混合动力升压控制系统、方法及车辆与流程

1.本发明属于混合动力汽车技术领域，具体涉及一种混合动力升压控制系统、方法及车辆。


背景技术：

2.混合动力汽车中，在串联模式下，驱动电机使用发电机输出的电能，发电机能力不足时，同时由电池补充，直流母线的电压由电池状态决定。常见的混合动力汽车采用永磁同步电机，其工作在较高转速时，直流母线电压如果过低时，驱动电机及发电机的效率都会降低。但母线电压是由电池决定，是不可控的。为提升电压，通常需要在电池与电机之间增加直流升压器，其包含两个大功率电感及大功率开关管，成本较高。又如专利文献cn104802788b公开的混合动力车辆，采用了大功率的升压转换器来转换电池电压到合适的驱动电机、发电机使用的电压。该专利使用了复杂的升压转换器，具有较高的成本。
3.因此，有必要开发一种新的混合动力升压控制系统、方法及车辆。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种混合动力升压控制系统、方法及车辆，能简化升压过程，降低成本。
5.第一方面，本发明所述的一种混合动力升压控制系统，包括发动机、控制系统、电池管理系统、动力电池、发电机系统和驱动电机系统；所述控制系统分别与发动机、电池管理系统、动力电池、发电机系统和驱动电机系统连接；所述发电机系统与驱动电机系统连接；所述动力电池经主继电器与发电机系统连接；混合动力升压控制系统被配置为：当需要升压时，控制主继电器断开，由发电机进行母线电压闭环控制，电压目标值设置为电驱最优的工作电压；当需要输出较大功率或能量回收时，将发电机的电压目标值调低至动力电池电压，在发电机输出电压与动力电池电压一致时，控制主继电器闭合，由发电机与动力电池同时为驱动电机供电。
6.可选地，还包括串联在主继电器和发电机系统之间的二极管d1，以及与二极管d1相并联的降压开关。
7.当驱动电机输出功率较大，发动机无法立即增大输出功率，驱动电机将拉低控制器端电压，当电压下降到电池电压后，二极管会钳位控制器电压到电池电压，并联提供能量。但需求功率减小后，发电机可以将电压抬升到最优电压，恢复到最优效率。
8.可选地，还包括电感l和二极管d2，所述电感l串联在主继电器和二极管d1之间；所述二极管d2的一端与电感l和二极管d1的连接点连接；
所述二极管d2的另一端与动力电池和发电机系统的连接点连接。本发明可以在能量回收时，让降压开关与相关电路形成一个降压回路，能够将驱动测的高电压主动向动力电池进行充电。
9.第二方面，本发明所述的一种混合动力升压控制方法，采用如本发明所述的混合动力升压控制系统，其方法包括以下步骤：步骤1、在车辆启动后，控制主继电器闭合，系统进入并联工作模式，驱动电机由发动机、动力电池共同供电；步骤2、判断系统是否满足进入串联工作模式的条件，若系统满足进入串联工作模式的条件，则进入步骤3，否则系统保持在并联工作模式下；步骤3、发动机进入转速控制；发电机进入电压闭环模式，电压目标为电池电压；断开主继电器；发电机电压闭环的电压目标为电驱最优电压；发动机转速设置为发动机最优工作转速；步骤4、判断油门踏板是否被踩下，若油门踏板被踩下，在发电机功率不够时，发电机主动降低闭环目标电压或驱动电机被动拉低母线电压，当电压下降至电池电压时进入并联模式，并进入步骤2；若油门踏板未被踩下，驱动电机即将进入能量回收模式，发电机降低电压闭环目标电压为电池母线电压，当电压下降至电池电压时进入并联模式，并进入步骤2。
10.第三方面，本发明所述的一种混合动力升压控制方法，采用如本发明所述的混合动力升压控制系统，其方法包括以下步骤：步骤1、在车辆启动后，控制主继电器和降压开关闭合，系统进入并联工作模式，驱动电机由发动机、动力电池共同供电；步骤2、判断系统是否满足进入串联工作模式的条件，若系统满足进入串联工作模式的条件，则进入步骤3，否则系统保持在并联工作模式下；步骤3、发动机进入转速控制；发电机进入电压闭环模式，电压目标为电池电压；断开降压开关；发电机电压闭环的电压目标为电驱最优电压；发动机转速设置为发动机最优工作转速；步骤4、判断油门踏板是否被踩下，若油门踏板被踩下，在发电机功率不够时，发电机主动降低电压闭环目标电压或驱动电机被动拉低母线电压，当电压下降至电池电压时进入并联模式，并进入步骤2；若油门踏板未被踩下，则即将进入能量回收模式，发电机降低电压闭环目标电压为电池母线电压，当电压下降至电池电压时进入并联模式，并进入步骤2。
11.第四方面，本发明所述的一种混合动力升压控制方法，采用如本发明所述的混合动力升压控制系统，其方法包括以下步骤：步骤1、在车辆启动后，控制主继电器和降压开关闭合，系统进入并联工作模式，驱动电机由发动机、动力电池共同供电；步骤2、判断系统是否满足进入串联工作模式的条件，若系统满足进入串联工作模式的条件，则进入步骤3，否则系统保持在并联工作模式下；步骤3、发动机进入转速控制；发电机进入电压闭环模式，电压目标为电池电压；断开降压开关；发电机电压闭环的电压目标为电驱最优电压；发动机转速设置为发动机最优工作转速；
步骤4、判断驱动电机是否在驱动模式，若驱动电机在驱动模式下，在发电机功率不够时，发电机主动降低电压闭环目标电压或驱动电机被动拉低母线电压，当电压下降至电池电压时进入并联模式，并进入步骤2；若驱动电机在能量回收模式下，发电机维持目标转速，降压开关进行降压控制，保证驱动电机及降压系统处于系统最优电压，并进入步骤2。
12.第五方面，本发明所述的一种车辆，采用如本发明所述的混合动力升压控制系统。
13.本发明具有以下优点：（1）本发明简化了直流升压器的硬件，只需要一个继电器即可。
14.（2）本发明通过增加二极管和降压开关，当驱动电机输出功率较大，发动机无法立即增大输出功率，驱动电机将拉低控制器端电压，当电压下降到电池电压后，二极管会钳位控制器电压到电池电压，并联提供能量。当需求功率减小后，发电机能够将电压抬升到最优电压，恢复到最优效率。
15.（3）本发明通过增加钳位二极管、降压开关、电感及续流二极管，组成具有更优性能的串联方式，能够在能量回收时，让降压开关与相关电路形成一个降压回路，能够将驱动测的高电压主动向电池进行充电。
16.综上所述，本发明简化了升压过程，采用控制算法及较少的零部件能够实现同样的性能，具有成本低的优点。
附图说明
17.图1为本实施例一的架构图；图2为本实施例一的流程图；图3为本实施例二的架构图；图4为本实施例二的流程图；图5为本实施例三的架构图；图6为本实施例三的流程图。
具体实施方式
18.以下将结合附图对本发明进行详细的说明。
19.实施例一如图1 所示，一种混合动力升压控制系统，包括发动机、控制系统、电池管理系统、动力电池、发电机系统和驱动电机系统；所述控制系统分别与发动机、电池管理系统、动力电池、发电机系统和驱动电机系统连接；所述发电机系统与驱动电机系统连接；所述动力电池经主继电器与发电机系统连接；混合动力升压控制系统被配置为：当需要升压时，控制主继电器断开，由发电机进行母线电压闭环控制，电压目标值设置为电驱最优的工作电压；当需要输出较大功率或能量回收时，将发电机的电压目标值调低至动力电池电压，在发电机输出电压与动力电池电压一致时，控制主继电器闭合，由发电机与动力电池同时为驱动电机供电。
20.本实施例中，混合动力升压控制系统的工作流程如下：1、在车辆启动后，默认主继电器闭合，驱动电机可以由发动机、电池共同供电，发动机与驱动电机为并联模式，发动机工作时，发动机处于扭矩模式、发电机处于转速控制模
式，或者发动机处于转速模式，发电机处于扭矩模式、母线电压由电池电压决定。
21.2、当电池电压较低（即电池电压小于预设电压）时，驱动电机如果工作在高速（即驱动电机的转速大于预设转速）时，控制系统识别到此时驱动电机效率较低，通过提高母线电压可以提高效率，则切换进入串联模式。
22.3、进入串联模式，断开主继电器，发动机进入转速控制，维持转速，输出负载增加后，可以自动增加扭矩。发电机进入电压闭环模式，负载增加后，电压下降，可以自动增加发电功率。发电机根据自己的性能限制发电功率，当输出功率过大时，发电机维持最大功率发电。
23.4、在串联模式下，因能量只能单向的由发电机供给驱动电机，驱动电机无法进行能量回收，且最大发电功率必须大于最大驱动功率，不能进行大功率输出，当控制系统通过油门踏板的变化识别到将发生以上工况时，控制系统控制发电机降低发电机电压闭环目标电压，当母线电压与电池一致时，闭合主继电器进入并联模式，此后便可以进行大功率输出或能量回收。
24.如图2所示，本实施例中，一种混合动力升压控制方法，采用如本实施例中所述的混合动力升压控制系统，其方法包括以下步骤：步骤1、在车辆启动后，控制主继电器闭合，系统进入并联工作模式，驱动电机由发动机、动力电池共同供电；步骤2、判断系统是否进入串联工作模式，具体为：当检测到电池电压小于预设电压，驱动电机的转速大于预设转速，且通过提高母线电压能提高效率时，系统切换进入串联模式，并进入步骤3，否则系统保持在并联工作模式下；步骤3、发动机进入转速控制；发电机进入电压闭环模式，电压目标为电池电压；断开主继电器；发电机电压闭环的电压目标为电驱最优电压；发动机转速设置为发动机最优工作转速；步骤4、判断油门踏板是否被踩下，若油门踏板被踩下，在发电机功率不够时，发电机主动降低闭环目标电压或驱动电机被动拉低母线电压，当电压下降至电池电压时进入并联模式，并进入步骤2；若油门踏板未被踩下，驱动电机即将进入能量回收模式，发电机降低电压闭环目标电压为电池母线电压，当电压下降至电池电压时进入并联模式，并进入步骤2。
25.本实施例中，一种车辆，采用如本实施例中所述的混合动力升压控制系统。
26.实施例二如图3 所示，一种混合动力升压控制系统，还包括串联在主继电器和发电机系统之间的二极管d1，以及与二极管d1相并联的降压开关。当驱动电机输出功率较大，发动机无法立即增大输出功率，驱动电机将拉低控制器端电压，当电压下降到电池电压后，二极管会钳位控制器电压到电池电压，并联提供能量。但需求功率减小后，发电机可以将电压抬升到最优电压，恢复到最优效率。其余部分与实施例一相同。
27.本实施例中，混合动力升压控制系统的工作流程如下：1、车辆启动后，默认主继电器、降压开关闭合，驱动电机可以由发动机、电池共同供电，发动机与驱动电机为并联模式，发动机工作时，发动机处于扭矩模式、发电机处于转
速控制模式，或者发动机处于转速模式，发电机处于扭矩模式、母线电压由电池电压决定。
28.2、当电池电压较低时，驱动电机如果工作在高速时，控制系统识别到此时驱动电机效率较低，通过提高母线电压可以提高效率，则切换进入串联模式。
29.3、进入串联模式，断开降压开关，发动机进入转速控制，维持转速，输出负载增加后，可以自动增加扭矩。发电机进入电压闭环模式，负载增加后，电压下降，可以自动增加发电功率。发电机根据自己的性能限制发电功率，当输出功率过大时，发电机维持最大功率发电。
30.4、在串联模式下，因能量只能单向的由发电机供给驱动电机，驱动电机无法进行能量回收，且最大发电功率必须大于最大驱动功率，不能进行大功率输出，当控制系统通过油门踏板的变化识别到将发生以上工况时，控制系统控制发电机降低发电机电压闭环目标电压，当母线电压与电池一致时，闭合主继电器进入并联模式，此后便可以进行大功率输出或能量回收并回到步骤1。
31.当发生非常激烈的驾驶工况时，驱动电机的功率增加得非常大时，电压下降太大后，也可以被二极管钳位到电池电压，该系统具有更有的驾驶性。
32.如图4所示，本实施例中，一种混合动力升压控制方法，采用如本实施例中所述的混合动力升压控制系统，其方法包括以下步骤：步骤1、在车辆启动后，控制主继电器和降压开关闭合，系统进入并联工作模式，驱动电机由发动机、动力电池共同供电；步骤2、判断系统是否进入串联工作模式，具体为：当检测到电池电压小于预设电压，驱动电机的转速大于预设转速，且通过提高母线电压能提高效率时，系统切换进入串联模式，并进入步骤3，否则系统保持在并联工作模式下；步骤3、发动机进入转速控制；发电机进入电压闭环模式，电压目标为电池电压；断开降压开关；发电机电压闭环的电压目标为电驱最优电压；发动机转速设置为发动机最优工作转速；步骤4、判断油门踏板是否被踩下，若油门踏板被踩下，在发电机功率不够时，发电机主动降低电压闭环目标电压或驱动电机被动拉低母线电压，当电压下降至电池电压时进入并联模式，并进入步骤2；若油门踏板未被踩下，则即将进入能量回收模式，发电机降低电压闭环目标电压为电池母线电压，当电压下降至电池电压时进入并联模式，并进入步骤2。
33.本实施例中，一种车辆，采用如本实施例中所述的混合动力升压控制系统的步骤。
34.实施例三如图5 所示，一种混合动力升压控制系统，还包括电感l和二极管d2，所述电感l串联在主继电器和二极管d1之间；所述二极管d2的一端与电感l和二极管d1的连接点连接；所述二极管d2的另一端与动力电池和发电机系统的连接点连接。本发明可以在能量回收时，让降压开关与相关电路形成一个降压回路，能够将驱动测的高电压主动向动力电池进行充电。其余部分与实施例二相同。
35.本系统能够使整车具有更好的驾驶性，减少了驾驶时因驱动与能量回收的频繁切换导致发电机的目标电压也频繁波动的问题。
36.本实施例中，混合动力升压控制系统的工作流程如下：
1、车辆启动后，默认主继电器、降压开关闭合，驱动电机可以由发动机、电池共同供电，发动机与驱动电机为并联模式，发动机工作时，发动机处于扭矩模式、发电机处于转速控制模式，或者发动机处于转速模式，发电机处于扭矩模式、母线电压由电池电压决定。
37.2、当电池电压较低时，驱动电机如果工作在高速时，控制系统识别到此时驱动电机效率较低，通过提高母线电压可以提高效率，则切换进入串联模式。
38.3、进入串联模式，断开降压开关，发动机进入转速控制，维持转速，输出负载增加后，可以自动增加扭矩。发电机进入电压闭环模式，负载增加后，电压下降，可以自动增加发电功率。发电机根据自己的性能限制发电功率，当输出功率过大时，发电机维持最大功率发电。
39.4、串联模式下，在能力回收时，母线电压上升，降压开关配合电感l与二极管d2形成buck回路，降压开关按pwm形式工作，实现控制器直流侧向动力电池进行降压充电。在驱动模式（即驱动电机系统的驱动电机的扭矩大于0）时，当驱动功率大于发电功率时，母线电压会被动下降，当母线电压与动力电池一致时，闭合降压开关进入并联模式，此后便可以进行大功率输出。
40.如图6所示，本实施例中，一种混合动力升压控制方法，采用如本实施例中所述的混合动力升压控制系统，其方法包括以下步骤：步骤1、在车辆启动后，控制主继电器和降压开关闭合，系统进入并联工作模式，驱动电机由发动机、动力电池共同供电；步骤2、判断系统是否进入串联工作模式，具体为：当检测到电池电压小于预设电压，驱动电机的转速大于预设转速，且通过提高母线电压能提高效率时，系统切换进入串联模式，并进入步骤3，否则系统保持在并联工作模式下；步骤3、发动机进入转速控制；发电机进入电压闭环模式，电压目标为电池电压；断开降压开关；发电机电压闭环的电压目标为电驱最优电压；发动机转速设置为发动机最优工作转速；步骤4、判断驱动电机是否在驱动模式，若驱动电机在驱动模式下，在发电机功率不够时，发电机主动降低电压闭环目标电压或驱动电机被动拉低母线电压，当电压下降至电池电压时进入并联模式，并进入步骤2；若驱动电机在能量回收模式下，发电机维持目标转速，降压开关进行降压控制，保证驱动电机及降压系统处于系统最优电压，并进入步骤2。
41.本实施例中，一种车辆，采用如本实施例中所述的混合动力升压控制系统的步骤。
42.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种混合动力升压控制系统，其特征在于：包括发动机、控制系统、电池管理系统、动力电池、发电机系统和驱动电机系统；所述控制系统分别与发动机、电池管理系统、动力电池、发电机系统和驱动电机系统连接；所述发电机系统与驱动电机系统连接；所述动力电池经主继电器与发电机系统连接；所述混合动力升压控制系统被配置为：当需要升压时，控制主继电器断开，由发电机进行母线电压闭环控制，电压目标值设置为电驱最优的工作电压；当需要输出较大功率或能量回收时，将发电机的电压目标值调低至动力电池电压，在发电机输出电压与动力电池电压一致时，控制主继电器闭合，由发电机与动力电池同时为驱动电机供电。2.根据权利要求1所述的混合动力升压控制系统，其特征在于：还包括串联在主继电器和发电机系统之间的二极管d1，以及与二极管d1相并联的降压开关。3.根据权利要求1或2所述的混合动力升压控制系统，其特征在于：还包括电感l和二极管d2，所述电感l串联在主继电器和二极管d1之间；所述二极管d2的一端与电感l和二极管d1的连接点连接；所述二极管d2的另一端与动力电池和发电机系统的连接点连接。4.一种混合动力升压控制方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的混合动力升压控制系统，其方法包括以下步骤：步骤1、在车辆启动后，控制主继电器闭合，系统进入并联工作模式，驱动电机由发动机、动力电池共同供电；步骤2、判断系统是否满足进入串联工作模式的条件，若系统满足进入串联工作模式的条件，则进入步骤3，否则系统保持在并联工作模式下；步骤3、发动机进入转速控制；发电机进入电压闭环模式，电压目标为电池电压；断开主继电器；发电机电压闭环的电压目标为电驱最优电压；发动机转速设置为发动机最优工作转速；步骤4、判断油门踏板是否被踩下，若油门踏板被踩下，在发电机功率不够时，发电机主动降低闭环目标电压或驱动电机被动拉低母线电压，当电压下降至电池电压时进入并联模式，并进入步骤2；若油门踏板未被踩下，驱动电机即将进入能量回收模式，发电机降低电压闭环目标电压为电池母线电压，当电压下降至电池电压时进入并联模式，并进入步骤2。5.根据权利要求4所述的混合动力升压控制方法，其特征在于：当检测到电池电压小于预设电压，驱动电机的转速大于预设转速，且通过提高母线电压能提高效率时，则系统切换进入串联模式。6.一种混合动力升压控制方法，其特征在于：采用如权利要求2所述的混合动力升压控制系统，其方法包括以下步骤：步骤1、在车辆启动后，控制主继电器和降压开关闭合，系统进入并联工作模式，驱动电机由发动机、动力电池共同供电；步骤2、判断系统是否满足进入串联工作模式的条件，若系统满足进入串联工作模式的
条件，则进入步骤3，否则系统保持在并联工作模式下；步骤3、发动机进入转速控制；发电机进入电压闭环模式，电压目标为电池电压；断开降压开关；发电机电压闭环的电压目标为电驱最优电压；发动机转速设置为发动机最优工作转速；步骤4、判断油门踏板是否被踩下，若油门踏板被踩下，在发电机功率不够时，发电机主动降低电压闭环目标电压或驱动电机被动拉低母线电压，当电压下降至电池电压时进入并联模式，并进入步骤2；若油门踏板未被踩下，则即将进入能量回收模式，发电机降低电压闭环目标电压为电池母线电压，当电压下降至电池电压时进入并联模式，并进入步骤2。7.根据权利要求6所述的混合动力升压控制方法，其特征在于：当检测到电池电压小于预设电压，驱动电机的转速大于预设转速，且通过提高母线电压能提高效率时，则系统切换进入串联模式。8.一种混合动力升压控制方法，其特征在于：采用如权利要求3所述的混合动力升压控制系统，其方法包括以下步骤：步骤1、在车辆启动后，控制主继电器和降压开关闭合，系统进入并联工作模式，驱动电机由发动机、动力电池共同供电；步骤2、判断系统是否满足进入串联工作模式的条件，若系统满足进入串联工作模式的条件，则进入步骤3，否则系统保持在并联工作模式下；步骤3、发动机进入转速控制；发电机进入电压闭环模式，电压目标为电池电压；断开降压开关；发电机电压闭环的电压目标为电驱最优电压；发动机转速设置为发动机最优工作转速；步骤4、判断驱动电机是否在驱动模式，若驱动电机在驱动模式下，在发电机功率不够时，发电机主动降低电压闭环目标电压或驱动电机被动拉低母线电压，当电压下降至电池电压时进入并联模式，并进入步骤2；若驱动电机在能量回收模式下，发电机维持目标转速，降压开关进行降压控制，保证驱动电机及降压系统处于系统最优电压，并进入步骤2。9.根据权利要求8所述的混合动力升压控制方法，其特征在于：当检测到电池电压小于预设电压，驱动电机的转速大于预设转速，且通过提高母线电压能提高效率时，则系统切换进入串联模式。10.一种车辆，其特征在于：采用如权利要求1至3任一所述的混合动力升压控制系统。

技术总结
本发明公开了一种混合动力升压控制系统、方法及车辆，包括发动机、控制系统、电池管理系统、动力电池、发电机系统和驱动电机系统；控制系统分别与发动机、电池管理系统、动力电池、发电机系统和驱动电机系统连接；发电机系统与驱动电机系统连接；动力电池经主继电器与发电机系统连接；当需要升压时，控制主继电器断开，由发电机进行母线电压闭环控制，电压目标值设置为电驱最优的工作电压；当需要输出较大功率或能量回收时，将发电机的电压目标值调低至动力电池电压，在发电机输出电压与动力电池电压一致时，控制主继电器闭合，由发电机与动力电池同时为驱动电机供电。本发明简化了升压过程，降低了成本。降低了成本。降低了成本。


技术研发人员：陈健 陈扬 张凡
受保护的技术使用者：重庆长安新能源汽车科技有限公司
技术研发日：2022.10.24
技术公布日：2023/1/6