CN112140909B - 一种应用于增程车辆的复合能量管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于增程车辆的复合能量管理系统，涉及增程器技术领域，其技术方案要点包括增程器控制器RECU以及机械连接的发动机与发电机，发动机连接有发动机控制器ECU，发电机连接有发电机控制器GCU，增程器控制器RECU、发动机控制器ECU和发电机控制器GCU通过第一CAN连接，增程器控制器RECU连接有第二CAN，第二CAN连接有电池管理系统BMS，发电机控制器GCU通过直流母线连接有动力电池，动力电池与电池管理系统BMS连接；直流母线连接有DCDC，DCDC与第一CAN连接，并连接有超级电容。本发明使极速增加的瞬时功率请求在动力电池和超级电容的配合下供给；延长电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及增程器技术领域，更具体地说它涉及一种应用于增程车辆的复合能量管理系统。
背景技术
在增程车辆运行过程中，通过使用复合能量管理系统，车辆能够进一步满足整车功率跟随的需求，使增程器可以更加稳定工作，从而可以达到在不同工况下增程器系统运行效率最优以及良好整车驾驶性能的诉求。
公告号为CN210591431U的中国专利公开了一种增程系统，该系统包括正平衡发电装置、第一电池组和第二电池组，所述正平衡发电装置包括发动机和两个发电机，两个所述发电机配置在所述发动机的相对的两个端部，两个所述发电机的动力输入轴对应与所述发动机的动力输出轴的两端传动配合，两个所述发电机的电能输出端通过整流器对应连接所述第一电池组和所述第二电池组，所述第一电池组和所述第二电池组与控制器连接、以选择其中一个电池组给驱动电机提供能量。
但是该增程系统在车辆有较为频繁的大电流充放电工况时，若由动力电池进行频繁的充放电，则会大大缩短电池的使用寿命，若由增程系统提供相应的能量，则在功率跟随工况时增程系统功率会频繁变化，这对增程系统的NVH及经济性能产生很大影响，同时也会缩短增程器系统的使用寿命，有待改进。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种应用于增程车辆的复合能量管理系统，该应用于增程车辆的复合能量管理系统具有有效延长电池使用寿命的效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种应用于增程车辆的复合能量管理系统，包括增程器控制器RECU以及机械连接的发动机与发电机，所述发动机连接有发动机控制器ECU，所述发电机连接有发电机控制器GCU，所述增程器控制器RECU、发动机控制器ECU和发电机控制器GCU通过第一CAN连接，所述增程器控制器RECU连接有第二CAN，所述第二CAN连接有电池管理系统BMS，所述发电机控制器GCU通过直流母线连接有动力电池，所述动力电池与所述电池管理系统BMS连接；所述直流母线连接有DCDC，所述DCDC与第一CAN连接，并连接有超级电容；其中，所述增程器控制器RECU用于综合控制增程系统进行能量供应；所述发动机控制器ECU用于控制发动机；所述发电机控制器GCU用于发电机；所述电池管理系统BMS用于综合控制动力电池并给提供能量；所述DCDC用于供所述超级电容快速充放电；所述超级电容用于为增程车辆提供电能。
通过采用上述技术方案，在车辆起步或急加速过程中，由于车辆整车的瞬时功率请求极速增加，进而通过增程器控制器RECU综合控制增程系统进行能量供应，使得极速增加的瞬时功率请求在动力电池和超级电容的配合下实现有效供给；并在车辆平稳行驶时，控制DCDC使超级电容快速充电至额定电量的限定值，剩余容量用于在车辆急减速工况能量快速回收，进而实现有效延长电池使用寿命的效果。
本发明进一步设置为：所述第二CAN连接有整车控制器VCU，所述整车控制器VCU用于控制增程车辆。
通过采用上述技术方案，通过整车控制器VCU控制增程车辆，实现整车车辆的便捷控制。
本发明进一步设置为：所述增程器控制器RECU包括目标功率变化率算法模块、滤波器、功率分配模块与增程器高效区转速与扭矩分配模块；
所述目标功率变化率算法模块用于接收目标功率请求与判断目标功率变化率，并将目标功率请求分别传送给所述滤波器和所述功率分配模块，根据目标功率变化率驱动所述滤波器或所述功率分配模块将相应的目标功率请求发送至所述增程器高效区转速与扭矩分配模块；
所述滤波器用于与所述增程器高效区转速与扭矩分配模块连接，并发送经处理的目标功率请求；
所述功率分配模块用于与所述增程器高效区转速与扭矩分配模块连接，并发送经处理的目标功率请求；
所述增程器高效区转速与扭矩分配模块用于向所述发动机控制器ECU发送扭矩请求和向所述发电机控制器GCU发送转速请求。
通过采用上述技术方案，在通过目标功率变化率算法模块判断目标功率请求后，再经由滤波器或功率分配模块实现功率的有效分配，以使得动力电池与超级电容相互匹配协作，达到延长动力电池使用寿命的目的。
本发明进一步设置为：所述增程器控制器RECU还包括超级电容当前放电能力计算模块；所述DCDC设置有PWM开关；所述超级电容当前放电能力计算模块用于计算超级电容瞬时功率，并将超级电容瞬时功率传送至所述功率分配模块；所述PWM开关用于控制所述超级电容的快速充放电功率。
通过采用上述技术方案，实现超级电容的放电与充电的有序进行，以实现有效延长动力电池使用寿命的效果。
本发明进一步设置为：当所述目标功率变化率算法模块判断目标功率变化率小于等于设定阈值时，驱动所述滤波器将相应的目标功率请求发送至所述增程器高效区转速与扭矩分配模块；并当所述目标功率变化率算法模块判断目标功率变化率大于设定阈值时，驱动所述功率分配模块将相应的目标功率请求发送至所述增程器高效区转速与扭矩分配模块。
通过采用上述技术方案，以实现有效的目标功率变化率判断与功率分配的效果。
本发明进一步设置为：所述设定阈值为12kW/s。
通过采用上述技术方案，达到有效延长动力电池使用寿命的目的。
本发明进一步设置为：所述增程器控制器RECU还用于检测环境与所述动力电池温度，并在车辆首次启动且环境温度低于零下20℃时，所述超级电容为车辆起步供能；当所述电池温度升至正常工作温度时，所述超级电容停止供能，所述动力电池为车辆供能。
通过采用上述技术方案，避免动力电池在低温条件下工作而影响到动力电池的使用寿命。
本发明进一步设置为：当所述超级电容为车辆起步供能时，若所述超级电容电量低于20%，则所述超级电容启动所述发动机与所述发电机，所述发动机与所述发电机对所述超级电容充电并驱动车辆行驶。
通过采用上述技术方案，实现动力电池与超级电容的有效协同工作的效果。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、通过将超级电容作为高倍率快速充放电的储能部件，实现保护动力电池的效果；
2、在纯电行驶工况下，当车辆处于制动工况大电流充电时，超级电容可以快速吸收功率，有效改善制动能量回收效率，提升动力电池的循环使用寿命；
3、在纯电行驶工况下，当车辆有起步，加速或爬坡等工况时，超级电容能够快速输出功率，有效地提升车辆的性能；
4、在纯电行驶至低SOC需要启动增程动力系统时，超级电容能够作为高倍率放电部件进行放电，用来成功启动增程器（发动机和发电机），可减少动力电池大电流输出对其寿命造成的影响；
5、在车辆处于增程行驶状态下，超级电容可以高倍率充放电，以应对车辆在功率跟随工况下较为频繁的大电流变化工况，进而保证增程车辆稳定运行，提升运行效率；
6、在车辆处于增程行驶状态下，当由车辆增程系统及动力电池共同提供能量时，超级电容可以作为高效快速储能部件，既避免动力电池过充或过放，又可以提供瞬时能量，保证车辆增程系统平稳运行，能够满足不同整车工况下的增程器效率最优以及良好驾驶性能的诉求；
7、增加超级电容部件以达到减少动力电池的装机量和使用成本的目的，使得整车对动力电池的放电倍率要求降低，可配备普通能量型动力电池，如在配备相同功率等级要求的动力系统时，原需匹配充放电10倍率，功率20kW的锂电池，现可选配5倍率，功率为20kW的磷酸铁锂电池。
附图说明
图1是本发明实施例的电路连接结构图；
图2是本发明实施例的增程器控制器RECU与DCDC的连接结构框图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种应用于增程车辆的复合能量管理系统，包括增程器控制器RECU以及机械连接的发动机与发电机。发动机连接有发动机控制器ECU，发电机连接有发电机控制器GCU，增程器控制器RECU、发动机控制器ECU和发电机控制器GCU通过第一CAN连接。增程器控制器RECU连接有第二CAN。第二CAN连接有电池管理系统BMS与整车控制器VCU。发电机控制器GCU通过直流母线连接有动力电池。动力电池与电池管理系统BMS连接。与此同时，直流母线连接有DCDC。DCDC与第一CAN连接，并连接有超级电容。
需要说明的是，增程器控制器RECU用于综合控制增程系统进行能量供应；发动机控制器ECU用于控制发动机；发电机控制器GCU用于发电机；电池管理系统BMS用于综合控制动力电池并给提供能量；整车控制器VCU用于控制增程车辆；DCDC用于供所述超级电容快速充放电；超级电容用于为增程车辆提供电能。因此，在车辆起步或急加速过程中，由于车辆整车的瞬时功率请求极速增加，进而通过增程器控制器RECU综合控制增程系统进行能量供应，使得极速增加的瞬时功率请求在动力电池和超级电容的配合下实现有效供给；并在车辆平稳行驶时，控制DCDC使超级电容快速充电至额定电量的限定值，剩余容量用于在车辆急减速工况能量快速回收，进而实现有效延长电池使用寿命的效果。且通过整车控制器VCU控制增程车辆，实现整车车辆的便捷控制。
如图1、图2所示，增程器控制器RECU包括目标功率变化率算法模块、滤波器、功率分配模块、增程器高效区转速与扭矩分配模块以及超级电容当前放电能力计算模块。目标功率变化率算法模块用于接收目标功率请求与判断目标功率变化率，并将目标功率请求分别传送给滤波器和功率分配模块，根据目标功率变化率驱动滤波器或功率分配模块将相应的目标功率请求发送至增程器高效区转速与扭矩分配模块；滤波器用于与增程器高效区转速与扭矩分配模块连接，并发送经处理的目标功率请求；功率分配模块用于与增程器高效区转速与扭矩分配模块连接，并发送经处理的目标功率请求；增程器高效区转速与扭矩分配模块用于向发动机控制器ECU发送扭矩请求和向所述发电机控制器GCU发送转速请求。因此，在通过目标功率变化率算法模块判断目标功率请求后，再经由滤波器或功率分配模块实现功率的有效分配，以使得动力电池与超级电容相互匹配协作，达到延长动力电池使用寿命的目的。需要提及的是，DCDC设置有PWM开关。PWM开关用于控制超级电容的快速充放电功率，并与超级电容当前放电能力计算模块连接，进而实现超级电容的放电与充电的有序进行，以实现有效延长动力电池使用寿命的效果。
需要说明的是，当目标功率变化率算法模块判断目标功率变化率小于等于设定阈值时，且在本实施例中，设定阈值为12kW/s，驱动滤波器将相应的目标功率请求发送至增程器高效区转速与扭矩分配模块；并当目标功率变化率算法模块判断目标功率变化率大于12kW/s时，驱动功率分配模块将相应的目标功率请求发送至增程器高效区转速与扭矩分配模块，此时，功率请求不足的部分由超级电容快速补充，以达到避免动力电池大电流输出而影响到使用寿命的目的。
与此同时，增程器控制器RECU还用于检测环境与动力电池温度，并在车辆首次启动且环境温度低于零下20℃时，超级电容为车辆起步供能；当电池温度升至正常工作温度时，超级电容停止供能，所述动力电池为车辆供能，以避免动力电池在低温条件下工作而影响到动力电池的使用寿命。相应的，当超级电容为车辆起步供能时，若超级电容低于额定电量的20%，则超级电容启动由发动机与发电机组成的增程器，发动机与发电机对所述超级电容充电并驱动车辆行驶，进而实现动力电池与超级电容的有效协同工作的效果。
综上，本申请具有通过将超级电容作为高倍率快速充放电的储能部件，实现保护动力电池的效果；在纯电行驶工况下，当车辆处于制动工况大电流充电时，超级电容可以快速吸收功率，有效改善制动能量回收效率，提升动力电池的循环使用寿命，且在处于加速或爬坡等工况时，超级电容能够快速输出功率，有效地提升车辆的性能；与此同时，在纯电行驶至低SOC需要启动增程动力系统时，超级电容能够作为高倍率放电部件进行放电，用来成功启动增程器（发动机和发电机），可减少动力电池大电流输出对其寿命造成的影响；而在车辆处于增程行驶状态下，超级电容可以高倍率充放电，以应对车辆在功率跟随工况下较为频繁的大电流变化工况，进而保证增程车辆稳定运行，提升运行效率，并当由车辆增程系统及动力电池共同提供能量时，超级电容可以作为高效快速储能部件，既避免动力电池过充或过放，又可以提供瞬时能量，保证车辆增程系统平稳运行，能够满足不同整车工况下的增程器效率最优以及良好驾驶性能的诉求；相应的，通过增加超级电容部件可以达到减少动力电池的装机量和使用成本的目的，使得整车对动力电池的放电倍率要求降低，可配备普通能量型动力电池，如在配备相同功率等级要求的动力系统时，原需匹配充放电10倍率，功率20kW的锂电池，现可选配5倍率，功率为20kW的磷酸铁锂电池。
以上所述仅为本发明的优选实施例，本发明的保护范围并不仅仅局限于上述实施例，但凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和润饰，这些修改和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种应用于增程车辆的复合能量管理系统，包括增程器控制器RECU以及机械连接的发动机与发电机，所述发动机连接有发动机控制器ECU，所述发电机连接有发电机控制器GCU，所述增程器控制器RECU、发动机控制器ECU和发电机控制器GCU通过第一CAN连接，其特征在于：所述增程器控制器RECU连接有第二CAN，所述第二CAN连接有电池管理系统BMS，所述发电机控制器GCU通过直流母线连接有动力电池，所述动力电池与所述电池管理系统BMS连接；所述直流母线连接有DCDC，所述DCDC与第一CAN连接，并连接有超级电容；其中，所述增程器控制器RECU用于综合控制增程系统进行能量供应；所述发动机控制器ECU用于控制发动机；所述发电机控制器GCU用于发电机；所述电池管理系统BMS用于综合控制动力电池并给提供能量；所述DCDC用于供所述超级电容快速充放电；所述超级电容用于为增程车辆提供电能；所述增程器控制器RECU包括目标功率变化率算法模块、滤波器、功率分配模块与增程器高效区转速与扭矩分配模块；
所述目标功率变化率算法模块用于接收目标功率请求与判断目标功率变化率，并将目标功率请求分别传送给所述滤波器和所述功率分配模块，根据目标功率变化率驱动所述滤波器或所述功率分配模块将相应的目标功率请求发送至所述增程器高效区转速与扭矩分配模块；
所述滤波器用于与所述增程器高效区转速与扭矩分配模块连接，并发送经处理的目标功率请求；
所述功率分配模块用于与所述增程器高效区转速与扭矩分配模块连接，并发送经处理的目标功率请求；
所述增程器高效区转速与扭矩分配模块用于向所述发动机控制器ECU发送扭矩请求和向所述发电机控制器GCU发送转速请求。
2.根据权利要求1所述的一种应用于增程车辆的复合能量管理系统，其特征在于：所述第二CAN连接有整车控制器VCU，所述整车控制器VCU用于控制增程车辆。
3.根据权利要求1所述的一种应用于增程车辆的复合能量管理系统，其特征在于：所述增程器控制器RECU还包括超级电容当前放电能力计算模块；所述DCDC设置有PWM开关；所述超级电容当前放电能力计算模块用于计算超级电容瞬时功率，并将超级电容瞬时功率传送至所述功率分配模块；所述PWM开关用于控制所述超级电容的快速充放电功率。
4.根据权利要求1所述的一种应用于增程车辆的复合能量管理系统，其特征在于：当所述目标功率变化率算法模块判断目标功率变化率小于等于设定阈值时，驱动所述滤波器将相应的目标功率请求发送至所述增程器高效区转速与扭矩分配模块；并当所述目标功率变化率算法模块判断目标功率变化率大于设定阈值时，驱动所述功率分配模块将相应的目标功率请求发送至所述增程器高效区转速与扭矩分配模块。
5.根据权利要求4所述的一种应用于增程车辆的复合能量管理系统，其特征在于：所述设定阈值为12kW/s。
6.根据权利要求1所述的一种应用于增程车辆的复合能量管理系统，其特征在于：所述增程器控制器RECU还用于检测环境与所述动力电池的温度，并在车辆首次启动且环境温度低于零下20℃时，所述超级电容为车辆起步供能；当所述动力电池温度升至正常工作温度时，所述超级电容停止供能，所述动力电池为车辆供能。
7.根据权利要求6所述的一种应用于增程车辆的复合能量管理系统，其特征在于：当所述超级电容为车辆起步供能时，若所述超级电容电量低于额定电量的20%，则所述超级电容启动所述发动机与所述发电机，所述发动机与所述发电机对所述超级电容充电并驱动车辆行驶。
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