CN102267454B - 混合动力汽车冷启动控制系统和方法以及混合动力汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合动力汽车冷启动控制系统和方法以及混合动力汽车，其中系统包括：发动机管理模块，用于采集发动机参数；电机控制模块，与所述第一电机连接，用于采集所述第一电机的电机参数；电池管理模块，与所述电池连接，用于采集电池参数；混合动力控制模块，分别与所述发动机管理模块、电池管理模块和电机控制模块连接，用于根据所述发动机参数、电机参数和/或电池参数，控制切换启动第一电机或第二电机以驱动所述发动机启动，所述第二电机的功率小于所述第一电机的功率。本发明实现了低温环境冷启动时对电机电池等的保护。

Description

混合动力汽车冷启动控制系统和方法以及混合动力汽车

技术领域

本发明涉及汽车控制技术，特别涉及一种混合动力汽车冷启动控制系统和方法以及混合动力汽车。

背景技术

近年来，为了大幅提高车辆燃油经济性和降低排放，节能与新能源汽车技术出现十分广泛，主要包括：混合动力技术、柴油机技术、天然气燃料技术、灵活燃料技术、纯电动技术、燃料电池技术。各项技术都取得了长足发展，特别是混合动力技术的发展尤为突出，而且混合动力技术是能最早获得规模产业化突破的技术。混合动力技术具有其他技术所不具备的居多优点，它既在一定程度上改善了燃油经济性和排放问题，又不依赖于基础便利设施的建设，更不受到续驶里程的限制。

现有技术的混合动力汽车中，其中包括功率较大的大电机即第一电机和功率比较小的小电机即第二电机，用于带动发动机启动；由于小电机在启动过程中噪声较大，一般采用大电机启动，该大电机由电池对其供电。但是存在的问题是，例如在东北等严寒地区，尤其是在特别低温的环境下进行冷启动时，目前仍然采用大电机启动，而由于低温环境下可能出现发动机阻力矩大等原因，容易造成对大电机和为其供电的电池的损害，降低其使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合动力汽车冷启动控制系统和方法以及混合动力汽车，以实现在低温环境下冷启动时保护电机电池。

本发明提供一种混合动力汽车冷启动控制系统，包括：

发动机管理模块，用于采集发动机参数；

电机控制模块，用于采集第一电机的电机参数；

电池管理模块，用于采集电池参数；

混合动力控制模块，分别与所述发动机管理模块、电池管理模块和电机控制模块连接，用于根据所述发动机参数、电机参数和/或电池参数，控制切换启动第一电机或第二电机以驱动所述发动机启动，所述第二电机的功率小于所述第一电机的功率。

本发明提供一种混合动力汽车，包括发动机、第一电机、第二电机和电池；所述电池与所述第一电机相连以进行供电；所述第二电机的功率小于所述第一电机的功率，所述第一电机和第二电机分别与所述发动机相连，用于驱动所述发动机启动，所述混合动力汽车还包括上述的混合动力汽车冷启动控制系统。

本发明提供一种混合动力汽车冷启动控制方法，包括：

步骤1、发动机管理模块采集发动机参数，电机控制模块采集第一电机的电机参数，电池管理模块采集电池参数；

步骤2、所述发动机管理模块、电池管理模块和电机控制模块分别将所述发动机参数、电机参数和电池参数传输至混合动力控制模块；

步骤3、所述混合动力控制模块根据所述发动机参数、电机参数和/或电池参数，控制切换启动所述第一电机或第二电机以驱动所述发动机启动，所述第二电机的功率小于所述第一电机的功率。

本发明的混合动力汽车冷启动控制系统和方法以及混合动力汽车，通过混合动力控制模块根据采集得到的发动机参数、电机参数和/或电池参数，控制大电机启动切换为小电机启动，解决了现有技术中存在的低温环境下冷启动可能造成对电机和电池损害的问题，实现了低温环境冷启动时对电机电池等的保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的混合动力汽车冷启动控制系统的机械结构示意图；

图2为本发明实施例提供的混合动力汽车冷启动控制系统的电器结构示意图；

图3为本发明实施例提供的混合动力汽车冷启动控制系统的工作原理流程图；

图4为本发明实施例提供的混合动力汽车冷启动控制方法的流程示意图。

附图标记说明：

11-第一电机；       12-发动机；          13-变速箱；

14-发动机管理模块； 15-电池；            16-电池管理模块；

17-电机控制模块；   18-混合动力控制模块；19-逆变器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的主要技术方案为，在混合动力汽车的冷启动控制系统中，利用混合动力控制模块，对采集得到的发动机参数、电机参数和/或电池等参数进行分析，并根据上述参数控制切换启动第一电机或第二电机以驱动所述发动机启动，所述第二电机的功率小于所述第一电机的功率，从而实现了在低温环境下对第一电机和电池的保护，有效避免了对电机电池等部件的损害。

下面通过附图和具体实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例一

图1为本发明实施例提供的混合动力汽车冷启动控制系统的机械结构示意图，图2为本发明实施例提供的混合动力汽车冷启动控制系统的电器结构示意图。

参见图1所示的机械结构，混合动力汽车中可以包括发动机、第一电机11和第二电机，其中，第一电机11的功率较大，可以为大约10～15KW，第二电机的功率较小。第一电机11设置于发动机12和变速箱13之间。发动机12的曲轴与第一电机11的转子相连，第一电机11转子的另一端与变速箱13的输入轴相连；第一电机11的定子一端与发动机12的端面相连，另一端与变速箱13的壳体相连。

参见图2所示的电器结构，本实施例的混合动力汽车冷启动控制系统包括发动机管理模块(Engine Management System，简称：EMS)14、电池15、电池管理模块(Battery Management System，简称：BMS)16、第一电机11、电机控制模块(Motor Control Unit，简称：MCU)17和混合动力控制模块18。电池管理模块16与电池15连接，用于采集电池15的相关状态参数；电机控制模块17与第一电机11连接，用于采集第一电机11的相关状态参数。

其中，混合动力控制模块18是整个混合动力汽车的核心控制部件，其可以通过整车CAN通讯与发动机管理模块14、电池管理模块16和电机控制模块17进行数据交换，并可以通过CAN通讯向上述三者分别发送控制指令。具体的，混合动力控制模块18可以通过CAN通讯与发动机管理模块14相连，获得发动机相关状态参数，如发动机转速、发动机扭矩等，并可以通过CAN通讯向发动机管理模块14发出控制指令，如调整发动机扭矩等。混合动力控制模块18也可以通过CAN通讯与电池管理模块16相连，获得电池相关状态参数，如电池温度、电池荷电状态等，并可以通过CAN通讯向电池管理模块16发出控制指令，如控制其正负端继电器吸合等。混合动力控制模块18还通过CAN通讯与电机控制模块17相连，获得电机相关状态参数，如电机转速、电机扭矩等，并可以通过CAN通讯向电机控制模块17发出控制指令，如控制电机在不同模式间转换等。

进一步的，电池15可以通过逆变器19向第一电机11提供动力源。逆变器19在第一电机11和电池15之间起到交流与直流之间转换的作用。当电池15向第一电机11提供驱动时，逆变器19可以将电池15两端的直流电转换为第一电机11所需的三相交流电。启动过程中，电池15可以根据自身状态最大限度的为第一电机11驱动输出动力来源。

下面详细说明本实施例的混合动力汽车冷启动控制系统的工作原理，可参见图3，图3为本发明实施例提供的混合动力汽车冷启动控制系统的工作原理流程图。该冷启动控制系统的工作过程如下：

具体的，当驾驶员将钥匙拧到ON档后，混合动力控制模块18即可开始采集发动机管理模块14、电池管理模块16和电机控制模块17的检测信息。其中，可以从发动机管理模块14得到发动机冷却液温度；从电池管理模块16得到电池温度；从电机控制模块17得到第一电机11状态是否良好的信息，该状态是否良好的信息可以通过第一电机11的历史工作记录得知第一电机11是否出现故障，并且可以从电机控制模块17采集得到第一电机11扭矩参数。

之后，混合动力控制模块18可以对上述得到的参数进行处理。例如，其包括第一控制单元，该第一控制单元可以根据发动机冷却液温度得到发动机阻力矩的大小；进一步的，混合动力控制模块18还可以包括第二控制单元，该第二控制单元可以在考虑电池本身特性的基础上，根据电池温度预估得到发动机的预设启动时间，例如，当电池温度为-20度时，可以预设启动时间为5秒；还可以在电机扭矩参数的基础上，考虑其他因素的影响对其进行校正后得到电机额定扭矩参数。

然后，混合动力控制模块18的第一控制单元可以判断电机是否有能力克服当前发动机冷却液温度下的发动机阻力矩和采取何种启动方式。具体的，混合动力控制模块18可以将发动机阻力矩和电机额定扭矩进行比较，若发动机阻力矩大于电机额定扭矩，则表示电机不满足带动条件，不能克服当前的发动机阻力矩，此时，混合动力控制模块18可以控制进入第二电机启动模式，具体的，例如混合动力控制模块18可以通知电机控制模块17，由电机控制模块17控制第一电机启动模式切换为第二电机启动模式。若发动机阻力矩小于电机额定扭矩，则表示电机满足带动条件，能够克服当前的发动机阻力矩，此时，可以进入第一电机启动模式。

进一步的，在电机的启动过程中，混合动力控制模块18可以通过发动机管理模块14得到发动机转速参数，判断发动机是否达到稳定的怠速转速；如果达到稳定怠速状态，则可以控制电机退出启动模式，如果未达到稳定的怠速状态，则可以控制电机继续处于启动模式。此外，混合动力控制模块18的第二控制单元还可以监测发动机的启动时间，并将启动时间与上述根据电池温度得到的预设启动时间进行比较。若启动时间大于预设启动时间，且发动机仍未启动时，则出于对电池和电机保护的考虑，可以将第一电机11的启动转换为第二电机启动。

此外，在启动过程中，混合动力控制模块18的第三控制单元还可以持续监测发动机、电池、电机的状态，目的是在利用第一电机11启动发动机的过程中，保护电池和电机的使用寿命，避免其受到损坏。具体的，混合动力控制模块18的第三控制单元可以分别监测发动机和电池的以下参数或状态：

电池需要监测以下参数，电池温度、电池放电功率、电池是否处于连接状态以及电池荷电状态。其中，本实施例中可以采用镍氢电池，此种电池对温度较敏感，当温度变化时放电功率变化较大。可以根据电池温度预设电机的启动时间，以保护电池。电池放电功率低于某一阈值时电池将不再放电，避免放电过度造成电池不可恢复性的伤害。电池管理模块16可以实时监测电池的状态信息并发送给混合动力控制模块18。电池荷电状态低于某一阈值时，混合动力控制模块18可以发送消息给电池管理模块16使其切断连接。

发动机需要监测以下参数，发动机冷却液温度、发动机阻力矩和发动机转速。其中，如果发动机冷却液温度低于某一阈值时，混合动力控制模块18将会退出电机启动模式。混合动力控制模块18可以根据冷却液的温度来判断发动机阻力矩的大小，并在此时根据电池、电机状态来评估电机是否有能力拖动发动机至电机目标转速。发动机转速也是需要监测的参数，因为启动过程中很可能出现发动机阻力矩瞬间突增，那么发动机转速很可能出现跌到零的状况这种情况的出现很容易导致发动机淹缸，这对发动机来说是绝对不允许的。

电机需要监测以下参数，电机状态和电机拖动时间。其中，在启动前及启动过程中，须实时监测电机状态确保电机运行在无故障状态。在不同的环境温度下采取不同的拖动时间，如果电机在预先设置启动时间内启动成功则保持稳定怠速状态，那么如果电机在预先设置起动时间内启动失败则整车控制单元将会立刻切换到第二电机启动状态。

其中，上述的混合动力控制模块可以在一监测到发动机的启动指令时，即控制启动所述第一电机；然后执行上述的各检测流程，在达到切换条件时，即控制切换启动第二电机以驱动发动机启动。或者，混合动力控制模块也可以首先执行检测流程，再选择第一电机或者第二电机启动。

本实施例的混合动力汽车冷启动控制系统，通过混合动力控制模块根据采集得到的发动机参数、电机参数和/或电池参数，控制大电机启动切换为小电机启动，解决了现有技术中存在的低温环境下冷启动可能造成对大电机和为该大电机供电的电池损害的问题，实现了低温环境冷启动时对电机电池等的保护。

实施例二

图4为本发明实施例提供的混合动力汽车冷启动控制方法的流程示意图，本实施例的控制方法只进行简单说明，具体的控制方法的过程可参见实施例一中对混合动力汽车冷启动控制系统的工作过程所做的说明。如图4所示，该方法可以包括以下步骤：

步骤401、发动机管理模块采集发动机参数，电机控制模块采集电机参数，以及电池管理模块采集电池参数；

具体的，所述的发动机参数可以包括发动机冷却液温度，电机参数为功率较大的大电机即第一电机的参数，可以包括电机扭矩，电池参数可以包括电池温度。此外，电池可以通过逆变器为所述第一电机提供动力驱动，所述逆变器可以用于将所述电池的直流电转换为所述第一电机所需的交流电。

步骤402、发动机管理模块、电机控制模块和电池管理模块将所述发动机参数、电机参数和电池参数传输至混合动力控制模块；

具体的，所述的发动机管理模块、电机控制模块和电池管理模块可以与混合动力控制模块建立CAN通讯连接，并通过CAN通讯方式分别将所述发动机参数、电机参数和电池参数传输至混合动力控制模块。

步骤403、所述混合动力控制模块根据所述发动机参数、电机参数和电池参数，控制所述第一电机启动切换为所述第二电机启动。

具体的，混合动力控制模块可以根据所述发动机冷却液温度得到发动机阻力矩，进一步可以根据所述电池温度得到预设启动时间。并比较所述发动机阻力矩和电机扭矩，若所述发动机阻力矩大于电机扭矩，则进入第二电机启动；若所述发动机阻力矩小于电机扭矩，则采用第一电机启动。在所述采用电机启动的过程中，混合动力控制模块可以监测所述第一电机的拖动时间是否大于所述预设启动时间；若是，则转入第二电机启动；否则，继续第一电机启动模式。

此外，进一步的，考虑到电池和电机安全的因素，所述混合动力控制模块还可以监测电池放电功率、电池荷电状态和发动机转速等，并在所述电池放电功率、电池荷电状态或发动机转速低于各自设定阈值时，控制进入第二电机启动。

本实施例的混合动力汽车冷启动控制方法，通过采用大功率电机驱动系统启动发动机，提高了启动过程发动机转速和扭矩，缩短了发动机起动时间，在很大程度上改善了启动噪声大、经济性和排放性差等问题；通过混合动力控制模块根据采集得到的发动机参数、电机参数和/或电池参数，控制大电机启动切换为小电机启动，解决了现有技术中存在的低温环境下冷启动可能造成对电机和电池损害的问题，实现了低温环境冷启动时对电机电池等的保护。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

实施例三

本发明实施例还提供了一种混合动力汽车，该汽车可以包括发动机、第一电机、第二电机和电池。其中，电池与第一电机相连以进行供电；第二电机的功率小于第一电机的功率。所述第一电机和第二电机分别与所述发动机相连，用于驱动所述发动机启动。

该混合动力汽车还可以包括实施例一所述的混合动力汽车冷启动控制系统。该冷启动控制系统可以采集得到发动机参数、电机参数和/或电池参数等进行分析，并根据上述参数在低温环境下控制功率较小的第二电机处于电动状态以驱动所述发动机启动。具体的控制方式可以参见实施例一和实施例二所述。

本实施例的混合动力汽车，通过采用上述的冷启动控制系统进行启动，可以实现在低温环境下对功率较大的电机和电池的保护，有效避免了对电机电池等部件的损害。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种混合动力汽车冷启动控制系统，其特征在于，包括： 

发动机管理模块，用于采集发动机参数； 

电机控制模块，用于采集第一电机的电机参数； 

电池管理模块，用于采集电池参数； 

混合动力控制模块，分别与所述发动机管理模块、电池管理模块和电机控制模块连接，用于根据所述发动机参数、电机参数和/或电池参数，控制切换启动第一电机或第二电机以驱动所述发动机启动，所述第二电机的功率小于所述第一电机的功率； 

所述发动机参数为发动机冷却液温度；所述电机参数为电机扭矩； 

所述混合动力控制模块包括第一控制单元，所述第一控制单元分别与所述发动机管理模块和电机控制模块连接，用于根据所述发动机冷却液温度得到发动机阻力矩，并根据所述电机扭矩得到电机额定扭矩；在所述发动机阻力矩大于所述电机额定扭矩时，控制启动所述第二电机以驱动所述发动机启动。 

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车冷启动控制系统，其特征在于，所述发动机参数为所述发动机的启动时间，所述电池参数为电池温度； 

所述混合动力控制模块包括第二控制单元，所述第二控制单元分别与所述发动机管理模块和电池管理模块连接，用于根据所述电池温度得到发动机的预设启动时间，并在所述发动机的启动时间大于所述预设启动时间时，控制启动所述第二电机以驱动所述发动机启动。 

3.根据权利要求2所述的混合动力汽车冷启动控制系统，其特征在于，所述混合动力控制模块包括第三控制单元，所述第三控制单元分别与所述发动机管理模块和电池管理模块连接，用于监测电池放电功率、电池荷电状态和发动机转速，并在所述电池放电功率、电池荷电状态或发动机转速低于各自设定阈值时，控制启动所述第二电机以驱动所述发动机启动。 

4.根据权利要求1所述的混合动力汽车冷启动控制系统，其特征在于，所述电池通过逆变器与所述第一电机连接。 

5.根据权利要求1所述的混合动力汽车冷启动控制系统，其特征在于，所述电池为镍氢电池。 

6.一种混合动力汽车，包括发动机、第一电机、第二电机和电池；所述电池与所述第一电机相连以进行供电；所述第二电机的功率小于所述第一电机的功率，其特征在于， 

所述第一电机和第二电机分别与所述发动机相连，用于驱动所述发动机启动，所述混合动力汽车还包括权利要求1～5任一所述的混合动力汽车冷启动控制系统。 

7.一种混合动力汽车冷启动控制方法，其特征在于，包括： 

步骤1、发动机管理模块采集发动机参数，电机控制模块采集第一电机的电机参数，电池管理模块采集电池参数； 

步骤2、所述发动机管理模块、电机控制模块和电池管理模块分别将所述发动机参数、电机参数和电池参数传输至混合动力控制模块； 

步骤3、所述混合动力控制模块根据所述发动机参数、电机参数和/或电池参数，控制切换启动所述第一电机或第二电机以驱动所述发动机启动，所述第二电机的功率小于所述第一电机的功率； 

所述发动机参数为发动机冷却液温度；所述电机参数为电机扭矩； 

所述步骤3包括，所述混合动力控制模块根据所述发动机冷却液温度得到发动机阻力矩，并根据所述电机扭矩得到电机额定扭矩；在所述发动机阻力矩大于所述电机额定扭矩时，控制启动所述第二电机以驱动所述发动机启动。 

8.根据权利要求7所述的混合动力汽车冷启动控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为： 

所述发动机管理模块和电机控制模块通过CAN通讯方式分别将所述发动机冷却液温度和电机扭矩传输至混合动力控制模块。 

9.根据权利要求7或8所述的混合动力汽车冷启动控制方法，其特征在于，所述发动机参数为所述发动机的启动时间，所述电池参数为电池温度： 

所述步骤3包括：所述混合动力控制模块根据所述电池温度得到预设启动时间，并在所述发动机的启动时间大于所述预设启动时间时，控制启动所述第二电机以驱动所述发动机启动。 

10.根据权利要求7所述的混合动力汽车冷启动控制方法，其特征在于，还包括： 

所述电池通过逆变器为所述第一电机提供动力驱动，所述逆变器用于将所述电池的直流电转换为所述第一电机所需的交流电。 

11.根据权利要求7所述的混合动力汽车冷启动控制方法，其特征在于，还包括： 

所述混合动力控制模块监测电池放电功率、电池荷电状态和发动机转速，并在所述电池放电功率、电池荷电状态或发动机转速低于各自设定阈值时，控制启动所述第二电机以驱动所述发动机启动。 

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