CN103129406B - 混合动力车的电池充电方法和系统及使用其的混合动力车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于混合动力车辆的电池充电方法及使用其的混合动力车辆。该混合动力车辆包括作为动力源的发动机和电动机,并且包括其内储存有驱动电动机的电能的电池。该方法和系统可包括:当车辆停止时,确定是否需要对电池充电;当电池需要充电时,将变速器转换至空档档位(N档位);起动发动机并且接合发动机离合器,以将发动机与电动机连接,以使电动机借助发动机的动力产生电能。随后由此将电动机产生的电能储存至电池中。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年11月30日向韩国知识产权局申请的韩国专利申请第10-2011-0127269号的优先权和权益,其全部内容并入本文以供参考。
技术领域
本发明涉及用于混合动力车辆的电池充电系统和方法及使用其的混合动力车辆。更具体地,本发明涉及使用主驱动电动机为电池充电的电池充电系统和方法及使用其的车辆。
背景技术
混合动力车辆是使用两种或多种不同动力源来开动车辆的车辆。该术语最为常见的是表示混合动力电动车(HEV),其联合内燃机和一个或多个由电池做电源的电动机。然而,存在替代形式的混合动力车辆,混合型燃料电池车。混合动力车辆由于其高燃油效率和对环境的低影响,在过去几年中变得越来越流行。
通常,混合动力车辆可以分为两个不同类型,并联式混合型以及串联式混合型。在并联式混合型中,一个或多个电动机和内燃机被安装为使得它们可以独立地或共同地驱动车辆。然而,在串联式混合型中,车辆由电动机来驱动而与发动机没有机械连接。相反,发动机被配置为在供应到电动机的电池组能量没有或正在被补充时运转发电机。
此外,混合动力车辆也可以是复合式混合型,其中动力从发动机传递到车轮,其可以是机械的或电的。这一系统的主要原理是将发动机(或其它主要动力源,例如燃料电池)提供的动力与驾驶者需要的动力解耦。因此,该类型的混合动力车辆混入了并联式混合动力车辆以及串联式混合动力车辆的部件。
大多数混合动力电动车辆除了包括高电压电池(例如,500V)外还包括储存有低DC电压(例如,24V)的低电压电池。发光装置例如头灯或制动器灯、空调装置(例如,压缩机或冷凝器)、音响系统、或控制装置例如各种控制器或用于应用制动器的真空泵由低电压电池的动力而运转。
由于在混合型车辆中开动车辆的一部分能量来源于电池,因而电池的充电在混合动力电动车辆中非常重要。充电方法根据例如并联式混合动力车辆中的操作模式而不同。在传统设计中,可以通过混合式起动器发电机(HSG)而在电池中恢复少量的能量,但是当车辆停止时,不能通过主(驱动)电动机为电池充电。相反,只有当车辆行驶或移动时才能通过主电动机为电池充电。因此,由于当车辆停止时电池不能从HSG得到足够的能量恢复,电池可能变得完全耗尽。当电池消耗超过某个阈值时,电动机不能在车辆开始移动时有效地使用。因此,混合动力车辆的驾驶性能以及燃油经济性可能由此显著恶化。
当车辆在具有低于或等于预定斜度(例如,4%)的斜度的道路上停止时,变速器中的低速传动(under-drive,UD)离合器在电池开始充电时滑动至空档档位以向电动机提供动力以运转车辆。然而,当车辆在具有高于预定斜度的斜度的道路上停止时,转差能量(slipenergy)过大并且不能通过使用空档档位下的电动机为电池充电。因此,混合动力车辆的充电方法应该予以研究和改进,以在多种环境下有效地为电池充电。
上述在该背景技术部分公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解,因此其可能含有不构成该国中本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于提供一种用于混合动力车辆的电池充电方法,所述方法通过能够在车辆停止时为电池充电,而具有在混合动力模式下有效驱动车辆以及提高车辆的燃油经济性的优点。
此外,本发明致力于提供一种混合动力车辆,其具有在车辆停止时,不论道路的斜度如何,通过使用主(驱动)电动机而具有改进车辆的驾驶性能和便于电池管理的优点。
本发明将要达到的技术目的并不局限于上述技术目的,并且本领域技术人员基于本发明的公开内容可以清楚地理解未在本说明书中提及的其它技术目的。
依照本发明示例性实施方式的用于混合动力车辆的电池充电方法,是一种对包括发动机和电动机作为动力源并且包括其内储存有驱动电动机的电能的电池的混合动力车辆的电池进行充电的方法。
该方法可以包括:当车辆停止时,通过控制器确定是否需要对电池充电;当电池需要充电时,切换变速器至空档档位(N档位);从控制器向发动机提供命令;接合发动机离合器以将发动机与电动机连接,从而允许电动机借助发动机的动力产生电能;以及将电动机产生的电能储存在电池中。当离合器被接合时,发动机离合器可以与发动机的起动定时同步。
该方法还可包括:在车辆停止时,通过控制器确定制动器是否已经开始被释放;在制动器被释放时,降低电动机的速度至低于或等于安全速度;以及通过将变速器中的低速离合器接合,将变速器转换至驾驶档位(D档位)。例如,安全速度可以低于或等于300rpm。在制动器已经开始被释放时,通过使用限滑(restrictedslip)功能来起动混合动力车辆。
依照本发明另一个示例性实施方式的混合动力车辆可以包括:状态监测部,所述状态监测部被配置为监测状态信息,所述状态信息包括车辆电池的荷电状态(SOC);变速器,所述变速器被配置为,在车辆停止时所述变速器在电池的SOC低于或等于预定值时被转换/切换至空档档位;以及发动机离合器,所述发动机离合器被配置为与变速器的操作档位转换的定时同步,以将发动机与电动机接合/连接。在这种情形下,电动机借助发动机的动力产生电能,并且产生的电能被储存于电池内。
当变速器被切换至空档档位时,电动机可以被控制从而进入充电准备状态。在制动器被释放时,电动机速度可以被降至低于或等于安全速度,同时电能被储存于电池内。
变速器可以包括低速离合器,其被配置为在车辆已经停止之后,在制动器被释放时将变速器转换至驾驶档位(D档位),从而通过使用限滑使得车辆再次恢复移动。
附图说明
应当理解,所附的附图并非必然是按比例的,而只是呈现说明本发明基本原理的各种优选特征的一定程度上简化的表示。
在附图中,附图标记在附图的几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。
图1是依照本发明一个示例性实施方式的用于混合动力车辆的电池充电方法的流程图。
图2是使用图1所示的电池充电方法的混合动力车辆的示意图。
图3是示出在依照本发明一个示例性实施方式的用于混合动力车辆的电池充电方法的各步骤中混合动力车辆的操作的示意图。
<符号说明>
100:状态监测部
200:动力产生装置
201:发动机
202:发动机离合器
203:电动机
204:变速器
205:低速离合器
206:电池
207:逆变器
208:车轮
209:集成式起动器-发电机(混合式起动器发电机)
应当理解,所附的附图并非必然是按比例的,而只是呈现说明本发明基本原理的各种优选特征的一定程度上简化的表示。
在附图中,附图标记在附图的几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。
具体实施方式
将参考附图详细地说明本发明的示例性实施方式,以使本领域技术人员可以容易地实践本发明。本发明可以通过多种形式实现,并不限于本文描述的示例性实施方式。
与本发明不直接相关的部件将被省略以清楚地描述本发明,并且在说明书中,相同或相似的附图标记用于相同或相似的构成部件。
贯穿本说明书以及所附的权利要求书,当描述为一个部件被“连接”至另一部件时,该部件可以是“直接地连接”至另一部件或通过第三部件“电连接”至另一部件。此外,除非明确有相反说明,词语“包括”和例如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变形可理解为表示包含所述部件,但并不排除任何其它部件。
此外,在整份说明书中,除非明确有相反说明,词语“包括”和例如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变形可理解为表示包含了所述的部件,但是并非不排除任何其它的部件。此外,说明书中描述的术语“器(-er)”、“机(-or)”以及“模块”表示用于执行至少一个功能或操作的单元,并且可以采用硬件部件或软件部件以及它们的组合来实现。
应理解,本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括通常的机动车,例如,包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车,包括各种船只和船舶的水运工具,飞行器等等,并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其他代用燃料车(例如,来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提及的,混合动力车辆是具有两个或多个动力源的车辆,例如同时由汽油驱动和电力驱动的车辆。
图1是依照本发明示例性实施方式的用于混合动力车辆的电池充电方法的流程图。参考图1,当状态监测部100获得状态信息时,依照本发明示例性实施方式的用于混合动力车辆的电池充电方法开始。
状态监测部100可以是以下装置(例如,一个或多个控制器、计算机等),其从监测多个车辆状态的系统收集关于车辆状态的信息,或者可以是以下装置,其从检测装置例如传感器收集车辆状态信息并进行显示。车辆状态不局限于,但可以是驾驶状态、行驶状态、SOC、制动器状态或混合动力车辆的部件的安全状态的状态信息。
依照本发明示例性实施方式的用于混合动力车辆的电池充电系统和方法所应用到的混合动力车辆的电池充电系统,从状态监测部100获取混合动力车辆的电池SOC的监测信息。即,在步骤S1中,连续地监测混合动力车辆的电池SOC。
在步骤S2,当混合动力车辆停止于D档位时,状态监测部(例如,控制器)基于电池SOC的监测信息确定是否需要对车辆电池充电。在步骤S2,当电池SOC高于预定阈值(例如,50%)而不需要为电池充电时,在步骤S3中,使用混合式起动器发电机(HSG)为电池充电。
混合式起动器发电机(HSG)可以是集成式起动器-发电机,其在混合动力车辆的发动机起动时作为电动机运转,并且在需要产生电能时作为发电机运转。由于步骤S2中车辆停止于D档位,发动机使得HSG产生电。由于步骤S3中HSG可提供给电池的能量的量是有限的,步骤S3仅在电池SOC高于预定阈值时才执行。
当在步骤S2中电池SOC低于预定阈值且电池应该被充电时,在步骤S4中,变速器被切换/转换至空档档位(N档位)。在那之后,在步骤S5,发动机离合器接合并且驱动电动机(主电动机)由此与发动机连接。
在那之后,在步骤S6中,发动机运转从而通过使用主电动机为电池充电。在这种情况下,在步骤S7中,主电动机通过利用发动机的动力作为发电机运转,并且电池被充电。依照本发明的另一个示例性实施方式,顺序并不被限制并且发动机离合器可以在起动发动机时立即被接合。
当在步骤S7中主电动机作为发电机运转并且电池正被充电时,在步骤S8中,控制器/状态监测部确定制动器是否已经开始被释放,以使车辆开始移动。
当车辆仍然停止且制动器没有被释放时,该方法回到步骤S7且继续通过使用驱动电动机为电池充电。然而,当制动器开始被释放而允许车辆移动时,在步骤S9中,主电动机的速度被降低。此外,发动机离合器被释放,例如,主电动机的速度降低时发动机离合器即被释放。
然而,主电动机的降低速度并不被限制。在一个示例性实施方式中,主电动机的速度可以降至300rpm以下,或者,低速离合器(例如,UD离合器)的容许速度可以用作安全速度值,其在D档位承受第一前进速度。
当主电动机的速度在步骤S9中被充分地降至安全速度时,在步骤S10中,变速器(例如,齿轮箱)中的低速离合器(例如,UD离合器)被接合使得变速器被转换至D档位并且车辆开始行驶。如上所述,发动机的安全速度可以是300rpm,并且在电动机速度降至300rpm以下时,车辆可以通过利用限滑而被起动。在一个示例性实施方式中,在主电动机被停止之后,低速离合器可以被安全接合并且车辆可以开始移动。在步骤S10中,当车辆开始移动时,状态监测部100再次获取关于部件状态、行驶状态、电池状态、制动器状态等等的信息。
由于依照本发明的示例性实施方式,无论倾斜道路的斜度如何,可以使用主电动机为电池充电,因此电池可以在任何车辆驾驶状态下充分充电。由于不像混合动力车辆的传统充电方法那样使用斜度传感器,因而可以降低车辆的制造成本。
例如,在传统混合动力车辆中,通过在N档位使用HSG为电池充电之后,当道路的斜度低于或等于预定斜度(例如,大约4%)时,变速器内的低速离合器滑动以允许车辆开始移动。然而,当车辆停在具有大于预定斜度的斜度的道路上时,转差能量非常大,并且不能通过在N档位使用电动机为电池充电。依照本发明的示例性实施方式,无论道路的斜度如何可以通过使用主电动机来为电池充电,因此可以提高车辆的充电效率。
图2是使用图1所示的电池充电方法的混合动力车辆的示意图。即,省略了与依照本发明示例性实施方式的电池充电方法不相关的混合动力车辆的构成部件,在图2中示出与依照本发明示例性实施方式的电池充电方法相关的构成部件。
如图2所示,执行依照本发明示例性实施方式的电池充电方法的混合动力车辆包括动力产生装置200。动力产生装置200包括发动机201、发动机离合器202、电动机203、变速器(齿轮箱)204、包含于变速器中的低速离合器205、以及集成式起动器发电机209。混合动力车辆的动力产生装置200选择性地将发动机201的驱动转矩和/或电动机203的驱动转矩传递给车轮208并因此驱动车辆。混合动力车辆的动力产生装置200连接至电池充电系统,并且电池充电系统包括电池206和连接至电动机203的逆变器207。
混合动力车辆可以分别或结合使用发动机201和电动机203作为动力源。当车辆开始移动或者低速移动时,发动机离合器202被释放并且仅有电动机203的驱动转矩被传递至车辆的车轮208(例如,在电动车辆模式中)。当车辆高速移动时,发动机离合器202可以被接合并且发动机201和电动机203的驱动转矩被传递至车辆的车轮208(例如,在混合动力模式中)。
集成式起动器发电机209可以是混合式起动器发电机(HSG)并且通过例如皮带被连接至发动机201。当车辆从电动车辆模式转换至混合动力模式时,集成式起动器发电机209起动发动机201。通常,当不能通过混合动力车辆的主电动机为电池充电时(例如,当车辆停止时),集成式起动器发电机209可以用于为电池少量充电。然而,如上所述,通过使用集成式起动器发电机209为电池充电是非常受限制的。
由于依照本发明示例性实施方式的混合动力车辆是并联式混合动力车辆,其中发动机和电动机都用于驱动车辆,因此可以通过控制发动机离合器202的接合/释放以及变速器204的档位/模式,通过使用主电动机203为电池充电。
发动机离合器202设置在作为混合动力车辆动力源的发动机201和电动机203之间。当车辆停止时,发动机离合器202通常被释放。然而,在变速器204被转换至N档位之后,发动机离合器202可以再次被接合以将发动机201与电动机203连接。依照传统的混合动力车辆,与之相反,当车辆停止时,发动机离合器202保持为释放/分离的,并且通过连接至发动机201的集成式起动器发电机209为电池充电。然而,依照本发明的示例性实施方式,当车辆停止时,变速器204被转换至N档位并且发动机离合器202与发动机接合。此时,发动机201运转,并且通过经发动机离合器202连接至发动机201的主(驱动)电动机203为电池206充电。因此,当车辆停止时,电池206中可以恢复大量的能量。
使用电动机203产生的动力通过逆变器207而储存于电池206中。电池206的SOC可以通过监测系统例如状态监测部100进行实时监测。此外,混合动力车辆的动力产生装置200还可包括控制部(未示出),用于控制电动机203或发动机201的运转。具体而言,当通过混合动力车辆的状态监测部100检测到的电池SOC不足时,控制部接收关于电池SOC的信息。在这种情况下,当车辆停止时,控制部控制变速器204接合N档位,并且控制电动机203进入充电准备状态。此外,控制部可以控制电动机进入充电准备状态且控制发动机201使其起动。
此外,在制动器被释放或者在制动器正在被释放时,电动机203的速度可以被降低并且发动机离合器202可以被释放,且车辆在通过使用主电动机203为电池充电之后可以再次开始移动。
变速器204可以是齿轮箱。变速器204可以根据车辆的运行状态,变换由发动机201或电动机203产生的转矩,并且将变换的转矩传递至车轮208。当车辆停止,在电池206需要充电的时候,通过控制部转换/切换变速器204至N档位。
如上所述,如果电池荷电高于预定阈值(例如,50%)时,HSG正常地为电池充电。然而,当电池SOC不足(即,低于预定阈值),并且制动器没有被释放时,变速器204被转换至N档位并且随后发动机离合器202被再次接合,以通过发动机201由电动机203为电池206充电。
低速离合器205可以包含在变速器204中,并且5可以是低速传动离合器(UDC)。当制动器被释放并且车辆开始移动时,低速离合器205被接合并且变速器204被切换/转换至D档位。这样,车辆由此可以移动。此时,电动机203的速度可被降至低于或等于安全速度的值,或者电动机203可以停止。
图3是示出在依照本发明示例性实施方式的用于混合动力车辆的电池充电方法的各个步骤中混合动力车辆的操作的示意图。
图3的步骤1示出在车辆停止,当变速器204处于D档位并且关于电池低SOC的信息被输入至混合动力车辆的状态监测部100时动力产生装置200的操作。
在步骤1中,由于需要对电池充电,动力产生装置的变速器204被转换至N档位。此时,设置在发动机201与主电动机203之间并且选择性地连接发动机201和主电动机203的发动机离合器202被释放。由于车辆停止,发动机201未被驱动。
参考图2,发动机201被连接至发动机离合器202相反侧的混合式起动器发电机(HSG)209。
根据传统的混合动力车辆,当车辆停止时,转矩不被传递至变速器。然而,在本发明的示例性实施方式中,变速器204被转换至N档位,以通过在变速器已经被转换至空档时将离合器202重新接合而通过电动机为电池充电。
步骤2示出发动机201再次起动从而为电池206充电。此时,变速器204接合至N档位并且电动机203在离合器202已经被重新接合时开始为电池充电。在本发明的一些示例性实施方式中,离合器202可以保持接合同时变速器被切换至N档位。此外,发动机离合器202可以在发动机201被起动之前或在发动机201正被起动的同时立即接合。
步骤3示出电池的充电进程。即,发动机201在为电池充电,并且经发动机离合器202连接至发动机201的主电动机203,通过发动机的运转而充当发电机,并提供充电能量至电池206。
但是,根据传统的混合动力车辆,电池不能通过使用电动机203充电。因此,发动机离合器202被释放,使得发动机201与电动机203分离,并且发动机201运转从而通过HSG209为电池充电。然而,如上所述,HSG209仅能提供少量的能量而难以充分地为电池充电。
步骤4示出制动器被释放并且车辆再次开始移动。低速离合器205例如UD离合器被接合,用于重新起动车辆,并且变速器204从N档位被转换至D档位。在那之后,车辆开始再次移动。在主电动机203的速度降至在或等于安全速度的速度之后,变速器204的低速离合器205被接合。如上所述,电动机的安全速度并不限于300rpm。在电动机203的速度已经被降低且低速离合器205被接合时,车辆使用限滑而开始移动。
由于发动机离合器202在该状态下被接合,混合动力车辆由电动机203和发动机201驱动。然而,在传统的混合动力车辆中,发动机201由HSG起动,发动机离合器202被接合,并且电动机203开始运行。
与依照本发明示例性实施方式对电池进行充电相关的混合动力车辆的动力产生装置的操作在图3中示出。由于有关驱动混合动力车辆的动力产生装置的操作已为本领域技术人员所熟知,在本说明书中将要省略其详细描述。
尽管以上示例性实施方式描述为使用单一控制部来执行上述过程,但应该理解,也可以由多个控制部、控制器、处理器等等来执行,上述过程。
此外,本发明的(控制部的)控制逻辑可以体现为含有可被处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非瞬时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括,但不限于,ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、快闪驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在连接网络的计算机系统中,以便,例如通过远程信息处理(telematics)服务器或控制器局域网(CAN)以分布式模式存储和执行计算机可读介质。
由于根据本发明的示例性实施方式在混合动力车辆停止时可以充分地为电池充电,可以提高混合动力车辆的驾驶性能和燃油经济性。此外,可以使用于驱动主电动机的电池SOC的管理方便,并且可以充分利用主电动机。因此,还可提高混合动力车辆的驾驶效率。由于在车辆停止时,无论倾斜道路的斜度如何,可以使用主电动机为电池充电,因此斜度传感器不是必须的。因此,车辆的制造成本也可以得到缩减。
尽管已经结合目前认为实用的示例性实施方式来描述本发明,但应当理解,本发明并不限于公开的实施方式,相反,本发明意在覆盖所附权利要求所包含的精神和范围内的各种修改和等价布置。
Claims (8)
1.一种用于混合动力车辆的电池充电方法,所述混合动力车辆包括作为动力源的发动机和电动机,并且包括其内储存有驱动所述电动机的电能的电池,所述电池充电方法包括:
在所述车辆停止时,通过控制器确定是否需要对所述车辆内的电池充电;
响应于确定所述电池需要充电,将变速器转换至空档档位(N档位);
通过所述控制器起动所述发动机;
接合发动机离合器,以将所述发动机与所述电动机连接,以借助所述发动机的动力通过所述电动机产生电能;以及
在所述车辆停止时,将所述电动机产生的电能储存至所述电池中,
其中所述电池充电方法还包括:
当所述车辆停止时,确定制动器是否被释放;
在所述制动器被释放时,使所述电动机的速度降低至低于或等于安全速度;以及
通过接合所述变速器中的低速离合器,将所述变速器转换至驾驶档位(D档位)。
2.如权利要求1所述的电池充电方法,其中,当所述发动机离合器被接合时,所述发动机离合器与所述发动机的起动定时同步。
3.如权利要求1所述的电池充电方法,其中,在所述制动器被释放时,通过限滑功能来起动所述混合动力车辆。
4.如权利要求1所述的电池充电方法,其中,所述安全速度低于或等于300rpm。
5.一种混合动力车辆,包括作为动力源的发动机和电动机,并且包括其内储存有驱动所述电动机的电能的电池,所述混合动力车辆包括:
状态监测部,配置为监测状态信息,所述状态信息包括所述车辆的电池的荷电状态(SOC);
变速器,配置为在所述车辆停止的情况下在所述电池的荷电状态低于或等于预定值时被转换至空档档位;以及
发动机离合器,配置为与所述变速器的档位转换的定时同步,以将所述发动机与所述电动机接合,
其中,所述电动机借助所述发动机的动力产生电能,并且产生的电能被储存于所述电池内,
其中,所述变速器包括低速离合器,并且
其中,当所述车辆停止时,所述低速离合器在制动器被释放时将所述变速器转换至驾驶档位(D档位),以通过限滑功能来恢复所述车辆的移动。
6.如权利要求5所述的混合动力车辆,其中,在所述变速器转换至空档档位时,所述电动机被控制从而进入充电准备状态。
7.如权利要求5所述的混合动力车辆,其中,当制动器被释放时,所述电动机的速度降至低于或等于安全速度,并且电能被储存于所述电池内。
8.如权利要求7所述的混合动力车辆,其中,所述安全速度低于或等于300rpm。
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