CN105730212B - 车辆动力传动系 - Google Patents

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Abstract

动力传动系包括发动机和一电路，所述电路具有电动机‑发电机和联接到发动机的起动器机构。第一能量存储装置设置为与起动器机构成电并联关系。第二能量存储装置设置为与电动机‑发电机成电并联关系。第一辅助电系统设置为与第一能量存储装置和第二能量存储装置两者成电并联关系。第一开关设置在第一能量存储装置和第一辅助电系统之间的电路中。第二开关设置在第二能量存储装置和第一辅助电系统之间的电路中。第一辅助电系统在电路中设置在第一开关和第二开关之间。

Description

车辆动力传动系
技术领域
本发明总体涉及用于车辆的动力传动系。
背景技术
具有电气化动力传动系的车辆包括内燃发动机，其用作车辆的主驱动器，且并入至少一个电动机-发电机，以在发动机产生多余扭矩时从发动机提供的扭矩产生电功率，或在发动机需要产生额外扭矩时向发动机提供额外扭矩以进行辅助。
具有电气化动力传动系的车辆往往是单电压系统或双电压系统。具有使用单电压系统的电气化动力传动系的车辆通常依赖于单个高功率能量存储装置(通常额定为12伏特)以在发动机闭合、发动机曲柄起动(crank for start)、发动机扭矩增加等时为附属负载提供电能。单个高功率能量存储装置还在车辆制动或在电动机-发电机提供比附属负载要求更多电功率时从电动机-发电机获取电能。具有使用双电压系统的电气化动力传动系的车辆通常依赖于两个不同的能量存储装置。主能量存储装置或曲柄起动(cranking)能量存储装置额定是12伏特装置，且用于在钥匙关闭(key-off)情况期间为负载提供能量。曲柄起动能量存储装置还用于在起动事件期间提供能量。第二能量存储装置通常具有更高的电压，且通常在更高电压下通过电动机-发电机充电。需要直流-直流(dc-dc)转换器来从更高电压的能量存储装置和/或电动机发电机向低电压(例如12伏特)曲柄起动能量存储装置和/或向附属负载传递能量。
发明内容
提供了一种用于车辆的动力传动系。动力传动系包括发动机和电路。电路包括联接到发动机的电动机-发电机。电动机-发电机可操作为电动机以向发动机提供功率，或操作为发电机以通过从发动机供应的功率产生电流。起动器机构还联接到发动机，且可操作为响应于曲柄起动电流(cranking current)而起动发动机。第一能量存储装置(ESD)设置为与起动器机构成电并联关系。第一能量存储装置可操作为将曲柄起动电流供应到起动器机构。第二能量存储装置设置为与电动机-发电机成电并联关系。第二能量存储装置可操作为从电动机-发电机接收电流或将电流提供到电动机-发电机。第一辅助电系统设置为与第一能量存储装置和第二能量存储装置两者成电并联关系。第一开关设置所述电路中、在第一能量存储装置和第一辅助电系统之间。第二开关设置所述电路中、在第二能量存储装置和第一辅助电系统之间。第一辅助电系统在电路中设置在第一开关和第二开关之间。
根据本发明的一个方面，提出一种用于车辆的动力传动系，该动力传动系包括：
发动机；
电路，包括：
电动机-发电机，联接到发动机，且可操作为电动机以向发动机提供功率，或可操作为发电机以从发动机供应的功率产生电流；
起动器机构，联接到发动机且可操作为用曲柄起动电流起动发动机；
第一能量存储装置，设置为与所述起动器机构成电并联关系，且可操作为将曲柄起动电流供应到起动器机构；
第二能量存储装置，设置为与所述电动机-发电机成电并联关系，且可操作为从电动机-发电机接收电流，或将电流提供到电动机-发电机；
第一辅助电系统，设置为与第一能量存储装置和第二能量存储装置二者成电并联关系；
第一开关，设置所述电路中、在第一能量存储装置和第一辅助电系统之间；
第一开关，设置所述电路中、在第二能量存储装置和第一辅助电系统之间；
第一辅助电系统设置在所述电路中、在第一开关和第二开关之间。
优选地，其中第一能量存储装置和第二能量存储装置每一个以基本上相同的电压运行。
优选地，其中第一能量存储装置和第二能量存储装置每一个额定以大约10到16伏特范围电压运行。
优选地，其中第一开关是具有第一打开状态和第一闭合状态的单向阻挡开关，其中第一开关可操作为在设置于第一打开状态时仅沿第一方向传导电流，且其中第一开关可操作为在设置于第一闭合状态时沿第一方向或相反的第二方向传导电流。
优选地，其中第一开关的第一方向被限定为电流从第一能量存储装置流动到第一辅助电系统的方向。
优选地，其中第一开关是具有第一打开状态和第一闭合状态的双向阻挡开关，其中第一开关可操作为在设置于第一打开状态时沿第一方向和相反的第二方向防止电流，且其中第一开关可操作为在设置于第一闭合状态时沿第一方向或相反的第二方向传导电流。
优选地，其中第二开关是具有第二打开状态和第二闭合状态的双向阻挡开关，其中第二开关可操作为在设置于第二打开状态时沿第一方向和相反的第二方向防止电流，且其中第二开关可操作为在设置于第二闭合状态时沿第一方向或相反的第二方向传导电流。
优选地，其中第二开关的第二方向被限定为电流从第二能量存储装置流动到第一辅助电系统的方向。
优选地，其中第一能量存储装置可操作为在第一温度范围内在第一安培数范围内提供短暂功率脉冲且存储第一电荷量，且其中第二能量存储装置可操作为在第二温度以第二安培数提供短暂功率脉冲且存储第二电荷量。
优选地，其中第一能量存储装置的第一电荷量大于第二能量存储装置的第二电荷量，第一能量存储装置的第一安培数范围大于第二能量存储装置的第二安培数范围，且其中第一能量存储装置可操作以提供功率的第一温度范围大于第二能量存储装置可操作以提供功率的第二温度范围。
优选地，其中第一能量存储装置是铅酸电池。
优选地，其中第二能量存储装置是锂离子电池或超级电容器中之一。
优选地，其中第一能量存储装置包括在第一工作荷电状态下的第一开路电压，且第二能量存储装置包括在第二工作荷电状态下的第二开路电压，且其中第二能量存储装置的第二开路电压大于第一能量存储装置的第一开路电压。
优选地，其中第二工作荷电状态下的第二能量存储装置的第二开路电压至少比第一工作荷电状态下第一能量存储装置的第一开路电压大10mV，且其中第二开路电压不比第一工作荷电状态下第一能量存储装置的第一开路电压大1000mV。
优选地，其中第一能量存储装置的工作荷电状态为80％到95％，且其中第二能量存储装置的工作荷电状态为30％到80％。
优选地，其中第一能量存储装置包括在第二工作荷电状态下的第一充电电压，且第二能量存储装置包括在第二工作荷电状态下的第二充电电压，且其中在第二工作荷电状态下第二能量存储装置的第二充电电压小于在第二工作荷电状态下第一能量存储装置的第一充电电压。
优选地，其中第一辅助电系统可操作为获取不比最大平均负载电流更大的电流，且其中第一开关可操作为传导至少等于或大于最大平均负载电流的电流。
优选地，其中最大平均负载电流小于曲柄起动电流。
优选地，其中第二开关可操作为至少传导最大平均负载电流和充电电流，用于通过第二能量存储装置为第一能量存储装置充电。
优选地，其中最大平均负载电流和充电电流之和小于曲柄起动电流。
优选地，动力传动系进一步包括第二辅助电系统设置为与第二能量存储装置成电并联关系。
优选地，其中第一辅助电系统包括至少一个电部件，其在等于或小于预定值的容许电压波动下运行。
优选地，其中第二辅助电系统包括至少一个电部件，其在比第二预定值更大的容许电压波动下运行。
优选地，其中电路可在自动跳充模式(auto-jump-charging mode)下运行，其中第一开关设置在第一闭合状态且第二开关设置在第二闭合状态，以允许来自第二能量存储装置的充电电流为第一能量存储装置充电。
优选地，其中电路可在正常跳充模式(normal jump-charging mode)下运行，其中第一开关设置在第一打开状态且第二开关设置在第二打开状态，以允许来自外部装置的充电电流为第一能量存储装置充电同时防止比第二能量存储装置的最大额定电压更高的电压达到第二能量存储装置。
优选地，其中电路可在起动模式下运行，其中第一能量存储装置以曲柄起动电流将功率提供到起动器机构，且第一开关设置在第一打开状态，以阻挡第一能量存储装置和第二能量存储装置之间的起动电流，且第二开关设置在第二闭合状态，将稳定跨经第一辅助电系统的电压。
优选地，其中电路可在钥匙关闭模式下运行，其中第二开关设置在第二打开状态以阻挡第二能量存储装置和第一辅助电系统之间的电流，且第一开关设置在第一闭合状态下，使得第一能量存储装置提供电流到第一辅助电系统。
优选地，其中电路可在功率辅助模式下运行，其中第一开关设置在第一闭合状态且第二开关设置在第二打开状态，以阻挡电流从第一能量存储装置流动到第二能量存储装置和维持跨经第一辅助电系统的稳定电压，同时电动机-发电机操作为电动机。
优选地，其中电路可在能量恢复模式下运行，其中第一开关设置在第一闭合状态且第二开关设置在第二打开状态，以阻挡电流从第一能量存储装置流动到第一能量存储装置和维持跨经第一辅助电系统的稳定电压，同时电动机-发电机操作为发电机。
优选地，其中电路可在电荷平衡模式下运行，其中第一开关设置在第一闭合状态且第二开关设置在第二闭合状态，以允许来自第二能量存储装置或电动机-发电机的电流流动到第一能量存储装置，以恢复第一能量存储装置上的电荷。
优选地，其中第一开关在电路中不设置在第一能量存储装置和起动器机构之间，使得第一开关不必承载用于操作起动器机构的曲柄起动电流，且其中第二开关在电路中不设置在第二能量存储装置和电动机-发电机之间，使得第二开关不必承载第二能量存储装置和电动机-发电机之间的电流。
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
图1是用于轻度混合动力车辆的动力传动系的示意图。
图2是第一能量存储装置和第二能量存储装置的开路电压和充电电压之间关系的图。
图3是单向电流阻挡开关的示意图。
图4是双向电流阻挡开关的示意图。
具体实施方式
本领域技术人员应理解，例如“上”、“下”、“向上、“向下”、“顶”、“底”等是用于描述附图，而不代表对本发明范围的限制，本发明的范围通过所附权利要求限定。进而，在本文在可以以功能和/或逻辑模块部件和/或各种处理步骤的方式来描述本发明。应该理解，这种模块部件可以包括任何数量的硬件、软件和/或固件部件(其配置为执行具体功能)实现。
参见附图，其中几幅图中相同的附图标记指示相同的部件，动力传动系大致在20处示出。动力传动系20用于车辆。车辆可以包括但不限于汽车车辆，例如轿车、卡车等，或非汽车车辆，例如农场车辆、航海车辆或航空车辆等。
参见图1，动力传动系20包括发动机22。发动机22优选是车辆的原动机。发动机22可以包括内燃发动机22，例如但不限于汽油发动机22、柴油机发动机22、丙烷发动机22等。发动机22如本领域已知的那样运行，以通过燃料燃烧产生扭矩。扭矩通过已知的变速器传递到一个或多个驱动车轮。发动机22的具体类型、样式、配置和/或尺寸不属于本发明的教导，且因此不在本文详细描述。
动力传动系20进一步包括电路24。电路24包括通过配线连接在一起的各种部件，以形成从电压或电流源而来的电子可在其中流动的路径。因而，如在本文所述的，电路24包括各种电部件，但是还包括以下文所述方式连接电部件所需的配线和/或连接件。
电路24包括电动机-发电机26。电动机-发电机26联接到发动机22，且可操作为电动机以向发动机22提供功率，或可操作为发电机以通过从发动机22供应的功率产生电流。在操作为电动机时，电动机-发电机26协助发动机22产生扭矩，以推进车辆。在操作为发电机时，电动机-发电机26可以产生电力从而为能量存储装置再充电，或为第一辅助电系统28的一个或多个电部件(如后文详述)或第二辅助电系统30(如后文详述)提供功率。
第一辅助电系统28可以包含至少一个电负载，由于操作电压的预定改变造成的所述电负载的性能改变可被容易地察觉，且对车辆乘客来说可能是不可接受的。这种负载在后文称为电压敏感负载。在各种运行状态(例如使用起动器电动机32和电动机/发电机26的自动起动、能量恢复和扭矩提高)期间，在这种负载上的电压变化需要被保持在预定值以内，以满足乘客可接受的车辆水平性能。此外，第一辅助电系统28可以包含至少一个电负载，在因任何原因能量存储装置不能提供功率时，其需要在发动机22闭合的情况下被提供不中断的电功率。由于电压改变超过预定值而造成的性能改变不容易被乘客察觉的那些负载在后文称为非电压敏感负载。包括非电压敏感负载的第二辅助电系统30可以设置为与第二能量存储装置38和电动机-发电机26成电并联关系。
电动机-发电机26可以包括能联接到发动机22且操作为电动机以产生扭矩或操作为发电机以产生电力的任何装置。例如，电动机-发电机26可以包括但不限于无刷电动机-发电机26、或其他相似的装置。电动机-发电机26可以以任何合适的方式联接到发动机22。例如，电动机-发电机26可以经由环状传动带联接到发动机22的曲轴，以在曲轴和电动机-发电机26之间传递扭矩。应理解，电动机-发电机26可以替换地以未示出或描述的一些其他方式联接到发动机22。
通常，在发动机22产生比车辆当前运行条件所需扭矩更多的扭矩时，电动机-发电机26操作为发电机，且在车辆需要比发动机22当前产生的扭矩更多的扭矩时操作为电动机。例如，在车辆以一定的速度或加速运动且不制动/减速时，电动机-发电机26可以操作为电动机。替换地，电动机-发电机26可以在车辆减速、制动或停止时操作为发电机。
电动机-发电机26可以包括整合的功率逆变器(未示出)。整合的功率逆变器可操作为将通过能量存储装置提供的直流电流(DC)转换为交流电流(AC)，以向作为电动机的电动机-发电机26提供功率。另外，整合的功率逆变器可操作为，在电动机-发电机26用作发电机时将交流电流(AC)转换为直流电流(DC)，以存储在能量存储装置中。另外，整合的功率逆变器可将交流电流(AC)转换为直流电流(DC)，以将电流供应到第一辅助电系统28，或第二辅助电系统30。电动机-发电机26可以包括其他电装置，例如一个或多个传感器(例如检测电动机/发电机轴的位置的电动机位置传感器，温度、电流和电压传感器)、控制器54、用于冷却机器和电部件的热控制部件等。
电路24进一步包括起动器机构32。起动器机构32联接到发动机22，且可操作为用曲柄起动电流起动发动机22。起动器机构32独立于电动机-发电机26运行，以选择性地起动发动机22。如此，在起动器机构32接合以起动发动机22时，电动机-发电机26不辅助起动器机构32。如此，起动器机构32被用来针对所有起动排他地起动发动机22。换句话说，起动器机构32用于进行所有首次钥匙起动(key-on start)以及所有自动起动。
起动器机构32可以包括但不限于电起动器电动机，其选择性地接合以使得发动机22的曲轴旋转，以便起动发动机22。起动器机构32可以以任何合适的方式联接到发动机22。例如，如本领域对电起动器电动机已知的，起动器机构32可以通过起动齿轮(未示出)与附接到发动机22的曲轴的环齿轮(未示出)的啮合接合而联接到发动机22。电起动器电动机的促动使得起动齿轮运动为与环齿轮啮合接合且同时使得环齿轮旋转且由此使得发动机22的曲轴旋转。起动器机构32可以包括起动开关34，例如但不限于螺线管或其他相似的装置，以选择性地将起动器机构32与第一能量存储装置36连接和断开。应理解，起动器机构32可以以本文未描述的能起动发动机22的一些其他方式配置。
电路进一步包括第一能量存储装置36和第二能量存储装置38。第一能量存储装置36设置为与起动器机构32成电并联关系，且还设置为与第一辅助电系统28成电并联关系。第一能量存储装置36配置且可操作为将起动发动机22所需的曲柄起动电流供应到起动器机构32，和/或可以将电流供应到第一辅助电系统28和/或第二辅助电系统30。第一能量存储装置36可以包括任何合适的电池、或可存储用于起动发动机22的足够能量的其他装置。优选地，第一能量存储装置36是铅酸电池，其型号根据起动器机构32的具体需要设置。然而，应理解第一能量存储装置36可以包括并非如上所述的铅酸电池的装置，例如超级电池、超级电容器、锂离子电池、锂离子电容器或其组合。
第二能量存储装置38设置为与电动机-发电机26成电并联关系，且还与第一辅助电系统28和第二辅助电系统30成电并联关系。第二能量存储装置38可操作为从电动机-发电机26接收电流，或将电流提供到电动机-发电机、第一辅助电系统28、或第二辅助电系统30。优选地，第二能量存储装置38是能以高效率进行高电流充电和放电的能量存储装置，例如锂离子电池。然而，应理解，第二能量存储装置38可以包括任何装置，其能存储能量用于以后使用，例如但不限于一些其他类型的电池、超级电容器、超级电池、锂离子电容器、一些其他相似的装置或其组合。
第一能量存储装置36和第二能量存储装置38每一个可以以基本上相同的额定电压运行。优选地，第一能量存储装置36和第二能量存储装置38每一个在大约10伏特到16伏特的范围中额定运行，即12伏特系统。然而，应理解，第一能量存储装置36和第二能量存储装置38可以配置为以一些其他额定运行，例如但不限于6伏特，24伏特，48伏特，等
第一能量存储装置36和第二能量存储装置38的特点可以非常不同，且包括非常不同的化学性质，但是在预定运行状态下包括相似的电压。第一能量存储装置36目的是存储能量用于长的持续时间和在宽的温度范围内提供短的功率脉冲。第二能量存储装置38目的是存储比第一能量存储装置36少得多的能量，但是在短持续时间内接收和输送与第一能量存储装置36所配置的相比大得多的电功率。第一能量存储装置36目的是保持在相对高的充电状态，例如在80％到95％充电状态之间，而第二能量存储装置38目的是保持在中间充电状态很长时间，例如在30％到70％充电状态之间，以便准备好向电动机-发电机26和/或从电动机-发电机26接收或提供功率。
第一能量存储装置36可操作为在第一温度范围内在第一安培数范围内提供短的功率脉冲且存储第一电荷量。第二能量存储装置38可操作为在第二温度范围内在第二安培数范围内提供或接收短的功率脉冲且存储第二电荷量。第一能量存储装置36的第一电荷量大于第二能量存储装置38的第二电荷量。第一能量存储装置36的第一安培数范围大于第二能量存储装置38的第二安培数范围。第一能量存储装置36可操作以提供功率的第一温度范围大于第二能量存储装置38可操作以提供功率的第二温度范围。
例如，第一能量存储装置36的第一电荷量可以为40安培小时到85安培小时，且第一能量存储装置36的工作荷电状态可以为80％到95％，且第二能量存储装置38的第二电荷量可以为10安培小时到20安培小时且第二能量装置的工作荷电状态可以为30％到70％。如在本文使用的，荷电状态(SOC)被限定为能量存储装置完全充电的百分比。如此，100％SOC等于被完全充电的能量存储装置。类似地，50％SOC等于充电一半的能量存储装置。在非限制性情况下，在-30℃到55℃范围的起动期间第一能量存储装置36可为最小值600A，而在功率辅助或再生模式期间第二能量存储装置38的第二安培数可以高达在-10℃到45℃的温度范围间的最大值400A。
第一能量存储装置36和第二能量存储装置38被选择为使得，在预定温度(例如25℃)处，第一能量存储装置36包括在第一工作荷电状态下的第一开路电压，且第二能量存储装置38包括在第二工作荷电状态下的第二开路电压。第二SOC下的第二能量存储装置38的第二开路电压大于第一SOC下的第一能量存储装置36的第一开路电压。
例如，处于50％SOC的第二能量存储装置38的第二开路电压至少比处于90％SOC的第一能量存储装置36的第一开路电压大10mV，且不高于其1000mV。第一能量存储装置36的工作荷电状态优选为80％到95％。第二能量存储装置38的工作荷电状态优选为30％到70％。应理解，第一能量存储装置36的第一开路电压和第二能量存储装置38的第二开路电压之间的差以及其每一个的相应工作荷电状态可以与如上所述的示例性实施例不同。
图2显示了如上所述的示例性实施例。参见图2，系统电压被沿垂直轴线60显示，且荷电状态被沿水平轴线62显示。第一能量存储装置36的第一开路电压通过线64代表，且第二能量存储装置38的第二开路电压通过线66代表。第一能量存储装置36的充电电压通过线68代表，且第二能量存储装置38的充电电压通过线70代表。第一能量存储装置36的工作荷电状态的优选范围大致在72处显示，且第二能量存储装置38的工作荷电状态的优选范围大致在74处显示。在图2中，第二能量存储装置38的50％SOC大致通过参考点76显示。第一能量存储装置36的90％SOC大致通过参考点78显示。在50％SOC76处第一能量存储装置36的第一开路电压64和在90％SOC78处第二能量存储装置38的第二开路电压66之间的差大致在尺寸80的参考线之间显示。如上所述的，差80等于至少10mV，但是不大于1000mV。因而，如上所述，在50％SOC76处第二能量存储装置38的第二开路电压66比90％SOC78处第一能量存储装置36的第一开路电压64至少大10mV，且不比第一能量存储装置36的第一开路电压64大1000mV。
图2还显示了，在第二能量存储装置38的工作荷电状态优选范围(例如30％到70％)中，第二能量存储装置38的第二充电电压70小于相同荷电状态范围(即30％到70％)中第一能量存储装置36的第一充电电压68，使得第二能量存储装置38可以从电动机-发电机26接收大部分充电，即使在第一开关40设置在第一闭合状态且第二开关42设置在时第一能量存储装置36和第二能量存储装置38二者并联连接也可以。
第一辅助电系统28，即电压敏感的辅助电系统28，设置为与第一能量存储装置36和第二能量存储装置38成电并联关系。第一辅助电系统28包括至少一个电部件，其在等于或小于预定值(例如一伏特)的容许电压波动下运行。例如，第一辅助电系统28可以包括白炽头灯、辅助电动机、娱乐系统部件，其对大于预定值(例如1伏特)的过度电压波动敏感。第一辅助电系统28可以包括第一主开关39，其可操作为将第一辅助电系统28与电路24连接和断开。
第一开关40设置在电路24中、在第一能量存储装置36和第一辅助电系统28之间。第一开关40不设置在第一能量存储装置36和起动器机构32之间。如此，第一开关40不需要大小设置为承载用于操作起动器机构32的曲柄起动电流。第二开关42设置在电路24中、在第二能量存储装置38和第一辅助电系统28之间。第一辅助电系统28设置在电路24中、在第一开关40和第二开关42之间。第二开关42不设置在第二能量存储装置38和电动机-发电机26之间。如此，第二开关42不需要大小设置为承载第二能量存储装置38和电动机-发电机26之间的电流。
第一开关40可以包括但不限于单向电流阻挡开关或双向电流阻挡开关。单向电流阻挡开关的示意性例子如图3所示，且双向电流阻挡开关的示意性例子如图4所示。在图3和4中，标签“S”表示源，标签“G”表示栅极，且标签“D”表示漏极，如本领域技术人员所共同理解的。第一开关40包括第一打开状态和第一闭合状态。当第一开关40是单向电流阻挡开关的优选实施例(如图3所示)且设置在第一打开状态时，第一开关40可操作为在第一能量存储装置36的电压超过跨经第一辅助电系统28的电压时仅沿第一方向44传导电流。当第一开关40是单向电流阻挡开关且设置在第一闭合状态时，第一开关40可操作为沿第一方向44、48或第二方向46、50传导电流。第二方向46、50与第一方向44、48相反。如在本文使用的，第一开关40的第一方向44、48限定为电流从第一能量存储装置36流动到第一辅助电系统28的方向。第一开关40可以包括但不限于例如以下之一：MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、比如GaNFET(氮化镓场效电晶体)的宽带隙开关、SiCFET(碳化硅场效应晶体管)、具有二极管的电机械继电器、或一些其他相似的装置，其能在第一能量存储装置36的电压超过跨第一辅助电系统28的电压时在打开并允许沿一个方向的电流时选择性地阻挡沿第二、相反方向的电流，且在开关被选择为处于第一闭合状态时允许沿两方向的电流。
第二开关42可以包括但不限于双向电流阻挡开关，如图4所示。第二开关42包括第二打开状态和第二闭合状态。在设置在第二打开状态时，第二开关42可操作为防止电流沿第一方向44、48和第二方向46、50流动。第二方向46、50与第一方向44、48相反。如在本文使用的，第二开关42的第二方向46、50限定为电流从第二能量存储装置38流动到第一辅助电系统28的方向。在设置在第二闭合状态时第二开关42可操作为传导沿第一方向44、48或相反的第二方向46、50流动的电流。第二开关42例如可以包括反向串联的一对MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)或比如GaNFET(氮化镓场效电晶体)的宽带隙开关、SiCFETS(碳化硅场效应晶体管)、电机械继电器、或一些其他相似的装置，其能在处于第二打开状态时选择性地阻挡沿两方向的电流。类似地，在第一开关40在第一打开状态时需要阻挡沿第一方向44、48的电流流动时，双向电流阻挡开关也可以用作第一开关40。如果在第一辅助电系统28中存在造成第一开关40在第一打开状态期间过载的任何故障，则第一开关40在第一打开状态时会需要阻挡沿第一方向44、48的电流流动，或在第二能量存储装置38也连接到第一辅助电系统28时通过将第二开关42设置在第二闭合状态而防止从第一能量存储装置36获取任何电流。
第一辅助电系统28可操作为获取不比最大负载电流大的电流。最大负载电流基于第一辅助电系统28的各种不同部件且根据不同应用而变化。因为第一开关40定位在电路24中使得操作起动器机构32所需的曲柄起动电流不需要流动经过第一开关40，所以第一开关40不需要大小设置为承载曲柄起动电流。相反，第一开关40可以大小设置为传导至少等于或略微大于最大负载电流但是显著小于用于操作起动器机构32的曲柄起动电流的电流。
因为第二开关42定位在电路24中使得第二能量存储装置38和电动机-发电机之间的电流不需要流动经过第二开关42，所以第二开关42不需要大小设置为承载电动机-发电机26的电流。相反，第二开关42可以大小设置为传导至少等于或略微大于第一辅助电系统28的最大负载电流与第一能量存储装置36的充电电流之和的电流。充电电流是可以从第二能量存储装置38或电动机-发电机26供应到第一能量存储装置36以用于通过来自第二能量存储装置38或电动机-发电机26的能量为第一能量存储装置36充电的电流。最大负载电流和充电电流之和显著小于用于操作起动器机构32的曲柄起动电流。
例如，最大负载电流可以大约等于或小于150amps，且充电电流可以大约等于或小于50amps。曲柄起动电流的示例性值可以大约等于900amps。因而，基于如上所述的示例性实施例，第一开关40可以大小设置为承载大约150amps的电流，且第二开关42可以大小设置为承载大约200amps的电流。
如上所述，第二能量存储装置38连接到第二辅助电系统30，即非电压敏感辅助电系统30。第二能量存储装置38设置为与第二辅助电系统30成电并联关系。第二辅助电系统30包括至少一个电部件，其以大于预定值(例如一伏特)的容许电压波动运行。第二辅助电系统30可以包括其因电压波动的影响而造成的性能改变不易被车辆乘客察觉的电装置，例如HVAC系统的电加热器、用于排气处理系统的电加热器、后部除雾器或加热座椅。第二辅助电系统30可以包括至少一个第二主开关52，其可操作为将第二辅助电系统30与电路24连接和断开。
动力传动系20可以进一步包括连接到电路24的电池隔离控制器54，且可操作为控制电路24的各种部件的操作，例如第一开关40和第二开关42。
电池隔离控制器54可以实施为一个或多个数字计算机或主机，其每一个具有一个或多个处理器、只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、光学驱动器、磁性驱动器等，高速时钟、模拟-数字(A/D)电路、数字-模拟(D/A)电路和任何所需输入/输出(I/O)电路、I/O装置和通信接口以及信号调节缓冲器和驱动电子器件。
计算机可读存储器可以包括任何非瞬时/实体的介质，其用于提供数据或计算机可读指令。存储器可以是非易失或易失的。非易失介质可以包括例如光盘或磁盘和其他永久存储器。示例性易失介质可以包括动态随机访问存储器(DRAM)，其可以构成主存储器。用于存储器的其他实施例的例子包括软盘、柔性盘或硬盘、磁带或其他磁性介质、CD-ROM、DVD和/或任何其他光学介质、以及例如闪速存储器这样的其他可能的存储装置。
电池隔离控制器54包括实体的非瞬时存储器，在其上记录了计算机可执行指令，包括开关控制算法。电池隔离控制器54的处理器配置为用于执行开关控制算法。开关控制算法实施将第一能量存储装置36和/或第二能量存储装置38彼此隔离和/或与第一辅助电系统28隔离的方法。电池隔离控制器54包括用于配置电路24的多个不同运行模式，且向电路24的各种部件发送信号以将它们适当定位为用于选择的运行模式。
电路24可配置为在自动跳充模式下运行。在自动跳充模式下运行时，第一开关40设置在第一闭合状态且第二开关42设置在第二闭合状态，以允许来自第二能量存储装置38的充电电流为第一能量存储装置36充电。可以通过将第一开关40和/或第二开关42在线性模式(其中第一开关40和第二开关42以比正常闭合状态更高的电阻运行)下运行一有限时间而限制在第一能量存储装置36和第二能量存储装置38之间流动的充电电涌电流。第一辅助电系统28可以通过断开第一主开关39而可选地从电路分离。如此，如果第一能量存储装置36的存储能量不足以供应曲柄起动电流达到起动发动机22所需的时间，则第一能量存储装置36可以从第二能量存储装置38中存储的能量充电。一旦第一能量装置被充分地充电，则电路24可以配置为起动模式以起动发动机22。
电路24可配置为，在能量存储装置36和38不具有足以曲柄起动发动机的能量时，在正常跳充模式下运行。在正常跳充模式下运行时，第一开关40设置在第一打开状态且第二开关42设置在第二打开状态，以允许外部充电装置(例如车库充电器或拖车或另一车辆的电池)直接经过第一能量存储装置36连接。第一辅助电系统28通过断开主开关39而与电路断开。在第一能量存储装置36是铅酸电池(如在优选实施例中的)的情况下，其可以从包括用于从具有24V额定电压的卡车快速跳接起动(fast jump start)的双电池的外部充电装置充电。将第二开关42保持在第二打开状态防止双电池跳接起动期间的较高电压(例如24V)损坏第二能量存储装置38，尤其是在第二能量存储装置38为锂离子和超级电容器类型存储装置的情况下。
在电路24配置为在起动模式下运行时，第二开关42定位在第二闭合状态且第一开关40定位在第一打开状态，以阻挡起动电流从第二能量存储装置38流动到第一能量存储装置36。一旦第二开关42定位在第二闭合状态，则第一能量存储装置36可以连接到起动器机构32，例如通过起动开关34，从而以曲柄起动电流为起动器机构32提供功率。由于第二能量存储装置38以稳定电压支持第一辅助电系统28，所以在第一辅助电系统28不经历由于高曲柄起动电流造成的跨经第一能量存储装置36的电压降。
在电路24配置为以功率辅助模式运行时，第一开关40定位在第一闭合状态且第二开关42定位在第二打开状态，以阻挡电流从第一能量存储装置36流动到第二能量存储装置38并维持跨经第一辅助电系统28的稳定电压。一旦第一开关40定位在第一闭合状态且第二开关42定位在第二打开状态，则使用DC-AC逆变器，电动机-发电机可以被控制为电动机，以从第二能量存储装置38获取的功率为发动机提供扭矩辅助。001
在电路24配置为以再生或能量恢复模式运行时，第一开关40定位在第一闭合状态且第二开关42可以定位在第二打开状态，以阻挡电流从第二能量存储装置38流动到第一能量存储装置36且跨经第一辅助电系统28维持稳定电压。一旦第一开关40定位在第一闭合状态且第二开关42定位在第二打开状态，则逆向使用DC-AC逆变器看将电动机-发电机26控制为发电机，以产生电功率，以为第二能量存储装置38充电和将功率供应到第二辅助电系统30。由于闭合的第一开关40经过第一辅助电系统28连接第一能量存储装置36且打开的第二开关42将第二能量存储装置38与第一辅助电系统28隔离，所以在第一辅助电系统28处不经历在通过电动机-发电机26进行的该充电操作期间跨经第二能量存储装置38的电压上升。
电路24可以配置为运行在电荷平衡模式中，其中第一开关40定位在第一闭合状态且第二开关42定位在第二闭合状态，以允许电流从第二能量存储装置38和/或电动机-发电机26流动到第一能量存储装置36，以使得在功率辅助或能量恢复模式期间在第二开关42打开时第一辅助电系统28的自动起动和支持期间第一能量存储装置36上损失的电荷恢复。
在稳定驾驶状态下，或一旦第一能量存储装置36的电荷恢复完成，则电路24可以配置为在巡航模式下运行，其中第二开关42定位在第二闭合状态且第一开关40定位在第一打开状态，以阻挡任何电流从第一能量存储装置36流动到第一辅助电系统28，因为第二能量存储装置38的电压大于第一能量存储装置36的电压。通过来自第二能量存储装置38的能量来支持第一辅助电系统28，这允许使用恢复的能量在不使用发动机功率产生电功率的情况下维持电负载，由此节省燃料。通过使用第一开关40这样的双向电流阻挡开关，可以允许第二能量存储装置38继续放电到比第一能量存储装置36的电压更低的电压(如果需要两个能量存储装置的特点的话)，以在恢复模式期间重新使用存储在第二能量存储装置38中的最大量的能量。
电路24也可以被配置为在钥匙关闭模式下运行。在配置为在钥匙关闭模式下运行时，第二开关42设置在第二打开状态，以阻挡第二能量存储装置38和第一辅助电系统28之间的电流，使得第一能量存储装置36提供电流以为第一辅助电系统28提供功率。
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。

Claims (10)

1.一种用于车辆的动力传动系，该动力传动系包括：
发动机；
电路，包括：
电动机-发电机，联接到发动机，且可操作为电动机以向发动机提供功率，或可操作为发电机以从发动机供应的功率产生电流；
起动器机构，联接到发动机且可操作为用曲柄起动电流起动发动机；
第一能量存储装置，设置为与所述起动器机构成电并联关系，且可操作为将曲柄起动电流供应到起动器机构；
第二能量存储装置，设置为与所述电动机-发电机成电并联关系，且可操作为从电动机-发电机接收电流，或将电流提供到电动机-发电机；
第一辅助电系统，设置为与第一能量存储装置和第二能量存储装置二者成电并联关系；
第一开关，设置所述电路中、在第一能量存储装置和第一辅助电系统之间；
第二开关，设置所述电路中、在第二能量存储装置和第一辅助电系统之间；
第一辅助电系统设置在所述电路中、在第一开关和第二开关之间；
其中第一能量存储装置可操作为在第一温度范围内在第一安培数范围内提供短暂功率脉冲且存储第一电荷量，且其中第二能量存储装置可操作为在第二温度以第二安培数提供短暂功率脉冲且存储第二电荷量。
2.如权利要求1所述的动力传动系，其中第一开关是具有第一打开状态和第一闭合状态的单向阻挡开关，其中第一开关可操作为在设置于第一打开状态时仅沿第一方向传导电流，且其中第一开关可操作为在设置于第一闭合状态时沿第一方向或相反的第二方向传导电流。
3.如权利要求1所述的动力传动系，其中第二开关是具有第二打开状态和第二闭合状态的双向阻挡开关，其中第二开关可操作为在设置于第二打开状态时沿第一方向和相反的第二方向防止电流，且其中第二开关可操作为在设置于第二闭合状态时沿第一方向或相反的第二方向传导电流。
4.如权利要求1所述的动力传动系，其中第一能量存储装置的第一电荷量大于第二能量存储装置的第二电荷量，第一能量存储装置的第一安培数范围大于第二能量存储装置的第二安培数范围，且其中第一能量存储装置可操作以提供功率的第一温度范围大于第二能量存储装置可操作以提供功率的第二温度范围。
5.如权利要求1所述的动力传动系，其中第一能量存储装置包括在第一工作荷电状态下的第一开路电压，且第二能量存储装置包括在第二工作荷电状态下的第二开路电压，且其中第二能量存储装置的第二开路电压大于第一能量存储装置的第一开路电压。
6.如权利要求5所述的动力传动系，其中第二工作荷电状态下的第二能量存储装置的第二开路电压至少比第一工作荷电状态下第一能量存储装置的第一开路电压大10mV，且其中第二开路电压不比第一工作荷电状态下第一能量存储装置的第一开路电压大1000mV；且
其中第一能量存储装置的工作荷电状态为80％到95％，且其中第二能量存储装置的工作荷电状态为30％到80％。
7.如权利要求1所述的动力传动系，其中第一辅助电系统可操作为获取不比最大平均负载电流更大的电流，且其中第一开关可操作为传导至少等于或大于最大平均负载电流的电流。
8.如权利要求7所述的动力传动系，其中第二开关可操作为至少传导最大平均负载电流和充电电流，用于通过第二能量存储装置为第一能量存储装置充电。
9.如权利要求1所述的动力传动系，进一步包括第二辅助电系统，其设置为与第二能量存储装置成电并联关系。
10.如权利要求1所述的动力传动系，其中第一开关在电路中不设置在第一能量存储装置和起动器机构之间，使得第一开关不必承载用于操作起动器机构的曲柄起动电流，且其中第二开关在电路中不设置在第二能量存储装置和电动机-发电机之间，使得第二开关不必承载第二能量存储装置和电动机-发电机之间的电流。
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