發動機啟動系統及方法
2023-12-09 02:58:26 4
專利名稱：發動機啟動系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種用於啟動(cranking)和起動(starting)車 輛中發動才幾的系統和方法。
背景技術：
常規的輕型車輛發動機通常在旅程開始時被起動，並且在 整個旅程的過程中或期間保持活動。發動機的起動事件會在比較短的 時間段內汲取大量的電能或電力，該時間段在近似0.3秒(對暖熱的 發動機)到超過2秒(對非常冷的發動機)範圍之間變動。通常，使 用由單個12伏電池供能的直流(DC)電動才幾來起動發動才幾。這種電 動機在其失速速度時會汲取最大量的電流，且電流會隨著電動機速度 的增大而減小。典型的12伏電池在起動事件的起始部分期間提供了 最大的電流和最小的電壓。在起動常規車輛的發動機之前，車輛中的輔助電負載由該 12伏電池供能。因此，在發動機起動事件的起始部分期間，所有輔助 負載都會經歷降低的電壓供應。在某些情形下，該瞬時的電壓降低或 電壓下跌會引起輔助負載性能中可能明顯或可察覺到的變化，例如白 熾燈照明的光強度的降低。 一旦發動機起動，發動機驅動的發電機就 產生給輔助負載通電的必要電力，並且還可以給12伏電池再充電。降低常規車輛中燃料消耗的 一種方法是，只要是在無需發 動機供應推進動力時就切斷至發動機的燃料供應。但是，這種方法需
要在特定的旅程期間反覆地重新起動發動機，例如每次車輛停止在位 於旅程兩個端點之間的停止信號燈之處時。另外，當發動機關閉時， 由發動機驅動的發電機輸送到輔助負載的電力將降低至零。對輔助負 載進行供能所需的能量由12伏電池或其它電源(如果車輛這樣配備) 來供應。在某些車輛中，重新起動發動機所需的電力由為可選的起 動電動機供能的第二電池提供。例如，帶式交流發電機/起動器利用組合式起動器/發電機作為第二發動機起動裝置來替代常規的發動機驅 動的發電機。通過使用分開的電池來給輔助負載和第二發動機起動裝 置提供電力，供應到輔助負載的電壓 一 般在發動機起動事件期間不會 受影響，通常使乘客可察覺到的輔助系統性能的變化最小。但是，兩 個一樣的電池在顯著增加重量的同時，佔用了車輛內寶貴的封裝空 間。
在其它輕型系統中，總是使用單個車輛用電池和起動裝置 來起動發動機。相對於常規車輛的發電機，該發電機並沒有變化。不 管電池電壓如何，公知為DC-DC變換器的電子裝置都使用電池供應 的電能，產生供應至特定輔助負載的穩定DC輸出電壓，在發動機起 動事件中的瞬時電壓波動期間，這會以其它方式展現出性能的變化。發明內容
因此，提供了一種具有發動機、起動電動機、能量存儲系 統(ESS)和超級電容模塊的車輛。當發動機停機時，ESS排他地給 車載輔助系統(例如， 一組或多組刮水器、和/或內/外燈)供能，但 是在發動機啟動和起動事件期間，並所述ESS自身並不是排他地給所 述起動電動機供能。相反， 一開始時至少主要且可能排他地使用所述 超級電容模塊給所述起動電動機供能。在所述起動電動機從所述超級 電容模塊汲取了初始能量之後，如果條件允許，那麼可將所述起動電 動機連接到所述ESS。
為了保證所述超級電容模塊的適當的充電和再充電，只在一旦所述發動機不藉助於所述起動電動才幾而旋轉，所述起動電動4幾就 與所述超級電容模塊斷開。用於連接和斷開所述起動電動機的一種機 構是電開關，或者是起動器電磁線圈(儘管並非必須如此，但是起動 器電磁線圏通常是常規車輛中起動電動機組件的整體一部分)。在除 了主動的發動機起動期間之外的時間中，可實現給所述超級電容模塊 再充電。對所述超級電容模塊的充電可通過所述ESS、發電機和/或其 它專用充電裝置來執行。在發動機起動期間，所述超級電容模塊和所 述ESS都給所述起動電動機供能的情況下，所述起動電動機會有短時 期的低電流需求，在此期間，所述ESS可臨時給所述超級電容模塊提供短期的、有限或部分的再充電。
DC-DC變換器的一種類型為升壓式變換器。該裝置可用於 在充電期間升高從ESS或從發電機供應到超級電容模塊的電壓的電 平，從而將相對更高的(與可能沒有使用這種變換器的其它方式相比) 電壓電平存儲在該超級電容模塊內。
在足夠冷的大氣溫度環境中，起動發動機所需的能量要顯 著地高於在溫暖環境中所需的能量。所述能量可能從所述超級電容模 塊被如此迅速地汲取，使得所述超級電容模塊的電壓顯著降低，可能 在所述發動機起動之前就低於ESS的電壓。在該情形期間，當在延長 的啟動期間所述電容中存儲的電壓降低至閾值之下時，所述超級電容 模塊可使用接觸器或開關與所述ESS電並聯。在一個實施例中，可將 所述超級電容模塊充電至所述ESS的電壓電平的約125%至140%。 在另一實施例中，所述ESS為12伏電池，在發動才幾啟動和起動之前 由所述超級電容模塊提供的電壓約為15至17伏。通常，可以一種方 式來控制DC-DC變換器，以便向超級電容模塊輸送有限量的能量， 並且由此在發動機啟動期間可以使DC-DC變換器操作或者不操作。 應當根據所迷ESS的電壓、發電機的電壓和所述超級電容模塊的電壓 來使用適當類型的DC-DC變換器。
—種用於防止車輛輔助系統電壓下降的方法，所述車輛具 有發動機、發電機、起動電動機、DC-DC變換器、以及能量存儲系統 (ESS),所述方法包括當所述發動機在運行時，將所述超級電容模 塊從所述起動電動機斷開；然後使用所述ESS、所述發電機和/或所述 DC-DC變換器給所述超級電容模塊充電，直到所述超級電容模塊內存 儲的啟動支持電壓等於預定目標電壓為止。如果所述目標電壓大於所 述ESS和所述發電機的電壓，那麼只使用所述DC-DC變換器來將所 述超級電容模塊進一步充電至由所述ESS和發電機提供的電壓電平 之上。
所述方法包括檢測所述發動機的指令啟動和起動，在檢測 到該發動機的指令啟動和起動之後，將所述模塊快速連接至所述起動 電動機。所述起動電機起初由所述超級電容模塊排他地通電一段預定 最小時間量。如果當所述預定最小時間量已經過去時所述發動機還沒 有起動，那麼測量並比較所述超級電容模塊與所述ESS的電壓。如果所述超級電容模塊的電壓低於所述ESS的電壓，那麼閉合開關以將所 述超級電容模塊與所述ESS並聯。在所述起動電動機由所述超級電容 模塊排他地供能時，所述輔助系統只由所述ESS供能。在使用所述超 級電容模塊和所述ESS兩者給所述起動電動機供能時，它們都向所述 輔助系統供能。
結合附圖，從下面實施本發明的最佳模式的詳細描述可容 易地清楚本發明的上述特徵和優點及其它特徵和優點。
[OOM]圖1為具有超級電容模塊和根據本發明的控制方法的混合 動力車輛的示意圖2為可與圖1的車輛一起使用的一組代表性輔助系統的 示意圖3為根據一個實施例，圖1中的車輛的電子系統的電路 圖；以及
圖4為示出可與圖1的車輛一起使用的控制方法的一個實 施例的流程圖。
具體實施方式
參考附圖，其中相同的附圖標記指代相同的部件，從圖1 開始，車輛10包括發動機(E) 12，其驅動地連接到變速器(未示出)， 用於推進車輛10。車輛10包括電氣系統50，其中發動機12電連接 到起動電動機(M)41上，例如本領域內公知類型的常規DC電動機。 電動機41電連接到第一開關(Swl ) 32上，該第一開關32響應於由 電子控制單元或控制器(C) 24強制或施加的控制信號91而施加或 移除電動機41的電力。第一開關32可以是與電動機41分離的，或 者可以是與其一體的。如果它與電動機41一體，那麼第一開關32可 以能夠(或者不能夠)響應於由控制器24強制或施加的同一控制信 號91或附加信號執行附加任務。
電氣系統50還包括能量存儲系統(ESS) 13, ESS13可構 造為可再充電的電池裝置或其它適當的能量存儲裝置。將ESS 13構 造為給一個或多個輔助系統(AUX) 40和傳感器19a、 19b供能或通電，如下面參考圖2所述。ESS 13可使用由至少一個發電機(G) 14 供應的能量直接地再充電。為實現在部件之間(例如，從ESS與輔助 系統40)供應能量目的的電連接通過適當的電連接23。
在系統50內，ESS 13通過本領域內公知類型的DC-DC變 換器22電連接到超級電容模塊(SCM) 65。下面參考圖3和圖4描 述模塊65及DC-DC變換器22的各自的示例性實施例。ESS 13也電 連接到發電機14。因此，只要發電機14無法提供充足的電能，例如 當發動機12停機時，ESS 13就直接給輔助系統40、傳感器19a、 19b 和DC-DC變換器22供能。
當發動機正在運行或操作時，ESS 13和發電機14每個都可 給輔助系統40和DC-DC變換器22供能，或者發電才幾14可排他地給 輔助系統40供能。當發電機14排他地給輔助系統40和DC-DC變換 器22供能時，發電機14還可用於給ESS 13再充電。在一個實施例 中，第二電子開關(Sw2) 60與DC-DC變換器22電並聯。該第二開 關60可為與第一開關32相同的通用類型，並且可通過控制器24強 制或施加的控制信號90被電控制成斷開或閉合。
控制器24包括啟動支持算法IOO，並且與第一開關32和第 二開關60分別電通信、與DC-DC變換器22電通信、通過輔助系統 40與發動機12電通信、與ESS 13電通信、以及模塊65電通信。控 制器24還可編程和/或構造為包括混合控制模塊、發動機控制模塊、 變速器控制模塊、電動機/發電機控制模塊、和/或任何必需的電子驅 動器或功率電子電路、以及算法100，如下所述及圖4中所示。
在發動機12的啟動和起動的初始時期內，控制器24執行 閉合第一開關32的信號91,而不執行閉合第二開關60的信號90， 因此使第二開關60處於斷開狀態或情形。控制器24可以(或可以不) 執行至DC-DC變換器22的信號92，以便選擇地以任意選定的電平從 ESS 13向模塊65供能。在啟動的初始時期內，當DC-DC變換器22 處於"關(off)"狀態或情形時，排他地從模塊65汲取能量。在啟動 的初始時期內，當DC-DC控制器22被控制在"開(on)"狀態，並且 當DC-DC變換器供應的能量少於電動機41所需能量的一半時，優選 從模塊65汲取能量。
通常，大小適於啟動車輛發動機(例如發動機12)的DC電動機的特性為這樣，使得在啟動事件的初始部分期間，模塊65的 支持電壓(V2)被汲取得低於ESS 13的輔助電壓(VO。 一旦啟動事 件的初始部分結束，並且發動機12以一般不再增大的平均速度轉動 時，那麼模塊65的支持電壓V2可能大於、等於或小於ESS 13的輔 助電壓V!。在模塊65具有足夠大的尺寸並且啟動和起動事件具有足 夠短的時間的情況下，電動機41所利用的全部電能或者主要電能將 來自模塊65。在這種情形下，模塊65的支持電壓V2會顯著地降低， 而ESS 13的輔助電壓Vi即使降低也較少。
在一個實施例中，其中DC-DC變換器22為本領域內公知 的適當構造的升壓式或升降壓式變換器，在啟動和起動發動機12之 前，模塊65的支持電壓V2可超過輔助電壓V!。在啟動事件的後期部 分期間和在啟動事件之後，支持電壓V2可能低於輔助電壓V!。理想 地，在這種正常或暖熱的啟動情形期間，在完全起動發動機12所需 的持續時間或間隔中，支持電壓V2排他地給電機41供能或通電。但 是，如下面所描述的，在某些情形下，可根據需要使用輔助電壓V！ 來幫助支持電壓V2。
當控制器24確定發動機12的啟動和起動完成時，控制器 24斷開第一開關32。 一旦第一開關32斷開，那麼就允許DC-DC變 換器22給模塊65 (即，位於模塊65中的一個或多個超級電容單元) 再充電至足夠高的電壓電平。該電平在下文中稱為目標電壓電平 (Vt)，下面參考圖4來描述。 一個或多個傳感器19B (例如，模數 轉換器)連同適當的信號調節電路 一 起可被設置成與至少控制器2 4 、 ESS 13和模塊65電通信，從而測量相應的輔助電壓V!和支持電壓 V2,並發送或以其它方式將測量結果或值報告至控制器24以備駐存 在控制器24中(和/或由此可訪問)的算法100使用。
環境條件可使得大氣溫度和發動機12的溫度變得非常冷。 通常，起動冷的發動機所需的時間比發動機暖熱時起動發動機所需的 時間長很多。同樣，電動機為啟動冷的發動機所需的能量大小或水平 也大大高於起動暖熱的發動機所需的能量大小或水平。在這種情形 下，模塊65可能未存儲足夠的能量來確保成功的發動機起動。
因此採取保障措施， 一旦模塊65的能量水平變得充分消耗 時，允許ESS 13輸送能量以起動發動機12。當情況允許時，例如當外界溫度和內部發動機溫度降低至低於預定閾值溫度時(該閾值溫度可通過使用一個或多個傳感器19A感測或測量外界溫度和/或任意發 動機冷卻劑(未示出)的溫度來直接確定)，第二開關60由控制器24 閉合，以使ESS 13與模塊65電並聯，從而允許來自ESS 13的相對 穩定的輔助電壓V！以最大可能速度啟動發動機12。 一旦發動機12已 經起動，第二開關60可再次斷開。
參考圖2，圖1的輔助系統40包括由ESS 13 (見圖1 )供 能的一個或多個電動的車輛系統。例如，這類裝置可包括但不限於， 車外照明(如，前燈(HL) 42)、風擋或後窗刮水器(W) 44、和/或 車內燈(L) 46。響應於發動機啟動和起動期間發生的供給電壓瞬時 降低，照明裝置(如，前燈42和車內燈46)可能變暗，或者刮水器 44可以能察覺的方式暫停或改變速度。因此，包括了特定應用中的輔 助系統40的特定系統應當包括已知對瞬時電壓下跌特別敏感的大多 數或所有車輛系統。
參考圖3，圖1的系統50的一個實施例包括如下結構，其 中ESS 13與發電機14以及電負載連接，該電負載在圖1中由輔助系 統40表示。可根據需要通過繼電器、接觸器或開關89選擇地接通或 關閉輔助系統40,如通過雙向箭頭B所示。電動機41可通過第一開 關32選擇地連接到模塊65，如通過雙向箭頭A所示，致動第一開關 32的時間由控制器24的算法100 (見圖1)確定和控制。
在4莫塊65中，在正常或暖熱的啟動條件下，如上所述，沒 有來自ESS 13的主動輔助或電壓貢獻， 一個或多個超級電容單元快 速地將所需的支持電壓V2輸送至電動機41，以完全啟動和起動發動 機12 (見圖1)。在低於預定閾值溫度的冷啟動條件下，來自ESS 13 的輔助電壓V!可幫助模塊65以優化發動機12(見圖1 )的啟動速度。 也就是說，當外界溫度低於存儲的閾值溫度時，或者可選地，當在預 定時間段內沒有實現目標發動機啟動速度時，又或者可選地當模塊65 的支持電壓V2比ESS 13的輔助電壓V!低了預定電壓量時，第二開關 60閉合，使得ESS 13可幫助啟動和起動過程。
如本文所使用的，以及本領域的普通技術人員會理解的那 樣，電容為具有一對導電板的電子裝置，所述一對導電板通過電介質 或電介質材料(例如玻璃、陶瓷、纖維素、碳氟化合物、空氣或其它適當的電介質材料)分開或間隔開。術語"超級電容"特別指具有相對 高的單位電容(定義為每伏存儲的電荷量，即法拉)的專用電容。超 級電容可在很多方面不同於標準電容，包括其所用的特定類型的電極 或板。
例如，超級電容的電極可包括金屬氧化物、各種導電聚合 物、或高表面積活性碳材料，以提供足夠的總電容。在圖3的示例性 實施例中，當使用12V的ESS13時，由模塊65中的一個或多個超級 電容提供的總電容量大致為110法拉，最大目標電壓(Vt)約16.2 伏特。但是，在本發明的範圍內，如本領域的普通技術人員可理解的， 根據期望的啟動時間(tc)(見圖4)，可使用其它電容值和目標電壓， 例如通過增加或移除在模塊65內串聯的任意數量的超級電容單元， 或者通過相應地選擇模塊65內各電容單元的電容值。
DC-DC變換器22包括升高或增大ESS 13提供的輔助電壓 V！的電平所需的任何必需電子電路部件，以在模塊65內產生和存儲 電平充分增大的支持電壓V2。這種部件可包括，例如， 一組適當構造 的電晶體45(例如，場效應電晶體，如本領域內^^知類型的MOSFET)、 和/或二級管、電容49、和感應線圏43，如在DC-DC升壓式或升降壓 式變換器領域內普通技術人員所理解的那樣。任何DC電動機(例如 電動機41 )的扭矩-速度包絡線依賴於給DC電動機通電的供應電壓。 也就是說，至電動機的供應電壓越大，在給定電動機速度時的可用扭 矩大小以及無負載時的最大電動機速度就越大。
在圖3的實施例中，輸送至電動機41的供應電壓為支持電 壓v2，其為在被DC-DC變換器22升壓或增大之後的輔助電壓V!。 DC-DC變換器22可被構造為提供預定升壓量，在一個實施例中，該 預定升壓量為電壓VJ々約125%至140%。例如，如果ESS 13能夠 產生12伏的最大電壓Vi,那麼DC-DC變換器22可構造為提供更高 電壓電平的支持電壓V2，例如約15至17伏。從而，該更高的支持電 壓V2能夠增大啟動電動機扭矩和增大電動機41的電動機速度，允許 發動機12 (見圖1)以最佳方式起動，或者以相對於輔助電壓Vt較 低時充分縮短的時間起動。
仍參考圖3，由雙向箭頭C表示的，可斷開和閉合的第二 開關60被設置在負載(例如，輔助系統40)與模塊65之間。在該實施例中，通過允許第二開關60閉合以使ESS 13和模塊65設置為電 並聯，從而提供如上所述更加有效的冷啟動能力。如本領域內的普通 技術人員所理解的，在延長的發動機啟動期間，電容內存儲的電壓(例 如，模塊65內存儲的支持電壓V2)逐漸降低。本文所使用的延長的 起動是指比期望的或預期的持續更長的持續時間或間隔。例如，如果 將300毫秒(ms)設定為發動機12 (見圖1 )的期望或正常的最大起 動持續時間，那麼若在該時間間隔內發動機起動還未結束，或者期望 在更短的持續時間內允許在藉助於ESS 13的情況下完成發動機啟動 和起動的時間，那麼第二開關60被閉合或觸發。雖然上面描述的是 300ms,但是這只是一種可能的實施方式，本發明不限於此，根據車 輛10(見圖1)的設計，在本發明的範圍內，可使用其它最大起動持 續時間。
參考圖4,圖1的算法IOO提供了一種用於使發動機啟動和 起動期間車輛10 (見圖1 )中的電壓下跌最小化的方法，如上文中所 述。算法IOO可被編程、記錄或以其它方式存儲在控制器24中，或 者存儲在可被控制器24容易訪問的地方，該算法100適於^f企測或確 定表示發動機12的指令啟動和起動的預定操作狀況的存在。在下列 每一個步驟中，車輛IO的各種參考部件可在圖1中看到。將發動機 12的啟動或起動的開始(例如，當在車輛IO靜止且發動機12關閉時， 車輛10的操作員鬆開制動踏板或踩下加速踏板或其它加速裝置(未 示出)的情況下會發生)用作至控制器24的預定信號或輸入條件， 從而提醒控制器24閉合第一開關32，同時將第二開關60保持斷開。
開始於步驟102，發動機12關閉，算法100通過斷開開關 32和60，或者通過核實開關32和60已經斷開來確保第一開關32和 第二開關60都斷開。這可通過發送信號或指令至開關32和/或60以 斷開，或者通過感測它們的位置來實現。開關32和60的斷開包括 對於第一開關32,斷開或中斷電動機41與模塊65之間的電連接的任 意動作；對於第二開關60,斷開ESS 13與電動機41之間的直接連接 的任意動作。然後算法IOO進行至步驟104。
在步驟104處，算法100將模塊65中的支持電壓V2與存 儲的閾值或目標電壓(Vt)比較，然後通過DC-DC變換器22和ESS 13給模塊65充電，直到支持電壓V2基本上等於目標電壓(VT)為止，即，在目標電壓(VT)的可允許範圍內。在一個實施例中，目標電壓 (VT)可設定為超過ESS 13的電平的約25%至40%。例如，如果ESS 13為標準的12伏電池，那麼目標電壓(VT)可設定為約15至17伏。 但是，本領域的普通技術人員會認識到，在本發明的範圍內，根據發 動機12、 ESS 13和/或電動機41的特定設計，可使用其它目標電壓 (VT)。
另外，給模塊65的給定電容充電和再充電所需的時間是模 塊65內含有的各超級電容的電容量、再充電事件開始時各超級電容 中存儲的電壓、DC-DC變換器22輸送的電流、以及要達到的目標電 壓(Vt)的函數。在方程式中，tcharge = Cx[Vf-Vi]/i 其中C-總電容量，Vf-最終電壓，Vi-起始電容電壓，i-DC-DC變 換器22(見圖l)輸送的電流。對於其中110法拉的模塊65必須從 12伏充電至16伏的目標電壓(VT)且DC-DC變換器22輸送10 amps 的示例性實施例，預期的再充電時間為44秒。不管實際實施例，當 電壓V2確定為基本等於目標電壓(VT)時，算法IOO進行至步驟106。
在步驟106處，算法100檢測或以其它方式確定當前是否 已經開始或指令了發動機啟動和起動事件，例如通過檢測到的車輛10 中加速踏板(未示出)的踩壓。如果發動機的啟動和起動已經開始並 被檢測到，那麼算法100進行至步驟108,否則算法IOO返回步驟104, 重複步驟104和106，直到已經4企測到發動才幾啟動為止。
在步驟108處，於步驟106處確定了發動機啟動和起動已 經開始後，算法100閉合第一開關32。第二開關60保持在斷開狀態。 然後算法100進行至步驟109。
在步驟109，將表示自發動機12啟動的開始已經過的時間 量的變量te初始化，或將其設定為零。其後，在發動機12的啟動和 起動所需的短暫間隔或持續時間期間，只要該持續時間在預定最小閾 值持續時間，或Un內，那麼就由來自模塊65的支持電壓V2排他地 給電動機41供能。然後算法IOO進行至步驟110。
在步驟110處，算法IOO確定發動機12是否已經起動。如 果沒有，那麼算法100進行至步驟111。否則，算法100進行至步驟 112。
在步驟111處，計算或以其它方式確定已經過的時間變量 U(見步驟109)的當前值，然後算法IOO進行至步驟113。
在步驟112處，斷開開關32(Swl)。然後算法100進行至 步驟114。
在步驟113處,將te的值與標定的最小時間值Un作比較。 當te超過標定最小時間值(tmin)時，算法IOO進行至步驟117,否則進行至步驟115。
在步驟114處，檢查第二開關60的狀態以確定第二開關60是否閉合。如果是，那麼算法100進行至步驟116。如果確定第二開關60斷開，那麼算法100結束。
在步驟115,將支持電壓V2與輔助電壓V!作比較。如果支持電壓V2超過輔助電壓那麼算法進行至步驟119，否則算法IOO進行至步驟117。
在步驟116處，斷開第二開關60。然後算法100結束。
在步驟117處，閉合第二開關60，算法100進行至步驟119。
在步驟119處，保持開關32 ( Swl )的位置，算法100繼續於步驟110。
儘管已經詳細描述了實施本發明的最佳模式，但是本發明 所屬領域的技術人員會認識到在所附權利要求範圍內實現本發明的 各種可選^殳計和實施方式。1權利要求
1.一種車輛，包括發動機；連接到所述發動機的電動機，所述電動機可操作用於選擇地啟動和起動所述發動機；具有第一電壓電平的能量存儲系統ESS；以及具有第二電壓電平的超級電容模塊；其中，當所述發動機在運行時，所述模塊可被所述ESS充電至所述第二電壓電平；以及其中，所述模塊可與所述ESS斷開，從而輸送所述第二電壓電平至所述電動機，以啟動和起動所述發動機。
2. 如權利要求l所述的車輛，其特徵在於，進一步包括DC-DC 升壓變換器，其構造為用於升高來自所述ESS的第一電壓電平，從而 提供在所述超級電容模塊中的第二電壓電平。
3. 如權利要求2所述的車輛，其特徵在於，所述第二電壓電平 為所述第一電壓電平的約125%至140% 。
4. 如權利要求1所述的車輛，其特徵在於，所述第一電壓電平 為約12伏，所述第二電壓電平為約16伏，並且所述超級電容模塊具 有約110法拉的電容量。
5. 如權利要求l所述的車輛，其特徵在於，進一步包括開關； 其中所述開關的閉合使所述ESS與所述超級電容模塊電並聯，從而使得所述ESS能夠在啟動和起動所述發動機時輔助所述超級電容 模塊。
6. 如權利要求1所述的車輛，其特徵在於，所述至少一個輔助 系統從包括一組前燈、 一組風檔刮水器、車內燈和收音機的組中加以 選擇。
7.設備，所述車輛具有發動機、DC起動電動機、具有第一電壓電平的 電池以及DC-DC變換器，所述設備包括 第一開關和第二開關；超級電容模塊，其電連接到所述電池上，並且適於提供用於排他地給所述發動機的啟動和起動供能的第二電壓電平；以及控制器，其具有用於選擇地斷開和閉合所述第一開關和第二開關 的算法；其中，閉合所述第一開關將所述超級電容模塊連接到所述起動電 動機，從而允許所述超級電容模塊將所述第二電壓電平輸送至所述起 動電動機，從而排他地-使用所述第二電壓電平來啟動和起動所述發動 機；以及其中，閉合所述第二開關將所述電池連接到所述起動電動機，從 而使用至少所述第一電壓電平來啟動和起動所述發動才幾。
8. 如權利要求7所述的設備，其特徵在於，所述設備包括DC-DC 變換器，所述DC-DC變換器電連接至所述電池和所述超級電容模塊 中的每一個，用於將所述超級電容模塊充電至所述第二電壓電平，所 述第二電壓電平的大小比所述第一電壓電平更高。
9. 如權利要求8所述的設備，其特徵在於，所述電池為12伏電 池，且其中所述第二電壓電平為約15至17伏。
10. 如權利要求8所述的設備，其特徵在於，所述第二開關的閉 合將所述ESS與所述超級電容模塊電並聯，從而使得所述ESS能夠在所述發動才幾的啟動和起動時輔助所述超級電容才莫塊。
11. 一種用於防止車輛輔助系統中的電壓下跌的方法，所述車輛 具有發動機、起動電動機、具有第一電壓的能量存儲系統ESS、以及 可電連接至所述ESS的超級電容模塊，所述方法包括當所述發動機在運行時，將所述超級電容模塊與所述起動電動機 斷開；給所述超級電容模塊充電，直到由所述超級電容模塊存儲的第二 電壓等於存儲的目標電壓為止；衝企測所述發動4幾的指令啟動和起動；以及當檢測到所述發動機的指令啟動和起動時，將所述超級電容模塊 連接到所述起動電動機，從而起動所述發動機。
12. 如權利要求12所述的方法，其特徵在於，進一步包括 才企測發動才幾溫度；以及當所述發動機溫度超過存儲的閾值溫度時，使用所述第二電壓和 所述第一電壓來啟動和起動所述發動機。
13. 如權利要求12所述的方法，其特徵在於，進一步包括 衝全測啟動時間；以及當所述啟動時間超過存儲的閾值啟動時間時，使用所述第二電壓 和所述第一電壓來啟動和起動所述發動機。
14. 如權利要求12所述的方法，其特徵在於，進一步包括 設定等於所述第一電壓的約125%至140%的存儲的目標電壓；以及使用DC-DC升壓式變換器將所述第一電壓升高至等於所述存儲 的目標電壓的大小。
15. 如權利要求14所述的方法，其特徵在於，進一步包括 將所述ESS構造為12伏電池；以及 將所述存儲的目標電壓設定為等於約15至17伏。
全文摘要
本發明涉及一種發動機啟動系統及方法。具體地，車輛具有發動機、起動電動機、用於給輔助系統供能的能量存儲系統ESS、以及用於在發動機啟動和起動期間給起動電動機供能的超級電容模塊。超級電容模塊與起動電動機斷開以再充電。DC-DC升壓式變換器升高由ESS供應的電壓的電平，以將超級電容模塊充電至相對更高的電壓電平，例如，ESS供應的電壓電平的約125％至140％。一種用於防止車輛輔助系統中的電壓下跌的方法，包括當發動機運行時，將超級電容模塊與所述起動電動機斷開；然後使用ESS給超級電容模塊充電，直到啟動支持電壓等於存儲的目標電壓為止。檢測到的發動機的指令啟動和起動使得超級電容模塊連接到起動電動機。
文檔編號F02N11/14GK101614177SQ20091015049
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月25日 優先權日2008年6月25日
發明者M·G·雷諾 申請人:通用汽車環球科技運作公司