CN111878244A - 一种48v混动电气系统 - Google Patents

Abstract

一种48V混动电气系统，包括控制器单元、12V电池、显示模块、48V电池、传感器单元、DC‑DC模块，以及BMS系统、电机控制器及BSG电机，48V电池为BMS系统、BSG电机提供电能，控制器单元通过BMS系统控制电机控制器对BSG电机控制，BMS系统还连接有电子增压器，控制器单元依据油门踏板传感器所产生的电信号获得发动机的期望扭矩，通过查表获得发动机的目标进气压力，并通过计算增压比获得电子增压器的目标转速值，控制器单元通过总线将目标转速值发送至电子增压器对进气压力进行控制；优点是对发动机启停、起步、刹车等工况下的优化，搭载的电子增压器，能够快速建压，消除涡轮增压器的涡轮迟滞现象，配合电机能够使车辆系统具有更好的动力响应性。

Description

一种48V混动电气系统

技术领域

本发明涉及混动系统，具体涉及一种48V混动电气系统。

背景技术

随着科学技术的进步以及能源的日益匮乏，传统油耗型汽车已经无法满足社会的需求，而现有的新能源汽车在动力电池的容量较小，无法满足用户对里程的需求，仅适合短途使用。因此为响应国家号召从传统油耗型汽车向新能源汽车的过渡，满足消费者对整车驾驶性、舒适性的高要求，油电混动型车辆顺势而生，且混动型车辆和燃油车一样到加油站加油，但在混动型车辆起步、加速时，由于有电动马达的辅助，所以可以由电池单独驱动，降低油耗，从而减少用户加油次数，经济性能高。动力性优于同排量的单纯内燃机汽车，且可有效减少车内的机械噪音，因此混动型车辆逐渐成为社会关注的焦点。

混动型车辆在使用时区别于传统燃油车辆，传统的燃油车辆采用12V供电电压，为满足更高的电气功率需求，需要降低内部电阻或增加供电电压，而单纯通过增加电压以及降低内部电阻获得的驱动力是有限的，同时对于车辆电气系统来说，要降低内部电阻就需用线径更大的导线，这势必导致整车重量的增加，既提高了成本又影响了油耗。同时传统的车辆内设置的蜗轮增压存在一定缺陷，如迟滞、增压较慢等现象，且对混合动力系统而言，48V系统的电压是一个在成本、安全、性能等方面兼顾比较好的选择，因此需要一种新的48V混动电气系统，从而使得电机可更好的与发动机配合驱动车辆。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可使得电机与发动机配合更好、驱动能力更强的48V混动电气系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种48V混动电气系统，包括控制器单元、12V电池、显示模块、48V电池、传感器单元、DC-DC模块，以及诊断上位机，所述的DC-DC模块用于将48V电能转换为12V电能，所述的诊断上位机用于对48V混动电气系统出现的故障进行分析，所述的12V电池为控制器单元和传感器单元提供电能，所述的显示模块与所述的控制器单元相连接用于显示系统状态，所述的传感器单元包括油门踏板传感器，其特征在于，48V混动电气系统还包括BMS系统、电机控制器及BSG电机，所述的48V电池为BMS系统、BSG电机提供电能，所述的控制器单元通过BMS系统控制电机控制器进行电机控制，所述的BMS系统还连接有电子增压器，所述控制器单元依据油门踏板传感器所产生的电信号获得发动机的期望扭矩，并通过查表获得发动机的目标进气压力，并通过计算增压比获得电子增压器的目标转速值，所述的控制器单元通过总线将目标转速值发送至电子增压器对进气压力进行控制。

更进一步地，所述的控制器单元通过EMS系统与发动机相连接，所述的BSG电机通过皮带传动与所述的发动机连接，所述的EMS系统通过EMS保持上电开关与所述的12V电池相连接。

更进一步地，所述的48V电池通过BMS系统向DC-DC模块提供电能，所述的DC-DC模块与电子增压器、电机控制器相连接，所述的DC-DC模块还与所述的12V电池相连接用于为12V电池充电。

更进一步地，所述的12V电池通过EMS上电继电器与EMS系统相连接，所述的EMS上电继电器还与所述的控制器单元相连接；所述的12V电池通过BSG供电继电器与电机控制器相连接，所述的BSG供电继电器还与所述的控制器单元相连接；所述的12V电池通过BMS供电继电器与BMS系统相连接，所述的BMS供电继电器还与所述的控制器单元相连接。

更进一步地，所述的控制器单元通过DCDC供电继电器控制DC-DC模块工作，所述的DCDC供电继电器还与所述的12V电池相连接。

更进一步地，所述控制器单元依据油门踏板传感器所产生的电信号通过查表获取发动机的期望扭矩，所述的控制器单元由微处理器及其外围电路构成。

更进一步地，通过BSG电机动力线电流通过以下步骤进行估算：

步骤1、通过仿真软件对车辆行驶工况进行模拟，通过油门踏板传感器所产生的电信号获取当前BSG电机所需要的期望功率；

步骤2、通过步骤1获取的期望功率计算BSG电机期望功率下的瞬时工作电流；

步骤3、获取选定时间段内的瞬时工作电流，并计算出选定时间段内的平均工作电流。

更进一步地，步骤1中依据油门踏板传感器所产生的电信号通过查表获取发动机的期望扭矩，并通过期望扭矩计算出期望功率。

与现有技术相比，本发明的优点是通过控制器单元通过BMS系统控制电机控制器进行电机控制，BMS系统连接有电子增压器，控制器单元依据油门踏板传感器所产生的电信号获得发动机的期望扭矩，并通过查表获得发动机的目标进气压力，并通过计算增压比获得电子增压器的目标转速值，控制器单元通过总线将目标转速值发送至电子增压器对进气压力进行控制。48V混动电气系统的好处在于对发动机启停、起步、刹车等工况下的优化，能降低10%-15%的油耗。首先，更高电压下驱动的更大功率的启停电机，能够更轻松地带动发动机曲轴，使得系统工作的延时更短、顿挫感更小。而且具有更大容量的蓄电池、更大功率的电机，所以比起一般的启停系统能实现更多功能，如助力、能量回收。刹车、滑行时可通过发动机制动回收一部分动能，减少过程中的能量耗散。搭载的电子增压器，能够快速建压，消除涡轮增压器的涡轮迟滞现象，配合电机能够使车辆系统具有更好的动力响应性。同时通过BSG电机动力线电流通估算方法可以准确的计算得出流经BSG电机导线的电流大小，且通过模拟软件可实现不同工况的模拟，以及电机极限状态的模拟，从而便于电机导线线径的选择，保障电机运行的可靠。

附图说明

图1为本发明48V混动电气系统连接框图；

图2为本发明48V混动电气系统通信连接框图；

图3为本发明48V混动电气系统BSG电机的连接框图之一；

图4为本发明48V混动电气系统BSG电机的连接框图之二；

图5为循环工况下的BSG电机瞬时工作电流曲线图。

具体实施方式

以下结合图1至图5对本发明作进一步详细描述。

一种48V混动电气系统，包括控制器单元、12V电池、48V电池、传感器单元，还包括BMS系统即电池管理系统、电机控制器及BSG电机，诊断上位机（UDS）、车载显示器（Carmonitor）即显示模块、电子增压器(ES)、DC-DC模块即电压转换模块，其中诊断上位机用于对48V混动系统出现的故障进行分析定位，即访问48V整车控制器（HCU）的故障存储器、选择性保存发生故障时的快照信息（比如此时的车速、电压值），并根据诊断故障码分析定位故障以及用新的固件对48V整车控制器的程序进行更新。12V电池为控制器单元和传感器单元提供电能，显示模块与控制器单元相连接用于显示系统状态，传感器单元包括油门踏板传感器，48V电池为BMS系统、BSG电机提供电能，控制器单元通过BMS系统控制电机控制器进行电机控制，BMS系统还连接有电子增压器，所述控制器单元依据油门踏板传感器所产生的电信号，将该电信号与控制器单元内存储的发动机扭矩表进行比对从而获得发动机的期望扭矩，依据获得的期望扭矩，并通过查询扭矩和进气压力表获得发动机的目标进气压力，并通过计算增压比获得电子增压器的目标转速值，所述增压比为目标进气压力与电子增压器入口端的压力的比值，并依据增压比、空气流量与电子增压器转速关系表查询得到电子增压器转速的目标值，控制器单元通过总线将目标转速值发送至电子增压器，并对电子增压器内部的电机进行控制，从而控制电子增压器实现对进气压力的控制。所述控制器单元通过EMS系统与发动机相连接，BSG电机通过皮带传动与发动机连接，EMS系统通过EMS保持上电开关与12V电池相连接。

如附图1所示，上述传感器单元还包括离合踏板传感器和制动踏板传感器，离合踏板传感器、制动踏板传感器均与控制器单元连接用于采集离合踏板传感器产生的电信号和制动踏板传感器产生的电信号，进而依据离合踏板传感器产生的电信号和制动踏板传感器产生的电信号对汽车进行控制。同时控制器单元还连接有空档开关、强制怠速充电开关和48V启停开关，依据空档开关的状态实现汽车的空档控制，依据强制怠速充电开关实现电池的充电，通过48V启停开关可以实现混动电气系统的混合启动。上述控制器单元还连接有启动汽车的钥匙，钥匙包含有4档，分别包括ACC、ON、ST、OFF，当钥匙处于OFF时48V混动系统延迟3秒断电，当钥匙处于ACC时汽车的辅助电路接通，当钥匙处于ON时汽车的所有电子系统开启上电自检，当钥匙旋转到ST时表示发动机启动；其中钥匙内部设置有连接点B，即当汽车内部电路接通时，12V电池和后续的EMS保持上电开关连接。

如图1和图3所示，当48V混动电气系统工作后，上述48V电池通过BMS系统向DC-DC模块提供电能，DC-DC模块与电子增压器、电机控制器相连接并为其提供电能，DC-DC模块还与12V电池相连接用于为12V电池充电；如图4所示，48V电池与DC-DC模块之间还可设置有预充电路，通过控制预充继电器实现对12V电池的预充电，即当需要对12V电池进行预充时控制器单元控制预充继电器闭合将电能输入至48V输入端为DC-DC模块的提供电能，并将48V电能转换为12V电能从12V输出端输出至12V电池，实现对12V电池的预充电，其中预充电路还设置有5欧电阻，通过5欧电阻起到对预充电路的保护。

上述12V电池通过EMS上电继电器与EMS系统相连接，EMS上电继电器还与控制器单元相连接，控制器单元控制EMS上电继电器闭合后实现对EMS系统供电，同时控制EMS保持上电开关闭合，实现对EMS系统的持续供电；12V电池通过BSG供电继电器与电机控制器相连接，BSG供电继电器还与控制器单元相连接，通过控制器单元控制BSG供电继电器闭合实现对电机控制器供电；12V电池通过BMS供电继电器与BMS系统相连接，BMS供电继电器还与控制器单元相连接，通过控制器单元控制BMS供电继电器闭合实现对BMS系统供电。控制器单元通过DCDC供电继电器控制DC-DC模块工作，DCDC供电继电器还与12V电池相连接，通过控制器单元控制DCDC供电继电器闭合断开实现对DC-DC模块的工作状态进行控制。

上述控制器单元依据油门踏板传感器所产生的电信号通过发动机扭矩表查询获取发动机的期望扭矩，控制器单元由微处理器及其外围电路构成；即由微处理器(如MPC5744P、MPC5606、TMS320F28335)、晶振为核心，以开关量输入输出、A/D调理电路，以及信号处理电路、复位电路和CAN、串口通讯接口电路、DAC调理电路组成的控制电路。

本系统的信号传递通过CAN信号线进行传输，由图2可知，本系统有三路CAN信号线，第一路CAN0接口接收整车CAN信号，即用于发动机管理系统（EMS系统）、电池管理系统（BMS系统）、空调控制系统（AC）、车身稳定系统（ESP）、电子安全气囊（SRS）、汽车安全辅助系统（SAS）、车身控制器（BCM）、防抱死制动系统（ABS）、多媒体播放系统（DVD）、自动变速箱控制器单元（TCU）、48V整车控制器（HCU）、电子驻车系统（EPB）、无钥匙进入及启动系统（PEPS）与控制器单元（ICU）进行通讯；第二路CAN1接口与BMS系统、DC-DC模块、电机控制器、电子增压器（ES）进行数据交互；第三路CAN2接口用于CAN标定协议的上位机（CCP PC）、统一诊断服务的上位机（UDS PC）、车载显示器（Car monitor）的数据通讯。

控制器单元与显示模块通过CAN连接。控制器单元发送驾驶模式、发动机转速\扭矩，电机转速\扭矩、48V电池SOC信息、车速，刷新频率小于0.2s。显示模块接收控制器单元发送的数据，对数据进行解析，并通过图形界面进行可视化显示。

上述DC-DC模块电压转换还包括12V转5V用于给需要5V电压供电的传感器（如踏板信号）供电，如果要将车速信号进行特殊用途（如零车速判断）则进行9V转3.3V处理，也可将电压转换设计在控制器的硬件电路。

车速信号从仪表系统引出，需要经过抗干扰、滤波电路，对点火系统产生的干扰信号进行处理。油门、刹车、离合踏板信号均进行零电位标定，油门踏板信号采集二路模拟信号求平均，以滤除该信号的共模干扰保证信号 的准确性，为后续控制软件的处理提供条件。

其中48V电池通过BMS控制对系统的供电通断，为BSG电机、电子增压器、DC-DC模块提供48V电能。DC-DC模块将48V电压转换为12V电压，为汽车低压系统供电，并为原12V电池充电。并通过控制各继电器吸合，为BMS系统、DC-DC模块、电机控制器、电子增压器提供12V供电；48V混动电气系统内还设置有5V的电压转换装置为制动踏板传感器、离合踏板传感器、油门踏板传感器等提供5V供电电压；通过采集其相关信号，计算得到需求的功率，进而通过CAN信号控制BSG电机及电子增压器工作；通过CAN信号与DC-DC模块通讯，控制DC-DC模块工作，将48V转换为12V；并通过CAN与汽车发动机控制器（ECU）间进行通讯。

本系统上电流工作流程为：将汽车钥匙插入后，48V整车控制器（HCU）上电，初始化运行；初始化完成后，48V整车控制器（HCU）控制与汽车发动机控制器相对应的继电器吸合，使汽车发动机控制器（ECU）上电；48V整车控制器（HCU）接收到汽车发动机控制器正常工作的反馈信号后，同时控制BMS系统、DC-DC模块、BSG供电继电器吸合，使其上电；48V整车控制器（HCU）接收到BMS系统、DC-DC模块 、BSG电机启动准备成功的反馈信号后，控制预充电路内的预充继电器吸合，待预充工作完成后，BMS供电继电器吸合，本系统上电完成开始正常工作。

上述BSG电机动力线的电流可通过以下步骤进行估算：

步骤1、通过仿真软件对车辆行驶工况进行模拟，依据油门踏板传感器所产生的电信号通过查表获取发动机的期望扭矩，并通过期望扭矩获取当前BSG电机所需要的期望功率；

步骤2、通过步骤1获取的期望功率计算BSG电机期望功率下的瞬时工作电流；

步骤3、获取选定时间段内的瞬时工作电流，并计算出选定时间段内的平均工作电流。

具体为：对车辆和控制策略建立仿真模型，选用多种行驶工况利用仿真软件（如Matlab/Simulink）对电机电流进行仿真，由驾驶员输入踏板信号并获取当前的期望扭矩，依据期望扭矩和转速的乘积获取期望功率，同时获取电池、电机在循环工况下的瞬时工作电流曲线如图5所示，仿真得到的平均工作电流为28A，最大瞬时工作电流160A，瞬时工作电流取决于电机的驱动功率和发电功率，而电机的额定工作电流100A，即按车辆循环工况下额定需求功率为4.8kW，根据I=P/U，得出额定电流为100A。

依据上述的电流估算方法可有效选取适合电机的导线线径，即导线（如铜导线）载流量计算根据IEC 60364-5-523标准，在30摄氏度温度条件下，根据所需的额定工作电流得出导线线径，对导线选型提供计算方法，保证系统安全、可靠运行。

以上所述实施例仅为本发明的优选实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干的变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种48V混动电气系统，包括控制器单元、12V电池、显示模块、48V电池、传感器单元、DC-DC模块，以及诊断上位机，所述的DC-DC模块用于将48V电能转换为12V电能，所述的诊断上位机用于对48V混动电气系统出现的故障进行分析，所述的12V电池为控制器单元和传感器单元提供电能，所述的显示模块与所述的控制器单元相连接用于显示系统状态，所述的传感器单元包括油门踏板传感器，其特征在于，48V混动电气系统还包括BMS系统、电机控制器及BSG电机，所述的48V电池为BMS系统、BSG电机提供电能，所述的控制器单元通过BMS系统控制电机控制器对BSG电机控制，所述的BMS系统还连接有电子增压器，所述控制器单元依据油门踏板传感器所产生的电信号获得发动机的期望扭矩，通过查表获得发动机的目标进气压力，并通过计算增压比获得电子增压器的目标转速值，所述的控制器单元通过总线将目标转速值发送至电子增压器对进气压力进行控制。

2.如权利要求1所述的一种48V混动电气系统，其特征在于，所述的控制器单元通过EMS系统与发动机相连接，所述的BSG电机通过皮带传动与所述的发动机连接，所述的EMS系统通过EMS保持上电开关与所述的12V电池相连接。

3.如权利要求1所述的一种48V混动电气系统，其特征在于，所述的48V电池通过BMS系统向DC-DC模块提供电能，所述的DC-DC模块与电子增压器、电机控制器相连接，所述的DC-DC模块还与所述的12V电池相连接用于为12V电池充电。

4.如权利要求2所述的一种48V混动电气系统，其特征在于，所述的12V电池通过EMS上电继电器与EMS系统相连接，所述的EMS上电继电器还与所述的控制器单元相连接；所述的12V电池通过BSG供电继电器与电机控制器相连接，所述的BSG供电继电器还与所述的控制器单元相连接；所述的12V电池通过BMS供电继电器与BMS系统相连接，所述的BMS供电继电器还与所述的控制器单元相连接。

5.如权利要求3所述的一种48V混动电气系统，其特征在于，所述的控制器单元通过DCDC供电继电器控制DC-DC模块工作，所述的DCDC供电继电器还与所述的12V电池相连接。

6.如权利要求3所述的一种48V混动电气系统，其特征在于，所述控制器单元依据油门踏板传感器所产生的电信号通过查表获取发动机的期望扭矩，所述的控制器单元由微处理器及其外围电路构成。

7.如权利要求1所述的一种48V混动电气系统，其特征在于，通过BSG电机动力线的电流通过以下步骤进行估算：

步骤1、通过仿真软件对车辆行驶工况进行模拟，通过油门踏板传感器所产生的电信号获取当前BSG电机所需要的期望功率；

步骤2、通过步骤1获取的期望功率计算BSG电机在期望功率下的瞬时工作电流；

步骤3、获取选定时间段内的瞬时工作电流，并计算出选定时间段内的平均工作电流。

8.如权利要求7所述的一种48V混动电气系统，其特征在于，步骤1中依据油门踏板传感器所产生的电信号通过查表获取发动机的期望扭矩，并通过期望扭矩计算出期望功率。

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