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CN102300736A - 混合动力汽车动力传动系统能量管理的装置和方法 - Google Patents

混合动力汽车动力传动系统能量管理的装置和方法 Download PDF

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CN102300736A CN2009801558826A CN200980155882A CN102300736A CN 102300736 A CN102300736 A CN 102300736A CN 2009801558826 A CN2009801558826 A CN 2009801558826A CN 200980155882 A CN200980155882 A CN 200980155882A CN 102300736 A CN102300736 A CN 102300736A
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Abstract

本发明涉及通过参考动力传动系中的至少一个元件的一个或多个运行参数对混合动力汽车动力传动系统能量进行管理的装置和方法。所述方法的特征在于，对于消耗收益(G)的确定随动力驱动系统的至少一个或部分元件(1-5)的一个或多个运行参数的变化而变化。有利地是，所述运行参数是动力驱动系统中至少一个或一部分元件(1-5)各自的温度。本发明所述的方法应用在汽车领域。

Description

混合动力汽车动力传动系统能量管理的装置和方法
技术领域
总的来说，本发明涉及通过参考动力传动系统中所设置的至少一个元件的一个或若干个运行参数从而对混合动力汽车动力传动系统能量进行管理的装置和方法。
背景技术
所述混合动力汽车动力传动系统能量管理的装置和方法，同时考虑该系统中所具有的至少一个元件的一个或多个运行参数，这就允许增加所述系统的电供给，同时将碳氢燃料的消耗降至最低且保持实际应用中的能量储存系统的寿命。
有利但非限制地是，这个或这其中一个运行参数是所述系统中具有的至少一个或一部分元件各自的温度。
图1示意地示出了现有技术下的混合动力传动系统。
众所周知，这样的动力传动系统包括向汽车驱动轮2提供机械能的热力发动机1和一个或多个电机3，在图中只示出有一个轮子2，在图1中示出有两个机器，至少其中一个机器3可以如同电机一样运行且向汽车的轮子2提供电能。所述动力传动系统也包括电能的存储装置4以及将电能和机械能传递给汽车轮子2的传输装置5，所述电能存储装置4在图中以虚线连接在电机3上。
所述传输装置5包括例如齿轮，离合器，外摆线列等等的机械连接元件。
另外，这样的系统通常包括电能的回收装置，这些装置可以被包括在至少两个电机3的其中之一中。因此，所述的能量回收装置包括例如一个在减速时以电流发生器方式运行的电机，所述发生器式的电机将轮子接收的机械能和/或动能转化成电能。
尤其是在文献WO-A-2008/053107中，已知，通过符合已知的热力发动机特征的称为边际消耗的消耗根据实时计算的消耗收益要么选择热力传动要么选择电力传动从而实现对上述具有动力传动系统的混合动力汽车动力传动的调节。
尽管这种调节方式在众多动力传动系统运行情况下使人满意，但该调节方式没有考虑动力传动系统中不同元件的至少一个元件运行参数的状态，例如一个元件或一部分元件的热状态。
这种调节方式尤其被证明对于汽车开动后即对于调节系统运行瞬态区域中动力传动系统的运行来说是不够的，在所述区域中动力传动系统具有的不同元件1至5达不到正常运行时的温度。
事实上，电机3和电能储存系统4的热状态与热力发动机1和传输装置5的热状态同样对可能获得的热力和热损失产生影响。
对内燃机过度消耗的分析证实了将与短程相联系的热参数加权的特征，这个特征导致了相对于热的热力发动机运行即达到正常运行的最小温度的大量的过度消耗。
电力发动机和热力发动机的效率所受到的影响与运行温度成反比。电力发动机在冷的情况下有更好的效率而热力发动机在热的情况下以最佳地方式运行。
为了计算所述动力驱动系统的消耗收益将汽车动力驱动系统的不同元件的至少其中一个元件的热状态考虑进来尤其适合于短的行程。
然而，短程经常是在动力驱动系统暂时发热的条件下实现的，这样的短程是汽车行程的重要部分。已经证实，每天行程的平均长度小于8.5km且平均持续时间小于12分钟。这些统计数据允许强调实际使用中使汽车能量最优化时热的重要性。
发明内容
本发明的目标是在混合动力汽车动力驱动系统运行管理方法中考虑该系统中具有的至少一个或部分元件的一个或多个运行参数状态。
为此，本发明的主题是汽车动力驱动系统的能量管理方法，该汽车包括热力发动机和至少一个能够用作电力发动机的电机，所述方法包括通过在热力方式下产生的消耗和在电力方式下产生的消耗之间实现差异从而对热力发动机碳氢燃料消耗收益进行实时确定的步骤，所述方法的特征在于，对于消耗收益的确定随动力驱动系统的至少一个或部分元件的运行参数的变化而变化。
根据本发明的其他特征：
-参考的运行参数或其中一个运行参数是动力驱动系统的一个元件或部分元件各自的温度，
-其温度被参考以用于计算损失因子的动力驱动系统的一个元件或部分元件是电机和能量储存装置，
-收益以下列方式表示：
G(g/s)＝Conso-Consoéquivalente
其中，
Conso：热力发动机的消耗
Consoéquivalente：在同样运行条件下电电机估计消耗，该消耗等于轮子的功率，加上电气系统中充电和放电时的损耗，再乘以由热力发动机固有特性图所定义的正比系数K，
-当所述动力驱动系统的元件中包括能量回收装置和能量存储装置时，所述方法包括根据一个或多个标准以及根据消耗收益G使热力发动机运行或停止步骤，使热力发动机停止的必要非充分条件是正的消耗收益，
-所述方法包括即使收益为正仍然保持热力发动机运行的步骤，运行的标准或其中一个标准取决于热力发动机的特征温度，所述标准说明当特征温度没有达到实现确定的值时，热力发动机的停止就中止，
-所述方法包括即使收益为正仍然保持热力发动机运行的步骤，标准或其中一个标准取决于电能回收装置和/或电能储存装置的回收水平，该标准说明当能量储存装置中储存的电能没有达到事先确定的值时，热力发动机的停止就中止，
-当至少一个电风扇组用于冷却热力发动机时，所述方法包括调节冷却热力发电机的一个电风扇组或若干个电风扇组启动频率和/或功率的步骤，以为了使得尤其是当该热力发动机被临时停止时，热力发动机的温度不会下降到事先确定的温度之下。
本发明同样涉及为了实现所述方法的管理装置，其特征在于，它包括控制单元以及动力驱动系统至少一个运行参数的传感器，所述传感器被置于动力驱动系统的至少一个元件上，该动力驱动系统的运行参数或其中一个运行参数被用于动力驱动系统中能量的管理。
最后，本发明涉及混合动力汽车，其特征在于，它包括所述控制装置和/或在于，所述混合动力汽车动力驱动系统的能量管理通过所述方法实现。
附图说明
现在将以更详细但非限制性的方式参考附图对本发明进行阐述，在参考附图中：
-图1示意地示出了设有不同组成元件的混合动力汽车的动力驱动系统，该系统被现有技术所熟知，
-图2示意地示出了在发动机不同运行温度下且消耗收益为零时根据发动机速度变化而变化的发动机扭矩曲线。
具体实施方式
在上述介绍部分中已经对图1进行了阐述。
在以下描述中，混合动力汽车的动力驱动系统的不同元件将参照图1进行标示。
此外，对于下述汽车动力驱动系统中能量管理的运行参数将会是该系统的至少一个或部分元件处于热状态。需要知道的是，温度是用于指导该系统中能量管理的有利参数，但温度不是唯一需要考虑的参数或/和温度也可以与所述系统中一个或部分元件的一个或多个额外的运行补充参数相联系。
本发明是关于混合动力汽车动力驱动系统能量管理的方法，所述汽车包括热力发动机1和至少一个能够用作电力发动机的电机3.
所述方法包括热力发动机1的碳氢燃料消耗收益G的实时确定步骤，该收益G通过在热力方式下的消耗和在电力方式下的消耗之间实现差异从而在图2中的曲线上达到零值。
已知，碳氢原料消耗收益通过下列公式计算：
G(g/s)＝Conso-Consoéquivalente
其中，
Conso：当热力发动机运行时的消耗
和Consoéquivalente：在同样运行条件下电动机预计消耗
根据本发明所述，能量管理方法的特征是，消耗收益G的确定是随着示出在图1中的动力驱动系统的至少一个或部分元件1至5的一个或多个运行参数的变化而变化。
有利地，当动力驱动系统包括能量回收装置和能量储存装置4时，所述方法的特征在于，其包括根据一个或多个标准和消耗收益G，使热力发动机1停止运行或使其运行的步骤，使热力发动机停止的必要非充分条件是正的消耗收益。
有利地，至少一个或部分元件1至5的各自的温度是最适合参考的运行条件的参数，尤其是在发动机运行的瞬态阶段，例如发动机刚刚开启之后。
也可将温度与至少一个其他运行参数结合起来用于确定等价消耗Consoéquivalente。
有利地，在确定消耗收益G之后，通过给出的热力发动机的消耗Conso和等价消耗Consoéquivalente之间的差异推断出热力发动机的停止，因此在电力动力驱动系统中，如果这个收益是正的则采取发动机1停止的决定且动力驱动系统变为电的方式。
然而，如上所述，这也可以通过遵循一个标准或多个标准来进行实施或不实施，例如所述标准取决于电力回收装置的回收水平和/或动力驱动系统中至少一部分元件1至5的温度。
在本发明的第一实施方式中，与其他运行标准结合或不结合的所述标准取决于热力发动机1的特征温度，所述标准意味着当热力发动机1的特征温度达不到事先确定值时，需要暂停热力发动机的停止。
在本发明的第二实施方式中，与其他运行标准结合或不结合的所述标准以通过最频繁地停止热力发动机1来增加电力储存装置4效用的方式被确定，这就允许在通过停止热力发动机1来节约碳氢燃料和使热力发动机1运行所必须的电力能量回收装置充电之间取得折中。
热力发动机1达到的即电力驱动系统中的等价消耗Consoéquivalente根据以下推论来预测。
在纯电力驱动中，热力发动机1真实的消耗Conso为零，但例如，以一个或若干个电池的形式且是电动机3功率来源的电能储存系统4被放电。所述放电量等于轮子2用于在传输损失下确保驱动所必须的功率。
由于唯一的能量来源是热力发动机1，作为储存装置4的所述电池或所述若干个电池只用作继电器，当热力发动机1被再点燃时，所述纯的电力驱动放电必须被外部充电所补偿。
热力发动机1的功率差异的近似值与引起的过度消耗成比例，热力发动机1达到的等价消耗Consoéquivalente等于轮子2的功率，加上该系统中存在的储能装置4进行放电充电时的损耗，再乘以正比系数K。
通过将上述公式中的等价消耗Consoéquivalente替换掉，可以推出消耗收益G：
G(g/s)＝Conso-Consoéquivalente
G(g/s)＝Conso-K[Pmth/ηelec]
在后面一个公式中：
-Conso是热力发动机1的消耗，
-Pmth＝由热力发动机提供的功率
-K＝由热力发动机固有特性图所定义的正比系数
-ηelec＝电系统的功率。该功率随着动力驱动系统中的一个或若干个运行系数的变化而变化，所述运行系数优选的是动力驱动系统中至少一个或一部分元件1至5各自的温度。
热力发动机的消耗Conso可以有利地在给定时间内通过发动机速度测定特性图来计算，所述发动机速度测定特性图给出了根据其功率和动态所变化的发动机消耗。
G的特征是在混合动力汽车形成中给定时刻和实时下由停止热力发动机1所实现的碳氢原料的消耗收益和纯电力驱动系统的效用。
有利地确定热力发动机停止和启动管理的收益G的公式也有物理参数，所述物理参数取决于系统运行参数尤其是该系统中其中之一或一部分元件1至5的温度。
对所述参数或所述多个参数变化的参考，尤其是温度，例如在热发动机1启动后瞬态阶段的温度的参考将根据传感器测定的数值而实现，所述传感器设置在混合动力驱动系统的不同元件中，所述传感器能够测量所述运行参数或所述多个运行参数的例如温度的值。
因此本发明也涉及用于实现所述方法的管理装置，其特征在于，所述管理装置包括带有例如以为了实现对消耗Conso和Consoéquivalente的计算的计算器的控制单元以及至少一个动力驱动系统中运行参数的传感器，所述传感器被设置在至少一个或一部分动力驱动系统的元件中，这个或这些元件的运行参数被用于管理所述动力驱动系统中的能量和帮助计算消耗。
根据本发明所述方法的基本策略有利地由三阶段组成：
-热力发动机1的启动/停止阶段，
-能量回收的参考，
-当热力发动机1被点燃时其功率的选择。
策略的核心在于第一阶段，该第一阶段建立在对消耗收益G计算的基础上，这样做是为了有利地在行程中的给定时刻使热力发动机1停止。对于每个运行点，收益G的表达式体现可以取决于温度以及其他的运行实体参数。
在将温度作为其中一个运行参数加以考虑的情况下，在策略中参考热瞬态不涉及第二阶段，因为无论如何，当减速时的周期上回收的能量或是在其他外部或装载能量源上回收的能量必须被用于如策略所提倡的纯电力模式下的行驶。
第三个阶段涉及一旦确定热力发动机1点燃时对其功率的确定。在回收不允许支持热力发动机1在有利区域总的停止的情况下，即收益G为正时，通常借助动力驱动系统中的储存装置4对一个或多个电池进行重新充电是有利地。
在实践中，热力发动机1会提供功率的补充以为了给所述电池或所述多个电池重新充电且使得所述电池或所述若干个电池的负荷处于正常区域。
由于电动力驱动系统中的损失和电池的消耗与功率的平方成正比，因此所述再次充电有利地以渐进的方式实现。同时，电池的再充电对热瞬间的管理产生影响。
在使用温度作为一个或其中一个运行参数用于计算收益G的情况下，图2示意地示出了根据不同运行温度和给定消耗收益值时发动机速度关于发动机扭矩曲线。运行温度可以是热力发动机1的特征温度或与此相关的温度，如有必要时也可以是相对于热力发动机1的特征温度进行修改的温度。
在所述曲线上，收益G为零，扭矩是有序的且以牛顿米为计量单位而发动机速度以转/分钟为计量单位。
在发动机速度关于发动机扭矩值变化时，不同的曲线分别对应热力发动机1不同的运行温度。
冷消耗的计算基于热瞬态的额外的摩擦力矩。冷消耗的增加因此对应图2中示出的更大力矩的热消耗的特性图，在图2中对于收益G为零且对于发动机速度的同样值，当发动机运行温度下降时发动机扭矩增大。
对于热力发动机1需要的额外扭矩，一旦发动机被点燃，为了使能量储存装置4重新充电，过度消耗取决于扭矩的增加。
在公式中提到的系数K不取决于温度。该系数根据发动机速度和发动机扭矩相对不变，相对于其他考虑根据发动机扭矩和速度变化很大的发动机总体平均收益的策略来说，所述发动机扭矩在根据本发明所述方法的基本策略中是精确且简单的。
传输中的损失是热瞬态过度消耗的第二个因素。然而，这些损失在上述收益G公式的两个消耗Conso，Consoéquivalente有所体现，尤其是在热力发动机1运行时的消耗Conso的值中有所体现。
因此在本发明所述的方法中，无需使用传输的特征温度作为计算损失的参数。
但是，根据本发明所述，用温度参数来计算用作汽车动力驱动系统的电力发电机的电机3和/或动力驱动系统的电能储存装置4的充电和放电损失是有利的。
显然，由能量优化所提供的消耗收益G的范围不能超过对汽车消耗部件温度直接影响的限制，首先对收益计算产生影响的消耗与动力驱动系统的其他运行参数相反。
图2示出了电驱动区域。
在该图2中，热力发动机1特征温度或该特征温度修正值的影响在电驱动区域的规模上是可见的。
温度T越低，热力发动机1内部的摩擦损失就越大，且该发动机相对于动力驱动系统的电力发动机的收益就越差。因此这意味着电力驱动区域越大，热力发动机的特征温度就越低。
对能量储存装置4进行再充电的策略在于当热力发动机1点燃时对其功率的选择。在计算消耗收益G时参考至少一个或一部分动力驱动系统中的元件1至5意味着电力式驱动的MVEG周期有10％左右的重大提高。需要提醒的是，MVEG周期是在欧洲的许可周期，其涉及燃烧气体排放和碳氢燃料的消耗。该周期包括城市部分和郊区部分，这两个部分的平均时速是18.8km/h和62.6km/h。MVEG周期是在温度为20摄氏度的冷发动机启动下实施的。
为了同时优先热力发动机1温度升高以降低消耗，优选地使用热能管理，如果需要可以同时使再充电的损失最小化。
在冷的汽车发动的情况下，一旦驾驶员需要或能量储存装置4的充电水平需要启动热力发动机1，只要其特征温度的水平没有达到确定的限值，则该热力发动机1被禁止熄灭。
尤其是在热力发动机1的停止阶段，通过尤其是监控冷却环路将该发动机的温度保持在定义的限值之上是有利的，且通过电子电力机器3发动的发动机风机组的起动频率不导致热力发动机1在停止时的大幅度的冷却。
发动机隔间的自然通风和在停车时和纯电力模式下对驾驶舱暖气的可能需求却促使热力发动机1冷却水温度的下降，该温度可以被允许下降直到其限值，其限值可以通过暖气需求来调节。在该限值以下，热力发动机1被重新启动。
根据本发明所述方法的基本原则是简单的，这些基本原则基于实体的近似且不是复杂优化方法的结果，该方法很容易适应新的应用。
与混合动力汽车样机中目前使用的策略相比较，用来制定该方法的基本算法是简单的，根据本发明所述的设置在管理装置控制单元中的计算器所需要的功率将被降低。
根据本发明所述，在所述方法中参考热瞬态允许在零成本下增加电运输的供给。
本发明不局限于描述和示出的实施方式，所述实施方式仅是作为示例给出。

Claims (10)

1.混合动力汽车动力驱动系统的管理方法，所述动力驱动系统包括多个元件(1-5)，其中一个元件是热力发动机(1)且至少一个电机(3)能够用于电力发动机，所述方法包括通过在热力方式下产生的消耗(Conso)和在电力消耗方式下产生预计的消耗(Consoéquivalente)之间实现差异从而对热力发动机(1)碳氢燃料消耗收益(G)进行实时确定的步骤，所述方法的特征在于，对于消耗收益(G)的确定随动力驱动系统的至少一个或部分元件(1-5)的运行参数的变化而变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，参考的运行参数或多个运行参数是动力驱动系统中一个或一部分元件(1-5)各自的温度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，参考其温度用于计算损失的动力驱动系统中的一个或一部分元件(1-5)是电机或多个电机(3)和/或能量储存装置(4)。
4.根据上述权利要求其中任意之一项所述的方法，其特征在于，收益(G)用以下方式表达：
G(g/s)＝Conso-K[Pmth/ηelec]
其中：
Conso是热力发动机(1)的消耗，
Pmth＝由该热力发动机(1)所提供的功率
K＝由该热力发动机固有特性图所定义的正比系数
ηelec＝电系统的效率，该效率随动力驱动系统中的一个或多个运行系数的变化而变化，所述运行系数优选的是动力驱动系统中至少一个或一部分元件(1-5)的各自的温度。
5.根据上述权利要求其中任意之一项所述的方法，其特征在于，所述动力驱动系统包括能量回收装置(3)和能量储存装置(4)，其中，所述方法包括根据一个或多个标准以及消耗收益(G)来使热力发动机(1)停止运行或使其运行的步骤，使热力发动机(1)停止的必要非充分条件是消耗收益(G)为正。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，包括即使收益(G)为正仍然保持热力发动机(1)运行的步骤，标准或其中一个标准取决于电能回收装置(3)和/或电能储存(4)的回收水平，该标准说明当能量储存装置(4)中储存的电能没有达到事先确定的值时，热力发动机(1)的停止就中止。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，包括即使收益(G)为正仍然保持热力发动机(1)运行的步骤，运行的标准或其中一个标准取决于热力发动机(1)中润滑油的温度，所述标准说明当润滑油的温度没有达到事先确定的值时，热力发动机的停止就中止。
8.根据上述权利要求其中任意之一项所述的方法，其特征在于，当至少一个电风扇组用于冷却热力发动机(1)时，其包括调节冷却热力发动机(1)的一个电风扇组或多个电风扇组启动频率和/或功率的步骤，以为了使得尤其是当该热力发动机(1)被临时停止时，热力发动机(1)的温度不会下降到事先确定的温度之下。
9.用于实现根据上述权利要求其中任意之一项所述方法的管理装置，其特征在于，它包括控制单元以及动力驱动系统中至少一个运行参数的传感器，所述传感器被置于动力驱动系统的至少一个元件(1-5)上，该动力驱动系统的运行参数或其中一个运行参数被用于动力驱动系统中的能量管理。
10.混合动力汽车，其特征在于，它包括根据上述权利要求所述的控制装置和/或在于对混合动力汽车动力驱动系统能量管理的实现符合根据权利要求1-8中任意之一项所述的方法。
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