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CN111634192A - 一种车辆双电压能量回收系统及其控制方法 - Google Patents

一种车辆双电压能量回收系统及其控制方法 Download PDF

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CN111634192A CN202010435334.7A CN202010435334A CN111634192A CN 111634192 A CN111634192 A CN 111634192A CN 202010435334 A CN202010435334 A CN 202010435334A CN 111634192 A CN111634192 A CN 111634192A
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宋喜岗
王洪超
姜意驰
张宝国
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Abstract

本发明涉及一种车辆双电压能量回收系统，该系统的电能控制单元与发动机控制器、超级电容、发电机、蓄电池及直流‑直流转换器电连接；发动机控制器与发动机的控制端和起动机的控制端电连接；超级电容和发电机的输出端连接在第一节点与电源地之间，蓄电池、起动机的供电端和用电负载连接在第二节点与电源地之间；直流‑直流转换器连接在第一、第二节点之间；起动机的动力输出部件通过机械结构与发动机的动力输入部件连接；发动机的动力输出部件通过机械结构与发电机动力输入部件连接；发电机可在电能控制单元控制下输出低电压的直流电或者高电压的直流电。本发明可在同等功率下可减少能量损失，提高能量利用率。

Description

一种车辆双电压能量回收系统及其控制方法
技术领域：
本发明属于一种车辆能量回收技术领域，涉及一种车辆双电压能量回收系统及其控制方法。
背景技术：
现有乘用车辆普遍使用一块蓄电池，12V电压系统。仅采用12V电压系统供电，其缺点是能量损失大，能量利用率低；车辆在制动时，蓄电池接收瞬态能量能力低，不能承受大电流高电压频繁冲击，导致可回收的瞬态势能减少。另外在车辆蓄电池出现电量低或故障时，车辆使用者无法长时保持危险报警灯、车辆前照灯等紧急状态下用电负载工作。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种车辆双电压能量回收系统及其控制方法，该系统使用双电压供电，高电压可在同等功率下可减少能量损失，提高能量利用率。
为了解决上述技术问题，本发明的车辆双电压能量回收系统包括电能控制单元、发动机控制器、发动机、超级电容、发电机、蓄电池、起动机、用电负载、直流-直流转换器；所述的电能控制单元与发动机控制器、超级电容、发电机、蓄电池及直流-直流转换器电连接；发动机控制器与发动机的控制端和起动机的控制端电连接；超级电容和发电机的输出端连接在第一节点与电源地之间，蓄电池、起动机的供电端和用电负载连接在第二节点与电源地之间；直流-直流转换器连接在第一节点与第二节点之间；起动机的动力输出部件通过机械结构与发动机的动力输入部件连接；发动机的动力输出部件通过机械结构与发电机动力输入部件连接；发电机可在电能控制单元控制下输出低电压V的直流电或者高电压V’的直流电。
上述车辆双电压能量回收系统的控制方法，包括下述工况：
当电能控制单元采集的发动机状态信号代表车辆处于制动减速工况时，由发动机驱动发电机工作，输出高电压V’为超级电容补充电量；同时直流-直流转换器将超级电容储存的高电压V’转换为低电压V，提供给蓄电池和用电负载；当电能控制单元采集的发动机状态信号代表起动机起动发动机工况时，电能控制单元控制发电机不发电；直流-直流转换器接通工作，将超级电容的高电压V’转换为低电压V，辅助蓄电池为起动机供电。
进一步，上述车辆双电压能量回收系统的控制方法，还包括下述工况：发动机起动后，当电能控制单元采集的发动机状态信号代表车辆处于加速状态或怠速停车状态时，控制发电机不发电；此时直流-直流转换器将超级电容储存的高电压V’转换为低电压V，提供给蓄电池和用电负载。
进一步，上述车辆双电压能量回收系统的控制方法，还包括下述工况：当电能控制单元采集的发动机状态信号代表车辆处于正常行驶，并且超级电容的电量在下限以上时，使用超级电容为蓄电池和用电负载供电，此时控制直流直流转换器将超级电容的高电压V’转换为低电压V提供给蓄电池和用电负载供电。
进一步，上述车辆双电压能量回收系统的控制方法，还包括下述工况：
当电能控制单元采集的发动机状态信号代表车辆正常行驶，且蓄电池电量达到电量控制下限E1时，电能控制单元控制发电机发电，输出高电压V’，为超级电容补充电量；同时直流-直流转换器将超级电容储存的高电压V’转换为低电压V，提供给蓄电池和用电负载；当蓄电池电量达到上限电量E2时，电能控制单元切断直流直流转换器，此时由蓄电池为用电负载提供高低电压V。
进一步，上述车辆双电压能量回收系统的控制方法，还包括下述工况：
当电能控制单元采集的蓄电池状态信号代表车辆启动后蓄电池出现故障时，电能控制单元控制直流直流转换器将超级电容的24V直流电转换为12V直流电，用电负载供电；同时将蓄电池故障信息发送至车载显示终端提示车辆使用者；当电能控制单元采集的蓄电池状态信号代表车辆未启动且蓄电池出现故障时，车辆无法起动，此时电能控制单元控制直流直流转换器将超级电容的24V 直流电转换为12V直流电，为危险报警灯、车辆前照灯等紧急状态下的用电负载供电，可解决车辆单电源损坏后无法正常起动行驶的故障。
进一步，上述车辆双电压能量回收系统的控制方法，还包括下述工况：
当电能控制单元采集的超级电容状态信号代表超级电容发生故障时，电能控制单元控制发电机发电，输出低电压V，同时控制直流-直流转换器接通，由发电机为蓄电池和用电负载提供低电压V。
进一步，上述车辆双电压能量回收系统的控制方法，还包括下述工况：
当电能控制单元采集的超级电容状态信号代表超级电容电量耗尽时，电能控制单元切断直流直流转换器，此时由蓄电池为用电负载提供低电压V。
有益效果：
本发明引入双电压能量回收系统及控制方法。通过电能控制单元采集蓄电池、超级电容、发动机控制器的状态信号，控制直流-直流转换器开关开启或者闭合，控制发电机发电。当检测到制动工况时，由发动机带动发电机工作为超级电容充电，同时使用超级电容为蓄电池和用电负载供电，将发动机的制动能量转化为电能，提高能量利用率。当检测到起动机起动发动机时，利用超级电容辅助蓄电池为起动机供电，能降低发动机启动时蓄电池电压降低对电气负载的影响。当检测到车辆制动减速时，使用发电机和超级电容回收制动能量。车辆加速或怠速停车时，使用超级电容通过高压转低压直流-直流转化器为蓄电池及用电负载供电，避免车辆加速和怠速时发电机扭矩消耗，增加车辆的加速能力和节省燃油。车辆正常行驶时，根据超级电容电量情况，优先使用超级电容通过高压转低压直流-直流转化器为蓄电池和用电负载供电，当超级电容电量耗尽后再使用蓄电池为用电负载供电，充分运用超级电容循环寿命高，充电时间短的优点，延长蓄电池寿命。发电机采用宽电压控制V-V’，能量回收时输出高电压V’，超级电容出现故障时输出低电压V，超级电容工作使用高电压V’，使用高电压可在同等功率下可减少能量损失，提高能量利用率。
附图说明：
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
图1是本发明的双电压能量回收系统结构示意图；
图中：1电能控制单元；2发动机控制器；3发动机；4超级电容；5发电机；6蓄电池；7起动机；8用电负载；9直流-直流转换器；11.第一节点；12. 第二节点。
具体实施方式：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
如图1所示，本发明的车辆双电压能量回收系统包括电能控制单元1、发动机控制器2、发动机3、超级电容4、发电机5、蓄电池6、起动机7、用电负载 8、直流-直流转换器9。其中电能控制单元为此系统的控制单元，与发动机控制器2、超级电容4、发电机5、蓄电池6及直流-直流转换器9电连接；发动机控制器2与发动机3的控制端和起动机7的控制端电连接；超级电容4和发电机5的输出端连接在第一节点11与电源地之间，蓄电池6、起动机7的供电端和用电负载8连接在第二节点12与电源地之间；直流-直流转换器9连接在第一节点11与第二节点12之间；起动机7的动力输出部件通过机械结构与发动机3的动力输入部件连接。发动机的动力输出部件通过机械结构与发电机动力输入部件连接(用于制动能量回收)。发电机5可在电能控制单元1控制下输出12V低电压的直流电或者24V高电压的直流电。
所述的电能控制单元1采集发动机控制器输出的发动机状态信号，控制发电机选择输出12V或24V的直流电，接收发电机电压信号并判断是否输出为24V直流电，接收蓄电池状态信号(包括电量状态信号和是否发生故障的状态信号)，接收超级电容状态信号(包括电量状态信号和故障信号)，控制直流- 直流转换器在12V到24V之间转换及是否作为开关接通。
所述的发动机控制器用于采集发动机状态信号并将其发送给电能控制单元 1、控制起动机启动发动机。
所述的发电机采用宽电压控制12-24V，能量回收时采用24V电压发电，超级电容出现故障时发电机输出12V直流电，超级电容工作使用24V直流电，使用高电压可在同等功率下可减少能量损失，提高能量利用率。
实施例1
本发明的车辆双电压能量回收控制方法包括下述工况；
当电能控制单元1采集发动机控制器2的发动机状态信号，判断发动机3 状态，并根据超级电容4、蓄电池6、发电机5的状态信号，控制直流直流转换器9是否工作。
当电能控制单元1采集的发动机状态信号代表车辆处于制动工况时，电能控制单元控制发电机发电，由发动机带动发电机工作，输出24V电压，为超级电容充电；同时直流-直流转换器将超级电容储存的24V直流电转换为12V直流电，提供给蓄电池和用电负载。
当电能控制单元1采集的发动机状态信号代表起动机起动发动机的过程时，电能控制单元控制发电机不发电；此时起动机由蓄电池供电，能够降低发动机起动阻力矩；并且此时直流-直流转换器接通工作，将超级电容4的24V 直流电转换为12V直流电，辅助蓄电池为起动机供电，以降低发动机启动时蓄电池电压降低对电气负载的影响。
实施例2
本发明的车辆双电压能量回收控制方法还包括下述工况；
发动机起动后，当电能控制单元1采集的发动机状态信号代表车辆处于加速状态或怠速停车状态时，控制发电机不发电；此时直流-直流转换器将超级电容储存的24V直流电转换为12V直流电，提供给蓄电池和用电负载，能够避免车辆加速和怠速时发电机扭矩消耗，增加车辆的加速能力和节省燃油。
实施例3
本发明的车辆双电压能量回收控制方法还包括下述工况；
当电能控制单元1采集的发动机状态信号代表车辆处于正常行驶，并且超级电容的电量在下限以上时，优先使用超级电容为蓄电池和用电负载供电，此时控制直流直流转换器将超级电容的24V直流电转换为12V直流电提供给蓄电池和用电负载供电。
实施例4
本发明的车辆双电压能量回收控制方法还包括下述工况；
当电能控制单元1采集的发动机状态信号代表车辆正常行驶，且蓄电池电量达到电量控制下限E1时，电能控制单元控制发电机发电，输出24V直流电，为超级电容补充电量；同时直流-直流转换器将超级电容储存的24V直流电转换为12V直流电，提供给蓄电池和用电负载。当蓄电池电量达到上限电量E2时，电能控制单元切断直流直流转换器，此时由蓄电池为用电负载提供12V直流电，在这个过程中蓄电池电量由趋近上限电量E2向电量控制下限E1降低，为超级电容储备的能量准备好容量空间。
实施例5
本发明的车辆双电压能量回收控制方法还包括下述工况：
当电能控制单元1采集的蓄电池状态信号代表车辆启动后蓄电池出现故障时，电能控制单元控制直流直流转换器将超级电容的24V直流电转换为12V直流电，用电负载供电；同时将蓄电池故障信息发送至车载显示终端提示车辆使用者；当电能控制单元1采集的蓄电池状态信号代表车辆未启动且蓄电池出现故障时，车辆无法起动，此时电能控制单元控制直流直流转换器将超级电容的 24V直流电转换为12V直流电，为危险报警灯、车辆前照灯等紧急状态下的用电负载供电。
实施例6
本发明的车辆双电压能量回收控制方法还包括下述工况；
当电能控制单元1采集的超级电容状态信号代表超级电容发生故障时，电能控制单元控制发电机发电，输出12V直流电，同时控制直流-直流转换器接通，此时直流-直流转换器只用作开关使用，不进行高压转低压。此时由发电机为蓄电池和用电负载提供12V直流电，能量回收功能不能实现。
实施例8
本发明的车辆双电压能量回收控制方法还包括下述工况；
当电能控制单元1采集的超级电容状态信号代表超级电容电量耗尽时，电能控制单元切断直流直流转换器，此时由蓄电池为用电负载提供12V直流电。

Claims (8)

1.一种车辆双电压能量回收系统，其特征在于包括电能控制单元(1)、发动机控制器(2)、发动机(3)、超级电容(4)、发电机(5)、蓄电池(6)、起动机(7)、用电负载(8)、直流-直流转换器(9)；所述的电能控制单元(1)与发动机控制器(2)、超级电容(4)、发电机(5)、蓄电池(6)及直流-直流转换器(9)电连接；发动机控制器(2)与发动机(3)的控制端和起动机(7)的控制端电连接；超级电容(4)和发电机(5)的输出端连接在第一节点(11)与电源地之间，蓄电池(6)、起动机(7)的供电端和用电负载(8)连接在第二节点(12)与电源地之间；直流-直流转换器(9)连接在第一节点(11)与第二节点(12)之间；起动机(7)的动力输出部件通过机械结构与发动机(3)的动力输入部件连接；发动机的动力输出部件通过机械结构与发电机动力输入部件连接；发电机(5)可在电能控制单元(1)控制下输出低电压V的直流电或者高电压V’的直流电。
2.一种上述车辆双电压能量回收系统的控制方法，其特征在于包括下述工况：
当电能控制单元采集的发动机状态信号代表车辆处于制动减速工况时，由发动机驱动发电机工作，输出高电压V’为超级电容补充电量；同时直流-直流转换器将超级电容储存的高电压V’转换为低电压V，提供给蓄电池和用电负载；当电能控制单元采集的发动机状态信号代表起动机起动发动机工况时，电能控制单元控制发电机不发电；直流-直流转换器接通工作，将超级电容的高电压V’转换为低电压V，辅助蓄电池为起动机供电。
3.根据权利要求2所述车辆双电压能量回收系统的控制方法，其特征在于还包括下述工况：发动机起动后，当电能控制单元采集的发动机状态信号代表车辆处于加速状态或怠速停车状态时，控制发电机不发电；此时直流-直流转换器将超级电容储存的高电压V’转换为低电压V，提供给蓄电池和用电负载。
4.根据权利要求2所述车辆双电压能量回收系统的控制方法，其特征在于还包括下述工况：当电能控制单元采集的发动机状态信号代表车辆处于正常行驶，并且超级电容的电量在下限以上时，使用超级电容为蓄电池和用电负载供电，此时控制直流直流转换器将超级电容的高电压V’转换为低电压V提供给蓄电池和用电负载供电。
5.根据权利要求2所述车辆双电压能量回收系统的控制方法，其特征在于还包括下述工况：
当电能控制单元采集的发动机状态信号代表车辆正常行驶，且蓄电池电量达到电量控制下限E1时，电能控制单元控制发电机发电，输出高电压V’，为超级电容补充电量；同时直流-直流转换器将超级电容储存的高电压V’转换为低电压V，提供给蓄电池和用电负载；当蓄电池电量达到上限电量E2时，电能控制单元切断直流直流转换器，此时由蓄电池为用电负载提供高低电压V。
6.根据权利要求2所述车辆双电压能量回收系统的控制方法，其特征在于还包括下述工况：
当电能控制单元采集的蓄电池状态信号代表车辆启动后蓄电池出现故障时，电能控制单元控制直流直流转换器将超级电容的24V直流电转换为12V直流电，用电负载供电；同时将蓄电池故障信息发送至车载显示终端提示车辆使用者；当电能控制单元采集的蓄电池状态信号代表车辆未启动且蓄电池出现故障时，车辆无法起动，此时电能控制单元控制直流直流转换器将超级电容的24V直流电转换为12V直流电，为危险报警灯、车辆前照灯等紧急状态下的用电负载供电。
7.根据权利要求2所述车辆双电压能量回收系统的控制方法，其特征在于还包括下述工况：
当电能控制单元采集的超级电容状态信号代表超级电容发生故障时，电能控制单元控制发电机发电，输出低电压V，同时控制直流-直流转换器接通，由发电机为蓄电池和用电负载提供低电压V。
8.根据权利要求2所述车辆双电压能量回收系统的控制方法，其特征在于还包括下述工况：
当电能控制单元采集的超级电容状态信号代表超级电容电量耗尽时，电能控制单元切断直流直流转换器，此时由蓄电池为用电负载提供低电压V。
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