CN111660836B - 一种用于车辆的增程式能量管理系统及其设计方法 - Google Patents

一种用于车辆的增程式能量管理系统及其设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于车辆的增程式能量管理系统及其设计方法，涉及车辆的电子器件技术领域。增程式能量管理系统包括：发动机；发电机；发动机控制器，与所述发动机连接，用于控制所述发动机；发电机控制器，与所述发电机连接，用于控制所述发电机；增程器控制器，与所述发动机控制器和所述发电机控制器均连接，所述增程器控制器用于协调控制所述电池管理系统、所述发动机控制器和所述发电机控制器；其中，当所述增程式能量管理系统搭载在车辆上时，所述增程器控制器与所述整车控制器和所述电池管理系统均连接。本发明提供的增程式能量管理系统的集成度高且能够减少车辆与增程器系统搭载时间和工作量。

Description

一种用于车辆的增程式能量管理系统及其设计方法
技术领域
本发明涉及车辆的电子电器领域，特别是涉及一种用于车辆的增程式能量管理系统及其设计方法。
背景技术
现有技术中的增程器系统仅能控制发动机控制器和发电机控制器，不具备对电池管理系统和动力电池进行控制的能量，因而当车辆上(主要是纯电车辆)搭载增程器系统(发动机、发电机、发动机控制器、发电机控制器和增程器控制器)后，需要对设置在车辆上整车控制器针对增程器的功能控制、发动机系统和发电机系统的热管理控制进行全新开发，在完成整车功能调试和性能验证后，才能完成增程器系统的装配，装配完成后由整车控制器协调控制增程器系统。然而整车控制器的控制逻辑开发、调试和性能验证需要耗费大量的时间和工作量，且增程器系统的通用性低，装配在不同的车型上所需要的控制逻辑开发、调试和性能验证等工作各不相同，进一步地增加了搭载的时间和工作量，而且也增加了搭载的难度。
发明内容
本发明第一方面的一个目的是提供一种用于车辆的集成度高且能够减少车辆与增程器系统搭载时间和工作量的增程式能量管理系统。
本发明第一方面的进一步的目的是提供一种用于车辆的通用性强的增程式能量管理系统。
本发明第二方面的目的是提供一种用于车辆的增程式能量管理系统的设计方法。
根据上述第一方面，本发明提供了一种用于车辆的增程式能量管理系统，所述车辆包括整车控制器、动力电池和电池管理系统，所述增程式能量管理系统包括：
发动机；
发电机；
发动机控制器，与所述发动机连接，用于控制所述发动机；
发电机控制器，与所述发电机连接，用于控制所述发电机；
增程器控制器，与所述发动机控制器和所述发电机控制器均连接，所述增程器控制器用于协调控制所述电池管理系统、所述发动机控制器和所述发电机控制器；
其中，当所述增程式能量管理系统搭载在车辆上时，所述增程器控制器与所述整车控制器和所述电池管理系统均连接。
可选地，所述增程器控制器包括多个控制单元，每一个所述控制单元对应于一个种类的动力电池；
当所述增程式能量管理系统搭载在所述车辆上时，所述增程式能量管理系统根据所述待搭载车辆上的所述动力电池的种类选择相应的所述控制单元。
可选地，所述增程器控制器用于根据所述整车控制器采集的车辆信息获得所述车辆的功率需求及根据所述功率需求协调控制所述发动机控制器、所述发电机控制器和所述电池管理系统。
可选地，所述增程器控制器还用于根据功率需求控制发电机控制器的发电时间和发电量。
可选地，增程式能量管理系统还包括：
用于为所述发动机减震的双质量飞轮和用于为所述车辆进行热管理的热管理组件。
可选地，所述热管理组件包括用于冷却发动机的冷却风扇和中冷器。
可选地，所述增程器控制器还用于根据所述车辆信息协调控制所述热管理组件。
可选地，所述增程器控制器与所述整车控制器和所述电池管理系统均通过CAN连接。
可选地，增程式能量管理系统还包括：
模式开关，用于供所述车辆的驾驶员选择驾驶模式，所述驾驶模式包括纯电模式和增程模式；
当所述驾驶模式为所述纯电模式时，所述增程器控制器控制所述动力电池为所述车辆提供动力；
当所述驾驶模式为所述增程模式时，所述增程器控制器根据所述整车控制器采集的车辆信息获得所述车辆的功率需求及根据所述功率需求协调控制所述发动机控制器、所述发电机控制器和所述电池管理系统。
根据上述第二方面，本发明提供了一种用于设计所述的增程式能量管理系统的方法，包括：
采集不同种类的动力电池的信息；
根据采集到的动力电池的信息设计增程器控制器；
将所述增程式能量管理系统搭载在车辆模型上进行测试；
根据测试结果对所述能量管理系统的性能进行调试。
本发明提供的增程式能量管理系统包括发动机、发电机、发动机控制器、发电机控制器和增程器控制器。该增程式能量管理系统是独立的，当现有的车辆需要改制成增程式车辆时可以通过将该增程式能量管理系统搭载在车辆上实现，只要求待搭载的车辆上具备放置该增程式能量管理系统的空间即可。其中的增程器控制器用于协调控制电池管理系统、发动机控制器和发电机控制器，增程器控制器具备对电池管理系统进行控制的能量，且能根据车辆的运行情况协调控制电池管理系统、发动机控制器和发电机控制器。使得该增程式能量管理系统的集成度非常高，在与车辆搭载时，仅需要将增程器控制器与车辆上的整车控制器和电池管理系统连接即可，无需对整车控制器的控制逻辑进行开发、调试和性能验证，极大了减少了搭载的难度，节约了搭载的时间，降低了搭载的工作量。
进一步地，增程器控制器中有多个根据动力电池种类进行设置的控制单元。当增程式能量管理系统搭载在车辆上时，增程式能量管理系统根据车辆上的动力电池的种类选择相应的控制单元。在增程器控制器开发的过程中，发明人调研了现有技术中的车辆使用的绝大部分种类的动力电池，将动力电池按照电池容量、充电倍率和放电倍率进行分类，然后根据动力电池的种类对应的开发多个控制单元，如此，该增程式能量管理系统便可以应用在绝大部分的车辆上，其通用性非常高。
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增程式能量管理系统的结构框图；
图2是根据本发明的一个实施例的用于车辆的增程式能量管理系统的设计方法的流程示意图。
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增程式能量管理系统的结构框图。如图1所示，本发明提供了一种用于车辆的增程式能量管理系统，车辆包括整车控制器6、动力电池8和电池管理系统7，增程式能量管理系统一般性地包括发动机1、发电机3、发动机控制器2、发电机控制器4和增程器控制器5。发动机控制器2与发动机1连接，用于控制发动机1。发电机控制器4与发电机3连接，用于控制发电机3。增程器控制器5与发动机控制器2和发电机控制器4均连接，增程器控制器5用于协调控制电池管理系统7、发动机控制器2和发电机控制器4。其中，当增程式能量管理系统搭载在车辆上时，增程器控制器5与整车控制器6和电池管理系统7均连接。
本实施例提供的增程式能量管理系统包括发动机1、发电机3、发动机控制器2、发电机控制器4和增程器控制器5。该增程式能量管理系统是独立的，当现有的车辆需要改制成增程式车辆时可以通过将该增程式能量管理系统搭载在车辆上实现，只要求待搭载的车辆上具备放置该增程式能量管理系统的空间即可。其中的增程器控制器5用于协调控制电池管理系统7、发动机控制器2和发电机控制器4，增程器控制器5具备对电池管理系统7进行控制的能量，且能根据车辆的运行情况协调控制电池管理系统7、发动机控制器2和发电机控制器4。使得该增程式能量管理系统的集成度非常高，在与车辆搭载时，仅需要将增程器控制器5与车辆上的整车控制器6和电池管理系统7连接后经过简单的功能调试和性能验证后即可，无需对整车控制器6的控制逻辑进行开发、调试和性能验证，极大了减少了搭载的难度，节约了搭载的时间，降低了搭载的工作量。
在一个优选的实施例中，增程器控制器5包括多个控制单元，每一个控制单元对应于一个种类的动力电池。当增程式能量管理系统搭载在车辆上时，增程式能量管理系统根据车辆上的动力电池8的种类选择相应的控制单元。在增程器控制器5开发的过程中，发明人调研了现有技术中的车辆使用的绝大部分种类的动力电池8，将动力电池8按照电池容量、充电倍率和放电倍率进行分类，然后根据动力电池8的种类对应的开发多个控制单元，如此，该增程式能量管理系统便可以应用在绝大部分的车辆上，其通用性非常高，最大程度减少整车布置的改动量，降低整车控制器6逻辑开发和验证的工作量，搭载后仅需简单的功能调试和性能验证后即可使用，便于搭载，也有利于车辆的工程化开发。
在该增程式能量管理系统搭载在车辆上后，整车控制器6实时地采集车辆的信息，然后增程器控制器5根据整车控制器6采集的车辆信息获得车辆的功率需求。车辆的信息包括油门踏板开度、制动踏板开度、车速和车辆所在道路的坡度等。然后增程器控制器5根据功率需求协调控制发动机控制器2、发电机控制器4和电池管理系统7，使得最终输出的功率满足整车的需求。
增程器控制器5还用于根据功率需求控制发电机控制器4的发电时间和发电量。当车辆按照增程模式运行时，需要对动力电池8进行充电，此时增程器控制器5可以根据功率需求控制发电机控制器4的发电时间和发电量，实际进行发电的发电机3，但是发电机3是受到发电机控制器4的控制的，所以可以通过控制发电机控制器4来控制发电机3的发电时间和发电量。功率需求包括满足车辆运行和动力电池8充电的功率。
在一个优选的实施例中，增程式能量管理系统还包括用于为发动机减震的双质量飞轮和用于为车辆进行热管理的热管理组件。
在一个进一步的实施例中，热管理组件包括用于冷却发动机的冷却风扇和中冷器。在其他实施例中，热管理组件也可以为其他部件，可以根据待搭载车辆的实际需要进行适应性的调整。
在一个更为进一步的实施例中，增程器控制器5还用于根据车辆信息协调控制热管理组件。具体的，增程器控制器5中设置有用于控制热管理组件的控制单元，该控制单元可以根据车俩信息进行热管理控制。
在一个具体的实施例中，增程器控制器5与整车控制器6和电池管理系统7均通过CAN连接。在其他实施例中，增程器控制器5与整车控制器6和电池管理系统7也可以均通过线束连接。增程器控制器5与发动机控制器2和发电机控制器4也可以通过CAN或线束连接。
在一个优选的实施例中，增程式能量管理系统还包括模式开关，用于供车辆的驾驶员选择驾驶模式，驾驶模式包括纯电模式和增程模式。当驾驶模式为纯电模式时，增程器控制器5控制动力电池8为车辆提供动力，此时增程器控制器5作为网关接受整车控制器6的指令，整车控制器6的控制逻辑仍和未搭载增程式能量管理系统之前相同。当驾驶模式为增程模式时，增程器控制器5根据整车控制器6采集的车辆信息获得车辆的功率需求及根据功率需求协调控制发动机控制器2、与发电机3和电池管理系统7，增程器控制器5主动识别整车的功率需求，主动计算发电时间和发电量。
图2是根据本发明的一个实施例的用于车辆的增程式能量管理系统的设计方法的流程示意图。如图2所示，本发明还提供了一种用于设计上述任意一个实施例提供的增程式能量管理系统的方法，其一般性地包括：
S10：采集不同种类的动力电池8的信息；
S20：根据采集到的动力电池8的信息设计增程器控制器5；
S30：将增程式能量管理系统搭载在车辆模型上进行测试；
S40：根据测试结果对能量管理系统的性能进行调试。
在增程器控制器5开发的过程中，发明人调研了现有技术中的车辆使用的绝大部分种类的动力电池8，将动力电池8按照电池容量、充电倍率和放电倍率进行分类，然后根据动力电池8的种类对应的开发多个控制单元，如此，该增程式能量管理系统便可以应用在绝大部分的车辆上。进而还需要经过模型在环测试、硬件在环测试等充分的验证，同时在台架上用真实的增程器控制器5协调发电机控制器4、发动机控制器2和电池管理系统7，动力电池8可以用Matlab模型搭建，其参数设置可以充分考虑各种类型的动力电池8，然后进行功能调试和各类性能验证，功能调试例如对发动机控制器2和发电机控制器4的上电控制、启动控制、停机控制、按照功率请求发电控制、增程器控制器5综合整车发电需求控制电池管理系统7实现动力电池8的充放电功能等等，性能验证包括经济性试验、耐久性试验和振动噪声试验等。如此，增程式能量管理系统开发完成后的集成度、通用性和可靠性都非常高，可以极大的减少搭载的难度，节约搭载的时间，降低搭载的工作量，而且调试和验证完成后即可批量生产，缩短了开发周期、减少了开发费用。
在该增程式能量管理系统与车辆搭载后，仅需要将增程器控制器5与车辆上的整车控制器6和电池管理系统7连接后经过简单的功能调试和性能验证后即可，例如修改CAN通讯矩阵以将电池管理系统7与增程器控制器5连接(通讯矩阵包括增程器控制器5与发动机1和发电机3的转速及扭矩等信息传递、增程器控制器5与电池管理系统7之间的动力电池8信息交互)、与车辆磨合测试以及各种工况实车验证(正常行驶工况、高温工况、高原工况和高寒工况等)。
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 (9)

1.一种用于车辆的增程式能量管理系统，所述车辆包括整车控制器（6）、动力电池（8）和电池管理系统（7），其特征在于，所述增程式能量管理系统包括：
发动机（1）；
发电机（3）；
发动机控制器（2），与所述发动机（1）连接，用于控制所述发动机（1）；
发电机控制器（4），与所述发电机（3）连接，用于控制所述发电机（3）；
增程器控制器（5），与所述发动机控制器（2）和所述发电机控制器（4）均连接，所述增程器控制器（5）用于协调控制所述电池管理系统（7）、所述发动机控制器（2）和所述发电机控制器（4）；
其中，当所述增程式能量管理系统搭载在车辆上时，所述增程器控制器（5）与所述整车控制器（6）和所述电池管理系统（7）均连接；
所述增程器控制器（5）包括多个控制单元，每一个所述控制单元对应于一个种类的动力电池；
当所述增程式能量管理系统搭载在所述车辆上时，所述增程式能量管理系统根据待搭载车辆上的所述动力电池（8）的种类选择相应的所述控制单元。
2.根据权利要求1所述的增程式能量管理系统，其特征在于，所述增程器控制器（5）用于根据所述整车控制器（6）采集的车辆信息获得所述车辆的功率需求及根据所述功率需求协调控制所述发动机控制器（2）、所述发电机控制器（4）和所述电池管理系统（7）。
3.根据权利要求2所述的增程式能量管理系统，其特征在于，所述增程器控制器（5）还用于根据功率需求控制发电机控制器（4）的发电时间和发电量。
4.根据权利要求3所述的增程式能量管理系统，其特征在于，还包括：
用于为所述发动机减震的双质量飞轮和用于为所述车辆进行热管理的热管理组件。
5.根据权利要求4所述的增程式能量管理系统，其特征在于，所述热管理组件包括用于冷却发动机的冷却风扇和中冷器。
6.根据权利要求4所述的增程式能量管理系统，其特征在于，所述增程器控制器（5）还用于根据所述车辆信息协调控制所述热管理组件。
7.根据权利要求1所述的增程式能量管理系统，其特征在于，所述增程器控制器（5）与所述整车控制器（6）和所述电池管理系统（7）均通过CAN连接。
8.根据权利要求1所述的增程式能量管理系统，其特征在于，还包括：
模式开关，用于供所述车辆的驾驶员选择驾驶模式，所述驾驶模式包括纯电模式和增程模式；
当所述驾驶模式为所述纯电模式时，所述增程器控制器（5）控制所述动力电池（8）为所述车辆提供动力；
当所述驾驶模式为所述增程模式时，所述增程器控制器（5）根据所述整车控制器（6）采集的车辆信息获得所述车辆的功率需求及根据所述功率需求协调控制所述发动机控制器（2）、所述发电机控制器（4）和所述电池管理系统（7）。
9.一种用于设计权利要求1-8任一项所述的增程式能量管理系统的方法，其特征在于，包括：
采集不同种类的动力电池（8）的信息；
根据采集到的动力电池（8）的信息设计增程器控制器（5）；
将所述增程式能量管理系统搭载在车辆模型上进行测试；
根据测试结果对所述增程式能量管理系统的性能进行调试。
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