用于交通工具系统中的电功率管理的设备和方法

用于交通工具系统中的电功率管理的设备和方法
【专利摘要】用于交通工具的电功率管理系统包括在第一和第二节点之间与第二电源总线并联布置的第一电源总线。第三电源总线在第二节点处联接第一电池和辅助负载。第二电源总线在第一节点处联接起动器、第二电池和发电机，且在第一开关被启用时将第一节点联接到第二节点。第二电池在第二开关被启用时联接到第一节点，且发动机起动器在起动器开关启用时联接到第一节点。第二电源总线在第三开关启用时联接第一节点到第二节点。控制器监测第一电池和第二电池的电荷状态且控制第一开关、第二开关和第三开关的启用。
【专利说明】
用于交通工具系统中的电功率管理的设备和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及用于交通工具的动力传动系和与之相关的电功率管理系统。
【背景技术】
[0002] 交通工具可包括联接到变速器和最终驱动部的内燃发动机，以旋转使得交通工具 运动的轮子。为了起动非混合动力交通工具的发动机，起动器马达可被赋能，其使得发动机 的曲轴旋转并起动发动机。
[0003] 混合动力电动车可以采用内燃发动机和电发电机，以提供推进功率，且可以降低 燃料消耗和排放物。一类混合动力电动车是传动带带动的交流发电机起动器<>61〖6(1-alternator-starter，BAS)系统，其包括联接到发动机曲轴的发电机。这种系统包括独立运 行的起动器电动机，以在发动机已经关闭较长时间时起动发动机。发电机运行为电动机，以 在即将进行的交通工具运行事件的自动停止事件之后产生用于重新起动发动机的扭矩，且 运行为发电机以在发动机运行和再生制动事件期间将发动机和交通工具推进扭矩转换为 电功率。

【发明内容】

[0004] 用于在交通工具中供应电功率的电功率管理系统包括在第一和第二节点之间与 第二电源总线电并联布置的第一电源总线。第三电源总线在第二节点处电联接第一电池和 辅助负载。第二电源总线在第一节点处电联接发动机起动器、第二电池和发电机，且在第一 开关启用时选择性地电联接第一节点到第二节点。在第二开关启用时第二电池电联接到第 一节点且在起动器开关启用时发动机起动器电联接到第一节点。在第三开关启用时第二电 源总线电联接第一节点到第二节点。控制器监测第一电池和第二电池的电荷状态且响应于 优选运行模式和第一电池和第二电池的电荷状态控制第一开关、第二开关和第三开关的启 用。
[0005] 本发明提供一种用于在交通工具中供应电功率的电功率管理，交通工具包括内燃 发动机和发电机，该系统包括:第一电源总线，布置为在第一和第二节点之间与第二电源总 线电并联;第三电源总线，在第二节点处电联接第一电池和辅助负载;所述第二电源总线在 第一节点处电联接发动机起动器、第二电池和发电机，且在第一开关启用时选择性地将第 一节点电联接到第二节点，其中在第二开关启用时第二电池电联接到第一节点，且其中在 起动器开关启用时发动机起动器电联接到第一节点;在第三开关启用时第二电源总线将第 一节点电联接到第二节点;控制器，监测第一电池和第二电池的电荷状态;和控制器响应于 优选运行模式和第一电池和第二电池的电荷状态而控制第一开关、第二开关和第三开关的 启用。
[0006] 所述的电功率管理系统中，控制器响应于优选动力传动系运行模式控制第一开 关、第二开关和第三开关的启用包括，在冷发动机曲轴起动事件期间控制器启用第三开关 和停用第一和第二开关。
[0007] 所述的电功率管理系统中，控制器响应于优选动力传动系运行模式控制第一开 关、第二开关和第三开关的启用包括，在第一电池的电荷状态小于最小临界电荷状态时在 发动机空转期间控制器启用第一开关和停用第二和第三开关。
[0008] 所述的电功率管理系统中，控制器响应于优选动力传动系运行模式控制第一开 关、第二开关和第三开关的启用包括，在第一电池的电荷状态大于最小临界电荷状态时在 交通工具加速期间控制器停用第一、第二和第三开关。
[0009] 所述的电功率管理系统中，控制器响应于优选动力传动系运行模式控制第一开 关、第二开关和第三开关的启用包括，仅在第一电池的电荷状态小于最小临界电荷状态时 在交通工具加速期间控制器启用第一开关和停用第二和第三开关。
[0010] 所述的电功率管理系统中，控制器响应于优选动力传动系运行模式控制第一开 关、第二开关和第三开关的启用包括，在交通工具巡航期间控制器启用第一开关和停用第 二和第三开关。
[0011] 所述的电功率管理系统中，控制器响应于优选动力传动系运行模式控制第一开 关、第二开关和第三开关的启用包括，在第一电池的电荷状态小于第一最小临界电荷状态 且第二电池的电荷状态大于第二最小临界电荷状态时在择机充电模式期间控制器启用第 一开关和停用第二和第三开关。
[0012] 所述的电功率管理系统中，控制器响应于优选动力传动系运行模式控制第一开 关、第二开关和第三开关的启用包括，在第一电池的电荷状态大于第一最小临界电荷状态 且第二电池的电荷状态小于第二最小临界电荷状态时在择机充电模式期间控制器启用第 二开关和停用第一和第三开关。
[0013] 所述的电功率管理系统中，控制器响应于优选动力传动系运行模式控制第一开 关、第二开关和第三开关的启用包括，在第一电池的电荷状态小于第一最小临界电荷状态 且第二电池的电荷状态小于第二最小临界电荷状态时在择机充电模式期间控制器停用第 三开关和启用第一和第二开关。
[0014] 所述的电功率管理系统中，控制器响应于优选动力传动系运行模式控制第一开 关、第二开关和第三开关的启用包括，在第一电池的电荷状态小于第一最小临界电荷状态 且第二电池的电荷状态大于第二最小临界电荷状态时在惯性充电模式期间控制器启用第 一开关和停用第二和第三开关。
[0015] 所述的电功率管理系统中，控制器响应于优选动力传动系运行模式控制第一开 关、第二开关和第三开关的启用包括，在第一电池的电荷状态大于第一最小临界电荷状态 且第二电池的电荷状态小于第二最小临界电荷状态时在惯性充电模式期间控制器启用第 二开关和停用第一和第三开关。
[0016] 所述的电功率管理系统中，控制器响应于优选动力传动系运行模式控制第一开 关、第二开关和第三开关的停用包括，在第一电池的电荷状态小于第一最小临界电荷状态 且第二电池的电荷状态小于第二最小临界电荷状态时在惯性充电模式期间控制器停用第 三开关和启用第一和第二开关。
[0017] 所述的电功率管理系统中，控制器响应于优选动力传动系运行模式控制第一开 关、第二开关和第三开关的启用包括，在第二电池的电荷状态大于第二最小临界电荷状态 时在自动起动模式期间控制器启用第二开关和停用第一和第三开关。
[0018] 所述的电功率管理系统中，控制器响应于优选动力传动系运行模式控制第一开 关、第二开关和第三开关的启用包括，在第一电池的电荷状态大于第二最小临界电荷状态 时在自动停止模式期间控制器启用第一开关和停用第二和第三开关。
[0019] 所述的电功率管理系统中，控制器响应于优选动力传动系运行模式控制第一开 关、第二开关和第三开关的启用包括，在与第二电池相关的故障被检测到时控制器启用第 一开关和停用第二和第三开关。
[0020] 所述的电功率管理系统中，第一电池的额定电压等于第二电池的充电电压。
[0021] 本发明提供一种用于交通工具的电功率电路，包括：内燃发动机，可旋转地联接到 发电机和起动器;和电功率管理电路包括:第一能量存储装置(第一 ESD)、第二能量存储装 置(第二ESD)和发电机，布置为将电功率供应到交通工具的电负载;第一 ESD连接到电负载； 发电机经由第一电功率开关电连接到第一 ESD和电负载;第二ESD经由第二功率开关电连接 到发电机，且经由第一电功率开关和第二电功率开关电连接到第一 ESD和电负载;起动器经 由点火开关和第三功率开关电连接到第一 ESD;起动器电连接经由点火开关和第二功率开 关电连接到第二ESD;和控制器，执行功率管理控制程序以控制第一、第二和第三功率开关 和点火开关的启用。
[0022]所述的电功率电路中，第一ESD，第二ESD和发电机电并联布置，以为交通工具的电 负载供应电功率。
[0023] 在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理 解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
【附图说明】
[0024] 参考附图通过例子描述一个或多个实施例，其中：
[0025] 图1示意性地示出了根据本发明的用于交通工具的电功率分配系统，交通工具包 括动力传动系统，动力传动系统包括内燃发动机(发动机），起动器和发电机，其运行通过控 制器控制；
[0026] 图2示意性地示出了根据本发明的在包括动力传动系统的交通工具的实施例上使 用的电功率分配系统的实施例;和
[0027] 图3示意性地显示了根据本发明的可执行控制程序的示意图，其用于监测运行和 提供控制命令，以控制参考图1所示的电功率分配系统的运行，以用于控制参考图2所示的 交通工具的运行。
【具体实施方式】
[0028] 现在参见附图，其中描述仅是用于图示某些示例性实施例的目的而不是为了对其 进行限制，图1示意性地示出了用于动力传动系统10的电功率分配系统80,所述动力传动系 统包括内燃发动机(发动机)20、起动器30和发电机40,其运行被控制器90控制。几幅图中相 同的附图标记表示相同或相应的部件。
[0029] 发动机20可以是任何合适的内燃发动机且通过齿轮系机械地联接，以将扭矩和旋 转速度形式的功率传递到驱动系统。发动机20包括起动器30,其经由可控制的起动器开关 36电连接到电功率分配系统80。起动器30可以是任何合适的发动机启动装置，且在一个实 施例中包括可旋转地联接到螺线管促动的小齿轮的电动机，该小齿轮啮合接合联接到发动 机曲轴的环齿轮，以响应于发动机起动命令通过启用起动器开关36实现其旋转。
[0030] 发电机40包括整合的逆变器42且可以是交流(AC)发电机或任何其他合适发电机。 发电机40可以将机械功率(例如发动机扭矩)转换为电功率。例如，从发电机40输出的扭矩 可以为15.0牛顿-米(Nm)和25. ONm，或与系统设计和运行需求一致的另一合适范围。发电机 40可以用于产生用于为第一能量存储装置(第一 ESD)51和/或第二能量存储装置(第二ESD) 52充电的电功率。进而，从发电机40而来的电功率可以用于为在本文称为负载60的各种辅 助电装置供电。例如，负载60可以包括HVAC装置、用于冷却风扇、栗等的辅助电动机和娱乐 系统部件等等。
[0031] 第一和第二电能存储装置(ESD)51、52可以是任何合适的电功率存储装置。在一个 实施例中，第一ESD 51可以是可充电铅酸装置，在额定12Vdc电压下供应电功率到电功率分 配系统80。第二ESD 52可以配置为是吸附式玻璃纤维棉(absorbent glass mat，AGM)装置、 镍-金属-氢化物(NiMH)装置或锂离子(Li-Ion)装置，或超电容器，其将等于或约等于额定 12Vdc电压的电功率供应到电功率分配系统80。可以类似地采用其他ESD。优选地，第二ESD 52具有等于或接近第一ESD 51的额定运行电压的充电电压。
[0032] 电功率分配系统80电连接起动器30、发电机40、第一ESD 51、第二ESD 52和负载 60,其全部并联在地总线85和电功率分配系统80之间。电功率分配系统80用电功率线缆、总 线、连接件和能以合适电压和电流水平(与其所采用的具体应用的运行相关)传递电功率的 其他装置。
[0033]电功率分配系统80包括第一电源总线82、第二电源总线84、和第三电源总线86。第 二和第三功率总线84、86电连接在第二节点83，且第一、第二和第三功率总线82、84、86电连 接在第一节点81。电功率分配系统80还包括多个开关，包括第一开关71、第二开关72和第三 开关73，其启用通过控制器10控制。
[0034] 第一电源总线82电连接第一ESD 51和负载60,且可以用作主12Vdc总线。
[0035] 第二电源总线84电连接在第一和第二节点81、83之间且包括第一功率开关71和第 二功率开关72。起动器30、发电机40和第二ESD 52电连接到第二电源总线84。第一功率开关 71在闭合或启用状态时将第一节点81电连接到第二节点83,且在打开或停用状态时将第一 节点81从第二节点83断开。通过启用起动器开关36,起动器30电连接到第二电源总线84的 第一节点81。通过启用第二功率开关72,第二ESD 52被电连接到第二电源总线84的第一节 点81，且通过停用第二功率开关72,第二ESD 52从第二电源总线84的第一节点81电断开。在 第二开关72被启用时第二电源总线84将第二ESD 52电连接到发电机40,在第一开关71和第 二开关72被启用时第二电源总线84将第二ESD 52电连接到负载60和第一ESD 51，且在第一 开关71被启用时第二电源总线84将发电机40电连接到负载60和第一ESD 51。在第一开关71 被启用时起动器30和点火开关36通过第二节点83电连接到第一ESD 51。在第一开关71和第 二开关72被启用时起动器30和点火开关36通过第二节点83电连接到第二ESD 52。
[0036]第三电源总线86电连接在第一和第二节点81、83之间且包括第三开关73。如此，在 第三功率开关73启用（即闭合)时第一节点81经由第三电源总线86电连接到第二节点83,且 在第三开关73停用（即打开)时第一节点81经由第三电源总线86从第二节点83电断开。第三 电源总线86与第二电源总线84并联地布置在第一和第二节点81、83之间，且在第三开关73 启用时电连接第一和第二节点81、83。
[0037]第一、第二和第三开关71、72和73每一个是低电阻装置，优选具有小于0.5m的启用 或0N电阻。第一、第二和第三开关71、72和73每一个可以是单个装置，或替换地，可以包括并 联布置的多个装置，以实现小于〇.5m的0N电阻。在一个实施例中，第一、第二和第三开关71、 72和73是M0SFET装置。每一个第一、第二和第三开关71、72和73包括阻挡至少沿一个电流流 动方向的电压，例如采用反并联二极管。在一个实施例中，第三开关73可以是高电流电机械 继电器，其能在发动机曲轴起动期间携带起动器电流。在一个实施例中，第二开关72可以是 具有双向阻挡能力的固态开关。在一个实施例中，第二开关可以整合到第二ESD 52。在一个 实施例中，第一开关71和/或第三开关73可以整合到第一ESD 51。在一个实施例中，如果第 一开关71已经大小设置为能承载起动器电流则第三开关73可以取消。
[0038]控制器90可以是电子控制模块的元件且优选包括非易失存储装置94和处理器92。 控制器90监测来自各种部件的命令和信号并执行算法以确定用于各种促动器的命令，包括 用于每一个第一、第二和第三开关71、72和73的启用命令和发电机电压命令45。例如包括控 制模块、模块、控制、控制单元和处理器在内的术语控制器和相似的术语是指是指专用集成 电路(一个或多个）(ASIC)、电子回路(一个或多个）、中央处理单元(一个或多个）（例如是微 处理器)和存储器和存储装置形式的相关的非瞬时存储器（只读、可编程只读、随机存取、硬 件驱动等）中的任何一个或组合。非瞬时存储器部件能存一个或多个软件或固件程序或例 行程序形式的储机器可读指令、组合的逻辑回路(一个或多个）、输入/输出回路(一个或多 个)和装置、信号调节和缓冲器电路、可被一个或多个处理器访问以提供所述功能性的其他 部件。输入/输出回路(一个或多个)和装置包括模拟/数字转换器和监测从传感器而来的输 入的相关装置，这种输入被以预设的采样频率或响应于触发事件监测。软件、固件、程序、指 令、控制程序、代码、算法和相似的术语是指任何控制器可执行的指令集，包括校准和查找 表。每一个控制器执行控制程序(一个或多个），以提供期望功能，包括监测来自传感装置和 其他联网控制器的输入和执行控制和诊断的程序，以控制促动器的操作。程序可以以规律 间隔执行，例如在正在进行的运行期间每一个100微秒或3.125、6.25、12.5、25和100毫秒一 次。替换地，程序可以响应于触发事件的发生而被执行。控制器之间的通信以及控制器、促 动器和/或传感器之间的通信可以使用直接有线链路、网络通信总线链路、无线链路或任何 其他合适的通信链路实现。通信包括交换任何合适形式的数据信号，例如包括，经由传导介 质传递电信号、经由空气传递电磁信号、经由光学波导传递光学信号等。数据信号可以包括 代表从传感器而来的输入的信号、代表促动器命令的信号、和在控制器之间的通信信号。 [0039]图2示意性地示出了电功率分配系统80的实施例，其用在包括动力传动系统210的 交通工具200的实施例中。动力传动系统210包括内燃发动机(发动机)220，其可旋转地联接 到起动器230和发电机240。电功率分配系统80类似于参考图1所述的电功率分配系统80且 包括多个可选择电能流动路径，以在各种交通工具和动力传动系运行模式期间有利地在整 个交通工具200中提供稳定的低压电功率，参考图3和表格1在本文描述其中的一些。例如， 交通工具和动力传动系运行模式包括冷发动机曲轴起动(cold engine cranking)、发动机 自动起动、发动机自动停止、稳态巡航、惯性运动(包括能量恢复）、按时机充电、再生制动和 如在本文所述的其他模式。交通工具200可以是载客轿车、卡车或非汽车的交通工具，例如 农场交通工具，海上交通工具、航空工具等。通常，动力传动系200包括发动机220和变速器 222，其机械地联接到最终驱动部223，以让轮子224旋转，以推进交通工具200。
[0040]发动机220可以是以任何合适构造运行的内燃发动机，例如火花点火式的、压缩点 火式的或其他构造。发动机220优选配置为在交通工具200运行期间执行发动机自动停止和 自动起动程序。发动机自动停止包括一些程序，其被执行以使得发动机220实现OFF模式，在 OFF模式中在交通工具运行期间发动机220被中断燃料提供、不点火且不转动，例如在交通 工具200交通灯处停止时。发动机自动起动包括一些程序，其在即将进行的交通工具运行期 间执行，以使得发动机220实现0N模式，在0N模式中发动机220被供应燃料、点火、旋转且优 选产生扭矩。发动机220包括曲轴216,曲轴可在发动机220的第一端处联接到第一输出构件 217,且还可在发动机220的相反的第二端部处联接到第二输出构件219。曲轴216机械地可 旋转地联接到环齿轮，该环齿轮可旋转地联接到起动器230且经由第一输出构件217联接到 变速器222的输入构件221。变速器222可包括任何合适齿轮系构造，其可包括一个或多个离 合器，扭矩可以通过离合器在发动机220的第一输出构件217、变速器222的输入构件221和 最终驱动部223之间传递，以通过轮子224推进交通工具200。轮子224可以是交通工具200的 前轮和/或后轮。发动机220的曲轴216经由第二输出构件219机械地可旋转地联接到可旋转 元件226。可旋转元件226可以是带轮、链轮、另一合适装置，以在发动机220和另一装置(例 如发电机240)之间传递扭矩。
[0041 ]发电机240包括定子243和联接到旋转轴244的转子，该旋转轴可旋转地联接到可 旋转元件246。可旋转元件246经由中介传动带、传动链或齿轮系通过可旋转元件226联接到 发动机220。如此，发动机220能传递扭矩到发电机240,以产生电功率。发电机240可以用作 发电机，以产生用于为第一能量存储装置(第一 ESD)251和/或第二能量存储装置(第二ESD) 252充电的电功率。进而，发电机240可以运行在再生制动模式，以通过对发电机240产生的 扭矩进行反作用而在交通工具制动期间产生电流。来自发电机240的电功率可以用于为在 本文称为负载260的交通工具200的各种辅助装置供电。例如，负载260可以包括HVAC装置、 用于冷却风扇、栗等的辅助电动机和娱乐系统部件等等。
[0042]发电机240可以包括整合功率逆变器242,其响应于可以在控制器290中产生的发 电机电压命令245而控制去往定子243的电功率。定子243可与整合功率逆变器242电连通， 且整合功率逆变器242可选择性地与第一和/或第二ESD 251、252电连通。整合功率逆变器 242可在发电机240用作发电机时将AC电功率转换为DC电功率，以存储在第一和/或第二ESD 251、252中。另外，整合功率逆变器242可将AC电功率转换为DC电功率，以供应电流到辅助电 负载260。还有，整合功率逆变器242可将AC电功率转换为DC电功率，以选择性地向第一和/ 或第二ESD 251、252供应电流。通常，整合功率逆变器242可与定子243电连通，以将发电机 240运行为电动机或发电机。发电机240可包括其他电装置，例如一个或多个传感器(例如转 子位置传感器，其检测发电机轴244的位置）、控制器、用于冷却电部件的风扇和其他部件。 进而，整合功率逆变器242可包括一个或多个电刷、一个或多个电刷保持器和场控制电子装 置(在使用绕组磁场机器时）。替换地，发电机240可以采用用于将AC电功率转换为DC电功率 的任何合适装置，例如二极管整流器或有源电桥装置(具有或没有相位提前）。
[0043] 在一个实施例中，第二ESD 252是高压ESD，且第一ESD 251是低压ESD，其与辅助电 负载260电连通。第二ESD 252用于选择性地供应电流/电压到发电机240,且第一ESD 251用 于供应电流/电压到辅助电负载260。第一ESD 251和第二ESD 252可以是任何合适ESD或可 以是存储电能以用于以后使用的其他装置。一个非限制性例子是，第二ESD 252可以是 48Vdc ESD，且第一ESD 251可以是12Vdc ESD。另一非限制性例子是第二ESD 252可以是24 至lj48Vdc的多单元可充电锂离子电池或超电容器，而第一ESD 251可以是12Vdc铅酸或锂离 子电池。作为又一例子，第一和第二ESD 25U252可具有基本上相同的电压水平。对于更高 电压ESD 252,在ESD 252和ESD 251之间应当采用dc-dc转换器。
[0044]操作者接口装置295包括一个或多个装置，通过所述装置操作者命令交通工具200 和动力传动系统210的运行，例如包括加速器踏板、制动踏板、点火钥匙、变速器档位选择 器、巡航控制、和其他有关的装置。操作者界面装置295与控制器290通信且还可以直接连接 到各种元件，例如起动器开关236。操作者界面装置295和/或控制器290产生命令以控制交 通工具200和动力传动系统210的运行，例如包括动力传动系0N/0FF状态、变速器档位选择 (例如驻车、倒车、空挡和前进中之一）、操作者扭矩请求、操作者交通工具速度请求和其他 有关命令。为了易于显示，操作者界面装置295被显示为是单独装置。
[0045] 控制器290包括处理器292和存储器装置294(在存储器装置上记录用于与发电机 240、控制起动器230的起动螺线管232、第一和/或第二ESD 251、252、和第二和第三开关装 置71、72和73通信的指令）。控制器290经由处理器292执行从存储装置294而来的指令，以控 制动力传动系统210的各种元件的运行。电功率管理系统80有助于不同运行模式，即使第一 ESD 251或第二ESD 252中之任一不可用时也可以。发动机220可用从第一ESD 251或第二 ESD 252中之任一提供的功率起动。
[0046]图3示意性地显示了执行控制程序300的示意图，其用于监测运行和提供控制命令 以控制参考图1所示的电功率分配系统80的运行，以控制参考图2所示的交通工具200的运 行。监测运行包括例如监测电功率流动（电流和电压）、ESD电荷状态、负载功率需求、环境情 况和对推进功率和其他形式功率的操作者请求。
[0047]执行控制程序300包括监测交通工具状态330和电池状态340,这两种状态被控制 程序300采用以识别多个运行模式中之一。控制程序300选择优选启用状态370,包括与电功 率分配系统80的相应第一、第二和第三开关71、72和73相关的启用状态371、372、373和用于 命令发电机240运行的优选发电机电压设定点345。优选启用状态371、372、373每一个包括 0N或启用状态和OFF或停用状态。
[0048]监测交通工具状态330例如包括交通工具唤醒命令331、发动机曲柄/运转命令 332、加速器踏板命令333(其可以类似于对牵引扭矩的操作者请求）、制动踏板命令334、道 路等级指示器335、来自一个或多个额外交通工具近程传感器336的信号输入、和来自环境 温度传感器337和部件温度传感器338中的一个或多个的信号输入。其他交通工具状态可以 被类似地采用。交通工具状态330每一个可以经由一个或多个交通工具上传感装置而被直 接监测、从经由有关的交通工具上传感器所作的监测进行推断、动态模拟、或以其他方式确 定。
[0049] 被监测的电池状态优选包括ESD 1 51(S0C1)的电荷状态341、ESD 252(S0C2)的电 荷状态 342、ESD 1 51 的电压（Vbatl)343、ESD 1 52 的电压（Vbat2)344、ESD 1 51 的电流 (Ibatl)346 和 ESD 1 52 的电流（Ibat2)347。
[0050]运行模式包括系统初始化模式302、钥匙起动模式304、发动机空转模式306、发动 机自动停止/自动起动模式310、交通工具加速模式312、交通工具稳态巡航模式(交通工具 巡航)314、择机充电模式316、惯性充电(DFCO)模式318、和停用模式320。每一个运行模式在 本文描述。
[0051]表格1显示了多个运行模式和相关的开关状态，以用于运行包括动力传动系统210 的交通工具200的实施例。开关包括第一开关(Sl)71、第二开关(S2)72和第三开关(S3)73， 其每一个可具有ON或启用状态（1)和OFF或停用状态(0)。
[0052]表格 1
[0055] 钥匙起动模式304可以在冷曲轴起动期间被命令，以响应于操作者的钥匙开(key-on) 命令首先起动发动机 220。 发动机 220 可能是冷的或从最近的运行升温 。在交通工具点火 处于钥匙关闭(key-off)状态时，第一ESD 251保持连接到第一电源总线82且经历低寄生电 流。在交通工具点火被转到0N时，例如响应于操作者的钥匙开命令，开关S3 73被启用（1)， 以开始发动机起动事件。开关S1 71和S2 72被保持打开，即停用(0)。在冷曲柄启动事件完 成时，开关S3 73保持启用，除非第二ESD 252变为不可用或运行温度低，例如小于0°C。在运 行温度增加到大于预定临界值，例如l〇°C时，开关S3 73保持启用，除非第二ESD 252变为不 可用且请求发动机重新起动。
[0056] 发动机空转模式306可以在发动机220在空转（即在没有对加速器踏板的操作者输 入)时被命令。这包括启用开关SI 71并经过预定时间段以使得对第一ESD 251补充电荷(其 可能已经在钥匙起动模式304期间被耗尽），此后开关S1 71停用使得第一ESD 251对辅助电 负载260提供电功率。发电机激励信号245被调整以将发电机输出电压保持足够低，以使得 第一ESD 251提供电功率以满足辅助电负载260的电负载需求。在第一ESD 251的电荷状态 (SOC1)达到预定低临界(〈极限)时，开关S1 71闭合，即被启用以为第一ESD 251充电且发电 机激励信号245被调整以为第一ESD 251充电，且开关S2 72和S3 73保持打开，即停用。否 贝1J，在空转模式306期间开关S1 71、S2 72和S3 73保持打开。
[0057]交通工具加速模式312可以在交通工具200处于加速中时被命令，且包括调整发电 机激励信号245以实现低发电机输出电压，使得辅助电负载260被第一ESD 251或第二ESD 252或两者供电，这取决于其相应S0C水平，而不通过发电机240为发动机220施加载荷。调整 发电机激励包括降低发电机电压命令245以最小化发电机激励，且由此最小化从发电机240 而来的发动机220上的载荷，以允许在交通工具加速过程中采用所有发动机功率。在第一 ESD 251的电荷状态(S0C1)达到预定低临界值(〈极限）时，开关S1 71闭合，即被启用为第一 ESD 251充电，且发电机激励信号245被调整以为第一ESD 251充电，且开关S2 72和S3 73保 持打开，即停用。否则，在交通工具加速模式312期间开关S1 71，S2 72和S3 73保持打开。 [0058]交通工具巡航模式314可以在交通工具200在最小道路载荷的正常驱动情况下运 行时被命令，且包括调整发电机电压命令245以保持其输出电压较低，使得电负载将通过第 一ESD 251和/或第二ESD 252或两者供应，这取决于其相应S0CUS0C2,而没有通过发电机 240对发动机220提供载荷。交通工具巡航模式314可以包括低负载发动机运行，以在交通工 具200运行在平坦或相当平坦道路表面上时将交通工具200的速度维持在恒定水平处或附 近。调整发电机电压命令245包括降低发电机电压命令245以最小化发电机激励，且由此最 小化发动机220上的负载，除非需要增加 S0C1或S0C2。如果S0C1或S0C2低于其相应预定低或 最小临界值(〈极限），则发电机40将电功率供应到辅助电负载260且还对第一ESD 251充电。 通过例子的方式，S0C1优选保持在窄范围内，例如用于第一ESD 251 (在其为铅酸电池结构 时）的最大S0C的85-90%。通过例子的方式，S0C2优选保持在更宽的范围内，例如40-80% (在第二ESD 252为NiMH或其他有关电池结构时）。在第一ESD 251的电荷状态(S0C1)达到预 定低或最小临界值(〈极限）时，开关S1 71闭合，即被启用以为第一ESD 251充电，且发电机 激励信号245被调整以为第一ESD 251充电，且开关S2 72和S3 73保持打开，即停用。否则， 在交通工具巡航模式314期间开关S1 71、S2 72和S3 73保持打开。
[0059]择机充电模式316可以在交通工具200在稳态速度下或附近巡航时被命令，此时可 以有机会以优选速度/负载运行点(实现更大的发动机和燃料效率）以运行发动机220。优选 速度/负载运行点可以通过对发电机230进行加载来实现，且因此增加从发动机220而来的 扭矩输出。这是择机充电模式的一个例子。基于发动机220的具体燃料消耗点确定发动机效 率点，其可以在发动机开发期间确定。通过发电机240产生的额外电流可以用于为第一ESD 251或第二ESD 252充电，只要其相应S0C极限允许，以便避免过充。
[0060] 在第一ESD 251的电荷状态（S0C1)大于其低临界值U极限）且第二ESD 252的电 荷状态(S0C2)大于或等于其低临界值U极限）时，开关S1、S2 72和S3 73保持打开，即停 用。
[0061 ] 在第一ESD 251的电荷状态(S0C1)小于其低临界值(〈极限)且第二ESD 252的电荷 状态(S0C2)大于或等于其低临界值U极限）时，开关SI 71闭合，即被启用为第一ESD 251 充电，且发电机激励信号245被调整以为第一ESD 251充电，且开关S2 72和S3 73保持打开， 即停用。
[0062]在第一ESD 251的电荷状态（S0C1)大于或等于其低临界值U极限）且第二ESD 252的电荷状态(S0C2)小于其低临界值(〈极限）时，开关S2 72闭合，即被启用以为第二ESD 252充电且发电机激励信号245被调整，且开关S1 71和S3 73保持打开，即停用。
[0063] 在第一ESD 251的电荷状态(S0C1)小于其低临界值(〈极限)且第二ESD 252的电荷 状态（S0C2)小于其低临界值(〈极限）时，开关S1 71和S2 72闭合，即被启用，以为第一ESD 251和第二ESD 252充电，且发电机激励信号245被调整，且开关S3 73保持打开，即停用。 [0064] DFC0模式318可以在交通工具200惯性运动时被命令，例如在交通工具200运动且 操作者已经将其脚部从加速器踏板移开时。DFC0模式包括通过发动机220和驱动系统回收 电能。回收电能可以包括通过改变发电机240中的场激励而增加和最大化发电机输出电流， 即改变发电机电压命令245。在这种运行下，发电机240将电流供应到辅助电负载260的电负 载且还可以为ESD 1 251和ESD 2 252充电。在S0C1和S0C2处于可允许的极限中时，开关S1 71和开关S2 72保持闭合，即启用。如果第一ESD 251和第二ESD 252的内部电压不在可接受 水平以内平衡则开关S2 72可以运行在线性模式。在与第一ESD 251相关的S0C1大于其上限 (例如90%)时，开关S1 71可打开，即停用，以防止第一ESD 251的过充。在与第二ESD 252相 关的S0C2大于其上限时，开关S2 72打开以防止第二ESD 252的过充。
[0065]发动机自动停止/自动起动模式310在交通工具200执行自动停止程序以停止发动 机220旋转时被命令，例如在交通工具200于交通灯处停止时。在运行在自动停止模式期间， 第一ESD 251在其S0C大于第一极限（>极限）时将电功率供应到辅助电负载260。如果S0C1低 于预定低临界值，则第二ESD 252为电负载供电且对第一ESD 251充电。如果两个ESD电压不 平衡则开关S2 72会需要运行在线性模式。如果S0C1和S0C2低于其相应预定低临界值极限 (〈极限），则交通工具200离开自动停止模式且执行自动起动程序以重新起动发动机220。 [0066]发动机自动起动模式310在交通工具200执行自动起动程序以起动发动机220时被 命令，包括使用第二ESD 252以供应电功率，以起动发动机220。在自动起动期间，开关S1 71 被打开，即停用，且辅助电负载260供应源于第一ESD 251的电功率。该构造提供用于辅助电 负载260的稳定DC总线电压。
[0067]在一些运行状态下，第二ESD 252例如在故障发生时会不可用(B2停用模式）。在第 二ESD 252不可用时的这种情况下，开关S2 72保持打开，即停用，且自动停止/自动起动模 式310停用。该运行继续直到第二ESD 252变为可用或被替换。在第二ESD 252不可用的情况 下运行交通工具200包括保持开关S1 71闭合，即启用，且在自动停止/自动起动功能停用的 情况下和限制能量回收能力的情况下运行交通工具100。
[0068]通过电功率分配系统80和可执行控制程序300运行交通工具200的实施例使得交 通工具200通过12Vdc自动停止/自动起动系统运行，所述系统可以执行惯性能量回收和择 机充电，以降低燃料消耗，同时在交通工具电负载处保持稳定的12V dc总线电压，由此在发 动机自动起动事件期间消除灯闪烁和假故障检测。
[0069]附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围仅通过权 利要求限定。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的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
【主权项】
1. 一种用于在交通工具中供应电功率的电功率管理系统，交通工具包括内燃发动机和 发电机，该系统包括： 第一电源总线，布置为在第一和第二节点之间与第二电源总线电并联； 第三电源总线，在第二节点处电联接第一电池和辅助负载； 所述第二电源总线在第一节点处电联接发动机起动器、第二电池和发电机，且在第一 开关启用时选择性地将第一节点电联接到第二节点，其中在第二开关启用时第二电池电联 接到第一节点，且其中在起动器开关启用时发动机起动器电联接到第一节点； 在第三开关启用时第二电源总线将第一节点电联接到第二节点； 控制器，监测第一电池和第二电池的电荷状态;和 控制器响应于优选运行模式和第一电池和第二电池的电荷状态而控制第一开关、第二 开关和第三开关的启用。2. 如权利要求1所述的电功率管理系统，其中控制器响应于优选动力传动系运行模式 控制第一开关、第二开关和第三开关的启用包括，在冷发动机曲轴起动事件期间控制器启 用第三开关和停用第一和第二开关。3. 如权利要求1所述的电功率管理系统，其中控制器响应于优选动力传动系运行模式 控制第一开关、第二开关和第三开关的启用包括，在第一电池的电荷状态小于最小临界电 荷状态时在发动机空转期间控制器启用第一开关和停用第二和第三开关。4. 如权利要求1所述的电功率管理系统，其中控制器响应于优选动力传动系运行模式 控制第一开关、第二开关和第三开关的启用包括，在第一电池的电荷状态大于最小临界电 荷状态时在交通工具加速期间控制器停用第一、第二和第三开关。5. 如权利要求4所述的电功率管理系统，其中控制器响应于优选动力传动系运行模式 控制第一开关、第二开关和第三开关的启用包括，仅在第一电池的电荷状态小于最小临界 电荷状态时在交通工具加速期间控制器启用第一开关和停用第二和第三开关。6. 如权利要求1所述的电功率管理系统，其中控制器响应于优选动力传动系运行模式 控制第一开关、第二开关和第三开关的启用包括，在交通工具巡航期间控制器启用第一开 关和停用第二和第三开关。7. 如权利要求1所述的电功率管理系统，其中控制器响应于优选动力传动系运行模式 控制第一开关、第二开关和第三开关的启用包括，在第一电池的电荷状态小于第一最小临 界电荷状态且第二电池的电荷状态大于第二最小临界电荷状态时在择机充电模式期间控 制器启用第一开关和停用第二和第三开关。8. 如权利要求1所述的电功率管理系统，其中控制器响应于优选动力传动系运行模式 控制第一开关、第二开关和第三开关的启用包括，在第一电池的电荷状态大于第一最小临 界电荷状态且第二电池的电荷状态小于第二最小临界电荷状态时在择机充电模式期间控 制器启用第二开关和停用第一和第三开关。9. 如权利要求1所述的电功率管理系统，其中控制器响应于优选动力传动系运行模式 控制第一开关、第二开关和第三开关的启用包括，在第一电池的电荷状态小于第一最小临 界电荷状态且第二电池的电荷状态小于第二最小临界电荷状态时在择机充电模式期间控 制器停用第三开关和启用第一和第二开关。10. 如权利要求1所述的电功率管理系统，其中控制器响应于优选动力传动系运行模式
【文档编号】B60R16/023GK106004719SQ201610186684
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】C.S.纳穆杜里, S.戈帕拉克里什南, V.P.阿特卢里
【申请人】通用汽车环球科技运作有限责任公司