CN108544927B - 汽车48v能量回收***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车48V能量回收***及方法，包括控制器，以及分别与控制器连接的48V BSG电机、48V锂电池和DCDC；48V BSG电机具有发电模式和电动模式两种工作状态；当控制器判断出车辆处于加速状态时，控制48V BSG电机工作在电动机模式，为发动机提供辅助动力，此时48V锂电池处于放电状态，为48V BSG电机提供助力能量；当控制器判断出车辆处于制动状态时，控制48V BSG电机处于发电模式，此时48V锂电池处于充电状态，用于存储48V BSG电机输出的电能。本发明实现了效率更高的制动能量回收，同时增加了电机助力功能，在提升车辆加速性能的同时，将节油效果提升到6%以上。

Description

汽车48V能量回收***及方法
技术领域
本发明属于汽车电器技术领域，具体涉及一种汽车48V能量回收***及方法。
背景技术
随着油耗法规要求越来越严苛，各汽车主机厂及供应商在如何提高能量利用效率、减少能量损失方面开展了大量的研究。传统车辆在制动过程中，车辆动能转换成热能，消耗到空气中。
为了减少制动过程中的能量损失，各主机厂提出了制动能量回收***。通过在传统车型上增加锂电池或超级电容等储能装置，当车辆制动时，***控制发电机给储能装置充电，将动能转换为电能存储到储能装置中，实现制动能量回收。如CN 103970078A公开了一种12V能量回收***，通过使用LIN调节发电机、蓄电池传感器，在车辆加速时降低发电机电压，减少发动机负荷，提升车辆加速性能；在制动过程中，ECU控制LIN发电机升高电压，将能量存储到铅酸蓄电池中。然而传统的12V电器***采用的发电机功率较小，蓄电池充电接收能力较低，导致回收能量少，油耗改善效果很难超过2％。
因此，有必要开发一种效率更高的能量回收***及方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车48V能量回收***及方法，能实现效率更高的制动能量回收，同时增加电机助力功能，在提升车辆加速性能的同时，能将节油效果提升到6％以上。
本发明所述的汽车48V能量回收***，包括控制器，以及与控制器通过CAN线连接的48V BSG电机、48V锂电池和DCDC；
所述48V BSG电机具有发电模式和电动机模式。
当控制器判断出车辆处于加速状态时，控制器控制48V BSG电机处于电动机模式，为发动机提供辅助动力，此时48V锂电池处于放电状态，为48V BSG电机提供助力能量，同时控制器控制DCDC工作在降压模式，将48V锂电池输出的48V电能转换为12V电能，为整车电器供电；
当控制器判断出车辆处于制动状态时，控制器控制48V BSG电机处于发电模式，此时48V锂电池处于充电状态，用于存储48V BSG电机输出的电能，同时控制器控制DCDC工作在降压模式，将48V BSG电机输出的48V电能转换为12V电能，为整车电器供电。
进一步，还包括分别与控制器连接的空挡位置传感器、倒挡位置传感器、离合器开关、制动踏板行程开关、油门踏板以及ESP；控制器通过监测空挡位置传感器、倒挡位置传感器、离合器开关、制动踏板行程开关、油门踏板的状态，以及从CAN总线接收ESP发送的车速、ABS状态，判断车辆是否处于加速或制动。
进一步，还包括12V蓄电池和12V电器负载，12V蓄电池和12V电器负载分别与DCDC连接，12V蓄电池与12V电器负载连接；
所述DCDC将48V锂电池或48V BSG电机输出的48V电能转换为12V电能，为12V蓄电池充电，并为12V电器负载供电。
本发明所述的汽车48V能量回收方法，采用本发明所述的汽车48V能量回收***，其方法包括以下步骤：
在车辆处于加速状态时，控制器根据48V BSG电机的输出能力和48V锂电池的供电能力计算出***的最大允许助力扭矩值，并根据油门踏板开度、车速、48V锂电池的电量计算出第一电机助力扭矩值，并将最大允许助力扭矩值和第一电机助力扭矩值中的较小值作为第二电机助力扭矩值，将该第二电机助力扭矩值通过CAN线发送给48V BSG电机,使48VBSG电机处于电动机模式，并根据第二电机助力扭矩值进行电机助力；
在车辆处于减速状态时，控制器根据48V BSG电机的充电能力、48V锂电池的充电接收能力计算出***的最大允许回收扭矩值，并根据制动踏板深度、48V锂电池的电量、车速和发动机转速计算出第一回收扭矩值，并将最大允许回收扭矩值和第一回收扭矩值中的较小值作为第二回收扭矩值，将该第二回收扭矩值通过CAN线发送给48V BSG电机,使48VBSG电机处于发电模式，并根据第二回收扭矩值对制动能量进行回收。
进一步，在车辆处于加速状态时，控制器判断48V锂电池的电量，如果电量小于第一预设电量阈值时，则不进行电机助力。
进一步，当车辆处于制动状态时，控制器判断48V锂电池的电量，如果电量大于第二预设电量阈值时，则不进行能量回收。
进一步，在车辆处于制动状态时，当48V锂电池的电量小于第二预设电量阈值时，若ESP处于未工作状态，则进入能量回收，若ESP处于工作状态，则不进行能量回收。
所述最大允许助力扭矩值的计算方法为：
根据48V锂电池最大放电功率，结合48V BSG电机当前转速、效率转换成48V BSG电机输出扭矩，并与48V BSG电机CAN上发送的最大输出扭矩进行比较，取较小值作为最大允许助力扭矩值。
进一步，所述第一电机助力扭矩值的计算方法为：
Ta＝Tmax*Kpedal*KV1*KSOC1；
其中：
Ta为第一电机助力扭矩值；
Tmax为发电机在当前转速下的最大输出扭矩；
Kpedal为油门踏板系数；
KV1为第一车速系数；
KSOC1为第一锂电池SOC系数。
进一步，所述最大允许回收扭矩值的计算方法为：
根据48V锂电池最大充电功率，结合48V BSG电机当前转速、效率转换成48V BSG电机发电扭矩，并与48V BSG电机CAN上发送的最大发电扭矩进行比较，取较小值作为最大允许回收扭矩值。
进一步，所述第一回收扭矩值的计算方法为：
Tb＝Tmax*Kbrk*KV2*Krpm*KSOC2；
其中：
Tb为第一回收扭矩值；
Kbrk为制动踏板系数；
KV2为第二车速系数；
Krpm为转速系数；
KSOC2为第二锂电池SOC系数。
本发明的有益效果：通过在发动机上安装48V BSG电机，在48V电网内增加48V锂电池、DCDC，同时在控制器内增加48V能量回收***控制逻辑，通过对油门、刹车、锂电池电量等信息的实时检测，控制48V BSG电机处于电动模式或发电模式，从而实现了电机助力和能量回收***功能，经实车测试，节油效果可达到6％。
附图说明
图1为本发明所述汽车48V能量回收***的结构示意图；
图2为本发明所述汽车48V能量回收***的原理图；
图3为本发明所述汽车48V能量回收***的控制软件流程图；
图中：1、控制器，2、空挡位置传感器，3、倒挡位置传感器，4、离合器开关，5、制动踏板行程开关，6、油门踏板，7、ESP，8、48V BSG电机，9、48V锂电池，10、DCDC，11、12V蓄电池，12、12V电器负载。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示的汽车48V能量回收***，包含控制器、空挡位置传感器2、倒挡位置传感器3、离合器开关4、制动踏板行程开关5、油门踏板6、ESP 7、48V BSG电机(即皮带传动启动/发电一体化电机)8、48V锂电池9和DCDC 10。
本实施例中，控制器采用电喷控制器1，DCDC 10用于将48V的电能转换为12V的电能。ESP为车身电子稳定***。
如图1和图2所示，电喷控制器1通过硬线分别与空挡位置传感器2、倒挡位置传感器3、离合器开关4、制动踏板行程开关5、油门踏板6连接，电喷控制器1通过CAN线与ESP7连接。电喷控制器1通过CAN线与48V BSG电机8、48V锂电池9和DCDC10连接。48V BSG电机8与48V锂电池9和DCDC 10高压端连接；DCDC 10低压端与12V蓄电池11和12V电器负载12连接。48V BSG电机8具有发电模式和电动机模式。
本发明的工作原理如下：
电喷控制器1通过监测空挡位置传感器2、倒挡位置传感器3、离合器开关4、制动踏板行程开关5和油门踏板6的状态，以及从CAN总线接收ESP7发送的车速、ABS状态，判断车辆是否处于加速或制动。同时电喷控制器1通过CAN总线信息判断48V BSG电机8、48V锂电池9、DCDC10是否有故障、BSG电机能力、锂电池电量状态。若车辆处于加速状态，电喷控制器1控制48V BSG电机8处于电动机模式，48V锂电池9处于放电状态，为48V BSG电机8提供助力能量。若车辆处于制动状态，电喷控制器1控制48V BSG电机8处于发电机模式，48V锂电池9处于充电状态，存储回收能量。DCDC 10通过CAN总线接收电喷控制器1信息，判断发动机状态，当发动机启动后，DCDC 10开始工作，将48V锂电池9或48V BSG电机8输出的48V电能转换为12V电能，为12V蓄电池11充电，并为12V电器负载12供电。
本发明所述的汽车48V能量回收方法，其方法包括以下步骤：
在车辆处于加速状态时，电喷控制器1根据48V BSG电机8的输出能力和48V锂电池的供电能力计算出***的最大允许助力扭矩值，并根据油门踏板6开度、车速、48V锂电池的电量计算出第一电机助力扭矩值，并将最大允许助力扭矩值和第一电机助力扭矩值中的较小值作为第二电机助力扭矩值，将该第二电机助力扭矩值通过CAN线发送给48V BSG电机8,使48V BSG电机8处于电动模式，并根据第二电机助力扭矩值进行电机助力。在车辆处于加速状态时，电喷控制器1判断48V锂电池的电量，如果电量小于第一预设电量阈值(比如：30％)时，表示48V锂电池的电量过低，则不进行电机助力。
在车辆处于减速状态时，电喷控制器1根据48V BSG电机8的充电能力、48V锂电池的充电接收能力计算出***的最大允许回收扭矩值，并根据制动踏板深度、48V锂电池的电量、车速和发动机转速计算出第一回收扭矩值，并将最大允许回收扭矩值和第一回收扭矩值中的较小值作为第二回收扭矩值，将该第二回收扭矩值通过CAN线发送给48V BSG电机8,使48V BSG电机8处于发电模式，并根据第二回收扭矩值对制动能量进行回收。当车辆处于制动状态时，电喷控制器1在进行能量回收前，还需要判断48V锂电池的电量，如果电量大于第二预设电量阈值(比如：85％)时，表示48V锂电池的电量过高，则不进行能量回收。如果48V锂电池的电量小于第二预设电量阈值，还需要判断ESP 7的状态，若ESP 7处于未工作状态，则进入能量回收，若ESP 7处于工作状态，则不进行能量回收。
本实施例中，所述最大允许助力扭矩值的计算方法为：
根据48V锂电池最大放电功率，结合48V BSG电机当前转速、效率转换成48V BSG电机输出扭矩，并与48V BSG电机CAN上发送的最大输出扭矩进行比较，取较小值作为最大允许助力扭矩值。
本实施例中，所述第一电机助力扭矩值的计算方法为：
Ta＝Tmax*Kpedal*KV1*KSOC1；
其中：
Ta为第一电机助力扭矩值；
Tmax为发电机在当前转速下的最大输出扭矩；
Kpedal为油门踏板系数；
KV1为第一车速系数；
KSOC1为第一锂电池SOC系数。
本实施例中，Tmax通过转速查转速与扭矩的对应关系表(表1)得到；比如:转速为0rpm时，扭矩为50N·m；又如：转速为15000rpm时，扭矩为0N·m。
转速(rpm) 0 1000 3000 5000 8000 10000 15000
扭矩(N·m) 50 45 30 20 15 5 0
表1(转速与扭矩的对应关系表)
本实施例中，Kpedal:通过油门开度查油门开度与油门踏板系数的对应关系表(表2)得到；比如：油门开度为10％时，此时，油门踏板系数为0；又如：油门开度为60％时，油门踏板系数为1。
油门开度(％) 10％ 20％ 30％ 40％ 50％ 60％
油门踏板系数 0 0.2 0.4 0.7 0.8 1
表2(油门开度与系数的对应关系表)
本实施例中，KV1通过车速查车速与第一车速系数对应关系表得到，比如：当车速为120km/h时，第一车速系数为0，又如：当车速为5km/h时，第一车速系数为1。
车速(km/h) 120 80 30 5
第一车速系数 0 0.8 0.9 1
表3(车速与第一车速系数对应关系表)
本实施例中，KSOC1通过SOC查SOC(即荷电状态,也叫剩余电量)与第一锂电池SOC系数的对应关系表(表4)得到；比如：当SOC为30％时，第一锂电池SOC系数为0；又如，当SOC为45％时，第一锂电池SOC系数为1。
SOC(％) 30 45
第一锂电池SOC系数 0 1
表4(SOC与第一锂电池SOC系数的对应关系表)
本实施例中，所述最大允许回收扭矩值的计算方法为：
根据48V锂电池最大充电功率，结合48V BSG电机当前转速、效率转换成48V BSG电机发电扭矩，并与48V BSG电机CAN上发送的最大发电扭矩进行比较，取较小值作为最大允许回收扭矩值。
本实施例中，所述第一回收扭矩值的计算方法为：
Tb＝Tmax*Kbrk*KV2*Krpm*KSOC2；
其中：
Tb为第一回收扭矩值；
Tmax为电机在当前转速下的最大发电扭矩；
Kbrk为制动踏板系数；
KV2为第二车速系数；
Krpm为转速系数；
KSOC2为第二锂电池SOC系数。
本实施例中：Tmax通过转速查查转速与扭矩的对应关系表(表1)得到的。
本实施例中：Kbrk通过制动意图查制动意图与制动踏板系数的对应关系表(表5)得到的；比如:当制动意图为0％时，制动踏板系数为0.5；又如：当制动意图为40％时，制动踏板系数为1。
制动意图(％) 0 0.2 0.3 0.4
制动踏板系数 0.5 0.6 0.8 1
表5(制动意图与制动踏板系数的对应关系表)
本实施例中：KV2通过车速查车速与第二车速系数的对应关系表(表6)得到的；比如：当车速为10km/h时，第二车速系数为0；又如，当车速为30km/h时，第二车速系数为1。
车速(km/h) 10 20 30
第二车速系数 0 0.7 1
表6(车速与第二车速系数的对应关系表)
本实施例中，Krpm通过转速查转速与转速系数的对应关系表(表7)得到的；比如：当转速为800rpm时，转速系数为0；又如：当转速为1800rpm时，转速系数为1。
转速(rpm) 800 1600 2000
转速系数 0 1 1
表7(转速与转速系数的对应关系表)
本实施例中，KSOC2通过SOC查SOC与第二锂电池SOC系数的对应关系表(表8)得到的；比如：当SOC为85％时，第二锂电池SOC系数为0，又如，当SOC为75％时，第二锂电池SOC系数为1。
SOC(％) 85 75
第二锂电池SOC系数 0 1
表8(SOC与第二锂电池SOC系数的对应关系表)
图3为本发明所述汽车48V能量回收***的控制软件流程图，其工作步骤如下：
开始，并进入步骤s1；
(s1)控制器判断发动机状态，若发动机未处于启动状态则结束，若发动机已处于启动状态，则进入步骤s2。
(s2)控制器判断离合器状态，若踩下离合器，则不进行能量回收或电机助力控制；若未踩下离合器，则进入步骤s3。
(s3)控制器判断挡位状态，若处于空挡或倒挡，则不进行能量回收或电机助力控制，否则进入步骤s4。
(s4)控制器判断48V BSG电机是否有故障，若48V BSG电机有故障，则不进行电机控制，若48V BSG电机无故障，则进入步骤s5。
(s5)控制器判断48V锂电池是否有故障，若48V锂电池有故障，则不进行电机控制；若48V锂电池有故障，则进入步骤s6。
(s6)控制器判断DCDC是否有故障，若DCDC有故障，则不进行电机控制；若DCDC无故障，则进入步骤s7。
(s7)控制器判断是否踩下油门，若踩下油门，进入电机助力模式判断，若未踩油门，进行能量回收模式判断。
(s8)控制器判断车辆是否处于加速状态，若车辆未加速，则不进入电机助力模式。
(s9)若车辆处于加速状态，控制器判断锂电池电量，如果电量不足，则不进入电机助力模式，否则进入步骤s10。
(s10)控制器判断是否踩下制动踏板，若制动踏板踩下，则不控制电机助力。
(s11)若未踩下制动踏板，***进行助力扭矩计算；
具体为：控制器根据48V BSG电机的输出能力、48V锂电池的供电能力、油门踏板开度、车速、锂电池电量等信息计算出第二电机助力扭矩值，并将第二电机助力扭矩值通过CAN总线发送给48V BSG电机，实现电机助力功能。
(s12)若未踩下油门踏板，控制器判断锂电量的电量，如果锂电池电量过高，则不进行能量回收。
(s13)若锂电池电量没有过多，则判断ESP工作状态，若ESP处于工作状态，则不进行能量回收。
(s14)若ESP未处于工作状态，***进入能量回收状态；具体为：
控制器根据BSG电机发电能力、锂电池充电能力、制度踏板深度、锂电池电量、车速、发动机转速等信息计算出第二回收扭矩值，并将第二回收扭矩值通过CAN总线发送给BSG电机，实现能量回收功能。

Claims (4)

1.一种汽车48V能量回收方法,采用汽车48V能量回收***，包括控制器，以及与控制器通过CAN线连接的48V BSG电机(8)、48V锂电池(9)和DCDC(10)；
所述48V BSG电机(8)具有发电模式和电动机模式；
当控制器判断出车辆处于加速状态时，控制48V BSG电机(8)处于电动机模式，为发动机提供辅助动力，此时48V锂电池(9)处于放电状态，为48V BSG电机(8)提供助力能量，同时控制器控制DCDC(10)工作在降压模式，将48V锂电池(9)输出的48V电能转换为12V电能，为整车电器供电；
当控制器判断出车辆处于制动状态时，控制48V BSG电机(8)处于发电模式，此时48V锂电池(9)处于充电状态，用于存储48V BSG电机(8)输出的电能，同时控制器控制DCDC(10)工作在降压模式，将48V BSG电机(8)输出的48V电能转换为12V电能，为整车电器供电；
还包括分别与控制器连接的空挡位置传感器(2)、倒挡位置传感器(3)、离合器开关(4)、制动踏板行程开关(5)、油门踏板(6)以及ESP(7)；控制器通过监测空挡位置传感器(2)、倒挡位置传感器(3)、离合器开关(4)、制动踏板行程开关(5)、油门踏板(6)的状态，以及从CAN总线接收ESP(7)发送的车速、ABS状态，判断车辆是否处于加速或制动；
还包括12V蓄电池(11)和12V电器负载(12)，12V蓄电池(11)和12V电器负载(12)与DCDC(10)连接；
所述DCDC(10)将48V锂电池(9)或48V BSG电机(8)输出的48V电能转换为12V电能，为12V蓄电池(11)充电，并为12V电器负载(12)供电；
其方法包括以下步骤：
在车辆处于加速状态时，控制器根据48V BSG电机(8)的输出能力和48V锂电池(9)的供电能力计算出***的最大允许助力扭矩值，并根据油门踏板(6)开度、车速、48V锂电池的电量计算出第一电机助力扭矩值，并将最大允许助力扭矩值和第一电机助力扭矩值中的较小值作为第二电机助力扭矩值，将该第二电机助力扭矩值通过CAN线发送给48V BSG电机(8),使48V BSG电机(8)处于电动机模式，并根据第二电机助力扭矩值进行电机助力；
在车辆处于减速状态时，控制器根据48V BSG电机(8)的充电能力、48V锂电池的充电接收能力计算出***的最大允许回收扭矩值，并根据制动踏板深度、48V锂电池的电量、车速和发动机转速计算出第一回收扭矩值，并将最大允许回收扭矩值和第一回收扭矩值中的较小值作为第二回收扭矩值，将该第二回收扭矩值通过CAN线发送给48V BSG电机(8),使48VBSG电机(8)处于发电模式，并根据第二回收扭矩值对制动能量进行回收；
在车辆处于加速状态时，控制器判断48V锂电池的电量，如果电量小于第一预设电量阈值时，则不进行电机助力；
当车辆处于制动状态时，控制器判断48V锂电池的电量，如果电量大于第二预设电量阈值时，则不进行能量回收；
在车辆处于制动状态时，当48V锂电池的电量小于第二预设电量阈值时，若ESP(7)处于未工作状态，则进入能量回收，若ESP(7)处于工作状态，则不进行能量回收。
2.根据权利要求1所述的汽车48V能量回收方法，其特征在于：所述最大允许助力扭矩值的计算方法为：
根据48V锂电池最大放电功率，结合48V BSG电机当前转速、效率转换成48V BSG电机输出扭矩，并与48V BSG电机CAN上发送的最大输出扭矩进行比较，取较小值作为最大允许助力扭矩值。
3.根据权利要求1或2所述的汽车48V能量回收方法，其特征在于：所述第一电机助力扭矩值的计算方法为：
Ta＝Tmax*Kpedal*KV1*KSOC1；
其中：
Ta为第一电机助力扭矩值；
Tmax为发电机在当前转速下的最大输出扭矩；
Kpedal为油门踏板系数；
KV1为第一车速系数；
KSOC1为第一锂电池SOC系数。
4.根据权利要求3所述的汽车48V能量回收方法，其特征在于：所述最大允许回收扭矩值的计算方法为：
根据48V锂电池最大充电功率，结合48V BSG电机当前转速、效率转换成48V BSG电机发电扭矩，并与48V BSG电机CAN上发送的最大发电扭矩进行比较，取较小值作为最大允许回收扭矩值；
所述第一回收扭矩值的计算方法为：
Tb＝Tmax*Kbrk*KV2*Krpm*KSOC2；
其中：
Tb为第一回收扭矩值；
Kbrk为制动踏板系数；
KV2为第二车速系数；
Krpm为转速系数；
KSOC2为第二锂电池SOC系数。
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