CN103124651A - 混合动力*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行混合动力***(12)的方法,所述混合动力***(12)包括作为增程器的内燃机-发电机-单元(6)、至少一个用于驱动混合动力车辆和使之减速的电机(3)以及电池(4),所述方法包括以下步骤:在内燃机-发电机-单元(6)的内燃机中产生机械能;在内燃机-发电机-单元(6)的发电机(8)中将机械能转换成电能;利用来自发电机的电能给电池(4)充电和/或在再生运行中利用来自电机(3)的电能给电池(4)充电,其中,在为了使混合动力车辆减速以及为了在再生运行中利用来自至少一个电机(3)的电能给电池(4)充电而运行至少一个电机(3)期间,对由内燃机-发电机-单元(6)的发电机提供的电功率和/或由至少一个电机(3)在再生运行中提供的用于给电池(4)充电的电功率以下述方式进行控制和/或调节:使得电池(4)的充电功率低于一给定的限值。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于运行混合动力***的方法以及一种根据权利要求12的前序部分所述的混合动力***。
背景技术
在机动车工业中越来越多地研发和/或制造利用电机驱动的机动车。在此,使用于驱动电动车辆的电机运行的电能来自设置在电动车辆中的电池。电池在此在电动车辆驻车期间在电网上充电。电动车辆为此包括充电设备。用于存储电池的电能的容量在此是受限的,从而该电动车辆仅能达到约50km至200km的续航里程或者说运行范围。为了提高电动车辆的续航里程,为该电动车辆配设内燃机-发电机-单元的所谓的“增程器”。在电动车辆行进期间不能由电网给电池充电或不能由电网给电池充分充电的较长行驶路程时,借助于内燃机-发电机-单元给电池充电和/或借助于内燃机-发电机-单元给电机输入电流。由此,可以将这类带有增程器的电动车辆的可能的续航里程增大到与仅利用内燃机驱动的常规机动车的续航里程相应的续航里程。
机动车的电机不仅作为电动机而且作为发电机运行。在作为电动机运行时,电机用于驱动机动车,而在再生运行中该电机作为发电机运行时该电机用于使机动车或者说混合动力车辆减速。如果在混合动力车辆行驶期间需要内燃机-发电机-单元的运行,则利用由内燃机-发电机-单元提供的电能,电机不仅作为电动机运行,而给电池充电。在这样的运行期间可能导致混合动力车辆的减速或制动过程。在混合动力车辆的减速过程期间,使电机从作为电动机运行转换到作为发电机运行,进而产生用于给电池充电的电能。但在此内燃机-发电机-单元也仍运行,从而电池的充电功率由作为发动机的电机的电功率和内燃机-发电机-单元提供的电功率组成。这可能导致电池充电电压的过压或导致高充电电流,这一点可能导致混合动力车辆的高伏部件、特别是电池被损坏。
DE 10 2008 039 907示出了一车辆,其具有电源、蓄电器、用于产生电能和用于给蓄电器充电的发电机、牵引电机和一用于接通和/或切断电源的激活装置,其中,通过一具有控制元件的起动装置来开始由激活装置对电源进行的接通和/或切断,其中控制元件设计成在驾驶员不必在开始时刻位于车辆中的情况下实现所述开始。
发明内容
根据本发明的、用于运行混合动力***的方法,所述混合动力***包括作为增程器的内燃机-发电机-单元、至少一个用于驱动混合动力车辆和使之减速的电机以及电池,所述方法包括以下步骤:在内燃机中产生机械能;在内燃机-发电机-单元的发电机中将机械能转换成电能;利用来自内燃机-发电机-单元的发电机的电能给电池充电和/或在再生运行中利用来自电机的电能给电池充电,其中,在为了使混合动力车辆减速以及为了在再生运行中利用来自至少一个电机的电能给电池充电、至少一个电机作为发动机运行期间,对由内燃机-发电机-单元的发电机提供的电功率和/或由至少一个电机在再生运行中提供的用于给电池充电的电功率以下述方式进行控制和/或调节:使得电池的充电功率低于一给定的限值。
在混合动力车辆的减速过程或制动过程期间,至少一个电机在再生运行中运行并且作为发电机提供用于给电池、特别是高伏电池充电的电能。在此当至少一个电机在再生运行中运行期间,由至少一个电机提供的、用于给电池充电的电功率在同时运行内燃机-发电机-单元的情况下首先保持在一低的值或被切断,从而由此由至少一个电机提供的电功率与由内燃机-发电机-单元提供的电功率之和不超过一给定的限值,因此不损坏混合动力***的高伏部件、特别是电池。
特别是,利用内燃机的转速和/或内燃机-发电机-单元的发电机的转速来控制和/或调节由内燃机-发电机-单元的发电机提供的电功率;和/或电池的充电功率的给定的限值在内燃机-发电机-单元的最大电功率的0.9或2.5倍之间、特别是在0.9或1.5倍之间;和/或给定的限值与混合动力***参数相关,该参数例如是部件——例如电池——的温度。
在另一种实施方案中,电池的充电功率由内燃机-发电机-单元的发电机提供的电功率与由电机提供的电功率之和形成,并且优选地,考虑辅助设备——例如空调装置或加热装置——的所需的电(消耗)功率。该辅助设备消耗电功率,从而由此电池的充电功率相当于由内燃机-发电机-单元的发电机提供的电功率与电机提供的电功率之和减去辅助设备的电(消耗)功率。
在一种补充的实施方式中,由内燃机-发电机-单元的发电机提供的电功率根据电机的再生转矩被控制和/或调节,和/或反之亦然。利用再生转矩使混合动力车辆由电机在再生运行中被制动或减速,并且利用再生转矩使电机作为发电机被驱动并产生电流。因此,该再生转矩直接地与电机提供的电功率成比例。
优选地,由内燃机-发电机-单元的发电机提供的电功率被控制和/或调节成间接地与电机的再生转矩成比例;和/或电机的再生转矩被控制和/或调节成间接地与由内燃机-发电机-单元的发电机提供的电功率成比例。
在一种附加的实施例中,电机的再生转矩被控制和/或调节得越大,由增程器的发电机提供的电功率越小,反之亦然。
在一种变型方案中,从减速过程开始起,提高再生转矩。
合理地,在减速过程开始时段期间电机不提供再生力矩;和/或总制动转矩由再生转矩与至少一个混合动力车辆制动器的制动转矩之和形成。混合动力车辆通过一总制动转矩制动或减速,其中该总制动转矩由电机的再生转矩和至少一个混合动力车辆制动器的制动转矩组成。混合动力车辆制动器例如是混合动力车辆上的盘式制动器或鼓式制动器。
在另一种实施方式中,在减速过程开始时段期间电机不再提供再生转矩如此之久,直到由增程器的发电机提供的电功率降低,例如降低了至少5%、10%或20%。在减速过程开始时段期间,增程器仍处于运行中,并且为了避免附加地由于电机在再生运行中运行而给电池输入充电功率而在开始时段期间仅由至少一个混合动力车辆制动器提供总制动转矩。仅当内燃机-发电机-单元的电功率已经降低时,才可以在相同范围内相应地提高再生转矩或由电机提供的电功率。
特别是,由内燃机-发电机-单元的发电机和/或电机产生的交流电由一——优选非受控的——整流器转换成用于给电池充电的直流电。
在另一种实施方案中,由内燃机-发电机-单元的发电机提供的电流和/或由电机在再生运行中提供的、用于给电池充电的电流以下述方式进行控制和/或调节,使得电池的充电电流低于一给定的电流限值。
在一种补充的变型方案中,由一车辆控制单元来预先给定电机的预期转矩、特别是再生转矩和/或驱动转矩;和/或由一电控单元来控制和/或调节电机的实际转矩、特别是再生转矩和/或驱动转矩;和/或由一增程器控制单元来控制和/或调节由内燃机-发电机-单元的发电机提供的电功率。
根据本发明的用于混合动力车辆的混合动力***,包括:用于驱动混合动力车辆和使之减速的电机;电池;作为增程器的内燃机-发电机-单元,其用于给电池充电和/或用于产生用于作为马达的电机的电能,其中,能实施按照权利要求所述的方法。
在另一种变型方案中,混合动力***包括一——优选非受控的——整流器,该整流器用于将由增程器的发电机和/或电机产生的交流电转换成用于给电池充电的直流电。
在另一种实施方案中,混合动力***包括一车辆控制单元,由该车辆控制单元能预先给定电机的预期转矩;和/或混合动力***包括一电控单元用以控制和/或调节电机的实际转矩;和/或混合动力***包括一增程器控制单元用以控制和/或调节由内燃机-发电机-单元的发电机提供的电功率。
特别是,车辆控制单元、电控单元和增程器控制单元组合成一控制单元。
在一种变型方案中,发电机是——优选永久励磁的——同步电机。
附图说明
下面参照附图更详细地描述本发明的实施例。其中示出了:
图1示出了作为增程器的内燃机-发电机-单元的图解式的***图,
图2示出了混合动力***的图解式的***图,
图3示出了多个图表,和
图4示出了混合动力车辆的一视图。
具体实施方式
在作为机动车2的混合动力车辆1中,其由电机3借助于来自电池4的电能运行,为了扩展混合动力车辆1的续航里程而使用一内燃机-发电机-单元6。借助于作为所谓的增程器的内燃机-发电机-单元6,借助于来自燃料箱5的、被引导通过燃料管路16的燃料,由内燃机7产生机械能,其由作为永久励磁同步电机9的发电机8转换成电能。内燃机7与发电机8借助于一传动轴15机械连接(图1)。发电机8产生交流电,该交流电由一非受控的整流器11转换成直流电。内燃机-发电机-单元6因此不具有脉冲逆变器,从而由内燃机-发电机-单元6提供的电功率P直接地与内燃机7的转速n或发电机8的转速n成比例。借助于来自发电机8的电能或者给电池4充电和/或使电机3运行。由此,可以使混合动力车辆1的续航里程明显地扩大,例如扩大到约300km至600km范围内的续航里程。借助于来自电池4的电能的混合动力车辆1的续航里程例如在50km至150km的范围内。一混合动力***12包括内燃机-发电机-单元6、电机3和电池4。
作为同步电机9的发电机8、非受控的整流器11和电池4在此借助于电路17彼此连接。为了给混合动力车辆1的电池4(图4)充电必要的是:由整流器11提供的直流电电压大于电池4的电压。电池4的电压在此与电池4的充电状态或负荷状态相关。一控制单元13借助于未示出的控制线路得到用于给电池4充电的直流电电压的预期值。借助于该预期值,由作为用于控制直流电电压的装置10的控制单元13来控制和/或调节内燃机7的转速n。
内燃机7的转速、进而发电机8的转速越高,由于仅借助于传动轴15的机械联接,由发电机8提供的交流电的电压越大。由发电机8提供的交流电的电压越高,由整流器11提供的直流电的电压越大,并且反之亦然。由此,可以通过控制和/或调节内燃机7的转速、进而控制和/或调节发电机8的转速,对由整流器11整流的电流的电压进行控制和/或调节以用于给电池充电。
在内燃机-发电机-单元6的另一种未示出的实施例中,内燃机7与发电机8借助于一传动机构连接。借助于该传动机构,可以与内燃机7的转速无关地来控制和/或调节发电机8的转速、进而控制和/或调节由整流器11提供的直流电的电压。控制单元13借助于未示出的传动机构来控制发电机8的转速、进而控制由整流器11提供的直流电的电压。
在图4中示出了混合动力车辆1。混合动力车辆1仅由电机3驱动。用于驱动电动车辆1的电能来自电池4和/或内燃机-发电机-单元6。为了提高电动车辆1的续航里程,在混合动力车辆1中安装根据图1的内燃机-发电机-单元6。由此可以将混合动力车辆2的续航里程扩大到约300至600km范围内的续航里程。借助于由发电机8提供的电流可以或者给电池4充电和/或运行电机3以驱动或者牵引混合动力车辆1。
用于驱动混合动力车辆1的电机3也可以在再生运行中作为发电机用于使混合动力车辆1减速或制动。因此,电机3不仅作为电动机运行,而且作为发电机运行。在再生运行中,电机3将一作为负转矩的再生转矩施加到混合动力车辆1上,从而由此使混合动力车辆1制动。借助于该再生转矩驱动电机3并且其产生电流以给电池4充电。在此优选地,电池4是一高伏电池、例如具有高于50伏或100伏的电压。在混合动力车辆1驻车期间,可以借助于一未示出的外部或内部的充电设备、通过一外部的电网、例如一230伏的家用电网给该混合动力车辆充电。
图3中示出五个图表。在所有图表中在横坐标上表示时间。在图3中所示的最上方的图表中,在纵坐标上表示混合动力车辆1的速度v。混合动力车辆1首先以一恒定的速度行驶,从一时刻t1起混合动力车辆1的速度降低,因此从时刻t1起存在混合动力车辆1的减速过程或制动过程。
在图3中从上方起示出的第二图表中,在纵坐标上示出电机3的转矩ME。直到时刻t1电机3提供正转矩ME作为用于驱动混合动力车辆1的驱动转矩,而从时刻t1起电机3提供负转矩,即用于使混合动力车辆1减速的再生转矩。因此,电机3直到时刻t1作为电动机运行,从时刻t1起作为发电机运行。在此,从时刻t1到时刻t2,再生转矩恒定地提高,并且从时刻t2起电机3提供一恒定的再生转矩ME。在图3所示的第三图表中示出了内燃机-发电机-单元6的电功率P。直到时刻t1,即在混合动力车辆1借助于来自作为电动机的电机3的机械能行驶期间,由内燃机-发电机-单元6提供电功率P,以便一方面给电机3供给电能而另一方面给电池4充电。在图3中的第四图表中,示出内燃机-发电机-单元6的内燃机7的转速n。在此,由内燃机-发电机-单元6提供的电能直接地与内燃机-发电机-单元6的发电机8或内燃机7的转速成比例,这是因为使用一非受控的整流器11来将发电机8产生的交流电转换成直流电。混合动力车辆1在四个车轮上分别具有作为盘式制动器的混合动力车辆制动器14。从时刻t1起,由混合动力车辆1的驾驶员通过操作未示出的制动踏板引入制动过程。驾驶员由此给出一总制动转矩,利用该总制动转矩使混合动力车辆1减速。但通过在时刻t1操作制动踏板不会使由内燃机-发电机-单元6提供的电功率在极短的时间、例如小于一秒或几微秒的时间中降低到零,以便电池4的充电功率不超过一给定的限值,该充电功率由内燃机-发电机-单元6和电机3提供的电功率之和组成以用于为电池4充电。出于该原因,在时刻t1总制动转矩仅由带来制动力矩MB的混合动力车辆制动器14提供,而电机3不提供再生转矩。从时刻t1到时刻t2,混合动力车辆制动器14的制动转矩MB线性地降低并且同时电机3的再生转矩以相同的程度提高。附加地,从时刻t1到时刻t2,由内燃机-发电机-单元6提供的电功率降低到零。由此,即使在时刻t1与时刻t2之间的减速过程期间,电池4的总充电功率也保持低于一给定的限值,该给定的限值在该实施例中直到时刻t1相应于内燃机-发电机-单元6的电功率。从时刻t2起,不由内燃机-发电机-单元6提供电功率,即该内燃机-发电机-单元被切断,而混合动力车辆1的减速仅借助于由电机3提供的再生转矩实施。
在图3中示出的曲线在此可以多样地改变或变化。例如,如果例如混合动力车辆1的驾驶员希望混合动力车辆1强烈地减速,例如可以从时刻t2起使总制动转矩不仅由电机3提供,而且附加地除电机3外还由混合动力车辆制动器14提供。如果根据图3中的第三图表直到时刻t1,电池4的充电功率的给定的限值大于内燃机-发电机-单元6的电功率,在时刻t1电机3便可以提供(小的)再生转矩、进而还提供用于给电池4充电的电功率,而不超过电池4的充电功率的给定的限值。如果在减速过程期间由混合动力车辆1的驾驶员仅要求一极小的总制动转矩,在时刻t2之后也仍可以使内燃机-发电机-单元6以较低的电功率运行,从而在时刻t2之后,电池4不仅由电机3提供的电功率充电、而且由内燃机-发电机-单元6充电。由此,在减速过程期间由混合动力车辆的驾驶员要求的不同大小的制动转矩导致该过程或混合动力***12的部件的运行方式的变化。
一车辆控制单元18预先给定电机3的需要的预期转矩。一电控单元19控制和/或调节电机3,从而电动机3的实际转矩与由车辆控制单元18给定的预期转矩相当。由一增程器控制单元20控制和/或调节由内燃机-发电机-单元6的发电机8提供的电功率。在此,车辆控制单元18、电控单元19和增程器控制单元20被包含在控制单元13中。
总体看来,根据本发明的混合动力***12具有明显的优点。在减速过程期间、特别是在其开始时,电机3不或仅以很小的范围以再生运行方式运行,从而给电池4提供的充电功率低于一给定的限值,因为由内燃机-发电机-单元6在减速过程期间——特别是在减速过程开始时——提供的电功率不会在极短的时间内降低到零或较小的值。由此,给电池4提供的最大充电功率可以很小,并且能够避免电池4的损坏。
Claims (15)
1. 用于运行混合动力***(12)的方法,所述混合动力***(12)包括作为增程器的内燃机-发电机-单元(6)、至少一个用于驱动混合动力车辆(1)和使之减速的电机(3)以及电池(4),所述方法包括以下步骤:
-在所述内燃机-发电机-单元(6)的内燃机(7)中产生机械能,
-在所述内燃机-发电机-单元(6)的发电机(8)中将机械能转换成电能,
-利用来自发电机(8)的电能给电池(4)充电,和/或
-在再生运行中利用来自电机(3)的电能给电池(4)充电,
其特征在于,
在为了使混合动力车辆(1)减速以及为了在再生运行中利用来自所述至少一个电机(3)的电能给电池(4)充电而运行所述至少一个电机(3)期间,对由所述内燃机-发电机-单元(6)的发电机(8)提供的电功率和/或由所述至少一个电机(3)在再生运行中提供的用于给电池(4)充电的电功率以下述方式进行控制和/或调节:使得电池(4)的充电功率低于一给定的限值。
2. 按照权利要求1所述的方法,其特征在于,利用内燃机-发电机-单元(6)的发电机(8)的转速和/或内燃机(7)的转速来控制和/或调节由内燃机-发电机-单元(6)的发电机(8)提供的电功率;和/或
电池(4)的充电功率的给定的限值在内燃机-发电机-单元(6)的最大电功率的0.9或2.5倍之间、特别是在0.9或1.5倍之间。
3. 按照权利要求1或2所述的方法,其特征在于,电池(4)的充电功率由内燃机-发电机-单元(6)的发电机(8)提供的电功率和由电机(3)提供的电功率之和形成。
4. 按照上述权利要求中一项或多项所述的方法,其特征在于,由内燃机-发电机-单元(6)的发电机(8)提供的电功率根据电机(3)的再生转矩被控制和/或调节,和/或反之亦然。
5. 按照权利要求4所述的方法,其特征在于,由内燃机-发电机-单元(6)的发电机(8)提供的电功率被控制和/或调节成间接地与电机(3)的再生转矩成比例;
和/或
电机(3)的再生转矩被控制和/或调节成间接地与由内燃机-发电机-单元(6)的发电机(8)提供的电功率成比例。
6. 按照上述权利要求中一项或多项所述的方法,其特征在于,从减速过程开始起,提高再生转矩。
7. 按照上述权利要求中一项或多项所述的方法,其特征在于,在减速过程开始时段期间,电机(3)不提供再生力矩;
和/或
总制动转矩由再生转矩与至少一个混合动力车辆制动器(14)的制动转矩之和形成。
8. 按照上述权利要求中一项或多项所述的方法,其特征在于,在减速过程开始时段期间,电机(3)不再提供再生转矩如此之久,直到由增程器的发电机(8)提供的电功率降低。
9. 按照上述权利要求中一项或多项所述的方法,其特征在于,由内燃机-发电机-单元(6)的发电机(8)和/或电机(3)产生的交流电由一——优选非受控的——整流器(11)转换成用于给电池(4)充电的直流电。
10. 按照上述权利要求中一项或多项所述的方法,其特征在于,由内燃机-发电机-单元(6)的发电机(8)提供的电流和/或由电机(3)在再生运行中提供的、用于给电池(4)充电的电流以下述方式进行控制和/或调节,使得电池(4)的充电电流低于一给定的电流限值。
11. 按照上述权利要求中一项或多项所述的方法,其特征在于,由一车辆控制单元(18)来预先给定电机(3)的预期转矩、特别是再生转矩和/或驱动转矩;
和/或
由一电控单元(19)来控制和/或调节电机(3)的实际转矩、特别是再生转矩和/或驱动转矩;
和/或
由一增程器控制单元(20)来控制和/或调节由内燃机-发电机-单元(6)的发电机(8)提供的电功率。
12. 一种用于混合动力车辆(1)的混合动力***(12),包括:
用于驱动混合动力车辆(1)和使之减速的电机(3),
电池(4),
作为增程器的内燃机-发电机-单元(6),其用于给电池(4)充电和/或用于产生用于电机(3)的电能,
其特征在于,
能实施按照上述权利要求中一项或多项所述的方法。
13. 按照权利要求12所述的混合动力***,其特征在于,混合动力***(12)包括一——优选非受控的——整流器(11),所述整流器用于将由增程器的发电机(8)和/或电机(3)产生的交流电转换成用于给电池(4)充电的直流电。
14. 按照权利要求12或13所述的混合动力***,其特征在于,混合动力***(12)包括一车辆控制单元(18),由所述车辆控制单元能预先给定电机(3)的预期转矩,
和/或
混合动力***(12)包括一电控单元(19)用以控制和/或调节电机(3)的实际转矩,
和/或
混合动力***(12)包括一增程器控制单元(20)用以控制和/或调节由内燃机-发电机-单元(6)的发电机(8)提供的电功率。
15. 按照权利要求14所述的混合动力***,其特征在于,车辆控制单元(18)、电控单元(19)和增程器控制单元(20)组合成一控制单元(13)。
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