CN111559278B - 一种串联混合动力汽车低温冷启动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种串联混合动力汽车超低温冷启动系统及方法，系统包括：高压子系统和控制子系统；其中高压子系统主要包含动力电池、防反二极管、智能功率单元、驱动电机、电池加热膜，智能功率单元包含发电机与发动机；控制子系统包含整车控制器、电池管理器和配电箱控制器，电池管理器和配电箱控制器均与整车控制器。本发明能够避免串联混合动力汽车低温启动后动力电池充电引起的短路问题，并解决了超低温情况下动力电池电能衰减严重，不足以给自身完成加热的问题。

Description

一种串联混合动力汽车低温冷启动系统及方法

技术领域

本发明属于汽车启动控制技术领域，具体涉及一种串联混合动力汽车低温冷启动系统及方法。

背景技术

近年来，串联混合动力汽车凭借排放低、高动力性、高安全性和可靠性等优势，被应用到军事、工程等更广泛的领域。

但是由于动力电池低温环境下充电会引起金属锂析出，从而刺穿隔离膜导致动力电池短路。另一方面，低温环境下动力电池内部储存的电量衰减严重，不足以将自身加热到可以充电的温度，普通的串联混合动力汽车在-40℃的低温环境下无法正常启动使用。因此串联混合动力汽车在极寒地区的应用受到了极大的限制，降低了串联混合动汽车的竞争力。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种串联混合动力汽车低温冷启动系统及方法，以解决上述技术问题。

本发明提供一种串联混合动力汽车低温冷启动系统，所述系统包括：

高压子系统和控制子系统；其中高压子系统主要包含动力电池、防反二极管、智能功率单元、驱动电机、电池加热膜，所述智能功率单元包含发电机与发动机；其中，动力电池通过第一继电器开关连接防反二极管的输入端，所述防反二极管的输出端通过第二继电器开关连接智能功率单元；所述智能功率单元输出端通过第三继电器开关连接驱动电机；所述智能功率单元输出端通过电池加热继电器连接电池加热膜，所述电池加热膜为所述动力电池加热；所述防反二极管并联有二极管继电器；

控制子系统包含整车控制器、电池管理器和配电箱控制器，所述电池管理器和配电箱控制器均与所述整车控制器；

所述配电箱控制器电分别连接所述第一继电器开关、二极管继电器、第二继电器开关、第三继电器开关和电池加热继电器；所述电池管理器电连接所述动力电池。

进一步的，所述控制子系统还包括：电机控制器、智能功率单元控制器、发电机控制器和发动机控制器；所述电机控制器、智能功率单元控制器均连接整车控制器；所述发电机控制器和发动机控制器均连接智能功率单元控制器。

进一步的，所述第一继电器开关、第二继电器开关和第三继电器开关的结构相同，均由主正继电器、预充继电器和预充电阻组成，所述预充继电器和预充电阻串联，且预充继电器和预充电阻的串联电路与所述主正继电器并联。

本发明还提供一种串联混合动力汽车低温冷启动方法，所述方法包括：

利用所述配电箱控制器控制所述二极管继电器断开；

利用所述配电箱控制器控制闭合电池加热继电器，给所述电池加热膜通电；

利用所述配电箱控制器控制所述第一继电器开关、第二继电器开关和第三继电器开关闭合；

实时监控动力电池温度，并在所述动力电池温度达到预设温度阈值后断开所述电池加热继电器。

进一步的，所述方法还包括：

获取驱动电机目标输出功率；

获取电池加热膜的加热功率；

控制所述智能功率单元的目标发电功率为所述目标输出功率与所述加热功率之和。

进一步的，在所述动力电池温度达到预设温度阈值后，所述方法还包括：

利用所述配电箱控制器将所述第三继电器开关切换至预充模式；

利用所述配电箱控制器控制二极管继电器闭合；

将所述智能功率单元设置为功率控制模式。

进一步的，所述利用配电箱控制器控制所述第一继电器开关闭合，包括：

闭合电池预充继电器为电池预充电阻充电；

检测母线电压与动力电池电压，若两者相等则闭合电池主正继电器并断开电池预充继电器。

本发明的有益效果在于，

本发明提供的串联混合动力汽车低温冷启动系统及方法，通过整车控制器采用功率跟随的控制策略、防反二极管控制动力电池电流单向流出，避免串联混合动力汽车低温启动后动力电池充电引起的短路问题。通过智能功率单元为电池加热膜提供电能，将动力电池温度加热到适宜的工作温度，解决了低温情况下动力电池电能衰减严重，不足以给自身完成加热的问题。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例的系统的高压子系统的结构示意图；

图2是本申请一个实施例的系统的控制子系统的结构示意图；

其中，1-动力电池、2-电池维修保险、3-电池预充继电器、4-电池主正继电器、5-电池预充电阻、6-防反二极管、7-二极管继电器、8-APU预充继电器、9-APU主正继电器、10-APU预充电阻、11-APU智能功率单元、12-电池加热膜、13-电池加热继电器、14-电机主正继电器、15-电机预充继电器、16-电机预充电阻、17-驱动电机、18-APU智能功率单元控制器、19-BMS电池管理系统、20-VCU整车控制器、21-MCU电机控制器、22-PDU配电箱控制器、23-GCU发电机控制器、24-ECU发动机控制器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

本实施例提供一种串联混合动力汽车低温冷启动系统，所述系统包括：

参考图1，高压子系统包含动力电池1，电池维修保险2，电池主正继电器3，电池预充继电器4，电池预充电阻5，防反二极管6，二极管继电器7，APU预充继电器8，APU主正继电器9，APU预充电阻10，APU智能功率单元11，电池加热膜12，电池加热继电器13，电机主正继电器14，电机预充继电器15，电机预充电阻16和驱动电机17。

动力电池1通过第一继电器开关连接防反二极管6的输入端，所述防反二极管6的输出端通过第二继电器开关连接APU智能功率单元11；APU智能功率单元11输出端通过第三继电器开关连接驱动电机17；所述APU智能功率单元11输出端通过电池加热继电器13连接电池加热膜12，所述电池加热膜12为所述动力电池1加热；所述防反二极管6并联有二极管继电器7。其中第一继电器开关包括电池主正继电器3、电池预充继电器4和电池预充电阻5，电池主正继电器3与串联的电池预充继电器4和电池预充电阻5并联。第二继电器开关包括APU预充继电器8、APU主正继电器9和APU预充电阻10，其中APU主正继电器9与APU预充继电器8和APU预充电阻10组成的串联电路并联。第三继电器开关包括电机主正继电器14、电机预充继电器15和电机预充电阻16，电机主正继电器14与电机预充继电器15和电机预充电阻16的串联电路并联。

控制子系统包含APU智能功率单元控制器18、BMS电池管理系统19，VCU整车控制器20，MCU电机控制器21，PDU配电箱控制器22，GCU发电机控制器23，ECU发动机控制器24。各控制器按照图片2所示拓扑结构采用CAN网络连接。

其中，APU智能功率单元控制器18、BMS电池管理系统19、MCU电机控制器21、PDU配电箱控制器22均与VCU整车控制器20通信连接，GCU发电机控制器23、ECU发动机控制器24均与APU智能功率单元控制器18通信连接。

GCU发电机控制器23、ECU发动机控制器24分别控制APU智能功率单元的发电机和发动机；BMS电池管理系统19监控动力电池；PDU配电箱控制器22控制第一继电器开关、第二继电器开关、第三继电器开关、二极管继电器和电池加热继电器。MCU电机控制器21控制驱动电机17。

实施例2

本实施例提供一种串联混合动力汽车低温冷启动方法，包括：

接收到启动命令后，若控制系统检测到启动过程中电池温度低于0℃(该温度阈值可由人工根据需要进行设定)时，系统进入低温启动模式。若控制系统检测到启动过程中电池温度高于0℃时，系统进入正常启动模式。

正常启动过程如下：整车控制器20响应驾驶员指令开始启动车辆并检测动力电池1温度高于0℃，发送正常上电指令；配电箱控制器22响应上电指令，闭合电池预充继电器3，为电池预充电阻5充电；当电池管理系统19检测到母线电压与动力电池1电压相等后发送预充完成状态，配电箱控制器22闭合电池主正继电器4，断开电池预充继电器3；配电箱控制器22控制闭合二极管继电器7、电机主正继电器14、APU预充继电器8；完成预充工作后，配电箱控制器22控制闭合APU主正继电器9、电机主正继电器14，断开电机主正继电器14、APU预充继电器8，完成正常启动过程，此时电池可以进行充放电工作，车辆可以正常行驶。

低温冷启动过程如下：整车控制器20响应驾驶员指令开始启动车辆并检测动力电池1温度低于0℃，发送低温冷启动指令；配电箱控制器22响应低温冷启动指令，闭合电池预充继电器3，为电池预充电阻5充电；当电池管理系统19检测到母线电压与动力电池1电压相等后发送预充完成状态，配电箱控制器22闭合电池主正继电器4，断开电池预充继电器3；配电箱控制器22控制闭合电机主正继电器14、APU预充继电器8；完成预充工作后，配电箱控制器22控制闭合APU主正继电器9、电池加热继电器13、电机主正继电器14，断开电机主正继电器14、APU预充继电器8，此时车辆完成上电工作，同时开启了动力电池加热功能，母线上串联了防反二极管6保证不会对动力电池进行充电；驱动电机17禁止能量回馈，同时智能功率单元11设置为电压控制模式，控制其电压不变，目标功率跟随整车目标消耗总功率，使得电量全部被驱动电机17和电池加热膜12消耗，此时车辆可以正常行驶。在低温启动模式下，整车控制器采用功率跟随的控制策略。首先判断当前驾驶员意图，计算出驱动电机目标输出功率。其次设置智能功率单元的目标发电功率为驱动电机目标输出功率与电池加热膜加热功率之和。即智能功率单元发电功率跟随整车目标消耗总功率，使智能功率单元直接供给车辆行驶和电池加热所需电能，电能不需要经过动力电池，从而避免动力电池的充电行为。

在低温启动模式下，整车控制器控制高压上电流程完成之后给配电箱控制器发送指令，控制电池加热继电器闭合，使用电池加热膜给动力电池均匀加热。当检测到动力电池温度高于0℃时，整车控制器给配电箱控制器发送指令，控制断开电池加热继电器，停止对动力电池的加热。当整车控制器20检测动力电池1温度高于0℃，向配电箱控制器22发送指令，配电箱控制器22控制闭合二极管继电器7，断开电池加热继电器13，智能功率单元11设置为功率控制模式，整车控制器20退出低温启动模式，驱动电机17恢复能量回馈。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种串联混合动力汽车低温冷启动系统，其特征在于，所述系统包括：

高压子系统和控制子系统；其中高压子系统主要包含动力电池、防反二极管、智能功率单元、驱动电机、电池加热膜，所述智能功率单元包含发电机与发动机；其中，动力电池通过第一继电器开关连接防反二极管的输入端，所述防反二极管的输出端通过第二继电器开关连接智能功率单元；所述智能功率单元输出端通过第三继电器开关连接驱动电机；所述智能功率单元输出端通过电池加热继电器连接电池加热膜，所述电池加热膜为所述动力电池加热；所述防反二极管并联有二极管继电器；

控制子系统包含整车控制器、电池管理器和配电箱控制器，所述电池管理器和配电箱控制器均与所述整车控制器电连接；

所述配电箱控制器分别电连接所述第一继电器开关、二极管继电器、第二继电器开关、第三继电器开关和电池加热继电器；所述电池管理器电连接所述动力电池。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制子系统还包括：电机控制器、智能功率单元控制器、发电机控制器和发动机控制器；所述电机控制器、智能功率单元控制器均连接整车控制器；所述发电机控制器和发动机控制器均连接智能功率单元控制器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一继电器开关、第二继电器开关和第三继电器开关的结构相同，均由主正继电器、预充继电器和预充电阻组成，所述预充继电器和预充电阻串联，且预充继电器和预充电阻的串联电路与所述主正继电器并联。

4.一种串联混合动力汽车低温冷启动方法，基于权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述方法包括：

利用所述配电箱控制器控制所述二极管继电器断开；

利用所述配电箱控制器控制闭合电池加热继电器，给所述电池加热膜通电；

利用所述配电箱控制器控制所述第一继电器开关、第二继电器开关和第三继电器开关闭合；

实时监控动力电池温度，并在所述动力电池温度达到预设温度阈值后断开所述电池加热继电器。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取驱动电机目标输出功率；

获取电池加热膜的加热功率；

控制所述智能功率单元的目标发电功率为所述目标输出功率与所述加热功率之和。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述动力电池温度达到预设温度阈值后，所述方法还包括：

利用所述配电箱控制器将所述第三继电器开关切换至预充模式；

利用所述配电箱控制器控制二极管继电器闭合；

将所述智能功率单元设置为功率控制模式。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用所述配电箱控制器控制所述第一继电器开关、第二继电器开关和第三继电器开关闭合，包括：

闭合电池预充继电器为电池预充电阻充电；

检测母线电压与动力电池电压，若两者相等则闭合电池主正继电器并断开电池预充继电器。

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