混合動力車輛的電力系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明總體涉及內(nèi)燃發(fā)動機和電動混合動力車輛。本發(fā)明尤其涉及混合動力車輛的改進的電力系統(tǒng)。
[0002]通常混合動力電動車輛是至少在一定程度上使用電力提供動力或限制使用常規(guī)的內(nèi)燃(IC)能源的車輛?；旌蟿恿囕v通常由它們的動力系統(tǒng)布局和電動機影響能量消耗的程度定義。具有IC發(fā)動機和電力推進的兩大類混合動力車輛動力系統(tǒng)是并聯(lián)式混合動力和串聯(lián)式混合動力。通常并聯(lián)式混合動力具有IC能源和電力能源聯(lián)合給車輪提供動力的動力傳動系統(tǒng)布局?？蛇x擇地，一些并聯(lián)式混合動力將IC能源和電力能源連接到公共點，例如變速器，并且從那個點傳輸功率到車輪。通常串聯(lián)式混合動力使用電動機驅(qū)動車輪，并且IC發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機來增加電池/給電池充電或直接給電動機提供動力。
[0003]混合動力電動車輛也可以由混合程度也就是從電力能源獲得的推進的量來分類。可以是串聯(lián)式或并聯(lián)式動力傳動系統(tǒng)布置的全混合動力典型地可以通過IC發(fā)動機、給電動機提供動力的電池或者兩者的結(jié)合來驅(qū)動車輪。另一方面，輕度混合動力依賴對于動力的主要來源的IC發(fā)動機并使用電源提高效率。一些輕度混合動力通過限制要求發(fā)動機功率的狀況來提高IC發(fā)動機效率。例如，具有起動機/交流發(fā)電機系統(tǒng)的IC發(fā)動機將在空轉(zhuǎn)狀態(tài)關(guān)閉發(fā)動機，并且通過輔助驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)輔助。當行駛循環(huán)開始時或當超過二級電動機驅(qū)動能力時起動機/交流發(fā)電機將重新啟動發(fā)動機。其它輕度混合動力通過使用非驅(qū)動輪上的馬達/發(fā)電機捕獲制動能量以給電池再充電來增大IC發(fā)動機輸出。這些馬達還可以在IC發(fā)動機需求之前提供有限的驅(qū)動電源。
[0004]許多混合動力結(jié)構(gòu)一一尤其全混合動力和輕度混合動力一一依賴于低電壓電池電源例如常規(guī)的12伏電池來啟動IC發(fā)動機，并且依賴于尚電壓電池電源例如48伏-300多伏電源一一來儲存能量并給車輪馬達提供動力。由于車輛重量直接影響效率和成本，所有需要改進混合動力車輛以充分使用可用能源。另外，由于電池的尺寸尤其限制了混合動力車輛的封裝空間。因此，提供一種可以降低給車輛提供動力所需的電池系統(tǒng)的數(shù)量的尤其用于混合動力車輛的電力系統(tǒng)是有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及用于提供多個降低給車輛提供動力所需的電池系統(tǒng)的數(shù)量的電壓電平輸出的模塊化電池和動力控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括模塊化電池組和開關(guān)系統(tǒng)。模塊化電池組具有多個相互連接的用于給高壓連接線束提供高壓輸出和給低壓連接線束提供低壓輸出的電池單元。開關(guān)系統(tǒng)包括多個電接觸點、螺線管部以及點火開關(guān)模塊。多個電接觸點將模塊化電池組的高壓連接器與高壓連接器和低壓連接器中的至少一個電連接。點火開關(guān)模塊有選擇地控制螺線管部以將模塊化電池組與高壓連接器和低壓連接器中的至少一個電連接。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，提供一種車輛電氣控制系統(tǒng)，包含:電池，具有提供高壓輸出給高壓線束以及提供低壓輸出給低壓線束的連接的電池單元；開關(guān)系統(tǒng)，包含:電觸頭，其有選擇地將高壓總線與高壓線束和低壓線束中的至少一個連接；螺線管；點火模塊，其配置為控制螺線管以有選擇地將電池與高壓總線和低壓總線中的至少一個電連接。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，電池單元連接是串聯(lián)單元連接，同樣設(shè)置串聯(lián)連接的電池以形成多個模塊，每個模塊串聯(lián)連接在一起以與高壓線束電連接，并且每個模塊并聯(lián)連接在一起以與低壓線束電連接。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，點火模塊配置為確定運行啟動位置和輔助啟動位置中的一個，運行啟動位置提供高壓和低壓電力需求，輔助啟動位置僅僅提供低壓電力需求輔助。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，當點火模塊驅(qū)動至運行啟動位置時，點火模塊將高壓線束與提供低壓電力需求的DC/DC變換器連接。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，開關(guān)系統(tǒng)包括與高和低壓線束連接的高/低壓開關(guān)，以及與低壓線束連接的低壓開關(guān)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，螺線管具有高/低壓螺線管和低壓連接器螺線管，點火模塊控制高/低壓螺線管以及低壓螺線管，使得高/低壓開關(guān)與混合動力車輛電力系統(tǒng)電連接，并且低壓開關(guān)與混合動力車輛電力系統(tǒng)斷開。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，開關(guān)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)換開關(guān)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，螺線管是單轉(zhuǎn)換開關(guān)螺線管，點火模塊控制單轉(zhuǎn)換開關(guān)螺線管，使得高/低壓開關(guān)與混合動力車輛電力系統(tǒng)電連接，并且低壓開關(guān)與混合動力車輛電力系統(tǒng)斷開。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，點火模塊驅(qū)動至運行啟動位置時，點火模塊將高壓線束與高壓電力需求連接。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，當點火模塊驅(qū)動至輔助啟動位置時，點火模塊斷開高壓線束與高壓電力需求的連接。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，提供一種車輛電氣控制系統(tǒng)，包含:具有串聯(lián)電池連接的電池單元的電池，串聯(lián)連接的電池設(shè)置為形成模塊，模塊串聯(lián)連接在一起以與高壓線束形成高壓電連接，并且模塊并聯(lián)連接在一起以與低壓線束形成電連接；開關(guān)系統(tǒng)，包括螺線管和點火模塊，點火模塊配置為控制螺線管以有選擇地將電池與高壓總線和低壓總線中的至少一個電連接。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，點火模塊配置為確定運行啟動位置和輔助啟動位置中的一個，運行啟動位置提供高壓和低壓電力需求，輔助啟動位置僅僅提供低壓電力需求輔助。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，當點火模塊驅(qū)動至運行啟動位置時，點火模塊將高壓線束與提供低壓電力需求的DC/DC變換器連接。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，開關(guān)系統(tǒng)包括與高和低壓線束連接的高/低壓開關(guān)，以及與低壓線束連接的低壓開關(guān)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，螺線管具有高/低壓螺線管和低壓連接器螺線管，點火模塊控制高/低壓螺線管以及低壓螺線管，使得高/低壓開關(guān)與混合動力車輛電力系統(tǒng)電連接，并且低壓開關(guān)與混合動力車輛電力系統(tǒng)斷開。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，開關(guān)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)換開關(guān)。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，螺線管是單轉(zhuǎn)換開關(guān)螺線管，點火模塊控制單轉(zhuǎn)換開關(guān)螺線管，使得高/低壓開關(guān)與混合動力車輛電力系統(tǒng)電連接，并且低壓開關(guān)與混合動力車輛電力系統(tǒng)斷開。
[0023]參照附圖，根據(jù)以下【具體實施方式】，本發(fā)明的各方面對本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0024]圖1是輕度混合動力車輛動力傳動系統(tǒng)布局的實施例的示意性平面圖；
[0025]圖2是全混合動力車輛動力傳動系統(tǒng)布局的實施例的示意性平面圖；
[0026]圖3是具有雙電壓、模塊化電池結(jié)構(gòu)的混合動力車輛電力系統(tǒng)的一部分的實施例的不意圖；
[0027]圖4是具有可選擇的開關(guān)結(jié)構(gòu)的與圖3類似的混合動力車輛電力系統(tǒng)的一部分的另一實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]現(xiàn)在參照附圖，圖1顯示了輕度混合動力車輛及動力傳動系統(tǒng)布局的示意圖，總體由10表示。輕度混合動力車輛10包括IC發(fā)動機12、變速器14以及電動輔助馬達(EAM) 16。IC發(fā)動機12驅(qū)動變速器14，變速器14相應(yīng)地驅(qū)動顯示為前輪18a的至少一個車輪。在輕度混合動力車輛的一個實施例中，EAM 16可以配置為起動機/交流發(fā)電機，起動機/交流發(fā)電機可以配置為初始啟動發(fā)動機和在效率關(guān)閉周期后重新啟動發(fā)動機?？蛇x擇地，EAM 16可以配置為通過變速器14提供增大的電源和再生制動，例如再生發(fā)動機制動或再生踏板驅(qū)動的制動。輕度混合動力車輛10的另一方面，電動輔助馬達20可以與不是由IC發(fā)動機12驅(qū)動的車輪--例如后輪18b--連接。電動輔助馬達20可以提供再生制動和增大IC發(fā)動機功率的動力輔助模式和/或在重新啟動IC發(fā)動機12之前提供動力。
[0029]如圖2中所示，示意性顯示了全混合動力車輛，總體由1a表示。全混合動力車輛1a可以與輕度混合動力車輛10共有一些相似的組件。因此，可以使用相同的附圖標記說明相同或?qū)嵸|(zhì)上相同的組件。全混合動力車輛1a包括IC發(fā)動機12和與齒輪箱14a連接的電動驅(qū)動馬達(EDM) 16a，齒輪箱14a可以包括差速齒輪組14b或離合器裝置允許來自IC發(fā)動機12或EDM 16a的電源輸入傳至前輪18a和/或后輪18b。盡管所述的全混合動力車輛顯示為并聯(lián)式混合動力電動動力傳動系統(tǒng)布局，但也可以提供串聯(lián)式動力傳動系統(tǒng)布局。在這樣的布置中，車輪18a可以與EDM 16a和IC發(fā)動機12連接，其中IC發(fā)動機12與發(fā)電機14b連接。另外，可以提供與圖1中的EAM 20類似布置的單獨的或第二 EDM。
[0030]如圖1和2中所示，混合動力車輛10和1a包括總體由22表示的模塊化電池和動力控制(BPC)系統(tǒng)，其與混合動力車輛電力系統(tǒng)連接，混合動力車輛電力系統(tǒng)的一部分在圖3中總體以24顯示，其可以是高和低壓要求的電力系統(tǒng)。模塊化BPC系統(tǒng)22通過高壓總線系統(tǒng)24a與高壓電源需求——例如EAM 16或EDM 16a——連接。模塊化BPC系統(tǒng)22也通過低壓總線系統(tǒng)24b (如圖3所示)連接來提供混合動力車輛的低壓電源需求。
[0031]現(xiàn)在參照圖3 (基于圖1和2)，描述了模塊化BPC系統(tǒng)22的實施例的示意圖。模塊化BPC系統(tǒng)22包括總體由26表示的模塊化電池組。模塊化電池組26由多個互相連接的電池模塊28形成。每個模塊28包括一個或多個產(chǎn)生基本單元電壓的電池30。例如，當模塊由鉛酸電池形成時，每個電池的基本單元電壓大約是2伏。模塊28可以由任何適當組分的電池形成，例如鋰離子、鎳氫、鎳鎘、液流電池以及其它的電池。電池30可以配置為產(chǎn)生任何要求的基本單元電壓。所描述的電池30串聯(lián)連接以形成每個模塊28的輸出電壓。電池30可以以任何合適的數(shù)量連接以提供模塊28所需要的輸出電壓。
[0032]模塊28以任何適合數(shù)量設(shè)置并連接在一起一一例如串聯(lián)和并聯(lián)布置一一來產(chǎn)生模塊化電池組26需要的電壓和電流輸出。模塊化電池組26的模塊28通過高壓連接線束32和低壓連接線束34連接在一起。高壓連接線束32可以具有配置為與混合動力車輛電力系統(tǒng)24的至少高壓需求部分連接的正電部32a和負電部32b。低壓連接線束34可以具有配置為與混合動力車輛電力系統(tǒng)的低壓需求部分連接的正電部34a和負電部34b。
[0033]例如，高壓連