АККУМУЛЯТОРНАЯ СИСТЕМА
BATTERY SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к аккумуляторной системе для электромоторного транспортного средства и, в частности, хотя не исключительно, касается аккумуляторной системы, сконфигурированной, чтобы улучшать способность электромоторного транспортного средства выполнять событие останова-запуска.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Многие транспортные средства оборудуются гибридной системой привода, в которой электромотор, питаемый аккумуляторными батареями, предусматривается наряду с двигателем внутреннего сгорания (ICE). Во многих компоновках, и электромотор, и ICE соединяются с силовой передачей транспортного средства и конфигурируются, чтобы подавать крутящий момент к силовой передаче.
В отличие от традиционного стартерного мотора, электромотор может быть приспособлен доставлять крутящий момент в силовую передачу, в то время как транспортное средство находится в движении. Следовательно, гибридное электрическое транспортное средство может быть приспособлено проворачивать коленчатый вал и запускать ICE, в то время как транспортное средство находится в движении.
В некоторых компоновках электромотор может быть сконфигурирован, чтобы предоставлять крутящий момент, чтобы помогать в приведении во вращение колес транспортного средства, например, для того, чтобы предоставлять возможность уменьшения ICE и/или предоставлять возможность работать ближе к своей оптимальной рабочей точке. Электромотор может также предоставлять возможность привода транспортного средства на низких скоростях без использования ICE. Дополнительно или альтернативно, электромотор может быть сконфигурирован, чтобы проворачивать коленчатый вал двигателя, чтобы предоставлять возможность останавливать ICE, когда крутящий момент не требуется, чтобы приводить в движение транспортное средство, например, в то время как транспортное средство движется накатом, тормозит или останавливается, и быстро перезапускать, когда требуется.
Для того, чтобы проворачивать коленчатый вал и перезапускать ICE, электромотор может требовать подачи высокого напряжения от аккумуляторов, чтобы приводить в действие мотор. Если напряжение аккумуляторов слишком низкое, функциональность останова-запуска транспортного средства может быть отключена, и ICE может работать непрерывно во время эксплуатации гибридного транспортного средства.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно аспекту настоящего изобретения предоставляется аккумуляторная система гибридного транспортного средства, аккумуляторная система содержит множество аккумуляторных элементов, при этом аккумуляторные элементы аккумуляторной системы электрически соединяются с электромотором гибридного транспортного средства, электромотор механически соединяется с системой привода гибридного транспортного средства, при этом гибридное транспортное средство имеет первый режим работы, в котором аккумуляторные элементы аккумуляторной системы получают энергию от системы привода, при этом аккумуляторная система дополнительно содержит один или более дополнительных аккумуляторных элементов, выборочно электрически соединяемых с электромотором, при этом аккумуляторная система конфигурируется, чтобы: определять, что состояние заряда одного или более аккумуляторных элементов аккумуляторной системы ниже порогового значения, и/или что температура аккумуляторной системы ниже порогового значения; электрически соединять элементы аккумуляторной системы и дополнительные аккумуляторные элементы вместе так, чтобы увеличивать напряжение аккумуляторной системы; и разрешать операцию останова-запуска двигателя внутреннего сгорания гибридного транспортного средства.
Аккумуляторная система может быть сконфигурирована, чтобы определять требование по напряжению для аккумуляторной системы, по меньшей мере, частично на основе текущего рабочего режима или предполагаемого рабочего режима гибридного транспортного средства. Аккумуляторная система может быть сконфигурирована, чтобы регулировать конфигурацию аккумуляторных элементов для того, чтобы увеличивать или уменьшать напряжение аккумуляторной системы согласно требованию по напряжению.
Дополнительные аккумуляторные элементы и множество аккумуляторных элементов могут быть предусмотрены в одном и том же модуле аккумуляторной системы.
Электромотор может предоставлять механическую энергию, чтобы помогать в перезапуске двигателя внутреннего сгорания.
Аккумуляторная система может быть сконфигурирована, чтобы регулировать конфигурацию аккумуляторных элементов, по меньшей мере, частично на основе температуры аккумуляторной системы. Дополнительно или альтернативно, аккумуляторная система может быть сконфигурирована, чтобы регулировать конфигурацию аккумуляторных элементов, по меньшей мере, частично на основе состояния заряда одного или более аккумуляторных элементов аккумуляторной системы.
Регулировка конфигурации аккумуляторных элементов может содержать регулировку числа активных аккумуляторных элементов в аккумуляторной системе, например, числа аккумуляторных элементов, способствующих напряжению и/или току, подаваемому аккумуляторной системой.
Дополнительно или альтернативно, регулировка конфигурации аккумуляторных элементов может содержать увеличение или уменьшение числа последовательных соединений между аккумуляторными элементами. Другими словами, регулировка конфигурации аккумуляторных элементов может содержать уменьшение или увеличение числа параллельных соединений между аккумуляторными элементами.
Аккумуляторная система может дополнительно содержать множество переключателей, сконфигурированных, чтобы предоставлять возможность выборочного соединения одного или более аккумуляторных элементов с другими аккумуляторными элементами во множестве конфигураций. Например, множество переключателей могут быть сконфигурированы, чтобы предоставлять возможность аккумуляторным элементам соединяться в последовательных и параллельных конфигурациях.
Дополнительно или альтернативно, переключатели могут быть сконфигурированы, чтобы предоставлять возможность одному или более аккумуляторным элементам быть выборочно изолированными от других аккумуляторных элементов. Регулировка конфигурации аккумуляторной системы может содержать изолирование одного или более аккумуляторных элементов от других аккумуляторных элементов. Аккумуляторные элементы могут быть изолированы случайным образом.
Аккумуляторные элементы могут быть предоставлены в первой и второй группах аккумуляторных элементов. Конфигурация первой группы аккумуляторных элементов может быть регулируемой, а конфигурация второй группы может быть нерегулируемой.
Аккумуляторная система может быть сконфигурирована, чтобы определять напряжение одного или более аккумуляторных элементов или групп аккумуляторных элементов. Аккумуляторная система может быть дополнительно сконфигурирована, чтобы изолировать один или более аккумуляторных элементов или групп аккумуляторных элементов от других аккумуляторных элементов, по меньшей мере, частично на основе напряжения аккумуляторных элементов. Дополнительно или альтернативно, аккумуляторные элементы могут быть изолированы, по меньшей мере, частично на основе текущего рабочего режима или предполагаемого рабочего режима гибридного транспортного средства. Например, если текущий рабочий режим и/или предполагаемый рабочий режим является первым рабочим режимом, аккумуляторные элементы, имеющие низкое напряжение, например, по сравнению с другими аккумуляторными элементами, могут быть изолированы. Если текущий рабочий режим и/или предполагаемый рабочий режим является вторым рабочим режимом, аккумуляторные элементы, имеющие высокое напряжение, могут быть изолированы.
Гибридное транспортное средство может содержать вышеупомянутую аккумуляторную систему.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставляется способ эксплуатации гибридного транспортного средства, гибридное транспортное средство содержит: двигатель внутреннего сгорания и аккумуляторную систему, имеющую множество аккумуляторных элементов, при этом аккумуляторные элементы аккумуляторной системы электрически соединяются с электромотором транспортного средства, причем электромотор механически соединяется с системой привода транспортного средства, при этом гибридное транспортное средство имеет первый рабочий режим, в котором аккумуляторные элементы аккумуляторной системы предоставляют энергию системе привода, и второй рабочий режим, в котором аккумуляторные элементы аккумуляторной системы получают энергию от системы привода, при этом аккумуляторная система дополнительно содержит один или более дополнительных аккумуляторных элементов, выборочно электрически соединяемых с электромотором, при этом способ содержит: определение, что состояние заряда одного или более аккумуляторных элементов аккумуляторной системы ниже порогового значения, или что температура аккумуляторной системы ниже порогового значения; электрическое соединение аккумуляторных элементов аккумуляторной системы и дополнительных аккумуляторных элементов вместе так, чтобы увеличивать напряжение аккумуляторной системы; и разрешение операции останова-запуска двигателя внутреннего сгорания при температуре аккумуляторной системы ниже порогового значения.
Способ может содержать: определение требования по напряжению для аккумуляторной системы, по меньшей мере, частично на основе текущего рабочего режима или предполагаемого рабочего режима гибридного транспортного средства. Способ может дополнительно содержать регулировку конфигурации аккумуляторных элементов для того, чтобы увеличивать или уменьшать напряжение аккумуляторной системы согласно требованию по напряжению.
Способ может дополнительно содержать регулировку конфигурации аккумуляторных элементов, по меньшей мере, частично согласно состоянию заряда. Если состояние заряда ниже порогового уровня SOC, конфигурация аккумуляторной системы может быть отрегулирована, чтобы увеличивать число активных (например, электрически соединенных) аккумуляторных элементов в аккумуляторной системе и/или увеличивать число последовательных соединений между аккумуляторными элементами. Если состояние заряда повышается выше порогового уровня SOC, конфигурация аккумуляторной системы может быть отрегулирована, чтобы уменьшать число активных аккумуляторных элементов в аккумуляторной системе и/или увеличивать число параллельных соединений между аккумуляторными элементами.
Способ может дополнительно содержать регулировку конфигурации аккумуляторных элементов, по меньшей мере, частично согласно температуре. Если температура ниже первого порогового значения, конфигурация аккумуляторной системы может быть отрегулирована, чтобы увеличивать число активных (например, электрически соединенных) аккумуляторных элементов в аккумуляторной системе. Если температура повышается выше первого порогового значения, конфигурация аккумуляторной системы может быть отрегулирована, чтобы уменьшать число активных аккумуляторных элементов в аккумуляторной системе.
Если температура выше второго порогового значения, конфигурация аккумуляторных элементов может быть отрегулирована, чтобы уменьшать число активных аккумуляторных элементов в аккумуляторной системе. Если температура падает ниже второго порогового значения, конфигурация аккумуляторной системы может быть отрегулирована, чтобы увеличивать число активных аккумуляторных элементов в аккумуляторной системе. Первое пороговое значение может относиться к нижней пороговой температуре, а второе пороговое значение может относиться к верхней пороговой температуре. Другими словами, второе пороговое значение может быть больше первого порогового значения. Посредством уменьшения числа активных аккумуляторных элементов напряжение аккумуляторной системы может быть уменьшено, так что напряжение не превышает максимальное напряжение для гибридной системы. В результате, деактивация аккумуляторных элементов может предоставлять возможность увеличения верхнего предела температуры аккумуляторной системы.
Если текущий рабочий режим или предполагаемый рабочий режим гибридного транспортного средства является первым рабочим режимом, конфигурация аккумуляторных элементов может быть отрегулирована для того, чтобы увеличивать число последовательных соединений между аккумуляторными элементами.
Альтернативно, если текущий рабочий режим или предполагаемый рабочий режим гибридного транспортного средства является вторым рабочим режимом, конфигурация аккумуляторных элементов может быть отрегулирована для того, чтобы увеличивать число параллельных соединений между аккумуляторными элементами.
Способ может содержать определение напряжения одного или более аккумуляторных элементов. Способ может дополнительно содержать изолирование одного или более аккумуляторных элементов от других аккумуляторных элементов, по меньшей мере, частично на основе напряжения аккумуляторных элементов. Аккумуляторные элементы могут быть изолированы, по меньшей мере, частично на основе текущего рабочего режима или предполагаемого рабочего режима гибридного транспортного средства.
Если текущий или предполагаемый рабочий режим является первым рабочим режимом, один или более аккумуляторных элементов, имеющих более низкое напряжение, чем другие аккумуляторные элементы, могут быть изолированы, например, для того, чтобы увеличивать напряжение аккумуляторной системы.
Если текущий или предполагаемый рабочий режим является вторым рабочим режимом, один или более аккумуляторных элементов, имеющих напряжение, которое выше, чем у других аккумуляторных элементов, могут быть изолированы, например, для того, чтобы уменьшать напряжение аккумуляторной системы. Это может предоставлять возможность аккумуляторным элементам, имеющим более низкое состояние заряда, заряжаться, в то время как аккумуляторная система работает во втором рабочем режиме.
Регулировка конфигурации аккумуляторных элементов может содержать изолирование одного или более аккумуляторных элементов случайным образом от других аккумуляторных элементов. Это может вести к практически равному рабочему циклу, применяемому к каждому из аккумуляторных элементов.
Способ может содержать определение, что один или более аккумуляторных элементов могут быть неисправными. Способ может дополнительно содержать изолирование неисправных аккумуляторных элементов. Аккумуляторный элемент может быть определен как неисправный, если напряжение аккумуляторного элемента отличается от напряжений каждого из других аккумуляторных элементов на предварительно определенную величину. Альтернативно, аккумуляторный элемент может быть определен как неисправный, если напряжение аккумуляторного элемента отличается от ожидаемого напряжения аккумуляторного элемента на предварительно определенную величину.
Способ может дополнительно содержать устранение блокировки запуска-останова, чтобы предоставлять возможность гибридному транспортному средству выполнять процедуру запуска-останова.
Чтобы исключать необязательное дублирование усилий и повторение текста в этом подробном описании, определенные признаки описываются относительно только одного либо нескольких аспектов или вариантов осуществления изобретения. Тем не менее, следует понимать, что при наличии технической возможности признаки, описанные относительно любого аспекта или варианта осуществления изобретения, также могут использоваться с любым другим аспектом или вариантом осуществления изобретения.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания настоящего изобретения, и чтобы показать более ясно, как оно может быть выполнено, ссылка сейчас будет сделана, в качестве примера, на сопровождающие чертежи, на чертежах:
Фиг. 1 - это схематичный вид гибридного транспортного средства, содержащего ранее предложенную аккумуляторную систему;
Фиг. 2 - это схематичный вид аккумуляторной системы для гибридного транспортного средства, согласно компоновкам настоящего изобретения, аккумуляторная система изображается в первой конфигурации;
Фиг. 3 - это схематичный вид аккумуляторной системы, изображенной во второй конфигурации;
Фиг. 4a и 4b - это схематичные виды переключающего блока согласно компоновкам настоящего изобретения;
Фиг. 5 - это схематичный вид множества переключающих блоков, соединенных последовательно;
Фиг. 6 - это схематичный вид переключающей системы для аккумуляторной системы согласно компоновке настоящего изобретения;
Фиг. 7 - это схематичный вид аккумуляторной системы, изображенной в третьей конфигурации;
Фиг. 8 показывает способ работы гибридного транспортного средства, согласно компоновкам настоящего изобретения; и
Фиг. 9 - это схематичный вид дополнительной аккумуляторной системы, согласно другой компоновке изобретения, дополнительная аккумуляторная система изображается в четвертой конфигурации.
Подробное описание изобретения
Со ссылкой на фиг. 1, ранее предложенное гибридное транспортное средство 2 содержит двигатель 4 внутреннего сгорания (ICE) и электромотор 6, оба из них механически соединяются с системой 8 привода и сконфигурированы, чтобы предоставлять крутящий момент системе 8 привода. Мотор 6 может быть соединен с коленчатым валом ICE 4, например, напрямую или через дифференциал. Альтернативно, мотор 6 может быть соединен, например, напрямую соединен, с одним или более колесами транспортного средства.
Транспортное средство 2 содержит аккумуляторную систему 10, которая электрически соединяется с электромотором 6 и конфигурируется, чтобы предоставлять энергию электромотору 6. Аккумуляторная система 10 содержит множество аккумуляторных элементов 10a. Как изображено на фиг. 1, аккумуляторные элементы 10a могут быть размещены в группах, например, парами. Аккумуляторные элементы 10a в каждой группе могут быть соединены параллельно с каждым из других аккумуляторных элементов в группе. Каждая группа аккумуляторных элементов может быть соединена с каждой из других групп последовательно.
Система 8 привода механически соединяется с колесами 12 транспортного средства 2 и доставляет крутящий момент от ICE 4 и электромотора 6 к колесам 12 для того, чтобы приводить в движение транспортное средство 2.
Транспортное средство дополнительно содержит контроллер 14, такой как модуль управления силовой передачей, сконфигурированный, чтобы управлять работой ICE 4, электромотора 6 и системы 8 привода.
В компоновке, изображенной на фиг. 1, транспортное средство 2 является умеренным гибридным транспортным средством. Контроллер 14 конфигурируется, чтобы приводить в действие электромотор 6 в первом рабочем режиме, чтобы предоставлять дополнительный крутящий момент, чтобы помогать ICE 4 в приводе колес 12 транспортного средства 2. Дополнительно, когда контроллер 14 определяет, что водитель транспортного средства, или другой контроллер (не показан) транспортного средства, не требует, чтобы крутящий момент подавался к колесам, и/или если транспортное средство тормозит, например, отрицательный крутящий момент подается к колесам, контроллер 14 конфигурируется, чтобы выключать ICE 4 для того, чтобы уменьшать расход топлива транспортного средства 2. Когда контроллер 14 определяет, что водитель или другой контроллер транспортного средства снова требует, чтобы крутящий момент подавался к колесам 12, контроллер 14 управляет работой электромотора, чтобы подавать крутящий момент к системе 8 привода, чтобы проворачивать коленчатый вал и запускать ICE 4.
Когда желательно подавать отрицательный крутящий момент к колесам 12, например, когда водитель или другой контроллер требует, чтобы транспортное средство 2 замедлялось, отрицательный, например, тормозной, крутящий момент может быть предоставлен посредством тормозной системы транспортного средства. Дополнительно или альтернативно, система 8 привода может быть сконфигурирована, чтобы обеспечивать отрицательный крутящий момент, например, получать крутящий момент от колес 12. Когда система 8 привода получает крутящий момент от колес 12, система 8 привода может подавать полученный крутящий момент к электромотору 6, который может быть сконфигурирован, чтобы действовать как генератор, чтобы заряжать аккумуляторную систему 10, во втором рабочем режиме электромотора 6 и аккумуляторной системы 10.
Во время эксплуатации гибридного транспортного средства 2 напряжение аккумуляторной системы 10, например, напряжение, которое аккумуляторная система 10 приспособлена подавать к электромотору 6, может изменяться. Например, если аккумуляторная система 10 имеет низкое состояние заряда, напряжение аккумуляторной системы 10 может быть уменьшено.
Для того, чтобы подавать достаточную мощность к системе 8 привода для того, чтобы проворачивать коленчатый вал и запускать ICE 4, электромотор 6 может требовать высокого напряжения от аккумуляторной системы 10, например, напряжения выше порогового значения. Контроллер 14 может быть сконфигурирован, чтобы наблюдать за напряжением аккумуляторной системы 10, и может запрещать, например, препятствовать, транспортному средству выполнять процедуру запуска-останова ICE 4, если напряжение аккумуляторной системы 10 ниже порогового значения. Это может гарантировать, что ICE 4 не останавливается, когда недостаточное напряжение доступно, чтобы перезапускать ICE 4.
В зависимости от рабочего режима аккумуляторной системы 10 и электромотора 6, может быть желательным, чтобы аккумуляторная система 10 работала при различных напряжениях. Например, когда аккумуляторная система 10 предоставляет электроэнергию электромотору 6, может быть желательным, чтобы напряжение аккумуляторной системы было высоким, для того, чтобы предоставлять возможность подачи желаемого крутящего момента посредством электромотора 6 к системе 8 привода. В отличие от этого, когда аккумуляторная система 10 получает электроэнергию от электромотора 6, или другого источника напряжения может быть желательным, чтобы напряжение аккумуляторной системы 10 было низким для того, чтобы увеличивать скорость, с которой аккумуляторная система 10 может заряжаться.
В компоновке, показанной на фиг. 1, конфигурация аккумуляторной системы 10, например, соединения между аккумуляторными элементами 10a в аккумуляторной системе 10, является фиксированной. Следовательно, в этой компоновке, конфигурация аккумуляторной системы 10 может быть задана для того, чтобы работать адекватно как в первом, так и во втором рабочих режимах. Однако, конфигурация аккумуляторной системы 10, изображенная на фиг. 1, может не обеспечивать оптимальной эффективности в том и другом рабочих режимах.
Со ссылкой на фиг. 2, сейчас будет описана аккумуляторная система 100 согласно компоновкам настоящего изобретения. Аккумуляторная система 100 содержит множество аккумуляторных элементов 102, переключающую систему 104 и клеммы 106. Аккумуляторная система 100 может быть предусмотрена в гибридном транспортном средстве 2 вместо аккумуляторной системы 10. Клеммы 106 аккумуляторной системы 100 могут быть соединяемыми, например, электрически соединяемыми, с электромотором 6, например, согласно операции контроллера 14.
Как изображено на фиг. 2, каждый из аккумуляторных элементов может быть соединен с переключающей системой 104. Переключающая система 104 может быть сконфигурирована, чтобы электрически соединять, один, более одного или каждый из аккумуляторных элементов 102 с одним или более другими аккумуляторными элементами и/или с клеммами 106 аккумуляторной системы 100.
Переключающая система 104 может быть сконфигурирована, чтобы регулировать конфигурацию аккумуляторных элементов 102, например, соединения между аккумуляторными элементами, когда желательно. Например, переключающая система 104 может быть сконфигурирована, чтобы регулировать конфигурацию аккумуляторных элементов 102 для того, чтобы увеличивать число последовательных соединений между аккумуляторными элементами 102. Альтернативно, переключающая система 104 может быть сконфигурирована, чтобы регулировать конфигурацию аккумуляторных элементов 102 для того, чтобы увеличивать число параллельных соединений между аккумуляторными элементами.
Например, в компоновке, изображенной на фиг. 2, переключающая система 104 конфигурируется, чтобы соединять аккумуляторные элементы 102 в компоновке, включающей в себя шесть параллельных ветвей, каждая параллельная ветвь включает в себя два элемента, соединенных последовательно. В отличие от этого, в компоновке, изображенной на фиг. 3, переключающая система 104 конфигурируется, чтобы соединять аккумуляторные элементы 102 так, что каждый из аккумуляторных элементов 102 соединяется последовательно.
Регулировка конфигурации аккумуляторных элементов 102 таким образом может влиять на напряжение аккумуляторной системы 100, например, на клеммах 106. Например, когда каждый из аккумуляторных элементов 102 соединяется последовательно, напряжение аккумуляторной системы 100 может быть больше, чем когда аккумуляторные элементы 102 соединяются в две или более параллельные ветви.
Когда аккумуляторная система 100 предусматривается в гибридном транспортном средстве 2, контроллер 14 может быть сконфигурирован, чтобы управлять работой переключающей системы 104, чтобы определять конфигурацию аккумуляторных элементов 102.
Как описано выше со ссылкой на фиг. 1, когда гибридное транспортное средство работает в первом рабочем режиме, например, аккумуляторная система 100 предоставлять энергию электромотору 6, чтобы проворачивать коленчатый вал и запускать ICE 4, может быть желательным, чтобы аккумуляторная система 10 обеспечивала высокое напряжение. Следовательно, если транспортное средство 2 снабжается аккумуляторной системой 100, когда контроллер 14 управляет, или готовится управлять, электромотором 6, чтобы обеспечивать крутящий момент, чтобы проворачивать коленчатый вал ICE 4, контроллер 14 может управлять работой переключающей системы 104 для того, чтобы увеличивать число последовательных соединений между аккумуляторными элементами 102 и, тем самым, увеличивать напряжение на клеммах 106 аккумуляторной системы 100.
Во втором рабочем режиме, когда система 8 привода получает крутящий момент от колес 12, например, когда система 8 привода используется, чтобы предоставлять тормозной момент колесам 12, может быть желательным, чтобы напряжение аккумуляторной системы 100 было низким, например, ниже напряжения, вырабатываемого электромотором 6, для того, чтобы предоставлять возможность электромотору 6 заряжать аккумуляторные элементы 102 аккумуляторной системы. Следовательно, при работе во втором рабочем режиме, контроллер 14 может управлять работой переключающей системы 104 для того, чтобы увеличивать число параллельных соединений между аккумуляторными элементами 102 и, тем самым, уменьшать напряжение на клеммах 106 аккумуляторной системы.
Переключающая система 104 может также быть приспособлена выборочно изолировать один, более одного или каждый из аккумуляторных элементов 102 аккумуляторной системы 100 от клемм 106. Переключающая система может быть сконфигурирована, чтобы предоставлять возможность любому из аккумуляторных элементов быть изолированным, когда желательно, индивидуально или в сочетании с другими аккумуляторными элементами. В некоторых конфигурациях изолирование одного или более аккумуляторных элементов 102 от клемм 106 может уменьшать напряжение аккумуляторной системы 100. Следовательно, когда желательно уменьшать напряжение аккумуляторной системы 100, переключающая система 104 может управляться, например, посредством контроллера 14, чтобы изолировать один или более аккумуляторных элементов 102. Изолирование одного или более аккумуляторных элементов 102 может выполняться в дополнение или как альтернатива изменению конфигурации аккумуляторных элементов 102, чтобы увеличивать число параллельных соединений между аккумуляторными элементами 102.
Может быть желательным обеспечивать то, чтобы каждый из аккумуляторных элементов 102, предусмотренных в аккумуляторной системе 100, заряжался и разряжался равномерно, например, так, что один или более аккумуляторных элементов не падают до значительно более низкого состояния заряда, чем другие аккумуляторные элементы. Следовательно, когда переключающая система 104 управляется, чтобы изолировать один или более аккумуляторных элементов 102, например, уменьшать напряжение аккумуляторной системы 100 при выполнении рекуперативного торможения, аккумуляторные элементы 102, которые должны быть изолированы, могут быть выбраны посредством переключающей системы 104 или контроллера 14 для того, чтобы предотвращать падение состояния заряда одного или более аккумуляторных элементов 102 ниже состояния заряда других аккумуляторных элементов 102.
В некоторых компоновках аккумуляторный элемент, который должен быть изолирован, может быть выбран случайным образом. Дополнительно или альтернативно, переключающая система 104 или контроллер 14 могут быть сконфигурированы, чтобы определять напряжение одного или более аккумуляторных элементов, и могут изолировать один или более аккумуляторных элементов, по меньшей мере, частично на основе напряжения. Например, напряжение может быть использовано, чтобы делать вывод о состоянии заряда аккумуляторных элементов, и переключающая система 104 может изолировать один или более аккумуляторных элементов, имеющих более высокое напряжение, например, высокое состояние заряда. Таким образом, аккумуляторные элементы, имеющие более низкое состояние заряда, могут заряжаться предпочтительным образом.
Если один или более аккумуляторных элементов 102 аккумуляторной системы проявляет неисправность, неисправные аккумуляторные элементы могут уменьшать напряжение аккумуляторной системы 100 и/или могут препятствовать эффективному заряду аккумуляторных элементов 102 аккумуляторной системы 100. Может быть желательным изолировать неисправные аккумуляторные элементы от других аккумуляторных элементов 102 и/или клемм 106. Неисправные аккумуляторные элементы могут быть изолированы временно, например, во время конкретной поездки или до тех пор, пока аккумуляторная система 100 не будет полностью перезаряжена. Альтернативно, неисправный аккумуляторный элемент может быть изолирован постоянно, например, до тех пор, пока неисправный аккумуляторный элемент или аккумуляторная система 100 не будет отремонтирована или заменена.
Неисправные аккумуляторные элементы могут быть идентифицированы посредством определения напряжения аккумуляторных элементов. Аккумуляторные элементы, имеющие напряжение, которое отличается от других аккумуляторных элементов на более чем предварительно определенную величину, могут считаться неисправными. Альтернативно или дополнительно, ожидаемое напряжение аккумуляторного элемента может быть вычислено на основе истории разряда и заряда аккумуляторного элемента. Если определенное напряжение аккумуляторного элемента отличается от ожидаемого напряжения более чем на некоторую величину, тогда аккумуляторный элемент может считаться неисправным.
Если состояние заряда одного или более аккумуляторных элементов в аккумуляторной системе 100 является низким, напряжение аккумуляторной системы 100 может быть уменьшено. Кроме того, аккумуляторные элементы 102 аккумуляторной системы 100 могут иметь рабочий температурный диапазон, за пределами которого напряжение аккумуляторных элементов может быть низким. Когда аккумуляторная система работает за пределами рабочего температурного диапазона, например, с более низкой или более высокой температурой, напряжение аккумуляторной системы 100 может быть низким, даже когда состояние заряда аккумуляторных элементов 102 является хорошим.
Если состояние заряда одного или более аккумуляторных элементов является низким, контроллер может определять, что напряжение аккумуляторной системы 100 ниже порогового значения, и может запрещать транспортному средству 2 выполнять процедуру запуска-останова. Таким же образом, когда транспортное средство 2 эксплуатируется в холодном климате, контроллер 14 может определять, что температура или напряжение аккумуляторной системы 100 ниже порогового уровня, и может запрещать транспортному средству 2 выполнять процедуру запуска-останова ICE 4.
Водителю может казаться, что транспортное средство 2 не выполняет процедуру запуска-останова, что может давать водителю впечатление, что транспортное средство 2 не работает корректно, и/или что гибридная система привода не работает эффективно, чтобы уменьшать расход топлива транспортного средства 2.
Аккумуляторная система 100 может увеличивать температуру во время использования транспортного средства 2, например, благодаря использованию ICE 4 и/или электромотора 6, и, следовательно, после периода эксплуатации, контроллер 14 может определять, что температура или напряжение выше порогового уровня, и может устранять блокировку, чтобы предоставлять возможность транспортному средству выполнять процедуру останова-запуска, когда целесообразно.
Как показано на фиг. 2 и 3, аккумуляторные элементы в аккумуляторной системе могут быть предусмотрены в переключающих блоках SB. В компоновках, показанных на фиг. 2 и 3, аккумуляторные системы содержат шесть переключающих блоков, каждый содержит два аккумуляторных элемента. Однако, представляется, что любое число переключающих блоков SB может быть предусмотрено. Кроме того, в других компоновках изобретения, более двух аккумуляторных элементов могут быть предусмотрены в каждом переключающем блоке. Например, три, четыре, пять, шесть или любое другое число аккумуляторных элементов может быть предусмотрено в каждом из переключающих блоков SB. Альтернативно, переключающие блоки могут содержать единственный аккумуляторный элемент. Каждый из переключающих блоков может содержать одинаковое число аккумуляторных элементов, альтернативно, один, более одного или каждый из переключающих блоков может содержать различное число аккумуляторных элементов.
1
2
3
2
3
1
Со ссылкой на фиг. 4a и 4b, аккумуляторные элементы 402 в каждом из переключающих блоков могут быть электрически соединены с другими аккумуляторными элементами переключающего блока SB посредством переключающей системы 104. Например, как показано на фиг. 4a и 4b, аккумуляторные элементы 402 могут быть соединены с одним или более переключателями 404, предусматриваемыми переключающей системой 104. Переключатели 404 могут быть сконфигурированы, чтобы предоставлять возможность аккумуляторным элементам 402 в переключающем блоке SB выборочно соединяться вместе в одной или более конфигурациях. Например, в компоновке, изображенной на фиг. 4a, первый переключатель 404 может быть включен (с выключенными вторым и третьим переключателями 404, 404) для того, чтобы обеспечивать последовательное соединение между аккумуляторными элементами 402. Альтернативно, как изображено на фиг. 4b, второй и третий переключатели 404, 404 могут быть включены (с выключенным первым переключателем 404) для того, чтобы обеспечивать параллельное соединение между аккумуляторными элементами 402.
Со ссылкой на фиг. 5, переключающие блоки SB могут быть соединены вместе в последовательную конфигурацию. Таким образом, переключающая система может быть приспособлена переключаться между конфигурацией, в которой каждый из аккумуляторных элементов 402 в аккумуляторной системе соединяется с каждым из других аккумуляторных элементов последовательно, и одной или более другими конфигурациями, в которых два или более аккумуляторных элементов в одном или более переключающих блоках соединяются параллельно.
В компоновке, показанной на фиг. 5, каждый из переключающих блоков снабжается переключателями 404 и способен выборочно изменять конфигурации аккумуляторных элементов в переключающем блоке. Однако, в равной степени представляется, что в некоторых компоновках один или более переключающих блоков SB могут не содержать переключатели, и конфигурация соединений между аккумуляторными элементами в переключающем блоке SB может быть фиксированной.
Со ссылкой на фиг. 6, для того, чтобы обеспечивать большее число возможных конфигураций аккумуляторных элементов в аккумуляторной системе, может быть предусмотрена переключающая система 600, согласно другой компоновке настоящего изобретения. Переключающая система 600 может быть предусмотрена как альтернатива размещению аккумуляторных элементов в переключающих блоках SB, которые соединяются вместе, или переключающая система 600 может быть предусмотрена в переключающем блоке. Переключающая система 600 может быть предусмотрена в аккумуляторной системе 100, изображенной на фиг. 2 или 3.
Переключающая система 600, изображенная на фиг. 6, конфигурируется, чтобы предоставлять возможность выборочно изменять конфигурацию соединений между тремя аккумуляторными элементами. Однако, компоновка может быть расширена, чтобы предоставлять возможность выборочно изменять конфигурацию из четырех, пяти, шести или более аккумуляторных элементов.
Как изображено на фиг. 6, переключающая система 600 содержит множество клемм 601 аккумуляторных элементов, множество переключателей, включающих в себя последовательные переключатели 602S, параллельный переключатель 602P и изолирующие переключатели 602I и клеммы 606. Клеммы 606 могут быть эквивалентны клеммам 106, изображенным на фиг. 2 и 3, и могут предоставлять возможность аккумуляторной системе 100, содержащей переключающую систему 600, соединяться с электромотором 6.
Переключающая система 600 может быть соединена с аккумуляторными элементами 102 аккумуляторной системы 100 на клеммах 601 аккумуляторных элементов. Отдельный аккумуляторный элемент или группа аккумуляторных элементов может быть соединена с каждой клеммой 601. Переключатели 602 конфигурируются, чтобы выборочно устанавливать соединения между клеммами 601 аккумуляторных элементов. В зависимости от комбинаций переключателей, которые размыкаются и замыкаются, конфигурация аккумуляторных элементов, и, следовательно, напряжение, доступное на клеммах 606, могут изменяться. Например, в показанной компоновке, если каждый из последовательных переключателей 602S включен (с выключенными параллельными переключателями 602P), аккумуляторные элементы 102 будут соединяться последовательно. Альтернативно, если каждый из параллельных переключателей 602P включен (с выключенными последовательными переключателями 602S), каждый из аккумуляторных элементов 102 будет соединен параллельно каждому из других аккумуляторных элементов 102.
1
3
2
3
4
2
1
4
1
2
3
1
4
5
2
3
1
2
3
5
1
2
3
Последовательные и параллельные переключатели 602S, 602P могут быть соединены в различных сочетаниях для того, чтобы предоставлять различную последовательную и параллельную конфигурацию аккумуляторных элементов по желанию. Например, если переключатели 602S, 602S, 602P, 602P и 602P включены (с выключенными переключателями 602S, 602P и 602P), аккумуляторный элемент, соединенный на клеммах 601 аккумуляторного элемента, будет соединен последовательно с аккумуляторными элементами, соединенными на клеммах 601 и 601 аккумуляторных элементов, которые будут соединены параллельно друг с другом. Альтернативно, если переключатели 602P, 602P, 602P, 602S и 602S включены (с выключенными переключателями 602S, 602P, 602P и 602P), аккумуляторные элементы, подсоединенные на клеммах 601 и 601 аккумуляторных элементов, будут соединены параллельно друг другу, с аккумуляторным элементом, подсоединенным на клеммах 601 аккумуляторного элемента, соединяемым последовательно.
Размыкание, например, выключение одного или более изолирующих переключателей 602I может изолировать один или более аккумуляторных элементов от других аккумуляторных элементов и/или клемм 606. Если один или более изолирующих переключателей разомкнуты, может быть необходимо включать дополнительный переключатель, например, дополнительный последовательный или параллельный переключатель 602S, 602P для того, чтобы поддерживать соединение между каждым из аккумуляторных элементов 102, которые не изолированы, и клеммами 606.
В некоторых компоновках переключатели 404, 602 могут содержать реле, такие как электромеханические реле. Дополнительно или альтернативно, переключатели 404, 602 могут содержать транзисторы, такие как полевые транзисторы. Дополнительно или альтернативно снова, переключатели могут содержать любой другой тип переключающего элемента, приспособленного выборочно устанавливать соединение между концами переключателя 404, 602.
Аккумуляторная система может дополнительно содержать контроллер (не показан), сконфигурированный, чтобы управлять работой переключателей 404, 602. Альтернативно, контроллер 14, изображенный на фиг. 1, может быть сконфигурирован, чтобы управлять работой переключателей 404, 602.
Со ссылкой на фиг. 7, для того, чтобы предоставлять возможность увеличения напряжения аккумуляторной системы 100 и/или уменьшать продолжительность периода работы, прежде чем транспортное средство 2 способно выполнять процедуру запуска-останова, аккумуляторная система 100 может содержать один или более вспомогательных аккумуляторных элементов 102a. Если контроллер 14 и/или аккумуляторная система 100 определяет, что состояние заряда одного или более аккумуляторных элементов аккумуляторной системы является низким, и/или что температура аккумуляторной системы 100 находится за пределами рабочего температурного диапазона, контроллер 14 и/или аккумуляторная система 100 может регулировать конфигурацию аккумуляторной системы 100, чтобы соединять один или более вспомогательных аккумуляторных элементов 102a с аккумуляторными элементами 102 и/или клеммами 106 для того, чтобы увеличивать напряжение аккумуляторной системы 100. Например, вспомогательные аккумуляторные элементы 102a могут быть соединены последовательно с аккумуляторными элементами 102. Дополнительно или альтернативно, число или последовательные соединения между аккумуляторными элементами могут быть увеличены, чтобы увеличивать суммарное напряжение аккумуляторной системы 100.
Когда температура аккумуляторной системы 100 достигает рабочего температурного диапазона, напряжение аккумуляторной системы может увеличиваться. Напряжение может увеличиваться выше желаемого уровня для предоставления энергии электромотору 6. Контроллер 14 и/или аккумуляторная система 100 могут определять, что температурный диапазон находится в пределах рабочего температурного диапазона, и/или могут определять, что напряжение аккумуляторной системы 100 выше желаемого уровня, и могут регулировать конфигурацию аккумуляторной системы, чтобы отсоединять вспомогательные аккумуляторные элементы от других аккумуляторных элементов и/или клемм 106.
Со ссылкой на фиг. 8, способ 800 работы гибридного транспортного средства, согласно компоновке настоящего изобретения, содержит первый этап 802, на котором определяется температура аккумуляторной системы, например, аккумуляторного элемента аккумуляторной системы. На втором этапе 804 определяется текущий и/или предполагаемый рабочий режим гибридного транспортного средства. На третьем этапе 806 конфигурация аккумуляторной батареи идентифицируется, чтобы определять подходит ли конфигурация аккумуляторной батареи для определенной температуры и рабочего режима. Если конфигурация аккумуляторной батареи является идеальной, способ переходит к пятому этапу 810, на котором операция запуска-останова гибридного транспортного средства разрешается, например, блокировка, препятствующая работе гибридного транспортного средства, может быть устранена. Альтернативно, если конфигурация аккумуляторной батареи является неидеальной, способ переходит к четвертому этапу 808, на котором конфигурация аккумуляторной системы регулируется. После того как конфигурация аккумуляторной системы была отрегулирована, способ может возвращаться к третьему этапу 806.
Способ 800 может повторяться во время работы гибридного транспортного средства, например, чтобы гарантировать, что конфигурация аккумуляторной системы регулярно регулируется согласно температуре аккумуляторной системы и текущему и/или предполагаемому рабочему режиму гибридного транспортного средства. Способ 800 может повторяться непрерывно. Альтернативно, после того как пятый этап 810 способа был выполнен, может быть реализована задержка, прежде чем способ 800 повторяется.
Хотя в компоновках, показанных на фиг. 2, 3 и 6, конкретные элементы из аккумуляторных элементов указываются как являющиеся вспомогательными аккумуляторными элементами 102a, аккумуляторная система 100 может быть сконфигурирована так, что различные элементы из аккумуляторных элементов 102 могут действовать в качестве вспомогательных аккумуляторных элементов 102a в течение различных периодов работы аккумуляторной системы 100. Переключающая система 104 и/или контроллер 14 могут быть сконфигурированы, чтобы выборочно определять, какие из аккумуляторных элементов 102 должны рассматриваться как вспомогательные аккумуляторные элементы 102a.
Вспомогательные элементы 102a могут быть выбраны случайным образом. Дополнительно или альтернативно, вспомогательные аккумуляторные элементы 102a могут быть выбраны на основе напряжения аккумуляторных элементов 102. Таким образом, аккумуляторные элементы 102 могут циклически изменяться, например, заряжаться и разряжаться, равномерно и/или равное число раз во время работы транспортного средства 2.
Следуя множеству циклов заряда и разряда аккумуляторных элементов 102, аккумуляторные элементы могут достигать условия окончания срока службы, при котором напряжение аккумуляторных элементов 102 снижается. Когда аккумуляторные элементы 102 достигают своего условия окончания срока службы, может быть желательным, чтобы вспомогательные аккумуляторные элементы 102a были соединены с другими аккумуляторными элементами 102 и/или клеммами 106 во время обычной работы транспортного средства 2, например, в первом рабочем режиме. Компоновка, показанная на фиг. 6, следовательно, также изображает конфигурацию аккумуляторных элементов в аккумуляторной системе 100 в условиях окончания срока службы аккумуляторной системы 100.
В компоновках, показанных на фиг. 2-3 и 7, каждый из аккумуляторных элементов соединяется с переключающей системой 104, и переключающая система конфигурируется, чтобы выборочно изменять соединения между каждым из аккумуляторных элементов. Однако, со ссылкой на фиг. 9, в других компоновках изобретения, два или более аккумуляторных элементов 102 аккумуляторной системы 900 могут быть размещены в фиксированной группе 902, в которой аккумуляторные элементы соединяются друг с другом в желаемой конфигурации. Например, в компоновке, показанной на фиг. 9, фиксированная группа аккумуляторных элементов 902 содержит четыре аккумуляторных элемента, каждый из аккумуляторных элементов соединяется параллельно с другим элементом из аккумуляторных элементов, и каждая пара параллельно соединенных аккумуляторных элементов соединяется последовательно с другой парой параллельно соединенных аккумуляторных элементов.
Соединения между аккумуляторными элементами в фиксированной группе 902 могут быть фиксированными и могут не быть регулируемыми посредством переключающей системы 104, 600. Фиксированная группа 902 может быть соединена с переключающей системы 104, 600 тем же образом, что и аккумуляторные элементы 102, как описано выше со ссылкой на фиг. 2.
Переключающая система 104, 600 может быть сконфигурирована, чтобы выборочно изменять соединения между фиксированной группой аккумуляторных элементов 902 и другими аккумуляторными элементами 102. Таким образом, переключающая система 104, 600 может быть приспособлена регулировать конфигурацию аккумуляторной системы 900 в более чем одну конфигурацию, однако, число конфигураций может быть уменьшено по сравнению с компоновками, показанными на фиг. 2-4.
Компоновки, показанные на фиг. 9, могут, следовательно, уменьшать сложность переключающей системы 104, 600, в то же время продолжая предоставлять возможность конфигурирования аккумуляторной системы 900 во множество различных возможных конфигураций, например, подавать множество различных напряжений.
В любых компоновках аккумуляторной системы 100, 900, описанных выше, любые аккумуляторные элементы 102, описанные выше, могут содержать два или более подэлементов, которые были соединены последовательно или параллельно друг с другом. Клеммы 601 аккумуляторных элементов, изображенные на фиг. 6, могут быть соединены с отдельными аккумуляторными элементами или с группами из двух или более подэлементов, которые были соединены последовательно или параллельно друг другу, или которые предусматриваются в переключающем блоке SB, сконфигурированном, чтобы предоставлять возможность выборочного изменения конфигурации аккумуляторных элементов, например, как изображено на фиг. 4.
Как упомянуто выше, конфигурация аккумуляторной системы 100, 900 может быть основана, по меньшей мере, частично на предполагаемом рабочем режиме транспортного средства. Другими словами, транспортное средство может предполагать, что ожидается работать в первом или втором рабочем режиме, и может регулировать конфигурацию аккумуляторной системы упреждающим образом согласно предполагаемому рабочему режиму. Например, транспортное средство может определять, что оно приближается к автомагистрали, и может намереваться ускоряться на подъездной дороге, чтобы достигать подходящей скорости для движения по автомагистрали. Транспортное средство может регулировать конфигурацию аккумуляторной системы соответствующим образом, например, увеличивая число последовательных соединений между аккумуляторными элементами, для того, чтобы увеличивать напряжение аккумуляторной системы. Аналогично, транспортное средство может предполагать период эксплуатации на автомагистрали, в течение которого аккумуляторная батарея может заряжаться. Следовательно, транспортное средство может регулировать конфигурацию аккумуляторной системы, чтобы увеличивать число параллельных соединений между аккумуляторными элементами.
Транспортное средство может предполагать рабочий режим транспортного средства на основе информации о маршруте, которая была введена в навигационную систему транспортного средства, такую как спутниковая навигационная система. Альтернативно, информация о маршруте может быть спрогнозирована транспортным средством, например, на основе предыдущих поездок, которые были совершены в транспортном средстве.
Дополнительно или альтернативно, транспортное средство может обращаться к информации, принятой от системы связи между транспортными средствами (V2V) или между транспортным средством и инфраструктурой (V2I), для того, чтобы предполагать ожидаемый рабочий режим. Например, транспортное средство может принимать информацию от V2V-системы, указывающую, что транспортные средства впереди замедляются, и может регулировать конфигурацию аккумуляторной системы при подготовке для выполнения периода рекуперативного торможения. В альтернативном примере транспортное средство может принимать информацию от V2I-системы, указывающую, что сигнал светофора впереди собирается переключаться на зеленый, транспортное средство может, следовательно, предполагать период ускорения и может регулировать конфигурацию аккумуляторной батареи соответствующим образом.
Специалисты в данной области техники должны принимать во внимание, что хотя изобретение описано в качестве примера, со ссылкой на один или более показательных примеров, оно не ограничено раскрытыми примерами, и альтернативные примеры могут создаваться без отступления от объема изобретения, заданного посредством прилагаемой формулы изобретения.