CN112564549B - 一种汽车发电功率的控制装置及其控制方法 - Google Patents

一种汽车发电功率的控制装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种汽车发电功率的控制装置及其控制方法，所述汽车包括发动机、蓄电池、发电装置，所述发动机与所述蓄电池连接，所述控制装置包括温差发电装置、发电机和电子控制单元，所述温差发电装置、所述发电机与所述蓄电池连接，所述温差发电装置的工作状态具有多级，所述电子控制单元用以在所述汽车上电后，获得所述汽车用电需求功率；获得所述温差发电装置的最大发电功率；对比所述汽车用电需求功率及所述最大发电功率，根据预设的工况关系，来控制所述温差发电装置的多级工作状态之间或所述温差发电装置的最大级工作状态与所述发电机工作状态之间的切换。本发明使得温差发电装置能够最大限度地发挥其发电潜力，实现节油减排，提高发动机效率。

Description

一种汽车发电功率的控制装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种汽车发电功率的控制装置及其控制方法。
背景技术
发动机消耗的能量最终的去处除了有用功以外，一般以传热损失、排气余热为主，其中排气余热占总能量比例约35％，且一般温度可高达800-900℃，具备较高的再利用价值，直接将尾气排放到空气之中，是较为浪费的做法。如何提高发动机效率成为重中之重，而目前大多数是回收并利用尾气能量。利用尾气能量的途径多种多样，例如增压器就是主要的回收尾气能量手段，EGR技术亦可通过回收尾气来抑制缸内爆震，其他还有EHRS、朗肯循环。
对于当今市场而言，增压器、EGR已经是较为成熟的技术，但这二项技术仅仅回收了尾气当中的一小部分能量，尾气中依然有较多能量被浪费。EHRS通过冷却液对余热进行回收，并循环至发动机缸内进行释放，从而加速暖机，但在热管理技术普及的今天，源头上对热量的控制已经较为成熟，有很多方法可以将暖机加速到合理的时间范围内，而除去快速暖机以外的场景，EHRS的应用不多，整体收益不高。朗肯循环需求实现液体液态、气态两相的变化，且最后将膨胀功转变为机械能或电能，系统整体需要非常多的零部件和复杂的架构，亦不易控制，性价比较低。
常见的温差发电技术，有两种实现形式，一种是单独为温差发电设置电池组，对于混动车型发动机的运行并不连续，尾气能量的可利用率不高，对于常规车型，在12V蓄电池外单独设置电池的必要性不强，故该形式实用性不够高；第二种是直接为12V蓄电池充电，不单独为系统设置电池储存电能，这种情形下，温差发电装置需要与发电机有较好的耦合，否则容易出现能量溢出的情况，或者使温差发电长期处于摆设的情景。
目前也有温差发电技术自身集成了控制器，需求从整车网络上得到用电功率信号、发动机转速、负荷等信息，再自行处理并控制、调整换热面积，但实际上整车应用时，零部件新增控制器将大幅提升成本，且零部件一般很少能够直接参与CAN网络的交互，而是需要通过上级控制器，如发动机的EMS来完成。
前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高发动机效率的汽车发电功率的控制装置及其控制方法。
本发明提供一种汽车发电功率的控制装置，所述汽车包括发动机、蓄电池、发电装置，所述发动机与所述蓄电池连接，所述控制装置包括温差发电装置、发电机和电子控制单元，所述温差发电装置、所述发电机与所述蓄电池连接，所述温差发电装置的工作状态具有多级，所述电子控制单元用以在所述汽车上电后，获得所述汽车用电需求功率、获得所述温差发电装置的最大发电功率；对比所述汽车用电需求功率及所述最大发电功率，根据预设的工况关系，来控制所述温差发电装置的多级工作状态之间或所述温差发电装置的最大级工作状态与所述发电机工作状态之间的切换，所述预设的工况关系为工作系数、过渡时间与应处的工作状态的关系，所述工作系数为所述汽车用电需求功率及所述最大发电功率之比，所述过渡时间为所述温差发电装置的多级工作状态之间以及所述温差发电装置的最大级工作状态与所述发电机工作状态之间的持续时间，每一所述过渡时间对应设有预设的滤波时间，预设多个工作系数预设范围分别对应应处的工作状态，当所述工作系数超出前段工作系数预设范围，且所述过渡时间大于相应滤波时间时，则控制所述温差发电装置的多级工作状态之间或所述温差发电装置的最大级工作状态与所述发电机工作状态之间的切换，切换至当前工作系数所处的工作系数预设范围所对应的工作状态。
进一步地，所述电子控制单元获得所述汽车用电需求功率包括：首先获取所述汽车用电需求，接着以一定的频率实时对所述蓄电池的电量状态进行检测、监控，得到瞬态消耗功率，再对所述瞬态消耗功率求平均值，最终获得所述汽车用电需求功率。
进一步地，所述控制装置包括尾气进口温度传感器、尾气出口温度传感器、冷却液循环体、尾气进口、尾气二次利用电磁阀、尾气二次利用导管、尾气出口，所述温差发电装置置于所述冷却液循环体与总装置表面之间，且所述温差发电装置的表面分别与所述冷却液循环体和总装置表面贴合，所述冷却液循环体包括冷却液出口、冷却液温度传感器和冷却液进口，所述冷却液出口与所述冷却液温度传感器置于所述冷却液循环体一端，靠近所述尾气进口，所述冷却液进口置于所述冷却液循环体另一端，靠近所述尾气出口，所述电子控制单元获得所述温差发电装置的最大发电功率包括：首先对所述尾气进口温度传感器、尾气出口温度传感器、冷却液温度传感器的信号进行处理，再根据处理结果输出信号并结合尾气流量，最终获得所述温差发电装置的最大发电功率。
进一步地，所述控制装置还包括第一级可调式换热翅片、第二级可调式换热翅片、第三级可调式换热翅片，所述第一级可调式换热翅片、所述第二级可调式换热翅片、所述第三级可调式换热翅片安装于总装置的内壁面上，所述温差发电装置的多级工作状态具体分为第一级工作状态、第二级工作状态、第三级工作状态，所述第一级可调式换热翅片、所述第二级可调式换热翅片、所述第三级可调式换热翅片呈梯次包容关系，所述第二级可调式换热翅片置于所述第一级可调式换热翅片内，所述第三级可调式换热翅片置于所述第二级可调式换热翅片内，所述第一级可调式换热翅片、所述第二级可调式换热翅片、所述第三级可调式换热翅片分别用以根据所述温差发电装置的所述第一级工作状态、所述第二级工作状态、所述第三级工作状态进行伸缩式调整，所述工作系数预设范围包括低于第一工作系数阈值、所述第一工作系数阈值至第二工作系数阈值、所述第二工作系数阈值至第三工作系数阈值、高于所述第三工作系数阈值，分别对应所述温差发电装置第一级工作状态、所述第二级工作状态、所述第三级工作状态以及打开所述发电机进行发电的工作状态。
进一步地，还设有第四工作系数阈值，高于所述第三工作系数阈值的工作系数预设范围包括第三工作系数阈值至第四工作系数阈值的工作系数预设范围以及超过第四工作系数阈值的工作系数预设范围，第三工作系数阈值至第四工作系数阈值的工作系数预设范围对应的工作状态为温差发电装置发电为主，发电机进行辅助；超过第四工作系数阈值的工作系数预设范围对应的工作状态为发电机发电为主，温差发电装置进行辅助。
本发明还提供一种汽车发电功率的控制方法，所述汽车包括发动机、蓄电池，所述发动机与所述蓄电池连接，控制装置包括温差发电装置和发电机，所述温差发电装置、所述发电机与蓄电池连接，所述温差发电装置的工作状态具有多级，所述控制方法包括：步骤S1：所述汽车上电后，获得所述汽车用电需求功率；步骤S2：获得所述温差发电装置的最大发电功率；步骤S3：对比所述汽车用电需求功率及所述最大发电功率，根据预设的工况关系，控制所述温差发电装置的多级工作状态之间或所述温差发电装置的最大级工作状态与所述发电机工作状态之间的切换，所述预设的工况关系为工作系数、过渡时间与应处的工作状态的关系，所述工作系数为所述汽车用电需求功率及所述最大发电功率之比，所述过渡时间为所述温差发电装置的多级工作状态之间以及所述温差发电装置的最大级工作状态与所述发电机工作状态之间的持续时间，每一所述过渡时间对应设有预设的滤波时间，预设多个工作系数预设范围分别对应应处的工作状态，当所述工作系数超出前段工作系数预设范围，且所述过渡时间大于相应滤波时间时，则控制所述温差发电装置的多级工作状态之间或所述温差发电装置的最大级工作状态与所述发电机工作状态之间的切换，切换至当前工作系数所处的工作系数预设范围所对应的工作状态。
进一步地，所示步骤S1包括：首先获取所述汽车用电需求，接着以一定的频率实时对所述蓄电池的电量状态进行检测、监控，得到瞬态消耗功率，再对所述瞬态消耗功率求平均值，最终获得所述汽车用电需求功率。
进一步地，所述控制装置包括尾气进口温度传感器、尾气出口温度传感器、冷却液循环体、尾气进口、尾气二次利用电磁阀、尾气二次利用导管、尾气出口，所述温差发电装置置于所述冷却液循环体与总装置表面之间，且所述温差发电装置的表面分别与所述冷却液循环体和总装置表面贴合，所述冷却液循环体包括冷却液出口、冷却液温度传感器和冷却液进口，所述冷却液出口与所述冷却液温度传感器置于所述冷却液循环体一端，靠近所述尾气进口，所述冷却液进口置于所述冷却液循环体另一端，靠近所述尾气出口；所述步骤S2包括：首先对所述尾气进口温度传感器、尾气出口温度传感器、冷却液温度传感器的信号进行处理，再根据处理结果输出信号并结合尾气流量，最终获得所述温差发电装置的最大发电功率。
进一步地，所述控制装置还包括第一级可调式换热翅片、第二级可调式换热翅片、第三级可调式换热翅片，所述第一级可调式换热翅片、所述第二级可调式换热翅片、所述第三级可调式换热翅片安装于总装置的内壁面上，所述温差发电装置的多级工作状态具体分为第一级工作状态、第二级工作状态、第三级工作状态，所述第一级可调式换热翅片、所述第二级可调式换热翅片、所述第三级可调式换热翅片呈梯次包容关系，所述第二级可调式换热翅片置于所述第一级可调式换热翅片内，所述第三级可调式换热翅片置于所述第二级可调式换热翅片内，所述第一级可调式换热翅片、所述第二级可调式换热翅片、所述第三级可调式换热翅片分别用以根据所述温差发电装置的第一级工作状态、所述第二级工作状态、所述第三级工作状态进行伸缩式调整；在所述步骤S3中：所述工作系数预设范围包括低于第一工作系数阈值、所述第一工作系数阈值至第二工作系数阈值、所述第二工作系数阈值至第三工作系数阈值、高于所述第三工作系数阈值，分别对应所述温差发电装置第一级工作状态、所述第二级工作状态、所述第三级工作状态以及打开所述发电机进行发电的工作状态。
进一步地，还设有第四工作系数阈值，高于所述第三工作系数阈值的工作系数预设范围包括第三工作系数阈值至第四工作系数阈值的工作系数预设范围以及超过第四工作系数阈值的工作系数预设范围，第三工作系数阈值至第四工作系数阈值的工作系数预设范围对应的工作状态为温差发电装置发电为主，发电机进行辅助；超过第四工作系数阈值的工作系数预设范围对应的工作状态为发电机发电为主，温差发电装置进行辅助。
本发明提供的汽车发电功率的控制装置及其控制方法通过通过控制温差发电装置的多级工作状态之间或温差发电装置的最大级工作状态与发电机工作状态之间的切换，能够较好地实现温差发电装置、发电机二者的工作耦合，避免二者难以协调动作，从而使得温差发电装置能够最大限度地发挥其发电潜力，满足汽车用电需求，实现节油减排，提高发动机效率。
附图说明
图1为本发明实施例的汽车发电功率的控制装置的结构示意图。
图2为本发明实施例的汽车发电功率的控制方法的流程示意图。
图3为图2所示汽车发电功率的控制方法中预设的工况关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本实施例中，提供一种汽车发电功率的控制装置。汽车包括蓄电池(未图示)和发动机(未图示)、发电装置。发动机与蓄电池连接。控制装置包括温差发电装置1、发电机(未图示)、电子控制单元2、尾气进口3、冷却液循环体4、尾气二次利用电磁阀5、尾气二次利用导管6、尾气出口7、尾气进口温度传感器8、尾气出口温度传感器9、第一级可调式换热翅片10、第二级可调式换热翅片11、第三级可调式换热翅片12。本实施例中，温差发电装置1置于冷却液循环体4与总装置表面之间，且温差发电装置1的表面分别与冷却液循环体4和总装置表面贴合。尾气二次利用电磁阀5安装在尾气二次利用导管6内。第一级可调式换热翅片10、第二级可调式换热翅片11、第三级可调式换热翅片12安装于总装置的内壁面上。尾气进口温度传感器8安装在尾气进口3上，尾气出口温度传感器9安装在尾气出口7上。
本实施例中，温差发电装置1具有冷端和热端。其冷端与冷却液循环体4贴合，其热端与总装置表面贴合。温差发电装置1的热端设有第一级可调式换热翅片10、第二级可调式换热翅片11、第三级可调式换热翅片12。温差发电装置1具有多级工作状态。本实施例中，温差发电装置1的工作状态一共有四种，分别为：完全关闭和第一级工作状态、第二级工作状态、第三级工作状态。在其他实施例中，温差发电装置1的工作状态还可为更多级别。随着工作状态的上升，其发电功率也上升。但每一级工作状态下的发电功率上限是确定的。
冷却液循环体4包括冷却液出口41、冷却液温度传感器42和冷却液进口43，冷却液出口41与冷却液温度传感器42置于冷却液循环体4一端，靠近尾气进口3。冷却液进口43置于冷却液循环体4另一端，靠近尾气出口7。冷却液温度传感器42将冷却液循环体4的温度信号输出至电子控制单元2。
第一级可调式换热翅片10、第二级可调式换热翅片11、第三级可调式换热翅片12吸收尾气中的热量，并将热量传给温差发电装置1的热端。第一级可调式换热翅片10、第二级可调式换热翅片11、第三级可调式换热翅片12呈梯次包容关系，第二级可调式换热翅片11置于第一级可调式换热翅片10内，第三级可调式换热翅12片置于第二级可调式换热翅片11内。具体地，第一级可调式换热翅片10、第二级可调式换热翅片11、第三级可调式换热翅片12分别用以根据温差发电装置1的第一级工作状态、第二级工作状态、第三级工作状态进行伸缩式调整，使得电子控制单元2对温差发电装置1和发电机进行工作分配。本实施例通过使用第一级可调式换热翅片10、第二级可调式换热翅片11、第三级可调式换热翅片12，使得机械结构相应速度增快，能够及时跟上汽车瞬态使用工况。
本实施例中，电子控制单元2即为汽车的EMS(发动机管理系统)的ECU控制器。本文后续阐述到的控制算法均在发动机的ECU控制器里面进行计算的。
如图2所示，本实施例还提供一种汽车发电功率的控制方法。根据上述实施例公开的汽车发电功率的控制装置，均可由电子控制单元进行控制实现以下方法。具体包括如下步骤：
本实施例中，首先判断发动机是否启动，若否，则等待发动机启动，反之将执行后续步骤S1、S2、S3。具体地，在整车上电后，发动机EMS首先判断发动机的转速n是否为0r/min，如果是，则发动机未启动，此时温差发电装置1不工作，常规发电机也无法工作，ECU整车处于纯耗电状态，则EMS不再进行额外计算处理，等待发动机启动。
步骤S1：获得汽车用电需求功率。
本实施例中，上述步骤S1包括：如发动机的转速n不为0r/min，发动机EMS首先获取汽车用电需求，接着以一定的频率实时对蓄电池电量状态进行检测、监控，得到瞬态消耗功率，再对瞬态消耗功率求平均值，最终得到汽车的用电功率。本实施例中，以10Hz的频率。在其他实施例中，还可为其他数值的频率。
具体地，通过一个容量为30个数据的数组，存储过去3s内共30个蓄电池电量状态，表示为B1-B30。通过对过去3s内的蓄电池电量B1-B30做拟合曲线，并进行微分求解，得到瞬态消耗功率P1-P29，再对P1-P29求平均值，可以得到过去3s内的平均需求消耗功率Pave_req，即汽车的用电需求功率。此外，通过拟合曲线可以预测下一次的瞬态消耗功率，即预测蓄电池电量B31、瞬态消耗功率P30的值，此时对比P30(未来时刻)与P29(当前时刻)，看未来的趋势上，瞬态消耗功率是增大还是减小。本实施例中的此处对未来趋势的预判，主要是为后续的滤波作参考。
步骤S2：获得温差发电装置1的最大发电功率。
本实施例中，上述步骤S2包括：电子控制单元首先对尾气进口温度传感器8、尾气出口温度传感器9、冷却液温度传感器42的信号进行处理，再根据处理结果输出信号并结合尾气流量，得到尾气进口温度T1、尾气出口温度T2，冷却液进口温度T3，冷却液进口温度T4。尾气流量由发动机的转速n、负荷r来决定。通过T1、T2、T3、T4以及尾气流量可计算其发电潜力，最终获得温差发电装置的最大发电功率Pgen＝f(n，r，T1，T2，T3，T4)。
温差发电装置1的发电潜力具体为温差发电装置1的发电效率以及实际的发电功率。温差发电装置1在设计之初选好材料之后，其材料特性与发电特性强相关，故在一定的输入条件时，其发电能力是固定的。此处由于评估的是潜在的最大发电功率，故直接取最大值即可，不需考虑温差发电装置1的可调情形。故可以通过标定好的关系对发电的潜力，即潜在的最大发电功率通过Pgen＝f(n，r，T1，T2，T3，T4)进行计算而得。
步骤S3：对比汽车用电需求功率及最大发电功率，根据预设的工况关系，控制温差发电装置1的多级工作状态之间或温差发电装置1的最大级工作状态与发电机工作状态之间的切换，预设的工况关系为工作系数、过渡时间与应处的工作状态的关系，工作系数为汽车用电需求功率及最大发电功率之比，过渡时间为温差发电装置1的多级工作状态之间以及温差发电装置1的最大级工作状态与发电机工作状态之间的持续时间，每一过渡时间对应设有预设的滤波时间，预设多个工作系数预设范围分别对应应处的工作状态，当工作系数超出前段工作系数预设范围，且过渡时间大于相应滤波时间时，则控制温差发电装置1的多级工作状态之间或温差发电装置1的最大级工作状态与发电机工作状态之间的切换，切换至当前工作系数所处的工作系数预设范围所对应的工作状态。
如图3所示，多个工作系数预设范围分别对应应处的工作状态。本实施例中，工作系数预设范围包括低于第一工作系数阈值、第一工作系数阈值至第二工作系数阈值、第二工作系数阈值至第三工作系数阈值、高于第三工作系数阈值。高于第三工作系数阈值的工作系数预设范围包括第三工作系数阈值至第四工作系数阈值的工作系数预设范围以及高于第四工作系数阈值的工作系数预设范围。本实施例中，第一工作系数阈值为30％，第二工作系数阈值为60％，第三工作系数阈值为90％，第四工作系数阈值为100％。在其他实施例中，第一工作系数阈值、第二工作系数阈值、第三工作系数阈值、第四工作系数阈值还可为其他数值。
前后两个时刻存在前后两个状态，由于尾气、冷却液均存在一定的热惯性，并不能使温差发电装置1的发电功率出现极速的突变。如果无节制地对每一个时刻计算得到的工作状态进行立刻响应，将导致发电功率不稳。可以预期的是，发动机在全工况范围内，使用到外特性等非常用工况，一般是急加速超车的情况，时间非常短，对其进行频繁响应的意义不大；而中低负荷区间是常用工况，通过对工况的甄别可以确定不同的滤波时间，从而调节工作状态的过渡。此外，从步骤S1处可以为未来时刻汽车的用电需求功率的上升或下降进行判断，如汽车的用电需求功率上升时，为了覆盖实际需求，则温差发电装置1的发电功率应迅速跟进，过渡时间较短；如汽车的用电需求功率下降时，则温差发电装置1的发电功率可以缓慢变化，过渡时间较长，等待后续情况。
本实施例中，发动机EMS通过发动机转速n、负荷r来识别发动机工况，并通过标定好的表格查询信息进行第一次滤波准备，每个工况将被定义一个滤波时间t1(n，r)。如为外特性等非常用工况，仅仅是短期使用，则滤波时间t1较长，从前一状态过渡到此状态的时间较久；此时将降低这一时刻温差发电装置1、发电机需求的计算结果的权重，甚至忽略；如为常用工况区间，则滤波时间t1较短，此时将提高这一时刻对温差发电装置1、发电机需求的计算结果的权重，从前一状态将迅速过渡到此状态。后续则为第二次滤波准备，如步骤S1，所预测的瞬态消耗功率为增大，还是减小，其变化值将与第二滤波时间t2呈标定好的表格关系，通过变化值查表可得t2，则此时总滤波时长ttotal＝t1+t2。
已知平均需求消耗功率和潜在的最大发电功率后，需要评估的是温差发电装置1的可调级别，应当处在哪个工作状态较为合适。如长期处在以100％换热面积进行工作，全功率发电的状态下时，则对材料寿命不利，如长期处在低功率发电状态下，则无法充分利用其功能，无法减轻发电机的负担。本应用实例中，在上述步骤S3中：
如图3所示，对比平均需求消耗功率Pave_req以及潜在的最大发电功率Pgen，即工作系数A＝Pave_req/Pgen。当工作系数低于第一工作系数阈值30％，且过渡时间大于相应的滤波时间时，则此时温差发电装置1的发电潜力远远超过汽车用电需求功率，则温差发电装置1将工作状态设置为1，此时通过调整第一级可调式换热翅片10的伸缩，使温差发电装置1切换第一级工作状态；当工作系数A高于第一工作系数阈值30％且低于第二工作系数阈值60％，并且过渡时间大于相应的滤波时间时，则温差发电装置1将工作状态设置为2，此时通过调整第二级可调式换热翅片11的伸缩，使温差发电装置1切换第二级工作状态；当工作系数A高于第二工作系数阈值60％且低于第三工作系数阈值90％，并且过渡时间大于相应的滤波时间时，则温差发电装置1将工作状态设置为3，此时通过调整第三级可调式换热翅片12的伸缩，使温差发电装置1切换第三级工作状态。当工作系数A高于第三工作系数阈值90％时，并且过渡时间大于相应的滤波时间时，开始计算对发电机的使用需求。
具体地，当工作系数A高于第三工作系数阈值90％，且低于第四工作系数阈值100％时，此时汽车用电功率实际上已经接近温差发电装置1的发电潜力上限，尽管此时未触碰到最大发电功率，尚有余量，但考虑在整车行驶过程中，瞬态工况非常之多，发动机工况在频繁变化时，如尾气流量、温度骤变则将出现短暂的失衡，故此时可以轻微打开发电机进行补充。即发电机以辅助为主，不需大功率进行参与，此时温差发电装置1将工作状态设置为4，此时发电机需求计算方式为：Greq＝(Pgen-Pave_req)*S(A)，其中S(A)是与A的线性函数，A越大则S越大，S是作为安全系数对汽车用电功率进行补偿。
当工作系数A高于第四工作系数阈值100％时，此时温差发电装置1已无法覆盖实际需求，此时温差发电装置1将工作状态设置为5，Greq＝(Pave_req-Pgen)*S(A)。发电机逐渐上升到主导的位置，温差发电装置1辅助。
针对上述温差发电装置1的多级工作状态之间以及温差发电装置1的最大级工作状态与发电机工作状态之间的切换关系，现对具体的工作状态是否切换进行如下详细描述：
因为发电机每次工作都将为发动机带来负载，导致发动机的转速或负荷有轻微上升，从而造成油耗上升，故理论上为了尽可能减少发电机的工作，应当在温差发电装置1达到第三级工作状态的最大发电功率后，方可启动发电机。但实际情况下，温差发电装置1在液压控制下时，第一级可调式换热翅片10、第二级可调式换热翅片11、第三级可调式换热翅片12的伸缩是基于油压的变化实现的，其变化通常需要时间，其无法跟上实际发动机工况的变化，如果频繁变化则将容易使系统陷入在反复的升降级中间过程，而并不能真正达到目的，此外频繁更换温差发电装置1的工作状态亦对机械结构的寿命不利。故如果温差发电装置1有工作状态等级的变化时，需求对第一级可调式换热翅片10、第二级可调式换热翅片11、第三级可调式换热翅片12进行伸缩调整时，则需判断是否为短时切换，如为短时切换则选择不切换，如汽车用电需求功率持续较高，方继续选择切换，此时再调整第一级可调式换热翅片10、第二级可调式换热翅片11、第三级可调式换热翅片12的伸缩。具体地，当选择不切换状态时，如为汽车用电需求功率降级，此时温差发电装置1的发电功率有盈余，可以对汽车用电需求功率进行覆盖，即由温差发电装置1的最大发电功率对汽车用电需求功率进行匹配。如为汽车用电需求功率升级，此时温差发电装置1暂不升级状态将出现汽车用电需求功率不足的情况，则需对发电机发起请求，在短时间内由发电机对汽车用电需求功率进行补偿。
根据上述的结果，电子控制单元2控制温差发电装置1和发电机进行工作。即本实施例中，EMS依据温差发电装置1的控制需求Bstate、发电机的请求Greq向外发出指令，控制温差发电装置1、发电机进行工作。
故在前后两个瞬间，发动机EMS计算温差发电装置1以及发电机的需求功率状态时，发动机EMS需对温差发电装置1在发动机的瞬态工况变化中的情况进行调整，如前后两次瞬间状态的值相同，则温差发电装置1维持EMS的指令工作，如前后两次瞬间状态的值不同，则考虑到第一级可调式换热翅片10、第二级可调式换热翅片11、第三级可调式换热翅片12在液压控制下的伸缩需要时间，则不轻易进行切换，需做过渡准备，此时将工作级别切换标志位B_trans从0置位为1，并开始计时10s，如10s内B_trans未被重置为0，则说明该状态非瞬态过程，温差发电装置1准备进行可调级别的工作状态切换；如因为过渡失败，温差发电装置1的可调级别的工作状态未切换，此时温差发电装置1发电功率不足的部分，将由发电机进行补充，Greq’＝(Pgen_state-Pave_req)*S(A)，其中S(A)是与A的线性函数，A越大则S越大，即在此种情况下，尽管由于温差发电装置1的发电功率未完全达到最大潜力值Pgen，但仍然请求了发电机进行工作，但持续时间较短。本实施例中，过渡标志位B_trans依据情况进行设定。其中，温差发电装置1准备进行可调级别的工作状态切换时，当其分别收到第一级工作状态、第二级工作状态、第三级工作状态的指令时，则发动机EMS依次打第一级可调式换热翅片10、第二级可调式换热翅片11、第三级可调式换热翅片12，以提升发电功率。同时，在温差发电装置1处于第三级工作状态时，第一级可调式换热翅片10、第二级可调式换热翅片11、第三级可调式换热翅片12均已打开。
本发明可以根据汽车用电负载情况实时调节温差发电装置1的换热面积，降低不必要的发电机启动频次，从而避免额外对发动机的负荷请求，实现节油减排效果。通过尾气能量的回收来取代额外能量的消耗，可以进一步提高发动机的效率，控制系统逻辑良好，性能稳定可靠。
本发明使用发动机的EMS控制器对系统进行控制，可以较大程度地整合参数的测量与计算，并控制相关执行器进行动作，且对温差发电装置1、发电机进行较好的工作耦合，避免二者难以协调动作，无需为温差发电装置1单独设置控制器。
本发明还对温差发电装置1和发电机的工作状态的前后两个瞬态之间的切换进行了判断，且瞬态工况的过渡处理能够有效避免温差发电装置1卡在中间状态，提高可靠性、耐久寿命，对整车的瞬态工况具备较好的适应性。
本发明通过控制温差发电装置1的多级工作状态之间或温差发电装置1的最大级工作状态与发电机工作状态之间的切换，能够较好地实现温差发电装置1、发电机二者的工作耦合，避免二者难以协调动作，从而使得温差发电装置1能够最大限度地发挥其发电潜力，满足汽车用电需求，实现节油减排，提高发动机效率。
在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种汽车发电功率的控制装置，所述汽车包括发动机、蓄电池、发电装置，所述发动机与所述蓄电池连接，其特征在于，所述控制装置包括温差发电装置、发电机和电子控制单元，所述温差发电装置、所述发电机与所述蓄电池连接，所述温差发电装置的工作状态具有多级，所述电子控制单元用以在所述汽车上电后，获得所述汽车用电需求功率、获得所述温差发电装置的最大发电功率；对比所述汽车用电需求功率及所述最大发电功率，根据预设的工况关系，来控制所述温差发电装置的多级工作状态之间或所述温差发电装置的最大级工作状态与所述发电机工作状态之间的切换，所述预设的工况关系为工作系数、过渡时间与应处的工作状态的关系，所述工作系数为所述汽车用电需求功率及所述最大发电功率之比，所述过渡时间为所述温差发电装置的多级工作状态之间以及所述温差发电装置的最大级工作状态与所述发电机工作状态之间的持续时间，每一所述过渡时间对应设有预设的滤波时间，预设多个工作系数预设范围分别对应应处的工作状态，当所述工作系数超出前段工作系数预设范围，且所述过渡时间大于相应滤波时间时，则控制所述温差发电装置的多级工作状态之间或所述温差发电装置的最大级工作状态与所述发电机工作状态之间的切换，切换至当前工作系数所处的工作系数预设范围所对应的工作状态。
2.如权利要求1所述的汽车发电功率的控制装置，其特征在于，所述电子控制单元获得所述汽车用电需求功率包括：首先获取所述汽车用电需求，接着以一定的频率实时对所述蓄电池的电量状态进行检测、监控，得到瞬态消耗功率，再对所述瞬态消耗功率求平均值，最终获得所述汽车用电需求功率。
3.如权利要求1所述的汽车发电功率的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括尾气进口温度传感器、尾气出口温度传感器、冷却液循环体、尾气进口、尾气二次利用电磁阀、尾气二次利用导管、尾气出口，所述温差发电装置置于所述冷却液循环体与总装置表面之间，且所述温差发电装置的表面分别与所述冷却液循环体和总装置表面贴合，所述冷却液循环体包括冷却液出口、冷却液温度传感器和冷却液进口，所述冷却液出口与所述冷却液温度传感器置于所述冷却液循环体一端，靠近所述尾气进口，所述冷却液进口置于所述冷却液循环体另一端，靠近所述尾气出口，所述电子控制单元获得所述温差发电装置的最大发电功率包括：首先对所述尾气进口温度传感器、尾气出口温度传感器、冷却液温度传感器的信号进行处理，再根据处理结果输出信号并结合尾气流量，最终获得所述温差发电装置的最大发电功率。
4.如权利要求1所述的汽车发电功率的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括第一级可调式换热翅片、第二级可调式换热翅片、第三级可调式换热翅片，所述第一级可调式换热翅片、所述第二级可调式换热翅片、所述第三级可调式换热翅片安装于总装置的内壁面上，所述温差发电装置的多级工作状态具体分为第一级工作状态、第二级工作状态、第三级工作状态，所述第一级可调式换热翅片、所述第二级可调式换热翅片、所述第三级可调式换热翅片呈梯次包容关系，所述第二级可调式换热翅片置于所述第一级可调式换热翅片内，所述第三级可调式换热翅片置于所述第二级可调式换热翅片内，所述第一级可调式换热翅片、所述第二级可调式换热翅片、所述第三级可调式换热翅片分别用以根据所述温差发电装置的所述第一级工作状态、所述第二级工作状态、所述第三级工作状态进行伸缩式调整，所述工作系数预设范围包括低于第一工作系数阈值、所述第一工作系数阈值至第二工作系数阈值、所述第二工作系数阈值至第三工作系数阈值、高于所述第三工作系数阈值，分别对应所述温差发电装置第一级工作状态、所述第二级工作状态、所述第三级工作状态以及打开所述发电机进行发电的工作状态。
5.如权利要求4所述的汽车发电功率的控制装置，其特征在于，还设有第四工作系数阈值，高于所述第三工作系数阈值的工作系数预设范围包括第三工作系数阈值至第四工作系数阈值的工作系数预设范围以及超过第四工作系数阈值的工作系数预设范围，第三工作系数阈值至第四工作系数阈值的工作系数预设范围对应的工作状态为温差发电装置发电为主，发电机进行辅助；超过第四工作系数阈值的工作系数预设范围对应的工作状态为发电机发电为主，温差发电装置进行辅助。
6.一种汽车发电功率的控制方法，所述汽车包括发动机、蓄电池，所述发动机与所述蓄电池连接，其特征在于，控制装置包括温差发电装置和发电机，所述温差发电装置、所述发电机与蓄电池连接，所述温差发电装置的工作状态具有多级，所述控制方法包括：步骤S1：所述汽车上电后，获得所述汽车用电需求功率；步骤S2：获得所述温差发电装置的最大发电功率；步骤S3：对比所述汽车用电需求功率及所述最大发电功率，根据预设的工况关系，控制所述温差发电装置的多级工作状态之间或所述温差发电装置的最大级工作状态与所述发电机工作状态之间的切换，所述预设的工况关系为工作系数、过渡时间与应处的工作状态的关系，所述工作系数为所述汽车用电需求功率及所述最大发电功率之比，所述过渡时间为所述温差发电装置的多级工作状态之间以及所述温差发电装置的最大级工作状态与所述发电机工作状态之间的持续时间，每一所述过渡时间对应设有预设的滤波时间，预设多个工作系数预设范围分别对应应处的工作状态，当所述工作系数超出前段工作系数预设范围，且所述过渡时间大于相应滤波时间时，则控制所述温差发电装置的多级工作状态之间或所述温差发电装置的最大级工作状态与所述发电机工作状态之间的切换，切换至当前工作系数所处的工作系数预设范围所对应的工作状态。
7.如权利要求6所述的汽车发电功率的控制方法，其特征在于，所示步骤S1包括：首先获取所述汽车用电需求，接着以一定的频率实时对所述蓄电池的电量状态进行检测、监控，得到瞬态消耗功率，再对所述瞬态消耗功率求平均值，最终获得所述汽车用电需求功率。
8.如权利要求6所述的汽车发电功率的控制方法，其特征在于，所述控制装置包括尾气进口温度传感器、尾气出口温度传感器、冷却液循环体、尾气进口、尾气二次利用电磁阀、尾气二次利用导管、尾气出口，所述温差发电装置置于所述冷却液循环体与总装置表面之间，且所述温差发电装置的表面分别与所述冷却液循环体和总装置表面贴合，所述冷却液循环体包括冷却液出口、冷却液温度传感器和冷却液进口，所述冷却液出口与所述冷却液温度传感器置于所述冷却液循环体一端，靠近所述尾气进口，所述冷却液进口置于所述冷却液循环体另一端，靠近所述尾气出口；所述步骤S2包括：首先对所述尾气进口温度传感器、尾气出口温度传感器、冷却液温度传感器的信号进行处理，再根据处理结果输出信号并结合尾气流量，最终获得所述温差发电装置的最大发电功率。
9.如权利要求6所述的汽车发电功率的控制方法，其特征在于，所述控制装置还包括第一级可调式换热翅片、第二级可调式换热翅片、第三级可调式换热翅片，所述第一级可调式换热翅片、所述第二级可调式换热翅片、所述第三级可调式换热翅片安装于总装置的内壁面上，所述温差发电装置的多级工作状态具体分为第一级工作状态、第二级工作状态、第三级工作状态，所述第一级可调式换热翅片、所述第二级可调式换热翅片、所述第三级可调式换热翅片呈梯次包容关系，所述第二级可调式换热翅片置于所述第一级可调式换热翅片内，所述第三级可调式换热翅片置于所述第二级可调式换热翅片内，所述第一级可调式换热翅片、所述第二级可调式换热翅片、所述第三级可调式换热翅片分别用以根据所述温差发电装置的第一级工作状态、所述第二级工作状态、所述第三级工作状态进行伸缩式调整；在所述步骤S3中：所述工作系数预设范围包括低于第一工作系数阈值、所述第一工作系数阈值至第二工作系数阈值、所述第二工作系数阈值至第三工作系数阈值、高于所述第三工作系数阈值，分别对应所述温差发电装置第一级工作状态、所述第二级工作状态、所述第三级工作状态以及打开所述发电机进行发电的工作状态。
10.如权利要求9所述的汽车发电功率的控制方法，其特征在于，还设有第四工作系数阈值，高于所述第三工作系数阈值的工作系数预设范围包括第三工作系数阈值至第四工作系数阈值的工作系数预设范围以及超过第四工作系数阈值的工作系数预设范围，第三工作系数阈值至第四工作系数阈值的工作系数预设范围对应的工作状态为温差发电装置发电为主，发电机进行辅助；超过第四工作系数阈值的工作系数预设范围对应的工作状态为发电机发电为主，温差发电装置进行辅助。
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