具有超级电容器增程器的增程式电动车辆制造技术

一种具有超级电容器增程器的增程式电动车辆。一种车辆，包括发动机、牵引马达、最终驱动组件、电池组和电连接到电池组的超级电容器模块。车辆还具有第一和第二离合器以及控制器。离合器具有相反的作用状态。第一离合器将发动机驱动轴连接到马达以建立空档充电模式。第二离合器将马达输出轴连接到最终驱动组件，以建立驱动模式。控制器响应于输入信号在驱动和空档充电模式之间选择。驱动模式使用来自超级电容器模块和电池组的能量来给牵引马达提供电力。空档充电模式利用来自发动机的输出扭矩来给超级电容器模块和电池组充电。离合器可以为气动促动的，且车辆可以特征在于没有行星齿轮组。

【技术实现步骤摘要】
具有超级电容器增程器的增程式电动车辆
本公开涉及一种具有超级电容器增程器的增程式电动车辆。
技术介绍
增程式电动车辆的动力传动系提供一个或多个电动车辆(EV)模式。在EV模式中，高电压电牵引马达由可再充电电池组提供电力。来自电牵引马达的输出扭矩通常被输送到具有一个或多个行星齿轮组的变速器。在再生制动事件期间，制动能量可以被回收以对电池组再充电。当电池组的电荷状态为耗尽时，车辆的EV里程可以通过小内燃发动机的选择性运行而增长，该内燃发动机的发动机扭矩被用于产生所需的额外电力。
技术实现思路
本文公开了一种增程式电动车辆。车辆包括相对于传统设计具有降低成本的动力传动系。该动力传动系利用了来自半导体模块的存储电能，且可以进一步地不包括任何行星齿轮组。车辆包括内燃发动机，电牵引马达，可再充电电池组和最终驱动组件。最终驱动组件经由来自电牵引马达的输出扭矩提供动力。该车辆还包括第一和第二旋转离合器和与各动力传动系兀件通讯的控制器。 在具体实施例中，电池组可以包括多个铅酸电池单元，例如在示例性48VDC的实施例中的八个6V或六个8V的铅酸电池单元。相对于锂离子和镍金属氢化物电池而言，铅酸电池通常在回收再生制动能量方面较为低效。相似地，铅酸电池可能不能如这些其它常用电池类型那样有效或高效地提供电力，特别是在峰值车辆加速度期间。与大多数电池类型一样，频繁充放电可降低电池组的可用工作寿命。 为了处理这些和其它设计挑战，本方法将超级电容器模块与电池组电连接，且使用半导体模块的存储电荷来帮助保护电池组的荷电状态(S0C)。本文中公开的动力传动系中超级电容器模块的使用有助于延长电池组的可用工作寿命，例如通过降低电池充放电事件的频率。空气调节压缩机或其它基本恒定的电负载被发动机所吸收，由此允许发动机在其最佳制动比燃油消耗(BSFC)点处或附近运行，该术语在本文中限定且在现有技术中已知。 在运行中，控制器选择性地作用(apply)指定的离合器以建立两个动力传动系操作模式中的一个:驱动模式和空档充电模式(neutral-charging mode)。在驱动模式中，第一离合器被释放且第二离合器被作用。电牵引马达驱动输出构件，同时发动机提供运行负载(例如如上所述的空气调节压缩机)所必须的动力。电牵引马达首先从超级电容器模块，然后从电池组汲取任何需要的电力，由此相对于传统功率流控制方法缓和电池组的放电速率。 在空档充电模式中，驱动模式的离合器作用状态被简单地反向。也就是说，第一离合器被作用且第二离合器被释放。电池组和超级电容器模块可以在该模式中按需要被充电。在所有实施例中，第一和第二离合器没有被同时作用或释放。换句话说，第一和第二离合器的作用状态是互斥的。 在另一实施例中，车辆包括发动机，其具有小于300立方厘米的排量；电牵引马达；最终驱动组件；可再充电铅酸电池组；以及超级电容器模块，其被电连接到电池组。该车辆还包括第一和第二气动促动离合器，空气调节压缩机和控制器。离合器在所有时间都具有相反的作用状态。如上所述，第一离合器在被作用时连接发动机的驱动轴到电牵引马达由此建立空档充电模式，而第二离合器的作用将马达输出轴连接到最终驱动组件以建立驱动模式。空气调节压缩机在驱动模式中经由驱动轴驱动。控制器自动地在驱动和空档充电模式之间选择。 当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本专利技术的一些最佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本专利技术的上述特征和优点，以及其它特征和优点。 【附图说明】 图1是具有如本文所述的增程超级电容器模块的增程式电动车辆的示意性图示； 图2是描述图1所示的车辆的两个动力传动系操作模式的表； 图3A是描述图2的两个操作模式的第一个(即驱动模式)的示意性杆系图，其可被气动地作用； 图3B是描述图2的两个操作模式的第二个(即空档充电模式)的示意性杆系图； 图4A包括使用本方法和名义方法的电池组的荷电状态(SOC)的示例性时间图，其中时间绘制在X轴上而SOC绘制在Y轴上； 图4B是改变的车辆速度的时间图，其中时间绘制在X轴上而速度绘制在y轴上；以及 图4C是图1中所示的车辆的超级电容器模块中存储的能量水平的时间图，其中时间绘制在X轴上而能量水平绘制在I轴上。 【具体实施方式】 参考附图，其中在各图中相似的参考标号指示相似的部件，增程式电动车辆10在图1中示意性地示出。车辆10包括控制器30，该控制器30具有处理器32和充分的有形非瞬时存储器34。实现方法100的计算机可执行代码被记录在存储器34中，且被处理器选择性地执行以命令在两个不同动力传动系操作模式之间的切换。 如下文参考附图2所述，车辆10的两个动力传动系操作模式是驱动模式和空档充电模式。用于实现驱动模式和空档充电模式的示例性设计分别在图3A和图3B中示出，其每一个示出可选的气动促动实施例。图4A-C —起示出了在本方法100执行中使用的控制值，其中图4A示出了，在给定如图4B所示的改变的车辆速度和如图4C所示的超级电容器模块22的最大电荷的剩余百分比的改变的百分比下，本方法100对电池组20的荷电状态(SOC)的影响。 图1的车辆10可以包括小内燃发动机12、电牵引马达14以及最终驱动组件16，该最终驱动组件提供期望的输出齿轮比。如本文中所用，术语“小”在用于发动机12时描述小于约300立方厘米(cc)的排量，其在示例性实施例中为200-250cc的范围。最终驱动组件16的输出构件19被经由一个或多个驱动轴21连接到一组驱动轮18。由此，从最终驱动组件16的输出扭矩(箭头TO)最终被输送到驱动轮18以推进车辆10。 发动机12的驱动轴13被经由第一离合器Cl的作用和释放而相应地连接/不连接到电牵引马达14。相似地，电牵引马达14的输出轴15经由第二离合器C2的作用和释放而选择性地连接/不连接到最终驱动组件16。如下所述，离合器Cl和C2的状态在所有时间都是相互排斥的。也就是说，当离合器Cl作用时，C2被释放，反之亦然。第一和第二离合器Cl和C2的作用可经由任意适当的促动器实现，包括经由气压促动或液压促动活塞。气压促动的一个实例提供离合器促动的低成本方法，其在下文参考图3A和3B示出。在所有实施例中，第一和第二离合器Cl和C2可以为具有带间隙的摩擦板或任何其它常规扭矩传递机构的旋转离合器。 图1的电牵引马达14从电池组20抽取能量。在特定实施例中，电池组20被配置为多单元铅酸电池组，例如在可能的非限制性48VDC实例中的六个8V单元或八个6V单元。电池组20被电连接到超级电容器模块22。术语“超级”在本文中用于大体指相对于一般电容器而言更高水平的电容，如在现有技术中已知的。例如，在示例性配置中，超级电容器模块22可以具有足以存储电池组20的电压的125%、140%或更多的电容水平。电容和电池电压的其它组合可以被使用而不会背离本专利技术的范围。 在图1中示意性地示出的超级电容器模块22可以使用一个或多个双层电容器(DLC)以有助于存储充分的备用电压。这样的DLC可以使用一系列电极和适当的电解质，例如有机电解质，尽管替代地其它电容器设计也可以被使用。超级电容器，譬如用于构建超级电容器模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于车辆的动力传动系，该车辆具有发动机，该动力传动系包括：电牵引马达，具有输出轴；可再充电的电池组；超级电容器模块，电连接到电池组；以及第一和第二离合器，其在所有时间都具有相反的作用状态，其中第一离合器在作用时连接所述牵引马达到发动机，以由此建立空档充电模式，且其中第二离合器在作用时连接所述输出轴到驱动轴以建立驱动模式；其中所述驱动模式使用来自超级电容器模块和电池组的能量来给牵引马达提供电力，且所述空档充电模式利用来自发动机的输出扭矩来给超级电容器模块和电池组充电。

【技术特征摘要】
2013.03.14 US 13/803,0001.一种用于车辆的动力传动系，该车辆具有发动机，该动力传动系包括: 电牵引马达，具有输出轴； 可再充电的电池组； 超级电容器模块，电连接到电池组；以及 第一和第二离合器，其在所有时间都具有相反的作用状态，其中第一离合器在作用时连接所述牵引马达到发动机，以由此建立空档充电模式，且其中第二离合器在作用时连接所述输出轴到驱动轴以建立驱动模式； 其中所述驱动模式使用来自超级电容器模块和电池组的能量来给牵引马达提供电力，且所述空档充电模式利用来自发动机的输出扭矩来给超级电容器模块和电池组充电。2.如权利要求1所述的动力传动系，还包括与第一和第二离合器通讯的控制器，其中控制器包括处理器和有形非瞬时存储器，在该存储器上存储有用于控制离合器状态的指令，且其中处理器被配置为响应于一组输入信号而执行所述指令，以在驱动模式和空档充电模式之间选择。3.如权利要求1所述的动力传动系，其中所述动力传动系特征在于没有任何行星齿轮组。4.如权利要求3所述的动力传动系，其中所述第一和第二离合器被气动地促动。5.如权利要求1所述的动力传动系，其中所述电池组为铅酸电池组，其具有至少六个铅酸电池单元。6.如权利要求1所述的动力传动系，其中所述电池组额定电压为至少48VDC，且所述超级电容器模块被...

【专利技术属性】
技术研发人员：R格夫，KV奈杜，A蒂沃里，A林格高达，VM普拉瓦西，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US