CN110281908A - 一种混合动力汽车自适应防亏电自启动系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车自适应防亏电自启动系统及其控制方法，主要包括无线收发模块、自适应模块、SOC模块、蓄电池、控制器、发动机和双转子电机，控制器分别通过线束与无线收发模块、自适应模块、SOC模块和蓄电池相连接。本发明中所应用的自适应控制，通过调整检测周期，提高了预测的准确性，有效解决了汽车久置状况下的蓄电池亏电问题，避免了实时检测情况下资源浪费问题，提高了固定周期检测下检测有效性，通过在同一温度和地域范围内，通过对比电量减少到设定值范围的各检测周期的大小，可预测出蓄电池的寿命情况，车主可根据预测结果，选择更换蓄电池，优化车主使用体验。

Description

一种混合动力汽车自适应防亏电自启动系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种自适应防亏电自启动系统，尤其涉及一种混合动力汽车自适应防亏电自启动系统及其控制方法。

背景技术

双转子混合动力汽车采用动力蓄电池供电，双转子混合动力汽车久置情况下，蓄电池自放电以及车载电器会消耗蓄电池中所剩电量，造成蓄电池亏电，继而会导致混合动力汽车无法正常启动，蓄电池使用寿命降低。同时，双转子混合动力汽车对于蓄电池电量信息的采集一般采用持续实时检测或者固定周期检测，造成资源浪费以及不能适应不同掉电速度的情况，检测有效性较低的问题。

中国专利“一种汽车电瓶防亏电智能系统”（授权号：CN106114232B）和中国专利“一种低压蓄电池的充电控制方法、装置及汽车”（授权号：CN107253448A）均能够通过实时检测蓄电池所剩电量，自动补电，避免了汽车蓄电池亏电，提高了蓄电池使用寿命，但均存在实时检测电量造成电量和燃油消耗大的资源浪费问题，增加了车主的使用成本，并且存在电量检测实现的功能单一问题。

中国专利“一种汽车蓄电池监控方法及系统”（授权号：CN106025399B）和中国专利“一种利用无线充电技术防止汽车亏电的装置”（申请号：CN205489726U）均采取间断性采集蓄电池的状态，虽有效减少了电量以及燃油的消耗但不能灵活适应不同温度和地域情况下，蓄电池掉电速度不同的情况，当两次检测之间出现蓄电池出现亏电状况时，无法实现及时补电，不利于保护蓄电池。

发明内容

本发明针对双转子电机混合动力汽车蓄电池亏电所引发的汽车无法正常启动，实时检测下资源浪费问题，提供了一种混合动力汽车自适应防亏电自启动系统及其控制方法。

本发明的技术方案是：

一种混合动力汽车自适应防亏电自启动系统，主要包括双转子电机，与双转子电机内转子固定连接的发动机，控制器，以及通过线束分别与控制器连接的无线收发模块、自适应模块、SOC模块和蓄电池。

上述技术方案中，所述双转子电机，主要包括内转子、位于内转子外侧，与内转子间隙配合的外转子，和位于外转子外侧，与外转子间隙配合的定子；

所述内转子上设置有电刷和内转子线圈，外转子上设置有永磁体，定子上设置有定子线圈；

所述内转子与发动机固定连接，外转子与汽车传动轴相连，双转子电机具有无级自动变速器的功能，在驱动时，来自发动机的动力经内转子后可以分成两部分，一部分通过电机磁场作用在外转子上，由外转子直接向传动轴输出机械动力，另一部分利用内转子与外转子的转速差，由内转子发电，产生的电流经过控制器变频后，输送给定子线圈供电，继而给外转子提供附加转矩；

所述内转子线圈通过电刷与控制器相连接；

所述定子线圈通过线束与控制器相连接，控制器可分别控制蓄电池通向内转子线圈和定子线圈电流的大小和通断；

所述双转子电机与发动机固定连接，在控制器通过电刷对内转子线圈通电情况下，内转子可以带动发动机启动，同时，在发动机转动之后，控制器切断对电刷的供电，由发动机运转带动内转子转动，设置在内转子上的内转子线圈随着内转子转动，内转子线圈上会产生电流，电流可以经过电刷、控制器变频后向蓄电池供电，控制器与电池的连接也可以采用被控制器控制通断的线路连接，并经逆变器整流成直流为蓄电池充电，实现车辆发动机对蓄电池的充电功能。

上述技术方案中，所述无线收发模块通过无线信号与手机端相连接，实现了手机端和控制器之间的信息传递；

所述自适应模块通过线束与SOC模块和控制器相连接，接收来自SOC模块所检测的电量信息，对信息进行处理运算之后将计算结果发送给控制器进行自适应控制；

所述SOC模块通过线束与控制器和蓄电池相连，根据控制器的指令对蓄电池的电量进行变周期检测。

上述技术方案中，所述自适应模块与SOC模块采用间歇式的工作模式；当汽车处于静置状态时，SOC模块按照固定的周期T对蓄电池电量信息进行检测，并将信息发送给自适应模块，自适应模块计算出SOC模块下一次工作时间t，将计算结果传递给控制器，控制器在达到指定时间t时对SOC模块下达工作指令；在未到达指定时间t之前，自适应模块与SOC模块均处于断电状态。

上述技术方案中，所述SOC模块采用变周期的检测方法，在到达指定时间t之后，SOC模块对蓄电池电量信息进行一次检测，得到电量值Q，自适应模块将电量值Q与电量设定值q进行比较分析，若Q小于等于q，则对蓄电池进行补电，否则，则根据Q与q之差，判断选择出SOC模块下一步对蓄电池电量检测的周期。

上述技术方案中，为方便描述自适应控制方法，标记检测周期为T，电量值为Q，电量设定值为q，检测时间为t，双转子电机混合动力汽车正常启动所需的最低电量值为M，其中，自适应控制具体过程包括：

①SOC模块按照检测周期T对Q分别实施3次检测，并将数据通过线束传递到自适应模块中；

②自适应模块对接收的数据进行分析运算，以检测时间为自变量，电量值为因变量，采用最小二乘法，将采集的数据耦合成直线函数y=ax+b；

③将q=y代入到函数中，求解x；

④求解出x=t；

⑤在t时检测Q；

⑥判断Q-q＞M，则检测周期T增大为2T，按照新的检测周期，进入步骤①；

⑦判断Q-q＞0.5M，则检测周期T减小为T/4，按照新的检测周期，进入步骤①；

⑧若Q-q＞0，则检测周期T减为T/8，按照新的检测周期，进入步骤①；

⑨开启充电功能。

本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：

1.通过变周期检测剩余电量，及时传递信息，实现及时补电，避免出现因车辆长时间静置存放而造成的蓄电池亏电问题以及蓄电池自身损坏，无法充电问题，解决了蓄电池亏电的烦恼，延长了蓄电池的寿命，保证了车辆长期搁置仍能正常启动，提高了车辆使用的有效性。

2.通过耦合得到的函数，计算出预测时间，对该时间的所剩电量进行检测，将检测电量与电量设定值做出比较，继而修正直线函数，调整检测周期，提高了直线函数预测的准确性，大大减少了SOC模块对蓄电池的检测次数，以及各个模块之间的信息传递次数，降低了燃油以及电量的消耗，避免了实时检测情况下的资源浪费问题，有效减少了车主的使用成本。

3.在同一温度和地域范围内，通过对比检测电量值减少到电量设定值的各个检测周期的大小，可预测出蓄电池的寿命情况，车主可根据预测结果，选择更换蓄电池，优化车主使用体验。

4.判断条件采用范围量化，将检测误差，信息传递时滞考虑在内，避免了出现蓄电池实际所剩电量过低无法正常开启充电功能的问题，有利于降低系统误差对预测结果有效性的影响。

5.手机端与无线模块之间的连接，能将检测周期、检测周期对比结果和工作进度发送给车主，实现混合动力汽车与车主之间的信息连接，车主能够借此了解汽车的状态，同时，车主可以根据检测周期对比结果，及时更换电池，避免出现混合动力汽车无法正常行驶问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是自适应控制实施流程图；

图3是具体实施例示意图；

图中：1-无线收发模块、2-自适应模块、3-SOC模块、4-蓄电池、5-控制器、6-发动机、7-电刷、8-内转子、9-内转子线圈、10-外转子、11-永磁体、12-定子、13-定子线圈。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其它的附图。

下面结合附图1作以下详细说明：

如附图1所示，一种混合动力汽车自适应防亏电自启动系统，主要包括双转子电机，与双转子电机内转子8固定连接的发动机6，控制器5，以及通过线束分别与控制器5连接的无线收发模块1、自适应模块2、SOC模块3和蓄电池4。

具体的，所述双转子电机，主要包括内转子8、位于内转子8外侧，与内转子8间隙配合的外转子10，和位于外转子10外侧，与外转子10间隙配合的定子12。

更具体的，所述内转子8上设置有电刷7和内转子线圈9，外转子10上设置有永磁体11，定子12上设置有定子线圈13。

更具体的，所述内转子8与发动机6固定连接，外转子10与汽车传动轴相连，双转子电机具有无级自动变速器的功能，在驱动时，来自发动机6的动力经内转子8后可以分成两部分，一部分通过电机磁场作用在外转子10上，由外转子10直接向传动轴输出机械动力，另一部分利用内转子8与外转子10的转速差，由内转子8发电，产生的电流经过控制器5变频后，输送给定子线圈13供电，继而给外转子10提供附加转矩；

更具体的，所述内转子线圈9通过电刷7与控制器5相连接；所述定子线圈13通过线束与控制器5相连接，控制器5可分别控制蓄电池4通向内转子线圈9和定子线圈13电流的大小和通断。

更具体的，双转子电机与发动机6固定连接，在控制器5通过电刷7对内转子线圈9通电情况下，内转子8可以带动发动机6启动，同时，在发动机6转动之后，控制器5切断对电刷７的供电，由发动机6运转带动内转子8转动，设置在内转子8上的内转子线圈9随着内转子8转动，由于内转子线圈9处与外转子10上设置的永磁体11所形成的磁场中，根据法拉第电磁感应定律，内转子线圈9上会产生电流，电流可以经过电刷7、控制器5变频后向蓄电池4供电，实现车辆发动机6对蓄电池4的充电功能。

具体的，所述无线收发模块1通过无线信号与手机端相连接，实现了手机端和控制器５之间的信息传递。

如此好处是，车主能接收到检测周期、周期对比结果和工作进度，了解汽车的状态，实现与混合动力汽车之间的信息连接，同时，车主可以根据检测周期对比结果，及时更换电池，避免出现混合动力汽车无法正常行驶问题。

具体的，所述自适应模块2通过线束与SOC模块3和控制器5相连接，接收来自SOC模块3所检测的电量信息，对信息进行处理运算之后将计算结果发送给控制器5进行自适应控制。

具体的，所述SOC模块3通过线束与控制器5和蓄电池4相连，根据控制器5的指令对蓄电池4的电量进行变周期检测。

所述自适应模块2与SOC模块3采用间歇式的工作模式；当汽车处于静置状态时，SOC模块3按照固定的周期T对蓄电池4电量信息进行检测，并将信息发送给自适应模块2，自适应模块2计算出SOC模块3下一次工作时间t，将计算结果传递给控制器5，控制器5在达到指定时间t时对SOC模块3下达工作指令；在未到达指定时间t之前，自适应模块2与SOC模块3均处于断电状态。

如此好处是，通过计算得出SOC模块3下一次工作时间，对SOC模块3的工作时间进行科学定位，最大限度地降低了自适应模块2和SOC模块3所耗用的电量与燃油量，降低了车主的使用成本，节约了资源。

所述SOC模块3采用变周期的检测方法，在到达指定时间t之后，SOC模块3对蓄电池4电量信息进行一次检测，得到电量值Q，自适应模块2将电量值Q与电量设定值q进行比较分析，若Q小于等于q，则对蓄电池4进行补电，否则，则根据Q与q之差，判断选择出SOC模块3下一步对蓄电池4电量检测的周期。

如此好处是，通过变周期性检测剩余电量，并实施判断选择，提高了函数拟合的准确性，避免出现因车辆长时间静置存放而造成的蓄电池4亏电问题以及蓄电池4自身损坏，无法充电问题，解决了蓄电池4亏电的烦恼，延长了蓄电池4的寿命，保证了车辆长期搁置仍能正常启动，提高了车辆使用的有效性。

为方便描述自适应控制方法，标记检测周期为T，电量值为Q，电量设定值为q，检测时间为t，双转子电机混合动力汽车正常启动所需的最低电量值为M，其中，自适应控制具体过程包括：

①SOC模块3按照检测周期T对Q分别实施3次检测，并将数据通过线束传递到自适应模块2中；

②自适应模块2对接收的数据进行分析运算，以检测时间为自变量，电量值为因变量，采用最小二乘法，将采集的数据耦合成直线函数y=ax+b；

③将q=y代入到函数中，求解x；

④求解出x=t；

⑤在t时检测Q；

⑥判断Q-q＞M，则检测周期T增大为2T，按照新的检测周期，进入步骤①；

⑦判断Q-q＞0.5M，则检测周期T减小为T/4，按照新的检测周期，进入步骤①；

⑧若Q-q＞0，则检测周期T减为T/8，按照新的检测周期，进入步骤①；

⑨开启充电功能。

如此好处是，通过耦合得到的函数，计算出预测时间，对该时间的所剩电量进行检测，将Q与q做出比较，继而修正直线函数，调整T，提高了直线函数预测的准确性，大大减少了SOC模块3对蓄电池4的检测次数，以及各个模块之间的信息传递次数，降低了燃油以及电量的消耗，避免了实时检测情况下的资源浪费问题，有效减少了车主的使用成本，并避免出现蓄电池4亏电问题，保护了蓄电池4；在同一温度和地域范围内，通过对比Q减少到q的各个T的大小，可预测出蓄电池4的寿命情况，车主可根据预测结果，选择更换蓄电池4，优化车主使用体验；判断条件采用范围量化，将检测误差，信息传递时滞考虑在内，避免了出现蓄电池4实际所剩电量过低无法正常开启充电功能的问题，有利于降低系统误差对预测结果有效性的影响。

如附图3所示，在本实施例中，为方便描述自适应控制方法，标记检测周期为T，电量值为Q，电量设定值为q，检测时间为t，双转子电机混合动力汽车正常启动所需的最低电量值为M，其中，初始T取7天，q取满电状态电量的40%，M取满电状态电量的5%，自适应控制具体过程包括：

①SOC模块3按照检测周期7天对Q分别实施3次检测，得到a1、a2和a3三点，并将三点的数据通过线束传递到自适应模块2中；

②自适应模块2对接收的数据进行分析运算，以检测时间为自变量，电量值为因变量，采用最小二乘法，根据a1、a2和a3三点耦合为函数，得到直线La；

③将q=y代入到直线La的函数表达式中，求解x；

④求解出x1=z1；

⑤在z1时检测Q为b1；

⑥判断出b1-q＞M，则检测周期增大为14天，按照新周期进行检测，得到（z1+14, b2）和（z1+28, b3）两点，根据（z1, b1）、（z1+14, b2）和（z1+28, b3）耦合为新的直线函数，得到直线Lb；

⑦将40%=y代入到直线Lb的函数表达式中，求解x；

⑧求解出x2=z2；

⑨在z2时检测Q为c1；

⑩判断出c1-q＞0.5M，则检测周期减小为7/4天，按照新周期进行检测，得到（z2+7/4,c2）和（z2+7/2, c3）两点，根据（z2, c1）、（z2+7/4, c2）和（z2+7/2, c3）耦合为新的直线函数，得到直线Lc；

⑪将40%=y代入到直线Lc的函数表达式中，求解x；

⑫求解出x3=z3；

⑬在z3时检测Q为d1；

⑭若d1-q＜0，则开启充电功能。

另外，本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解以上术语在本发明中的具体含义。术语“平齐”、“中心”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

综上所述，本发明的内容不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (4)

1.一种混合动力汽车自适应防亏电自启动系统，其特征在于：主要包括双转子电机，与双转子电机内转子固定连接的发动机，控制器，以及通过线束分别与控制器连接的无线收发模块、自适应模块、SOC模块和蓄电池；

如权利要求1所述的双转子电机，其特征在于：主要包括内转子、位于内转子外侧，与内转子间隙配合的外转子，和位于外转子外侧，与外转子间隙配合的定子；

所述内转子上设置有电刷和内转子线圈，外转子上设置有永磁体，定子上设置有定子线圈；

所述内转子线圈通过电刷与控制器相连接；所述定子线圈通过线束与控制器相连接，控制器可分别控制蓄电池通向内转子线圈和定子线圈电流的大小和通断；

所述双转子电机的内转子与发动机固定连接；

所述自适应模块通过线束与SOC模块和控制器相连接，接收来自SOC模块所检测的电量信息，用以对信息进行处理运算之后将计算结果发送给控制器；

所述SOC模块通过线束与控制器和蓄电池相连，根据控制器的指令对蓄电池的电量进行变周期检测；

所述无线收发模块通过无线信号与手机端相连接，用以实现手机端和控制器之间的信息传递。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车自适应防亏电自启动系统的控制方法，其特征在于：自适应模块检测到蓄电池电量低于设定值时，控制器通过电刷对内转子线圈通电，内转子带动发动机启动，同时，在发动机转动之后，控制器切断对电刷的供电，由发动机运转带动内转子转动，设置在内转子上的内转子线圈随着内转子转动，内转子线圈上产生电流，电流经过电刷、控制器变频后向蓄电池供电，用以实现车辆发动机对蓄电池的充电功能。

3.根据权利要求2所述的混合动力汽车自适应防亏电自启动系统的控制方法，其特征在于：所述的自适应模块与SOC模块采用间歇式的工作模式：当汽车处于静置状态时，SOC模块按照固定的周期T对蓄电池电量信息进行检测，并将信息发送给自适应模块，自适应模块根据蓄电池的电量计算出SOC模块下一次工作时间t，将计算结果传递给控制器，控制器在达到指定时间t时对SOC模块下达工作指令；在未到达指定时间t之前，自适应模块与SOC模块均处于断电状态。

4.根据权利要求4所述的混合动力汽车自适应防亏电自启动系统的控制方法，其特征在于：SOC模块固定的周期T，电量值为Q，电量设定值为q，检测时间为t，双转子电机混合动力汽车正常启动所需的最低电量值为M，其中，自适应控制包括如下步骤：

①SOC模块按照检测周期T对Q分别实施3次检测，并将数据通过线束传递到自适应模块中；

②自适应模块对接收的数据进行分析运算，以检测时间为自变量，电量值为因变量，采用最小二乘法，将采集的数据耦合成直线函数y=ax+b；

③将q=y代入到函数中，求解x；

④求解出x=t；

⑤在t时检测Q；

⑥判断Q-q＞M，则检测周期T增大为2T，按照新的检测周期，进入步骤①；

⑦判断Q-q＞0.5M，则检测周期T减小为T/4，按照新的检测周期，进入步骤①；

⑧若Q-q＞0，则检测周期T减为T/8，按照新的检测周期，进入步骤①；

⑨开启充电功能。