CN109094554A - 用于混合动力电动车辆的辅助电源 - Google Patents

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CN109094554A
CN109094554A CN201810612013.2A CN201810612013A CN109094554A CN 109094554 A CN109094554 A CN 109094554A CN 201810612013 A CN201810612013 A CN 201810612013A CN 109094554 A CN109094554 A CN 109094554A
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voltage
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CN201810612013.2A
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奥萨姆·阿塔拉
马克·J·弗尔勒
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Ford Global Technologies LLC
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

本公开涉及用于混合动力电动车辆的辅助电源。一种车辆包括被配置为产生低电压功率的第一电机。所述车辆包括被配置为产生高电压功率的第二电机。所述车辆包括被配置为将由第二电机产生的高电压功率转换为低电压功率的功率转换器。所述车辆包括控制器，所述控制器被配置为：响应于低电压功率需求超过所述功率转换器的限制，操作第一电机和所述功率转换器以满足所述低电压功率需求；在所述低电压功率需求未超过所述功率转换器的限制的情况下，响应于所述功率转换器是可操作的，仅操作所述功率转换器以满足所述低电压功率需求。

Description

用于混合动力电动车辆的辅助电源
技术领域
本申请总体上涉及混合动力电动车辆中的被配置为将电力补充到低电压电力总线的电源。
背景技术
混合动力电动车辆(HEV)利用从高电压电力总线和低电压电力总线汲取电力的组件。用于低电压电力总线的电力来源于高电压电力总线。当无法将足够的电力从高电压电力总线传输到低电压电力总线时，连接到低电压电力总线的电池可暂时提供电力但是最终会耗尽。一旦电池耗尽，则从低电压电力总线汲取电力的组件变得不可操作。
发明内容
一种车辆包括被配置为产生低电压功率的第一电机。所述车辆还包括控制器，所述控制器被配置为：(i)响应于低电压功率需求超过功率转换器的限制，操作第一电机和所述功率转换器以满足所述低电压功率需求，所述功率转换器被配置为将由第二电机产生的高电压功率转换为低电压功率；(ii)在所述低电压功率需求未超过所述功率转换器的限制的情况下，响应于所述功率转换器是可操作的，仅操作所述功率转换器以满足所述低电压功率需求。
所述控制器还可被配置为：操作第一电机，以产生作为所述低电压功率需求与所述限制之间的差的功率量。所述控制器还可被配置为：响应于所述功率转换器无法将高电压功率转换为低电压功率，仅操作第一电机来满足所述低电压功率需求。所述控制器还可被配置为：操作第一电机以产生作为所述低电压功率需求与第一电机的功率限制中的较小者的功率量。所述控制器还可被配置为：响应于所述低电压功率需求超过所述限制并且连接到第一电机的发动机停止，操作第一电机以起动所述发动机。所述控制器还可被配置为：以至少为预定转速的转速操作连接到第一电机的发动机，所述预定转速被配置为使得第一电机产生满足所述低电压功率需求的功率量。所述限制可小于最大可能低电压功率需求。所述限制与第一电机的功率容量的总和可至少等于最大可能低电压功率。
一种方法包括：通过功率转换器将由第一电机产生的高电压功率转换为低电压功率。所述方法还包括：响应于低电压功率需求超过所述功率转换器的限制，操作所述功率转换器和第二电机，其中，第二电机被配置为产生低电压功率。所述方法还包括：在所述低电压功率需求未超过所述功率转换器的限制的情况下，响应于所述功率转换器是可操作的，仅操作所述功率转换器以满足所述低电压功率需求。
所述方法还可包括：响应于所述低电压功率需求超过所述限制并且连接到第二电机的发动机停止，操作第二电机以起动所述发动机。所述方法还可包括：响应于所述功率转换器无法将高电压功率转换为低电压功率，仅操作第二电机以产生低电压功率。由第二电机产生的功率量可以是所述低电压功率需求与第二电机的功率限制中的较小者。所述方法还可包括：以至少为预定转速的转速操作连接到第二电机的发动机，所述预定转速被配置为使得第二电机产生满足所述低电压功率需求的低电压功率量。所述方法还可包括：响应于连接到第二电机的发动机停止，起动所述发动机。所述限制可小于最大可能低电压功率需求。
一种车辆包括第一电机和功率转换器，第一电机被配置为产生低电压功率，所述功率转换器被配置为将由第二电机产生的高电压功率转换为低电压功率。所述车辆还包括控制器，所述控制器被配置为：响应于所述功率转换器无法将高电压功率转换为低电压功率，操作第一电机以产生满足低电压功率需求的功率量。
所述控制器还可被配置为：操作第一电机以产生所述功率量，所述功率量为所述低电压功率需求与第一电机的功率限制中的较小者。所述控制器还可被配置为：响应于所述功率转换器无法将高电压功率转换为低电压功率并且所述低电压功率需求超过所述功率转换器的限制，操作第一电机和所述功率转换器以满足所述低电压功率需求。所述限制可小于最大可能低电压功率需求。所述操作第一电机可以包括以至少为预定转速的转速操作被配置为驱动第一电机的发动机，所述预定转速被配置为使得第一电机产生所述功率量。
附图说明
图1是具有混合动力动力传动***的车辆的框图。
图2是用于车辆的低电压电力分配***的示图。
图3是用于在特定状况下操作补充电源的可行操作序列的流程图。
具体实施方式
在此描述了本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，其它实施例可采用各种形式和替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用实施例的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的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被期望用于特定的应用或实施方式。
参照图1，根据本公开的实施例示出了混合动力电动车辆(HEV)110的示意图。图1示出了组件之间的代表性关系。车辆内的组件的物理布置和方位可变化。HEV 110包括动力传动***112。动力传动***112包括驱动传动装置116的发动机114，所述传动装置116可被称为模块化混合动力传动装置(MHT)。如下面将更详细地描述的，传动装置116包括电机(诸如，电动马达/发电机(M/G)118)、关联的牵引电池120、变矩器122以及多级阶梯传动比自动变速器或齿轮箱124。
发动机114和M/G 118均为HEV 110的驱动源。发动机114通常表示可包括内燃发动机(诸如，汽油、柴油或天然气驱动的发动机)或燃料电池的动力源。发动机114产生发动机功率和相应的发动机扭矩，所述发动机扭矩在发动机114与M/G 118之间的分离离合器126至少部分地接合时被供应到M/G 118。M/G 118可通过多种类型的电机中的任何一种来实现。例如，M/G118可以是永磁同步马达。如下面将描述的，电力电子模块156将由牵引电池120提供的直流(DC)电力调节为满足M/G 118的要求。例如，电力电子模块可向M/G 118提供三相交流电(AC)。
当分离离合器126至少部分地接合时，从发动机114到M/G 118或者从M/G 118到发动机114的动力流是可行的。例如，分离离合器126可被接合，并且M/G 118可作为发电机操作，以将由曲轴128和M/G轴130提供的旋转能转换成将被储存在牵引电池120中的电能。还可使分离离合器126分离以将发动机114与动力传动***112的其余部分隔离，使得M/G 118可用作HEV110的唯一驱动源。M/G轴130延伸穿过M/G 118。M/G 118连续可驱动地连接至轴130，然而仅当分离离合器126至少部分地接合时发动机114才可驱动地连接至M/G轴130。
M/G 118经由M/G轴130连接至变矩器122。因此，当分离离合器126至少部分地接合时，变矩器122连接至发动机114。变矩器122包括固定到M/G轴130的泵轮和固定到变速器输入轴132的涡轮。因此，变矩器122在轴130与变速器输入轴132之间提供液力耦合。变矩器122在泵轮转动得比涡轮快时将动力从泵轮传递至涡轮。涡轮扭矩和泵轮扭矩的大小通常取决于相对转速。当泵轮转速与涡轮转速的比值足够高时，涡轮扭矩是泵轮扭矩的倍数。变矩器旁通离合器134还可被设置为：当变矩器旁通离合器134接合时，使变矩器122的泵轮和涡轮摩擦地或机械地连接，以允许更高效的动力传输。变矩器旁通离合器134还可作为起步离合器进行操作，以提供平稳的车辆起步。可选地或组合地，针对不包括变矩器22或变矩器旁通离合器134的应用，可在M/G 118与齿轮箱124之间设置与分离离合器126类似的起步离合器。在一些应用中，分离离合器126通常被称作上游离合器，起步离合器134(可以是变矩器旁通离合器)通常被称作下游离合器。
齿轮箱124可包括齿轮组(未示出)，所述齿轮组通过选择性地接合诸如离合器和制动器(未示出)的摩擦元件而被选择性地置于不同的传动比，以建立期望的多个离散传动比或阶梯传动比。齿轮箱124可提供预定数量的传动比，所述传动比的范围可从低挡(例如，第一挡)到最高挡(例如，第N挡)。齿轮箱124的升挡是向较高挡位的转换。齿轮箱124的降挡是向较低挡位的转换。可根据换挡计划来控制摩擦元件，所述换挡计划按顺序地连接和断开齿轮组的特定元件，以控制变速器输出轴136与变速器输入轴132之间的传动比。通过关联的控制器150(诸如，动力传动***控制单元(PCU))，基于各种车辆操作状况和环境操作状况而使齿轮箱124从一个传动比自动换挡至另一传动比。齿轮箱124随后将动力传动***输出扭矩提供到输出轴136。
应理解的是，与变矩器122一起使用的液压控制的齿轮箱124仅是齿轮箱或变速器装置的一个示例；从发动机和/或马达接受输入扭矩并随后以不同的传动比将扭矩提供至输出轴的任何多传动比齿轮箱都是可被接受用于本公开的实施例的。例如，齿轮箱124可通过自动机械(或手动)变速器(AMT)来实现，所述自动机械(或手动)变速器(AMT)包括沿换挡拨叉导轨平移/旋转换挡拨叉以选择期望传动比的一个或更多个伺服马达。如本领域普通技术人员通常所理解的，AMT可被用于例如具有更高的扭矩需求的应用。
如图1的代表性实施例所示，输出轴136连接至差速器140。差速器140经由连接至差速器140的相应的车轴144驱动一对车轮142。差速器140将大致相等的扭矩传输至每个车轮142，同时在诸如车辆转弯时允许微小的转速差。可使用不同类型的差速器或类似的装置将来自动力传动***的扭矩分配到一个或更多个车轮。例如，在一些应用中，扭矩分配可根据特定的操作模式或状况而不同。
动力传动***112还可包括关联的动力传动***控制单元(PCU)150。虽然PCU被示出为一个控制器，但是PCU可以是较大的控制***的一部分，并且可由整个车辆110中的多个其它控制器(诸如，车辆***控制器(VSC))来控制。因此，应理解的是，动力传动***控制单元150以及一个或更多个其它控制器可被统称为“控制器”，所述“控制器”响应于来自多个传感器的信号而控制多个致动器以控制多个功能(诸如，起动/停止发动机114、操作M/G118以提供车轮扭矩或对牵引电池120进行充电、选择或安排变速器换挡等)。控制器150可包括与多种类型的计算机可读存储装置或介质进行通信的微处理器或中央处理器(CPU)。例如，计算机可读存储装置或介质可包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和不失效存储器(KAM)中的易失性存储器和非易失性存储器。KAM是可用于在CPU掉电时存储各种操作变量的持久性或非易失性存储器。可使用多个已知的存储装置(诸如，PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、闪存或能够存储数据的任何其它电存储装置、磁存储装置、光学存储装置或组合的存储装置)中的任何一种来实现计算机可读存储装置或介质，所述数据中的一些表示由控制器使用以控制发动机或车辆的可执行指令。
PCU 150经由输入/输出(I/O)接口与各种发动机/车辆传感器和致动器进行通信，所述输入/输出(I/O)接口可被实现为提供各种原始数据或信号调节、处理和/或转换、短路保护等的单个集成接口。可选地，一个或更多个专用硬件或固件芯片可被用于在将特定信号传送到CPU之前调节并处理所述特定信号。如在图1的代表性实施例中总体上示出的，PCU150可向发动机14、分离离合器126、M/G 118、起步离合器134、变速器齿轮箱124和电力电子模块156传送信号和/或传送来自发动机114、分离离合器126、M/G 118、起步离合器134、变速器齿轮箱124和电力电子模块156的信号。尽管未明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到可通过上述每个子***内的PCU150控制的多个功能或组件。可使用由控制器执行的控制逻辑直接地或间接地致动的参数、***和/或组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、(用于火花点火式发动机的)火花塞点火正时、进气/排气门正时和持续时间、前端附件驱动(FEAD)组件(诸如，空调压缩机)、电池充电、再生制动、M/G操作、用于分离离合器126、起步离合器134和变速器齿轮箱124的离合器压力等。例如，通过I/O接口传送输入的传感器可用于指示：涡轮增压器升压压力、曲轴位置(PIP)、发动机转速(RPM)、车轮转速(WS1、WS2)、车速(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)或其它排气成分的浓度或存在性、进气量(MAF)、变速器挡位、传动比或模式、变速器机油温度(TOT)、变速器涡轮转速(TS)、变矩器旁通离合器134状态(TCC)、减速或换挡模式(MDE)。
由PCU 150执行的控制逻辑或功能可由在一个或更多个附图中的流程图或类似示图来表示。这些附图提供代表性的控制策略和/或逻辑，所述代表性的控制策略和/或逻辑可使用一个或更多个处理策略(诸如，事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)来实现。因此，示出的各个步骤或功能可按照示出的顺序被执行、并行地执行或者在一些情况下被省略。虽然未总是被明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到，示出的一个或更多个步骤或功能可根据使用的特定处理策略而被重复执行。类似地，处理的顺序对于实现在此描述的功能和优点而言不一定是必需的，而是被提供以便于示出和描述。控制逻辑可主要以由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动***控制器(诸如，PCU 150)执行的软件的形式被实现。当然，控制逻辑可根据特定应用以一个或更多个控制器中的软件、硬件或者软件和硬件的组合的形式被实现。当以软件形式被实现时，控制逻辑可在已经存储有表示由计算机执行以控制车辆或其子***的代码或指令的数据的一个或更多个计算机可读存储装置或介质中被提供。计算机可读存储装置或介质可包括多个已知物理装置中的一个或更多个，所述多个已知物理装置利用电存储器、磁存储器和/或光学存储器来保存可执行指令和关联的校准信息、操作变量等。
由车辆的驾驶员使用加速踏板152来提供所需的扭矩、动力或驱动命令以推进车辆。一般而言，踩下和释放加速踏板152产生可被PCU 150分别解释为增大动力或减小动力的需求的加速踏板位置信号。至少基于来自加速踏板的输入，PCU 150命令来自发动机114和/或M/G 118的扭矩。PCU 150还控制齿轮箱124内的换挡正时以及分离离合器126的接合或分离以及变矩器旁通离合器134的接合或分离。与分离离合器126类似，可在接合位置与分离位置之间的范围内调节变矩器旁通离合器134。除了由泵轮与涡轮之间的液力耦合产生的可变打滑之外，这种调节也在变矩器122中产生可变打滑。可选地，根据特定应用，变矩器旁通离合器134可在不使用调节操作模式的情况下***作为锁止或分离。
为了利用发动机114驱动车辆110，至少部分地接合分离离合器126，以将至少一部分发动机扭矩通过分离离合器126传输到M/G 118并且随后将所述至少一部分发动机扭矩从M/G 118传输通过变矩器122和齿轮箱124。M/G118可通过提供用于使轴130转动的额外动力来辅助发动机114。这种操作模式可被称作“混合动力模式”或“电动辅助模式”。
为了利用M/G 118作为唯一动力源驱动车辆110，除了操作分离离合器126以将发动机114与动力传动***112的其余部分隔离以外，动力流保持不变。在此期间，可禁用或以其它方式关闭发动机114中的燃烧以节省燃料。例如，牵引电池120通过高电压(HV)总线154向可包括逆变器的电力电子模块156传输储存的电能。高电压总线154包括用于在模块之间传导电流的布线和导体，并且可包括正极侧导体和负极或返回侧导体。电力电子模块156将来自牵引电池120的DC电压转换为由M/G 118使用的AC电压。控制器150命令电力电子模块156将来自牵引电池120的电压转换为向M/G 118提供的AC电压，以向轴130提供正扭矩或负扭矩。这种操作模式可被称作“纯电动”操作模式。
在任何操作模式下，M/G 118可用作马达并为动力传动***112提供驱动力。可选地，M/G 118可用作发电机并将来自动力传动***112的动能转换为电能以将其供应给高电压总线154和/或储存在牵引电池120中。例如，在发动机114为车辆110提供的推进动力时，M/G 118可用作发电机。此外，在再生制动的时间期间，M/G 118可用作发电机，其中，在再生制动中，来自旋转着的车轮142的转动能量通过齿轮箱124往回传递并被转换成电能以储存在牵引电池120中。
应理解的是，图1中示出的示意图仅仅是示例性的，并且不意在限制。可预期利用发动机与马达二者的选择性接合以通过变速器传输扭矩的其它构造。例如，M/G 118可相对于曲轴128偏移，可提供额外的马达来起动发动机114，和/或M/G 118可被设置在变矩器122与齿轮箱124之间。在不脱离本公开的范围的情况下，可预期其它构造。其它混合动力车辆构造(例如，功率分流式构造)是可行的，并且在此公开的发明方面可应用于这些其它构造。
车辆110可利用M/G 118来起动发动机114。控制器150可命令分离离合器126闭合，并且经由电力电子模块156请求来自M/G 118的扭矩。来自M/G 118的扭矩使发动机114旋转，使得发动机转速增大到预定转速以上，此时发动机114可被命令提供燃料和火花以保持连续的发动机旋转。变矩器122可在发动机转动起动和初始起动期间提供某种扭转隔离。
低电压起动机***168还可连接到发动机114，以提供起动发动机114的辅助或备用装置。低电压起动机***168可以是皮带驱动式起动发电一体机(BISG)***。电机可通过经由皮带轮引导的皮带连接到发动机114。皮带可被构造为将发动机114与电机连接使得它们一起旋转。此外，可存在被构造为使电机的旋转接合和分离的离合器。例如，当不需要起动发动机114或发电时，电机可分离。电机可被配置为当皮带由发动机动力驱动时产生电力。电机可被配置为驱动皮带以使用于起动发动机114的发动机曲轴旋转。低电压起动机***168可包括控制模块，所述控制模块包括功率转换***，所述功率转换***被配置为在电机与车辆电力总线之间传输电力。
车辆110还可包括功率转换器模块158和至少一个辅助电池160。辅助电池160可以是低电压电池(诸如，在机动车中常用的12伏特的电池)。辅助电池160的端子可电连接到低电压电力网络或总线166。低电压电力网络166包括用于在连接的模块之间传导电流的布线和导体。功率转换器158可电连接在高电压总线154与低电压电力总线166之间。功率转换器158可被配置为从高电压总线154向低电压电力总线166传输电力。功率转换器158可被配置为将来自M/G 118的高电压功率转换为低电压功率。例如，可以以与牵引电池兼容的电压水平(例如，300伏特)供应高电压功率。可以以与辅助电池160兼容的电压水平(例如，12伏特)供应低电压功率。功率转换器模块158可以是DC/DC转换器，所述DC/DC转换器被配置为将来自高电压总线154的电压转换为与低电压电力总线166兼容的电压水平(例如，12伏特)。功率转换器158还可被配置为将来自低电压电力总线166的电压转换为与高电压总线154兼容的电压。例如，功率转换器158可被配置为：根据操作模式，在高电压总线154与低电压电力总线166之间提供双向电流流动。
车辆110可包括显示器。例如，显示器可以是仪表板的一部分。显示器可包括灯、发光体和/或用于警告操作者与车辆有关的状况的其它指示器。显示器可以是液晶显示器(LCD)模块。显示器可与连接到通信总线的控制器(例如，PCU 150)进行通信。
图2描绘了用于车辆的可行的电力分配***200。电力分配***200可包括连接在高电压总线154与低电压电力网络166之间的功率转换器158。低电压电力网络166可包括第一低电压总线222和第二低电压总线210。隔离开关202可被设置在第一低电压总线222与第二低电压总线210之间。
功率转换器158可由功率限制来表征。功率限制可标识可由功率转换器158传输的最大功率量。功率限制可以是开关器件的额定功率和/或功率转换器158内的布线的电流能力的函数。功率限制可在功率转换器158的操作期间变化。例如，功率转换器158可在较高温度下具有降低的功率限制。降低功率限制可防止功率转换器158在极端操作状况期间过热。功率转换器158可基于操作状况而增大和减小功率限制。
第一辅助电池214可电连接到第一低电压总线222。第一组电负载224可电连接到第一低电压总线222，并且在被激活时从第一低电压总线222接收功率。
隔离开关202可包括开关元件206。隔离开关202可包括与开关元件206并联的二极管(未示出)。开关元件206可以是晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))。隔离开关202可被配置为使得开关元件206是通常闭合的。在一些配置中，开关元件206可以是继电器。开关元件206可被配置为使得电流可在开关元件206闭合时在第一低电压总线222与第二低电压总线210之间流动。隔离开关202可被称作车辆功率继电器。隔离开关202能够将低电压电力网络166的多个部分彼此隔离。
第二辅助电池212可电连接到第二低电压总线210。低电压起动机***168(例如，BISG)的电机226可使用第二功率转换器模块204电连接到第二低电压总线210。电机226可被配置为在作为发电机操作时产生低电压功率。第二功率转换器模块204可被配置为将来自电机226的电压转换为与第二低电压总线210兼容的电压。例如，电机226可在由发动机114驱动时向第二功率转换器模块204提供交流电(AC)。第二功率转换器模块204可被配置为将AC电力转换为与第二低电压总线210兼容的直流(DC)电压/电流(例如，12伏特的DC电压)。第二功率转换器模块204还可被配置为向充当用于起动发动机114的马达的电机226提供电压/电流。第二功率转换器模块204可包括开关器件(例如，固态晶体管、继电器)，所述开关器件被配置为选择性地将电机226的端子连接到第二低电压总线210的端子。第二低电压总线210与电机226之间的电力传输可通过操作所述开关器件来实现。
第二组电负载208可电连接到第二低电压总线210。第二组电负载208可包括用于发动机114的冷却风扇。
隔离开关202可***作为处于闭合位置，使得第一低电压总线222与第二低电压总线210电连接在一起并且有效地作为单个低电压总线或电力网络而起作用。在以下描述中，可假设隔离开关202处于闭合位置，使得存在单个低电压网络。
电力分配***200可包括控制器220。控制器220可与电力分配***200内部和外部的组件进行通信。控制器220可包括用于通信的硬连线接口，并且可包括用于经由车辆通信网络(例如，控制器局域网)进行通信的串行通信接口。控制器220可与功率转换器158以及第二功率转换器204进行通信。控制器220可与和发动机114关联的PCU 150进行通信。控制器220还可与第一组电负载224以及第二组电负载208进行通信，第一组电负载224以及第二组电负载208连接到第一低电压总线222和/或第二低电压总线210。
电负载224、208的操作在低电压电力网络166上产生功率需求(例如，低电压功率需求)。低电压电力网络166的功率需求可由峰值功率需求或最大总负载功率需求来表征。峰值功率需求可以是可在车辆操作期间发生的最大可能功率需求。峰值功率需求可在特定的最差情况的操作状况期间发生。
低电压电力网络166上的功率需求可利用来自辅助电池214和/或第二辅助电池212的功率来满足。功率需求还可利用由功率转换器158提供的功率来满足。另外，功率需求可利用来自第二功率转换器204的功率来满足，所述来自第二功率转换器204的功率来自于由发动机114驱动的电机226。
在正常操作状况下，可期望利用来自功率转换器158的功率来支持低电压电力网络166。在这些状况下，功率转换器158可将能量从高电压总线154传输到低电压电力网络166。功率转换器158可被控制为输出用于满足电负载224、208的功率需求的功率量。另外，功率转换器158可被控制为输出用于对第一辅助电池214和第二辅助电池212进行充电的功率。在正常的负载状况期间，功率转换器158的功率限制可足以满足低电压电力网络166上的功率需求。
然而，在一些操作状况期间，功率转换器158的功率限制可能不足以满足低电压电力网络166上的全部功率需求。在发动机114在高负载下长时间工作的状况期间，与发动机冷却相关联的电负载的功率需求可增大。例如，可启动发动机冷却风扇，以对发动机冷却剂进行冷却。发动机冷却风扇的额外的功率需求可能导致低电压电力网络166上的功率需求超过来自功率转换器158的功率限制。在这种状况下，额外的功率需求可利用来自第一辅助电池214和/或第二辅助电池212的功率来满足。然而，从辅助电池212和214汲取电力可降低辅助电池212和214的对应的荷电状态。可期望将辅助电池212和214保持在高荷电状态，使得电池电力在点火循环之间可用。
注意，极端的功率需求可能仅在极少数情况下发生。可以对功率转换器158进行设计以满足极端的功率需求，但是成本和尺寸会比较大。为了减小功率转换器158的成本和尺寸，将功率转换器158设计为用于小于最大可能低电压功率需求的功率需求水平会是有益的。通过降低功率转换器158的最大功率容量，可实施满足最大可能功率需求的其它方法。低电压起动机***168(包括电机226)的存在允许用于满足功率需求的其它选项。
为了防止在高负载状况期间耗尽辅助电池214和212，可期望操作电机226以产生到低电压电力网络166的功率。在典型的高负载状况下，发动机114可以以升高的转速运转。电机226可通过第二功率转换器204来控制，以向低电压电力网络166提供一定量的功率。由在功率限制下操作的功率转换器158提供的功率与电机226的发电能力的总和可至少等于低电压电力网络166的最大总负载功率需求。
控制器220可被配置为监测低电压电力网络166的功率需求。功率转换器158可被配置为监测从高电压网络154传输到低电压电力网络166的功率的量。例如，功率转换器158可包括功率转换器158的输出处的电流传感器和电压传感器。功率转换器158可包括控制模块，所述控制模块监测电压和电流以导出功率输出。功率值可被传送到控制器220。在其它配置中，来自功率转换器158的输出处的电流传感器和电压传感器的信号可被路由至控制器220。如上所述，功率转换器158可由功率限制来表征。如果由功率转换器158输出的功率的量处于功率限制或者在功率限制附近，则控制器220可确定已经达到功率限制。在一些配置中，位于功率限制的预定范围内的功率值可指示已经达到功率限制。例如，所传输的超过功率限制的95％的功率量可被确定为已经达到功率限制。所述预定范围可允许功率转换器158的组件容差。
低电压电力网络166的功率需求还可通过监测流向和来自辅助电池214和212的功率流来确定。第一传感器单元216可被配置为测量第一辅助电池214的电压和/或电流。第二传感器单元218可被配置为测量第二辅助电池212的电压和/或电流。传感器单元216和218可包括被配置为测量流向和来自关联的电池的电流的电流传感器。例如，电流传感器可以是分流器或霍尔效应传感器。传感器单元216和218可包括被配置为测量关联的电池的端子两端的电压的电压传感器。电压传感器可包括被配置为将电池电压缩放和滤波至适合于控制器220的输入的水平的电路。
传输至辅助电池212和214或者从辅助电池212和214传输的功率可被计算为关联的电压和电流值的乘积。当确定功率转换器158的功率输出已经达到功率限制时，低电压电力网络166上的功率需求可超过功率转换器158的功率限制。当辅助电池212和214中的一个或更多个在功率转换器158在功率限制下操作时向低电压电力网络166输送电力时，功率需求可被确定为超过功率限制。
如果低电压电力网络166的功率需求超过功率转换器158的功率限制，则控制器220可操作电机226产生到低电压电力网络166的电力，以满足功率需求。可在功率限制下操作功率转换器158。控制器220可通过控制第二功率转换器204和发动机114的操作来操作电机226。控制器220可监测发动机转速，以确定电机226是否将具有足够的发电能力。如果发动机114当前停止，则控制器220可请求起动发动机114。控制器220可操作第二功率转换器204，以操作电机226作为马达起动发动机114。一旦发动机114运转，则控制器220可请求发动机114以足以产生电机226和第二功率转换器204的期望的功率输出从而满足功率需求的转速运转。
如果低电压网络166的功率需求小于或等于功率转换器158的功率限制并且功率转换器158是可操作的，则控制器220可仅操作功率转换器158来满足所述功率需求。当不存在阻止通过功率转换器158的功率传输的状况时，功率转换器158可以是可操作的。
第二功率转换器204的功率输出可被控制为作为功率需求与功率转换器158的功率限制之间的差的功率量。在某种配置中，功率输出可被控制为预定功率量。在其它配置中，第二功率转换器204的功率输出可被动态地改变，使得流入电池212和214的功率或从电池212和214流出的功率小于预定阈值。
在一些状况下，功率转换器158可能无法传输来自高电压总线154的功率。例如，功率转换器158可能是不可操作的。例如，功率转换器158的高温操作可导致内部开关器件达到临界温度。为了保护开关器件，开关器件可被切断以防止进一步的劣化。开关器件可被切断，直到温度下降到预定温度以下。功率转换器158可永久或暂时无法传输功率。响应于功率转换器158无法在高电压总线154与低电压电力网络166之间传输功率，控制器220可被配置为操作电机226来产生功率。产生的功率的量可以是低电压电力网络166的功率需求和电机226的功率限制中的较小者。
控制器220还可被配置为响应于预定电负载的激活而操作电机226来产生功率。预定电负载可包括被配置为请求高水平的功率需求的不经常使用的电负载。例如，预定电负载可包括发动机冷却风扇。可预期的是，发动机冷却风扇可在不经常发生的重发动机负载期间被启动。
图3描绘了用于实现电力分配***的可行操作序列的流程图。操作可在控制器(例如，控制器220)中实现。在操作302，收集和监测输入。例如，可从功率转换器158接收状态信息，可测量和存储来自传感器的电压和电流。用于确定功率需求和功率限制的信息可被接收和/或基于所接收和所测量的输入被计算。功率转换器158可被配置为传送状态信息。例如，功率转换器158可传送可能导致功率转换器158无法传输功率的任何诊断代码。另外，功率转换器158可传送任何功率限制信息。
在操作304，可进行检查，以确定功率转换器158是否无法传输功率。例如，在故障的情况下，功率转换器158可能无法操作，并且功率转换器158可发送指示这种状况的诊断代码或指示符。如果功率转换器158无法传输功率，则可执行操作314。
如果功率转换器158被确定为能够进行功率传输，则可执行操作306。在操作306，可确定低电压电力网络166的功率需求。如本文前面所描述的，功率需求可通过电压和电流测量值来确定。另外，输入可包括与电负载有关的状态和操作信息。在操作308，可确定功率转换器158的功率限制。功率限制可以是存储的值。功率限制可以是通过操作参数(例如，温度)索引的存储值的表。功率限制可以是从功率转换器158接收的值。在操作310，将功率需求与功率限制进行比较。如果功率需求小于或等于功率限制，则可执行操作312。在操作312，可正常地操作电机226。例如，电机226可正常地空闲。也就是说，电机226可既不发电也不作为马达运转。如果功率需求大于功率限制，则可执行操作314。
在操作314，电机226可作为发电机运转，以产生用于低电压电力网络166的功率。可控制第二功率转换器204，以将由电机226产生的功率转换为与低电压电力网络166兼容的形式。在操作316，控制器可通过控制第二功率转换器204来管理电机226的功率输出。例如，可控制电机226以输出作为功率需求与功率限制之间的差的功率量。可通过控制供应到低电压电力网络166的电压和/或电流来控制功率。在操作318，控制器可管理发动机114。管理发动机114可包括控制发动机转速使得电机226可产生足够量的功率。管理发动机114还可包括在发动机114处于非运转状态的情况下起动发动机114。
电机226的发电操作提供多个益处。可针对低电压电力网络166上的标称功率需求来确定功率转换器158的尺寸。电机226和第二功率转换器204可在峰值功率需求期间对功率转换器158进行补充。通过针对标称功率需求而不是针对峰值功率需求来确定功率转换器158的尺寸，可降低功率转换器158的成本。另外，电机226和第二功率转换器204在功率转换器158无法传输功率时提供为低电压电力网络166供电的辅助手段。例如，可在功率转换器158不可操作的情况下向低电压电力网络166提供一些功率。在这种情况下，发动机114可保持运转以驱动电机226。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机，或者通过处理装置、控制器或计算机实现，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或者专用的电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以以多种形式被存储为可被控制器或计算机执行的数据和指令，所述多种形式包括但不限于信息被永久地存储在非可写存储介质(诸如，只读存储器(ROM)装置)上以及信息被可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、致密盘(CD)、随机存取存储器(RAM)装置以及其它磁介质和光学介质)上。所述处理、方法或算法还可被实现为软件可执行对象。可选地，所述处理、方法或算法可使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置)或者硬件组件、软件组件和固件组件的组合被整体或部分地实现。
虽然以上描述了示例性实施例，但是并不意在这些实施例描述了权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可将各个实施例的特征进行组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管针对一个或更多个期望特性，各个实施例可能已经被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应认识到，根据具体的应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体***属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、装配的容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (15)

1.一种车辆，包括：
第一电机，被配置为产生低电压功率；
控制器，被配置为：
响应于低电压功率需求超过功率转换器的限制，操作第一电机和所述功率转换器以满足所述低电压功率需求，所述功率转换器被配置为将由第二电机产生的高电压功率转换为低电压功率；
在所述低电压功率需求未超过所述功率转换器的限制的情况下，响应于所述功率转换器是可操作的，仅操作所述功率转换器以满足所述低电压功率需求。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：操作第一电机，以产生作为所述低电压功率需求与所述限制之间的差的功率量。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于所述低电压功率需求超过所述限制并且连接到第一电机的发动机停止，操作第一电机以起动所述发动机。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：以至少为预定转速的转速操作连接到第一电机的发动机，所述预定转速被配置为使得第一电机产生满足所述低电压功率需求的功率量。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述限制与第一电机的功率容量的总和至少等于最大可能低电压功率。
6.一种方法，包括：
通过功率转换器将由第一电机产生的高电压功率转换为低电压功率；
响应于低电压功率需求超过所述功率转换器的限制，操作所述功率转换器和第二电机，其中，第二电机被配置为产生低电压功率；
在所述低电压功率需求未超过所述功率转换器的限制的情况下，响应于所述功率转换器是可操作的，仅操作所述功率转换器以满足所述低电压功率需求。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：响应于所述低电压功率需求超过所述限制并且连接到第二电机的发动机停止，操作第二电机以起动所述发动机。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括：响应于所述功率转换器无法将高电压功率转换为低电压功率，仅操作第二电机以产生低电压功率。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，由第二电机产生的功率量为所述低电压功率需求与第二电机的功率限制中的较小者。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括：以至少为预定转速的转速操作连接到第二电机的发动机，所述预定转速被配置为使得第二电机产生满足所述低电压功率需求的低电压功率量。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括：响应于连接到第二电机的发动机停止，起动所述发动机。
12.根据权利要求1所述的车辆或者根据权利要求6所述的方法，其中，所述限制小于最大可能低电压功率需求。
13.一种车辆，包括：
第一电机，被配置为产生低电压功率；
功率转换器，被配置为将由第二电机产生的高电压功率转换为低电压功率；
控制器，被配置为：响应于所述功率转换器无法将高电压功率转换为低电压功率，操作第一电机以产生满足低电压功率需求的功率量。
14.根据权利要求13所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：操作第一电机以产生功率量，所述功率量为所述低电压功率需求与第一电机的功率限制中的较小者。
15.根据权利要求13所述的车辆，其中，所述操作第一电机包括以至少为预定转速的转速操作被配置为驱动第一电机的发动机，所述预定转速被配置为使得第一电机产生所述功率量。
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