CN111098846A - 一种车用混合动力电气系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用混合动力电气系统及汽车。电气系统包括BSG单元和起动机单元，BSG单元包括主继电器和第一电池，起动机单元包括起动机继电器和第二电池，主继电器和第一电池并联在车辆的用电网络中，主继电器用于将第一电池接入用电网络，或从用电网络中断开；起动机继电器和第二电池并联在车辆的用电网络中，起动机继电器用于将第二电池接入用电网络，或从用电网络中断开，还包括DCDC变换器，DCDC变换器串联在用电网络中，用于完成第一电池以及第二电池之间电压的双向变换。

Description

一种车用混合动力电气系统及汽车

技术领域

本发明实施例涉及混合动力技术，尤其涉及一种车用混合动力电气系统及汽车。

背景技术

48V电气系统是一种轻度混合动力系统，其主要包括BSG电机、48V电池以及DCDC转换器，由于采用48V电气系统可以达到5％～20％的节油率，且不需要对车辆的基础架构进行大范围的调整，因此48V混动系统已被许多企业投入到车辆的生产应用中。

目前，针对48V系统的研究主要集中在DCDC转换器的控制，现有技术中典型的DCDC控制策略包括：根据整车状态、电机工作状态、48V电池的荷电状态控制DCDC的降压工作模式，在电机发电和48V电池之间分配48V的能量源，从而确保12V端电压的稳定；根据所获取的BSG电机工作的工况(起停工况、助力工况、能量回收工况和异常工况)确定直流转换器DCDC的降压充电电压值，通过调节不同的12V端充电电压，从而灵活的控制电能的转换，提高电能的利用率以及整车的节油率；基于路况信息对车辆前端的路况状态(上坡，平坦，下坡)进行判断，基于路况装填判定结果和基于48V电池SOC和12V电池SOC的状态情况，对DCDC进行相应的控制，可在山区连续下坡等路况下，充分利用制动能量，提高能量管理效率并降低整车油耗。

基于上述内容，从整车低压电气网络的稳定性考虑，目前亟需一种考虑低压电气网络稳定性的轻度混合动力电气系统及汽车。

发明内容

本发明提供一种车用混合动力电气系统及汽车，以达到降低车辆系统应用成本以及提高车辆的安全性及舒适性的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种车用混合动力电气系统，包括BSG单元和起动机单元，所述BSG单元包括主继电器和第一电池，所述起动机单元包括起动机继电器和第二电池，所述主继电器和第一电池并联在车辆的用电网络中，所述主继电器用于将所述第一电池接入所述用电网络，或从所述用电网络中断开；所述起动机继电器和第二电池并联在车辆的用电网络中，所述起动机继电器用于将所述第二电池接入所述用电网络，或从所述用电网络中断开，还包括DCDC变换器，所述DCDC变换器串联在所述用电网络中，用于完成所述第一电池以及第二电池之间电压的双向变换。

进一步的，所述BSG单元还包括电池管理模块，所述电池管理模块与所述主继电器以及第一电池电连接，用于检测所述主继电器以及第一电池的电压。

进一步的，所述起动机单元还包括电池传感器，所述电池传感器与所述第二电池电连接，用于检测所述第二电池的电压。

进一步的，所述主继电器为常开继电器。

进一步的，所述起动机继电器为常闭继电器。

第二方面，本发明实施例还提供了一种混合动力汽车，包括发动机管理单元，所述发动机管理单元与BSG单元、起动机单元和DCDC变换器通信连接，其中，所述BSG单元包括主继电器和第一电池，所述起动机单元包括起动机继电器和第二电池，所述发动机管理单元用于向所述BSG单元发送第一控制指令，使主继电器将所述第一电池接入用电网络，或从所述用电网络中断开；所述发动机管理单元还用于向所述起动机单元发送第二控制指令，使起动机继电器将所述第二电池接入所述用电网络，或从所述用电网络中断开；所述发动机管理单元还用于向所述DCDC变换器发送第三控制指令，使所述DCDC变换器进行所述第一电池以及第二电池之间的电压变换。

进一步的，所述发动机管理单元还用于接收所述BSG单元内预充电电容以及所述第一电池的电压值，若预充电电容电压与第一电池电压的差值小于第一阈值，则所述发动机管理单元向所述BSG单元发送控制所述主继电器闭合的指令；向所述DCDC变换器发送将第一电池电压向第二电池电压进行变换的指令。

进一步的，所述发动机管理单元还用于接收所述BSG单元发送的主继电器闭合请求指令，若所述预充电电容电压与第一电池电压的差值小于第一阈值，所述发动机管理单元接收到所述BSG单元发送的主继电器闭合请求指令，则所述发动机管理单元向所述BSG单元发送控制所述主继电器闭合的指令。

进一步的，所述发动机管理单元还用于接收所述第二电池以及所述DCDC变换器与所述起动机继电器相连的第一端的电压值，若第二电池电压与第一端电压的差值大于第二阈值，则所述发动机管理单元判定所述起动机继电器断开。

进一步的，所述发动机管理单元还用于接收所述第一电池的电流值，若第一电池电流值小于第三阈值，则所述发动机管理单元向所述BSG单元发送控制所述主继电器断开的指令。

本发明提出的混合动力电气系统在低电压网络中增配了起动机继电器，低压电池通过起动机继电器并联在低电压网络中，车辆正常运行时，根据需要可以将低压电池从低电压网络中断开，可以避免并联在低压电池两端的用电设备在起动瞬间产生的大电流对其余用电负载的冲击，避免用电负载由于欠压而导致掉电的问题。

附图说明

图1是一种电气系统结构框图；

图2是另一种电气系统结构框图；

图3是48V BSG单元上电控制方法流程图；

图4是混动汽车P2结构示意图；

图5是静止电机起动发动机控制方法流程图；

图6是静止起动机起动发动机控制方法流程图；

图7是行车起动机起动发动机控制方法流程图；

图8是48V BSG单元下电控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是一种电气系统结构框图，参考图1，本实施例提出一种车用混合动力电气系统，包括BSG(Belt Driven Starter Generator，带传动一体化起动发电机)单元和起动机单元，BSG单元包括主继电器1和第一电池2，起动机单元包括起动机继电器3和第二电池4。

主继电器1和第一电池2并联在车辆的用电网络中，主继电器1用于将第一电池2接入用电网络，或从用电网络中断开。起动机继电器3和第二电池4并联在车辆的用电网络中，起动机继电器3用于将第二电池4接入用电网络，或从用电网络中断开。

电气系统还包括DCDC变换器5，DCDC变换器5串联在用电网络中，用于完成第一电池2以及第二电池4之间电压的双向变换。

本实施例中电气系统可以分为两部分，即以BSG系统为主的48V电气系统和传统的12V电气系统，相应的用电网络分为48V电压网络和12V电压网络。参考图1，本实施例中，12V电压网络中增配了起动机继电器3，第二电池4通过起动机继电器3并联在12V电压网络中，当第二电池4接入12V电压网络时，可以为用电负载E2供电，也可以通过DCDC变换器5为用电负载E1供电。车辆正常运行时，可以将第二电池4从12V电压网络中断开，这样可以避免并联在第二电池4两端的用电设备在起动瞬间产生的大电流对其余用电负载E2的冲击，避免用电负载E2由于欠压而导致掉电的问题。

图2是另一种电气系统结构框图，参考图2，示例性的，BSG单元包括主继电器1、第一电池2和电机10，第一电池1通过逆变器11为电机10供电。BSG单元作为主要的起动机和发电机。起动机12并联在第二电池4的两端，起动机12为传统的12V起动机，起动机12作为辅助起动机，当第一电池2电量过低难以起动电机10工作时，通过起动机单元可以保证正常起动发动机。示例性的，发动车辆时，首先断开主继电器1、闭合起动机继电器3，第二电池4通过DCDC变换器5为逆变器中的预充电电容C进行预充电，当预充电完成时，闭合主继电器1，第一电池2开始为逆变器11供电，同时第一电池2可以通过DCDC变换器向12V电压网络中的用电负载E2供电，以及向第二电池4充电。若在行车过程中，需要使用起动机12起动发动机，则断开起动继电器3，将起动机12从12V电压网络中断开，避免由于起动机12起动瞬间的大电流造成用电负载E2欠压掉电。

本实施例中，通过起动机继电器3将第二电池4并联在用电网络中，使用单块12V电池可以实现对48V电机逆变器的预充电，同时可以维持行车过程中12V电压网络的电压稳定。

参考图2，BSG单元还包括电池管理模块6，电池管理模块6与主继电器1以及第一电池2电连接，用于检测主继电器1以及第一电池2的电压。示例性的，电池管理模块6为BMS(Battery Management System，电池管理系统)，通过电池管理模块6采集主继电器1以及第一电池2的电压值，并将电压值发送车辆控制器，可以使车辆控制器生成准确的主继电器控制指令。

参考图2，起动机单元还包括电池传感器7，电池传感器7与第二电池4电连接，用于检测第二电池4的电压。通过电池传感器7采集起动继电器3的电压值，并将电压值发送车辆控制器，可以使车辆控制器准确判断起动继电器3的状态，生成准确的起动继电器控制指令。

作为一种可实施方案，主继电器1为常开继电器。起动机继电器3为常闭继电器。

实施例二

参考图2，本实施例中提出一种混合动力汽车，包括发动机管理单元8，发动机管理单元8与BSG单元、起动机单元和DCDC变换器通信连接，其中，BSG单元包括主继电器1和第一电池2，起动机单元包括起动机继电器3和第二电池4。

发动机管理单元8用于向BSG单元发送第一控制指令，使主继电器1将第一电池2接入用电网络，或从用电网络中断开；发动机管理单元8还用于向起动机单元发送第二控制指令，使起动机继电器3将第二电池4接入用电网络，或从用电网络中断开；发动机管理单元8还用于向DCDC变换器5发送第三控制指令，使DCDC变换器5进行第一电池1以及第二电池4之间的电压变换。

本实施例中将针对BSG单元和起动机单元的控制方法集成在发动机管理单元8中，其中发动机管理单元8为EMS(Engine Management System，发动机管理系统)，发动机管理单元8中集成的控制方法包括BSG单元上下电、静止BSG电机起动发动机、静止起动机起动发动机和行车起动机起动发动机。其中发动机管理单元8主要通过控制主继电器1、起动机继电器3闭合和断开的顺序实现上述各控制方法。示例性的，发动机管理单元8可以直接向主继电器1以及起动机继电器3发送控制指令，也可以将控制指令发送给中间控制器，例如与主继电器1或者起动机继电器3通信连接的继电器控制器，由继电器控制器直接控制主继电器1或者起动机继电器3的闭合、断开。

作为一种可实施方案，发动机管理单元8还用于接收BSG单元内预充电电容C以及第一电池2的电压值，若预充电电容C电压与第一电池2电压的差值小于第一阈值，则发动机管理单元8向BSG单元发送控制主继电器1闭合的指令；向DCDC变换器5发送将第一电池2电压向第二电池4电压进行变换的指令。

参考图2，具体的，BSG单元还包括电池管理模块6，电池管理模块6与主继电器1以及第一电池2电连接，与发动机管理单元8通信连接，通过电池管理模块6检测主继电器1以及第一电池2两端的电压，并实现与发动机管理单元8之间的信息交互。逆变器11中配置有预充电电容C，逆变器11并联在48V电压网络中，第一电池2通过逆变器11为BSG单元中的电机10供电，逆变器11还配置有MCU 9，MCU 9与逆变器11以及发动机管理单元8通信连接，用于检测预充电电容C两端的电压，以及实现与发动机管理单元8之间的信息交互。

具体的，发动机管理单元8通过与电池管理模块6以及MCU 9的信息交互可以实现48V BSG单元上电控制，图3是48V BSG单元上电控制方法流程图，结合图2和图3，包括步骤：

S101.发动机管理单元检查电池管理模块、DCDC变换器以及MCU的工作状态。

整车ON档上电时，发动机管理单元8获取电池管理模块6、DCDC变换器5以及MCU 9的控制状态，若上述器件不存在影响上电的故障，且电池管理模块6工作状态为预充等待，DCDC变换器5工作状态为待机模式，MCU 9的工作状态为预充状态，则执行步骤S102。

S102.发动机管理单元向DCDC变换器发送预充指令和预充电请求。

若钥匙门处于Start档，则发动机管理单元8通过CAN总线向DCDC变换器5发出预充指令和预充电压请求，DCDC变换器5响应预充指令，将第二电池4电压升压后输出至48V用电网络中，对预充电电容C进行预充电。其中预充电压请求的电压值为电池管理模块6上报的第一电池2的电压值减一定偏差值，示例性的，偏差值预设为1V。

S103.发动机管理单元监控预充电电容以及第一电池的电压，判断预充电是否完成。

示例性的，当预充电电容C的电压值达到第一电池2电压值的90％时，认为预充电结束，发动机管理单元8向电池管理模块6发出闭合主继电器指令。

作为一种优选方案，本步骤中，在发动机管理单元8向电池管理模块6发出闭合主继电器指令前，发动机管理单元8还接收BSG单元发送的主继电器闭合请求指令，若预充电电容C电压与第一电池2电压的差值小于第一阈值，发动机管理单元8接收到BSG单元发送的主继电器闭合请求指令，则发动机管理单元8向BSG单元发送控制主继电器闭合的指令。

示例性的，电池管理模块6根据自己的电压传感器检测主继电器1两端的电压，若主继电器1两端电压的差值接近设定的电压值，例如1V，则判断充电电容C状态为预充完成，向发动机管理单元8发送主继电器闭合请求指令，若发动机管理单元8监控到MCU 9上报的预充电电容C电压和电池管理模块6上报的第一电池2电压的压差小于5V，则向电池管理模块6发出闭合主继电器指令。

S104.发动机管理单元判断预充电完成，发送主继电器闭合控制指令。

发动机管理单元8向电池管理模块6发出闭合主继电器指令，电池管理模块6接收到闭合主继电器指令后，闭合主继电器1。

S105.发动机管理单元向DCDC变换器、MCU发送使能请求。

发动机管理单元8向DCDC控制器5、MCU 9发送使能请求，DCDC变换器5响应使能请求，工作在降压模式，并控制输出电压为一定值(预设14V)，电机10以及第一电池2开始向12V电压网络提供电能。

图4是混动汽车P2结构示意图，参考图4，本实施例中，电机10的设置位置为P2结构，电机10设置在变速箱16的输入侧，并和传动轴平行布置，通过皮带轮和主轴相连。

图5是静止电机起动发动机控制方法流程图，结合图2、图4和图5，静止电机起动发动机包括步骤：

S201.发动机管理单元指定起动类型为48V电机起动。

S202.发动机管理单元控制起动机继电器闭合。

S203.发动机管理单元向变速器控制单元发送闭合第一离合器以及扭矩需求指令。

若48V BSG单元完成上电，则发动机管理单元8向变速器控制单元17发送闭合第一离合器14的指令以及扭矩需求指令，其中扭矩需求指令中的扭矩值为起动需求扭矩与偏移值的和，示例性的，偏移值为20Nm。

S204.发动机管理单元向48V电机发送起动需求扭矩。

若发动机管理单元8接收到变速器控制单元17发送的第一离合器闭合确认信息，则发动机管理单元8向电机10发送起动需求扭矩，电机10带动发动机13起动，当发动机13转速上升至一定值，例如200rpm时，发动机管理单元8控制电磁阀喷油点火。

图6是静止起动机起动发动机控制方法流程图，结合图2、图4和图6，静止起动机起动发动机包括步骤：

S301.发动机管理单元指定起动类型为12V起动机起动。

S302.发动机管理单元控制起动机继电器闭合。

S303.发动机管理单元控制起动机起动发动机。

若48V BSG单元完成上电，则发动机管理单元8控制起动机运行，起动机12带动发动机13起动，当发动机13转速上升至一定值，发动机管理单元8控制电磁阀喷油点火。

S304.发动机管理单元向变速器控制单元发送第一离合器扭矩控制指令。

作为一种可实施方案，发动机管理单元8还用于接收第二电池4以及DCDC变换器5与起动机继电器3相连的第一端的电压值，若第二电池4电压与第一端电压的差值大于第二阈值，则发动机管理单元8判定起动机继电器3断开。

图7是行车起动机起动发动机控制方法流程图，结合图2、图4和图7，行车起动机起动发动机包括步骤：

S401.发动机管理单元指定起动类型为12V起动机起动。

S402.发动机管理单元控制起动机继电器断开。

发动机管理单元8接收电池传感器7采集的第二电池4以及DCDC变换器5在12V用电网络一侧输出端的电压值，示例性的，若两电压值的差值大于1V，则认为起动机继电器3处于断开状态。

S403.发动机管理单元控制起动机起动发动机。

S404.发动机管理单元向MCU发送驾驶员需求扭矩。

S405.发动机管理单元向变速器控制单元发送结合第一离合器指令以及扭矩指令。

发动机管理单元8采集发动机以及电机10的转速，示例性的，若两转速的差值小于50rpm，则发动机管理单元8向变速器控制单元17发送第一离合器结合指令以及扭矩指令，变速器控制单元17根据扭矩指令控制第一离合器14的结合程度，使第一离合器14的允许输入扭矩为发动机的最大扭矩。

S406.发动机管理单元控制起动机继电器闭合。

发动机管理单元8接收变速器控制单元17发送的第一离合器结合确认信息，以及变速器控制单元17发送的第一离合器14的输出扭矩信息，当第一离合器14的输出扭矩超过设定值时，发动机管理单元8控制起动机继电器3闭合。

作为一种可实施方案，发动机管理单元还用于接收第一电池的电流值，若第一电池电流值小于第三阈值，则发动机管理单元向BSG单元发送控制主继电器断开的指令。

图8是48V BSG单元下电控制方法流程图，结合图2和图8，48V BSG单元下电包括步骤：

S501.发动机管理单元禁止使能MCU以及DCDC变换器。

下电控制的触发条件为钥匙门从ON档达到OFF档，下电时发动机管理单元8首先将发给MCU 9的控制指令，例如转速控制指令、扭矩控制指令、电压控制指令清零，然后禁止使能MCU 9和禁止使能DCDC变换器5。

S502.发动机管理单元向电池管理模块发送控制主继电器断开控制指令。

发动机管理单元8接收电池管理模块6发送的第一电池2的电流值，示例性的，若电流值小于2A，则发动机管理单元8向电池管理模块6发送主继电器断开指令，若发动机管理单元8接收到电池管理模块6发送的主继电器断开确认信息，则发动机管理单元8向MCU 9发送放电指令，MCU 9控制逆变器11进行放电，示例性的，当逆变器11电压低于第一电池电压5V时，下电完成。

本实施例提出的混合动力汽车，将针对BSG单元和起动机单元的控制方法集成在发动机管理单元中，通过发动机管理单元实现48V BSG单元的上下电、静止BSG电机起动发动机、静止起动机起动发动机和行车起动机起动发动机，可以降低系统应用成本。进行行车起动机起动发动机控制时，通过断开起动机继电器3，将起动机从12V电压网络中断开，避免了起动机在起动瞬间产生的大电流对用电负载E2的冲击，用电负载E2不会由于欠压而导致掉电，提高了车辆的安全性和舒适性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种车用混合动力电气系统，其特征在于，包括BSG单元和起动机单元，所述BSG单元包括主继电器和第一电池，所述起动机单元包括起动机继电器和第二电池，

所述主继电器和第一电池并联在车辆的用电网络中，所述主继电器用于将所述第一电池接入所述用电网络，或从所述用电网络中断开；

所述起动机继电器和第二电池并联在车辆的用电网络中，所述起动机继电器用于将所述第二电池接入所述用电网络，或从所述用电网络中断开，

还包括DCDC变换器，所述DCDC变换器串联在所述用电网络中，用于完成所述第一电池以及第二电池之间电压的双向变换。

2.如权利要求1所述的电气系统，其特征在于，所述BSG单元还包括电池管理模块，

所述电池管理模块与所述主继电器以及第一电池电连接，用于检测所述主继电器以及第一电池的电压。

3.如权利要求1所述的电气系统，其特征在于，所述起动机单元还包括电池传感器，

所述电池传感器与所述第二电池电连接，用于检测所述第二电池的电压。

4.如权利要求1所述的电气系统，其特征在于，所述主继电器为常开继电器。

5.如权利要求1所述的电气系统，其特征在于，所述起动机继电器为常闭继电器。

6.一种混合动力汽车，其特征在于，包括发动机管理单元，所述发动机管理单元与BSG单元、起动机单元和DCDC变换器通信连接，其中，所述BSG单元包括主继电器和第一电池，所述起动机单元包括起动机继电器和第二电池，

所述发动机管理单元用于向所述BSG单元发送第一控制指令，使主继电器将所述第一电池接入用电网络，或从所述用电网络中断开；

所述发动机管理单元还用于向所述起动机单元发送第二控制指令，使起动机继电器将所述第二电池接入所述用电网络，或从所述用电网络中断开；

所述发动机管理单元还用于向所述DCDC变换器发送第三控制指令，使所述DCDC变换器进行所述第一电池以及第二电池之间的电压变换。

7.如权利要求6所述的汽车，其特征在于，所述发动机管理单元还用于接收所述BSG单元内预充电电容以及所述第一电池的电压值，

若预充电电容电压与第一电池电压的差值小于第一阈值，则所述发动机管理单元向所述BSG单元发送控制所述主继电器闭合的指令；向所述DCDC变换器发送将第一电池电压向第二电池电压进行变换的指令。

8.如权利要求7所述的汽车，其特征在于，所述发动机管理单元还用于接收所述BSG单元发送的主继电器闭合请求指令，

若所述预充电电容电压与第一电池电压的差值小于第一阈值，所述发动机管理单元接收到所述BSG单元发送的主继电器闭合请求指令，则所述发动机管理单元向所述BSG单元发送控制所述主继电器闭合的指令。

9.如权利要求6所述的汽车，其特征在于，所述发动机管理单元还用于接收所述第二电池以及所述DCDC变换器与所述起动机继电器相连的第一端的电压值，

若第二电池电压与第一端电压的差值大于第二阈值，则所述发动机管理单元判定所述起动机继电器断开。

10.如权利要求6所述的汽车，其特征在于，所述发动机管理单元还用于接收所述第一电池的电流值，

若第一电池电流值小于第三阈值，则所述发动机管理单元向所述BSG单元发送控制所述主继电器断开的指令。

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