CN103802825A - 一种混合动力车辆控制装置 - Google Patents

Abstract

一种混合动力再生制动单元可以包括用于减缓或停止的车辆，例如，再生制动单元可以作为发电机，转换车轮旋转的机械能转换成电能的牵引电动机，在现有技术中，机车或其他柴油-电力混合动力汽车可能消散这样产生的电能在电阻对于燃料电池动力汽车浪费的热能，不时通过再生制动产生的电能可能会超过车辆的电池的可用存储容量;增加额外的电池可明显提高该车辆的价格和重量，因此，有必要提升，配备再生制动电驱动燃料电池汽车的能量管理。

Description

一种混合动力车辆控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于混合动力再生制动的车辆控制***。

背景技术

一种混合动力再生制动单元可以包括用于减缓或停止的车辆，例如，再生制动单元可以作为发电机，转换车轮旋转的机械能转换成电能的牵引电动机，在现有技术中，机车或其他柴油 - 电力混合动力汽车可能消散这样产生的电能在电阻对于燃料电池动力汽车浪费的热能，不时通过再生制动产生的电能可能会超过车辆的电池的可用存储容量;增加额外的电池可明显提高该车辆的价格和重量，因此，有必要提升，配备再生制动电驱动燃料电池汽车的能量管理。

发明内容

一种混合动力车辆控制装置，

该车辆具有内燃机，发电机，发电/电动机，油箱，燃料电池堆，电阻负载，蓄电池，再生摩擦制动单元，以及用于控制能量装置的控制器，

检测与混合动力车辆相关联的燃料电池堆的起始时间;

通过发电/电动机机械地联接到车辆的至少一个车轮，在制动或车辆减速过程中产生电能;

从开始时间起，确定一个时间区间;

在该时间区间产生的电能，将电能存储到车辆的电阻负载上，同时将热交换器热耦合到所述车辆的电阻负载。

更优选地，在该时间区间产生电能，同时能够将电能储存至车辆的能量存储装置。

更优选地，所述电阻负载和热交换器具有冷却回路，通过第一冷却泵进行冷却。

更优选地，所述的内燃机具有第二冷却泵。

更优选地，施加摩擦制动到车辆的至少一个车轮，以补充机电式制动效果。

更优选地，所述装置还具有空气管理***，其中空气管理***包括压力调节器，该调节器用于调节通向燃料电池堆的空气压力和流量。

附图说明：

图1是用于控制具有根据本发明的再生制动的车辆的***的框图。

具体实施方式

在图1中根据一个实施例，一种用于控制车辆或控制与车辆相关联的电能的***，包括一个第一驱动电机（26）和第二驱动电机（28）。第一驱动电机 和/或第二驱动电机耦合到车轮车辆推进车辆的动力模式或使车辆减速的再生制动模式中，再生制动指的是利用第一驱动电机和/或第二驱动电机,在车辆的运动期间的再生制动模式下，一个驱动电动机将移动车辆的动能转化为电能，燃料电池（40）提供一个负载或能量存储装置（42），用于接受由一个或多个驱动电机产生的电能。

在推进模式中，能量存储装置（42） ，燃料电池堆（54） 将电力供给给一个或多个驱动马达（26,28），如果驱动马达（26,28）使用交流电，各个驱动马达通过相应的变流器将直流（DC）电流转换成交流（AC）电流。如果驱动电机上是直流（DC）电机，则不需要变流器。

一个切换电路（34）管理驱动马达（26,28）和所述燃料电池模块之间的电能流动，例如，切换电路34能够管理驱动马达（26,28）之间的流动，以及包括管理以下能量装置： （一）储能装置（42） （如电池），（二）电阻负载（46） ，以及燃料电池堆（54），切换电路（34）能够根据控制器的指令来选择不同的与再生制动模式和推进模式。车辆或导航控制***的操作者可以控制控制器（36）来选择过渡到再生制动模式或推进模式。

同时本装置还包括充电状态传感器，环境温度传感器（37） ，燃料电池温度传感器（39） ，第一车轮传感器（10） （例如，第一加速传感器），第二车轮传感器（12） （例如，第二加速传感器），上述传感器均与控制器（36）进行通信。充电状态传感器，环境温度传感器（37） ，燃料电池温度传感器（39） ，第一车轮传感器（10） （例如，第一加速传感器），第二车轮传感器（12） （例如，第二加速传感器）均设置成提供输入数据到控制器（36），控制器将输入数据进行处理并提供控制数据或控制信号到切换电路（34）。本装置还包括液压控制阀（16）。

 燃料电池堆与燃料箱连接，并具有空气管理*** 。燃料箱用于存储燃料（如氢气或其它可燃气体燃料），同时氢气燃料箱可以为内燃机提供能量来源，其中空气管理***可以包括以下的一种或多种：空气压缩机，氧气的源极，空气的源极，储存在罐中的压缩空气，储存在罐中的压缩氧气，和压力调节器，该调节器用于调节通向燃料电池堆的空气压力和流量。燃料箱通过燃料管线的输入的燃料和空气（或氧气）被联接到燃料电池堆，并产生电力和废水，废水从排出装置排出。

本装置的能量装置还包括电源调节器，热力*** ，以及储能??装置（42） 。在一个实施例中，燃料电池堆通过电源调节器耦合到所述能量存储装置。电源调节器提供的滤波将燃料电池堆的电能输出，使其更适合充电的蓄电池作为能量储存装置，例如电池或其他组件，例如，电源调节器可以包括一个电压调节器，电流调节器或限幅器，噪声滤波器或过载保护器，电容滤波器，或者前述项的任意组合。另外，电源控制器促进的燃料电池堆的电输出和储能装置的电输入端之间的负载匹配（例如，阻抗的匹配）。

热力***至少一个电阻负载（46）和热交换器（48）（例如，散热器），在一个实施例中，电阻负载包括布置成并联的几个高功耗的电阻，这种电阻器的额定功率与由所产生的电功率与第一个驱动电机（26）和第二驱动电机（28）相匹配，以使得在持续再生制动距离时能够达到最大的车辆速度。

燃料电池堆用热交换器进行散热冷却，该冷却***被联接到燃料电池堆，通过以下的一种或更多的燃料电池的操作装置所产生的热相关联：一个进气管线，排气管线，液体承载线，散热器软管或类似物。电阻负载是与热交换器进气管线，排气管线，液体承载线，散热器软管热连通。热交换器具有一个冷却泵。

因此电池的冷却具有一个冷却剂回路，用于管理燃料电池堆的散热的冷却剂循环，包括进线的组合中，热交换器（例如，散热器），和一个排气管线的冷却剂循环可被连接到一个冷却剂进气歧管（在燃料电池冷却入口）和一个冷却剂排出所述燃料电池堆的歧管（在燃料电池冷却出口）。冷却泵用于泵送冷却液可循环的冷却剂（例如水或水溶液中具有抗冻剂）中的热交换器和燃料电池堆，以及燃料电池堆内的冷却剂回路。在典型的燃料电池堆里，一个或多个冷却通道位于各自的小区域，其串联地将冷却通道与冷却剂进气歧管和所述燃料电池堆的冷却剂排气歧管相关联。

本装置具有带驱动方式的电动牵引电机和再生制动模式，后者模式产生的有用的电能的来源，和一个汽车串联混合动力车辆是指利用电能源，包括一个蓄电池电源，用于驱动牵引电动机，一个由内燃机驱动的发电机的牵引电机提供电能并用于对电池充电的电源，开关装置，用于在驱动模式和从牵引电动机，以控制从发电机分配电能给牵引电机和电池到电池和其他装置中的再生制动模式中，一个具有多个含有的元素，包括内燃机和一个高容量的蓄热电池，液体冷却剂回路的液体冷却剂回路中，以利用电能的电阻抗加热器装置冷却剂回路，并通过开关装置连接到牵引马达和可操作有时响应于建立牵引电动机接收过剩电能从中用于冷却剂用于选择性地分配加热到一个或更多的再生制动模式下的包含元素的冷却剂回路，和控制器装置，其可操作地连接到所述开关??装置，所述电阻加热器装置，并且该多个元件，用于控制电能的分配和从牵引电动机的驱动和再生制动模式期间，冷却剂回路的操作。

在一个实施例中，制动***包括主活塞缸 ，一个电磁阀，第一摩擦制动装置（22），第二摩擦制动装置（24） 。通过液压管路将主活塞缸耦合到电磁阀（16）。反过来， 电磁阀（16）通过液压线路被耦合到第一摩擦制动装置和第二摩擦制动装置，每个摩擦制动组件（22， 24 ）可包括一个鼓式制动器总成，一盘式制动组件，或类似的组件。一个与制动装置对应的相关联的电磁阀（16）可以调节液压流体的流动，以提供超过减速和车辆停止控制。

充电状态传感器检测一个或多个参数（如电池，电池温度，电池电阻开路电压），可用于估计电池的充电状态，例如，充电状态可从电池的开路电压估计，并且可以在电池，温度和电池电容的内阻二次充电。电池的充电的状态可以表示为电池的额定容量的百分比（为一个相应的检测时间）。

环境温度传感器检测燃料电池堆或车辆周围的环境温度。燃料电池传感器检测热力装置以及冷却燃料电池相关联的燃料电池堆的温度。由燃料电池测量的温度传感器被称为“电池温度”的“堆温度”或“燃料电池的温度”。控制器（36）使用所测量的环境温度，电堆温度，或这两者来确定所述燃料电池堆是否发生了冷启动或热启动。冷启动装置的燃料电池温度等于或在环境温度下的最大范围内，而热启动意味着，燃料电池电堆温度的处于燃料电池的一个已知的工作温度范围内。燃料电池堆能够产生使其达到或保持其工作温度充分发挥其电容量，例如，在启动所述燃料电池后，氧化，还原或燃料电池堆内发生的其它化学反应的效率或速率由所增加的温度上升在燃料电池中，至少上升到正常的工作温度。

在再生制动模式下， 控制器从一个或多个驱动马达（例如，第一驱动电机）确定，以将电能到一个电阻负载，如果燃料电池装置处于时间区间内。电池温度低于阈值的最低温度的时间区间可以基于以下一个或多个因素：（1）经过从起始时间的时间起的最小阈值期，（2），所述车辆周围的环境温度或燃料电池，（3）燃料电池堆的温度达到所期望的操作温度或范围，和（4）是否在燃料电池的启动时发生的冷启动或者热启动。

用一个电阻负载促进燃料电池的热管理堆的时间区间（以及该时间区间之后）相关联的燃料电池的存储，控制器指示切换电路，将电阻负载（与其相关联的若干电阻器）连接到的输出电位驱动电机（例如，第一驱动电机）或车辆的直流总线。在一个实施例中，电阻负载是一个单独的模块，从所述燃料电池堆以及是在与燃料电池堆的冷却剂循环进行热交换，存储到从电阻冷却剂回路中的额外的热量负载，在冷却剂返回到所述燃料电池堆之前在热交换器进行冷却（例如，车辆的散热器） 。

电阻负载被物理地安装在所述燃料电池冷却的出口和入口处的热交换器之间的车辆冷却剂回路，该燃料电池处于冷却入口和热交换器之间的出口，其中燃料电池冷却出口并与所述燃料电池的冷却入口和与热交换器相关联的泵之间的冷却***连接，以及相关联的泵。

电阻负载被电连接或耦合到所述车辆的直流总线，并与燃料电池堆 ，热交换器（如散热器）或车辆的冷却剂循环进行热交换。因为当车辆制动时，在燃料电池堆将不会从推进车辆和散热器的任何材料的电负载下被用于冷却电阻负载。

一种燃料电池混合动力车辆可能没有足够的电池容量，通过电动马达（例如 26，28 ）来存储由再生制动产生的能量，因此，通过再生制动产生的以下的接收器的一个或多个切换电路路线电能装置： （a）一种能量存储装置（例如，电池或超级电容器），（ b）一种超级电容器模块，（c）中，所述电阻负载或各种部件，以及（e）的任意组合前述设备。据了解，在控制器指示切换电路上分配的时隙或持续时间的持续的或动态的基础上，以上述的接收方设备。

车辆控制***内的控制器接收来自所输出来发送加速器位置和一个输出端的装置来传输动力的状态，所述控制模块确定当加速器装置是在所述释放位置和所述电动机是转矩传递给动力传动系的唯一来源。

分层滑行策略意味着从控制器负转矩装置接收输出，其是根据多个车辆运行条件下，对车辆的动力总成通过多个供给负转矩的方法，控制器确定加速器被释放，电动机是唯一的扭矩提供给动力传动系，以使负转矩装置保持最佳能量回收，其和减速是一致的，无论出于哪个车辆运行条件。

在一个配置中，切换电路能够支持软件， 控制器（36）控制单独的切换（例如，根据PWM）的电阻负载或断开总线（例如，车辆的直流总线）的一个或多个电阻器观察到的动态实时改变的电阻性负载的值。切换电路能够具有足够高的转换速度，以允许超前控制和电阻器或电阻性负载的电阻元件的切换。在另一种配置中，切换电路由脉冲宽度调制（PWM控制从控制器（36）的控制信号。该电阻可瞬间切换到和关闭车辆的直流总线以受控的方式用于离散可控时间段或时隙，因此，在PWM支持无级无段变速，或无级变速电阻值的电阻负载 。

在一个实施例中，用一个驱动器（附图未示出）相关联或集成到交换电路。控制器36接口驱动程序接收的数字逻辑信号作为控制信号的输入，并产生一个精制的控制信号（例如，一个脉冲宽度用于控制一个或多个切换电路，根据推进模式，再生制动模式，或两者的切换（例如，半导体切换或继电器）调制（PWM）信号。

尽管已详细描述了用于实施本发明的最佳模式，但熟悉本发明所涉及的领域的技术人员应认识到在所附权利要求的范围内用于实践本发明的各种替代性的设计和实施例。

Claims (6)

1.一种混合动力车辆控制装置，该车辆具有内燃机，发电机，发电/电动机，油箱，燃料电池堆，电阻负载，蓄电池，再生摩擦制动单元，以及用于控制能量装置的控制器，

其特征在于：能够检测与混合动力车辆相关联的燃料电池堆的起始时间;通过发电/电动机机械地联接到车辆的至少一个车轮，在制动或车辆减速过程中产生电能;从开始时间起，确定一个时间区间;在该时间区间产生的电能，将电能存储到车辆的电阻负载上，同时将热交换器热耦合到所述车辆的电阻负载，还具有一个切换电路，其能管理发电/电动机和所述燃料电池模块之间的电能分配，切换电路能够根据控制器的指令来选择不同的再生制动模式和推进模式。

2.根据权利要求1所述的装置：

在该时间区间产生电能，同时能够将电能储存至车辆的能量存储装置。

3.根据权利要求1-2之一所述的装置：

所述电阻负载和热交换器具有冷却回路，通过第一冷却泵进行冷却。

4.根据权利要求1-3之一所述的装置：

所述的内燃机具有第二冷却泵。

5.根据权利要求1-4之一所述的装置：

施加摩擦制动到车辆的至少一个车轮，以补充机电式制动效果。

6.混合动力再生制动车辆控制装置

根据权利要求1-5之一所述的装置：

所述装置还具有空气管理***，其中空气管理***包括压力调节器，该调节器用于调节通向燃料电池堆的空气压力和流量。