CN107650910A - 一种分布式串联混合动力多apu冷启动控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制系统及方法，其特征在于，包括：若干辅助动力单元APU，辅助动力单元APU由互相连接的发动机和发电机组成；若干动力电池组，动力电池组利用发电机的输出电力进行充电；APU协调控制器控制一台APU的发电机调整至转速控制模式，APU控制器控制发电机以设定的转速拖动发动机转动，根据实时检测的发动机参数、发电机参数和电池参数，APU控制器控制发电机将发动机拖至经济转速，实现一台APU的冷启动，当一台APU进入发电模式后，可以根据整车功率需求情况启动其他APU。

Description

一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制系统及方法
技术领域
本发明属于汽车控制技术领域，尤其涉及一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制系统及方法。
背景技术
随着电子、控制技术的发展，发电系统在汽车上的应用日益广泛，为解决日益严峻的环境污染问题和能源匮乏问题，新型的混合动力汽车的开发显得尤为重要。
分布式串联混合动力系统，以其可靠性高、节能、高效、无里程焦虑等显著优点，在重型载货汽车和特种车上应用广泛，特别适合于多轴重型全电驱汽车。
串联式混合动力车辆中的辅助动力单元（Auxliary Power Unit，简称APU）是一种新型的车用发电装置。电系统的响应速度高于机械系统，而串联式混合动力的机械受控制部分主要在APU中，所以APU的响应速度在很大程度上决定了整个动力系统的动态响应特性。
在寒冷环境下，动力电池的放电倍率较小，发动机润滑环境较差，发动机启动阻力较大，对于多APU串联混合动力重型汽车而言，如果直接通过起动机启动所有APU,不但可能造成APU启动失败，而且可能导致动力电池放电倍率过大、发动机润滑不完全，从而影响发动机和电池的寿命。此为现有技术的不足之处。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术存在的缺陷，提供设计一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制系统及方法，以解决上述技术问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制系统，包括：
若干辅助动力单元APU，所述辅助动力单元APU由互相连接的发动机和发电机组成；
若干动力电池组，所述动力电池组利用发电机的输出电力进行充电；
电池管理单元，电池管理单元连接有整车控制器，电池管理单元用于采集动力电池组电池参数输出到整车控制器；
APU管理模块，用于采集发电机和发动机的参数；
APU控制模块，包括APU协调控制器和APU控制器，APU协调控制器和APU控制器分别与发电机和发动机连接；
APU控制器与APU管理模块和整车控制器连接；
APU协调控制器控制一台APU的发电机调整至转速控制模式，APU控制器控制发电机以设定的转速拖动发动机转动，根据实时检测的发动机参数、发电机参数和电池参数，APU控制器控制发电机将发动机拖至经济转速，实现一台APU的冷启动，待一台APU发动机顺利启动以后，整车控制器控制电池管理单元对电池进行加热，电池参数达到设定值时，完成整车的冷启动。
进一步的，该系统还包括：若干驱动电机， 若干动力电池组、若干驱动电机和若干APU通过总线连接；所述驱动电机利用动力电池的放电电力或发电机的发电电力驱动混合动力车辆。
进一步的，APU管理模块包括第一扭矩传感器和第二扭矩传感器；
第二扭矩传感器用来测量发电机输出扭矩；
第一扭矩传感器用来测量发动机摩擦扭矩；
APU协调控制器将一台APU的发电机调整至转速控制模式，并给APU控制器发送目标转速值控制发电机以目标转速拖动发动机转动，第二扭矩传感器实时监测发电机输出扭矩，第一扭矩传感器监测发动机摩擦扭矩降低，发电机输出扭矩达到设定阈值时，APU控制器将控制发电机将发动机拖至经济转速并控制发动机喷油。
进一步的，APU管理模块还包括转速传感器，用来测量发动机的转速；
APU协调控制器根据转速传感器检测发动机转速，将发电机从转速控制模式调整到转矩控制模式，并根据整车功率需求输出相应发电转矩进入发电模式通过驱动电机驱动车辆行驶。
进一步的，所述发电机参数为发电机输出扭矩；发动机参数为发动机摩擦扭矩和发动机转速；电池参数为电池温度。
进一步的，电池管理单元包括控制模块、温度传感器和加热模块；
温度传感器用于测量电池温度，根据电池温度值控制模块发送请求到整车控制器控制加热模块对动力电池组进行加热。
进一步的，电池管理单元还包括检测模块，用于检测动力电池组电池电量；
检测模块检测电池电量发送到控制模块，控制模块根据接收到的电池电量发送信号到整车控制器，并由整车控制器转发给APU协调控制器，通过APU发电机发电电力对动力电池组进行充电。
一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制方法，包括如下步骤：
步骤1：APU协调控制器将一台APU的发电机调整至转速控制模式，并给APU控制器发送目标转速值控制发电机以目标转速拖动发动机转动；
步骤2：APU管理模块采集发电机和发动机的参数；电池管理单元采集电池参数；
步骤3：APU管理模块和电池管理单元分别将所述发电机参数、发动机的参数和电池参数传输到APU控制模块；
步骤4：根据接收到的发动机参数、发电机参数和电池参数，APU控制模块控制发电机将发动机拖至经济转速，实现一台APU的冷启动，待一台APU发动机顺利启动以后，整车控制器控制电池管理单元对电池进行加热，电池参数达到设定值时，完成整车的冷启动。
进一步的，所述发电机参数为发电机输出扭矩；发动机参数为发动机摩擦扭矩和发动机转速；步骤4包括：
若发电机输出扭矩减小到设定阈值时，APU控制器将控制发电机将发动机拖至经济转速并控制发动机喷油，待发动机转速达到稳定值，APU协处理器将发电机从转速控制模式调整到转矩控制模式，并根据整车功率需求输出相应发电转矩进入发电模式。
进一步的，电池参数为电池温度；步骤4还包括：
一台APU进入发电模式后，可以根据整车功率需求情况启动其他APU；此时若电池温度低于最小阈值，控制模块发送请求到整车控制器控制加热模块对电池进行加热，同时检测模块检测电池电量发送到控制模块，控制模块判断电池电量低于设定电量阈值，并发送充电信号到整车控制器，并由整车控制器转发给APU协调控制器，通过APU发电机发电电力随动力电池组进行充电，当电池温度升高到设定工作阈值时，停止电池加热，电池可以以正常倍率充放电，完成冷启动。
本发明的有益效果在于，本发明的技术方案在不影响车辆行驶的情况下完成了多台APU的冷启动，并且在此过程中最大程度的保护发动机和电池，避免冷启动对发动机缸体的损伤，防止动力电池的放电倍率过大影响其使用寿命，具有较好的可靠性、安全性及通用性。这种分布式串联混合动力多APU冷启动控制方法相对传统的启动方式更能节约能源，避免动力电池放电速率过大，更有效的延长电池的使用寿命。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明提供的一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制系统其中一台APU冷启动过程结构连接框图。
图2为本发明提供的一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制系统中多台APU连接框图。
其中，1-APU管理模块，2-APU控制模块，3-APU，4-电池管理单元，5-动力电池组，6-APU控制器，7-APU协调控制器，8-转速传感器，9-第二扭矩传感器，10-第一扭矩传感器，11-整车控制器，12-控制模块，13-温度传感器，14-加热模块，15-检测模块，16-发动机，17-发电机，18-驱动电机。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。
如图1、图2所示，实施例1，一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制系统，包括：
若干辅助动力单元APU3，所述辅助动力单元APU3由互相连接的发动机16和发电机17组成；
若干动力电池组5，所述动力电池组5利用发电机17的输出电力进行充电；
电池管理单元4，电池管理单元4连接有整车控制器11，电池管理单元4用于采集电池参数输出到整车控制器11；
APU管理模块1，用于采集发电机17和发动机16的参数；
APU控制模块2，包括APU协调控制器7和APU控制器6，APU协调控制器7和APU控制器6均分别与发电机17和发动机16连接；
APU控制器6与APU管理模块1和整车控制器11连接；
APU协调控制器7控制一台APU的发电机17调整至转速控制模式，APU控制器6控制发电机17以设定的转速拖动发动机16转动，根据实时检测的发电机17参数、发动机参数和动力电池组5电池参数，APU控制器6控制发电机17将发动机16拖至经济转速，实现一台APU3的冷启动，待一台APU3发动机16顺利启动以后，整车控制器11控制电池管理单元4对电池进行加热，电池参数达到设定值时，完成整车的冷启动。
该系统还包括：
若干驱动电机18，所述驱动电机18利用动力电池组5电池的放电电力或发电机17的发电电力驱动混合动力车辆。
若干动力电池组、若干驱动电机和若干APU通过总线连接。
APU管理模块1包括发电机扭矩传感器9和发动机扭矩传感器10；
发电机扭矩传感器9用来测量发电机17输出扭矩；
发动机扭矩传感器10用来测量发动机16摩擦扭矩；
APU协调控制器7将一台APU的发电机17调整至转速控制模式，并给APU控制器6发送目标转速值控制发电机17以目标转速拖动发动机16转动，发电机扭矩传感器9实时监测发电机17输出扭矩，发动机扭矩传感器10监测发动机16摩擦扭矩降低，发电机17输出扭矩达到设定阈值时，APU控制器6将控制发电机17将发动机16拖至经济转速并控制发动机16喷油。
APU管理模块1还包括转速传感器8，用来测量发动机16的转速；
根据转速传感器8检测发动机16的转速，APU协调控制器7将发电机17从转速控制模式调整到转矩控制模式，并根据整车功率需求输出相应发电转矩进入发电模式通过驱动电机18驱动车辆行驶。
所述发电机参数为发电机输出扭矩，发动机参数为发动机转速和发动机摩擦扭矩；电池参数为电池温度。
电池管理单元4包括控制模块12、温度传感器13和加热模块14；
温度传感器13用于测量动力电池组5电池温度，根据电池温度值控制模块12发送请求到整车控制器11控制加热模块14对动力电池组5进行加热。
电池管理单元4还包括检测模块15，用于检测动力电池组5电池电量；
检测模块15检测动力电池组5电池电量发送到控制模块12，控制模块12根据接收到的电池电量发送信号到整车控制器11，并由整车控制器11转发给APU协调控制器7，通过APU发电机17发电电力对动力电池组5进行充电。
基于上述控制系统的控制方法如下：
步骤1：APU协调控制器7将一台APU3的发电机17调整至转速控制模式，并给APU控制器6发送目标转速值控制发电机17以目标转速拖动发动机16转动；
步骤2：APU管理模块1采集发电机和发动机的参数；电池管理单元4采集电池参数；
步骤3：APU管理模块1和电池管理单元4分别将所述发电机参数、发动机参数和电池参数传输到APU控制模块2；
步骤4：根据接收到的发电机参数、发动机参数和电池参数，APU控制模块2控制发电机17将发动机16拖至经济转速，实现一台APU3的冷启动，待一台APU3发动机16顺利启动以后，整车控制器11控制电池管理单元4对动力电池组5电池进行加热，电池参数达到设定值时，完成整车的冷启动。
所述发电机参数为发电机输出扭矩；发动机参数为发动机转速和发动机的摩擦扭矩；步骤4包括：
若发电机输出扭矩减小到设定阈值时，APU控制器6将控制发电机将发动机拖至经济转速并控制发动机喷油，待发动机转速达到稳定值，APU协处理器将发电机从转速控制模式调整到转矩控制模式，并根据整车功率需求输出相应发电转矩进入发电模式。
电池参数为电池温度；步骤4还包括：
一台APU进入发电模式后，可以根据整车功率需求情况启动其他APU；此时若电池温度低于最小阈值，控制模块12发送请求到整车控制器11控制加热模块14对动力电池组5电池进行加热，同时检测模块15检测动力电池组5电池电量发送到控制模块12，控制模块12判断电池电量低于设定电量阈值，并发送充电信号到整车控制器11，并由整车控制器11转发给APU协调控制器7，通过APU发电机17发电电力随动力电池组5进行充电，当电池温度升高到设定工作阈值时，停止电池加热，电池可以以正常倍率充放电，完成冷启动。
实施例2，当环境温度较低时，动力电池放电倍率较小，发动机机油粘度较大、润滑环境较差,而发动机启动所需功率较常温启动时大。此时为尽量避免动力电池放电倍率过大，APU协调控制器首先将一台APU的发电机调整至转速控制模式，并给APU控制器发送目标转速值控制发电机以较低转速拖动发动机转动，在此过程中发电机扭矩传感器实时监测发电机输出力矩，随着发动机充分润滑，发动机扭矩传感器检测发动机摩擦扭矩降低，当发电机输出扭矩减小到一定阈值后，APU控制器将控制发电机迅速将发动机拖至经济转速并控制发动机喷油，发动机测速传感器检测发动机转速稳定后，APU协调控制器将发电机从转速控制模式调整到转矩控制模式，并根据整车功率需求输出相应发电转矩进入发电模式。
当一台APU进入发电模式后，可以根据整车功率需求情况启动其他APU。此时温度传感器检测电池温度低于正常工作温度，为使动力电池能够正常倍率充放电，控制模块发送请求到整车控制器控制加热模块对电池进行加热，同时检测模块检测电池电量发送到控制模块，控制模块判断电池电量低于设定电量阈值，并发送充电信号到整车控制器，并由整车控制器转发给APU协调控制器，通过APU发电机发电电力对动力电池组进行充电，随着电池温度的升高，动力电池充放电倍率提高，当电池温度升高到25℃以上时，停止电池加热，电池可以以正常倍率充放电，从而完成冷启动。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制系统，其特征在于，包括：
若干辅助动力单元APU，所述辅助动力单元APU由互相连接的发动机和发电机组成；
若干动力电池组，所述动力电池组利用发电机的输出电力进行充电；
电池管理单元，电池管理单元连接有整车控制器，电池管理单元用于采集电池参数输出到整车控制器；
APU管理模块，用于采集发电机和发动机的参数；
APU控制模块，包括APU协调控制器和APU控制器，APU协调控制器和APU控制器分别与发电机和发动机连接；
APU控制器与APU管理模块和整车控制器连接；
APU协调控制器控制一台APU的发电机调整至转速控制模式，APU控制器控制发电机以设定的转速拖动发动机转动，根据实时检测的发动机参数、发电机参数和电池参数，APU控制器控制发电机将发动机拖至经济转速，实现一台APU的冷启动，待一台APU发动机顺利启动以后，整车控制器控制电池管理单元对电池进行加热，电池参数达到设定值时，完成整车的冷启动。
2.根据权利要求1所述的一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制系统，其特征在于，该系统还包括：
若干驱动电机，所述驱动电机利用动力电池的放电电力或发电机的发电电力驱动混合动力车辆。
3.根据权利要求2所述的一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制系统，其特征在于，
APU管理模块包括第二扭矩传感器和第一扭矩传感器；
第二扭矩传感器用来测量发电机输出扭矩；
第一扭矩传感器用来测量发动机摩擦扭矩；
APU协调控制器将一台APU的发电机调整至转速控制模式，并给APU控制器发送目标转速值控制发电机以目标转速拖动发动机转动，第二扭矩传感器实时监测发电机输出扭矩，第一扭矩传感器监测发动机摩擦扭矩降低，发电机输出扭矩达到设定阈值时，APU控制器将控制发电机将发动机拖至经济转速并控制发动机喷油。
4.根据权利要求3所述的一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制系统，其特征在于，
APU管理模块还包括转速传感器，用来测量发动机的转速；
根据转速传感器检测发动机转速，APU协调控制器将发电机从转速控制模式调整到转矩控制模式，并根据整车功率需求输出相应发电转矩进入发电模式通过驱动电机驱动车辆行驶。
5.根据权利要求4所述的一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制系统，其特征在于，
所述发电机参数为发电机输出扭矩；发动机参数为发动机摩擦扭矩和发动机转速；电池参数为电池温度。
6.根据权利要求5所述的一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制系统，其特征在于，
电池管理单元包括控制模块、温度传感器和加热模块；
温度传感器用于测量电池温度，根据电池温度值控制模块发送请求到整车控制器控制加热模块对动力电池组进行加热。
7.根据权利要求6所述的一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制系统，其特征在于，
电池管理单元还包括检测模块，用于检测动力电池组电池电量；
检测模块检测动力电池组电池电量发送到控制模块，控制模块根据接收到的电池电量发送信号到整车控制器，并由整车控制器转发给APU协调控制器，通过APU发电机发电电力对动力电池组进行充电。
8.一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制方法，其特征在于，
包括如下步骤：
步骤1：APU协调控制器将一台APU的发电机调整至转速控制模式，并给APU控制器发送目标转速值控制发电机以目标转速拖动发动机转动；
步骤2：APU管理模块采集发电机和发动机的参数；电池管理单元采集电池参数；
步骤3：APU管理模块和电池管理单元分别将所述发动机的参数、发电机参数和电池参数传输到APU控制模块；
步骤4：根据接收到的发动机参数、发电机参数和电池参数，APU控制模块控制发电机将发动机拖至经济转速，实现一台APU的冷启动，待一台APU发动机顺利启动以后，整车控制器控制电池管理单元对电池进行加热，电池参数达到设定值时，完成整车的冷启动。
9.根据权利要求8所述的一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制方法，其特征在于，所述发电机参数为发电机输出扭矩，发动机参数为发动机摩擦扭矩和发动机转速；步骤4包括：
根据实时监测的发电机输出扭矩，若发电机输出扭矩减小到设定阈值时，APU控制器将控制发电机将发动机拖至经济转速并控制发动机喷油，待发动机转速达到稳定值，APU协处理器将发电机从转速控制模式调整到转矩控制模式，并根据整车功率需求输出相应发电转矩进入发电模式。
10.根据权利要求9所述的一种分布式串联混合动力多APU冷启动控制方法，其特征在于，电池参数为电池温度；步骤4还包括：
一台APU进入发电模式后，根据整车功率需求情况启动其他APU；此时若电池温度低于最小阈值，控制模块发送请求到整车控制器控制加热模块对电池进行加热，同时检测模块检测电池电量发送到控制模块，控制模块判断电池电量低于设定电量阈值，并发送充电信号到整车控制器，并由整车控制器转发给APU协调控制器，通过APU发电机发电电力随动力电池组进行充电，当电池温度升高到设定工作阈值时，停止电池加热，电池可以以正常倍率充放电，完成冷启动。
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