CN104787026A

CN104787026A - 确定车辆发电成本的系统及方法

Info

Publication number: CN104787026A
Application number: CN201510031844.7A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·莱特; 马文·保罗·克拉斯卡
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2035-01-22
Also published as: DE102015200464A1; CN104787026B; US20150203093A1

Abstract

一种确定车辆发电成本的系统及方法。根据本发明的一个示例性方面，一种方法包括在发电模式下控制车辆，以便向与车辆分离的设备供电。控制步骤包含估算在发电模式下操作车辆的成本。

Description

确定车辆发电成本的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电气化车辆，以及更具体但不完全地，涉及一种用于确定与在发电模式(Power Generation mode)下操作电气化车辆相关的成本的系统及方法。

背景技术

例如混合动力电动车辆(HEV)，插电式混合动力电动车辆(PHEV)，纯电动车辆(BEV)，或燃料电池车辆这样的电气化车辆不同于传统机动车辆之处在于它们靠一个或多个电机(即，电动马达/发电机)代替内燃发动机来提供动力或除了内燃发动机以外还靠一个或多个电机(即，电动马达/发电机)来提供动力。换句话说，电气化车辆可以拥有不只一个可以单独使用或一起使用来推进车辆的动力源。

一些电气化车辆使驾驶员能够手动地管理车辆的能量使用。例如，电气化车辆可以在不借助于来自发动机的帮助以电机为车辆提供动力的电动车辆(EV)模式下操作，或者可以在发动机与电机组合使用来为车辆提供动力的混合(HEV)模式下操作。随着电气化车辆的使用变得更加普遍，会期望附加的能量管理选项。

发明内容

根据本发明的一个示例性方面，一种方法包括在发电模式下控制车辆，以便向与车辆分离的设备供电。控制步骤包含估算在发电模式下操作车辆的成本。

在上述方法的进一步非限制性实施例中，车辆是混合动力电动车辆(HEV)。

在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，控制步骤仅当车辆处于停车状态时执行。

在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，控制步骤包括至少控制发动机和电机来产生在发电模式期间所提供的电力。

在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，方法包括输入至少一个与操作车辆相关的计费率(billing rate)。

在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，使用至少一个计费率来估算成本。

在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，方法包括输入用于限制发电模式期间消耗的能量总量的能量使用极限。

在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，方法包括执行一系列定期的系统检查，以监控车辆在发电(GEN)模式期间总的能量使用。

在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，方法包括以关闭发电模式来响应下列事件的至少一个：超过燃料消耗极限；超过能量消耗极限；或超过时间使用极限。

在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，方法包括向操作者显示与在发电模式下操作车辆相关的成本。

根据本发明的另一个示例性方面，一种车辆控制方法包括在发电模式下操作车辆，在发电模式期间向车辆的电源插座(power point)提供电力，以及估算与在发电模式下操作车辆相关的成本。

在上述方法的进一步非限制性实施例中，方法包含在操作步骤期间定期测量燃料消耗量、能量消耗量，以及时间使用。

在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，测量步骤包括下列的至少一个：将总消耗量乘以燃料计费率，将总能量消耗量乘以能量计费率，或将总运行时间乘以时间计费率。

在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，方法包括向车辆操作者显示成本信息。

根据本发明的一个示例性方面，一种系统包括提供包括发电模式在内的多种车辆操作模式的选择的驾驶员界面，以及与驾驶员界面通信并且配置为估算与在发电模式下操作车辆相关的成本的控制单元。

在上述系统的进一步非限制性实施例中，驾驶员界面包括拥有用于选择发电模式的发电模式按钮的模式选择器。

在上述任一系统的进一步非限制性实施例中，传感器配置为测量与向发电模式下对车辆供电相关的电压和电流信息。

在上述任一系统的进一步非限制性实施例中，转换器配置为将来自电机的直流电源(DC power)转换为向位于车辆上的电源插座提供的交流电源(AC power)。

在上述任一系统的进一步非限制性实施例中，电源插座包括至少一个电源插口(power outlet)。

在上述任一系统的进一步非限制性实施例中，为了在发电模式下操作车辆，控制单元能够被操作以传递控制信号至发动机、蓄电池以及电机的每一个。

可以单独或以任意组合得到前述段落、权利要求书或具体实施方式及附图的实施例、示例和替代物，包括任何它们的各个方面或各自的特征。结合一个实施例描述的特征可以适用于所有实施例，除非这些特征是不兼容的。

通过下面的具体实施方式，对本领域的技术人员来说，本发明的各种特征和优点将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可以简单描述如下。

附图说明

图1示意性地描述了电气化车辆的动力传动系统；

图2描述了可以用于在发电模式下操作电气化车辆的车辆能量管理系统；

图3描述了车辆能量管理系统的驾驶员界面；

图4描述了车辆能量管理系统的电源插座；

图5描述了用于确定与在发电模式下操作电气化车辆相关的成本的车辆控制策略。

具体实施方式

本发明涉及能量管理系统以及用于控制电气化车辆的能量使用的方法。车辆可以在向非车辆设备提供电力的发电模式下操作。与在发电模式下操作车辆相关的成本同样可以被估算并报告给车辆驾驶员、操作者或车主。估算的成本可以基于总燃料消耗量，电能消耗量，以及时间使用。这些以及其他特征将在这里进行详细的讨论。

图1示意性地描述了能够实施本发明的能量管理系统及方法的电气化车辆12的动力传动系统10。应当理解的是，此处描述的概念并不限于HEV，并且可以延伸到包括但是不限于PHEV、BEV以及燃料电池车辆的其他电气化车辆。

在一个实施例中，动力传动系统10是使用第一驱动系统和第二驱动系统的功率分流系统，该第一驱动系统包括发动机14和发电机16(即，第一电机)的组合，并且该第二驱动系统至少包括马达36(即，第二电机)、发电机16和蓄电池50。例如，马达36、发电机16和蓄电池50可以构成动力传动系统10的电驱动系统25。第一和第二驱动系统产生扭矩以驱动电气化车辆12的一组或多组车辆驱动轮30。

发动机14——例如内燃发动机——和发电机16可以通过动力传输单元18连接。在一个非限制性实施例中，动力传输单元18是行星齿轮组。当然，包括其他齿轮组和变速器的其他类型的动力传输单元也可以用于将发动机14连接到发电机16。动力传输单元18可以包括环形齿轮20、太阳齿轮22和齿轮架总成24。当充当发电机的时候，发电机16由动力传输单元18驱动，以将动能转换成电能。作为选择地，发电机16可以起马达的作用以将电能转换成动能，因此向连接到动力传输单元18的齿轮架总成24的轴26输出扭矩。因为发电机16可操作地连接到发动机14，发动机14的速度可以由发电机16控制。

动力传输单元18的环形齿轮20可以连接到轴28，该轴28通过第二动力传输单元32连接到车辆驱动轮30。第二动力传输单元32可以包括具有多个齿轮34A、34B、34C、34D、34E和34F的齿轮组。其他动力传输单元也可以是适合的。齿轮34A-34F将扭矩从发动机14传输到差速器38以向车辆驱动轮30提供牵引力。差速器38可以包括多个能够将扭矩传输到车辆驱动轮30的齿轮。第二动力传输单元32通过差速器38机械地耦接到轮轴40以将扭矩分配到车辆驱动轮30。

马达36还可以用于通过向轴46输出扭矩来驱动车辆驱动轮30，该轴46也连接到第二动力传输单元32。在一个实施例中，马达36和发电机16是再生制动系统的一部分，在该再生制动系统中，马达36和发电机16二者均可以用作马达以输出扭矩。例如，马达36和发电机16的每一个可以向高压母线48和蓄电池50输出电力。

蓄电池50可以是能够输出电力以操作马达36和发电机16的高压蓄电池。其他类型的能量储存装置和/或输出装置也可以合并用于与电气化车辆12一起使用。在电气化车辆12的一非限制性PHEV实施例中，蓄电池50可以使用与充电站相连接的充电适配器45进行再充电或部分再充电，该充电站靠例如输电网络、太阳能板或诸如此类的外部电源来提供电力。

马达36、发电机16、动力传输单元18和动力传输单元32可以总体地被称为电气化车辆12的驱动桥42或变速器。因此，当驾驶员选择特定换挡位置时，驱动桥42被适当地控制以通过向车辆驱动轮30提供牵引力来为推动电气化车辆12向前提供相应的排挡。

动力传动系统10可以另外包括用于监控和/或控制电气化车辆12的不同方面的控制系统44。例如，控制系统44可以与电驱动系统25、动力传输单元18、32或其他组件通信以监控和/或控制电气化车辆12。控制系统44包括电子设备和/或软件以执行必要的控制功能来运行电气化车辆12。在一个实施例中，控制系统44是组合式车辆系统控制器和动力传动系统控制模块(VSC/PCM)。尽管示为单一的硬件装置，但控制系统44可以包括多硬件装置形式的多个控制器，或一个或多个硬件装置内的多个软件控制器。

控制器局域网络(CAN)52允许控制系统44与驱动桥42通信。例如，控制系统44可以接收来自驱动桥42表示是否正进行换挡位置之间变换的信号。控制系统44还可以与蓄电池50的电池控制模块或其他控制装置通信。

此外，电驱动系统25可以包括一个或多个控制器54，例如逆变器系统控制器(ISC)。例如，为了支持双向功率流，控制器54配置为控制驱动桥42内的具体组件，例如发电机16和/或马达36。在一个实施例中，控制器54是结合可变电压转换器的逆变器系统控制器(ISC/VVC)。

在一个非限制性实施例中，电气化车辆12拥有两个基本的操作模式。电气化车辆12可以在马达36(一般不借助于来自发动机14的帮助)用于车辆推进的电动车辆(EV)模式下操作，耗尽蓄电池50的荷电状态直到其在确定的驾驶模式/循环下的最大允许的放电速率。EV模式是用于电气化车辆12操作的电荷耗尽模式的一个示例。在EV模式期间，蓄电池50的荷电状态可以在一些情况下增加，例如由于一段时间的再生制动而引起。发动机14通常不允许在默认的EV模式下运行，但是会需要基于车辆系统状态或由操作者允许而投入运行。

此外，电气化车辆12可以在发动机14和马达36二者均用于车辆推进的混合(HEV)模式下操作。HEV模式是用于电气化车辆12操作的电荷维持模式的一个示例。在HEV模式期间，电气化车辆12可以减少马达36的推进使用，以便能够通过增加发动机14的推进使用将蓄电池50的荷电状态维持在恒定或大致恒定水平。

图2描述了可以用于控制车辆100的车辆能量管理系统58。车辆100可以是类似于图1中所示的电气化车辆。虽然可以使用车辆能量管理系统58来控制任何电气化车辆，但在一个实施例中，车辆能量管理系统58用来控制HEV的操作。

车辆100包括发动机66和电机68。虽然没有示出，但是发动机66可以在例如EV模式期间通过断开离合器与电机68机械地分离，使得车辆100由电机68单独推进。作为选择地，在HEV模式下，发动机66和电机68二者均用于推进车辆100。虽然仅示出了单个电机68，但是在本发明的范围内车辆100可以包含多个电机。

除了上面所描述的EV和HEV操作模式以外，车辆能量管理系统58允许车辆100在发电(GEN)模式下的操作。在GEN模式下，发动机66和/或电机68产生由驾驶员/操作者以除了推进车辆100以外的目的来使用的电力。例如，电力可以通过在GEN模式下操作车辆100被提供用于为各种非车辆设备99(示意性地示出)供电。在一个非限制性实施例中，非车辆设备99可以包括承包商在工作地点利用的各种工具，例如锯、钻、或任何其他供电设备。在本发明的范围内，其他设备同样可以由车辆能量管理系统来供电。

车辆能量管理系统58包括驾驶员界面60和与驾驶员界面60电通信的控制单元62。在本实施例中示意性地示出，驾驶员界面60可以包括用户输入65和显示器67。用户输入65可以包括用于输入信息的触摸屏和/或一系列触觉按钮69。显示器67可以包括用于向驾驶员显示信息的触摸屏和/或一系列计量表(gauge)。

利用驾驶员界面60，驾驶员或其他操作者可以在GEN模式下控制车辆100。驾驶员界面60通常位于车辆100内部，例如在车辆客舱的嵌入式娱乐中心内。由驾驶员输入到驾驶员界面60的信息可以在电连接件64上被传送至控制单元62。

控制单元62可以是控制系统44(见图1)的一部分，可以是动力传动系统或传动装置控制系统的一部分，或者可以是与一个或更多控制器通信的独立的单元，该控制器包括但不限于发动机控制模块、电动马达控制模块、传动装置控制模块和/或蓄电池控制模块。在一个实施例中，控制单元62可以与其他控制器、模块和/或组件在CAN 52上进行通信。

车辆能量管理系统58可以使用一个或多个编程到控制单元62的算法，以便在GEN模式下控制车辆100并且计算与在GEN模式下操作车辆100相关的成本。在一个实施例中，为了调度并控制车辆100在GEN模式下的操作并计算与这样的发电相关的成本，控制单元62可以向发动机66传递控制信号S1、向电机68传递控制信号S2以及向蓄电池50传递控制信号S3。

此外，车辆能量管理系统58还可以包括转换器70、传感器72以及电源插座74。转换器70将来自电机68的DC电源转换至向电源插座74提供的AC电源。传感器72测量传递至电源插座74的电源的电压和电流信息并传递该信息至控制单元62。正如下面将进一步讨论的，该电压和电流信息被控制单元62使用以确定能量使用量。

电源插座74可以包括一个或更多电源插口76。车辆100的操作者可以将任何工具或其他非车辆设备99插入电源插口76，以便使用由车辆100在GEN模式期间提供的能量为这些工具供电。

图3描述了车辆能量管理系统58的示例性驾驶员界面60的一个非限制性实施例。驾驶员界面60可以包括用户输入65和显示器67。用户输入65可以包括各种致动器、选择器、开关或诸如此类，以便输入用于管理电气化车辆的能量使用的驾驶员偏好。

在一个实施例中，驾驶员界面60的用户输入65包括允许驾驶员/操作者选择用于控制和操作车辆的操作模式偏好的模式选择器78。模式选择器78可以包括用于选择EV模式的EV模式按钮80、用于选择HEV模式的HEV模式按钮82以及用于选择GEN模式的GEN模式按钮84。当然，这些旨在作为可行的能量管理方法的非限制性实施例。需要进一步理解的是，在本发明的范围内用户界面60可以包括其他特征和功能。

图4描述了车辆能量管理系统58的电源插座74的一个非限制性实施例。电源插座74可以安装到车辆100的外壁86。外壁86可以位于车辆100上的任何地方，包含但不限于在行李箱、货物区、货物层内等。外壁86通常安置于车辆100的容易接近的位置。虽然图4则仅示出了单个的电源插座74，但需要理解的是车辆100可以装配有多个电源插座。

电源插座74包含电源插口76。电源插口76是用于连接并为与位于车辆100上的设备相分离的设备供电的端口。在一个非限制性实施例中，电源插口76向插入电源插口76的设备提供50/60赫兹的120/240伏AC电源。

在继续参照图1-4的情况下，图5概述了使用车辆能量管理系统58来控制车辆100的能量管理控制策略101。在该实施例中，控制策略101配置用于在GEN模式下控制车辆100并用于估算与在GEN模式下操作车辆100相关的成本。然而，在本发明的范围内，其他控制策略同样可以由车辆100来实施并执行。

作为对选择GEN模式的回应，控制策略101起始于框102。例如，可以在驾驶员界面60通过启动GEN模式按钮84(见图3)来选择GEN模式。

接下来，在框104，车辆能量管理系统58的控制单元62确认车辆101是否处于停车状态。在一个实施例中，车辆100仅在车辆100处在停车状态时可以在GEN模式下操作。如果确定车辆100未处在停车状态，则在框106可以向驾驶员界面60传递并在显示器67上显示消息，以指示驾驶员/操作者当前不适用GEM模式。例如，消息可以写道：“GEM模式仅在停车时有效(GEN MODE ONLY AVAILABLE WHILE PARKED)”或一些其他类似的消息。

如果车辆处在停车状态，则控制策略101可以继续前进至框108。在框108，车辆驾驶员/操作者可以输入与车辆100的能量使用相关的计费率。例如，在一个非限制性实施例中，可以输入用于(发动机66的)燃料消耗量、由瓦特时计量的(电机68的)能量消耗量以及车辆的时间使用(即，磨损和损耗、折旧等)的计费率。这些计费率以美元或一些其他货币单位为单位输入(例如，每加仑汽油的美元成本等)。在一个非限制性实施例中，可以使用驾驶员界面60的用户输入65来输入计费率。这些计费率要么是公知的，要么是容易被车辆100的驾驶员/操作者获取的。

此外，如框110所示，驾驶员/操作者可以输入能量使用极限。能量使用极限是驾驶员/操作者希望在GEN模式期间消耗的能量的总量上赋予的极限。例如，驾驶员/操作者可以在燃料消耗量、能量消耗量以及在GEN模式下操作车辆的时间使用的总量上设置极限。在另一实施例中，驾驶员/操作者可以选择最小燃油液面值，一旦达到该值，将触发控制单元62关闭GEN模式。这些旨在作为由驾驶员/操作者设置的能量使用极限的类型的非限制性示例。

如果有必要，在框112，可以使用驾驶员界面60来重置、清除或归零先前的GEN模式能量使用值和/或成本的总数。作为选择地，这些值可以因为断开(Key-Off)或响应于一些其他事件而被自动清除。

在框114，控制发动机66和电机68以产生电力。电力可以被提供至电源插座74(见图2和4)用于通过在GEN模式下操作车辆100向非车辆设备99供电。如果需要，驾驶员/操作者可以将非车辆设备99插入电源插座74的电源插口76，以便对该设备供电。

从框116开始，控制策略101可以承担一系列定期的系统检查，以便监控车辆100在GEN模式期间的能量使用。例如，控制单元62可以将发动机66的实际燃油液面与框110中设定的最小燃油液面值作比较。如果实际燃油液面小于或等于框110中设定的最小燃油液面值，则控制策略101继续前进至框118并向驾驶员界面60传递“已达最小燃油液面(MINIMUMFUEL LEVEL REACHED)”消息或一些类似的消息。然后在框120关闭GEN模式。

作为选择地，如果还没有达到最小燃油液面值，则控制策略101可以通过测量车辆100在GEN模式期间的总能量消耗量继续前进至框122。例如，控制单元62可以测量发动机66的总燃料消耗量、电机68的总能量消耗量以及自从在框102选择GEN模式以来经过的时间。在一个非限制性实施例中，电机68的总能量消耗量的测量是以传感器72的电压和电流读数为基础的(见图2)。

接下来，在框124，将那时已经产生的GEN模式期间的总燃料消耗量与框110所建立的燃料消耗量极限相比较。如果总燃料消耗量超出设定极限，则在框126传递“达到燃料极限(FUEL LIMIT REACHED)”的消息并在框120关闭GEN模式。

如果还没有达到燃料消耗量极限，则控制策略101继续前进至框128，在框128中总能量消耗量(以瓦特时计量的能量输出)与框110设定的能量消耗量极限相比较。在总能量消耗量极限已经超出的情况下，在框130传递“达到瓦特时极限(W-H LIMIT REACHED)”的消息或一些其他类似的消息，并在框120关闭GEN模式。

如果还没有达到能量消耗量极限，则控制策略101继续前进至框132，在框132中总时间使用与先前在框112设置的时间使用极限相比较。如果时间使用极限已经超出，则在框134传递“达到运行时间极限(RUN TIMELIMIT REACHED)”的消息，并在框120关闭GEN模式。

控制策略101还可以在框136检查在GEN模式下操作车辆100期间是否发生任何发动机66或电机68错误。如果有，则可以在框138传递“检查发动机(CHECK ENGINE)”的消息。如果没有检测到错误并且没有超出极限，则控制策略101返回至框116，在框116中可以按照控制单元的调度重复定期的系统检查。

为响应到达框120，控制单元62估算与在GEN模式下操作车辆100(见框140)相关的成本。例如，燃料成本可以由总燃料消耗量乘以在框108中输入的燃料计费率来计算。能量消耗量的成本可以类似地由总能量消耗量乘以能量消耗量计费率来计算。最后，运行时间的总成本可以由总运行时间乘以运行时间计费率来计算。

这些成本会被逐项记载和/或合计，并随后于框142显示在驾驶员界面60上，与在GEN模式下给车辆110供电的成本的估算一起提供给驾驶员、操作者、车主等。作为选择地，在本发明的范围内，可以向用户的智能手机或其他装置传递成本，例如通过由福特汽车公司(THE FORD MOTORCOMPANY)制造的同步(SYNC)系统。

尽管将不同的非限制性实施例描述为具有特定的组件或步骤，但本发明的实施例并不限于那些特定的组合。结合来自任一其他非限制性实施例的特征或组件使用来自任一非限制性实施例的组件或特征是可行的。

应该理解的是，相同的附图标记标识多个附图中的对应的或相似的元件。应该理解的是，尽管在这些示例性实施例中公开并描述了特定组件布置，但其他布置也可以从本发明的教导中得到益处。

前述说明书应该被理解为说明性的而没有任何限制性意义。所属领域的技术人员将要理解，在本发明的范围内可以发生特定修改。由于这些理由，应当通过研究下面的权利要求书来确定本发明的真实范围和内容。

Claims

1.一种系统，包含：

驾驶员界面，该驾驶员界面提供包括发电模式在内的各种车辆操作模式的选择；以及

控制单元，该控制单元与所述驾驶员界面通信并且配置为估算与在所述发电模式下操作所述车辆相关的成本。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述驾驶员界面包括拥有用于选择所述发电模式的发电模式按钮的模式选择器。

3.根据权利要求1所述的系统，包含传感器，该传感器配置为测量与向所述发电模式下对所述车辆供电相关的电压和电流信息。

4.根据权利要求1所述的系统，包含转换器，该转换器配置为将来自电机的DC电源转换为向位于所述车辆上的电源插座提供的AC电源。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述电源插座包括至少一个电源插口。

6.根据权利要求1所述的系统，其中为了在所述发电模式下操作所述车辆，所述控制单元能够被操作以传递控制信号至发动机、蓄电池以及电机的每一个。