一种48V混合动力卡车能量回收系统及控制方法与流程

一种48v混合动力卡车能量回收系统及控制方法
技术领域
1.本发明涉及混合动力卡车技术领域，尤其涉及一种48v混合动力卡车能量回收系统及控制方法。


背景技术：

2.随着对汽车排放标准的进一步加严，以及对汽车油耗降低要求的逐步提高，各大主机厂均在考虑产品的升级换代，混合动力汽车将成为解决当前问题的最有效技术之一。其中，48v轻度混合动力系统相比中强度混合动力系统，结构简单，成本较低，与传统燃油车系统相比，结构差异也相对较少，48v混合动力系统是当前降低油耗方式的首选。
3.对于卡车，由于其使用场景的特殊性，整车质量较大，发动机排量也较大。车辆在使用过程中会产生巨大的可回收的能量，比如制动能量和余热能量。但是，目前卡车的制动能量和余热能量均得不到有效的回收，造成整车油耗较高，无法实现节能减排的同时，也无法满足法规要求。


技术实现要素：

4.本发明提供一种48v混合动力卡车能量回收系统，系统实现综合制动能量回收、余热能量回收和预见性驾驶技术的能量回收，实现降低油耗，节能减排。
5.系统包括：信息采集子系统、预见性驾驶子系统、制动能量回收子系统、余热能量回收子系统、控制单元以及48v动力电池；信息采集子系统用于获取车辆状态信息，并将获取的车辆状态信息发送给控制单元；车辆状态信息包括：车速、挡位、加速踏板开度、制动踏板开度；预见性驾驶子系统用于调取地图信息，预测车辆行驶的前方工况信息，同时结合车辆状态信息，预判驾驶员的驾驶意图，并向控制单元发送预判的驾驶意图，供控制单元制定能量回收策略以及电池的充放电控制策略；控制单元通过制动能量回收子系统与48v动力电池连接，将制动产生的能量回收至48v动力电池。
6.控制单元与能量回收蓄/放能子系统连接，控制单元通过bms判断48v动力电池的soc状态是否达到上限；如达到上限，则将制动产生的能量储存回收至能量回收蓄/放能子系统。
7.控制单元通过余热能量回收子系统与48v动力电池连接，将余热或者能量回收蓄/放能子系统产生的能量回收至48v动力电池。
8.进一步需要说明的是，还包括：24v蓄电池和dc/dc变电模块；信息采集子系统包括：车速传感器、制动踏板开度传感器、加速踏板开度传感器以及发动机转速传感器；制动能量回收子系统包括：48v isg电机/发电机及第一电机控制器；
余热能量回收子系统包括：余热收集器、温度控制模块、温差发电机以及第二电机控制器；48v isg电机/发电机通过第一电机控制器与48v动力电池的充电端连接，实现对48v动力电池进行充电；温差发电机通过第二电机控制器与48v动力电池的充电端连接，实现对48v动力电池进行充电；48v动力电池的供电端通过第一电机控制器与48v isg电机/发电机连接，给48v isg电机/发电机提供电能；48v动力电池的供电端还通过dc/dc变电模块与24v蓄电池连接，给24v蓄电池供电。
9.本发明还提供一种48v混合动力卡车能量回收方法，方法包括：信息采集子系统获取到车辆状态信息；预见性驾驶子系统预测车辆行驶的前方工况信息，同时结合车辆状态信息，预测驾驶员的驾驶意图；控制单元根据前方工况信息以及驾驶员的驾驶意图，判断当前的48v动力电池soc状态是否适合预见性驾驶系统的需求；若48v动力电池soc状态不适合，则控制单元通过控制车辆的bms，调整电池的充放电控制策略，直到48v动力电池soc状态满足需求；若48v动力电池状态适合，则保持当前的充放电控制策略。
10.进一步需要说明的是，当车辆进行制动或者带挡滑行时，制动能量回收子系统通过48v isg电机/发电机进行能量回收，同时控制单元实时获取48v动力电池soc状态，通过能量回收蓄/放能子系统进行调控制动能量回收控制策略；在48v动力电池soc低于上限值时，将能量回收蓄/放能子系统中储蓄的能量传输给48v动力电池，实现充电储能；余热能量回收子系统对发动机的余热、排气管余热以及能量回收蓄/放能子系统的能量进行回收。
11.进一步需要说明的是，当车辆进行紧急制动时，直接由机械式气压制动系统完成，制动能量回收子系统不启动；当车辆进行常规制动时，制动能量回收子系统开启，计算目标制动强度、目标制动力矩以及48v isg电机/发电机提供的电制动力矩；若电制动力矩大于等于目标制动力矩，则仅由发电机能量回收制动力矩进行制动；若电制动力矩小于目标制动力矩，则发电机提供最大的能量回收制动力矩，剩余所需制动力矩由气压制动或者液缓制动提供；当车辆进行带挡滑行时，控制单元通过预见性驾驶子系统输入的工况以及驾驶意图，控制isg电机/发电机输出电制动力矩。
12.进一步需要说明的是，当48v isg电机/发电机提供电制动力矩进行制动能量回收时，控制单元实时获取48v动力电池soc状态，并调整制动能量回收策略；若48v动力电池soc未达到上限时，isg电机/发电机产生的电能直接给48v动力电
池充电；若48v动力电池soc已达到上限，则isg电机/发电机产生的电能将进入能量回收蓄/放能子系统进行蓄能，之后在48v动力电池可以进行充电时，再进行放能。
13.进一步需要说明的是，能量回收蓄/放能子系统中的电加热器通电后，开始给冷却水加热，电能转化成热能进行能量储蓄；当检测到48v动力电池soc低于限值时，被加热的冷却水通过余热能量回收子系统将储蓄的热能转化成电能进行能量回收。
14.进一步需要说明的是，发动机的余热以及排气管余热传递到安装在其外侧的温差发电机的高温端，温差发电机将热能转化成电能；在48v动力电池进入可充电状态时，被加热的冷却水传递到温差发电机的高温端，通过温差发电机将储蓄的热能转化为电能，进而给48v动力电池充电。
15.进一步需要说明的是，预见性驾驶子系统方法包括：如果当前车速≥60km/h、挡位在10挡或以上，且预测到前方为下坡或者拥堵工况时，驾驶员将进行制动或者带挡滑行；如果当前车速＜60km/h、挡位在10挡以下，且预测到前方为平路畅通工况时，驾驶员将进行加速；车辆bms实时向控制单元传递48v动力电池soc状态信息，控制单元根据预见性驾驶子系统输入的工况以及驾驶意图，调控48v动力电池的充放电策略；当车辆将要进入长时间制动或者带挡滑行时，控制单元根据工况信息以及驾驶员的驾驶意图，输出一个相对应的48v动力电池soc范围；如果48v动力电池soc较高，不满足状态需求，那么控制单元调控48v动力电池的充放电策略，将48v电机进入驱动模式，进行动力辅助，主动消耗电池电量，降低48v动力电池的soc。
16.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明提供的48v混合动力卡车能量回收系统及控制方法中，信息采集子系统和预见性驾驶子系统获取工况、车辆状态等信息，控制单元根据信息判断驾驶员的驾驶意图，同时结合48v动力电池soc状态，判定当前48v动力电池soc是否适合预见的工况、是否开启制动能量回收子系统以及是否开启余热能量回收子系统。若48v动力电池soc状态不适合，控制单元则通过控制bms调整电池的充放电控制策略，直到48v动力电池soc状态满足需求。当车辆进行常规制动或者带挡滑行时，制动能量回收子系统通过48v电机/发电机进行能量回收，同时控制单元实时获取48v动力电池soc状态，通过能量回收蓄/放能系统进行调控制动能量回收策略。48v混合动力卡车能量回收系统提高整车可回收的能量，进而降低油耗，满足法规的同时，实现节能减排。
17.本发明提供的48v混合动力卡车能量回收系统及控制方法通过预见性驾驶子系统，可提前判断行车前方工况以及驾驶员的驾驶意图，进而帮助车辆能量回收系统发挥更大的作用。系统综合制动能量回收、余热能量回收和预见性驾驶技术的能量回收系统对降低油耗，实现节能具有重大的实用价值。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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。
19.图1为48v混合动力卡车能量回收系统示意图；图2为48v混合动力卡车能量回收系统实施例示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
21.本发明提供的48v混合动力卡车能量回收系统及控制方法中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
22.本发明提供的48v混合动力卡车能量回收系统及控制方法的附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
23.在本发明提供的48v混合动力卡车能量回收系统及控制方法中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
24.如图1和图2所示，本发明提供的一种48v混合动力卡车能量回收系统包括：信息采集子系统1、预见性驾驶子系统2、制动能量回收子系统3、余热能量回收子系统5、能量回收蓄/放能子系统6、控制单元4、48v动力电池7、24v蓄电池13、第二电机控制器10、第一电机控制器11和dc/dc变电模块12；48v动力电池7可以给车辆供电，还可以在车辆运行过程中进行充电。
25.48v isg电机/发电机8通过第一电机控制器11与48v动力电池7的充电端连接，实现对48v动力电池7进行充电；温差发电机9通过第二电机控制器10与48v动力电池7的充电端连接，实现对48v动力电池7进行充电；48v动力电池7的供电端通过第一电机控制器11与48v isg电机/发电机8连接，给48v isg电机/发电机8提供电能；48v动力电池7的供电端还通过dc/dc变电模块12与24v蓄电池13连接，给24v蓄电池13供电。
26.对于信息采集子系统1来讲，对于信息采集子系统1包括车速传感器、制动踏板开
度传感器、加速踏板开度传感器以及发动机转速传感器；制动能量回收子系统3包括：48v isg电机/发电机8和第一电机控制器；余热能量回收子系统5包括：余热收集器、温差发电机9、第二电机控制器和温度控制模块。
27.信息采集子系统1用于获取车辆状态信息，并将获取的车辆状态信息发送给控制单元4；车辆状态信息包括：车速、挡位、加速踏板开度、制动踏板开度；预见性驾驶子系统2用于调取地图信息，预测车辆行驶的前方工况信息，同时结合车辆状态信息，预判驾驶员的驾驶意图，并向控制单元4发送预判的驾驶意图，供控制单元4制定能量回收策略以及电池的充放电控制策略；其中，预见性驾驶子系统2包括高精度地图、智能网联等技术，高精度地图可以采用当前常用的高德地图，百度地图以及常用的地图软件。预见性驾驶子系统2可准确预测前方工况信息，如上坡、下坡、拥堵等，同时结合车辆状态信息，预测驾驶员的驾驶意图，即车辆即将发生的行驶模式，如加速、制动、滑行等。
28.控制单元4根据工况信息以及驾驶员的驾驶意图，输出一个相对应的电池soc范围，此时，结合输入的48v动力电池7soc状态信息，判断当前的48v动力电池7soc状态是否适合预见性驾驶系统的需求，如果48v动力电池7soc状态不适合，控制单元4则通过车辆的bms，也就是说控制电池管理系统，调整电池的充放电控制策略，直到48v动力电池7soc状态满足需求；如果48v动力电池7soc状态适合，控制单元4则保持当前的充放电控制策略。
29.控制单元4根据工况信息以及驾驶员的驾驶意图，再结合当前的48v动力电池7soc状态，判断是否开启制动能量回收子系统3以及是否开启余热能量回收子系统5。当开启制动能量回收子系统3，电机进入发电模式，此时，若48v动力电池7soc未达到上限，电机产生的电能直接给48v动力电池7充电；若48v动力电池7soc已达到上限，则不能再进行充电，电机产生的电能将进入能量回收蓄/放能子系统6进行蓄能，当检测到48v动力电池7soc低于限值时，能量回收蓄/放能子系统6再通过余热能量回收子系统5将储蓄的热能转化成电能，并给48v动力电池7充电，进行能量回收。当余热能量回收子系统5开启时，发动机的余热将转换成电能，进而给48v动力电池7充电。48v动力电池7为整车48v电气化附件15以及24蓄电池供电。
30.预见性驾驶子系统2同时也会对制动能量回收子系统3和余热能量回收子系统5回收的能量进行监测，进而预测可回收的能量，保证48v动力电池7soc在恰当范围，既可以完全容纳回收的能量，同时也不会有过多的剩余空间，导致电池soc过低，影响车辆正常运行。
31.基于上述48v混合动力卡车能量回收系统，本发明还提供48v混合动力卡车能量回收方法，方法包括：信息采集子系统1获取到车辆状态信息；预见性驾驶子系统2预测车辆行驶的前方工况信息，同时结合车辆状态信息，预测驾驶员的驾驶意图；控制单元4根据前方工况信息以及驾驶员的驾驶意图，判断当前的48v动力电池7soc状态是否适合预见性驾驶系统的需求；若48v动力电池7soc状态不适合，则控制单元4通过控制车辆的bms，调整电池的充放电控制策略，直到48v动力电池7soc状态满足需求；若电池48v动力电池7状态适合，则保持当前的充放电控制策略。
32.具体来讲，通过信息采集子系统1的车速传感器、制动踏板开度传感器、加速踏板开度传感器、发动机转速传感器等，获取到车辆状态信息，如车速、挡位、加速踏板开度、制动踏板开度等，并将获取的车辆状态信息传递到控制单元4。
33.预见性驾驶子系统2通过高精度地图、智能网联等技术，准确预测前方工况信息，如上坡、下坡、平路、拥堵、畅通等，同时结合车辆状态信息，预测驾驶员的驾驶意图，即车辆即将发生的行驶模式。如果当前车速较高（≥60km/h）、挡位较高（10挡或以上）且预测到前方为下坡或者拥堵工况，那么驾驶员可能将进行制动或者带挡滑行，如果当前车速较低（＜60km/h）、挡位较高（10挡以下）且预测到前方为平路畅通工况，那么驾驶员可能将进行加速。预见性驾驶子系统2实时向控制单元4传递预判的驾驶员驾驶意图，供控制单元4制定能量回收策略以及电池的充放电控制策略。
34.作为本发明的一种实施方式，bms14实时向控制单元4传递48v动力电池7soc状态信息，控制单元4根据预见性驾驶子系统2输入的工况以及驾驶意图，调控电池的充放电策略，进而调整48v动力电池7的soc。
35.当车辆将要进入长时间制动或者带挡滑行，控制单元4根据工况信息以及驾驶员的驾驶意图，输出一个相对应的48v动力电池7soc范围（如＜80%），此时，结合输入的48v动力电池7soc状态信息，判断当前的48v动力电池7soc状态是否适合预见性驾驶子系统2的需求，如果48v动力电池7soc较高，不满足状态需求，那么控制单元4需提前调控电池的充放电策略，将48v电机进入驱动模式，进行动力辅助，主动消耗电池电量，降低48v动力电池7soc，为即将回馈的电能预留容量；如果48v动力电池7soc状态满足，则保持当前的充放电控制策略。
36.制动能量回收子系统3是在车辆进行制动（非紧急制动）或者带挡滑行工况下进行能量回收。
37.具体来讲，控制单元4根据预见性驾驶子系统2输入的工况以及驾驶意图，当车辆进行紧急制动时，直接由机械式气压制动系统完成，制动能量回收子系统3不启动；当车辆进行常规制动时，制动能量回收系统开启，计算目标制动强度、目标制动力矩以及48v isg电机/发电机8可提供的电制动力矩。
38.此时，若电制动力矩大于等于目标制动力矩，则仅由发电机能量回收制动力矩进行制动；若电制动力矩小于目标制动力矩，则发电机提供最大的能量回收制动力矩，剩余所需制动力矩由气压制动或者液缓制动提供。
39.当车辆进行带挡滑行时，控制单元4通过预见性驾驶子系统2输入的工况以及驾驶意图，控制48v isg电机/发电机8输出恰当的电制动力矩。当滑行距离较长（比如下长坡）时，需考虑乘坐舒适性，综合整个滑行过程合理分配电制动力矩。
40.当滑行距离较短（比如拥堵）时，需考虑制动的及时性，可适当增大电制动力矩。当48v isg电机/发电机8提供电制动力矩进行制动能量回收时，控制单元4实时获取48v动力电池7soc状态，并调整制动能量回收策略。
41.具体地，若48v动力电池7soc未达到上限（95%），isg电机/发电机产生的电能直接给48v动力电池7充电；若48v动力电池7soc已达到上限（95%），电池则不能再进行充电，isg电机/发电机产生的电能将进入能量回收蓄/放能系统进行蓄能，之后在电池可以进行充电时，再进行放能。具体地，能量回收蓄/放能系统中的电加热器通电后，开始给冷却水加热，
电能转化成热能进行能量储蓄；当检测到48v动力电池7soc低于限值时，被加热的冷却水通过余热能量回收系统将储蓄的热能转化成电能进行能量回收。
42.本发明中的余热能量回收子系统5是对发动机的余热、排气管余热以及能量回收蓄/放能系统的热能进行回收。具体地，发动机的余热以及排气管余热传递到安装在其外侧的温差发电机9的高温端，进而，温差发电机9将热能转化成电能。对于能量回收蓄/放能子系统6的热能，在48v动力电池7soc允许的情况下，被加热的冷却水传递到温差发电机9的高温端，通过温差发电机9将储蓄的热能转化为电能，进而给电池充电。
43.预见性驾驶子系统2同时也会对制动能量回收系统和余热能量回收系统回收的能量进行监测，进而预测可回收的能量，保证48v动力电池7soc在恰当范围，既可以完全容纳回收的能量，同时也不会有过多的剩余空间，导致电池soc过低，影响车辆正常运行。
44.本发明提供的48v混合动力卡车能量回收系统及控制方法是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
45.所属技术领域的技术人员能够理解，本发明提供的48v混合动力卡车能量回收系统及控制方法的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
46.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
47.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。