CN102602388B - 一种优化混合动力发动机怠速下工况的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优化混合动力发动机怠速下工况的方法，包括：检测储能装置的剩余电量；如果所述剩余电量小于设定阈值，则根据所述储能装置的充电状态及其本身性能确定所述储能装置的可充电功率；根据所述储能装置的可充电功率确定发电机所需提供的第一功率和发动机所需提供的第二功率；控制所述发电机在所述第一功率下运行；根据所述第二功率查询最优功率曲线和燃油消耗图，获取最小油耗值对应的功率；控制所述发动机以所述最小油耗值对应的功率运行，所述最优功率曲线和燃油消耗图具有对应关系。本发明还公开了一种优化混合动力发动机怠速下工况的装置。

Description

一种优化混合动力发动机怠速下工况的方法和装置

技术领域

本发明涉及新能源领域的节能技术，特别是一种优化混合动力发动机怠速下工况的方法和装置。

背景技术

通常所说的混合动力一般是指油电混合动力，即燃料(汽油，柴油等)和电能的混合；而怠速并不代表不供油，是只提供发动机正常工作的最小油耗，是以能够自行维持发动机平稳运转的最低转速，也就是说，如果低于这个转速，发动机可能会发抖，甚至会熄火，如果高于这个转速，则浪费汽(柴)油，其作用一般是为了短暂等待(比如红灯)时，可以不让发动机熄火，并且能很快转变为正常工作状态，又不过分浪费汽(柴)油。

传统车辆发动机在怠速状态下，油耗高，燃油经济性较低；混合动力系统将传统发动机和发电机相连，再与传动系统连接，这使得发动机和发电机可共同工作，实现能量的相互传递；混合动力发动机在传统发动机基础上，利用发电机的充电特性，可使发电机工作在比较经济的工作点，而将多余的能量带动发电机给电池充电，储存起来再利用，从而达到节油的目的。

现有技术中，当发动机工作在怠速工况下时，如在混合动力公交车站内停车等待乘客上下车时，首先要判断蓄电池的荷电状态(SOC)，当蓄电池的SOC较高时，系统就会选择关闭发动机，从而以纯电动的方式完成进出站；当蓄电池的SOC低于设定值时(80％)时，则发动机不会关闭，而是工作于中等负荷状态下，此时整车需求的功率较小，多能量管理系统将设置为发动机非功率跟踪模式，使发动机转速低于正常工作转速，发电电流亦降低。

现有技术所采用的方案，虽然能够在一定程度上达到降低发动机怠速状态下油耗的目的，但该方案只是强调怠速时使发动机转速低于正常工作转速，而没有指出发动机工作在何种状态下能够尽量多的减小油耗，并使整个能量回收系统工作在较佳的工况下，从而尽可能多的回收损耗的能量。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种优化混合动力发动机怠速下工况的方法和装置，以实现在怠速状态下提高能量回收率、降低油耗的目的。

为实现上述目的，本发明提出的一种优化混合动力发动机怠速下工况的方法，包括：

检测储能装置的剩余电量；

如果所述剩余电量小于设定阈值，则根据所述储能装置的充电状态及其本身性能确定所述储能装置的可充电功率；

根据所述储能装置的可充电功率确定发电机所需提供的第一功率和发动机所需提供的第二功率；

控制所述发电机在所述第一功率下运行；

根据所述第二功率查询最优功率曲线和燃油消耗图，获取最小油耗值对应的功率；

控制所述发动机以所述最小油耗值对应的功率运行，所述最优功率曲线和燃油消耗图具有对应关系。

优选的，在上述方法中，所述根据所述储能装置的充电状态及其本身性能确定所述储能装置的可充电功率包括：

检测所述储能装置的可充电容量和温度；

如果所述温度为设定温度时，则根据所述可充电容量与所述储能装置的充电电流和充电电压之间的对应关系确定所述充电电流和所述充电电压，所述充电电流小于设定的电流阈值，所述充电电压小于设定的电压阈值；

将所述充电电流与所述充电电压的乘积作为所述储能装置的可充电功率。

优选的，上述方法还包括：

如果所述温度大于设定温度，则根据所述温度修正所述可充电功率。

优选的，在上述方法中，所述根据所述储能装置的可充电功率确定发电机所需提供的第一功率和发动机所需提供的第二功率包括：

将所述可充电功率除以发电机的工作效率值后所得的商作为发电机所需提供的第一功率；

将所述第一功率除以发动机的工作效率值后所得的商作为发动机所需提供的第二功率。

优选的，在上述方法中，所述根据所述第二功率查询最优功率曲线和燃油消耗图，获取最小油耗值对应的功率包括：

在包含所述第二功率的设定数值范围内，查询最优功率曲线和燃油消耗图确定所述范围内对应的所有油耗值；

获取所述所有油耗值中的最小值所对应的功率。

本发明提出的一种优化混合动力发动机怠速下工况的装置，包括：

检测单元，用于检测储能装置的剩余电量；

判断单元，用于判断所述剩余电量是否小于设定阈值；

第一确定单元，用于当所述判断单元判断得到的所述剩余电量小于设定阈值时，根据所述储能装置的充电状态及其本身性能确定所述储能装置的可充电功率；

第二确定单元，用于根据所述储能装置的可充电功率确定发电机所需提供的第一功率和发动机所需提供的第二功率；

第一控制单元，用于控制所述发电机在所述第一功率下运行；

获取单元，用于根据所述第二功率查询最优功率曲线和燃油消耗图，获取最小油耗值对应的功率；

第二控制单元，用于控制所述发动机以所述最小油耗值对应的功率运行，所述最优功率曲线和燃油消耗图具有对应关系。

优选的，在上述装置中，所述第一确定单元包括：

参数检测单元，用于检测所述储能装置的可充电容量和温度；

检查单元，用于检查所述温度是否为设定温度；

存储单元，用于存储所述可充电容量值与所述储能装置的充电电流和充电电压之间的对应关系；

参数确定单元，用于当所述检查单元检查得到的所述温度为设定温度时，根据所述对应关系确定所述充电电流和所述充电电压，所述充电电流小于设定的电流阈值，所述充电电压小于设定的电压阈值；

乘法单元，用于将所述充电电流与所述充电电压的乘积作为所述储能装置的可充电功率。

优选的，在上述装置中，所述第一确定单元还包括：

修正单元，用于当所述检查单元检查得到的所述温度大于设定值时，根据所述温度值修正所述可充电功率。

优选的，在上述装置中，所述第二确定单元包括：

第一计算单元，用于将所述可充电功率除以发电机的工作效率值后所得的商作为发电机所需提供的第一功率；

第二计算单元，用于将所述第一功率除以发动机的工作效率值后所得的商作为发动机所需提供的第二功率。

优选的，在上述装置中，所述获取单元包括：

查询单元，用于在包含所述第二功率的设定数值范围内，查询最优功率曲线和燃油消耗图确定所述范围内对应的所有油耗值；

功率获取单元，用于获取所述所有油耗值中的最小值所对应的功率。

可见，本发明优化混合动力发动机怠速下工况的方法和装置通过检测储能装置的可充电容量及温度，确定储能装置的可充电功率，在该可充电功率下给储能装置充电可提高充电效率，并且在保证可充电功率的前提下，使得发动机以最小油耗值对应的功率运行，提高了能量回收率、降低了油耗。

附图说明

图1为本发明优化混合动力发动机怠速下工况的方法的实施例一的流程示意图；

图2为本发明优化混合动力发动机怠速下工况的方法的实施例二的流程示意图；

图3为本发明优化混合动力发动机怠速下工况的装置的结构示意图；

图4为本发明优化混合动力发动机怠速下工况的装置中第一确定单元的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种优化混合动力发动机怠速下工况的方法和装置，其主要是为了实现怠速下提高能量回收率、减少损耗的目的，下面通过分析各个环节的能量消耗来确定本发明的主要思路，能量节省量的计算步骤如下：

A：发动机损耗节省值ΔE1的计算公式为：

ΔE1＝E_w1-E_w2(1)

式中，E_w1为发动机怠速油耗值，E_w2为发动机充电最优点油耗值；

B：公式(1)中发动机充电最优点油耗值E_w2的计算公式为：

E_w2＝E_w21-E_w22(2)

式中，E_w21为发电过程中发动机消耗的油耗值，E_w22为发电过程中电池所增加的电量；

C：动力系统中各环节所增加的能量损耗量ΔE2，计算公式如下：

ΔE2＝E_wg+E_wn+E_wb(3)

式中，E_wg为发电机损耗，E_wn为逆变系统损耗，E_wb为电源系统损耗；

D：能量节省最大值ΔE_max的目标函数为：

ΔE_max＝ΔE1-ΔE2(4)

式中，ΔE_max为最大能量节省值，ΔE1为发动机损耗节省值，ΔE2为充电各环节损耗和；

由上述目标函数可以看出，节省能量最大值ΔE_max的大小是由发动机损耗节省值ΔE1和其它损耗增加值ΔE2两者决定的。为了获得更大的节省能量值ΔE_max，就需要通过优化控制策略来增大ΔE1、降低ΔE2，由于ΔE2主要是由所采用的元器件本身的性能所决定的，所以只能通过增大ΔE1来实现节省能量值的最大化。另外，ΔE1的大小是通过发动机怠速油耗E_w1和发动机充电最优点油耗E_w2二者决定的，E_w1是定值，所以需要尽可能降低E_w2的大小。本发明就是研究探讨通过优化控制策略来实现降低E_w2的目的，其中，E_w2的大小是用发电过程中发动机消耗的油耗值减去发电过程中电池所增加的电量所换算出来的油耗值，所以需要确定电源系统的和发动机的最优工况来减小发电过程中发动机消耗的油耗值并增大发电过程中电池所增加的电量。

基于上述思想，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1所示，实现本发明优化混合动力发动机怠速下工况的方法的实施例一的步骤如下：

101：在混合动力发动机怠速状态下，检测电源系统中储能装置的剩余电量。

在本方案的实施例中，上述储能装置可以采用电池，电池作为能量回收储存的重要部件，在整个优化控制方案中起着十分重要的作用，但超级电容也是一种常用的能量存储装置，在一定程度上可替代电池在混合动力车辆中的应用。

102：如果储能装置的剩余电量小于设定阈值，则根据储能装置的充电状态及其本身性能确定储能装置的可充电功率。

上述设定阈值的大小是根据储能装置的类型而设定的，用于保证储能装置的使用寿命，该阈值由生产厂商提供；可充电功率的确定还要考虑储能装置本身的性能以确保储能装置的安全使用。

103：在保证上述可充电功率的前提下，根据储能装置的可充电功率确定发电机所需提供的第一功率和发动机所需提供的第二功率。

104：控制发电机在第一功率下运行。

105：根据发动机所需提供的第二功率查询最优功率曲线和燃油消耗图，获取最小油耗值对应的功率。

本方案的实施例中，可根据第二功率设定功率查询范围，但该查询范围不能过大，查询范围内的所有功率值大于或等于第二功率，假设第二功率为P，那么查询范围为P≤D≤(1+a％)P。

106：控制发动机以获取到的最小油耗值所对应的功率运行，上述最优功率曲线和燃油消耗图具有一定的参数对应关系，这种对于关系体现在它们的横坐标都为扭矩。

上述实施例一中，实现了混合动力发动机怠速下对储能装置充电的能量优化控制，与传统方式中直接设定发动机的工作功率相比，本方案通过获取储能装置的可充电功率，确定发电机提供的第一功率和发电机提供的第二功率，不但以电能的形式提高了能量回收率，同时还减少了燃油损耗。

参见图2所示，实现本发明优化混合动力发动机怠速下工况的方法的实施例二步骤如下：

201：在混合动力发动机怠速工况下，检测电源系统中储能装置的剩余电量。

202：判断储能装置的剩余电量是否小于设定的阈值，如果小于则允许对储能装置充电，执行步骤203，如果大于则不允许对储能装置充电，此时控制发动机与发电机以传统怠速状态下的功率运行，不再执行下述步骤。

203：检测储能装置的可充电容量和储能装置的温度，可充电容量是指最大存储电量与剩余电量之间的差值。

204：可充电容量与对储能装置充电的电流及电压之间存在一定的对应关系，这种对应关系是预先存储的，根据这种对应关系确定此时对储能装置充电的最佳电流及电压的大小，充电电流与充电电压的乘积即为储能装置的可充电功率，当然还需要考虑安全方面的因素，因为充电电流、充电电压不合理的话可能会造成储能装置如蓄电池不可恢复的损害，甚至发生爆炸，所以要确保充电电流小于设定的电流阈值，充电电压小于设定的电压阈值，用以保证储能装置的使用寿命，电流阈值与电压阈值的大小是由储能装置的生产厂商提供的。

205：判断储能装置的温度是否等于设定温度，是则执行步骤207，否则执行步骤206。

206：当储能装置的温度大于设定温度时，则根据温度值的大小修正上述可充电功率的大小，同时启动冷却系统以降低储能装置的温度，设定温度的大小由储能装置的生产厂商提供。

例如，储能装置的温度的最高上限为30度，那么可以令设定温度为25度，在25度的时候减小可充电功率，从而降低储能装置温度的上升速度，同时启动冷却系统，使储能装置的温度降低到设定温度以下。

207：计算发电机的工作效率值，将储能装置的可充电功率除以发电机的工作效率值所得到的商作为发电机所需提出的第一功率，控制发电机在第一功率下运行。

208：计算发动机的工作效率值，将发电机所需提供的第一功率除以发动机的工作效率值所得到的商作为发动机所需提出的第二功率。

209：在包含发动机所需提出的第二功率的设定数值范围内，查询最优功率曲线和燃油消耗图确定该范围内的所有油耗值，获取这些油耗值中的最小值所对应的功率，控制发动机以该最小油耗值对应的功率运行，最优功率曲线和燃油消耗图具有对应关系。

上述实施例二中，根据预先存储的可充电功率与充电电流和充电电压之间的对应关系，选择合理的充电电压和充电电流以确定可充电功率，可更高的提高充电效率，从而迅速的回收能量，当储能装置的温度大于设定值时，需要调整可充电功率的大小，从而延长储能装置的使用寿命。

参见图3所示，实现本发明优化混合动力发动机怠速下工况的装置包括：检测单元21，用于检测储能装置的剩余电量，其中，储能装置可以为电池或者是超级电容；判断单元22，用于判断储能装置的剩余电量是否小于设定阈值；第一确定单元23，用于当判断单元判断得到的储能装置的剩余电量小于设定阈值时，根据储能装置的充电状态及其本身性能确定储能装置的可充电功率；第二确定单元24，用于根据储能装置的可充电功率确定发电机所需提供的第一功率和发动机所需提供的第二功率；第一控制单元25，用于控制发电机在第一功率下运行；获取单元26，用于根据第二功率查询最优功率曲线和燃油消耗图，获取最小油耗值对应的功率；第二控制单元27，用于控制发动机以获取到的最小油耗值对应的功率运行，最优功率曲线和燃油消耗图具有一定的参数对应关系。

参见图4所示，上述实施例二中第一确定单元包括：参数检测单元231，用于检测储能装置的可充电容量和温度；检查单元232，用于检查储能装置的温度是否为设定温度；存储单元233，用于存储储能装置的可充电容量值与储能装置的充电电流和充电电压之间的对应关系；参数确定单元234，用于当检查单元检查得到的储能装置的温度为设定温度时，根据对应关系确定储能装置的充电电流和充电电压，其中，充电电流小于设定的电流阈值，而充电电压小于设定的电压阈值；乘法单元235，用于将储能装置的充电电流与充电电压的乘积作为储能装置的可充电功率；修正单元236，用于当检查单元检查得到的储能装置的温度大于或小于设定值时，根据该温度值修正储能装置的可充电功率。

其中，上述实施例二中的第二确定单元包括：第一计算单元241，用于将储能装置的可充电功率除以发电机的工作效率值后所得的商作为发电机所需提供的第一功率；第二计算单元242，用于将储能装置的第一功率除以发动机的工作效率值后所得的商作为发动机所需提供的第二功率。

其中，上述实施例二中的获取单元包括：查询单元261，用于在包含储能装置的第二功率的设定数值范围内，查询最优功率曲线和燃油消耗图确定在该范围内对应的所有油耗值；功率获取单元262，用于获取上述查询到的所有油耗值中的最小值所对应的功率。

上述方法中，能量回收系统应尽量选用传递能量效率高的元器件，从而可相对降低发动机所需提供的功率，从更大程度上降低油耗值。

以上所述仅为本发明的优选实施例方式，并不用以限制本发明的保护范围，凡在不脱离本发明的原则下所作的任何改进，均应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种优化混合动力发动机怠速下工况的方法，其特征在于，包括：

检测储能装置的剩余电量；

如果所述剩余电量小于设定阈值，则根据所述储能装置的充电状态及其本身性能确定所述储能装置的可充电功率；

根据所述储能装置的可充电功率确定发电机所需提供的第一功率和发动机所需提供的第二功率；

控制所述发电机在所述第一功率下运行；

根据所述第二功率查询最优功率曲线和燃油消耗图，获取最小油耗值对应的功率；

控制所述发动机以所述最小油耗值对应的功率运行，所述最优功率曲线和燃油消耗图具有对应关系；

其中，所述根据所述储能装置的可充电功率确定发电机所需提供的第一功率和发动机所需提供的第二功率包括:

将所述可充电功率除以发电机的工作效率值后所得的商作为发电机所需提供的第一功率；

将所述第一功率除以发动机的工作效率值后所得的商作为发动机所需提供的第二功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述储能装置的充电状态及其本身性能确定所述储能装置的可充电功率包括：

检测所述储能装置的可充电容量和温度；

如果所述温度为设定温度时，则根据所述可充电容量与所述储能装置的充电电流和充电电压之间的对应关系确定所述充电电流和所述充电电压，所述充电电流小于设定的电流阈值，所述充电电压小于设定的电压阈值；

将所述充电电流与所述充电电压的乘积作为所述储能装置的可充电功率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果所述温度大于设定温度，则根据所述温度修正所述可充电功率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二功率查询最优功率曲线和燃油消耗图，获取最小油耗值对应的功率包括：

在包含所述第二功率的设定数值范围内，查询最优功率曲线和燃油消耗图确定所述范围内对应的所有油耗值；

获取所述所有油耗值中的最小值所对应的功率。

5.一种优化混合动力发动机怠速下工况的装置，其特征在于，包括：

检测单元，用于检测储能装置的剩余电量；

判断单元，用于判断所述剩余电量是否小于设定阈值；

第一确定单元，用于当所述判断单元判断得到的所述剩余电量小于设定阈值时，根据所述储能装置的充电状态及其本身性能确定所述储能装置的可充电功率；

第二确定单元，用于根据所述储能装置的可充电功率确定发电机所需提供的第一功率和发动机所需提供的第二功率；

第一控制单元，用于控制所述发电机在所述第一功率下运行；

获取单元，用于根据所述第二功率查询最优功率曲线和燃油消耗图，获取最小油耗值对应的功率；

第二控制单元，用于控制所述发动机以所述最小油耗值对应的功率运行，所述最优功率曲线和燃油消耗图具有对应关系；

所述第二确定单元包括：

第一计算单元，用于将所述可充电功率除以发电机的工作效率值后所得的商作为发电机所需提供的第一功率；

第二计算单元，用于将所述第一功率除以发动机的工作效率值后所得的商作为发动机所需提供的第二功率。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一确定单元包括：

参数检测单元，用于检测所述储能装置的可充电容量和温度；

检查单元，用于检查所述温度是否为设定温度；

存储单元，用于存储所述可充电容量值与所述储能装置的充电电流和充电电压之间的对应关系；

参数确定单元，用于当所述检查单元检查得到的所述温度为设定温度时，根据所述对应关系确定所述充电电流和所述充电电压，所述充电电流小于设定的电流阈值，所述充电电压小于设定的电压阈值；

乘法单元，用于将所述充电电流与所述充电电压的乘积作为所述储能装置的可充电功率。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定单元还包括：

修正单元，用于当所述检查单元检查得到的所述温度大于设定值时，根据所述温度值修正所述可充电功率。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获取单元包括：

查询单元，用于在包含所述第二功率的设定数值范围内，查询最优功率曲线和燃油消耗图确定所述范围内对应的所有油耗值；

功率获取单元，用于获取所述所有油耗值中的最小值所对应的功率。