CN103072484A

CN103072484A - 用于混合电动车辆的控制设备

Info

Publication number: CN103072484A
Application number: CN2012103308176A
Authority: CN
Inventors: 新里幸浩
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: JP2013056606A; US20130066498A1; EP2567858A2; US9586574B2; EP2567858B1; EP2567858A3; CN103072484B; JP5742607B2

Abstract

一种用于混合电动车辆的控制设备，包括：配置成检测电池温度的温度检测器；配置成根据检测到的电池温度计算温度上升速度也就是单位时间内的温度上升量的温度上升速度计算器；以及配置成在温度上升速度等于或者高于阈值时使得发动机启动，以使发电机产生电能的发动机控制器。阈值被设定成使得检测到的电池温度越高，阈值越低。

Description

用于混合电动车辆的控制设备

技术领域

本发明涉及用于混合电动车辆的控制设备。

背景技术

已知的混合电动车辆的实例中包括一个实例，在该实例中电流从电池和由发动机驱动的发电机中的每一个输送到电动机，并且驱动轮由电动机输出的驱动转矩驱动。

在这种混合电动车辆中，当电流连续地从电池输送到电动机，电池的温度上升。就有电池温度过度上升将会导致电池的老化的顾虑。为了克服这个，当电池温度等于或者高于预置的阈值温度时，从电池输送到电动机的电流被抑制（或者电动机转矩被抑制），从而抑制电池温度上升。

然而，这种转矩抑制影响车辆的行驶性能，因而有改进的余地。

更进一步地，作为用于防止电池老化的技术，提出的技术（相关技术）中基于电池的温度计算电池的放电程度，并且当电池温度的上升速度较高时，发电机在较低放电程度状态下被激活（参见日本专利No.3707206）。

然而，在上述相关技术中，发动机被启动以便在较低放电程度状态下激活发电机；因此，尽管电池温度的上升可以被抑制，仍然有发动机可能被无效启动的顾虑，从而降低燃油效率。

发明内容

本发明提供了一种用于混合电动车辆的控制设备，该控制设备有利于在抑制燃油效率降低的同时抑制由电池温度过度上升造成的电池老化。

本发明的一方面提供了一种用于混合电动车辆的控制设备，该混合电动车辆包括：配置成用于驱动混合电动车辆的驱动轮的电动机；配置成用于向电动机输送电流的电池；配置成用于向电动机输送电流的发电机；以及配置成使得发电机产生电能的发动机，控制设备包括：配置成用于检测电池温度的温度检测器；配置成基于检测到的电池温度计算表示单位时间内温度上升量的温度上升速度的温度上升速度计算器；以及配置成当温度上升速度等于或者高于阈值时使得发动机启动，以使发电机产生电能的发动机控制器，其中阈值被设定成使得检测到的电池温度越高，阈值就越低。

发动机控制器可以控制发动机以使温度上升速度越快，发电机的发电量越大。

发动机控制器可以在检测到的电池温度等于或者高于预置的第一温度时启动发动机，并且在检测到的电池温度低于第一温度时禁止启动发动机。

发动机控制器可以在当启动发动机之后检测到的电池温度持续低于第二预置温度的时间段等于或者比预置时间段长的时候停止发动机。

附图说明

图1是说明其上安装有根据本发明实施例的控制设备30的车辆10的整体配置的方框图。

图2是说明控制设备30的配置的功能框图。

图3是温度上升速度α的说明图。

图4是说明温度上升速度α和发电量P（kW）之间关系的发电量图表50的说明图。

图5是说明电池温度TB和发动机启动判定值α1之间关系的启动判定值图表52的说明图。

图6是说明控制设备30的操作的流程图。

图7是说明其中发动机22在电池温度TB到达给定温度Tu的瞬间被启动的相对实例的说明图。

图8是说明当温度上升速度α较低且发动机起动之后的电池温度TB的上升量相对较低时控制器30的操作的说明图。

图9是说明当温度上升速度α较高且发动机起动之后的电池温度TB的上升量相对较高时控制器30的操作的说明图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。

如图1中所示，根据本发明的车辆10包括：高压电池12；逆变器14和16；用作电动机的前置电动机18；用作电动机的后置电动机20；用作内燃机的发动机22；发电机24；前轮26；后轮28；和控制设备30。

于是，车辆10构成其上安装有电动机18和20和发动机22的混合电动车辆。

高压电池12向前置电动机18和后置电动机20输送电能。更进一步地，从高压电池12输送到前置电动机18和后置电动机20的电流，以下将称为“电池电流”。

高压电池12通过例如国内商用供电或者充电站的快速充电电源经由未图示的充电设备提供的电能被充电。

随着电池内部化学变化的进行，对一个或多个电动机的持续的电流供应导致高压电池12的温度逐渐上升。当电池温度过度上升的状态持续下去时，可能会发生电池老化。请注意当电池温度等于或者高于预置温度时，高压电池12被未图示的冷却风扇强制冷却；然而，即使当高压电池12被冷却风扇强制冷却时，仍不可避免电池温度可能会过度上升，这依赖于电池电流的水平，电池电流供应的时间周期，和环境温度。

逆变器14和16将从高压电池12提供的直流电转换为三相交流电，并将三相交流电提供给前置电动机18和后置电动机20。

基于稍后描述的ECU 48运行的控制，例如，逆变器14和16通过使用PWM（脉冲宽度调制）控制提供给前置电动机18和后置电动机20的三相交流电，从而控制从前置电动机18和后置电动机20输出的驱动转矩。

前置电动机18通过由逆变器14提供的交流电驱动并转动，并且通过减速器32和差动齿轮34向前轮26提供动力（驱动转矩），从而驱动前轮26。

后置电动机20通过由逆变器16提供的交流电驱动并转动，并且通过减速器36和差动齿轮38向后轮28提供动力（驱动转矩），从而驱动后轮28。

此外，在执行车辆10的再生制动时，前置电动机18和后置电动机20均用作发电机，且由前置电动机18和后置电动机20生成的三相交流电通过逆变器14和16被转换为直流电；然后，用直流电给高压电池12充电。

电动机18和20均具有电动线圈，且均由流经其电动线圈的电流（电池电流）驱动并转动。

电动机18和20具有在电流供应开始的同时被称为“冲击电流”的瞬时大电流暂时流经电动机18和20的特性。

电动线圈的温度越低，冲击电流就越大，且电动线圈的温度越高，冲击电流就越小。

发动机22通过减速器40和离合器42与减速器32相连接。离合器42的接合和脱离由ECU控制。

当离合器42处于脱离状态时，发动机22通过减速器41向发电机24提供动力并从而驱动发电机24。

发电机24通过从发动机22提供的动力产生电力，并通过逆变器14给高压电池12充电。

请注意在电池电流从高压电池12输送到前置电动机18（和/或者后置电动机20）并从而驱动前置电动机18（和/或者后置电动机20）的状态下，发动机22启动以使得发电机24产生电能；然后，由发电机24产生的电能（电流）被输送到前置电动机18（和/或者后置电动机20），且此外，用于给高压电池12充电的电能（电流）是没有被消耗于驱动前置电动机18（和/或者后置电动机20）的电能。换言之，从发电机24输送出的电流被加到从高压电池12输送出的电池电流中，并且所得到的电流被输送到前置电动机18和/或者后置电动机20。

此外，为了简化，以下将在车辆10只使用前置电动机18行驶的情况下做出说明。然而，本发明当然也适用于车辆10只使用后置电动机20行驶的情况，或者车辆10同时使用前置电动机18和后置电动机20行驶的情况。

请注意将在当离合器42处于脱离状态时，发动机22通过减速器41向发电机24提供动力并从而驱动发电机24的假设下描述本实施例。

然而，本发明当然也适用于当离合器42处于接合状态时的情况，发动机22通过减速器41向发电机24提供动力且从而驱动发电机24，同时发动机22通过减速器40，离合器42，减速器32和差动齿轮34向前轮26提供动力（驱动转矩）且从而驱动前轮26。

控制设备30包括：加速器踏板传感器44；电池温度传感器46；以及ECU 48。

加速器踏板传感器44检测加速器踏板踩踏量，并将检测的数值提供给ECU 48。

电池温度传感器46检测高压电池12的温度（以下将称为“电池温度TB”），并将检测的数值提供给ECU 48。在本实施例中，电池温度传感器46构成“温度检测器”。

ECU 48包括：CPU；用于储存/保存控制程序等的ROM；用作控制程序的操作区域的RAM；和用作ECU 48和外围电路等之间接口的接口部分。

如图2中所示，ECU 48执行控制程序，从而使以下单元生效：电动机控制单元48A；温度上升速度计算单元48B；发动机控制单元48C；以及发动机启动判定值设定单元48D。请注意在本实施例中，发动机控制单元48C和发动机启动判定值设定单元48D构成“发动机控制器”。

电动机控制单元48A根据加速器踏板传感器44检测到的加速器踏板踩踏量，即根据所需要的驱动转矩，控制从高压电池12输送到前置电动机18的电流。

温度上升速度计算单元48B基于电池温度传感器46检测到的电池温度TB计算温度上升速度α，也就是单位时间电池温度TB的上升量。

具体而言，如图3中所示，当单位时间Δt内电池温度TB的上升量为ΔTB时，温度上升速度α被定义为ΔTB/Δt。

发动机控制单元48C控制，例如，发动机22的启动，停止和转速（RPM）。当由温度上升速度计算单元48B计算得到温度上升速度α等于或者大于发动机启动判定值α1也就是预置的阈值，发动机控制单元48C启动发动机22，从而使发电机24开始工作。

在本实施例中，发动机控制单元48C控制发动机22以使温度上升速度α越快，发电机24的发电量将越大。换言之，发动机控制单元48C控制发动机22以使温度上升速度α越快，发动机22的转速将越高。

在本实施例中，发动机控制单元48C包括发电量图表50。

如图4中所示，发电量图表50是说明温度上升速度α和电能产生量P(kW)之间关系的图表。

发动机控制单元48C根据发电量图表50确定对应于温度上升速度α的电能产生量P，并控制发动机22的转速（或者控制发动机22的驱动）从而通过发电机24产生电能产生量P。

更进一步地，当电池温度传感器46检测到的电池温度TB等于或者高于第一阈值温度TB1（为预先设定的第一给定温度）时，发动机控制单元48C使得发动机22启动；另一方面，当检测到的电池温度TB低于第一阈值温度TB1时，发动机控制单元48C禁止发动机22启动。

第一阈值温度TB1被设定成无须考虑高压电池12的老化的温度，因为即使出现明显的温度上升，只要电池温度TB低于第一阈值温度TB1，电池温度TB就为最初的低温。第一阈值温度TB1在例如室温（25°）下设定。

此外，在发动机22启动之后，在满足发动机停止要求时，发动机控制单元48C停止发动机22。

在本实施例中，发动机停止要求是电池温度传感器46检测到的电池温度TB持续低于第二阈值温度TB2（为预先设定的第二给定温度）的时间段必须等于或者比阈值时间段（为预先设定的给定时间段）长。第二阈值温度TB2被设定成使高压电池12的老化被忽略的温度，只要电池温度TB低于第二阈值温度TB2。请注意发动机停止要求并不局限于本例子，任何要求都可以被设定。

发动机启动判定值设定单元48D设定发动机启动判定值α1以使电池温度传感器46检测到的电池温度TB越高，发动机启动判定值α1将越低。

在本实施例中，发动机启动判定值设定单元48D包括启动判定值图表52。如图5中所示，启动判定值图表52是说明电池温度TB和发动机启动判定值α1之间关系的图表。

发动机启动判定值设定单元48D根据启动判定值图表52确定并设定对应于电池温度TB的发动机启动判定值α1。

接下来，将参照流程图图6来描述控制器30的操作。

图6中说明的程序在发动机22停止通过使用电动机18执行车辆10的正常行驶时被重复执行。

首先，ECU 48确定发动机22是否停止（步骤S10）。

当在步骤S10中的回答为否时，ECU 48跳过随后的程序并返回程序。

当在步骤S10中的回答为是时，ECU 48确定电池温度传感器46检测到的电池温度TB是否等于或者高于第一阈值温度TB1（步骤S12）。

当在步骤S12中的回答为否时，ECU 48跳过随后的程序并返回程序。当在步骤S12中的回答为是时，ECU 48（温度上升速度计算单元48B）计算温度上升速度α（步骤S14）。具体而言，当电池温度TB低于第一阈值温度TB1时发动机22的启动是被禁止的，且当电池温度TB等于或者高于第一阈值温度TB1时允许发动机22启动。

随后，ECU 48（发动机启动判定值设定单元48D）根据启动判定值图表52确定并设定对应于电池温度TB的发动机启动判定值α1（步骤S16）。

然后，ECU 48（发动机控制单元48C）确定温度上升速度α是否等于或者高于发动机启动判定值α1（步骤S18）。

当在步骤S18中的回答为否时，ECU 48跳过随后的程序并返回程序。

当在步骤S18中的回答为是时，ECU 48（发动机控制单元48C）启动发动机启动控制（步骤S20）。具体而言，ECU 48根据发电量图表50确定对应于温度上升速度α的电能产生量P，并控制发动机22的转速以使发电机24产生电能产生量P。

随后，ECU 48（发动机控制单元48C）确定电池温度TB持续低于第二阈值温度TB2的周期是否等于或者比预置的阈值周期长（步骤S22）。

当在步骤S22中的回答为否时，ECU 48将程序返回至步骤S20以继续控制发动机22。

当在步骤S22中的回答为是时，ECU 48停止发动机22并返回程序。

以上程序被重复执行。

接下来，将参照图7到图9描述本实施例的操作和效果。

以下的说明是在假设发动机22停止通过使用电动机18执行车辆10的正常行驶的状态下做出的，电池温度TB随着时间的推移上升然后发动机22经过一定的时间被启动。

在图7到图9的每一幅图中，水平轴代表时间，且纵轴代表电池温度TB，电池电流，发动机22产生的电流，和电动机18的转矩。

在图7到图9的每一幅图中，参考标记“Tu”表示给定温度。当电池温度TB等于或者高于给定温度Tu时，电池的老化程度上升。于是，为了抑制高压电池12的老化，防止电池温度TB到达电池温度TB等于或者高于给定温度Tu的阴影部分的电池老化区域是很重要的。

首先，为了清楚起见，将参照图7描述在电池温度TB达到给定温度Tu的瞬间发动机22被启动的相对的实例。

当通过使用电动机18执行正常行驶时，电池温度TB将随着时间的推移上升。

经过一定的时间，当电池温度TB达到给定温度Tu时，发动机22被启动以使发电机24开始工作，因此发电机24开始产生电能且产生的电流被输送到电动机18。随着输送到电动机18的产生的电流的增加，从高压电池12输送到电动机18的电池电流减少。在这种情况下，电动机转矩在发动机22启动前后保持不变。

由于电池电流的减少，电池温度TB将随着时间的推移而降低。

然而，在这个实例中，有高压电池12老化的顾虑，因为即使在通过发动机22开始发电且电池电流减少之后电池温度TB仍继续上升一段时间，且电池温度TB会停留在阴影区域内然后下降。

另一方面,在本实施例中，当温度上升速度α等于或者高于发动机启动判定值α1时，发动机22被启动。

因此，当温度上升速度α较高且电池温度TB明显趋向于到达电池老化区域时，发动机22在更早阶段被启动，从而使适宜地防止电池温度TB到达电池老化区域变得可能。

另一方面，当温度上升速度α较低且电池温度TB略微趋向于到达电池老化区域时，发动机22在较早阶段被防止启动，从而使适宜地防止电池温度TB到达电池老化区域同时抑制燃料效率下降变得可能。

于是，本发明有利于在抑制由电池温度TB过度上升造成的高压电池12的老化的同时，抑制燃油效率的降低。

此外，在本实施例中，电池温度TB越高，发动机启动判定值α1将越低。换言之发动机22启动使得电池温度TB越高，发动机启动判定值α1将越低。

因此，当电池温度TB且电池温度TB明显趋向于到达电池老化区域时，发动机22在更早阶段被启动，从而使适宜地防止电池温度TB到达电池老化区域变得可能。

另一方面，当电池温度TB较低且电池温度TB略微趋向于到达电池老化区域时，发动机22在较早阶段被防止启动，从而使适宜地防止电池温度TB到达电池老化区域同时抑制燃料效率下降变得可能。

于是，本发明更进一步有利于抑制由电池温度TB过度上升造成的高压电池12的老化，同时抑制燃油效率的降低。

此外，在本实施例中，如图8和图9中所示，发动机22的驱动是被控制的且发动机生成电流上升，因此温度上升速度α越快，发电机24的电能产生量P越大。

具体而言，图8说明当温度上升速度α较低且发动机起动之后电池温度TB的上升量相对较小的情况，且图9说明当温度上升速度α较高且发动机起动之后电池温度TB的上升量相对较大的情况。

于是，如图8中所示，当温度上升速度α较低的时候，没有必要保证如此高的发动机生成电流；因此，有可能在减少电池电流的同时抑制燃油效率的降低，并促使电池温度TB降低，从而适宜地抑制发动机起动之后电池温度TB的上升量。

另一方面，如图9中所示，当温度上升速度α较高时，较高的发动机生成电流可以得到保证；因此有可能更进一步地减少电池电流并更进一步地促进电池温度TB降低，从而适宜地抑制发动机起动之后电池温度TB的上升量。

于是，本发明使在发动机起动之后适宜地抑制电池温度TB的上升量的同时抑制燃油效率的降低变得可能，并从而更进一步地有利于抑制高压电池12的老化。

更进一步地，在本实施例中，当电池温度TB1等于或者高于第一阈值温度TB时发动机22的启动被允许，且当电池温度TB低于第一阈值温度TB1时发动机22的启动被禁止。

于是，本发明可以抑制不必要的发动机22的启动，且从而更进一步地有利于抑制高压电池12的老化同时抑制燃油效率的降低。

此外，在本实施例中，当在发动机22启动之后电池温度TB持续低于第二阈值温度TB2的时间段等于或者比预置的阈值时间段长的时候发动机22停止。

于是，本发明可以根据电池温度TB的降低适宜地停止发动机22，并从而更进一步地有利于抑制燃油效率的降低。

根据本发明的一方面，发动机在温度上升速度等于或者高于阈值时被启动。因此，当温度上升速度较高且电池温度明显地趋向于到达高温，发动机在更早阶段被启动；另一方面，当温度上升速度较低且电池温度略微趋向于到达高温，发动机在较早阶段被防止启动。于是，本发明有利于抑制由电池温度过度上升造成的电池老化，同时抑制燃油效率的降低。更进一步地，阈值被设定成使得电池温度越高，阈值将越低。因此，当电池温度较高且电池温度明显趋向于到达高温时，发动机在更早阶段被启动；另一方面，当电池温度较低且电池温度略微趋向于到达电池老化区域时，发动机在较早阶段被防止启动。因此，本发明更进一步有利于抑制由电池温度过度上升造成的高压电池的老化，同时抑制燃油效率的降低。

根据发明的一个方面，发动机的驱动是受控制的因此温度上升速度越快，发电机的发电量将越大。因此，当温度上升速度较低时，电池电流减小同时燃油效率的降低得到抑制；另一方面，当温度上升速度较高时，电池电流更进一步地减小。因此，本发明使在发动机起动之后适宜地抑制电池温度的上升量同时抑制燃油效率的降低变得可能，并从而更进一步地有利于抑制电池的老化。

根据发明的一个方面，当电池温度等于或者高于第一阈值温度时发动机的启动被允许，且当电池温度低于第一阈值温度时发动机的启动被禁止。因此，本发明可以抑制不必要的发动机启动，且从而更进一步地有利于抑制电池老化同时抑制燃油效率的降低。

根据发明的一个方面，在发动机启动之后电池温度持续低于第二阈值温度的周期等于或者比预置的阈值周期长时，发动机被停止。因此，本发明可以根据电池温度的降低适宜地停止发动机，并从而更进一步地有利于抑制燃油效率的降低。

Claims

1.一种用于混合电动车辆的控制设备，所述混合电动车辆包括：电动机，配置成驱动所述混合电动车辆的驱动轮；电池，配置成向所述电动机输送电流；发电机，配置成向所述电动机输送电流；以及发动机，配置成使得所述发电机产生电能，其特征在于，所述控制设备包括：

温度检测器，配置成检测所述电池的温度；

温度上升速度计算器，配置成根据所述检测到的电池温度计算温度上升速度，即单位时间内所述温度的上升量；以及

发动机控制器，配置成当所述温度上升速度等于或者高于阈值时，使得所述发动机启动，以使所述发电机产生所述电能，

其中所述阈值是被设定成使得所述检测到的电池温度越高，所述阈值越低。

2.如权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述发动机控制器控制所述发动机以使所述温度上升速度越高，所述发电机的发电量越大。

3.如权利要求1或2所述的控制设备，其特征在于，所述发动机控制器在所述检测到的电池温度等于或者高于预置的第一温度时使得所述发动机启动，并且在所述检测到的电池温度低于所述第一温度时禁止所述发动机启动。

4.如权利要求3所述的控制设备，其特征在于，在所述发动机启动之后，所述检测到的电池温度持续低于第二预置温度的的时间段等于或者比预置时间段长时，所述发动机控制器使所述发动机停止。