電動車輛的能量耗散的制作方法
【專利摘要】一種示例性電動車輛總成包括冷卻劑回路和控制器，控制器配置為將能量選擇性地引導至冷卻劑回路的至少一個部件以提供車輪負扭矩。
【專利說明】
電動車輛的能量耗散
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及耗散能量，以及更具體地說，涉及耗散用于電動車輛的冷卻回路的部件的能量。
【背景技術】
[0002]通常，電動車輛不同于常規(guī)的機動車輛，因為電動車輛使用一個或多個靠電池供電的電機選擇性地驅(qū)動。與電動車輛相比，常規(guī)的機動車輛僅使用內(nèi)燃發(fā)動機驅(qū)動。
[0003]代替內(nèi)燃發(fā)動機或除了內(nèi)燃發(fā)動機之外，電機可以驅(qū)動電動車輛。電動車輛的示例包括全電動車輛、混合動力電動車輛(HEV)、插電式混合動力電動車輛(PHEV)、燃料電池車輛以及純電動車輛(BEV)。
[0004]—些電動車輛使用能量回收機構例如再生制動系統(tǒng)來回收能量。回收的能量儲存在電池內(nèi)直至能量被用來給電機提供動力。在一些情況中，電池可能不能夠儲存所有回收的能量。例如，電池可能處于全容量，或電池的溫度可能過高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的一種電動車輛總成，除了別的之外，包括冷卻劑回路和控制器，該控制器配置為將來自能量回收機構的能量選擇性地引導至冷卻劑回路的部件。
[0006]在前述總成的另一非限制性實施例中，部件包括電動冷卻劑栗。
[0007]在任一前述總成的另一非限制性實施例中，部件包括電風扇。
[0008]在任一前述總成的另一非限制性實施例中，部件包括電熱器。
[0009]在任一前述總成的另一非限制性實施例中，冷卻劑回路的部件包括電動冷卻劑栗、電風扇和電熱器。
[0010]在任一前述總成的另一非限制性實施例中，控制器進一步配置為將來自能量回收機構的能量選擇性地引導至電阻器組。
[0011]在任一前述總成的另一非限制性實施例中，總成包括車輛電池。控制器響應于電動車輛的電池的能量水平而將來自能量回收機構的能量選擇性地引導至電阻器組。
[0012]在任一前述總成的另一非限制性實施例中，總成包括車輛電池?？刂破黜憫跍囟榷鴮碜阅芰炕厥諜C構的能量選擇性地引導至電阻器組。
[0013]在任一前述總成的另一非限制性實施例中，電動車輛總成位于混合動力電動車輛內(nèi)。
[0014]在任一前述總成的另一非限制性實施例中，能量回收裝置是抵抗電動車輛車輪的旋轉(zhuǎn)的再生制動系統(tǒng)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的一種耗散電動車輛內(nèi)的能量的方法，除了別的之外，包括從能量回收裝置產(chǎn)生一定量的能量，以及將該一定量的能量引導至電動車輛的冷卻劑回路的部件。
[0016]在前述方法的另一非限制性實施例中，部件包括電動冷卻劑栗。
[0017]在任一前述方法的另一非限制性實施例中，部件包括電風扇。
[0018]在任一前述方法的另一非限制性實施例中，部件包括電熱器。
[0019]在任一前述方法的另一非限制性實施例中，冷卻劑回路的部件包括電動冷卻劑栗、電風扇和電熱器。
[0020]在任一前述方法的另一非限制性實施例中，該一定量的能量是第一數(shù)量的能量。方法進一步包括使用能量回收裝置產(chǎn)生第二數(shù)量的能量并且將第二數(shù)量的能量引導至電阻器組。
[0021]在任一前述方法的另一非限制性實施例中，方法包括響應于電動車輛的電池的能量水平而給冷卻劑回路的至少一個部件提供電力。
[0022]在任一前述方法的另一非限制性實施例中，方法包括響應于電動車輛的電池的溫度而提供電力。
[0023]在任一前述方法的另一非限制性實施例中，方法進一步包含當電動車輛正在下坡時，使用能量回收裝置抵抗至少一個車輪的旋轉(zhuǎn)以保持電動車輛的速度。
[0024]在任一前述方法的另一非限制性實施例中，能量回收裝置包含再生制動系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0025]從【具體實施方式】中，本發(fā)明的示例的各種特征和優(yōu)勢對本領域技術人員將變得顯而易見。伴隨【具體實施方式】的附圖簡要說明如下:
[0026]圖1示出了用于電動車輛的示例混合動力傳動裝置的示意圖；
[0027]圖2示出了具有圖1的混合動力傳動裝置并且在水平地面行駛的電動車輛；
[0028]圖3示出了當電動車輛處于圖2的情況時示例能量分配的示意圖；
[0029]圖4示出了具有圖1的混合動力傳動裝置并且在下坡的電動車輛；
[0030]圖5示出了當電動車輛處于圖4的情況時示例能量分配的示意圖；
[0031]圖6是當電動車輛處于圖4的情況時使用冷卻劑回路的至少一個部件的能量耗散的尚度不意圖；
[0032]圖7是當電動車輛處于圖4的情況時使用冷卻劑回路的至少一個部件和電阻器組的能量耗散的高度示意圖。
【具體實施方式】
[0033]本發(fā)明總體涉及耗散電動車輛內(nèi)的能量。耗散的能量由能量回收機構例如再生制動系統(tǒng)產(chǎn)生。更具體地說，本發(fā)明涉及當電動車輛的電池不能接納額外的能量時使用冷卻回路耗散能量。
[0034]圖1示意性說明了用于混合動力電動車輛(HEV)的混合動力傳動裝置10。電池組14和內(nèi)燃發(fā)動機18選擇性地與混合動力傳動裝置10合作。電池組14包括可再充電電池單元的陣列20。
[0035]混合動力傳動裝置10包括馬達22和發(fā)電機24，馬達22和發(fā)電機24都是電機類型。馬達22和發(fā)電機24可以是分開的或可以具有組合的馬達-發(fā)電機的形式。
[0036]在該實施例中，混合動力傳動裝置10是使用第一驅(qū)動系統(tǒng)和第二驅(qū)動系統(tǒng)的動力分配傳動裝置。第一和第二驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生扭矩以驅(qū)動一組或多組車輛驅(qū)動輪28。第一驅(qū)動系統(tǒng)包括發(fā)動機18和發(fā)電機24的組合。第二驅(qū)動系統(tǒng)至少包括馬達22、發(fā)電機24和電池組14。馬達22和發(fā)電機24是混合動力傳動裝置10的電驅(qū)動系統(tǒng)的一部分。
[0037]發(fā)動機18和發(fā)電機24可以通過動力傳輸單元30例如行星齒輪組連接。當然，可以使用包括其它齒輪組和變速器的其它類型的動力傳輸單元將發(fā)動機18與發(fā)電機24連接。在一個非限制實施例中，動力傳輸單元30是包括環(huán)形齒輪32、中心齒輪34和行星齒輪架總成36的行星齒輪組。
[0038]發(fā)電機24可以通過動力傳輸單元30由發(fā)動機18驅(qū)動以將動能轉(zhuǎn)化為電能?？晒┻x擇地發(fā)電機24可以起到馬達的作用以將電能轉(zhuǎn)化為動能，從而將扭矩輸出至與動力傳輸單元30連接的軸38。
[0039]動力傳輸單元30的環(huán)形齒輪32與通過第二動力傳輸單元44和車輛驅(qū)動輪28連接的軸40連接。第二動力傳輸單元44可以包括具有多個齒輪46的齒輪組。其它動力傳輸單元也可以在其它示例中使用。
[0040]齒輪46將來自發(fā)動機18的扭矩傳遞給差速器48以最終給車輛驅(qū)動輪28提供牽引力。差速器48可以包括使得扭矩能夠傳遞給車輛驅(qū)動輪28的多個齒輪。在該示例中，第二動力傳輸單元44通過差速器48與車軸50機械連接以將扭矩分配給車輛驅(qū)動輪28。
[0041]可以選擇性地使用馬達22以通過將扭矩輸出至也與第二動力傳輸單元44連接的軸54來驅(qū)動車輛驅(qū)動輪28。在該實施例中，馬達22和發(fā)電機24配合作為再生制動系統(tǒng)的一部分，在該再生系統(tǒng)中馬達22和發(fā)電機24可以都被用作馬達以輸出扭矩。例如，馬達22和發(fā)電機24的每個可以輸出電力從而給電池組14的電池單元再充電。
[0042]再生制動系統(tǒng)是一種類型的能量回收機構。再生制動系統(tǒng)可以被用于降低車輛的速度。在一些駕駛條件下，例如當車輛正在下坡持續(xù)一段延長的時間時，電池組14的陣列20內(nèi)的電池單元可能不能夠儲存來自再生制動系統(tǒng)的所有能量。
[0043]在這些駕駛條件下，替代再生制動系統(tǒng)或除了再生制動系統(tǒng)之外，可以使用摩擦制動器使車輛減速。然而，摩擦制動器產(chǎn)生熱能并且使用摩擦制動器會引起磨損。
[0044]在這些駕駛條件下，可以使用發(fā)動機18壓縮制動。該方法增加了發(fā)動機18的磨損、增加了燃料消耗以及要求可能相對嘈雜的高的發(fā)動機速度。
[0045]示例車輛容納來自再生制動系統(tǒng)的不能儲存在電池單元中的能量。該方法增加了再生制動系統(tǒng)的可用性并且減少了使用摩擦制動器或發(fā)動機18保持或降低車輛速度的需要。
[0046]需要能量耗散而不是產(chǎn)生能量的示例條件可以包括具有混合動力傳動裝置10的車輛以斜坡下行輔助模式沿斜坡向下移動、車輛需要速度控制沿斜坡向下移動、當在下坡時車輛以低擋運行、當在下坡時車輛使它的速度最大。
[0047]現(xiàn)在在繼續(xù)參照圖1的情況下參照圖2-4，車輛58包括混合動力傳動裝置10。當車輛58在相對水平的地面(圖2和3)上時，電池組14、發(fā)動機18或兩者可以通過混合動力傳動裝置10給車輪28施加正扭矩。正扭矩使車輛58向前移動。需要車輪正扭矩來保持車輛58的速度。
[0048]當車輛58正在下坡時(圖4和5)，使用再生制動系統(tǒng)給車輪28施加負扭矩以保持車輛58的速度或限制車輛58沿斜坡向下的加速度。當車輛58在下坡時需要車輪負扭矩來保持車輛58的速度。再生制動系統(tǒng)通過混合動力傳動裝置10產(chǎn)生能量。
[0049]典型地，電池組14儲存能量。然而，正如以上有關圖1所述，在一些條件下電池組14可能不能夠儲存來自再生制動的所有功率。示例車輛58耗散了不能容納于電池組14的功率而不是依靠摩擦制動器來保持車輛58的速度或限制車輛58的加速度。這允許使用再生制動即使電池組14不能儲存來自再生制動系統(tǒng)的能量。使用再生制動而不是摩擦制動器降低磨損和降低的熱能累積。
[0050]現(xiàn)在參照圖6，車輛58包括冷卻劑回路64。在該示例中，冷卻劑回路64的部件包括加熱器72、加熱器芯76、散熱器80、電動冷卻風扇84、電動冷卻劑栗88和發(fā)動機18。在車輛58中，可以是正溫度系數(shù)(PTC)加熱器的加熱器72使用相對高的電壓直流電(DC)使熱量進入冷卻劑回路64以便當保持發(fā)動機18關閉時可以加熱車輛58的乘客艙。
[0051 ] 在冷卻劑回路64內(nèi)，冷卻劑沿著路徑P從加熱器72和加熱器芯76移動至散熱器80。加熱器72使用高壓直流電加熱冷卻劑。在該示例中，加熱器芯76是允許熱量從冷卻劑回路64傳遞至車輛58的乘客艙的水到空氣熱交換器。散熱器80將剩余的或過量的熱量傳遞給環(huán)境空氣。
[0052]當需要時冷卻風扇84使空氣流穿過散熱器80以消除來自散熱器80內(nèi)的冷卻劑的熱量。在該示例中，使用12 V電源給冷卻風扇8 4提供電力。
[0053]然后，相對已經(jīng)冷卻的冷卻劑從散熱器80移動至電動冷卻劑栗88，以及然后移動至發(fā)動機18。冷卻劑從發(fā)動機18返回至加熱器72。如同冷卻風扇84，用12V電源給電動冷卻劑栗88提供電力。電動冷卻劑栗88通過冷卻劑回路64使冷卻劑循環(huán)。
[0054]車輛58選擇性地使來自再生制動系統(tǒng)或另一類型的能量回收機構的過量的能量耗散至冷卻劑回路64。在該示例中，車輛58使能量耗散至冷卻劑回路64的至少一個部件。
[0055]為了本發(fā)明的目的，過量的能量被認為是來自能量回收機構的不能容納在電池組14內(nèi)的能量。電池組14可能不能容納能量，例如因為電池組14處于它的最大容量或處于高的溫度。
[0056]在該示例中，過量的能量穿過電池組14的一部分并且然后通過給加熱器72、電動冷卻劑栗88、以及電動冷卻風扇84提供電力而耗散。操作加熱器72以將來自再生制動的高壓功率轉(zhuǎn)換為進入冷卻劑回路64的熱量。散熱器80和電動冷卻風扇84用于吸收來自冷卻劑回路64的熱量并且使熱量耗散至環(huán)境空氣。
[0057]其它示例可以僅給加熱器72、電動冷卻劑栗88或電動冷卻風扇84中的一個提供電力。其它示例可以給加熱器72、電動冷卻劑栗88或電動冷卻風扇84中的兩個提供電力。沒有用圖表示的冷卻劑回路64的其它部件也可以使用或代替用于耗散過量的功率。
[0058]在該示例中，直流-直流轉(zhuǎn)換器92用于轉(zhuǎn)換來自電池組14的能量供電動冷卻劑栗88和電動冷卻風扇84使用。直流-直流轉(zhuǎn)換器使高壓直流電逐步減少至12V水平以給車輛58中的12V的配件、電動冷卻劑栗88和電動冷卻風扇84提供電力。
[0059]為了耗散過量的能量，電動冷卻劑栗88和電動冷卻風扇84可以用于移除來自冷卻劑回路64的熱量。這允許直流-直流轉(zhuǎn)換器消耗過量的能量。
[0060]車輛58可以包括編程為具有智能能量耗散模式的控制器。當車輛58啟用智能能量耗散模式時，過量的能量被耗散至冷卻劑回路64。當沒有啟用智能能量耗散模式時，來自再生制動系統(tǒng)的能量被儲存在電池組14內(nèi)的陣列20的電池單元中。
[0061]響應于能量回收機構產(chǎn)生過量的能量，車輛58可以啟用智能能量耗散模式?；谌萘?，電池組14容納能量的能力會被限制。例如，電池組14可能處于全容量。
[0062]響應于車輛58尤其在下陡峭的斜坡例如大于4度、或在下另一斜坡持續(xù)一段設定的時間，車輛58可以啟用智能能量耗散模式。
[0063]現(xiàn)在參照圖7，使用了與電阻器組94連接的另一示例冷卻劑回路64'。冷卻劑回路的剩余部分與冷卻劑回路64的部件類似。
[0064]如同圖6的冷卻劑回路64，冷卻劑回路通過給加熱器72、電動冷卻風扇84、電動冷卻劑栗88或這些的一些組合提供電力而耗散過量的能量。
[0065]在該示例中，車輛58具有大約4000英鎊的車輛重量。當車輛58在下平均下降大約
5%的延長的斜坡時，向下該下降5 %，該車輛58需要大約18kW的功率耗散來保持70英里每小時。
[0066]示例車輛58的加熱器72可以耗散大約5kW的功率。電動冷卻劑栗88、電動冷卻風扇等可以耗散大約IkW。因此冷卻劑回路的部件將不耗散足夠的功率以保持車輛58的速度。在冷卻劑回路中，因此過量的能量還被耗散至電阻器組94。
[0067]電阻器組94包括一個或多個吸收過量的能量的電阻器98的陣列?？梢允褂脷饬鱽砝鋮s電阻器組94內(nèi)的電阻器98的陣列。氣流可以是沖壓氣流或可以是來自電動冷卻風扇84或其它一些冷卻風扇的氣流。
[0068]以上示例的智能功率耗散模式可以與發(fā)動機壓縮制動系統(tǒng)、基礎制動器或兩者合作使用。這將允許摩擦制動器被使用并且不處于用于過加熱或降低使用壽命的這樣的風險。當與發(fā)動機壓縮制動系統(tǒng)結(jié)合使用時，智能功率耗散模式可以允許發(fā)動機18以比沒有該模式的情況下的發(fā)動機速度低得多的發(fā)動機速度運行。
[0069]在相對適度的斜坡上，例如接近下降2-3%的斜坡，在該示例中，在許多情況下車輛58可以僅使用智能功率耗散模式運行和現(xiàn)有的硬件來保持它的速度，并且沒有要求發(fā)動機壓縮制動系統(tǒng)、摩擦制動器等的補充的制動。
[0070]示例車輛58是具有混合動力傳動裝置的混合動力電動車輛。由于牽引電池的相對小的容量，本發(fā)明的技術尤其適用于混合動力。
[0071]在其它示例中，車輛可以是包括再生制動系統(tǒng)的全電動車輛。在其它示例中，車輛可以是包括不同于再生制動系統(tǒng)的能量回收裝置的車輛。
[0072]前面的說明書實質(zhì)上是示例性的而并非限制。對本公開的示例做出的不必脫離本發(fā)明實質(zhì)的變形和變化對本領域技術人員是顯而易見的。因此，本發(fā)明的法律保護范圍只通過研究下面的權利要求確定。
【主權項】
1.一種電動車輛總成，包含: 冷卻劑回路；以及 控制器，所述控制器配置為將來自能量回收機構的能量選擇性地引導至所述冷卻劑回路的至少一個部件。2.根據(jù)權利要求1所述的電動車輛總成，其中所述至少一個部件包含電動冷卻劑栗。3.根據(jù)權利要求1所述的電動車輛總成，其中所述至少一個部件包含電風扇。4.根據(jù)權利要求1所述的電動車輛總成，其中所述至少一個部件包含電熱器。5.根據(jù)權利要求1所述的電動車輛總成，其中所述冷卻回路的所述至少一個部件包含電動冷卻劑栗、電風扇和電熱器。6.根據(jù)權利要求1所述的電動車輛總成，其中所述控制器進一步配置為將來自所述能量回收機構的能量選擇性地引導至電阻器組。7.根據(jù)權利要求1所述的電動車輛總成，進一步包含車輛電池，所述控制器響應于所述電動車輛的電池的能量水平而將來自所述能量回收機構的能量選擇性地引導至電阻器組。8.根據(jù)權利要求1所述的電動車輛總成，進一步包含車輛電池，所述控制器響應于溫度而將來自所述能量回收機構的能量選擇性地引導至電阻器組。9.根據(jù)權利要求1所述的電動車輛總成，其中所述電動車輛總成位于混合動力電動車輛內(nèi)。10.根據(jù)權利要求1所述的電動車輛總成，其中所述能量回收裝置是抵抗所述電動車輛的至少一個車輪旋轉(zhuǎn)的再生制動系統(tǒng)。
【文檔編號】B60L7/18GK105984349SQ201610149506
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月16日
【發(fā)明人】賈斯汀·魯埃爾·巴杰, 克里斯·邁克爾·卡瓦, 馬克·安東尼·洛克威爾, 唐納德·米切姆
【申請人】福特全球技術公司