| 专利名称： | 用于管理车辆能量消耗的系统和方法 | ||
| 专利名称(英文)： | For managing energy consumption of a vehicle system and method | ||
| 专利号： | CN201610206032.6 | 申请时间： | 20160107 |
| 公开号： | CN105799520A | 公开时间： | 20160727 |
| 申请人： | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | ||
| 申请地址： | 美国密执安州 | ||
| 发明人： | J·M·博伦鲍夫 | ||
| 分类号： | B60L7/10; B60W20/15; B60R16/03 | 主分类号： | B60L7/10 |
| 代理机构： | 中国专利代理(香港)有限公司 72001 | 代理人： | 成城; 董均华 |
| 摘要： | 本发明涉及用于管理车辆能量消耗的系统和方法。一种车辆，包括马达?发电机单元、能量存储系统和高压负载，诸如电压缩机和/或电加热器，全部经由高压总线相互连接。马达?发电机单元被设置为相对于高压总线在再生模式和非再生模式中运行。控制模块被设置为在再生模式期间以第一功率消耗水平运行负载，以及在非再生模式期间以小于第一功率消耗水平的第二功率消耗水平运行高压负载。 | ||
| 摘要(英文)： | A vehicle includes a motor-generator unit, an energy storage system, and a high-voltage load (such as an electric compressor and/or electric heater), all interconnected via a high-voltage bus. The motor-generator unit is configured to operate in a regenerative mode and a non-regenerative mode with respect to the high-voltage bus. A control module is configured to operate the load at a first power consumption level during the regenerative mode, and to operate the high-voltage load at a second power consumption level, less than the first power consumption level, during the non-regenerative mode. | ||
1.一种车辆，包括： 高压总线； 马达-发电机单元，所述马达一发电机单元联接至所述高压总线，并且被设置为相对于 所述高压总线在再生模式和非再生模式中运行； 联接至所述高压总线的能量存储系统； 联接至所述高压总线的负载；以及 控制模块，所述控制模块被设置为在所述再生模式期间以第一功率消耗水平运行负 载，以及在所述非再生模式期间以小于所述第一功率消耗水平的第二功率消耗水平运行高 压负载。
2.如权利要求1所述的车辆，其中，所述负载包括电压缩机。
3.如权利要求1所述的车辆，其中，所述负载包括电加热器。
4.如权利要求1所述的车辆，其中，所述高压总线以大于大约300VDC运行。
5.如权利要求1所述的车辆，其中，所述第二功率消耗水平在所述第一功率消耗水平的 大约20％至80％之间。
6.如权利要求1所述的车辆，其中，所述能量存储系统包括多个NiMH蓄电池单元。
7.如权利要求1所述的车辆，其中，所述能量存储系统经由功率变换器模块联接至所述 马达-发电机单元。
8.如权利要求1所述的车辆，其中，所述马达-发电机单元联接至内燃发动机。
9.一种用于管理具有马达-发电机单元的车辆中的能量消耗的方法，包括： 在非再生模式中运行所述马达发电机单元； 在非再生模式期间以第一功率消耗水平运行负载； 确定所述马达-发电机单元已经改变至再生模式；以及 在所述再生模式期间以大于所述第一功率消耗水平的第二功率消耗水平运行所述负 载。
10.一种用于管理车辆中的能量消耗的控制模块，包括： 存储器，所述存储器用于在其中存储计算机可读软件指令； 处理器，所述存储器被设置为执行所述计算机可读软件指令，从而： 确定所述车辆处于非再生模式还是再生模式； 发送第一命令至通信地联接至所述处理器的高压负载，请求所述高压负载在所述再生 模式期间以第一功率消耗水平运行；以及 发送第二命令至所述高压负载，请求所述高压负载在所述非再生模式期间以低于所述 第一功率消耗水平的第二功率消耗水平运行。
1.一种车辆，包括： 高压总线； 马达-发电机单元，所述马达一发电机单元联接至所述高压总线，并且被设置为相对于 所述高压总线在再生模式和非再生模式中运行； 联接至所述高压总线的能量存储系统； 联接至所述高压总线的负载；以及 控制模块，所述控制模块被设置为在所述再生模式期间以第一功率消耗水平运行负 载，以及在所述非再生模式期间以小于所述第一功率消耗水平的第二功率消耗水平运行高 压负载。
2.如权利要求1所述的车辆，其中，所述负载包括电压缩机。
3.如权利要求1所述的车辆，其中，所述负载包括电加热器。
4.如权利要求1所述的车辆，其中，所述高压总线以大于大约300VDC运行。
5.如权利要求1所述的车辆，其中，所述第二功率消耗水平在所述第一功率消耗水平的 大约20％至80％之间。
6.如权利要求1所述的车辆，其中，所述能量存储系统包括多个NiMH蓄电池单元。
7.如权利要求1所述的车辆，其中，所述能量存储系统经由功率变换器模块联接至所述 马达-发电机单元。
8.如权利要求1所述的车辆，其中，所述马达-发电机单元联接至内燃发动机。
9.一种用于管理具有马达-发电机单元的车辆中的能量消耗的方法，包括： 在非再生模式中运行所述马达发电机单元； 在非再生模式期间以第一功率消耗水平运行负载； 确定所述马达-发电机单元已经改变至再生模式；以及 在所述再生模式期间以大于所述第一功率消耗水平的第二功率消耗水平运行所述负 载。
10.一种用于管理车辆中的能量消耗的控制模块，包括： 存储器，所述存储器用于在其中存储计算机可读软件指令； 处理器，所述存储器被设置为执行所述计算机可读软件指令，从而： 确定所述车辆处于非再生模式还是再生模式； 发送第一命令至通信地联接至所述处理器的高压负载，请求所述高压负载在所述再生 模式期间以第一功率消耗水平运行；以及 发送第二命令至所述高压负载，请求所述高压负载在所述非再生模式期间以低于所述 第一功率消耗水平的第二功率消耗水平运行。
翻译：相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2015年1月7日的美国62/100,634号临时专利申请的优先权，其 全部内容通过引用合并在本文中。
技术领域
技术领域总体上涉及机动车辆，并且更具体地涉及用于在诸如电动车辆和混合动 力车辆的包括能量存储系统的车辆中管理能量消耗的系统和方法。
背景技术
现代的混合动力车辆和电动车辆通常包括多种高压电气部件。例如，由于大多数 混合动力车辆包括“自动停止”特征，该特征允许内燃发动机在不需要时关闭，在这样的车 辆中的传统带驱动式空调压缩机总体上已经被高压电压缩机替代。类似地，这样的车辆通 常包括高压电加热器。除了推动车辆所需的负载，诸如压缩机和加热器的高压部件构成了 这样的车辆的高压系统经受的最大负载。
混合动力车辆和电动车辆通常也包括某些形式的能量存储系统(ESS)，诸如一组 可再充电蓄电池单元。从ESS提取动力来操作诸如压缩机和加热器的高负载部件，导致充 电/放电循环的数量增加。使ESS充电和放电的动作导致电阻热损失，该热损失与有效电阻 和充电/放电期间所需电流的平方的乘积成比例。因此，从ESS提取动力来运行高负载部件 从效率观点上来说不是最佳的。
因此，期望的是提供用于管理机动车辆中的能量消耗的改进的系统和方法。本发 明额外的期望的特征和特性将结合附图和前述的技术领域和背景技术从下文的详细描述 和所附权利要求中变得显而易见。
发明内容
根据一个实施例，车辆包括联接至高压总线的马达-发电机单元。马达-发电机单 元被设置为相对于高压总线在再生模式和非再生模式中运行。车辆进一步包括联接至高压 总线的能量存储系统、联接至高压总线的负载；以及控制模块，所述控制模块被设置为在再 生模式期间以第一功率消耗水平运行负载，以及在非再生模式期间以小于第一功率消耗水 平的第二功率消耗水平运行高压负载。
用于管理具有马达-发电机单元的车辆中的能量消耗的方法包括：在非再生模式 中运行马达发电机单元；在非再生模式期间以第一功率消耗水平运行负载；确定马达-发电 机单元已经改变为再生模式；以及在再生模式期间以大于第一功率消耗水平的第二功率消 耗水平运行负载。
本发明进一步提供了以下方案。
方案1.一种车辆，包括：
高压总线；
马达-发电机单元，所述马达-发电机单元联接至所述高压总线，并且被设置为相 对于所述高压总线在再生模式和非再生模式中运行；
联接至所述高压总线的能量存储系统；
联接至所述高压总线的负载；以及
控制模块，所述控制模块被设置为在所述再生模式期间以第一功率消耗水平运行 负载，以及在所述非再生模式期间以小于所述第一功率消耗水平的第二功率消耗水平运行 高压负载。
方案2.如方案1所述的车辆，其中，所述负载包括电压缩机。
方案3.如方案1所述的车辆，其中，所述负载包括电加热器。
方案4.如方案1所述的车辆，其中，所述高压总线以大于大约300VDC运行。
方案5.如方案1所述的车辆，其中，所述第二功率消耗水平在所述第一功率消耗水 平的大约20％至80％之间。
方案6.如方案1所述的车辆，其中，所述能量存储系统包括多个NiMH蓄电池单元。
方案7.如方案1所述的车辆，其中，所述能量存储系统经由功率变换器模块联接至 所述马达-发电机单元。
方案8.如方案1所述的车辆，其中，所述马达-发电机单元联接至内燃发动机。
方案9.一种用于管理具有马达-发电机单元的车辆中的能量消耗的方法，包括：
在非再生模式中运行所述马达发电机单元；
在非再生模式期间以第一功率消耗水平运行负载；
确定所述马达-发电机单元已经改变至再生模式；以及
在所述再生模式期间以大于所述第一功率消耗水平的第二功率消耗水平运行所 述负载。
方案10.如方案9所述的方法，其中，运行所述负载包括运行电压缩机。
方案11.如方案9所述的方法，其中，运行所述负载包括运行电加热器。
方案12.如方案9所述的方法，其中，运行所述负载包括以大于大约300VDC运行所 述负载。
方案13.如方案9所述的方法，其中，所述第二功率消耗水平在所述第一功率消耗 水平的大约20％至80％之间。
方案14.如方案9所述的方法，还包括在所述再生模式期间，使联接至所述负载的 能量存储系统再充电。
方案15.如方案9所述的方法，还包括在所述非再生模式期间，运行联接至所述马 达-发电机单元的内燃发动机。
方案16.一种用于管理车辆中的能量消耗的控制模块，包括：
存储器，所述存储器用于在其中存储计算机可读软件指令；
处理器，所述存储器被设置为执行所述计算机可读软件指令，从而：
确定所述车辆处于非再生模式还是再生模式；
发送第一命令至通信地联接至所述处理器的高压负载，请求所述高压负载在所述 再生模式期间以第一功率消耗水平运行；以及
发送第二命令至所述高压负载，请求所述高压负载在所述非再生模式期间以低于 所述第一功率消耗水平的第二功率消耗水平运行。
方案17.如方案16所述的控制模块，其中，执行所述软件指令的所述处理器发送所 述第一命令和所述第二命令至相应于所述高压负载的电压缩机。
方案18.如方案16所述的控制模块，其中，执行所述软件指令的所述处理器发送所 述第一命令和所述第二命令至相应于所述高压负载的电加热器。
方案19.如方案16所述的控制模块，其中，所述第二功率消耗水平在所述第一功率 消耗水平的大约20％至80％之间。
方案20.如方案16所述的控制模块，其中，执行所述软件指令的所述处理器被设置 为在所述再生模式期间使联接至所述高压负载的能量存储系统再充电。
附图说明
在下文将结合以下附图描述示例性实施例，其中同样的数字标记同样的元件，并 且附图中：
附图1是包括根据示例性实施例的车辆的概念上的概览图；
附图2是附图1的车辆在非再生模式期间其中的能量流动的概念上的描绘；
附图3是附图1的车辆在再生模式期间其中的能量流动的概念上的描绘；
附图4是描绘了根据一个示例的高压负载的功率消耗随时间变化的曲线图；以及
附图5是描绘了根据一个实施例管理能量的方法的流程图。
具体实施方式
本文中描述的主题总体上涉及用于管理包括能量存储系统的类型的车辆(例如， 混合动力轿车和电动轿车)中的能量消耗的改进的系统和方法，通过当车辆处于再生模式 时以较高的功率消耗水平运行车辆中的高压负载，以及当车辆处于非再生模式时以较低功 率消耗水平运行高压负载来进行所述管理。因此通过当在再生事件期间(诸如在制动期间) 产生功率时不失时机地运行诸如车辆的电加热器或电压缩机的高压负载，从能量存储系统 直接消耗的能量减少，任何相关的电阻加热损失也是如此。
下文的详细描述在本质上仅是示例性的并且并不意图限制应用和使用。此外，不 意图由在前述技术领域、背景技术、发明内容或下文的详细描述中出现的任何明确说明的 或暗示的理论约束。如在本文中使用的，术语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)、电子电 路、处理器(共享的、专用的或成组的)以及执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合 逻辑电路和/或提供所述功能的其它合适部件。下文的详细描述在本质上仅是示例性的并 且并不意图限制本公开或其应用和使用。此外，不意图由在前述的背景技术或下述的详细 描述中出现的任何理论约束。
附图1是根据示例性实施例的车辆100的概念上的概览图，其中，发动机110(例如， 内燃发动机)经由扭矩传递机构140(例如，双离合变速器)和旋转输出构件142联接至至少 一个驱动轮144。发动机110联接至高压马达-发电机单元(MGU)(也称为马达/发电机)，其本 身电联接至(例如，经由高压AC连接)功率变换器模块(PIM)114。
PIM114联接至高压总线(“HV总线”)130，以便向车辆100内的多种模块提供功率， 在示出的实施例中，所述模块包括能量存储系统(ESS)116(例如，镍金属氢化物(NiMH)蓄电 池单元的集合)、辅助功率模块(APM)118(例如，DC-DC转换器)，以及一个或多个高压负载。 在示出的实施例中，高压负载对应于压缩机126和加热器128；然而，本发明并不如此局限， 原因在于车辆100可以包括任何数量的这样的高压负载。空调控制模块(ACCM)122通信地联 接至且适应于控制压缩机126，并且相似地，冷却剂加热器控制模块CHCM124通信地联接至 且适应于控制加热器128。APM118可以联接(例如，经低压总线134)至一个或多个辅助部 件，诸如12VDC蓄电池120。
车辆100进一步包括控制模块102，所述控制模块102被设置为接收多种输入(例 如，制动踏板输入103、加速踏板输入104等等)以及经由数据总线132或其它合适的通信通 道与各种模块通信，如示出的那样。控制模块102可以是单一模块，或可分配至车辆100内的 多个模块。在一个实施例中，例如，控制模块102是发动机控制模块(ECM)的一部分，如本领 域中已知的那样。在示出的实施例中，控制模块102包括处理器105和存储器106。计算机可 读软件指令可被存储在存储器106中，并且由处理器105执行，以便完成各种程序并且提供 本文中描述的功能。
车辆100和附图1所示的部件共同被设置为以多种模式运行，包括“再生模式”和 “非再生模式”。如本文中所使用的，“再生模式”是指在车辆100的运行期间，ESS116由MGU 112(经由PIM114和高压总线130)再充电的任何模式。不同地，术语“非再生模式”是指ESS 116未经由MGU112再充电的任何运行模式。以另一方式陈述，MGU112被设置为相对于HV总 线130可选择地在再生模式和非再生模式中运行：在第一情形中，对HV总线130提供功率，以 及在后一情形中，作为HV总线130上的负载。一种常见的再生模式包括再生制动，其中制动 踏板的应用(如经由信号103所确定的)引起发动机110经由MGU112和PIM114为ESS116充 电。另一种再生模式对应于相同形式的ESS116的再充电，但是是在车辆100的惯性滑行期 间。
PIM114被设置为将来自MGU112的高压AC信号转换成高压DC信号，其经由高压总 线(或HV总线)130分配至其它部件。为此，本文中使用的术语“高压”与在混合动力车辆和电 动车辆技术领域中工作的本领域普通技术人员理解该术语的方式一致。在一些实施方式 中，例如，HV总线130可以提供300VDC或以上——例如大约360VDC。在其它实施例中，HV总线 以较低电压操作。不同地，将APM118和12V蓄电池120相互连接的总线134在此被称为“低压 总线”。
压缩机126可实施为任何合适的电压缩机，所述电压缩机被设置为经由HV总线130 提供的功率且响应于来自ACCM122的命令和/或信号来运行，ACCM122可以相应地接收来自 控制模块102的命令(例如，以特定功率消耗水平运行的请求)。指定压缩机126的功率消耗 水平的方式可以基于压缩机126的具体实施方式而变化。即，压缩机126的电压、电流和/或 占空因数可以变化。在一个实施例中，例如，压缩机126是“涡旋”型压缩机，其使用134-A制 冷剂并且从HV总线130接收360VDC来驱动内置3相可变速马达。然而，本发明并不如此局限。
加热器128可实施为任何合适的电加热部件，该部件能够经由HV总线130提供的功 率并且响应于来自CHCM124的命令而运行。在一个实施例中，加热器128是以来自HV总线 130的360VDC运行的可变高压加热元件。
在大多数情形中，如将理解的那样，压缩机126和/或加热器128的运行将总体上是 循环的。即，车辆100的乘客或驾驶员通常将为车辆100设定期望的内部环境，并且压缩机 126和/或加热器128(如由模块102、122和124所控制的)将据此反应，根据需要以适当的功 率消耗水平(例如，在零和最大值之间)运行。这样的循环高压部件特别好地适合于本文中 描述的时机型方法，原因在于就它们的真正本质而言，其功率消耗水平将在正常运行期间 变化。
附图2是在非再生模式期间附图1的车辆中的能量流动的概念上的描绘，以及附图 3是在再生模式期间附图1的车辆100中的能量流动的概念上的描绘。更具体地，参考附图2， 在“正常”或非再生模式期间，在电能被提供至ACCM122的同时，电能(由大箭头标示)可以经 由PIM114、MGU112、发动机110、转矩传递机构140和构件142从ESS流向车轮144。这一情况 可以相应于，例如，车辆100加速并且同时车辆100的空调运行、并且因此压缩机126消耗功 率的情形。不同地，附图3描绘了再生模式，其中发动机110、MGU112和PIM114向HV总线130 提供功率。在这样的情形中，基于压缩机126的功率消耗水平，可能或可能不需要来自ESS 116的额外功率。正如将显而易见的，在附图3的再生模式期间，HV总线130上将有更多的可 用功率，因为ESS116和PIM114二者都提供功率。不同地，在附图2中，只有ESS166可用于 向ACCM122提供功率，导致ESS116一定程度地放电。
因此，本实施例考虑，当车辆100处于再生模式时以较高功率消耗水平运行车辆 100中的高压负载(例如，压缩机126和/或加热器128)，以及当车辆100处于非再生模式时以 较低功率消耗水平运行高压负载。
附图4示出了根据一个示例描绘高压负载(例如，附图1的加热器128)的功率消耗 (纵轴402)随时间(横轴404)变化的曲线图400。在这一示例中，车辆100起初在非再生模式 中(在时刻410之前)运行。因此，控制模块102以初始功率消耗水平420(经由CHCM124)操作 加热器128。在时刻410和时刻412之间，假设车辆100处于再生模式中。因此，控制模块102以 较高功率消耗水平422操作加热器128。随后，在时刻412开始的非再生模式期间，功率消耗 水平下降到水平424。
功率消耗水平422大于消耗水平420的程度将基于高压负载的本质变化。
上述过程也在附图5的流程图中示出，其示出了用于管理车辆中的能量消耗的示 例性方法500。起初，在502，由控制模块102接收向高压负载提供功率的请求。即，例如，车辆 100的驾驶员可以修改车辆100的气候控制，以便请求空调的最大水平，这需要压缩机126的 运行。随后，在步骤504，假设车辆100处于非再生模式(例如，加速)。因而，在506，控制模块 102发送命令(可能经由居间模块)至高压负载(例如，压缩机126)，引导压缩机126以第一功 率消耗水平运行。这一状态相应于，例如，附图4中曲线图400在时刻410之前的部分。在508， 车辆100改变至再生模式。这可以相应于，例如，再生制动模式。作为结果，在510，控制模块 102向压缩机126发送命令，引导压缩机126以大于第一功率消耗水平的第二功率消耗水平 运行。这种模式相应于附图4中时刻410和412之间的区域。
综上所述，已经描述的是用于管理混合动力车辆和电动车辆中的能量消耗的改进 的系统和方法，其中通过当车辆处于再生模式时以较高功率消耗水平运行车辆中的高压负 载以及当车辆处于非再生模式时以较低功率消耗水平运行高压负载来管理能量消耗。以这 种方式，直接从能量存储系统(ESS116)消耗的能量被降低，任何相关的电阻加热损失也是 如此。
虽然在前述的详细描述中已呈现了至少一个示例性实施例，但应意识到，存在着 大量变型。也应意识到，示例性实施例或多个示例性实施例仅是示例，并且并不意图以任何 方式限制本公开的范围、应用性或构造。此外，前述的详细描述将为本领域技术人员提供用 于实施示例性实施例或多个示例性实施例的方便的路径图。应理解的是，可以对元件的功 能和布置做出各种改变，而不偏离如在所附的权利要求及其法律等价物中阐述的本公开的 范围。
