本发明涉及用于控制电动车辆的车辆系统和方法。示例性车辆系统适于选择性地改变电动车辆的发动机的功率输出。在加热电动车辆的电池组是有利的的条件下，使用发动机的过量功率输出来为电加热装置进行供电。
背景技术：
众所周知需要降低车辆燃料消耗和排放。因此，正在开发减少对内燃机的依赖性的车辆。电动车辆就是当前为此目的而开发的一种车辆。通常，电动车辆不同于传统机动车辆是因为它们由电动机供电的一个或者多个电池选择性地驱动。相反，传统电动车辆完全依赖内燃机来驱动车辆。
高压电池组通常为电动车辆的电机和其它电力负载进行供电。电池组包括多个将能量存储用于为这些负载供电的电池单元。电池单元必须定期地充电以补充它们的能量等级。在冷环境条件下，可能会限制从电池单元中添加或提取的能量的量。
技术实现要素：
根据本公开示例性方面的一种方法，除其它步骤之外还包括通过以下方式控制电动车辆：
通过改变发动机的功率输出来为用于选择性地加热电动车辆的电池组的电加热装置进行供电。
上述方法中的另一非限制性实施例，包括：改变发动机的曲轴的速度输出和扭矩输出中的至少一个。
任意上述方法中的另一非限制性实施例，包括：如果电池组的温度低于目标温度并且电池组的功率限制小于目标功率限制，则改变发动机的功率输出以为电加热装置进行供电。
任意上述方法中的另一非限制性实施例，包括：如果发动机冷却剂温度低于目标发动机冷却剂温度，则改变发动机的功率输出以为电加热装置进行供电。
任意上述方法中的另一非限制性实施例，包括：如果发动机的制动燃料消耗率(brakespecificfuelconsumption)与目标制动燃料消耗率不同，则改变发动机的功率输出以为电加热装置进行供电。
任意上述方法中的另一非限制性实施例，包括：如果：
发动机冷却剂温度低于目标发动机冷却剂温度；
发动机操作点与目标发动机操作点不同；
电池组的温度低于目标温度；或者
电池组的功率限制小于目标功率限制；
则改变发动机的功率输出以为电加热装置进行供电。
任意上述方法中的另一非限制性实施例，包括：连续为电加热装置进行供电直到电池组的功率限制等于目标功率限制或者在目标功率限制的范围内。
任意上述方法中的另一非限制性实施例，包括：如果电池组的功率限制等于目标功率限制或者在目标功率限制的范围内，则降低发动机的功率输出并且停用电加热装置。
任意上述方法中的另一非限制性实施例，包括：如果发动机冷却剂温度超过目标发动机冷却剂温度，则关闭发动机。
任意上述方法中的另一非限制性实施例，包括：如果发动机制冷剂温度低于目标发动机制冷剂温度，则使用常规发动机逻辑来控制发动机。
任意上述方法中的另一非限制性实施例，包括：如果发动机冷却剂温度超过目标发动机冷却剂温度，则关闭发动机。
任意上述方法中的另一非限制性实施例，包括：
利用电加热装置加热介质；以及
使用介质加热电池组的电池单元。
任意上述方法中的另一非限制性实施例，包括：利用过量再生功率来选择性地增强为电加热装置的供电。
根据本公开的另一示例性方面的一种电动车辆，除其它装置之外还包括：
发动机；
电池组；
电加热装置，该电加热装置配置为加热电池组；以及
控制系统，控制系统配置有用于选择性地改变发动机的功率输出以满足电加热装置的负载的指令。
在上述电动车辆的另一非限制性实施例中，电加热装置包括电阻式加热装置。
在上述电动车辆的另一非限制性实施例中，电加热装置包括正温度系数(ptc)加热器。
在上述电动车辆的另一非限制性实施例中，电加热装置包括红外加热装置。
在上述电动车辆的另一非限制性实施例中，电加热装置是液体或者空气热量管理系统的一部分。
在上述电动车辆的另一非限制性实施例中，控制系统配置为将功率输出请求信号传送到发动机。功率输出请求信号包括用于增加发动机的曲轴的每分钟转速(rpm)输出或者扭矩输出的指令。
在上述电动车辆的另一非限制性实施例中，车辆包括降压转换器，降压转换器配置为将从发动机接收的输入电压降低到足够为电加热装置进行供电的低压。
上述段落、权利要求或下述说明书和附图的实施例、示例以及替代方案，包括它们的各个方面或相应的个体特征中的任何一个，可以独立地或以任何组合来采用。结合一个实施例描述的特征适于所有实施例，除非这些特征不兼容。
通过以下具体实施方式，本公开的各种特征和优势对于本领域技术人员将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可以简要描述如下。
附图说明
图1示意性地示出了电动车辆的动力传动系统；
图2示出了电动车辆的车辆系统；
图3示出了示意性电池热量管理回路；
图4示出了另一个示意性电池热量管理回路；
图5示意性地示出了在加热电池组是有益的条件下用于控制电动车辆的示例性控制策略。
具体实施方式
本公开详述了一种用于以提高其性能的方式控制电动车辆的系统和方法。可以选择性地改变电动车辆的发动机的功率输出，以用于在加热电池组是有益的条件下产生电能以满足电加热装置负载。在一些实施例中，电池组在冷环境条件下被电加热装置加热。一旦电池组的功率限制在期望的范围内，则发动机将恢复到常规的发动机逻辑(发动机关闭，较低的功率输出等)。在下面详细描述的段落中更加详细的讨论了这些和其它的特征。
图1示意性地示出了电动车辆12的动力传动系统10。尽管已描述为混合动力电动车辆(hev)，但是应当理解的是，本文描述的构思不限制为hev并且可以延伸到包括但不限于插电式混合动力电动车辆(phev)的其它电动车辆。
在非限制性实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分配式动力传动系统。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(即，第二电机)、发电机18以及电池组24。在此示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电力驱动系统。第一和第二驱动系统产生扭矩以驱动电动车辆12的一组或者多组车辆驱动轮28。尽管图1中描述了动力分配的配置，但是其它动力传动系统分配也可以从本公开的教导中受益。
在一个实施例中是内燃机的发动机14和发电机18可以通过诸如行星齿轮组的动力传输单元30连接。当然，可以使用包括其它齿轮组和变速器在内的其它类型的动力传输单元将发动机14和发电机18连接。在一个非限制性实施例中，动力传输单元30是包括环形齿轮32、中心齿轮34以及行星齿轮架总成36的行星齿轮组。
发电机18可以由发动机14通过动力传输单元30驱动以将动能转换成电能。发电机18可替选地用作马达以将电能转换成动能，从而向连接到动力传输单元30的轴38输出扭矩。因为发电机18可操作地连接到发动机14，所以发动机14的速度可由发电机18控制。
动力传输单元30的环形齿圈32可以连接到轴40，轴40通过第二动力传输单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传输单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其它动力传输单元也可以是适合的。齿轮46将扭矩从发动机14传输到差速器48以最终将牵引力提供到车辆驱动轮28。差速器48可以包括能够将扭矩传递到车辆驱动轮28的多个齿轮。在一个实施例中，第二动力传输单元44通过差速器48机械地连接到车轴50以将扭矩分配到车辆驱动轮28。
马达22还可以用于通过将扭矩输出到同样连接到第二动力传输单元44的轴52来驱动车辆驱动轮28。在一个实施例中，马达22和发电机18配合作为再生制动系统的一部分，在再生制动系统中，马达22和发电机18均可以用作马达以输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自向电池组24输出电力。
电池组24是示例性电动车辆电池。电池组24可以是高压牵引电池组，该高压牵引电池组包括能够输出电能以操作马达22和/或电动车辆12的其它电力负载的多个电池组件25(即，电池阵列或电池单元的分组)。其它类型的能量存储装置和/或能量输出装置也可以用于对电动车辆12进行供电。
在另一非限制性实施例中，电动车辆12具有两种基本操作模式。电动车辆12可以以电动车辆(ev)模式来操作，其中，马达22(通常不由发动机14辅助)被用于车辆推进，从而将电池组24的荷电状态消耗到在某些驾驶模式/周期下其最大允许放电率。ev模式是用于电动车辆12的电荷消耗操作模式的示例。在ev模式期间，例如由于再生制动的周期，电池组24的荷电状态在某些情况下可能增加。发动机14在默认ev模式下通常为off(关闭)，但是可以根据车辆系统状态的需要或在操作者允许的情况下来操作。
电动车辆12可以另外以混合动力(hev)模式操作，在混合动力模式中，发动机14和马达22都用于车辆推进。hev模式是电动车辆12的电荷维持操作模式的示例。在hev模式期间，电动车辆12可以减小马达22推进使用，以便通过增加发动机14的推进力将电池组24的荷电状态保持在恒定或近似恒定的水平。在本公开的范围内，除了ev和hev模式之外，电动车辆12也可以以其它操作模式操作。
图2是用于电动车辆的车辆系统54的高度示意性描述。例如，车辆系统54可以结合在图1的电动车辆12中或任意其它电动车辆中使用。车辆系统54适于改变电动车辆12的发动机14的功率输出以便在加热电池组24是有益的条件下为电加热装置56进行供电。
在非限制性实施例中，车辆系统54包括发动机14、电机18、电池组24、电加热装置56以及控制系统58。车辆系统54可选地包括降压转换器55。这些部件及其各自的功能每个都在下面讨论。
发动机14可以是内燃机。发动机14可替选地是能够产生电力的任意其它类型的功率源，该电力用于为电机18、电加热装置56以及其它负载进行供电。
电机18可以是马达或发电机。在非限制性实施例中，电机18用作组合的马达/发电机。在另一非限制性实施例中，电机18是永磁同步电动机。
电池组24包括一个或多个电池组件25或电池单元27的分组。每个电池组件25包括多个电池单元27或任意其它类型的能量存储装置。电池单元27存储电能，该电能可选择性地设置为给电动车辆12的各种电力负载进行供电。这些电力负载包括各种高压负载(例如，电机等)或各种低电压负载(例如，照明系统，低压电池，逻辑电路等)。
电加热装置56可以定位在电池组24附近，用于在冷环境条件或其它条件下选择性地加热电池组24。例如，电加热装置56可以用于加热介质(例如，流体或空气)，然后将介质引导到电池组24用于加热电池单元27。在非限制性实施例中，电加热装置56是正温度系数(ptc)加热器。在另一非限制性实施例中，电加热装置56是红外加热装置。在又一非限制性实施例中，电加热装置56是电阻式加热装置。电加热装置56可以被选择为使得其最大调节温度在电池组24的最佳操作温度范围内。尽管示出了单个电加热装置56，但是车辆系统54可以使用多个电加热装置56用于加热电池组24。
电加热装置56可以是高压装置或低压装置。在车辆系统54使用低压电加热装置56的实施例中，可以采用降压转换器55将从发动机14或电机18接收的输入电压降低到足够为电加热装置56进行供电的低压。在非限制性实施例中，降压转换器55是直流-直流(dc-dc)电力转换器。在一些实施例中，诸如当车辆系统54使用高压电加热装置56时，降压转换器55可以不是必需的。
可以使用由发动机14产生的电力来供电电加热装置56。例如，可以改变发动机14的功率输出以选择性地为电加热装置56进行供电。在非限制性实施例中，通过增加以发动机14的曲轴66的每分钟转数(rpm)测量的输出来改变发动机14的功率输出。
控制系统58可以是整个车辆系统控制器(vsc)的一部分，或者可以是与vsc通信的单独的控制系统。控制系统58包括一个或多个控制模块60，该控制模块60配备有用于与车辆系统54的各种部件接合和命令其操作的可执行指令。例如，在非限制性实施例中，发动机14、电机18、以及电池组24中的每一个都包括控制模块，并且这些控制模块可以在控制器局域网络(can)中彼此通信以控制电动车辆12。在另一非限制性实施例中，控制系统58的每个控制模块60包括用于执行车辆系统54的各种控制策略和模式的处理单元62和非暂时存储器64。下面参考图5讨论了车辆系统54的一个示例性控制策略。
控制系统58的示例性功能是监测与发动机14和电池组24相关的各种参数。作为非限制性示例，控制系统58可以监测发动机14的冷却剂温度和制动燃料消耗率(bsfc)以及电池组24的功率限制和温度。这些参数可以由控制系统58收集和分析以确定加热电池组24是否有益，如下面更详细地讨论的。
控制系统58的另一示例性功能是控制用于产生电力的发动机14的操作以满足电加热装置56的电力负载。例如，控制系统58可以将功率输出请求信号s1周期性地传送到发动机14。功率输出请求信号s1命令发动机产生特定功率输出或曲轴66的特定rpm输出。在非限制性实施例中，控制发动机14的功率输出以产生比驱动电动车辆12所需的功率更大量的功率。这种额外的能量可用于为电加热装置56进行供电。在非限制性实施例中，如果控制系统58已经确定期望加热电池组24，由发动机14产生的额外的功率被作为发电机操作的电机18消耗，并且然后则将该额外的功率提供给电加热装置56。
电加热装置56可以是电池组热量管理回路的一部分。在本公开的范围内考虑了各种类型的热量管理回路。图3和图4中示出了适合的热量管理回路的两个非限制性实施例。
首先参考图3，电加热装置56是液体热量管理回路68的一部分。液体热量管理回路68选择性地将诸如水或乙二醇的液体l传送到电池组24以热管理电池组24的电池单元。液体l可以通过电池组24的内部回路循环或以其它方式循环，以向电池单元增加热或从电池单元移除热量。
在非限制性实施例中，液体热量管理回路68包括散热器70、泵72、阀74、电加热装置56以及冷却器76。液体热量管理回路68可以以冷却电池组24的冷却模式或加热电池组24的加热模式来操作。例如，在冷却模式期间，泵72通过散热器70传送液体l。来自液体l的热量被排出到散热器70内的大气中。然后，离开散热器70的冷却液体l返回到电池组24用于冷却电池单元27。液体l的一部分也可以传递通过冷却器76，以增强由散热器70提供的冷却。阀74适于控制液体l到散热器70、冷却器76或两者的流量。
可替选地，在加热模式期间，阀74将离开电池组24的液体l引导到电加热装置56。电加热装置56被致动以加热液体l。然后将已加热的液体l传送到电池组24用于加热电池单元27。冷却器76在加热模式期间通常是停用的。
图4中示意性地示出了空气热量管理回路78。从电动车辆的内部车厢抽出的车厢空气80通过风扇84被引导到空气混合门82。风扇84可以位于电池组24的上游或者下游。在冷却模式期间，空气混合门82将车厢空气80引导到电池组24用于冷却电池单元。可替选地，在加热模式期间，空气混合门82可以将车厢空气80的全部或一部分引导到电加热装置56用于加热车厢空气80。已加热的空气80-1然后被引导到电池组24用于加热电池单元。
在又一非限制性实施例中，空气混合门82是可选的。在这种实施例中，车厢空气80直接被传送到电加热装置56。
参考图5并继续参考图1-图4，示意性地示出了用于控制电动车辆12的控制策略100。例如，可以执行控制策略100以通过在加热是有利的条件下加热电池组24来控制电动车辆12的操作。在一个非限制性实施例中，控制系统58用适于执行示例性控制策略100或任意其它控制策略的一个或多个算法进行编程。在另一非限制性实施例中，控制策略100作为可执行指令存储在控制系统58的控制模块60的非暂时存储器64中。
控制策略100从在框102处的车辆启动开始。然后，控制策略100可以开始用于确定加热电池组24是否有益的算法104。示例性算法104被示出为包括框106、108和110。然而，在另一非限制性实施例中，算法104可以包括框106、108和110中的一个或多个。
首先，在算法104的框106处，将与发动机14相关联的发动机冷却剂温度(ect)与目标发动机冷却剂温度(ect)进行比较。目标发动机冷却剂温度(ect)是存储在控制模块60的非暂时性存储器64中的预定值或范围，并且除其它标准之外还可以根据发动机14和电动车辆12的配置来变化。如果发动机冷却液温度(ect)超过目标发动机冷却液温度(ect)，则发动机14在框112处关闭，这表明当时加热电池组24是不利的。如果发动机冷却剂温度(ect)小于目标发动机冷却剂温度(ect)，则控制策略100可以继续进行框108。
在框108处将发动机14的制动燃料消耗率(bsfc)与目标制动燃料消耗率(bsfc)进行比较。目标制动燃料消耗率(bsfc)是发动机14的相对燃料效率的测量值的预定值或范围。此值或范围也是设计依赖的，并且除其它标准之外还可以依赖于发动机14和电机18的配置。如果制动燃料消耗率(bsfc)处于目标制动燃料消耗率(bsfc)的预定范围内，则在框114处使用常规的发动机逻辑来控制发动机14。如果已测量的制动燃料消耗率(bsfc)与目标制动燃料消耗率(bsfc)不同，则控制策略100可以继续进行框110。
在框110处，可以分析电池组24的各种操作条件，并将电池组24的各种操作条件与目标值或阈值进行比较。在非限制性实施例中，在框110处将电池组24的功率限制(即，在任意给定时间可以添加到电池组24或从电池组24提取的能量的量，以千瓦为单位)和温度与目标值进行比较。如果电池组24的当前功率限制或当前温度超过目标功率极限值或目标温度值，则在框114处继续使用常规发动机逻辑来控制发动机14。可替选地，如果电池组功率限制小于目标电池组功率极限并且电池组温度低于目标电池组温度，则控制策略100可以继续进行框116。目标电池组功率极限和目标电池组温度是设计依赖的预定值或范围。在非限制性实施例中，目标电池组温度约为20℃(68°f)。
如果在执行算法104之后最终确定加热电池组24将是有益的，则控制策略100可以继续进行框116。在该框处，启动发动机14开始为电加热装置56进行供电，并且因此开始加热电池组24。在框118处，发动机14的功率输出操作点(即，曲轴66的rpm输出或扭矩)可以被改变(例如，增加)以满足电加热装置56的负载并且使发动机14以目标制动燃料消耗率(bsfc)运行。
在框120处，再次将电池组功率限制与目标电池组功率限制进行比较。电加热装置56由发动机14连续供电直到电池组24的功率限制等于或处在目标电池组功率限制的可接受目标内(见框122)。在非限制性实施例中，可以在框122期间选择性地使用在再生制动事件期间捕获的过量再生功率，以增强电加热装置56的供电。换句话说，发动机14和过量再生功率都可以用于为电加热装置56进行供电。
一旦电池组功率限制处于期望的范围内，则控制策略100可以继续进行框124。在该框处，发动机14的功率输出操作点降低，电加热装置56被停用，因此电池组24不再被加热。
在框126处，再次将发动机冷却剂温度(ect)与目标发动机冷却剂温度(ect)进行比较。如果发动机冷却剂温度(ect)超过目标发动机冷却剂温度(ect)，则发动机14在框128关闭。可替选地，如果发动机冷却剂温度(ect)低于目标发动机冷却剂温度(ect)，则可以在框130处使用常规的发动机逻辑来操作发动机14。
尽管不同的非限制性实施例被示出为具有特定的部件或步骤，但是本公开的实施例并不限制于那些特定的组合。可以将任意非限制性实施例中的一些部件或特征与来自任意其它非限制性实施例的特征或部件结合使用。
应当理解，贯穿若干附图，相同的附图标记表示相应或相似的元件。应当理解，尽管在这些示例性实施例中公开并且示出了特定部件布置，但是其它布置也可以从本公开的教导中受益。
前述描述应被解释为说明性的而非任意限制性的。本领域普通技术人员将理解，某些修改可能落入本公开的范围内。为此，应研究下述权利要求以确定本公开的真实范围和内容。