CN114607520A - 用于增程式电动车辆的内燃机启动的控制单元和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种用于增程式电动车辆的内燃机启动的控制单元，该增程式电动车辆包括：电动机、动力电池、内燃机和发电机，其中，所述控制单元包括：接收模块，其被配置成接收启动内燃机的请求；判断模块，其被配置成判断动力电池的荷电量是否大于或等于预定阈值；电力控制模块，其被配置成在荷电量等于或大于预定阈值时，控制发电机利用动力电池的电力转动，以驱动内燃机运转；和燃油控制模块，其被配置成在内燃机的转速小于内燃机的怠速的时间段内，控制内燃机的喷油装置不向内燃机的燃烧室内喷射燃油。本申请还提供了一种增程式电动车辆的内燃机启动方法和一种计算机可读存储介质。本申请的技术方案可以节省燃油、降低成本和减少排放。

Description

用于增程式电动车辆的内燃机启动的控制单元和方法
技术领域
本申请涉及电动车辆技术领域，尤其涉及一种用于增程式电动车辆的内燃机启动的控制单元和方法。
背景技术
增程式电动车辆通常包括内燃机、发电机、电动机和动力电池(例如，电压为300V～700V，电池容量为15～30kw·h，也被称为高压电池)等，其中动力电池给电动机供电以直接驱动车轮行驶，而内燃机用于在需要增程时通过燃烧做功来驱动发电机给动力电池充电。因此，在增程式电动车辆中，车上只有一套电力驱动系统，内燃机并不直接驱动车轮，而只是用来驱动发电机给动力电池充电。
在动力电池电量充足的情况下，内燃机通常不工作，而只有在动力电池电量不足或需要更多电力时，内燃机才会启动以给动力电池充电。现有的增程式电动车辆通常设有启动电池(例如，电压为12V或24V，也被称为低压电池)，用于在需要启动内燃机时给发电机供电，使发电机作为电动机来带动内燃机运转。此时，发电机起到启动电动机的作用。根据启动控制程序，当内燃机的转速达到预定喷油转速(例如，200rpm)时，内燃机内开始喷射燃油。燃油的燃烧使内燃机的转速上升，直到内燃机达到怠速(例如，700rpm)并以怠速保持运转。至此，内燃机完成启动过程，随后可以根据需要驱动发电机给动力电池充电。
现有技术中存在的问题是，在启动过程中(例如，转速从预定喷油转速增加至怠速期间)向内燃机内喷射的燃油量比在怠速下运转时喷射的燃油量要高出很多，例如，3-4倍。因此，内燃机的启动会消耗较多的燃油。尤其是，对重载车辆上的大型内燃机来说，启动期间的燃油消耗量更高。这不仅造成成本上升、资源浪费，还带来更多的排放问题。
因此，需要一种改进的用于增程式电动车辆的内燃机启动的控制单元和方法，以解决上述问题。
发明内容
本申请的目的在于克服现有技术的不足，提供一种确保内燃机启动并且节省燃油的用于增程式电动车辆的内燃机启动的控制单元和方法。
为此，根据本申请的一方面，提供了一种用于增程式电动车辆的内燃机启动的控制单元，所述增程式电动车辆包括：电动机，其被配置成用于驱动所述增程式电动车辆；动力电池，其被配置成为所述电动机提供电力；以及内燃机和发电机，所述内燃机被配置成能够驱动所述发电机为所述动力电池充电；其中，所述控制单元包括：接收模块，其被配置成接收启动所述内燃机的请求；判断模块，其被配置成判断所述动力电池的荷电量是否等于或大于预定阈值；电力控制模块，其被配置成在所述荷电量等于或大于所述预定阈值时，控制所述发电机利用所述动力电池的电力转动，以驱动所述内燃机运转；和燃油控制模块，其被配置成在所述内燃机的转速小于所述内燃机的怠速的时间段内，控制所述内燃机的喷油装置不向所述内燃机的燃烧室内喷射燃油。
根据本申请的另一方面，提供了一种增程式电动车辆的内燃机启动方法，所述增程式电动车辆包括：电动机，其被配置成用于驱动所述增程式电动车辆行驶；动力电池，其被配置成为所述电动机提供电力；；以及内燃机和发电机，所述内燃机被配置成能够驱动所述发电机为所述动力电池充电；其中，所述方法包括：接收启动所述内燃机的请求；判断所述动力电池的荷电量是否等于或大于预定阈值；在所述荷电量等于或大于所述预定阈值时，控制所述发电机利用所述动力电池的电力转动；通过所述发电机驱动所述内燃机运转，且在所述内燃机的转速小于所述内燃机的怠速的时间段内，控制所述内燃机的喷油装置不向所述内燃机的燃烧室内喷射燃油。
根据本申请的又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储有能够在处理器上运行的程序指令，其中，当所述程序指令被所述处理器运行时，致使所述处理器执行上述的内燃机启动方法。
本申请所提供的用于增程式电动车辆的内燃机启动的控制单元和方法，可以节省燃油、降低成本和减少排放。
附图说明
下面将参考附图对本申请的示例性实施例进行详细说明，应当理解，下面描述的实施例仅用于解释本申请，而不是对本申请的范围的限制，在附图中：
图1是根据本申请的实施例的增程式电动车辆的的示意性结构框图，其中示出了用于增程式电动车辆的内燃机启动的控制单元；
图2是本申请的增程式电动车辆的内燃机启动方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面结合示例详细描述本申请的优选实施例。但是，本领域技术人员应当理解，这些示例性实施例并不意味着对本申请形成任何限制。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互组合。在附图中，为简要起见，省略了其它的部件或步骤，但这并不表明本申请的用于增程式电动车辆的内燃机启动的控制单元不可包括其它模块，也不表明本申请的增程式电动车辆的内燃机启动方法不可包括其它步骤。应当理解，附图中部件的尺寸、比例关系以及部件、模块或步骤的数目均不作为对本申请的限制。
下面参照图1来描述本申请的用于增程式电动车辆的内燃机启动的控制单元。如图1所示，增程式电动车辆大体上包括内燃机10、发电机20、电动机30和高压电池40，其中电动机30用于驱动增程式电动车辆，动力电池40用于为电动机30提供电力，而内燃机10用于驱动发电机20为动力电池40充电。这样，在行驶过程中，增程式电动车辆利用动力电池40的电力行驶，而在动力电池40的荷电量不足或需要更大电力时，可以启动内燃机10，驱动发电机20给动力电池40充电，从而实现增程的目的。
根据本申请的实施例，本申请的用于增程式电动车辆的内燃机启动的控制单元50包括：接收模块51，其被配置成接收启动内燃机的请求；判断模块52，其判断动力电池40的荷电量是否等于或大于预定阈值；电力控制模块53，其在荷电量等于或大于预定阈值时，控制发电机20利用动力电池40的电力转动，以驱动内燃机10运转；和燃油控制模块54，其在内燃机10的转速小于内燃机的怠速的时间段内，控制内燃机10的喷油装置不向内燃机10的燃烧室内喷射燃油。
应指出的是，启动内燃机10的请求通常来自车辆的动力总成控制单元PCU(未示出)或车辆的电子控制单元ECU，且是在基于动力电池40的当前荷电量和用电需求的综合判断下发出的。动力电池40的荷电量通常由电池管理系统BMS来提供，且可以通过感测结合计算的方式来获得，在此不再赘述。
根据本申请的实施例，控制单元50可以是车辆的电子控制单元ECU的一部分，也可以是单独的部件，或者可以是分布在不同的子控制单元内的多个部分形成的虚拟单元。例如，控制单元50可以包括车辆的动力总成控制单元PCU的一部分和发动机管理系统EMS的一部分等，并通过有线或无线的方式通信。
另外，本申请的控制单元50所包括的各模块可以是物理上分离的实体部件，也可以是集成在一起的一个单元的不同部分，或者是分布在一个或多个单元中的虚拟模块。与现有的增程式电动车辆的内燃机启动过程相比，在本申请的控制单元的控制下，利用动力电池40的电力将内燃机10的转速直接驱动到怠速，例如，700rpm，而不是如常规的那样利用启动电池将内燃机10的转速驱动到明显比怠速低的预定喷油转速(其通常由启动控制程序设定，且在该转速下，内燃机的燃烧室内形成喷射燃油所需的足够压力条件)，例如，200rpm。如本领域所知，在内燃机的转速从预定喷油转速增加到怠速的时间段内，燃油的喷射量比怠速下喷射的燃油量高很多倍。因此，通过利用动力电池40的电力，且控制内燃机10的转速和喷油时机，本申请的内燃机启动过程至少节省了在内燃机的转速从预定喷油转速增加到怠速期间所需的燃油量。
应指出的是，动力电池40的荷电量的预定阈值应是足以启动内燃机10的荷电量，且可以针对不同的内燃机启动需求通过标定的方式来确定。另外，发电机20切换为启动电动机的过程是电机领域的常用技术，例如，通过车辆的动力总成控制单元PCU向发电机20发送负扭矩，因此本文不再进一步详细描述。
在内燃机10的转速等于或大于怠速时，控制单元50的燃油控制模块54控制喷油装置(未示出)向内燃机10的燃烧室内喷射维持怠速所需的燃油量，由此使内燃机10趋于以怠速保持运转。此后，则可以根据需要驱动发电机20发电。
在图1所示的实施例中，还示出了增程式电动车辆的其它相关部件。例如，内燃机10通过发电减速机构21与发电机20联接，且发电机20产生的电力传输给发电逆变电路22，将交流电变换成直流电，然后传输到功率分配单元42，并由功率分配单元42将电力分配给动力电池40进行充电。动力电池40的电力可以经功率分配单元42传输给驱动逆变电路32，将直流电变换成交流电，然后传输到电动机30，并经过驱动减速机构31来驱动车轮60，从而使车辆行驶。另外，除了如前面所述的用于启动内燃机10之外，动力电池40的电力还可以分配给其它用电装置61(以虚线框示出)，例如，制冷装置、混凝土搅拌装置等车上设备。应指出的是，上述部件是现有增程式电动车辆的常用部件，且可以有各种变化形式，在此不再赘述。
另外，为避免出现动力电池40的电力不足以启动内燃机10的情况(例如，长期停驶或由于其它用电装置61消耗了过多的电力)，本申请的增程式电动车辆的内燃机启动系统还包括启动电池70，例如12V或24V的电池，且控制单元50的电力控制模块53被配置成在动力电池40的荷电量小于预定阈值时，控制发电机20利用启动电池70的电力转动，以驱动内燃机10运转。当内燃机10的转速等于或大于预定喷油转速时，控制单元50的燃油控制模块54控制内燃机10的喷油装置向内燃机10的燃烧室内喷射大于维持怠速所需的燃油量，使内燃机10以逐渐增加的转速运转。如前所述，预定喷油转速低于怠速。随着转速的提升，当内燃机10的转速等于或大于怠速时，控制单元50控制喷油装置向内燃机10内喷射维持怠速所需的燃油量，由此使内燃机10趋于以怠速保持运转。这样，即使在动力电池40的电力不足以启动内燃机时，仍可以利用启动电池70的电力来完成启动。
以上参照图1描述了本申请的用于增程式电动车辆的内燃机启动的控制单元的结构和组成，下面参照图2描述本申请的内燃机启动方法。
在增程式电动车辆的使用中，如果动力电池40的荷电量不足或需要提供更多电力，则需要启动内燃机10来给动力电池40充电。在这种状态下，车辆的电子控制单元ECU或动力总成控制单元PCU会发出启动内燃机10的请求，并将该请求发送给控制单元50，从而开始执行本申请的增程式电动车辆的内燃机启动方法。具体而言，本申请的内燃机启动方法包括以下步骤：
步骤101：接收启动内燃机10的请求；
步骤102：判断动力电池40的荷电量是否等于或大于预定阈值；
步骤103：在荷电量等于或大于预定阈值(即，判断结果为Y)时，控制发电机20利用动力电池40的电力转动；
步骤104：通过发电机20驱动内燃机10运转，且在内燃机10的转速小于怠速的时间段内，控制内燃机10的喷油装置不向内燃机10的燃烧室内喷射燃油。
这样，本申请的增程式电动车辆的内燃机启动方法可以利用动力电池40的电力驱动内燃机10运转至怠速，从而可以节省在内燃机的转速从预定喷油转速增加到怠速期间所需的燃油量。
进一步地，本申请的内燃机启动方法还包括：
步骤105：在内燃机10的转速等于或大于怠速时，控制内燃机10的喷油装置向内燃机10的燃烧室内喷射维持怠速所需的燃油量。
根据本申请的实施例，在增程式电动车辆还包括启动电池70的情况下，本申请的方法还包括：步骤106：在动力电池40的荷电量小于预定阈值(即，判断结果为N)时，控制发电机20利用启动电池70的电力转动。
随后，本申请的方法还包括：步骤107，通过发电机20驱动内燃机10运转至预定喷油转速；和步骤108：在内燃机10的转速等于或大于预定喷油转速时，控制内燃机10的喷油装置向内燃机10的燃烧室内喷射大于维持怠速所需的燃油量，以使内燃机10以逐渐增加的转速运转，其中，预定喷油转速低于怠速。
无论是利用动力电池40的电力，还是利用启动电池70的电力，本申请的内燃机启动方法还包括步骤109：使内燃机10以怠速保持运转。这样，内燃机10随后可以根据需要驱动发电机20发电。至此，内燃机的启动过程结束，即步骤110。
在本申请的一实施例中，基于上述的内燃机启动方法，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有能够在处理器上运行的程序指令，当程序指令被处理器运行时，致使处理器执行上述的内燃机启动方法。
根据本申请，通过利用动力电池的电力驱动内燃机运转至怠速，且在此之前的时间段内不喷射燃油，与现有的增程式电动车辆的内燃机启动的控制单元和方法相比，可以节省燃油、降低成本和减少排放。
以上结合具体实施例对本申请进行了详细描述。然而，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本申请的限制。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本申请的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本申请的范围。

Claims (9)

1.一种用于增程式电动车辆的内燃机启动的控制单元(50)，所述增程式电动车辆包括：
电动机(30)，其被配置成用于驱动所述增程式电动车辆；
动力电池(40)，其被配置成为所述电动机(30)提供电力；以及
内燃机(10)和发电机(20)，所述内燃机(10)被配置成能够驱动所述发电机(20)为所述动力电池(40)充电；
其特征在于，所述控制单元(50)包括：
接收模块(51)，其被配置成接收启动所述内燃机(10)的请求；
判断模块(52)，其被配置成判断所述动力电池(40)的荷电量是否等于或大于预定阈值；
电力控制模块(53)，其被配置成在所述荷电量等于或大于所述预定阈值时，控制所述发电机(20)利用所述动力电池(40)的电力转动，以驱动所述内燃机(10)运转；和
燃油控制模块(54)，其被配置成在所述内燃机(10)的转速小于所述内燃机(10)的怠速的时间段内，控制所述内燃机(10)的喷油装置不向所述内燃机(10)的燃烧室内喷射燃油。
2.根据权利要求1所述的控制单元(50)，其特征在于，所述燃油控制模块(54)还被配置成在所述内燃机(10)的转速等于或大于所述怠速时，控制所述喷油装置向所述燃烧室内喷射维持所述怠速所需的燃油量。
3.根据权利要求1或2所述的控制单元(50)，其特征在于，所述增程式电动车辆还包括启动电池(70)，且所述电力控制模块(53)还被配置成在所述荷电量小于所述预定阈值时，控制所述发电机(20)利用所述启动电池(70)的电力转动，以驱动所述内燃机(10)运转。
4.根据权利要求3所述的内燃机启动系统，其特征在于，所述燃油控制模块(54)还被配置成在所述内燃机(10)的转速等于或大于预定喷油转速时，控制所述喷油装置向所述燃烧室内喷射大于维持所述怠速所需的燃油量，使所述内燃机(10)以逐渐增加的转速运转，其中，所述预定喷油转速低于所述怠速，且在所述内燃机(10)的转速等于或大于所述怠速时，控制所述喷油装置向所述燃烧室内喷射维持所述怠速所需的燃油量。
5.一种增程式电动车辆的内燃机启动方法，所述增程式电动车辆包括：
电动机(30)，其被配置成用于驱动所述增程式电动车辆行驶；
动力电池(40)，其被配置成为所述电动机(30)提供电力；
以及
内燃机(10)和发电机(20)，所述内燃机(10)被配置成能够驱动所述发电机(20)为所述动力电池(40)充电；
其特征在于，所述方法包括：
接收启动所述内燃机(10)的请求；
判断所述动力电池(40)的荷电量是否等于或大于预定阈值；
在所述荷电量等于或大于所述预定阈值时，控制所述发电机(20)利用所述动力电池(40)的电力转动；
通过所述发电机(20)驱动所述内燃机(10)运转，且在所述内燃机(10)的转速小于所述内燃机(10)的怠速的时间段内，控制所述内燃机(10)的喷油装置不向所述内燃机(10)的燃烧室内喷射燃油。
6.根据权利要求5所述的内燃机启动方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述内燃机(10)的转速等于或大于所述怠速时，控制所述喷油装置向所述燃烧室内喷射维持所述怠速所需的燃油量。
7.根据权利要求5或6所述的内燃机启动方法，其特征在于，所述增程式电动车辆还包括启动电池(70)，且所述方法还包括在所述荷电量小于所述预定阈值时，控制所述发电机(20)利用所述启动电池(70)的电力转动，以驱动所述内燃机(10)运转。
8.根据权利要求7所述的内燃机启动方法，其特征在于，所述方法还包括在所述内燃机(10)的转速等于或大于预定喷油转速时，控制所述喷油装置向所述燃烧室内喷射大于维持所述怠速所需的燃油量，使所述内燃机(10)以逐渐增加的转速运转，其中，所述预定喷油转速低于所述怠速，且在所述内燃机(10)的转速等于或大于所述怠速时，控制所述喷油装置向所述燃烧室内喷射维持所述怠速所需的燃油量，使所述内燃机(10)以所述怠速保持运转。
9.一种计算机可读存储介质，其存储有能够在处理器上运行的程序指令，其中，当所述程序指令被所述处理器运行时，致使所述处理器执行根据权利要求5至8中的任一项所述的内燃机启动方法。
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