CN112677778A - 基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统及其控制方法，所述飞轮系统包括能量源、双驱动器、驱动系统、飞轮装置，所述飞轮系统还包括：首次起机模块：双驱动器驱动飞轮装置以恒功率运行状态运作起来固定转速状态下；缓慢加速或巡航模块：将能量源的电能经驱动系统转换为机械能驱动整车；急加速或飞轮满额模块：以驱动系统需求的功率来制动飞轮装置；缓慢减速模块：将整车的机械能经驱动系统转换为电能存储到能量源；急减速或飞轮欠额模块：双驱动器先以驱动系统制动功率驱动飞轮装置。本发明采用飞轮装置，使飞轮装置在系统中吸收/释放瞬时大功率，对功率流进行滤波平滑，降低能量源端的高功率密度需求。

Description

基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统及其控制方法。

背景技术

新能源汽车采用电力驱动替代传统的燃料发动机驱动，能量来源采用锂电池或燃料电池替代传统石油燃料。车载实际运行中会存在反复加速性、坡坎路面、跑高速等各种工况需求强劲的动力，对能量源需求高功率密度，同时车载进行跑长途或充电不普及地方需求持久的续航能力，对能量源要求搞能量密度，所以新能源整车三电系统需依据整车的需求指标如百公里加速指标、爬坡指标、高速巡航指标、续航指标等，进行合理的匹配设计来满足整车性能。

高功率密度和高能量密度作为相互左右的问题，需要设计匹配过程做综合考虑：

1、锂电池通过电芯、模组及PACK的设计综合考虑保证车载的功率和能量需求，而车载在运行过程会进行反复的加减速，尤其急加急减，电池需求大C的充放电，严重影响电池的使用寿命，同时导致容量衰减；

2、新能源在进行充电时，为保护电池的寿命，需依据电池的SOC进行合理的充电管理，一般分为涓流充电、CC（恒流）充电、CV（恒流）充电模式，尤其到CV模式充电下，充电电流越来越小，时间过长；

3、燃料电池具体高的能量密度，但功率密度过低，一般采用并联超级电容或锂电池方案来改善功率密度，超级电容体积大且同样因为反复加减速问题带来的大C的充放电，影响寿命，容量衰减；

4、现有系统高压源出现故障模式，存在突然失动力，尤其高速下，严重影响人事安全。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统及其控制方法，以降低能量源端的高功率密度需求。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统，所述飞轮系统包括能量源、双驱动器、驱动系统，所述飞轮系统还包括与双驱动器电连接的飞轮装置，飞轮装置由飞轮本体与电机组成，所述飞轮系统包括：

首次起机模块：当汽车首次起机或长时间停车后启机时，双驱动器驱动飞轮装置以恒功率运行状态运作起来固定转速状态下；

缓慢加速或巡航模块：当在汽车缓慢加速或固定车速巡航下，双驱动器将能量源的电能经驱动系统转换为机械能驱动整车，此过程中，飞轮装置时刻处于运行待机状态；

急加速或飞轮满额模块：当汽车需求急加速模式，双驱动器以驱动系统需求的功率来制动飞轮装置，以匹配驱动系统的功率需求，若此时驱动系统功率大于飞轮装置瞬时功率，则由能量源提供补充；当汽车在正常驱动模式下，若飞轮装置因制动回馈处于满额状态，则双驱动器先控制飞轮装置向驱动系统提供能量，降额到其待机运行需求；

缓慢减速模块：当汽车在缓慢减速下，双驱动器将整车的机械能经驱动系统转换为电能存储到能量源，此过程飞轮装置持续处于运行待机状态；

急减速或飞轮欠额模块：当汽车需求急减速模式，驱动系统瞬时制动大功率能量，双驱动器先以驱动系统制动功率驱动飞轮装置，来匹配驱动系统制动功率，若此时驱动系统制动功率大于飞轮装置吸收功率，则由能量源吸收；当汽车在正常回馈模式下，若飞轮装置因驱动处于欠额状态下，双驱动器先满足驱动系统向飞轮系统提供能量，增额其到待机运行需求。

相应地，本发明实施例还提供了一种基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统的控制方法，包括：

首次起机步骤：当汽车首次起机或长时间停车后启机时，双驱动器驱动飞轮装置以恒功率运行状态运作起来固定转速状态下；

缓慢加速或巡航步骤：当在汽车缓慢加速或固定车速巡航下，双驱动器将能量源的电能经驱动系统转换为机械能驱动整车，此过程中，飞轮装置时刻处于运行待机状态；

急加速或飞轮满额步骤：当汽车需求急加速模式，双驱动器以驱动系统需求的功率来制动飞轮装置，以匹配驱动系统的功率需求，若此时驱动系统功率大于飞轮装置瞬时功率，则由能量源提供补充；当汽车在正常驱动模式下，若飞轮装置因制动回馈处于满额状态，则双驱动器先控制飞轮装置向驱动系统提供能量，降额到其待机运行需求；

缓慢减速步骤：当汽车在缓慢减速下，双驱动器将整车的机械能经驱动系统转换为电能存储到能量源，此过程飞轮装置持续处于运行待机状态；

急减速或飞轮欠额步骤：当汽车需求急减速模式，驱动系统瞬时制动大功率能量，双驱动器先以驱动系统制动功率驱动飞轮装置，来匹配驱动系统制动功率，若此时驱动系统制动功率大于飞轮装置吸收功率，则由能量源吸收；当汽车在正常回馈模式下，若飞轮装置因驱动处于欠额状态下，双驱动器先满足驱动系统向飞轮系统提供能量，增额其到待机运行需求。

本发明的有益效果为：（1）本发明的飞轮系统简单可靠，飞轮装置独立，仅进行电信号关联，可充分发挥飞轮系统的高速高功率密度；（2）本发明的飞轮系统基于双驱动器的功率流控制，对整车运行过程的大功率进行滤波平顺，降低能量源的大功率需求，提升能量源的安全和寿命；（3）本发明的飞轮系统基于双驱动器的功率流控制，并提出整套的功率流管理策略；（4）本发明的飞轮系统在能量源或功率分配电源出现故障失效模式，双驱动器系统切入坡行功能，满足安全；（5）本发明的飞轮系统在充电模式下基于双驱动器系统对飞轮的恒功率充电储能，替代CV充电模式，大大降低充电时间。

附图说明

图1是本发明实施例的基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统的结构示意图。

图2是本发明实施例的基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统在汽车首次起机时的结构示意图。

图3是本发明实施例的基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统在汽车缓慢加速或巡航时的结构示意图。

图4是本发明实施例的基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统在汽车急加速或飞轮满额时的结构示意图。

图5是本发明实施例的基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统在汽车缓慢减速时的结构示意图。

图6是本发明实施例的基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统在汽车急减速或飞轮欠额时的结构示意图。

图7是本发明实施例的基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统在汽车坡行时的结构示意图。

图8是本发明实施例的基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统在汽车充电时的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例中若有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

请参照图1，本发明实施例的基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统包括能量源（即图中HVBAT&BMS）、双驱动器（若双驱动器改为2个单驱动器，同样可以实现）、驱动系统以及与双驱动器电连接的飞轮装置。

飞轮装置由飞轮本体与电机组成。飞轮装置由飞轮本体与电机的结合一体，实现了电能与机械能的相互转换和存储功能，具备高功率密度，长寿命，高效率等特点。

基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统包括首次起机模块、缓慢加速或巡航模块、急加速或飞轮满额模块、缓慢减速模块、急减速或飞轮欠额模块、坡行模块及充电模块。

首次起机模块：请参照图2，首次起机或长时间停车后启机，双驱动器首先建立飞轮系统的起始功率存储，驱动飞轮装置以恒功率运行状态运作起来固定转速状态下。

缓慢加速或巡航模块：请参照图3，在缓慢加速或固定车速巡航下，双驱动器系统将能量源电能经驱动系统转换为机械能驱动整车，此过程飞轮装置时刻处于运行待机状态。

急加速或飞轮满额模块：请参照图4，当需求急加速模式下，驱动系统需求提供短时大功率，双驱动系统优先以驱动系统需求的功率来制动飞轮装置，来匹配驱动系统的功率需求，若此时驱动系统功率大于飞轮装置瞬时功率，由能量源提供补充，这样可保证能量源始终提供常态的功率需求；

当飞轮装置因制动回馈处于满额状态下，正常驱动模式下，双驱动系统仍优先控制飞轮系统向驱动系统提供能量，降额到其待机运行需求。

缓慢减速模块：请参照图5，在缓慢减速下，双驱动器系统将整车的机械能经驱动系统转换为电能存储到高压能量源，此过程飞轮装置时刻处于运行待机状态。

急减速或飞轮欠额模块：请参照图6，当需求急减速模式下，驱动系统瞬时制动大功率能量，双驱动系统优先以驱动系统制动功率驱动飞轮装置，来匹配驱动系统制动功率，若此时驱动系统制动功率大于飞轮装置吸收功率，由能量源吸收，这样可保证能量源始终在低功率回馈模式；

当飞轮装置因驱动处于欠额状态下，正常回馈模式下，双驱动系统仍优先满足驱动系统向飞轮系统提供能量，增额其到待机运行需求。

坡行模块：请参照图7，当能量源系统失效或前端配电功能失效，双驱动器无法接受到能量，此时双驱动器建立内部能量循环，双驱动器先控制飞轮装置向驱动系统提供能量，仍可在一定距离内满足整车的正常驱动和制动需求，实现能量源故障模式下的坡行功能，保证安全。

充电模块：请参照图8，在充电模式下先进行涓流充电、CC充电，CC充电完成后双驱动器切入到飞轮装置的恒功率充电模式（CP模式），当飞轮装置处于满额后，停止充电；将飞轮装置中存储的能量经双驱动器采用恒压馈电模式反馈给能量源，若此过程需求驱动，则双驱动器先将能量转换给驱动系统驱动使用。

能量源充电时模式为先恒流再恒压保证充满，恒压充电时间久，慢，本发明实施例在恒流CC充电后通过飞轮装置对能量源进行充电，省去了原来的恒压CV充电模式，大大节省了充电时间。

本发明实施例的基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统简单可靠，仅在原有的系统上增加飞轮装置，无机械关联。驱动模式下：整车进行急加急减速时由双驱动器系统，通过合理调整驱动系统和飞轮装置，始终让能量源处于平顺的充电或放电模式，保证能量源的安全和寿命，同时在高压能量源出现失效时，可进行坡行功能。充电模式下：取消CC充电模式，CV模式后，双驱动器系统切换充电设备给飞轮进行恒功率充电储存，此大功率充电过程替代原来CV充电模式，大大节省充电时间。

请参照图1～图8，本发明实施例的基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统的控制方法包括首次起机步骤、缓慢加速或巡航步骤、急加速或飞轮满额步骤、缓慢减速步骤、急减速或飞轮欠额步骤、坡行步骤、充电步骤。

首次起机步骤，首次起机或长时间停车后启机，双驱动器首先建立飞轮装置的起始功率存储，驱动飞轮装置以恒功率运行状态运作起来固定转速状态下。

缓慢加速或巡航步骤，当在汽车缓慢加速或固定车速巡航下，双驱动器将能量源的电能经驱动系统转换为机械能驱动整车，此过程中，飞轮装置时刻处于运行待机状态。

急加速或飞轮满额步骤：当汽车需求急加速模式，双驱动器以驱动系统需求的功率来制动飞轮装置，以匹配驱动系统的功率需求，若此时驱动系统功率大于飞轮装置瞬时功率，则由能量源提供补充；当汽车在正常驱动模式下，若飞轮装置因制动回馈处于满额状态，则双驱动器先控制飞轮装置向驱动系统提供能量，降额到其待机运行需求。

缓慢减速步骤：当汽车在缓慢减速下，双驱动器将整车的机械能经驱动系统转换为电能存储到能量源，此过程飞轮装置持续处于运行待机状态。

急减速或飞轮欠额步骤：当汽车需求急减速模式，驱动系统瞬时制动大功率能量，双驱动器先以驱动系统制动功率驱动飞轮装置，来匹配驱动系统制动功率，若此时驱动系统制动功率大于飞轮装置吸收功率，则由能量源吸收；当汽车在正常回馈模式下，若飞轮装置因驱动处于欠额状态下，双驱动器先满足驱动系统向飞轮系统提供能量，增额其到待机运行需求。

坡行步骤：当能量源失效或前端配电功能失效，导致双驱动器无法接受到能量时，则双驱动器先控制飞轮装置向驱动系统提供能量，实现能量源故障模式下的坡行功能，保证安全。

充电步骤：在充电模式下先进行涓流充电、CC充电，CC充电完成后双驱动器切入到飞轮装置的恒功率充电模式，当飞轮装置处于满额后，停止充电；将飞轮装置中存储的能量经双驱动器采用恒压馈电模式反馈给能量源，若此过程中需求驱动，则双驱动器先将能量转换给驱动系统驱动使用。

本发明采用双驱动器将飞轮装置进行电信号关联，并基于双驱动器系统的能量管理策略，使飞轮装置在系统中吸收/释放瞬时大功率，对功率流进行滤波平滑，降低能量源端的高功率密度需求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (6)

1.一种基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统，所述飞轮系统包括能量源、双驱动器、驱动系统，其特征在于，所述飞轮系统还包括与双驱动器电连接的飞轮装置，飞轮装置由飞轮本体与电机组成，所述飞轮系统包括：

首次起机模块：当汽车首次起机或长时间停车后启机时，双驱动器驱动飞轮装置以恒功率运行状态运作起来固定转速状态下；

缓慢加速或巡航模块：当在汽车缓慢加速或固定车速巡航下，双驱动器将能量源的电能经驱动系统转换为机械能驱动整车，此过程中，飞轮装置时刻处于运行待机状态；

急加速或飞轮满额模块：当汽车需求急加速模式，双驱动器以驱动系统需求的功率来制动飞轮装置，以匹配驱动系统的功率需求，若此时驱动系统功率大于飞轮装置瞬时功率，则由能量源提供补充；当汽车在正常驱动模式下，若飞轮装置因制动回馈处于满额状态，则双驱动器先控制飞轮装置向驱动系统提供能量，降额到其待机运行需求；

缓慢减速模块：当汽车在缓慢减速下，双驱动器将整车的机械能经驱动系统转换为电能存储到能量源，此过程飞轮装置持续处于运行待机状态；

急减速或飞轮欠额模块：当汽车需求急减速模式，驱动系统瞬时制动大功率能量，双驱动器先以驱动系统制动功率驱动飞轮装置，来匹配驱动系统制动功率，若此时驱动系统制动功率大于飞轮装置吸收功率，则由能量源吸收；当汽车在正常回馈模式下，若飞轮装置因驱动处于欠额状态下，双驱动器先满足驱动系统向飞轮系统提供能量，增额其到待机运行需求。

2.如权利要求1所述的基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统，其特征在于，所述飞轮系统还包括：

坡行模块：当能量源失效或前端配电功能失效，导致双驱动器无法接受到能量时，则双驱动器先控制飞轮装置向驱动系统提供能量，实现能量源故障模式下的坡行功能，保证安全。

3.如权利要求1所述的基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统，其特征在于，所述飞轮系统还包括：

充电模块：在充电模式下先进行涓流充电、CC充电，CC充电完成后双驱动器切入到飞轮装置的恒功率充电模式，当飞轮装置处于满额后，停止充电；将飞轮装置中存储的能量经双驱动器采用恒压馈电模式反馈给能量源，若此过程中需求驱动，则双驱动器先将能量转换给驱动系统驱动使用。

4.一种基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统的控制方法，其特征在于，包括：

首次起机步骤：当汽车首次起机或长时间停车后启机时，双驱动器驱动飞轮装置以恒功率运行状态运作起来固定转速状态下；

缓慢加速或巡航步骤：当在汽车缓慢加速或固定车速巡航下，双驱动器将能量源的电能经驱动系统转换为机械能驱动整车，此过程中，飞轮装置时刻处于运行待机状态；

急加速或飞轮满额步骤：当汽车需求急加速模式，双驱动器以驱动系统需求的功率来制动飞轮装置，以匹配驱动系统的功率需求，若此时驱动系统功率大于飞轮装置瞬时功率，则由能量源提供补充；当汽车在正常驱动模式下，若飞轮装置因制动回馈处于满额状态，则双驱动器先控制飞轮装置向驱动系统提供能量，降额到其待机运行需求；

缓慢减速步骤：当汽车在缓慢减速下，双驱动器将整车的机械能经驱动系统转换为电能存储到能量源，此过程飞轮装置持续处于运行待机状态；

急减速或飞轮欠额步骤：当汽车需求急减速模式，驱动系统瞬时制动大功率能量，双驱动器先以驱动系统制动功率驱动飞轮装置，来匹配驱动系统制动功率，若此时驱动系统制动功率大于飞轮装置吸收功率，则由能量源吸收；当汽车在正常回馈模式下，若飞轮装置因驱动处于欠额状态下，双驱动器先满足驱动系统向飞轮系统提供能量，增额其到待机运行需求。

5.如权利要求4所述的基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统的控制方法，其特征在于，首次起机步骤后还包括：

坡行步骤：当能量源失效或前端配电功能失效，导致双驱动器无法接受到能量时，则双驱动器先控制飞轮装置向驱动系统提供能量，实现能量源故障模式下的坡行功能，保证安全。

6.如权利要求4所述的基于双驱动器系统的新能源汽车飞轮系统的控制方法，其特征在于，首次起机步骤后还包括：

充电步骤：在充电模式下先进行涓流充电、CC充电，CC充电完成后双驱动器切入到飞轮装置的恒功率充电模式，当飞轮装置处于满额后，停止充电；将飞轮装置中存储的能量经双驱动器采用恒压馈电模式反馈给能量源，若此过程中需求驱动，则双驱动器先将能量转换给驱动系统驱动使用。

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