CN101479912A - 在具有再生制动的车辆中恢复电能的方法 - Google Patents

Abstract

在具有再生制动的车辆中用于恢复电能的方法。根据本发明的在具有再生制动的机动车辆中用于恢复电能的方法被用于车辆中，所述车辆为此目的装备有电气电容设备(5)，用于在再生制动操作期间存储由车辆的旋转电机(4)提供的电能，根据本发明，基于所述电机(4)的初始旋转速度，已经从至少以下两个中做出选择以施加能量恢复策略：第一能量恢复策略，其适宜由所述旋转电机(4)提供的高功率；和第二能量再生策略，其适宜所述旋转电机(4)的高效率。

Description

在具有再生制动的车辆中恢复电能的方法

技术领域

本发明尤其适合在机动车辆领域提供益处。其具体涉及用于在配备再生制动系统的机动车辆中恢复电能的过程。

背景技术

当机动车辆制动时，动能以热能形式被驱散至制动圆盘。为了恢复该动能，当前技术发展水平提供再生制动系统。此类型的设备能够恢复在制动期间发出的动能且将其转换成电能。

在机动车辆中，再生制动设备被连接到车辆的电气分配电路，其包括能够在其中存储电能的电池。该电池通常是传统的铅/酸电池。电气分配电路向机动车辆中的不同电气和电子元件返回存储在该电池中的能量。

在一般方式中，机动车辆对电能的需求随着此类项目的电气和电子仪器的数量增加而增加。存在两种可能的办法来满足机动车辆的该增长需要，第一，通过增加交流发电机的功率和电池的存储容量，或者第二，通过提高该供电系统的能效。

通过再生制动的电能的再生有助于在供电系统的平均输出中的增加，并且增加在相同额定安装功率中可用能量的总量。

就成本、空间、在困难位置(在引擎顶盖的下方)的安装问题以及重量来说，交流发电机的功率和电池的存储容量的增加牵涉许多缺点。

此外，平常在机动车辆中使用的铅/酸电池并不适合在足够的时间段中加载非常高的电流电平，以允许由制动设备发出的部分能量被恢复。在此类设备中，由再生制动发出的短时间能量的管理不是足够有效以确保在电气分配电路中运行的电压被恰当地调节，并且铅/酸电池的重复充电带来过早老化该电池的效应。

另一种系统包括：装备车辆的供电系统，具有包含与主电池或存储系统的附属存储系统不同的附属存储系统的第二电气分配电路。第二电气分配电路沿主要存储系统的第一电路放置。具有附属存储系统的第二电路传递浮动DC供电电压，且具有主存储系统的第一电路传递低DC电压供电，一般比所述浮动电压低。如此，获得通常的两层电能分配。

两存储系统依靠DC/DC可逆电压转换器互连。该转换器的功能是使得能量在两存储系统和分配电路之间传送。包括耦合到车辆的热引擎的交流发电机或起动器交流发电机的电流发电机直接对附属存储系统和经过该转换器对主存储系统两者提供电能。

利用高容量电容器排作为存储系统的实践已经广为人知。这些高容量电容器一般被本领域的专家称为“超级电容器”或“超电容器”。在以下说明中，也称作“超级电容器”的该附属存储系统在该电流发电机以再生制动的形式运行时具有尽可能恢复更多电能的功能。

与传统铅/酸电池相比，超级电容器能够不管充电/放电周期的数目而运行，且这些周期的充电深度不受充电的电压电平(其可能变化显著)影响。

为了选择在机动车辆中使用的超级电容器的再生电压的范围，必须满足起动电压的限制，如起动相位就要求最大电气输出从而保证足够高的能量电平以便起动器交流发电机工作在起动热引擎的起动器模式。当驾驶员起动引擎时，超级电容器放电，并且除非制动系统工作在任何强烈的程度，被恢复的电能总量是不足以完全地充电超级电容器。如果车辆停止且驾驶员尝试重新起动它，则重新起动的质量在使用超级电容器时比使用该热引擎时要低。

已知的解决方案要求一段间隔从而能量能够在一般介于18到24V之间的电平处在超级电容器中再生，如此能够满足与热引擎起动关联的关联上限。

发明内容

本发明的目的是提供用于新型机动车辆的电能再生的过程，其能够改进车辆的供电系统的平均输出电平。

根据本发明通过机动车辆的再生制动的用于电能的再生的过程实现在车辆中，所述车辆为此目的装备有电气电容设备，其能够在再生制动操作进行时存储由车辆的旋转电机提供的电能，

因此，依照本发明，基于所述旋转电机的初始旋转速度，解决方案被选择以施加使用至少以下两种手段的能量再生策略：

-初始能量再生阶段，优选来自所述旋转电机的功率的高电平，和

-第二能量再生系统，优选来自所述旋转电机的高性能。

以上简述的过程因此提供至少两种优化的手段，即一方面是功率电平的优化以及另一方面是性能的优化。在能量再生阶段期间，可认为车辆的引擎的前端不限制能够被热引擎吸收的机械功率。从这点看，最好通过尝试最大化被吸收的机械功率来获得优化，且由此在制动期间再生该电能。为此，优选目的为增加由电机再生的电功率的策略。

另一方面，如果车辆的引擎的前端构成被热引擎吸收的机械功率的限制，则将有必要改进电机的性能。在讨论的机械等功率电平中，从电机中再生的电功率处于其最大值。为此，将优选目的为增强性能的策略。

根据另一特定特征，当所述旋转电机的初始旋转速度超出固定在至少10000rpm的初始门限值时选择所述能量再生的第一策略。可替换地，该初始门限值被固定在等于至少为12000rpm的级别。

根据本发明的另一特定特征，当所述旋转电机的初始旋转速度小于固定在最大8000rpm的第二门限值时选择所述第二能量再生策略。可替换的，该第二门限被固定在最大6000rpm。

根据本发明的过程也能够具有以下特征中的至少一个：

-在制动过程很短且处在高的初始速度的情形中，在制动过程的开始处激活该再生制动系统；

-当该过程很长时，在制动过程的结束处激活该再生制动系统；

-当车辆被车辆中的热引擎驱动时，按短暂方式激活再生制动系统，以此方式从而移置所述热引擎的扭矩/引擎工作点。

本发明也涉及车辆中能量再生的安装，所述安装具有控制再生制动且允许依照本发明的以上简述的过程的操作的自动部件。

特别有益于结合有称作14+X的双电压系统使用本发明。该结构包括两独立的电气电路，其中一个，该14+X依靠其技术能够工作在可变电压。这使得新控制策略将按特别有效的方式被应用，以便最大化性能或在再生阶段提供的电功率。

附图说明

在阅读以下说明期间，本发明的特征和优点将变得显然，参考附图以更好地理解本发明，其中：

图1图解示出实现本发明的实施例的部件的图；

图2说明依照本发明的设备的工作的不同阶段；

图3是说明在车辆的再生制动的阶段期间电功率的不同电平的曲线图；

图4是说明在车辆的再生制动的阶段期间电气性能的不同电平的曲线图。

具体实施方式

在具体实施例中，图1包含安装在机动车辆中的电能再生系统的图解表示。AC/DC转换器2首先连接到连续总线3且其次连接到旋转电机4。AC/DC转换器2和电机4是多相类型，一般为三相类型。这里AC/DC转换器2是电压整流器类型的电气设备，允许工作在AC模式的由电机4提供的三相AC电压被转换成直流。在本发明的其它实施例中，电机4是可逆的且当作起动器交流发电机，AC/DC转换器2也是可逆的且包含向电机4提供三相电压的波形模式，在此情况中，该电机是热引擎或起动器。

总线3包括电能的贮存器5。该贮存器在此具体实施例中是超级电容器。在该情形中，超级电容器是为频繁的城市制动条件定制的而非针对车辆的驾驶员执行的主要制动操作。超级电容器5由电机4经过AC/DC转换器2供电。总线3包括消费设备的两种电路。第一电路提供设计为14+X的变动直流电压且连接到超级电容器的端子。连接到第一电路的消费设备包括能够在浮动电压中工作的优选产品(除雾器、风档刮水器等)。第二电路提供在12V范围(这在铅酸电池的端子处可获得的)中的电压。第一和第二电路通过可逆DC-DC转换器6连接，转换器6允许传送在足够电压处的能量且尤其使第二电路被供电和电池7被充电。

在本发明的框架中，电池的概念涵盖至少处于设备的非零充电的状态中构成可充电电能的贮存器的任何设备，在贮存器的端子处可获得非零DC电压。

电气或电子装置具体是并行于超级电容器5分支的连接线或并行于电池7分支的电气消费品。在机动车辆中的电气消费品典型地能够包括前灯和指示器、收音机、空调系统、风档刮水器等。

电机4因此能够是起动器交流发电机。起动器交流发电机的概念针对具有可逆AC/DC转换器的旋转电机而提供的。

当AC/DC转换器处于波动模式时，旋转电机作为电机工作，例如，起动车辆的热引擎。起动器交流发电机使能引擎快速和无声地起动，就如整个电子式工作一样。

当AC/DC转换器处于整流器模式时，由作为交流发电机工作的旋转电机提供的AC电压被整流以提供给车辆的供电电路。

根据本发明的设备通过在再生制动的工作期间在超级电容器中存储电能和通过返回电能以满足车辆的需要来使得能量再生的性能和机动车辆的热引擎的功率被优化。

图2说明以非限制的方式在这描述的具体实施例。图2示出在控制逻辑的电平处由该具体实施例利用的工作阶段，这是利用公知设备以具体的方式实现的。

在阶段20，当驾驶员使用车辆的制动器时，意在指示制动状态的长度的索引F被复位为零。在阶段21，控制逻辑将索引F前进一个单位。在阶段22，控制逻辑测量在超级电容器的端子处的电压。在阶段23，控制逻辑测量电机4的速度。

在阶段24，如果电压测量大于某个值，例如24V，则控制逻辑应用阶段25，否则其应用阶段26。在阶段25，控制逻辑验证索引F是否大于指示制动过程很长的门限值。如果制动过程很长，则控制逻辑应用阶段27。否则其应用阶段30。

在阶段27，控制逻辑验证电机4的速度是否小于门限值SR，这里其优选地等于大约8000rpm。在此情形下，控制逻辑应用阶段28。否则其应用阶段26。在阶段28，控制逻辑验证该超级电容器是否完全充满。在此情形下，控制逻辑应用阶段26。否则其应用阶段29。在阶段26，控制逻辑并不激活再生制动以及该工作回复到阶段21。

如果索引F小于该长制动门限值，这暗示制动时间很短。则应用阶段30。控制逻辑确定车辆的电机4的速度是否大于门限值SP，在这种情形下其其优选地等于大约10000rpm。在此情形下，控制逻辑应用阶段31，否则其应用阶段32。在阶段31，控制逻辑验证该超级电容器是否完全充满。如果是，则其应用阶段32。如果不是其应用阶段29。在阶段32，控制逻辑并不激活再生制动以及该系统回复到阶段21。在阶段29，控制逻辑激活再生制动从而能够存储电机4提供的电能。

当车辆移动时，驾驶员可能要求响应自两种不同类型的制动引起的状况，即一方面是短或中等制动以及另一方面是长制动。记住以下是有用的，当驾驶员制动时，能量再生设备使得可用能量的最优量存储在超级电容器中。

例如，在短制动过程中，例如3秒，这将在城市驾驶中频繁发生，再生制动设备将不具有足够的时间来完全充满超级电容器，在此情形中，在制动窗口期间，令人感兴趣的将是为了更好的性能使用更大的功率，且因此在制动阶段的开始处优先激活再生。根据本发明，当电机4的速度高于一高速度门限值时能量再生发生，在讨论的本申请中，门限值处在10000rpm的范围且由马达提供的电压高于24V。这是机能的优化，这关注该超级电容器的电功率。

否则，如果制动阶段相对预定门限值是足够长，则仅仅当电机4的速度小于一低速度门限值时将存在能量再生，其中，在讨论的情形中，门限值将等于8000rpm。然后是机能的优化，影响该超级电容器的电气性能。

图3是结合功率的优化解释本发明的特征的曲线图。该图线条表示在车辆的再生制动的阶段期间电功率的电平。

能够区分六种功率的电平，这是相对电机4的旋转速度由超级电容器的端子处的电压确定的。从中清楚可见，为了最大化可再生电功率(在选择来说明本发明的情形中，可再生电功率处在10KW的范围中)，有用的是定义再生窗口，导致在具有由车辆强制的低自由度的高速度处优选的能量再生，尽管也很清楚的是将要优选工作在高电压处从而取得更有效的再生制动。例如，如果制动发生在10000rpm的速度处然后达到2000rpm，功率中优化的再生适宜于在速度的最高点处开始能量的再生，以及不可能预见施加制动期间的阶段的结束，尽管一般来说，取决于周围的地形，有可能知道在何处车辆将要停止，优选的是让该再生按照其程序进行。仅当超级电容器完全充满或当驾驶员停止制动时，车辆将会停止。

在能量再生阶段期间最大化电功率意味着不管工作速度而在高电压处充电该超级电容器。不过，在非常低的速度中，最大化电功率的电压低于28V，且更具体地处于24V的范围。更加精确的策略能够结合一平均再生制动电压，其在再生窗口中居中。如果有最大化再生电功率的需要，则优选的是在制动过程的开始处启动再生阶段。这将导致在最高的可能速度处发生该操作。

图4是展示在车辆的再生制动的阶段期间电气性能的不同电平的图。能够区分六种性能电平，其与电机的旋转速度相关地由超级电容器的端子处的电压确定。

为了最大化可再生电气性能(在本情形中，其被认为处在10KW的范围中)，有必要定义再生窗口，其优选地导致高速度再生。在较高电压处的工作允许更加有效的再生制动。高性能点对应于高电压而非低电压。在高电压的工作确保更有效的再生制动。高性能点是在高电压电平而非低电压电平，这是由于在电机的电平中产生且随着电机的速度而增加的损失，同时该性能相对于速度而降低。性能的最大化与高电压的操作联合进行，因为对相同热损失，再生电功率增加。如此，为了在性能上优化工作，再生制动应当在低速度中执行。

如果电气性能被最大化，则优选的在超级电容器的上部的电压范围中执行操作。在长制动且初始速度很高的情况中，如果再生仅被激活在低和中等速度的制动过程的结束处则是能够受益的。

此外，这里将注意的是根据本发明的过程(虽然这里在从车辆制动踏板上的压力引起的再生能量操作的环境下描述)也能够应用在如下情形：在通过热引擎的车辆的操作期间，由例如车辆的操作者或热引擎激活短暂再生制动的部件，而无需制动踏板上的任何压力，以此方式来通过一操作步骤移置扭矩/热引擎速度。

Claims (9)

1.一种在具有再生制动系统的机动车辆中用于电能的再生的过程，所述车辆为此目的装备有电气电容设备(5)，用于在再生制动操作期间存储由车辆的旋转电机(4)提供的电能，其特征在于，基于所述电机(4)的初始旋转速度，已经从以下的至少一个中选择施加一能量再生策略，

-第一能量再生策略，适宜由所述旋转电机(4)提供的功率的高电平的使用，以及

-第二能量再生策略，适宜所述旋转电机(4)的性能的高水平的使用。

2.如权利要求1所述的过程，其特征在于：如果所述旋转电机的初始旋转速度超出固定在至少10000rpm的级别的初始门限值，则选择所述第一能量再生策略。

3.如权利要求2所述的过程，其特征在于所述初始门限固定在至少等于12000rpm的速度。

4.如权利要求1到3中任何一个所述的过程，其特征在于如果所述旋转电机的初始旋转速度小于固定在至多8000rpm的第二门限值，则选择所述第二能量再生策略。

5.如权利要求4所述的过程，其特征在于第二门限固定在大于6000rpm的级别。

6.如权利要求1到5中任何一个所述的过程，其特征在于当制动过程很短且处在高的初始速度时，在制动过程的开始处激活该再生制动过程。

7.如权利要求1到5中任何一个所述的过程，其特征在于当制动过程很长时，在制动过程的结束处激活该再生制动过程。

8.如权利要求1到5中任何一个所述的过程，其特征在于在车辆被车辆中的热引擎驱动的同时激活短暂再生制动过程，以此方式从而通过一步来移置所述热引擎的扭矩/引擎速度。

9.一种车辆中能量恢复系统的安装，其特征在于它包括通过使用依照权利要求1到8中任何一个所述的过程的再生制动系统的控制的自动部件。

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