CN111267828B - 一种用于车辆的混合动力控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于车辆的混合动力控制系统和方法，涉及车辆发动机领域。混合动力控制系统包括整车控制器、动力分配系统、动力电池和发动机。发动机包括多个线圈组和多个磁性活塞。每一个线圈组均与动力电池连接，用于接收动力分配系统的调节为动力电池充电。多个磁性活塞一一对应设置于每个线圈组内，通过闭合线圈组切割磁性活塞形成的运动磁场发电，以为动力电池充电。整车控制器配置成根据车辆的行驶速度和动力电池的电量控制动力电池和/或发动机驱动车辆，以及根据动力电池的电量选择性地控制动力分配系统分配发动机驱动车辆和动力电池充电的动力。本发明的方案能够有效避免能量转换造成的能量损失。

Description

一种用于车辆的混合动力控制系统和方法

技术领域

本发明涉及车辆发动机领域，特别是涉及一种用于车辆的混合动力控制系统和方法。

背景技术

随着国家环保要求的不断提高，对于汽车油耗的控制也越来越严格，我国已于2016年开始实施第四阶段乘用车燃料消耗量标准，2020年计划乘用车企业平均单车油耗降低到5L/100km，2025年新车平均燃料消耗量乘用车降到4.0L/100km，相对2020年降幅达20％，对于乘用车企业来说压力较大。为达到这一目标，国内各大小汽车企业皆已经开始研发新能源汽车，新能源车辆主要分为串联式混动、并联式混动、混联式混动及纯电动，纯电动汽车单车油耗为零，可以大幅度降低企业的平均单车油耗。串联式混动的发动机可以在最佳功率油耗比位置工作，降低发动机功率频繁波动、避免发动机在较差的燃油功率比的工况下工作，但是串联式混动需要将燃料化学能能转化为电能，电能再转化为机械能，两次的能量转换，整体效率会降低。并联式混动或者混联式混动的发动机工作工况覆盖较广，无法保证发动机始终在最佳工况内工作，且结构复杂成本高。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种避免能量转换造成能量损失的用于车辆的混合动力控制系统和方法。

本发明的一个进一步的目的是要提供一种结构简单且成本较低的用于车辆的混合动力控制系统和方法。

特别地，本发明提供一种用于车辆的混合动力控制系统，包括：

整车控制器；

动力分配系统，与所述整车控制器连接，并接收所述整车控制器的控制；

动力电池，与所述整车控制器连接，用于为所述车辆的行驶提供动力；

发动机，与所述动力分配系统和所述动力电池均连接，用于为所述车辆的行驶提供动力，及为所述动力电池充电，所述发动机包括：

多个线圈组，内置在所述发动机中，每一个线圈组均与所述动力电池连接，用于接收所述动力分配系统的调节为所述动力电池充电；

多个磁性活塞，一一对应设置于每个所述线圈组内，通过闭合所述线圈组切割所述磁性活塞形成的运动磁场发电，以为所述动力电池充电；

所述整车控制器配置成根据所述车辆的行驶速度和所述动力电池的电量控制所述动力电池和/或所述发动机驱动所述车辆，以及根据所述动力电池的电量选择性地控制所述动力分配系统分配所述发动机驱动所述车辆和所述动力电池充电的动力。

可选地，混合动力控制系统还包括：

变速箱，与所述发动机和车轮均连接，用于将所述发动机提供的动力转换成可以驱动所述车辆的动力；

轮毂电机，与所述动力电池和所述车轮均连接，用于在所述动力电池的带动下驱动所述车辆。

可选地，所述线圈组表面涂覆有耐热材料，以避免所述发动机工作时发热引起所述线圈组融毁。

可选地，所述线圈组的数量为四个。

特别地，本发明还提供一种用于车辆的混合动力控制方法，用于上述混合动力控制系统，包括：

根据所述车辆的行驶速度和所述动力电池的电量控制所述动力电池和/或所述发动机驱动所述车辆，以及根据所述动力电池的电量选择性地控制所述动力分配系统分配所述发动机为驱动所述车辆和为所述动力电池充电的动力。

可选地，在所述车辆的行驶速度低于第一阈值且所述动力电池的电量大于第二阈值时所述控制器发出第一控制指令，所述动力电池根据所述第一控制指令驱动所述车辆行驶。

可选地，在所述车辆的行驶速度低于第一阈值且所述动力电池的电量小于第三阈值时发出第二控制指令，根据所述第二控制指令开启所述发动机，并根据所述动力电池的电量将所述发动机提供的动力分成第一部分和第二部分，所述第一部分用于驱动所述车辆行驶，所述第二部分用于带动全部所述线圈组为所述动力电池充电，所述车辆由所述发动机驱动；

根据所述车辆的行驶速度增加和所述动力电池的电量的增加逐步减少所述第二部分的动力。

可选地，在所述车辆的行驶速度高于第四阈值时发出第三控制指令，根据所述第三控制指令重新分配所述发动机提供的动力，减少所述第二部分的动力，使其仅带动部分所述线圈组为所述动力电池充电，所述车辆由所述发动机驱动。

可选地，所述第四阈值大于所述第一阈值。

可选地，在所述车辆的行驶速度高于第五阈值时发出第四控制指令，根据所述第四控制指令再次重新分配所述发动机提供的动力，使所述第二部分的动力为零，所述车辆由所述发动机驱动。

可选地，所述第五阈值大于所述第四阈值。

可选地，在所述车辆的行驶速度高于第五阈值且所述车辆的载荷大于第六阈值时发出第五控制指令，所述发动机和所述动力电池根据所述第五控制指令同时驱动所述车辆。

本发明的方案中的整车控制器根据车辆的行驶速度和动力电池的电量控制动力电池和/或发动机驱动车辆，以及根据动力电池的电量选择性地控制动力分配系统分配发动机为驱动车辆和为动力电池充电的动力。通过动力分配系统控制参与发电的线圈组的数量，根据整车工况均匀调节参与工作的闭合电路的数量，保证发动机始终在一个或者机构特定的工况下工作，达到最佳能量利用。本实施例的方案既可以避免像串联式混动车辆在全工况下能量互相转换下的损失，又可以避免像并联式混动或者混联式混动发动机工况变化频繁导致排放高的问题。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的用于车辆的混合动力控制系统的结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的用于车辆的混合动力控制方法的流程框图。

具体实施方式

图1是根据本发明的一个实施例的用于车辆的混合动力控制系统的结构示意图。如图1所示，本发明提供了一种用于车辆的混合动力控制系统，包括整车控制器1、动力分配系统2、动力电池3和发动机4。动力分配系统2与整车控制器1连接，并接收整车控制器1的控制。动力电池3与整车控制器1连接，用于为车辆的行驶提供动力。发动机4与动力分配系统2和动力电池3均连接，用于为车辆的行驶提供动力，及为动力电池3充电，发动机4包括多个线圈组6和多个磁性活塞5。多个线圈组6内置在发动机4中，每一个线圈组6均与动力电池3连接，用于接收动力分配系统2的调节为动力电池3充电。多个磁性活塞5一一对应设置于每个线圈组6内，通过闭合线圈组6切割磁性活塞5形成的运动磁场发电，以为动力电池3充电。整车控制器1配制成根据车辆的行驶速度和动力电池3的电量控制动力电池3和/或发动机4驱动车辆，以及根据动力电池3的电量选择性地控制动力分配系统2分配发动机4驱动车辆和动力电池3充电的动力。

本实施例中的整车控制器1根据车辆的行驶速度和动力电池3的电量控制动力电池3和/或发动机4驱动车辆，以及根据动力电池3的电量选择性地控制动力分配系统2分配发动机4为驱动车辆和为动力电池3充电的动力。通过动力分配系统2控制参与发电的线圈组6的数量，参与发电的线圈组6的数量越大，其所发的电量越多，根据整车工况均匀调节参与工作的线圈组6的数量，保证发动机4始终在一个或者机构特定的工况下工作，达到最佳能量利用。本实施例的方案既可以避免像串联式混动车辆在全工况下能量互相转换下的损失，又可以避免像并联式混动或者混联式混动发动机4工况变化频繁导致排放高的问题。

优选地，如图1所示，每一个线圈组6均布置在一个气缸9外部，相应地，每一个均活塞布置在一个气缸9内部，通过活塞上下运动过程中感应线圈组6发电。通过动力分配系统2控制参与发电的线圈组6的数量，参与发电的线圈组6的数量越大，其所发的电量越多。

优选地，活塞使用强磁性材料制作而成。

如图1所示，在一个实施例中，混合动力控制系统还包括变速箱7和轮毂电机8。变速箱7与发动机4和车轮10均连接，用于将发动机4提供的动力转换成可以驱动车辆的动力。轮毂电机8与动力电池3和车轮10均连接，用于在动力电池3的带动下驱动车辆。

该混合动力控制系统可以根据车辆实际工况提供四种工作模式，分别是：1、纯电模式，动力电池3驱动整车行驶；2、发动机4驱动整车行驶，富裕动力进行发电，补充动力电池3的电量；3、发动机4的动力全部用来驱动整车行驶；4、动力电池3协助发动机4驱动整车行驶。在车辆低速行驶时，采用动力电池3驱动整车行驶，此时所有线圈组6均不闭合。随着动力电池3电量降低，发动机4以最佳工况开始工作，将发动机4运转产生的动力一部分用于直接驱动整车行驶，一部分用于发电，给动力电池3充电，此时所有线圈组6均闭合为动力电池3充电。随着车辆速度不断增加，发动机4用于发电的动力占比慢慢降低，逐步转移用于驱动整车行驶，此时部分线圈组6闭合为动力电池3充电。当车辆高速行驶时，可适当使用动力电池3辅助整车行驶，降低发动机4驱动压力，此时所有线圈组6均不闭合。车辆低速行驶时，可以利用纯电行驶(动力电池3驱动车辆)，达到零排放的目的。如此，使得发动机4始终在一个或几个较好的工况下工作，避免发动机4频繁的功率、转速变换，延长发动机4寿命、有利于整车NVH、降低油耗、降低排放。

本实施例提供的混动动力控制系统可以借用车辆上现有的动力系统结构，节省制造成本。

可选地，线圈组6表面涂覆有耐热材料，以发动机4工作时发热引起线圈组6融毁。

可选地，线圈组6的数量为四个。当然，在其他实施例中，线圈组6的数量也可以为两个、三个、五个或其他。

图2是根据本发明的一个实施例的用于车辆的混合动力控制方法的流程框图。如图2所示，本发明还提供一种用于车辆的混合动力控制方法，用于上述混合动力控制系统，包括：

S10：根据车辆的行驶速度和动力电池3的电量控制动力电池3和/或发动机4驱动车辆，以及根据动力电池3的电量选择性地控制动力分配系统2分配发动机4为驱动车辆和为动力电池3充电的动力。

本实施例中的整车控制器1根据车辆的行驶速度和动力电池3的电量控制动力电池3和/或发动机4驱动车辆，以及根据动力电池3的电量选择性地控制动力分配系统2分配发动机4为驱动车辆和为动力电池3充电的动力。通过动力分配系统2控制参与发电的线圈组6的数量，根据整车工况均匀调节参与工作的闭合电路的数量，保证发动机4始终在一个或者几个特定的工况下工作，达到最佳能量利用。本实施例的方案既可以避免像串联式混动车辆在全工况下能量互相转换下的损失，又可以避免像并联式混动或者混联式混动发动机工况变化频繁导致排放高的问题。

该混合动力控制方法可以根据车辆实际工况提供四种工作模式，分别是：1、纯电模式，动力电池3驱动整车行驶；2、发动机4驱动整车行驶，富裕动力进行发电，补充动力电池3的电量；3、发动机4的动力全部用来驱动整车行驶；4、动力电池3协助发动机4驱动整车行驶。在车辆低速行驶时，采用动力电池3驱动整车行驶，此时所有线圈组6均不闭合。随着动力电池3电量降低，发动机4以最佳工况开始工作，将发动机4运转产生的动力一部分用于直接驱动整车行驶，一部分用于发电，给动力电池3充电，此时所有线圈组6均闭合为动力电池3充电。随着车辆速度不断增加，发动机4用于发电的动力占比慢慢降低，逐步转移用于驱动整车行驶，此时部分线圈组6闭合为动力电池3充电。当车辆高速行驶时，可适当使用动力电池3辅助整车行驶，降低发动机4驱动压力，此时所有线圈组6均不闭合。车辆低速行驶时，可以利用纯电行驶(动力电池3驱动车辆)，达到零排放的目的。如此，使得发动机4始终在一个或几个较好的工况下工作，避免发动机4频繁的功率、转速变换，延长发动机4寿命、有利于整车NVH、降低油耗、降低排放。

可选地，如图2所示，在一个实施例中S10还包括S11：在车辆的行驶速度低于第一阈值且动力电池3的电量大于第二阈值时控制器发出第一控制指令，动力电池3根据第一控制指令驱动车辆行驶。即在车辆行驶速度低于第一阈值且动力电池3的电量大于第二阈值，采用动力电池3驱动车辆行驶，此时发动机4不工作，由动力电池3提供动力来源，也即纯电模式，此时所有线圈组6均不闭合。

可选地，如图2所示，在一个实施例中S10还包括S12：在车辆的行驶速度低于第一阈值且动力电池3的电量小于第三阈值时发出第二控制指令，根据第二控制指令开启发动机4，并根据动力电池3的电量将发动机4提供的动力分成第一部分和第二部分，第一部分用于驱动车辆行驶，第二部分用于带动全部线圈组6为动力电池3充电，车辆由发动机4驱动。且根据车辆的行驶速度增加和动力电池3的电量的增加逐步减少第二部分的动力。即随着动力电池3的电量不断地减少，在车辆的行驶速度低于第一阈值且动力电池3的电量小于第三阈值时，发动机4一方面驱动车辆另一方面为动力电池3充电，此时所有线圈组6均闭合。优选地，该实施例中的第三阈值小于上一个实施例中的第二阈值。

可选地，如图2所示，在一个实施例中S10还包括S13：在车辆的行驶速度高于第四阈值时发出第三控制指令，根据第三控制指令重新分配发动机4提供的动力，减少第二部分的动力，使其仅带动部分线圈组6为动力电池3充电，车辆由发动机4驱动。即在车辆的行驶速度高于第四阈值时，发动机4一方面驱动车辆另一方面为动力电池3充电，但是为动力电池3充电的动力减少，仅带动部分线圈组6为动力电池3充电。例如，一共有四个线圈组6，则此时仅带动1-3个线圈组6为动力电池3充电。当然，可以结合整车控制器1检测的动力电池3电量控制闭合的线圈组6数量，例如，当整车控制器1检测到动力电池3已经充满电时，则停止为动力电池3充电。也可以根据动力电池3的电量的逐步增加而逐步减少闭合的线圈组6的数量。优选地，第四阈值大于第一阈值。

考虑到发电后再通过驱动电机驱动车辆需要经过两次能量转换，能量效率降低，故随着车辆速度逐渐增加或者负荷逐渐变大、对驱动功率需求加大情况下，变速箱7驱动效率优于动力电池3驱动，动力分配系统2接收整车控制器1传递的车速及负荷信息，通过控制小型电机驱动类似滑动变阻器结构的开关按比例不断减少参与发电的线圈组6的数量，以实现分配更多的动力用于变速箱7驱动整车行驶，更少的动力用于发电。

可选地，如图2所示，在一个实施例中S10还包括S14：在车辆的行驶速度高于第五阈值时发出第四控制指令，根据第四控制指令再次重新分配发动机4提供的动力，使第二部分的动力为零，车辆由发动机4驱动。即当车辆的行驶速度高于第五阈值时，需要驱动车辆的动力增大，此时，发动机4的全部动力均用于驱动车辆，不再对动力电池3进行充电。优选地，第五阈值大于第四阈值。

可选地，如图2所示，在一个实施例中S10还包括S15：在车辆的行驶速度高于第五阈值且车辆的载荷大于第六阈值时发出第五控制指令，发动机4和动力电池3根据第五控制指令同时驱动车辆。即在车辆的行驶速度高于第五阈值且车辆的载荷大于第六阈值时，例如车辆紧急加速或者超大负荷时，由发动机4为主动力电池3为辅，两者协同驱动车辆。优选地，本实施例中的第五阈值大于上述实施例中的第一阈值。

当车辆停止时，在车辆的冷却系统能量允许的条件下，发动机4可以根据动力电池3的实际电量以不同的动力为动力电池3充电。

本发明的方法既可以像串联式混动(即增程式)车辆一样，发动机4只在一个或者几个兼顾经济性及动力性的工况下工作，又可以像并联式混动或混联式混动一样发动机4直接驱动整车行驶。既避免了单纯串联式车辆能量持续两次转换导致的能量损失，又避免了并联式混动下发动机工况频繁变换。该发明优点在于发动机4可以始终工作在最佳油耗工况，根据整车不同工况负载既可以像传统车辆一样直接把发动机4的动力用于车辆驱动也可以把富裕动力用于发电，以此较大幅度地降低整车油耗。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (7)

1.一种用于车辆的混合动力控制方法，用于控制所述车辆的混合动力控制系统，其特征在于，所述混合动力控制方法包括：

根据所述车辆的行驶速度和动力电池的电量控制所述动力电池和/或发动机驱动所述车辆，以及根据所述动力电池的电量选择性地控制动力分配系统分配所述发动机为驱动所述车辆和为所述动力电池充电的动力；

其中，所述混合动力控制系统包括：

整车控制器；

所述动力分配系统，与所述整车控制器连接，并接收所述整车控制器的控制；

所述动力电池，与所述整车控制器连接，用于为所述车辆的行驶提供动力；

所述发动机，与所述动力分配系统和所述动力电池均连接，用于为所述车辆的行驶提供动力，及为所述动力电池充电，所述发动机包括：

多个线圈组，内置在所述发动机中，每一个线圈组均与所述动力电池连接，用于接收所述动力分配系统的调节为所述动力电池充电；

多个磁性活塞，一一对应设置于每个所述线圈组内，通过闭合所述线圈组切割所述磁性活塞形成的运动磁场发电，以为所述动力电池充电；

所述整车控制器还配置成在所述车辆的行驶速度低于第一阈值且所述动力电池的电量小于第三阈值时发出第二控制指令，根据所述第二控制指令开启所述发动机，并根据所述动力电池的电量将所述发动机提供的动力分成第一部分和第二部分，所述第一部分用于驱动所述车辆行驶，所述第二部分用于带动全部所述线圈组为所述动力电池充电，所述车辆由所述发动机驱动；及

根据所述车辆的行驶速度增加和所述动力电池的电量的增加逐步减少所述第二部分的动力；

所述整车控制器还配置成在所述车辆的行驶速度高于第四阈值时发出第三控制指令，根据所述第三控制指令重新分配所述发动机提供的动力，减少所述第二部分的动力，使其仅带动部分所述线圈组为所述动力电池充电，所述车辆由所述发动机驱动。

2.根据权利要求1所述的混合动力控制方法，其特征在于，所述混合动力控制系统还包括：

变速箱，与所述发动机和车轮均连接，用于将所述发动机提供的动力转换成可以驱动所述车辆的动力；

轮毂电机，与所述动力电池和所述车轮均连接，用于在所述动力电池的带动下驱动所述车辆。

3.根据权利要求2所述的混合动力控制方法，其特征在于，所述线圈组表面涂覆有耐热材料，以避免所述发动机工作时发热引起所述线圈组融毁。

4.根据权利要求3所述的混合动力控制方法，其特征在于，所述线圈组的数量为四个。

5.根据权利要求1所述的混合动力控制方法，其特征在于，

在所述车辆的行驶速度低于第一阈值且所述动力电池的电量大于第二阈值时所述控制器发出第一控制指令，所述动力电池根据所述第一控制指令驱动所述车辆行驶。

6.根据权利要求1所述的混合动力控制方法，其特征在于，

在所述车辆的行驶速度高于第五阈值时发出第四控制指令，根据所述第四控制指令再次重新分配所述发动机提供的动力，使所述第二部分的动力为零，所述车辆由所述发动机驱动。

7.根据权利要求1所述的混合动力控制方法，其特征在于，

在所述车辆的行驶速度高于第五阈值且所述车辆的载荷大于第六阈值时发出第五控制指令，所述发动机和所述动力电池根据所述第五控制指令同时驱动所述车辆。

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