[发明专利]用于具有可重新配置多功能功率转换器的混合动力车的控制系统

说明书

本申请要求均于2007年2月9日提交、申请号为60/888,991和 60/889,022、发明名称分别为“Control System for Hybrid Vehicle With Plurality of Energy Sources”和“Reconfigurable Multi- Function Power Converter for Electric Vehicle Applications”的共同 未决的美国临时申请的权益。因此上述申请公开的内容被通过全文引 用并入。

本发明非限制性实施例的技术领域

本发明的示范性实施例主要涉及一种控制系统，并且更具体地 涉及一种用于在包括至少两个连接至功率转换器的能量存储设备的混 合动力车中使用的控制系统。

本发明非限制性实施例的背景技术

在典型的混合动力电动车(HEV)中，由高能电池向包含电机的混 合动力传动系统提供功率。在重载状态下，高能电池能够提供额外的 能量以增加通过车辆的内燃发动机提供的能量，由此提高性能。由 此，电池能够在负载较轻的状态期间被再充电，或者利用车辆减速期 间产生的能量来充电。由于在电池上设置的高能约束，因此必须将充 电状态(SOC)保持在狭窄的操作范围内以确保长的使用寿命。而且， 必须保留低于电池完全充电的缓冲以允许在车辆减速且电池被“完全 充电”时再次回收能量。因此，这种典型的HEV系统的缺点在于该 电池的最大容量永远不能被完全用于车辆推进。

也可以使用多于一个能量源给车辆提供能量。例如，为了提供 高容量和高功率，可以将高能电池组与高容量电池组一起使用。而 且，为了获得太阳能电池板的能量产生能力以及电池组的蓄电能力， 也可以将太阳能电池板与电池组一起使用。如果能量能够自由且有效 地在这些能源之间被交换到车辆或任意其他的负载中，则能够实现所 述多个能源的集成与车辆自身负载的结合。

本发明非限制性实施例的发明内容

本发明示意性的非限制性实施例是一种操作和控制具有多个能 量存储设备的车辆内的能量流动的系统。这种车辆的一个例子是具有 至少两个能量存储设备的混合动力车，主能量存储设备例如是镍金属 氢(NiMH)电池、锂离子(LI)电池或超级/超能电容组，其耦合至副能 量存储设备，所述副能量存储设备例如是用作主设备的那些设备中的 任意一种。能够通过外部能量源(例如通过由电网供电的普通电插座 提供的能量)单独地或共同地给能量设备再充电。两个能量存储设备 能够被直接耦合至车辆的动力传动系统。可选地，能够通过多功能功 率转换器进行耦合，所述多功能功率转换器允许降压、升压或绝缘的 操作模式，其中能量以双向的方式在能量存储设备之间传输。

附加的电池使系统能够提供额外的电能，以及吸收在车辆减速 期间提供的再生功率的增量。外部能量源接口允许单独地或共同地对 主电池或副电池再充电。通过利用存储在电池内的外部能量推进车 辆、利用内燃发动机推进或利用两者的组合，所提供的外部能量优化 了车辆的运行。

为了允许在混合动力车和外界功率源或负载之间自由交换能 量，本发明非限制性实施例的一方面可以提供DC到AC和AC到 DC的转换。例如，在没有其他的AC插座可用时，用户可能期望利 用普通的家用电器。本发明示意性的非限制性实施例在系统内提供了 AC电插座并且给控制系统提供了切换如下模式的能力，所述模式允 许将能量从能量源传输到混合动力车的动力传动系统。因此，混合动 力车的用户具有在能量没有被提供给车辆的动力传动系统时给设备提 供AC功率的能力。在一个示范性实施例中，可以将普通的AC插座 连接至副能量源。

而且，根据示范性实施例的一个方面，如果控制系统确定有必 要，则可以给电网提供能量。提供电力的电网偶尔会经历断电。如果 发生这种情况，本发明的实施例在插入普通电插座时可以切换到如下 模式，所述模式允许从主能量电池或副能量电池提取能量并提供给电 网。