CN110962836A - 一种融合排气制动的混合动力系统及发电控制方法、车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种融合排气制动的混合动力系统及发电控制方法、车辆。该混合动力系统包括发动机、ISG电机、驱动电机、动力电池和排气管，发动机通过第一传动机构传动连接ISG电机，发动机通过第二传动机构传动连接驱动电机，驱动电机和ISG电机的电能输出端均连接动力电池的正负极，混合动力系统还包括排气制动装置，排气制动装置包括控制模块和控制阀，控制模块控制连接控制阀，控制阀设置于发动机与排气管之间，实现排气制动与混合动力系统的融合，能够替代电缓速装置或制动电阻，降低车辆成本和重量，无需额外考虑制动电阻或电缓速装置冷却问题和热失效问题，用车改装简单易行，只在发动机上安装操作，不需改动传动系统。

Description

一种融合排气制动的混合动力系统及发电控制方法、车辆
技术领域
本发明涉及车辆混动技术领域，特别是一种融合排气制动的混合动力系统及发电控制方法、车辆。
背景技术
目前新能源汽车发展迅猛，成为当前汽车行业的研究热点，由于成本和续驶里程不受限等优势，混合动力车辆目前仍是主流新能源车辆。按照传动系统结构布置的不同，现有的混合动力系统分为串联、并联、混联3种。混联式混合动力系统能够兼顾串联、并联系统的优点，目前有多种混动构型，采用行星排的混合动力系统由于其节油率优、具备无极变速等优点，因此为目前混合动力系统发展趋势。同时为了满足高寒地区需要或低成本考虑，部分混动系统(不局限于行星排构型)采用超级电容或者电量较小的电池作为动力电源，此类混动系统由于超级电容或电池容量较小，无法满足下长坡制动能量回收需求。
有中国专利授权公告号为CN101244687B的发明专利文献公开了一种混联式混合动力驱动系统及驱动方法，该系统的发动机与ISG电机同轴连接，驱动电机通过相应的传动机构连接发动机，且ISG电机和驱动电机均与电池正负极连接，以向电池输电或从电池取电。针对上述混合动力系统或安装超级电容和小电量电池的混合系统，由于超级电容、小电量电池容量小，无法实现传统车辆发动机排气制动，因此目前混合动力系统车辆通畅采用制动电阻或额外安装缓速装置来满足制动需求。无论采用何种方式均会增加车辆成本，且制动电阻将车辆动能转换为热能，因此需要额外增加一套散热系统，增加整车成本和重量。
发明内容
本发明的目的是提供一种融合排气制动的混合动力系统及发电控制方法、车辆，用以解决现有基于超级电容或小电量电池的混合系统由于充电功率的限制无法采用排气制动导致成本增加的问题。
为了实现混合动力车辆使用排气制动，解决现有基于超级电容或小电量电池的混合动力系统由于充电功率的限制无法采用排气制动导致成本增加的问题。本发明提供一种融合排气制动的混合动力系统，包括发动机、ISG电机、驱动电机、动力电池和排气管，所述发动机通过第一传动机构传动连接所述ISG电机，所述发动机通过第二传动机构传动连接所述驱动电机，所述驱动电机和所述ISG电机的电能输出端均连接所述动力电池的正负极，所述混合动力系统还包括排气制动装置，所述排气制动装置包括控制模块和控制阀，所述控制模块控制连接所述控制阀，所述控制阀设置于所述发动机与所述排气管之间。
有益效果是，实现了排气制动与混合动力系统的融合，能够替代电缓速装置或制动电阻，降低了车辆成本和重量，无需额外考虑制动电阻或电缓速装置冷却问题和热失效问题，用车改装简单易行，只在发动机上安装操作，不需改动传动系统。
进一步地，为了使发动机和排气管之间的阻隔控制更加安全，所述控制模块包括气源、气路通断电磁阀以及排气制动气路；所述控制阀为排气制动阀，所述排气制动气路的一端连接所述气源，所述排气制动气路的另一端连接所述排气制动阀；所述气路通断电磁阀设置于所述排气制动气路和所述气源之间，当气路通断电磁阀打开时，排气制动气路导通，排气制动阀动作使排气管与发动机不导通。
进一步地，为了实现更好排气制动效果，所述排气制动阀与所述气路通断电磁阀之间的排气制动气路上还设置有排气制动气缸。
进一步地，为了解决混合动力系统中电动机转矩过大的问题，所述混合动力系统还包括前行星排和后行星排，所述发动机与前行星排的行星架连接，所述ISG电机与前行星排的太阳轮连接，所述前行星排的齿圈与所述后行星排的行星架连接，所述后行星排的太阳轮与所述驱动电机连接。
本发明提供一种融合排气制动的混合动力车辆，包括混合动力系统，所述混合动力系统包括发动机、ISG电机、驱动电机、动力电池和排气管，所述发动机通过第一传动机构传动连接所述ISG电机，所述发动机通过第二传动机构传动连接所述驱动电机，所述驱动电机和所述ISG电机的电能输出端均连接所述动力电池的正负极，所述混合动力系统还包括排气制动装置，所述排气制动装置包括控制模块和控制阀，所述控制模块控制连接所述控制阀，所述控制阀设置于所述发动机与所述排气管之间。
有益效果是，有效的将排气制动使用于混合动力车辆，排气制动替代电缓速装置或制动电阻，降低了车辆成本和重量，无需额外考虑制动电阻或电缓速装置冷却问题和热失效问题，用车改装简单易行，只在发动机上安装操作，不需改动传动系统。
进一步地，为了使发动机和排气管之间的阻隔控制更加安全，该车辆中所述控制模块包括气源、气路通断电磁阀以及排气制动气路；所述控制阀为排气制动阀，所述排气制动气路的一端连接所述气源，所述排气制动气路的另一端连接所述排气制动阀；所述气路通断电磁阀设置于所述排气制动气路和所述气源之间，当气路通断电磁阀打开时，排气制动气路导通，排气制动阀动作使排气管与发动机不导通。
进一步地，为了实现更好排气制动效果，该车辆中所述排气制动阀与所述气路通断电磁阀之间的排气制动气路上还设置有排气制动气缸。
进一步地，为了解决混合动力系统中电动机转矩过大的问题，该车辆中所述混合动力系统还包括前行星排和后行星排，所述发动机与前行星排的行星架连接，所述ISG电机与前行星排的太阳轮连接，所述前行星排的齿圈与所述后行星排的行星架连接，所述后行星排的太阳轮与所述驱动电机连接。
进一步地，为了实现自动化操作，减少驾驶员行为，避免出错，所述混合动力车辆还包括控制器，所述控制器的控制信号输出端连接所述气路通断电磁阀。
本发明提供一种专用于上述的融合排气制动的混合动力系统的一种融合排气制动的混合动力系统的发电控制方法，当车辆开启排气制动，且动力电池为满电状态时，控制驱动电机的发电功率全部输送给ISG电机，以控制ISG电机运行，实现整体电平衡。
有益效果是，通过将驱动电机的发电功率全部输送给ISG电机来实现整车电平衡，防止动力电池过冲，损害电池寿命。
附图说明
图1是本发明的一种融合排气制动的混合动力车辆的排气制动原理图；
图中，1为排气管；2为发动机；3为排气制动阀；4为气路通断电磁阀；5为排气制动气缸。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
融合排气制动的混合动力车辆实施例
本发明提供一种融合排气制动的混合动力车辆，包括混合动力系统，该混合动力系统包括发动机、ISG电机、驱动电机、动力电池和排气管，发动机通过第一传动机构传动连接ISG电机，发动机通过第二传动机构传动连接驱动电机，驱动电机和ISG电机的电能输出端均连接动力电池的正负极，该混合动力系统还包括排气制动装置，该排气制动装置包括控制模块和控制阀，控制模块控制连接控制阀，控制阀设置于发动机与排气管之间，上述动力电池在混合动力系统中并不局限于为带有电池包的电池系统，也可以是超级电容。
具体的，如图1所示，1为排气管；2为发动机；3为排气制动阀；4为气路通断电磁阀；5为排气制动气缸；优选的，控制模块包括气源、气路通断电磁阀4以及排气制动气路；控制阀为排气制动阀3，排气制动气路的一端连接气源，排气制动气路的另一端连接排气制动阀3；气路通断电磁阀4设置于排气制动气路和气源之间，当气路通断电磁阀4打开时，排气制动气路导通，排气制动阀3动作使排气管1与发动机2不导通。另外，排气制动阀3与气路通断电磁阀4之间的气路上还设置有排气制动气缸5。
该混合动力车辆还包括控制器，控制器的控制信号输出端连接气路通断电磁阀4，优选该控制器为整车控制器。
整车控制器可控制气路通断电磁阀4通断从而实现气路通断，控制排气制动阀3的关闭和开启。当车辆需要下长坡制动时，整车控制器控制气路通断电磁阀4打开，使得气路通畅，通过气体压力使得排气制动阀3开启，排气制动阀3开启则排气管1处于关闭状态，使得发动机2处于一种空气压缩机的状态，通过压缩空气来消耗车辆传递给发动机2的动能。
优选上述的混合动力系统为行星排混合动力系统，该行星排混合动力系统包括前行星排和后行星排，发动机2与前行星排的行星架连接，ISG电机与前行星排的太阳轮连接，前行星排的齿圈与后行星排的行星架连接同时作为动力输出轴和传动轴连接，后行星排的太阳轮与驱动电机连接，后行星排齿圈固定。
排气制动时驱动电机处于发电模式，根据整车制动扭矩需求，自动补偿发动机排气制动扭矩以外的制动扭矩需求。此过程中，ISG电机处于耗电转速控制调速模式，以满足超级电容或小电量电池混合动力系统下长坡制动需求。
融合排气制动的混合动力系统实施例
本发明提供一种融合排气制动的混合动力系统，该混合动力系统已在上述车辆实施例中进行了说明，本系统实施例不再赘述。
融合排气制动的混合动力车辆的发电控制方法实施例
本发明提供一种融合排气制动的混合动力车辆的发电控制方法，该方法可以用于上述系统实施例中一种融合排气制动的混合动力系统，当车辆开启排气制动，且动力电池为满电状态时，控制驱动电机的发电功率全部输送给ISG电机，以控制ISG电机运行，实现整体电平衡。
本方法以上述具有行星排结构的混合动力系统进行说明，但本方法的适用范围并不局限于具有行星排的混合动力系统。假设前行星排特征值为k1，后行星排特征值为k2。当车辆开始下长坡排气制动时，通过人为控制或自动识别下长坡工况。假设制动时的车速为V，对应传动轴转速为n传，车辆制动扭矩需求为Tbrk。此时发动机转速为neng，对应的排气制动输出排气制动扭矩为Teng，传递到传动轴的制动扭矩为k1/(1+k1)*Teng，传递给太阳轮的扭矩即传递给ISG电机的扭矩为TISG＝1/(1+k1)*Teng。此时，驱动电机转速为nmot＝n传*(1+k2)，驱动电机发电制动扭矩为Tmot＝Tbrk-k1/(1+k1)*Teng，则驱动电机制动的发电功率为Pmot＝nmot*Tmot/9550。
车辆制动发电进入动力电池的功率为Pbat＝Pmot-PISG，PISG为ISG电机耗电功率，上述为一种原理，无需考虑能量传递和转换的效率。
当动力电池处于满电状态时，此时动力电池无需充电，否则会导致动力电池过冲，影响动力电池使用寿命，因此，此时驱动电机的发电功率可完全作用于ISG电机。
当动力电池允许充电时，根据动力电池运行充电电流来实时调节ISG电机转速，当动力电池允许充电电流或功率减小时增大ISG电机转速，提升发动机制动扭矩和ISG电机耗电功率，以满足电池充电需求；当动力电池运行充电电流或功率增大时减小ISG电机转速，降低发动机制动扭矩和ISG电机耗电功率，使得更多的电量进入电池。当动力电池不允许充电时，根据驱动电机发电功率来实时调节ISG电机转速，此过程为动态调节过程，根据驱动电机发电功率来实时修正调节ISG电机转速。
若ISG电机的扭矩TISG为固定的，根据ISG电机转速控耗电功率为PISG＝TISG*nISG/9550，ISG电机转速为可以根据PISG和TISG进行计算得出。
为了保证车辆制动过中整体电平衡或者部分回收制动电能，则需要控制下坡制动发电进入电池的功率Pbat，通过计算得到的ISG电机转速控制ISG电机从而实现发动机制动转速的改变，实现排气制动控制和回收制动电能控制，最终，实现超级电容或小电量电池的混合动力系统与排气制动的融合。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种融合排气制动的混合动力系统，包括发动机、ISG电机、驱动电机、动力电池和排气管，所述发动机通过第一传动机构传动连接所述ISG电机，所述发动机通过第二传动机构传动连接所述驱动电机，所述驱动电机和所述ISG电机的电能输出端均连接所述动力电池的正负极，其特征在于，所述混合动力系统还包括排气制动装置，所述排气制动装置包括控制模块和控制阀，所述控制模块控制连接所述控制阀，所述控制阀设置于所述发动机与所述排气管之间。
2.根据权利要求1所述的融合排气制动的混合动力系统，其特征在于，所述控制模块包括气源、气路通断电磁阀以及排气制动气路；所述控制阀为排气制动阀，所述排气制动气路的一端连接所述气源，所述排气制动气路的另一端连接所述排气制动阀；所述气路通断电磁阀设置于所述排气制动气路和所述气源之间，当气路通断电磁阀打开时，排气制动气路导通，排气制动阀动作使排气管与发动机不导通。
3.根据权利要求2所述的融合排气制动的混合动力系统，其特征在于，所述排气制动阀与所述气路通断电磁阀之间的排气制动气路上还设置有排气制动气缸。
4.根据权利要求3所述的融合排气制动的混合动力系统，其特征在于，所述混合动力系统还包括前行星排和后行星排，所述发动机与前行星排的行星架连接，所述ISG电机与前行星排的太阳轮连接，所述前行星排的齿圈与所述后行星排的行星架连接，所述后行星排的太阳轮与所述驱动电机连接。
5.一种融合排气制动的混合动力车辆，包括混合动力系统，所述混合动力系统包括发动机、ISG电机、驱动电机、动力电池和排气管，所述发动机通过第一传动机构传动连接所述ISG电机，所述发动机通过第二传动机构传动连接所述驱动电机，所述驱动电机和所述ISG电机的电能输出端均连接所述动力电池的正负极，其特征在于，所述混合动力系统还包括排气制动装置，所述排气制动装置包括控制模块和控制阀，所述控制模块控制连接所述控制阀，所述控制阀设置于所述发动机与所述排气管之间。
6.根据权利要求5所述的融合排气制动的混合动力车辆，其特征在于，所述控制模块包括气源、气路通断电磁阀以及排气制动气路；所述控制阀为排气制动阀，所述排气制动气路的一端连接所述气源，所述排气制动气路的另一端连接所述排气制动阀；所述气路通断电磁阀设置于所述排气制动气路和所述气源之间，当气路通断电磁阀打开时，排气制动气路导通，排气制动阀动作使排气管与发动机不导通。
7.根据权利要求6所述的融合排气制动的混合动力车辆，其特征在于，所述排气制动阀与所述气路通断电磁阀之间的排气制动气路上还设置有排气制动气缸。
8.根据权利要求7所述的融合排气制动的混合动力车辆，其特征在于，所述混合动力系统还包括前行星排和后行星排，所述发动机与前行星排的行星架连接，所述ISG电机与前行星排的太阳轮连接，所述前行星排的齿圈与所述后行星排的行星架连接，所述后行星排的太阳轮与所述驱动电机连接。
9.根据权利要求6所述的融合排气制动的混合动力车辆，其特征在于，所述混合动力车辆还包括控制器，所述控制器的控制信号输出端连接所述气路通断电磁阀。
10.一种专用于权利要求1-4中任一项所述的融合排气制动的混合动力系统的融合排气制动的混合动力系统的发电控制方法，其特征在于，当车辆开启排气制动，且动力电池为满电状态时，控制驱动电机的发电功率全部输送给ISG电机，以控制ISG电机运行，实现整体电平衡。
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