用于混合動力系統的動力分配方法
【技術領域】
[0001] 本公開總體設及用于混合動力系統的控制方法。
【背景技術】
[0002] 混合動力系統利用多于一個動力源來產生滿足采用混合動力系統的應用的需求 所需的轉矩和動力。混合動力系統可包括第一動力源（例如，內燃發動機）和第二動力源 (例如，電動機/發電機和相關聯的電池組）。所述動力系統一般還包括接口連接硬件、電 子控制器、鏈接網絡、電力電子器件、發動機廂、車輛主體、傳動裝置等。為了有效地供應動 力，混合動力系統需要：確定動力驅動應用的總轉矩和/或動力要求、確定滿足總轉矩和/ 或動力要求將從可用動力源提供的貢獻、并且最終控制單獨動力源W滿足所確定的單獨貢 獻。
[0003] 控制可用動力源的貢獻是復雜的并且取決于混合動力系統的應用和所要求的工 作周期。常見的控制方案設及內燃發動機的效率與電動機/發電機的效率的比較。其它方 法包括試圖將電功率量轉換成等價的燃料量或某種其它種類的成本函數。從根本上說，運 些方法采用內燃發動機和電動機/發電機的效率圖。然而，此類效率圖可產生低于最佳的 結果，運是因為每一個均預期在低功率電平下的低效率。因此，在本技術領域中仍然存在對 進一步貢獻的需求。

【發明內容】

[0004] 公開了一種用于控制具有發動機和電動機的混合動力系統中的動力分配的系統 和方法。根據本公開的至少一個方面，所述方法包括基于電池中的可用回收（reclaimed) 能量的量來選擇用于發動機的置換（displaced)燃料消耗值，其中所述置換燃料消耗值偏 向于：在相對高的負載條件下使用所述可用回收能量的量；使發動機在基于所述置換燃料 消耗值的條件下運行W產生發動機動力，從而滿足動力需求的至少一部分；并且使電動機 運行W產生足W供應發動機動力未滿足的剩余動力需求的電動機動力。該系統包括被配置 用于執行所述方法的操作的控制器。
[0005]提供
【發明內容】
是為了引入對本文在說明性實施例中進一步描述的概念的選擇。發 明內容既不旨在標識所要求保護主題的關鍵或本質特征，也不旨在用于幫助限制所要求保 護主題的范圍。根據W下描述和附圖，其它實施例、形式、目的、特征、優點、方面和益處將變 得顯而易見。
【附圖說明】
[0006] 本文的說明參照附圖，在附圖中，相同的參考數字在若干附圖中指代相同的部分， 并且在附圖中：
[0007] 圖1是根據本公開的混合動力系統的實施例的示意性框圖；
[0008] 圖2是根據本公開、在混合動力系統中的示例性發動機的運行范圍（示出為轉矩， WN?m為單位）內的邊際置換燃料加注速率（Wg/kWh為單位）對發動機速度（Wrpm為單位）的等值線圖；
[0009] 圖3是根據本公開的用于控制混合動力系統中的動力分配的方法的示意性框圖；
[0010] 圖4是根據本公開的用于控制混合動力系統中的動力分配的方法的示意性框圖；
[0011] 圖5是根據本公開的用于控制混合動力系統中的動力分配的方法的示意性框圖； W及
[0012] 圖6是根據本公開的用于控制混合動力系統中的動力分配的方法的示意性框圖。
【具體實施方式】
[0013] 為了促進對本發明原理的理解，現將參考附圖中所示的實施例并且將使用特定的 語言來描述運些實施例。然而，應當理解的是，運些描述并不旨在因此而限制本發明的范 圍，如本發明相關領域的技術人員通常會想到的那樣，本文還涵蓋所示實施例中的任何改 變和進一步修改W及如其中所示本發明原理的任何其它應用。
[0014] 本公開的一個方面描述了用于控制混合動力系統中所采用的動力源的單獨動力 貢獻的策略，所述動力源是電動機和發動機。用于確定可用動力源之間的期望分配的示例 性控制結構包括：在運行周期內監測電池中可用的自由回收能量、監測電池的充電水平、W 及在可能的情況下優先考慮使用可用的自由回收能量。該控制結構使用發動機相對效率的 度量（被稱為置換燃料消耗率）來確定發動機動力對可用電動機動力的最佳貢獻。置換燃 料消耗率可被定義為：在發動機貢獻動力遞增地減少并且通過電池由電動機提供的、遞增 地增加的電功率取代的情況下可節省的燃料。置換燃料消耗率是發動機、電動機、電力電子 器件（例如逆變器）和電池的熱效率而非機械效率的函數。因為發動機和電動機是聯接 的，所W動力源的機械損失一般不受動力分配的遞增改變的影響，并且不影響置換燃料消 耗率。因此，通過使用置換燃料消耗率，所有機械損失均被視為添加到動力系統的總負載需 求且不是動力分配確定的一部分的固定且不可避免的負載。因此，基于置換燃料消耗率，機 械損失在動力分配確定中不予考慮。
[0015] 置換燃料消耗率不同于制動燃料消耗率（"BSFC")，所述BSFC是內燃發動機的燃 料效率的一個常見度量。BSFC是燃料消耗率，是產生一單位動力所消耗的燃料質量的度量， 并且常常W克/千瓦時（g/kW-h)或磅/馬力小時QbAp-h)的單位給出。從概念上講， BSFC表示來自通過燃料產生的化學能量輸入的加熱功率的量除W來自發動機的機械功率 輸出的量，所述機械功率輸出的量包括機械損失和熱損失。在進入空氣無節流的情況下，發 動機在峰值轉矩附近運行時通常表現出峰值BSFC，并且針對給定的發動機，在不同的速度 和負載運行條件下BSFC將發生變化。
[0016] 然而使用發動機的基于BSFC的效率圖和電動機的可比效率圖的控制方案可得出 低于最佳的結果，運是因為在通過此類度量進行分析時，發動機和電動機兩者在低功率電 平下都表現出低效率。例如，在總動力輸入減少至與機械和電損失相當的水平的低功率電 平下，電動機/發電機效率接近于零，并且對于內燃發動機，BSFC接近于無窮大。對于低的 總動力需求，因為每個單獨的效率圖都會提示應當利用其它動力源，所W常規方法在最佳 動力分配方面得到差的結果。本公開的控制結構和系統通過W下方式克服了運些不足：使 用置換燃料消耗率W將來自兩個動力源的所有機械損失合并到對動力系統的總負載需求 中，從而從動力分配確定中去除機械損失。因為本公開的動力分配確定分析了發動機和電 動機的動力貢獻的遞增改變，所W置換燃料消耗率有時可更精確地被稱為邊際置換燃料消 耗。邊際置換燃料消耗可W燃料的克/千瓦時電池電力（g/kWh)來量化。
[0017]根據本公開的至少一個實施方式，圖1中示出了混合動力系統100。如圖1中所 示，動力系統100可包括與電動機/發電機104 (在下文中稱為"電動機104")聯接的內燃 發動機102。電動機104可包括被構造用于通過轉換電能來提供機械轉矩并且進一步被構 造用于從機械轉矩產生電能的任何裝置。因此，替代地，電動機104在產生機械轉矩時可運 行為電動機并且在從動力系統100的其它方面（包括發動機102)所供應的機械轉矩產生 電能時可運行為發電機。如圖1中所描繪，電動機104可W是單一電動機/發電機。作為 替代，電動機104可包括多個電動機、單獨的電動機和發電機、或本領域中所理解的電轉矩 產生裝置的任何其它配置。發動機102可W是壓縮點火發動機（例如柴油發動機）、火花 點火發動機（例如汽油或酒精發動機）、多燃料發動機、燃料電池或任何其它合適的非電轉 矩提供裝置。此外，動力系統100可W使用任何合適的動力源組合，包括而不限于內燃發動 機、液壓電動機或液壓累、電動機、燃料電池裝置或任何其它動力源。
[001引在圖1中，動力系統100是W并行配置示出，其中發動機102、電動機104或兩者 可通過動力分配器106將轉矩施加于聯接到負載108的動力傳動系統116。在運種實施例 中，發動機102和電動機104將轉矩施加于同一個動力傳動系統116,W使得它們的速度是 相似的并且它們的轉矩是疊加的。作為替代，動力系統100可W串并聯配置布置，其中包括 多于一個動力分配器106。負載108可取決于動力系統100的應用。作為非限制性實例， 在車輛應用中，負載108可包括由動力系統100推進的車輛的輪子。在動力產生應用中，負 載108可W是由動力系統100提供動力的機器，例如累或鉆機。在某些實施例中，動力系統 100可W合適動力提供裝置的任何合適布置來配置。
[0019]動力傳動系統116可通過動力分配器106機械地聯接到發動機102和