CN113682159B - 新能源车辆节能动力系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种新能源车辆节能动力系统，包括发电系统、储能系统、驱动系统和控制系统；所述发电系统和储能系统并联设置，所述驱动系统分别与发电系统和储能系统连接用于接受来自发电系统和/或储能系统的电能；所述发电系统在内燃机起步后保持内燃机工作在最大功率点或系统要求的单位油耗率最低的特征功率点；所述控制系统与所述发电系统、储能系统和驱动系统电连接，用于判断储能系统的电量情况并控制所述储能系统和/或发电系统向驱动系统供电。本发明还公开一种新能源车辆节能动力控制方法，使内燃机一直运行在最大功率点或系统要求的单位油耗率最低的特征功率点，避免了内燃机在怠速或部分负荷时，单位千瓦时油耗率过高的情况。

Description

新能源车辆节能动力系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及新能源车辆节能动力系统的技术领域，具体涉及一种工作在最大功率点或系统要求的单位油耗率最低的特征功率点的内燃机提供能源的带储能系统的新能源车辆节能动力系统及其控制方法。
背景技术
随着能源紧缺，环境保护的进一步加强，各种新能源汽车应运而生，新能源汽车的动力系统如何做到提高能源的使用效率，如何轻量化，已经是本领域工作人员所要解决的问题。CN105015357A公开了一种电动车的电力系统，通过包括电池的储能系统电连接驱动电机，向驱动电机提供电力；同时还包括一发电系统，所述发电系统包括天然气气瓶和发电机，与储能系统电连接，将天然气燃烧后将热能转换为电能，并将该电能传输至动力电池，从而实现在不停车充电的情况下边走边充，续航里程不受限制。
目前新能源汽车无论是油气混合还是油电混合，或者是纯电动汽车，在行驶过程中都不能一直使动力源处于最经济的工况下运行，这就造成了资源的浪费，效率大大减低。
为此，需要一款能够使提供能源的内燃机工作在最大功率点或系统要求的单位油耗率最低的特征功率点的动力系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种使提供能源的内燃机工作在最大功率点或系统要求的单位油耗率最低的特征功率点的带储能系统的新能源车辆节能动力系统及其控制方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种新能源车辆节能动力系统，包括发电系统、储能系统、驱动系统和控制系统；
所述发电系统和储能系统并联设置，所述驱动系统分别与发电系统和储能系统连接用于接受来自发电系统和/或储能系统的电能；
所述发电系统包括内燃机和发电机及整流系统，其中在内燃机起步后保持内燃机工作在最大功率点或系统要求的单位油耗率最低的特征功率点；所述发电系统用于将所述内燃机输出的机械能通过发电机及整流系统转化为电能分别提供给驱动系统和储能系统；其中，所述发电系统输出最大功率大于等于驱动系统所需的最大功率，最大功率点范围为3000rpm-4000rpm。
所述储能系统包括可充电电池，所述储能系统用于向所述驱动系统提供电能，其中，所述储能系统3C放电功率大于等于驱动系统所需的最大额定功率，储能系统5C放电功率可满足车辆极限运动状态所需的短时过载功率；
所述驱动系统用于将接收自发电系统或储能系统的直流电转换成交流电并驱动车辆运行，包括与所述发电系统和储能系统连接的驱动器以及与所述驱动器电连接的车辆驱动电机；
所述控制系统与所述发电系统、储能系统和驱动系统电连接，用于判断储能系统的电量情况并控制所述储能系统和/或发电系统向驱动系统供电。
进一步的，所述控制系统设置有储能系统的电量判断模块用于在车辆启动时和车辆启动后实时判断储能系统的电池电量是否≤30％总电量，控制所述储能系统或发电系统向驱动系统供电，以及大功率驱动监测模块用于当车辆处于最大爬陡坡角度或全油门急加速时，控制所述储能系统和发电系统同时向驱动系统供电。
进一步的，所述动力系统的供电形式包括：所述发电系统和储能系统分别向驱动系统供电，以及所述发电系统和储能系统同时向驱动系统供电。
本发明还公开了新能源车辆节能动力控制方法，包括：新能源车辆节能动力系统，包括发电系统、储能系统、驱动系统和控制系统；
预先设置新能源车辆运行在最大功率点或用户设定的单位油耗率最低的特征功率点，以及预先设置储能系统的电量判断条件；
在新能源车辆启动时，所述控制系统进行储能系统的电量判断，如果满足判定结果进入内燃机发电驱动过程，否则进入储能系统供电过程；
在车辆启动后，所述控制系统实时监控所述储能系统的电量判断条件，如果满足判定结果进入内燃机发电驱动过程，否则进入储能系统供电过程。
所述内燃机发电驱动过程具体包括：所述储能系统处于待机状态，所述控制系统控制所述发电系统的内燃机启动，所述发电系统将机械能转化为电能供给驱动系统从而驱动车辆前进；由于内燃机起步后始终工作在最大功率点或系统要求的单位油耗率最低的特征功率点的范围内，会出现内燃机提供的机械能过剩，所述控制系统将所述发电系统剩余的机械能转换的电能储存于所述储能系统中，直至所述储能系统达到储能上限时所述控制系统指示所述内燃机停止工作，使所述发电系统处于待机状态，并转换为储能系统供电过程；
储能系统供电过程：所述发电系统处于待机状态，所述控制系统控制储能系统供电给驱动系统从而驱动车辆前进。
进一步的，在所述内燃机发电驱动过程中，当控制系统的大功率驱动监测模块判断当车辆处于最大爬陡坡角度或全油门急加速时，控制所述储能系统和发电系统可同时向驱动系统供电。
进一步的，所述储能系统的电量判断条件是：判断储能系统的电池电量是否≤30％总电量。
进一步的，所述储能系统的上限设置为总电量的90％-95％。
进一步的，所述储能系统采用不低于5倍的高倍率充放电电池。
进一步的，所述内燃机选自以下之一：汽油发动机、柴油发动机或新能源燃料发动机。
本发明的有益效果是：
本发明所述的新能源车辆节能动力系统的一种由工作在最大功率点或系统要求的单位油耗率最低的特征功率点的内燃机提供能源的带储能系统的新能源车辆节能动力系统中内燃机工作时可以一直运行在最大功率点或系统要求的单位油耗率最低的特征功率点，使得油耗经济性最好，避免了内燃机在怠速或部分负荷时，单位千瓦时油耗率过高的情况；通过本发明使得车辆动力系统达到节能效果，并实现新能源车辆动力系统的轻量化。
附图说明
图1是本发明所述的新能源车辆节能动力系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案、有益效果及显著进步更加清楚，下面，将结合本发明实施例中所提供的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所有描述的这些实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种新能源车辆节能动力系统，包括发电系统、储能系统、驱动系统和控制系统；所述发电系统包括内燃机和发电机及整流系统，其中，所述内燃机作为发动机用于产生机械能，并在内燃机起步后保持内燃机工作在最大功率点3000rpm或系统要求的特征功率点，这样设置，使得内燃机工作时可以一直运行在最大功率点或系统要求的单位油耗率最低的特征功率点的范围内，使得油耗经济性最好，避免了内燃机在怠速或部分负荷时，单位千瓦时油耗率过高的情况。发电机用于将机械能转换为电能，选取市售的市售商用车35kw内燃机发电机组，峰值功率35kw；所述整流系统用于将发电机输出的交流电转换为直流电并提供给驱动系统和储能系统充电。
所述储能系统采用可充电电池，同时附有外接充电口，能够使用充电桩进行充电，降低用车成本。所述储能系统用于向所述驱动系统提供电能。其中所述电池采用高倍率(即3.7-7倍率)的充放电电池，充电和放电倍率分别可达到5倍以上，使得储能电池体积和重量减小5倍以上，可满足车辆起步时的大功率需求，同时车辆正常运行时，采用低倍率放电，通过这样的设计使得储能系统重量和体积大大减轻，降低车辆整体功耗，提高电能有效利用率。通过本发明使得车辆动力系统达到节能效果，并实现新能源车辆动力系统的轻量化。
所述驱动系统用于将接收到的直流电转换成交流电并驱动车辆运行，包括与所述发电系统和储能系统连接的驱动器以及与所述驱动器电连接的车辆驱动电机；
所述控制系统与所述发电系统、储能系统和驱动系统电连接，设置有储能系统的电量判断模块用于在车辆启动时和车辆启动后实时判断储能系统的电池电量是否≤30％总电量控制所述储能系统或发电系统向驱动系统供电，以及大功率驱动监测模块用于当车辆处于大角度爬坡或急加速状态时控制所述储能系统和发电系统同时向驱动系统供电。所述控制系统用于判断储能系统的电量情况并控制所述储能系统和/或发电系统向驱动系统供电，即在车辆启动时执行储能系统的电量判断、在车辆启动后实时监控储能系统的电量判断条件以及根据判定结果控制所述发电系统和储能系统的工作状态。
其中，所述发电系统和储能系统并联，所述驱动系统分别和所述发电系统和储能系统电连接。
所述动力系统的供电形式包括：所述发电系统和储能系统分别向驱动系统供电，以及所述发电系统和储能系统同时向驱动系统供电。
利用所述新能源车辆节能动力系统的新能源车辆节能动力控制方法，包括：新能源车辆节能动力系统，包括发电系统、储能系统、驱动系统和控制系统；
预先设置新能源车辆运行在最大功率点3000rpm，以及预先设置储能系统的电量判断条件为判断储能系统的电池电量是否≤30％总电量；
在新能源车辆启动时，所述控制系统判断储能系统的电池电量是否≤30％总电量，如果满足判定结果，所述内燃机发电驱动过程具体包括：所述储能系统处于待机状态，所述控制系统控制所述发电系统的内燃机启动，所述内燃机输出机械能，通过发电机转化为交流电，通过整流系统整流转化为直流电，供给电机驱动系统从而驱动车辆前进；由于内燃机起步后始终工作在最大功率点或系统要求的单位油耗率最低的特征功率点，会出现内燃机提供的机械能过剩，所述控制系统将所述发电系统剩余的机械能转换的电能储存于所述储能系统中，直至所述储能系统达到储能上限时所述控制系统指示所述内燃机停止工作，使所述发电系统处于待机状态，并转换为由储能系统供电过程，所述发电系统处于待机状态，所述控制系统控制储能系统供电给驱动系统从而驱动车辆前进。在所述内燃机发电驱动过程中，当控制系统的大功率驱动监测模块判断当车辆处于最大爬陡坡角度或全油门急加速时，控制所述储能系统和发电系统可同时向驱动系统供电。
发电系统给储能系统充电，当到达储能系统设定的上限时，停止充电，内燃机停止工作，储能系统的上限设置为总容量的90％-95％，使得车辆制动时，产生的能量可以反馈充电。
在车辆启动后，所述控制系统实时监控判断储能系统的电池电量是否≤30％总电量，如果满足判定结果则再次进入内燃机发电驱动过程，否则所述发电系统处于待机状态，所述控制系统控制储能系统供电给驱动系统。当发电系统处于待机状态时，由储能系统通过高倍率放电提供给动力电机驱动系统，满足大功率用电要求，并通过车辆运行姿态判断车辆运行工况，当储存电量低于30％时再次启动发电系统。
通过本发明使得车辆动力系统达到节能效果，并实现新能源车辆动力系统的轻量化。
以上各实施例和具体案例仅用以说明本发明的技术方案，而非是对其的限制，尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，本领域技术人员根据本说明书内容所做出的非本质改进和调整或者替换，均属本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种新能源车辆节能动力系统，包括发电系统、储能系统、驱动系统和控制系统；
所述发电系统和储能系统并联设置，所述驱动系统分别与发电系统和储能系统连接用于接收来自发电系统和/或储能系统的电能；
所述发电系统包括内燃机和发电机及整流系统，其中在内燃机起步后保持内燃机工作在最大功率点或系统要求的单位油耗率最低的特征功率点；所述发电系统用于将所述内燃机输出的机械能通过发电机及整流系统转化为电能分别提供给驱动系统和储能系统；其中，所述发电系统输出最大功率大于等于驱动系统所需的最大功率，所述最大功率点范围为3000rpm-4000rpm；
所述储能系统包括可充电电池，所述储能系统用于向所述驱动系统提供电能；其中，所述储能系统3C放电功率大于等于驱动系统所需的最大额定功率，储能系统5C放电功率可满足车辆极限运动状态所需的短时过载功率；
所述驱动系统用于将接收自发电系统或储能系统的直流电转换成交流电并驱动车辆运行，包括与所述发电系统和储能系统连接的驱动器以及与所述驱动器电连接的车辆驱动电机；
所述控制系统与所述发电系统、储能系统和驱动系统电连接，用于判断储能系统的电量情况并控制所述储能系统和/或发电系统向驱动系统供电。
2.根据权利要求1所述的新能源车辆节能动力系统，其特征在于，所述控制系统设置有储能系统的电量判断模块用于在车辆启动时和车辆启动后实时判断储能系统的电池电量是否≤30％总电量，控制所述储能系统或发电系统向驱动系统供电；以及大功率驱动监测模块用于当车辆处于大角度爬坡或急加速状态时控制所述储能系统和发电系统同时向驱动系统供电。
3.根据权利要求1所述的新能源车辆节能动力系统，其特征在于，所述动力系统的供电形式包括：所述发电系统和储能系统分别向驱动系统供电，以及所述发电系统和储能系统同时向驱动系统供电。
4.根据权利要求1所述的新能源车辆节能动力系统，其特征在于，所述储能系统采用不低于5倍的高倍率充放电电池。
5.根据权利要求1所述的新能源车辆节能动力系统，其特征在于，所述内燃机选自以下之一：汽油发动机、柴油发动机或新能源燃料发动机。
6.一种新能源车辆节能动力控制方法，其特征在于，包括：新能源车辆节能动力系统，包括发电系统、储能系统、驱动系统和控制系统；
预先设置新能源车辆运行在最大功率点或用户设定的单位油耗率最低的特征功率点，以及预先设置储能系统的电量判断条件；
在新能源车辆启动时，所述控制系统进行储能系统的电量判断，如果满足判定结果进入内燃机发电驱动过程，否则进入储能系统供电过程；
在车辆启动后，所述控制系统实时监控所述储能系统的电量判断条件，如果满足判定结果进入内燃机发电驱动过程，否则进入储能系统供电过程；
所述内燃机发电驱动过程具体包括：所述储能系统处于待机状态，所述控制系统控制所述发电系统的内燃机启动，所述发电系统将机械能转化为电能供给驱动系统从而驱动车辆前进；由于内燃机起步后始终工作在最大功率点或系统要求的单位油耗率最低的特征功率点的范围内，会出现内燃机提供的机械能过剩，所述控制系统将所述发电系统剩余的机械能转换的电能储存于所述储能系统中，直至所述储能系统达到储能上限时所述控制系统指示所述内燃机停止工作，使所述发电系统处于待机状态，并转换为储能系统供电过程；
储能系统供电过程：所述发电系统处于待机状态，所述控制系统控制储能系统供电给驱动系统从而驱动车辆前进。
7.根据权利要求6所述的新能源车辆节能动力控制方法，其特征在于，在所述内燃机发电驱动过程中，当控制系统的大功率驱动监测模块判断当车辆处于最大爬陡坡角度或全油门急加速时，控制所述储能系统和发电系统可同时向驱动系统供电。
8.根据权利要求6所述的新能源车辆节能动力控制方法，其特征在于，所述储能系统的电量判断条件是：判断储能系统的电池电量是否≤30％总电量。
9.根据权利要求6所述的新能源车辆节能动力控制方法，其特征在于，所述储能系统的上限设置为总电量的90％-95％。
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