[发明专利]混合动力车辆的能量控制系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的用于混合动力车辆的能量控制系统和方法。

背景技术

在重型车辆工业中的最大挑战之一是减少燃料消耗。燃料成本相当于重型卡车的生命周期成本的大约30%。所行驶的平均距离是每年大约150000km，而平均燃料消耗是每100km大约32.5升。燃料消耗中的小的降低因此带来燃料成本中的大的降低。节约燃料的一种良好方式是使制动能量再生，并在需要时应用该能量来用于推进，而不是仅仅通过应用常规制动将动能转化成热。通过使用混合动力车辆而不是常规车辆，使这成为可能。

混合动力车辆是具有至少两个能量源的车辆。例如，可以由电机援助内燃机。该电机可以被用作电动机和发电机。这使得可以将电机视为通过使用它作为发电机来减小车速的装置，在该情况下，使用动能来感应出电流，接着使用该电路来给电池充电，使得可以保存并稍后使用该能量，而不是通过应用常规制动设备将动能转化成热。在涉及高燃料消耗的行驶情况中，可以通过使用电动机援助发动机来极大地减小燃料消耗。这样的情况一般在加速期间和在上坡行驶时发生。

存在各种电动混合动力系统，例如串联式混合动力、并联式混合动力和它们的组合（被称为功率分流系统）。

在如图1所示的串联式混合动力系统中，发动机驱动发电机，而不是直接驱动车辆的车轮。发电机不仅给电池充电，而且为电动机提供能量以推动车辆。当需要大量能量时，发动机从电池和发电机两者获取能量。在并联式混合动力车辆中，经由发动机轴机械地连接发动机与用作发电机和电动机两者的电机。在图2中描绘了并联式混合动力系统的示例。连接可以位于发动机和电机之间，使得可以纯电动地运行车辆。因为发动机和电机以完全相同的速度旋转（当连接是有效的时），所以它们彼此补充并且并行地运行。

当为公共汽车实施混合动力系统时，常常使用串联式混合动力系统。城市公共汽车每天被刹停很多次。

关于能量保存的重要方面是对制动期间再生的能量的最大利用。在能量储存器中需要容量来容纳再生的能量。

这需要必须在发起制动之前及时地降低能量储存器中的能量水平。

根据当前使用的系统，到下一停车地点的时间或距离的长度不是已知的，这意味着能量储存器可能放电太慢，未留下容量来容纳被预期在下一制动期间进入能量储存器的能量。当前常常应用的行驶技术下的加速快速地清空能量储存器，导致大的内阻损失。对于此的一个原因是希望确保能量储存器在即将到来的减速阶段预期开始时处于预定的低水平，即希望确保存在用于接着产生的能量的足够的储存容量。

对于公共汽车，优选使用所谓的超级电容器来用于能量储存。与电池相比较，电容器的优点是它容忍例如常常在公共汽车上发生的在短时间内大量反复的充电。

对于能量储存器（电容器、电池等），下面的关系式通常适用：

U=C x Q

其中U是电压，C是电容，而Q是电荷。

P=U x I

其中P是功率，而I是电流。

P_loss=R x I²

其中P_loss是能量储存器中的功率损失，而R是内阻。

因此，能量储存器的功率损失随着电流的平方的增大而增大，这意味着大电流排出（例如在加速阶段期间的）从能量观点来看是负的。

下面列出的专利说明书指的是处于混合动力车辆的能量再生的领域内的各种系统和设备。

US6414401涉及关于混合动力车辆中的能量再生的控制系统，该系统使得能够在车辆的减速期间通过再生来储存足够的能量。

US2007/0018608涉及用于控制混合动力车辆中的电池的充电以便能够在再生阶段期间限制电池充电量的设备。

US7242159也涉及用于控制混合动力车辆中的电池和/或电容器的充电的设备。

本发明的目的是实现混合动力车辆的改进和更佳的能量使用，特别是以便抑制电容器/电池中的内阻损失。

发明内容

利用独立权利要求所定义的发明来实现上述目的。

由从属权利要求定义优选实施例。