分量比输出用于驱动所述附件负载的所述电流分量而没有输出所述交流分量使所述辅助电池的所述温度增加更快。
4.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于， 所述交流分量具有OHz和300Hz之间的频率。
5.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于， 所述控制器进一步配置用于修改所述调整的指令以随时间减少所述交流分量。
6.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于， 所述控制器进一步配置用于修改所述调整的指令以随时间增加所述交流分量。
7.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于， 所述车辆是混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆和纯电池电动车辆中的一者。
【文档编号】B60L15/00GK103660982SQ201310415183
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2012年9月14日
【发明者】艾伦·罗伊·盖尔, 布鲁斯·卡维·布雷克蒙, 保罗·西欧多尔·莫姆西罗维琪 申请人:福特全球技术公司