用于平衡混合動力車輛中的能量存儲模塊的荷電狀態的系統及方法
【專利說明】用于平衡混合動力車輛中的能量存儲模塊的荷電狀態的系統及方法
[0001]相關串請的交叉引用
[0002]本申請要求享有2013年3月15日提交的美國臨時專利申請61/789526的優先權，其全部內容通過引用并入本文中。
【背景技術】
[0003]本發明大體上涉及用于混合動力電動車的能量存儲系統，且特別涉及用于平衡混合動力電動車中的能量存儲系統的荷電狀態的系統及方法。
[0004]在過去幾年中，由于二氧化碳水平的增加以及油料供應的短缺，對全球氣候變化的關注日益增加。結果，一些汽車制造商和消費者開始對具有低排放和較高燃料效率的汽車具有更大的興趣。一個可行的選擇是混合動力電動車(HEV)，其允許車輛由電動機、內燃機或二者的結合來驅動。
[0005]盡管多個特征對于HEV的整體設計是重要的，但是存儲車輛能使用的能量的系統是一項關鍵部件。在HEV中提供能量存儲系統以存儲發電機產生的能量，以便混合動力系統能在隨后的一些時間使用這些能量。例如，所存儲的能量可用于驅動電動機以獨立地驅動汽車或輔助內燃機，因此降低汽油的消耗。
[0006]但是，能量存儲系統面臨著許多設計難題。其中，在操作過程中的一個主要問題是:針對多組能量存儲系統中的單個電池包的荷電狀態(SOC)，保持電池包之間適合的平衡。重要的是，容差單個電池包相對于彼此要保持在一定容差范圍內的S0C。如果電池包之間的SOC的差值超過容差，那么車輛的電子部件就可能會遭到破壞。
[0007]迄今為止，現有技術中的系統已經通過復雜的硬件和電路實現了電池包或電池單元平衡，但它具有多個缺點，例如缺乏效率、增加成本和增加故障的風險。另外，現有的系統關注于電池包之間的電荷傳遞，這導致了因傳遞過程缺乏效率而產生的能量損失。
[0008]因此，需要在本領域中進行改進。
【發明內容】
[0009]這里所描述的系統及方法解決了在上文中提及的多個問題和其他問題。根據一個方面，本發明提出了一種用于平衡混合動力車輛的多個能量存儲模塊的荷電狀態的方法，其包括確定所述多個能量存儲模塊中的單個能量存儲模塊的荷電狀態，該能量存儲模塊操作性地連接到混合動力電動車中的動力上，以及在能量存儲模塊的子集的荷電狀態處于相對于所述多個能量存儲模塊的其余能量存儲模塊而言的容差之外時，使用多個能量存儲模塊的子集來操作混合動力車輛。本發明還提出了用于實施該方法的系統。
[0010]通過詳細描述和隨之提供的附圖，本發明的其他形式、目的、特征、方面、好處、優點和實施方案將變得清楚。
【附圖說明】
[0011]圖1顯示了用于平衡根據一個實施方案的混合動力車輛中的電池包的系統的一個實施例的示意圖。
[0012]圖2顯示了用于平衡使用圖1的系統的混合動力車輛中的電池包的過程流程圖。
[0013]圖3顯示了根據一個實施方案的能量存儲模塊與逆變器之間的高壓連接以及能量存儲模塊與混合動力控制器之間的控制連接的示意框圖。
[0014]圖4顯示了用于平衡使用圖1的系統的混合動力車輛中的電池包的過程流程圖。
【具體實施方式】
[0015]出于更好地理解本發明的原理的目的，下面將參照在附圖中所示的實施方案，并且使用詳細的語言來對其進行描述。然而需要理解的是，本發明的范圍并不因此而受到限制。如同與本發明相關的領域的技術人員所通常想到的那樣，可以構思出對在此描述的實施方案的任何修改和進一步的改進，以及對此處所描述的本發明原理的進一步應用。這里非常詳細地顯示了本發明的一個實施方案，然而對于本領域的技術人員來說明顯的是，為了簡要起見，一些與本發明無關的特征可不顯示出來。
[0016]圖1顯示了根據一個實施方案的混合動力系統(hybrid system) 100的示意圖。圖1中說明的混合動力系統100適合用于商用卡車以及其他類型的車輛或運輸系統，但是可以設想混合動力系統100的多個方面可結合到其他環境中。如所示，混合動力系統100包括發動機102、混合動力模塊(hybrid module) 104、自動變速箱106和用于將動力從變速箱106傳遞到車輪110的傳動系108。混合模塊104中結合了通常稱之為電機112的電機器，以及使發動機102與電機112及變速箱106操作性連接和斷開的離合器114。
[0017]混合動力模塊104設計成操作為自立式單元，即其通常能夠獨立于發動機102和變速箱106而工作。混合動力模塊104包括底槽116，所述底槽用于存儲和提供流體(例如燃油、潤滑劑或其他流體)到混合動力模塊104，以用于液壓、潤滑和冷卻的目的。為了使流體循環，混合動力模塊104包括機械栗118和電子(或電動)栗120。
[0018]混合動力模塊104內的電機112根據操作模式有時用作發電機，而在其他時候用作馬達。當用作馬達時，電機112使用交流電(AC)。當用作發電機時，電機112產生AC。逆變器132轉換來自電機112的AC并將其提供給能量存儲系統134。在一個實施例中，電機112為由美國印第安納州彭德爾頓的Remy Internat1nal, Inc.生產的HVH410系列電機，但是可以設想的是，也可使用其他類型的電機。在所說明的實施例中，能量存儲系統134存儲能量，并且將其作為直流電(DC)再提供出去。當混合動力模塊104中的電機112用作馬達時，逆變器132將DC電轉換成AC，其又提供給電機112。
[0019]在所說明的實施例中，能量存儲系統134包括三個連接在一起(優選地為并聯)的能量存儲模塊136，以向逆變器132提供高壓電能。實質上，能量存儲模塊136為用于存儲由電機112產生的能量和將能量快速提供回電機112的電化學電池。能量存儲模塊136、逆變器132和電機112通過圖1所示的線示出的高壓線及通過圖3中的線350和線352進一步詳細地示出的高壓線而操作性地耦合在一起。雖然所說明的實施例顯示了包括三個能量存儲模塊136的能量存儲系統134，但應當理解地是，能量存儲系統134可包括比所示的更多或更少的能量存儲模塊136。此外可以設想，能量存儲系統134可包括任何用于存儲勢能的系統，例如通過化學方式、氣動蓄能器、液壓蓄能器、彈簧、儲熱系統、飛輪、重力裝置和電容器，這里僅舉了幾個例子。
[0020]高壓線將能量存儲系統134連接到高壓抽頭138上。高壓抽頭138將高電壓提供給連接于車輛的多種部件。包括一個或多個DC-DC轉換器模塊142的DC-DC轉換系統140將由能量存儲系統134提供的高壓電能轉換成較低壓的電能，所述較低壓的電能又提供給要求低電壓的多種系統和附件144。如圖1所示，低壓線將DC-DC轉換器模塊142連接于低壓系統和附件144。
[0021]混合系統100結合了多個用于控制多種部件的操作的控制系統。例如，發動機102具有發動機控制模塊146，用于控制發動機102的多種操作特征，例如燃料噴射等。變速箱/混合動力控制模塊(TCM/HCM) 148取代了傳統的變速箱控制模塊，并且設計為控制變速箱106以及混合動力模塊104的操作。變速箱/混合控制模塊148和發動機控制模塊146連同逆變器132、能量存儲系統134和DC-DC轉換系統140 —起沿著如圖1中描述的通信線路通信。能量存儲模塊136可包括用于與變速箱/混合動力控制模塊148通信的能量存儲模塊控制器380 (如圖3所示)。在一個典型的實施方案中，變速箱/混合動力控制模塊(transmiss1n/hybrid control module) 148和發動機控制模塊146分別包括具有處理器、存儲器和輸入/輸出連接器的計算機。此外，逆變器132、能量存儲系統134、DC-DC轉換器系統140和其他車輛子系統也可包括具有類似的處理器、存儲器和輸入/輸出連接器的計算機。
[0022]為了控制和監測混合動力系統100的操作，混合動力系統100包括界面150。界面150包括用于選擇車輛是否處于駕駛、空擋、倒車等狀態中的換檔選擇器152，以及包括混合動力系統100的操作狀態的多種指示器156 (如檢查變速箱、制動壓力和空氣壓力的指示器，這里僅舉了幾個例子)的儀表板154。
[0023]圖2顯示了可用于混合動力系統100中的通信系統200的一個實施例的圖。雖然顯示了一個實施例，但是應當理解地是，在其他實施方案中