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原文传递混合动力汽车模块化动力系统及其功率流控制方法

专利名称：	混合动力汽车模块化动力系统及其功率流控制方法
摘要：	本发明提供一种混合动力汽车模块化动力系统及其功率流控制方法，引入动力模组实现更加高效且灵活的能量供给，引入超级电容分担整车高频功率提升功率响应性并平衡能量需求。而控制系统应用功率流控制方法，分别利用环境信息感应模块以及能量需求预测模块计算实时所需功率信息，应用高低频算法将功率需求分频进而实现动力系统功率流的合理分配；控制系统实时与能量管理系统进行信息交互，灵活进行模式切换控制并针对问题及时报警提醒保证人车安全。本发明的动力系统更加灵活高效安全的进行整车能量供给，系统内信息交互实现高效功率流控制，利于动力系统的标准化、模块化，便于各核心动力模块的管理和更换。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京理工大学
发明人：	章振宇;费明达;武浩;张付军;黄英;崔涛
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-17T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-10T00:00:00+0800
申请号：	CN202311038728.9
公开号：	CN117021927A
代理机构：	成都方圆聿联专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	苟铭
分类号：	B60K6/28;B60W20/10;B60W10/26;B60W10/08;B;B60;B60K;B60W;B60K6;B60W20;B60W10;B60K6/28;B60W20/10;B60W10/26;B60W10/08
申请人地址：	100089 北京市海淀区中关村南大街5号院
主权项：	1.混合动力汽车模块化动力系统，其特征在于，包括动力系统和控制系统；所述的动力系统，包括：由模块化发电装置即动力单元组成的动力模组及其能量管理系统，在单一蓄电池基础上添加超级电容的储能单元及其能量管理系统，电机及其能量管理系统组成；其中动力模组包括多个动力单元；动力模组的能量管理系统根据分配功率通过MAP控制各动力单元的能量输出并实时将动力单元运行信息反馈至功率流控制系统中；储能单元包括蓄电池以及超级电容；储能单元拥有的能量管理系统分为电池能量管理系统以及电容能量管理系统两部分，二者根据分配功率控制电池与电容的能量输出或能量回收；同时二者将电池以及电容的运行特性情况、电池健康状况反馈至功率流控制系统中；其中超级电容具有的快速充电以及快速放电特性可以实现高频功率的供给，提高了动力系统的功率响应性并平衡动力系统用电需求进而实现对其他动力模块的部分保护；电机完成电能转换与能量输出，其能量管理系统控制电机将从动力模组及储能单元输送过来的电能转换为机械能并输出；所述的控制系统，包括环境信息感应模块、能量需求预测模块以及功率流控制模块；应用环境信息感知模块识别环境信息并将信息数据量化传递至能量需求预测模块中从而预测得到需求功率信息，需求功率信息、动力模组运行特性信息、储能单元运行特性信息共同传递至功率流控制模块进行功率分配，最终将功率流控制信号传递至动力系统各核心动力部件中完成能量供给动作的执行；功率流控制系统在接收到能量需求信息以及各动力模块能量管理系统的交互信息后应用功率流分配策略进行功率分配。 2.根据权利要求1所述的混合动力汽车模块化动力系统，其特征在于，所述的动力模组内部的各动力单元发电部件并联于电压母线上，在其后串联一个可控AC/DC(整流逆变)装置，调整母线电压为稳定的直流电源从而方便后续装置的能量传递；所述的储能单元中加入超级电容供给高频功率提高动力系统功率输出响应性并保护其他动力模块的使用安全，储能单元中的蓄电池以及超级电容都配备双向DC/DC(直流转换器)模块保证能量的输出与回收，蓄电池与超级电容作为两个能量储存及供给的装置分别并联于电压母线上；最终电压母线连接电机实现能量输出与扭矩传递。 3.权利要求1或2所述的混合动力汽车模块化动力系统的功率流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：控制系统首先应用环境信息感应模块对环境信息及道路信息进行识别，量化为数据信息传递至能量需求预测模块中，能量需求预测模块中的智能神经网络耦合整车动力学根据传递过来的数据进行计算得到实时所需的功率信息；针对模块化动力系统中各动力模块的特点，应用高低频功率分配算法将功率需求分成高频功率以及低频功率，控制系统实时接收各动力模块能量管理系统的反馈信息。 4.根据权利要求3所述的混合动力汽车模块化动力系统的功率流控制方法，其特征在于针对动力系统模块化灵活度的特点基于不同应用场景更加灵活的切换控制模式输出能量，具体包括以下几种模式：当动力系统处于模式①时，控制系统将高频功率需求分配至超级电容中，超级电容能量管理系统控制超级电容双向DC/DC在需求功率为正时向外输出高频电能，为负时向内回收高频电能；低频功率根据“削峰填谷”原则分别将功率需求信号分配至蓄电池以及各动力单元中，蓄电池能量管理系统控制蓄电池的双向DC/DC在需求功率为正时向外输出低频电能，为负时向内回收低频电能；动力模组的能量管理系统控制动力单元的喷油系统以及电力负载系统输出所需电能；最终将电能经电压母线传输至能量管理单元进行能量转换与能量输出；当动力系统处于模式②，超级电容SOC(电池剩余容量)过低/过高，超级电容能量管理系统接收控制指令进而控制双向DC/DC只允许回收电能/输出电能，此时高频功率与削峰填谷后的低频功率分配至蓄电池中，蓄电池能量管理系统控制蓄电池的双向DC/DC在需求功率为正时向外输出电能，为负时向内回收电能，动力模组的能量管理系统控制动力单元的喷油系统以及电力负载系统输出所需电能，最终将电能经电压母线传输至能量管理单元进行能量转换与能量输出；同时控制系统分别向蓄电池以及动力模组发出额外功率指令，二者通过电压母线向超级电容充电或仅由蓄电池回收超级电容电能，使得超级电容的SOC恢复稳定区间，模式②转换成模式①；超级电容SOH(电池健康状况)过低时，高频功率与削峰填谷后的低频功率分配至蓄电池中，蓄电池能量管理系统控制蓄电池的双向DC/DC在需求功率为正时向外输出电能，为负时向内回收电能，动力模组的能量管理系统控制动力单元的喷油系统以及电力负载系统输出所需电能；同时超级电容能量管理系统及时报警反馈提醒操作人员及时维修更换超级电容；当动力系统处于模式③，蓄电池SOC过低/过高，蓄电池能量管理系统接收控制指令进而控制双向DC/DC只允许回收电能/输出电能；高频功率分配至超级电容，超级电容能量管理系统控制超级电容双向DC/DC在需求功率为正时向外输出高频电能，为负时向内回收高频电能；低频功率至动力模组，动力模组的能量管理系统控制动力单元的喷油系统以及电力负载系统输出所需电能；同时控制系统分别向超级电容以及动力模组发出额外功率指令，二者通过电压母线向蓄电池充电或仅由超级电容回收蓄电池电能，使得蓄电池的SOC恢复稳定区间，模式③转换成模式①；当蓄电池SOH过低时，高频功率分配至超级电容，超级电容能量管理系统控制超级电容双向DC/DC在需求功率为正时向外输出高频电能，为负时向内回收高频电能；动力模组的能量管理系统控制动力单元的喷油系统以及电力负载系统输出所需电能；同时蓄电池能量管理系统及时报警反馈提醒操作人员及时维修更换蓄电池；当动力系统处于模式④，蓄电池以及超级电容SOC过低时，动力模组承担所有功率需求，动力模组的能量管理系统控制动力单元的喷油系统以及电力负载系统输出所需电能；同时控制系统向动力模组能量管理系统提出额外功率指令，蓄电池以及超级电容的能量管理系统接收到控制系统指令分别控制各自双向DC/DC只允许回收电能，动力模组额外输出电能为二者充电，当蓄电池与超级电容SOC恢复至正常范围，模式④转为模式①.蓄电池和超级电容的SOC过高则直接控制双向DC/DC向外输出多余能量进而恢复SOC；当蓄电池和超级电容有一者SOC过低，一者SOH过低时，动力模组承担需求功率，向SOC过低者充电，SOH过低者报警更换；当蓄电池与超级电容SOH均过低时，动力模组承担需求功率，同时二者能量管理系统报警警告及时更换。 5.根据权利要求4所述的混合动力汽车模块化动力系统的功率流控制方法，其特征在于，所述的“削峰填谷”原则，模块化动力系统的动力单元的高效工作区是一个约束区间，为了保持动力单元式中工作在高效工作区，储能单元可以依靠高响应性为动力单元提供能量补给或能量回收，其中补给能量称为削峰，回收能量称为填谷。 6.根据权利要求4所述的混合动力汽车模块化动力系统的功率流控制方法，其特征在于，四种模式具体为： ①动力模组的运行特性良好、蓄电池以及超级电容的SOC、SOH均在健康范围内； ②动力模组的运行特性良好、蓄电池的SOC、SOH均在健康范围内而超级电容出现SOC不足或SOH差的现象； ③动力模组的运行特性良好、超级电容的SOC、SOH均在健康范围内而蓄电池出现SOC不足或SOH差的现象； ④仅动力模组运行特性良好，蓄电池与超级电容的SOC或SOH差时。