用于混合动力电动车辆的增程器发动机的系统和方法技术方案

本公开提供了“用于混合动力电动车辆的增程器发动机的系统和方法”。提供了用于提高具有发动机的电动车辆的操作里程的方法和系统，其中传递在马达操作期间产生的废热以预热所述发动机。基于所述车辆的电扭矩需求相对于所述电动车辆的实际电能消耗和所预测的电能消耗来预测发动机起动。在起动所述发动机以对所述马达的电池进行充电之前，按照在提高车辆里程的同时还优化燃料经济性的次序预热各种发动机部件。

System and Method of Extended Range Engine for Hybrid Electric Vehicle

【技术实现步骤摘要】
用于混合动力电动车辆的增程器发动机的系统和方法
本描述总体涉及用于控制混合动力电动车辆的增程器发动机的预热和起动的方法和系统。
技术介绍
混合动力电动车辆中的增程器是由驱动交流发电机以产生电能的小内燃发动机组成。此电能补充存储在电池或其他电能存储装置中的电能，所述电池或其他电能存储装置主要用于向推进车辆的电动马达供电。增程器用于扩展纯电动车辆的有限的里程。因为当前的电池技术无法提供所需的电能以给予纯电动车辆足够的里程，所以具有增程器的电动车辆在靠内部燃烧供应动力的车辆与纯电动车辆之间提供折衷。具有增程器的EV与HEV的不同之处在于增程器发动机是辅助系统，主要是在电池SOC太低而无法完成出行的情况下使用。此折衷提高了车辆性能并且扩展了车辆的里程，同时保持排放最少。如果电池的荷电状态(SOC)低于满足驾驶员扭矩需求所需的荷电状态，或者如果电池SOC不足以使车辆到达所要的目的地，那么可以选择性地起动增程器发动机。如果在低于发动机和排放部件(例如，燃料喷射器、燃烧室、氧传感器、催化转化器等)的最佳操作温度下起动增程器发动机，发动机性能可能会劣化。举例来说，当在可以输送驾驶员所需的扭矩之前由于怠速和暖机的需要而起动时，增程器发动机可能显示处于最佳燃料效率以下或增加的发动机磨损。已经开发出用于减少发动机和其相关联的排气排放部件在低温下度过的时间量的各种方法，发动机和其相关联的排气排放部件在低温下的操作效率会降低。在美国专利No.5,398,747中描述的一种方法中，Miaoulis教导了一种用于经由盐的脱水来存储来自发动机排气的废热作为化学势能的系统和方法。在所述盐的再水合之后，释放热，所述热可以由热交换器传递到各种车辆部件(例如，催化转化器、乘客舱、电池等)。本文专利技术人已经认识到以上方法的潜在问题。作为一个示例，Miaoulis的方法需要产生大量废热并且维持所述废热很长时间。在Miaoulis引用的一个示例中，可能需要维持200-350摄氏度的排气温度达2个小时以将储热材料充分脱水。然而，增程器发动机通常较小，并且具有有限的功率和热输出。因此，由发动机产生的废热量可能是有限的。另外，有限量的废热可能会快速失去。如果存在不足的废热，可能需要操作专用的发动机加热器以将发动机加温至操作温度。然而，发动机加热器可能会降低电动车辆的燃料经济性。本文专利技术人已经认识到，可能存在电动车辆中可用的额外的废热源，可以充分利用所述额外的废热源来预热发动机。举例来说，在经由马达推进车辆时可能产生的废热包括在马达、逆变器、电池、交流发电机和车辆系统的其他电机处产生的废热。即使在这些源中的任一者处产生的绝对废热量较小，但可能存在可用的更多来源，从而允许产生用于预热发动机的足够的废热。
技术实现思路
在一个示例中，可以通过一种方法解决以上问题，所述方法包括：于在驾驶循环上经由电驱动马达推进车辆时，在发动机起动之前至少基于发动机部件温度来调整将废热从所述马达和相关联的电力电子器件传递到多个发动机部件的次序。以此方式，可以产生足够的废热并且将所述废热用于发动机预热，从而减少对专用的发动机加热器的依赖性。举例来说，混合动力电动车辆可以配置有用于推进车辆车轮的电动马达。所述车辆可以还包括增程器发动机，在驱动所述马达的电池的荷电状态下降到阈值以下时间歇地操作所述增程器发动机。操作所述发动机以对电池进行充电，或者将电能直接提供给所述马达，同时所述马达继续推进所述车辆。基于车辆工况，例如在到达目的地之前剩余的车辆操作的持续时间/距离、到目的地的当前路线、沿着所述路线的预期平均功耗、电池SOC和电池SOC的下降速率，以及操作者所需的所预测的最大马达扭矩，车辆控制器可以预测何时可以起动发动机。控制器控制器可以基于车辆工况、到目的地的当前路线、驾驶员历史、环境条件等来预测在未来时间在可以起始预热时在车辆上可用的废热量。在一个示例中，预测在未来时间可用的废热包括基于来自温度传感器的输出来外推多个废热源中的一者或多者的当前温度增加速率。在一个示例中，废热源包括电动马达、逆变器、变速器、车辆刹车、车辆座椅加热、杯座、车辆灯(头灯、尾灯、车厢灯)等。在另一示例中，计算可用的废热包括基于车辆操作的持续时间以及在未来时间的马达输出来预测在一个或多个车辆位置处产生的热量。在预测了在未来时间在多个废热源处的总的可用的废热之后，车辆控制器随后可以计算如何在多个增程器发动机部件中的每一者之间分配所述废热。在示例中，所述未来时间可以是在未来的时间的固定增量，例如在当前时间之后的10分钟。在一个示例中，计算传递到每个增程器发动机部件的所预测的废热的一部分可以基于在未来时间的发动机部件的所预测的温度、车辆工况、在未来时间的所预测量的可用的废热，以及通过分配废热的所述部分来预热发动机部件所获得的所预测的性能益处。举例来说，所预测的性能益处可以源自增程器发动机部件中的一者或多者的温度增加，并且可以包括发动机磨损的所预测的减少(由于经过加温的发动机相对于冷发动机的减小的摩擦)、发动机排放的减少，或发动机效率的增加。在另一示例中，车辆的控制器可以基于其他增程器发动机部件高于阈值温度并且因此不需要预热而计算出与在所有增程器发动机部件之间均等地传递可用的废热相比，通过将所有可用的废热传递到增程器发动机的燃烧室将使增程器发动机效率最大化。在另一示例中，车辆控制器可以确定在催化转化器与氧传感器之间均等地分发可用的废热会最大程度地减少启动之后的预期的发动机排放，并且不需要将热传递到增程器燃烧室，因为这些燃烧室的温度将在增程器发动机起动之后快速地增加。在另一示例中，基于增程器发动机燃料喷射器的当前温度大于阈值温度，预期燃料喷射器性能在预热之后没有增加，并且车辆控制器因此可以不将废热分配给燃料喷射器的预热，而是替代地在其他增程器发动机部件之间分发所述废热。控制器可以命令经由热交换系统的操作而将废热从废热源传递到增程器发动机部件，所述热交换系统将多个废热源热联接到多个增程器发动机部件。此热传递的时间可以基于所预测的增程器发动机起动，使得可以在所预测的起动时或之前完成预热。以此方式，可以通过预测在未来时间在多个废热源处的可用的废热并且基于传递此废热所获得的预期的性能益处而经由热交换系统的操作将此废热的传递分配到多个增程器发动机部件来提高发动机起动性。基于在未来时间的所预测的可用的废热、增程器发动机部件的所预测的温度、车辆工况、通过所述预热而获得的所预测的性能益处并且进一步基于增程器发动机的所预测的起动时间而将废热从多个废热源传递到多个增程器发动机部件的技术效果在于，减少在增程器发动机起动之后的次最佳发动机性能的持续时间。以此方式，可以解决与从环境温度起动发动机相关联的增加的发动机磨损、降低的燃料效率以及增加的排放的问题。根据以下详细描述并单独地或结合附图来理解，本描述的以上优势和其他优势以及特征将容易显而易见。应理解，提供以上概要来以简化的形式介绍在详细描述中进一步描述的一系列概念。这不意味着识别所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围唯一地由在所述具体实施方式之后的权利要求书界定。此外，所要求保护的主题不限于解决上述或在本公开的任何部分中所述的任何缺点的实现方式。附图说明图1示出具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，所述方法包括：于在驾驶循环上经由电驱动马达推进车辆时，在发动机起动之前至少基于发动机部件温度来调整将废热从所述马达和相关联的电力电子器件传递到多个发动机部件的次序。

【技术特征摘要】
2018.02.13 US 15/895,8781.一种方法，所述方法包括：于在驾驶循环上经由电驱动马达推进车辆时，在发动机起动之前至少基于发动机部件温度来调整将废热从所述马达和相关联的电力电子器件传递到多个发动机部件的次序。2.如权利要求1所述的方法，其中所述废热包括经由所述马达产生的废热、经由向所述马达供电的电池产生的废热，以及经由联接到所述马达和/或所述电池的逆变器和交流发电机中的每一者产生的废热。3.如权利要求2所述的方法，其中调整将废热传递到所述多个发动机部件的所述次序包括调整将所述废热传递到发动机气缸、排气催化剂和排气氧传感器中的每一者的次序。4.如权利要求2所述的方法，其中调整所述次序包括在发动机起动时估计所述多个发动机部件中的每一者的当前温度与对应的目标温度之间的差，并且起初将热传递到所述多个发动机部件中的具有最大差的一个发动机部件。5.如权利要求3所述的方法，其中调整所述次序包括在发动机起动时估计所述多个发动机部件中的每一者的当前温度与对应的目标温度之间的差，并且起初将热传递到所述多个发动机部件中的具有最小差的一个发动机部件。6.如权利要求2所述的方法，其中基于出现峰值扭矩需求超过所述马达的最大扭矩输出而预测所述发动机起动，基于与所述驾驶循环上的行驶路线相关联的参数来预测所述峰值扭矩需求，基于电池荷电状态的变化率来预测所述马达的所述最大扭矩输出。7.如权利要求6所述的方法，所述方法还包括：基于与所述行驶路线相关联的所述参数来估计在所述驾驶循环上可用的所述废热，所述参数包括所述路线的交通条件和天气条件、道路等级和操作者驾驶历史，从所述车辆的导航系统检索所述参数。8.如权利要求1所述的方法，其中所述调整所述次序是进一步基于所述多个发动机部件中的每一者相对于所述废热的来源的位置。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼士·米勒，托马斯·利昂，戈皮钱德拉·苏尼拉，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US