CN109050519A - 车辆混合动力系统、车辆及控制方法 - Google Patents

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梁亚军
刘春欢
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Abstract

本发明提出一种车辆混合动力系统、车辆及控制方法，包括ISG电机、双向逆变器、双向DC/DC变换器、超级电容模组/锂电容模组及整车控制器，所述ISG电机与所述发动机轴连，所述整车控制器与所述ISG电机、所述双向逆变器、双向DC/DC变换器及所述超级电容模组/锂电容模组连接，所述双向逆变器与所述ISG电机及所述超级电容模组/锂电容模组连接，所述双向DC/DC变换器与所述超级电容模组/锂电容模组及所述蓄电池连接。本发明所述超级电容模组/锂电容模组具有更高的功率相应速度，能够实现电能的快速储存和放电，蓄电池仅作为电能的储存不进行大功率充放电，延长了蓄电池的寿命。

Description

车辆混合动力系统、车辆及控制方法
技术领域
本发明属于车辆技术领域，尤其涉及车辆混合动力系统、车辆及控制方法。
背景技术
现有技术中，48V系统多采用铅酸电池，部分采用已锂电池。这类电池的不足之处在于电池本身的安全性低、功率密度小和循环寿命短。由于电池本身功率密度小的问题，而且加之电池循环寿命比较低，这两者不足直接导致现有的技术中很少具备制动能回收功能，造成了部分能源的浪费；电池功率低的问题也限制了整个系统结构上的优化、发展，由于电池可提供的功率有限，导致配套的电机功率相对比较小，在发动机起动过程中，电机使其能够达到的发动机转速有限，导致发动机刚起步时的转速下燃油燃烧也不够充分，造成污染。
鉴于此，为了解决上述问题有必要提供一种车辆混合动力系统、车辆及控制方法。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出一种车辆混合动力系统、车辆及控制方法，该车辆混合动力系统、车辆及控制方法能够相应大功率需求，同时延长了原蓄电池的使用寿命。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种车辆混合动力系统，包括蓄电池、起动机、发动机及整车控制器，所述整车控制器分别与所述起动机、所述蓄电池及所述发动机网络连接，所述蓄电池与所述起动机电连接，所述起动机与所述发动机皮带连接，该系统还包括ISG电机、双向逆变器、双向DC/DC变换器、超级电容模组/锂电容模组及整车控制器；
所述整车控制器用于控制所述双向逆变器与所述双向DC/DC变换器能量的双向流动，监测所述超级电容模组/锂电容模组的剩余电量及控制所述ISG电机的启停；
所述ISG电机与所述发动机轴连，所述整车控制器还分别与所述ISG电机、所述双向逆变器、双向DC/DC变换器及所述超级电容模组/锂电容模组网络连接，所述双向逆变器分别与所述ISG电机及所述超级电容模组/锂电容模组电连接，所述双向DC/DC变换器分别与所述超级电容模组/锂电容模组及所述蓄电池电连接。
作为优选，所述车辆混合动力系统还包括离合器及变速箱，所述ISG电机与所述离合器轴连接，所述离合器与所述变速箱轴连接。
作为优选，所述超级电容模组/锂电容模组为48V超级电容模组/锂电容模组，所述蓄电池为12V蓄电池，所述起动机为12V起动机。
作为优选，所述超级电容模组/锂电容模组为48V超级电容模组/锂电容模组，所述蓄电池为24V蓄电池，所述起动机为24V起动机。
一种车辆，包括主动悬架、电子助力转向架及前述的车辆混合动力系统，所述超级电容模组/锂电容模组与所述主动悬架及所述电子助力转向架电连接。
作为优选，所述车辆还包括车载电子仪器、空调、涡轮增压器及辅助控制器，所述蓄电池与所述车载电子仪器、所述空调、所述涡轮增压器、所述辅助控制器及所述整车控制器电连接。
一种车辆混合动力控制方法，基于前述的车辆混合动力系统，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：
车辆冷启动过程中，整车控制器控制蓄电池为起动机供电以启动发动机，待所述发动机至指定转速后关闭所述起动机；
车辆在制动过程中，ISG电机将动能转化为电能，所述整车控制器通过控制双向逆变器将电能储存于超级电容模组/锂电容模组中；
所述发动机处于怠速状态时，所述整车控制器控制所述发动机熄火；
车辆再次启动时，所述整车控制器控制所述超级电容模组/锂电容模组瞬间给所述ISG电机大功率供电，快速启动所述发动机至指定转速后关闭所述ISG电机。
作为优选，所述控制方法还包括：
所述整车控制器预设超级电容模组/锂电容模组剩余电量的上限值、中间值及下限值，并实时监测所述超级电容模组/锂电容模组的剩余电量；
所述超级电容模组/锂电容模组的剩余电量低于下限值时，所述整车控制器通过控制双向DC/DC变换器使蓄电池为所述超级电容模组/锂电容模组充电并充电至所述超级电容模组/锂电容模组剩余电量的中间值；
所述超级电容模组/锂电容模组的剩余电量高于上限值时，所述整车控制器通过增加与所述超级电容模组/锂电容模组连接的电子器件的功率以消耗电能使所述超级电容模组/锂电容模组的剩余电量处于中间值。
本发明的优点和积极效果在于：
1.本发明的车辆混合动力系统、车辆及控制方法制动过程中，所述超级电容模组/锂电容模组具有更高的功率相应速度，制动能量回收过程可以将电能快速储存，车辆加速过程中能够快速放电，为所述ISG电机大功率供电可以使发动机快速的进入燃油经济性高的转速区间内，使所述发动机运行过程的前期更节油，而且在整车运行过程中大的功率需求响应更平稳、迅速，例如电子助力转向架、主动悬架控制等，蓄电池仅仅作为电能的储存，不进行大功率充放电，延长了系统中原有蓄电池的使用寿命。
2.本发明的所述车辆混合动力系统、车辆及控制方法，实时维持所述超级电容模组/锂电容模组剩余电量处于中间值，使得所述超级电容模组/锂电容模组中有足够的能量够保证车辆的一次启停或者爬坡助力，也有足够的空间来储存车辆一次制动能回收过程产生的电量。
3.本发明的所述车辆混合动力系统、车辆及控制方法保留了原有车的蓄电池和起动机，同时采用48V超级电容模组/锂电容模组无需配备专用的高压器件，用于对现有传统车改造实现简单。
附图说明
图1为本发明车辆的结构示意图；
图中：11、蓄电池；12、起动机；13、发动机；14、整车控制器；15、离合器；16、变速箱；21、ISG电机；22、双向逆变器；23、双向DC/DC变换器；24、超级电容模组/锂电容模组；31、主动悬架；32、电子助力转向架；33、车载电子仪器；34、空调；35、涡轮增压器；36、辅助控制器。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。在本发明的描述中，需要说明的是，图1中“-----”表示CAN总线，表示轴连接，“——”表示电连接。
如图1所示，一种车辆混合动力系统，包括蓄电池11、起动机12、发动机13及整车控制器14，所述整车控制器14分别与所述起动机12、所述蓄电池11及所述发动机13网络连接，所述蓄电池11与所述起动机12电连接，所述起动机12与所述发动机13皮带连接，所述整车控制器14用于控制所述蓄电池11为所述起动机12供电以使所述发动机13至指定转速同时实时监测所述发动机13的转速，该系统还包括ISG电机21、双向逆变器22、双向DC/DC变换器23、超级电容模组/锂电容模组24及整车控制器14；所述双向逆变器22在车辆启动时将48V直流电转换为交流电，在车辆制动能量回收时将交流电转换为直流电；所述双向DC/DC变换器23用于不同电压等级之间能量的相互转换(所述双向逆变器22及所述DC/DC变换器为现有技术，此处不再冗余阐述)；所述整车控制器14用于控制所述双向逆变器22与所述双向DC/DC变换器23能量的双向流动，监测所述超级电容模组/锂电容模组24的剩余电量及控制所述ISG电机21的启停；所述ISG电机21与所述发动机13轴连，所述整车控制器14分别与所述ISG电机21、所述双向逆变器22、双向DC/DC变换器23及所述超级电容模组/锂电容模组24网络连接，所述双向逆变器22分别与所述ISG电机21及所述超级电容模组/锂电容模组24电连接，所述双向DC/DC变换器23分别与所述超级电容模组/锂电容模组24及所述蓄电池11电连接。
本发明的车辆混合动力系统、车辆及控制方法制动过程中，所述超级电容模组/锂电容模组24作为主电源，所述蓄电池11作为辅助电源，所述超级电容模组/锂电容模组24具有更高的功率相应速度，制动能量回收过程可以将电能快速储存，车辆加速过程中能够快速放电，为所述ISG电机21大功率供电可以使发动机13快速的进入燃油经济性高的转速区间内，使所述发动机13运行过程的前期更节油，而且在整车运行过程中大的功率需求响应更平稳、迅速，例如电子助力转向架32、主动悬架31控制等，所述蓄电池11仅仅作为电能的储存，不进行大功率充放电，延长了系统中原有蓄电池11的使用寿命。
继续参见图1，所述车辆混合动力系统还包括离合器15及变速箱16，所述ISG电机21与所述离合器15轴连接，所述离合器15与所述变速箱16轴连接，所述变速箱16连接整车结构(图未示出)。
进一步地，所述超级电容模组/锂电容模组24为48V超级电容模组/锂电容模组，所述蓄电池11为12V蓄电池，所述起动机12为12V起动机，该电压等级下的蓄电池和起动机用于乘用车。
进一步地，所述超级电容模组/锂电容模组24为48V超级电容模组/锂电容模组，所述蓄电池11为24V蓄电池，所述起动机12为24V起动机，该电压等级下的蓄电池和起动机用于商用车。
本发明采用所述48V超级电容模组/锂电容模组与同电压等级的电池相比具有更高的功率，可以匹配更高功率的起动电机，高功率的启动电机具有更高的转速，在起动所述发动机13过程中可以把发动机13转速带动到更靠近最佳燃油经济性的转速区间，使发动机13运行过程的前期更节油。
一种车辆，包括主动悬架31、电子助力转向架32及前述的车辆混合动力系统，所述超级电容模组/锂电容模组24与所述主动悬架31及所述电子助力转向架32电连接。
进一步地，所述车辆还包括车载电子仪器33、空调34、涡轮增压器35及辅助控制器36，所述蓄电池11与所述车载电子仪器33、所述空调34、所述涡轮增压器35、所述辅助控制器36及所述整车控制器14电连接，所述辅助控制器36为冷却系统控制器等车载控制器；由于所述超级电容模组/锂电容模组24的能量密度低，如果单纯采用所述超级电容模组/锂电容模组24，在能量上无法满足整车车载电子仪器33、空调34和控制器等能量的需求。
一种车辆混合动力控制方法，基于前述的车辆混合动力系统，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：
车辆冷启动过程中，整车控制器14控制蓄电池11为起动机12供电以启动发动机13，待所述发动机13至指定转速后关闭所述起动机12，汽车在冷启动过程中，所述发动机13气缸壁机油的含量和整车中机油的温度都比较低，如果冷启动过程中ISG电机21直接采用大功率启动，对所述发动机13伤害较大；
车辆在制动过程中，ISG电机21将动能转化为电能，所述整车控制器14通过控制双向逆变器22将电能储存于超级电容模组/锂电容模组24中，该过程中不向所述蓄电池11充电；
所述发动机13处于怠速状态时，所述整车控制器14控制所述发动机13熄火；
车辆再次启动时，所述整车控制器14控制所述超级电容模组/锂电容模组24瞬间给所述ISG电机21大功率供电，快速启动所述发动机13至指定转速后关闭所述ISG电机21，把所述发动机13转速迅速带动到更靠近最佳燃油经济性的转速区间，使发动机13运行过程的前期更节油。
进一步地，所述控制方法还包括：
所述整车控制器14预设超级电容模组/锂电容模组24剩余电量的上限值、中间值及下限值，并实时监测所述超级电容模组/锂电容模组24的剩余电量；
所述超级电容模组/锂电容模组24的剩余电量低于下限值时，所述整车控制器14通过控制双向DC/DC变换器23使蓄电池11为所述超级电容模组/锂电容模组24充电并充电至所述超级电容模组/锂电容模组24剩余电量的中间值；
所述超级电容模组/锂电容模组24的剩余电量高于上限值时，所述整车控制器14通过增加与所述超级电容模组/锂电容模组24连接的电子器件的功率以消耗电能使所述超级电容模组/锂电容模组24的剩余电量处于中间值。
本发明的所述车辆混合动力系统、车辆及控制方法，实时维持所述超级电容模组/锂电容模组24剩余电量处于中间值，使得所述超级电容模组/锂电容模组24中有足够的能量够保证车辆的一次启停或者爬坡助力，也有足够的空间来储存车辆一次制动能回收过程产生的电量。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种车辆混合动力系统，包括蓄电池、起动机、发动机及整车控制器，所述整车控制器分别与所述起动机、所述蓄电池及所述发动机网络连接，所述蓄电池与所述起动机电连接，所述起动机与所述发动机皮带连接，其特征在于：该系统还包括ISG电机、双向逆变器、双向DC/DC变换器、超级电容模组/锂电容模组及整车控制器；
所述整车控制器用于控制所述双向逆变器与所述双向DC/DC变换器能量的双向流动，监测所述超级电容模组/锂电容模组的剩余电量及控制所述ISG电机的启停；
所述ISG电机与所述发动机轴连，所述整车控制器还分别与所述ISG电机、所述双向逆变器、双向DC/DC变换器及所述超级电容模组/锂电容模组网络连接，所述双向逆变器分别与所述ISG电机及所述超级电容模组/锂电容模组电连接，所述双向DC/DC变换器分别与所述超级电容模组/锂电容模组及所述蓄电池电连接。
2.根据权利要求1所述的车辆混合动力系统，其特征在于：所述车辆混合动力系统还包括离合器及变速箱，所述ISG电机与所述离合器轴连接，所述离合器与所述变速箱轴连接。
3.根据权利要求1所述的车辆混合动力系统，其特征在于：所述超级电容模组/锂电容模组为48V超级电容模组/锂电容模组，所述蓄电池为12V蓄电池，所述起动机为12V起动机。
4.根据权利要求1所述的车辆混合动力系统，其特征在于：所述超级电容模组/锂电容模组为48V超级电容模组/锂电容模组，所述蓄电池为24V蓄电池，所述起动机为24V起动机。
5.一种车辆，其特征在于：包括主动悬架、电子助力转向架及权利要求1至4任一项所述的车辆混合动力系统，所述超级电容模组/锂电容模组与所述主动悬架及所述电子助力转向架电连接。
6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于：所述车辆还包括车载电子仪器、空调、涡轮增压器及辅助控制器，所述蓄电池与所述车载电子仪器、所述空调、所述涡轮增压器、所述辅助控制器及所述整车控制器电连接。
7.一种车辆混合动力控制方法，基于权利要求1至4任一项所述的车辆混合动力系统，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：
车辆冷启动过程中，整车控制器控制蓄电池为起动机供电以启动发动机，待所述发动机至指定转速后关闭所述起动机；
车辆在制动过程中，ISG电机将动能转化为电能，所述整车控制器通过控制双向逆变器将电能储存于超级电容模组/锂电容模组中；
所述发动机处于怠速状态时，所述整车控制器控制所述发动机熄火；
车辆再次启动时，所述整车控制器控制所述超级电容模组/锂电容模组瞬间给所述ISG电机大功率供电，快速启动所述发动机至指定转速后关闭所述ISG电机。
8.根据权利要求7所述的车辆混合动力控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括：
所述整车控制器预设超级电容模组/锂电容模组剩余电量的上限值、中间值及下限值，并实时监测所述超级电容模组/锂电容模组的剩余电量；
所述超级电容模组/锂电容模组的剩余电量低于下限值时，所述整车控制器通过控制双向DC/DC变换器使蓄电池为所述超级电容模组/锂电容模组充电并充电至所述超级电容模组/锂电容模组剩余电量的中间值；
所述超级电容模组/锂电容模组的剩余电量高于上限值时，所述整车控制器通过增加与所述超级电容模组/锂电容模组连接的电子器件的功率以消耗电能使所述超级电容模组/锂电容模组的剩余电量处于中间值。
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