用于在车辆中提供混合动力功能的方法和装置制造方法

用于在车辆中提供混合动力功能的方法和装置制造方法
【专利摘要】一种用于在车辆上提供混合动力功能的方法和装置，所述车辆具有电连接到VITM和电池断接单元（BDU）的高电压（HV）能量存储系统（ESS）、电压传感器和控制器，所述电池断接单元（BDU）包括预充电接触器和高电压（HV）接触器。该方法包括：检测ESS/HV总线数据故障、测量和存储最初的HV总线电压、闭合BDU中的预充电接触器、当预充电接触器已经被闭合以预定短时间量时测量当前HV总线电压且指示是否存在实体ESS/HV总线故障，直到当前HV总线电压高于预定高电压，其指示不存在实际的ESS/HV总线故障，或直到预充电接触器被闭合的时间量大于预定最大时间量，其指示存在实体ESS/HV总线故障。
【专利说明】用于在车辆中提供混合动力功能的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明一般性地涉及混合动力电动车辆上的高电压能量存储系统，更特别地，涉及用于不论数据故障条件如何而使用高电压能量存储系统提供混合功能的方法和装置。
【背景技术】
[0002]混合电动车辆(HEV)可根据需要选择性地利用不同的能量源以实现优化的燃料效率。一种类型的HEV具有全混合动力传动系，可以选择性地使用内燃发动机和高电压电池模块或能量存储系统(ESS)中的一个或二者，用于车辆的电动推进。通常，从起动开始且至加速至阈值速度，具有全混合动力传动系的典型HEV可经由纯电动方式推动，其中一个或多个电动机/发电机单元(MGU)交替地根据需要从ESS吸收功率和将功率递送到ESS。该类型的全混合系统可能要求提供大约40-600V的ESS。在阈值速度之上，内燃发动机可提供全部所需的推进扭矩。替代地，具有轻度混合动力传动系的另一类型HEV缺乏用于纯电动推进的器件，但是保持了全混合设计的特定燃料节约设计，例如用于经由MGU为ESS充电的再生制动性能、和在自动停机事件期间选择性地将怠速的发动机关闭或关机的能力。该类型的轻度混合可仅要求提供大约40-1 IOv的ESS。
[0003]轻度HEV自动切断或关闭发动机的能力，或自动停机能力，允许燃料(否则被浪费)在特定怠速条件期间被保存。在具有自动停机功能的轻度HEV中，高电压MGU可取代传统的交流发电机而被用作带式交流发电机起动器(BAS)系统。当自动停止事件之后，驾驶员发出意图重新行驶的信号时，BAS将扭矩施加到发动机的螺旋带。来自MGU的扭矩可转动发动机以短暂的时段，直到来自车辆燃料供应的燃料流可被恢复。在发动机的冷起动期间，传统的曲轴安装的辅助电动机或12伏起动电动机可提供所需量的起转扭矩。
[0004]在任何类型的HEV上，ESS (其将高电压电功率提供到HEV电力系统内的电压逆变器)可由于ESS/HV总线数据故障或实际上的ESS/HV总线故障被临时性地断开，或不可用。这可导致混合动力功能(例如电动推进和/或辅助电功率的产生)的失去，由于这样的ESS/HV总线故障条件而引起不够优化的运行。

【发明内容】

[0005]因此，提供了一种方法和装置，用于提供混合电动车辆(HEV)上的混合动力功能，所述混合电动车辆具有电连接到电压电流温度模块(VITM)和电池断接单元(BDU)的高电压(HV)能量存储系统(ESS)、高电压(HV)总线电压传感器和控制器，所述电池断接单元(BDU)包括预充电接触器和至少一个高电压(HV)接触器。该方法包括，基于从VITM接收的ESS/HV总线数据检测控制器中的ESS/HV总线数据故障、使用HV总线电压传感器测量最初高电压(HV)总线电压、将最初HV总线电压存储在控制器中、闭合BDU中的预充电接触器并跟踪预充电接触器闭合的时间量。该方法进一步包括，当预充电接触器已经被闭合预定短时间量时，测量当前HV总线电压，如果当前HV总线电压高于预定高电压且最初的HV总线电压低于预定低电压，指示存在实际的ESS/HV总线故障。另外该方法包括，如果当预充电接触器已经被闭合以预定短时间量时不存在实际的ESS/HV总线故障，则测量当前HV总线电压，直到当前HV总线电压高于预定高电压(其指示不存在实际的ESS/HV总线故障)和预充电接触器被闭合的时间量大于预定最大时间量(其指示存在实际的ESS/HV总线故障)中的一个。最后，该方法包括以下之一:如果存在实际的ESS/HV总线故障，则断开预充电接触器；或如果不存在实际的ESS/HV总线故障，则闭合所述至少一个HV接触器。
[0006]还提供了一种装置，其用于为HEV提供混合动力功能，而不管控制器中的ESS/HV总线数据故障如何。
[0007]混合电动车辆(HEV)包括控制器和算法，用于为HEV提供混合动力功能，而不管控制器中的ESS/HV总线数据故障如何。
[0008]本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。
【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1示出了混合电动车辆(HEV)的示意图，所述混合电动车辆包括根据本发明的装置和方法，所述装置和方法用来，不论控制器中的ESS/HV总线数据故障如何，使用高电压(HV)能量存储系统(ESS)提供混合动力功能。
[0010]图2是用于图1的HEV的电路的更详细的示意图；且
[0011]图3是图解性流程图，描述了图1的用于提供混合动力功能的方法。
【具体实施方式】
[0012]参考附图，其中在若干幅视图中相同的附图标记对应于相似或类似的部件，且从图1开始，混合电动车辆(HEV) 10包括内燃发动机12，所述内燃发动机具有辅助起动电动机11，该辅助起动电动机通常通过齿轮组(未示出)连接到内燃发动机12的曲轴13。辅助起动电动机11可操作用于经由电连接器15从低压(LV)辅助电池(AUX)41提取电能，用于根据需要转动曲柄和起动内燃发动机12，例如在冷起动期间HEVlO的初始起动。
[0013]HEVlO还包括连接到内燃发动机12的变速器14，所述内燃发动机具有输出轴(未示出)，该输出轴操作地与变速器14的输入轴(未示出)连接，用于将扭矩提供到车轴18，用以驱动轮16。变速器14可以是任何合适类型的变速器，从而HEVlO可以根据需要是HEV的全混合动力、轻度混合动力、或其他设计。本领域技术人员将意识到，示例的HEVlO可包括比示意性地示出的那些更多、更少的部件和/或模块或其不同组合，且本方法和装置不限于该特定实施例。图1中示出的一个或多个部件和/或模块可在本发明的范围内并入混合电动车辆的其他部分中或者与之组合。
[0014]HEVlO包括HV电动机/发电机单元(MGU)26，其(经由在图2中更详细地示出的电路30)经由HV DC总线29、电压逆变器或功率逆变器模块(PM) 27和HV AC总线31电连接到HV电池或能量存储系统(ESS) 25。MGU26可如图所示是分立的或可以是变速器14的一部分，用于在HEVlO中运行。MGU26可适用于上文所描述的带式交流发电机起动器(BAS)系统中。当以此方式配置时，在HEVlO的正常运行期间，MGU26可选择性地旋转螺旋带23或内燃发动机12的其他适当部分，由此根据需要用曲柄操作内燃发动机12。当MGU26以其作为发电机的能力运行时，ESS25可经由MGU26选择性地充电，例如通过在再生制动事件期间捕获能量。ESS25电连接到电压电流温度模块(VITM) 60和电池断接单元(BDU) 62。
[0015]HEVlO进一步包括辅助功率模块(APM)28，其经由HV DC总线29电连接到ESS25。APM28还经由LV总线19电连接到辅助电池(AUX) 41。AUX41是相对低电压的能量存储装置，比如12伏的电池，且适用于为HEVlO上的辅助起动电动机11和一个或多个附件或辅助(AUX)系统45供能，例如车头灯和/或内部灯46、收音机或音频系统48、电动座椅50和电动助力转向(EPS)系统52等。
[0016]APM28配置为DC-DC功率逆变器，适于将DC功率供应从高电压水平转换为低电压水平，且反之亦可，通过电子控制单元或控制器37所确定。S卩，APM28可操作用于根据需要将来自ESS25的相对高水平的电压转换为适用于为AUX41充电和/或直接为一个或多个辅助(AUX)系统45供能的较低电压水平。控制器37控制HEVlO上来自ESS25和AUX41的功率流，以提供所需要的电动或混合功能。
[0017]仍参考图1，控制器37电连接到内燃发动机12、辅助起动电动机11、MGU26、APM28、PM27和AUX41中的每一个，或经由控制通道51与之处于硬接线或无线通信，所述控制通道51由虚线示出以代表传输导体，例如硬接线或无线的控制链路或路径，该传输导体适用于传送或接收HEVlO上的适当功率流的控制或协调所必须的电控制信号。控制器37可配置为分布式或中央控制模块，其具有以按需的方式执行HEVlO所需所有功率流控制功能所必须的控制模块和能力。控制器37可包括电池功率逆变模块的功能。具有电池逆变模块的功能可使得控制器37能够通过控制通道51接收ESS/HV总线数据，从而在正常操作条件下，控制器37接收ESS25状态信息(例如来自VITM60的电压、电流、温度)，且使用该状态信息来确定是否闭合预充电接触器70 (见图2)，如下详细讨论。ESS25状态信息可包括高电压电池的百分比电量和其他相关电池信息。控制器37包括额外的信号线路80、84、86、88，其连接到BDU62和HV DC总线电压传感器，如参考图2更详细描述的。
[0018]另外参考图1和2，控制器37可配置为通用数字计算机，所述计算机通常包括微处理器或中央处理单元、只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、电可擦可编程只读存储器(EPR0M)、高速时钟、模拟-数字(A/D)电路、数字-模拟(D/A)电路、和输入/输出电路和装置(1/0)，以及恰当的信号调节和缓冲电路。驻于控制器37中、或可由此访问的任何算法(包括所描述的根据本发明的流控制算法300 (见图3))可以被储存在ROM中，并被执行以提供相应功能。控制器37可例如具有12.5毫秒的数据采样和算法运行速率，以提供所需要的功能。在本发明的范围内，控制器37包括或可以访问算法300，所述算法300用于不管ESS/HV总线数据故障如何而在HEVlO中提供混合动力功能，且在下文中参考图3详细描述。
[0019]参考图2，HEVlO的电路30的更详细视图被显示，其包括AUX41，其中AUX41经由LV总线19电连接到APM28。APM28则经由HV DC总线29电连接到PIM27。MGU26，其包括定子141和转子43，通过HV AC总线31电连接到PM27，如图所示。定子141的线圈或绕组85周围产生的磁场最终在转子43的线圈或绕组47中感应出相反的磁场，由此如图2中箭头所指示地使转子43旋转。一组直流链接电容器17跨HV DC总线29定位。BDU62将ESS25的引线从HV DC总线29的相应引线连接或断开，为清楚起见所述HV DC总线29的相应引线在图2中标记有HV+和HV-。HV总线电压传感器64经由信号线路88电连接到控制器37，在BDU62的与连接到ESS25相对的一侧上连接到HV DC总线29。[0020]BDU62包括预充电接触器70，其与预充电电阻器72串联，二者与HV+接触器74并联。还可以连接HV-接触器76。预充电接触器70、HV+接触器74和HV-接触器76可以是高电压开关、继电器或接触器，且可以将ESS25的一个或两个引线从HV DC总线29的相应引线断开的这种方式定位。信号线路80、84、86分别将控制器37与预充电接触器70、HV+接触器74和HV-接触器76电连接，以使得控制器37能够根据正常混合动力操作的需要和如根据本发明的算法300的指示而断开和闭合相应的接触器，所述算法300在下文中更详细描述。在正常混合动力操作中，控制器37发信号通知预充电接触器70闭合，从而ESS25可以以受控的方式被联线。一旦预充电接触器70已经达到预定阈值电压，则HV+接触器74闭合，且预充电接触器70被断开。该预定阈值电压可以是例如大于测得的ESS电压的95%，所述ESS电压通过VITM60经由控制通道51被传送到控制器37。
[0021]参考图3，算法300开始于步骤301中，此时存在对混合动力功能的需要，例如当点火装置切换至“运行”时，且在步骤302中，控制器37核实是否检测到ESS/HV总线数据故障。ESS/HV总线数据故障可发生在接收到的ESS/HV总线数据是无效ESS/HV总线数据时，或存在没有用于从VITM60接收的可用的ESS/HV总线数据的指示时。这些条件中的任一个可以由VITM60和控制器37之间的通信错误、VITM60的断开或受损的传感器、发送到控制器37的错误ESS测量值、或其他这种失常所引起。如果没有检测到ESS/HV总线数据故障，则算法300进行至步骤304，并开始使ESS25联线的常规程序，从而提供混合动力功能。由于没有检测到ESS/HV总线数据故障，控制器37在步骤320结束算法300。
[0022]仍参考图3，如果在步骤302中，算法300确定已在控制器37中检测到ESS/HV总线数据故障，则算法300进行至步骤306，在这里，在信号线路80上发送用于令预充电接触器70闭合的信号之前，最初的高电压(HV)总线电压被测量和存储。接下来在步骤308中，BDU62中的预充电接触器70被闭合，且在控制器37中追踪tpcc (预充电接触器闭合的时间)时间量。接下来在步骤310中，预充电接触器70已经闭合预定的短时间量，当前的HV总线电压被测量。如果当前的HV总线电压高于预定高电压且最初的HV总线电压低于预定低电压，则算法300进行至步骤314。在步骤314中，其指示已经发生实际的ESS/HV总线故障，从而算法300断开预充电接触器70，且不允许HV+接触器74闭合。由此，由于存在实际的ESS/HV总线故障，不能实行混合动力功能。
[0023]仍参考图3，在步骤310中，如果当预充电接触器70已经闭合预定的短时间量且最初的HV总线电压低于预定低电压时当前HV总线电压不高于预定高电压，则算法300进行至步骤312，以确定当前HV总线电压是否高于预定高电压。(可以不是在本次循环的第一次)算法300进行至步骤316，以确定预充电接触器70已经闭合的时间是否小于预定最大时间量tmax。如果预充电接触器70尚未闭合预定最大时间量，则算法300返回至步骤312，在这里，HV总线电压被再次核查，以确定当前HV总线电压是否高于预定高电压。如果当前HV总线电压高于预定高电压，则算法300进行至步骤318。在步骤318中，由于未检测到实际的ESS/HV总线故障，故控制器37至少令HV+接触器74闭合并使ESS25联线。这使得HEVlO能够具有混合动力功能，而不管步骤302中控制器37中检测到的ESS/HV总线数据故障如何。由于未检测到实际的ESS/HV总线数据故障，故控制器37在步骤320中结束算法300。
[0024]如果在步骤312中HV总线电压低于预定高电压，则算法进行至步骤316。如果预充电接触器70已被闭合的时间不低于预定最大时间量，因为已经确定了实际的ESS/HV总线故障，算法300进行至步骤314。由于已经检测到实际的ESS/HV总线故障，控制器37在步骤320结束算法300。
[0025]为了更加清楚，存在两种故障模式，其中控制器37中的算法300都可在步骤314中指示存在实际的ESS/HV总线故障(引起混合动力功能的失去)。在第一故障模式中，当预充电接触器70已经闭合预定短时间量(例如75毫秒)时，控制器37核查当前HV总线电压值是否高于预定高电压(例如100伏)以及最初的HV总线电压是否低于预定低电压(例如40伏)。如果该第一故障模式被检测到，则控制器37发信号表示在HV DC总线29上没有检测到电容量，因此预充电电压上升过快。在第二故障模式中，控制器37核查在预定最大时间量tmax (例如I秒)之后当前HV总线电压是否仍低于预定高电压(例如100伏)。如果第二故障模式被检测到，则控制器37发信号表示HV DC总线29正经历短路或断路故障条件。由于存在实际的ESS/HV总线故障(第一故障模式或是第二故障模式)，控制器37不允许混合动力功能。实际的ESS/HV总线故障可阻止全部混合动力功能，并可导致12v的电池的放电。
[0026]对于具有大约115伏的高电压电池电压的混合系统,确定预定短时间量为75毫秒、预定最大时间量是I秒、预定低电压为40伏、预定高电压为100伏。针对具体系统的被选择的值可根据所述系统的自身设计而变化。这种系统设计准则可包括所使用的材料和接触器硬件。该系统应被设计为使得，过快的预充电电压斜线上升或其他最坏情况的电池条件将被检测到，且在接触器被烧穿(welded)或以其他方式被破坏之前断开电路。具体地，预定短时间量和预定高电压值被选择以避免对预充电接触器的破坏。通常，预定阈值应被选择为使得系统能够容易地检测失效。
[0027]在以上整个描述中，术语混合动力功能意味着包括根据HEVlO或并入了本发明的其他设计选择项的类型使用ESS255提供电力驱动、提供辅助电功率、或其他特征。
[0028]在图2中示出的实施例中，当预充电接触器70或者HV+接触器74分别经由信号线路80和84被信号控制以断开或闭合时，HV-接触器76将根据需要在信号线路86上被信号控制以断开或闭合。
[0029]预充电接触器70具有电阻器72，该电阻器具有基于设计准则的标称值，所述设计准则使得BDU62使高电压斜线上升，从而主接触器(一个或多个)74,76自身不具有使得它们发生故障或甚至可能烧穿的过多电流消耗。在一示例性实施例中，预充电电阻器可以是
6.8欧，具有50瓦容量和5%的公差。
[0030]尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
【权利要求】
1.一种用于在混合电动车辆(HEV)上提供混合动力功能的方法,所述混合电动车辆具有电连接到电压电流温度模块(VITM)和电池断接单元(BDU)的高电压(HV)能量存储系统(ESS)、高电压(HV)总线电压传感器和控制器，所述电池断接单元(BDU)包括预充电接触器和至少一个高电压(HV)接触器，该方法包括: 基于从VITM接收的ESS/HV总线数据，检测控制器中的ESS/HV总线数据故障； 使用HV总线电压传感器测量最初高电压(HV)总线电压； 将最初HV总线电压存储在控制器中； 闭合BDU中的预充电接触器，并跟踪预充电接触器闭合的时间量； 当预充电接触器已经被闭合预定短时间量时，测量当前HV总线电压，如果当前HV总线电压高于预定高电压且最初的HV总线电压低于预定低电压，指示存在实际的ESS/HV总线故障； 如果当预充电接触器已经被闭合预定短时间量时不存在实际的ESS/HV总线故障，测量当前HV总线电压，直到当前HV总线电压高于预定高电压和预充电接触器被闭合的时间量大于预定最大时间量中的一个，当前HV总线电压高于预定高电压指示不存在实际的ESS/HV总线故障，预充电接触器被闭合的时间量大于预定最大时间量指示存在实际的ESS/HV总线故障；和以下之一: 如果存在实际的ESS/HV总线故障，则断开预充电接触器；和 如果不存在实际的ESS/HV总线故障，则闭合至少一个HV接触器。
2.如权利要求1所述的方法，其中基于从VITM接收的ESS/HV总线数据检测控制器中的ESS/HV总线数据故障包括，确定接收到的ESS/HV总线数据是无效数据。`
3.如权利要求1所述的方法，其中基于从VITM接收的ESS/HV总线数据检测控制器中的ESS/HV总线数据故障包括，确定没有从VITM接收到ESS/HV总线数据。
4.如权利要求1所述的方法，其中预定短时间量和预定高电压被选择为避免破坏预充电接触器。
5.如权利要求1所述的方法，其中预定最大时间量是大约一秒。
6.一种用于在混合电动车辆中提供混合动力功能的装置，所述混合电动车辆包括: 高电压(HV)总线，具有HV总线电压传感器； 高电压能量存储系统(ESS)，用于使用HV总线提供混合功能； 电池断接单元(BDU)，具有预充电接触器和至少一个HV接触器，用于将ESS连接到HV总线； 电压电流温度模块(VITM)，用于感测ESS的状态；和 控制器，具有算法，该算法用于:基于从VITM接收的ESS/HV总线数据检测控制器中的ESS/HV总线数据故障、使用HV总线电压传感器测量最初的HV总线电压、将最初的HV总线电压存储在控制器中、闭合BDU中的预充电接触器并追踪预充电接触器被闭合的时间量、当预充电接触器已经闭合预定短时间量时测量当前HV总线电压，且如果当前HV总线电压高于预定高电压且最初的HV总线电压低于预定低电压，指示存在实际的ESS/HV总线故障、和，如果当预充电接触器已经闭合预定短时间量时不存在实际的ESS/HV总线故障，测量当前HV总线电压，直到当前HV总线电压高于预定高电压和预充电接触器被闭合的时间量大于预定最大时间量的其中一个，当前HV总线电压高于预定高电压指示不存在实际的ESS/HV总线故障，预充电接触器被闭合的时间量大于预定最大时间量指示存在实际的ESS/HV总线故障、以及以下之一:如果存在实际的ESS/HV总线故障则断开预充电接触器，和如果不存在实际的ESS/HV总线故障则闭合至少一个HV接触器。
7.如权利要求6所述的装置，其中基于从VITM接收的ESS/HV总线数据检测控制器中的ESS/HV总线数据故障包括，确定接收到的ESS/HV总线数据是无效数据。
8.如权利要求6所述的装置，其中基于从VITM接收的ESS/HV总线数据检测控制器中的ESS/HV总线数据故障包括，确定没有从VITM接收到ESS/HV总线数据。
9.如权利要求6所述的装置，其中预定短时间量和预定高电压被选择为避免对预充电接触器的破坏。
10.如权 利要求6所述的装置，其中预定最大时间量是大约一秒。
【文档编号】B60W20/00GK103569133SQ201310345526
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2012年8月9日
【发明者】S.卡托奇, J.C.贝斯图尔 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司