專(zhuān)利名稱：用于交通工具系統(tǒng)的雙儲(chǔ)能設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此描述的實(shí)施方式一般涉及用于交通工具系統(tǒng)的雙儲(chǔ)能設(shè)備。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的微混合動(dòng)力(micro hybrid) /輕度混合動(dòng)力(mild hybrid)交通 工具每個(gè)都包括起動(dòng)發(fā)電機(jī)單元和傳統(tǒng)的14伏特電氣結(jié)構(gòu)?；旌蟿?dòng)力交 通工具還裝備有多個(gè)儲(chǔ)能裝置。例如，儲(chǔ)能裝置可包括多個(gè)電池和超級(jí)電 容器(supercapacitor)組。具有這樣的配置，交通工具可有效地處理流向和 流出儲(chǔ)能裝置的電能并提供停止-起動(dòng)(stop-start)、再生制動(dòng)(regenerative braking)和動(dòng)力輔助(power boost)功能，以-使減少平均燃津牛消摔毛量和C02的 排放。與儲(chǔ)能裝置連接的傳統(tǒng)的方法包括實(shí)現(xiàn)繼電器的組合或DC/DC轉(zhuǎn) 換器。繼電器允許能量傳輸至起動(dòng)發(fā)電機(jī)以及消耗來(lái)自起動(dòng)發(fā)電機(jī)的能 量。繼電器將電力傳輸至交通工具中不同的動(dòng)力網(wǎng)狀系統(tǒng)(power net)以及 從不同的動(dòng)力網(wǎng)狀系統(tǒng)接收電力。各動(dòng)力網(wǎng)狀系統(tǒng)通過(guò)分立的繼電器與儲(chǔ) 能裝置連接。這樣的配置僅可支持發(fā)動(dòng)機(jī)停止-起動(dòng)功能。
DC/DC轉(zhuǎn)換器是更加靈活的解決方案，這是因?yàn)镈C/DC轉(zhuǎn)換器在兩 個(gè)儲(chǔ)能裝置(例如，電池和超級(jí)電容器組)之間提供無(wú)縫的永久的連接裝 置。另外，DC/DC轉(zhuǎn)換器可適應(yīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器的兩邊的電壓差且能夠雙 向地操作。DC/DC轉(zhuǎn)換器解決方案不僅使得執(zhí)行停止-起動(dòng)功能成為可能，
盡管DC/DC轉(zhuǎn)換器是可用的，但DC/DC轉(zhuǎn)換器制造復(fù)雜且可能需要昂貴 的電子單元來(lái)控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的沖喿作。用于前述應(yīng)用的典型的DC/DC轉(zhuǎn)換器是能夠在DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入 和輸出控制不同的電壓范圍的雙向12至12伏特穩(wěn)定裝置。DC/DC轉(zhuǎn)換器 通常以電力電子拓樸(power-electronics topology) i殳計(jì)，該電力電子拓樸3奪 功率半導(dǎo)體器件連同驅(qū)動(dòng)器、磁組件(其包括變壓器或感應(yīng)器)以及控制
板一起使用。
因此，期望在混合動(dòng)力交通工具的儲(chǔ)能裝置間實(shí)現(xiàn)一種簡(jiǎn)單的連接。 此外還期望提供這樣一種控制器裝置，其與在混合動(dòng)力交通工具中實(shí)現(xiàn)的 傳統(tǒng)的DC/DC轉(zhuǎn)換器相比可以不太復(fù)雜且廉價(jià)實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種開(kāi)關(guān)控制單元，所述開(kāi)關(guān)控制單元用 于控制交通工具中來(lái)自超級(jí)電容器組和起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的至少一個(gè)的電力 從/到多個(gè)電氣裝置和供電電池(service battery)的至少一個(gè)的傳遞。開(kāi)關(guān)裝 置選擇性地將超級(jí)電容器組和起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的至少一個(gè)與多個(gè)電氣裝置 和供電電池中的至少一個(gè)連接/斷開(kāi)。開(kāi)關(guān)控制器適于測(cè)量超級(jí)電容器組兩 端的電壓以產(chǎn)生組電壓信號(hào)(bank voltage signal),測(cè)量供電電池兩端的電壓 以產(chǎn)生供電電壓(service voltage)信號(hào)，以及響應(yīng)于上述電壓信號(hào)而控制開(kāi) 關(guān)裝置將超級(jí)電容器組和起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的至少一個(gè)與多個(gè)電氣裝置和供 電電池中的至少一個(gè)連接/斷開(kāi)。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種用于控制混合電動(dòng)交通工具中從超 級(jí)電容器組和起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的至少一個(gè)到多個(gè)電氣裝置和供電電池中的 至少一個(gè)的電力傳遞的方法。所述方法包括選擇性地將超級(jí)電容器組和起 動(dòng)發(fā)電機(jī)中的至少一個(gè)耦合到多個(gè)電氣裝置和供電電池中的至少一個(gè)/從 多個(gè)電氣裝置和供電電池中的至少 一個(gè)去耦，以及測(cè)量超級(jí)電容器組兩端 的電壓以產(chǎn)生組電壓信號(hào)。所述方法進(jìn)一步包括測(cè)量供電電池兩端的電壓 以產(chǎn)生供電電壓信號(hào)，以及響應(yīng)于組電壓信號(hào)和供電電壓信號(hào)，控制超級(jí) 電容器組和起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的至少一個(gè)與多個(gè)電氣裝置和供電電池中的至 少一個(gè)的連接/斷開(kāi)。在還有的另一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種開(kāi)關(guān)控制單元，所述開(kāi)關(guān)控
的至少一個(gè)的電力從/到多個(gè)電氣裝置和供電電池的至少一個(gè)的傳遞。開(kāi)關(guān) 裝置適于選擇性地將超級(jí)電容器組和起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的至少一個(gè)與多個(gè)電 氣裝置和供電電池中的至少一個(gè)連接/斷開(kāi)。開(kāi)關(guān)控制器適于測(cè)量超級(jí)電容 器組兩端的電壓以產(chǎn)生組電壓信號(hào)，測(cè)量供電電池兩端的電壓以產(chǎn)生供電 電壓信號(hào)，以及響應(yīng)于確定所述組電壓信號(hào)等于所述供電電壓信號(hào)，控制 開(kāi)關(guān)裝置將超級(jí)電容器組和起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的至少一個(gè)與多個(gè)電氣裝置和 供電電池中的至少一個(gè)連4妄。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
在隨附的權(quán)利要求書(shū)中詳細(xì)解釋了本發(fā)明。然而，通過(guò)參考下面的詳 細(xì)i兌明連同附圖，本發(fā)明的其他特征將變得更加明顯，且本發(fā)明也將最大
限度地被理解，附圖中


圖1圖示了用于交通工具的雙儲(chǔ)能系統(tǒng)；
圖2圖示了說(shuō)明從開(kāi)關(guān)控制單元傳輸?shù)母鞣N輸入和輸出的示意圖；以
及
圖3圖示了在交通工具的雙儲(chǔ)能系統(tǒng)中用于開(kāi)關(guān)電力的狀態(tài)圖。
優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)i兌明
圖1示出了在交通工具中使用的交通工具存儲(chǔ)系統(tǒng)10。交通工具可以 是混合電動(dòng)交通工具(HEV)。 HEV可以是微混合動(dòng)力交通工具或輕度混 合動(dòng)力交通工具。系統(tǒng)10包括超級(jí)電容器組12和供電電池14。超級(jí)電容 器組l2可由多個(gè)超級(jí)電容器(ultracapacitor)或電化學(xué)雙層電容器(ELDC ) 實(shí)現(xiàn)。開(kāi)關(guān)控制單元16可操作地耦合在超級(jí)電容器組12和供電電池14 之間。開(kāi)關(guān)控制單元16配置成當(dāng)交通工具經(jīng)歷不同的操作模式時(shí)，選擇 性地將超級(jí)電容器組12與供電電池14連接/斷開(kāi)。起動(dòng)發(fā)電機(jī)18耦合到超級(jí)電容器組12和開(kāi)關(guān)控制單元16。起動(dòng)發(fā)電 機(jī)18可作為被配置成起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)(未顯示)或在發(fā)動(dòng)機(jī)被起動(dòng)后為交通 工具產(chǎn)生電力的電機(jī)而實(shí)現(xiàn)。電氣裝置20耦合到開(kāi)關(guān)控制單元16和供電 電池14。電氣裝置20可通過(guò)開(kāi)關(guān)控制單元16選擇性地與超級(jí)電容器組 12連接。電氣裝置20可包括但不限于空氣調(diào)節(jié)、加熱以及冷卻、娛樂(lè)系 統(tǒng)、^/或照明系統(tǒng)用到的裝置。
通常，系統(tǒng)10 (超級(jí)電容器組12及/或供電電池14)配置成存儲(chǔ)能量 以起動(dòng)(crank)發(fā)動(dòng)機(jī)。系統(tǒng)10進(jìn)一步地配置成當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，向電 氣裝置20供電。開(kāi)關(guān)控制單元16包括開(kāi)關(guān)控制器22和開(kāi)關(guān)裝置24。控 制器22產(chǎn)生控制信號(hào)CTR以打開(kāi)或閉合開(kāi)關(guān)裝置24。開(kāi)關(guān)裝置24可響 應(yīng)于該信號(hào)CRT,以預(yù)定的交通工具操作模式可操作地將超級(jí)電容器組12 耦合到供電電池14。開(kāi)關(guān)控制器22耦合到交通工具多路傳輸(MUX)總 線28,所述交通工具多路傳輸(MUX)總線用作與遍及交通工具設(shè)置的 其他控制器(未顯示)的連接裝置?？偩€28可便于開(kāi)關(guān)控制器22和診斷 工具(未顯示)之間的通信，以測(cè)試及/或診斷控制器22。多個(gè)交通工具 控制器(未顯示)可通過(guò)總線28將信號(hào)傳輸?shù)介_(kāi)關(guān)控制器22。開(kāi)關(guān)控制 器22可通過(guò)總線28將消息傳輸?shù)浇煌üぞ呖刂破鳌＿@樣的消息可包括開(kāi) 關(guān)裝置24的狀態(tài)(例如，打開(kāi)的或閉合的)及/或由開(kāi)關(guān)控制器22檢測(cè)到 的各種系統(tǒng)故障信號(hào)。通過(guò)總線28傳輸/接收的消息的類(lèi)型將關(guān)于圖2更 詳纟田地討論。
總線28可包括中速或高速控制器局域網(wǎng)(CAN)總線或本地互聯(lián)網(wǎng) 絡(luò)(LIN)總線。可也使用其他這樣合適的多路傳輸總線。使用的總線的 具體類(lèi)型可基于具體實(shí)現(xiàn)的期望標(biāo)準(zhǔn)而變化。開(kāi)關(guān)裝置24可作為但不限 于繼電器、基于獨(dú)立觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)或硅開(kāi)關(guān)裝置(例如，MOSFET或絕緣柵 雙極型晶體管(IGBT))來(lái)實(shí)現(xiàn)。所使用的開(kāi)關(guān)裝置24的具體類(lèi)型可基于 具體實(shí)現(xiàn)的期望標(biāo)準(zhǔn)而變化。
超級(jí)電容器組12適于在交通工具起動(dòng)過(guò)程中，將電力傳遞到起動(dòng)發(fā) 電機(jī)18以起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。另外，超級(jí)電容器組12通過(guò)在交通工具以混合動(dòng) 力模式運(yùn)轉(zhuǎn)(例如，交通工具借助來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械助力(或動(dòng)力)驅(qū)動(dòng))時(shí)，將電力傳遞到起動(dòng)發(fā)電機(jī)18來(lái)向起動(dòng)發(fā)電機(jī)18提供動(dòng)力輔助。動(dòng)力 輔助模式可定義為如下?tīng)顟B(tài)，其中起動(dòng)發(fā)電機(jī)18在借助由發(fā)動(dòng)機(jī)提供的 機(jī)械助力驅(qū)動(dòng)交通工具的同時(shí)，從超級(jí)電容器組12汲取動(dòng)力以驅(qū)動(dòng)交通 工具。當(dāng)交通工具借助由發(fā)動(dòng)機(jī)提供的機(jī)械助力被驅(qū)動(dòng)時(shí)，起動(dòng)發(fā)電機(jī)18 可從超級(jí)電容器組12汲取動(dòng)力。起動(dòng)發(fā)電機(jī)18將電力傳遞到超級(jí)電容器 組12，用于在發(fā)動(dòng)機(jī)被起動(dòng)后對(duì)超級(jí)電容器組12充電及用于從交通工具 獲得電力(例如，當(dāng)交通工具在動(dòng)力輔助循環(huán)后執(zhí)行再生制動(dòng)時(shí))。
超級(jí)電容器組12不僅在第一次起動(dòng)交通工具之后向起動(dòng)發(fā)電機(jī)18提 供電力，其在交通工具執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)停止-起動(dòng)功能時(shí)也向起動(dòng)發(fā)電機(jī)18提 供電力。發(fā)動(dòng)機(jī)停止-起動(dòng)功能定義為如下過(guò)程，其中起動(dòng)發(fā)電機(jī)18響應(yīng) 于由發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(未顯示)做出的交通工具已完全停止的確定，關(guān)掉發(fā) 動(dòng)機(jī)。當(dāng)期望交通工具再次開(kāi)動(dòng)(例如，交通工具脫離交通停滯)時(shí)，超 級(jí)電容器組12向起動(dòng)發(fā)電機(jī)18提供電力以起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。起動(dòng)發(fā)電機(jī)18 在發(fā)動(dòng)機(jī)一皮起動(dòng)后及在交通工具開(kāi)動(dòng)的同時(shí)，對(duì)超級(jí)電容器組12充電。
18接收電力時(shí)，開(kāi)關(guān)裝置24打開(kāi)。當(dāng)開(kāi)關(guān)裝置24打開(kāi)時(shí)，超級(jí)電容器組 12將電力傳輸至起動(dòng)發(fā)電機(jī)18/從起動(dòng)發(fā)電機(jī)18接收電力，而電氣裝置 20可消耗來(lái)自供電電池14的電力。在超級(jí)電容器組12兩端的電壓對(duì)應(yīng)電 壓VSCAP。在供電電池14兩端的電壓對(duì)應(yīng)電壓VBAT。開(kāi)關(guān)控制器22基 于VSCAP和VBAT打開(kāi)或閉合開(kāi)關(guān)裝置24。
當(dāng)VSCAP與VBAT完全不同時(shí)，開(kāi)關(guān)裝置24適于將超級(jí)電容器組 12與供電電池14斷開(kāi)。這樣的狀態(tài)可防止開(kāi)關(guān)裝置24免受由大的均衡脈 沖引起的損害。大的均衡脈沖源于超級(jí)電容器組12和供電電池14之間的 電壓差異。
開(kāi)關(guān)控制器22適于響應(yīng)于檢測(cè)到VSCAP和VBAT平衡(例如，超級(jí) 電容器組12的電壓接近于或等于供電電池14的電壓)而閉合開(kāi)關(guān)裝置24。 在平衡狀態(tài)中，起動(dòng)發(fā)電機(jī)18向電氣裝置20提供電力并對(duì)超級(jí)電容器組 12和供電電池14兩者充電。當(dāng)系統(tǒng)10處于平衡狀態(tài)時(shí)，超級(jí)電容器組 12和供電電池14可固定由起動(dòng)發(fā)電機(jī)18產(chǎn)生的電力(電壓)。在兩個(gè)或更多電氣裝置20同時(shí)接通或關(guān)掉，或供電電池14偶然地與系統(tǒng)10斷開(kāi) 情況下，超級(jí)電容器組12通過(guò)補(bǔ)償突然的負(fù)載變化，起到網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定裝置 的作用。
在當(dāng)超級(jí)電容器組12自起動(dòng)發(fā)電機(jī)18充電時(shí)被斷開(kāi)的情況下，開(kāi)關(guān) 控制器22可保護(hù)電氣裝置20免受不期望的負(fù)載突降的損害。開(kāi)關(guān)控制器 22 —般適于響應(yīng)于檢測(cè)到由起動(dòng)發(fā)電機(jī)18供給的電流為高而通過(guò)開(kāi)關(guān)裝 置24將超級(jí)電容器組12與供電電池14和電氣裝置20斷開(kāi)。通過(guò)響應(yīng)于 檢測(cè)電流的高流量而將超級(jí)電容器組12與供電電池14和電氣裝置20斷 開(kāi)，保護(hù)電氣裝置20免于從起動(dòng)發(fā)電機(jī)18接收高流量電流的損害。
通常，響應(yīng)于開(kāi)關(guān)控制器22檢測(cè)到來(lái)自起動(dòng)發(fā)電機(jī)18的電流的大流 量，系統(tǒng)IO通過(guò)使起動(dòng)發(fā)電機(jī)18與供電電池14和電氣裝置20隔離的方 法向電氣裝置20提供負(fù)載突降保護(hù)。如果超級(jí)電容器組12正在從起動(dòng)發(fā) 電機(jī)18接收電力而超級(jí)電容器組12突然地與起動(dòng)發(fā)電機(jī)18斷開(kāi)，則開(kāi) 關(guān)裝置24打開(kāi)，從而使電氣裝置20與由起動(dòng)發(fā)電機(jī)18產(chǎn)生的潛在的負(fù) 載突降隔離。另一方面，如果在系統(tǒng)10處在平衡態(tài)時(shí)，超級(jí)電容器組12 正在向供電電池14及/或電氣裝置20提供動(dòng)力，而電池14突然地與系統(tǒng) 10斷開(kāi)，則超級(jí)電容器組12適于吸收由于電池?cái)嚅_(kāi)產(chǎn)生的負(fù)載的變化， 并保護(hù)電氣裝置20免受電壓變化的損害。
圖2圖示了說(shuō)明傳輸?shù)?接收自開(kāi)關(guān)控制單元16的各種信號(hào)輸入和信 號(hào)輸出的示意圖。開(kāi)關(guān)控制器22適于通過(guò)總線28傳輸/接收多個(gè)基于多路 傳輸?shù)南ⅰ＠?，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)或其他相似的控制器可傳輸 信號(hào)START (啟動(dòng))和STOP (停止)。信號(hào)START —般對(duì)應(yīng)于交通工具 的發(fā)動(dòng)機(jī)正在被起動(dòng)時(shí)的交通工具狀態(tài)。信號(hào)STOP—般對(duì)應(yīng)于交通工具 完全停止的交通工具狀態(tài)。內(nèi)部主體電子控制器或交通工具中的其他相似 的控制器可通過(guò)總線28將信號(hào)WAKE—UP (喚醒)傳輸?shù)介_(kāi)關(guān)控制器22。 信號(hào)WAKE一UP用來(lái)喚醒總線28上的一個(gè)或更多控制器。當(dāng)信號(hào) WAKE—UP被傳輸時(shí)，鑰匙可在或可不在點(diǎn)火裝置中。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器或在 交通工具內(nèi)的其他控制器可傳輸信號(hào)BOOST (輔助)。信號(hào)BOOST —般 對(duì)應(yīng)于起動(dòng)發(fā)電機(jī)18正消耗來(lái)自超級(jí)電容器組12的電力以驅(qū)動(dòng)交通工具的交通工具狀態(tài)。在這樣的狀態(tài)中，發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)發(fā)電機(jī)18消耗電力時(shí)， 還提供機(jī)械助力以驅(qū)動(dòng)交通工具。
起動(dòng)發(fā)電機(jī)控制器或交通工具中的其他合適的控制器可將信號(hào)
REGEN (再生)傳輸?shù)介_(kāi)關(guān)控制器22。信號(hào)REGEN —般對(duì)應(yīng)于交通工具 在執(zhí)行再生制動(dòng)的同時(shí)可存儲(chǔ)電力的交通工具狀態(tài)。起動(dòng)發(fā)電機(jī)18或者 在制動(dòng)情況期間，產(chǎn)生電力以存儲(chǔ)在超級(jí)電容器組12中，或者將電力供 給交通工具中的電氣裝置20。起動(dòng)發(fā)電機(jī)18在交通工具起動(dòng)模式期間或 處于輔助狀態(tài)時(shí)，,人超級(jí)電容器組12汲取電力。
開(kāi)關(guān)控制器22可測(cè)量超級(jí)電容器組12兩端的電壓(例如，VSCAP) 并通過(guò)總線28將信號(hào)VSCAP一REPORT傳輸至交通工具中可4吏用此信號(hào) VSCAP—REPORT執(zhí)行特定功能的不同的控制器。另外，開(kāi)關(guān)控制器22也 可測(cè)量供電電池14兩端的電壓(例如，VBAT)并通過(guò)總線28將信號(hào) VBAT—REPORT傳輸至交通工具中可使用此信號(hào)VBAT—REPORT執(zhí)行特 定功能的不同的控制器。開(kāi)關(guān)控制器22同樣可測(cè)量流經(jīng)開(kāi)關(guān)裝置24的電 流(例如，ISW)并通過(guò)總線28將信號(hào)ISW—REPORT傳輸至交通工具中 可使用此信號(hào)ISW—REPORT執(zhí)行特定功能的不同的控制器。信號(hào) VSCAP—REPORT、 VSCAP—REPORT以及ISW—REPORT —4殳對(duì)應(yīng)于超級(jí) 電容器組12、供電電池14以及開(kāi)關(guān)裝置24相應(yīng)的電壓和電流值。開(kāi)關(guān)控 制器22適于提供開(kāi)關(guān)裝置24的狀態(tài)(例如，打開(kāi)的或閉合的)并將開(kāi)關(guān) 裝置24的狀態(tài)作為信號(hào)SW—STATUS傳輸。開(kāi)關(guān)控制器22在總線28上 將信號(hào)SW—STATUS傳輸至交通工具中可使用此信號(hào)SW—STATUS執(zhí)行特 定功能的不同的控制器。開(kāi)關(guān)控制器22還可檢測(cè)系統(tǒng)故障并通過(guò)總線28 將信號(hào)SYS—FAILURE傳輸至交通工具中可使用此信號(hào)SYS—FAILURE執(zhí) 行特定功能的不同的控制器。
開(kāi)關(guān)控制器22可實(shí)現(xiàn)為通過(guò)總線28傳輸/接收如在圖2中示出的、作
為硬連線(hardwired)信號(hào)及/或多路傳輸消息的一個(gè)或更多信號(hào)。在系統(tǒng)10
中使用的通信機(jī)制的具體類(lèi)型(例如，基于MUX的或基于硬連線的)可 基于具體實(shí)現(xiàn)的期望標(biāo)準(zhǔn)而變化。
圖3圖示了才艮據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，系統(tǒng)10中用于開(kāi)關(guān)電力的狀態(tài)圖50。在狀態(tài)52中，開(kāi)關(guān)控制器22通過(guò)總線28接收信號(hào)WAKE—UP。 開(kāi)關(guān)控制器22響應(yīng)于信號(hào)WAKE—UP進(jìn)入可操作模式。通常，耦合到總 線28的任何控制器可傳輸此信號(hào)WAKE—UP。在一個(gè)實(shí)例中，交通工具控 制器可適合于響應(yīng)于檢測(cè)到鑰匙被插入了點(diǎn)火裝置中而傳輸信號(hào) WAKE—UP。在另一個(gè)實(shí)例中，當(dāng)鑰匙不在點(diǎn)火裝置中時(shí)，如果交通工具 控制器檢測(cè)到配置成喚醒總線28的事件的發(fā)生，則交通工具控制器可傳 輸信號(hào)WAKE一UP。例如，當(dāng)交通工具處于睡眠模式時(shí)，使用者可使用智 能鑰匙(key fob)打開(kāi)門(mén)鎖。在這種情況下，安全模塊響應(yīng)于使用者按下智 能鑰匙的解鎖按鈕而在總線28上發(fā)送喚醒消息。如果交通工具經(jīng)歷喚醒 事件(例如，打開(kāi)/閉合門(mén)，智能鑰匙輸入，照明開(kāi)關(guān)激活或其他交通工具 激活事件)，則對(duì)應(yīng)的檢測(cè)喚醒事件的控制器可在總線上發(fā)送信號(hào) WAKE一UP, 借此喚醒總線28上的所有控制器。在一個(gè)實(shí)例中，當(dāng)交通 工具執(zhí)行停止-起動(dòng)功能時(shí)，其可經(jīng)歷喚醒事件。例如，喚醒事件可在停止 -起動(dòng)循環(huán)中的"停止"狀態(tài)后和"起動(dòng)，，狀態(tài)前發(fā)生。
開(kāi)關(guān)控制器22響應(yīng)于接收信號(hào)WAKE一UP，測(cè)量VBAT、 VSCAP和 ISW。開(kāi)關(guān)控制器22基于VBAT、 VSCAP以及ISW的測(cè)量到的值確定系 統(tǒng)故障是否發(fā)生。通常，未料想到的低VBAT或VSCAP值或高ISW值一 般對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)裝置24或耦合到開(kāi)關(guān)裝置24的其他組件，諸如超級(jí)電容器組 12、供電電池14或電氣裝置20的故障。在VBAT或VSCAP過(guò)低的情況 下，或ISW高的情況下，開(kāi)關(guān)控制器22可強(qiáng)迫開(kāi)關(guān)裝置打開(kāi)并通過(guò)MUX 總線28報(bào)告故障狀態(tài)。這種情況與狀態(tài)54相關(guān)。開(kāi)關(guān)控制單元16通過(guò) 總線28將信號(hào)ISW—REPORT、 VSCAP—REPORT以及VBAT—REPORT傳 輸至適于用這些信號(hào)以實(shí)現(xiàn)特定的功能的控制器。交通工具中的任何一個(gè) 控制器可4要需要請(qǐng)求一個(gè)或更多信號(hào)ISW一REPORT、 VSCAP—REPORT以 及VBAT—REPORT。
如果開(kāi)關(guān)控制器22 4企測(cè)到系統(tǒng)故障(例如，在開(kāi)關(guān)裝置24中的短路)， 則示意圖50移動(dòng)到狀態(tài)54。在狀態(tài)54中，開(kāi)關(guān)控制器22通過(guò)總線28傳 輸信號(hào)SYS—FAILURE并將開(kāi)關(guān)裝置24置于打開(kāi)狀態(tài)。如果信號(hào)START 被傳輸?shù)介_(kāi)關(guān)控制器22,則發(fā)動(dòng)機(jī)被起動(dòng)，隨即示意圖50移動(dòng)到狀態(tài)56。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正被起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)發(fā)電機(jī)18從超級(jí)電容器組12汲取電力以起動(dòng) 交通工具的發(fā)動(dòng)機(jī)。在狀態(tài)56中，起動(dòng)發(fā)電機(jī)18以發(fā)電機(jī)模式工作，借 此在發(fā)動(dòng)才幾起動(dòng)后，響應(yīng)于由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的才幾械能而產(chǎn)生電力。起動(dòng)發(fā)電 機(jī)18在處于發(fā)電機(jī)模式時(shí)，其對(duì)超級(jí)電容器組12充電。開(kāi)關(guān)控制器22 測(cè)量超級(jí)電容器組12兩端的VSCAP和供電電池14兩端的VBAT。開(kāi)關(guān) 控制器22確定A (delta)電壓(例如，deltaV )。 A電壓可以是校準(zhǔn)值并可編 程在開(kāi)關(guān)控制器22中。A電壓的具體值可基于具體實(shí)現(xiàn)的期望標(biāo)準(zhǔn)而改 變。開(kāi)關(guān)控制器22利用deltaV、 VSCAP和VBAT來(lái)確定何時(shí)可能有必要 閉合開(kāi)關(guān)裝置24。如果下面的條件被滿足
(VSCAP畫(huà)VBAT) < deltaV (1) 則開(kāi)關(guān)控制器22可控制開(kāi)關(guān)裝置24閉合。
如果公式1的條件被滿足，則這樣的條件一般指示超級(jí)電容器組12 和供電電池14之間的電壓通常足夠小以保證通過(guò)開(kāi)關(guān)裝置24不可能存在 高平衡電流。處于狀態(tài)56時(shí)，開(kāi)關(guān)控制器22檢查系統(tǒng)故障。如果開(kāi)關(guān)控 制器22基于VSCAP、 VBAT和ISW確定系統(tǒng)故障，則示意圖50移回狀 態(tài)54。
如果公式1的條件被滿足，則示意圖50移動(dòng)到狀態(tài)58。在狀態(tài)58中， 開(kāi)關(guān)控制器22閉合開(kāi)關(guān)裝置24。當(dāng)處于閉合狀態(tài)時(shí)，超級(jí)電容器組12配 置成向供電電池14和電氣裝置20提供電力。電力可存儲(chǔ)在供電電池14 上及/或送給電氣裝置20以供消耗。狀態(tài)58—般表示當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，交 通工具典型的可操作模式。狀態(tài)58對(duì)應(yīng)于交通工具處于平衡狀態(tài)。開(kāi)關(guān) 控制器22通過(guò)監(jiān)測(cè)VSCAP、 VBAT和ISW,持續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障。如果開(kāi) 關(guān)控制器22基于VSCAP、 VBAT和ISW 4企測(cè)到系統(tǒng)故障，則示意圖50 移動(dòng)到狀態(tài)54。如果開(kāi)關(guān)控制器22接收到信號(hào)STOP(例如，交通工具完 全停止)，則隨即示意圖50移動(dòng)到狀態(tài)60。
在狀態(tài)60中，開(kāi)關(guān)控制器22打開(kāi)開(kāi)關(guān)裝置24,以使得超級(jí)電容器組 12與供電電池14斷開(kāi)。開(kāi)關(guān)控制器22可進(jìn)入睡眠狀態(tài)。當(dāng)處于睡眠模式 時(shí)，開(kāi)關(guān)控制器22等待下一個(gè)信號(hào)WAKE一UP。示意圖50響應(yīng)于下一個(gè) 信號(hào)WAKE UP,移回狀態(tài)52。如果處于狀態(tài)58時(shí)開(kāi)關(guān)控制器22接收信號(hào)BOOST,那么示意圖50 移動(dòng)到狀態(tài)62。在狀態(tài)62中，起動(dòng)發(fā)電機(jī)18從超級(jí)電容器組12汲取動(dòng) 力，連同由發(fā)動(dòng)機(jī)提供的機(jī)械助力一起驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。開(kāi)關(guān)控制器22打開(kāi) 開(kāi)關(guān)裝置24，以使得超級(jí)電容器組12與供電電池14和電氣裝置20斷開(kāi)。 當(dāng)示意圖50處于狀態(tài)62時(shí)，通過(guò)將超級(jí)電容器組12與供電電池14和電 氣裝置20斷開(kāi)，VBAT可保持穩(wěn)定且電氣裝置20的操作可不受影響。
如果處于狀態(tài)62時(shí)，開(kāi)關(guān)控制器22接收信號(hào)REGEN，則示意圖50 移回狀態(tài)56。信號(hào)REGEN—般對(duì)應(yīng)于交通工具處于電力產(chǎn)生模式(例如， 通過(guò)再生制動(dòng))的狀態(tài)。在這種情況下，開(kāi)關(guān)控制器22控制開(kāi)關(guān)裝置24 打開(kāi)。當(dāng)處于REGEN狀態(tài)時(shí)，電力存儲(chǔ)在超級(jí)電容器組12上。
盡管已圖示并描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，然而這些實(shí)施方式并不意味 著說(shuō)明和描述了本發(fā)明所有可能的形式。更確切地說(shuō)，在說(shuō)明書(shū)中使用的 詞語(yǔ)是描述性的詞語(yǔ)而不是限制性的詞語(yǔ)，且應(yīng)當(dāng)理解，可以做出各種改 變而不偏離本發(fā)明的主旨和范圍。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)關(guān)控制單元，用于控制混合電動(dòng)交通工具中從超級(jí)電容器組和起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的至少一個(gè)到多個(gè)電氣裝置和供電電池中的至少一個(gè)的電力傳遞，所述開(kāi)關(guān)控制單元包括開(kāi)關(guān)裝置，其適于選擇性地將所述超級(jí)電容器組和所述起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的所述至少一個(gè)與所述多個(gè)電氣裝置和所述供電電池中的所述至少一個(gè)連接/斷開(kāi)；以及開(kāi)關(guān)控制器，其適于測(cè)量所述超級(jí)電容器組兩端的電壓以產(chǎn)生組電壓信號(hào)；測(cè)量所述供電電池兩端的電壓以產(chǎn)生供電電壓信號(hào)；以及響應(yīng)于所述組電壓信號(hào)和所述供電電壓信號(hào)，控制所述開(kāi)關(guān)裝置將所述超級(jí)電容器組和所述起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的所述至少一個(gè)與所述多個(gè)電氣裝置和所述供電電池中的所述至少一個(gè)連接/斷開(kāi)。
2. 如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)控制單元，其中所述開(kāi)關(guān)控制器適于響 應(yīng)于確定所述組電壓信號(hào)和所述供電電壓信號(hào)之間的差值的絕對(duì)值小于 △電壓信號(hào)，控制所述開(kāi)關(guān)裝置將所述超級(jí)電容器組和所述起動(dòng)發(fā)電機(jī)中 的所述至少一個(gè)與所述多個(gè)電氣裝置和所述供電電池中的所述至少一個(gè)連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的開(kāi)關(guān)控制單元，其中所述A電壓信號(hào)是存儲(chǔ) 在所述開(kāi)關(guān)控制器中的可編程的值。
4. 如權(quán)利要求2所述的開(kāi)關(guān)控制單元，其中所述開(kāi)關(guān)控制器進(jìn)一步置將所述超級(jí)電容器組和所述起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的所述至少一個(gè)與所述多個(gè) 電氣裝置和所述供電電池中的所述至少一個(gè)連接。
5. 如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)控制單元，其中所述開(kāi)關(guān)控制器適于響 應(yīng)確定所述組電壓信號(hào)和所述供電電壓信號(hào)之間的差值的絕對(duì)值大于A電壓信號(hào)，控制所述開(kāi)關(guān)裝置將所述超級(jí)電容器組和所述起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的 所述至少一個(gè)與所述多個(gè)電氣裝置和所述供電電池中的所述至少一個(gè)斷 開(kāi)。
6. 如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)控制單元，其中所述開(kāi)關(guān)控制器進(jìn)一步 適于測(cè)量經(jīng)過(guò)所述開(kāi)關(guān)裝置的電流以產(chǎn)生開(kāi)關(guān)電流信號(hào)及適于在所述開(kāi) 關(guān)控制器確定所述開(kāi)關(guān)電流信號(hào)指示經(jīng)過(guò)所述開(kāi)關(guān)裝置的短路狀態(tài)的情 況下，報(bào)告系統(tǒng)故障。
7. 如權(quán)利要求6所述的開(kāi)關(guān)控制單元，其中所述開(kāi)關(guān)控制器進(jìn)一步適于在所述開(kāi)關(guān)電流信號(hào)與所述開(kāi)關(guān)裝置上的短路狀態(tài)相符的情況下通過(guò)打開(kāi)所述開(kāi)關(guān)裝置而將所述超級(jí)電容器組和所述起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的所述 至少一個(gè)與所述多個(gè)電氣裝置和所述供電電池中的所述至少一個(gè)斷開(kāi)。
8. —種方法，其用于控制混合電動(dòng)交通工具中從超級(jí)電容器組和起 動(dòng)發(fā)電機(jī)中的至少一個(gè)到多個(gè)電氣裝置和供電電池中的至少一個(gè)的電力 傳遞，所述方法包括用開(kāi)關(guān)裝置選擇性地將所述超級(jí)電容器組和所述起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的所 述至少一個(gè)耦合到所述多個(gè)電氣裝置和所述供電電池中的所述至少一個(gè)/ 從所述多個(gè)電氣裝置和所述供電電池中的所述至少一個(gè)去耦；測(cè)量所述超級(jí)電容器組兩端的電壓以產(chǎn)生組電壓信號(hào)；測(cè)量所述供電電池兩端的電壓以產(chǎn)生供電電壓信號(hào)；以及響應(yīng)于所述組電壓信號(hào)和所述供電電壓信號(hào)，控制所述開(kāi)關(guān)裝置將所 述超級(jí)電容器組和所述起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的所述至少一個(gè)與所述多個(gè)電氣裝 置和所述供電電池中的所述至少一個(gè)連接/斷開(kāi)。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其進(jìn)一步包括測(cè)量經(jīng)過(guò)所述開(kāi)關(guān)裝置 的電流以產(chǎn)生開(kāi)關(guān)電流信號(hào)。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述交通工具經(jīng)歷喚醒事件時(shí)， 及經(jīng)過(guò)所述開(kāi)關(guān)裝置的電流的測(cè)量的所述步驟。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述組電壓信號(hào)和所述供電電壓信號(hào)中的至少一個(gè)為低的情況下或在所述開(kāi)關(guān)電流信號(hào)為高 的情況下，控制所述開(kāi)關(guān)裝置以通過(guò)打開(kāi)所述開(kāi)關(guān)裝置將所述超級(jí)電容器 組和所述起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的所述至少一個(gè)與所述多個(gè)電氣裝置和所述供電 電池中的所述至少一個(gè)斷開(kāi)，并"^艮告系統(tǒng)故障。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包括響應(yīng)于確定所述組電 壓信號(hào)和所述供電電壓信號(hào)之間的差值的絕對(duì)值小于A電壓信號(hào)與所述交通工具的發(fā)動(dòng)機(jī)被起動(dòng)這兩種情況中的至少一種情況，控制所述開(kāi)關(guān)裝電氣裝置和所述供電電池中的所述至少一個(gè)連接。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述交通工具的所 述發(fā)動(dòng)機(jī)停止的情況下控制所述開(kāi)關(guān)裝置以通過(guò)打開(kāi)所述開(kāi)關(guān)裝置將所 述超級(jí)電容器組和所述起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的所述至少一個(gè)與所述多個(gè)電氣裝 置和所述供電電池中的所述至少一個(gè)斷開(kāi)。
14. 如外又利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述交通工具經(jīng)歷 輔助模式的情況下控制所述開(kāi)關(guān)裝置以通過(guò)打開(kāi)所述開(kāi)關(guān)裝置將所述超 級(jí)電容器組和所述起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的所述至少一個(gè)與所述多個(gè)電氣裝置和 所述供電電池中的所述至少一個(gè)斷開(kāi)。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包括響應(yīng)于所述交通工具 經(jīng)歷再生制動(dòng)模式而測(cè)量所述超級(jí)電容器組和所述供電電池兩端的電壓 以確定所述組電壓信號(hào)和所述供電電壓信號(hào)之間的差值的絕對(duì)值是否小 于所述A電壓信號(hào)。
16. —種開(kāi)關(guān)控制單元，用于控制混合電動(dòng)交通工具中從超級(jí)電容器 組和起動(dòng)發(fā)電才幾中的至少一個(gè)到多個(gè)電氣裝置和供電電池中的至少一個(gè) 的電力傳遞，所述開(kāi)關(guān)控制單元包括開(kāi)關(guān)裝置，其適于選擇性地將所述超級(jí)電容器組和所述起動(dòng)發(fā)電機(jī)中 的所述至少一個(gè)與所述多個(gè)電氣裝置和所述供電電池中的所述至少一個(gè) 連接/斷開(kāi)；以及開(kāi)關(guān)控制器，其適于測(cè)量所述超級(jí)電容器組兩端的電壓以產(chǎn)生組電壓信號(hào)； 測(cè)量所述供電電池兩端的電壓以產(chǎn)生供電電壓信號(hào)；以及響應(yīng)于確定所述組電壓信號(hào)接近于或等于所述供電電壓信號(hào)，控制所述開(kāi)關(guān)裝置將所述超級(jí)電容器組和所述起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的所述至 少一個(gè)與所述多個(gè)電氣裝置和所述供電電池中的所述至少一個(gè)連接。
17. 如權(quán)利要求16所述的開(kāi)關(guān)控制單元，其中所述開(kāi)關(guān)控制器進(jìn)一 步適于響應(yīng)于確定所述組電壓信號(hào)和所述供電電壓信號(hào)之間的差值的絕 對(duì)值小于A電壓信號(hào)，控制所述開(kāi)關(guān)裝置將所述超級(jí)電容器組和所述起動(dòng) 發(fā)電機(jī)中的所述至少一個(gè)與所述多個(gè)電氣裝置和所述供電電池中的所述 至少一個(gè)連4妄。
18. 如權(quán)利要求17所述的開(kāi)關(guān)控制單元，其中所述開(kāi)關(guān)控制器進(jìn)一個(gè)電氣裝置和所述供電電池中的所述至少一個(gè)連接。
19. 如權(quán)利要求16所述的開(kāi)關(guān)控制單元，其中所述開(kāi)關(guān)控制器適于 響應(yīng)于確定所述組電壓信號(hào)和所述供電電壓信號(hào)之間的差值的絕對(duì)值大 于A電壓信號(hào)，控制所述開(kāi)關(guān)裝置將所述超級(jí)電容器組和所述起動(dòng)發(fā)電機(jī) 中的所述至少一個(gè)與所述多個(gè)電氣裝置和所述供電電池中的所述至少一 個(gè)斷開(kāi)。
20. 如權(quán)利要求16所述的開(kāi)關(guān)控制單元，其中所述開(kāi)關(guān)控制器進(jìn)一 步適于測(cè)量經(jīng)過(guò)所述開(kāi)關(guān)裝置的電流以產(chǎn)生開(kāi)關(guān)電流信號(hào)，適于在所述開(kāi) 關(guān)電流信號(hào)與所述開(kāi)關(guān)裝置上的短路相符的情況下，報(bào)告系統(tǒng)故障并將所 述超級(jí)電容器組和所述起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的所述至少一個(gè)與所述多個(gè)電氣裝 置和所述供電電池中的所述至少一個(gè)斷開(kāi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于交通工具系統(tǒng)的雙儲(chǔ)能設(shè)備。一種開(kāi)關(guān)控制單元，用于控制交通工具中來(lái)自超級(jí)電容器組和起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的至少一個(gè)從/到多個(gè)電氣裝置和供電電池的至少一個(gè)的電力傳遞。開(kāi)關(guān)裝置選擇性地將超級(jí)電容器組和起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的至少一個(gè)與多個(gè)電氣裝置和供電電池中的至少一個(gè)連接/斷開(kāi)。開(kāi)關(guān)控制器適于測(cè)量超級(jí)電容器組兩端的電壓以產(chǎn)生組電壓信號(hào)，測(cè)量供電電池兩端的電壓以產(chǎn)生供電電壓信號(hào)，以及響應(yīng)于上述電壓信號(hào)而控制開(kāi)關(guān)裝置將超級(jí)電容器組和起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的至少一個(gè)與多個(gè)電氣裝置和供電電池中的至少一個(gè)連接/斷開(kāi)。
文檔編號(hào)B60L11/18GK101407180SQ20081016746
公開(kāi)日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日
發(fā)明者喬迪·艾斯考達(dá), 米格爾·安琪爾·阿希娜 申請(qǐng)人:李爾公司