CN102235236A - 按需电力控制策略 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及按需电力控制策略。具体而言，机动车辆包括配置为产生发动机动力的内燃发动机、可操作地连接至所述内燃发动机并配置为用于传递发动机动力以驱动车辆的变速器。所述车辆还包括配置为以三相电力操作的三相电气装置，和可操作地与所述发动机连接的交流发电机。所述交流发电机配置为以三相电力操作，以便提供未经整流的三相电力来直接操作所述三相电气装置，并且在发动机关闭时停止供应电力。

Description

按需电力控制策略
技术领域
本发明涉及使用内燃发动机的车辆中的按需电力控制策略。
背景技术
现代车辆大多数使用内燃发动机来进行推动。为了减少废气排放和提高燃料效率，有些车辆采用电动机/发电机结合内燃发动机组成的混合动力系。同样是为了减少废气排放和提高燃料效率，一些其它车辆则结合有具备了起动-停止功能的内燃发动机。
起动-停止功能使发动机在车辆停下来的时候能够自动关闭，然后在车辆操作者释放目标车辆的制动器踏板的时候自动地重新起动。一般来说，由于在车辆停止的时候发动机没有消耗燃料或产生燃烧后的废气，所以起动-停止功能减少了发动机排放、提高了车辆的总体燃料效率。
在上述任意一种动力总成上使用的内燃发动机通常都会被用来驱动交流发电机，交流发电机配置成用于产生电力以运行各种车辆配件和子***，以及为车载的能量存储装置充电。在具备起动-停止功能的发动机里，交流发电机/电动机可以专门设计成当再次需要车辆运动的时候快速重新起动已经关闭的发动机。
发明内容
机动车辆包括配置为产生发动机动力的内燃发动机、可操作地连接至所述内燃发动机并配置为传递发动机动力以驱动车辆的变速器。所述车辆另外包括配置为以三相电力运行的三相电气装置和可操作地与所述发动机连接的交流发电机。所述交流发电机配置为以三相电力操作，以便提供未经整流的三相电力来直接操作所述三相电气装置，并且在发动机关闭时停止供应电力。
所述发动机另外可以包括自动起动/停止功能。所述交流发电机可以是带驱动式交流发电机-起动器（BAS），其配置为，即尺寸设计成并适于选择性地起动发动机，以及被发动机驱动。
所述车辆另外可以包括用于调节所述交流发电机的操作的控制器。所述三相电气装置可以是电动流体泵，所述电动流体泵被设置为向发动机供应流体，例如电阻式加热器，即配置为释放热能的能量耗散装置。所述电阻式加热器可以适于向变速器中的油或发动机中的油提供热能，从而增加相应油的温度。
所述车辆还可以包括加热、通风和空调（HVAC）***，因此所述能量耗散装置还可以是适于增加由所述HVAC***供应的空气的温度的加热元件。此外，所述车辆还可以包括整流器和能量存储装置，所述交流发电机可以经由所述整流器向所述能量存储装置供应经整流的电力。
所述发动机可以包括排气催化剂，因此所述的电阻加热器可以适于提高这种催化剂的操作温度。
本发明还公开了一种用于在车辆中利用交流发电机操作三相电气装置的方法和***。
本发明还包括以下方案：
方案1. 一种机动车辆，包括：
配置为产生发动机动力的内燃发动机；
可操作地连接至所述发动机并配置为传递所述发动机动力以驱动所述车辆的变速器；
可操作地连接至所述发动机的交流发电机，所述交流发电机配置为由所述发动机驱动、以三相电力进行操作、以及当所述发动机关闭时停止供应电力；和
配置为以三相电力操作的三相电气装置；
其中，所述交流发电机配置为提供未经整流的三相电力以直接操作所述三相电气装置。
方案2. 如方案1所述的车辆，其中，所述发动机包括自动起动/停止功能，并且所述交流发电机是配置为选择性地起动所述发动机的带驱动式交流发电机-起动器BAS。
方案3. 如方案1所述的车辆，还包括用于调整所述交流发电机的操作的控制器。
方案4. 如方案1所述的车辆，其中，所述三相电气装置是被设置为向所述发动机供应流体的电动流体泵。
方案5. 如方案1所述的车辆，其中，所述三相电气装置是电阻加热器。
方案6. 如方案5所述的车辆，其中，所述电阻加热器适于为所述变速器内的油和所述发动机内的油中的一个提供热能。
方案7. 如方案5所述的车辆，其中，所述发动机还包括排气催化剂，并且所述电阻加热器适于向所述排气催化剂提供热能。
方案8. 如方案5所述的车辆，还包括加热、通风和空调HVAC***，并且其中，所述三相电气装置是适于向由所述HVAC***供应的空气提供热能的加热元件。
方案9. 如方案1所述的车辆，还包括整流器和能量存储装置，并且其中，所述交流发电机将经由所述整流器整流的电力供应至所述能量存储装置。
方案10. 一种用于操作车辆中的三相电气装置的方法，所述车辆具有内燃发动机和变速器，所述变速器可操作地连接至所述内燃发动机并配置为传递发动机动力以驱动所述车辆，所述方法包括：
起动内燃发动机；
经由所述内燃发动机为交流发电机提供动力，其中，所述交流发电机配置为以三相电力进行操作；
利用由所述交流发电机供应的未经整流的三相电力来直接操作所述三相电气装置；和
利用控制器根据预定的调度计划来调整所述交流发电机供应的未经整流的三相电力。
方案11. 如方案10所述的方法，其中，所述三相电气装置是用于流体泵的电动机，并利用由所述交流发电机供应的未经整流的三相电力来向所述发动机提供流体。
方案12. 如方案10所述的方法，其中，所述车辆还包括：排气催化剂，以及加热、通风和空调HVAC***，并且所述三相电气装置是电阻加热器，所述电阻加热器适于利用所述交流发电机供应的未经整流的三相电力来给所述变速器中的油、所述发动机中的油、所述排气催化剂和由所述HVAC***供应的空气中的至少一个提供热能。
方案13. 如方案10所述的方法，还包括当所述发动机关闭时停止向所述交流发电机提供动力。
方案14. 如方案10所述的方法，还包括利用整流器来供应经过整流的、由所述交流发电机提供的电力。
方案15. 如方案10所述的方法，其中，所述发动机包括自动起动/停止功能，所述交流发电机是配置为起动所述发动机的带驱动式交流发电机-起动器BAS，并且调整未经整流的三相电力包括利用所述BAS起动所述发动机。
方案16. 一种用于控制车辆中的三相电气装置的***，所述***包括：
配置为产生发动机动力的内燃发动机；
可操作地连接至所述发动机并配置为传递所述发动机的动力以驱动所述车辆的变速器；和
可操作地连接至所述发动机的交流发电机，所述交流发电机配置为由所述发动机驱动、以三相电力进行操作，以及在所述发动机关闭时停止供应电力；和
适于根据预定的调度计划来调整所述三相电力的控制器，用于：
    利用所述发动机向所述交流发电机提供动力；和
    利用由所述交流发电机提供的未经整流的三相电力来直接操作三相电气装置。
方案17. 如方案16所述的***，其中，所述三相电气装置是用于流体泵的电动机，并且利用所述交流发电机供应的未经整流的三相电力为所述发动机提供流体。
方案18. 如方案16所述的***，其中，所述混合动力电动车还包括排气催化剂，以及加热、通风和空调HVAC***，并且所述三相电气装置是电阻加热器，所述电阻加热器适于利用所述交流发电机供应的未经整流的三相电力来给所述变速器中的油、所述发动机中的油、所述排气催化剂和由所述HVAC***供应的空气中的至少一个提供热能。
方案19. 如方案16所述的***，其中，所述控制器还适于对将经由整流器整流的由所述交流发电机产生的电力供应至能量存储装置来进行调节。
方案20. 如方案16所述的***，其中，所述发动机包括自动起动/停止功能，所述交流发电机是配置为起动所述发动机的带驱动式交流发电机-起动器BAS，并且所述控制器还适于利用所述BAS调整所述三相电力以便起动所述发动机。
结合附图，本发明的上述特征和优点以及其他的特征和优点将通过以下有关实施本发明的最佳模式的详细描述而变得十分明显。
附图说明
图1是采用三相交流发电机直接操作的三相电气装置的车辆的示意性平面图；和
图2是显示了利用图1所示的车辆中的交流发电机来操作三相电气装置的方法的流程图。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记表示相同的部件。图1是混合动力电动车（HEV）10 的示意图。HEV 10包括配置为产生动力并适于驱动车轮14和/或车轮16以推动车辆的内燃发动机12 （例如火花点火式发动机或压缩点火式发动机）。虽然所显示的是混合动力电动车，但是任何采用内燃发动机的车辆都是可以设想的。
发动机12包括起动-停止功能，其中，当HEV 10停下来的时候发动机自动关闭，并且在车辆操作者释放制动器（未示出）的时候重新起动。发动机12包括电动流体泵18，其适于提供加压流体并使这些流体在整个发动机里循环以对发动机冷却起作用。正如本领域技术人员所理解的那样，流体泵18是一种配置成以未经整流的三相电力进行操作的三相电气装置。HEV 10另外还包括加热、通风和空调（HVAC）***19，用于向车辆的客舱供应外部空气。
采用电动流体泵18代替机械驱动的流体泵，使发动机12更有效率地操作。典型的机械驱动的流体泵的尺寸一般设计为对低转速的发动机操作（例如怠速和巡航速度）提供充足的流体流量和压力。因此，由于机械的流体泵的速度与发动机转速是成比例的，所以在发动机速度较高时的流体流量和压力经常超出发动机可靠操作所要求的流体流量和压力。然而，以这种非必需的高流体泵转速来操作机械的流体泵会由于给发动机带来额外负载，从而降低发动机的效率，并且会从发动机动力输出中消耗高达10马力的动力。通过允许用于驱动泵的三相电流在特定的工况下根据目标发动机的润滑需求来得以调节，电动流体泵18解决了这个效率问题。此外，如本领域的技术人员应能理解的那样，当不需要流体流量的时候，泵18还可以由相对便宜的电气继电器来关闭，而机械驱动的流体泵则需要使用昂贵的机械离合器。
发动机12通过变速器20经由驱动轴或传动轴22把动力传递给从动轮14和/或16，用于驱动HEV 10。发动机12通过排气***24向周围环境排放出气体，这些气体是燃烧过程的产物。排气***24包括催化转换器26，正如本领域技术人员所理解的那样，催化转换器用于在所述气体进入大气之前减少所排出废气的毒性。发动机12、车轮14和16、变速器20和传动轴22都是HEV 10的传动系的一部分。
仍然参考图1，HEV 10还包括配置为产生电力并将其供应给HEV 10的各种电气装置的带驱动式交流发电机28。交流发电机28被示出为交流发电机-起动器（BAS），其配置为（即尺寸设计为并适于）选择性地起动发动机，以及也能被发动机12驱动以向HEV 10的各种电气装置供应电力。如本领域的技术人员应能理解的那样，配置为BAS的交流发电机28通常是电动机/发电机，其尺寸设计为在发动机已经被关闭后并且在车辆的操作者释放制动器的时候快速并自动地重新起动发动机12。不论是被配置为仅用作发电机或配置为作为BAS，交流发电机28总是通过带29可操作地与发动机12连接，并配置为在发动机运转时由发动机驱动。
交流发电机28被配置为以三相电力进行操作，如本领域技术人员所理解的那样。当发动机12运转时，交流发电机28直接供应交流电（AC）和三相电力（即不经过任何整流器），以操作三相电气装置。通过用AC电力替代直流（DC）电力，使得有线连接的线规厚度（gage thickness）得以减少，从而降低了HEV 10的重量和成本。此外，三相操作相较DC而言允许电力更快地渐变上升并达到更高电平，从而从特定的三相电气装置获得更快的响应。由于交流发电机28直接由发动机12驱动，当发动机关闭时交流发电机停止供应电力。
交流发电机28被配置为在发动机12运转时以整流DC的形式向能量存储装置30（例如一个或多个蓄电池）供应能量。本领域的技术人员应能理解，由交流发电机28产生的三相电力经由整流器31从AC电力被转换为DC电力。能量存储装置30以DC的形式供应电能，以便在发动机12关闭时向交流发电机28供应电力，以使交流发电机能够起动发动机。能量存储装置30通常也向车辆的各种其他附件供应电能，例如车辆的内部和外部照明装置（未示出）。能量存储装置30被配置为选择性地存储能量，并且根据HEV 10的所需操作来释放所存储的能量。HEV 10还包括控制器32，控制器32适于调节发动机12、变速器20、交流发电机28和能量存储装置30的操作。
发动机12包括电阻加热器34，其中，电阻加热器34用作三相电能耗散装置。电阻加热器34向发动机12中的油供应热能，从而更快地获得所希望的发动机操作温度。发动机12更有效地操作，更彻底地燃烧燃料-空气混合物，因此，如本领域技术人员应能理解的那样，当发动机以某个预定的操作温度进行操作时，其排放更低的废气排放。
变速器20包括电阻加热器36，其中电阻加热器36作为三相电能耗散装置使用。电阻加热器36向变速器20中的油供应热能，以便更快速地实现所期望的变速器操作温度。变速器20表现出更小的内寄生阻力，因此如本领域技术人员能够理解的那样，当它运行在某个预定操作温度下时的运行效率更高。
仍然参考图1，当发动机12在自动起动/停止操纵过程中间歇性地关闭并由配置为BAS的交流发电机28重新起动的时候，例如在交通拥挤时频繁地走走停停的时候，发动机12显著地冷却。在这种情况下，发动机12在重新起动后相对于发动机充分预热状态会频繁出现废气排放增加的情况。为了减少重新起动后的废气排放，每个催化转换器26都包括电阻加热器38，其中每个电阻加热器38都作为三相电能耗散装置来向每个催化转换器供应热能。电阻加热器38被用于有效地使催化转换器26起燃以减少冷起动废气排放，而不是向发动机12供应额外的燃料，本领域技术人员能够理解，这是减少冷起动排放的常用策略。
HVAC***19包括加热元件40，其中，加热元件40用作三相电能耗散装置。加热元件40适于为由HVAC***供应给HEV 10的客舱的空气提供热能。加热元件40对热交换器进行补充，所述热交换器（未示出）通常用于将来自发动机冷却剂的热能传递给由HVAC***19提供的空气。因此，加热元件40被配置为：即便HEV 10的冷却剂尚未充分预热也能增加由HVAC***19所排放的空气的温度。
控制器32适于调整交流发电机28的操作，从而选择性地或同时地向电阻加热器34、36、38和加热元件40供应三相电力。如本领域技术人员所理解的那样，控制器32另外还可以将这种三相装置作为电力转向泵和/或用于散热器的冷却风扇来驱动。当HEV 10的操作需要时，控制器32根据预定的调度计划、以及按照编程到控制器里的算法来调节从交流发电机28输入到流体泵18、电阻加热器34、36、38和加热元件40中的三相电力。控制器32进行操作以改变三相电流的工作频率，从而根据需要改变交流发电机28的速度。本领域技术人员应能理解，利用算法编程到控制器32里的调度计划一般是在研发HEV 10过程中的测试和校验阶段确定的。
图2说明了用于操作三相电气装置的方法50，如前文结合图1所述那样，其中所述三相电气装置包括：HEV 10中的流体泵18，电阻加热器34、36、38，和加热元件40。所述方法从步骤52开始，然后进行到步骤54，在此处发动机被起动。在步骤54之后，在步骤56中，交流发电机28由发动机12提供动力，然后该方法进行到步骤58。在步骤58中，至少一个三相电气装置（例如，流体泵18，电阻加热器34、36、38，和加热元件40）经由交流发电机28供应的未经整流的三相电力来直接操作。在步骤58之后，在步骤60中，交流发电机28供应的未经整流的三相电力由控制器32根据预先设定的调度计划来调整。在步骤60之后，该方法可循环回到步骤58以运行另一个三相电气装置，或进行到步骤62结束该方法。
尽管已经详细描述了用于实施本发明的最佳模式，但熟悉本发明相关领域的本领域普通技术人员将会认识到，在所附权利要求的范围内还存在用于实施本发明的其他各种替代性设计和实施例。

Claims (10)

1.一种机动车辆，包括：
配置为产生发动机动力的内燃发动机；
可操作地连接至所述发动机并配置为传递所述发动机动力以驱动所述车辆的变速器；
可操作地连接至所述发动机的交流发电机，所述交流发电机配置为由所述发动机驱动、以三相电力进行操作、以及当所述发动机关闭时停止供应电力；和
配置为以三相电力操作的三相电气装置；
其中，所述交流发电机配置为提供未经整流的三相电力以直接操作所述三相电气装置。
2.如权利要求1所述的车辆，其中，所述发动机包括自动起动/停止功能，并且所述交流发电机是配置为选择性地起动所述发动机的带驱动式交流发电机-起动器BAS。
3.如权利要求1所述的车辆，还包括用于调整所述交流发电机的操作的控制器。
4.如权利要求1所述的车辆，其中，所述三相电气装置是被设置为向所述发动机供应流体的电动流体泵。
5.如权利要求1所述的车辆，其中，所述三相电气装置是电阻加热器。
6.如权利要求5所述的车辆，其中，所述电阻加热器适于为所述变速器内的油和所述发动机内的油中的一个提供热能。
7.如权利要求5所述的车辆，其中，所述发动机还包括排气催化剂，并且所述电阻加热器适于向所述排气催化剂提供热能。
8.如权利要求5所述的车辆，还包括加热、通风和空调HVAC***，并且其中，所述三相电气装置是适于向由所述HVAC***供应的空气提供热能的加热元件。
9.一种用于操作车辆中的三相电气装置的方法，所述车辆具有内燃发动机和变速器，所述变速器可操作地连接至所述内燃发动机并配置为传递发动机动力以驱动所述车辆，所述方法包括：
起动内燃发动机；
经由所述内燃发动机为交流发电机提供动力，其中，所述交流发电机配置为以三相电力进行操作；
利用由所述交流发电机供应的未经整流的三相电力来直接操作所述三相电气装置；和
利用控制器根据预定的调度计划来调整所述交流发电机供应的未经整流的三相电力。
10.一种用于控制车辆中的三相电气装置的***，所述***包括：
配置为产生发动机动力的内燃发动机；
可操作地连接至所述发动机并配置为传递所述发动机的动力以驱动所述车辆的变速器；和
可操作地连接至所述发动机的交流发电机，所述交流发电机配置为由所述发动机驱动、以三相电力进行操作，以及在所述发动机关闭时停止供应电力；和
适于根据预定的调度计划来调整所述三相电力的控制器，用于：
    利用所述发动机向所述交流发电机提供动力；和
    利用由所述交流发电机提供的未经整流的三相电力来直接操作三相电气装置。
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