一種基于水緩速器的混合動(dòng)力汽車(chē)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專(zhuān)利涉及混合動(dòng)力汽車(chē)能量管理與熱管理技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于水緩速器的混合動(dòng)力汽車(chē)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境溫度對(duì)動(dòng)力電池的性能和壽命有重要影響。動(dòng)力電池環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)，動(dòng)力電池內(nèi)部不可逆物質(zhì)生成加快，這些不可逆的物質(zhì)生成會(huì)減少電池的使用循環(huán)次數(shù)；環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，也會(huì)加速不可逆物質(zhì)的生成，從而影響電池的使用壽命。動(dòng)力電池環(huán)境溫度過(guò)低不僅影響其使用壽命，而且會(huì)影響動(dòng)力電池的充放電容量，甚至導(dǎo)致混合動(dòng)力汽車(chē)啟動(dòng)困難。電池在低溫條件下工作時(shí)，電池的可充入容量和可放出的容量均降低，影響混合動(dòng)力汽車(chē)的續(xù)駛里程。現(xiàn)有的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)主要是利用PTC加熱器對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行加熱，使其適應(yīng)低溫環(huán)境的使用，但PTC加熱器加熱能力較差，導(dǎo)致混合動(dòng)力汽車(chē)在嚴(yán)寒氣候下啟動(dòng)困難。
[0003]同時(shí)，動(dòng)力電池固有工作特性對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)制動(dòng)能量回收性能也產(chǎn)生重要影響。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電時(shí)，需要選擇合理的充電區(qū)間，即控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)在發(fā)電狀態(tài)下的輸出功率，避免因充電電流過(guò)大或充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而損害動(dòng)力電池；在混合動(dòng)力汽車(chē)制動(dòng)能量回收過(guò)程必須在動(dòng)力電池合理的SOC區(qū)間內(nèi)，當(dāng)動(dòng)力電池SOC接近上限時(shí)，通常關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)電功能，防止動(dòng)力電池SOC超過(guò)上限值。
[0004]綜上所述，目前混合動(dòng)力汽車(chē)性能的提升存在兩個(gè)主要問(wèn)題:1.在嚴(yán)寒氣候下，由于對(duì)動(dòng)力電池加熱困難，此時(shí)工作對(duì)動(dòng)力電池?fù)p害較大，會(huì)導(dǎo)致混合動(dòng)力汽車(chē)起步困難；
2.由于動(dòng)力電池固有工作特性的限制，導(dǎo)致混合動(dòng)力汽車(chē)回收制動(dòng)能量的效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的為了解決現(xiàn)有的混合動(dòng)力汽車(chē)在嚴(yán)寒氣候下起步困難，以及由于動(dòng)力電池固有工作特性的限制導(dǎo)致混合動(dòng)力汽車(chē)回收制動(dòng)能量的效率較低的問(wèn)題，提供一種基于水緩速器的混合動(dòng)力汽車(chē)及其控制方法，能夠使得混合動(dòng)力汽車(chē)在嚴(yán)寒環(huán)境下順利起步，同時(shí)在行駛過(guò)程中顯著提高混合動(dòng)力汽車(chē)制動(dòng)能量回收的效率。
[0006]本發(fā)明涉及的基于水緩速器的混合動(dòng)力汽車(chē)采用的技術(shù)方案是:
混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、動(dòng)力電池3、發(fā)動(dòng)機(jī)4、水緩速器5、離合器13、動(dòng)力耦合器14、變速器15、車(chē)橋16。發(fā)動(dòng)機(jī)4與水緩速器5串聯(lián)連接，發(fā)動(dòng)機(jī)4輸出軸與水緩速器5的動(dòng)輪輸入軸連接，同時(shí)水緩速器5的動(dòng)輪輸出軸通過(guò)離合器13與動(dòng)力耦合器14的第一輸入軸相連接。驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的輸出軸與動(dòng)力稱(chēng)合器14的第二輸入軸連接。動(dòng)力耦合器14的輸出軸與變速器15的輸入軸連接，同時(shí)變速器15的輸出軸與車(chē)橋16連接。
[0007]混合動(dòng)力汽車(chē)的熱管理系統(tǒng)包括散熱器1、冷卻風(fēng)扇6、主路水泵7、第二開(kāi)關(guān)閥8、第一開(kāi)關(guān)閥9、旁路水泵10、冷卻管路11、水緩速器控制閥12。驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、動(dòng)力電池3、發(fā)動(dòng)機(jī)4的冷卻水套以及水緩速器5的工作腔與散熱器I的連接方式為并聯(lián)連接。散熱器I的出水口分別通過(guò)冷卻管路11與驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、動(dòng)力電池3、發(fā)動(dòng)機(jī)4冷卻水套以及水緩速器5工作腔的進(jìn)水口連接。在散熱器I的進(jìn)水口通過(guò)冷卻管路11與主路水泵7出口相連。冷卻風(fēng)扇6安裝在散熱器I內(nèi)側(cè)。水緩速器5工作腔的出水口通過(guò)水緩速器控制閥12與發(fā)動(dòng)機(jī)4的冷卻水套出水口相連。發(fā)動(dòng)機(jī)4的冷卻水套出水口通過(guò)第一開(kāi)關(guān)閥9與動(dòng)力電池3的冷卻水套出水口連接。動(dòng)力電池3的冷卻水套出水口通過(guò)冷卻管路11直接與主路水泵7進(jìn)口連接。驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的冷卻水套出水口通過(guò)第二開(kāi)關(guān)閥8與主路水泵7進(jìn)口連接。旁路水泵10進(jìn)口通過(guò)冷卻管路11與發(fā)動(dòng)機(jī)4的冷卻水套出水口連接，旁路水泵10出口通過(guò)冷卻管路11與動(dòng)力電池3的冷卻水套出水口連接。
[0008]本發(fā)明涉及的基于水緩速器的混合動(dòng)力汽車(chē)的控制方法采用的技術(shù)方案是包括如下步驟:
當(dāng)混合動(dòng)力汽車(chē)在嚴(yán)寒環(huán)境中起步時(shí)，進(jìn)入低溫起步模式。首先進(jìn)入低溫起步模式第一階段，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)4，關(guān)閉離合器13，發(fā)動(dòng)機(jī)4開(kāi)始熱機(jī)。開(kāi)啟旁路水泵10和水緩速器控制閥12，循環(huán)冷卻水進(jìn)入水緩速器5工作腔，水緩速器5啟動(dòng)。通過(guò)控制水緩速器控制閥12的占空比，以控制流經(jīng)水緩速器5工作腔的冷卻液流量，最終獲得需求的水緩速器5輸出制動(dòng)力矩。利用水緩速器5的輸出力矩模擬發(fā)動(dòng)機(jī)4的負(fù)載,使發(fā)動(dòng)機(jī)4工作在高效區(qū)間內(nèi)。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)4冷卻水套和水緩速器5工作腔中的高溫冷卻水流經(jīng)動(dòng)力電池3冷卻水套，開(kāi)始給動(dòng)力電池3預(yù)熱。
[0009]當(dāng)動(dòng)力電池3的溫度達(dá)到使用要求后，開(kāi)始給驅(qū)動(dòng)電機(jī)2預(yù)熱。進(jìn)入低溫起步模式第二階段，第二開(kāi)關(guān)閥8開(kāi)啟，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)4冷卻水套和水緩速器5工作腔中的高溫冷卻水流經(jīng)動(dòng)力電池3和驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的冷卻水套，開(kāi)始給驅(qū)動(dòng)電機(jī)2預(yù)熱。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的溫度也達(dá)到使用要求后，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)4 ;旁路水泵10將水緩速器5中的冷卻水全部抽盡后，關(guān)閉旁路水泵10和水緩速器控制閥12，水緩速器5停止工作。
[0010]當(dāng)混合動(dòng)力汽車(chē)進(jìn)入純電動(dòng)模式或制動(dòng)能量回收模式時(shí),驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、動(dòng)力電池3工作。開(kāi)啟主路水泵7、冷卻風(fēng)扇6和第二開(kāi)關(guān)閥8，驅(qū)動(dòng)電機(jī)2和動(dòng)力電池3冷卻水套中的高溫冷卻水，被主路水泵7加壓進(jìn)入散熱器I中。高溫冷卻水在散熱器I中被冷卻風(fēng)扇6降溫，然后重新流入驅(qū)動(dòng)電機(jī)2和動(dòng)力電池3冷卻水套中。
[0011]當(dāng)混合動(dòng)力汽車(chē)進(jìn)入純發(fā)動(dòng)機(jī)模式時(shí)，離合器13結(jié)合，發(fā)動(dòng)機(jī)4工作。開(kāi)啟主路水泵7、冷卻風(fēng)扇6和第一開(kāi)關(guān)閥9，發(fā)動(dòng)機(jī)4冷卻水套中的高溫冷卻水，被主路水泵7加壓進(jìn)入散熱器I中。高溫冷卻水在散熱器I中被冷卻風(fēng)扇6降溫，然后重新流入發(fā)動(dòng)機(jī)4冷卻水套中。
[0012]當(dāng)混合動(dòng)力汽車(chē)進(jìn)入混合驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，離合器13結(jié)合，驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、動(dòng)力電池3、發(fā)動(dòng)機(jī)4工作。開(kāi)啟主路水泵7、冷卻風(fēng)扇6、第二開(kāi)關(guān)閥8和第一開(kāi)關(guān)閥9，驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、動(dòng)力電池3及發(fā)動(dòng)機(jī)4冷卻水套中的高溫冷卻水，被主路水泵7加壓進(jìn)入散熱器I中。高溫冷卻水在散熱器I中被冷卻風(fēng)扇6降溫，然后重新流入驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、動(dòng)力電池3及發(fā)動(dòng)機(jī)4冷卻水套中。
[0013]當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在發(fā)電狀態(tài)下的輸出功率大于動(dòng)力電池的最大充電功率，或動(dòng)力電池SOC接近上限，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)在發(fā)電狀態(tài)下的輸出功率過(guò)大，會(huì)使動(dòng)力電池SOC超過(guò)上限值時(shí)，混合動(dòng)力汽車(chē)進(jìn)入復(fù)合制動(dòng)模式時(shí)，離合器13結(jié)合，驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、動(dòng)力電池3、水緩速器5工作。驅(qū)動(dòng)電機(jī)2輸出的制動(dòng)功率等于在動(dòng)力電池3允許的最大充電功率,而剩余的制動(dòng)功率由水緩速器5提供。
[0014]開(kāi)啟主路水泵7、冷卻風(fēng)扇6、第二開(kāi)關(guān)閥8、第一開(kāi)關(guān)閥9和水緩速器控制閥12，驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、動(dòng)力電池3冷卻水套及水緩速器5工作腔中的高溫冷卻水，被主路水泵7加壓進(jìn)入散熱器I中。高溫冷卻水在散熱器I中被冷卻風(fēng)扇6降溫，然后重新流入驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、動(dòng)力電池3冷卻水套及水緩速器5工作腔中。
[0015]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)與水緩速器加熱冷卻水，并利用冷卻水循環(huán)將熱量傳遞給對(duì)動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使得混合動(dòng)力汽車(chē)在嚴(yán)寒氣候下能夠順利起步，提高動(dòng)力電池的使用性能和壽命;
2.在低溫起步模式下使用水緩速器模擬發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，不僅可以加速動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的加熱，同時(shí)也提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性；
3.利用水緩速器分擔(dān)一部分驅(qū)動(dòng)電機(jī)的制動(dòng)功率，使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)回收制動(dòng)能量不再受動(dòng)力電池固有工作特性的限制，顯著提高混合動(dòng)力汽車(chē)的制動(dòng)能量回收效率。
[0016]
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1:混合動(dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖2:混合動(dòng)力汽車(chē)熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖3:低溫起步模式第一階段混合動(dòng)力汽車(chē)熱管理系統(tǒng)工作狀態(tài)圖圖4:低溫起步模式第二階段混合動(dòng)力汽車(chē)熱管理系統(tǒng)工作狀態(tài)圖圖5:純電動(dòng)模式或制動(dòng)能量回收模式下混合動(dòng)力汽車(chē)熱管理系統(tǒng)工作狀態(tài)圖圖6:純發(fā)動(dòng)機(jī)模式下混合動(dòng)力汽車(chē)熱管理系統(tǒng)工作狀態(tài)圖圖7:混合驅(qū)動(dòng)模式下混合動(dòng)力汽車(chē)熱管理系統(tǒng)工作狀態(tài)圖圖8:復(fù)合制動(dòng)模式下混合動(dòng)力汽車(chē)熱管理系統(tǒng)工作狀態(tài)圖
附圖標(biāo)注說(shuō)明:1_散熱器；2_驅(qū)動(dòng)電機(jī)；3_動(dòng)力電池；4_發(fā)動(dòng)機(jī)；5_水緩速器；6-冷卻風(fēng)扇；7_主路水泵；8_第二開(kāi)關(guān)閥；9_第一開(kāi)關(guān)閥；10_旁路水泵；11_冷卻管路；12_水緩速器控制閥；13-離合器；14-動(dòng)力耦合器；15-變速器；16_車(chē)橋。
具體實(shí)施方法
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的基于水緩速器的混合動(dòng)力汽車(chē)具體結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步說(shuō)明:
如圖1所示，混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、動(dòng)力電池3、發(fā)動(dòng)機(jī)4、水緩速器5、離合器13、動(dòng)力稱(chēng)合器14、變速器15、車(chē)橋16。
[0018]發(fā)動(dòng)機(jī)4與水緩速器5串聯(lián)連接，發(fā)動(dòng)機(jī)4輸出軸與水緩速器5的動(dòng)輪輸入軸連接，同時(shí)水緩速器5的動(dòng)輪輸出軸通過(guò)離合器13與動(dòng)力耦合器14的第一輸入軸相連接。驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的輸出軸與動(dòng)力I禹合器14的第二輸入軸連接。動(dòng)力I禹合器14的輸出軸與變速器15的輸入軸連接，同時(shí)變速器15的輸出軸與車(chē)橋16連接。
[0019]如圖2所示，混合動(dòng)力汽車(chē)的熱管理系統(tǒng)包括散熱器1、冷卻風(fēng)扇6、主路水泵7、第二開(kāi)關(guān)閥8、第一開(kāi)關(guān)閥9、旁路水泵10、冷卻管路11、水緩速器控制閥12。
[0020]驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、動(dòng)力電池3、發(fā)動(dòng)機(jī)4的冷卻水套以及水緩速器5的工作腔與散熱器I的連接方式均為并聯(lián)連接。散熱器I的出水口分別通過(guò)冷卻管路11與驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、動(dòng)力電池3、發(fā)動(dòng)機(jī)4冷卻水套以及水緩速器5工作腔的進(jìn)水口連接。在散熱器I的進(jìn)水口通過(guò)冷卻管路11與主路水泵7出口相連。冷卻風(fēng)扇6安裝在散熱器I內(nèi)側(cè)。
[0021]水緩速器5工作腔的出水口通過(guò)水緩速器控制閥12與發(fā)動(dòng)機(jī)4的冷卻水套出水口相連。發(fā)動(dòng)機(jī)4的冷卻水套出水口通過(guò)第一開(kāi)關(guān)閥9與動(dòng)力電池3的冷卻水套出水口連接。動(dòng)力電池3的冷卻水套出水口通過(guò)冷卻管路11直接與主路水泵7進(jìn)口連接。驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的冷卻水套出水口通過(guò)第二開(kāi)關(guān)閥8與主路水泵7進(jìn)口連接。旁路水泵10進(jìn)口通過(guò)冷卻管路11與發(fā)動(dòng)機(jī)4的冷卻水套出水口連接，旁路水泵10出口通過(guò)冷卻管路11與動(dòng)力電池3的冷卻水套出水口連接。
[0022]下面結(jié)合附圖來(lái)具體描述本發(fā)明所述的基于水緩速器的混合動(dòng)力汽車(chē)的控制方法。
[0023]汽車(chē)的主要運(yùn)行工況有起步、加速、巡航、爬