一种可助力及回收制动能量的汽车起停系统的制作方法
【专利摘要】一种可助力及回收制动能量的汽车起停系统，属于汽车控制装置领域。单向降压变换器的第一端口为输出端口同时与蓄电池和起动机连接；单向降压变换器的第二端口为输入端口同时与超级电容、BSG单元中电机控制器的直流端连接；BSG单元中的电机为交流电机，与电机控制器的交流端连接；电机是通过皮带与发动机连接的电动/发电一体化电机，电机与电机控制器构成BSG单元，电机控制器可双向传递电能。本发明除实现发动机起停功能外，还能有效提供助力及回收汽车的制动能量，同时降低了系统成本。
【专利说明】一种可助力及回收制动能量的汽车起停系统
【技术领域】
[0001]本发明属于汽车控制装置范围，尤其是一种汽车起停系统，特别是一种可为发动机提供助力并能够回收汽车制动能量的起停系统。
【背景技术】
[0002]随着保有量的快速增加，汽车发动机的能耗和排放问题日益突出。德国博世等公司推出了起停系统，通过加大起动电机转矩提升发动机起动速度，实现怠速自动停机功能，用以降低短时停车的油耗和排放。
[0003]但是现有起停系统功能还不完备,依然存在一定不足,如:频繁起动发动机需要匹配高性能蓄电池，增加了成本；蓄电池短时大电流充电能力有限，难以有效回收车辆的制动能量；低电压蓄电池供电的电机系统功率小，无法为发动机有效提供助力。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种可回收制动能量、能有效提高蓄电池寿命并具备为发动机提供短时助力的汽车起停系统。
[0005]本发明采用如下技术方案:
[0006]可助力及回收制动能量的汽车起停系统，其特征在于:包括有蓄电池、电机和电机控制器组成的BSG单元、超级电容、单向降压变换器、起动机、起停系统控制器；其中:
[0007]单向降压变换器的输出端口同时与蓄电池和起动机连接；单向降压变换器的输入端口同时与超级电容、BSG单元中电机控制器的直流端连接；BSG单元中的电机为交流电机，与电机控制器的交流端连接；电机是通过皮带与发动机连接的电动/发电一体化电机，电机与电机控制器构成BSG单元，电机控制器可双向传递电能；起停系统控制器通过总线分别与电机控制器及单向降压变换器连接。
[0008]所述的单向降压变换器具有由其输入端口到输出端口方向的降压能力，其输入端口的输入电压vMP=vbat+x，其中Vbat为输出端口电压，X为输入端口和输出端口电压差；单向降压变换器还具有非降压模式，此时，输出端口电压Vbat和输入端口电压Vmp不会相互影响，两个端口之间无能量交换。
[0009]所述的系统正常工作时，超级电容电压等于输入端口电压Veap，蓄电池电压等于输出端口电压Vbat，即超级电容电压高于蓄电池电压，二者差值为输入端口与输出端口电压差X;电机控制器直流端口输出电压范围为O?vbat+x。
[0010]起停系统控制器通过发送控制指令分别给电机控制器及单向降压变换器确定二者的工作模式，进而实现能量在起停系统中的流向控制。
[0011]本发明的系统的工作过程如下:
[0012]发动机冷起动时，蓄电池为起动机供电，单向降压变换器工作于非降压模式，BSG单元与超级电容之间无能量交换。
[0013]蓄电池储能不足正常充电时，超级电容通过单向降压变换器为蓄电池充电；蓄电池和起动机之间无能量交换，起动机与单向降压变换器之间也无能量交换。
[0014]发动机热起动时，超级电容经BSG单元中的电机控制器为电机供电，电机处于电动运行模式；单向降压变换器工作于非降压模式，蓄电池和起动机之间无能量交换。
[0015]在超车及短时爬坡等工况下，汽车需要大扭矩驱动，此时，电机工作在电动状态为发动机提供助力。助力过程与发动机热起动过程的能量流向相同，但是助力过程中电机的转速更高、输出功率更大，因而要求超级电容提供的能量更多。
[0016]汽车制动时，BSG单元给超级电容充电，同时，BSG单元经单向降压变换器给蓄电池充电；蓄电池和起动机之间无能量交换，起动机与单向降压变换器之间也无能量交换。
[0017]超级电容储能不足正常充电时，BSG单元中的电机工作于发电状态，经电机控制器为超级电容充电，直至超级电容电压达到vbat+x;单向降压变换器工作于非降压模式，蓄电池和起动机之间无能量交换。
[0018]本发明的有益效果如下:超级电容承担大电流充放电功能，蓄电池除冷起动过程外无需大电流放电，可延长蓄电池寿命；只在冷起动时使用起动机及蓄电池大电流放电，目前大量应用的普通起动机和蓄电池即可满足使用要求，有助于降低系统成本；超级电容工作电压范围加大，储能能力强，可匹配大容量电机，除实现发动机起停功能外，还能有效回收汽车的制动能量，并可以为发动机提供辅助动力；所需单向降压变换器容量较小，利于降低系统成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是可助力及回收制动能量的汽车起停系统结构图。
[0020]图2是发动机冷起动过程起停系统能量流向示意图。
[0021 ] 图3是超级电容充电过程能量流向示意图。
[0022]图4为蓄电池充电过程能量流向示意图。
[0023]图5是发动机热起动及动力辅助过程能量流向示意图。
[0024]图6是制动过程能量流向示意图。
[0025]图中:1、蓄电池；2、BSG单元；3、超级电容；4、单向降压变换器；5、电机；6、电机控制器；7、起动机；8、起停系统控制器。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和【具体实施方式】对于本发明作进一步的说明:
[0027]可助力及回收制动能量的汽车起停系统结构如图1，由蓄电池1、包括电机5和电机控制器6在内的BSG单元2、超级电容3、单向降压变换器4、起动机7、起停系统控制器8组成。
[0028]单向降压变换器4的输出端口同时与蓄电池I和起动机7连接；单向降压变换器4的输入端口同时与超级电容3、BSG单元2中电机控制器6的直流端连接；BSG单元2中的电机5为交流电机，与电机控制器6的交流端连接；起停系统控制器8通过总线分别与电机控制器6及单向降压变换器4连接。
[0029]系统正常工作时，超级电容3的电压Veap高于蓄电池I的电压Vbat，二者差值为X，即VMP=Vbat+X。如，对于12V的蓄电池I，可选择超级电容3的工作电压在18V?30V。[0030]单向降压变换器4具有由其输入端口到输出端口方向的降压能力，其输入端口电压为Vbat+x，输出端口电压为Vbat。单向降压变换器4还具有非降压模式，此时，输出端口电压Vbat和输入端口电压Vmp不会相互影响，两个端口之间无能量交换。
[0031]电机5是通过皮带与发动机连接的电动/发电一体化电机(BSG),电机控制器6可双向传递电能。电机控制器6直流端口输出电压范围为O?Vbat+X。
[0032]起停系统控制器8通过发送控制指令分别给电机控制器6及单向降压变换器4确定二者的工作模式，进而实现能量在起停系统中的流向控制。
[0033]发动机冷起动时，能量流向如图2。蓄电池I为起动机7供电，单向降压变换器4工作于非降压模式，BSG单元2与超级电容3之间无能量交换。
[0034]超级电容3储能不足正常充电时，能量流向如图3。BSG单元2中的电机5工作于发电状态，经电机控制器6为超级电容3充电，直至超级电容3电压达到Vbat+X ；单向降压变换器4工作于非降压模式，蓄电池I和起动机7之间无能量交换。
[0035]蓄电池I储能不足正常充电时，能量流向如图4。超级电容3通过单向降压变换器4为蓄电池I充电，单向降压变换器4工作于降压状态；蓄电池I和起动机7之间无能量交换，起动机7与单向降压变换器4之间也无能量交换。
[0036]发动机热起动时，能量流向如图5。超级电容3经BSG单元2中的电机控制器6为电机5供电，电机5处于电动运行模式；单向降压变换器4工作于非降压模式,蓄电池I和起动机7之间无能量交换。
[0037]为发动机助力时，能量流向如图5，与发动机热起动过程的能量流向相同。
[0038]汽车制动时，能量流向如图6。BSG单元2中的电机5工作于发电状态，电机控制器6运行于整流状态；BSG单元2给超级电容3充电，同时，BSG单元2经单向降压变换器4给蓄电池I充电，单向降压变换器4工作于降压状态；蓄电池I和起动机7之间无能量交换，起动机7与单向降压变换器4之间也无能量交换。
【权利要求】
1.可助力及回收制动能量的汽车起停系统，其特征在于:包括有蓄电池、电机和电机控制器组成的BSG单元、超级电容、单向降压变换器、起动机、起停系统控制器；其中: 单向降压变换器的输出端口同时与蓄电池和起动机连接；单向降压变换器的输入端口同时与超级电容、BSG单元中电机控制器的直流端连接；BSG单元中的电机为交流电机，与电机控制器的交流端连接；电机是通过皮带与发动机连接的电动/发电一体化电机，电机与电机控制器构成BSG单元，电机控制器可双向传递电能；起停系统控制器通过总线分别与电机控制器及单向降压变换器连接。
2.根据权利要求1所述的可助力及回收制动能量的汽车起停系统，其特征在于:所述的单向降压变换器具有由其输入端口到输出端口方向的降压能力，其输入端口电压Vcap=VbaJX,其中Vbat为输出端口电压，X为输入端口和输出端口电压差；单向降压变换器还具有非降压模式，此时，输出端口电压Vbat和输入端口电压Vcap不会相互影响，两个端口之间无能量交换。
3.根据权利要求1所述的可助力及回收制动能量的汽车起停系统，其特征在于:所述的系统正常工作时，超级电容电压等于输入端口电压Vmp，蓄电池电压等于输出端口电压Vbat，即超级电容电压高于蓄电池电压，二者差值为输入端口与输出端口电压差X ;电机控制器直流端口输出电压范围为O?Vbat+X。
4.根据权利要求1所述的可助力及回收制动能量的汽车起停系统，其特征在于:所述的起停系统控制器通过发送控制指令分别给电机控制器及单向降压变换器确定二者的工作模式，进而实现能量在起停系统中的流向控制；发动机冷起动时，蓄电池为起动机供电；蓄电池储能不足时，超级电容通过单向降压变换器为蓄电池充电；发动机热起动及助力时，超级电容经BSG单元中的电机控制器为电机供电；汽车制动时，BSG单元给超级电容充电，同时，BSG单元经单向降压变换器给蓄电池充电。
5.根据权利要求1所述的可助力及回收制动能量的汽车起停系统，其特征在于:所述的超级电容储能不足正常充电时，BSG单元中的电机经电机控制器为超级电容充电，直至超级电容电压达到Vbat+X。
【文档编号】H02J7/14GK103538482SQ201310470334
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月7日 优先权日:2013年10月7日
【发明者】许家群, 蒋杰, 吴跃乐 申请人:北京工业大学