CN110194142A - 混合动力车辆和动力传动系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了“混合动力车辆和动力传动系统”。一种车辆，包括控制器，所述控制器被配置为在电池温度超过阈值并且荷电状态(SOC)高于SOC阈值时，使电机能够在功率极限下提供扭矩辅助，并且响应于所述温度下降到低于所述阈值，增大所述功率极限并使得所述电机能够在所述SOC高于比所述SOC阈值更小的冷SOC阈值时提供扭矩辅助。
Description
技术领域
本公开涉及具有集成式起动机-发电机的轻度混合动力车辆。
背景技术
车辆动力传动系统的范围一方面包括其中由内燃发动机(ICE)提供推进动力的传统车辆(通常称为传统车辆)，另一方面是纯电动车辆(EV)，也称为电池电动车辆(BEV)。在传统车辆和BEV之间的是微混合动力电动车辆(uHEV)、轻度混合动力车辆(mHEV)、混合动力电动车辆(HEV)和插电式混合动力电动车辆(PHEV)。轻度混合动力车辆(uHEV)包括具有ICE和12V电池的传统车辆。轻度混合动力车辆(MHEV)包括具有集成式起动机-发电机(ISG)以及48V电池的传统车辆，其在SAE定义的低电压下操作(例如，小于60V的电压)。
发明内容
一种车辆包括控制器，该控制器被配置为，在电池温度超过阈值并且荷电状态(SOC)高于SOC阈值时，使电机能够在功率极限下提供扭矩辅助；以及响应于温度下降到低于阈值，使功率极限增大并使得电机能够在SOC高于比SOC阈值更小的冷SOC阈值时提供扭矩辅助。
一种车辆包括控制器，该控制器被配置为，在电池温度超过阈值并且荷电状态(SOC)低于SOC阈值时，使电机能够在功率极限下对电池充电；以及响应于温度下降到低于阈值，使功率极限增大并使得电机能够在SOC低于超过SOC阈值的冷SOC阈值时对电池充电。
一种操作车辆的电机的方法包括：在电池温度超过阈值并且荷电状态(SOC)高于SOC阈值时，使电机能够在功率极限下提供扭矩辅助；以及响应于温度下降到低于阈值，使功率极限增大并使得电机能够在SOC高于比SOC阈值更小的冷SOC阈值时提供扭矩辅助。
附图说明
图1是具有集成式起动机-发电机(ISG)的轻度混合动力电动车辆(mHEV)的动力传动系统的示意图。
图2是用于mHEV车辆的电力网系统的框图。
图3是在48V电池的给定荷电状态(SOC)和给定电流下发生的多个车辆级电力使用事件的图形表示。
图4是用于预热48V电池的控制系统的流程图。
图5是在电力使用事件期间mHEV车辆控制系统的状态流程图。
具体实施方式
本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅是示例，并且其他实施例可以采用各种和替代性形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可以被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任一个来示出并描述的各种特征可以与在一个或多个其他附图中示出的特征相结合，以产生未明确示出或描述的实施例。所示出特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改可以是特定应用或实现方式所希望的。
通常，锂离子电池在最佳温度(例如，30℃至40℃)下有效操作，高于最佳温度范围时，电池可能经历老化加速(例如，>40℃至80℃)，以及低于最佳温度范围时，电池可能经历能量降低并且电力容量减少(例如<30℃至0℃)。在低温下，由于固有特性和物理限制(包括离子扩散、内阻等)，锂离子电池的性能会降低。当锂离子电池组在寒冷气候条件下(例如，<5℃)操作时，电池电力和电流容量通常会减少。
当电池温度在正常操作温度范围(例如，在5℃-45℃或10℃-50℃之间)时，一般可以由主电池(例如，48V锂离子电池)为所有mHEV电力需求(例如，扭矩辅助、再生、DC-DC转换、交流发电机和发动机曲柄)供电。然而，如果温度下降到低于该范围(例如，<5℃)，则可用电力减少，因此妨碍了对诸如集成式起动机发电机(例如，BISG)的电机的某些电力需求(例如，发动机曲柄)支持的使用。因此，控制器通常在低于5℃时禁用用于曲柄使用的电机(或ISG)，从而禁用起/停功能，这对于整体车辆性能和燃料经济性是至关重要的。为了在寒冷气候条件下启用曲柄，必须实现有效的电池预热，使得电池电力容量恢复到标称水平而不是由于低温而受到限制。然而，从-30℃或-20℃等低温直接预热电池组可能会耗费能量或电力。因此，使用基于客户有关实际使用寿命的协议来呈现电池预热的独特方法。
微混合动力车辆(uHEV)通常使用单个电池(通常为12伏)来为ICE和车辆的基本负载(例如，车辆电子模块、信息娱乐系统、仪表组、车身模块、安全模块等)的起动机供电，而轻度混合动力车辆(mHEV)使用另一种低压电池诸如48伏电池来为集成式起动机/发电机供电。48V电池还支持各种使用事件的电力需求，即扭矩辅助、放电曲柄、再生制动、DCDC负载和交流发电机支持。图2示出了用于mHEV车辆的48V和12V电力网。
这里，可以由控制器控制扭矩辅助和交流发电机使用，以在行程开始时加热电池组，同时在低温下满足电池组功率极限。此外，控制器可以在预热时利用车舱空气，其中可以将暖的车舱空气泵送到电池组中以加热电池组。通过在后续行程期间客户使用再生和DC-DC使用事件，控制器可以预测电池单元和mHEV组的内部的进一步预热。图4的过程流程图示出了用于在寒冷气候条件下的驾驶例程期间加热mHEV车辆中的电池组的控制策略，其取决于使用事件。
这里，电池缓慢地预热而不会引起诸如镀锂和寿命降低的有害影响。可以与暖的车舱空气一起有益地使用诸如扭矩辅助、交流发电机、DC-DC和电力网使用事件的各种事件，以协助电池预热到5℃。在预热到5℃之后，可以启用BISG曲柄以协助发动机起-停操作。由于燃油经济性是mHEV车辆的重要驱动因素，因此高效的电池预热和起停功能的最佳使用将有利于车辆性能并增强mHEV客户的驾驶体验。
参考图1，示出了根据本公开的实施例的混合动力电动车辆(HEV)10的示意图。图1示出了部件之间的代表性关系。车辆内部的部件的实体布局和定向可以变化。HEV 10包括动力传动系统12。动力传动系统12包括驱动变速器16的发动机14，该变速器16可以被称为模块化混合动力变速器(MHT)。如下文将进一步详细描述，变速器16包括电机，诸如电动马达/发电机(M/G)18、相关联的牵引电池20、变矩器22和多级传动比变速器或齿轮箱24。作为混合架构的示例，ISG块是P0型架构38中的动力传动系统的组成部分，或者ISG块在P2型架构74中远离ICE，然而，mHEV车辆中也可以使用其他变型。
发动机14和M/G18两者都是HEV 10的驱动源，其被配置为推进HEV 10。发动机14通常表示动力源，其可以包括内燃发动机，诸如以汽油、柴油或天然气为动力的发动机或燃料电池。当发动机14与M/G18之间的分离离合器26至少部分地接合时，发动机14生成发动机动力和对应的发动机扭矩，该发动机扭矩被提供给M/G18。M/G18可以由多种类型的电机中的任何一种实施。例如，M/G18可以是永磁同步马达。电力电子件按照M/G18的要求调节电池20提供的直流电流(DC)电力，如下文将描述。例如，电力电子件可以向M/G18提供三相交流电流(AC)。
当分离离合器26至少部分地接合时，从发动机14到M/G18的动力流或从M/G18到发动机14的动力流是可能的。例如，分离离合器26可以接合，并且M/G18可以作为发电机操作，以将由曲轴28和M/G轴30提供的旋转能量转换成电能以存储在电池20中。分离离合器26也可以脱开以将发动机14与动力传动系统12的剩余部分隔离，使得M/G18可以用作HEV 10的唯一驱动源。轴30延伸穿过M/G18。M/G18连续地传动地连接到轴30，而发动机14仅在分离离合器26至少部分地接合时传动地连接到轴30。
M/G18经由轴30连接到变矩器22。因此，当分离离合器26至少部分地接合时，变矩器22连接到发动机14。变矩器22包括固定到M/G轴30的泵轮和固定到变速器输入轴32的涡轮。变矩器22因此在轴30与变速器输入轴32之间提供液压联轴器。当泵轮比涡轮旋转得更快时，变矩器22将动力从泵轮传递到涡轮。涡轮扭矩和泵轮扭矩的量值通常取决于相对速度。当泵轮速度与涡轮速度的比足够高时，涡轮扭矩是泵轮扭矩的倍数。还可以提供变矩器旁通离合器(也成为变矩器锁止离合器)34，其在接合时摩擦地或机械地联接变矩器22的泵轮和涡轮，从而允许更有效的动力传递。变矩器旁通离合器34可以作为起步离合器操作以提供平稳的车辆起步。替代地或组合地，类似于分离离合器26的起步离合器可以设置在M/G18与齿轮箱24之间，以用于不包括变矩器22或变矩器旁通离合器34的应用。在一些应用中，分离离合器26通常被称为上游离合器，并且起步离合器34(其可以是变矩器旁通离合器)通常被称为下游离合器。
分离离合器26和M/G18可以设置在位于发动机14和齿轮箱24之间的共同外壳或壳体内。分离离合器26、M/G18和壳体可以统称为动力传动系统模块，或者更具体地，前模块。
齿轮箱24可以包括齿轮组(未示出)，所述齿轮组通过诸如离合器和制动器(未示出)的摩擦元件的选择性接合而选择性地以不同的齿轮比放置，以便建立所期望的多个离散或分级传动比。摩擦元件经由换挡计划而为可控的，该换挡计划连接和断开齿轮组的某些元件以控制变速器输出轴36与变速器输入轴32之间的比。基于各种车辆和环境工况，齿轮箱24通过相关联的控制器(诸如动力传动系统控制单元(PCU))而自动从一个比换到另一个比。来自发动机14和M/G18两者的动力和扭矩可以被输送到齿轮箱24并由齿轮箱接收。齿轮箱24然后将动力传动系统输出动力和扭矩提供给输出轴36。
变速器16还可以包括泵(未示出)，该泵被配置为将液压流体输送到齿轮箱24和/或变矩器22内的摩擦元件，以便接合和脱离各种摩擦元件。泵还可以将液压流体输送到齿轮箱24和/或变矩器22内的运动元件以提供润滑。泵可以设置在齿轮箱24内并从位于齿轮箱24中的油底壳抽取液压流体。流体通道可以使液压流体在齿轮箱24和前模块之间流体地连通。流体通道可以包括将液压流体从齿轮箱24输送到前模块的输送管线和将液压流体从前模块返回到齿轮箱24的返回管线。更具体地，流体通道可以使液压流体在变速器齿轮箱24和前模块内的特定部件之间流体地连通。
应当理解，与变矩器22一起使用的液压控制的齿轮箱24仅仅是齿轮箱或变速器装置的一个示例；接受来自发动机和/或马达的输入扭矩并且接着以不同比向输出轴提供扭矩的任何多传动比齿轮箱与本公开的实施例一起使用是可接受的。例如，齿轮箱24可以通过自动机械(或手动)变速器(AMT)实现，该变速器包括一个或多个伺服马达以沿换挡导轨平移/旋转换挡拨叉以选择所期望的齿轮比。如本领域普通技术人员通常所理解的，AMT可用于例如具有较高扭矩要求的应用中。
如图1的代表性实施例所示，输出轴36连接到差速器40。差速器40经由连接到差速器40的相应车桥44驱动一对车轮42。差速器向每个车轮42传递大致相等的扭矩，同时诸如当车辆转弯时允许轻微的速度差异。可以使用不同类型的差速器或类似装置将扭矩从动力传动系统分配到一个或多个车轮。在一些应用中，扭矩分配可以取决于例如特定的操作模式或条件而变化。
动力传动系统12还包括相关联的控制器50，诸如动力传动系统控制单元(PCU)。虽然示出为一个控制器，但是控制器50可以是更大控制系统的一部分，并且可以由整个车辆10中的各种其他控制器控制，诸如车辆系统控制器(VSC)。因此应当理解，动力传动系统控制单元50和一个或多个其他控制器可以统称为“控制器”，其响应于来自各种传感器的信号而控制各种执行器以控制诸如起动/停止发动机14，操作M/G18以提供车轮扭矩或对电池20充电，选择或计划变速器换挡等功能。控制器50可以包括与各种类型的计算机可读存储装置或介质通信的微处理器或中央处理单元(CPU)。计算机可读存储装置或介质可以包括例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保活存储器(KAM)中的易失性存储器和非易失性存储器。KAM是可用于在CPU断电时存储各种操作变量的持久性或非易失性存储器。计算机可读存储装置或介质可以使用许多已知存储器装置中的任何一种来实施，诸如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电PROM)、EEPROM(电可擦除PROM)、快闪存储器或能够存储数据的任何其他电、磁性、光学或组合存储器装置，其中一些代表由控制器用于控制发动机或车辆的可执行指令。
控制器经由输入/输出(I/O)接口(包括输入和输出通道)而与各种发动机/车辆传感器和执行器通信，该接口可以实施为提供各种原始数据或信号调节、处理和/或转换、短路保护等等的单个集成接口。替代地，可以使用一个或多个专用硬件或固件芯片以在将信号提供给CPU之前调节和处理特定信号。如图1的代表性实施例中大体上所示，控制器50可以向和/或从发动机14、分离离合器26、M/G18、电池20、起步离合器34、变速器齿轮箱24和电力电子件56传达信号。尽管没有明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到可以由上文标识的每个子系统内的控制器50控制的各种功能或部件。可以使用由控制器执行的控制逻辑和/或算法直接或间接致动的参数、系统和/或部件的代表性示例包括：燃料喷射正时、速率和持续时间；节气门位置；火花塞点火正时(对于火花点火发动机)；进气/排气门正时和持续时间；前端附件驱动(FEAD)部件，诸如交流发电机；空调压缩机；电池充电或放电(包括确定最大充电和放电功率极限)；再生制动；M/G操作；用于分离离合器26的离合器压力；起步离合器34；以及变速器齿轮箱24等。通过I/O接口传达输入的传感器可用于指示例如涡轮增压器增压压力、曲轴位置(PIP)、发动机转速(RPM)、车轮转速(WS1，WS2)、车辆速度(VSS)、冷却剂温度(ECT)、进气歧管压力(MAP)、加速踏板位置(PPS)、点火开关位置(IGN)、节气门位置(TP)、空气温度(TMP)、排气氧(EGO)或其他排气成分浓度或存在、进气流量(MAF)、变速器挡位、比率或模式、变速器油温(TOT)、变速器涡轮转速(TS)、变矩器旁通离合器34状态(TCC)、减速或换挡模式(MDE)、电池温度、电压、电流或荷电状态(SOC)。
由控制器50执行的控制逻辑或功能可以由一个或多个图中的流程图或类似图来表示。这些图提供了可以使用一个或多个处理策略(诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)来实施的代表性控制策略和/或逻辑。因此，所示的各种步骤或功能可以以所示顺序执行、并行地执行、或者在某些情况下省略。尽管未一直明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到，可以取决于所使用的特定处理策略而重复执行所示步骤或功能中的一个或多个。类似地，处理顺序不一定是实现本文所描述的特征和优点所必需的，而是为了易于说明和描述而提供的。控制逻辑可以主要用由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动系统控制器(诸如控制器50)执行的软件实施。当然，取决于特定应用，控制逻辑可以在一个或多个控制器中用软件、硬件或软件和硬件的组合实施。当用软件实施时，控制逻辑可以在存储有数据的一个或多个计算机可读存储装置或介质中提供，所述数据表示由计算机执行以控制车辆或其子系统的代码或指令。计算机可读存储装置或介质可以包括若干已知物理装置中的一个或多个，所述若干已知物理装置中的一个或多个利用电、磁和/或光存储来保存可执行指令和相关联的校准信息、操作变量等。
控制器50可配置为通过电信号接收图1中示出的各种车辆部件的各种状态或条件。可以经由输入通道将电信号从各种部件递送到控制器50。另外，从各种部件接收的电信号可以指示改变或更改车辆10的相应部件中的一个或多个的状态的请求或命令。控制器50包括被配置为(经由电信号)向各种车辆部件递送请求或命令的输出通道。控制器50包括被配置为基于各种车辆部件的请求、命令、条件或状态而生成通过输出通道递送的请求或命令的控制逻辑和/或算法。
输入通道和输出通道如图1中的虚线示出。应当理解，单一虚线可表示进入单一元件或从单一元件出去的输入通道和输出通道。此外，进入一个元件的输出通道可作为通往另一个元件的输入通道操作，并且反之亦然。
车辆驾驶员使用加速踏板52来提供所需的扭矩、动力或驱动命令以推动车辆。通常，压下和释放加速踏板52会生成加速踏板位置信号，该信号可以由控制器50解译为分别需要增大功率或减小功率。车辆驾驶员还使用制动踏板58来提供所需的制动扭矩以使车辆减慢。通常，压下和释放制动踏板58会生成制动踏板位置信号，该信号可以由控制器50解译为需要减小车辆速度。基于来自加速器踏板52和制动踏板58的输入，控制器50命令扭矩进入发动机14、M/G18和摩擦制动器60。控制器50还控制齿轮箱24内的换挡的正时，以及分离离合器26和变矩器旁通离合器34的接合或脱开。与分离离合器26一样，变矩器旁通离合器34可以在接合位置与脱开位置之间的范围内调节。除了由泵轮与涡轮之间的液压联轴器产生的可变滑差之外，这也在变矩器22中产生可变滑差。替代地，取决于特定应用，变矩器旁通离合器34可以在不使用调制操作模式的情况下操作为锁定或打开。
为了用发动机14驱动车辆，分离离合器26至少部分地接合以将发动机扭矩的至少一部分通过分离离合器26传递到M/G18，然后从M/G18传递通过变矩器22和齿轮箱24。M/G18可以通过提供额外的动力以使轴30转动来辅助发动机14。该操作模式可以被称为“混合动力模式”或“电动辅助模式”。
为了利用M/G18作为唯一动力源来驱动车辆，除了分离离合器26将发动机14与动力传动系统12的其余部分隔离之外，动力流保持相同。在此期间，可以禁用或以其他方式关闭发动机14中的燃烧以节省燃料。牵引电池20通过线路54将存储的电能传输到可以包括例如逆变器的电力电子件56。电力电子件56将来自电池20的DC电压转换为将由M/G18使用的AC电压。控制器50命令电力电子件56将来自电池20的电压转换为提供给M/G18的AC电压，以向轴30提供正扭矩或负扭矩。该操作模式可以被称为“纯电动”或“EV”操作模式。
在任何操作模式中，M/G18可以用作马达并且为动力传动系统12提供驱动力。替代地，M/G18可以用作发电机并将来自动力传动系统12的动能转换成电能以存储在电池20中。例如，当发动机14为车辆10提供推进动力时，M/G18可以用作发电机。M/G18还可以另外在再生制动期间充当发电机，在再生制动中来自旋转车轮42的扭矩和旋转(或动力)能量通过齿轮箱24、变矩器22(和/或变矩器旁通离合器34)传递回来并且被转换成电能以存储在电池20中。
电池20和M/G18还可配置为向一个或多个车辆附件62提供电力。车辆附件62可以包括但不限于空调系统、动力转向系统、电动加热器或任何其他电动操作的系统或装置。与电池20相关联的是DC到DC转换器76，用于将电压从48V转换为12V。
取决于混合架构，集成式起动机-发电机(ISG)64可以联接到发动机14、发动机14的曲轴28或其他传动系部件。ISG 64可配置为在发动机起动或起-停事件期间作为马达操作以起动发动机14，或者在车辆操作期间向动力传动系统12提供附加扭矩。ISG 64还可配置为从发动机14接收扭矩并作为发电机操作。ISG 64可以通过离合器66、带68和一对带轮70选择性地联接到发动机。如果ISG 64通过带68联接到发动机，则它可以被称为带集成式起动机-发电机(BISG)。控制器50可配置为将信号传输到ISG 64以将ISG 64作为马达或发电机来操作。控制器还可配置为将信号传输到离合器66，以便打开或关闭离合器66。ISG 64将在离合器处于关闭状态时联接到发动机14，以及在离合器66处于打开状态时与发动机14分离。ISG 64可配置为在作为发电机操作时，提供电能以对牵引电池20充电，或者提供电能以对车辆附件62供电。辅助电池72还可配置为对车辆附件62供电。
控制器50可配置为通过电信号接收图1中示出的各种车辆部件的各种状态或条件。可以经由输入通道将电信号从各种部件递送到控制器50。另外，从各种部件接收的电信号可以指示改变或更改车辆10的相应部件中的一个或多个的状态的请求或命令。控制器50包括被配置为(经由电信号)向各种车辆部件递送请求或命令的输出通道。控制器50包括被配置为基于各种车辆部件的请求、命令、条件或状态而生成通过输出通道递送的请求或命令的控制逻辑和/或算法。
输入通道和输出通道如图1中的虚线示出。应当理解，单一虚线可表示进入单一元件或从单一元件出去的输入通道和输出通道。此外，进入一个元件的输出通道可作为通往另一个元件的输入通道操作，并且反之亦然。
应当理解，图1中所示的示意图仅仅是代表性的，而不旨在是限制性的。可设想其他配置，其利用发动机和马达两者的选择性接合以通过变速器传输电力。例如，M/G18可以从曲轴28偏移，和/或M/G18可以设置在变矩器22与齿轮箱24之间。在不脱离本公开的范围的情况下，可设想其他配置。
图2是用于mHEV车辆的电力网系统200的框图。ISG(例如，BISG)202与转换器212联接，该转换器包括主电池204和DC/DC转换器206。主电池204可以是低电压(即，小于60V)(诸如48V)的锂离子电池或等效物。DC/DC转换器206与主电池204联接，以将主电池204的端电压转换为二次电池208的较低端电压。二次电池208是12V电池，可以是铅酸电池、吸附式玻璃纤维板电池、锂离子电池或其他类型的电池，并且通常与多个车辆负载210联接，该多个车辆负载包括信息娱乐系统、仪表组、车辆模块以及控制器诸如动力传动系统控制器、变速器控制器、座椅模块、举升式车门模块、点火模块以及暖通空调(HVAC)模块。通常，主电池204将具有比二次电池208更高的容量。
图3是在电池204的给定荷电状态(SOC)302和给定电流304下的多个电力需求事件306的图形表示300。该曲线图300示出了包括再生区域308、交流发电机区域310、DC-DC转换区域312、扭矩辅助区域314和曲柄区域316的操作区域。应注意，曲柄事件316期间的电池电流304通常具有比系统处于扭矩辅助模式314时更高的电流。并且电池荷电状态(SOC)302通常在扭矩辅助模式314期间比在曲柄事件316期间更大。此外，再生事件期间的电池电流304比系统处于交流发电机模式310时更大。并且电池SOC 302在再生事件308期间比在处于交流发电机模式310时在更大的范围内并且通常以更高的百分比操作。
采用客户使用分析统计方法使我们能够了解各种电力需求事件的使用级别和持续时间。该分析为横跨不同地理和气候条件的事件设计基于使用的协议提供了独特的见解。考虑典型的使用示例，其中所有事件都负责48V电池的电力需求，如图3所示。从客户使用期间的电流需求的角度来看，事件包括再生事件308，这是能量恢复发生的时间。这是系统将动能转换为电能以存储在电池(48V电池)中的时间，诸如再生制动，其中高C倍率电流(例如，200-150安培/550-1000瓦特)流向电池。接下来是交流发电机使用310，其中集成式起动机/发电机从旋转(操作)的ICE接收能量。这通常是100-40A或40-250瓦特的中等C倍率充电。电池还可以在DC-DC模式312下操作，该DC-DC模式用于将能量从48V电池传递到12V电池。就48V电池而言，这通常是低C倍率放电(例如，0-40A或0-40瓦特)。接下来操作48V电池以在90-140A或200-600瓦特的中等C倍率放电下提供扭矩辅助事件314。最后使用ISG来使ICE 316转动起动。转动起动是大约170-210A的高C倍率放电。应该注意的是，尽管看起来交流发电机模式310和曲柄模式316两者都能够在大于40％的多个SOC值下操作，但图形集中在大约45％，因为对于该试验，这是这些事件最经常出现的。此外，放电曲柄316使用可能由于转动起动所需的高电流需求而在低于5℃时受到抑制。
此外，客户使用事件通常会对48V电池放电或充电，两者都会生成热量，这可能有利于电池从低温(诸如-20℃和-30℃)的预热。对生成的热量的估计基于给定温度和给定SOC下的电池组内电阻。例如，在室温和50％SOC下，内电阻可以是约25mOhm。然而，在低温下，电池组电阻可能更高(1-2个数量级)，因此可能为因电池组内部的电阻加热而生成的热量生成较高的值。例如，生成的热量的差可以是室温下的3-7倍。例如，电池单元可以在室温下具有约2mΩ的内电阻，而在-30℃下，内电阻可能高达约190mΩ。
图4是用于加热mHEV车辆中的主电池(例如，48V电池)的控制系统的流程图400。该流程图400示出了使用ISG来提供“扭矩辅助”或以“交流发电机”模式操作以增大电池的温度。这里，在步骤402中，控制器被配置为，当电池温度低于冷阈值(例如，-5℃、-7℃或-10℃)时，分支到步骤404，并且如果电池温度高于阈值，则退出。在步骤404中，控制器调整ISG的操作，诸如基于电池的荷电状态(SOC)超过阈值(例如，40％、45％、50％、或60％SOC)而选择“扭矩辅助”和“交流发电机”模式。这里，“扭矩辅助”和“交流发电机”模式的使用包括在其中ISG传统上不操作的车辆状态期间(例如，温度或SOC水平)ISG的操作，或者在传统上不操作的操作水平下(例如，更高功率或更长时间)操作ISG。然后，在步骤406中，控制器基于车辆的车舱的温度与电池组的温度而分支。如果车舱的温度小于或等于电池组的温度，则控制器分支回到步骤404。如果车舱的温度超过电池组的温度，则控制器分支到步骤408。在步骤408中，控制器利用车舱温度来加热电池，例如，控制器可以经由风扇或通风件的操作来将车舱空气运送到电池。此外，控制器可以基于车舱温度和电池温度之间的差来改变风扇转速(例如，与差成比例或者与差的倒数成比例)。然后控制器前进到步骤410，其中通过再生制动和DC-DC操作来操作ISG以加热电池。在步骤412中，控制器然后基于电池组的温度在高于冷阈值的范围内而分支到步骤414。如果温度低于冷阈值，则控制器分支回到步骤404。在步骤414中，控制器调整ISG的操作，例如，控制器可以使用ISG来启用停-起操作。
随着图4中所示的算法的执行，控制器可以基于历史客户使用将用于扭矩辅助的能量与在后续持续时间中的潜在节能进行比较。其中，在“扭矩辅助”模式下操作之后，ISG可以“交流发电机”模式配置为对耗尽的mHEV电池(例如，主电池)进行再充电，以对主电池进行预热。因此，定制的总体效果是mHEV电池可以预热至5℃，从而启用“起-停”功能并改善车辆燃料经济性。
图5是BISG控制系统500的状态流程图。这里，在步骤501中由控制器接收主电池(例如，ISG电池)的温度。如果主电池温度等于或大于5℃，则控制器将在子块502中操作，而如果主电池温度低于5℃，则控制器将在子块504中操作。在子块502中，控制器以以下四种状态之一操作ISG：怠速状态506A；ISG再生状态508A；ISG马达运行状态510A；以及ISG交流发电机状态512A。同样，在子块504中，控制器以以下四种状态之一操作ISG：怠速状态506B；ISG再生状态508B；ISG马达运行状态510B；以及ISG交流发电机状态512B。状态图子块(502和504)两者都基于操作特性以及电池SOC而在状态之间转换。操作特性包括当前动力需求(例如，基于加速踏板位置的动力需求、当前动力传动系统动力输出、车辆速度、车辆加速度、历史动力传动系统使用等)。例如，在车辆保持当前速度时，或者即使车辆在主电池的SOC小于阈值时继续加速(表明沿斜坡向下行驶)，控制器也可以基于加速踏板位置是空挡(例如，脚离开油门踏板)而从BISG怠速状态506A转换到BISG再生状态508A。此外，控制器可以响应于加速踏板位置指示动力需求(例如，脚踏上油门踏板)、车辆速度减小、减速表明沿斜坡向上行驶或主电池的SOC超过阈值而从BISG再生状态508A转换到BISG怠速状态506A。
当mHEV电池核心温度为低(例如，低于-5℃)时，可以使用BISG“扭矩辅助”和“交流发电机”模式(分别是电池低电流放电和充电)来使48V电池内部的发热量增加。然而，由于在该低温电池状态期间，可用电流受限，因此这两种操作模式都被限制到电池耐久性和SOC的电池功率极限，导致全局燃料经济性更高。这里，“扭矩辅助”和“交流发电机”模式专门用于预热主电池。通过更快地预热主电池，可以实现在寒冷气候使用期间mHEV车辆的更好的燃料经济性。“扭矩辅助”或“交流发电机”模式的控制不仅取决于电池SOC，还取决于电池核心温度、操作特性和客户使用。
用于扭矩辅助的电机的操作基于电机扭矩和ICE扭矩的比以满足超扭矩需求。随着温度的降低，电池提供电力的能力降低，并且通常电池的电力需求也降低。这里，随着温度降低到低于冷温度阈值，对于扭矩辅助和交流发电机模式，功率极限增大到这样的程度，即尽管电池不能在低温下提供增大的电力，但电池仍然可以提供与通常在常温操作期间所限制的相比更多的电力。例如，电池可配置为在低温下提供增大的电力(例如，最高可用电流)。
此外，可以修改该比，使得在低温下要求来自电机的更大百分比的扭矩以促进电池加热。比变化可以基于历史使用数据和预测使用数据。历史使用数据包括一定时段内的电池电流、电池SOC和电池电压。该时段包括当前驾驶循环、过去驾驶循环或多个驾驶循环。可以基于当日时间或当周某日来进一步过滤驾驶循环，例如，星期一上午6:30可以对应于通勤工作时间。而且，历史使用数据和预测使用数据可以与驾驶配置文件相关联。驾驶员配置文件可以基于驾驶员座椅预置选择、用于起动车辆的钥匙扣信号或其他驾驶员配置文件选择装置。预测使用数据可以包括导航数据、路线数据、预测交通、沿着路线的高度的预测变化或天气预报。例如，如果预测交通指示拥堵，则车辆可能具有更多的停停走走事件，因此可能具有更多的扭矩辅助和交流发电机模式事件，类似地，高度变化可以允许更多的再生制动并因此允许更大的扭矩辅助来利用经由再生制动所捕获的能量。
上述策略实施实现了在寒冷气候中对mHEV主电池的较快预热。这样做的好处是双重的：首先，mHEV车辆具有操控性；然后能量(燃料)节省增加。例如，当电池核心温度为低时，传统上电池电力的使用受到限制，例如“瞬态辅助”(BISG以电机模式运行以改善车辆加速度)将受到阻碍。其次，当电池温度较高时，电池的内电阻较低，从而改进电池使用效率并允许使用更多的mHEV功能，诸如发动机“起-停”。这继而经由在怠速期间关闭发动机来改善燃料经济性。
由控制器执行的控制逻辑或功能可以由一个或多个图中的流程图或类似图来表示。这些图提供了可以使用一个或多个处理策略(诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)来实施的代表性控制策略和/或逻辑。因此，所示的各种步骤或功能可以以所示顺序执行、并行地执行、或者在某些情况下省略。尽管未一直明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到，可以取决于所使用的特定处理策略而重复执行所示步骤或功能中的一个或多个。类似地，处理顺序不一定是实现本文描述的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。控制逻辑可以主要在由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动系统控制器(诸如控制器)执行的软件中实现。当然，取决于特定应用，控制逻辑可以在一个或多个控制器中用软件、硬件或软件和硬件的组合实施。当用软件实现时，控制逻辑可以在存储有数据的一个或多个计算机可读存储装置或介质中提供，所述数据表示由计算机执行以控制车辆或其子系统的代码或指令。计算机可读存储装置或介质可以包括若干已知物理装置中的一个或多个，所述若干已知物理装置中的一个或多个利用电、磁和/或光存储来保存可执行指令和相关联的校准信息、操作变量等。
本文所公开的过程、方法或算法可以由处理装置、控制器或计算机提供/实现，所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，过程、方法或算法可以存储为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令，包括但不限于永久地存储在诸如只读存储器(ROM)装置等不可写存储介质上的信息和可修改地存储在诸如软盘、磁带、光盘(CD)、随机存取存储器(RAM)装置和其他磁性和光学介质等可写存储介质上的信息。所述过程、方法或算法也可以在软件可执行对象中实现。可选地，该过程、方法或算法可以全部或部分使用合适的硬件部件(诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或装置)或硬件、软件和固件部件的组合来实施。
虽然上文描述了示例性实施例，但是并不旨在这些实施例描述由权利要求涵盖的所有可能形式。用在说明书中的词汇是描述性词汇，而不是限制性的词汇，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种变化。如先前所述，各种实施例的特征可以组合形成可以不明确描述或示出的本发明的进一步实施例。虽然各种实施例就一个或多个期望特性而言可能已经描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实现方式，但是所属领域一般技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现期望整体系统属性，这取决于具体应用和实现方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场适销性、外观、包装、尺寸、服务能力、重量、可制造性、易组装性等。因此，就一个或多个特性而言，描述为期望性不及其他实施例或现有技术实现方式的实施例不在本公开的范围之外并且对于特定应用可以为所期望的。
根据本发明，提供了一种车辆，该车辆具有：控制器，其配置为，在电池温度超过阈值并且荷电状态(SOC)高于SOC阈值时，使电机能够在功率极限下提供扭矩辅助；以及响应于温度下降到低于阈值，使功率极限增大并使得电机能够在SOC高于比SOC阈值更小的冷SOC阈值时提供扭矩辅助。
根据实施例，控制器还被配置为，响应于温度下降到低于阈值，基于在一定时段内所记录的历史使用数据来使功率极限增大，其中历史使用数据指示从电机到电池的电流并且功率极限的增大与增大的电流成比例。
根据实施例，历史使用数据基于驾驶员配置文件，并且该时段包括一个驾驶循环或多个驾驶循环，并且该时段还与当日时间或当周某日相关联。
根据实施例，驾驶员配置文件基于驾驶员座椅预置的选择或从钥匙扣所接收的信号。
根据实施例，控制器还被配置为，响应于温度下降到低于阈值，基于预测使用数据来使功率极限增大，使得在一定时段内捕获预测使用数据，其中预测使用数据指示从电机到电池的预测电流，并且功率极限的增大与增大的电流成比例。
根据实施例，预测使用数据基于导航数据、路线数据、天气或预测交通数据。
根据实施例，预测使用数据基于驾驶员配置文件，该驾驶员配置文件基于驾驶员座椅预置的选择或从钥匙扣所接收的信号。
根据实施例，控制器还被配置为，在电池温度超过阈值并且荷电状态(SOC)低于SOC交流发电机阈值时，使得电机能够在交流发电机功率极限下对电池充电；以及响应于温度下降到低于阈值，使交流发电机功率极限增大并使得电机能够在SOC低于超过SOC交流发电机阈值的冷交流发电机SOC阈值时对电池充电。
根据实施例，电池是锂离子电池。
根据实施例，控制器还被配置为，在马达扭矩需求和发动机扭矩需求之间分派扭矩需求；以及响应于温度下降到低于阈值，使马达扭矩需求相对于发动机扭矩需求增大。
根据实施例，控制器还被配置为，响应于温度下降到低于阈值，禁止电机的操作以使内燃发动机转动起动。
根据本发明，提供了一种车辆，该车辆具有：控制器，其配置为，在电池温度超过阈值并且荷电状态(SOC)低于SOC阈值时，使电机能够在功率极限下对电池充电；以及响应于温度下降到低于阈值，使功率极限增大并使得电机能够在SOC低于超过SOC阈值的冷SOC阈值时对电池充电。
根据实施例，控制器还被配置为，响应于温度下降到低于阈值，基于在一定时段内所记录的历史使用数据来使功率极限增大，其中历史使用数据指示从电机到电池的电流并且功率极限的增大与增大的电流成比例。
根据实施例，历史使用数据基于驾驶员配置文件，并且该时段包括一个驾驶循环或多个驾驶循环，并且该时段还与当日时间或当周某日相关联。
根据实施例，驾驶员配置文件基于驾驶员座椅预置的选择或从钥匙扣所接收的信号。
根据本发明，提供了一种操作车辆的电机的方法，该方法具有：在电池温度超过阈值并且荷电状态(SOC)高于SOC阈值时，使电机能够在功率极限下提供扭矩辅助；以及响应于温度下降到低于阈值，使功率极限增大并使得电机能够在SOC高于比SOC阈值更小的冷SOC阈值时提供扭矩辅助。
根据实施例，上述发明的特征还在于：在电池温度超过阈值并且荷电状态(SOC)低于SOC交流发电机阈值时，使得电机能够在交流发电机功率极限下对电池充电；以及响应于温度下降到低于阈值，使交流发电机功率极限增大并使得电机能够在SOC高于超过SOC交流发电机阈值的冷交流发电机SOC阈值时对电池充电。
根据实施例，上述发明的特征还在于：在马达扭矩需求和发动机扭矩需求之间分派扭矩需求；以及响应于温度下降到低于阈值，使马达扭矩需求相对于发动机扭矩需求增大。
根据实施例，上述发明的特征还在于，响应于温度下降到低于阈值，禁止电机的操作以使内燃发动机转动起动。
根据实施例，上述发明的特征还在于：在一定时段内捕获预测的使用数据；以及响应于温度下降到低于阈值，基于预测使用数据来使功率极限增大，其中预测使用数据指示从电机到电池的预测电流并且基于驾驶员配置文件和导航数据、路线数据、天气或预测交通数据，并且功率极限的增大与增大的电流成比例。
Claims (15)
1.一种车辆，其包括：
控制器，所述控制器被配置为，
在电池温度超过阈值并且荷电状态(SOC)高于SOC阈值时，使电机能够在功率极限下提供扭矩辅助，以及
响应于所述温度下降到低于所述阈值，使所述功率极限增大并使得所述电机能够在所述SOC高于比所述SOC阈值更小的冷SOC阈值时提供扭矩辅助。
2.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器还被配置为，响应于所述温度下降到低于所述阈值，基于在一定时段内所记录的历史使用数据来使所述功率极限增大，其中所述历史使用数据指示从所述电机到所述电池的电流并且所述功率极限的所述增大与电流的增大成比例。
3.如权利要求2所述的车辆，其中所述历史使用数据基于驾驶员配置文件，并且所述时段包括一个驾驶循环或多个驾驶循环，并且所述时段还与当日时间或当周某日相关联。
4.如权利要求3所述的车辆，其中所述驾驶员配置文件基于驾驶员座椅预置的选择或从钥匙扣所接收的信号。
5.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器还被配置为，响应于所述温度下降到低于所述阈值，基于预测使用数据来使所述功率极限增大，使得在一定时段内捕获所述预测使用数据，其中所述预测使用数据指示从所述电机到所述电池的预测电流，并且所述功率极限的所述增大与增大的电流成比例。
6.如权利要求5所述的车辆，其中所述预测使用数据基于导航数据、路线数据、天气或预测交通数据。
7.如权利要求6所述的车辆，其中所述预测使用数据基于驾驶员配置文件，所述驾驶员配置文件基于驾驶员座椅预置的选择或从钥匙扣所接收的信号。
8.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器还被配置为，在电池温度超过阈值并且荷电状态(SOC)低于SOC交流发电机阈值时，使得电机能够在交流发电机功率极限下对所述电池充电；以及响应于所述温度下降到低于所述阈值，使所述交流发电机功率极限增大并使得所述电机能够在所述SOC高于超过所述SOC交流发电机阈值的冷交流发电机SOC阈值时对所述电池充电。
9.如权利要求1所述的车辆，其中所述电池是锂离子电池。
10.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器还被配置为，在马达扭矩需求和发动机扭矩需求之间分派扭矩需求；以及响应于所述温度下降到低于所述阈值，使所述马达扭矩需求相对于所述发动机扭矩需求增大。
11.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器还被配置为，响应于所述温度下降到低于所述阈值，禁止所述电机的操作以使内燃发动机转动起动。
12.一种车辆，其包括：
控制器，所述控制器被配置为，
在电池温度超过阈值并且荷电状态(SOC)低于SOC阈值时，使电机能够在功率极限下对所述电池充电，以及
响应于所述温度下降到低于所述阈值，使所述功率极限增大并使得所述电机能够在所述SOC高于超过所述SOC阈值的冷SOC阈值时对所述电池充电。
13.如权利要求12所述的车辆，其中所述控制器还被配置为，响应于所述温度下降到低于所述阈值，基于在一定时段内所记录的历史使用数据来使所述功率极限增大，其中所述历史使用数据指示从所述电池到所述电机的电流并且所述功率极限的所述增大与电流的增大成比例。
14.如权利要求13所述的车辆，其中所述历史使用数据基于驾驶员配置文件，并且所述时段包括一个驾驶循环或多个驾驶循环，并且所述时段还与当日时间或当周某日相关联。
15.如权利要求14所述的车辆，其中所述驾驶员配置文件基于驾驶员座椅预置的选择或从钥匙扣所接收的信号。
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