CN115622210A

CN115622210A - 用于双能量存储的能量管理的设备和方法

Info

Publication number: CN115622210A
Application number: CN202210550087.4A
Authority: CN
Inventors: S·戈帕拉克里希南; C·S·纳姆杜里
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2022-05-20
Publication date: 2023-01-17
Also published as: US20230018561A1; DE102022110350A1; US11767007B2

Abstract

一种电能管理系统，包括：第一电池，所述第一电池具有额定工作电压；第二电池，所述第二电池具有与第一电池的额定工作电压足够接近的充电电压，使得当第一电池和第二电池并联电连接时，第一电池可以给第二电池充电；发电机，所述发电机是可控的，以提供可变输出电压；起动机；电气负载；多个开关，每个开关是可控的，以处于断开状态或闭合状态；以及控制器，所述控制器被配置为控制发电机的输出电压并且控制多个开关中的每一个的断开或闭合状态。

Description

用于双能量存储的能量管理的设备和方法

技术领域

本公开涉及一种用于能量管理系统的设备和方法，其可以用于车辆动力传动系统。

背景技术

使用内燃发动机的车辆在操作时可以利用几种方法来提高燃料经济性并且减少CO₂排放。在一些车辆应用中，使用起停系统，其中当不需要车辆推进时，发动机自动关闭(本文称为自动停止事件)，以节省燃料，并且当需要车辆驱动扭矩时，发动机自动重新启动(本文称为自动启动事件)。在制动车辆时将车辆动能转换成可储存电能的能量回收系统也可在一些车辆应用中用于提高车辆效率。

因此，尽管当前车辆中的能量管理系统实现了其预期目的，但仍需要一种新型的和改善的用于车辆发动机的能量管理的系统和方法。

发明内容

根据若干方面，公开了一种用于动力传动系的电能管理系统。动力传动系包括被配置为向机械负载传递机械能的内燃发动机。电能管理系统包括：第一电池，所述第一电池具有额定工作电压；以及第二电池，所述第二电池具有与所述第一电池的额定工作电压足够接近的充电电压，使得当所述第一电池和所述第二电池并联电连接时，所述第一电池能够给所述第二电池充电。电能管理系统还包括：发电机，所述发电机是可控的，以提供围绕两个不同的额定电压(例如，12V和24V)的可变输出电压；起动机；电气负载；以及多个开关，所述多个开关中的每一个是可控的，以处于断开状态或闭合状态。控制器被配置为控制发电机的输出电压并且控制所述多个开关中的每一个的断开或闭合状态。所述控制器包括包含指令的非暂时性计算机可读介质。当执行指令时，所述指令使得控制器执行包括以下步骤的方法：接收关于所述动力传动系的工况的信息；基于所述工况，确定期望的操作模式；基于所述工况确定，期望的操作场景；以及提供控制信号，以配置所述发电机和所述多个开关中的每一个，其中所述发电机的配置和所述开关的配置基于所述期望的操作场景。

在本公开的电能管理系统的另一个方面，额定工作电压为12伏。

在本公开的电能管理系统的另一个方面，当第一电池的荷电状态高于预定阈值时，期望的操作场景的确定不依赖于第二电池的荷电状态。

在本公开的电能管理系统的另一个方面，当第一电池的荷电状态低于预定阈值时，基于第二电池的荷电状态确定期望的操作场景。

在本公开的电能管理系统的一个方面，在开关的第一配置中，第一电池与第二电池并联电连接，在开关的第二配置中，第一电池与第二电池串联电连接。

在本公开的电能管理系统的另一个方面，在开关的第三配置中，发电机电连接，以便能够向第一电池供应电流，而不能向第二电池供应电流。

在本公开的电能管理系统的另一个方面，在开关的第四配置中，发电机电连接，以便能够向第二电池供应电流，而不能向第一电池供应电流。

在本公开的电能管理系统的另一个方面，期望的操作模式选自由以下项组成的组：冷起动、空转、加速、巡航、机会充电、滑行/制动、自动停止和自动启动。

在本公开的电能管理系统的另一个方面，电能管理系统包括DC-DC转换器，所述DC-DC转换器被配置为提供稳压总线，以向电压敏感负载提供电流。

根据若干方面，公开了一种用于控制动力传动系的电能管理系统的方法。动力传动系统包括被配置为向机械负载传递机械能的内燃发动机。电能管理系统包括：第一电池，所述第一电池具有额定工作电压；以及第二电池，所述第二电池具有与所述第一电池的额定工作电压足够接近的充电电压，使得当所述第一电池和所述第二电池并联电连接时，所述第一电池能够给所述第二电池充电。电能管理系统还包括：发电机，所述发电机是可控的，以提供可变输出电压；起动机；电气负载；以及多个开关，所述多个开关中的每一个是可控的，以处于断开状态或闭合状态。所述方法包括以下步骤：接收关于所述动力传动系的工况的信息；基于所述工况确定期望的操作模式；基于所述工况确定期望的操作场景；以及提供控制信号，以配置所述发电机和所述多个开关中的每一个，其中所述发电机的配置和所述开关的配置基于所述期望的操作场景。

在本公开的方法的一个方面，额定工作电压为12伏。

在本公开的方法的另一个方面，当第一电池的荷电状态高于预定阈值时，期望的操作场景的确定不依赖于第二电池的荷电状态。

在本公开的方法的另一个方面，当第一电池的荷电状态低于预定阈值时，基于第二电池的荷电状态确定期望的操作场景。

在本公开的方法的另一个方面，在开关的第一配置中，第一电池与第二电池并联电连接，在开关的第二配置中，第一电池与第二电池串联电连接。

在本公开的方法的另一个方面，在开关的第三配置中，发电机电连接，以便能够向第一电池供应电流，而不能向第二电池供应电流。

在本公开的方法的另一个方面，在开关的第四配置中，发电机电连接，以便能够向第二电池供应电流，而不能向第一电池供应电流。

在本公开的方法的另一个方面，期望的操作模式选自由以下项组成的组：冷起动、空转、加速、巡航、机会充电、滑行/制动、自动停止和自动启动。

在本公开的方法的一个方面，电能管理系统包括DC-DC转换器，所述DC-DC转换器被配置为提供稳压总线，以向电压敏感负载提供电流。

根据本文提供的描述，进一步的适用领域将变得显而易见。应当理解，说明书和具体示例仅是为了说明的目的，而不是意图限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于说明目的，并且不意图以任何方式限制本公开的范围。

图1为用于车辆的示例电能管理系统的示意图。

图2为用于图1所示的电能管理系统的控制算法的流程图。

图3为示出图1所示的电能管理系统的操作模式的表。

本公开可进行修改和替代形式，代表性实施例在附图中以示例方式示出，并且在下文中详细描述。本公开的创造性方面不限于所公开的特定形式。相反，本公开意图包含落入由所附权利要求限定的本公开的范围内的修改、等效物、组合和替代物。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本公开、应用或用途。

再生制动通过将车辆的动能转化为可储存在电池中以备不时之需的电能，使行驶中的车辆减速。发电机利用车辆的动量回收能量，否则这些能量会以热量的形式损失在制动盘上。在滑行和/或制动事件期间，车辆中常规使用的控制通过调整发电机的输出电压以最大化能量回收。常规车辆中使用的发电机通常在12.2V至15.5V的范围内操作(名义上为“12V系统”)。再生制动期间回收的能量受到发电机的输出功率和车辆电池的充电接受能力的限制。发电机的功率输出受到发电机的最大额定电流的限制。如果发电机电压可以设置为24V，对于给定的最大电流，功率输出可能会翻倍，从而允许更多的能量回收。

在一些车辆应用中，使用起停系统，其中当不需要车辆推进时，发动机自动关闭(本文称为自动停止事件)，以节省燃料，并且当需要车辆驱动扭矩时，发动机自动重新启动(本文称为自动启动事件)。当发动机从停止状态起动时，电起动通常用于转动发动机曲轴，以启动发动机中的燃烧。向起动机提供功率，以提供快速重启，而没有不期望的延迟，这可能是具有挑战性的，尤其是在低电池电压和/或低温的情况下。

参考附图，图1示意性示出了示例动力传动系10。动力传动系10包括内燃发动机2。发动机2可实施为汽油或柴油发动机，并且最终例如经由液力变矩器或离合器(未示出)向变速器4输出发动机扭矩。变速器4最终以特定的档位或速比将输出扭矩传递给机械负载6。机械负载6在图1中被描绘为示例汽车应用中的一组驱动轮。可以设想动力传动系10的其他有益应用，包括发电厂、机器人、移动平台和非机动车辆应用(例如，船只、船舶、轨道车辆和飞机)，因此，图1的机动车辆实施例意图说明所公开的概念而非限制。

继续参考图1，动力传动系10包括电能管理系统8。典型的电能管理系统8包括第一电池12和第二电池14。提供第一开关S1，以允许第一电池12的正极端子选择性地与第二电池14的正极端子连接。提供第二开关S2，以允许第二电池14的负极端子选择性地与系统接地连接。提供第三开关S3，以允许第一电池12的正极端子选择性地与第二电池24的负极端子连接。通过配置开关S1、S2和S3，第一电池12和第二电池14可以选择性地串联连接、并联连接或电隔离。在实施例中，第一电池12和第二电池14都具有12V的额定电压。

继续参考图1，动力传动系10还包括连接在第一电池12上的电气负载16。DC-DC转换器18也被设置为动力传动系10的一部分，以向电压敏感电气负载20供电。当起动机开关24闭合时，起动机22提供起动扭矩，以起动车辆发动机2。发电机26将来自发动机2或再生制动系统的机械能转换成电能。发电机26是可控的，以提供额定12V或额定24V的功率。

如下面参考图2和图3进一步详细说明的，控制器50(例如，典型车辆实施例中的发动机控制模块)被配置为在动力传动系10的整体控制中执行方法100。控制器50向发电机26提供信号，以设定发电机26的输出电压水平。此外，控制器50提供信号，以设定起动机开关24和开关S1、S2和S3的开-关状态。起动机开关24和开关S1、S2和S3中的每一个可以实现为机械继电器或固态开关，包括但不限于MOSFET、IGBT、GaN FET或SiC MOSFET。

图1的控制器50被配置为接收测量的电压、电流、位置、温度和/或其他合适的电气值，作为一组输入信号的一部分(箭头CC_I)。作为方法100的一部分，控制器50可以多种方式实现为共同管理电能管理系统8的一个或多个控制装置。控制器50被配置为用一组控制信号17控制能量管理系统8中的装置，包括发电机26和开关S1、S2、S3。

多个控制器可以经由串行总线，例如，CAN总线35、其他差分电压网络或经由离散导体进行通信。

控制器50可以包括一个或多个数字计算机，每个数字计算机具有处理器(P)(例如，微处理器或中央处理单元)以及只读存储器、随机存取存储器、电可编程只读存储器等形式的存储器(M)、高速时钟、模数和数模电路、输入/输出电路和装置，以及适当的信号调节和缓冲电路。控制器50还可在存储器(M)中存储算法和/或计算机可执行指令(包括体现下述方法100的基础算法或代码)，并且向电能管理系统8传输命令，以能够执行根据本公开的某些控制动作。

控制器50与发动机2通信，并且接收作为输入信号(箭头CC_I)一部分的信号，所述信号指示发动机2的速度和温度、车速、变速器档位状态、变矩器离合器状态、制动开关状态以及其他可能的发动机工况或参数，例如，发动机2的启动请求，无论是操作员启动的还是自主生成的。控制器50还与起动机22通信，因此接收指示起动机速度、电流消耗、扭矩、温度和/或其他操作参数的信号。控制器50还可以与第一电池12和第二电池14通信，并且接收指示电池荷电状态(state of charge，SOC)、温度和电流消耗的信号以及DC电压总线15上的电压。如本文所用，术语“荷电状态”和“SOC”是指在某一时间点电池中剩余的电荷量，表示为电池充满电时可用电荷量的百分比。作为控制器50的整体操作功能的一部分，控制器50还可以将输出信号(箭头CC_O)传输到发动机2和变速器4。

参考图2，根据示例实施例的方法100开始于步骤102。方法100可以以几种方式中的任一种开始，例如，基于时间的方法(例如，固定的毫秒数)或基于事件的方法(例如，在车辆点火开关打开时)。在进入步骤102之后，在步骤104，控制器50输入车辆工况。这些工况可以包括车速、发动机转速、变速器档位状态、变矩器离合器状态、制动开关状态、第一电池12的荷电状态(SOC)和第二电池14的SOC。

步骤104完成后，方法100进入步骤106，其中基于步骤104中接收到的工况，确定电能管理系统8的期望的操作模式。如将关于图3进一步详细讨论的，期望的操作模式通常从点火关闭、起动、怠速、加速、巡航、机会充电、滑行/制动、自动停止和自动启动中选择。

在步骤106中识别期望的操作模式后，方法100进入步骤108。在步骤108中，识别期望的操作模式内的期望操作场景，这将参考图3进一步详细讨论。方法100然后进入步骤110，在所述步骤中，控制器50向电能管理系统8提供控制信号，以根据期望的操作模式和操作场景，配置电能管理系统8中的装置。如本文中关于电能管理系统8中的装置所使用的，术语“配置为”和“配置”是指开关S1、S2、S3中的每一个的断开或闭合状态，以及发电机26的命令电压输出。在步骤110之后，方法100然后在步骤112退出，以等待在步骤102重新启动的后续执行。

图3所包括的表200总结了根据本公开的操作模式和场景，以及电能管理系统8中与所列操作模式和场景中的每一个对应的装置的受控状态。参考图3，列205列出了每个操作模式和场景。列210和215相应地列出了第一电池12的荷电状态(SOC1)和第二电池14的荷电状态(SOC2)的条件，所列出的条件用于确定在图2的步骤106和108中识别列205中的哪个模式和场景。

继续参考图3，列225、230和235列出了在给定操作模式和场景下，在图2的步骤110中，相应地控制开关S1、S2和S3的开关状态。列245列出了对于给定的操作模式和场景，控制发电机26的输出水平。对于给定的操作模式和场景，列250总结了电能管理系统8中的能量流，所述能量流由在列225、230、235中列出的开关设置和列245中列出的发电机输出水平产生。在下面对图3的讨论中，“B1”是指第一电池12，“B2”是指第二电池14。

图3中的行255表示车辆点火关闭的操作模式。在此操作模式中，不考虑第一电池12和第二电池14的荷电状态。在此操作模式下，开关S1断开，开关S2断开，开关S3断开。发电机电压水平无关紧要，因为发电机不发电。在此操作模式下，第一电池12向车辆中的任何寄生负载供电。

图3中的行260表示冷启动车辆的操作模式，即，自车辆点火打开以来首次启动。在此操作模式中，不考虑第一电池12和第二电池14的荷电状态。在此操作模式下，开关S1断开，开关S2断开，开关S3闭合。发电机电压水平无关紧要，因为发电机不发电。在此操作模式中，第一电池12与第二电池14串联连接，导致24伏的额定电压被供应给起动机22。

在冷起动后，发动机起动，随后，开关S1和S2闭合，S3保持断开预定时间，以允许发电机补充冷起动事件期间损失的电池电荷。在预定时间过去后，当发动机空转时，进入三种空转场景中的一种。如本文所使用的，术语“空转(idling)”是指当车辆不运动时运行车辆的发动机。当第一电池B1的SOC高于预定阈值(例如，90％)时，进入由行265表示的第一空转场景。在第一空转场景下，S1、S2和S3都断开，并且发电机输出被设置为最小水平，使得仅B1将向电气负载16供电。

当发动机空转时，电能管理系统8的配置保持在此第一空转场景下，直到第一电池B1的SOC降至预定阈值以下(例如，80％)，此时，第二电池B2的SOC确定进入空转场景。如果第二电池B2的SOC高于预定阈值(例如，60％)，则如行270所示，进入第二空转场景。在第二空转场景下，S1和S2闭合，S3断开，并且发电机输出被设置为最小水平，使得B2将向电气负载16供电并且也为B1充电。

随着发动机继续空转，电能管理系统8的配置保持在此第二空转场景下，直到第二电池B2的SOC低于预定阈值(例如，30％)，而第一电池B1的SOC低于预定阈值(例如，80％)，此时，进入第三空转场景，如行275所示。在第三空转场景下，S1和S2闭合，S3断开，发电机输出被设置为最佳值，使得发电机26将向电气负载16供电，并且还为B1和B2充电。随着第一电池B1的SOC和第二电池B2的SOC上升，方法100继续确定期望的操作模式和操作场景。

继续参考图3，行280、285和290总结了方法100用于车辆加速时的场景的标准和对应响应。在加速期间，期望不负载发电机，以减少发动机的机械负载。当第一电池B1的SOC高于预定阈值(例如，80％)时，进入由行280表示的第一加速场景。在第一加速场景中，S1、S2和S3都断开，并且发电机输出被设置为最小水平，使得仅B1将向电气负载16供电。

当车辆加速时，电能管理系统8的配置保持在此第一加速场景中，直到第一电池B1的SOC降至预定阈值(例如，80％)以下，此时，第二电池B2的SOC确定要进入的加速场景。如果第二电池B2的SOC高于预定阈值(例如，60％)，则进入第二加速场景，如行285所示。在第二加速场景中，S1和S2闭合，S3断开，并且发电机输出被设定为最小水平，使得B2将向电气负载16供电并且也为B1充电。

随着车辆继续加速，电能管理系统8的配置保持在此第二加速场景中，直到第二电池B2的SOC低于预定阈值(例如，30％)，而第一电池B1的SOC低于预定阈值(例如，80％)，此时，进入第三加速场景，如行290所示。在第三加速场景中，S1和S2闭合，S3断开，发电机输出被设置为最佳值，使得发电机26将向电气负载16供电，并且还为B1和B2充电。随着第一电池B1的SOC和第二电池B2的SOC上升，方法100继续确定期望的操作模式和操作场景。

继续参考图3，行295、300和305总结了方法100用于车辆巡航时的场景的标准和对应响应。在巡航期间，期望不负载发电机，以便减少发动机的机械负载。

当第一电池B1的SOC高于预定阈值(例如，80％)时，进入由行295表示的第一巡航场景。在第一巡航场景中，S1、S2和S3都断开，并且发电机输出被设置为最小水平，使得仅B1将向电气负载16供电。

当车辆巡航时，电能管理系统8的配置保持在此第一巡航场景中，直到第一电池B1的SOC降至预定阈值以下(例如，80％)，此时，第二电池B2的SOC确定要进入的巡航场景。如果第二电池B2的SOC高于预定阈值(例如，60％)，则进入第二巡航场景，如行300所示。在第二巡航场景中，S1和S2闭合，S3断开，并且发电机输出被设置为最小水平，使得B2将向电气负载16供电并且也为B1充电。

随着车辆继续巡航，电能管理系统8的配置保持在此第二巡航场景中，直到第二电池B2的SOC低于预定阈值(例如，30％)，而第一电池B1的SOC低于预定阈值(例如，80％)，此时，进入第三巡航场景，如行305所示。在第三巡航场景中，S1和S2闭合，S3断开，并且发电机输出被设置为最佳值，使得发电机26将向电气负载16供电，并且还为B1和B2充电。随着第一电池B1的SOC和第二电池B2的SOC上升，方法100继续确定期望的操作模式和操作场景。

电能管理系统8的架构允许操作，以便利用可能存在的提高车辆效率的机会。例如，当具有动力传动系10的车辆以接近稳定的速度巡航时，通过增加由发电机26供应的电气负载，可以有机会在更高效的操作点操作发动机2。可以由发电机26产生的另外的功率可由在控制器50中执行的优化算法确定，并且取决于包括发动机速度和负载、车辆速度、档位状态和变矩器离合器状态的因素。根据B1和B2的SOC，发电机在此机会充电模式下产生的另外的电流可以用于为B1和/或B2充电。继续参考图3，行310、315、320、325和330总结了方法100用于机会充电场景的标准和对应响应。

当第一电池B1的SOC低于预定阈值(例如，80％)且第二电池B2的SOC低于预定阈值(例如，30％)时，进入由行310表示的第一机会充电情景。在第一机会充电场景中，S1和S2闭合，S3断开，并且发电机输出被设置为在对B1和B2充电时向电气负载16供应适当电压的水平。

当第一电池B1的SOC高于预定阈值(例如，80％)且第二电池B2的SOC低于预定阈值(例如，40％)时，进入由行315表示的第二机会充电场景。在第二机会充电场景下，S1和S3断开，S2闭合，发电机为B2充电，而B1给电气负载16供电。

当第一电池B1的SOC低于预定阈值(例如，80％)且第二电池B2的SOC高于预定阈值(例如，80％)时，进入由行320表示的第三机会充电情景。在第三机会充电场景中，S1、S2和S3断开，发电机对B1充电并且向电气负载16供电。

当第一电池B1的SOC高于预定阈值(例如，90％)且第二电池B2的SOC高于预定阈值(例如，80％)时，进入由行325表示的第四机会充电情景。在第四机会充电场景中，S1闭合，S2和S3断开，并且调整发电机设定点电压，使得发电机向电气负载16供应电流，同时仅向第一电池B1供应小电流。

当第一电池B1的SOC低于预定阈值(例如，80％)，第二电池B2的SOC低于预定阈值(例如，30％)，且发电机的可用再生功率高于预定阈值(例如，4kW)时，进入第五机会充电场景，由行330表示。在第五机会充电场景下，S1和S2断开，S3闭合，从而串联连接第一电池B1和第二电池B2。调整发电机电压设定点，使得电气负载16上的电压在可接受的限度内，并且发电机对第一电池B1和第二电池B2充电，并且向电气负载16供应电流。第五机会充电场景继续，直到第一电池B1的SOC高于预定阈值(例如，90％)，或者直到第二电池B2的SOC高于预定阈值(例如，80％)，或者直到来自发电机的可用再生功率低于预定阈值(例如，3kW)。

当车辆以接近稳定的速度巡航时，可使用行310、315、320、325和330中描述的机会充电场景，而在滑行条件下，类似的控制模式也是可行的，除非再生水平将基于驾驶性能标准和其他变量(例如，车速、发动机转速、档位状态、变矩器离合器状态等)而受到限制。同样，在制动条件下，类似的控制模式也是可行的，除了再生水平将基于制动水平和其他变量(例如，车速、发动机转速、档位状态、变矩器离合器状态等)而受到限制。继续参考图3，行335、340、345、340和345总结了方法100用于滑行/制动场景的标准和对应响应。这些滑行/制动场景的描述类似于行310、315、320、325和330中描述的机会充电场景，尽管机会充电场景的讨论中的示例预定阈值可能不适用于滑行/制动场景。

继续参考图3，行360、365和370总结了方法100用于车辆处于自动停止模式时的场景的标准和对应响应。在自动停止期间，发动机不操作，车辆不移动，因此发电机26不操作。当第一电池B1的SOC高于预定阈值(例如，85％)时，进入由行360表示的第一自动停止场景。在第一自动停止场景中，S1、S2和S3都断开，并且仅B1向电气负载16供应电流。当第一电池B1的SOC低于预定阈值(例如，80％)并且第二电池B2的SOC高于预定阈值(例如，50％)时，进入由行365表示的第二自动停止场景。在第二自动停止场景中，S1和S2闭合，S3断开，B2向电气负载16供应电流。当第一电池B1的SOC低于预定阈值(例如，80％)并且第二电池B2的SOC低于预定阈值(例如，40％)时，进入由行370表示的第三自动停止场景。方法100通过退出自动停止模式，对存在的第三自动停止场景条件做出响应，使得发动机可以驱动发电机对第一电池B1和第二电池B2充电，并且向电气负载16供应电流。

图3中的行375表示自动启动操作模式。在此操作模式中，不考虑第一电池12和第二电池14的荷电状态。在此操作模式下，开关S1断开，开关S2断开，开关S3闭合。发电机电压水平无关紧要，因为发电机不发电。在此操作模式中，第一电池12与第二电池14串联连接，导致24伏的额定电压被供应给起动机22。

应理解，三个开关S1、S2、S3均具有两种可能的状态(断开或闭合)，表示八种可能的开关状态组合。参考图1，可以看出，如果S3闭合，则S1和S2都必须断开；否则，第一电池12、第二电池14或者第一电池12和第二电池14上将出现短路。因此，要避免八种可能的开关组合中的三种(S1闭合，S2断开，S3闭合；S1断开，S2闭合，S3闭合；以及S1闭合、S2闭合、S3闭合)，因此实际上，八种可能的开关状态组合中仅五种是有用的。这五种组合出现在图3的列225、230和235中。

参考图3和图1，第一种有用的开关状态组合为S1断开、S2断开和S3断开。在开关处于此配置的情况下，发电机26不向第一电池12、第二电池14或负载16供应电流。第二电池14不向电路的任何其他部分供应电流或从电路的任何其他部分接收电流。第一电池14向负载16供应电流。

继续参考图3和图1，第二种有用的开关状态组合为S1断开、S2断开和S3闭合。在开关处于此配置的情况下，发电机26在第一电池12和第二电池14的串联组合上连接。起动机22可借助于起动机开关24连接到第一电池12和第二电池14的串联组合。根据发电机26的输出电压设置，发电机26或第一电池14向负载16供应电流。

继续参考图3和图1，第三种有用的开关状态组合为S1闭合、S2闭合和S3断开。在开关处于此配置的情况下，发电机26在第一电池12和第二电池14的并联组合上连接。起动机22可借助于起动机开关24连接到第一电池12和第二电池14的并联组合。根据发电机26的输出电压设置，发电机26、第一电池12或第二电池14向负载16供应电流。

继续参考图3和图1，第四种有用的开关状态组合为S1断开、S2闭合和S3断开。在开关处于此配置的情况下，发电机26在第二电池14上连接。起动马达22可借助于起动机开关24连接到第二电池14。第一电池12向负载16供应电流。

继续参考图3和图1，第五种有用的开关状态组合为S1闭合、S2断开和S3断开。在开关处于此配置的情况下，发电机26在第一电池12上连接。第二电池14不向电路的任何其他部分供应电流或从电路的任何其他部分接收电流。起动机22可借助于起动机开关24连接到第一电池12。发电机26向负载16供应电流，并且根据发电机26的输出电压设置，还可以向第一电池12供应充电电流。

本文公开的能源管理系统8和方法100可实现多个优势。由于电压加倍，串联连接第一电池12和第二电池14的能力允许对于给定的发电机电流增强能量回收。例如，当在24V下操作时，产生250A的发电机可以产生6kW的再生功率。与12V系统相比，这可以显著提高燃油经济性。此外，可以通过在24V下操作起动机，改善冷启动和自动启动操作。将第二电池14包括在能量管理系统8中，并且如在典型方法100的讨论中所描述的那样管理第一电池12和第二电池14的充电方面，允许改善由发电机电流需求导致的发动机的机械负载的管理，这可以导致改善燃料经济性和在某些驾驶条件下改善车辆性能。此外，其包括DC-DC转换器18，使得在发动机起动期间能够维持稳定的12V DC总线，这可以消除在发动机自动启动事件期间不可接受的灯闪烁和诊断故障代码设置。

与图1所示的典型架构不同的替代功能分区也在本公开的范围内。例如，可以设想，控制信号17可以经由CAN总线35或其他通信信道，或者经由控制器50和电能管理系统8之间的离散信号，被传送到电能管理系统8。可替代地，开关S1、S2、S3可以集成到控制器50中，或者集成到电池保险丝分配单元(未示出)中。鉴于本公开，这些益处和其他可能的益处对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。

尽管已对一些最佳模式和其他实施例进行了详细描述，但仍存在各种替代设计和实施例，用于实践所附权利要求中限定的本教导。本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所公开的实施例进行修改。此外，本概念明确地包括所描述的元件和特征的组合和子组合。具体实施方式和附图是对本教导的支持和描述，本教导的范围仅由权利要求限定。

本公开的描述本质上仅是示例性的，并且不脱离本公开的主旨的变化意图落入本公开的范围内。此类变化不应被视为背离本公开的精神和范围。

Claims

1.一种用于动力传动系的电能管理系统，所述动力传动系包括被配置为向机械负载输送机械能的内燃发动机，所述电能管理系统包括：

第一电池，具有额定工作电压；

第二电池，具有与所述第一电池的额定工作电压足够接近的充电电压，使得当所述第一电池和所述第二电池并联电连接时，所述第一电池能够给所述第二电池充电；

发电机，所述发电机是可控的，以提供可变输出电压；

起动机；

电气负载；

多个开关，所述多个开关中的每一个是可控的，以处于断开状态或闭合状态；

控制器，被配置为控制发电机的输出电压并且控制所述多个开关中的每一个的断开或闭合状态，所述控制器包括包含指令的非暂时性计算机可读介质，当执行指令时，所述指令使得控制器执行包括以下步骤的方法：

接收关于所述动力传动系的工况的信息；

基于所述工况，确定期望的操作模式；

基于所述工况，确定期望的操作场景；以及

提供控制信号，以配置所述发电机和所述多个开关中的每一个，其中所述发电机的配置和所述开关的配置基于所述期望的操作场景。

2.根据权利要求1所述的电能管理系统，其中所述额定工作电压为12伏。

3.根据权利要求2所述的电能管理系统，其中所述发电机是可控的，以提供围绕两个不同的额定发电机电压的可变输出电压，其中两个不同的额定发电机电压是12V和24V。

4.根据权利要求1所述的电能管理系统，其中当所述第一电池的荷电状态高于预定阈值时，所述期望的操作场景的确定不依赖于所述第二电池的荷电状态。

5.根据权利要求1所述的电能管理系统，其中当所述第一电池的荷电状态低于预定阈值时，基于所述第二电池的荷电状态，确定所述期望的操作场景。

6.根据权利要求1所述的电能管理系统，其中在所述多个开关的第一配置中，所述第一电池与所述第二电池并联电连接，并且在所述多个开关的第二配置中，所述第一电池与所述第二电池串联电连接。

7.根据权利要求6所述的电能管理系统，其中在所述多个开关的第三配置中，所述发电机电连接，以便能够向所述第一电池供应电流，而不能向所述第二电池供应电流。

8.根据权利要求7所述的电能管理系统，其中在所述多个开关的第四配置中，所述发电机电连接，以便能够向所述第二电池供应电流，而不能向所述第一电池供应电流。

9.根据权利要求1所述的电能管理系统，其中所述期望的操作模式选自由以下项组成的组：冷起动、空转、加速、巡航、机会充电、滑行/制动、自动停止和自动启动。

10.根据权利要求1所述的电能管理系统，还包括DC-DC转换器，所述DC-DC转换器被配置为提供稳压总线，以向电压敏感负载提供电流。