向电气化车辆提供辅助动力的系统和方法
【专利摘要】根据本发明的示例性方面，一种用于电气化车辆的供电系统包括，主要电源和辅助电源，以及其他，该辅助电源配置为代替主要电源或除了主要电源之外有选择地供应电力。至少一个电连接件配置为将所述辅助电源连接到所述供电系统。
【专利说明】向电气化车辆提供辅助动力的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电气化车辆，并且更加具体但并不排他地，涉及一种可以向电气化车辆提供主要和辅助动力的供电系统。
【背景技术】
[0002]混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、电池电动车辆(BEV)和其他公知的电气化车辆不同于传统机动车辆之处在于，其使用除了或替代内燃机的一个或多个电机来驱动车辆。电气化车辆可以配备存储用于给电机供电的电力的电池。在一些车辆中，电机也可以用作发电机，其由内燃机驱动以便产生电能来给电池充电。
[0003]电气化车辆通常可以在电池需要重新充电之前行驶有限的距离。这可能导致操作者里程焦虑。因此，仍然需要在该【技术领域】做出更大的贡献。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一个示例性方面，一种用于电气化车辆的供电系统包括，主要电源和辅助电源，以及其他，辅助电源配置为代替主要电源或者除了主要电源之外有选择地提供电力。至少一个电连接件配置为将辅助电源连接到供电系统。
[0005]在上述系统的另一非限定性实施例中，主要电源是高压电池。
[0006]在上述任一系统的另一非限定性实施例中，辅助电源是便携式发电机。
[0007]在上述任一系统的另一非限定性实施例中，辅助电源配置为有选择地从主要电源转移能量需求。
[0008]在上述任一系统的另一非限定性实施例中，至少一个电连接件放置在电气化车辆后端附近或电气化车辆的引擎盖下方。
[0009]在上述任一系统的另一非限定性实施例中，多个不同的电连接件合并到供电系统中。
[0010]在上述任一系统的另一非限定性实施例中，辅助电源放置在可以安装至电气化车辆的拖车挂接装置的托架总成上。
[0011]在上述任一系统的另一非限定性实施例中，仪表盘显示器(cluster display)配置为选择配置在辅助电源上的负载。
[0012]在上述任一系统的另一非限定性实施例中，仪表盘显示器包括至少一个显示器单元和至少一个输入装置。
[0013]在上述任一系统的另一非限定性实施例中，控制单元配置为感测传输到至少一个电连接件的电力。
[0014]根据本发明的另一示例性方面，一种方法包括，激活电气化车辆的辅助系统，将主要电源的部分能量需求转移给辅助电源，以及由辅助电源给辅助系统供电，以及其他。
[0015]根据上述方法的另一非限定性实施例，辅助系统是气候控制系统、灯光系统、消费装置供电站或电力驱动系统中的其中一个。
[0016]根据上述任一方法的另一非限定性实施例，该方法包括，在转移步骤之前，选择配置在辅助电源上的负载。
[0017]根据上述任一方法的另一非限定性实施例，该方法包括，响应于辅助电源的故障状况，自动地降低配置在辅助电源上的负载。
[0018]根据上述任一方法的另一非限定性实施例，该方法包括，由辅助电源给主要电源充电或由辅助电源以低电力模式运行电气化车辆。
[0019]根据本发明的另一示例性方面，一种方法包括，在电气化车辆上配备至少一个电连接件，以及通过辅助电源向至少一个电连接件供电以至少暂时向电气化车辆供电，以及其他。
[0020]根据上述方法的另一非限定性实施例，该方法包括由辅助电源给主要电源充电，或者由辅助电源以低电力模式运行电气化车辆。
[0021]根据上述任一方法的另一非限定性实施例，该方法包括，激活电气化车辆的辅助系统，以及转移对主要电源的部分能量需求以便由辅助电源给辅助系统供电。
[0022]根据上述任一方法的另一非限定性实施例，该方法包括，在其他电力不可用时，使用来自辅助电源的电力运行电气化车辆。
[0023]根据上述任一方法的另一非限定性实施例，该方法包括，在供电步骤之前，选择配置在辅助电源上的负载。
[0024]可以单独或以任意结合理解前述段落、权利要求书或下面的说明书及附图的实施例、示例和替代物，包括它们的不同方面或各自的特征。结合一个实施例描述的特征可以用于所有实施例，除非这些特征是不兼容的。
[0025]通过下面的【具体实施方式】，对本领域的技术人员来说，本发明的各种特征和优点将变得明显。伴随【具体实施方式】的附图可以简单描述如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1不意性地描述了电气化车辆的动力传动系统。
[0027]图2描述了用于电气化车辆的供电系统。
[0028]图3A、3B和3C描述了可以并入电气化车辆的各种电连接件。
[0029]图4A和4B描述了用于辅助电源的示例性安装位置。
[0030]图5描述了供电系统的第二实施例。
[0031]图6不例性描述了一种向电气化车辆提供辅助电力的方法。
[0032]图7描述了向电气化车辆供应辅助电力的另外一种方法。
[0033]图8描述了向电气化车辆供应辅助电力的方法的第三实施例。
【具体实施方式】
[0034]本发明涉及一种用于向电气化车辆选择性供应辅助电力的系统和方法。本发明的系统和方法可以使用一种辅助电源，其配置为选择性地从主要电源转移能量需求。一个或多个电连接件并入电气化车辆用于将辅助电源连接于电气化车辆的供电系统。除了其他特征，该辅助电源可以用于给主要电源充电、以低电力模式运行电气化车辆或给电气化车辆的辅助系统供电。
[0035]图1示意性描述了用于电气化车辆12——例如HEV——的动力传动系统。应该理解的是，尽管描述为HEV，应当理解在此描述的构思并不限于HEV，并且应该延伸到包括但是不限于PHEV和BEV的其他电气化车辆。
[0036]在一个实施例中，动力传动系统10是使用第一驱动系统和第二驱动系统的功率分流动力传动系统，所述第一驱动系统包括引擎14和发电机16 (即,第一电机)的结合，第二驱动系统包括至少一个电动机36 (即，第二电机)、发电机16和电池50。例如，电动机36、发电机16和电池50可以构成动力传动系统10的电动驱动系统25。如下面更加详细地讨论的，第一和第二驱动系统产生扭矩以驱动电气化车辆12的一组或多组车辆驱动轮30。
[0037]引擎14—例如内燃机一和发电机16可以通过动力传输单元18连接。在一个非限定性实施例中，动力传输单元18是行星齿轮组。当然，包括其他齿轮组和变速器的其他类型的动力传输单元也可以用于将引擎14连接到发电机16。动力传输单元18可以包括环形齿轮20、太阳轮22和齿轮架总成24。当作为发电机的时候，发电机16由动力传输单元18驱动，以将动能转换成电能。发电机16可以可替换地用作电动机以将电能转换成动能，因此向连接到动力传输单元18的齿轮架总成24的轴26输出扭矩。因为发电机16可操作地连接到引擎14，引擎14的速度可以由发电机16控制。
[0038]动力传输单元18的环形齿轮20可以连接到轴28，该轴28通过第二动力传输单元32连接到车辆驱动轮30。第二动力传输单元32可以包括具有多个齿轮34A、34B、34C、34D、34E和34F的齿轮组。其他动力传输单元也是适合的。齿轮34A-34F将扭矩从引擎14传输到差速器38以向车辆驱动轮30提供牵引力。差速器38可以包括多个能够将扭矩传输到车辆驱动轮30的齿轮。第二动力传输单元32通过差速器38机械地耦接到轮轴40以将扭矩分配到车辆驱动轮30。
[0039]电动机36还可以用于通过向轴46输出扭矩驱动车辆驱动轮30，该轴46也连接到第二动力传输单兀32。在一个实施例中，电动机36和发电机16是再生制动系统的一部分，在该再生制动系统中，电动机36和发电机16 二者均可以用作发动机以输出扭矩。例如，电动机36和发电机16的每一个可以向高压总线48和电池50输出电力。电池50可以是能够输出电力以运行电动机36和发电机16的高压电池。其他类型的能量储存装置和/或输出装置也可以合并用于电气化车辆12。
[0040]电动机36、发电机16、动力传输单元18和动力传输单元32可以总体地被称为电气化车辆12的变速驱动桥42或变速器。因此，当驾驶员选择具体档位时，变速驱动桥42被适当地控制以通过向车辆驱动轮30提供牵引力来为推动电气化车辆12提供相应的排档。
[0041]动力传动系统10可以另外包括用于监控和/或控制电气化车辆12的不同方面的控制系统44。例如，控制系统44可以与电力驱动系统25、动力传输单元18、32或其他组件通信以监控和/或控制电气化车辆12。控制系统44包括电子设备和/或软件以运行必要的控制功能来运行电气化车辆12。在一个实施例中，控制单元44是车辆系统控制器和动力传动系统控制模块(VSC/PCM)的组合。尽管示为单一的硬件装置，控制系统44可以包括多硬件装置形式的多个控制器，或一个或多个硬件装置内的多个软件控制器。
[0042]控制器局域网络(CAN) 52允许控制系统44与变速驱动桥42通信。例如，控制系统44可以自变速驱动桥42接收指示档位之间的变换是否发生的信号。控制系统44还可以与电池50的电池控制模块或其他控制装置通信。
[0043]此外，电力驱动系统25可以包括一个或多个控制器54，例如逆变器系统控制器(ISC)。例如，为了支持双向能量流动，控制器54配置为控制变速驱动桥42内的具体组件，例如发电机16和/或电动机36。在一个实施例中，控制器54是结合可变电压转换器的逆变器系统控制器(ISC/VVC)。
[0044]在电池50的能量耗尽以前，电气化车辆12可以操作为在一段特定的距离内行驶。这可能导致操作者里程焦虑。相应地，电气化车辆12可以配备用于增加电气化车辆12的行驶里程的供电系统。这一供电系统的示例性实施例在下面详细描述。
[0045]图2不意性描述了供电系统60的第一实施例，该供电系统60可以合并于电气化车辆中，例如图1中的电气化车辆12中。可以操作供电系统60以便有选择地向电气化车辆提供辅助电力，例如用于从其他电源转移能量需求或向辅助系统供电。
[0046]—个实施例的供电系统60包括主要电源62、辅助电源64、控制单兀66和至少一个电连接器68。当然，该观点是高度示意性的，并且将要领会的是供电系统60可以包括其他组件和其他配置。
[0047]在一个实施例中，主要电源62是电气化车辆的高压电池(例如，见图1的电池50)。主要电源62可以表现为电气化车辆的主要电池。主要电源62存储能量，该能量可以用于向电气化车辆的多个负载提供电力。例如，主要电源62可以提供用于运行电气化车辆12 (见图1)的车辆驱动轮30的电力。
[0048]辅助电源64是与主要电源62分隔开的电源，该电源可以用于有选择地向电气化车辆供应辅助电力。辅助电源64可以代替主要电源62或除了主要电源62以外来供应电力。
[0049]在一个实施例中，辅助电源64是便携式的、汽油驱动发电机。然而，任何市场上可买到的或低瓦数汽油发电机都可以用作辅助电源64。在本发明的构思内，可以额外地或可替换地应用其他辅助电源。
[0050]辅助电源64可以通过电连接件68连接到供电系统60。例如，在一个非限定性实施例中，电连接件68是插头连接端(male connect1n),其可以插入位于辅助电源64上的插孔连接端(female connect1n)以将辅助电源64电连接到供电系统60。可以可替换地或额外地使用实施为不同配置的其他连接端。
[0051]在一个实施例中，电连接件68合并到电气化车辆中。换句话说，电连接件68以与发动机14和电池50是电气化车辆12(见图1)的组件非常类似的方式作为电气化车辆的集成组件。电连接件68放置在电气化车辆的第一位置70。第一位置可以是包括但是不限于靠近电气化车辆后端或电气化车辆的引擎盖下方的任何位置。
[0052]控制单元66与主要电源62和辅助电源64以及电气化车辆的其他组件和系统通信。在一个实施例中，控制单元66是电力分配模块。控制单元66包括用于控制供电系统60以便向电气化车辆的一个或多个负载供应电力的必要硬件和软件。下面参照图6和7讨论供电系统60的操作的更加详细的描述。
[0053]供电系统60可以额外地包括仪表盘显示器72，其向使用者提供关于供电系统60运行的一些控制。在一个实施例中，仪表盘显示器72位于电气化车辆的第二位置74。第二位置74是不同于电连接件68的第一位置70的位置。在一个非限定性实施例中，第二位置74在电气化车辆的乘客舱中。
[0054]在一个实施例中，仪表盘显示器72配置为允许电气化车辆的操作者选择从主要电源62转移到辅助电源64的负载。在特定车辆状况下，例如主要电源62的低电量状况，这可能是必要的。在另一实施例中，仪表盘显示器72配置为允许操作者选择配置在辅助电源64上的负载，或者预算用于由辅助电源64给辅助系统供电的负载。
[0055]仪表盘显示器72包括至少一个显示器单元76和一个或多个输入装置78。显示器单元76显示与供电系统60相关的信息，并且输入装置78允许操作者以上面描述的方式控制供电系统60。在一个实施例中，输入装置78是可促动按钮。
[0056]参照图3A、3B和3C，供电系统60的电连接件68可以实施为各种设计或配置。例如，如图3A所示，电连接件68可以包括用于具有高达2000瓦额定功率的辅助电源的三孔插头连接端68-A。在另一实施例中，如图3B所示，电连接件68包括用于具有高达3750瓦额定功率的辅助电源的三孔插头连接端68-B。在又一实施例中，电连接件68是用于具有高达7500瓦额定功率的辅助电源的四孔插头连接端68-C。电源线69可以连接到连接端68-A、68-B和68-C。应该领会的是，所描述的电连接件旨在作为可以使用的连接端类型的非限定性示例。
[0057]图4A和4B描述了用于辅助电源64的可能的安装位置的非限定性实施例。在图4A的实施例中，辅助电源64放置在电气化车辆12的引擎盖80的下方。在电连接件68的第一位置70 (见图2)也位于引擎盖80的下方的情况下，该安装位置也是适合的。在该实施例中，辅助电源64集成为电气化车辆12的一部分。
[0058]可替换地，如图4B所示，辅助电源64可以放置在可安装至电气化车辆12的拖车挂接装置84的托架总成82上。在电连接件68的第一位置70在电气化车辆12的后端附近的情况下可以使用该安装配置。在该实施例中，辅助电源64可以很容易地从电气化车辆12拆除。换句话说，辅助电源64可以永久地结合在电气化车辆中(见图4A)或者可以是从中可拆除的(见图4B)。
[0059]图5示意性描述了另一示例性供电系统160的部分。在本发明中，在适当的情况下，相同的附图标记标示相同的元件，并且，增加了 100或其倍数的附图标记标示变型的元件，该变型的元件被理解为包含相应的原始元件的相同的特征或优点。
[0060]在该实施例中，供电系统160包括将辅助电源164连接到供电系统160的多个电连接件168。多个电连接件168的每一个都可以配备在电气化车辆上以便适应各种类型的辅助电源164。在该实施例中，描述了 168AU68B和168C三种不同的电连接件。然而，在本发明的范围内，其他配置也是可以预期的。
[0061]电连接件168A、168B和168C的每一个都可以与供电系统160的控制单元166通信。在一个实施例中，控制单元166编程为感测电连接件168A、168B和168C中的哪一个正由辅助电源164提供电力。控制单兀166可以额外地从辅助电源164传输辅助电力以给整个电气化车辆的各种负载供电。
[0062]用于使用上面描述的供电系统60 (或供电系统160)向电气化车辆供应辅助动力的各种方法和技术是可以预期的。除其他特征外，以及如下面更加详细地讨论的，供电系统60、160可以用于有选择地从主要电源62转移能量需求、给主要电源62充电、以低电力模式运行电气化车辆12、向电气化车辆12的辅助系统提供电力、或这些应用的任意组合。
[0063]例如，在继续参照图1-5的情况下，图6示意性地描述了用于向电气化车辆12供应辅助电力的第一示例性方法100。通过在电气化车辆12上配备至少一个电连接件68、168，该方法100在步骤102开始。一个或多个电连接件可以并入电气化车辆12中。图4A和4B描述了用于配备电连接件68、168的两个非限定性安装位置。
[0064]然后，在步骤104，可以至少临时由辅助电源64、164向电连接件68、168提供电力。在一个实施例中，电气化车辆12的操作者确定是否通过使用仪表盘显示器72或通过将电连接件68、168插入辅助电源64、164来利用辅助电源64、164提供电力。在另一实施例中，控制单元66、166编程为自动地确定什么时候使用来自辅助电源64、164的辅助电力。在一个实施例中，当主要电源62具有低电量情况时，或者另外，在不能从电气化车辆12内的其他任何地方得到电力的情况下，控制单元66、166命令使用来自辅助电源64、164的电力。
[0065]在步骤106，由辅助电源64、164提供的电力用于供电给或运行整个或部分电气化车辆12。例如，在一个非限定性实施例中，由辅助电源64、164提供的电力可以用于给主要电源62充电。这可以在控制单元66、166感测到主要电源62的低电量状况的情况下进行。
[0066]在另一非限定性实施例中，由辅助电源64、164提供的电力可以用于在低电力模式下运行电气化车辆12。这可以在例如主要电源62完全耗尽能量时实现。一种示例性的低电力模式可以被称为慢速回航模式(limp-home mode),在该模式下辅助电源64、164提供仅仅足够以相对低的速度(例如，不大于5英里每小时)驱动车辆驱动轮30到达最近的安全位置或充电站的电力。在又一实施例中，由辅助电源64、164提供的电力可以用于给主要电源62充电以及在低电力模式下运行电气化车辆12。
[0067]图7示意性地描述了用于向电气化车辆提供辅助动力的方法200的另一实施例。在一个实施例中，方法200可以用于给辅助系统或电气化车辆12的其他负载供电。例如，通过激活电气化车辆12的辅助系统，该方法可以在步骤202开始。辅助系统可以是气候控制系统(用于加热或冷却乘客舱)、灯光系统、消费装置供电站、电驱动系统，或电气化车辆12的其他任何负载中的其中一个。该辅助系统由电气化车辆12的操作者激活，例如通过开启乘客舱内的辅助系统。可以通过使用仪表盘显示器72或其他一些仪器面盘激活该辅助系统。
[0068]可选地，为了给一个或多个辅助系统供电，车辆操作者可以选择配置在辅助电源64、164上的负载。使用仪表盘显不器72的输入装置78,操作者可以选择并输入特定负载。选择的负载可以显示在显示单元76上。
[0069]然后，在步骤206，将主要电源62上的部分能量需求转移到辅助电源64、164上。转移到辅助电源64、164上的能量需求可以与在步骤204选择的负载成正比例。可替换地，控制单元66、166可以编程为自动地将特定数量的能量需求转移到辅助电源64、164。
[0070]在步骤208，响应于辅助电源64、164的故障状况，可以可选地降低配置在辅助电源64、164上的负载。控制单兀66、166可以编程为，响应于辅助电源64、164的任意状况，自动地降低辅助电源64、164上的负载。
[0071]最后，在步骤210，可以使用来自辅助电源62、164的电力给辅助系统供电。利用辅助电源64、164给辅助系统供电降低了主要电源62上的负载，因此释放主要电源62以用于处理其他负载，并且潜在地增加了电气化车辆12的最大里程。在方法200范围内，辅助电源64、164可以额外地或可替换地用于给主要电源62充电和/或在低电力模式下运行电气化车辆12。
[0072]图8描述了用于向电气化车辆提供辅助电力的方法300的又一实施例。在步骤302，确定辅助电源64、164是否连接到电气化车辆12。这可以由车辆操作者人工地完成或通过控制单元66、166自动地完成。如果没有连接，方法300重新开始。如果已经连接，方法300进行到步骤304。
[0073]在步骤304，车辆操作者可以选择配置在辅助电源64、164上的负载。在一个实施例中，操作者可以使用仪表盘显示器72的输入装置78选择并输入特定负载。选择的负载可以显示在显示单元76上。
[0074]然后，在步骤306，可以降低配置在辅助电源64、164上的负载。控制单元66、166可以编程为，响应于辅助电源64、164的任意状况，自动地降低辅助电源64、164上的负载。例如，辅助电源64、164的低压状况或关断状况可以促进负载的降低。
[0075]在步骤308，可以选择用于给车辆辅助设备供电的负载预算。该选择可以基于辅助电源64、164的容量并且可以使用仪表盘显示器72预设。
[0076]在步骤310，确定主要电源62的充电速率。可以通过控制单元66、166监控该充电速率。如果充电速率低，在步骤312，操作者具有选择(通过仪表盘显示器72)低电力模式的选择权，在该模式下，由辅助电源64、164给电气化车辆12供电。如果充电速率不低，该方法返回步骤302。
[0077]尽管将不同的非限定性实施例描述为具有特定的组件或步骤，本发明的实施例并不限于那些具体的组合。结合来自任一非限定性实施例的一些组件或部件使用来自任一其他非限定性实施例的部件或组件是可能的。
[0078]应该理解的是，相同的附图标记标识多个附图中的相应的或相似的元件。应该理解的是，尽管在这些示例性实施例中公开并描述了具体组件安置，其他安置也可以从本发明的教导中得到益处。
[0079]前述说明书应该被理解为说明性的而没有任何限定性意义。所属领域的技术人员将要理解，在本发明的范围内可以发生特定变型。由于这些理由，应当通过研究下面的权利要求书来确定本发明的真实范围和主题。
【权利要求】
1.一种用于电气化车辆的供电系统，其特征在于，包含: 主要电源； 辅助电源，其配置为代替所述主要电源或者除所述主要电源之外有选择地提供电力； 至少一个电连接件，其配置为将所述辅助电源连接到所述供电系统。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主要电源是高压电池。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辅助电源是便携式发电机。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辅助电源配置为有选择地从所述主要电源转移能量需求。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个电连接件放置在所述电气化车辆后端附近或所述电气化车辆的弓I擎盖下面。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包含多个并入所述供电系统的不同的电连接件。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辅助电源放置在可以安装至所述电气化车辆的拖车挂接装置的托架总成上。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包含仪表盘显示器，其配置为选择配置在所述辅助电源上的负载。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述仪表盘显示器包括至少一个显示单元和至少一个输入装置。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包含控制单元，其配置为感测传输到所述至少一个电连接件的电力。
【文档编号】B60L1/00GK104276042SQ201410325603
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2013年7月12日
【发明者】杰西·布鲁奈斯, 道格拉斯·雷蒙德·马丁 申请人:福特全球技术公司