一種混合動力車輛控制裝置制造方法
【專利摘要】一種混合動力再生制動單元可以包括用于減緩或停止的車輛，例如，再生制動單元可以作為發(fā)電機，轉(zhuǎn)換車輪旋轉(zhuǎn)的機械能轉(zhuǎn)換成電能的牽引電動機，在現(xiàn)有技術(shù)中，機車或其他柴油-電力混合動力汽車可能消散這樣產(chǎn)生的電能在電阻對于燃料電池動力汽車浪費的熱能，不時通過再生制動產(chǎn)生的電能可能會超過車輛的電池的可用存儲容量;增加額外的電池可明顯提高該車輛的價格和重量，因此，有必要提升，配備再生制動電驅(qū)動燃料電池汽車的能量管理。
【專利說明】一種混合動力車輛控制裝置
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于混合動力再生制動的車輛控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]一種混合動力再生制動單元可以包括用于減緩或停止的車輛，例如，再生制動單元可以作為發(fā)電機，轉(zhuǎn)換車輪旋轉(zhuǎn)的機械能轉(zhuǎn)換成電能的牽引電動機，在現(xiàn)有技術(shù)中，機車或其他柴油-電力混合動力汽車可能消散這樣產(chǎn)生的電能在電阻對于燃料電池動力汽車浪費的熱能，不時通過再生制動產(chǎn)生的電能可能會超過車輛的電池的可用存儲容量；增加額外的電池可明顯提高該車輛的價格和重量，因此，有必要提升，配備再生制動電驅(qū)動燃料電池汽車的能量管理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一種混合動力車輛控制裝置，
該車輛具有內(nèi)燃機，發(fā)電機，發(fā)電/電動機，油箱，燃料電池堆，電阻負載，蓄電池，再生摩擦制動單元，以及用于控制能量裝置的控制器，
檢測與混合動力車輛相關(guān)聯(lián)的燃料電池堆的起始時間；
通過發(fā)電/電動機機械地聯(lián)接到車輛的至少一個車輪，在制動或車輛減速過程中產(chǎn)生電能；
從開始時間起，確定一個時間區(qū)間；
在該時間區(qū)間產(chǎn)生的電能，將電能存儲到車輛的電阻負載上，同時將熱交換器熱耦合到所述車輛的電阻負載。
[0004]更優(yōu)選地，在該時間區(qū)間產(chǎn)生電能，同時能夠?qū)㈦娔軆Υ嬷淋囕v的能量存儲裝置。
[0005]更優(yōu)選地，所述電阻負載和熱交換器具有冷卻回路，通過第一冷卻泵進行冷卻。
[0006]更優(yōu)選地，所述的內(nèi)燃機具有第二冷卻泵。
[0007]更優(yōu)選地，施加摩擦制動到車輛的至少一個車輪，以補充機電式制動效果。
[0008]更優(yōu)選地，所述裝置還具有空氣管理系統(tǒng)，其中空氣管理系統(tǒng)包括壓力調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)通向燃料電池堆的空氣壓力和流量。
[0009]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是用于控制具有根據(jù)本發(fā)明的再生制動的車輛的系統(tǒng)的框圖。
【具體實施方式】
[0010]在圖1中根據(jù)一個實施例，一種用于控制車輛或控制與車輛相關(guān)聯(lián)的電能的系統(tǒng)，包括一個第一驅(qū)動電機(26)和第二驅(qū)動電機(28)。第一驅(qū)動電機和/或第二驅(qū)動電機耦合到車輪車輛推進車輛的動力模式或使車輛減速的再生制動模式中，再生制動指的是利用第一驅(qū)動電機和/或第二驅(qū)動電機，在車輛的運動期間的再生制動模式下，一個驅(qū)動電動機將移動車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能，燃料電池(40 )提供一個負載或能量存儲裝置(42 )，用于接受由一個或多個驅(qū)動電機產(chǎn)生的電能。
[0011]在推進模式中，能量存儲裝置(42)，燃料電池堆(54)將電力供給給一個或多個驅(qū)動馬達(26，28)，如果驅(qū)動馬達(26，28)使用交流電，各個驅(qū)動馬達通過相應的變流器將直流(DC)電流轉(zhuǎn)換成交流(AC)電流。如果驅(qū)動電機上是直流(DC)電機，則不需要變流器。
[0012]一個切換電路(34)管理驅(qū)動馬達(26，28)和所述燃料電池模塊之間的電能流動，例如，切換電路34能夠管理驅(qū)動馬達(26，28)之間的流動，以及包括管理以下能量裝置:(一)儲能裝置(42 )(如電池)，(二)電阻負載(46 )，以及燃料電池堆(54)，切換電路(34)能夠根據(jù)控制器的指令來選擇不同的與再生制動模式和推進模式。車輛或?qū)Ш娇刂葡到y(tǒng)的操作者可以控制控制器(36)來選擇過渡到再生制動模式或推進模式。
[0013]同時本裝置還包括充電狀態(tài)傳感器，環(huán)境溫度傳感器(37 )，燃料電池溫度傳感器
(39)，第一車輪傳感器(10)(例如，第一加速傳感器)，第二車輪傳感器(12)(例如,第二加速傳感器)，上述傳感器均與控制器(36)進行通信。充電狀態(tài)傳感器，環(huán)境溫度傳感器
(37),燃料電池溫度傳感器(39),第一車輪傳感器(10)(例如,第一加速傳感器)，第二車輪傳感器(12)(例如，第二加速傳感器)均設置成提供輸入數(shù)據(jù)到控制器(36)，控制器將輸入數(shù)據(jù)進行處理并提供控制數(shù)據(jù)或控制信號到切換電路(34)。本裝置還包括液壓控制閥(16)。
[0014]燃料電池堆與燃料箱連接，并具有空氣管理系統(tǒng)。燃料箱用于存儲燃料(如氫氣或其它可燃氣體燃料)，同時氫氣燃料箱可以為內(nèi)燃機提供能量來源，其中空氣管理系統(tǒng)可以包括以下的一種或多種:空氣壓縮機，氧氣的源極，空氣的源極，儲存在罐中的壓縮空氣，儲存在罐中的壓縮氧氣，和壓力調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)通向燃料電池堆的空氣壓力和流量。燃料箱通過燃料管線的輸入的燃料和空氣(或氧氣)被聯(lián)接到燃料電池堆，并產(chǎn)生電力和廢水，廢水從排出裝置排出。
[0015]本裝置的能量裝置還包括電源調(diào)節(jié)器，熱力系統(tǒng)，以及儲能裝置(42)。在一個實施例中，燃料電池堆通過電源調(diào)節(jié)器耦合到所述能量存儲裝置。電源調(diào)節(jié)器提供的濾波將燃料電池堆的電能輸出，使其更適合充電的蓄電池作為能量儲存裝置，例如電池或其他組件，例如，電源調(diào)節(jié)器可以包括一個電壓調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器或限幅器，噪聲濾波器或過載保護器，電容濾波器，或者前述項的任意組合。另外，電源控制器促進的燃料電池堆的電輸出和儲能裝置的電輸入端之間的負載匹配(例如，阻抗的匹配)。
[0016]熱力系統(tǒng)至少一個電阻負載(46)和熱交換器(48)(例如,散熱器),在一個實施例中，電阻負載包括布置成并聯(lián)的幾個高功耗的電阻，這種電阻器的額定功率與由所產(chǎn)生的電功率與第一個驅(qū)動電機(26)和第二驅(qū)動電機(28)相匹配，以使得在持續(xù)再生制動距離時能夠達到最大的車輛速度。
[0017]燃料電池堆用熱交換器進行散熱冷卻，該冷卻系統(tǒng)被聯(lián)接到燃料電池堆，通過以下的一種或更多的燃料電池的操作裝置所產(chǎn)生的熱相關(guān)聯(lián):一個進氣管線，排氣管線，液體承載線，散熱器軟管或類似物。電阻負載是與熱交換器進氣管線，排氣管線，液體承載線，散熱器軟管熱連通。熱交換器具有一個冷卻泵。
[0018]因此電池的冷卻具有一個冷卻劑回路，用于管理燃料電池堆的散熱的冷卻劑循環(huán)，包括進線的組合中，熱交換器(例如，散熱器)，和一個排氣管線的冷卻劑循環(huán)可被連接到一個冷卻劑進氣歧管(在燃料電池冷卻入口)和一個冷卻劑排出所述燃料電池堆的歧管(在燃料電池冷卻出口)。冷卻泵用于泵送冷卻液可循環(huán)的冷卻劑(例如水或水溶液中具有抗凍劑)中的熱交換器和燃料電池堆，以及燃料電池堆內(nèi)的冷卻劑回路。在典型的燃料電池堆里，一個或多個冷卻通道位于各自的小區(qū)域，其串聯(lián)地將冷卻通道與冷卻劑進氣歧管和所述燃料電池堆的冷卻劑排氣歧管相關(guān)聯(lián)。
[0019]本裝置具有帶驅(qū)動方式的電動牽引電機和再生制動模式，后者模式產(chǎn)生的有用的電能的來源，和一個汽車串聯(lián)混合動力車輛是指利用電能源，包括一個蓄電池電源，用于驅(qū)動牽引電動機，一個由內(nèi)燃機驅(qū)動的發(fā)電機的牽引電機提供電能并用于對電池充電的電源，開關(guān)裝置，用于在驅(qū)動模式和從牽引電動機，以控制從發(fā)電機分配電能給牽引電機和電池到電池和其他裝置中的再生制動模式中，一個具有多個含有的元素，包括內(nèi)燃機和一個高容量的蓄熱電池，液體冷卻劑回路的液體冷卻劑回路中，以利用電能的電阻抗加熱器裝置冷卻劑回路，并通過開關(guān)裝置連接到牽引馬達和可操作有時響應于建立牽引電動機接收過剩電能從中用于冷卻劑用于選擇性地分配加熱到一個或更多的再生制動模式下的包含元素的冷卻劑回路，和控制器裝置，其可操作地連接到所述開關(guān)裝置，所述電阻加熱器裝置，并且該多個元件，用于控制電能的分配和從牽引電動機的驅(qū)動和再生制動模式期間，冷卻劑回路的操作。
[0020]在一個實施例中，制動系統(tǒng)包括主活塞缸，一個電磁閥，第一摩擦制動裝置(22)，第二摩擦制動裝置(24)。通過液壓管路將主活塞缸耦合到電磁閥(16)。反過來，電磁閥(16)通過液壓線路被耦合到第一摩擦制動裝置和第二摩擦制動裝置，每個摩擦制動組件(22，24 )可包括一個鼓式制動器總成，一盤式制動組件，或類似的組件。一個與制動裝置對應的相關(guān)聯(lián)的電磁閥(16)可以調(diào)節(jié)液壓流體的流動，以提供超過減速和車輛停止控制。
[0021]充電狀態(tài)傳感器檢測一個或多個參數(shù)(如電池，電池溫度，電池電阻開路電壓)，可用于估計電池的充電狀態(tài)，例如，充電狀態(tài)可從電池的開路電壓估計，并且可以在電池，溫度和電池電容的內(nèi)阻二次充電。電池的充電的狀態(tài)可以表示為電池的額定容量的百分比(為一個相應的檢測時間)。
[0022]環(huán)境溫度傳感器檢測燃料電池堆或車輛周圍的環(huán)境溫度。燃料電池傳感器檢測熱力裝置以及冷卻燃料電池相關(guān)聯(lián)的燃料電池堆的溫度。由燃料電池測量的溫度傳感器被稱為“電池溫度”的“堆溫度”或“燃料電池的溫度”?？刂破?36)使用所測量的環(huán)境溫度，電堆溫度，或這兩者來確定所述燃料電池堆是否發(fā)生了冷啟動或熱啟動。冷啟動裝置的燃料電池溫度等于或在環(huán)境溫度下的最大范圍內(nèi)，而熱啟動意味著，燃料電池電堆溫度的處于燃料電池的一個已知的工作溫度范圍內(nèi)。燃料電池堆能夠產(chǎn)生使其達到或保持其工作溫度充分發(fā)揮其電容量，例如，在啟動所述燃料電池后，氧化，還原或燃料電池堆內(nèi)發(fā)生的其它化學反應的效率或速率由所增加的溫度上升在燃料電池中，至少上升到正常的工作溫度。
[0023]在再生制動模式下，控制器從一個或多個驅(qū)動馬達(例如，第一驅(qū)動電機)確定，以將電能到一個電阻負載，如果燃料電池裝置處于時間區(qū)間內(nèi)。電池溫度低于閾值的最低溫度的時間區(qū)間可以基于以下一個或多個因素:(1)經(jīng)過從起始時間的時間起的最小閾值期，(2)，所述車輛周圍的環(huán)境溫度或燃料電池，(3)燃料電池堆的溫度達到所期望的操作溫度或范圍，和(4)是否在燃料電池的啟動時發(fā)生的冷啟動或者熱啟動。
[0024]用一個電阻負載促進燃料電池的熱管理堆的時間區(qū)間(以及該時間區(qū)間之后)相關(guān)聯(lián)的燃料電池的存儲，控制器指示切換電路，將電阻負載(與其相關(guān)聯(lián)的若干電阻器)連接到的輸出電位驅(qū)動電機(例如，第一驅(qū)動電機)或車輛的直流總線。在一個實施例中，電阻負載是一個單獨的模塊，從所述燃料電池堆以及是在與燃料電池堆的冷卻劑循環(huán)進行熱交換，存儲到從電阻冷卻劑回路中的額外的熱量負載，在冷卻劑返回到所述燃料電池堆之前在熱交換器進行冷卻(例如，車輛的散熱器)。
[0025]電阻負載被物理地安裝在所述燃料電池冷卻的出口和入口處的熱交換器之間的車輛冷卻劑回路，該燃料電池處于冷卻入口和熱交換器之間的出口，其中燃料電池冷卻出口并與所述燃料電池的冷卻入口和與熱交換器相關(guān)聯(lián)的泵之間的冷卻系統(tǒng)連接，以及相關(guān)聯(lián)的泵。
[0026]電阻負載被電連接或耦合到所述車輛的直流總線，并與燃料電池堆，熱交換器(如散熱器)或車輛的冷卻劑循環(huán)進行熱交換。因為當車輛制動時，在燃料電池堆將不會從推進車輛和散熱器的任何材料的電負載下被用于冷卻電阻負載。
[0027]一種燃料電池混合動力車輛可能沒有足夠的電池容量，通過電動馬達(例如26，28 )來存儲由再生制動產(chǎn)生的能量，因此，通過再生制動產(chǎn)生的以下的接收器的一個或多個切換電路路線電能裝置:(a)—種能量存儲裝置(例如，電池或超級電容器)，(b)—種超級電容器模塊，(C)中，所述電阻負載或各種部件，以及(e)的任意組合前述設備。據(jù)了解，在控制器指示切換電路上分配的時隙或持續(xù)時間的持續(xù)的或動態(tài)的基礎上，以上述的接收方設備。
[0028]車輛控制系統(tǒng)內(nèi)的控制器接收來自所輸出來發(fā)送加速器位置和一個輸出端的裝置來傳輸動力的狀態(tài)，所述控制模塊確定當加速器裝置是在所述釋放位置和所述電動機是轉(zhuǎn)矩傳遞給動力傳動系的唯一來源。
[0029]分層滑行策略意味著從控制器負轉(zhuǎn)矩裝置接收輸出，其是根據(jù)多個車輛運行條件下，對車輛的動力總成通過多個供給負轉(zhuǎn)矩的方法，控制器確定加速器被釋放，電動機是唯一的扭矩提供給動力傳動系，以使負轉(zhuǎn)矩裝置保持最佳能量回收，其和減速是一致的，無論出于哪個車輛運行條件。
[0030]在一個配置中，切換電路能夠支持軟件，控制器(36)控制單獨的切換(例如，根據(jù)PWM)的電阻負載或斷開總線(例如，車輛的直流總線)的一個或多個電阻器觀察到的動態(tài)實時改變的電阻性負載的值。切換電路能夠具有足夠高的轉(zhuǎn)換速度，以允許超前控制和電阻器或電阻性負載的電阻元件的切換。在另一種配置中，切換電路由脈沖寬度調(diào)制(PWM控制從控制器(36)的控制信號。該電阻可瞬間切換到和關(guān)閉車輛的直流總線以受控的方式用于離散可控時間段或時隙，因此，在PWM支持無級無段變速，或無級變速電阻值的電阻負載。
[0031]在一個實施例中，用一個驅(qū)動器(附圖未示出)相關(guān)聯(lián)或集成到交換電路?？刂破?6接口驅(qū)動程序接收的數(shù)字邏輯信號作為控制信號的輸入，并產(chǎn)生一個精制的控制信號(例如，一個脈沖寬度用于控制一個或多個切換電路，根據(jù)推進模式，再生制動模式，或兩者的切換(例如，半導體切換或繼電器)調(diào)制(PWM)信號。
[0032]盡管已詳細描述了用于實施本發(fā)明的最佳模式，但熟悉本發(fā)明所涉及的領域的技術(shù)人員應認識到在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)用于實踐本發(fā)明的各種替代性的設計和實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種混合動力車輛控制裝置，該車輛具有內(nèi)燃機，發(fā)電機，發(fā)電/電動機，油箱，燃料電池堆，電阻負載，蓄電池，再生摩擦制動單元，以及用于控制能量裝置的控制器， 其特征在于:能夠檢測與混合動力車輛相關(guān)聯(lián)的燃料電池堆的起始時間；通過發(fā)電/電動機機械地聯(lián)接到車輛的至少一個車輪，在制動或車輛減速過程中產(chǎn)生電能；從開始時間起，確定一個時間區(qū)間；在該時間區(qū)間產(chǎn)生的電能，將電能存儲到車輛的電阻負載上，同時將熱交換器熱耦合到所述車輛的電阻負載，還具有一個切換電路，其能管理發(fā)電/電動機和所述燃料電池模塊之間的電能分配，切換電路能夠根據(jù)控制器的指令來選擇不同的再生制動模式和推進模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置: 在該時間區(qū)間產(chǎn)生電能，同時能夠?qū)㈦娔軆Υ嬷淋囕v的能量存儲裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2之一所述的裝置: 所述電阻負載和熱交換器具有冷卻回路，通過第一冷卻泵進行冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的裝置: 所述的內(nèi)燃機具有第二冷卻泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的裝置: 施加摩擦制動到車輛的至少一個車輪，以補充機電式制動效果。
6.混合動力再生制動車輛控制裝置 根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的裝置: 所述裝置還具有空氣管理系統(tǒng)，其中空氣管理系統(tǒng)包括壓力調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)通向燃料電池堆的空氣壓力和流量。
【文檔編號】B60W10/18GK103802825SQ201410035806
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】李海鷹 申請人:新昌縣冠陽技術(shù)開發(fā)有限公司, 李海鷹