混合动力汽车的发动机启动系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种混合动力汽车的发动机启动系统和方法，该系统包含高压电池，发动机，ISG，BMS，EMS，电机控制器，HCU，其中，发动机与ISG刚性连接，ISG从高压电池获取能量，HCU通过电机控制器控制ISG，通过BMS获得电池信息，通过EMS获得发动机信息，HCU通过电池信息以及发动机信息确定启动目标转速及开始喷油和/或点火转速和是否请求所述BMS短时间放松电池放电能力限制，并指令电机控制器将发动机与ISG拖动到目标转速并维持，HCU通过电机控制器反馈的扭矩及EMS反馈的发动机状态确定启动是否结束。该启动系统不包含低压12V/24V的传统启动机，即使在低温环境下，也利用ISG启动发动机。
【专利说明】混合动力汽车的发动机启动系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及混合动力汽车【技术领域】，尤其涉及混合动力汽车的发动机启动系统和方法。
【背景技术】
[0002]混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle, HEV)是指车辆驱动系由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或共同提供。因各个组成部件、布置方式和控制策略的不同，形成了多种分类形式。混合动力汽车因为其节能环保和新能源的特点受到越来越多的政策扶持，汽车界对混合动力汽车极为关注，混合动力汽车已经成为目前汽车研究与开发的一个重点。
[0003]混合动力汽车这几年发展迅猛，在目前实际生活中，混合动力汽车多半采用传统的内燃机和电动机作为动力源，通过混合使用热能和电力两套系统开动汽车。根据混合动力驱动的联结方式，混合动力系统主要分为三类，一是串联式混合动力系统，二是并联式混合动力系统,三是混联式混合动力系统。
[0004]现有混合动力汽车配有高压电池和12V低压电池，并具有对应的高压电机和低压启动机，在高压电池能力较高的时候使用高压电机启动发动机，在高压电池能力较低时使用低压(12V)启动机实现发动机启动。但是混合动力汽车中同时使用2个电机既增加了成本，也使发动机的前端轮系更加复杂，增加动力系统重量，增加能耗。同时高压电机启动发动机与低压启动机启动发动机的效果差异明显，主观感受差别明显，不利于车辆性能一致性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的之一在于提供一种混合动力汽车的发动机启动系统，使用依靠一个高压ISG电机实现所有工况下的混合动力汽车发动机快速启动，避免了使用传统12V起动机时过长时间的启动等待，实现灵活快速的停车自动启停功能，又充分利用混合动力汽车已有的闻压电机，减少零部件。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种混合动力汽车的发动机启动方法。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种混合动力汽车的发动机启动系统，包含高压电池，发动机，ISG (Integrated Starter and Generator,集成式起动机与发电机)，BMS (Battery Management System,电池管理系统)，EMS (Engine ManagementSystem,发动机管理系统)，电机控制器，HCU (Hybrid Control Unit,混合动力整车控制系统)，其中，所述发动机与所述ISG刚性连接，所述ISG从所述高压电池获取能量，所述HCU通过所述电机控制器控制所述ISG，通过所述BMS获得电池信息，通过所述EMS获得发动机信息，所述HCU通过电池信息以及发动机信息确定启动目标转速及开始喷油和/或点火转速和是否请求所述BMS短时间放松电池放电能力限制，并指令所述电机控制器将所述发动机与所述ISG拖动到目标转速并维持，所述HCU通过所述电机控制器反馈的扭矩及所述EMS反馈的发动机状态确定启动是否结束。
[0008]进一步地,本发明的混合动力车的发动机启动系统中，所述电池信息包括电池放电能力及核电状态。
[0009]进一步地,本发明的混合动力车的发动机启动系统中，所述发动机信息包括发动机冷却水温。
[0010]进一步地，本发明的混合动力车的发动机启动系统中，所述HCU通过电池信息以及发动机信息确定启动目标转速及开始喷油和/或点火转速和是否请求所述BMS短时间放松电池放电能力限制是这样实现的:首先所述HCU接收所述BMS反馈的电池放电能力以及荷电状态信息，当电池放电能力受限或荷电状态过低时，所述HCU向所述BMS发出短时间放松电池放电能力限制请求，同时设置较低的启动目标转速及开始喷油和/或点火转速区间VI，接收所述EMS反馈的发动机冷却水温信息，在Vl区间中确定启动目标转速和开始喷油和/或点火转速，所述发动机冷却水温越高，设定启动目标转速和开始喷油或和/或点火转速越高，当电池放电能力以及荷电状态均正常的情况下，设置较高的启动目标转速及开始喷油和/或点火转速区间V2，接收所述EMS反馈的发动机冷却水温信息，在V2区间中确定启动目标转速和开始喷油和/或点火转速，所述发动机冷却水温越高设定启动目标转速和开始喷油和/或点火转速越高。
[0011]一种混合动力车的发动机启动方法，包含以下步骤:第一步:HCU收集BMS及EMS所反馈的电池放电能力及核电状态及发动机冷却水温信息；第二步:所述HCU判断信息，确定启动目标转速及开始喷油和/或点火转速和是否请求所述BMS短时间放松电池放电能力限制；第三步:所述HCU指令电机控制器将发动机与ISG拖动到目标转速并维持；第四步:所述HCU通过所述电机控制器反馈的扭矩及所述EMS反馈的发动机状态确定启动是否结束。
[0012]进一步地，本发明的混合动力车的发动机启动方法中，所述第二步是这样实现的:所述HCU判断信息，当电池放电能力受限或荷电状态过低时，向所述BMS发出短时间放松电池放电能力限制请求，同时设置较低的启动目标转速及开始喷油和/或点火转速区间VI，接收所述EMS反馈的发动机冷却水温信息，在Vl区间中确定启动目标转速和开始喷油和/或点火转速，所述发动机冷却水温越高设定启动目标转速和开始喷油和/或点火转速越高，当电池放电能力以及荷电状态均正常的情况下，设置较高的启动目标转速及开始喷油和/或点火转速区间V2，接收所述EMS反馈的发动机冷却水温信息，在V2区间中确定启动目标转速和开始喷油和/或点火转速，所述发动机冷却水温越高设定启动目标转速和开始喷油和/或点火转速越高。
[0013]采用本发明中的混合动力汽车的发动机启动系统和方法，与现有启动系统相比，本发明的启动系统不包含低压12V/24V的传统启动机，即使在低温环境下，也利用ISG启动发动机。本发明的启动系统可以在正常工况下，快速、高校、平顺的起动发动机，同时在极端工况下，也能最大程度的提供发动机的起动能力。本发明仅利用混合动力汽车动力系统中的部件，不需要传统的起动电机及相应的线束，降低了成本、重量。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的混合动力汽车发动机快速启动系统框图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。
[0016]图1显示了本发明的混合动力汽车发动机快速启动系统，其包括发动机2，与发动机2刚性连接的高压集成启动发电机(Integrated Starter and Generator,亦称为集成式起动机与发电机，一般简称ISG) 3，以及与ISG 3通过高压线束相连的高压电池1，还包括整车控制器(Hybrid Control Unit,亦称为混合动力整车控制系统，一般简称HCU) 7，连接HCU 7与ISG 3的电机控制器6，连接HCU 7与发动机2的发动机管理系统(EngineManagement System, 一般简称 EMS) 5,以及电池管理系统(Battery Management System,一般简称BMS) 4，BMS 4分别与高压电池1、电机控制器6和HCU 7相连。
[0017]与现有启动系统相比，本发明的启动系统不包含低压12V/24V的传统启动机，即使在低温环境下，也利用ISG启动发动机。
[0018]其中，HCU 7根据从BMS 4和EMS 5获得的信息确定发动机启动所处的工况，通常包括两种状况:1、电池放电能力以及荷电状态正常；2、电池放电能力受限或荷电状态过低。
[0019]情况之一:在电池放电能力以及荷电状态正常的情况下，即电池放电能力高于启动发动机所需电动率以及电池荷电状态在电池名义工作区间内。此处所说的“名义工作区间”为电池设计DOD范围内，如能量型锂电池一般为159TlOO%SOC。在这种情况下，本发明的混合动力汽车发动机启动方法如下所述。
[0020]步骤1:HCU 7确定发动机启动的目标转速以及开始喷油及/或点火的转速。
[0021]由发动机冷却水温确定基础目标转速以及喷油点火转速，冷却水温较高时，使用较高的目标转速和喷油点火转速，为了高效的启动发动机，设定的目标转速和喷油点火转速均明显高于发动机的最低稳定怠速。在一个实施方式中，较高的目标转速是指远高于传统发动机自主启动转速，一般达到传统发动机启动过程启动转速曲线的最高转速区间，如100(Tl300rpm。
[0022]根据发动机启动后可能的运行工况修正该目标转速，如启动发动机后需要接入传动系统的，启动目标转速向当前变速箱输入轴转速修正。
[0023]步骤2 =HCU 7通过电机控制器6控制高压集成启动发电机3，将发动机2和ISG 3一起拖动到发动机启动目标转速并维持该转速。
[0024]步骤3:在转速控制的过程中，在发动机2转速高于计算的喷油或(及)点火转速后，指令EMS 5使发动机进入工作模式，并保持该指令，即使发动机转速再次低于喷油点火速度。
[0025]步骤4:当HCU 7检测到电机控制器6用于速度控制的扭矩小于发动机自身的摩擦阻力扭矩一定数值时，并且EMS 5检测到发动机2成功喷油点火一定次数后，发动机启动过程结束。
[0026]步骤5:判定发动机启动过程的总时间是否超过设定的时间T，当总时间超过限值T时，取消发动机启动过程，可以立即重试启动，即返回步骤I。如果没有超过时间T即为启动成功，发动机启动过程结束。
[0027]重试启动的次数在一个钥匙循环中被限制，一般限制为2?4次。
[0028]总时间限值与发动机冷却水温度相关，冷却水温度越低，限值越大。
[0029]情况之二:在电池放电能力受限或荷电状态过低的情况下，即电池放电能力低于启动发动机所需的电功率或者电池的荷电状态低于电池名义工作区间的下限时，本发明发动机启动方法如下所述。
[0030]步骤1:HCU 7根据发动机冷却水温度设定一个较低的发动机启动目标转速以及开始喷油或(及)点火的发动机转速。
[0031]喷油或(及)点火转速根据当前发动机冷却水温度下，发动机通过喷油或(及)点火能够自主的进入稳定工作的最低转速确定。启动目标转速高于喷油或(及)点火转速，略低于最低稳定怠速转速。
[0032]步骤2:确定目标转速和喷油点火转速后，HCU 7向BMS 4发出请求，短时间放松电池放电能力限制至启动发动机所需的最小电功率。
[0033]步骤3 =HCU 7指令电机控制器6对ISG 3进行速度控制，将发动机2与ISG 3 —起拖动到发动机启动的目标转速并试图维持该转速。
[0034]步骤4:在转速控制的过程中，在发动机2转速高于计算的喷油或(及)点火转速后，指令EMS 5使发动机进入工作模式，并保持该指令，即使发动机转速再次低于喷油点火速度。
[0035]步骤5:当HCU 7检测到电机控制器6用于速度控制的扭矩小于发动机自身的摩擦阻力扭矩一定数值时，并且EMS 5检测到发动机2成功喷油点火一定次数后，发动机启动过程结束。同时取消对BMS 4的放松电池放电能力限制的请求。
[0036]设定一个计时器用于检测发动机启动过程的总时间，当总时间超过限值时，取消发动机启动过程。总时间限值与发动机冷却水温度相关，冷却水温度越低，限值越大。
[0037]若发动机启动过程被取消，则撤销对ISG 3的转速控制，撤销对BMS 4的放松电池放电能力限制的请求。
[0038]若发动机启动过程失败，则在电池没有能够得到外接充电或者电池放电功率限制没有恢复的情况下，仅允许此发动机启动过程尝试一定次数。
[0039]无论情况I或者情况2，若ISG电机在指定时间内没有实现速度控制的目标速度，并且也没有达到喷油或(及)点火的最低转速时，只要发动机的转速能够被EMS识别，并且完成同步，HCU也指令发动机进入正常工作模式，尝试自主启动。
[0040]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种混合动力汽车的发动机启动系统，包含高压电池(1)，发动机(2)，ISG (3)，BMS(4), EMS (5)，电机控制器(6)，HCU (7)，其特征在于:所述发动机(2)与所述ISG (3)刚性连接，所述ISG (3)从所述高压电池(I)获取能量，所述HCU (7)通过所述电机控制器(6)控制所述ISG (3)，通过所述BMS (4)获得电池信息，通过所述EMS (5)获得发动机信息，所述HCU (7)通过电池信息以及发动机信息确定启动目标转速及开始喷油和/或点火转速和是否请求所述BMS4短时间放松电池放电能力限制，并指令所述电机控制器(6)将所述发动机(2)与所述ISG (3)拖动到目标转速并维持，所述HCU (7)通过所述电机控制器(6)反馈的扭矩及所述EMS (5)反馈的发动机状态确定启动是否结束。
2.根据权利要求1所述混合动力汽车的发动机启动系统，其特征在于，所述电池信息包括电池放电能力及核电状态。
3.根据权利要求1所述混合动力汽车的发动机启动系统，其特征在于，所述发动机信息包括发动机冷却水温。
4.根据权利要求1，2或3所述的混合动力汽车的发动机启动系统，其特征在于，所述HCU (7)通过电池信息以及发动机信息确定启动目标转速及开始喷油和/或点火转速，以及是否请求所述BMS (4)短时间放松电池放电能力限制是这样实现的:首先所述HCU (7)接收所述BMS (4)反馈的电池放电能力以及荷电状态信息，当电池放电能力受限或荷电状态过低时，所述HCU (7)向所述BMS (4)发出短时间放松电池放电能力限制请求，同时设置较低的启动目标转速及开始喷油和/或点火转速区间VI,接收所述EMS (5)反馈的发动机冷却水温信息，在Vl区间中确定启动目标转速和开始喷油和/或点火转速，所述发动机冷却水温越高，设定启动目标转速和开始喷油或和/或点火转速越高，当电池放电能力以及荷电状态均正常的情况下，设置较高的启动目标转速及开始喷油和/或点火转速区间V2，接收所述EMS (5)反馈的发动机冷却水温信息，在V2区间中确定启动目标转速和开始喷油和/或点火转速，所述发动机冷却水温越高设定启动目标转速和开始喷油和/或点火转速越闻。
5.根据权利要求4所述混合动力汽车的发动机启动系统，其特征在于，根据发动机启动后可能的运行工况修正该目标转速，如启动发动机后需要接入传动系统的，启动目标转速向当前变速箱输入轴转速修正。
6.根据权利要求1所述混合动力汽车的发动机启动系统，其特征在于，所述系统还包括一个计时器用于检测发动机启动过程的总时间，当总时间超过限值时，取消发动机启动过程。
7.根据权利要求6所述混合动力汽车的发动机启动系统，其特征在于，所述总时间限值与发动机冷却水温度相关，冷却水温度越低，限值越大。
8.一种混合动力汽车的发动机启动方法，其特征在于，包含以下步骤: 第一步:HCU (7)收集BMS (4)及EMS (5)所反馈的电池放电能力及核电状态及发动机冷却水温信息； 第二步:所述HCU (7)判断信息，确定启动目标转速及开始喷油和/或点火转速和是否请求所述BMS (4)短时间放松电池放电能力限制； 第三步:所述HCU (7)指令电机控制器(6)将发动机(2)与ISG (3)拖动到目标转速并维持； 第四步:所述HCU (7)通过所述电机控制器(6)反馈的扭矩及所述EMS (5)反馈的发动机状态确定启动是否结束。
9.根据权利要求8所述的混合动力汽车的发动机启动方法，其特征在于，所述第二步是这样实现的:所述HCU(7)判断信息，当电池放电能力受限或荷电状态过低时，向所述BMS(4)发出短时间放松电池放电能力限制请求，同时设置较低的启动目标转速及开始喷油和/或点火转速区间VI，接收所述EMS (5)反馈的发动机冷却水温信息，在Vl区间中确定启动目标转速和开始喷油和/或点火转速，所述发动机冷却水温越高设定启动目标转速和开始喷油和/或点火转速越高，当电池放电能力以及荷电状态均正常的情况下，设置较高的启动目标转速及开始喷油和/或点火转速区间V2，接收所述EMS (5)反馈的发动机冷却水温信息，在V2区间中确定启动目标转速和开始喷油和/或点火转速，所述发动机冷却水温越高设定启动目标转速和开始喷油和/或点火转速越高。
10.根据权利要求8所述的混合动力汽车的发动机启动方法，其特征在于，根据发动机启动后可能的运行工况修正该目标转速，如启动发动机后需要接入传动系统的，启动目标转速向当前变速箱输入轴转速修正。
11.根据权利要求8所述的混合动力汽车的发动机启动方法，其特征在于，所述方法还包括设置一个计时器用于检测发动机启动过程的总时间，当总时间超过限值时，取消发动机启动过程。
12.根据权利要求11所述的混合动力汽车的发动机启动方法，其特征在于，所述总时间限值与发动机冷却水温度相关，冷却水温度越低，限值越大。
【文档编号】F02N11/00GK104421089SQ201310410833
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】朱军, 孙俊, 顾铮珉, 邱巍, 张霏霏 申请人:上海汽车集团股份有限公司