混合动力车辆及操作的方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及混合动力电动车辆的领域。更具体地讲，本公开属于运转混合动力电动车辆以提高电池容量从而满足短期动力需求的方法。
【背景技术】
[0002]混合动力电动车辆通过在一些行驶条件期间在电池中储存能量并在其他行驶条件下利用该能量来补充内燃发动机的动力来提高燃料经济性。此外，因为电池电力能够对来自内燃发动机的动力进行补充以满足短期动力要求(例如，当加速以进入高速公路时)，因此，与同等大小的传统车辆相比，混合动力电动车辆可使用较小的内燃发动机。由于当内燃发动机在最大功率容量的较高百分比下运转时通常更高效，因此，使用较小的发动机提高了燃料经济性。
[0003]然而，电池电压在消耗电力时降低。为了确保电池具有设计的使用寿命，车辆控制策略通常限制从电池消耗的最大电力，以确保电池电压停留在预定的最小电压之上。该最大电池电力限制具有特定发动机的车辆性能并限制使用较小发动机的机会。
【发明内容】
[0004]一种运转混合动力电动车辆的方法利用对未来动力需求的预测，以在预测到诸如在高速公路入口匝道加速的高动力需求事件时积极地对电池充电。所述预测可通过GPS系统利用与限速或平均速度相关的路段的数据库而产生。所述方法可一直等待，直到非常接近所述事件的时间为止再执行积极地充电。开始积极地充电的适当时间可通过电池时间常数来确定。所述方法可随影响电池时间常数的荷电状态、温度以及电池使用年限的变化而变化。通过正好在所述事件之前积极地充电，所述电池可传输更大的电流或者可更长的时间地传输更大的电流，同时电池电压保持在最小电压之上。
[0005]一种混合动力电动车辆包括具有时间常数的电池、被配置为从电池汲取电流的至少一个电动机、内燃发动机和控制器。所述电动机和发动机均被配置为向车轮传递扭矩。所述控制器被配置为通过一直等待直到处于所述事件之前的两个时间常数内然后运转车辆以向电池供应充电电流而对预测到未来扭矩需求事件作出响应。
[0006]根据本发明，提供一种运转具有电池的混合动力电动车辆的方法，所述电池具有时间常数，所述方法包括:在预测的高动力需求事件的预期下，一直等待直到处于所述事件的两个时间常数内，然后运转车辆以向电池供应充电电流；响应于所述事件的发生，运转车辆以从电池汲取放电电流持续一定时间。
[0007]根据本发明的一个实施例，所述电池可在所述持续时间的起点具有荷电状态；所述电池在所述持续时间内始终具有超过最小电压的端电压；如果在以荷电状态休止一定时间段后汲取放电电流持续所述持续时间，则所述端电压下降至最小电压之下。
[0008]根据本发明的一个实施例，所述充电电流的大小和持续时间可以是基于电池温度的。
[0009]根据本发明的一个实施例，所述充电电流的大小和持续时间可以是基于电池使用年限的。
[0010]根据本发明，提供一种运转具有电池的混合动力电动车辆的方法，所述方法包括:在预测的动力需求事件的预期下，运转车辆以将电池充电至不超出最大荷电状态的荷电状态；响应于所述事件的发生，汲取放电电流持续一定时间，使得电池端电压不下降到最小电压之下，其中，从当不运转车辆时处于最大荷电状态的休止状态开始从电池汲取所述放电电流持续所述一定时间导致电池端电压下降至最小电压之下。
[0011]根据本发明的一个实施例，所述电池可具有时间常数并且所述方法还包括:在预测到该事件之后，等待直到处于所述事件的时间的两个时间常数内，运转车辆以对电池充电。
[0012]根据本发明的一个实施例，所述方法还可包括基于当前车辆位置以及包含附近路段的限速数据来预测动力需求事件。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述附近路段可包括高速公路入口匝道。
[0014]根据本发明的一个实施例，所述方法还可包括基于当前交通速度数据来预测动力需求事件。
【附图说明】
[0015]图1是混合动力车辆动力传动系的示意性表示。
[0016]图2是用于模拟电池的动态行为的电路的示意图。
[0017]图3是示出电池在充电事件之后的动态行为的曲线图。
[0018]图4是示出电池在放电事件期间的动态行为的曲线图。
[0019]图5是用于运转混合动力电动车辆的方法的流程图。
[0020]图6是示出应用图5的方法的车辆中的电池的动态行为的曲线图。
【具体实施方式】
[0021]在此描述了本公开的实施例。然而，应理解的是，公开的实施例仅为示例并且其他实施例可以以多种和替代的形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅为用于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。如本领域的普通技术人员将理解的是，参照任一附图示出和描述的多个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征相组合以形成未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可期望用于特定应用或实施。
[0022]图1是功率分流式混合动力车辆的示意性表示。实线表示部件之间的机械连接。长虚线表示部件之间的电力连接。短虚线表示信号连接。由于行星齿轮组20将从发动机流动到车轮的动力分流为机械的功率流路径和电的功率流路径，因此该构造被称为功率分流。行星齿轮组20包括绕共同的轴线旋转的中心齿轮22、环形齿轮24和齿轮架26。多个行星齿轮28被支撑为相对于齿轮架26旋转并均与中心齿轮22和环形齿轮24啮合。
[0023]内燃发动机30可驱动地连接至齿轮架26。中心齿轮22可驱动地连接至发电机32。环形齿轮24可驱动地连接至输出轴34。如果一个部件的旋转使得另一部件按照成比例的转速旋转，则这两个部件之间建立可驱动的连接。图1中，这些连接被示出为直接连接，但该连接可包括传动装置(gearing)。输出轴34还可驱动地连接至牵引电动机36和差速器38。差速器38将动力传递至左车轮40和右车轮42，同时(例如)当车辆转弯时允许左车轮40和右车轮42的车速稍微不同。
[0024]发电机32和牵引电动机36均为能够将电能转换为旋转机械能以及将旋转机械能转换为电能的可逆电机。例如，发电机32和牵引电动机36中的每个可以是与逆变器结合的DC电动机或AC电动机(例如，同步电动机或感应电动机)。发电机32和牵引电动机36均电连接至电池44。电池44将电能转换为化学能进行储存和将化学能转换为电能。
[0025]内燃发动机、发电机和牵引电动机各自产生的扭矩的水平由来自控制器46的命令控制。控制器基于与加速踏板48、发动机30、发电机32、牵引电动机36和电池44相关的传感器而确定期望的扭矩水平。此外，控制器可从全球定位系统50接收信息(例如，当前位置和预期的未来的驾驶员需求)。控制器46可被实施为单个微处理器、多个通信微处理器或其他装置。控制器46可通过软件、硬件或其组合而配置。
[0026]图2示出了可用于模拟电池(例如，电池44)的动态行为的Randles电路模型。电池具有负极端子52和正极端子54。电池通过迫使电流流出正极端子，流经负载(例如，电动机)并返回至负极端子而提供电力。为了给电池充电，由电源(例如，发电机)迫使电流流入正极端子并流出负极端子。电压源56表示从化学属性状态产生的电压。该电压可根据电池的荷电状态以及电池温度些微地改变。为了提高电池寿命，荷电状态可保持在最小荷电状态和最大荷电状态之间。电阻器58和电阻器60表不电池的欧姆电阻和电荷转移电阻。由于这些电阻，可从电池消耗的净电力小于用于对电池充电的净电力。这些电阻通常随温度和荷电状态而变化。最后，电容器62表示这样的事实:电能和化学能之间的转换可能不会以与所相连的电路提供或消耗电能的速率相同的速率进行。随着电池使用时间的延长，电池趋向于损失其电力能力(电力衰退)以及容量(容量衰退)。两个现象归因于电池老化。随着电池老化，在处于相同的温度和荷电状态下，电池的动态行为同样也改变，这通过其模拟参数(诸如Rl、R2和C)的变化来表达。对控制器来说有公知的技术在使用期间适应性地调节这些参数。
[0027]图3中示出了典型电池在充电事件之后的动态行为。粗线表示正极端子和负极端子之间的电压。在点64之前，供应了充电电流，使得电阻器58(R1)和电阻器60(R2)每个上产生正电压。在点64处，充电结束并且没有电流流入到电池中或从电池流出