CN108691709B - 用于控制车辆发动机的启动序列的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于控制车辆的发动机的启动序列的装置，可以包括：发动机；电动机，配置为启动发动机；主开关，配置为将电力连接至电动机或将供应到电动机的电力中断；主电池，配置为通过主开关向电动机供应电力；转换器，配置为通过反向控制操作来提高反向电力从而提高电动机的电压；辅助电池，配置为供应反向电力；以及转换器控制器，配置为当输入点火开启信号时，通过反向控制操作，执行预充电操作持续预定时间，并且当完成预充电操作时，闭合主开关。

Description

用于控制车辆发动机的启动序列的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年4月12日提交的韩国专利申请第10-2017-0047349号的优先权，其全部内容出于各种目的通过引用而合并于此。
技术领域
本发明涉及一种用于控制车辆发动机的启动序列的技术，并且更具体地，本发明涉及一种用于控制车辆发动机的启动序列的装置和方法，其使得即使在不使用预充电装置和电路的情况下，发动机也能够启动。
背景技术
通常，向各种电力负载等供电的辅助电池(例如具有约12V的输出电压)的最大功率容量(例如约2.5kW)是有限的。
然而，随着先进部件的开发和应用由于内部因素而增加，电力消耗也相应增加。此外，由于外部因素，要求提高燃料效率、加强废气管制或者驾驶便利性。
因此，当需要高于由辅助电池提供的电力的电力时，不仅要使用辅助电池而且使用具有不同供电系统(例如，提供约41V或48V的输出电压)的主电池。
将具有这种结构的车辆称为中度(Mild)混合动力电动车辆(HEV)或软HEV。
在典型的HEV的情况下，当输入钥匙启动信号时，相继地进行预充电操作和主继电器闭合操作，并且车辆开始使用电动机移动。预充电操作进行至多约1.5秒。
然而，中度HEV或软HEV具有这样的配置，其中为了使车辆开始移动，必须在输入钥匙启动信号之后启动发动机，执行预充电操作，然后主电池继电器闭合。换言之，除非发动机启动，否则车辆不可能移动。
因此，在中度HEV或软HEV中，需要配置有在短时间内实现发动机启动的序列(sequence)。
在本发明背景技术部分中公开的信息仅用于加强对本发明总体背景的理解，而不应视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
本发明的各方面以及示例性实施例旨在提供一种用于控制车辆发动机的启动序列的装置和方法，其能够在短时间段内实现发动机的启动，从而可以减少启动发动机所用的时间。
本发明的各方面旨在提供一种用于控制车辆发动机的启动序列的装置和方法，其不需要单独的预充电元件和/或电路，因此能够降低制造成本。
通过下面的描述参照本发明的示例性实施例，本发明的其它目的和优点可以被更好地理解并变得明显。而且，对于本发明所属领域的技术人员显而易见的是，本发明的目的和优点可以通过所要求保护的装置及其组合来实现。
本发明的各方面旨在提供一种用于控制车辆发动机的启动序列的装置，其能够在短时间段内实现发动机的启动，从而可以减少启动发动机所用的时间。
根据本发明的各种示例性实施例，提供一种用于控制车辆发动机的启动序列的装置，其包括：发动机；电动机，配置为启动发动机；主开关，配置为将电力连接至电动机或将供应到电动机的电力中断；主电池，配置为通过主开关向电动机供应电力；转换器，配置为通过反向控制操作来提高反向电力从而提高电动机的电压；辅助电池，配置为供应反向电力；以及转换器控制器，配置为当输入点火开启信号时，通过反向控制操作，执行预充电操作持续预定时间段，并且当完成预充电操作时，闭合(close；导通)主开关。
转换器控制器可以包括：执行模块，配置为执行预充电操作；确定模块，配置为在完成预充电操作之后确定从主电池供应的电力(功率)是否达到预定参考值；以及控制模块，配置为当作为确定的结果，电力(功率)达到预定参考值时闭合主开关。
电动机可以通过连接装置与发动机的曲轴连接。
连接装置可以包括皮带或链条。
电动机可以包括逆变器一体型中度混合启动发电机(MHSG；mild hybrid starterand generator)。
转换器可以包括双向低压直流-直流转换器(LDC)。
主开关可以包括功率继电器、半导体开关元件、晶闸管、门极可关断(GTO)晶闸管、交流三极管(TRIAC)、可控硅整流器(SCR)或集成电路(IC)中的任意一个。
反向控制操作可以包括将电压从12V升高至48V的操作。
该装置可以进一步包括：控制器，其配置为在完成预充电操作之后，当输入钥匙启动信号时验证主开关处于闭合状态，并且操作电动机以启动发动机。
根据本发明的各种示例性实施例，提供一种用于控制车辆发动机的启动序列的方法，其包括：当输入点火开启信号时，通过反向控制操作经由转换器控制器执行预充电操作持续预定时间；根据反向控制操作通过提高由辅助电池提供的反向电力通过转换器将施加于电动机的电压提高；当完成预充电操作时，由转换器控制器闭合主开关；以及通过主开关从主电池向电动机提供电力以启动发动机。
主开关的闭合可以包括：在完成预充电操作之后，通过确定模块确定从主电池供应的电力是否达到预定参考值；以及当确定的结果，电力达到预定参考值时，由控制模块闭合主开关。
电力的供应可以包括：在完成预充电操作之后，当输入钥匙启动信号时，通过控制器检查主开关处于闭合状态，并且操作电动机以启动发动机。
本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点从结合在本文中的附图和以下具体实施方式中将会显而易见或在其中得以更详细地阐明，附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施例的一种用于控制车辆发动机的启动序列的装置的构造的示图；
图2是示出与图1所示的序列控制装置连接的转换器和电力负载的结构的示图；
图3是示出图1所示的转换器控制器的详细结构的示图；以及
图4是示出根据本发明示例性实施例的控制车辆发动机的启动序列以减少启动发动机所需的时间的过程的流程图。
应当理解的是，附图不一定按比例绘制，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种特征的有所简化的表示。如本文所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征，将部分地由特定预期的应用和使用环境来确定。
在附图中，贯穿附图的多幅图形附图标记表示本发明的相同或等效的部件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并在以下予以说明。虽然将结合示例性实施例说明本发明，但是应当理解的是，本说明并非旨在将本发明限制于这些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖这些示例性实施例，而且涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的思想和范围内的各种替代形式、修改、等效形式和其他实施例。
将会理解的是，尽管在本文中可使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅仅用于区分一个元件和另一个元件。
例如，在不脱离本发明的教导的情况下，可以将下面讨论的第一元件称为第二元件。且类似地，可以将第二元件称为第一元件。术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
除非另作定义，否则本文使用的包括技术和科学术语的所有术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。
将进一步理解的是，本文中使用的术语应该被解释为具有与其在本实施例和相关领域的上下文中的含义相一致的含义，并且不会被理解为理想化或过度形式化，除非在此明确地定义于此。
在下文中，将参照附图说明根据本发明的示例性实施例的一种用于控制车辆的发动机的启动序列的装置和方法。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的一种用于控制车辆发动机的启动序列的装置100的构造的示图。参照图1，序列控制装置100可以包括配置为在设置在车辆中的部件之间交换信号和数据并且控制这些信号和数据的控制器110；发动机120；通过连接装置与发动机120的曲轴连接并且发电或启动发动机120的电动机130；向电动机130供应电力的主电池140以及通过反向控制操作向主电池140供应反向电力的辅助电池150。
控制器110配置为驱动电动机130以启动发动机，或者控制电动机130，其中电动机130通过发动机120的操作而发电。控制器110可以与主电池140和辅助电池150电连接以接收与主电池140和/或辅助电池150相关的状态信息并且分析该状态信息。
此外，控制器110使用与辅助电池150相关的状态信息来检查充电量，并且当充电量小于参考值时，可以执行跛行回家(limp-home)控制模式而不执行发电控制模式。辅助电池状态信息可以包括充电状态(SOC)信息、健康状态(SOH)信息、放电深度(DOD)信息以及功能状态(SOF)信息。
发动机120可以是利用汽油作为燃料的连续可变气门正时(CVVT)发动机、双顶置凸轮轴(DOHC)发动机、连续气门正时(CVT)发动机、汽油直接喷射(GDI)发动机或多点喷射(MPI)发动机、利用柴油作为燃料的共轨直接喷射(CRDI)发动机、高速涡轮中冷器(HTI)发动机或可变几何涡轮增压器(VGT)发动机、或利用燃气作为燃料的液态丙烷喷射(LPI)发动机。
电动机130可以配置为通过旋转发动机120的曲轴来启动发动机120的启动电动机，或者配置为产生三相交流(AC)电力的发电电动机。作为包括电路的装置的电动机130可以是逆变器一体型中度混合启动发电机(MHSG)。此外，电动机130可以被配置成包括逆变器功能。因此，可以将在电动机130中产生的三相交流(AC)电力转换为直流(DC)电力并输出该DC电力，或者将DC电力转换成三相AC电力并驱动电动机130。逆变器中设置有电容器。
在当前情况下，当主电池140与处于未施加电压的状态下的电容器连接时，由于其内部电阻极低，所以向电容器施加几安培(A)或更大的涌入电流。为了防止上述问题，在本发明的示例性实施例中，执行通过预充电将电动机130的电压逐步升高(step up)到与主电池140的输出电压相同的电压的操作。
与重度(Full)混合动力电动车辆(HEV)电动机不同，电动机130由永磁体以及电磁体形成。换言之，定子可以包括永磁体，并且转子可以包括电磁体。为了驱动电动机130，首先将激励电流施加于电动机130以磁化转子的电磁体。
发动机120和电动机130通过包括皮带或链条的连接装置彼此连接。因此，在一般的操作模式下，即使驱动发动机120，电动机130也不发电。换言之，可以将激励电流施加于电动机130，以便磁化电动机130的转子，其中电动机130能够开始发电。
启动发动机120需要操作电动机130。通过从主电池140供应的电力操作电动机130。在电动机130的当前操作期间，包括皮带的连接装置使处于停止状态的发动机120旋转。
主电池140可以是超级电容器或锂离子电池。此外，主电池140可以是包括用于电动车辆的镍金属电池、锂聚合物电池或全固态电池的高压电池。超级电容器也可以称为超电容器或超高容量蓄电池。超级电容器是指通过将离子简单移动到电极和电解质界面或表面化学反应而利用充电现象的电子部件。
电池140可以由一个单电池或其中单电池彼此串联和/或并联设置的电池组形成。
单电池可以设计为圆柱形电池、方形电池或袋型电池。袋型电池可以包括由薄膜形成的柔性盖，并且将用于单电池的电气部件设置在盖中。
为了在一个单电池中实现最优体积应用，使用袋型电池。袋型电池的特征在于，尽管重量轻，但其仍可以提供高容量。
上述袋型电池的边缘部包括密封接头。更具体地，各密封接头将单电池的两个薄膜连接，并且在由连接的薄膜限定的空腔区域中包括附加的部件。
参照图1，主电池140的输出电压可以约为48V，但是本发明不限于此。
辅助电池150可以是铅酸蓄电池，但是本发明不限于此。例如，镍金属电池、锂聚合物电池或锂离子电池可以用作辅助电池150。辅助电池150的输出电压可以约为12V，但是本发明不限于此。
辅助电池150可以通过从主电池140供应的充电电力来充电。向主电池140供应反向充电电力是可行的。
图2是示出与图1所示的序列控制装置连接的转换器和电力负载的结构的示图。参照图2，在主电池140和辅助电池150之间设置有转换器210、配置为控制转换器210的转换器控制器230以及配置为接收来自主电池140电力的高压负载250。
转换器210可以是双向转换器并且执行降压或升压操作。主电池140执行正向控制功能。转换器210调节来自主电池140供应的正向电力，并将其供应给辅助电池150。例如，在正向控制操作的情况下，转换器210将48V的电压降压至12V的电压并且将降压电压供应至辅助电池150。
与上述情况不同，为了启动发动机(参照图1的120)执行预充电操作，可以执行反向控制操作。对于该操作，转换器210调节来自辅助电池150供应的反向电力，并且将电力供应到主电池140和/或高压负载250。例如，在反向控制操作的情况下，转换器210将12V的电压升高至48V的电压，并且将升压电压供应至主电池140和/或高压负载250。
因此，转换器210是双向转换器，并且可以使用DC-DC转换器作为转换器210。可以使用双向LDC(低压DC-DC)转换器作为转换器210。转换器210包括用于升高电压的增压电路以及用于降压的降压电路。
辅助电池150向低压负载220供应电力。低压负载220的实例可以包括含有照明器221的电气部件。当车辆处于跛行回家控制模式时，照明器221可以用作工作灯指示跛行回家控制模式。
虽然在图2中转换器控制器230与控制器110分开示出，但是可以将转换器控制器230一体地设置在控制器110中。
图3是示出图2所示的转换器控制器230的详细结构的示图。全HEV(混合动力电动车辆)使用包括与主继电器分开设置的预充电继电器的预充电电路来执行预充电操作。在通过预充电继电器执行预充电操作之后，主继电器闭合。
预充电电路是当高压电池与48V电网负载电路连接时，流过的电流高于正常电流时，用于防止邻近高压电池的主继电器熔断的电路(例如，电动机130)。在该结构中，预充电继电器在电池侧主继电器闭合之前闭合。因此，在48V电网负载电路的电压增加到与高压电池相同或基本相同的48V之后，电池侧主继电器闭合。可以防止主继电器熔断。
然而，本发明的示例性实施例具有用于去除这种预充电继电器的结构。参照图3，仅在主电池140和属于图2所示的高压负载250的电动机130之间设置有主开关310。因此，可以通过反向控制操作(12V→48V)将48V的电压施加于设置在负载电路中的电动机130的电路。此后，当要施加到作为高压负载的电动机130的电压增加到48V时，可以将转换器控制器230配置为闭合主开关310以将高压电池210与作为48V电网负载电路的电动机130连接。
主开关310可以是功率继电器、半导体开关元件、晶闸管、门极可关断(GTO)晶闸管、交流三极管(TRIAC)、可控硅整流器(SCR)或集成电路(IC)等。半导体开关元件可以是场效应晶体管(FET)、金属氧化物半导体FET(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、功率整流二极管等。
参照图3，转换器控制器230可以包括：执行模块311，配置为执行预充电操作；确定模块312，配置为在完成预充电操作之后确定从主电池供应的电力是否达到预定参考值；以及控制模块313，配置为当电力达到预定参考值时闭合主开关。
图4是示出根据本发明示例性实施例的控制车辆发动机的启动序列以减少启动发动机所需的时间的过程的流程图。参照图4，当驾驶者使用车辆钥匙输入已处于停止状态的车辆的点火开启信号时，转换器控制器230开始操作(S410和S420)。
当输入点火开启信号时，转换器(参照图3的210)根据转换器控制器230的命令通过反向控制操作执行预充电操作持续预定时间段(S430)。
随后，转换器210根据反向控制操作将从辅助电池(参照图2的150)供应的反向电力升高，并对高压负载(例如，电动机130)充电。
在完成预充电操作之后，转换器控制器230确定高压负载的电压是否达到预定参考值(S440)。例如，转换器控制器230确定从电动机130输出的电压是否达到预定参考值(例如，约48V)。
作为确定的结果(S440)，当从高压负载250输出的电力未达到预定参考值时，重复执行S430和S440，以再次执行预充电操作。
作为确定的结果(S440)，当从高压负载250输出的电力达到预定参考值时，转换器控制器230闭合主开关(参照图3的310)(S450)。
此后，当驾驶者输入钥匙启动信号时，控制器(参照图1的110)检查主开关(参照图3的310)处于闭合状态，并且立即操作电动机130以启动发动机120(S460，S470以及S480)。
附图中书写的包括“模块”和“控制器”的各术语表示被配置用于处理至少一个功能或操作的装置，并且该装置可以通过硬件、软件或者硬件和软件的组合来体现。
此外，硬件可以通过设计以执行上述功能的装置，例如专用集成电路(ASIC)、数字信号处理(DSP)装置、可编程逻辑装置(PLD)、微处理器、其它电子装置或其组合来实现。软件可以由配置为执行上述功能的模块来实现。软件可以存储在存储器装置中并且由处理器执行。存储器装置或处理器可以是本领域技术人员已知的各种装置。
根据本发明的示例性实施例，通过减少启动时间和噪音可以提高适销性，并且可以在短时间内实现发动机启动。
此外，本发明的优点在于，通过转换器的双向控制功能减少了启动发动机所花费的时间，其中不需要单独的预充电元件和/或电路。
此外，本发明的优点在于，由于不需要单独的预充电元件和/或电路，所以可以降低制造成本。
为了在所附权利要求中方便说明和准确定义，使用术语“上部”、“下部”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部的”、“外部的”、“前”、“后”、“后方”、“向前”和“向后”等，参照示例性实施例的特征在附图中所示的位置来描述这些特征。
为了例示和说明的目的，已经给出了本发明的具体示例性实施例的前述说明。该说明并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的确切形式，并且鉴于上述教导，显然多种改型和变形是可能的。选择和说明示例性实施例是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够实施和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替代形式和改型。旨在由所附权利要求及其等效形式来限定本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于控制车辆的发动机的启动序列的装置，包括：
发动机；
电动机，配置为启动所述发动机；
主开关，配置为将电力连接至所述电动机或将供应到所述电动机的电力中断；
主电池，配置为通过所述主开关向所述电动机供应电力；
辅助电池，配置为供应反向电力；
转换器，配置为通过反向控制操作来提高所述反向电力从而提高所述电动机的电压；以及
转换器控制器，配置为当输入点火开启信号时，通过所述反向控制操作，执行将提高的电压施加于所述电动机的电路的预充电操作持续预定时间段，并且当完成所述预充电操作时，闭合所述主开关以将所述主电池与所述电动机连接。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述转换器控制器包括：
执行模块，配置为执行所述预充电操作；
确定模块，配置为在完成所述预充电操作之后确定从所述主电池供应的电力是否达到预定参考值；以及
控制模块，配置为当作为确定的结果，电力达到所述预定参考值时，闭合所述主开关。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述电动机通过连接装置与所述发动机的曲轴连接。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述连接装置包括皮带或链条。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述主电池包括超级电容器或锂离子电池，并且所述辅助电池包括铅酸蓄电池。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述电动机包括逆变器一体型中度混合启动发电机。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述转换器包括双向低压直流-直流转换器。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述主开关包括功率继电器、半导体开关元件、晶闸管、门极可关断晶闸管、交流三极管、可控硅整流器或集成电路。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述反向控制操作包括将电压从12V升高至48V的操作。
10.如权利要求1所述的装置，进一步包括：
控制器，配置为在完成所述预充电操作之后，当输入钥匙启动信号时验证所述主开关处于闭合状态，并且操作所述电动机以启动所述发动机。
11.一种用于控制车辆的发动机的启动序列的方法，包括：
当输入点火开启信号时，通过反向控制操作，由转换器控制器执行预充电操作持续预定时间；
根据所述反向控制操作通过提高由辅助电池提供的反向电力通过转换器将施加于电动机的电压提高；
当完成所述预充电操作时，由所述转换器控制器闭合主开关以将主电池与所述电动机连接；以及
通过所述主开关从所述主电池向所述电动机提供电力以启动所述发动机，
其中所述预充电操作包括将提高的电压施加于所述电动机的电路。
12.如权利要求11所述的方法，其中闭合所述主开关包括：
在完成所述预充电操作之后，通过确定模块确定从所述主电池供应的电力是否达到预定参考值；以及
当作为确定的结果，电力达到所述预定参考值时，由控制模块闭合所述主开关。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述电动机通过连接装置与所述发动机的曲轴连接。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述连接装置包括皮带或链条。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述主电池包括超级电容器或锂离子电池，并且所述辅助电池包括铅酸蓄电池。
16.如权利要求11所述的方法，其中所述电动机包括逆变器一体型中度混合启动发电机。
17.如权利要求11所述的方法，其中所述转换器包括双向低压直流-直流转换器。
18.如权利要求11所述的方法，其中所述主开关包括功率继电器、半导体开关元件、晶闸管、门极可关断晶闸管、交流三极管、可控硅整流器或集成电路。
19.如权利要求11所述的方法，其中所述反向控制操作包括将电压从12V升高至48V的操作。
20.如权利要求11所述的方法，其中供应电力包括：
在完成所述预充电操作之后，当输入钥匙启动信号时，通过控制器检查所述主开关处于闭合状态，并且操作所述电动机以启动所述发动机。
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