CN108274999A

CN108274999A - 一种新能源汽车余热蓄电装置及其控制方法

Info

Publication number: CN108274999A
Application number: CN201810166254.9A
Authority: CN
Inventors: 王加雪; 张建国; 朱明峰; 曹雷; 刘鹏; 康立聪; 徐德龙
Original assignee: Jilin Hitheng New Energy Automotive Technology Co Ltd
Current assignee: Jilin Hitheng New Energy Automotive Technology Co Ltd
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2018-07-13
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: CN108274999B

Abstract

本发明公开了一种新能源汽车余热蓄电装置，包括：发动机余热利用系统，其设置在汽车发动机位置；变速箱余热利用系统，其设置在汽车变速箱位置；蓄电池组，其包括串联的第一蓄电池和第二蓄电池，其中发电机余热利用系统连接所述第一蓄电池，变速箱余热利用系统连接所述第二蓄电池；控制器，其连接所述发动机余热利用系统、所述变速箱余热利用系统和所述蓄电池，用于分配充电电量和放电电量；其中，所述蓄电池组中每一节蓄电池连接一个所述能量回馈单元，所述每一能量回馈单元连接一个二极管，还公开了一种新能源汽车余热蓄电装置的控制方法。

Description

一种新能源汽车余热蓄电装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车，尤其涉及一种新能源汽车余热蓄电装置和一种新能源汽车余热蓄电控制方法。

背景技术

电动汽车作为以石化燃料为动力的传统汽车替代品，在解决空气污染方面具有独特的优势，蓄电池组作为电动汽车主要动力来源，处于高频次、大电流的充放电状态，当前，常规充电器采用集中模式，蓄电池组作为一个整体，接受充电器送出的电能，充电机可以按照蓄电池充电特性要求，实现蓄电池组整体的技术要求，却无法实现蓄电池组每节蓄电池的均衡充电，即对于蓄电池组内部的差异性，没有采取必要的手段和措施进行处理。这样，很容易导致蓄电池组中某节蓄电池的过充电或欠充电，过充电的蓄电池容量将迅速下降，欠充电的蓄电池将长期充电不足内阻升高，降低蓄电池组的使用寿命，影响了电动汽车整体的经济性。

发明内容

本发明设计开发了一种新能源汽车余热蓄电装置，无需单独的电压均衡时间且放电过程中可以进行均衡操作。

本发明还设计开发了一种新能源汽车余热蓄电装置的控制方法，采用模糊控制方法控制蓄电池的充电和放电，延长电池使用寿命。

本发明提供的技术方案为：

一种新能源汽车余热蓄电装置，包括：

发动机余热利用系统，其设置在汽车发动机位置；

变速箱余热利用系统，其设置在汽车变速箱位置；

蓄电池组，其为串联的多节蓄电池；

控制器，其连接所述发动机余热利用系统、所述变速箱余热利用系统和所述蓄电池，用于分配充电电量和放电电量；

充电单元，用于接受所述控制器发出的控制信号，为所述蓄电池组充电；

能量回馈单元，用于为所对应的蓄电池提供能量回馈通道，接受控制器的指令，按设定电流输出给能量收集单元；

能量收集单元，用于将所述能量回馈单元的电流汇总，然后汇入直流母线为蓄电池组补充电能；

其中，所述蓄电池组中每一节蓄电池对应一个所述能量回馈单元，所述每一能量回馈单元对应一个二极管。

优选的是，所述变速器温差发电片，包括：

吸热板，其设置在所述发动机外侧；

散热片，所述散热片内具有贯穿的降温管；

温差发电片，其设置在所述散热片和所述吸热板之间，所述温差发电片连接蓄电池。

优选的是，所述降温管为多个毛细管。

优选的是，还包括：离心式水泵，其设置在所述散热片进水室，用于将冷却液泵入降温管内。

优选的是，所述蓄电池为铝酸蓄电池。

优选的是，还包括负荷，用于接受所述蓄电池组输出的电流；

所述能量回馈单元包括MOS管、变压器、二极管和电容，所述主控制器通过调节所述MOS管上开关的通断，调节由蓄电池流向所述能量回馈单元的电流，从而调节蓄电池的电压；

所述能量收集单元包括二极管，所述二极管连接在所述能量回馈单元的电流输出端。

一种新能源汽车余热蓄电装置的控制方法，包括：

检测发动机温度T_f和变速箱温度T_b，并检测降温管内温度，计算发动机余热利用系统的温差ΔT_f和变速箱余热利用系统的温差ΔT_b；

当发动机温度T_f≥85℃且ΔT_f≥60℃时，控制器开启离心式水泵，向降温管内泵入冷却液，温差发电片两端产生温差，蓄电池处于充电状态；

当变速器温度T_b≥75℃且ΔT_f≥60℃时，控制器开启离心式水泵，向降温管内泵入冷却液，温差发电片两端产生温差，蓄电池处于充电状态；

将发动机余热利用系统的温差信号、变速箱余热利用系统的温差信号输入模糊控制器，获得离心水泵泵取冷却液的速率，通过设定离心水泵泵取冷却液的速率以控制蓄电池的蓄电效率；

当蓄电池内电量Q≥35％，调节由蓄电池流向所述能量回馈单元的电流，从而调节蓄电池的电压，所述蓄电池流向所述能量回馈单元的电流大小为：

其中，I_SC为短路光生电流，Q为蓄电池内电量，R为负荷电阻，t为电池后备时间，为3～4小时P_L为电池输出功率，V为蓄电池供电电压，K为电池放电效率系数，T为工作温度。

优选的是，所述发动机余热利用系统的温差信号、变速箱余热利用系统的温差信号为：{NB，NM，NS，ZR，PS，PM，PB}，NB表示负大，NM 表示负中，NS表示负小，ZR表示零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大，它们的论域为：{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。

优选的是，所述离心水泵泵取冷却液的速率的模糊集为{NB，NM，NS， ZR，PS，PM，PB}，NB表示很短，NM表示短，NS表示较短，ZR表示中， PS表示较长，PM表示长，PB表示很长，它们的论域为：{-6，-5，-4，-3， -2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。

优选的是，所述模糊控制器的输入和输出变量的隶属度函数均选择三角形隶属度函数。

本发明的有益效果

本发明所提供的蓄电池组电压均衡装置，与现有技术相比较，由于蓄电池组电压均衡在蓄电池组放电的同时进行，提高了放电的容量，减小了过放风险，还提供一种新能源汽车余热蓄电装置的控制方法，采用模糊控制方法控制蓄电池的充电和放电，延长电池使用寿命。

附图说明

图1为本发明所述的新能源汽车余热蓄电装置的结构示意图。

图2为本发明所述的发动机余热利用系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供的新能源汽车余热蓄电装置，包括：发动机余热利用系统110、变速箱余热利用系统120和蓄电池组130。

如图2所示，发动机余热利用系统110，包括：发动机吸热板111、发动机散热片112和发动机温差发电片113，其中，发动机吸热板111贴合设置在发动机外侧；发动机散热片112内具有贯穿的降温管；发动机温差发电片113 设置在发动机散热片112和发动机吸热板111之间，发动机温差发电片113 连接第一蓄电池。

变速箱余热利用系统120，包括变速箱吸热板、变速器散热片和变速箱温差发电片，其中变速箱吸热板贴合设置在变速箱外，变速箱散热片内具有贯穿的降温管，变速箱温差发电片设置在变速箱吸热板和变速箱散热片之间，变速箱温差发电片连接第二蓄电池。第一蓄电池和第二蓄电池串联组成蓄电池组，蓄电池为铝酸蓄电池，作为一种优选，降温管为多个毛细管。

如图1所示，控制器连接发动机余热利用系统110、变速箱余热利用系统120和蓄电池组，用于分配充电电量和放电电量；充电单元，用于接受所述控制器发出的控制信号，为蓄电池组充电；能量回馈单元，用于为所对应的蓄电池提供能量回馈通道，接受控制器的指令，按设定电流输出给能量收集单元；能量收集单元，用于将能量回馈单元的电流汇总，然后汇入直流母线为蓄电池组补充电能；其中，所蓄电池组中每一节蓄电池对应一个能量回馈单元，每一能量回馈单元对应一个二极管。

离心式水泵，其设置在散热片进水室，用于将冷却液泵入降温管内。

负荷，用于接受蓄电池组输出的电流，其中负荷包括汽车雨刷器，空调，仪表指示灯、车内照明灯等；能量回馈单元包括MOS管、变压器、二极管和电容，主控制器通过调节所述MOS管上开关的通断，调节由蓄电池流向所述能量回馈单元的电流，从而调节蓄电池的电压；能量收集单元包括二极管，二极管连接在所述能量回馈单元的电流输出端。

一种新能源汽车余热蓄电装置的控制方法，包括：

当发动机温度T_f≥85℃且ΔT_f≥60℃时，控制器开启离心式水泵，向降温管内泵入冷却液，温差发电片两端产生温差，第一蓄电池处于充电状态；

当变速器温度T_b≥75℃且ΔT_f≥60℃时，控制器开启离心式水泵，向降温管内泵入冷却液，温差发电片两端产生温差，第二蓄电池处于充电状态；

为保证蓄电池充电效果，，利用模糊控制方法控制离心水泵的速率，具体过程包括：

将发动机余热利用系统的温差信号ΔT_f、变速箱余热利用系统的温差信号 ΔT_b输入模糊控制器，

其中，ΔT_f、ΔT_b的实际变化范围分别为[-1070]，[060]；ΔT_f、ΔT_b的离散论域均为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}

则比例因子为k₁＝6/40，k₂＝6/30

定义模糊子集及隶属函数

把发动机余热利用系统的温差信号ΔT_f分为七个模糊状态，PB(正大)， PM(正中)，PS(正小)，0(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出发动机余热利用系统的温差信号ΔT_f的隶属度函数表，如表1所示。

表1温差信号ΔT_f的隶属度函数表

把变速箱余热利用系统的温差信号ΔT_b分为七个模糊状态，PB(正大)， PM(正中)，PS(正小)，0(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出变速箱余热利用系统的温差信号ΔT_b的隶属度函数表，如表2所示。

表2温差信号ΔT_b的隶属度函数表

ω	-6	-5	-4	-3	-2	-1	-0	+1	+2	+3	+4	+5	+6
														PB	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0.2	0.7	1.0
PM	0	0	0	0	0	0	0	0	0.2	0.8	1.0	0.8	0.2
														PS	0	0	0	0	0	0	0	0.8	1.0	0.8	0.2	0	0
0	0	0	0	0	0	0.5	1.0	0.5	0	0	0	0	0
														NB	0	0	0.2	0.8	1.0	0.8	0	0	0	0	0	0	0
NM	0.2	0.8	1.0	0.8	0.2	0	0	0	0	0	0	0	0
														NS	1.0	0.7	0.2	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

模糊推理过程必须执行复杂的矩阵运算，计算量非常大，在线实施推理很难满足控制系统实时性的要求，本发明采用查表法进行模糊推理运算，模糊推理决策采用双输入单输出的方式。

通过经验可以总结出模糊控制器的初步控制规则，其中参数q控制规则见表3

模糊控制器根据得出的模糊值对输出信号进行解模糊化，得到离心水泵泵取冷却液的速率，求模糊控制查询表，由于论域是离散的，模糊控制规则及可以表示为一个模糊矩阵，采用单点模糊化，求出模糊控制查询表，获得离心水泵泵取冷却液的速率，通过设定离心水泵泵取冷却液的速率以控制蓄电池的蓄电效率；

当第一电池蓄电量为85％时，离心泵停止工作，发动机和降温管之间的温差变小，发动机温差发电片产生电流变小，当第一电池蓄电量为95％时，充电单元210断开，第一电池蓄电完成。

当第二电池蓄电量为85％时，离心泵停止工作，变速箱和降温管之间的温差变小，变速箱温差发电片产生电流变小，第二电池蓄电量为95％时，充电单元210断开，第二电池蓄电完成。

当蓄电池内电量Q≥35％，调节由蓄电池流向所述能量回馈单元的电流，从而调节蓄电池的电压，蓄电池流向所述能量回馈单元的电流为

其中，I_SC为短路光生电流，Q为蓄电池内电量，R为负荷电阻，t为时间常数，为3689s,V为蓄电池供电电压，K为常数，T为工作温度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.一种新能源汽车余热蓄电装置，其特征在于，包括：

发动机余热利用系统，其设置在汽车发动机位置；

变速箱余热利用系统，其设置在汽车变速箱位置；

蓄电池组，其包括串联的第一蓄电池和第二蓄电池，其中发电机余热利用系统连接所述第一蓄电池，变速箱余热利用系统连接所述第二蓄电池；

其中，所述蓄电池组中每一节蓄电池连接一个所述能量回馈单元，所述每一能量回馈单元连接一个二极管。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车余热蓄电装置，其特征在于，所述发动机余热利用系统，包括：

发动机吸热板，其设置在所述发动机外侧；

发动机散热片，其内部具有贯穿的降温管；

发动机温差发电片，其设置在所述发动机散热片和所述发动机吸热板之间，所述发动机温差发电片连接所述第一蓄电池；

所述变速箱余热利用系统，包括：

变速箱吸热板，其设置在所述发动机外侧；

变速箱散热片，其内部具有贯穿的降温管；

变速箱温差发电片，其设置在所述变速箱散热片和所述变速箱吸热板之间，所述变速箱温差发电片连接所述第二蓄电池。

3.根据权利要求2所述的新能源汽车余热蓄电装置，其特征在于，所述降温管为多个毛细管。

4.根据权利要求3所述的新能源汽车余热蓄电装置，其特征在于，还包括：

冷却箱，其设置在所述汽车底部，用于盛装冷却液，连接降温管，所述冷却箱外侧具有散热机构；

离心式水泵，其设置在所述降温管和所述冷却箱之间，用于将冷却液泵入降温管内。

5.根据权利要求1所述的新能源汽车余热蓄电装置，其特征在于，所述蓄电池为铝酸蓄电池。

6.根据权利要求1所述的新能源汽车余热蓄电装置，其特征在于，还包括负荷，用于接受所述蓄电池组输出的电流；

所述能量回馈单元包括MOS管、变压器、二极管和电容，所述控制器通过调节所述MOS管上开关的通断，调节由蓄电池流向所述能量回馈单元的电流，从而调节蓄电池的电压；

7.一种新能源汽车余热蓄电装置的控制方法，使用如权利要求1-6中任一项所述的新能源汽车余热蓄电装置，其特征在于，包括：

当蓄电池内电量Q≥35％，采用蓄电池为负荷蓄电，调节由蓄电池流向所述能量回馈单元的电流，从而调节蓄电池的电压，所述蓄电池流向所述能量回馈单元的电流大小为：

8.根据权利要求7所述的新能源汽车余热蓄电装置的控制方法，其特征在于，所述发动机余热利用系统的温差信号、变速箱余热利用系统的温差信号为：{NB，NM，NS，ZR，PS，PM，PB}，NB表示负大，NM表示负中，NS表示负小，ZR表示零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大，它们的论域为：{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。

9.根据权利要求7所述的新能源汽车余热蓄电装置的控制方法，其特征在于，所述离心水泵泵取冷却液的速率的模糊集为{NB，NM，NS，ZR，PS，PM，PB}，NB表示很短，NM表示短，NS表示较短，ZR表示中，PS表示较长，PM表示长，PB表示很长，它们的论域为：{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。

10.根据权利要求8或9所述的新能源汽车余热蓄电装置的控制方法，其特征在于，所述模糊控制器的输入和输出变量的隶属度函数均选择三角形隶属度函数。