[发明专利]具有脱离发动机的紧凑增程电动车辆及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及紧凑增程电动车辆动力系及其控制方法，该动力系具有用于从传动系脱离小型内燃发动机的离合器。

背景技术

增程电动车辆（EREV）提供一个或多个仅电气（EV）动力系操作模式以及一个或多个另外的动力系操作模式。在EV模式中，内燃发动机通常仅根据需要用于使车载发电机旋转。用于推进EREV的扭矩由电动机供应，该电动机由电池组或发电机供能。在串联模式中，马达可用于启动发动机。在再生制动事件期间，同一个马达或者分离的装置可充当发电机来恢复能量，由此该电池组充电。当电池组的荷电状态低于特定极限并且车辆正在减速或怠速时，来自发电机的能量可存储在电池组中。在一些插入式EREV设计中，电池组还可使用标准或更高电压/快速充电电源来重新充电。

一旦电池组被很大程度上耗尽，EV操作范围可通过发电机和发动机的操作来扩展，直到燃料供应被用光。对于短于阈值距离（在一些实施例中，例如约40英里）的通勤，不需要发动机，因此所有的推动力由EV模式通过电的方式提供。EREV设计通常使用高电压电池模块以及相对复杂的动力系元件和控制过程来最大化EV范围。这种设计的成本、尺寸和复杂度可使得它们的应用劣于最优，尤其在一些新兴市场中。

发明内容

因此，本文所公开的增程电动车辆（EREV）具有单个仅电气（EV，即仅涉及电）模式和单个串联模式。在EV模式中，离合器打开，不使用液压装置，电马达经由连接到一组车轮的输出构件推动EREV。小型内燃发动机用于在EV模式和串联模式中对空调（AC）压缩机供能。本文所用的术语“小型”指的是排量小于约150立方厘米（cc）的发动机，在一个实施例中使用约125 cc的发动机。当车载电池组的荷电状态（SOC）超过校正阈值SOC时进入EV模式，在一个实施例中，校正阈值SOC可经由范围模型来估计。当电池SOC低于校正阈值时进入串联模式。在串联模式中，当车辆减速或处于怠速条件时，并且当电池的荷电状态反映出充电需求时，来自发电机的能量可存储在电池组中。

在串联模式中，离合器被接合或闭合，在两个可能的实施例中或者手动地或者电磁地接合或闭合，并且发动机向AC压缩机和发电机供应功率，发电机与马达分离。当推动车辆所需的功率水平（即路面负载）超过来自发电机的输入功率时，来自电池组的能量可用于帮助马达向马达的输出构件提供充足水平的扭矩，以便推动车辆。否则，发电机在再充电或再生模式中将任何过量的功率转移到电池组。在串联模式中，来自发电机的输入功率是最小制动特定燃料消耗和最大电马达效率之间的平衡优化。

特别地，本文所述的车辆包括具有输出构件的小型内燃发动机、一组车轮、可再充电电池组、离合器、具有连接到车轮的输出构件的电马达、与马达分离的发电机、AC压缩机以及控制器。控制器通过选择性地命令离合器的接合来进入串联模式。这将发动机输出构件与传动系的剩余部件联接，并且特别地将发动机的输出构件连接到发电机。类似地，离合器被选择性地脱开以使发动机的输出构件从发电机和传动系的剩余部件脱离。根据车辆操作条件，马达被单独地或同时电连接到电池组和发电机并由电池组和发电机供能。

发电机的功率在电池组和马达之间被选择性地并行地分割，对功率的分割还取决于车辆操作条件和驱动循环。AC压缩机在串联模式和EV模式中由发动机驱动，并且根据电池荷电状态（SOC）是否超过目标SOC来选择所述模式。目标SOC基于电池组的循环和耐久性需要。

本文所述的紧凑车辆设计降低了发动机和燃料箱所需的封装空间。在一个实施例中，发动机可由液化丙烷气（LPG）供能。LPG可从燃料箱传递到发动机，燃料箱位于不同于发动机罩下面的某个地方，例如在备胎舱中。而且，小型发动机可位于车辆的后车轴附近以提供发动机罩下面的更短和更优化封装的机会。LPG推动帮助最小化排放并且给车辆提供绿色形象。

电池组可包括多个小型铅酸或锂离子电池，在一个具体实施例中，使用六个8伏铅酸电池。在串联模式中，发电机对马达供能，除非推动车辆所需的功率水平超过发电机的功率输出，在该情况中，来自电池组的能量可用于增大传递到马达的功率。当所需要的功率水平低于发电机的功率输出时，电池组可使用过量功率再充电。而且在EV模式中，当必须维持电荷时，在车辆减速或怠速条件期间，来自发电机的能量可用于对电池组充电并且维持电池荷电状态。