CN101434192B - 电压下降防止设备和方法 - Google Patents

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Abstract

电压下降防止设备和方法：一种车辆，包括：发动机；控制器，适于在车辆空闲时关闭所述发动机；用于起动发动机的电机/发电机；转换器，用于将来自电池的DC辅助电压转换成用于对电机/发电机供能的AC电压；和将DC电压隔离于DC辅助电压以在发动机的起动过程中防止车辆系统中的电压下降的装置。该装置包括变压器、整流器/调节器以及隔离器。机械继电器打开或FET激活来在发动机起动过程中隔离DC电压。一种防止辅助车辆系统中的电压下降的方法，包括：检测受到指令的发动机的发动；将测量的辅助电压与阈值相比较；当测量的辅助电压低于阈值时将预定的DC电压隔离于DC辅助电压，以及使用隔离的DC电压对辅助车辆系统供能。

Description

电压下降防止设备和方法
技术领域
本发明涉及使用轻度混合动力系统来防止在车辆发动机发动过程中电压下降的设备和方法。
背景技术
在典型的轻度混合动力车辆中，内燃机提供推动车辆所必需的能量，发动机设置成在车辆空转或静止时关闭。这样，可以节约燃料，特别是在走走停停的交通状况下。当司机踩下加速器踏板来发动轻度混合动力车辆时，连接于12伏辅助电池的电驱动电机提供在发动和起动发动机所需的时间内持续的能量初始爆发，该时期大约为400至500毫秒(ms)。这种轻度混合动力设计中使用的驱动电机不像传统的或者“全”混合动力车辆一样独立于发动机来对车辆提供动力。但是，由于某些目的依然需要轻度混合动力车辆，因为这些车辆可以用于提供例如再生制动和/或空转停止能力，同时减小所需发动机尺寸。
12伏辅助电池提供必需的直流(DC)电压和用于发动发动机所需的相关DC电流，并且还提供由各种车辆系统，例如前灯、内灯和雨刷系统使用的足够的辅助DC电压。但是，因为在发动发动机过程中电池承受的较高的电力负载，供给辅助系统的电压量会出现暂时或短暂的降低。这种电压的降低，此后称作“电压下降”，通常持续如上所述的发动和起动发动机所需的相同的400至500ms的时间。如果这种电压下降超过阈值水平，车辆操作者或乘客会感觉到其效果。例如，前灯或内灯会瞬间变暗，和/或挡风雨刷速度会暂时降低或暂停。虽然专用的第二电池会提供足够的发动辅助电压量来允许辅助电池对辅助系统供应基本恒定的电压，由于增加的尺寸、重量和成本，多一个同样的电池并非最为理想。
发明内容
因此，提供了一种车辆，具有：发动机；控制器；能量存储装置(ESD)；电压转换器；和电压下降防止装置，用于防止车辆上的辅助车辆系统内的电压下降。控制器在车辆静止时关闭发动机，而电机/发电机在车辆开动时发动和起动发动机。ESD提供直流(DC)辅助电压，电压转换器在发动机的发动和起动过程中将DC辅助电压转换成足以对电机/发电机供能的交流(AC)电压。
在本发明的一方面中，电压下降防止装置电连接于ESD和电压转换器，并且在发动机的发动和起动过程中用于将DC发动支持电压隔离于DC辅助电压。
在本发明的另一方面中，电压下降防止装置包含变压器、电压整流器/调节器和电压隔离装置。
在本发明的另一方面中，电压隔离装置包含在发动机的发动和起动过程中打开的机械继电器装置。
在本发明的另一方面中，电压隔离装置包含第一和第二场效应晶体管(FET)。在发动机的发动和起动过程中第一FET停用而第二FET激活。
在本发明的另一方面中，辅助系统是选自前灯、挡风雨刷、内灯和无线电装置的12伏辅助系统。
在本发明的另一方面中，提供了一种防止在轻度混合动力车辆上的辅助车辆系统中的电压下降的设备。该设备包括：DC-至-AC电压转换器，用于提供足以对电机/发电机供能的交流(AC)电压；和电压下降防止装置，用于从AC电压产生DC发动支持电压，并用于在发动机的发动和起动过程中将DC发动支持电压隔离于DC辅助电压。隔离的DC发动支持电压在完成发动机的发动和起动所需的瞬时持续期间对辅助车辆系统供能。
在本发明的另一方面中，提供了一种防止车辆的辅助车辆系统中的电压下降的方法，该车辆具有：用于提供辅助电压的电池；设置成在车辆空闲时关闭的发动机；和用于发动和起动发动机的电机。该方法包括：检测受到指令的发动机的发动和起动；在检测到受到指令的发动机的发动和起动时测量辅助电压；以及将测量的辅助电压与存储的阈值电压相比较。该方法还包括：当测量的辅助电压低于存储的阈值电压时将预定量的DC发动支持电压与辅助电压隔离，使用隔离的预定量的DC发动支持电压对辅助车辆系统供能。
在本发明的另一方面中，该方法包括：检测发动机的发动和起动的完成；以及当检测到发动机的发动和起动完成时就使用辅助电压对辅助车辆系统供能。
通过以下结合附图对实施本发明的最佳方式的详细描述，本发明的上述特征和其它特征以及优点就会很明显。
附图说明
图1是根据本发明的具有电压下降防止装置的轻度混合动力车辆的示意图；
图2A是用于电压下降防止装置的机械电压隔离装置的示意图；
图2B是用于图2A的电压下降防止装置的替代性静态(solidstate)电压隔离装置的示意图；以及
图3是描述防止轻度混合动力车辆中电压下降的方法或算法的流程图。
具体实施方式
参照附图，其中相似的标记指代相似的部件，自图1开始，示出了轻度混合动力车辆10的示意图。车辆10具有发动机12，发动机12有效连接于电机/发电机14，简明起见此后缩略为M/G 14。M/G 14用于在车辆10从静止或空转状态的开动过程中发动或起动发动机12。发动机12驱动地连接于传动部件26的输入部件21，并且也连接于最终驱动系统28，从而推动车辆10。
M/G 14电连接于能量存储装置(ESD)13，例如可再充的单个电池或电池组。ESD13适于当M/G 14用作发电机时存储来自M/G 14的能量，当发动机12产生过多能量时存储来自发动机12的能量，和/或当车辆制动力正在被回收时(being recuperated)存储来自再生制动的能量。同样，根据需要，M/G 14还适于在M/G 14用作电机时，特别是在M/G 14用于发动和起动发动机12时接收来自ESD13的能量。
电控制单元或控制器24与M/G 14、发动机12和ESD13以及电压下降防止装置11或VSPD11的一个或多个不同部件相联，如此后所述。控制器24可以被编程和/或设置成包含混合控制模块、发动机控制模块、传动装置控制模块、电机/发电机控制模块和/或任何必需的电子驱动装置或电力电路，以及电压隔离电路控制方法或算法100，如下所述和图3所示。
ESD13通常设置为12伏直流(DC)能量存储装置例如DC电池，但是其它电压水平和能量存储装置也在本发明的范围内。M/G 14优选是三相交流(AC)装置。ESD13因此通过变换器18连接于M/G 14。变换器18适于将ESD13提供的直流(DC)辅助电压，此后缩略为VDCAUX，转换成M/G 14可用的三相交流(AC)输出，此后缩略为VACAUX。因此，在发动和起动发动机12的过程中，来自ESD13的DC辅助电压(VDCAUX)通过变换器18抽出或引出并在其中转换成具有预定相和幅度的合适的AC辅助电压(VACAUX)，从而适于对M/G14供能。
例如在车辆10空转或发动机12关闭以节约燃料时，车辆10操作者踩下加速器踏板或其它加速装置(未示出)会启动发动机12的发动和起动事件，对控制器24产生预定信号或输入状态，从而警示控制器24来激活本发明的电压下降防止装置(VSPD)11。VSPD11包含变压器16、电压整流器/调节器20和电压隔离器22，并且用于将可能下降的DC发动支持电压，缩略为VDCC，选择性地隔离于ESD13供应的DC辅助电压(VDCAUX)，这会被进一步详细地描述。
仍然参照图1，变压器16是本领域已知类型的AC-至-AC变压器，并用于接收作为输入的、来自转换器18的AC辅助电压(VACAUX)，如上所述。根据需要，变压器16随后将AC辅助电压(VACAUX)转变成合适幅度和频率的单相或多相AC发动支持电压，该转变的AC发动支持电压此后缩略为VACC。AC发动支持电压(VACC)随后供给整流器/调节器20。
在整流器/调节器20内，转变的AC发动支持电压(VACC)被转换成合适的DC发动支持电压，缩略为VDCC。有许多提供这种功能的传统的、低成本的整流装置，例如标准的桥式整流装置。整流器/调节器20还用于将DC发动支持电压(VDCC)与校准值比较并根据需要调节DC发动支持电压(VDCC)的特性以有效地维持校准值。可以选择该校准值，使幅度在M/G 14所需的发动和起动发动机12期间的400至500毫秒的过程中足以对车辆10上的一个或多个所需的辅助系统40供能，如先前所述。
DC发动支持电压(VDCC)随后供给隔离器22，隔离器22用于在发动和起动事件的过程中使DC发动支持电压(VDCC)隔离于ESD13提供的辅助电压供应(VDCAUX)，隔离的DC发动支持电压在图1中和此后缩略为(VDCCI)。因此，通过在发动机12的发动和起动过程中使DC发动支持电压(VDCC)隔离于辅助电压供应(VDCAUX)，一个或多个选择的辅助系统40可以从隔离的DC发动支持电压(VDCCI)引出能量，而不是以常见方式从ESD13输出的主VDCAUX来引出能量。DC辅助电压(VDCAUX)随后可以通过车辆10上的变换器18来对发动机12的发动和起动供能，以及对没有具体包含在辅助系统40(即认为对电压下降尤其敏感的那些选定的辅助系统)内的、车辆10上的其它辅助系统供能。
参看图1右下部分的插图，代表性的一组辅助系统40可以包含已知对电压突降或下降尤其敏感的一个或多个车辆系统或装置，例如前灯42、雨刷44和/或内灯46。响应于电压供应的瞬时下降，会察觉到照明装置例如前灯42和内灯46变暗，或者雨刷44暂停或改变速度。但是，其它辅助装置会不以可察觉的方式响应于这种电压下降，因此可以省略于由隔离的DC发动支持电压(VDCCI)供能的辅助系统40。通过这样限制由隔离的DC发动支持电压(VDCCI)选择性供能的辅助系统40来选择电压下降敏感装置的组群，可以最小化VSPD11的总能量需求，并可以优化和/或减少部件的尺寸和/或成本。
参看图2A，图1的隔离器22的一个实施例被示作隔离器22A，隔离器22A使用可选择性控制的机械装置，例如电致动的机械继电器35来提供有源电压隔离。通过编程或存储在控制器24内的控制逻辑(LOGIC)来选择性控制继电器35的致动(见图1)。继电器35通常关闭，辅助系统40由来自ESD13的DC辅助电压(VDCAUX)直接供能。当继电器35响应于发动机12受到指令或已经启动的发动和起动(commanded or initiated cranking and starting of the engine)而自动打开时，辅助系统40使用隔离的DC发动支持电压(VDCCI)而被直接供能，打开时继电器35切断来自ESD13的DC辅助电压(VDCAUX)。
为了从DC辅助电压(VDCAUX)最佳地隔离出DC发动支持电压(VDCC)来作为隔离的DC发动支持电压(VDCCI)，继电器35可以与电容器34并联设置，在从ESD13切换到隔离的DC发动支持电压(VDCCI)时对辅助系统40提供用于瞬时能量获得能力的足够定时缓冲。在完成发动和起动事件后继电器35随之关闭，辅助系统40再次由ESD13提供的DC辅助电压(VDCAUX)供能。
参看图2B，示出了隔离器22B的另一个实施例，使用一对可选择性控制的场效应晶体管或FET38来提供有源隔离。来自控制器24的控制逻辑(LOGIC)(见图1)可以包含“非”逻辑门41或逻辑转换器来保证仅有一个FET38在给定瞬间(given instant)为“是”或有效。采用这种方式，可以选择性控制这对FET38来在一个FET38有效时通过DC辅助电压(VDCAUX)对辅助系统40供能，并在另一个FET38有效时通过隔离的DC发动支持电压(VDCCI)对辅助系统40供能。虽然可以在本发明的范围内使用另外的电压隔离装置来替代图2A和图2B的实施例，例如使用一个或多个二极管的无源隔离，但图2A和图2B的优选实施例提供的更加有力的有源隔离是优选的，这是因为这类有源控制的装置可以提供增强的可控性和更佳的能量、成本和/或尺寸优点。
参看图3，示出的方法或算法100用于最小化在轻度混合动力车辆中的电压下降(见图1)，如前所述。算法100可以被编程、记录或者以其它方式存储在控制器24的存储器(未示出)内，并适于检测或判断预定操作条件的存在，该预定操作条件表示发动机12受到指令的发动和起动。在以下各步骤中，车辆10的各种部件示于图1中，除非他处另有注明。
从步骤102开始，算法100停用电压下降防止装置或VSPD11来作为初始或零位步骤。算法100随后前进至步骤104。
在步骤104，控制器24检测或者以其它方式判断发动机发动和起动事件是否在当前已经启动或受到指令。如果发动机发动和起动事件已经启动，算法100前进至步骤108，否则算法100前进至步骤106。
在步骤106，算法100通过ESD13，即通过DC辅助电压(VDCAUX)对辅助系统40供能。算法随后在连续的控制环路内重复步骤104，直至算法100检测或者判断出发动机12的发动和起动已经启动或受到指令，此时算法100前进至步骤108。
在步骤108，算法将来自ESD13的DC辅助电压(VDCAUX)与预定的阈值电压(在图3中缩略作“阈值”)比较。该阈值电压是预定的电压，如果低于该预定的电压，在至少一个选定的辅助系统40(也参见图1)中会发生或出现可察觉的电压下降。如果在步骤108判断出DC辅助电压VDCAUX超过存储的阈值电压，则算法重复步骤106。否则，算法100前进至步骤110。
在步骤110，算法100响应于步骤108的判断——DC辅助电压(VDCAUX)不超过存储的阈值电压——激活VSPD11。算法100随后前进至步骤112。
在步骤112，算法100使用隔离的DC发动支持电压(VDCCI)对选定的辅助系统40(也参见图1)供能，从而允许发动机12通过ESD13提供的DC辅助电压(VDCAUX)被发动和起动。算法100随后前进至步骤114。
在步骤114，算法100检测或判断在步骤104检测的发动机12的发动和起动是否完成，即发动机12是否已经起动和运行。如果发动机12已经起动，算法100返回步骤102，如上所述。在返回步骤102之前，算法100继续使用隔离的DC发动支持电压(VDCCI)对辅助系统40供能，直至在步骤114已经判断出发动机起动完成。
如上参照图2A和2B所述，通过算法100，将DC发动支持电压(VDCCI)与DC辅助电压(VDCAUX)隔离包括：在DC辅助电压(VDCAUX)低于所述存储的阈值电压时打开机械继电器装置35(见图2A)，或者在DC辅助电压(VDCAUX)低于所述存储的阈值电压时激活场效应晶体管(FET)38(见图2B)。
虽然已经详细描述了实施本发明的最佳方式，本领域技术人员会认识到在所附权利要求范围内的实施本发明的各种替代性设计和实施例。

Claims (12)

1.一种车辆，包括：
发动机；
至少一个辅助车辆系统；
控制器，适于在车辆静止时选择性关闭所述发动机；
电机/发电机，用于在车辆从所述静止开动时发动和起动所述发动机；
能量存储装置(ESD)，用于提供直流(DC)辅助电压；
电压转换器，用于在所述发动机的所述发动和起动过程中将所述直流(DC)辅助电压转换成用于在所述发动机的所述发动和起动过程中对所述电机/发电机供能的交流(AC)辅助电压；和
电压下降防止装置，电连接于所述能量存储装置和所述电压转换器；
其中所述电压下降防止装置用于在所述发动机的所述发动和起动过程中将DC发动支持电压隔离于所述DC辅助电压；
其中所述至少一个辅助车辆系统在所述发动机的所述发动和起动过程中专门地由所述DC发动支持电压供能，并在发动机运行之后由所述DC辅助电压供能，以防止在所述发动机的所述发动和起动过程中供给所述至少一个辅助车辆系统的电压下降。
2.权利要求1的车辆，其中所述电压下降防止装置包含变压器、电压整流器/调节器和电压隔离装置。
3.权利要求2的车辆，其中所述电压隔离装置包含与所述控制器电连通的可选择性致动的机械继电器装置，所述机械继电器装置设置成在所述发动机的所述发动和起动过程中打开，由此提供所述DC发动支持电压与所述DC辅助电压的所述隔离。
4.权利要求2的车辆，其中所述电压隔离装置包含与所述控制器电连通的第一和第二场效应晶体管(FET)，其中在所述发动机的所述发动和起动过程中所述第一FET停用而所述第二FET激活，由此提供所述DC发动支持电压与所述DC辅助电压的所述隔离。
5.权利要求1的车辆，其中所述至少一个辅助车辆系统是选自前灯、挡风雨刷、内灯和无线电装置的12伏辅助系统。
6.一种防止在轻度混合动力车辆上的辅助车辆系统中的电压下降的设备，该车辆具有发动机、电机/发电机和用于对电机/发电机供能的12伏辅助电池，所述设备包括：
电压转换器，用于将来自所述12伏辅助电池的直流(DC)辅助电压转换成足以在发动机的发动和起动过程中对所述电机/发电机供能的交流(AC)辅助电压；和
电压下降防止装置，用于从所述AC辅助电压转变成DC发动支持电压，并用于在发动机的发动和起动过程中将所述DC发动支持电压隔离于所述DC辅助电压；
其中只有所述隔离的DC发动支持电压在完成发动机的所述发动和起动所需的瞬时持续期间对所述辅助车辆系统供能，以及其中所述DC辅助电压当发动机运行时对所述辅助车辆系统供能。
7.权利要求6的设备，其中所述电压下降防止装置包含AC-至-AC变压器、AC-至-DC电压整流器/调节器以及电压隔离装置。
8.权利要求7的设备，其中所述电压隔离装置包含与控制器电连通的可选择性致动的机械继电器装置，所述机械继电器装置设置成在发动机的所述发动和起动过程中打开，由此提供所述DC发动支持电压与所述DC辅助电压的所述隔离。
9.权利要求7的设备，其中所述电压隔离装置包含与控制器电连通的第一和第二场效应晶体管(FET)，其中在发动机的所述发动和起动过程中所述第一FET停用而所述第二FET激活，由此提供所述DC发动支持电压与所述DC辅助电压的所述隔离。
10.一种防止车辆的辅助车辆系统中的电压下降的方法，该车辆具有：用于提供直流辅助电压的电池；设置成在车辆空闲时关闭的发动机；和用于使用该直流辅助电压发动和起动发动机的电机，所述方法包括：
检测受到指令的发动机的发动和起动；
在检测到所述受到指令的发动机的发动和起动时测量所述直流辅助电压；
将所述测量的直流辅助电压与存储的阈值电压相比较；
当所述测量的直流辅助电压低于所述存储的阈值电压时将预定量的DC发动支持电压与所述DC辅助电压隔离，所述预定量的DC发动支持电压足以在发动机的所述发动和起动过程中对所述辅助车辆系统供能；
在发动机的所述发动和起动过程中仅使用所述隔离的预定量的DC发动支持电压对所述辅助车辆系统供能；以及
当发动机运行时仅使用直流辅助电压对所述辅助车辆系统供能。
11.权利要求10的方法，其中将DC发动支持电压与所述直流辅助电压的所述隔离包含：在所述直流辅助电压低于所述存储的阈值电压时打开机械继电器装置。
12.权利要求10的方法，其中将DC发动支持电压与所述直流辅助电压的所述隔离包含：在所述直流辅助电压低于所述存储的阈值电压时选择性激活一个场效应晶体管。
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