CN113415167A - 用于混合动力汽车的能量回收系统及方法 - Google Patents

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唐长芳
王勇
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Abstract

本发明涉及汽车能量回收技术领域，具体涉及一种用于混合动力汽车的能量回收系统及方法，其中，系统包括：汽车管理模块，用于对混合动力汽车的汽车状态数据实时进行检测；电机管理模块，用于对混合动力汽车的电机状态数据实时进行检测；电池管理模块，用于对混合动力汽车的电池状态数据实时进行检测；中央控制模块，用于根据汽车状态数据计算电机初定回馈转矩，根据电机状态数据计算电机约束回馈转矩，根据电池状态数据计算电池约束回馈转矩，并确定电制动扭矩；回收执行模块，用于根据电制动扭矩控制电机制动，进行能量回收。本发明解决了难以同时实现最大限度地回收滑行能量和确保驾驶舒适性的技术问题。

Description

用于混合动力汽车的能量回收系统及方法
技术领域
本发明涉及汽车能量回收技术领域，具体涉及一种用于混合动力汽车的能量回收系统及方法。
背景技术
混合动力汽车通常是指在传统汽车的基础上引入更大功率的电机和电池，装载有两个动力源的汽车。在汽车的行驶过程中，如果转矩需求较大，比如说加速或者爬坡，电池放电，电机进行助力，发动机和电机共同输出转矩；反之，如果转矩需求较小，比如说进行制动，电机进入发电模式给电池充电。
对于混合动力汽车进行能量回收来说，主要包括两个途径：其一，在刹车时将车辆的动能转换成电能进行回收；其二，当车辆下坡滑行超过安全速度时，将车辆的势能转换成电能进行回收。采用这两种方式，将车辆的动能和势能通过发电机转换成电能并存储到电池中以备以后再用，发电机可以是单独的发电机，也可以是既作电动机又作发电机的ISG电机。虽然说，对于后一种途径来说，混合动力汽车在自由滑行的状态下也可以是实现能量回收，进而提高能量利用率；但是，如果电机回馈转矩过小，会导致能量回收不足，反之，如果电机回馈转矩过大，会导致驾驶员或者乘车人员不适。故而，难以同时实现最大限度地回收滑行能量和确保驾驶舒适性。
发明内容
本发明提供一种用于混合动力汽车的能量回收系统及方法，解决了难以同时实现最大限度地回收滑行能量和确保驾驶舒适性的技术问题。
本发明提供的基础方案为：用于混合动力汽车的能量回收系统，包括：
汽车管理模块，用于对混合动力汽车的汽车状态数据实时进行检测，并实时发送所检测的汽车状态数据；
电机管理模块，用于对混合动力汽车的电机状态数据实时进行检测，并实时发送所检测的电机状态数据；
电池管理模块，用于对混合动力汽车的电池状态数据实时进行检测，并实时发送所检测的电池状态数据；
中央控制模块，用于实时接收汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据，判断汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据是否均满足对应的预设条件：
若否，发送重新进行检测的指令到汽车管理模块、电机管理模块和电池管理模块；
若是，根据汽车状态数据计算电机初定回馈转矩，根据电机状态数据计算电机约束回馈转矩，根据电池状态数据计算电池约束回馈转矩，将电机初定回馈转矩、电池约束回馈转矩和电机约束回馈转矩中绝对值最小的确定为电制动扭矩；
回收执行模块，用于根据电制动扭矩控制电机制动，进行能量回收。
本发明的工作原理及优点在于：通过将电机初定回馈转矩、电池约束回馈转矩以及电机约束回馈转矩中绝对值最小的确定为电制动扭进行制动控制，以实现能量回收；一方面，电机初定回馈转矩是根据汽车状态数据计算得到，由于汽车状态数据可以反映出汽车在运行过程中的加速、减速、转弯和颠簸等信息，汽车状态数据与驾驶舒适性相关，故而，可以在进行能量回收的时候确保驾驶舒适性；另一方面，在汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据全都满足对应的预设条件下，进行制动将动能转化成电能，实现电制动能量的回收，从而，可以最大限度地回收能量。
本发明既可以最大限度地回收能量，又可以在能量回收过程确保驾驶舒适性，解决了难以同时实现最大限度地回收滑行能量和确保驾驶舒适性的技术问题。
进一步，汽车管理模块用于对发动机的冷却液温度、汽车的行驶速度实时进行检测，并实时发送所检测的冷却液温度、行驶速度；中央控制模块用于判断冷却液温度、行驶速度是否小于、等于冷却液温度阈值、行驶速度阈值，若是，判定汽车状态数据满足预设条件。
有益效果在于：确保冷却液温度低于冷却液温度阈值，防止发动机温度过高，避免在能量回收的过程中损坏发动机；确保汽车的行驶速度低于行驶速度阈值，并在汽车滑行、减速的过程进行能量回收，防止汽车的速度过快，有利于提高能量的回收效率。
进一步，汽车管理模块用于对加速度实时进行检测，并实时发送所检测的加速度；中央控制模块用于根据行驶速度和加速度计算拖滞阻力矩，并根据拖滞阻力矩计算电机初定回馈转矩。
有益效果在于：充分考虑汽车的运行情况，得到的电机初定回馈转矩，既能够尽可能多的回收最大扭矩，又可以尽量不影响驾驶的舒适性。
进一步，电池管理模块用于对电池温度和电池充电功率实时进行检测，并实时发送所检测的电池温度和电池充电功率；中央控制模块用于判断电池温度、电池充电功率是否分别小于、等于电池温度阈值、电池充电功率阈值，若是，判定电池状态数据满足预设条件。
有益效果在于：电池温度高于电池温度阈值，会导致电池温度过高；电池充电功率高于电池充电功率阈值，会导致电池温度升高过快；故而，确保在能量回收的过程中电池温度、电池充电功率分别小于、等于电池温度阈值、电池充电功率阈值，可以防止电池受到损害。
进一步，电机管理模块用于对电机的转速实时进行检测，并实时发送所检测的转速；中央控制模块用于根据转速的变化规律判断电机是否运行正常，若是，判定电机状态数据满足预设条件。
有益效果在于：电机的转速的变化规律可以反映出电机的运行状态，可以有效地判定电机的运行是否正常，确保在电机正常的情况下进行能量回收。
进一步，电池管理模块用于对电池荷电状态实时进行检测，并实时发送所检测的电池荷电状态；中央控制模块用于根据电池温度和电池荷电状态计算电池最大充电功率，并根据电池最大充电功率和转速计算电池约束回馈转矩。
有益效果在于：先计算电池最大充电功率，后根据最大充电功率计算电池约束回馈转矩，这样得到的电池约束回馈转矩是电池所能承受的最大充电扭矩，故而，可以充分地对能量进行回收。
进一步，中央控制模块用于根据电机的转速计算得到电机的最大充电转矩，并将电机的最大充电转矩确定为电机约束回馈转矩。
有益效果在于：由于电机的最大充电转矩与电机的转速之间存在对应关系，电机的最大充电转矩是电机所能承受的最大发电扭矩，故而，有利于以最大发电扭矩进行能量的回收。
基于上述用于混合动力汽车的能量回收系统，本发明还提供一种用于混合动力汽车的能量回收方法，包括：
S1、实时检测汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据，并实时发送所检测的汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据；
S2、实时接收汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据，判断汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据是否均满足对应的预设条件：若是，进行S3；若否，返回S1；
S3、根据汽车状态数据计算电机初定回馈转矩，根据电机状态数据计算电机约束回馈转矩，根据电池状态数据计算电池约束回馈转矩；
S4、判断电机初定回馈转矩、电池约束回馈转矩和电机约束回馈转矩的绝对值的大小关系，并将绝对值最小的确定为电制动扭矩；
S5、根据电制动扭矩控制电机制动，进行能量回收。
本发明的工作原理及优点在于：由于汽车状态数据可以反映出汽车在运行过程中的加速、减速、转弯和颠簸等信息，汽车状态数据与驾驶舒适性相关，根据汽车状态数据计算电机初定回馈转矩，可以在进行能量回收的时候确保驾驶舒适性；只有汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据全都满足对应的预设条件，才对电制动能量进行回收，可以最大限度地回收能量。
进一步，S1中，实时检测电池荷电状态，并实时发送所检测的电池荷电状态；S3中，根据电池温度和电池荷电状态计算电池最大充电功率，并根据电池最大充电功率和转速计算电池约束回馈转矩，根据电机的转速计算得到电机约束回馈转矩。
有益效果在于：其一，得到的电池约束回馈转矩是电池所能承受的最大充电扭矩；其二，得到的电机约束回馈转矩是电机所能承受的最大发电扭矩；故而，有利于以最大发电扭矩进行能量的回收，可以提高能量回收的效率。
进一步，S1中，实时检测汽车的加速度，并实时发送所检测的加速度；S3中，根据行驶速度和加速度计算拖滞阻力矩，并根据拖滞阻力矩计算电机初定回馈转矩。
有益效果在于：可以充分考虑汽车的运行情况，既能够尽可能多的回收最大扭矩，又可以尽量不影响驾驶的舒适性。
附图说明
图1为本发明用于混合动力汽车的能量回收系统实施例的系统结构框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
实施例1
实施例基本如附图1所示，用于混合动力汽车的能量回收系统，包括：
汽车管理模块，用于对混合动力汽车的汽车状态数据实时进行检测，并实时发送所检测的汽车状态数据；
电机管理模块，用于对混合动力汽车的电机状态数据实时进行检测，并实时发送所检测的电机状态数据；
电池管理模块，用于对混合动力汽车的电池状态数据实时进行检测，并实时发送所检测的电池状态数据；
中央控制模块，用于实时接收汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据，判断汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据是否均满足对应的预设条件：
若否，发送重新进行检测的指令到汽车管理模块、电机管理模块和电池管理模块；
若是，根据汽车状态数据计算电机初定回馈转矩，根据电机状态数据计算电机约束回馈转矩，根据电池状态数据计算电池约束回馈转矩，将电机初定回馈转矩、电池约束回馈转矩和电机约束回馈转矩中绝对值最小的确定为电制动扭矩；
回收执行模块，用于根据电制动扭矩控制电机制动，进行能量回收。
具体实施过程如下：
S1、汽车管理模块对混合动力汽车的汽车状态数据实时进行检测，并实时发送所检测的汽车状态数据；电机管理模块对混合动力汽车的电机状态数据实时进行检测，并实时发送所检测的电机状态数据；电池管理模块对混合动力汽车的电池状态数据实时进行检测，并实时发送所检测的电池状态数据。在本实施例中，汽车管理模实时检测并发送的汽车状态数据是发动机的冷却液温度、汽车的行驶速度和汽车的加速度，电池管理模块实时检测并发送的电池状态数据是电池温度、电池充电功率和电池荷电状态，电机管理模块实时检测并发送的电机状态数据是电机的转速。
S2、中央控制模块实时接收汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据，判断汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据是否均满足对应的预设条件：若否，返回S1；若是，进行S3。
在本实施例中，具体步骤如下：
首先，根据转速的变化规律判断电机是否运行正常，若是，判定电机状态数据满足预设条件。比如，考虑到电机正常运行时转速的波动相对较小，可以根据电机一定时间段内(如1小时)的转速的方差或者标准差判断电机的运行是否正常。好处在于，电机的转速的变化规律可以反映出电机的运行状态，可以有效地确保在电机正常的情况下进行能量回收。
然后，判断冷却液温度是否小于、等于冷却液温度阈值，以及行驶速度是否小于、等于行驶速度阈值，若是，判定汽车状态数据满足预设条件。好处有二：其一，确保冷却液温度低于冷却液温度阈值，防止发动机温度过高，避免在能量回收的过程中损坏发动机；其二，确保汽车的行驶速度低于行驶速度阈值，能量回收在汽车滑行、减速的过程中进行。
最后，判断电池温度是否小于、等于电池温度阈值，以及电池充电功率是否小于、等于电池充电功率阈值，若是，判定电池状态数据满足预设条件。好处在于，在能量回收的过程中，防止电池温度升高过快，避免电池温度过高，从而保护电池不受损害。
如果说，汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据均满足对应的预设条件，进行S3；反之，发送重新进行检测的指令到汽车管理模块、电机管理模块和电池管理模块，以重新进行检测。
S3、中央控制模块根据汽车状态数据计算电机初定回馈转矩，根据电机状态数据计算电机约束回馈转矩，根据电池状态数据计算电池约束回馈转矩。
在本实施例中，具体步骤如下：
首先，根据行驶速度和加速度计算拖滞阻力矩，并根据拖滞阻力矩计算电机初定回馈转矩。比如说，预先通过实验获得汽车在滑行的过程中行驶速度与加速度之间的第一对应关系，根据第一对应关系计算得到当前的行速度所对应的加速度(此处加速度为负值，也即汽车滑行的减速度)；根据牛顿运动定律，可以根据加速度计算滑行阻力，滑行阻力减去车辆阻力可得到拖滞阻力；将拖滞阻力乘以车轮半径之后，除以传动比，即可得到电机初定回馈转矩。这样得到的电机初定回馈转矩是不影响驾驶性的前提下可能回收的最大扭矩，充分考虑汽车的运行情况，既能够尽可能多的回收最大扭矩，又可以尽量不影响驾驶的舒适性。
然后，根据电机的转速计算得到电机约束回馈转矩。比如说，预先通过实验获得电机的最大充电转矩与电机的转速之间的第二对应关系，根据第二对应关系计算得到当前转速对应的最大充电转矩，将最大充电转矩作为电机约束回馈转矩，这样得到的电机约束回馈转矩是电机所能承受的最大发电扭矩。
最后，根据电池温度和电池荷电状态计算电池最大充电功率，并根据电池最大充电功率和转速计算电池约束回馈转矩。比如说，预先通过实验获得电池最大充电功率与电池温度、电池荷电状态之间的第三对应关系，根据第三对应关系计算当前电池温度、电池荷电状态对应的电池最大充电功率，将电池最大充电功率除以当前电机的转速，得到电池约束回馈转矩，这样得到的电池约束回馈转矩是电池所能承受的最大充电扭矩。
S4、中央控制模块将电机初定回馈转矩、电池约束回馈转矩和电机约束回馈转矩中绝对值最小的确定为电制动扭矩，可采用现有的排序算法实现。
S5、回收执行模块根据电制动扭矩控制电机制动，进行能量回收。
实施例2
与实施例1不同之处仅在于，中央控制模块判断汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据是否均满足对应的预设条件时，采用相对值进行判定。比如说，判断冷却液温度是否低于冷却液温度阈值的5％，以及行驶速度是否低于行驶速度阈值的10％，若是，判定汽车状态数据满足预设条件；判断电池温度是否低于电池温度阈值的2％，以及电池充电功率是否低于电池充电功率阈值的4％，若是，判定电池状态数据满足预设条件。回收执行模块根据电制动扭矩控制电机制动，控制电机转动这个过程中，电机的转速n与时间t的函数关系为，n/N＝k/K—f(t)；其中，N为电机开始制动时的转速，K为电机制动扭矩，f(t)为预设函数；n为制动过程中电机的转速，n＝n(t)；k为制动过程中电机的扭矩，k＝k(t)，从而实现控制。此外，回收执行模块回收的能量包括两种形式：其一，可以完全回收的能量，比如电能；其二，不可以完全回收的能量，比如热能；这两种形式的能量，可以分开进行储存或者利用。对于前者来说，由于能够被完全回收，比如电能，可以仍以电能的形式将其储存；对于后者来说，由于不能够被完全回收，比如热能，可将其用于加热冷水，得到热水，将热能直接用掉。通过这样的方式，可最大限度地回收能量，降低回收能量的浪费。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.用于混合动力汽车的能量回收系统，其特征在于，包括：
汽车管理模块，用于对混合动力汽车的汽车状态数据实时进行检测，并实时发送所检测的汽车状态数据；
电机管理模块，用于对混合动力汽车的电机状态数据实时进行检测，并实时发送所检测的电机状态数据；
电池管理模块，用于对混合动力汽车的电池状态数据实时进行检测，并实时发送所检测的电池状态数据；
中央控制模块，用于实时接收汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据，判断汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据是否均满足对应的预设条件：
若否，发送重新进行检测的指令到汽车管理模块、电机管理模块和电池管理模块；
若是，根据汽车状态数据计算电机初定回馈转矩，根据电机状态数据计算电机约束回馈转矩，根据电池状态数据计算电池约束回馈转矩，将电机初定回馈转矩、电池约束回馈转矩和电机约束回馈转矩中绝对值最小的确定为电制动扭矩；
回收执行模块，用于根据电制动扭矩控制电机制动，进行能量回收。
2.如权利要求1所述的用于混合动力汽车的能量回收系统，其特征在于，汽车管理模块用于对发动机的冷却液温度、汽车的行驶速度实时进行检测，并实时发送所检测的冷却液温度、行驶速度；中央控制模块用于判断冷却液温度、行驶速度是否小于、等于冷却液温度阈值、行驶速度阈值，若是，判定汽车状态数据满足预设条件。
3.如权利要求2所述的用于混合动力汽车的能量回收系统，其特征在于，汽车管理模块用于对加速度实时进行检测，并实时发送所检测的加速度；中央控制模块用于根据行驶速度和加速度计算拖滞阻力矩，并根据拖滞阻力矩计算电机初定回馈转矩。
4.如权利要求1所述的用于混合动力汽车的能量回收系统，其特征在于，电池管理模块用于对电池温度和电池充电功率实时进行检测，并实时发送所检测的电池温度和电池充电功率；中央控制模块用于判断电池温度、电池充电功率是否分别小于、等于电池温度阈值、电池充电功率阈值，若是，判定电池状态数据满足预设条件。
5.如权利要求4所述的用于混合动力汽车的能量回收系统，其特征在于，电机管理模块用于对电机的转速实时进行检测，并实时发送所检测的转速；中央控制模块用于根据转速的变化规律判断电机是否运行正常，若是，判定电机状态数据满足预设条件。
6.如权利要求5所述的用于混合动力汽车的能量回收系统，其特征在于，电池管理模块用于对电池荷电状态实时进行检测，并实时发送所检测的电池荷电状态；中央控制模块用于根据电池温度和电池荷电状态计算电池最大充电功率，并根据电池最大充电功率和转速计算电池约束回馈转矩。
7.如权利要求5所述的用于混合动力汽车的能量回收系统，其特征在于，中央控制模块用于根据电机的转速计算得到电机的最大充电转矩，并将电机的最大充电转矩确定为电机约束回馈转矩。
8.用于混合动力汽车的能量回收方法，其特征在于，包括：
S1、实时检测汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据，并实时发送所检测的汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据；
S2、实时接收汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据，判断汽车状态数据、电机状态数据和电池状态数据是否均满足对应的预设条件：若是，进行S3；若否，返回S1；
S3、根据汽车状态数据计算电机初定回馈转矩，根据电机状态数据计算电机约束回馈转矩，根据电池状态数据计算电池约束回馈转矩；
S4、判断电机初定回馈转矩、电池约束回馈转矩和电机约束回馈转矩的绝对值的大小关系，并将绝对值最小的确定为电制动扭矩；
S5、根据电制动扭矩控制电机制动，进行能量回收。
9.如权利要求8所述的用于混合动力汽车的能量回收方法，其特征在于，S1中，实时检测电池荷电状态，并实时发送所检测的电池荷电状态；S3中，根据电池温度和电池荷电状态计算电池最大充电功率，并根据电池最大充电功率和转速计算电池约束回馈转矩，根据电机的转速计算得到电机约束回馈转矩。
10.如权利要求9所述的用于混合动力汽车的能量回收方法，其特征在于，S1中，实时检测汽车的加速度，并实时发送所检测的加速度；S3中，根据行驶速度和加速度计算拖滞阻力矩，并根据拖滞阻力矩计算电机初定回馈转矩。
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